Giáo trình Môi trường và con người: Phần 1 - Nguyễn Xuân Cự

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 2

ĐẠI 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 3

LOI 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 4

khoa 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 5

Chương 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 6

Mi 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 10

Ơ 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 11

Tác 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 12

1.3 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 13

ngành 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 14

Chương 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 15

2.1.2 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 16

Nếu 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 17

Nhiệt 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 18

Ánh 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 19

loài 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 20

chất 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

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 22

muối 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 23

áp 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 24

thần 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 26

không 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 27

Mỗi 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 28

gọi 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 29

của 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 30

chất 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 31

Mat ; 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 32

nhân 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 33

có 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 34

Cấu 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 35

Sinh 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 36

Bảng 2.3 Năng suất và sinh khối của một số hệ sinh thái quan trọng

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

(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 37

trời 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 38

Trong 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 39

các 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

Định dạng
Số trang	121
Dung lượng	27,3 MB