Dinh d ưỡng và các quá trình sinh học CH ƯƠ NG 5 DINH DƯỠNG VÀ CÁC QUÁ TRÌNH SINH HỌC 1 THÀNH PHẦN DINH DƯỠNG TRONG THỰC VẬT Ở BIỂN VÀ NƯỚC NGỌT Trong quá trình quang hợp thực vật cần nhiều vật chất dinh dưỡng để tổng hợp chất hữu cơ và sinh trưởng, trong số các nguyên tố cần thiết cho thực vật thì trong nước chỉ có vài nguyên tố có thể đáp ứng đủ nhu cầu (oxy và hydro), các nguyên tố còn lại đều có hàm lượng rất thấp so với nhu cầu của thực vật. Do đó, thực vật thường tăng cường hấp thu và dự trữ các nguyên tố đó để phục vụ cho quá trình sinh trưởng cũng như tổng hợp chất hữu cơ. Bảng 5-1. Tỉ lệ các yếu tố cần thiết cho sinh trưởng trong mô của các thực vật nước ngọt (nhu cầu), trung bình trong thủy vực trên thế giới (cung cấp) và tỉ lệ của hàm lượng đòi hỏi so với khả năng đáp ứng. Nguyên t ố Oxy Hydro Carbon Silicon Nit ơ Canxi Kali Phospho Magiê Sulfur Chlorin Natri Sắt Boron Mangan Kẽm Đồng Molybden Cobalt Hàm lượng trung bình chứa trong thực vật hoặc nhu cầu (%) 80,5 9,7 6,5 1,3 0,7 0,4 0,3 0,08 0,07 0,06 0,06 0,04 0,02 0,001 0,0007 0,0003 0,0001 0,00005 0,000002 Ngu ồn cung cấp trung bình trong các thủy vực (%) 89 11 0,0012 0,00065 0,000023 0,0015 0,00023 0,000001 0,0004 0,0004 0,0008 0,0006 0,00007 0,00001 0,0000015 0,000001 0,000001 0,0000003 0,000000005 Tỉ lệ trung bình chứa trong thực vật: nguồn cung cấp 1 1 5.000 2.000 30.000 <1.000 1.300 80.000 <1.000 <1.000 <1.000 <1.000 <1.000 <1.000 <1.000 <1.000 <1.000 <1.000 <1.000 Theo J. R. Vallentyne (1974). Trích dẫn bởi C.K. Lin & Yang Yi (2001) 2 NGUỒN VÀ QUÁ TRÌNH CUNG CẤP DINH DƯỠNG CHO MÔI TRƯỜNG NƯỚC Ngu ồn cung cấp vật chất dinh dưỡng cho thủy vực bao gồm hai nguồn chính đó là nguồn từ bên ngoài đưa vào và nguồn nội tại của thủy vực. Nguồn bên ngoài như quá 67 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản trình xói lở vật chất dinh dưỡng được nước mưa mang vào thủy vực. Vật chất dinh dưỡng cũng được đưa vào thủy vực theo con đường cấp nước hoặc lắng tụ từ không khí và từ quá trình cố định đạm. Một nguồn cung cấp dinh dưỡng khá quan trọng cho thủy vực khác đó là nguồn nội tại bao gồm; quá trình phân hủy và khoáng hóa xác chết của sinh vật trong thủy vực làm tăng dinh dưỡng cho môi trường nước; sự bài tiết của động vật thủy sinh cũng góp phần cung cấp dinh dưỡng, đặc biệt là các hệ sinh thái nhân tạo như ao nuôi tôm, cá thâm canh; vật chất dinh dưỡng lắng tụ trong nền đáy bị khuấy động do hiện tượng đối lưu, do sóng gió, dòng chảy hay hiện tượng nước trồi cũng làm tăng vật chất dinh dưỡng trong tầng nước. Vật chất dinh dưỡng trong thủy vực có thể bị mất đi do sự bốc hơi, trao đổi nước, lắng tụ trong nền đáy hay quá trình hấp thụ sinh học. B ả ng 5 - 2. Ngu ồ n và quá trình các y ế u t ố di nh d ư ỡ ng đ i vào môi tr ư ờ ng n ư ớ c Nguồn Ngo ại lai (Allochthonous) Địa quyển Khí quyển Thủy quyển Sinh quyển N ội tại (Autochthonous) Detritus Phù sa Chất bài tiết Quá trình xói lở, phong hóa, chảy tràn bụi, mưa, cố định đạm cấp nước phân hủy, khoáng hóa Phân hủy Bị khuấy động Bài tiết của động vật và sự tiết của thực vật 3 CHU TRÌNH DINH DƯỠNG TRONG THỦY VỰC Nh ững chu trình dinh dưỡng chủ yếu gồm: Carbon (Hình 5-1), Nitrogen (Hình 5-2); Phosphorus (Hình 5-3), chu trình Sulfur (Hình 5-4) 3.1 Chu trình carbon 3.1.1 Quá trình tổng hợp các hợp chất hữu cơ trong thủy vực Bước khởi đầu chu trình Carbon là quá trình quang hợp tổng hợp nên vật chất hữu cơ trong thủy vực được tiến hành nhờ nguồn năng lượng ánh sáng mặt trời (quang năng). Thực vật ở nước hấp thu nguồn năng lượng này thực hiện quá trình quang hợp theo phương trình tổng quát sau: 6CO  6H O 2 2 Ánh sáng Chlorophyll  C 6 H 12 O 6  6O 2  68 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Dinh d ưỡng và các quá trình sinh học Thực vật ở nước tham gia vào quá trình này có thành phần rất đa dạng và phân bố khác nhau trong thủy vực, nhưng nhìn chung phần lớn là thực vật phù du, thực vật bậc cao chỉ có vai trò ở những vùng gần bờ. Ngu ồn chất vô cơ ban đầu được thực vật ở nước sử dụng để tổng hợp nên các hợp chất hữu cơ là khí CO 2 và H 2 O và các muối khoáng của N, P, K, S, Si, Fe, Mn, Ca, Mg, Zn, Cu, các chất này luôn luôn được bổ sung vào thủy vực từ các quá trình phân hủy xác bã sinh vật hay do sự tác động của con người. Cùng với giới thực vật, các vi khuẩn quang tự dưỡng và hóa tự dưỡng cũng có khả năng góp phần vào việc tổng hợp các chất hữu cơ trong thủy vực. Tuy nhiên, theo sự hiểu biết của con người thì sự tham gia của các loại vi khuẩn này vào việc tạo ra chất hữu cơ là rất nhỏ, bởi vì cả vi khuẩn quang tự dưỡng lẫn hóa tự dưỡng đều chỉ có thể sinh sản mạnh trong điều kiện mà tương đối ít khi xuất hiện trong các thủy vực. Tất cả vi khuẩn có khả năng quang hợp không thể phân hủy nước và giống như những cơ thể y ếm khí bắt buộc hoặc vi ưa khí, chúng không thể cư trú ở khu vực giàu oxy. Ngoài ra, chúng cần có đủ ánh sáng và có chất cho hydro thích hợp, đối với vi khuẩn màu lục và vi khuẩn lưu huỳnh màu tía thì đó là sulfurhydro (H 2 S), còn đối với các vi khuẩn quang hợp khác thì đó là acid hữu cơ hoặc các chất hữu cơ khác. Trong thủy vực rất ít khi có tất cả các điều kiện này. Cơ chế quang hợp ở vi khuẩn quang hợp không hoàn toàn giống với cơ chế quang hợp ở thực vật hay ở vi khuẩn lam. Vi khuẩn quang hợp tiến hành quang hợp trong điều kiện yếm khí và không sinh ra oxy, chúng tiến hành oxy hóa một chất cho điện tử chẳng hạn như hợp chất lưu huỳnh ở dạng khử, hydro phân tử trong các hợp chất hữu cơ. CO 2 được đồng hóa thông qua chu trình pentosophosphate dạng khử và các phản ứng kết hợp CO 2 xa hơn. Người ta nhận thấy tất cả các chủng đều có chứa trong tế bào các enzyme xitocrom, ubiquinon và các protein sắt thuộc loại ferredoxin. Phần lớn các loài này đều có khả năng cố định nitơ phân tử. Quá trình quang hợp đã tạo thành những vật chất hữu cơ ở bậc dinh dưỡng thấp nhất, thực vật thủy sinh, trong đó tảo đơn bào đóng vai trò chủ yếu. Thực vật được coi là sản phẩm sinh vật sơ cấp, sản phẩm này được động vật sử dụng tạo thành sản phẩm sinh vật thứ cấp - động vật có giá trị khai thác. 3.1.2 Quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ trong thủy vực Trong thủy vực, các sinh vật sau khi chết đi không ngừng bị phân hủy bởi vi khuẩn dị dưỡng và nấm mốc. Các vi sinh vật này cần các hợp chất hữu cơ để làm thức ăn. Chúng sử dụng các hợp chất hữu cơ để thu nhận các tiền chất cho việc xây dựng nên các tế bào của mình và thu năng lượng cho các hoạt động sống. Khi ấy, hợp chất hữu cơ được vi sinh vật biến đổi thành các chất nghèo năng lượng và cuối cùng trong những điều kiện thích hợp thì chuyển hóa ngược trở lại thành các chất vô cơ ban đầu. 69 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản Vô cơ hóa (khoáng hóa) các hợp chất hữu cơ là chức năng chủ yếu của vi khuẩn và nấm trong việc biến đổi vật chất trong thủy vực. Nhờ thế mà các chất dinh dưỡng có nguồn gốc từ thực vật luôn được đưa trở lại vòng tuần hoàn vật chất trong thủy vực, tạo nên sự sinh trưởng mới của thực vật. Sự vô cơ hóa hoàn toàn vật chất hữu cơ nói chung chỉ diễn ra khi có mặt oxy, tức là trong các thủy vực thoáng khí, còn trong những điều kiện yếm khí thì sự phân hủy thường diễn ra không hoàn toàn (rượu, acid hữu cơ, H 2 S, CH 4 ). Nhưng các chất bền vững như mỡ, cellulose, lignine vẫn tích tụ lại và cùng với các sản phẩm phân hủy góp phần tạo thành cái gọi là "chất mùn của thủy vực ". Sự phân hủy các chất hữu cơ diễn ra với tốc độ rất khác nhau. Tùy thuộc vào thành phần của chúng và điều kiện của môi trường, sự phân hủy có thể diễn ra rất nhanh hay rất chậm. Sự phân hủy vật chất hữu cơ xảy ra rất nhanh trong thủy vực ở những vùng gần bề mặt nước, nhiệt độ nước mùa hè. Ở các hồ sâu sự phân hủy các hợp chất hữu cơ bởi các vi sinh vật rất chậm hơn 10-100 lần so với tốc độ phân hủy của chúng trong phòng thí nghiệm ở cùng nhiệt độ. Nhìn chung, không phụ thuộc vào địa điểm, thứ tự bị phân hủy là đường và protein, sau đó là tinh bột, chất béo và cuối cùng là chất cao phân tử như kitin, cellulose, lignine. CO 2 Hình 5 - 1. Chu trình carbon tr ong th ủ y v ự c 70 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Dinh d ưỡng và các quá trình sinh học 3.2 Chu trình nitrogen Trong môi trường nước, nitơ có thể tồn tại dưới dạng N 2 , hay dưới dạng hợp chất vô cơ, hữu cơ hòa tan hay không hòa tan. Các hợp chất vô cơ hòa tan quan trọng của nitơ là NH , NH , NO , NO . Dạng N 2 có được chủ yếu là sự khuếch tán từ ngoài không khí vào hay còn có thể được hình thành trong quá trình phản nitrate hóa. Các dạng hợp chất vô cơ hòa tan có được là do quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ, nitơ lắng đọng dưới dạng hợp chất Albumine, dưới tác động của vi sinh vật, đạm albumine sẽ biến thành dạng đạm ammonia (NH ) và ammonia sẽ hòa tan vào nước hình thành ion ammonium (NH ). NH và mu ối của nó sẽ biến thành dạng đạm nitrite (NO ) và nitrate (NO ) nhờ hoạt động của vi khuẩn nitrite và nitrate hóa. Thực vật có thể hấp thu cả 4 dạng đạm nói trên nhưng hấp thu NH và NO là tốt nhất, mỗi loài thực vật ưa một dạng đạm khác nhau. Tuy nhiên, một số loài vi khuẩn và tảo cũng có khả năng đồng hóa nitơ phân tử. 3.2.1 Quá trình cố định nitơ phân tử Nit ơ phân tử (N ) hòa tan trong nước thiên nhiên khoảng 12 mg/L ở 25 C. Cũng như ở trong đất, quá trình cố định nitơ trong thủy vực được thực hiện bởi tảo xanh, các loài vi khuẩn quang hợp, các vi sinh vật dị dưỡng Azotobater, Clostridium, Các loài vi khuẩn và tảo xanh thực hiện được quá trình này là do trong tế bào chúng có hệ thống xúc tác enzyme nitrogenase. Enzyme này thường gồm 2 thành phần: một thành phần gọi là Fe-Protein và một thành phần khác gọi là Mo-Fe-Protein. Mo-Fe- Protein có chứa 2 nguyên tử Mo, 32 nguyên tử Fe và 25-31 nguyên tử lưu huỳnh. Loại Fe-Protein có trọng lượng phân tử khoảng 60.000 (Lehninger-1975). Mo-Fe- Protein có trọng lượng phân tử vào khoảng 220.000 và gồm 2 tiểu phần tử (subunits) đã được kết tinh tinh khiết. Trong môi trường thoáng khí, quá trình cố định nitơ phân tử được thực hiện bởi các loài vi khuẩn Azotobacter như A. agile và A. chroococcum. Ở sông, hồ thì hầu như gặp chúng ở mọi nơi. Tại phần lắng đọng yếu khí, quá trình cố định nitơ phân tử được thực hiện bởi các loài Clostridium như Clostridium pasteurianum. Gần đây, người ta đã xác định ngoài các loài Azotobacter và Clostridium thì còn có những loài vi khuẩn khác cũng có khả năng đồng hóa nitơ phân tử bao gồm cả vi khuẩn quang tự dưỡng lẫn dị dưỡng. Tuy nhiên, ở chúng thì sự liên kết nitơ có hiệu quả thấp hơn do số lượng của những vi khuẩn này là quá ít để có thể đồng hóa một lượng nitơ đáng kể, chúng chỉ có vai trò ở những phần lắng đọng yếm khí, còn trong môi trường thoáng khí, quá trình cố định nitơ phân tử được thực hiện chủ yếu bởi các loài tảo xanh thuộc giống Anabacna, Nostoc, Phormidium, Calothrix , bởi vì các gống tảo này thường rất nhiều trong các thủy vực. + - - 3 3 4 2 + 3 4 - - 3 2 3 + - 4 3 o 2 71 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản 3.2.2 Quá trình amôn hóa Quá trình amôn hóa protein (còn gọi quá trình lên men thối) là quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ chứa nitơ, giải phóng NH 3 do nhiều vi sinh vật hiếu khí và kỵ khí gây ra như vi khuẩn, nấm mốc và xạ khuẩn. Tất cả các loài vi sinh vật amôn hóa đều tiết ra enzyme thủy phân protein ra ngoài môi trường làm cho protein bị phân cắt thành pepton, polypeptid, dipeptid và acid amin. Các acid amin được đối tượng biến đổi trong tế bào thông qua con đường trao đổi năng lượng và trao đổi xây dựng, sản phẩm cuối cùng chủ yếu của quá trình vô cơ hóa hiếu khí protein là ammonia, carbonic, các muối của acid sulfuric và acid phosphoric. Trong điều kiện kỵ khí, các acid amin không được vô cơ hóa hoàn toàn, bên cạnh NH 3 và CO 2 còn tích lũy nhiều loại hợp chất hữu cơ khác như acid hữu cơ, rượu, H 2 S và những dẫn suất của nó như mecaptan, các chất độc như diammine và tomain (độc tố thịt thối) các sản phẩm bốc mùi rất khó chịu như indol và scatol. Quá trình amôn hóa protein giữ vai trò quan trọng trong việc khép kín vòng tuần hoàn nitơ vì nhờ quá trình này mà nitơ chuyển từ dạng khó hấp thu sang dạng muối amôn dễ dàng được thực vật sử dụng, nhờ quá trình này mà NH 3 luôn luôn được phục hồi, cung cấp dinh dưỡng cho thực vật thủy sinh. Có nhiều loại vi khuẩn và nấm mốc tham gia vào quá trình này, chủ yếu là các loài Bacillus như: B. mesentericus, B. mycoide, B. sustilis , Số lượng của chúng trong các thủy vực khác nhau thì rất khác nhau, thường trong các thủy vực nước ngọt số lượng của chúng nhiều hơn các thủy vực o nước lợ, mặn. Nhiệt độ tối ưu cho sự amôn hóa là từ 25-30 C. Do đó, vào mùa đông sự amôn hóa bị làm chậm đáng kể. Tuy nhiên, sự tăng mạnh số lượng vi khuẩn gây thối trong mùa hạ chỉ xảy ra ở các thủy vực bị nhiễm nước thải và thường không thấy ở các sông hồ và vùng biển sạch. NH 3 được hình thành trong quá trình amôn hóa sẽ hòa tan vào trong muối hình thành ion NH , cho đến khi cân bằng sau đây được thiết lập. + 4 NH + H O   NH + OH 3 2 4 + - k = 10 - 4,74 Tỉ lệ giữa NH và ion NH trong nước phụ thuộc vào nhiệt độ và pH của môi trường. Theo Boyd (1990) thì tỉ lệ phần trăm của NH 3 trong dung dịch nước ở những giá trị của pH và nhiệt độ khác nhau được trình bày ở Bảng 3-4. 3.2.3 Quá trình nitrate hóa và phản nitrate hóa Nitrate hóa là hóa trình oxy hóa ammonia và muối ammonium, hình thành acid nitrous (HNO 2 ) và acid nitric (HNO 3 ), qua đó vi sinh vật thu năng lượng cần thiết cho hoạt động sống của mình. Vi sinh vật thực hiện quá trình oxy hóa này kèm theo sự đồng hóa CO 2 xây dựng các hợp chất hữu cơ của cơ thể chúng, chúng là vi khuẩn hóa 72 3 4 + Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Dinh d ưỡng và các quá trình sinh học tự dưỡng và là những cơ thể hiếu khí bắt buộc. Quá trình nitrate hóa trải qua 2 pha do 2 nhóm vi khuẩn gây ra. Quá trình nitrite hóa: oxy hóa NH 3 thành acid nitrous (hay nitrite) NH + 3/2 O NO + 2H + H O + 76kcal Vi khuẩn tham gia quá trình này ở các thủy vực nước ngọt có Nitrosomonas europara và trong các thủy vực nước lợ, mặn có Nitrosococcus sp. Quá trình nitrate hóa: oxy hóa acid nitrous thành acid nitric (hay nitrate) NO + 1/2 O  NO - + 24kcal Vi khuẩn tham gia vào quá trình này ở các thủy vực nước ngọt có các loài thuộc giống Nitrobacter và trong các thủy vực nước lợ, mặn có Nitrospina gracilic và Nitrosococcus mobilis . Vi khuẩn nitrate hóa phân bố rất ít trong các thủy vực sạch, nghèo dinh dưỡng, trong các thủy vực giàu dinh dưỡng số lượng của chúng có nhiều hơn, nhưng cao nhất cũng chỉ khoảng 10 tế bào/ml nước. Số lượng của chúng trong thủy vực dao động theo mùa rõ rệt: các cực tiểu thường thấy vào mùa đông hoặc đầu xuân, còn các cực đại thì trong mùa hè nghĩa là nó biến động hoàn toàn ngược lại với vi khuẩn amôn hóa. Như phần trên đã nói quá trình nitrate hóa chỉ xảy ra khi có mặt của oxy (kể cả nồng độ rất thấp), nghĩa là trong môi trường thoáng khí, còn trong môi trường yếm khí với sự có mặt của các hydrat carbon sẽ xảy ra quá trình ngược lại với quá trình nitrate hóa đó là quá trình phản nitrate hóa. Quá trình này khử nitrate qua nitrite thành NO, N 2 O), NH 2 OH, NH 3 và N 2 . Vi khuẩn tham gia vào quá trình phản nitrate hóa bao gồm các loại kỵ khí không bắt buộc như: Bacillus, Pseudomonas Trong điều kiện hiếu khí, chúng oxy hóa các chất hữu cơ bằng oxy của không khí, còn trong điều kiện kỵ khí, chúng tiến hành oxy hóa các hợp chất hữu cơ bằng con đường khử hydro để chuyển hydro cho nitrate và nitrite. Quá trình này không có lợi vì nó làm mất nitơ trong thủy vực và tạo thành các chất độc đối với thủy sinh vật như NH , NO . Trong đa số sinh cảnh, vi sinh vật chỉ có thể khử nitrate thành nitrite, chứ không có thể khử tiếp thành các dạng hợp chất khác. Do đó, ở đâu có quá trình phản nitrate hóa xảy ra mạnh thì ở đó có nhiều nitrite. 3.2.4 Chu trình Nitrogen Hầu hết đạm sử dụng cho các quá trình sinh học là NO được rửa trôi vào các sông hồ, ở đó chúng hầu hết được sử dụng bởi tảo cho quá trình sinh trưởng và sau đó bị lắng tụ trong bùn đáy. Đạm chứa trong tảo bị ăn bởi động vật phù du và ấu trùng côn trùng (động vật đáy) thì được hoàn trả lại cho tảo vào mùa hè. Hai quá trình yếm khí của chu trình (cố định đạm và phản nitrate hóa), do tảo lam và vi khuẩn thực hiện, ngược lại các quá trình còn lại xảy ra trong điều kiện hiếu khí. Hầu hết quá trình cố định đạm đều xảy ra trong tầng nước, trong khi đó quá trình phản nitrate hầu như xảy + - + 4 2 2 2 - 2 2 3 - 3 2 - 3 73 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản ra trong tầng đáy đặc biệt là ở vùng cửa sông hay đất ngập nước. Các chất đạm hữu cơ trong hệ sinh thái thủy vực hiện diện trong cơ thể thực vật, động vật và trong xác bã hữu cơ (dạng lơ lửng hay hòa tan). Hình 5-2. Chu trình dinh dưỡng trong các hệ sinh thái nước ngọt 3.3 Chu trình phospho Trong nước thiên nhiên, phosphore có thể tồn tại dưới dạng acid orthophosphoric (H PO ) hay các sản phẩm phân ly của nó trong môi trường nước như ion H PO , - 3 HPO 4 2- 4 2 4 và PO 4 . Tùy thu ộ c vào pH c ủ a môi tr ư ờ ng mà nó s ẽ t ồ n t ạ i d ư ớ i d ạ ng nào là 3- chủ yếu. H PO H + H PO H PO H + HPO 3 4 2 HPO 2 4 - + + 4 2- 4  H + PO 4  + 4 3- - 2- k 1 k 2 k 3 = 10 = 10 = 10 -2,13 -7,21 -12,3 74 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Dinh d ưỡng và các quá trình sinh học Các dạng phosphorus hữu cơ dễ dàng chuyển hóa lẫn nhau và có thể chuyển thành dạng muối orthophosphate hòa tan nhờ hoạt động của vi sinh vật. Ví dụ, sau khi thực vật nổi chết đi, bị các vi sinh vật phân hủy, người ta thấy có tới 20-30% tổng số phosphorus trong cơ thể chúng được phân giải thành các muối cô cơ hòa tan, 30-40% dưới dạng hữu cơ hòa tan. Các muối hòa tan của phosphorus trong nước sẽ được hấp thu bởi thực vật hay lớp bùn đáy. Lớp bùn đáy chứa nhiều acid hữu cơ hay CaCO 3 dễ hấp thu mạnh các muối 2+ orthophosphate hòa tan trong nước. Nước có pH cao có nhiều ion Ca , các muối orthophosphate hòa tan có th ể b ị k ế t t ủ a d ư ớ i d ạ ng Ca 3 (PO 4 2) (apatit). Hình 5-3. Chu trình phosphorus trong hồ. Có nhiều loại vi khuẩn có khả năng hấp thu một lượng nhỏ muối Ca 3 (PO 4 2) không hòa tan một cách trực tiếp hay sau khi tạo thành các acid phosphorus hữu cơ hay ammoniphosphate hòa tan, đưa phosphorus trở lại vòng tuần hoàn vật chất trong thủy vực 75 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản 3.4 Chu trình lưu huỳnh Trong quá trình thối rữa protein, bên cạnh NH 3 một lượng nhỏ khí H 2 S thoát ra, chủ y ếu là quá trình phân hủy các acid amin chứa lưu huỳnh như Cystin, Cystein và Methionine Vi sinh vật Cystin    NH 3 + H 2 S + CO 2 + H 2 O Khí H 2 S không b ề n, trong môi tr ư ờ ng thoáng khí d ễ b ị oxy hóa b ằ ng con đư ờ ng hóa học hay sinh học dưới tác dụng của một số vi khuẩn và nấm mốc. Sự oxy hóa nhờ vi sinh vật diễn ra thông qua nhiều sản phẩm trung gian rồi thành ion SO 4 cùng bền vững của sự khoáng hóa các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh. Quá trình này được gọi là quá trình sulfate hóa. 2H 2 S + O 2  S 2 + 2H 2 O + 80kcal S 2 + 3O 2 + 2H 2 O 2H 2 SO 4 + 240kcal Nhìn ch ung, sự oxy hóa H 2 S và các hợp chất chứa lưu huỳnh có khả năng oxy hóa khử như: S , thiosulfate (S O ) và sulfite (SO ) là do một số nhóm vi khuẩn hóa tự dưỡng, chúng dùng năng lượng thu nhận được để khử CO 2 xây dựng các hợp chất hữu cơ của cơ thể chúng. 2- là ch ấ t cu ố i 2- 2- 2 2 3 3 SO 2- 4 đư ợ c hình thành trong quá trình sulfate hóa. Trong môi tr ư ờ ng y ế m khí nó s ẽ b ị vi sinh vật khử trở lại thành H 2 S, quá trình này được gọi là quá trình phản sulfate hóa. SO + 8H  S + 4H O 2- + 2- 4 2 khí hoặc bị phân ly thành các ion HS và S Xác hữu cơ Khí H 2 S đư ợ c hình thành trong quá trình th ố i r ữ a c ủ a th ứ c ă n th ừ a hay phân h ủ y protein của động thực vật chết, quá trình phản sulfate hóa sẽ hòa tan trong nước. Khí H 2 S có độ hòa tan rất lớn trong nước, khi hòa tan trong nước H 2 S có thể tồn tại ở dạng - 2- Th ự c v ậ t Đ ộ ng v ậ t H 2 S Khí quy ể n SO 4 2- Hình 5-4. Các quá trình hình thành H 2 S trong thủy vực 76 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. [...]... tháp Trong chuỗi thức ăn khi vật chất và năng lượng được chuyển hóa từ bậc dinh dưỡng này sang bậc dinh dưỡng kế tiếp thì vật chất và năng lượng bị mất dần, lượng vật chất và năng lượng bị 81 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản mất đi chính là lượng vật chất và năng lượng được sinh vật sử dụng cho... © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản Hình 5- 5 Chuỗi thức ăn phức tạp tồn tại trong tất cả các thủy vực nước ngọt, cho phép năng lượng ánh sáng mặt trời chuyển thành qua các giai đoạn từ động và thực vật nhỏ nhất đến lớn nhất Hình 5- 6 Các thành phần trong ao nuôi thủy sản 80 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com... thái thủy vực Vật chất hữu cơ trong hệ sinh thái đất ngập nước được mang tới các thủy vực lớn (hồ, biển và đại dương) qua quá trình trao đổi nước theo thủy triều, lượng vật chất hữu cơ này góp phần quan trọng trong quá trình sống của các sinh vật trong hệ sinh thái thủy vực 87 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only Quản lý chất lượng nước nuôi trồng. .. hoá chất từ các vùng công nghiệp d) Chất thải sinh hoạt từ các dịch vụ du lịch giải trí dọc bờ biển e) Vật chất lơ lửng cao từ quá trình khai khoáng (cát, đá, mỏ ) f) Chất dinh dưỡng và chất hữu cơ từ ao nuôi thủy sản g) Thuốc trừ sâu và chất dinh dưỡng từ nông nghiệp h) Sự thay đổi chế độ thủy động học vùng ven biển gây ra bởi hồ chứa i) Chất dinh dưỡng và vật chất hữu cơ từ các ao nuôi cá j) Chất. .. cực, hàm lượng oxy hòa tan tăng dần trở về trạng thái ban đầu, giai đoạn này được gọi là giai đoạn 89 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản phục hồi Thủy vực nhiễm bẩn trở về trạng thái ban đầu nhờ khà năng tự lọc sạch của thủy vực (Hình 3- 15) Hình 5- 14 Ô nhiễm và quá trình tự lọc sạch ở thủy vực... trong nước giảm nhanh chóng, giai đoạn này là giai đoạn suy thoái của thủy vực Mức độ giảm hàm lượng oxy hòa tan phụ thuộc vào lượng chất thải thải vào thủy vực, lượng chất thải càng nhiều thì tốc độ giảm oxy hòa tan càng nhanh và hàm lượng càng thấp, trường hợp quá nhiều chất thải hàm lượng oxy hòa tan có thể đạt đến mức bằng 0 Hàm lượng oxy hòa tan giảm đến mức cực tiểu và duy trì trong một khoảng... nước nuôi trồng thủy sản CÁC HỆ SINH THÁI TỰ NHIÊN VÙNG ÔN ĐỚI, TRÊN CẠN RỪNG SỒI (NEW YORK) 1.1 95 RỪNG SỒI (DENMARK) 1. 350 1. 450 RỪNG VÂN SAM (GERMANY) RỪNG THÔNG (ENGLAND) 1.600 ĐỒNG CỎ (NEW ZEALAND) 3.200 VÙNG NHIỆT ĐỚI RỪNG NHIỆT ĐỚI 6.000 RỪNG CỌ TRỒNG (CONGO) 3.700 RỪNG (BỜ BIỂN NGÀ) 1.340 NƯỚC NGỌT 950 -1 .50 0 AO NUÔI (DENMARK) AO NƯỚC THẢI (CALIFORNIA) 5. 600 ĐẦM CỎ NẾN (MINNESOTA) 2 .50 0 NƯỚC MẶN... và thực dưỡng chất - Vật chất hữu cơ (COD và BOD) - Độ đục (chất rắn lơ lửng) - Hợp chất độc và phóng xạ - Nhiệt lượng 6.4 Ô nhiễm hữu cơ và quá trình tự lọc sạch trong thủy vực Khi chất thải hữu cơ được thải vào thủy vực, quá trình phân hủy hữu cơ làm chất lượng nước biến đổi nhanh chóng vượt ngoài phạm vi tự nhiên Quá trình phân hủy hữu cơ tiêu thụ nhiều oxy làm cho hàm lượng oxy hòa tan trong nước... trung bình (Mesotrophic)  35  8 3 Giàu dinh dưỡng (Eutrophic)  100   25   1 ,5  Rất giàu dinh dưỡng (Hypertrophic)  100   25   1 ,5  Giữa các thủy vực nghèo dinh dưỡng và giàu dinh dưỡng có những nét đặc trưng tương phản nhau về những tính chất vật lý, thành phần hóa học của nước và thành phần thủy sinh vật Sự khác nhau đó có thể được tóm tắt qua bảng sau: 85 Generated by Foxit PDF Creator... http://www.foxitsoftware.com For evaluation only Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản Bảng 5- 7 Sự tương phản giữa thủy vực nghèo dinh dưỡng và giàu dinh dưỡng Nghèo dinh dưỡng Bờ sâu và dốc Thể tích tầng mặt tương đối nhỏ so với tầng dưới đáy nước xanh đậm hoặc xanh đọt chuối; độ trong lớn Nước nghèo thành phần dinh dưỡng về thực vật và Ca ++ Lớp bùn đáy ít vật chất hữu cơ Oxy phong phú khắp tầng nước . For evaluation only. Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản trình xói lở vật chất dinh dưỡng được nước mưa mang vào thủy vực. Vật chất dinh dưỡng cũng được đưa vào thủy vực theo con đường. Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản Vô cơ hóa (khoáng hóa) các hợp chất hữu cơ là chức năng chủ yếu của vi khuẩn và nấm trong việc biến đổi vật chất trong thủy vực. Nhờ thế mà các chất. For evaluation only. Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản mất đi chính là lượng vật chất và năng lượng được sinh vật sử dụng cho quá trình hô hấp cung cấp năng lượng cho hoạt động sống