Đề cương môn sinh thái môi trường

Đề cương môn sinh thái môi trường

SINH THÁI CÔNG NGHIỆP

¾ CBGD đăng ký giảng : ThS Nguyễn Thị Vân Hà

¾ Tài liệu tham khảo :

z Sinh thái học công nghiệp – Alain Navarro & Philippe Revin - 2000

z Sinh thái môi trư øng học cơ bản - GSTS Lê Huy Bá và Lâm Minh Triết

-2000

z Sinh thái học – Phần Thực tập – Trịnh Thị Thanh & Lư Lan Hương - 2001

z Leture of Basic and Applied Tropical Ecology – Dr Stephen Elliott – 1996

z Fundamental Ecology - E.P.Odum - 1972

z Concepts of ecology - Edward J Kormondy - 1969

z Thông tin trên các trang web:

z http://conbio.net/vl/browse (virtual library of Ecology & biodiversity)

z http://pbil.univ-lyon1.fr/ecology/ecology-www.html (Ecology WWW page)

z http://www.csu.edu.au/landscape_ecology/landscape.html

2

Mục tiêu mơn học

¾Môn học nhằm cung cấp cho sinh viên không

chuyên ngành Môi trường những kiến thức cơ

bản về sinh thái và môi trường, về độc học

sinh thái nhằm nghiên cứu các mối quan hệ

giữa các sinh vật với nhau và với môi trường

và có thể vận dụng chúng trong các công tác

khác nhau có liên quan đến các vấn đề tài

nguyên, môi trường và cơng nghiệp.

Đề cương chi tiết

¾ Phần I: Khái niệm chung về môi trường và hệ

sinh thái

¾ I.1 Khái niệm vềmôitrường

z Định nghĩa

z Môi trư øng, Năng lư ïng và Vật chất

z Môi trư øng và kinh tế

¾ I.2 Khái niệm vềnguy hạivàônhiễm

¾ I.2.1 Ô nhiễm

z Ô nhiễm cục bộ

z Ô nhiễm lư niên

z Oâ nhiễm bất thư øng

¾ I.2.2 Nguyhại

4

Đề cương chi tiết

¾ I.3 Hệ sinh thái

¾ I.3.1 Khái niệm chung (cấu trúc, chức năng, biến đổi)

¾ I.3.2 Yếu tố sinh thái và quy luật sinh thái

¾ I.3.2 Sự trao đổi vật chất trong hệ sinh thái

¾ I.3.3 Các dòng năng lượng trong hệ sinh thái

z Chuỗi thức ăn và mạng lưới thức ăn

z Dòng năng lượng sinh thái

¾ I.3.4 Sự phân giải chất hữu cơ và vai trò của sinh vật

¾ I.3.5 Tác động và tính ổn định của hệ sinh thái – khái

niệm phát triển bền vững

Đề cương chi tiết

¾ Phần III Độc học sinh thái

Phần IV Sinh thái cơng nghiệp

z Mơ hình sinh thái cơng nghiệp

6

Môi trường, Năng lượng và Vật chất

¾ Địnhnghĩa: vềtừnguyên thìmôitrường làtấtcả

nhữnggìbaoquanh chúng ta

¾ Môitrường(environment) làtổngthểcác yếutố

lýhóasinh kinhtế, xãhộichung quanhcóảnh

hưởngđến đờisốngvàsựpháttriểncủa mộtcá

nhân, mộtquầnthểhay mộtcộngđồng người

(UNEP 1980) Thôngthườnggồm: khíquyển

(atmosphere), thủyquyển(hydrosphere),thạch

quyển(Litosphere) vàsinhquyển (biosphere)

Vật chất

¾ Định nghĩa: vật chất là nguyên tố, chất cấu

tạo nên các phần tử

¾ Khi bàn về vật chất người ta hay noí về chu

trình biến đổi cuả vật chất trong tự nhiên,

bao gồm: nguồn dự trử và nguồn trao đổi.

z NL liên kết hoá học: NL tương ứng với

liên kết hoá học được hình thành giưã các

nguyên tử câú thành các phân tử (NL giải

phóng trong quá trình đốt)

z NL điện: NL xuất hiện khi các hạt t ch

điện được gom lại trong một vùng không

gian (dòng điện)

Năng lượng

¾ Có nhiều dạng năng lượng tồn tại khác

nhau:

z NL cơ: NL gắn vơí khái niệm vị trí (thế

năng) và sự chuyển động cuả một khối

lượng (gió)

z NL nhiệt: sức nóng

z NL cuả vật chất: NL hạt nhân, là liên kết

giưã các hạt tạo thành nhân cuả một

nguyên tử, NL thu đưọc từ sự phân hạch

hay sự hợp nguyên tử, NL được giaỉ

phóng dưới dạng một tia phóng xạ hoặc

nhiệt.

10

Tài Nguyên

¾ Tài nguyên là toàn bộ nguồn lực dùng để

phát triển kinh tế – xã hội của một quốc

tạo TN thiên nhiên bao gồm:

¾ Tài nguyên tái tạo (re-newable resource) là

loại TN có thể tự duy trì hay bổû sung liên

tục nếu được quản lý hợp lý (đất, nước…)

¾ Tài nguyên không tái tạo (exhaustible

resource) là Tn sẽ cạn kiêït hoặc hoàn toàn

biến đổi sau quá trình sử dụng hợp lý

(khoáng sản)

¾thông qua khoa học t m kiếm mối quan hệ tối ưu

giữa năng lượng, nguyên liệu và môi trường để

đưa ra các lựa chọn thích hợp nhất trong quản lý

lý chất thải, phế liệu.

z Tối ưuhoávậtliệusửdụng trởnênmộtchiến lượcchủ

chốt trongphát triểnthông minhvàbền vững(thaythế

đồng bằngnhômtrongcácdụngcụđiệnvìtrửlượng

nhômlớnhơnđồngvànănglượng cần táichếnhômlà

94% , nănglượng táichếđồnglà90%; khả năngkhông

sửdụngbạctrongchụpảnh…)

12

z Dầumỏvớimức tiêuthụ3 tỷtấn nămthì vớitrửlượng

trênthếgiớilà140 tỷtấnnăm, sẽtươngứngvới50

nămtiệuthụvới giảthiếtxeôtô khôngtăng?? Khí

cũngtươngtựnhưngmứctiêu thụchỉ1,6 tỷtấnnăm

Than vớimức tiêuthụ2,2 tỷtấn nămthìcótriểnvọng

kéodàixahơnkhoảng 200 nămvớitrửlượng 500 tỷ

tấn năm

z Mộtsốnguyên liêụcần nănglượngđểtái chế(thủy

tinh, nhựạ)

Môi trường và kinh tế

¾Kinh tế năng lượng: tiết kiệm năng lượng

¾Kinh tế chất thải: chất thải phát sinh ra tiền,

hoặc giảm thiểu chất thải để sinh lợi nhuận

(khái niệm nền tảng của PPP, của sản xuất

sạch hơn)

¾Kinh tế tài nguyên thiên nhiên: sử dụng hiệu

quả nguồn tài nguyên thiên nhiên, định giá

tài nguyên thiên nhiên

14

Môi trường và phát triển kinh tế

khoa họccho rằngvớixuhướngtăng trưởnghiệnnay

của dânsố thếgiới, tốc độ cơngnghiệphố, ơ nhiễmvà

sản xuấtlương thực cũng nhưsự suykiệttàinguyênvẫn

khơngthay đổithìsự pháttriển trêntráiđấtsẽđạtmức

giớihạn vào mộtthờiđiểmnào đĩ trong vịng100 năm

tới Kếtquả này dựa vào mơhình dự báocủa Dennis

Meadow[1] Họ cho rằngdân số tăngtrưởngcần thêm

lương thựcvàthựcphẩm, sản xuấtthêmthựcphẩmc n

nhiềuphương tiện hơn(nhiều máy c y, phânbĩn, thuốc

trừ sâu), phương tiện nhiều địihỏiphảicĩ tàinguyên,

tàinguyênvứt bỏ đisẽgây ơ nhiễm, vàrồiơ nhiễmsẽ

hạn chếsựtăngtrưởngcủac dân sốlẫnlương thực Do

đĩ, phảigiớihạnsựtăngtrưởngdânsố, tốcđộ pháttriển

vàổn địnhkinh tế

Môi trường và phát triển kinh tế

Phát triển cân đối giữa các mục tiêu kinh tế và

cho hoạt động sản xuất tối đa khơng mâu thuẫn

với yêu cầu bảo vệ mơi trường Hai phương

thức đĩ là : (i) Phương thức liên tục điều hịa

trường; và (ii) Phương thức phân chia mơi

những sách lược quản lý khác nhau.

16

Môi trường và phát triển bền vững

- Phát triển bền vững (Sustainable Development):Con đường để giả

quyết mâu thuẫn giữa mơi trường và phát triển là phải chấp nhận

phát triển, nhưng giữ sao cho phát triển khơng tác động tiêu cực tới

mơi trường Do đĩ năm 1987, Uỷ ban Mơi trường và phát triển của

Liên Hiệp Quốc đã đưa ra khái niệm Phát triển bền vững như sau:

“Phát triển bền vững là sự phát triển nhằm thoả mãn các nhu cầu

hiện tại của con người nhưng khơng tổn hại tới sự thoả mãn các

nhu cầu của thế h tương lai”.

Mục tiêu kinh tế

Mục tiêu sinh thái/môi trường

Mục tiêu

xã hội

Phát triển bền vững

Tác động MT do khai thác mỏ?

¾ Phếliêụcuảmỏkhaithácthan vàkhoáng

¾ Bùn do khoanggiếngdầumỏ

¾ Sản sinhsản phẩm cóchưálưuhuỳnhtrongquá

trình làm sạchkhíthiên nhiên, lònhiệtđiện

¾ Thuỷtriềuđen

¾ Chấtthải khívàlỏngcuảnhàmáylọc dâù

¾ Phếliệuphóngxạ

¾ ThứphẩmkhíCO, VOC hắc ín, buịtro

18

BÀI TẬP

Nguy hại và ô nhiễm

Các hoạt động tác động đến hệ sinh thái

hay môi trường sẽ làm thay đổi chúng và

gây ra hậu quả Các hậu quả này được

nhận biết bằng các khái niệm nguy hại và

ô nhiễm.

20

Nguy hại

¾ Khi các hậu quả này được nhận biết bằng

các giác quan (tiếng động, mùi hôi, trở ngại

trong cuộc sống hàng ngày…là ta có nguy hại

¾ Các nguy hại có thể được nhận biết khách

quan bằng cách đánh giá chủ quan theo sự nhạy

cảm của giác quan hay theo hình ảnh đối chiếu

được chọn

¾ Do đó giới hạn nhận biết phụ thuộc vào

ngưỡng nhận biết của giác quan.

Ơ nhiễm

¾ Khi cáchậuquảđượcnhậnbiếtvàđolườngđượcđã

thấyởcácmức độkhác nhautrongcác môitrườngliên

đới Do đóônhiễmcóthểđánh giáqua sựđánhgiá

địnht nhhay địnhlượngcủamộtthamsố(nhưthay đổi

mộtyếutốhoáhọctrongnướchay khôngkhí…)

¾ Ô nhiễmđượcđịnhnghĩa làsựtồn tạimộtchấtkhông

thíchhợp hoặcởmộtnồngđộ/ mức độkhôngthíchhợp

(vượtkhảnăngtựlàmsạchhay cânbằngcủahệsinh

thái) vàcókhảnăngtáchạiđến môitrườngchung

quanh (vídụchiếclárơixuốngmặthồ)

¾ Do đóxácđịnhônhiễmthườngbị giớihạnbởi độnhạy

của các dụngcụđolườngvàkhảnăngtựlàm sạchcủa

MT

22

Ơ nhiễm

¾ Ô nhiễm thường xuyên cục bộ; ô nhiễm thường xuyên ở diện

hẹp (ô nhiễm nguồn nước do nước thải tại nguồn xã , chiếc lá)

¾ Ô nhiễm lưu niên toàn cục: sự nhiễu loạn dài hạn kéo dài trên

phạm vi rộng ví dụ như mưa axít, sự suy thoái tầng ôzôn, hiệu

ứng nhà kính (ví dụ nghị định kyoto về cắt giảm khí hiệu ứng

nhà kính CFC, CO2, CH4, N2O…yêu cầu sinh viên xem sách

trang 39 về hiệu ứng nhà kính)

¾ Oâ nhiễm bất thường: gây ra do các sự cố tai hoạ (tràn dầu, núi

lửa)

¾ Không nhất thiết phải có sự khác biệt giữa nguy hại và ô

nhiễm Sự nguy hại có thể là hậu quả của ô nhiễm (vd như mùi

hôi) và ô nhiễm có thể kéo theo nguy hại (vd như cảnh quan thay

đ åi).

Yêú tố sinh thái

¾ Định nghĩa: yếu tố sinh thái là yếu tố của ngoại

cảnh có ảnh hưởng trực tiếp hay gián tiếp đến

sinh vật

¾ Các yếu tố sinh thái: có 2 loại

z Yếutốvôsinh gồmánh sáng, nhiệtđộ, độẩm, độ

muối, pH, các chất khí, cácchấttạosinh(các

biogen)…

z Yếutốhữusinhgồm các mối quanhệgiữacáccá

thểtrongquần thể, trongloài, trongquầnxã

24

Yêú tố sinh thái

¾ Sựtácđộng của yếutốsinhtháilênsinh vậtbao gồm

nhiềumức độnhưthay đỗitập t nh, sứcsinhsản, độtử

vong, sựdicưpháttán, thayđỗisốlượng quần thể, tác

động ởmức caonhấtlàloạitrừcác sinhvật rakhỏi

vùng phânbốcủa chúng

¾ Yếutốsinhtháithay đỗi theothờigianvàkhônggian

¾ Yếutốđiềukhiển: ởmôitrườngcạn: ánh sáng, nhiệt

độ, nước Ơûmôitrườngnước; ánhsáng, nhiệtđộ, độ

muối

Quy luật sinh thái

¾ Quy luật tác động đồng thời: các yếutốsinhtháitác

động đồngthời lêncácsinh vật

¾ Quy luật của tác động qua lại

z Sự tác đ äng của các yếu tố sinh thái lên sinh vật và sự phản

ứng trở lại của sinh vật là một qúa trình qua lại Trong đ ù các

yếu tố ngoại cảnh (chủ yếu là vật chất và năng lư ïng) quyết

định xu h ớng phát triển chung của sinh vật, sự phản ứng của

sinh vật chỉ là phụ.

z Cư øng đ ä tác đ äng, thời gian tác đ äng, cách tác đ äng khác

nhau sẽ đưa đ án các phản ứng khác nhau của sinh vật

26

Quy luật về lượng

¾ Định luật tối thiểu của Liebig, 1840: “Chấtcóhàm

lượng tốithiểuđiềukhiển năngsuất, xác định đại

lượng vàt nhổn địnhcủa mùa màng theothời gian”

¾ Định luật về sự chống chịu của Sheflord, 1913 : Các

sinh vậtđượcgiớihạn đặc trưng bởitốithiểusinhthái

hay tốiđa sinhthái Khoảngcáchnàylàgiớihạncủa

sựchống chịuhay giớihạnsinhthái

Quy luật về sự chống chịu

z Cácsinh vậtcóphạm vi chốngchịu khácnhauđối

vớicác yếutốkhácnhau

z Sinhvậtcóphạm vi chốngchịu lớn đốivớimọiyếu

tốthườngphânbốrộng

z Giớihạn chốngchịu củaloàithayđỗi theohiện

trạngcủaloài(sinhsản, bàothai, mầm, ấutrùngthì

chốngchịu kémhơn), khicócác yếutố sinhthái

khôngtốiưucholoài(lúa thiếuđạm thìchịu hạn

kémhơn)

28

¾ Hệsinh thái(Ecosystem) làđơn vịbấtkỳnàobaogồm

tấtcảcác sinhvật(quần xã) của mộtkhuvựcnhấtđịnh

cùng tác độngqua lạivớimôitrườngvậtlýbằngcác

dòngnănglượngtạonêncấutrúc dinhdưỡngxácđịnh,

sựđa dạngvềloàivàchu trìnhtuần hoàn vậtchấttrong

mạnglưới

¾ Mônhọc nghiên cứuvềcấutrúc củacác hệsinh thái,

cácchứcnăngvàsựbiến đỗi củachúng gọilàsinhthái

học

SINH THÁI HỌC

Sinh thái học là một khoa học cơ bản trong sinh vật

học, nghiên cứu các mối quan hệ sinh vật vơi sinh

vật và sinh vật vơi môi trường ở mọi mức tổ chức, từ

cá thể, quần thể đến quần xã sinh vật và hệ sinh

thái.

Đối tượng của sinh thái học là tất cả các mối liên hệ

giữa cơ thể sinh vật với môi sinh.

30

Ý nghĩa môn học

thổ, giúp quy hoạch phát triển lâu bền

tương lai

lên biến đổi môi trường từ đó tìm các biện pháp

hữu hiệu để ngăn chặn và giảm các tác động

này

¾Hệ sinh thái là một đơn vị không gian hay đơn vị

cấu trúc trong đó bao gồm các sinh vật sống và

các chất vô sinh tác động lẫn nhau tạo ra sự trao

đỗi vật chất giữa các bộ phận sinh vật và thành

phần vô sinh.

¾Một hệ sinh thái hoàn chỉnh gồm 4 thành phần:

các chất vô sinh, các sinh vật sản xuất, các sinh

vật tiêu thụ, các sinh vật phân hủy

32

Thành phần của HST

¾ Các chất vô sinh gồm

z những chấtvô cơban đầuthamgiavàochu trình

tuần hoàn vậtchất(C,P,Nước, Nitơ, Cacbonic…)

z những chấthữucơ (protein, lipid, gluxit, chấtmùn),

hay cácchấtởdạngliênkếtcác phần hữusinhvà

vôsinh

z Cácyếutốkhíhậu

34

Thành phần của HST

Các sinh vật sản xuất : gồm thực vật và một số

vi khuẩn, chúng có khả năng tổng hợp các chất

hữu cơ từ các chất vô cơ cần thiết cho cơ thể

nên chúng còn gọi là sinh vật tự dưỡng Một số

vi khuẩn có khả năng quang hợp hoặc hóa tổng

hợp cũng là sinh vật sản xuất.

Producers

36

Thành phần của HST

¾ Sinh vật tiêu thu ï là những động vật sử dụng

một cách trực tiếp hay gián tiếp các chát hữu cơ

do thực vật sản xuất ra hay còn gọi là sinh vật

dị dưỡng Thường chia làm 3 loại

z sinhvậttiêuthụđầutiên(hay động vậtănthựcvật)

z sinhvậttiêuthụthúhai(hay độngvật ănthịt)

z sinhvậttiêuthụhỗntạp(hay độngvậtvừa ănthực

vậtvừa ănthịt)

Thành phần của HST

a. Các sinh vật phân hủy gồm các nấm và vi

khuẩn có khả năng phân hủy các chất hữu cơ

phức tạp thành các chất vô cơ đơn giản mà thực

vật có thể hấp thụ SV phân hủy đóng vai trò

mắt xích chủ yếu cuối cùng của chu trình sống

hay là sinh vật tiêu hóa của mọt hệ sinh thái.

38

Chức năng của HST

¾ Chức năng của hệ sinh thái là trao đỗi vật chất

và năng lượng để tái tổ hợp những quần xã

thích hợp với những điều kiện ngoại cảnh tương

ứng

z Vídụnhưquátrìnhchuyểnnănglượngvàvậtchất

từmặttrờiđến thực vật, độngvật

¾ Hệ thống phát sinh, biến động, phát triển và tái

sản xuất nhờ các dòng vật chất, dòng năng

lượng, dòng thông tin và dòng tái sản xuất

Trong đó dòng vật chất là dòng cơ sở.

Đặc tính của HST

¾ luônvậnđộngvàcótnh khôngbền

¾ cóthểđược phânnhóm (vdphânnhóm theophương

pháp lấythứcănhay nhận nănglượng)

¾ cósựtraođổi nănglượng vàvặtchấtqua cáchệsinh

tháitạonêncácdòngnănglượngvàvậtchất

¾ xãy racácchu trìnhsinhhóa (chutrìnhnitơ)

¾ cácquần xãhay cácloàisinhvậtthườngbiểuthị

chuyên biệtcáctập t nh, nơi cưtrúhay cácvaitròhoạt

động (niche)

40

1 Tổng hợp chất hữu cơ: là phương thức sống của sinh vật ự d ỡng

(phototrophe) có thể là quang tổng hợp (photosynthes) hay hóa

tổng hợp (chemosynthes) (năng lư ïng nhận từ oxy hóa các chất

vô cơ do vi khuẩn thực hiện).

¾ Quang tổng hợp

Ở cây xanh

CO2 + 2H2O ánh sáng => (CH2O)n + H2O + 2O Oxy hóa: 2H2O => 4H + 2O

Khử: 4H + CO2 = CH2O + H2O

Ở vi khuẩn Thiospirillum(đ û), Chlorobium (lục)

CO2 + 2H2S ánh sáng => (CH2O)n + H2O + 2S 2H2O +3O2 + 2S => 2H2SO4

Như vậy cây xanh giải phóng O2 còn vi khuẩn sinh ra axit

¾ Hóa tổng hợp

Nitrosomonas& nitrosococcus : 2NH3 +302 = 2HNO2 + 2H20

+138cal

Leptothrix &Crenothrix : FeCO3 + H2O = Fe(OH)3 + CO2 + E

2 Sử dụng chất hữu cơ : qua quátrình hô hấp

C6H12O6 + 602 = 6CO2 + 6H20 + 674 cal

C2H5OH + O2 = C2H4O2 + H2O + 116,2 cal

2NH3 + 4O2 = 2HNO3 + 2H20 + 158 cal

CH4 + 2O2 = CO2 + 2H20 + 220 cal

42

(C6H10O5)n + nH2O = 3nCH4 + 3nCO2

Lên men (frementation)

C6H12O6 =>2C3H6O3 (lactobacterium acidophyllum, L lactic, L

plantarum)

Pectin =>axít hữu cơ, nư ùc, cacbonic (clostridium pectinovorum)

3 Phân giải chất hữu cơ do vi khuẩn, nấm, động vật nhỏ

thực hiện

CO(NH2)2 + H2O = CO2 + 2NH3