Tài liệu Cấu trúc quần xã động vật phù du trong vịnh bình cang nha trang và sự vận chuyển cacbon và nitơ từ thực vật phù du sang động vật phù du

MỤC LỤC MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ........................................................................ 5 1.1. Tình hình nghiên cứu Động vật phù du ............................................. 5 1.1.1. Tình hình nghiên cứu Động vật phù du trên thế giới 5 1.1.2. Tình hình nghiên cứu động vật phù du trong nước 17 1.2. Tình hình nghiên cứu sinh học loài Pseudodiaptomus annandalei Sewell, 1919, Bộ Calanoida, Lớp phụ Chân mái chèo .............................. 29 1.3. Đặc điểm khu vực nghiên cứu .......................................................... 32 1.3.1. Vị trí địa lý 32 1.3.2. Điều kiện tự nhiên 33 CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............. 36 2.1. Đối tượng nghiên cứu ........................................................................ 36 2.2. Thời gian và địa điểm nghiên cứu .................................................... 36 2.3. Phương pháp thu mẫu ngoài hiện trường........................................ 37 2.3.1. Các yếu tố môi trường 37 2.3.2. Mẫu động vật phù du dung để phân tích cấu trúc quần xã 38 2.3.3. Mẫu vật dùng để phân tích đồng vị phóng xạ cacbon và nitơ 39 2.3.4. Mẫu phân tích sinh học của loài Pseudodiaptomus annandalei 39 2.4. Phương pháp phân tích..................................................................... 39 2.4.1. Sinh vật lượng Động vật phù du 39 2.4.2. . Phân tích đồng vị cacbon và nitơ 43 2.4.3. Sinh học và sức sinh sản của loài P. annandalei Sewell, 1919 45 2.4.4. Phân tích và xử lý số liệu 47 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................. 49 3.1. Một số đặc điểm môi trường............................................................. 49 3.1.1. Nhiệt độ tầng mặt 49 3.1.2. Độ mặn tầng mặt 52 3.2. Cấu trúc quần xã Động vật phù du vùng biển Nha Trang – Bình Cang và Nha Phu ........................................................................................ 53 3.2.1. Thành phần loài động vật phù du 53 3.2.2. Biến động thành phần loài nhóm Chân mái chèo 62 3.2.3. Thành phần loài ĐVPD dựa trên tập tính bắt mồi 66 3.2.4. Sinh vật lượng Động vật phù du 68 3.2.5. Sinh vật lượng các nhóm động vật phù du theo nhóm thức ăn. 85 3.2.6. Mối tương quan giữa quần xã ĐVPD với các yếu tố môi trường 89 3.2.7. Các chỉ số đa dạng sinh học 96 3.2.8. Tính ổn định của quần xã ĐVPD. 99 3.3. Sự vận chuyển đồng vị Cacbon và Nitơ từ thực vật phù du sang động vật phù du ........................................................................................ 105 3.3.1. δ 13C và δ15N theo nhóm kích thước của sinh vật phù du biển 105 3.3.2. Đồng vị 13C và 15N của sinh vật phù du trong khu vực nghiên cứu theo không gian và thời gian 107 3.3.3. Bậc dinh dưỡng của các nhóm loài sinh vật phù du biển. 112 3.4. Sinh học Chân mái chèo Pseudodiaptomus annandalei Sewell, 1919 …….. ......................................................................................................... 116 3.4.1. Các giai đoạn phát triển của ấu trùng P. annandalei 116 3.4.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự phát triển của ấu trùng P. annandalei ……………………………………………………………………………………… 119 3.4.3. Ảnh hưởng của độ mặn lên sự sống của ấu trùng P. annandalei 120 3.4.4. Kích thước cá thể cái trưởng thành và sức sinh sản của P. annandalei ………………………………………………………………………………………..122 KẾT LUẬN CHUNG ............................................................................... 125 Kiến nghị................................................................................................... 126 NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN ......................................... 127 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ................................ 128 TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................ 129 MỞ ĐẦU Động vật phù du (zooplankton: Greek: Zoon, animal; planktos, wandering) là những động vật sống trôi nổi và có khả năng bơi kém. Đa phần động vật phù du có kích thước hiển vi, đơn bào hoặc dạng đa bào với kích thước từ vài micron đến và centimet hoặc lớn hơn như một số loài sứa (Lalli và Parsons 1997). ĐVPD đóng vai trò quan trọng trong đa dạng sinh học động vật của hệ sinh thái biển (Goswami 2004). Chúng bao gồm hầu hết các đại diện của các nhóm động vật ở các bậc phân loại (taxon) của giới động vật và xuất hiện hầu như ở tất cả các loại môi trường sống ở nước dưới 2 dạng: sinh vật có vòng đời sống hoàn toàn trong cột nước (holoplankton) và sinh vật chỉ có một giai đoạn nào đó trong vòng đời sống trôi nổi trong cột nước (meroplankton). Động vật phù du chủ yếu là các loài sinh vật dị dưỡng, dựa vào các nguồn thức ăn của chúng mà có thể chia ra là các nhóm ĐVPD ăn thực vật (herbivorous), ĐVPD ăn động vật (carnivorous), ĐVPD ăn tạp (omnivorous) và ĐVPD ăn mùn bã (ditritivorous) (Lalli và Parsons 1997). Với sự phong phú và đa dạng của động vật phù du trong cột nước, chúng đóng vai trò quan trọng trong sự vận chuyển năng lượng từ các sinh vật sản xuất (tảo, rong biển, v.v.) đến các bậc dinh dưỡng cao hơn trong hệ sinh thái biển. Chúng sử dụng nhóm thực vật phù du là nguồn thức ăn để hấp thu năng lượng và chuyển lên các bậc cao hơn xếp sau chúng như tôm- cá. Do đó, sự xuất hiện và mật độ của ĐVPD có ảnh hưởng đến nguồn lợi nghề cá ở các thủy vực là nơi mà các loài cá thường chọn để sinh sản – nơi mà con non của chúng có đầy đủ nguồn thức ăn để tồn tại và phát triển (Goswami 2004). Ngoài ra, một số loài ĐVPD còn là một trong số các nhân tố chỉ thị sinh học nhằm đánh giá sự ô nhiễm của môi trường nước (Bianchi và cs. 2003, Webber và cs. 2005). Chính vì tầm quan trọng của nhóm sinh vật này dẫn đến nghiên cứu cấu trúc quần xã động vật phù du sẽ giúp hiểu 1 thêm về thành phần và cấu trúc thành phần loài trong các hệ sinh thái chứa chúng. Lưới thức ăn ở các hệ sinh thái biển thường được bắt đầu bằng nhóm TVPD và ĐVPD là nhóm sinh vật chuyển tiếp năng lượng lên các bậc cao hơn. Các phương pháp nghiên cứu truyền thống về lưới thức ăn của các thủy vực chủ yếu bằng các phương pháp xác định thành phần thức ăn có trong ruột của ĐVPD, quan sát trực tiếp từ trong môi trường tự nhiên lẫn phòng thí nghiệm, phương pháp đánh dấu phóng xạ, phương pháp miễn dịch học cũng như xác định hàm lượng axít béo (Smith và cs. 1979, Beviss-Challinor và Field 1982, Hopskin 1987, Kioboe và cs. 1990). Mặc dù các phương pháp phân tích cổ điển vẫn được sử dụng cho đến ngày nay, nhưng vẫn còn một số khó khăn như khi phân tích thành phần thức ăn có trong ruột của ĐVPD, cần phải tốn thời gian nhiều để thu thập vật mẫu, để phân tích thành phần thức ăn trong đó và ngay cả cùng một loài thì thành phần thức ăn trong ruột cũng sai khác rất nhiều (Feller và cs. 1979). Để khắc phục các nhược điểm của phương pháp truyền thống, người ta sử dụng đồng vị cacbon và nitơ có trong cơ thể sinh vật để nghiên cứu về tương quan thức ăn trong chuỗi thức ăn ở hệ sinh thái biển (Peterson và Fry 1987, Post 2002, Michener và Kaufman 2008). Ưu điểm của phương pháp này là kết hợp được cả hai yếu tố là xác định được bậc dinh dưỡng cũng như thành phần thức ăn của chúng trong lưới thức ăn. Bên cạnh đó, phương pháp phân tích đồng vị trong lưới thức ăn cũng tương đối đơn giản để đánh giá các đặc điểm cũng như chức năng của sinh vật ở trong đó cũng như dễ dàng đánh giá được sự chuyển hóa năng lượng qua các bậc dinh dưỡng (Hairston và Hairston 1993). Phương pháp phân tích đồng vị các hợp chất hữu cơ còn có một ưu điểm nổi bật nữa là có thể xác định được nguồn thức ăn chính xác trong rất nhiều nguồn thức ăn khác nhau có trong hệ sinh thái (Peterson và Fry 1987, Kling và cs. 1992). 2 Động vật phù du vùng biển Việt Nam từ những chuyến khảo sát đầu tiên cho đến nay chủ yếu là các nghiên cứu về thành phần loài cũng như mô tả một số loài ĐVPD thường gặp (Thu và Cho, 2012) và ít các công trình nghiên cứu về đa dạng sinh học và cấu trúc quần xã ĐVPD dựa trên các yếu tố môi trường. Do đó, vấn đề đặt ra là cần nghiên cứu về đa dạng sinh học ĐVPD trong vùng biển Việt Nam dựa trên các chỉ số sinh thái nói chung cũng như tập tính ăn của chúng nói riêng. Bên cạnh đó, thông qua sự vận chuyển các chất đồng vị của cacbon và nitơ để đánh giá cấu trúc của hệ sinh thái dựa trên lưới thức ăn cũng là một vấn đề mới cần tập trung nghiên cứu. Do đó Nghiên cứu sinh tiến hành nghiên cứu đề tài: “Cấu trúc quần xã Động vật phù du trong Vịnh Bình Cang - Nha Trang và sự vận chuyển Cacbon và Nitơ từ Thực vật phù du sang Động vật phù du.” Mục tiêu của luận án:  Tìm hiểu các đặc trưng của quần xã ĐVPD trong thủy vực ven bờ Việt Nam.  Tìm hiểu cấu trúc vi lưới thức ăn trong các thủy vực ven bờ.  Tìm hiểu sinh thái học cá thể Chân mái chèo. Nội dung nghiên cứu:  Cấu trúc quần xã Động vật phù du Nha Phu - Bình Cang – Nha Trang.  Sự vận chuyển Cacbon và Nitơ từ thực vật phù du sang động vật phù du.  Sinh học và sức sinh sản của loài Chân mái chèo Pseudodiaptomus annandalei Sewell, 1919 Ý nghĩa của luận án: Ý nghĩa khoa học  Góp phần tìm hiểu về đa dạng sinh học và cấu trúc quần xã Động vật phù du vùng biển ven bờ Việt Nam. 3  Góp phần tìm hiểu lưới thức ăn của quần xã sinh vật phù du thông qua sự vận chuyển Cacbon và Nitơ từ Thực vật phù du sang Động vật phù du. Ý nghĩa thực tiễn  Nghiên cứu sức sinh sản của Chân mái chèo phục vụ cho nuôi trồng thủy sản. 4 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Tình hình nghiên cứu Động vật phù du 1.1.1. Tình hình nghiên cứu Động vật phù du trên thế giới a. Cấu trúc quần xã Động vật phù du Người đầu tiên phát hiện ra các động vật có kích thước nhỏ trong nước là Thompson John Vaughan (1816) khi ông lần đầu tiên phát hiện ra các sinh vật phát sáng có kích thước nhỏ đến mắt thường không nhìn thấy được. Thompson đã làm chiếc lưới có mắt lưới nhỏ dùng để thu các sinh vật này và quan sát trong nhiều năm (Barbara 2003). Trong nghiên cứu chu trình phát triển của Sao biển, Muller dùng lưới có mắt nhỏ như mô tả của Thompson để vớt ấu trùng của chúng và ông đã tình cờ phát hiện ra sự phong phú của các loài sinh vật nhỏ bé sống trong nước biển. Sự khám phá này của Muller được Haeckel biết đến và sau đó ông đã dùng lưới Muller để nghiên cứu các sinh vật có ở trong nước. Haeckel là người đầu tiên công bố hình ảnh và mô tả của các loài Trùng phóng xạ (1862), nhóm Hàm tơ (1869) (Breidbach 2006). Kể từ sau các công bố của Haeckel, động vật phù du trở thành một nhóm động vật được quan tâm nghiên cứu. Đến năm 1887, Hensen là người đầu tiên sử dụng thuật ngữ “plankton” (sinh vật nổi) để chỉ các loại thực vật và động vật không có khả năng vận động để chống lại sự vận động của dòng chảy trong thủy vực. Hensen cũng là người đầu tiên đưa ra các khái niệm thu mẫu định lượng cho các sinh vật nổi ở đại dương (Hensen 1887). Chuyến khảo sát đầu tiên của Hensen cho thấy rằng sinh vật phù du chủ yếu phân bố nhiều ở bề mặt của các vùng nước ấm và các vùng cận cực Bắc. Thời kỳ đầu của các nghiên cứu về động vật phù du biển chủ yếu về phân loại và mô tả các nhóm động vật phù du. Ở khu vực phía nam nước Mỹ, những năm 1960, một hệ thống nghiên cứu Chân mái chèo có ở dòng chảy Florida cách xa Miami được thực hiện dưới sự bảo trợ của Quỹ Khoa học quốc gia Hoa 5 Kỳ (National Science Foundation, USA). Owre và Foyo (1967) đã đưa ra khóa mô tả về giống và loài của nhóm Chân mái chèo. Năm 1977, Smith công bố công trình “A guide to Marine Coastal plankton và Marine Invertebrate Larvae” với khóa phân loa ̣i bao gồ m hình vẽ và mô tả của 19 ngành động vật thuộc nhóm động vật không xương sống. Khoảng thời gian từ 1960-1980 ở khu vực châu Á có nhiều công trình nghiên cứu về động vật phù du được thực hiện ở khu vực biển Hoàng Hải (Yellow sea) và biể n Đông Trung Quố c (East China sea) đã tổng hợp 48 loài Chân mái chèo (Copepoda) (Chen và Zhang 1965, 1974). Bên ca ̣nh đó, Chen (1980) tiế p tu ̣c công bố kết quả nghiên cứu thành phần khu hệ ĐVPD ở vùng biển quanh đảo Hồng Kông với 120 loài. Nishida (1985) công bố tập san của Viện nghiên cứu biển, trường đại học Tokyo về hệ thống phân loại và phân bố của họ Oithonidae (Copepoda, Cyclopoida) trong vùng biển Thái Bình Dương và Ấn Độ Dương và đã mô tả chi tiết 26 loài của giống Oithona (Cyclopoida, Copepoda), bao gồm hình ảnh và phân bố của chúng. Boltovskoy (1999) đã mô tả bằng hình ảnh, lập khóa phân loại tới loài và phân bố của chúng ở vùng phía Nam Đại tây dương với 1.645 loài thuộc 16 nhóm động vật phù du. Đây được xem là một công trình đồ sộ nhất về phân loại học của nhóm Động vật phù du ở vùng biển này. Năm 2002, Mulyadi đã mô tả 45 loài Chân mái chèo thuộc họ Pontellidae ở vùng biển Indonesia, trong đó có 4 loài mới cho khoa học. Đến năm 2004, Mulyadi đã mô tả 99 loài CMC thuộc 33 giống và 18 họ ở vùng biển Indonesia. Faiza và Irina (2003) đã công bố hình vẽ và mô tả của 37 loài chân mái chèo thuộc 4 bộ, 12 họ ở vùng biển Kuwait; các tác giả cũng đã ghi lại các giai đoạn trưởng thành của một số loài chân mái chèo thường gặp cũng như bổ sung thêm vào danh sách loài hiện có ở vùng biển này. David và cs. (2003) đã công bố mô tả và minh họa các loài động vật phù du thuộc 15 ngành khác nhau. 6 Gần đây, có 2 nghiên cứu mới về loài chân mái chèo mới được công bố: Grygier và Ohtsuka (2008) đề xuất giống mới Maemonstrilla của họ Monstrillidae (Monstrilloida, Copepoda); Figueroa và Hoefel (2008) đã mô tả hai loài mới trong họ Ridgewayiidae (Calanoida, Copepoda) tìm thấy ở vịnh Ca-ri-bê với 1 loài ở vùng Địa trung hải và mô ̣t loài ở vùng biể n tây Thái Bình Dương. Ngoài các công trình nghiên về phân loại học động vật phù du, các nghiên cứu khác về cấu trúc quần xã động vật phù du trong các thủy vực cũng là một trong các lĩnh vực mà các nhà khoa học biển nói chung và các nhà sinh thái học nói riêng chú ý đến. Một trong những nghiên cứu khá sớm về đa dạng sinh học cũng như cấu trúc của quần xã ĐVPD là của Palomares-García và GómezGutiérrez (1996) khi nghiên cứu về cấu trúc quần xã Chân mái chèo trong vịnh Mexico dưới tác động của hiện tượng El-Nino. Palomares-García đã xác định được 71 loài Chân mái chèo trong quá trình thu mẫu từ tháng 3 năm 1983 đến tháng 1 năm 1985 và trong khoảng thời gian xảy ra hiện tượng El-Nino thì xuất hiện 2 loài Chân mái chèo chiếm ưu thế và phá vỡ cấu trúc quần xã ban đầu là loài Acartia lilljeborgii Giebrecht và Acartia tonsa Dana. Nghiên cứu về cấu trúc quần xã, sự di chuyển và biến động thành phần cũng như sinh khối của động vật phù du ở vùng biển được Arashkevich và cs. (2002) tiến hành ở vùng biển Barens chỉ ra rằng động vật phù du có sự thay đổi theo mùa và thay đổi theo chiều cao cột nước trong khi đó sinh khối của chúng không có sự thay đổi. Đa phần các nghiên cứu về ĐVPD đều chỉ ra rằng nhóm CMC luôn chiếm ưu thế hơn so với các nhóm sinh vật khác trong quần xã động vật phù du như một số kết quả của Fernández de Puelles và cs. (2003): Chân mái chèo chiếm 54% và sau đó là nhóm Có bao 17%; Vieira và cs. (2003) thống kê mật độ ĐVPD ở vùng cửa sông Mondego, Bồ Đào Nha với mật độ của Chân mái chèo chiếm gần 85% tổng số mật độ. Tương tự các nghiên cứu trên, kết quả nghiên cứu 7 Ahmet và cs. (2005) cho thấy vào thời kỳ mùa đông, loài Chân mái chèo Acartia clausi chiếm ưu thế về mật độ và sau đó mới đến mật độ của các loại ấu trùng. Theo tác giả này thì nhóm A. clausi lại chiếm ưu thế hơn so với các loài khác khi thu mẫu ở tầng mặt. Các nghiên cứu về sự phân bố của ĐVPD ở vùng cửa sông cũng được tiến hành khá nhiều và đều chỉ ra rằng sự phân bố của động vật phù du ở vùng này chịu nhiều ảnh hưởng của các yếu tố của thủy triều, dòng chảy, v.v. LamHoai và cs. (2006) tiến hành nghiên cứu sự thay đổi cấu trúc và kích thước quần xã động vật phù du theo mùa ở vùng cửa sông Kaw, Pháp. Kết quả cho thấy rằng cấu trúc quần xã động vật phù du chịu ảnh hưởng của các yếu tố môi trường. Vào thời kỳ mùa mưa, nhóm giáp xác râu ngành (Cladocera) chiếm ưu thế về mật độ do ảnh hưởng của hàm lượng nước ngọt từ đất liền đổ ra, trong khi đó vào thời kỳ mùa khô, với tác động của dòng chảy mang nước biển vào thì nhóm CMC lại chiếm ưu thế. Tương tự với kết quả trên, mật độ và sinh khối của quần xã ĐVPD vùng cửa sông Pearl, Trung Quốc cũng chịu sự ảnh hưởng của các yếu tố môi trường như nhiệt độ, độ mặn, thủy triều, nước ngọt từ đất liền ra và hàm lượng Chl a (Li và cs. 2006). Kết quả của Li cũng chỉ ra rằng tùy thuộc vào các vị trí của vùng cửa sông mà quần xã động vật phù du cũng sẽ thay đổi, đặc biệt là các vùng có sự chênh lệch về độ mặn. Sự phân bố của các nhóm động vật phù du ở các khu vực khác khác nhau của vùng cửa sông Pearl, Trung Quốc thì khác nhau và có sự phân chia các nhóm động vật vùng cửa sông, vùng biển ven bờ và vùng biển (Li và cs. 2006, Honggang và cs. 2012). Zhou và cs. (2009) cũng có kết quả tương tự về sự phân bố của động vật phù du vùng cửa sông Yangtze, Trung Quốc: mật độ ĐVPD cao ở các vùng dưới triều và có sự phân biệt rõ rệt về phân bố của ĐVPD ở các địa điểm khác nhau trong khu vực nghiên cứu. 8 b. Sự chuyển hóa vật chất hữu cơ từ TVPD lên ĐVPD Trước đây, để nghiên cứu các vấn đề liên quan đến sự vận chuyển thức ăn cũng như chuyển hóa năng lượng của các nhóm sinh vật trong lưới thức ăn ở biển, người ta thường sử dụng các phương pháp như xem xét thành phần thức ăn trong dạ dày, thành phần của chất thải, quan sát trực tiếp trong môi trường tự nhiên cũng như trong phòng thí nghiệm. Bên cạnh đó còn quan sát bằng phương pháp đánh dấu phóng xạ, phân tích sự miễn dịch và sự liên kết của các axít béo (Smith và cs. 1979, Beviss-Challinor và Field 1982, Hopskin 1987). Các phương pháp trên giúp giải quyết các vấn đề có liên quan đến chuỗi thức ăn ở biển nhưng cũng có những mặt không thuận lợi. Phương pháp phân tích thành phần thức ăn trong ruột tốn nhiều thời gian cho việc giữ các sinh vật trong các điều kiện sống nhất định, hoặc đôi khi một số loài có tốc độ tiêu hóa thức ăn quá nhanh dẫn đến khó mà xác định được thành phần thức ăn trong ruột là gì (Feller và cs. 1979). Đối với phương pháp quan sát mối quan hệ con mồi – vật săn mồi trong phòng thí nghiệm thì khó khăn gặp phải là người ta cần phải rõ tập tính thức ăn của vật săn mồi và điều này dường như không khả thi ở các phòng thí nghiệm không đủ điều kiện (Feller và cs. 1979). Trước những nhược điểm từ các phương pháp nghiên cứu cổ điển, các nhà sinh thái học đã áp dụng phương pháp theo dõi hàm lượng đồng vị phóng xạ như cacbon, nitơ, phốt pho, lưu huỳnh trong sinh vật, qua đó đánh giá được các bậc của sinh vật trong lưới thức ăn cũng như mức độ vận chuyển năng lượng từ các nhóm này qua nhóm khác (Peterson và Fry 1987). Phương pháp sử dụng đồng vị phóng xạ có những ưu thế nhất định so với các phương pháp cổ điển như phương pháp thu thập vật mẫu đơn giản hơn, dễ dàng theo dõi và tiết kiệm được thời gian và tiền bạc. Đồng vị phóng xạ cũng ghi nhận cả 2 yếu tố là nguồn và bậc dinh dưỡng trong chuỗi thức ăn, với đồng vị phóng xạ của lưu huỳnh và cacbon sẽ giúp xác định được nguồn thức ăn. Trong khi đó, đồng 9 vị phóng xạ của nitơ sẽ giúp ghi nhận các thông tin về bậc dinh dưỡng (Michener và Kaufman 2008). Việc sử dụng các đồng vị phóng xạ được áp dụng trong rất nhiều ngành nghề khác nhau như địa hóa học, địa chất, hải dương học,…. Một số nghiên cứu đầu tiên phải kể đến các tính toán về tỉ lệ đồng vị ôxy trong các sinh vật biển như các động vật thân mềm, trùng lỗ (Foraminifera) và các trầm tích ở biển sâu (McCrea 1950, Epstein và cs. 1953, Emiliani 1966). Đến năm 1987, Peterson và Fry là một trong những nhà nghiên cứu đầu tiên viết về việc sử dụng đồng vị phóng xạ trong sinh thái học. Ông đã đưa ra các định nghĩa và cách ứng dụng đồng vị phóng xạ để xác định các mối liên quan của sinh vật trong hệ sinh thái. Các tác giả đã mô tả và giải thích các thuật ngữ và tóm tắt sự phân bố của cacbon, nitơ và sulfur qua các chu trình. Peterson và Fry (1987) đã đưa ra công thức tính đồng vị phóng xạ với giá trị δ của các chất như sau: δX = [(Rmẫu /Rtiêu chuẩn) – 1]x1000 Trong đó X là 13C, 15N hoặc 34S và R là các trị số của tỷ lệ 13C/12C, 15N/14N hoặc 34S/32S. Giá trị δ là đo mức độ nặng hay nhẹ của đồng vị phóng xạ trong một mẫu. Sự tăng hay giảm của giá trị δ có liên quan đến sự tăng hay giảm của thành phần các chất đồng vị có trong mẫu. Ứng dụng các kiến thức của Peterson và Fry, các nghiên cứu sự vận chuyển năng lượng (energy flow), chuỗi thức ăn (food web) ở các thủy vực ngày càng được chú trọng và phát triển (Machás và Santos 1999, Zanden và Rasmussen 2001, Gaston và Suthers 2004, Domi và cs. 2005, Sweeting và cs. 2005).  Đồng vị cacbon trong xác định lưới thức ăn Cấu trúc của đồng vị cacbon của động vật sẽ phản ánh được chế độ dinh dưỡng của chúng qua các bậc dinh dưỡng với giá trị hấp thụ đồng vị cacbon 10 vào khoảng 1 ‰ (Haines 1976, Teeri và Schoeller 1979, Rau và Anderson 1981, Peterson và Fry 1987). Nhìn chung, sự hấp thụ đồng vị cacbon của sinh vật biển vào khoảng 0,5 – 1 ‰ từ thức ăn đến sinh vật tiêu thụ. Chỉ số tiêu thụ đồng vị cacbon bằng hiệu suất giữa δsinh vật tiêu thụ và δthức ăn. Tuy nhiên, trong sự chuyển hóa năng lượng giữa các bậc dinh dưỡng thì cacbon có thể mất đi qua quá trình hô hấp, sự hấp thụ 13C trong quá trình tiêu hóa, quá trình đồng hóa hoặc cũng có thể là do quá trình trao đổi vật chất (DeNiro và Epstein 1977, Rau và cs. 1983, Tieszen và cs. 1983, Fry và Sherr 1984). Ambrose và Norr (1993) cũng đã chỉ ra rằng các sinh vật tiêu thụ sử dụng các loại các protein khác nhau sẽ phản ánh được chúng ở các bậc dinh dưỡng khác nhau. Sinh vật có giá trị protein cao thì giá trị của đồng vị cacbon của loài đó sẽ phản ánh được thành phần của protein. Trong khi đó, các sinh vật có giá trị protein thấp sẽ biểu hiện các giá trị của đồng vị cacbon như là nguồn thức ăn. Hiện nay, chưa có một mô hình tổng hợp nào phản ánh một cách chính xác mức độ hấp thụ cacbon qua các bậc dinh dưỡng ngoại trừ tính toán của Fry (1984) đã chỉ ra rằng sự tích lũy qua các bậc dinh dưỡng có thể liên quan tuyến tính với tỷ lệ kích thước của con mồi: 100 % tỷ lệ tích lũy cacbon của sinh vật tiêu thụ với con mồi có kích thước nhỏ nhất và 0 % tỷ lệ tích lũy đối với các nguồn thức ăn có kích thước tương tự như con mồi – nghĩa là không phải là nguồn thức ăn. Sau Fry thì một vài nghiên cứu đáng chú ý của Stephenson và cs. (1986) khi nghiên cứu mối quan hệ giữa tôm hùm, hàu và các nguồn thức ăn trong phòng thí nghiệm, kết quả đã cho thấy có sự hấp thụ của con mồi và nguồn thức ăn và cũng đã chú ý rằng có sự lựa chọn nguồn thức ăn từ con mồi. Stephenson và cs đã chỉ ra được mối liên hệ giữa tôm hùm, nguồn thức ăn và tỷ lệ hấp thụ đồng vị cacbon bằng công thức về tính tỷ lệ hấp thụ (δ13Ccon mồi – δ13Cthức ăn). Tôm hùm ăn các sinh vật có hàm lượng calorin, chất béo cao thì ở cơ sẽ xuất hiện hàm lượng chất béo cao và giá trị đồng vị cacbon 13C thấp. 11 Sự vận chuyển đồng vị cacbon giữa các bậc dinh dưỡng (<1 ‰) đến động vật từ nguồn thức ăn rất có ích trong việc xác định lưới thức ăn trong một hệ sinh thái nhất định. Nguồn thức ăn sẽ có giá trị δ13C rất khác biệt ở những môi trường sống khác nhau như giá trị C3 và C4 từ thực vật ở biển và trên đất liền, vùng gần bờ và xa bờ (Haines 1976; Fry và cs. 1979; DeNiro & Epstein 1978, Rau 1981, Schoeninger & DeNiro 1984). Tuy nhiên, một số nhà nghiên cứu khác lại nhận thấy rằng giá trị đồng vị cacbon trong cùng một sinh vật ở các cơ khác nhau là khác nhau. Điều này có thể phản ánh được sự khác nhau của thành phần chất béo, các amino acid và nồng độ ở những mô cơ khác nhau và sự khác nhau này có thể là do nguồn thức ăn mà sinh vật tiêu thụ sử dụng. Pinnegar và Polunin (1999) đã tìm thấy các giá trị đồng vị khác nhau giữa cơ trắng (white muscle), cơ đỏ (red muscle), gan và cơ tim của cá hồi. Cơ trắng của cá hồi có giá trị của các chất đồng vị nhỏ hơn so với các loại cơ khác. O'Reilly và cs. (2002) đã đồng ý về việc lựa chọn các loại mô thích hợp trong khi phân tích các giá trị của đồng vị cacbon và có thể được dùng như là một yếu tố để nghiên cứu sự phân bố theo mùa của sinh vật. Phân tích đồng vị từ các mô của sinh vật là một trong những phương pháp quan trọng khi môi trường nghiên cứu có nhiều nguồn cung cấp cacbon khác nhau như vùng cửa sông, sinh vật đáy với nhiều chất lắng và các sinh vật ăn mùn bã hữu cơ. Sự phát triển của cá thể, đặc biệt là các loại cá ở vùng cửa sông có ảnh hưởng đến sự thay đổi của lưới thức ăn. Sự thay đổi về kích thước cơ thể sẽ dẫn đến sự thay đổi về giá trị của các chất đồng vị nhất là đối với các nhóm động vật ở các giai đoạn ấu trùng và con non ( Bosley và cs. 2002, Herzka 2005). Một vài nghiên cứu khác cũng chỉ ra rằng sự thay đổi của giá trị các chất đồng vị có liên quan đến sự tăng trưởng về sinh khối (Hesslein và cs. 1993, Jennings và cs. 2001, Gaye-Siessegger và cs. 2004). 12 Giai đoạn con non của một số động vật di cư từ vùng cửa sông ra vùng biển khơi sẽ dẫn đến sự thay đổi về thành phần chất đồng vị cacbon bởi vì khi dư cư đến một môi trường mới thì chúng sẽ có nguồn thức ăn mới. Trong kết quả nghiên cứu của mình, Fry (1983) đã phân tích chỉ số đồng vị cacbon của ấu trùng tôm ở miền Nam Texas khi sống trong cỏ biển. Phân tích các giá trị đồng vị của con non có kết quả như sau: δ13C = -11 đến -14 ‰, δ15N = 6 đến 8 ‰. Trong khi đó, giá trị đồng vị của cá thể trưởng thành khi đã di cư ra các vùng biển ven bờ lại có giá trị δ13C = -16 ‰ và δ15N = 11,5 ‰. Nghiên cứu tỷ lệ hấp thu cacbon qua các bậc dinh dưỡng, từ những năm 1976 có các công trình của Black và Bender (1976), Haines (1976), Fry và Parker (1979), Rau và cs. (1983), Peterson và cs. (1985), Gu và cs. (2001),… đây là những nghiên cứu tương đối đầy đủ về lưới thức ăn bằng cách sử dụng phương pháp đo hàm lượng 13C. Các nghiên cứu trên đều biểu thị rõ đặc điểm của nguồn thức ăn và mối liên quan với sinh vật tiêu thụ. Rau và cs. (1983) cho rằng tỷ lệ hấp thụ δ13C qua mỗi bậc dinh dưỡng là 1 ‰.  Đồng vị nitơ trong xác định chuỗi thức ăn Khi nhìn vào các giá trị của đồng vị nitơ (δ15N) của sinh vật tiêu thụ và nguồn thức ăn dễ dàng nhận thấy có mối liên quan giữa chúng trong mối quan hệ dinh dưỡng (Gaebler và cs. 1966, DeNiro và Epstein 1978, Steele và Daniel 1978, Macko và cs. 1982, Checkley và Entzeroth 1985, Peterson và Fry 1987, Adams và Sterner 2000, Zanden và Rasmussen 2001, Vanderklift và Ponsard 2003). Đồng vị nitơ trong tự nhiên xuất phát từ nhiều nguồn khác nhau, do đó chúng có thể được dùng để xác định các bậc dinh dưỡng của sinh vật trong một đơn vị thời gian. Đối với sinh vật tiêu thụ thì trong dạ dày luôn có chứa thức ăn do đó có thể xác định được tập tính ăn của sinh vật dựa trên thành phần thức ăn trong dạ dày. Cũng như cacbon, δ15N trong cơ thể sinh vật phản ánh được δ15N của nguồn thức ăn, nhưng trong hầu hết các trường hợp thì δ15N được hấp thụ 13 trong toàn bộ cơ thể sẽ có mối liên quan với δ15N của nguồn thức ăn (DeNiro và Epstein, 191). Khi nghiên cứu về dinh dưỡng của 2 loài Bơi nghiêng (Amphipoda), Macko và cs. (1982) chỉ ra rằng hệ số hấp thụ δ15N là -0,3 ‰ và +2,3 ‰ tùy thuộc vào nguồn thức ăn. Chất lượng của nguồn thức ăn và các phương pháp bài tiết của sinh vật tiêu thụ phản ánh được tỷ lệ hấp thụ và qua đó có thể xác định được các mối quan hệ trong lưới thức ăn. Tỷ lệ C:N trong nguồn thức ăn có thể là nguyên nhân dẫn đến tăng tỷ lệ hấp thụ δ15N ở sinh vật tiêu thụ (Adam & Sterner 2000; Vanderklift & Ponsard 2003). Các nghiên cứu của DeNiro & Epstein (1981) và Post (2002) cho thấy tỷ lệ hấp thu δ15N trung bình của sinh vật tiêu thụ với thức ăn là 3,2 ‰ với chuỗi thức ăn gồm nhiều loài, và tỷ lệ này phản ánh vị trí các bậc dinh dưỡng trong lưới thức ăn. Minagawa và Wada (1984) cũng cho kết quả về tỷ lệ hấp thu δ13N qua mỗi bậc dinh dưỡng là +3,4 ± 1,1 ‰, và tỷ lệ này thay đổi tùy vào các sinh cảnh khác nhau. Schoeninger và DeNiro (1984) trong nghiên cứu của mình với 66 loài động vật có xương sống cho thấy tỷ lệ hấp thụ δ15N trung bình qua mỗi bậc dinh dưỡng là +3 ‰. Bên cạnh đó Hobson và Welch (1992) cũng có những nghiên cứu về tỷ lệ hấp thu δ15N qua các bậc thức ăn ở vùng biển Bắc cực. Đồng vị của nitơ còn có thể được dùng để xác định sự biến động theo không gian khi mà trong khu vực có nhiều nguồn dinh dưỡng khác nhau. Gaston và Suthers (2004) nghiên cứu một số loài cá ăn sinh vật phù du sông trong các rạn san hô trong thời gian hai năm đã cho thấy có sự ảnh hưởng của dòng chảy của các cống ngầm đến lượng δ15N trong gan và mô. Nghiên cứu về một số loài cá mập ở biển khơi cũng cho thấy phân tích đồng vị Nitơ là một trong những phương pháp để xác định nguồn thức ăn của chúng (Estrada và cs. 2003, Domi và cs. 2005). Tuy nhiên, một số nghiên cứu cho thấy cần phải có sự điều chỉnh một số yếu tố khi quan sát mối tương quan giữa nguồn thức ăn và sinh vật nuôi 14 trong phòng thí nghiệm (Gorokhova và Hansson 1999, Adams và Sterner 2000).  Ứng dụng phân tích đồng vị cacbon và nitơ để nghiên cứu chuỗi thức ăn trong vùng ven biển ven bờ và vùng cửa sông Nguồn cung cấp cacbon và nitơ cho lưới thức ăn của hệ sinh thái cửa sông và vùng biển ven bờ có từ nhiều nguồn khác nhau, và đây cũng là điểm đáng lưu ý khi nghiên cứu về lưới thức ăn ở hai hệ sinh thái này. Nguồn cung cấp đó có thể bao gồm từ đất liền, từ biển khơi, từ nhóm thực vật trên cạn, thực vật thủy sinh cũng như quần thể sinh vật phù du ở đó (Michener và Kaufman 2008). Bởi vì có sự giống nhau về đồng vị nitơ của nguồn thức ăn ở các hệ sinh thái ven bờ, cho nên các nhà khoa học thường chú ý đến đồng vị cacbon để xác định nguồn cung cấp dinh dưỡng cho lưới thức ăn. Nguồn cung cấp cacbon hữu cơ cho hệ sinh thái cửa sông theo Fry và Sherr (1984) bao gồm cacbon C3 và C4 của thực vật (δ13C = -23 đến -30 ‰), cỏ biển (-3 đến -15 ‰; đôi khi là -26 ‰ ở một số loài thích nghi với độ mặn thấp), các loài tảo có kích thước lớn (8 đến -27 ‰), C3 của cây đầm lầy (-23 đến -26 ‰), C4 của cây đầm lầy (-12 đến -14 ‰). Hầu hết các hệ sinh thái cửa sông đều được cung cấp vật chất hữu cơ từ nhiều nguồn khác nhau do đó xử lý số liệu là một vấn đề rất phức tạp. Một phương pháp để giải quyết vấn đề này là so sánh các sinh vật ở vùng cửa sông với sinh vật ở vùng biển ven bờ (Fry và Parker 1979, Fry 1983, Clementz và Koch 2001). Các loài thực vật sống đáy, cỏ biển thường có mối liên hệ với các nhóm thực vật phù du và vì vậy trọng lượng của đồng vị cacbon thường nặng hơn các nguồn cung cấp cacbon khác trong lưới thức ăn. Ngoài ra, trong hệ sinh thái vùng cửa sông thường có một vài sinh vật sản xuất cung cấp cacbon cho các bậc dinh dưỡng cao hơn. Fry và cs. (1983) đã minh họa sự phức tạp này ở vùng eo biển Torres (Úc): Ở vùng biển ngoài khơi, hệ sinh thái sinh vật đáy chịu ảnh hưởng nhiều từ nhóm thực vật phù du, 15 trong khi đó thì ở vùng biển gần bờ thì 13C lại có nguồn gốc nhiều từ tảo đáy và cỏ biển. Giá trị đồng vị của các sinh vật có khả năng tự bơi không phụ thuộc vào một nhóm sinh vật sản xuất mà thường là có từ nhiều nguồn thức ăn khác nhau. Trong nghiên cứu của mình về nguồn thức ăn của các sinh vật sống trong vùng triều, Machás và Santos (1999) đã sử dụng đến 3 đồng vị của cacbon, nitơ và lưu huỳnh để xác định nguồn cung cấp vật chất hữu cơ cho đầm Ria Formosa ở Bồ Đào Nha và kết quả cho thấy nguồn thức ăn hữu cơ đến từ đất liền, thực vật sống đáy và thực vật phù du. Ở vùng cửa sông ở Nam Phi, Paterson và Whitfield (1997) đã cho thấy 2 loài thực vật sống đáy Spartina maritima và Zostera capensis là 2 loài chủ yếu cung cấp nguồn cacbon cho các sinh vật tiêu thụ ở bậc cao hơn. Ở những vùng bị giới hạn bởi nguồn thức ăn thì sử dụng các chất đồng vị có thể dùng để xác định cấu trúc của lưới thức ăn. Trong quá trình nghiên cứu sự ảnh hưởng của cacbon từ đất liền đến vịnh Mexico, Thayer và cs. (1983) đã cho thấy các vật chất hữu cơ có kích thước < 45 µm có δ13C tương tự với δ13C từ đất liền (-24 đến 24,6 ‰) và nhóm thực vật phù du có giá trị δ13C trung bình: -22,7 ‰, động vật phù du và cá con có giá trị đồng vị cacbon có liên hệ với giá trị δ13C được chuyển lên từ thực vật phù du biển. Tảo silic sống đáy cũng được xem là một trong những nguồn cung cấp cacbon cho lưới thức ăn của hệ sinh thái cửa sông và vùng ven biển (Doi và cs. 2005). Perissinotto và cs. (2003) nghiên cứu các vùng cửa sông khác nhau ở Nam Phi và đã xác định được 3 nguồn cung cấp cacbon chính cho thủy vực ở đây bao gồm: vật chất hữu cơ (POM), mùn bã và tảo silic sống đáy. Ở một số vùng cửa sông, yếu tố mùa cũng ảnh hưởng đến tỷ lệ của đồng vị cacbon (Michener và Kaufman 2008). Conkright và Sackett (1986) đã cho rằng sinh vật phù du biển, nhóm Hai mảnh vỏ có giá trị của δ13C khác nhau vào mùa khô và mùa mưa và giá trị δ13C thấp hơn vào kỳ mùa mưa. Sự khác nhau 16 về giá trị của δ13C ở nhóm sinh vật sản xuất, các sinh vật ăn thực vật vào mùa mưa ở vùng cửa sông Puget Sound, Chicago và mùa đông lên đến 8 ‰ (Simenstad và Wissmar 1985). Sự ảnh hưởng của chế độ mùa đến tỷ lệ đồng vị cacbon có thể do sự thay đổi về mật độ của nhóm thực vật phù du. Gearing và cs. (1984) ghi nhận ở vịnh Narragansett, Đảo Rhode có sự ảnh hưởng của quần xã thực vật phù du đến hàm lượng đồng vị cacbon. Thực vật phù du kích thước nano (Nano-phytoplankton) chiếm ưu thế vào mùa hè, dẫn đến hàm lượng 13C tăng cao vào mùa đông và mùa xuân. Động vật phù du thường có xu thế biến đổi theo mùa với hàm lượng δ13C được hấp thụ từ 0,5 – 0,6 ‰ từ thực vật phù du. Hầu hết các sinh vật tiêu thụ trong cột nước đều có mối tương quan với thực vật phù du. Nhưng cũng cần phải lưu ý rằng, hệ sinh thái vùng cửa sông là rất phức tạp do đó để có một bức tranh rõ ràng về lưới thức ăn của hệ sinh thái này là không dễ dàng (Cloern và cs. 2002). 1.1.2. Tình hình nghiên cứu động vật phù du trong nước ĐVPD trong vùng biển Việt Nam được nghiên cứu khi Viện Hải dương học Nha Trang được thành lập năm 1922. Trong suốt thời kỳ 1924 - 1958, những nghiên cứu liên quan đến sinh vật phù du chỉ được thực hiện bởi các chuyên gia nước ngoài. Các nghiên cứu chủ yếu công bố danh sách loài ĐVPD ở vùng biển Việt Nam, một số ít có kèm theo mô tả. Giai đoạn này hầu như chưa có nghiên cứu nào về cấu trúc quần xã động vật phù du biển Việt Nam. Rose (1926) là người đầu tiên công bố danh sách 42 loài TVPD và 56 loài ĐVPD ven biển Việt Nam và vịnh Thái Lan. Từ năm 1955 đến 1957 tác giả này tiếp tục công bố danh sách 119 loài CMC, trong đó có 3 loài mới cho khoa học thuộc giống Mazellina trong Vịnh Nha Trang (Rose 1955, 1957). Dawydoff (1929) là người đầu tiên thực hiện việc nghiên cứu sự biến động theo thời gian về thành phần loài của ĐVPD trong Vịnh Nha Trang. Ông đã công bố danh sách SVPD ở vùng biển Ấn Đô ̣ – Trung Hoa (Indo-China) trong đó có 17 một phần biển Việt Nam (Dawydoff 1936). Năm 1952, chính tác giả này đã tiến hành nghiên cứu khá chi tiết về điều kiện môi trường và những quy luâ ̣t thay đổi sinh khối SVPD vào mùa mưa và mùa khô ở Vịnh Nha Trang (Dawydoff 1952). Serene (1937) công bố danh sách động vật không xương sống trong các vùng biển ven bờ Việt Nam trong đó có danh mục của 47 loài CMC ở vùng biển Việt Nam và kèm theo đồ thị biến động của chúng qua các tháng từ 7-1935 đến tháng 7-1936. Sau đó, năm 1948, dựa vào kết quả thu mẫu ngày và đêm theo mùa từ năm 1935 đến 1938, tác giả (Serene) đã đưa ra đồ thị biến động số lượng theo mùa và theo giờ của Chân mái chèo ở vùng biển Nha Trang. Một số nghiên cứu khác có liên quan đến các nhóm sinh vật thuộc ĐVPD cũng đã được tiến hành ở Vịnh Nha Trang như: Hamon (1956) đã thực hiện cuộc điều tra về nhóm động vật Hàm tơ (Chaetognatha) và công bố danh sách 11 loài Hàm tơ; Leloup (1956) công bố danh sách 21 loài thủy mẫu (Siphonophopra); Năm 1958, Yamashita điều tra và công bố sinh khối SVPD trong suốt quá trình khảo sát từ năm 1957 đến 1958 ở Vịnh Nha Trang. Từ năm 1959, “Chương trình Việt – Trung hợp tác điều tra tổng hợp vịnh Bắc Bộ” được tiến hành với 26 chuyến khảo sát trong những năm 1959 – 1965. Báo cáo khoa học đã được hoàn thành vào tháng 12 năm 1967 với sự đóng góp của các nhà khoa học, chuyên gia của Trung Quốc và Việt Nam. 4 đợt khảo sát đầu tiên đã ghi nhận được 183 loài ĐVPD trong đó nhóm Chân khớp (Arthopoda) có 124 loài, Ruột khoang (Coelenterata) có 14 loài, Thân mềm (Mollusca) có 13 loài, Hàm tơ (Chaetognatha) có 14 loài và Có bao (Tunicata) có 18 loài. Khối lượng trung bình của ĐVPD vịnh Bắc Bộ trong năm 1960 là 75 mg/m3. Khối lượng ĐVPD đạt đỉnh cao vào tháng 6 do sự sự phát triển của những loài ĐVPD nước nhạt gần bờ. Khối lượng lượng ĐVPD tập trung phần giữa vịnh và mức độ tập trung thấp hơn ở phần phía Tây. Với 2 vùng phân chia rõ rệt về độ mặn: phía Bắc vịnh (32,5 ‰) và phía Tây vịnh (33,5 ‰) đã hình 18