Báo cáo Tính chất vật lý của môi trường nước

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐỒNG THÁP KHOA TÀI NGUYÊN & MÔI TRƯỜNG Bài báo cáo: Tính chất vật lý của môi trường nước Ánh sáng và môi trường nước Độ trong độ đục Nhiệt độ GVHD: Trần Đạt Huy Nhóm 2: - Lê Võ Kim Ngọc - Phan Thị Thuỳ Nguyên - Lê Thị Kim Tươi - Nguyễn Thị Chu Trinh - Phạm Văn Tới - Hồ Thanh Quí Mục lục 1. Ánh sáng và môi trường nước................................................................................4 1.1. Phân phối năng lượng mặt trời...........................................................................4 1.2. Sự xâm nhập của ánh sáng và cột nước..............................................................4 1.3. Năng lượng nhiệt...................................................................................................5 1.3.1. Năng lượng nhiệt tích lũy trong một thủy vực................................................5 1.3.2. Tỉ trọng nước......................................................................................................6 1.4. Sự phân tầng nhiệt độ...........................................................................................7 1.4.1. Nguyên nhân và qúa trình phân tầng..............................................................7 1.4.2. Kiểu phân tầng...................................................................................................8 1.4.3. Hệ quả của sự phân tầng...................................................................................9 1.4.4. Nguyên nhân và quá trình phá vỡ phân tầng..................................................9 1.4.5. Hệ quả của sự phá vỡ phân tầng......................................................................9 1.5. Sự phân chia các vùng trong thủy vực...............................................................9 1.5.1. Theo chiều thẳng đứng....................................................................................10 1.5.1. Theo chiều ngang.............................................................................................10 1.6. Chuyển động của nước.......................................................................................11 2. Độ đục, độ trong.....................................................................................................12 2.1. Độ trong................................................................................................................12 2.2. Độ đục...................................................................................................................13 2.3. Tính chất của độ đục...........................................................................................13 2.4. Nguồn gốc độ đục................................................................................................13 2.5. Ảnh hưởng của độ đục..........................................................................................14 2.6. Kiểm soát và quản lý độ đục.................................................................................14 3. Nhiệt độ......................................................................................................................16 3.1. Yếu tố nhiệt độ trong thuỷ sản..............................................................................16 3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến môi trường nuôi....................................................16 3.3. Những ảnh hưởng của nhiệt độ và cách xử lý khi nhiệt độ thay đổi đột ngột trong ao nuôi tôm..........................................................................................18 3.4. Quản lý nhiệt độ trong ao nuôi.............................................................................19 Tài liệu tham khảo.........................................................................................................201. Ánh sáng và môi trường nước Phân phối năng lượng mặt trời Năng lượng mặt trời khi truyền qua khí quyển đến mặt đất thì năng lượng giảm dần do sự hấp thụ của khí quyển và vật chất trên bề mặt quả đất. Năng lượng mặt trời được truyền ở hai dạng sóng ánh sáng, ánh sáng khả kiến và bất khả kiến. Sự phân bố năng lượng được trình bài qua hình. Sự xâm nhập của ánh sáng và cột nước - Ở một ngày trong lành, cường độ bức xạ mặt trời gia tăng từ 0 trước lúc bình minh và đạt cực đại vào lúc giữa trưa (14:00 – 16:00). Quá trình quang hợp của thực vật thủy sinh gia tăng khi cường độ bức xạ mặt trời gia tăng và sẽ giảm khi cường độ bức xạ mặt trời giảm. - Khi chiếu tới mặt nước ánh sáng không hoàn toàn xâm nhập vào cột nước mà một phần bị phản xạ lại không khí, Khả năng xâm nhập của ánh sáng vào môi trường nước phụ thuộc vào tính phẳng lặng của mặt nước và góc tới của tia sáng so với mặt nước. Những tia sáng chiếu gần thẳng góc với mặt nước sẽ xâm nhập vào nước nhiều nhất. - Cường độ ánh sáng sẽ giảm khi xuyên qua cột nước vì bị phân tán và hấp thu bởi cột nước. Đối với nước tinh khiết, chỉ 53% cường độ ánh sáng biến đổi thành nhiệt và triệt tiêu khi xuyên qua 1m nước đầu tiên của cột nước. Các tia sáng có bước sóng dài ( đỏ, cam) và ngắn (tím) thì bị triệt tiêu nhanh hơn các tia sáng có bước sóng trung bình ( lục, lam và vàng). Nước thiên nhiên có nhiều tạp chất ngăn cản quá trình xâm nhập của ánh sáng vào môi trường nước. - Quá trình quang hợp của các thực vật thủy sinh không thể thực hiện được khi cường độ ánh sáng thấp hơn 1%. Tầng nước nhận được hơn 1% cường độ ánh sáng được gọi là tầng ánh sáng hay tầng quang hợp ( photic layer ). Nước trong ao nuôi tôm, cá thường đục do thực vật phù du phát triển mạnh nên tầng ánh sáng của nó thường thấp. Theo Boyd (1990) thì tầng ánh sáng thường gấp đôi độ trong của nước đo bằng đĩa Secchi. Năng lượng nhiệt Năng lượng nhiệt tích lũy trong một thủy vực - Nguồn nhiệt chính làm cho nước trong các thủy vực ấm lên là do năng lượng ánh sáng mặt trời cung cấp. Ngoài ra, còn có thể do năng lượng sinh ra trong quá trình oxi hóa các hợp chất hữu cơ và vô cơ trong nước và nền đáy của thủy vực, nhưng năng lượng sinh ra bởi các quá trình oxy hóa này không đáng kể so với năng lượng mặt trời cung cấp. Do đó, nhiệt độ của nước thay đổi theo vị trí địa lí của thủy vực, theo mùa, theo thời tiết và theo ngày đêm. Sự thay đổi nhiệt độ của nước trong các thủy vực theo ngày đêm gắn liền với cường độ chiếu sáng của mặt trời trong ngày. Thường nhiệt độ của nước trong các thủy vực thấp nhất vào buổi sáng lúc 2h – 5h, cao nhất vào chiều lúc 14h – 16h và lúc 10h nhiệt độ cuả nước trong thủy vực gần đạt tới nhiệt độ trung bình ngày đêm. Biên độ dao động nhệt độ trong ngày đêm lớn hay nhỏ phụ thuộc vào tính chất của thủy vực: các thủy vực nhỏ và nông có biên độ dao động nhiệt độ ngày đêm lớn hơn các thủy vực lớn và sâu. Sự thay đổi nhiệt độ theo ngày đêm ở các ao nông có thể rất đáng kể: ở tầng mặt sự chênh lệch nhiệt độ ngày đêm có thể tới 10oC, ở độ sâu 20cm là 5oC còn ở đáy ao là 2oC. - Trong thủy vực năng lượng nhiệt có thể bị mất đi do nước bốc hơi, phát xạ nhiệt, hấp thụ vào nền đáy hoặc dòng chảy ra khỏi thủy vực. Tỉ trọng nước - Nước ở 4oC có tỉ trọng lớn nhất, khi nhiệt độ tăng hay giảm, mật độ phân tử nước bị giảm làm nước trở nên nhẹ hơn. Tỉ trọng nước ở các mức nhiệt độ khác nhau. Hình 2-4. Sự thay đổi tỉ trọng nước theo nhiệt độ Sự phân tầng nhiệt độ Nguyên nhân và qúa trình phân tầng - Các thủy vực tự nhiên, đặc biệt là các thủy vực nước tĩnh, sự phân tầng thường xảy ra khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa tầng mặt và tầng đáy. Do tác động của gió và sóng, nhiệt độ từ mặt nước được truyền xuống sâu 1m đến vài trăm mét thành 1 tầng nước có nhiệt độ đồng nhất, tầng này gọi là tầng mặt. Từ độ sâu 200m - 300m, nhiệt độ bất đầu giảm rất mạnh đến độ sâu 1000m. Tầng nước này gọi là tầng giữa. Nhiệt độ có thể giảm đi 20oC qua tầng nước này. Dưới tầng “thermocline”, nhiệt độ nước giảm chậm lại và ổn định ở vùng đáy sâu. - Khi nhiệt độ nước ở tầng mặt thay đổi (giảm dần đến 4oC hoặc tăng lên đến 4oC), lúc này tỉ trọng nước tầng mặt cao chúng sẽ chìm xuống và nước ở tầng dưới nhẹ hơn sẽ nổi lên gây nên hiện tượng phá vỡ phân tầng. Tùy theo từng vùng trên trái đất mà sự phân tầng và phá vỡ phân tầng diễn ra 1 lần hay nhiều lần trong năm. Kiểu phân tầng - Amictic - bị phủ bởi lớp băng vĩnh cửu trên bề mặt, không có hiện tượng phá vỡ phân tầng. - Oligomictic - các hồ cạn ở vùng xích đạo hầu như ít xảy ra hiện tượng phân tầng hoặc thủy vực lạnh nước. - Monomictic – phân tầng và phá vỡ phân tầng một lần trong năm vào mùa lạnh ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới vào mùa ấm ở vùng cực. - Dimictic - phân tầng và phá vỡ phân tầng đều đặn 2 lần trong năm ở các hồ vùng ôn đới vào mùa xuân và mùa thu. - Polymictic - các thủy vực cạn thường xuyên xảy ra sự phân tầng và phá vỡ phân tầng ( thường xảy ra theo chu kì ngày đêm). Hệ quả của sự phân tầng - Vật lí – ngăn cản quá trình hòa trộn và trao đổi nhiệt trong cột nước. - Hóa học – giảm hàm lượng dinh dưỡng trên tầng mặt; ngăn cản sự trao đổi vật chất trong cột nước. - Sinh học – giới hạn không gian của sự sống; giảm năng suất sinh học. Nguyên nhân và quá trình phá vỡ phân tầng - Nhiệt độ thay đổi, gió/ bão. mưa to, dòng chảy, sự di chuyển của sinh vật. Hệ quả của sự phá vỡ phân tầng - Vật lí: Cân bằng nhiệt, xáo trộn tầng nước. và tăng sự xâm nhập của ánh sáng. - Hóa học: xáo trộn các vật chất hòa tan hay lơ lửng, cung cấp dinh dưỡng cho tầng mặ, giảm oxy hòa tan và tăng hàm lượng các chất độc (NH3, CH4, H2S) ở tầng mặt. - Sinh học: Ảnh hưởng xấu đến động vật trong thời gian phá vỡ phân tầng, tăng năng suất sinh học sau khi hiện tượng phá vỡ phân tầng xảy ra. Sự phân chia các vùng trong thủy vực - Trong các thủy vực lớn tùy theo độ sâu và tùy theo khoảng cách với vùng bờ mà môi trường có đặc tính khác nhau. Dựa vào đặc tính vật lí của môi trường nước, có thể chia thủy vực thành các vùng sau: Theo chiều thẳng đứng - Tầng mặt hay còn gọi là tầng đối lưu, đây là vùng có sự chuyển động của nước theo chiều thẳng đứng. - Tầng giữa hay là tầng biến nhiệt, đây là ranh giới giữa tầng nước mặt có nhiệt độ cao và tầng đáy có nhiệt độ thấp. Vì vậy, nhiệt độ trong tầng biến nhiệt giảm rất nhanh theo độ sâu. - Tầng dưới là tầng nước có nhiệt độ thấp và ổn định. - Vùng sáng được giới hạn từ mặt nước đến độ sâu của cường độ ánh sáng 1%, vùng này còn được gọi là vùng quang hợp vì thực vật phù du phát triển và hiện tượng quang hợp xảy ra. - Vùng tối được giới hạn từ độ sâu có cường độ ánh sáng 1% đến đáy thủy vực. - Độ sâu cân bằng giữa quang hợp và hô hấp chính là ranh giới giữa vùng sáng và vùng tối. Theo chiều ngang - Vùng trên triều: là phần đất phía trên cao hơn mức triều cực đại, bao gồm đất canh tác, đất tự nhiên, phủ bởi hệ thực vật hoang dại, các đầm nuôi trồng thủy sản. Hoạt động của con người lên tiểu vùng này rất manhc liệt nhằm cải tạo đất, phát triển nông nghiệp, nuôi trồng thủy sản. - Vùng triều là vùng mặt nước theo chu kì, nên tập trung của các cây rừng ngập mặn hoặc các bãi bùn, bãi cát bằng phẳng. Đây là nơi sinh sống của các sinh vật thích nghi lối sống nửa nước nửa cạn. Điện kiện sống vùng này tương đối khắc nghiệt nhưng do đa dạng về môi trường sống nên sinh vật vùng triều rất đa dạng, đặc biệt đa dạng về kiểu gen. - Vùng khơi là vùng ngập mặn thường xuyên, vùng này chiếm diện tích lớn nhất. Khối nước và nền đáy là nơi sinh sống và phát triển của các loài sinh vật biển. Chuyển động của nước - Nguyên nhân gây chuyển động: Do nhiều nguyên nhân như sự chênh lệch nhiệt độ, độ mặn, sóng gió thủy triều, sự di chuyển của các thủy sinh vật, khối nước trong thủy vực luôn luôn chuyển động, ngay cả trong các thủy vực không có sự trao đổi nước. Nước chuyển động giúp cho sự chuyển động của thủy sinh vật, sự khuếch tán oxy từ không khí vào môi trường nước, sự điều hòa nhiệt độ, độ mặn, các khí hòa tan và việc phân tán các sản phẩm bài tiết của thủy sinh vật được thực hiện một cách dễ dàng, tránh được hiện tương nhiễm bẩn hay thiếu oxy cục bộ. - Kiểu chuyển động của nước: Đối lưu, dòng chảy, sóng, sự nhiễu loạn, nước trồi, nước chìm. - Dòng nước ngọt trải trên lớp nước biển có tỉ trọng cao hơn tạo thành nêm nước mặn. Nơi này cũng là nơi “ nước mặn ra ” hoặc là nơi kết tụ của các hạt phù sa.  Độ đục, độ trong Độ trong - Độ trong của nước là khả năng ánh sáng mặt trời xuyên qua nước. Nó có ý nghĩa quan trọng trong đời sống của các loài thuỷ sinh vật. * Một số nguyên nhân dẫn đến độ trong của nước: + Do hiện tượng tảo tàn khi chết lắng xuống đáy gây ra các khí độc làm các sinh vật trong nước chết dẫn đến độ trong của nước. + Do không có phù sa hoặc phù sa ít. * Ảnh hưởng của độ trong quá cao: + Cho thấy nước nghèo dinh dưỡng, sinh vật phù du phát triển kém, hạn chế thành phần thức ăn tự nhiên của cá, năng suất cá nuôi giảm. Đối với các ao nuôi có nước quá trong sẽ làm cá nuôi trở nên nhạy cảm, sợ và bỏ ăn, gây stress cho tôm, cá. + Ánh sáng có thể xâm nhập sâu vào lòng nước, nhưng nếu trong lòng nước không có thực vật phù du thì nguồn năng lượng mặt trời sẽ bị bỏ phí và không có ý nghĩa gì cho sự phát triển của các sinh vật thức ăn tự nhiên khác của tôm, cá. Vì vậy cần thiết phải xác định dộ trong của nước sao cho cân đối cả hai yếu tố, vừa cần có bức xạ ánh sáng đi sâu vào vùng nước, vừa có thực vật phù du để sử dụng nguồn năng lượng mặt trời. * Quản lý độ trong - Trong một ao nuôi cá thông thường, mật dộ thực vật phù du thường khá lớn (trên 2 triệu cá thể/lít), vì vậy độ trong của nước ao thường thấp chỉ 10-40cm. Ở các thuỷ vực tự nhiên như sông, hồ tự nhiên, hồ chứa nước nhân tạo,... mật độ thực vật phù du thấp (dưới 1 triệu cá thể/lít), nếu nước không bị đục bởi keo đất , phù sa thì độ trong thường rất lớn, có thể trên 100cm. - Có thể kiểm tra độ trong của ao nuôi bằng cách đơn giản là cho cánh tay xuống ao, sao cho nước ngập đến khuỷu tay và quan sát, nếu chúng ta không nhìn thấy bàn tay là được, hoặc sử dụng cụ đo đĩa Secchi. - Nếu độ trong của nước quá cao, người nuôi cần kết hợp kiểm tra pH. Nếu pH thấp thì phải bón thêm vôi, kết hợp bón phân và sử dụng các loại hóa chất gây màu nước nhằm cung cấp chất dinh dưỡng, kích thích tảo phát triển làm giảm độ trong của nước ao. Độ đục Tính chất của độ đục - Độ đục là khả năng cản những tia nắng mặt trời. Phụ thuộc vào lượng keo khoáng, vật chất hữu cơ lơ lửng, sự phát triển của các vi tảo, sóng gió thủy triều và lượng nước mưa đổ vào thủy vực. Ở những thủy vực khác nhau nguyên nhân gây ra độ vẩn đục khác nhau. - Ở sông, độ đục của nước là do sự có mặt của các chất không hòa tan như phù sa ( kích thước khoảng 2-50 micromet ), các chất keo ( kích thước nhỏ hơn 2 micromet) có nguồn gốc vô cơ và hữu cơ. Do đó độ vẩn đục thay đổi theo mùa rõ rệt. Mùa mưa, nước mưa chảy vào sông cuốn theo các tạp chất trên mặt đất nên độ đục của nước sông cao ( thường thấy sau trận mưa lớn ) và độ đục giảm dần theo mùa khô. - Ở ao, ngoài các nguyên nhân trên gây ra độ đục còn do vật chất hữu cơ từ phân bón, thức ăn, sự phát triển của tảo. - Độ đục của nước có ảnh hưởng đến cường độ chiếu sáng của mặt trời vào thủy vực nên có ảnh hưởng đến cường độ quang hợp của thực vật phù du. Khi độ trong thấp ( độ đục cao), lượng ánh sáng xâm nhập vào thủy vực ít – cường độ quang hợp của thực vật phù du giảm. Đối với cá, khi độ trong thấp cá khó hô hấp cường độ bắt mới giảm, độ đục được đo bằng độ hấp thụ ánh sáng hoặc hàm lượng tổng chất rắn lơ lửng. Nguồn gốc độ đục - Bên ngoài: nguồn nước, nước rửa trôi, bụi phóng xạ từ không khí. - Bên trong: chất lơ lửng nền đáy – tạo ra do chuyển động của dòng nước và cá; thức ăn thừa, chất thải của tôm cá nuôi. Ảnh hưởng của độ đục - Giảm sự xâm nhập của ánh sáng. Điều này làm giảm sự phát triển của thực vật nổi và thực vật bật cao, làm cho quang hợp của thực vật phù du bị giảm sút nghiêm trọng – mà thực vật phù du là nhóm sinh vật quan trọng vào bậc nhất của một thực vật nước, nhờ quá trình quang hợp của chúng tạo ra vật chất hữu cơ cho vực nước. - Sống trong môi trường nước đục, khả năng quan sát của tôm, cá để đi kiếm mồi bị giảm. - Hấp thụ và nhả chất dinh dưỡng. - Ít tác động trực tiếp lên cá, nhưng nếu độ đục quá mức có thể gây ảnh hưởng đến chức năng của mang. - Nước đục do các chất humic (mùn hữu cơ) mặc dù không gây độc trực tiếp cho vật nuôi nhưng thường gây ra hiện tượng thiếu dinh dưỡng do nồng độ acid lớn. - Độ đục gây ra bởi các hạt đất, sét mịn là loại có hại, tuy không trực tiếp gây hại đời sống thuỷ động vật nhưng nó kìm hãm tảo phát triển, gây sa lắng xuống đáy ao, gây ra sự lắng tụ phù sa trên nền đáy bao phủ trứng cá. Nguồn đất sét gây đục có thể từ ngoài thâm nhập và cũng sinh ra từ nội bộ ao nuôi Kiểm soát và quản lý độ đục * Độ đục được đo dựa trên nguyên tắc quang học – dựa trên cơ sở ánh sáng truyền qua. Có rất nhiều loại máy để đo, nhưng chủ yếu là dùng đĩa Secchi. - Quản lý độ đục từ nguồn nước + Chứa nước đục trong ao để lắng (ví dụ như ao lắng cho tôm) có thể làm giảm độ đục. Khoanh lại nguồn nước đọng tránh gây xói mòn bờ ao. - Quản lý độ đục bên trong ao + Loại bỏ hạt sét bằng muối vô cơ: Kết tủa độ đục sét bằng các quá trình đông kết, trung hòa những hạt sét trao đổi ngược với các cation, hiệu quả gia tăng với các cation trao đổi lớn hơn (Al3+ > Fe3+ > Ca2+ > H+, Na+) Keo + cation ® Phức hệ keo – cation I Ví dụ: Al2(SO4)3.12H2O + 6H2O ® 2AL(OH)3 + 6H2O + 3SO4 + 14H2O + Loại bỏ hạt sét với thực vật phù du: Thực vật phù du được sử dụng như hạt nhân cho sự kết đông, phân bón kích thích sự phát triển của thực vật nổi, do đó các tế bào thực vật lấy đi những hạt sét. Chú ý nên tạo sự phát triển của phiêu sinh vật trước khi thả cá vì cá đói sẽ khuấy động nền đáy làm đục nước. + Chất hữu cơ vô sinh: Vật chất hứu cơ, phân xanh phân hủy sẽ làm giàu CO2 , pH giảm giúp cho quá trình kết tụ các hạt sét. * Tăng cường độ đục cho nước - Biện pháp đầu tiên nghĩ đến đển làm tăng độ đục cho nước là bón phân để tăng mật độ tảo. Các chất gây màu cũng có thể sử dụng để hạn chế độ trong của nước, kìm hãm cỏ dại phát triển. sản phẩm có tên thương mại là Aquashade được sử dụng để là giảm độ truyền thấu của ánh sáng, nó có màu xanh da trời dùng trong thực phẩm, không gây hại cho động vật thuỷ sinh. Nó hạn chế cả cỏ dại và tảo phát triển. Sản phẩm này cũng được dùng ở Úc nhằm chống lại các loài chim săn cá. Một số nhà nuôi trồng tìm cách sử dụng đất sét để làm tăng độ đục nhưng kết quả đạt được không rõ ràng. Đưa vào ao các chất hữu cơ như cỏ, bon thêm phân hữu cơ làm tăng độ màu của nước, hạn chế độ truyền ánh sáng nhưng dễ gây ra tình trạng thiếu oxy. * Giảm độ đục trong ao nuôi - Sử dụng biện pháp keo tụ là sử dụng hoá chất làm thúc đẩy các hạt keo tập hợp co cụm lại thành các tập hợp lớn, chất keo tụ thông dụng là phèn nhôm như Al2(SO4)3 , poly nhôm clorua, các muối sắt. Các chất này khi hoà trộn vào nước sẽ làm cho các hạt keo nhỏ mịn cụm lại và dễ lắng. - Việc sử dụng phèn nhôm hay PAC đều làm hao hụt lượng phân lân hoà tan trong nước. Nhiệt độ Yếu tố nhiệt độ trong thuỷ sản - Nhiệt độ là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng tới nuôi trồng thuỷ sản. Nó ảnh hưởng trực tiếp hay gián tiếp đến các thông số khác đặc trưng cho chất lượng nước. - Nguồn nhiệt cung cấp chủ yếu là từ năng lượng bức xạ của mặt trời. - Nhiệt độ biến động theo ngày-đêm, các mùa trong năm. Do hiện tượng đối lưu xảy ra mạnh vào mùa đông làm giảm bớt chênh lệch của nhiệt độ cũng như hàm lượng oxy hoà tan giữ tầng mặt và tầng đáy. Nhưng vào mùa hè đối với các vực nước tù đọng, không có sự đối lưu nhiệt nên hàm lượng oxy hoà tan giữa tầng mặt và tầng đáy của vực nước. - Nhờ đặc tính lưu giữ nhiệt lớn nên sự biến động nhiệt độ của môi trường nước bao giờ cũng ít hơn của không khí trong cùng điều kiện. * Ví dụ: ở hồ chứa Núi Cốc nhiệt độ không khí đo vào tháng 10 biến động trong khoảng 25,5-310C, trong khi đó nhiệt độ nước trong khoảng 25-280C. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến môi trường nuôi - Nhiệt độ thích hợp cho sự phát triển của hầu hết thuỷ sinh vật là trong khoảng 20-30oC. Nhiệt độ dưới 15oC làm giảm quá trình tiêu hoá và hấp thụ dinh dưỡng, do đó làm cho tôm, cá giảm ăn, chậm phát triển. Đặc biệt có một số loài thuỷ sản c