Sites and Species Selection by o2oxJ7R8

VIEWS: 41 PAGES: 32

									                     ้
ฟอสฟอรัสกับการเพาะเลียงสั ตว์ น้า


          จุฑารัตน์ กิตติวานิช
   ศูนย์ วิจัยและพัฒนาประมงชายฝั่งภูเก็ต
1.ความสาคัญของฟอสฟอรัสในระบบนิเวศชายฝั่ง

                          ้
2. บทบาทของฟอสฟอรัสบ่ อเลียงกุ้ง

          ่                  ่                     ้
3. การเปลียนแปลงและการแลกเปลียนของฟอสฟอรัสในบ่ อเลียง

                                          ้
4. การจัดการในการแก้ปัญหาฟอสฟอรัสในบ่ อเลียง
                   ฟอสฟอรั สในธรรมชาติ
• สารอาหารทีจาเป็ นสาหรับพืชและสัตว์ โดยอยู่ในรูปของฟอสเฟต
            ่
 (PO43-, HPO42-)
• องค์ประกอบในโมเลกุล DNA และผนังเซลล์ไขมันในร่ างกาย
 (phospholipids)

• โครงสร้ างพืนฐานของร่ างกาย เช่ น กระดูก และฟัน
              ้

• แร่ ธาตุในดินตะกอน เช่ น หินฟอสเฟตหรือหินปูน
                      วัฏจักรของฟอสฟอรัสทั่วไป
แหล่ง; หินฟอสเฟต, ปุ๋ ย, น้าทิ้ง, ผงซั กฟอก

                                  uptake              Primary
                                                      producer

                DIP                                                   Grazing


Decomposition
                             Excretion                        Higher
              DOP                                          trophic level

               Decomposition          PP
                                                     Mortality, egestion

                     resuspension         settling

การกักเก็บ; การดูดซั บ, ตกตะกอนในรู ปหิ นปูน (limestone)
                   SB                                harvestNB                                                              KB

                                                           photosynthesis
                                               DIP                                PHY




                                                                                         mortality

                                                                                                         extra cellular
                               decomposition
                                                      excretion              grazing




                                                                                                         excretion
                                                                    Fish
        Upper
                                                      respiration              ZOO                                               5m

                                                      decomposition        egestion
                                               DOP                               DET




                                                                                                          sinking
                                                   harvest
       diffusion                                          photosynthesis
                                               DIP                         PHY




                                                                                             mortality
                              decomposition                       grazing
    advection                                       excretion




                                                                                                           extra cellular
                                                                 Fish                                                                 stock
                                                    respiration           ZOO




                                                                                                           excretion
                                                                                                                                      flow
        Lower                                                                egestion
                                               DOP     decomposition                                                             exchange
                                                                                   DET

       Oxic                                     decomposition  decomposition   sinking
                adsorption                                   DOP
                                               DIP                          DET
                                                        decomposition
Exchangeable                                     decomposition decomposition sedimentation
                de-sorption                                  DOP
                                               DIP                          DET
       Anoxic                                           decomposition
                                                  burial            burial              burial



                        วัฏจักรของฟอสฟอรัสในทะเล
    Outer    South         North             Outer




  Upper

  Lower




  Oxic

  Anoxic

                                   Loading
                                   Advection
                                   Diffusion
                                   Benthic flux

       ่
การเคลือนที่ของฟอสฟอรัสโดยกระบวนการทางกายภาพ
Symptoms and consequences of nutrient enrichment
    Nutrient inputs                 Primary                 Secondary                 Third
    and processing                  impacts                   impacts               impacts

                                                                                 Change in
                          High algal production
 Over P and                                                Low DO                biodiversity
 N loading                Harmful algal blooms
                                                           Potent toxin          Illness and
                          Loss of water clarity                                  fish kills
                                                                                 Shellfish
                                                                                 contamination




Photo: www.tssphoto.com
                          Microsystis bloom (Australia) Noctiluka bloom
                          Photo: Denis Sarson           Photo: PJS Franks   Photo: N Laongsiriwong
                ระดับความอดมสมบูรณ์ ของแหล่งน้า
                          ุ
 Trophic type        Primary       Chl a    Total P    Total N
                    production
                    mg C m -2d-1   µg l-1    µg l-1     µg l-1
Ultraoligotrophic       <50         <0.5      <5        <250

Oligothrophic         50-100       0.3-3     5-10      250-700

Mesotrophic           100-300       2-15     10-30    500-1000

Eutrophic              >300        10-500    10-50    500-2500

Hypereutrophic        >1000        >100     30-5000   500-15000

                                                      Wetzel, 1983
                              Historical changes in the environmental conditions of Hiroshima Bay

                           Nutrient inputs            Primary                               Secondary                                                                                            Third
                           and processing            impacts                                 impacts                                                                                      impacts
                                                                       P regulation                                                                        N regulation
                                                                                            Decrease in                                                                             Oligotrophic
                                                    Frequent
                           Over loading                                     1980            no. of red tides                                                       1995             condition
                                                    red tide
                           of phosphorus                                                    Shellfish                                                                               Decrease in
                                                    Occurrence
                                                    (diatoms and
                                                                                            poisoning                                                                               oyster
                           and nitrogen                                                     bloom
                                                    raphidophytes)                                                                                                                  production
                                                                                            (dinoflagellate)

                               Oyster production in Hiroshima Bay                                                                                   Red tides in Hiroshima Bay
                                        Typhoon
                           35000        Chattonella bloom              Alexamdrium bloom
                                                                                                                                               30




                                                                                                   No. of red tide occurred in Hiroshima Bay
                                                                               Heterocapsa bloom
 Oyster production (ton)




                           30000
                                                                                                                                                                               Di
                                                                                                                                                                                   Diatom
                                                                                                                                                                                 atom s



                                                                                                                                               25
                                                                                                                                                                               Di l
                                                                                                                                                                                   Dinoflagellate
                                                                                                                                                                                         l
                                                                                                                                                                                 nof agel ates

                           25000
                                                                                                                                               20
                                                                                                                                                                                   Raphidophyte
                                                                                                                                                                               R aphidophytes

                           20000                                                                                                                                    Diatom
                                                                                                                                               15                                  Others
                                                                                                                                                                               O thers

                           15000
                                                                                        50%
                           10000                                                                                                               10
                                                                                                                                                                                                  Dinoflagellate
                            5000                                                                                                                5

                               0                                                                                                                0
                                   60   65     70     75    80     85     90     95                                                                 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97
                                                        P regulation         N regulation       P regulation                                                           Year (19XX)                 N regulation
                                               Year (19XX)
Source: Yamamoto and Hashimoto, 2006                                                               Source: Yamamoto et al., 2002
  Management proposal to maintain healthy status of
      the Hiroshima Bay ecosystem (Kittiwanich, 2006)
                                                                                                        50
   Cases     - 75%         - 50%         - 25%      Control     + 25%     + 50%          + 75%          40
                                                                                                        30
                                                                                                        20
                                                                                                                                 NBu
    P                                                                                                   10
           Oligotrophic Oligotrophic Oligotrphic              Good for   N-lim itation N-lim itation     0
                                                              OYS                                      -10
                                                                                                                                                        C ase P
                                                                                                       -20
                                                                                                       -30                                              C ase N
    N                                      NO                 NO           NO            NO                                                             C ase NP
                                                                                                       -40
                                         CHANGE               CHANGE     CHANGE        CHANGE          -50
           N-lim itation N-lim itation                                                                           -75% -50%       -25%       0   +25% +50% +75%

                                                                                                                 Growth rate change of phytoplankton in
   NP       GOOD                                                                                                             percentage (%)
                                                              Good for                                  14                                                    Case P-75
           Oligotrophic Oligotrophic Oligotrophic                        Eutrophic     Eutrophic                                                              Case P-50
                                                              OYS                                                                                             Case P-25
                                                                                                        12                                                    Control
                                                                                                                                                              Case P+25
                                                                                                                                                              Case P+50
                                                                                                        10                                                    Case P+75



 เพิมฟอสฟอรัสจากเดิม 25% ในฤดูหนาว
     ่                                                                                                   8

                                                                                                         6

                                                                                                         4



 หยุดการปล่อยของฟอสฟอรัสในช่ วงปลายฤดู                                                                  2

                                                                                                         0
                                                                                                        14
                                                                                                             J     F
                                                                                                                       Phytoplankton biomass influenced by


                                                                                                                         M   A   M
                                                                                                                                     Case P
                                                                                                                                        J   J   A   S   O      N      D
                                                                                                                                                            Case N-75



 ใบไม้ผลิ
                                                                                                                                                            Case N-50
                                                                                                        12                                                  Case N-25
                                                                                                                                                            Control
                                                                                                                                                            Case N+25
                                                                                                        10                                                  Case N+50
                                                                                                                                                            Case N+75
                                                                                                         8


 ลดปริมาณไนโตรเจน 50% เพือปองกันการบลูมของ
                          ่ ้                                                                            6

                                                                                                         4




 ไดโนเฟลกเจลเลตในฤดูร้อน
                                                                                                         2         Phytoplankton biomass influenced by
                                                                                                                                 Case N
                                                                                                         0
                                                                                                             J    F     M    A   M   J      J   A   S   O      N     D
ปัจจัยที่ควบคุมการเจริ ญเติบโตของแพลงก์ตอนพืช

  ‘นักเคมีธรณี’                           ้
                       สาหร่ ายสีเขียวแกมนาเงินสามารถดึง
 (P ปัจจัยจากัด )      ไนโตรเจนจากบรรยากาศมาใช้ ได้

  ‘นักชีววิทยา’                ้ ่
                      ในแหล่งนาทีขาดสารอาหารพบว่า
 (N ปัจจัยจากัด)      มีฟอสเฟตแต่ ไม่ พบไนเตรท และการ
                         ่
                      เพิมไนเตรทสามารถกระตุ้นการเจริญ
 ปัจจัยอื่น ๆ         เติบโตของแพลงก์ตอนพืช
    อุณหภูมิ

    แสง
  ความสั มพันธ์ ระหว่ างไนโตรเจนและฟอสฟอรัส


แพลงก์ตอนพืชใช้ ไนโตรเจนและฟอสฟอรัสในสัดส่ วนเท่ากับ
            ่
N:P ratio ทีอยู่ในตัวแพลงก์ตอนพืช


สัดส่ วนของไนโตรเจนต่ อฟอสฟอรัส เรียกว่า “Redfield ratio”
เท่ากับ 16:1 (by atomic weight)
            การใช้ สารอาหารโดยแพลงก์ตอนพืช

   สารอาหารเป็ นปัจจัยจากัด : Redfield ratio (C:N:P=106:16:1)

   Blackman limiting concept: growth = min(µp, µn, Temp, Light)
                                       ่
    ความเข้ มข้ นของสารอาหาร (P, N) ทีทาให้ แพลงก็ตอนพืชเจริญเติบโตได้
    ครึ่งหนึ่งของอัตราการเจริญเติบโตสู งสุ ด (ksp, ksn)

   แพลงก์ตอนพืชแต่ ละชนิดมีช่วงในการใช้ สารอาหารในช่ วงความเข้ มข้ น
    แตกต่ างกัน
อาหารกุ้ง, ปุ๋ ย                                                     การแลกเปลี่ยนน้า
                                         leaching
                                   uptake
                                                       DIP
                                    grazing
                         excretion        ZOO
          mortality                       excretion
                   DET   decomposition
                                      DOP
                                                decomposition
           ingestion         excretion
  settling                  egestion
                                         DOP                        adsorption
  re-suspension
                         DET                            DIP
             Oxic                 decomposition
                           decomposition decomposition sedimentation Exchangeable
                                       DOP
             Anoxic      DET                          DIP
                                  decomposition                 de-sorption
                            burial          burial         burial




                                       ้
            วัฏจักรของฟอสฟอรัสในบ่ อเลียงก้ ุง
                                       ้
             แหล่ งของฟอสฟอรั สในบ่อเลียงก้ ุง
 อาหารและปุ๋ ย
                                     ่
       อาหารกุ้งเป็ นแหล่งฟอสฟอรัสทีสาคัญ
                                                                   ี่
       10-20% P ถูกเก็บไว้ในตัวกุ้ง และ 2/3 ของ P ในอาหาร สะสมอยู่ทดิน
       ตะกอนก้นบ่ อ (Boyd, 1994)
              ุ๋
       การใช้ ปย แคลเซียมและแอมโมเนียมฟอสเฟต
         ่       ้                           ้
 การเปลียนถ่ ายนาและการแพร่ จากดินตะกอนสู่ นา
                          ้
 การระเหยและการตกลงมากับนาฝน
      มีปริมาณน้ อย
องค์ประกอบของฟอสฟอรั สที่ปล่อยออกมาจากสิ่ งมีชีวิตในบ่ อ

     ฟอสฟอรั สละลายน้า:
                                 ้
          ฟอสฟอรัสอินทรีย์ละลายนา (DOP)

                                  ้
          ฟอสฟอรัสอนินทรีย์ละลายนา (DIP)

       ฟอสฟอรั สอินทรี ย์ที่แขวนลอยและตกตะกอนจากน้า
        ส่ ู ดิน (PP):
                        ิ
             ซากสิ่งมีชีวต
            สิ่งขับถ่ ายทีเ่ ป็ นของแข็ง (faecal pellet)
            การตกตะกอนจากน้าส่ ู ดิน
 ซากแพลงก์ตอนพืช, ก้อนมูลสัตว์ , อาหารเหลือ

 แพลงก์ตอนพืช                           ้
                  50% ตกตะกอนจากนาสู่ ดินตะกอนในแต่ ละวัน
  (Schroeder et al., 1991)
                                            ้
 อัตราการตกตะกอนของสารอินทรีย์ในบ่ อเลียงกุ้งแบบ
  พัฒนา มากกว่า 800 g dry matter m-2 d-1 (Wyban and
  Sweeney, 1989)
                        ่            ้
 P 60% หรือมากกว่า ทีเข้ าสู่ บ่อเลียงสะสมอยู่ในดินตะกอน
  กระบวนการย่ อยสลายสารอินทรี ย์

            • อุณหภูมิ            • สารประกอบฟอสฟอรัส
            • ออกซิเจน            • ปริมาณแบคทีเรียในดิน

   อัตราการย่ อยสลาย

การย่อยสลาย DET to DOP = kdecomw1 x DO/(DO+kDO) x exp(kxT) x DET-P

การย่อยสลาย DET to DIP   = kdecomw2 x DO/(DO+kDO) x exp(kxT) x DET-P

การย่อยสลาย DOP to DIP   = kdecomw3 x DO/(DO+kDO) x exp(kxT) x DOP
          การดดซั บและการปล่ อยโดยดินตะกอน
              ู

   การดูดซับและการปล่อยของฟอสเฟตควบคุมโดย สภาวะ Redox

   เหล็ก แมกนีเซียม และอลูมิเนียม จะถูกออกซิไดซ์ จับกับ P อย่ าง
    แข็งแรง
                            ่
                    สภาวะทีมีออกซิเจน
                Fe3+ + PO43-        FePO4   (solid)

                            ่
                     สภาวะทีขาดออกซิเจน
               Fe3(PO4)2 (solid)     3Fe2+ + 2PO43-

                                      Marsden, 1989; Rozan et al., 2002
            ่ ้
การจัดการเพือปองกันปัญหาที่เกิดจากฟอสฟอรั ส

                          ้         ้
    ความหนาแน่ นของสัตว์นาในบ่ อเลียง

    อาหารและปริมาณการให้ อาหาร

            ่       ้
    การเปลียนถ่ ายนา

                  ้
    การหมุนเวียนนาและการให้ อากาศ

    เติมสารอินทรีย์คาร์ บอน

            ิ
    เติมจุลนทรีย์ลงไปในบ่ อ
           อาหารและปริ มาณการให้ อาหาร

 ฟลักซ์DIP มีความสัมพันธ์ เชิงเส้ นในทิศทางเดียวกันอย่ างมี
                                            ่ ุ
  นัยสาคัญ (p<0.05) กับปริมาณอาหารสะสมทีให้ ก้ง (จุฑารัตน์
  และคณะ, 2551)

                ่                       P เหลือสะสมอยู่ใน
 การให้ อาหารทีไม่ เหมาะสม เกินพอดีทาให้
            ้
  บ่ อ สภาพนาและดินเสื่อมโทรม และเกิดปัญหาแพลงก์ตอน
                  ้
  พืชบลูมในบ่ อเลียง
                                    ้
                    การเปลี่ยนถ่ ายนา

 ช่ วยแก้ปัญหาในระยะสั้น เนื่องจาก P สะสมอยู่ในดินตะกอน
  ส่ วนใหญ่ และมีการ ๆ ปล่อยออกมาอย่ างต่ อเนื่อง
                          ้
 ไม่ ค่อยพบรายงาน DIP ในนาเกินค่ามาตรฐาน นอกจากนี้
                                                   ้
  DIP ปริมาณมากไม่ ได้ มีผลกระทบโดยตรงต่ อตัวสัตว์นา

                                   ้
         เกิดปัญหาสิ่งแวดล้อมแหล่งนาเสื่อมโทรม
          การหมุนเวียนน้าและการให้ อากาศ

    มีผลต่ อการรวมตะกอน การเกิด resuspension เพื่อให้ มีการ
                    ้
    ย่ อยสลาย PP ในนา
                                                   ้        ้
    เพื่อให้ การหมุนเวียนของออกซิเจนทั่วถึงในบ่ อเลียงทั้งในนา
    และผิวหน้ าดินตะกอน
              ่
     ในสภาวะทีมีออกซิเจน P จะถูกจับไว้โดยเหล็กและซัลเฟอร์
    ในดินตะกอน เป็ นการลดปริมาณ P และออกซิเจนยังช่ วยให้ มี
                            ี่
    การย่ อยสลายสารอินทรีย์ทสมบูรณ์ ไม่ เกิดสารพิษ
           การเติมสารอินทรี ย์คาร์ บอน

                 ิ        ้
    กระตุ้นให้ จุลนทรีย์ในนาและดินเจริญเติบโตและดูดซับ
    ฟอสฟอรัสเก็บไว้ในตัว

   ต้ องให้ มีปริมาณออกซิเจนเพียงพอในบ่ อสาหรับความ
                      ิ                ้
    ต้ องการใช้ โดยจุลนทรีย์ทเี่ พิ่มขึนอย่ างรวดเร็ว
               การเติมจุลินทรี ย์ในบ่ อ

          ิ               ่ ิ
    ใส่ จุลนทรีย์ในสภาวะทีมีจุลนทรีย์น้อยแต่ มีสารอินทรีย์สะสม
                                               ิ            ั
    อยู่ในบ่ อมาก เกิดการหมักหมม เนื่องจากจุลนทรีย์ย่อยไม่ ทน

   ต้ องให้ มีปริมาณออกซิเจนเพียงพอในบ่ อสาหรับความ
                      ิ                ้
    ต้ องการใช้ โดยจุลนทรีย์ทเี่ พิ่มขึนอย่ างรวดเร็ว
                                  ้
                ระบบนิเวศแหล่ งเลียงสั ตว์ น้า
    เป็ นระบบที่ประกอบด้ วยหลายปัจจัยและกระบวนการที่
       ่
    เกียวข้ องกัน เช่ น กระบวนการทางกายภาพ เคมี และชีวภาพ

องค์ประกอบของระบบนิเวศและการหมุนเวียนสารอาหาร
                         ่       ่
ภายในบ่ อ มีกระบวนการเปลียนแปลงทีซับซ้ อน
                                 ้       ่
    บทบาทของแพลงก์ตอนพืชในบ่ อเลียงการเปลียนแปลง
    ปริมาณสารอาหารพวก N และ P เป็ นหัวใจสาคัญต่ อการรักษา
                  ่          ้
    สภาวะแวดล้อมทีดีในบ่ อเลียง
                                         ้
ความสาคัญของไนโตรเจนและฟอสฟอรั สในบ่ อเลียงสั ตว์ น้า

    ปัจจัยจากัดสาหรับการเจริญเติบโตของแพลงก์ตอนพืช

       ิ               ่
     มีอทธิพลต่ อการเปลียนแปลงชนิดของแพลงก์ตอนในบ่ อ

                                           ิ
     สารอาหารสาคัญสาหรับการเจริญเติบโตของจุลนทรีย์ในดิน

                ้
     ทาให้ แหล่งนาเกิดปรากฏการณ์ eutrophic/oligotrophic level
พักรั บประทานอาหารว่ าง 15 นาทีค่ะ
Research needs
        Ecology of aquaculture ponds

   Ecology of aquaculture ponds consists of
    many interdependent physical, chemical and
    biological processes.

   Both ecosystems and pond dynamics have
    very complex system of processes

   Role of phytoplankton communities in
    aquaculture ponds and the dynamics of
    nitrogen and phosphorus are central topics.
   General principle of phosphorus and nitrogen cycles

               Denitrification

     N2                                      Uptake
                                 NO3   -

  N-fixation     Nitrification    Uptake

                     +
                                                 Primary
               NH4               Excretion       producer

               DIP                                               Grazing


Decomposition
                           Excretion                     Higher
               DOM                                    trophic level

               Decomposition      POM
                                                Mortality, egestion
  Procedure refer to Liebig’ law of minimum
                                               Population is limited by
                                               the essential resource in
           Data Input                          shortest supply
          (DIN and DIP)




           C/(Kn,p+C) of N less
                  than P          no

                                       Growth rate = Pp * Phy (N), Phy (P)
                        yes
Pp = Vmax. N/(Kn+N).exp(k.T)
     *I/Iopt exp (1-I/Iopt)

**Reference; Gao et al., 1998; Guillaud et al., 2000

								
To top