Ứng dụng mô hình chuyển hóa năng lượng đánh giá trữ lượng và khả năng khai thác nguồn lợi cá nổi nhỏ vùng biển đông – tây nam bộ

PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG VÀ NGUỒN SỐ LIỆU SỬ DỤNG TRONG ĐÁNH GIÁ TRỮ LƯỢNG CÁ NỔI NHỎ VÙNG BIỂN ĐÔNG – TÂY NAM BỘ .... Hiện tại đã có nhiều phương pháp đánh giá trữ lượng cá biể

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

PHẠM THỊ HOA

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH CHUYỂN HÓA NĂNG

LƯỢNGĐÁNH GIÁTRỮ LƯỢNG VÀ KHẢ NĂNG KHAI

THÁC NGUỒN LỢI CÁ NỔI NHỎ VÙNG BIỂN ĐÔNG - TÂY NAM BỘ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội– 2019

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Đoàn Văn Bộ

Hà Nội– 2019

Em xin chân thành cảm ơn

Học viên

Phạm Thị Hoa

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN NGUỒN LỢI CÁ NỔI NHỎ VÙNG BIỂN ĐÔNG – TÂY NAM BỘ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ TRỮ LƯỢNG 3

1.1.Giới thiệu vùng biển Đông – Tây Nam Bộ 3

1.1.1.Vị trí địa lý 3

1.1.2.Điều kiện khí tượng, thủy văn 4

1.2.Khái quát về nguồn lợi cá nổi nhỏ vùng biển Đông – Tây Nam Bộ 8

1.3.Một số phương pháp đánh giá trữ lượng cá và khả năng khai thác 11

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG VÀ NGUỒN SỐ LIỆU SỬ DỤNG TRONG ĐÁNH GIÁ TRỮ LƯỢNG CÁ NỔI NHỎ VÙNG BIỂN ĐÔNG – TÂY NAM BỘ 15

2.1.Phương pháp chuyển hóa năng lượng 15

2.1.1.Giới thiệu mô hình tựa cạnh tranh trong quần xã sinh vật nổi biển 15

2.1.2.Mô hình xác định năng suất sinh học và các hiệu suất sinh thái 19

2.1.3.Các số liệu dầu vào và kết quả đầu ra của mô hình 21

2.1.4.Đánh giá mô hình 22

2.1.5 Phương pháp năng lượng xác định trữ lượng và khả năng khai thác cá nổi nhỏ 23 2.2 Dữ liệu sử dụng trong nghiên cứu nguồn lợi cá nổi nhỏ vùng biển Đông – Tây Nam Bộ 24

CHƯƠNG 3 ĐÁNH GIÁ TRỮ LƯỢNG VÀ KHẢ NĂNG KHAI THÁC NGUỒN LỢI CÁ NỔI NHỎ VÙNG BIỂN ĐÔNG – TÂY NAM BỘ 32

3.1.Đặc trưng quá trình sản xuất sơ cấp của thực vật phù du trong vùng biển Đông – Tây Nam Bộ 32

3.2.Đặc trưng quá trình sản xuất thứ cấp của động vật phù du trong vùng biển Đông - Tây Nam Bộ 37

3.3.Các hiệu suất sinh thái vùng biển Đông - Tây Nam Bộ 41

3.4.Ước tính trữ lượng và khả năng khai thác nguồn lợi cá nổi nhỏ vùng biển Đông – Tây Nam Bộ 42

3.4.1.Sinh khối cá nổi nhỏ 42

3.4.2.Năng suất cá nổi nhỏ 43

3.4.3.Ước tính trữ lượng nguồn lợi cá nổi nhỏ 44

KẾT LUẬN 49

TÀI LIỆU THAM KHẢO 50

PHỤ LỤC 52

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Trữ lượng và khả năng khai thác cá ở các vùng biển Việt Nam bằng

phương pháp diện tích 10 Bảng 2.1: Các giá trị thông số của mô hình áp dụng vùng biển Đông – Tây Nam Bộ 29 Bảng 3.1: Thống kê giá trị sinh khối thực vật phù du theo các tháng tại một số tầng

(mg-tươi/m3) 32 Bảng 3.2: Thống kê giá trị trung bình trong cột nước quang hợp của các yếu tố theo

các tháng (Sinh khối: mg-tươi/m3, Năng suất: mgC/m3

/ngày) 33 Bảng 3.3: Thống kê giá trị sinh khối động vật phù du theo các tháng tại một số tầng

(mg-tươi/m3) 37 Bảng 3.4: Giá trị các hiệu suất sinh thái trung bình tháng trên toàn vùng biển 41 Bảng 3.5: Ước tính trữ lượng và khả năng khai thác nguồn lợi cá nổi nhỏ theo từng

khu vực 45 Bảng 3.6: Trữ lượng và khả năng khai thác cá ở các vùng biển Việt Nam 48 Bảng 3.7: Hiện trạng khai thác ở các vùng biển qua các năm 48

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Vị trí địa lý vùng biển Đông – Tây Nam Bộ 3 Hình 1.2: Bản đồ trường ứng suất gió trung bình tháng 1 (trái) và tháng 7 (phải)

(dyn/cm2) 6 Hình 1.3: Hoàn lưu nước vùng biển Đông - Tây Nam Bộ (Nguồn: Wyrtki, 1961) 6 Hình 1.4: Độ muối nước biển tầng mặt tháng 1 (trái) và tháng 7 (phải) 7 Hình 1.5: Phân bố nguồn lợi cá nổi nhỏ ở vùng biển Biệt Nam trong mùa gió Tây

Nam (trái) và Đông Bắc (phải) 9 Hình 2.1: Các quá trình ảnh hưởng tới sự phát triển của quần xã sinh vật nổi biển 16 Hình 2.2: Sơ đồ kênh năng lượng qua bậc dinh dưỡng i bất kì 19 Hình 2.3: Quá trình chuyển hóa năng lượng qua các bậc dinh dưỡng trong chuỗi

thức ăn ở biển 24 Hình 2.4: Độ sâu vùng biển nghiên cứu với độ phân giải 0.25 độ kinh vĩ 25 Hình 2.5: Phân bố nhiệt độ trung bình tầng mặt ở vùng biển nghiên cứu (0C) 27 Hình 2.6: Biến trình năm bức xạ quang hợp trung bình tầng mặt tại vùng biển

(cal/cm2/phút) 28 Hình 3.1: Phân bố giá trị trung bình cột nước của sinh khối thực vật phù du trong

một số tháng đại diện (mg-tươi/m3) 34 Hình 3.2: Phân bố giá trị trung bình cột nước của năng suất sơ cấp tinh trong một số

tháng đại diện (mgC/m3

/ngày) 35 Hình 3.3: Phân bố giá trị trung bình cột nước của sinh khối động vật phù du trong

một số tháng đại diện (mg-tươi/m3) 39 Hình 3.4: Phân bố giá trị trung bình cột nước của năng suất thứ cấp trong một số

tháng đại diện (mgC/m3

/ngày) 40 Hình 3.5: Phân bố sinh khối cá nổi nhỏ vùng biển nghiên cứu (tấn/ô lưới) 42 Hình 3.6: Phân bố khu vực và khả năng khai thác nguồn lợi cá nổi nhỏ vùng biển

(tấn/ô lưới/tháng) 44 Hình 3.7: Phân bố trữ lượng nguồn lợi cá nổi nhỏ trong vùng biển (tấn/ô lưới/năm)

45

Hình 3.8: Phân bố theo tháng của tổng sinh khối (nghìn tấn) và khả năng khai thác

(nghìn tấn/tháng) nguồn lợi cá nổi nhỏ trên toàn vùng biển nghiên cứu 46

Hình 3.9: Phân bố khả năng khai thác cho phép theo tháng của nguồn lợi cá nổi nhỏ trên từng khu vực (nghìn tấn/tháng) 47

Hình P1: Phân bố nhiệt độ trung bình tại tầng 10m (0C) 52

Hình P2: Phân bố nhiệt độ trung bình tại tầng 20m (0C) 53

Hình P3: Phân bố nhiệt độ trung bình tại tầng 50m (0C) 54

Hình P4: Phân bố giá trị tích phân sinh khối thực vật phù du trong cột nước 1m2 lớp quang hợp các tháng (mg-tươi/m2) 55

Hình P5: Phân bố giá trị tích phân sinh khối động vật phù du trong cột nước 1m2 lớp quang hợp các tháng (mg-tươi/m2) 56

Hình P6: Phân bố giá trị tích phân năng suất sơ cấp tinh trong cột nước 1m2 lớp quang hợp các tháng (mgC/m2/ngày) 57

Hình P7: Phân bố giá trị tích phân năng suất thứ cấp trong cột nước 1m2 lớp quang hợp các tháng (mgC/m2/ngày) 58

MỞ ĐẦU

Ở các vùng biển nước ta, nghề khai thác cá nổi nhỏ đã tồn tại từ rất lâu, trước khi nghề khai thác cá đáy và cá nổi đại dương phát triền.Mặt khác, biển Việt Nam lại nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa và có khu hệ cá biển thuộc khu hệ động vật

Ấn Độ - Tây Thái Bình Dương nên cá biển Việt Nam không chỉ phong phú, đa dạng

về thành phần loài mà còn đặc trưng cho cá biển nhiệt đới về những đặc điểm sinh vật học Chính vì vậy, nghề cá ở các vùng biển nhiệt đới nói chung và vùng biển Việt Nam nói riêng cũng rất đa dạng

Để có thể khai thác hiệu quả nguồn tài nguyên cá biển trong đó có cá nổi nhỏ, việc đánh giá trữ lượng và khả năng khai thác nguồn tài nguyên này là rất cần thiết Hiện tại đã có nhiều phương pháp đánh giá trữ lượng cá biển như phương pháp diện tích, phương pháp thủy âm,…, tuy nhiên các phương pháp này chỉ đưa ra được con số về trữ lượng và khả năng khai thác nguồn lợi cá nổi nhỏ chung cho cả vùng biển và cho cả một năm Việc chỉ ra các khu vực tập trung nguồn lợi trên vùng biển và biến động của chúng theo thời gian từng tháng, từng vụ cá còn chưa đạt được

Ngày nay, với sự phát triển của toán học tính toán, việc sử dụng các mô hình toán trong nghiên cứu biển ngày càng có nhiều triển vọng Ngoài những mô hình ứng dụng trong các nghiên cứu vật lý, thủy thạch động lực học biển đã rất phổ dụng trên thế giới, những mô hình toán ứng dụng trong nghiên cứu hệ sinh thái và môi trường biển cũng dần được hoàn thiện và phổ c ập Ở Việt Nam, hướng nghiên cứu này cũng đã được triển khai và đã đạt được những thành công nhất định với một số

mô hình toán liên quan đến chu trình chuyển hóa vật chất trong biển, trong đó có

mô hình “tựa cạnh tranh” trong quần xã sinh vật nổi bi ển, là một trong những mô hình chuyển hóa năng lượng có thể áp dụng trong đánh giá trữ lượng và khả năng khai thác tài nguyên cá biển và giải quyết được những vấn đề còn tồn tại nêu trên

Luận văn có tên “Ứng dụng mô hình chuyển hóa năng lượng đánh giá trữ lượng và khả năng khai thác nguồn lợi cá nổi nhỏ vùng biển Đông - Tây Nam Bộ” với nội dung chính là ứng dụng (mang tính thử nghiệm) mô hình“tựa cạnh tranh”và

xử lý các kết quả để có được các đánh giá định lượng về trữ lượng và khả năng khai thác nguồn lợi cá nổi nhỏ và phân bố, biến động của chúng ở vùng biển này Đây cũng là một trong số ít những thử nghiệm đầu tiên ở Việt Nam áp dụng mô hình toán sinh thái cho vùng biển Đông - Tây Nam Bộ

Luận văn ngoài phần mở đầu, kết luận và phu lục, nội dung được trình bày ở

3 chương sau:

Chương 1: Tổng quan nguồn lợi cá nổi nhỏ vùng biển Đông – Tây Nam Bộ

và các phương pháp đánh giá trữ lượng

Chương 2: Phương pháp chuyển hóa năng lượng và nguồn số liệu sử dụng

trong đánh giá trữ lượng cá nổi nhỏ vùng biển Đông – Tây Nam Bộ

Chương 3: Đánh giá trữ lượng và khả năng khai thác nguồn lợi cá nổi nhỏ

vùng biển Đông – Tây Nam Bộ

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN NGUỒN LỢI CÁ NỔI NHỎ VÙNG BIỂN ĐÔNG – TÂY NAM BỘ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ TRỮ LƯỢNG 1.1 Giới thiệu vùng biển Đông – Tây Nam Bộ

1.1.1 Vị trí địa lý

Theo phân chia của ngành Thủy sản về ngư trường, biển Việt Nam được chia thành 5 vùng: vịnh Bắc Bộ (I), Trung Bộ (II), Đông Nam Bộ (III), Tây Nam Bộ (IV) và vùng xa bờ (V) Vùng biển Đông - Tây Nam Bộ (vùng III và IV) thuộc khu vực biển phía nam Việt Nam có giới hạn từ 1020 đến 1110E, 60 đến 11.50N được thể hiện ở hình 1.1 [20]

Hình 1.1: Vị trí địa lý vùng biển Đông – Tây Nam Bộ Đây là vùng biển tương đối ấm, có nhiều ngư trường rộng, nguồn lợi hải sản phong phú, có nhiều điều kiện để phát triển ngành khai thác và nuôi trồng thủy hải sản Vùng biển này có đáy là vùng thềm lục địa mở khá rộng ở phần phía trước châu thổ sông Cửu Long nên chịu ảnh hưởng của lượng nước ngọt rất lớn từ lục địa đổ ra

1.1.2 Điều kiện khí tượng, thủy văn

Đặc điểm chung của khí hậu khu vực Đông - Tây Nam Bộ là nắng nhiều, nhiệt độ cao quanh năm, mùa mưa về cơ bản là mùa hè, mùa khô chủ yếu là các tháng giữa và cuối mùa đông Nếu như khí hậu duyên hải Trung Bộ thể hiện nhiều nét dị thường thì khí hậu Đông - Tây Nam Bộ lại mang đầy đủ những nét điển hình của miền nhiệt đới gió mùa Song do có vị trí ở những vĩ độ thấp, khá gần xích đạo nên khí hậu nơi đây còn thể hiện ít nhiều đặc điểm của chế độ khí hậu cận xích đạo, nhất là chế độ nhiệt [18]

Nhiệt độ không khí: Trị số phổ biến về nhiệt độ không khí trung bình năm

khoảng 26,5 – 27,5oC, tháng nóng nhất khoảng 34 – 35oC (tháng 4), nhiệt độ cao nhất tuyệt đối là 38 – 40oC, tháng lạnh nhất là 24 – 26oC, nhiệt độ thấp nhất tuyệt đối là 14 – 18o

C Tháng 1 là tháng có nhiệt độ thấp nhất, có khả năng giảm xuống

Mây, nắng, bốc hơi: Trị số phổ biến của lượng mây trung bình năm vào

khoảng 7/10 Thời kì nhiều mây trùng với mùa mưa - ẩm (từ tháng 5 đến tháng 11)

có lượng mây 7 – 8/10 Hai tháng nhiều mây nhất là tháng 7 và 9 với lượng mây vượt quá 8/10 Hai tháng có lượng mây thấp nhất là tháng 2 và 3 với lượng mây chỉ khoảng 4 -5/10

Trị số phổ biến của lượng bức xạ tổng cộng trung bình năm là 150 -170 Kcal/cm2 Số giờ nắng trung bình năm là 2400 – 3000 giờ Suốt 4 tháng mùa khô (từ tháng 1 đến tháng 4) có trên 200 giờ nắng mỗi tháng và không có tháng nào dưới 100 giờ Tháng nhiều nắng nhất là tháng 3, trung bình quan sát được 220 – 250 giờ Thời kì tương đối ít nắng là vào mùa mưa, số giờ nắng trung bình chỉ 120 – 160 giờ mỗi tháng Hai tháng ít nắng nhất là tháng 7 và tháng 9 với số giờ nắng chừng

110 – 120 giờ Về tài nguyên bức xạ (nắng), đây là vùng tương đương với Nam Trung Bộ và hơn hẳn các khu vực phía bắc [18]

Nắng nhiều nên bốc hơi mạnh Độ bốc hơi cả năm trên toàn vùng đạt 1000 –

1100 mm Ở ven biển, độ bốc hơi giảm xuống còn 800 – 900 mm Thời kì bốc hơi mạnh nhất là tháng 2, 3, 4, độ bốc hơi trong những tháng này đạt tới 120 – 150 mm/tháng (cực đại là tháng 3) Tháng bốc hơi ít nhất là những tháng giữa và cuối mùa mưa (từ tháng 7 đến tháng 12), mỗi tháng chỉ khoảng 50 – 70 mm Tháng bốc hơi ít nhất là tháng 9 (dưới 50 mm)

Lượng mưa: Trị số phổ biến về lượng mưa trung bình năm khoảng 1600 –

2000 mm Lượng mưa ngày lớn nhất khoảng 150 – 350 mm Mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11, nhiều nhất vào tháng 7, 9, 10 (cực đại là tháng 9) Cả mùa mưa có 4 –

6 tháng mưa trên 200 mm/tháng Cả mùa khô có 4 – 5 tháng mưa dưới 50 mm/tháng

Độ ẩm: Trị số phổ biến về độ ẩm tương đối trung bình năm là 82 – 84% Ở

sát ven biển tăng lên từ 83 - 85% Thời kì ẩm cao trùng với mùa mưa, kéo dài từ tháng 5 đến tháng 11 Tháng ẩm nhất là tháng 9 với độ ẩm 86 – 87% Thời kì khô trùng với mùa ít mưa (trừ tháng 12 có độ ẩm trung bình trên dưới 80%) Trong 4 tháng còn lại từ tháng 1 đến tháng 4, độ ẩm trung bình giảm xuống dưới 77 – 78%, riêng ven biển xấp xỉ 80% Tháng khô nhất là tháng 3 có độ ẩm khoảng 75%

Về tài nguyên mưa ẩm, Đông - Tây Nam Bộ được đánh giá tương đương Tây Nguyên, cao hơn Nam Trung Bộ, Bắc Trung Bộ và kém hơn các khu vực thuộc Bắc Bộ

Gió: Vùng biển Đông - Tây Nam Bộ hàng năm chịu ảnh hưởng của chế độ

gió mùa Đông Bắc và Tây Nam Trị số phổ biến về tốc độ gió trung bình năm là 1,5 – 3,5 m/s, tốc độ gió lớn nhất là 20 – 35 m/s Gió đổi chiều rõ rệt theo mùa và có hướng thịnh hành phù hợp với hướng gió mùa chung toàn khu vực (hình 1.2) Hướng gió thịnh hành trong mùa đông là đông bắc chiếm tần suất 30 – 50%, ngoài

ra hướng đông cũng có tần suất khá lớn khoảng 20 – 30%, còn lại là hướng đông nam Trong mùa hè, hướng gió thịnh hành là tây nam với tần suất 60 – 70%, gió tây cũng chiếm tần suất đáng kể khoảng 15 – 30%

Tháng chuyển tiếp từ mùa hè sang mùa đông (tháng 9) gió hướng tây nam, tây chiếm ưu thế 25 – 30% Tháng chuyển tiếp từ đông sang hè (tháng 4) gió hướng đông thịnh hành với tần suất xấp xỉ 40% [18]

Hình 1.2: Bản đồ trường ứng suất gió trung bình tháng 1 (trái) và tháng 7 (phải)

(dyn/cm2)[5]

Dòng chảy: Ảnh hưởng của các trường thủy động lực Biển Đông lên vùng

biển nghiên cứu trong mùa gió Đông Bắc là rất đáng kể so với mùa gió Tây Nam Mùa gió tây nam, dòng chảy ở bắc vịnh Thái Lan có hướng tây bắc – đông nam tới gần mũi Cà Mau, đưa một lượng nước vào vùng biển Đông Nam Bộ (hình 1.3) Điều này ngược lại với mùa gió đông bắc (mùa khô), chịu ảnh hưởng của dòng chảy bắc Biển Đông đi xuống [17]

Hình 1.3: Hoàn lưu nước vùng biển Đông - Tây Nam Bộ (Nguồn: Wyrtki, 1961)

Nước trồi: Vào mùa gió Tây Nam, biển Nam Trung Bộ xuất hiện vùng nước

trồi với phạm vi hoạt động rộng, tồn tại ở độ sâu khá lớn Nước trồi lan rộng xuống vùng biển Đông Nam Bộ và xuất hiện chủ yếu từ tháng 6 đến tháng 9 đưa muối dinh dưỡng từ dưới sâu lên các tầng trên tạo điều kiện cho thực vật phù du phát triển

Sông ngòi: vùng biển Đông Nam Bộ chịu tác động trực tiếp của hệ thống

sông Mê Kông và sông Đồng Nai với đặc điểm bờ biển thấp với rừng ngập mặn bị chia cắt bởi vô số các lạch triều [10] Đây cũng là một trong những nguồn cung cấp lượng chất hữu cơ cho vùng biển nghiên cứu

Độ muối: nhìn chung duy trì ở mức cao trong cả năm (thấp hơn độ muối biển

Trung Bộ) Mùa mưa (tháng 5 – 10), độ muối dao động mạnh, trung bình tầng mặt

từ 30 - 33‰ Mùa khô (tháng 11 – 4), độ muối từ 33 - 34‰ [10, 17] Ở vùng biển này thể hiện sự phân tầng hai lớp nước: vùng nước nông cửa sông có độ muối thấp,

ở tầng nước mặt chảy ra khỏi vùng biển trong khi đó lớp nước có độ muối cao, lạnh hơn chảy từ Biển Đông vào ở các tầng sâu Vào thời kì mùa khô, nước biển từ Biển Đông đổ vào, thời kì mùa mưa theo chiều ngược lại

Hình 1.4: Độ muối nước biển tầng mặt tháng 1 (trái) và tháng 7 (phải)[10]

Tóm lại, vùng biển Đông - Tây Nam Bộ có khí hậu nóng ẩm quanh năm, mưa đủ, nắng nhiều, lại ít có thiên tai Đó là những điểm ưu trội hơn hẳn các vùng biển khác ở miền Nam Việt Nam về điều kiện tự nhiên

1.2 Khái quát về nguồn lợi cá nổi nhỏ vùng biển Đông – Tây Nam Bộ

Như đã nêu trên, biển Việt Nam được chia thành 5 vùng Hoạt động khai thác hải sản trong các vùng này được phân chia thành nghề cá ven bờ và nghề cá xa

bờ dựa vào độ sâu ngư trường ở mỗi vùng biển, trong đó ranh giới phân chia được xác định là đường đẳng sâu 50m ở vùng biển Trung Bộ và 30m ở các vùng biển còn lại (trừ vùng xa bờ) Thời gian khai thác cũng được phân chia thành 2 vụ: vụ cá nam (tháng 4 đến tháng 9) và vụ các bắc (tháng 10 đến tháng 3 năm sau) tương ứng với 2 mùa gió Tây Nam và Đông Bắc[20]

Dựa theo điều kiện cư trú, có thể chia cá biển Việt Nam thành 4 nhóm: cá tầng trên (cá nổi), cá tầng gần đáy, cá đáy và cá sống trong rạn san hô Nhóm cá nổi

có khoảng 260 loài, chiếm 15% tổng số loài cá trong toàn vùng biển Việt Nam [8] Đây là các loài sống ở các tầng nước bên trên và sống tập trung thành đàn Những ngày nắng ấm và thời tiết thuận lợi chúng thường nổi sát mặt nước, đôi khi còn nổi

cả mõm hoặc vây lưng lên khỏi mặt nước để thở hoặc bắt mồi Cùng với sự di cư theo phương ngang của một số loài cá nổicòn có sự di chuyển thẳng đứngtừ tầng mặt xuống tầng sâu và ngược lại liên quan chủ yếu đến cường độ ánh sang tự nhiên [8]

Theo kích thước cá nổi nói chung còn đượcchia thành 2 nhóm: nhóm cả nổi lớn như cá ngừ, cá cờ, cá kiếm,… và nhóm cá nổi nhỏ như cá trích, cá nục, cá cơm,

cá chuồn, cá bạc má, cá chỉ vàng,… Cá nổi nhỏ, đặc biệt là cá trích, cá nục, cá cơm… có phân bố rộng khắp vùng biển ven bờ nước ta Chúng là đối tượng khai thác chính của ngư dân với nhiều loại nghề như lưới rê, lưới vây, lưới kéo, chụp,…

Ở vùng biển ĐôngNam Bộ cá nổi nhỏ chiếm khoảng 42,9% trữ lượng nguồn lợi hải sản của khu vực và là đối tượng khai thác chính của nhiều loại nghề khác nhau [13] Theo đánh giá của Bùi Đình Chung năm 1991 về nguồn lợi cá đánh bắt bằng lưới kéo đôi ở các khu biển ven bờ cho thấy, có khoảng 524 nghìn tấn trữ

lượng và khả năng khai thác là 210 nghìn tấn/năm ở vùng biển Đông Nam Bộ Vùng biển Tây Nam Bộ, các giá trị tương ứng là 316 nghìn tấn trữ lượng, 126 nghìn tấn/nămkhả năng khai thác [6]

Một đánh giá khác cũng ở vùng biển Đông Nam Bộ của Viện Nghiên cứu Hải Sản năm 2007: trữ lượng cá nổi nhỏ khoảng 771 nghìn tấn và khả năng khai thác khoảng 385 nghìn tấn/năm [13]

Đánh giá mới nhất trong khuôn khổ tiểu dự án I.9 ”Điều tra tổng thể hiện trạng đa dạng và biến động nguồn lợi hải sản biển Việt Nam", Viện Nghiên cứu Hải sản đã chỉ ra rằng vùng biển Đông Nam Bộ có 313 loài thủy hải sản, trong đó ưu thế

là các loài cá tráo, cá ngân, cá sòng gió… Trữ lượng (đánh giá bằng phương pháp thủy âm) khoảng 571 nghìn tấn (mùa gió Tây Nam) và 1,2 triệu tấn (mùa gió Đông Bắc) Đối với từng nhóm loài cá nổi nhỏ, kết quả điều tra nguồn lợi cho thấy không

có sự biến động nhiều giữa hai mùa gió đối với nhóm cá cơm, cá trích, cá nục nhưng lại có sự biến động mạnh đối với cá hố, cá ngân, cá tráo [13]

Hình 1.5: Phân bố nguồn lợi cá nổi nhỏ ở vùng biển Biệt Nam trong mùa gió

Tây Nam (trái) và Đông Bắc (phải) [13]

Đặc biệt, trữ lượng và phân bố nguồn lợi các loài bạc má và cá ngân ở vùng biển Đông – Tây Nam Bộ được điều tra, đánh giá và phân tích dựa trên kết quả điều tra nguồn lợi cá biển bằng phương pháp thủy âm kết hợp đánh lưới kéo, từ ngày 30/04 đến ngày 18/05 và từ ngày 26/11 đến ngày 10/12 năm 2005 Trữ lượng nguồn lợi cá bạc má ước tính khoảng 131-160 nghìn tấn và cá ngân ước tính khoảng 209-

334 nghìn tấn Khu vực phân bố tập trung của cá bạc má và cá ngân có sự khác biệt giữa mùa gió Tây Nam và mùa gió Đông Bắc Cả cá ngân và cá bạc má đều phân bố với mật độ cao ở vùng biển ven bờ từ Sóc Trăng trải dài về phía tây và khu vực đảo Côn Sơn, đảo Phú Quý, đảo Hòn Khoai Ngược lại, trong mùa gió Đông Bắc, vùng biển xa bờ phía đông đảo Côn Sơn và khu vực đảo Thổ Chu là những khu vực cá ngân và cá bạc má phân bố với mật độ cao hơn so với các khu vực khác Đây được xem là những ngư trường khai thác chính của cá bạc má và cá ngân ở vùng biển phía nam nước ta [9]

Dưới đây đưa ra kết quả tổng hợp về tài nguyên cá biển ở các vùng biển Việt Nam, trong đó có vùng biển Đông – Tây Nam Bộ

Bảng 1.1: Trữ lượng và khả năng khai thác cá ở các vùng biển Việt Nam bằng

Khả năng khai thác (tấn/năm)

Loại cá Vùng biển

1.3 Một số phương pháp đánh giá trữ lượng cá và khả năng khai thác

Trong các Chương trình Biển kể từ năm 1975 đến nay đã có nhiều kết quả nghiên cứu đánh giá trữ lượng cá ở biển Việt Nam của các nhà khoa học như Bùi Đình Chung, Phạm Thược, Nguyễn Tiến Cảnh,…Những nghiên cứu hiện có đều dựa trên các phương pháp truyền thống như: phương pháp tính toán số lượng đàn cá theo số lượng trứng, phương pháp dựa vào quan hệ giữa các nhóm tuổi khác nhau trong sản lượng cá đánh được, phương pháp thả cá đánh dấu, phương pháp tính trữ lượng căn cứ vào tình hình đánh bắt cá trên một đơn vị diện tích, phương pháp thống kê sản lượng cá nhiều năm,… Nhìn chung, việc đánh giá trữ lượng của bất kì loài cá nào đều phụ thuộc vào các yếu tố chủ quan và khách quan như đặc điểm sinh vật học, mối quan hệ giữa các loài cá với nhau, điều kiện môi trường sống và phụ thuộc rất nhiều vào mức độ khai thác

Trữ lượng cá được xem là số lượng cá thể hay khối lượng của cả quần thể có trong một khu vực biển và trong một khoảng thời gian xác định Đánh giá trữ lượng

cá là một trong những nội dung của nghiên cứu biến động quần thể, trong đó bao gồm cả việc xác định mức độ khai thác tối ưu, nghĩa là số lượng (hoặc khối lượng)

cá tối đa có thể khai thác được mà không gây ảnh hưởng đến quần thể

Cho tới nay, trên thế giới đã có khá nhiều mô hình được đề xuất và áp dụng thành công trong đánh giá trữ lượng và dự báo khả năng khai thác các quần thể cá kinh tế, chủ yếu theo 3 hướng là:

- Dựa vào nguyên lý Russel và các cải tiến trên cơ sở thống kê nghề cá

- Quá trình trao đổi năng lượng (dinh dưỡng) của cá trên cơ chế sinh lý-sinh thái thích nghi của cá với môi trường

- Tương tác tổng hợp cá-môi trường-khai thác dưới tác động không dừng của môi trường

Theo hướng thứ nhất:

Nếu không xét đến quá trình di cư-nhập cư thì việc đánh giá sinh khối đàn cá chủ yếu dựa vào đánh giá riêng biệt các tham số trong phương trình biến động số lượng cá thể (N) của đàn cá:

dN/dt = R + W – (F + M) + 

Trong đó R – lượng bổ sung, W – lượng tăng trưởng, F – hệ số chết do khai thác, M – hệ số chết tự nhiên, - các biến động không lường trước Các mô hình

phát triển theo hướng này được chia thành 2 nhóm: các mô hình chỉnh thể (Holistic

model) và các mô hình phân tích (Analysis model), hay còn gọi là mô hình giải tích

Nhóm các mô hình chỉnh thể được phát triển dựa trên giả thiết về sự đồng

nhất sinh khối của toàn bộ quần thể cá khai thác Thường người ta chỉ dùng các mô hình này khi không có các mô hình giải tích hoặc không đủ các thông tin đầu vào cho các mô hình giải tích như cấu trúc tuổi, cấu trúc kích thước của quần thể Ưu điểm của các mô hình chỉnh thể là tính đơn giản cũng như yêu cầu các thông tin đầu vào không nhiều và cho ra kết quả dự báo một cách nhanh chóng, tuy độ tin cậy chỉ

ở mức độ nhất định Ba phương pháp phổ biến của nhóm mô hình này là: phương pháp thuỷ âm, phương pháp diện tích và phương pháp sản lượng thặng dư

Phương pháp thuỷ âm thường được sử dụng trong các chuyến khảo sát cá nổi nhằm xác định mật độ và phân bố của cá theo chiều rộng và chiều sâu Nhược điểm của phương pháp này là khó sử dụng ở vùng nước nông ven bờ, phải xác định được

hệ số phản hồi âm của đối tượng nghiên cứu, khó phân biệt giữa các loài đã bắt gặp

Phương pháp diện tích dựa trên cơ sở sản lượng thu được trên một đơn vị diện tích qua khảo sát bằng lưới kéo sau đó nhân cho diện tích toàn vùng biển, thường được áp dụng để xác định mật độ cá đáy Nhược điểm phương pháp này là chưa phân biệt được sản lượng khai thác của từng phương tiện khác nhau dẫn đến đánh giá một cách bình quân trong toàn vùng biển

Phương pháp sản lượng thặng dư sử dụng số liệu sản lượng tính trên một đơn

vị cường lực khai thác (CPUE) Số liệu cho loại mô hình này thường được thu thập qua thống kê nghề cá trong nhiều năm Khi nhân cường lực khai thác dự kiến với CPUE sẽ nhận được giá trị ước tính của sản lượng

Theo các phương pháp nêu trên, ở Việt Nam cũng đã có các nghiên cứu của Bùi Đình Chung, Phạm Thược, Chu Tiến Vĩnh… và gần đây có Nguyễn Viết Nghĩa, Vũ Việt Hà [6, 7, 9, 13]

Nhóm các mô hình giải tích xem xét chi tiết các quá trình diễn ra trong quần

thể và các kiểu khai thác khác nhau tác động lên quần thể Các mô hình này đòi hỏi

rất nhiều về số liệu đầu vào, đặc biệt là phải có các thông tin về cấu trúc tuổi hoặc cấu trúc kích thước của đối tượng có trong sản lượng khai thác, đồng thời liên quan chặt chẽ với các đặc trưng sinh trưởng của quần thể như tốc độ sinh trưởng, mức độ

tử vong cũng như thành phần kích thước trong từng thế hệ Các mô hình giải tích được chia làm hai nhóm: mô hình phân tích thế hệ và mô hình dự báo

Nhóm các mô hình phân tích thế hệ sử dụng các số liệu lịch sử để phân tích quá trình khai thác các quần thể cá diễn ra trong quá khứ cho đến năm hiện tại, phổ biến nhất là mô hình VPA của Gullad (1965) và mô hình LCA của Jones (1984) cải tiến từ mô hình ACA của Pope (1972), và sau này có thêm các phát triển khác như

mô hình VPA-2Box, Pro-2Box, Muntifal-CL… [3]

Nhóm các mô hình dự báo gồm các phương pháp dự báo ảnh hưởng và hiệu quả của các mức khai thác khác nhau tác động lên quần thể trong tương lai Bằng các mô hình toán học có thể dự báo được sản lượng và sinh khối của quần thể tương ứng với các mức khai thác khác nhau Mô hình được ứng dụng rộng rãi nhất là mô hình dự báo Thompson & Bell (1934) mà số liệu đầu vào của nó chính là các kết quả đầu ra của các

mô hình phân tích thế hệ nêu trên

Cho đến nay, các mô hình giải tích đã được sử dụng rộng rãi trên thế giới

và đã mang lại những thành tựu đáng kể Ở Việt Nam, các nghiên cứu theo hướng này chưa nhiều, nhưng cũng đã có các nghiên cứu đầu tiên của đề tài KT.03.10, Nguyễn Phi Đính, Nguyễn Xuân Huấn, Đoàn Bộ, Chu Tiến Vĩnh và sau đó là Nguyễn Viết Nghĩa, Vũ Việt Hà… (thông tin từ [3])

Theo hướng thứ hai:

Đánh giá biến động nguồn lợi cá thông qua các quá trình trao đổi năng lượng (dinh dưỡng) của cá với các sinh vật khác trong hệ sinh thái biển, nhằm giải quyết các quan hệ cơ bản trong lưới thức ăn và sự chuyển hóa năng lượng qua các bậc Những mô hình theo hướng này thường rất chặt chẽ về logic vì phản ánh được bản chất của các quy luật tự nhiên Tuy nhiên, do tính phức tạp, tinh vi của các mối quan hệ dinh dưỡng mà các mô hình không thể thâu tóm hết được, đồng thời sự cồng kềnh về thuật toán đã đưa đến không ít khó khăn cho việc giải bài toán nhằm đánh giá trữ lượng đàn cá khai thác Theo hướng này ở Việt Nam cũng đã có các

công trình của Nguyễn Tiến Cảnh, Nguyễn Tác An, Đoàn Bộ [2, 4, 12] Đây cũng là hướng nghiên cứu lựa chọn của luận văn này và sẽ được trình bày chi tiết trong chương 2

Theo hướng thứ ba:

Nghiên cứu tác động tổng hợp môi trường-sinh vật-con người đã trở thành hướng nghiên cứu đầy triển vọng để dự báo biến động nguồn lợi cá trong vài chục năm gần đây Nếu cho rằng khai thác là yếu tố quyết định tác động đến sự biến động đàn cá thì các điều kiện hải dương và sinh học cũng phải được coi là quan trọng không kém Cho đến nay chưa có kỹ thuật nào thành công trong việc dự báo biến động nguồn lợi cá mà lại bỏ qua việc phân tích các tương tác phức tạp khí tượng, hải dương, sinh vật Điều này càng được khẳng định trong vài chục năm gần đây khi chúng ta đã tích lũy được nhiều kiến thức về bản chất tự nhiên của các hệ sinh thái biển và khi các kỹ thuật điều tra khảo sát biển, công nghệ viễn thám biển, công nghệ tính toán ngày càng hiện đại, cho phép thu nhận và xử lý những chuỗi

số liệu dài, mau lẹ và đồng bộ cá-môi trường trên phạm vi không gian rộng Tuy nhiên, phương pháp này có mục tiêu chính là dự báo ngư trường mà không đi vào đánh giá trữ lượng và khả năng khai thác Theo hướng này ở Việt Nam đã có các công trình của đề tài KC.09.18/11-15

Qua tìm hiểu tổng quan thấy rằng:

- Cá nổi nhỏ là nguồn tài nguyên quan trọng chiếm tỷ trọng cao trong sản lượng khai thác cá biển Việt Nam nói chung và vùng biển Đông – Tây Nam

Bộ nói riêng Việc đánh giá trữ lượng, khả năng khai thác và biến động nguồn lợi này là quan trọng, cần thiết

- Các phương pháp truyền thống (phương pháp thủy âm, phương pháp diện tích) chỉ đưa ra con số tổng thể về trữ lượng và khả năng khai thác cho cả vùng biển và trong cả năm, chưa đưa ra được phân bố và biến động của nguồn lợi Đây cũng chính là vấn đề cần giải quyết của luận văn tại vùng biển Đông – Tây Nam bộ đối với nguồn lợi cá nổi nhỏ

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG VÀ NGUỒN SỐ LIỆU SỬ DỤNG TRONG ĐÁNH GIÁ TRỮ LƯỢNG CÁ NỔI NHỎ VÙNG BIỂN

ĐÔNG – TÂY NAM BỘ

2.1 Phương pháp chuyển hóa năng lượng

2.1.1 Giới thiệu mô hình tựa cạnh tranh trong quần xã sinh vật nổi biển

Dựa theo mô hình cạnh tranh giữa hai quần thể khác loài của Lotka-Voltera (1936), Đoàn Bộ đã nghiên cứu, phát triển và áp dụng cho các quần thể sinh vật nổi biển, gọi là mô hình ”tựa cạnh tranh” [1, 2]

Trong hệ sinh thái biển, các mối tương tác giữa các quần thể, cá thể với nhau

và với môi trường là nguyên nhân gây nên sự biến đổi số lượng và khối lượng của chúng Tùy mối tương tác là dương, âm hay trung tính mà sinh khối quần thể có thể tăng, giảm hoặc không đổi

Trong quần xã sinh vật nổi biển (xét với quần thể thực vật phù du (TVPD) và quần thể động vật phù du (ĐVPD)), mối tương tác cạnh tranh xảy ra ở hai mức độ Thứ nhất, ĐVPD sử dụng TVPD làm thức ăn Quan hệ này là mối quan hệ theo kiểu

“kẻ săn mồi - con mồi”, trong đó ĐVPD được coi là kẻ săn mồi, TVPD được coi là con mồi Trong quan hệ này, sinh khối của quần thể ĐVPD tăng lên do sử dụng thức ăn còn sinh khối TVPD giảm đi do bị tiêu thụ Đây là mối quan hệ cạnh tranh giữa hai quần thể khác loài Thứ hai, do sức ép của sự tăng số lượng cá thể của quần thể, các cá thể buộc phải cạnh tranh để duy trì số lượng ở mức cân bằng Trong quan hệ này, một số lượng cá thể nào đó bị loại ra khỏi quần thể (di cư đi nơi khác hoặc chết) làm cho sinh khối của quần thể suy giảm Đây là mối quan hệ cạnh tranh cùng loài

Ngoài hai quá trình cạnh tranh trên, nhiều quá trình khác cũng gây biến động sinh khối quần thể như: quá trình quang hợp làm tăng sinh khối quần thể TVPD, các quá trình hô hấp và chết tự nhiên làm giảm sinh khối của các quần thể (hình 2.1)

Hình 2.1: Các quá trình ảnh hưởng tới sự phát triển của quần xã sinh vật nổi biển

Trong sơ đồ trên, K0, K1, K4 – tốc độ riêng hô hấp, quang hợp và chết tự nhiên của quần thể TVPD; K3, K2, K5 – tốc độ riêng hô hấp, lọc nước lấy thức ăn và chết tự nhiên của quần thể ĐVPD Tốc độ riêng của một quá trình được hiểu là tốc

độ biến đổi của một đơn vị khối lượng đối tượng nghiên cứu trong quá trình đó [1]

Theo nguyên lý bảo toàn, tốc độ toàn phần biến đổi nồng độ hoặc sinh khối của một hợp phần nào đó (TVPD, ĐVPD) chính là tổng đại số tốc độ các quá trình làm tăng hoặc làm giảm nồng độ hoặc sinh khối của hợp phần

Trên cơ sở mô hình cạnh tranh giữa hai quần thể khác loài của Lotka - Volterra kết hợp với các quá trình nêu trên, mô hình động lực biến động sinh khối của hai đối tượng TVPD và ĐVPD (mô hình tựa cạnh tranh) được diễn tả như sau [1]:

dF

dt = K1− K0− K4− α F − b1 K2 Z F

dZ

dt = b1 F b2 K2− K3− K5− β Z Z Trong đó:F, Z (mg khô/m3

) - Sinh khối của TVPD, ĐVPD; b1 - hệ số chọn lọc thức ăn tự nhiên của ĐVPD đối với TVPD; b2 - hệ số đồng hóa; α, β: hệ số suy giảm khối lượng do cạnh tranh cùng loài của các quần thể TVPD, ĐVPD

Xét hệ trên, ba đại lượng đầu trong vế phải phương trình thứ nhất biểu diễn tốc độ phát triển tự nhiên của quần thể TVPD, trong đó đại lượng thứ nhất (K1) biểu diễn tốc độ tăng trưởng thuần túy (hay tốc độ tiềm năng) Đại lượng thứ tư (α.F) biểu diễn ảnh hưởng của sự tăng trưởng (có thể hiểu đó là cạnh tranh cùng loài), đại lượng thứ năm (b1 K2 Z) biểu diễn sự suy giảm sinh khối vật mồi là TVPD do kẻ

săn mồi là ĐVPD gây nên Các đại lượng trong phương trình thứ hai của hệ cũng được hiểu tương tự

Tốc độ riêng Ki (i= 0, 1, 2,… 5) của các quá trình sinh học phụ thuộc chặt chẽ vào các điều kiện sinh thái – môi trường và được mô phỏng toán thông qua hai

Trong đó:

s = F

K2max =

X exp Tmax −TT nếu T > Tmax

X nếu Tmin ≤ T ≤ Tmax

tế bào TVPD và cá thể ĐVPD; S1, S2 - các cực trị của thức ăn (mg khô/m3) tại đó K2

thay đổi; HShh - hệ số hô hấp; K1max, K2max – tốc độ riêng quang hợp và lọc nước cực đại trong các điều kiện tối thuận; các kí hiệu P,Q,U (có chỉ số) - các hệ số thực nghiệm

Cường độ bức xạ quang hợpQ biến đổi theo độ sâu d (m) và được xác định theo công thức:

Q = PARsurf exp(-KA.d) với KA là hệ số suy giảm bức xạ trong nước biển,chủ yếu phụ thuộc độ trong suốt PARsurf là cường độ bức xạ quang hợp trên bề mặt :

PARsurf = 0.41 Isurf

Hệ số 0.41 chỉ bức xạ có hiệu ứng quang hợp chiếm 41% bức xạ tự nhiên [14, 15]

Isurf là cường độ bức xạ tự nhiên trên mặt biển, được xác định như sau:

Isurf= (C1 + C2

Lj) Iatmvới C1, C2 - các hệ số thực nghiệm; Lj là độ dài của ngày:

Lj = ψπ

ψ là góc giờ Mặt Trời : ψ = π

2 - Arctan( Cs

1−Cs 2 ) với Cs=-(sin (Lat )

cos (Lat ) )*(sin (Dec )

cos (Dec ))

Iatm là bức xạ tầng trên của khí quyển, được xác định như sau:

Iatm = I0

π.Rj2[ψ.sin(Lat).sin(Dec) + sin(ψ) cos(Lat).cos(Dec)]

với Lat - vĩ độ địa lý; I0 - hằng số Mặt Trời;

Dec là góc nghiêng Mặt Trời : Dec = 23.45 π

Thấy rõ mô hình tựa cạnh tranh là một hệ gồm hai phương trình với hai ẩn số

F và Z hoàn toàn giải được nếu biết giá trị ban đầu của F và Z và các điều kiện môi trường tại điểm tính để tính các giá trị Ki (i= 0, ,5) Với mục đích nghiên cứu hiện trạng các quần thể tương ứng với điều kiện môi trường tại điểm tính, mô hình được giải bằng phương pháp lặp Runge-Kutta cho đến điều kiện tựa dừng Trong trường hợp này, giá trị ban đầu của F và Z có thể cho tùy ý khác 0 Kết quả cuối cùng của việc gải bài toán dừng như trên là sinh khối của TVPD (giá trị F) và ĐVPD (giá trị Z) tại điểm tính tương ứng với điều kiện môi trường tại đó

2.1.2 Mô hình xác định năng suất sinh học và các hiệu suất sinh thái

Trên cơ sở sơ đồ dạng kênh của Odum (hình 2.2) về sự chuyển hóa năng lượng qua bậc dinh dưỡng bất kỳ và nguyên lý bảo toàn năng lượng, năng suất của bậc dinh dưỡng i nào đó được biểu diễn như sau [15]:

Pi = Ai - Ri

Trong đó, P là năng suất, A – đồng hóa, R – hô hấp

Chú giải: Bi – sinh khối, Ai – đồng hóa, Ri – hô hấp, Pi – năng suất, Pi-1 – năng suất của

bậc trước (i-1), NU i-1 – năng lượng thất thoát trước khi vào i, NUi – năng lượng không được sử dụng.Nếu i là bậc sơ cấp thì (Pi-1) là năng lượng bức xạ quang hợp, khi đó Ai được gọi là năng suất thô và P i là năng suất tinh

Hình 2.2: Sơ đồ kênh năng lượng qua bậc dinh dưỡng i bất kì [14]

a) Quá trình sản xuất sơ cấp của quần thể TVPD:

Khối lượng gia tăng của quần thể TVPD trong một đơn vị thời gian thực hiện quang hợp (thường tính trong 1 ngày) chính là năng suất sinh học sơ cấp thô Theo

mô hình tựa cạnh tranh thì [1]:

Pt = 0.4K1F Cường độ hô hấp của quần thể TVPD :

RF = 0.4K0F Năng suất sơ cấp tinh của quần thể TVPD được biểu diễn bằng hiệu của lượng sản phẩm thô và sản phẩm hô hấp của quần thể Đây là phần vật chất (năng lượng) còn lại được tích lũy trong sản phẩm của TVPD để các bậc dinh dưỡng kế tiếp, trước hết là ĐVPD sử dụng theo các kênh dinh dưỡng trong hệ sinh thái biển [15] :

Pn = Pt- RF

b) Quá trình sản xuất thứ cấp của quần thể ĐVPD:

Khối lượng gia tăng của quần thể ĐVPD trong một đơn vị thể tích và một đơn vị thời gian thực hiện quá trình dinh dưỡng – đồng hóa thức ăn (thường tính trong 1 ngày) chính là lượng sản phẩm đồng hóa của quần thể Theo mô hình tựa cạnh tranh:

A = 0.4b1Fb2K2Z Cường độ hô hấp của quần thể ĐVPD được xác định:

RZ = 0.4K3Z Năng suất thứ cấp của quần thể ĐVPD được biểu diễn bằng tổng đại số của sản phẩm đồng hóa và sản phẩm hô hấp của quần thể Đây là phần vật chất (năng lượng) còn lại được tích lũy trong sản phẩm của ĐVPD để các bậc dinh dưỡng kế tiếp (các động vật bậc cao) sử dụng theo kênh dinh dưỡng trong hệ sinh thái biển [15]:

P = A - RZ

Trong các công thức trên, đồng hóa, năng suất và hô hấp tính bằng đơn vị mgC/m3/ngày; các tốc độ riêng có đơn vị là 1/ngày; riêng K2 là m3/mg/ngày; hệ số 0.4 cho biết lượng C chiếm 40% trọng lượng khô của sinh vật [1]

c) Một số hiệu suất sinh thái cơ bản trong tầng nước quang hợp

 Đối với bậc sơ cấp:

- Hệ số P/B ngày của quần thể TVPD: H1 = P*n /(0.06 F*)

- Hiệu suất chuyển hóa năng lượng tự nhiên: H2 = 9.375 P*n /(Isurf104 60 G)

 Đối với bậc thứ cấp:

- Hệ số P/B ngày của quần thể ĐVPD: H3 = P* /(0.06 Z*)

- Hiệu suất chuyển hóa năng lượng qua 2 bậcTVPD – ĐVPD: H4 = P*/ P*t

Trong các công thức này, F, Z tính bằng mg-tươi/m2 (theo tỉ lệ chất khô chiếm 15% chất tươi); hệ số 0.06 cho biết lượng C chiếm 6% lượng chất tươi; 9.375

là số calo của 1 mgC có trong sản phẩm; Isurf là bức xạ quang hợp trên mặt biển (cal/cm2/phút); các kí hiệu có chỉ số (*) là giá trị tích phân trong cột nước thiết diện 1m2 từ mặt tới biên dưới lớp quang hợp (hoặc độ sâu cần quan tâm)

2.1.3 Các số liệu dầu vào và kết quả đầu ra của mô hình

Dữ liệu đầu vào của mô hình gốm 4 loại:

1 Trường 3D nhiệt biển tại các tầng chuẩn, độ phân giải theo phương ngang tùy theo nguồn số liệu (có thể là 1, ½, ¼, 1/8… độ kinh vĩ)

2 Trường 2D địa hình (độ sâu) đáy biển và trường 2D bức xạ tự nhiên trên mặt biển, có độ phân giải như trường nhiệt Nếu không có số liệu trường bức xạ,

có thể tính toán nó theo các hằng số thiên văn và vĩ độ địa lý (như đã nêu trên)

3 Các tham số (hằng số) sinh thái của mô hình áp dụng tại vùng biển

4 Các tham số điều khiển (bước thời gian và điều kiện dừng)

Kết quả truy xuất của mô hình gồm 3 loại:

1 Trường 3D của 5 yếu tố: Sinh khối TVPD, sinh khối ĐVPD, năng suất sơ cấp thô, năng suất sơ cấp tinh, năng suất thứ cấp tại các tầng Các yếu tố này được

lưu trữ trong 5 file riêng biệt, có định dạng như file trường nhiệt (X, Y, Z1, Z2, … Zn) trong đó X, Y là kinh, vĩ độ tâm ô lưới, Z1, Z2,… Zn là các tầng chuẩn

2 Trường 2D giá trị trung bình trong lớp quang hợp của 5 yếu tố kể trên, được lưu trong 1 file, có định dạng X, Y, Yếu tố 1, Yếu tố 2,… Yếu tố 5

3 Trường 2D giá trị tích phân của 5 yếu tố kể trên trong cột nước 1m2 lớp quang hợp cùng giá trị 4 hiệu quả sinh thái (hệ số P/B ngày của TVPD, hiệu quả chuyển hóa năng lượng tự nhiên, hệ số P/B ngày của ĐVPD, hiệu quả chuyển hóa năng lượng qua hai bậc TVPD – ĐVPD) Các giá trị này được lưu trong 1 file có định dạng là X, Y, Yếu tố 1,… Yếu tố 5, Hiệu quả 1, … Hiệu quả 4

Toàn bộ quy trình tính toán của mô hình tựa cạnh tranh nêu trên đã được Đoàn Bộ nghiên cứu xây dựng chương trình tính và đóng gói thành phần mềm Plamod (Plankton Model) Bảy file kết quả được Plamod tự động tạo ra với tên đặt theo quy ước của phần mềm

2.1.4 Đánh giá mô hình

a) Nhược điểm:

Mô hình đã không tính đến quan hệ giữa các quần thể TVPD, ĐVPD với các sinh vật bậc cao Trên thực tế, sinh vật nổi là đối tượng thức ăn chủ yếu của các loài hải sản, nhất là cá tầng trên Tuy nhiên do lượng sinh vật nổi chuyển vào cá không đáng kể so với khối lượng tồn tại trong nước biển nên sai số không nhiều

Quá trình quang hợp của thực vật là quá trình sinh tổng hợp bậc nhất bao gồm quá trình cố định năng lượng và quá trình dinh dưỡng khoáng, trong đó có nhiều nguyên tố hóa học tham gia như P, N, Si,… nhưng mô hình hoàn toàn không xét đến các nguyên tố này, chỉ xét đến hai yếu tố môi trường là nhiệt độ và ánh sang Tuy nhiên, nhìn chung ở các vùng biển Việt Nam, nhất là vùng biển Đông – Tây Nam Bộ có lượng dinh dưỡng P, N, Si khá dồi dào quanh năm, không bị rơi vào trường hợp thiếu hụt nên dinh dưỡng hầu như không là yếu tố giới hạn của quang hợp

Ảnh hưởng đến các quá trình sinh hóa học là tổ hợp tác động của các điều kiện vật lý – môi trường Ở đây, mô hình chỉ sử dụng nhiệt độ là yếu tố sinh thái

duy nhất trong công thức tính tốc độ riêng của các quá trình sinh hóa Tuy nhiên, điều này có thể chấp nhận được do nhiệt độ là yếu tố sinh thái trội, chi phối cơ bản của mọi hệ sinh thái

2.1.5 Phương pháp năng lượng xác định trữ lượng và khả năng khai thác cá nổi nhỏ

Bên cạnh các phương pháp truyền thống như phương pháp thủy âm , phương pháp diện tích với gi ả thiết về sự đồng nhất sinh khối của toàn bộ quần thể cá khai thác trên vùng biển , phương pháp chuyển hóa năng lượng đã được mô ̣t số nhà khoa học Việt Nam quan tâm nghiên cứu như Nguyễn Tác An (Viện Hải dương Nha Trang), Đoàn Bộ (Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội), Nguyễn Tiến Cảnh

và Nguyễn Dương Thạo (Viện Nghiên cứu Hải sản ) và gần đây có Lâm Ngọc Sao Mai (Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Thành phố Hồ Chí Minh) [2, 4, 12]

Theo quan điểm của phương pháp này, tiềm năng nguồn lợi cá nổi nhỏ có thể được ước tính từ cơ sở thức ăn của cá có trong vùng biển Đó là nguồn thức ăn đảm bảo cho một lượng (sinh khối) cá nhất định sinh sống và phát triển trong vùng bi ển Tổng khối lượng cá trong một vùng nước và trong một thời khoảng nào đó được các nhà nghiên cứu nguồn lợi biển coi là trữ lượng tiềm năng cá biển trong thời khoảng

đó, nó bao gồm cả sinh khối và năng suất sinh ho ̣c của cá

Sơ đồ dòng năng lượng được chuyển hóa qua các bậc dinh dưỡng của chuỗi thức ăn trong biển như sau (hình 2.3):

- Năng lượng mặt trời đi vào TVPD nhờ quang hợp

- Năng lượng từ TVPD đi vào ĐVPD nhờ ĐVPD ăn TVPD

- Năng lượng từ ĐVPD lại đi vào các động vật bậc cao nhờ các động vật bậc cao

ăn ĐVPD (nghiên cứu này giới hạn động vật bậc cao là cá nổi nhỏ)

Hình 2.3: Quá trình chuyển hóa năng lượng qua các bậc dinh dưỡng trong

chuỗi thức ăn ở biển Gọi H5 là hệ số P /B củ a quần xã cá n ổi nhỏ và H6 là hiệu suất chuyển hóa năng lươ ̣ng qua 2 bâ ̣c ĐVPD – cá nổi nhỏ, thừa nhâ ̣n quy luâ ̣t bảo toàn v ề tỷ lệ của các hiệu suất sinh thái [14], nghĩa là:

H5/H3 = H3/H1 và H6/H4 = H4/H2Vậy năng suất sinh học , sinh khối và trữ lượng quần xã cá n ổi nhỏ được xác

đi ̣nh như sau:

Năng suất cá nổi nhỏ: PCá = H6.PZ

Sinh khối cá nổi nhỏ: BCá = PCá/H5

Trữ lượng cá nổi nhỏ: TLCá=BCá +PCá

Ở đây, H1 là hệ số P/B của TVPD, H2 là hiệu suất chuyển hóa năng lượng tự nhiên, H3 là hệ số P/B của ĐVPD, H4 là hiệu suất chuyển hóa năng lượng qua hai bậc TVPD – ĐVPD Các hệ số này đã được tính từ mô hình tựa cạnh tranh nêu trên

Khả năng khai thác đảm bảo duy trì ổn định sinh khối quần xã cá nổi nhỏ trong khoảng thời gian nào đấy chính bằng lượng sản phẩm mà sinh khối này ta ̣o ra trong khoảng thời đó, nghĩa là bằng chính năng suất sinh ho ̣c (PCá)

2.2.Dữ liệu sử dụng trong nghiên cứu nguồn lợi cá nổi nhỏ vùng biển Đông – Tây Nam Bộ

Các dữ liệu đầu vào cần thiết để phục vụ cho việc tính toán bao gồm: trường

độ sâu, trường nhiệt độ nước biển, trường bức xạ trung bình trên mặt biển và các tham số sinh thái của mô hình

a Trường độ sâu

Trường độ sâu ở vùng biển Đông - Tây Nam Bộ với độ phân giải không gian 0.250 kinh vĩ được tính toán từ trường độ sâu 1 phút, lấy từ cơ sở dữ liệu hải dương học, lưu trữ tại bộ môn Hải Dương Học, trường Đại học Khoa học tự nhiên Hà

Năng lượng

tự nhiên

Nội.Trường độ sâu được lưu trong một file text có định dạng X, Y, Z (với X là kinh độ,Y là vĩ độ, Z là độ sâu)

Phần lớn diện tích vùng biển Đông Nam Bộ có độ sâu không vượt quá 100m

Ra xa ngoài khơi của vùng biển nghiên cứu, có nơi sâu tới 1763m (hình 2.4) Do cá nổi nhỏ là những loài sống chủ yếu ở tầng nước 0 – 100m sâu, mặt khác theo tính toán, bức xạ quang hợp ở độ sâu trên 125m giảm rất nhanh có giá trị nhỏ dưới ngưỡng quang hợp (<0.003 cal/cm2

/phút) nên các tính toán của mô hình tựa cạnh tranh chỉ thực hiện tới độ sâu giới hạn là 125m

Hình 2.4: Độ sâu vùng biển nghiên cứu với độ phân giải 0.25 độ kinh vĩ

b Trường nhiệt độ

- Là trường 3D nhiệt độ ở 13 tầng 0m, 5m, 10m, 15m, 20m, 25m, 30m, 40m, 50m, 60m, 75m, 100m, 125m tại các điểm tính nằm trong phạm vi từ vĩ độ

60N đến 11.50N; kinh độ từ 1030E đến 1100

E, có độ phân giải theo phương ngang 0.25 độ kinh vĩ