Giáo trình Môi trường và con người phần 1 cung cấp cho người học một số khái niệm cơ bản; các nguyên lý sinh thái áp dụng trong khoa học môi trường; dân số và môi trường; nhu cầu và các hoạt động đáp ứng nhu cầu của con người. Mời các bạn cùng tham khảo!
Trang 2ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜïNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
NGUY'ỄN XUÂN CỰ - NGUYỄN THỊ PHƯƠNG LOAN
MÔI TRƯỜNG VÀ 0N NGƯỜI
Trang 3LOI NOI DAU
Lịch sử phát triển của xã hội loài người luôn gắn liền với mối quan
hệ giữa con người và môi trường Môi trường là cái nôi sinh ra con người, sinh ra các nền văn hoá, văn mình nhân loại Môi trường chứa đựng những nguồn tài nguyên mà con người cần cho cuộc sống bản thân cũng như sản xuất Môi trường là không gian chứa đựng những giá trị chất lượng giá trị thẩm mỹ mà con người mong muốn được bảo toàn Tuy nhiên trong quá trình khai thác tài nguyên, con người cũng đã làm biến đổi cảnh quan bên ngoài cũng ahư các chức năng của nó
Con người càng hoàn thiện, xã hội càng phát triển theo xu thế chung là tạo ra nhiều cơ hội hơn cho sự sinh tồn, trường thọ, tạo ra nhiều hơn những cách thức thoả mãn như cầu của con người Trong suốt lịch sử phát triển của mình, loài người rơi vào mê cung của những mong muốn mâu thuần nhau, chía rễ nhân loại thành nhiều trường phái, hoặc thân thiện với môi trường tự nhiên thì phải chối bỏ chốn phồn hoa nhân tạo, hoặc mải miết với những toan tính lợi nhuận thì phải xa lìa các giá trị và tiện ích của
tự nhiên
Những năm gần đây, cùng với sự bùng nổ dân số và sự phát triển
như vũ bão của khoa học công nghệ, môi trường ở một số khu vực và một
ð yếu tố môi trường toàn cầu đã bị suy thoái nghiêm trọng Cuộc sống ở
nhiều vùng trên thế giới không những không được cải thiện mà thậm chí
dang xấu đi
Do sự thiếu hiểu biết về môi trường, con người đã có những tác động
xấu tới nó và bảo vệ môi trường đang trở thành nhiệm vụ cấp bách của toàn
nhân loại Khoa học môi trường đã được khai sinh và có nhiệm vụ nghiên
cứu chỉ ra cách thức giải quyết các vấn đề môi trường hiện có, cũng như
tìm ra con đường phát triển bên vững, không gây ra những hệ quả xấu cho
Trang 4khoa học toàn cầu, hành động địa phương đúng đán” Do vậy, bảo vệ môi trường không phải là trách nhiệm của riêng ai, mà đòi hỏi sự đồng lòng chung sức của mọi cá nhân, cộng đồng, của toàn xã hội
Để có những hành động tích cực trong khai thác, sử dụng và bảo vệ
môi trường, chúng ta cần có những hiểu biết về chúng, về mối quan hệ giữa
con người và môi trường Giáo trình Môi trường và Con người được biên
soạn theo đề cương đã được Bộ Giáo dục và Đào tạo thông qua và đã được
giảng dạy nhiều năm tại Đại học Quốc gia Hà Nội Giáo trình sử dụng để giảng dạy cho sinh viên các trường đại học không chuyên về môi trường
Trong quá trình soạn thảo, chúng tôi đã nhận được sự góp ý quý
báu của GS.TS Mai Đình Yên cùng các giảng viên Khoa Môi trường Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Chúng tôi xin chân thành cảm ơn và mong tiếp tục nhận được sự góp ý của quý bạn đọc
Trang 5Chương 1
MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1.1 MOI] TRUONG
1.1.1 Khái niệm va chức năng cua moi trường
Moi trường của một vật thể, sự kiện, sinh vát là tổng hợp các điều
kiện bên ngoài có ảnh hưởng tới vật thể, sự kiện, sinh vật đó Môi trường
tự nhiên là một hệ thống thống nhất, ổn định, cân bằng động, tôn tại và
vận động tuân theo những quy luật tự nhiên nhất định Các đặc trưng cơ bản của hệ thống chỉ được duy trì và thể hiện khi hệ thống được bảo toàn
nguyên trạng và ổn định
Mói trường sóng cua con người theo nghĩa rộng là cả vũ trụ bao la,
bao gồm tổng hợp các điều kiện tự nhiên (tài nguyên và môi trường)
nhân tạo (công cụ, phương tiện ), xã hội (tổ chức, thể chế, luật lệ ) bao
quanh và có ảnh hưởng tới con người nói riêng và sự phát triển của xã hội
loài người nói chung
Trái đất gồm có thạch quyển, thuỷ quyển, khí quyển, sinh quyển với
các cơ thể sống và môi trường của nó Khác với các quyển vật chất vô
sinh, trong sinh quyển, ngoài vật chất, năng lượng, còn có thông tin có tác dụng duy trì cấu trúc, cơ chế tồn tại và phát triển của các vật sống
Dạng thông tin ở mức độ phức tạp và phát triển cao nhất tà trí tuệ con
người, có tác động ngày càng mạnh mẽ đến sự tồn tại của Trái đất nói
riêng và đang mở rộng phạm vì ra ngoài Trái đất
Về mặt xã hội, các cá nhân hợp lại thành gia đình, bộ tộc, cộng đồng
quốc gia, xã hội, đoàn thể theo những loại hình, phương thức và thể chế
Trang 6Mi trường sống của con người theo nghĩa hẹp (gọi tắt là môi
trường) chỉ bao gồm những nhân tố có liên quan trực tiếp tới sự tồn tại và phát triển của xã hội loài người, đó là chất lượng môi trường tự nhiên nhân tạo, xã hội trong khuôn khổ không gian có liên quan trực tiếp tới chủ thể, như không khí, nước, ánh sáng, bức xạ âm thanh, cảnh quan, đạo đức, tổ chức chính trị, xã hội tại vùng mà con người đang sống
Luật Bảo vệ Môi trường Việt Nam năm 2005, quy định: Mỏi trường bao gồm các yếu tố tự nhiên và yếu tố vật chất nhân tạo bao quanh con
người, có ảnh hưởng tới đời sống, sản xuất, sự tồn tại, phát triển của con người và sinh vật Thành phân môi trường bao gồm các yếu tố vật chất
tạo thành môi trường như đất, nước, không khí, âm thanh, ánh sáng, sinh vật, hệ sinh thái và các hình thái vật chất khác Như vậy, khái niệm này chỉ để cập đến môi trường tự nhiên, các yếu tố xã hội - nhân văn không được bao gồm trong yếu tố môi trường theo quy định này
Chức năng của mỏi trường tự nhiên rất đa dạng, bạo gồm: - Cung cấp không gian sống cho con người và các sinh vật - Chứa đựng và cung cấp tài nguyên thiên nhiên
~ Tiếp nhận, chứa đựng và phân huỷ chất thải
- Bảo vệ và làm giảm nhẹ các tác động của thiên tai đối với con người và sinh vật (cung cấp vùng đệm, tín hiệu báo động, lá chắn ozon )
- Lưu giữ và cung cấp thông tin
Các chức năng trên của môi trường đều có giới hạn và có điều kiện,
đòi hỏi việc khai thác chúng phải thận trọng và có cơ sở khoa học M
dù các chức năng của môi trường rất đa dạng, nhưng có liên hệ trực tiếp
với nhau, khai thác một chức năng này có thể làm ảnh hưởng đến khả
năng khai thác các chức năng khác Lợi nhuận mà các chức năng trên cung cấp cũng không như nhau và thay đổi theo thời gian và chịu ảmh hưởng mạnh của tiến trình phát triển xã hội loài người
1.1.2 Một số khái niệm về các vấn đề mỏi trường
Theo Luật Bảo vệ Môi trường Việt Nam, một số khái niệm về các
vấn đề môi trường dưới đây được hiểu như sau:
Trang 7- Môi trường bao gồm các yếu tố tự nhiên và vật chất nhân tạo bao quanh con người, có ảnh hưởng đến đời sống, sản xuất, sự tồn tại, phát triên của con người và sinh vật
- Thành phần môi trường là yếu tố vật chất tạo thành môi trường như đất, nước, không khí, âm thanh, ánh sáng, các chất dinh dưỡng và các hình thái vật chất khác
- Hoạt động bảo vệ môi trường là hoạt động giữ cho môi trường
trong lành, sạch đẹp; phòng ngừa, hạn chế tác động xấu đối với môi trường, ứng phó sự cố môi trường; khác phục ơ nhiễm, suy thối, phục
hồi và cải thiện môi trường; khai thác, sử dụng hợp lý và tiết kiệm tài
nguyên thiên nhiên; bảo vệ đa dạng sinh học
- Phát triển bền vững là phát triển đáp ứng được nhu cầu của thế hệ
hiện tại mà không làm tổn hại đến khả năng đáp ứng nhu cầu đó của các
thế hệ tương lai trên cơ sở kết hợp chặt chẽ, hài hoà giữa tăng trưởng kinh
tế, bao dam tiến bộ xã hội và bảo vệ môi trường
- Tiêu chuẩn mói trường là giới hạn cho phép của các thông số về
chất lượng môi trường xung quanh, về hàm lượng của chất gây ô nhiễm
trong chất thải được cơ quan nhà nước có thẩm quyền quy định làm căn
cứ để quản lý và bảo vệ môi trường
- Ó nhiễm môi trường là sự biến đổi của các thành phần môi trường không phù hợp với tiêu chuẩn môi trường, gây ảnh hưởng xấu đến con người, sinh vật
- Suy thối mơi trường là sự suy giảm về chất lượng và số lượng của
thành phần môi trường, gây ảnh hưởng xấu đối với con người và sinh vật - Sự cố môi trường là tai biến hoặc rủi ro xảy ra trong quá trình hoạt
động của con người hoặc biến đổi thất thường của tự nhiên, gây ô nhiễm,
suy thoái hoặc biến đổi môi trường nghiêm trọng
- Chat gay ô nhiễm là các chất hoặc yếu tố vật lý khi xuất hiện
trong môi trường thì làm cho môi trường bị ô nhiễm
- Chat thai \a vat chat 6 thé ran, lỏng, khí được thải ra từ sản xuất,
Trang 8- Chất thải nguy hại là chất thải chứa yếu tố độc hại, phóng xạ dễ
cháy, dễ nổ dễ ăn mòn, dễ lây nhiễm, gây ngộ độc hoặc đặc tính nguy
hại khác
- Quản lý chất thải là hoạt động phân loại thu gom, vận chuyển,
giảm thiểu, tái sử dụng, tái chế, xử lý, tiêu hủy, thải loại chất thải
- Phế liệu là sản phẩm, vật liệu bị loại ra từ quá trình sản xuất hoặc tiêu dùng được thu hồi để dùng làm nguyên liệu sản xuất
- Sức chịu tải của môi trường là giới hạn cho phép mà môi trường
có thể tiếp nhận và hấp thụ các chất gây ô nhiễm
- Hệ sinh thái là hệ quần thể sinh vật trong một khu vực địa lý tự nhiên nhất định cùng tồn tại và phát triển, có tác động qua lại với nhau
- Đa dạng sinh học là sự phong phú về nguồn gen loài sinh vật và hệ sinh thái
- Quan trắc môi trường là quá trình theo đõi có hệ thống về môi
trường, các yếu tố tác động lên môi trường nhằm cung cấp thông tin phục
vụ đánh giá hiện trạng, diễn biến chất lượng môi trường và các tác động
xấu đối với môi trường
- Thông tin về môi trường bao gồm số liệu dữ liệu về các thành
phần môi trường; về trữ lượng, giá trị sinh thái, giá trị kinh tế của các
nguồn tài nguyên thiên nhiên; về các tác động đối với môi trường; về chất
thải; về mức độ môi trường bị ô nhiễm, suy thối và thơng tin về các vấn đề môi trường khác
- Đánh giá tác động môi trường là việc phân tích dự báo các tác
động đến môi trường của dự án đầu tư cụ thể để đưa ra các biện pháp bảo vệ môi trường khi triển khai dự án đó
- Đánh giá môi trường chiến lược là việc phân tích, dự báo các tác động đến môi trường của dự án chiên lược, quy hoạch, kế hoạch phát triển trước khi phê duyệt nhằm bảo đảin phát triển bền vững
- Khí thải gây hiệu ứng nhà kích là các loại khí tác động đến sự
trao đổi nhiệt giữa Trái đất và không gian xung quanh làm nhiệt độ của
Trang 9- Hạn ngạch phát thai khí gay hiệu ứng nhà kính là khối lượng
khí gảy hiệu ứng nhà kính của môi quốc gia được phép thái vào bầu khí
quyền theo quy định của các điều ước quốc tế liên quan
Ơ nhiễm mơi trường dược hiểu là sự thay đổi tính chất của môi trường (vẻ mật lý học, hoá học, sinh học) ví phạm tiêu chuẩn môi trường
cho phép Sự thay đổi tính chất môi trường gây nên bởi những thay đổi thành phần môi trường như xuất hiện các chất mới có tính độc hại hoặc sự gia tăng một chất nào đó trong môi trường tới ngưỡng gây hại Ơ nhiễm mơi trường xảy ra khi dòng chất gây ô nhiễm đi vào môi trường lớn hơn dòng ra, đồng thời khả năng của môi trường chứa và biến đổi làm
sạch chất gây ô nhiềm hạn chế, dẫn đến sự tích luỹ chất gây ơ nhiễm
Trang 10Ơ nhiễm môi trường được phân loại theo nhiều cách khác nhau: - Theo đặc điểm nguồn gây ô nhiễm, có ó nhiễm sơ cấp trong đó chất gây ô nhiễm trực tiếp gây nên tác động bất lợi và ó nhiễm thứ cấp, là dạng ô nhiễm trong đó chất thải bạn đầu không độc, nhưng do biến đối
trong môi trường, trở thành chất độc hại gây ô nhiệm, hoặc do sự có mặt
của các chất thải tạo ra sự thay đổi các quá trình tự nhiên trong môi trường, từ đó tạo ra những bất lợi cho cuộc sống
- Theo các thành phần môi trường bị ô nhiễm, có ô nhiễm dat, 6 nhiễm nước, ô nhiễm không khí
- Theo tính chất của chất ô nhiễm có ô nhiễm lý học, ơ nhiễm hố học, ô nhiễm sinh học
- Theo yếu tố gây ô nhiễm, có ô nhiễm phóng xạ, ô nhiễm nhiệt, ô nhiễm đồng, chì, coban, ô nhiễm chất hữu cơ
Suy thoái và ô nhiễm môi trường gây hệ quả rất lớn, làm tổn thương hệ sống, suy giảm sức đề kháng, suy giảm khả năng đáp ứng các nhu cầu, biến dị bất lợi, hoặc cấp tính gây ngộ độc, tử vong cá thể, huỷ diệt quần thể, hệ sinh thái; phá vỡ tính quy luật của nhiều hiện tượng và quá trình tự nhiên, tăng cường mức ác liệt của các tai biến thiên nhiên, cản trở các hoạt động dự báo, dự phòng và hạn chế rủi ro, gây thiệt hại kinh tế và cản trở phát triển: gây khủng hoảng môi trường và hệ sinh thái
Theo Ngân hàng Thế giới (1992) cải thiện nguồn nước có thể giúp giảm 22% (198/900 triệu) người bị tiêu chảy, 28% (252/900 triệu) người
bị giun đũa, 76% (3/4 triệu) người bị giun chỉ, 73% (215/300 triệu) người bị sán Tỷ lệ số người mắc bệnh sẽ giảm trung bình 16% nếu cải thiện
chất lượng nước, 25% nếu cấp đủ nước, 37% nếu cải thiện cả chất và
lượng nước, 22% nếu cải thiện điều kiện thải phân
Sự cố mói trường là các tai biến hoặc rủi ro xảy ra trong quá trình
hoạt động của con người hoặc biến đổi bất thường của thiên nhiên, gây
suy thối mơi trường nghiêm trọng Sự cố môi trường có thể xảy ra do thiên tai tự nhiên như động đất, lũ lụt, hoặc do sự cố kỹ thuật như đắm
tàu đầu, sự cố lò phản ứng hạt nhân, vỡ đập thuỷ điện,
Khủng hoảng môi trường là những suy thối chất lượng mơi trường
sống quy mơ tồn cầu, đe doa cuộc sống của toàn bộ hay một bộ phận lớn loài người
Trang 11Tác động bất lợi của con người tới môi trường có nguồn gốc từ các yếu tố gây sức ép cơ bản là: tăng dân số, đặc biệt là tăng dân số đô thị và các vùng tài nguyên khan hiếm; phân hoá giàu nghèo, đặc biệt là nghèo đói: hoạt động kinh tế và dân sinh Ngoài ra, vấn đề môi trường còn chịu tác động của các yếu tố thúc đẩy sau: thị trường yếu kém; điều hành của chính quyền yếu kém, nhất là trong lĩnh vực can thiệp và ra quyết định; khiếm khuyết về thể chế, tạo ra sự chồng chéo trách nhiệm, thiếu tính
pháp lý: khiếm khuyết do quyền tư hữu: thiếu thông tin do sự cảnh báo và uỷ quyền chưa đầy đủ, thiếu trí thức do giáo dục môi trường chưa tốt
1.2 KHÁI NIỆM VỀ TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN
Tài nguyên thiên nhiên gồm các dạng năng lượng, vật chất, thông tin tự nhiên, tồn tại khách quan ngoài ý muốn con người, có giá trị tự thân
mà con người có thể sử dụng được trong hiện tại và tương lai để phục vụ
cho sự phát triển của xã hội loài người Tài nguyên thiên nhiên được phân
loại theo nhiều cách khác nhau:
- Theo dạng tồn tại của vật chất có tài nguyên vật liệu, tài nguyên
nang lượng và tài nguyên thông tin
- Theo đặc trưng về bản chất bao gồm tài nguyên đất, nước, sinh vật,
khoáng sản, năng lượng
- Theo khả năng phục hồi có tài nguyên vô tận (năng lượng mặt trời, thuỷ triều, gió, ), tài nguyên tái tạo (sinh vật, nước, đất) và tài ngun khơng tái tạo (khống sản) Đối với tài nguyên có khả năng tái tạo, con
người sẽ có cơ hội sử dụng lâu bền nếu biết khai thác trong phạm vi khả năng tự phục hồi và không làm tổn thương các điều kiện cần cho quá
trình tái tạo tài nguyên
Khi khai thác sử dụng tài nguyên, một phần sẽ biến thành rác thải, phần còn lại được đưa vào hệ thống sản xuất Từ đây một phần lại bị loại
bỏ thành rác thải, phần còn lại là hàng hoá đưa vào hệ thống tiêu thụ, và
cuối cùng chúng cũng sẽ trở thành rác thải Điều này cũng có nghĩa là
càng khai thác sử dụng nhiều tài nguyên càng tạo ra nhiều rác thải Việc
tái chế, tái sử dụng, tái quay vòng tài nguyên trong hệ kinh tế tạo ra hai
xu thế lợi ích cơ bản là giảm nhu cầu khai thác tài nguyên và giảm lượng thải, giảm nguồn gây ô nhiễm môi trường
Trang 121.3 KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG 1.3.1 Khái niệm
Khoa học môi trường là khoa học liên ngành, nghiên cứu tổng thể
các vấn đề về môi trường liên quan đến đời sống cá nhân và sự phát triển kinh tế xã hội của loài người Nói cách khác, khoa học môi trường nghiên cứu về mối quan hệ và tương tác qua lại giữa con người và môi trường xung quanh
Trước khi có khoa học môi trường, đã phát triển các ngành khoa học khác lấy từng thành tố môi trường riêng biệt làm đối tượng nghiên cứu Ví dụ như sinh học nghiên cứu các loài sinh vật, xem chúng ăn gì, sinh
sống ra sao, quan hệ với môi trường tự nhiên như thế nào Thuỷ văn học
nghiên cứu bản chất và quy luật sinh thành, phát triển của các hiện tượng, quá trình thuỷ văn trong sông ngòi
Khoa học môi trường ra đời sau các ngành khoa học trên, nhưng không thay thế chúng, không chiếm đoạt đối tượng nghiên cứu của chúng Khoa học môi trường chỉ nghiên cứu các đối tượng đó trong mối quan hệ với con người, vì con người Như vậy, trong giai đoạn hiện nay,
có thể xem khoa học môi trường là một ngành khoa học độc lập nghiên
cứu về môi trường sống của con người và các tác động qua lại của con người với môi trường, được xây dựng trên cơ sở tích hợp kiến thức của
nhiều ngành khoa học khác nhau Tuy nhiên, cũng cần chú ý rằng sự
phân chia ranh giới giữa các ngành khoa học cũng khó rõ ràng Ví dụ có
người vẫn còn cho rằng môi trường đồng nghĩa với hệ sinh thái, khoa học
môi trường là sinh thái học nhân văn
Nhiệm vụ của khoa học môi trườn, là nghiên cứu tìm ra các giải pháp bảo vệ môi trường trong quá trình phát triển (phát triển bền vững) và
giải quyết các vấn để môi trường gay cấn hiện nay Khoa học môi trường sử dụng các thành tựu của các ngành khoa học tự nhiên (sinh học, sinh
thái học, địa lý, địa chất, khí tượng thuỷ vin hải dương học, toán học, vật
lý học, hoá học ), khoa học xã hội (kinh tế, nhân văn ) làm cơ sở nghiên cứu, dự báo nguyên nhân, diễn biến hiện trạng, hệ quả các vấn đề
môi trường Khoa học môi trường cũng sư dụng các thành tựu của các
Trang 13ngành khoa học công nghệ kỹ thuật và khoa học xã hội (luật, chính trị )
lim công cụ giải quyết các vấn để môi trường, bảo vệ môi trường 1.3.2 Noi dung và phương pháp nghiên cứu
Khoa học môi trường sử dụng các phương pháp nghiên cứu của nhiều ngành khoa học khác như: Thu thập và phân tích thông tin thực địa; Đánh giá nhanh môi trường: Phân tích thành phần môi trường; Phân tích đánh giá kinh tế, xã hội: Phân tích hệ thống: Phân tích sinh thái nhân văn;
Phân tích vòng đời sản phẩm; Viễn thám: Hệ thông tin địa lý; Tính tốn,
dự báo, mơ hình hố: Giải pháp kỹ thuật, công nghệ
Nội dung nghiên cứu của khoa học môi trường có thể chia thành 4
loại chủ yếu như sau: 4
- Nghiên cứu đặc điểm của các thành phần môi trường, đặc biệt là moi quan hệ và tác động qua lại giữa môi trường và con người
- Nghiên cứu kỹ thuật, công nghệ xử lý ô nhiễm
- Nghiên cứu tổng hợp các biện pháp quản lý khoa học, kinh tế, luật pháp xã hội nhằm bảo vệ môi trường, sử dụng hợp lý tài nguyên, phát
triển bên vững
- Nghiên cứu các phương pháp như mơ hình hố, phân tích hoá, lý, sinh, kinh tế, xã hội phục vụ cho các nội dung trên
NHUNG VAN ĐỀ TRONG TAM CAN NAM VUNG CUA CHUONG 1:
~ Các khái niệm về môi trường và tài HguYÊH;
bo Các chức năng cơ bản của môi trường;
3 Khái niệm và nguyên nhân gây suy thối, ơ nhiễm mơi trường
Trang 14Chương 2
CÁC NGUYÊN LÝ SINH THÁI ÁP DỤNG TRONG KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG
2.1 YẾU TỐ SINH THÁI VÀ QUY LUẬT SINH THÁI
2.1.1 Yếu tố sinh thái
Yếu tố vinh thái là những yếu tố cấu trúc lên môi trường tự nhiên,
được xem xét trong mối quan hệ với một sinh vật cụ thể Yếu tố sinh thái chia thành hai loại: vô sinh và hữu sinh Tổ hợp các yếu tố sinh thái tạo ra
điều kiện cần cho sự tồn tại và phát triển của sinh vật gọi là tổ sinh thái
của sinh vật đó
Một số yếu tố sinh thái thay đổi theo không gian một cách có quy luật và có tính chu kỳ Chu kỳ sơ cấp của yếu tố sinh thái là ngày, tuần
trăng, mùa, năm, nhiều năm, kỳ con nước, chủ kỳ thứ cấp của yếu tố
sinh thái phát sinh dưới tác động của các chủ kỳ sơ cấp Theo nguyên
tắc chung thì các yếu tố có chu kỳ thứ cấp làm biến đổi độ phong phú
của loài
Sinh vật sống phụ thuộc vào hàm lượng trạng thái của từng yếu tố sinh thái và phạm vi chöng chịu của chúng đói vói tổ hợp các yếu tố sinh
thái Mức độ tác dong cua từng yêu tố sinh thái lén sinh vật phụ thuộc
bản chất, cuờng độ, tần số và thời gian tíc động Tác động của yếu tố sinh thai Jen sinh vật gây ra hệ quả ở những mức độ khác nhau như làm
thay đói tập tính, thay đổi sức sinh sản, mức dé tử vong cua quần thể,
Trang 152.1.2 Quy luật sinh thái
Quy luật tác động đồng thời: Nhiều yếu tố sinh thái có thể tác động
đồng thời lên một hoạt động sống của sinh vật, và ngược lại một yếu tố
sinh thái cũng có thể tác động lên nhiều hoạt động sống khác nhau của sinh vật Sự tác động đồng thời của nhiều yếu tố sinh thái, trong nhiều trường hợp gây nên những hệ quả không giống như khi tác động riêng lẻ
Quy luật tác động qua lại: Tác động của các yếu tố sinh thái lên sinh vật và phản ứng của sinh vật là một quá trình qua lại Cường độ tác động thời gian tác động phương thức tác động khác nhau sẽ dân tới những hệ quả và phản ứng khác nhau Xu thế chủ đạo là sự biến động của ngoại cảnh quyết định xu thế chung của sinh vật, còn tác động trở lại của sinh vật đến môi trường chỉ là phụ
Định luật tới thiểu (Liebig, 1840): Một số yếu tố sinh thái cần phải
có mặt ở mức tối thiểu để sinh vật có thể tồn tại trong đó Ví dụ cây trồng
muốn sống cần một lượng tối thiểu chất B trong đất Chất có hàm lượng
tối thiểu sẽ điều khiển năng suất, xác định sản lượng và tính ổn định của
mùa màng theo thời gian Ví như một tấm thảm được đệt từ những sợi có độ dài khác nhau, kích thước của tấm thảm sẽ phụ thuộc vào chiều dài sợi
ngắn nhất Tác động của các yếu tố khác không phải là tối thiểu có thể
làm thay đổi nhu cầu chất tối thiểu Ví dụ, nhu cầu kẽm của cây trồng Ở nơi ít ánh sáng thấp hơn ở nơi nhiều ánh sáng
Định luật giói hạn sùnh thái (Shelford, 1913): Năng suất của sinh vật không chỉ phụ thuộc vào sức chịu đựng tối thiểu mà còn phụ thuộc vào sức chịu đựng tối đa đối với hàm lượng của một nhân tố sinh thái nào đó Nghĩa là, một số yếu tố sinh thái cần phải có mặt với một giới hạn
nhất định để sinh vật có thể tồn tại trong đó Ví dụ, cá chép chỉ sống
trong giới hạn về nhiệt độ từ 2°C đến 40°C Định luật giới hạn sinh thái
còn được gọi là định luật về sự chống chịu
Phạm vi biến động của một nhân tố mà cơ thể có thể chịu đựng được
gọi là phạm vi chấp nhận, hay miễn giới hạn sinh thái Vượt quá miễn
giới hạn này (thiếu hay thừa) sinh vật sẽ chết Ví dụ khi tưới quá nhiều, tầng thoáng khí bão hoà nước sẽ thiếu O;, rễ bị ngạt, cây chết Phạm vi chống chịu của loài đang sinh sản, của hạt, trứng, bào thai mầm, ấu
Trang 16Nếu loài có miền giới hạn sinh thái rộng đối với nhân tố sinh thái này, nhưng lại có miền giới hạn sinh thái hẹp đối với một nhân tố sinh thái Khác thì vùng phân bố của loài được quyết định bởi nhân tố sinh thái có miền giới hạn hẹp nhất Loài có miền giới hạn sinh thái rộng đối với mọi nhân tố sinh thái sẽ có vùng phan bố rộng
Khi có một nhân tố sinh thái trở nên không tối ưu cho loài thì phạm
vi chống chịu đối với các nhân tố sinh thái khác có thể bị thu hẹp Trong mỏi hệ sinh thái thường có một hoặc vài nhân tố vô sinh hạn chế sự phát triển của một loài nào đó, gọi là nhân tố hạn chế Ví dụ P hoặc N là nhân tố hạn chế sự phát triển của cây trồng Đối với các hệ sinh thái ở nước thì nhiệt độ, ánh sáng và độ muối thường là yếu tố hạn chế
2.1.3 Yếu tố sinh thái vô sinh và tác động của nó tới sinh vật
2.1.3.1 Nhiệt độ
Nhiệt độ môi trường phụ thuộc lượng cấp nhiệt, khả năng hấp thụ nhiệt của bề mặt bị đốt nóng và khả năng phát nhiệt sau khi bị đốt nóng của nó Trường nhiệt khí quyển không đồng đều theo không gian và luôn
biên đổi theo thời gian phụ thuộc vào vị trí địa lý, điều kiện địa hình,
cảnh quan và niên đại địa chất Tiến về phía hai cực của Trái đất 110 km
(tức 1”) nhiệt độ giảm 0,5 - 0,6 °C, dân đến hình thành sự phân hoá khí
hậu theo vĩ độ Lên cao 100m nhiệt độ giảm 0,5 - 0,6 °C, tao ra phan hoa khí hậu theo đai cao Nhiệt độ thay đổi theo thời gian tạo ra chủ kỳ mùa,
ngày, đêm
Nhiệt độ là yếu số sinh thái giới hạn Phổ nhiệt tự nhiên rất rong,
nhưng đa số các loài chỉ tồn tại được trong khoảng từ 0-50 °C Điểm
cực hại nhiệt cao nguy kịch cho sinh vật hơn điểm cực hại nhiệt thấp
Sự chống chịu với biến thiên nhiệt của sinh vật ở nước hẹp hơn sinh vật
ở cạn
Theo khả năng chống chịu về nhiệt độ, sinh vật được chia thành
nhóm rộng nhiệt và nhóm hẹp nhiệt, trong nhóm hẹp nhiệt có thể phân thành nhóm ưa lạnh, ưa nóng Theo nhiệt độ cơ thể, sinh vật được chia thành nhóm đồng nhiệt và nhóm đăng nhiệt
GIA HA NO!
Trang 17Nhiệt độ là yếu tố chỉ phối sự phân bố địa lý, ảnh hưởng đến quá trình sinh lý, sinh hoá, tập tính của sinh vật Trong miền giới hạn sinh thái về nhiệt sự thay đổi nhiệt độ ảnh hưởng đến toàn bộ các chức năng của cơ thể sinh vật như hơ hấp, tuần hồn, tiêu hoá, bài tiết, trao đổi chất, vận động, sinh sản, sinh trưởng, ngủ đông, ngủ hè ở động vật; quang hợp,
hơ hấp, thốt hơi nước, thụ phấn, ra hoa, kết trái ở thực vật
Đối với động vật biến nhiệt, nếu nhiệt độ tăng, quá trình trao đổi chất sẽ tăng, làm tăng tốc độ sinh trưởng và tuổi thuần thục sẽ đến sớm hơn Nhiệt độ cao là nhân tố có ảnh hưởng mạnh đến sinh sản của côn trùng (sự ngừng sinh trưởng, giảm hoạt động vào một thời điểm nhất dinh trong năm, phụ thuộc vào chế độ chiếu sáng) Nhiệt độ lạnh kích thích nấy chồi ra lông tơ trắng gọi là tuyết Nhiệt độ tăng thì hô hấp tăng theo đến nhiệt độ tối thích rồi sau đó giảm xuống tới giới hạn nhiệt độ tối đa Do đó chênh lệch nhiệt độ ngày đêm lớn là một yếu tố nâng cao chất lượng nông phẩm Trong khoảng từ 0 - 30°C, khi nhiệt độ tăng 10°C sinh trưởng thực vật tăng gấp đôi (Định luật Vamt Hojt)
2.1.3.2 Ánh sáng
Ánh sáng là yếu tố sinh thái giới hạn đối với cây trồng Phổ ánh sáng mặt trời có bước sóng từ 3.000 - 10.000Ä, trong đó phần nằm ngoài đải nhìn thấy đa phần có hại cho sự sống Tia tử ngoại giàu năng lượng, có tần số cao, gây chết hoặc đột biến gen ở sinh vật
Cường độ ánh sáng đến bề mặt Trái đất không đồng đều theo không
gian, thời gian, phụ thuộc bước sóng, độ cao mặt trời và đặc điểm bầu khí quyển Năng lượng đến mặt đất lúc trưa hè khoảng gần 2 cal/cm”/phút Cây
trồng có khả năng tích luỹ được trung bình vào khoảng 1% tổng năng lượng mặt trời Cường độ ánh sáng cao làm các men bị oxi hoá, quá trình tổng hợp
giảm, dân đến tăng hình thành đường và giảm protein
Phần ánh sáng xuyên qua được khối nước thuộc bước sóng xanh và luc Tia tím có thể xuyên qua lớp nước trong tới 1.500 m, nhưng thường chỉ xuống sâu đến 18-50 m ở nước duc, với cường độ còn khoảng 10%, đủ để tảo đỏ quang hợp được Cường độ ánh sáng trong nước giảm theo cấp số
nhân 2, 4, 8 khi độ sâu tăng 1, 2, 3 lần, tạo ra sự phân tầng thuỷ sinh
Trang 18Ánh sáng cung cấp năng lượng cho quang hợp của thực vật và nhiều quá trình tự nhiên khác như phong hoá vật lý, tạo nhiệt độ, khí hậu, tuần
hoàn nước, Đối với sinh vật thì độ dài, màu sắc, cường độ, năng lượng ta và thời gian chiếu sáng là quan trọng Năng lượng Mặt trời được hấp
thụ có chọn lọc bởi tán thực vật Thực vật có điệp lục quang hợp mạnh
Với các tia tím, xanh, vàng cam, đỏ và yéu voi tia luc Theo Shirley, tan rừng nhiệt đới ấm chỉ cho 1% ánh sáng di qua
Quang hop của mơi lồi đạt cực đại ở một cường độ ánh sáng nhất định Cường độ yếu và trung bình thích hợp cho các loài ưa bóng, kích
thích sự sinh trưởng của các cơ quan thực vật làm cho cây có thu hoạch
cao hơn Cường độ ánh sáng cao thích hợp với cây ưa sáng Vào buổi
sáng và chiều, thực vật sử dụng tới 10-15% năng lượng ánh sáng, còn buổi trưa vào khoảng 2% Mùa xuân cây sử dụng ánh sáng thuận lợi hơn
mùa hè Cây bỏng ra nhiều nụ, hoa và đậu trái tốt nếu có đủ ánh sáng, trái lại khi ánh sáng thiếu thì nụ ít, hoa giảm, trái non rụng nhiều hơn
Trong vùng nhiệt đới, cường độ ánh sáng cao vào trưa, sự oxi hoá các men làm giảm quá trình tổng hợp các chất, hoạt động hô hấp mạnh tiêu hao nhiều năng lượng, làm cho năng suất thấp Vùng cận nhiệt đới,
ôn đới nhiệt độ ngày đêm chênh lệch 8 - 10C, làm hô hấp chậm lại, dự
trừ hoá năng nhiều hơn, tạo ra năng suất cao và hương vị đậm hơn
Ánh sáng có vai trò quyết định đối với sinh vật trong việc hình thành tập tính (tìm kiếm thức ăn bạn tình), điều khiển nhịp điệu sinh học theo đêm, và tạo ra phân bố của thực vật theo phương thắng đứng thành loài ưa sáng, chịu sáng vừa, ưa bóng Đại bộ phận cây Cỏ ở giai đoạn non thuộc nhóm ưa bóng, vẻ già thuộc nhóm ưa sáng Chu kỳ chiếu sáng ảnh hưởng tới vòng đời của thực vật, kiểm soát sự nảy „ sinh trưởng, rụng lá, ra hoa, kết trái, chuyển trạng thái
sống tạo ra sự phân hoá thành cây ngày dài, cần chiếu sáng >10gid/ngay
như lúa, củ cải, cây ngày ngắn như lúa mì, đậu tương, mía Giống cây
trồng có độ nhạy cảm quang chu kỳ càng cao càng cần gieo đúng thời vụ mùa, tuần trăng, ngà
mầm, sinh chỏi
Một số tảo đỏ và tảo lam khi chiếu ánh sáng màu lam sẽ có màu đỏ, khi chiếu ánh sáng đỏ có màu lục Tảo mắt thay đổi màu trong ngày, buổi
sáng có màu lục, buổi chiều có màu đỏ Hồng Hải (biển Đỏ) là do tảo
Trichodesmium erythraeum thường xuyên nở hoa gây màu đỏ Một số
Trang 19loài tảo silic, tảo lam có tính hướng dương, có thể di chuyển về phía có ánh sáng
2.1.3.3 Nước và độ ẩm
Lượng nước trong khí quyển được đặc trưng bằng độ ẩm tuyệt đối
(khối lượng hơi nước trong một đơn vị thể tích khí, g/m`) hoặc độ ẩm
tương đối (tỷ số giữa áp suất hơi nước thực tế và áp suất hơi nước bão hoa tại cùng nhiệt độ, %) Hơi nước trong không khí có thể được một số loài hấp thụ trực tiếp, hoặc hình thành sương vào mùa khô, là yếu tố cấp ẩm hữu ích cho cây, cỏ, giúp chúng chịu đựng tốt hơn sự thiếu hụt nước Độ ẩm không khí có ảnh hưởng đến các hoạt động sống cơ bản của động vật trên cạn như sinh trưởng, tuổi tho, sự sinh sản, tỷ lệ tử vong và ảnh hưởng quyết định đến sự phân bố địa lý, hình thành tập tính sinh học của chúng Nước trong đất có vai trò giúp hình thành đất và duy trì sự sống của sinh
vật Độ ẩm đất dễ tiêu cho thực vật nằm trong khoảng từ độ trữ ẩm đồng
ruộng đến độ ẩm cây héo Các loài giun đất cân độ ẩm rất cao, khi gập khô hạn chúng có thể bị chết, hoặc phải chui sâu xuống đất, hoặc phải ngủ hè trong các kén hình tròn
Không khí tích luỹ nhiều hơi nước hoặc bị lạnh đi đến bão hoà sẽ ngưng tụ tạo mưa Lượng mưa phân hố theo khơng gian và thời gian, tạo ra sự phân bố tự nhiên của các sinh đới và hệ sinh thái Trường Sơn Đông ẩm, mưa nhiều có rừng mưa nhiệt đới, Trường Sơn Tây khô, có rừng khô
nhiệt đới, trắng cây bụi Đỉnh núi Tam Đảo, đỉnh núi Phan Xi Păng có
độ ẩm cao, nhiệt độ lạnh nên có rừng tiên cảnh, với rêu và địa y nhiều màu sắc trên cành cây và đá Trong các thuỷ vực, dòng chảy có ảnh hưởng đến nồng độ, phân bố các chất dinh dưỡng và khí hoà tan, phân bố loài thuỷ sinh, phát tán các thuỷ sinh nhỏ, hạt thực vật, trứng và ấu trùng Dòng chảy là yếu tố giới hạn trực tiếp sinh khối, ảnh hưởng đến hình thái động thực vật ở nước
Nước là yếu tố sinh thái sống còn, chi phối sự hình thành và phân bố
của các hệ sinh thái Nước là nơi khởi nguồn của sự sống và là môi
trường sống của các loài thuỷ sinh Nước hoà tan được nhiều vật chất, giúp cung cấp chất dinh dưỡng, chuyển vận vật chất trong cơ thể và đào
thải chất dư thừa độc hại cho sinh vật Nước là thành phần cơ bản của
Trang 20chất sống Trung bình cơ thể sinh vật có 2/3 khối lượng là nước; nhiều
nhất là trong các loài thuỷ sinh, có thể đến 98%; ít nhất là trong hạt giống, rêu, dia y khoảng 5 - 7% Để sản xuất Iự chất khô cây thường phải tiều tốn 250 - 400g nước, trong đó 0,5% được dùng cho quang hợp còn
lại là để thoát hơi vật lý chống nóng và điều hoà nhiệt cơ thể
Trong quá trình tiến hoá thích nghĩ, thực vật đã tạo ra những thay
đổi hình thái, tập tính góp phần làm cho chúng tồn tại được trong điều
kiện môi trường tự nhiên như thu hẹp diện tích lá, rụng bớt lá để giảm
thoát hơi nước, tăng độ dài rẻ để lấy nước ngầm tầng sâu, tích nước trong các mô Động vật ở môi trường khô hạn đã có nhiều thích nghỉ về giải
phâu sinh lý, giúp giảm sự mất nước như giảm bài tiết, phân khô, hoạt
động về đêm, hoặc tăng khả năng lấy được nước từ môi trường như an
thức ăn chứa nhiều nước Lạc đà thoả mãn nhu cầu nước bằng cách oxi
hoá lượng mỡ dự trữ
Theo giới hạn ẩm thích hợp, sinh vật chia thành hai nhóm là ẩm hẹp
và ẩm rộng Theo sự phụ thuộc vào nước, sinh vật được chia thành các
nhóm sinh vật ở nước như cá, thực vật thuỷ sinh; sinh vật ưa ẩm cao như lúa, cói: sinh vật ưa ẩm vừa như tếch, bạch đàn, trâu không và nhiều sinh vật sống trên cạn khác, chịu hạn như cây mọng nước (xương rồng, cây
bong, thau dau), cay lá cứng (trúc đào, phi lao), tiêu giảm lá (cành giao) 2.1.3.4 Các chát khí Bảng 2.1 Đặc điểm khí quyển một số hành tinh trong hệ Mặt trời | Nhan té SaoHoa | SaoKim | Trái đất | CO, (%) — 95 96,5 0,03 No (%) — — | ar 3,5 78 O; (%) 0,13 ! 21
Khi nha kinh chinh (GHG) Co, co, CO,, H,0
Nhiệt độ nếu không có GHG (°C) | -87- -46 -18
Nhiệt độ hiện tại (°C) | -47 A77 15
| Ap suat (atm) 0,007 90 1,0
Trang 21
Thành phần các chất khí trong khí quyển đã ổn định trong thời kì
đài, với 78%N;, 21% O,, 0,03% CO, và một số chất khác Đặc điểm thành phần không khí Trái đất và sự ổn định của nó trong giai đoạn qua là nhờ có vai trò của thế giới sinh vật và các quá trình tự nhiên (Bảng 2.1)
Sự ổn định này lại là cơ sở cho việc hình thành các quá trình tự nhiên ổn định và có tính quy luật, là tiền đề cho việc con người thích nghỉ, khai
thác và sử dụng chúng
Khí quyển cho ánh sáng đi qua, cung cấp CO;, O; cho sinh vật, bảo vệ sinh vật khỏi các tác động của các tỉa vũ trụ có hại, xử lý một phần các
chất khí ô nhiễm làm sạch môi trường Khi thành phần tỷ trọng các chất khí trong khí quyển thay đổi, chất lượng môi trường sống thay đổi có thể
có hại cho sinh vật Mặt khác các quá trình khí hậu thời tiết tự nhiên cũng chịu tác động, bị biến đổi, không ổn định, dẫn tới biến động khí hậu toàn cầu, gây khủng hoảng môi trường Phân bố của các chất khí theo không
gian, đặc biệt là theo độ cao phân hoá rõ nét, nhìn chung càng lên cao
không khí càng loãng Các chất khí trong khí quyển có ảnh hưởng rất lớn đến khả năng hấp thụ nhiệt và ảnh hưởng đến nhiệt độ khí quyển Nhìn chung các khí O; có khả năng hấp thụ mạnh các tỉa tử ngoại, trong khi các khí CO; và hơi nước lại hấp thụ mạnh các bức xạ hồng ngoại (Bảng 2.2) Bảng 2.2 Hấp thụ bức xạ Mặt trời bởi khí quyển Bức xạ (bước séng pm) Khí hấp thụ Tử ngoại <0,12 Tất cả bị O; và N; hấp thụ ở độ cao trên 100 km 0,12 - 0,18 Tất cả bị O; hấp thụ ở độ cao trên 50 km 0,18 - 0,30 Tất cả bị O; hấp thụ trong độ cao 25 - 50 km 0,30 - 0,34 Một phần bị O; hấp thụ 0,34 -0,40 | Truyền đến bề mặt Trái đất hầu như không giảm Nhìn thấy | Q40 - 0,71 Truyền đến bề mặt Trái đất hầu như không giảm Hồng ngoại >0,71 Tất cả bị CO; và H;O hấp thụ ở độ cao dưới 10 km
Chất khí hoà tan trong nước: Khả năng hoà tan các chất khí trong
nước phụ thuộc vào đặc điểm của nó, nhiệt độ, áp suất khí quyển, độ
Trang 22muối và thành phần của các chất khí khác Mức độ đồng đều của các chất khí hoà tan trong nước phụ thuộc đặc điểm hình thái thuỷ vực, khả năng xáo trộn của nước và đặc điểm nguồn cấp chất khí đó cho nước Oxi hoà tan trong nước kém, độ bão hoà trung bình là 10 g/l, giảm theo sự tăng của nhiệt độ và độ muối Nguồn cấp O; chủ yếu cho nước là quang hợp
và trao đổi với khí quyển, nghĩa là từ trên mặt, trong khi đó tiêu thụ O;
trong nước xảy ra chủ yếu bởi hô hấp và phân huỷ chất hữu cơ Do vậy,
trong những thuỷ vực ít xáo trộn, càng xuống sâu càng ít O; hoà tan, không thuận lợi cho sự sống và quá trình làm sạch nước
CO: trong nước cao hơn nhiều trong không khí, tồn tại ở dạng tự do, muối cacbonat, bicacbonat CO; có vai trò quan trọng đối với quang hợp,
tham gia vào thành tạo vỏ bọc, xương, mai của các động vật Một hệ
bao gồm cacbonat - bicacbonat sẽ có chức năng đệm giữ cho pH trong môi trường nước ổn định
2.1.3.5 Các muối dinh dưỡng
Chất khoáng có vai trò quan trọng trong đời sống sinh vật, giúp điều
hoà các quá trình sinh hoá, áp suất thẩm thấu của dịch mô và các hoạt động chức năng khác, nhất là của hệ tìm mạch, tạo ra môi trường cho các quá trình sinh hoá nội bào
Cơ thể sinh vật có chứa khoảng 74 nguyên tố hoá học khác nhau Các nguyên tố đa lượng là C, H, O,N, P, S có mặt trong thực vật với hàm lượng chiếm khoảng 95% sinh khối Chất dinh dưỡng vi lượng, có mặt
trong thực vật với hàm lượng nhỏ, thường cung cấp ion làm chất xúc tác
trong các phản ứng hoá học
Muối nitrat và photphat đóng vai trò quan trọng trong việc tổng hợp protein Tuyệt đại đa số thực vật không sử dụng được nitơ tự do trong khí quyển (trừ 250 loài tảo lam và các vi khuẩn tiền nhân) Tảo lam cố định được đạm và cung cấp trực tiếp cho môi trường nước (có khi đến 50%) hoặc gián tiếp sau khi thối rữa, tạo ra lượng đạm đáng kể cho các thuỷ
vực Photpho dễ tiêu trong môi trường thường hạn chế và giảm dần trong
Trang 23áp suất thẩm thấu, điều chỉnh trao đổi đạm và muối khoáng Kali giúp
điều chỉnh áp suất thẩm thấu và các quá trình sinh hoá Magiê là thành phần quan trọng của diệp lục, nên có vai trò đặc biệt trong việc quyết định năng suất cây trồng
Sinh vật phản ứng với muối khống khơng giống nhau đại đa số là
hẹp muối Khả năng hấp thụ một chất khoáng nào đó có thể bị kìm hãm hoặc được thúc đẩy bởi các tác nhân khác trong môi trường Môi trường
mất cân bằng hàm lượng các muối khoáng, có thể làm mất cân bằng tỷ lệ
muối khoáng trong cơ thể sinh vật, gây rối loạn quá trình trao đổi chất và sinh bệnh Ví dụ như nguyên nhân gây thiếu iôt ở người có thể là do môi trường thiếu iôt, hoặc do cơ thể thiếu hay thừa một loại chất nào đó gây
cản trở đồng hoá iôt Sự thiếu hay thừa một nguyên tố dinh dưỡng nào đó
có nguy cơ dân tới rối loạn phát triển một loài và khủng hoảng sinh thái toàn hệ, ví dụ như sự "phú dưỡng”
Các nguyên tố vi lượng như Mn, Fe, CI, Zn cần cho quang hợp, Mo, B, Co, Fe, Mn, Cu cần cho các quá trình trao đổi chất khác Thiếu Mn
gây mù màu, biến dạng xương chân, cánh dày và ngắn, ảnh hưởng đến tạo máu và trao đổi đạm Thiếu Fe gây thiếu máu, giảm chức năng sinh
sản, tiêu hoá Thiếu Cu gây bạch tạng Thiếu Zn lợn bị ia chảy, nôn, bỏ
ăn Thiếu I gây bệnh bướu cổ, đân độn Thiếu F răng có màu cánh dán
thừa gây bệnh đốm men răng Thừa Se gây thiếu máu, rụng tóc, rụng
lông, long móng, đau thần kinh, bại liệt, ung trứng Thừa Mo gây ïa chảy, mất sữa, kiệt sức Thiếu Mo số lượng nốt sần trên rẻ cây họ đậu giảm, năng suất giảm Thừa Sr gây bệnh teo sụn và mô xương, khớp không cử động được, động vật bị lùn
Vitamin gồm các loại tan trong nước như vitamin nhóm B (1 2, 3 4
5,6, 12, 15) nhóm H và C, các loại tan trong mỡ như A E, K (1.2, 3, 4) DÓ 3) Thiếu B, gây đau thần kinh, liệt, rối loạn hoạt động tim Thiếu B; làm giảm quá trình ôxy hoá khử trong tế bào, trao đổi chất kém còi xương Thiếu B; gây tổn thương mỏ, lông, khớp, sụt cân, không lớn Thiếu B, mỡ thấm vào gan, làm giảm khối lượng, đẻ ít Thiếu B; gây viêm loét miệng, rụng tóc, xạm da, tổn thương khớp nối ia chảy, đau thần kinh lưng, cánh không phát triển Thiếu B, gây đau thần kinh tổn thương da, không sinh sản, trứng kém nở, lông da kém Thiếu Bị; gây đau
Trang 24thần kinh, thiếu máu Thiếu B,; làm mỡ tích luỹ vào gan Thiếu vitamin
H gây hói biến dạng xương ngăn chân Thiếu vitamin C gây xuất huyết dưới da, huỷ lợi, rụng răng Thiếu vitamin A gây quáng gà, giảm sức đề
kháng Vitamin K giúp đông máu Thiếu vitamin K kìm hăm hô hấp và
phosphoryl hoá Vitamin D giúp tăng cường hấp thụ canxi
Độ muối và pH của nước ảnh hưởng đến hình thái, sinh lý, tập tính
sinh hoạt và sự phân bố địa lý của sinh vật Trong môi trường đất và nước, muối tham gia các phản ứng hoá học tạo hệ đệm, là cơ sở duy trì độ pH on định gần trung tính, thuận lợi cho sự sống của sinh vật Phần lớn
các vi khuẩn ưa pH trung tính nấm ưa môi trường axit, tảo lam ưa môi trường kiềm Mang cá nước ngọt là cơ quan có khả năng hấp thụ muối, mang cá biển, ngược lại, là cơ quan giúp thải bỏ muối
Theo mức dinh dưỡng, nước được phân loại thành nghèo dinh dưỡng không kể canxi (Oligotrophe), nghèo muối khoáng kể cả canxi nhưng giàu chất mùn (Ditrophe) và đầy đủ hoặc nhiều chất dinh dưỡng (Eutrophe)
2.1.4 Yếu tố sinh thái hữu sinh và ảnh hướng của nó tới sinh vật 2.1.4.1 Các kiểu quan hệ trực tiếp giữa hai cá thể sinh vật
Các sinh vật trực tiếp ảnh hưởng đến nhau thông qua quan hệ trong tổ sinh thái và gián tiếp thông qua các nhân tố khác của môi trường Các sinh vật khi sống trong cùng một sinh cảnh có thể có các mối quan hệ trực tiếp sau:
- Bàng quan hay trung lặp (o ð), thực tế là hai sinh vật không có mối
quan hệ trực tiếp với nhau, chúng không có chịu ảnh hưởng gì của nhau, như cây rừng và con hổ
- Hợp sinh (+ +), hai sinh vật cùng có lợi nhưng không nhất thiết phải sống cùng nhau, như con chím sáo và con trâu
- Cộng sinh (+ +), hai bên đều có lợi nhưng sống trong mối cộng
sinh bắt buộc, như các vi khuẩn nốt sẩn sống cộng sinh ở rễ cây họ đậu,
địa y và tảo
- Hội sinh (+ ö), một bên có lợi còn bên kia không chịu ảnh hưởng
gì, như vi khuẩn cố định nitơ sống tự do trong đất ở vùng rễ và cây trồng
Trang 25- Ký sinh (+ -), một bên có lợi còn một bên bị hại, như giun sán ký sinh trong ruột động vật
- Vat dit va con mồi (+ -), sinh vật này lấy sinh vật kia làm thức ăn
cho mình, như con chim và con châu chấu Trong đó con chim là vật dữ
và con châu chấu là con mồi
- Hấm sinh (- o), một bên bị hại còn bên kia không chịu ảnh hưởng gì, như nấm bám trên da động Vật
- Cạnh tranh (- -), cả hai bên đều chịu thiệt hại, như cây trồng cạnh
tranh về chất dinh dưỡng hoặc ánh sáng Cạnh tranh chỉ xảy ra khi điều kiện sống không đáp ứng nhu cầu của sinh vật Các loài càng gần nhau
thì cạnh tranh càng gay gắt và trong điều kiện nhất định, cạnh tranh khác
loài có thể dẫn tới tiêu diệt đối thủ yếu hơn, tức nhạy cảm hơn với sự
thiếu hụt Do vậy các sinh vật có họ hàng gần gũi thường ít khi có tổ sinh
thái chung hoặc chồng chéo nhau
Quan hệ cạnh tranh có thể diễn ra giữa các cá thể cùng loài và khác loài Cạnh tranh cùng loài thể hiện qua tập tính chiếm cứ lãnh thổ, tranh
giành thức ăn, ăn thịt lẫn nhau Mật độ quần thể càng lớn cạnh tranh cùng
loài càng gay gắt Cạnh tranh giữa hai hay nhiều loài là mối quan hệ đối
kháng vì nhu cầu sinh sống (chỗ ở, không gian, thức ăn )
Các mối quan hệ giữa sinh vật là rất phức tạp, trong đó quan hệ vật dữ và con mồi, và quan hệ cạnh tranh được xem là có ý nghĩa quan trọng nhất Nó tạo nên sự thích nghi và tiến hoá, tạo nên sự phân bố
lãnh thổ, điều chỉnh sự đa dạng sinh học và tạo ra sự cân bằng sinh thái
trong tự nhiên
2.1.4.2 Ảnh hưởng tương hỗ giữa động thực vật
Mối quan hệ giữa động vật với thực vật có tính hai mặt vừa có lợi và vừa có hại Thực vật là nguồn thức ăn và cơ sở tạo nơi ở của động vật
Một vài loài thực vật cũng ăn động vật, hoặc gây bệnh cho chúng Động
vật là tác nhân giúp thực vật thụ phấn, phát tán hạt giống, có vai trò khép kín chu trình sinh địa hoá, duy trì và phát triển hệ sinh thái Động vật an
thức ăn có chọn lọc có thể trở thành tác nhân mới cho sự cạnh tranh Ví
dụ như chúng chỉ ăn loại cỏ ngon, gây suy thối lồi này, còn chừa lại cỏ
Trang 26không ngon, làm cho loài đó chiếm ưu thế va phát triển tot hon, dan dan
đồng cỏ sẽ thoái hoá, chỉ còn loại cỏ không ngon
Thức ăn là yếu tố sinh thái hữu sinh quan trọng, ảnh hưởng đến các chức năng sinh lý của cơ thể như sinh sản, sinh trưởng, tuổi thọ Theo loại thức an, khối lượng thức ăn cần và số lượng các loài làm thức an, dong
vật được chia thành các nhóm an co, an thịt, an hep, an rộng
Trong quá trình hình thành, các loài đều tiến hoá theo xu thế thích
nghi về hình thái, giải phẫu, sinh lý, sinh thái và tập tính với thức ăn của
mình Vật ăn thịt và con mồi đã tự tiến hoá thích nghi cùng nhau về hình thái cấu tạo của cơ quan bắt mồi, cơ quan vận chuyển, hệ enzym tiêu hoá, cơ quan tự vệ, hệ thần kinh, tập tính sống Quan hệ giữa vật ăn thịt và con mồi luôn giữ ở thế cân bằng động, số lượng cá thể của hai quần thể này
dao động gần như đồng bộ với nhau Mỗi loài đóng vai trò kiểm soát sự
phát triển ổn định của loài kia Quan hệ vật ăn thịt - con mồi là một cơ
chế chọn lọc tự nhiên, cần thiết cho sự tiến hố của cả hai lồi
2.2 QUẦN THỂ
2.2.1 Khái niệm và đặc trưng cơ bản của quần thể
Quần thể là một tập hợp gồm các cá thể cùng loài, phân bố trong
sinh cảnh xác định thuộc vùng phân bố của loài, chúng khác nhau về kích
thước, lứa tuổi, cấu trúc, sự phân bố không gian, khả năng sinh sản và sự
tăng trưởng của quần thể Mỗi quần thể đều có khả năng tự trao đổi thông
tin đi truyền duy trì cấu trúc của quần thể
Quần thể sinh vật có 3 cách phân bố trong không gian: Phân bố theo nhóm, phân bố đều và phân bố ngẫu nhiên
Các quần thể khác nhau cũng có cấu trúc khác nhau về thành phân
các nhóm tuổi, tỷ lệ giới tính Cấu trúc tuổi và giới tính có ảnh hưởng
quan trọng đến tỷ lệ sinh tử và biến động số lượng cá thể trong quần thể
Quần thể có đặc tính đa dạng di truyền Trong một quần thể, không
thể có hai cá thể giống hệt nhau, làm cơ sở cho chọn lọc tự nhiên, lai tạo
giống và cơ hội cho cạnh tranh sinh tồn
Trang 27Mỗi quần thể có các đặc trưng kích thước (số lượng, mật độ ), tốc
độ tăng trưởng, mức độ biến động riêng
2.2.2 Biến động quản thể
Số lượng cá thể của quần thể ở một thời gian nào đó có thể được xác
định theo công thức đơn giản sau:
N,=N,+B-D+I-E
Trong đó: N- Số cá thể ở thời điểm tính, N„ - Số cá thể ban đâu, B- Số cá thể sinh ra, D- Số cá thể chết đi, I- Số nhập cư, E- Số xuất cư
Nếu không xét tới nhập và xuất cư thì tăng trưởng quần thể phụ thuộc vào tỷ lệ sinh, tử và tuân theo hai quy luật cơ bản sau:
Tăng trưởng theo hàm mũ: Trong điều kiện không có giới hạn về
không gian và lượng thức ăn, tăng trưởng của quần thể sinh vật được tính
theo công thức:
N,=N,e"
Trong đó: ¢ - Thot gian tính,
r- Hệ số tăng trưởng riêng của cá thể (r=b-d)
Khi tỷ lệ tăng trưởng riêng r>0, số lượng cá thể của quần thể sẽ tăng vô hạn theo thời gian Ngược lại khi r<0, thì số lượng cá thể của
quần thể lại giảm dân và tiệm cận về 0 Tốc độ tăng trưởng riêng r của
các loài sinh vật là rất khác nhau, ví dụ như Mọt lúa 6,2; Chuột đồng 4,5; Người 0.0055
Trong thực tế, tăng trưởng theo hàm mũ chỉ thích hợp với các quần thể khi số lượng còn ít, hoặc các loài có kích thước rất nhỏ không bị giới hạn bởi khả năng chứa và nuôi của mơi trường, các lồi sống trong môi
trường luôn luôn thay đổi không dự báo trước được như trong các vũng
nước tạm thời, trên các xác súc vật chết, hoặc các loài mà vòng đời bị một số yếu tố sinh thái kiểm soát, ví dụ côn trùng
Tăng trưởng theo hàm logic: Khi khả năng của môi trường có giới hạn, xác định bằng số lượng cá thể lớn nhất (K) mà môi trường có thể
chứa và cung cấp thức ăn, cũng như những nhân tố sinh thái khác (còn
Trang 28gọi là sức chứa, khả năng nuôi của môi trường) hàm tăng trưởng quần thể có dạng:
N, = No exp [rt (1 - N,/K)]
Tang trưởng theo hàm logic thích hợp với các loài kích thước lớn,
điều kiện sống bị hạn chế, những quần thể sống trong môi trường ổn
định, các nhân tố sinh thái ít thay đổi Đồ thị hàm tăng trưởng logic có dạng tăng nhanh khi N, nhỏ hơn rất nhiều so với K Khi Nụ càng gần với giá trị K, quần thể sẽ tăng trưởng càng chậm lại và tiệm cận dần với K Thời kỳ gia tăng số lượng cá thể gần tới K là giai đoạn chọn lọc loại trừ hưng thịnh nhất, một mặt do có nhiều biến dị hơn, mặt khác do cạnh tranh cao hơn nên biến dị có lợi nhất sẽ chiếm dần ưu thế
Khi các điều kiện môi trường thay đổi, nhưng vẫn nằm trong giới
hạn khả năng thích nghỉ của quần thể thì chúng sẽ vẫn tồn tại và phát '
triển Quần thể tự nhiên có hai kiểu chọn lọc tự nhiên để thích nghi là thay đổi r hoặc thay đổi K Nếu các thay đổi môi trường vượt ra ngoài
khả năng thích nghỉ của quần thể thì chúng sẽ bị tiêu diệt
Các nhân tố có ảnh hưởng đến quần thể gồm nhóm có khả năng làm
tăng quy mô và nhóm làm giảm quy mô quần thể Nhóm làm tăng quy
mô như thay đổi các nhân tố vô sinh tạo thuận lợi cho tăng trưởng quần
thé; tăng sinh, giảm tử, tăng nhập, giảm xuất cư, tăng khả năng cạnh tranh, trốn tránh, tự bảo vệ, tìm thức ăn, tăng nguồn thức ăn Nhóm làm giảm quy mô quần thể như tăng tử, giảm sinh, tăng xuất cư, giảm nhập cư, các nhân tố vô sinh, hữu sinh bất lợi, tăng bệnh tật, thiếu thức ăn, nơi
ở, điều kiện khí hậu khác nghiệt, môi trường ô nhiễm
2.2.3 Nhịp điệu sinh học
Quang chứ kỳ, tức độ dài ngày:
Độ dài ngày tại các thời điểm trong năm ở mỗi địa điểm nhất định luôn không đổi Độ dài ngày tác động vào các thụ quan cảm giác như mất
ở động vật hoặc qua sắc tố chuyển hoá trong lá cây Các thụ quan lại kích thích hoạt động của hoocmon hoặc men tạo phản ứng sinh lý, phản ứng tập tính Quang chu kỳ là role thời gian điều khiển sự phát triển và ra hoa
Trang 29của cây trồng, điều khiển sự thay lông, tích mỡ, di cư, sinh sản ở chim và động vật có vú, sự sinh sản của côn trùng
Đồng hồ sinh học
Một số hoạt động của cơ thể có nhịp điệu nhất định được xem là bị
chi phối bởi một đồng hồ sinh học nào đó Có hai giả thuyết: Đồng hồ đo
thời gian nội sinh - là cấu trúc bên trong có khả năng đo thời gian và không cần bất kỳ tín hiệu nào từ bên ngoài; Đồng hồ bên trong hoạt động theo tín hiệu từ bên ngoài Theo Brown, sinh vật cảm nhận được sự dao động ngày đêm của từ trường Trái đất và chúng điều hoà sinh lý theo
nguồn thông tin này
Dao động kích thước quần thể
Nguyên nhân gây biến động quần thể là do biến động yếu tố sinh
thái vô sinh hoặc hữu sinh Biến động số lượng cá thể có thể có quy luật
theo chu kỳ mùa hoặc nhiều năm, hoặc không có chu kỳ, biến động bất
thường Một số loài có mùa sinh sản và mùa tử vong rõ rệt, ví dụ như sinh
vật phù du, chim, côn trùng, là những loài có chu kỳ sống ngắn, thời kỳ sinh sản ngắn Một số lồi cơn trùng, thú, chim có quy luật biến động số lượng cá thể theo chu kỳ nhiều năm, ví dụ dịch cào cào di cư từ vùng phụ Chau Á sang vùng cổ Hy Lạp - La Mã có chủ kỳ 40 năm, nhiều
động vật ôn đới như gà gô, thd, cdo, gam nhấm và nhiều loài côn trùng
có chu kỳ mật độ đặc trưng của quần thể vào khoảng 7 - 10 năm
Nguyên nhân của tính chu kỳ này chưa được nghiên cứu đầy đủ, có thể giả định là do các nguyên nhân sau: Biến động khí hậu thời tiết và hệ
quả của nó là biến động về kẻ thù, thức ăn; Chuyển dịch cân bằng thần
kinh ở động vật có xương sống bậc cao, khi dư thừa số lượng cá thể thì
xuất hiện sự gia tăng hoạt động tuyến trên thận, ảnh hưởng đến tiềm lực sinh sản và khả năng chống bệnh tật; Do cơ chế điều chỉnh cân bằng
sinh thái, khi quần thể động vật phát triển mạnh thì lượng và chất thức
ăn (cỏ) giảm, dẫn tới giảm số lượng động vật, tạo cơ sở phục hồi hệ thực vật để đạt đến đỉnh cực
Các biển ôn đới có dao động chất dinh dưỡng phụ thuộc nhiệt độ
Mùa đông lạnh, sinh vật kém phát triển nên hàm lượng chất dinh dưỡng cao nhất Sang mùa xuân, nhiệt độ tăng, thực vật phát triển, làm lượng
Trang 30chất dinh dưỡng giảm cho đến hết mùa hè Sang mùa thu, hàm lượng chất dinh dưỡng lại tăng lên làm cho thực vật phát triển trở lại, nhưng không
đạt được bằng đỉnh mùa xuân
23: QD UAN XA
2.3.1 Quản xã và các đặc trưng cơ bản cua quan xa
Quản vĩ là một tập hợp các sinh vật của nhiều loài khác nhau (ít nhất là 2 loài) cùng sống trong một sinh cảnh xác định, giữa chúng có những mối quan hệ trao đổi vật chất và năng lượng với nhau thông qua chuỏi thức ăn và mạng lưới thức ăn Tên gọi của quần xã được lấy theo
đặc trưng ổn định nhất trong các yếu tố như tên của loài chiếm ưu thế, tên môi trường vô sinh Quần xã có các đặc trưng cơ bản sau:
- La mot tổ hợp nhiều quần thể, nhưng chỉ có một số ít loài chiếm ưu
thế, có số lượng nhiều, có vai trò quyết định bản chất, năng suất của nó
Mỗi quần xã đều có tính đa dạng loài Mức độ đa dạng loài được thể hiện qua chỉ số Shanon:
H=-3(piog;p,)
Trong đó: p, - tỷ lệ số lượng các thể loài thứ ¡ trên tổng số lượng cá
thể của tất cả các loài trong quản xã
Tính đa dạng không nói lên mối quan hệ chức năng giữa các loài, nhưng nó có thể biểu thị mức độ phức tạp của mạng lưới thức ăn và mối quan hệ tương hỗ bền vững trong hệ Mức độ đa dạng tăng theo thời gian, độ ổn định của điều kiện khí hậu và sự không đồng nhất của không gian
môi trường Nguyên nhân đa dạng của quần xã có thể là do yếu tố lịch sử, khí hậu hoặc sự không đồng nhất về không gian
Tương quan giữa số loài và số lượng cá thể trong mỗi loài tuân theo quy luật chung là khi số loài tăng, số cá thể của mỗi loài sẽ giảm
- Sự phân bố quần xã trong không gian theo diện hoặc theo phương thăng đứng hình thành các tầng khác nhau như trong rừng, trong vực nước Ví dụ, rừng ôn đới thường có 3 tầng trong khi rừng mưa nhiệt đới
có từ 5 - 7 tầng tán khác nhau
Trang 31Mat ; trời Vật ăn thịt bậc 2 Vật ăn thịt bac 1 ie Vat ae TA = <r , ` ăn cỏ vO ý na ‡- (603, 22c XTT Vật We (Me el Boks ld ue Of san xuat { Ị Ỷ l i a Hình 2.1 Sơ đồ chuỗi thức án trong hệ sinh thái
- Có tổ chức chặt chẽ về dinh dưỡng: Theo đặc trưng về mặt dinh
dưỡng, sinh vật được phân thành vật tự dưỡng, vật dị dưỡng và vật phân
huỷ Mỗi loài sinh vật chỉ có thể sử dụng một số loại thức ăn nhất định
Tập hợp các sinh vật kế tiếp nhau, trong đó loài đứng trước là thức an cho loài đứng sau, tạo thành chuỗi thức an, vi dụ: cỏ - châu chấu - cá - chim -
mèo (Hình 2.1) Có hai loại chuỗi thức ăn cơ bản là chuỗi ăn có (thực
vật - động vật ăn cỏ - dong vat an thit) va chuỗi an hoại sinh (xác hữu cơ -
động vật - vi sinh vật phân huỷ) Các chuỗi thức ăn này có thể tồn tại riêng hoặc cùng nhau Trong mỗi quần xã, các chuỗi thức ăn có quan hệ
với nhau rất phức tạp, có những mắt xích chung, do một loài có thé an nhiều loài sinh vật khác nhau, tạo thành mạng lưới thức ăn (Hình 2.2) Đối với mỗi quần xã, các chuỗi thức ăn và mạng lưới thức ăn có đặc trưng riêng và tồn tại ốn định Bất kỳ sự thay đổi môi trường hoặc tác động
Trang 32nhân sinh nào làm biến động (mất, tăng hoặc giảm số lượng) một mát xích nào đó, sẽ có nguy cơ gây tổn thương toàn chuỗi, toàn mạng thức an,
lam biến đổi quần xã
- Trong quản xã cũng được chia ra các bậc dinh dưỡng khác nhau, đứng đầu là các vật sản xuất (dinh dưỡng bậc 1), tiếp đến là động vat an
có (dinh dưỡng bậc 2), rồi đến động vật ăn động vật (dinh dưỡng bậc 3) Tương quan giữa các sinh vật theo các bậc dinh dưỡng hoặc trong
một chuỗi thức an được biểu hiện bằng tháp sinh thái Có 3 loại tháp sinh thái là tháp khối lượng, tháp năng lượng và tháp số lượng Coyotes n ws Badgers i ji Wf ot pan ee Many
4" Grasses and mictowers
Hình 2.2 Sơ đồ mạng lưới thức ăn trong hệ sinh thái
- Quần xã có khả năng tự điều chỉnh thích nghỉ trên cơ sở khả năng tự điều chỉnh thích nghi của các quần thể sống trong nó Do đó, khi môi
Trang 33có thể thích nghi được mà không bị biến đổi Trạng thái phát triển cao ổn
định và phù hợp với môi trường của quần xã gọi là đỉnh cực
2.3.2 Diễn thế quản xã
Diễn thế là quá trình phát triển theo thứ bậc của quần xã liên quan tới biến đổi cấu trúc loài và các quá trình khác nhau của điều kiện môi
trường do ngoại cảnh hoặc chính các quần xã đó tạo nên Diễn thế dẫn tới làm cho các quần xã biến đối phù hợp với các điều kiện môi trường mới
Diễn thế quần xã bao gồm các diễn thế nguyên sinh và các diễn thế
thứ sinh Diễn thế nguyên sinh xảy ra ở những nơi trước đó chưa có quần
xã nào tồn tại, ví dụ như vùng đất mới hình thành, bãi bồi Diễn thế thứ
sinh xảy ra tại những nơi đã từng có quần xã tồn tại
Quá trình diễn thế thứ sinh có thể xảy ra theo chiều hướng tích cực
làm đa dạng sinh học tăng, sinh khối ngày càng lớn, chuỗi và mạng thức ăn, phân bố cá thể, phân hoá tổ sinh thái ngày càng phức tạp, khả năng tự phục hồi cân bằng ngày càng lớn, tính bên vững ngày càng cao Ngược lại, diễn thế theo chiều hướng tiêu cực có xu hướng giảm đa dạng sinh
học, giảm sinh khối, đơn giản hoá về cấu trúc và do vậy tính ổn định bền vững của quần xã giảm
2.4 HỆ SINH THÁI 2.4.1 Khái niệm
Hệ sinh thái là một hệ thống thống nhất bao gồm các quần xã sinh vật và các yếu tố môi trường, trong đó giữa chúng có sự tương tác lẫn nhau thông qua quá trình trao đổi vật chất và năng lượng trong một sinh cảnh xác định Nói cách khác, hệ sinh thái là một hệ thống thống nhất giữa các sinh vật và môi trường Hệ sinh thái có kích thước lớn nhỏ khác
nhau tuỳ thuộc vào đối tượng nghiên cứu Sinh quyển là một hệ sinh thái
tự nhiên hoàn chỉnh khổng lồ Đại dương là một hệ sinh thái lớn Khu
rừng, hồ nước là những hệ sinh thái vừa Bể cá cảnh cũng có thể được
xem là hệ sinh thái rất nhỏ
Trang 34Cấu trúc một hệ sinh thái bao gồm 4 thành phần cơ bản là vật sản xuất vật tiêu thụ, vật phân huỷ và môi trường vô sinh Vật sản xuất chủ yếu là các loài thực vật có khả năng quang hợp và tổng hợp các chất hữu cơ từ các chất vô cơ, vật tiêu thụ bao gồm các động vật, còn vật phân huỷ là các vi sinh vật
Năng suất của hệ sinh thái là đại lượng biểu thị khả năng chuyển
hoá vật chất hoac nang lượng mặt trời thông qua quang hợp (năng suất sơ cấp), hoặc năng lượng chứa trong thức ăn ban đầu thành sinh khối (năng suất thứ cấp) Đơn vị tính bằng khối lượng vật chất khô hoặc năng
lượng tích luỹ được trên một đơn vị diện tích (hoặc thể tích) trong một
đơn vị thời gian Thường là tấn/ha/năm, kg/m”/năm, hoặc øC/m”/giờ, hoặc
kcal/m”/năm
Tổng năng lượng tích luỹ của hệ sinh thai EP, duoc tính theo
công thức:
EP, = EPy + ER
Trong đó: EPx - năng lượng duoc tich luy trong sinh khoi, ER- nang
lượng su dung cho ho hap
Hệ sinh thái đạt tới trạng thái ổn định khi hầu như không có sự tăng giảm sinh khối, thay đổi cấu trúc, nghĩa là:
EP, x0 và EP¿,x~ ER
Nang suất sơ cấp của hệ sinh thái là năng suất của các sinh vật sản xuát, được biểu diễn theo công thức:
GPP = NPP+R
Trong đó: ỚPP - năng suất sơ cấp tổng số, NPP - năng suất sơ cấp
tinh, Ñ - lượng sử dụng cho hô hấp
Năng suất thứ cấp của hệ sinh thái là khối lượng chất hữu cơ được tồn trữ ở vật tiêu thụ và phân huỷ Tuy nhiên trên thực tế, thường chỉ được
tính cho vật tiêu thụ Hiệu suất chuyển đổi năng lượng khác nhau khá lớn
tuỳ theo bậc dinh dưỡng, ví dụ 80 kg cỏ sản xuất được Ikg thịt bò, 5 kg thịt bò sản xuất được 1 kg cá hồi Trung bình muốn có l kcal ở dạng thức
Trang 35Sinh khới là khối lượng sinh vật có trên một đơn vị diện tích tại thời điểm xét, đơn vị là tấn/ha Trên cạn, sinh khối động vật thường bằng 1%
sinh khối thực vật, sinh khối động vật không xương sống chiếm 90 - 95% tổng sinh khối động vật
Sự trao đổi chất và năng lượng của mỗi hệ sinh thái có tốc độ và nhịp điệu riêng biệt, đặc trưng cho hệ đó Hệ sinh thái tự nhiên luôn sử dụng năng lượng và vật chất một cách hết sức tiết kiệm, đạt hiệu suất cao trên cơ sở tăng tính đa dạng đến mức tối đa Hệ nhân tạo, ngược lại hướng tới đa dạng tối thiểu, sử dụng vật chất và năng lượng ồ ạt, nhằm
đạt năng suất cao, nhưng đồng thời đạt hiệu quả rất thấp
Năng lượng Mặt trời tới mặt đất trong một năm trung bình là 5.10”° Kcal; ở các độ vĩ trung bình dòng năng lương này cung cấp khoảng 9 tỷ Kcal/ha/näm Có thể lấy năng suất của hệ sinh thái rừng trung bình là 6 tấn gỗ và 4 tấn lá, khi đốt chúng giải phóng khoảng 46 triệu Kecal Như
vậy thì hiệu suất cố định năng lượng mặt trời chỉ vào khoảng 0,5% Tuy
nhiên đây chỉ là năng lượng được tích luỹ trong sinh khối, nếu tính cho năng suất tổng số thì sẽ lớn hơn nhiều
Năng suất của các hệ sinh thái trong tự nhiên là rất khác nhau phụ thuộc vào các điều kiện môi trường và đặc điểm sinh thái của các loài sinh vật cũng như đặc trưng của từng hệ sinh thái Nhìn chung các hệ sinh thái rừng mưa nhiệt đới và đầm lầy có năng suất sơ cấp nguyên rất cao và sinh khối rất lớn Các hệ sinh thái vùng khô hạn, đồng cỏ có năng suất sơ cấp nguyên và sinh khối thấp Hệ sinh thái nông nghiệp có năng suất sơ
cấp nguyên biến động mạnh Ngược lại, các hệ sinh thái sa van đồng cỏ
và vùng cửa sông ven biển tuy có năng suất sơ cấp nguyên thấp nhưng năng suất thứ cấp lại khá cao (Bảng 2.3)
Năng suất sơ cấp trong các hệ sinh thái nông nghiệp có sự dao động rất rộng tuỳ thuộc vào cây trồng cũng như kỹ thuật canh tác Nhìn chung, năng suất sơ cấp nguyên của một số cây trồng nông nghiệp là khá cao, khoảng 2,7 đến 15 tấn/ha/vụ Nhưng phần thu hoạch được thường thấp
hơn nhiều Ở vùng nhiệt đới, do có thể trông 2 - 3 vụ/năm nên năng suất
cả năm trên một đơn vị diện tích thường rất cao
Trang 36Bảng 2.3 Năng suất và sinh khối của một số hệ sinh thái quan trọng
Hệ sinh thái Sinh khối | “Rang suat | Nang suat | thực vật sơ cấp | thứ cấp | (tấn/ha) nguyên (gím?năm ' II oro FF " | (g/m?/nam)
Rừng mưa nhiệt đới | 450 2.200 | 1529
Rừng nhiệt đới gió mùa | 350 1.600 96 Rừng thường xanh ôn đới | 350 1300| 52 Rừng rụng lá ôn đới | 30 | 14200 | 60 Rung tai ga vung cuc 200 | 800 31,7 Savan | 40 | 900 200 | Đồng cỏ ôn đới | 16 600 88,9 | _ Tundra | 6 140 3,8 | | Cây bụi sa mạc và bán sa mạc 7 90 3,9
| Sa mac, cat va bang gia 0,2 3 0,0008 | Hệ sinh thái nông nghiệp 10 650 6,4 | Đầm lầy 150 2.000 160 ¡ Sông và hồ | 0,2 250 50 | Đại dương | 0,03 125 73,3 | Vung nước trồi 0,2 500 275 | | Vùng cửa sông — 10 1.500 3429 _|
(Nguon: Whitaker va Likens, 1975) 2.4.2 Vòng tuần hoàn vat chat va dong nang lượng trong hệ
sinh thai
Sự trao đổi vật chát trong hệ sinh thái thực chất là các quá trình tổng hợp, sử dụng và phân huỷ các chất hữu cơ Các quá trình này xảy ra
kế tiếp nhau liên tục tạo ra vòng tuần hoàn khép kín vật chất Sự nhiều
loạn một giai đoạn nào đó sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến giai đoạn kia Vật chất vô cơ bao gồm các chất khoáng, nước, CO; từ mơi trường bên ngồi được các vật sản xuất sử dụng, dưới tác động của ánh sáng mặt
Trang 37trời để tạo ra các chất hữu cơ Vật tiêu thụ sử dụng các chất hữu cơ này
như là nguồn thức ăn và chuyển hoá, tích luỹ trong cơ thể chúng Đến
lượt mình, vật phân huỷ sẽ phân giải các xác chất hữu cơ thành các chất Vô cơ giải phóng vào môi trường kết thúc một chu trình vật chất trong hệ sinh thái Sự chuyển giao vật chất giữa các sinh vật trong hệ sinh thái được thực hiện thông qua chuỗi thức ăn và mạng lưới thức ăn Trong tự nhiên, vật chất được sử dụng lặp đi lặp lại nhiều lần tạo thành vòng tuần hoàn vật chất hay vòng tuần hoàn các chất dinh dưỡng trong hệ sinh thái Trong đó, một loại vật chất bất kỳ đều có 2 giai đoạn: Tồn tại ngồi mơi trường và ở trong cơ thể sinh vật
Mở rộng vòng tuần hoàn vật chất trong hệ sinh thái trên phạm vi toàn cầu, ít nhất cũng trên một phạm vi rộng lớn ta có các chu trình
sinh - địa - hoá
Chu trinh sinh địa hoá của các nguyên tố trong tự nhiên được chia làm 2 loại: Chu trình chủ yếu bao gồm chu trình của các nguyên tố C, P, N, S và nước Chu trình sinh địa hoá của các nguyên tố còn lại là thứ yếu
Chu trình sinh địa hoá có thể tuần hoàn nhanh, khi vật chất tuần
hoàn có mặt rất nhiều trong thành phần vô sinh và tồn tại nhiều vòng liên
hệ ngược có khả năng tạo thành các chất khí như vòng tuần hoàn C, N được gọi là chu trình khép kín Chu trình sinh địa hoá kéo quá đài do vật chất bị tích luỹ quá lâu trong một "kho chứa” nào đó ví dụ như P được gọi là chu trình hở hay không khép kín Thực ra cách phân chia như vậy cũng chỉ mang tính chất tương đối, vì trên thực tế không có một chu trình nào là tuyệt đối khép kín hay tuyệt đối không khép kín Tốc độ trao đổi chất trong chu trình sinh - địa - hoá phụ thuộc vào bản chất của vật chất tham gia, đặc điểm quá trình trong đó vật chất tuần hoàn, loại vòng liên hệ ngược, đặc điểm của sinh vật và điều kiện tự nhiên chi phối chu trình đó
Ví dụ như chu trình của C và P đại diện cho chu trình sinh địa hoá khép
kín và chu trình hở
Chu trình cacbon (khép kín): Bắt đầu từ CO, trong khí quyển được
cây trồng sử dụng trong quá trình quang hợp dưới tác động của ánh sáng mặt trời, tổng hợp ra các chất hữu cơ theo phương trình phản ứng sau:
Trang 38Trong đó năng lượng sơ cấp thô chứa trong sinh khối thực vật dưới dạng liên kết hoá học của các chất hữu cơ có giá trị 674kcal/kg
Chất hữu cơ tổng hợp được bị tiêu tốn vào các quá trình hô hấp, thải loại, tích trữ sinh khối sống của thực vật và làm thức ăn cho động vat Động vật chuyển hoá chất hữu cơ này thành dạng mới dùng nó để tiêu hao cho hô hấp, bài tiết, thải loại tích trữ sinh khối sống và làm thức ăn cho loài ở bậc dinh dưỡng cao hơn trong chuối thức ăn (Hình 2.3) BV an thịt bac 1 Chet 4 va Thức ân phản 1 nào eam ĐÐVànthtbác2 | phan 4 Thức ăn 1 VSV phân huỷ Chết và phân L ĐVăn TV Thức ân x Hô hấp TB Chết ¬—ỄŠễ>— iN Ps Hơ hấp TB Hồ hấp TB Quang hop Hồ hấp TB b ons trong không khi Hình 2.3 Chu trình cacbon
Trong quá trình chuyển hoá, hô hấp được gọi là vòng liên hệ ngược nhờ đó CO; được trả lại cho môi trường Các chất hữu cơ thải ra từ mỗi
bậc dinh dưỡng đều là đầu vào cho chuỗi thức an hoại sinh, mà sản phẩm
cuối là CO; hoặc CH Trong chu trình cacbon tự nhiên, vòng liên hệ
ngược khép kín tuần hoàn cacbon xảy ra nhanh chóng, trong khi quá trình chuyển hoá cacbon đi qua lắng đọng trầm tích, tạo nhiên liệu hoá thạch lại thường kéo rất dài và phụ thuộc rất nhiều vào các yếu tố bên ngoài chu trình, đặc biệt là con người
Chu trinh N toàn cẩu đi qua hai quá trình hữu cơ và vô cơ Trong ¿ các quá trình hữu cơ, N khí quyển chuyển hoá thành nitrat và nitrit nhờ
Trang 39các vi khuẩn cố định đạm, đồng thời từ đất và nước, nitrat và nitrit được
chuyển qua các bậc dinh dưỡng khác nhau trong xích ăn cỏ Thông qua
bài tiết và qua chuỗi thức ăn hoại sinh phân huỷ chất thải bỏ, xác chết, N
được trả về đất và nước dưới dạng NH; và NH," Nitrat và nitrit trong đất
và nước cũng có thể chuyển hoá thành NH; và NH,' bởi vi khuẩn Trong
khi đó, trong quá trình vô cơ, N khí quyển được chuyển hoá thành nitrat
và nitrit trong đất và nước khi có sấm chớp, còn NH; và NH," trong đất và nước bị vi khuẩn chuyển hoá đạm biến thành N; trong khí quyển (Hình 2.4) Nitơ (N,) fine khí quyển = Phản nitrat C6 dinh Nito 4 ‡ Hình thành NO, > Nitơ hữu cơ ‡ Hình thành NO; Thực vật sử dụng + ' Nito httu co ( Nitơ hữu cơ | J — Hình thành NH; phân hủy Hình 2.4 Chu trình Nitơ
Chu trinh photpho (ho): Chu trình P trong tự nhiên bắt đầu từ quặng photphat (apatit và photphorit), được phát tán tự nhiên hoặc nhân tạo vào đất, nước, từ đó được hấp thu và chuyển hoá qua các bậc dinh dưỡng trong các chất hữu cơ Cuối chu trình, muối P bị thải vào đất và nước
chảy về biển, đại dương, tích luỹ trong sinh khối của biển hoặc lắng đọng hình thành các mỏ trầm tích Tuần hoàn P xảy ra rất chậm khép kín có