bài giảng môi trường đại cương chương 3 các sinh thái học trong khoa học môi trường

SỰ SỐNG VÀ TIẾN HÓA CỦA SINH VẬTSự sống có 5 đặc thù cơ bản: - Khả năng tái sinh - Khả năng trao đổi chất - Khả năng tăng trưởng theo thời gian - Khả năng thích nghi để phù hợp với MT số

CHƯƠNG 3

CÁC NGUYÊN LÝ SINH THÁI HỌC TRONG KHOA HỌC MÔI

TRƯỜNG

1 SỰ SỐNG VÀ TIẾN HÓA CỦA SINH VẬT

Sự sống có 5 đặc thù cơ bản:

- Khả năng tái sinh

- Khả năng trao đổi chất

- Khả năng tăng trưởng theo thời gian

- Khả năng thích nghi để phù hợp với MT sống

- Sự tiến hóa của các cá thể và quần thể sinh vật

Sự tiến hóa của sinh vật được hình thành theo 2 cơ chế: Biến dị di truyền và chọn lọc tự nhiên

Theo mức độ tiến hóa sinh vật trên TĐ có thể chia thành 5 giới:

+ Giới đơn bào (Monera): xuất hiện khoảng 3 tỷ năm trước đây như tảo lam,vi khuẩn

+ Giới đơn bào (Protista) như lỵ,amip

+ Giới nấm

+ Giới thực vật

+ Giới động vật

Tảo lam streptococcus

Escherichia coli

2 CẤU TRÚC SỰ SỐNG TRÊN TRÁI ĐẤT:

Sinh quyển

Cá thể sinh vật

Sinh đới Hệ sinh thái

Quần xã, quần thể sinh vật

 Sinh quyển: là toàn bộ các dạng vật sống, tồn tại bên trong, bên trên và phía trên trái đất hoặc là lớp vỏ

sống của TĐ, trong đó có các cơ thể sống và các HST hoạt động

 Sinh quyển đuợc chia thành những vùng đặc thù về khí hậu, hệ động thực vật và kiểu đất gọi là sinh đới Mỗi kiểu sinh đới có diện tích rộng hàng triệu km2

Trên Trái đất có khoảng 12 sinh đới Không gian của các sinh đới được xác định bởi nhiệt độ, lượng mưa

và sự phong phú các loài động thực vật.Trong mỗi

sinh đới, tồn tại các hệ sinh thái ổn định tương tác

phức tạp với nhau

 Đặc điểm chủ yếu của các sinh đới trên Trái đất như sau:

 Sinh đới tundra

 Sinh đới đỉnh núi cao

Rừng nhiệt đới

 Sinh đới rừng

Rừng ôn đới

 Sinh đới thảo nguyên

 Sinh đới savan:

 Sinh đới sa mạc:

 Sinh đới vùng nước và sinh đới thủy:

 HST bao gồm các sinh vật sống và các điều kiện tự nhiên như ánh sáng, nhiệt độ, không khí Điều quan trọng là giữa chúng luôn tác động tương hỗ với nhau

và giữa chúng luôn xảy ra quá trình trao đổi năng

lượng, vật chất và thông tin

 Quần thể: một nhóm cá thể thuộc 1 loài nhất định

cùng sống chung với nhau ở 1 vùng lãnh thổ

 Quần xã: Quần xã sinh vật là một tập hợp các quần thể phân bố trong một vùng hoặc trong một sinh

cảnh nhất định

3 Chuỗi thức ăn

4 Dòng năng lượng và năng suất sinh học của

hệ sinh thái

 Hiệu suất sinh thái:

5 Chu trình tuần hoàn sinh địa hóa

Chu trình Carbon

- Các quá trình chính trong chu trình tuần hoàncacbon gồm quá trình quang hợp, quá trình phân hủycác sản phẩm bài tiết Ngoài ra còn có quá trình hôhấp, quá trình khuếch tán khí CO2 trong khí quyển.

- Khí quyển là nguồn cung cấp cacbon (chủ yếu ởdạng CO2) chính trong chu trình tuần hoàn C CO2 đivào hệ sinh thái nhờ quá trình quang hợp và trở lạikhí quyển nhờ quá trình hô hấp và quá trình đốtcháy

- C có thể tồn tại thời gian dài ở các dạng vô cơ như

CO2 (hòa tan và dạng khí); H2CO3 (hòa tan); HCO3(hòa tan); CO32- (hòa tan, như CaCO3 cacbonatcalcium) hoặc dạng hữu cơ như glucose; acid acetic,than, dầu, khí

Chu trình tuần hoàn nitơ có vai trò quan trọng trong việc chuyển nitơ trong không khí sang dạng mà thực vật và động vật có thể sử dụng được

- N2 chiếm khoảng 78% trong khí quyển và hầu như

ở dạng khí

- Khí nitơ, chỉ phản ứng hóa học ở những điều kiện nhất định

- Hầu hết các sinh vật đều không thể sử dụng nitơ trong không khí, chỉ sử dụng nitơ ở dưới dạng nitrat (NO3-) hoặc nitrit (NO2-)

- Nếu không có nitơ, thì protein và acid nucleic

không thể được tổng hợp trong cơ thể động vật, thực vật cũng như con người

Chu trình nitơ gồm 5 bước:

 Bước 1 : Cố định nitơ: chuyển đổi nitơ (N2) thành

NH3 mà sinh vật có thể sử dụng được Bước này

thực hiện nhờ VK sống trong MT đất và nước:

Azotobacter, Clostridium, khuẩn lam, các VK cộng

sinh trong nốt sần các cây họ đậu Rhizobium

 Bước 2: nitrat hóa: biến NH3 thành NO3- Quá trình này được thực hiện theo 2 bước:bước thứ nhất biến

NH3 thành NO2, nhờ Nitrosomonas và Nitrococcus,

sau đó NO2- oxy hóa thành NO3- nhờ Nitrobacter.

 Bước 3: Đồng hóa: rễ TV hấp thụ NO3- hoặc NH4+ và đưa các dạng nitơ này vào trong cấu tạo của protein thực vật hoặc axit nucleic Khi ĐV tiêu thụ các mô TV, chúng cũng đồng hóa nitơ bằng cách biến đổi các hợp chất nitơ TV sang các dạng nitơ ĐV.

 Bước 4: Amon hóa: Cơ thể SV đào thải ra ure hoặc

axit uric Các chất này cùng với những hợp chất nitơ chứa trong xác SV đã chết, bị phân hủy và giải phóng

NH3 vào MT Sự biến đổi này nhờ VK dị dưỡng

Actinomyces NH3 này sẽ sẵn sàng cho qt nitrat hóa

và đồng hóa

 Bước 5: Phản nitrat hóa: Là qt khử nitrat NO3- thành

N2 nhờ VK Pseudomonas, Escherichia Những VK

này có hoạt động ngược lại với hoạt động của VK cố định nitơ và nitrat hóa

Chu trình phospho

- Chu trình tuần hoàn phospho là chu trình không hoànhảo Phospho là chất cơ bản của sinh chất có trongsinh vật cần cho tổng hợp các chất như acid nucleic,chất dự trữ năng lượng ATP, ADP.

- Nguồn dự trữ của phospho: trong thạch quyển dướidạng hỏa nham, hiếm có trong sinh quyển

- Sự thất thoát phospho là do trầm tích sâu hoặc chuyểnvào đất liền (do người đánh bắt cá hoặc do chim ăn

cá …)

- Hiện nay, phospho là khâu yếu nhất trong mạng lướidinh dưỡng Với sự gia tăng nhu cầu sử dụngphospho, xói mòn (do đốt phá rừng), thì nguồn dự trữphospho có nguy cơ sẽ cạn dần

6 Tương tác giữa các quần thể sinh vật

Tác động của

quần thể 1

đến quần thể 2 Tác động

Trung lập Lợi 1 bên Hạn chế

Lợi 1 bên Cộng sinh

Ký sinh

Hạn chế Thú dữ - con mồi

Cạnh tranh

- Quan hệ trung lập : xác lập mối quan hệ của các loài

sinh vật sống bên cạnh nhau, nhưng loài này không làm lợi hoặc gây hại cho sự phát triển số lượng loài kia

- Quan hệ lợi một bên : hai loài sinh vật sống chung

trên 1 địa bàn, loài thứ nhất lợi dụng điều kiện do loài thứ hai đem lại nhưng không gây hại cho loài thứ

nhất

- Quan hệ ký sinh: quan hệ của loài sinh vật sống dựa

vào cơ thể sinh vật chủ với vật chủ, có thể gây hại và giết chết vật chủ như giun, sán trong cơ thể động vật

và người

- Quan hệ thú dữ con mồi : quan hệ giữa một loài là thú

ăn thịt và loài kia là con mồi của nó, như giữa sư tử,

hổ và các loài động vật ăn cỏ sống trên đồng cỏ

- Quan hệ cộng sinh : quan hệ của 2 loài sinh vật

sống dựa vào nhau, loài này đem lại lợi ích cho loài kia và ngược lại Ví dụ tảo và địa y,

- Quan hệ cạnh tranh: quan hệ giữa 2 hay nhiều loài

sinh vật, cạnh tranh với nhau về nguồn thức ăn và không gian sống Sự cạnh tranh mạnh mẽ của

chúng có thể dẫn tới việc loài này tiêu diệt loài kia

- Quan hệ hạn chế: quan hệ giữa 2 loài sinh vật, loài

thứ nhất đem lại lợi ích cho loài kia và loài thứ hai khi phát triển lại hạn chế sự phát triển của loài thứ nhất

7 Sự phát triển và tiến hóa của HST:

 Sự phát triển của HST TN tiến triển theo quy luậtchung là duy trì và gia tăng độ trật tự cấu trúc củaHST Từ HST có ít loài tiến tới HST có nhiều nhómloài SV, sắp xếp theo cấu trúc nhiều tầng

 Sự phát triển của HST và quần xã SV từ mức nàysang mức khác gọi là diễn thế ST Có 2 loại DTST: DTnguyên sinh, DT thứ sinh

 Diễn thế nguyên sinh:

Xảy ra trên nền mà khởi đầu chưa hề tồn tại 1 quần

xã SV nào

VD: trên bề mặt tảng đá vừa bị vỡ, đất mới bồi ở ven biển, ven sông, trên nham thạch núi lửa vừa mới hình thành Nhóm SV đầu tiên phát tán đến đó và phát triển tạo thành quần xã tiên phong và sau đó

sẽ có những loài khác phát triển

 Diễn thế thứ sinh:

Xảy ra trên 1 nền mà trước đó đã từng tồn tại một quần

xã SV, nhưng đã bị tiêu diệt

VD: Sau khi chặt phá rừng làm nương rẫy, canh tác 1 thời gian rồi bỏ hoang hóa, cỏ dại mọc, đến cỏ đuôi ngựa, trảng cây bụi, rừng thông và rừng sồi

8 Tác động của con người lên HST:

Con người là một sinh vật của HST, có số lượng lớn

và khả năng hoạt động được nâng cao nhờ KHKT

Trong thời đại ngày nay, tác động của con người lên HST là hết sức lớn và có thể chia ra như sau:

- Tác động vào cơ chế tự ổn định, tự cân bằng của hệ sinh thái

- Tác động vào sự cân bằng của các chu trình sinh địa hóa tự nhiên

 Tác động vào cân bằng sinh thái:

- Săn bắn quá mức, đánh bắt quá mức, gây ra sự suy giảm thậm chí làm biến mất một số loài và gia tăng

sự mất cân bằng sinh thái

- Săn bắt các loài động vật quý hiếm như : hổ, tê

giác, voi, có thể dẫn đến sự tiệt chủng nhiều loại động vật quý hiếm

- Chặt phá rừng tự nhiên lấy gỗ, làm mất nơi cư trú của động thực vật

- Lai tạo các loài sinh vật mới làm thay đổi cân bằng sinh thái tự nhiên

- Đưa vào các HST tự nhiên các hợp chất nhân tạo

mà sinh vật không có khả năng phân hủy

 Tác động vào sự cân bằng của các chu trình sinh địa hóa tự nhiên

- Con người sử dụng năng lượng hóa thạch, tạo thêm một lượng lớn khí CO2, SO2, Thí dụ , mỗi năm con người tạo thêm 550 tỷ tấn CO2 do đốt các loại nhiên liệu hóa thạch Nguồn chất thải bổ sung vào khí

quyển trên đang làm thay đổi cân bằng sinh thái tự nhiên của Trái đất , dẫn tới việc thay đổi chất lượng

và quan hệ của các thành phần MT tự nhiên

- Thay đổi và cải tạo các HST tự nhiên