Bài giảng chỉ thị sinh học môi trường tổng quan về chỉ thị sinh học môi trường GS TS nguyễn thế nhã

Cơ sở khoa học của chỉ thị sinh học môi trường • Quần xã là một tập hợp các quần thể sinh vật cùng sống trong một vùng địa lý hay sinh cảnh nhất định.. Cơ sở khoa học của chỉ thị sinh h

Trang 1

CHỈ THỊ SINH HỌC

MÔI TRƯỜNG

GS TS Nguyễn Thế Nhã

0912.202.305 nhanguyenthe@gmail.com

Văn phòng: Phòng 112 Nhà A1

CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG Tài liệu tham khảo Đề cương môn học https://sites.google.com/site/bvtvrung/

TỔNG QUAN VỀ CHỈ THỊ SINH HỌC MT

1.1 Cơ sở khoa học của chỉ thị sinh học môi trường

0 C, H 2 O ,  ĐẤT, THỨC ĂN

 

Môi trường = ?? Các yếu tố có tác động trực tiếp hoặc gián tiếp tới sinh vật

Khí tượng thủy văn

Nhiệt độ, Độ ẩm, ánh sáng, Gió Vật lý, Hóa học, Khí hậu Đất Thức ăn, Thiên địch, Người

X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9 X 10

1 Độ lớn/kích thước của quần thể = Số cá thể Các đặc trưng của quần thể Yi= ?? Yếu tố ST (Xi)

2 Mật độ quần thể

3 Khả năng sinh sản của quần thể

Tỷ lệ cá thể cái = Chỉ số sinh dục

Khả năng đẻ của 1 con cái = Chỉ số sinh sản

Tỷ lệ chết hoặc tỷ lệ sống

4 Cấu trúc tuổi, cấu trúc pha

5 Phân bố

X 1

X 2

X 3

X 4

X 5

X 6

X 7

X 8

X 9

X 10

Quần thể = ?? Tập hợp các cá thể của 1 loài sống trong một lãnh thổ nhất định

Y = F(x)  Chỉ thị môi trường ?

Trang 2

• Quần xã là một tập hợp các quần thể sinh vật cùng sống

trong một vùng địa lý hay sinh cảnh nhất định Các sinh vật

trong quần xã có mối quan hệ hữu cơ với nhau thể hiện qua

các lưới thức ăn, chuỗi thức ăn

Chỉ thị môi trường?

• Quần xã là một tập hợp các quần thể sinh vật cùng sống trong một vùng địa lý hay sinh cảnh nhất định Các sinh vật trong quần xã có mối quan hệ hữu cơ với nhau thể hiện qua các lưới thức ăn, chuỗi thức ăn

 Chỉ thị môi trường??

• Một quần xã sinh vật thường có lịch sử hình thành lâu dài và

hoạt động như một hệ thống mở trong mối quan hệ với các

yếu tố phi sinh vật của Môi trường

• Trong hệ sinh thái rừng có dạng quần xã như quần xã thực

vật , quần xã động vật, quần xã côn trùng …

tần số , loài ưu thế , cấu trúc , biến động …

Chỉ thị môi trường??

• Phần lãnh thổ có điều kiện khí hậu, đất đai tương đối đồng nhất, trên đó có quần xã thực vật, động vật hoặc côn trùng tương đối ổn định là sinh cảnh

(biotop)

• Sinh cảnh tự nhiên (sinh cảnh nguyên sinh ) và sinh cảnh do hoạt động của con người tạo ra (sinh cảnh thứ sinh)

1.1 Cơ sở khoa học của chỉ thị sinh học môi trường TỔNG QUAN VỀ CHỈ THỊ SINH HỌC MT

Trang 3

• Loài đồng quần xã (loài chỉ sống trong 1 sinh

cảnh hay quần xã nhất định),

• dị quần xã (loài sống trong nhiều sinh cảnh,

nhiều quần xã khác nhau) và

• loài phổ biến (ubique – phân bố rất rộng, bắt

gặp trong hầu hết các loại quần xã)

thái học, bao gồm thành phần sống (sinh vật dưới dạng quần xã sinh vật) và thành phần vô sinh

(môi trường vật lý - môi trường vô sinh)

1.1 Cơ sở khoa học của chỉ thị sinh học

• Sự phát triển, tiến hóa của HST được gọi là

diễn thế sinh thái –

• Trong quá trình diễn thế, các quần xã có thể

trải qua các giai đoạn như: giai đoạn khởi đầu,

giai đoạn kế tiếp, giai đoạn phát triển và giai

đoạn ổn định hoặc cao đỉnh (climax)

• Sự phát triển, tiến hóa của HST được gọi là

diễn thế sinh thái –

• Trong quá trình diễn thế, các quần xã có thể trải qua các giai đoạn như: giai đoạn khởi đầu, giai đoạn kế tiếp, giai đoạn phát triển và

giai đoạn ổn định hoặc cao đỉnh (climax)

Bảo vệ Hệ sinh thái Hệ sinh thái mẫn cảm Hệ sinh thái - Môi trường

1.1 Cơ sở khoa học của chỉ thị sinh học TỔNG QUAN VỀ CHỈ THỊ SINH HỌC MT

Trang 4

SINH VẬT MÔI TRƯỜNG

0 C, W%, LUX, BAR ĐẤT, THỨC ĂN

Không gian Thời gian Số cá thể tham gia

Thức ăn Nơi ở 1.1 Cơ sở khoa học của chỉ thị sinh học

Valency

động vật máu lạnh

động vật máu nóng

Cường độ hoạt động 1.1 Cơ sở khoa học của chỉ thị sinh học môi trường

Stenopotent (Hẹp sinh thái) Eurypotent (Rộng sinh thái)

•Sự lựa chọn điều kiện sống của loài được gọi là nhu cầu sinh thái

•Các loài khác nhau có giới hạn nhu cầu sinh thái khác nhau

•Từng loài có giới hạn đặc trưng bởi ảnh hưởng ST tối đa và tối thiểu

•Khoảng giữa hai đại lượng này được gọi là tính dẻo sinh thái = giới

hạn chống chịu

Chỉ thị môi trường??

• Một số yếu tố sinh thái có tác động vượt ra ngoài khả năng chịu đựng của loài được gọi là yếu tố giới hạn

• Trong tự nhiên điều kiện môi trường ở mỗi nơi mỗi khác nhau khiến quần thể sinh sống ở đó có những đặc điểm thích nghi, chủng quần - tập hợp cá thể hẹp hơn, được hình thành Chủng quần là dạng tồn tại cụ thể của loài

1.1 Cơ sở khoa học của chỉ thị sinh học môi trường TỔNG QUAN VỀ CHỈ THỊ SINH HỌC MT

Trang 5

• Chủng quần địa lý là tập hợp cá thể của một loài phân

bố trong từng giới hạn địa lý;

• Chủng quần sinh thái là một tập hợp được giới hạn

trong một lãnh thổ có điều kiện môi trường đồng nhất

• Một chủng quần địa lý có thể bao gồm nhiều chủng

quần sinh thái

• Ổ SINH THÁI = ECOLOGICAL NICHE: CÁC ĐIỀU KIỆN ĐẢM BẢO SỰ SỐNG CẦN THIẾT CHO TỪNG LOÀI SINH VẬT CẤU THÀNH Ổ SINH THÁI

• TỪNG LOÀI SINH VẬT, TỪNG LỨA TUỔI, TỪNG THỜI GIAN PHÁT TRIỂN CŨNG NHƯ KHÔNG GIAN SINH SỐNG ĐỀU BỊ GIỚI HẠN BỞI MỘT TỔ HỢP CÁC ĐIỀU KIỆN MÔI TRƯỜNG, YẾU TỐ GIỚI HẠN.

Nhiệt độ

Giới hạn nhiệt độ

Nhiệt độ

Độ ẩm

Nhiệt độ

Độ ẩm

Thức ăn

Hutchynson: ổ sinh thái siêu không gian n chiều

A

B

C 1.1 Cơ sở khoa học của chỉ thị sinh học

Độ ẩm

Nhiệt độ

Ổ sinh thái thực

Ổ sinh thái

cơ bản

KHÔNG GIAN LỚN NHẤT MÀ LOÀI PHÂN BỐ TRONG ĐÓ KHI KHÔNG CÓ CÁC CÁ THỂ CẠNH TRANH CỦA CÁC LOÀI KHÁC.

KHÔNG GIAN MÀ Ở ĐÓ NHỮNG ĐIỀU KIỆN MÔI TRƯỜNG CẦN THIẾT ĐẢM BẢO SỰ TỒN TẠI LÂU DÀI CỦA CÁC CÁ THỂ TRONG LOÀI VÀ CỦA QUẦN THỂ = Ô SINH THÁI CƠ BẢN

CẦN THIẾT ĐẢM BẢO CHO HOẠT ĐỘNG CỦA MỘT CHỨC NĂNG

NÀO ĐÓ CỦA CƠ THỂ VÍ DỤ Ổ SINH THÁI DINH DƯỠNG

•TỔ HỢP CÁC Ổ SINH THÁI THÀNH PHẦN  Ổ SINH THÁI CƠ BẢN

LỚN NHẤT MÀ LOÀI PHÂN BỐ TRONG ĐÓ KHI KHÔNG CÓ CÁC

CÁ THỂ CẠNH TRANH CỦA CÁC LOÀI KHÁC

VẬT PHÂN BỐ TRONG ĐÓ BỊ HẠN CHẾ VỀ MẶT SINH HỌC DO

CÓ MẶT CÁC LOÀI CẠNH TRANH

1.1 Cơ sở khoa học của chỉ thị sinh học TỔNG QUAN VỀ CHỈ THỊ SINH HỌC MT

Trang 6

1.2 Các khái niệm cơ bản

Tại sao dùng sinh vật để làm vật chỉ thị MT?

• Môi trường ảnh hưởng tới sinh vật gây nên sự

quần tụ khác nhau của các quần xã

• Môi trường tại một địa điểm quyết định phần

điểm đó, và những sinh vật ở đó sẽ là những chỉ

thị sinh học cho những thay đổi môi trường

(Warren)

1.2 Các khái niệm cơ bản Tại sao dùng sinh vật để làm vật chỉ thị MT?

• Một số loài có nhu cầu riêng biệt với hàm lượng nhất định các chất dinh dưỡng hoặc oxy hoà tan…(indicator species – loài chỉ thị)

• Sinh vật có thể tồn tại được trong môi trường

bị ô nhiễm nhưng bị biến đổi về số lượng, tăng trưởng, tập tính…(stressor – chịu stress)

• Sinh vật tích luỹ chất ô nhiễm và có những phản ứng khác nhau đối với từng chất ô nhiễm

TS Chế Đình Lý

Viện Môi trường và Tài nguyên – ĐHQG-HCM

• Chỉ thị (indicator) là một tham số (parameter) hay số

đo (metric) hay một giá trị kết xuất từ tham số, dùng

cung cấp thông tin, chỉ về sự mô tả tình trạng của môi

trường/ khu vực, nó là thông tin khoa học về tình trạng

và chiều hướng của các thông số liên quan đến môi trường

• Chỉ thị truyền đạt thông tin phức tạp trong một dạng ngắn gọn, dễ hiểu

• Chỉ thị là các biến số hệ thống các dữ liệu bằng số, kết xuất từ các biến số, dữ liệu

Trang 7

được tích hợp hay nhân với trọng số

• Các chỉ số ở mức độ tích hợp cao hơn, nghĩa là chúng

được tính toán từ nhiều biến số hay dữ liệu để giải

thích cho một hiện tượng nào đó

• Chỉ số chất lượng nước (Verneaux biotic index), chỉ số

phát triển con người (chỉ số HDI của UNDP) và Tổng

sản phẩm quốc gia (Gross National Product (GNP))

• Các tham số (parameter) hay số đo (metric) là một đặc

tính được đo hay quan sát Các chỉ thị khác với số đo

• Các chỉ thị ở mức cao hơn, chỉ thị chỉ ra sự tiến bộ về phía mục tiêu, còn số đo (metric) đo tiến bộ về chỉ thị đó

(Sibel Koyluoglu, Ford Motor Company)

• Ví dụ, chất lượng không khí là một chỉ thị môi

trường, lượng phát thải NOx, SOx là các số đo

• Các chỉ thị là các số đo chỉ ra hiện trạng của một

hệ thống nào đó Các số đo kết xuất từ 2 hay nhiều

kết quả đo, các số đo này không cần nói ra với

chúng ta các ý nghĩa của chúng về hệ thống (John

Reap)

• Chỉ thị môi trường (Environmental Indicator) :

là 1 hoặc tập hợp các thông số môi trường (hóa,

lý, sinh vật) chỉ ra đặc trưng nào đó của MT

• Môi trường chứa vô số các thông số hóa, lý, sinh học Một hoặc một số thông số chính có giá trị chỉ thị

• Sự biến động, hiện diện một số thông số xác định được đặc điểm của thành phần môi trường:

tác nhân đó được gọi là chỉ thị môi trường

Trang 8

• Chỉ thị sinh thái môi trường (Environmental

thị cho tình trạng, mức độ trong sạch hay ô

nhiễm, thích hợp hay không thích hợp đối với

sinh vật của môi trường sinh thái

• Chỉ thị sinh học (Bioindicator): nghiên cứu một

loài sinh vật dùng để định mức chất lượng hoặc

sự biến đổi của môi trường

• Loài sinh vật chỉ thị (Indicator species): cá thể, quần thể hay quần xã có khả năng thích ứng hoặc rất nhạy cảm với môi trường nhất định

• Sinh vật chỉ thị là các loài SV mà sự hiện diện

ô nhiễm hay xáo trộn của môi trường

• Các loài này thường có tính mẫn cảm cao với

các điều kiện sinh lý, sinh hoá của môi trường

Các nhóm loài sinh vật chỉ thị:

• Tính mẫn cảm cao (Sensitivity): Các loài mẫn

cảm đặc trưng cho môi trường không thích hợp

Dùng để giải đoán môi trường

• Các công cụ thăm dò (Detector): Loài xuất hiện

tự nhiên trong MT dùng để đo sự phản ứng của

loài với sự biến đổi MT (biến động nhóm tuổi,

sinh sản, kích thước quần thể, tập tính…)

• Các công cụ khai thác (Exploiter): Loài chỉ thị

cho sự xáo trộn hay ô nhiễm môi trường

Các nhóm loài sinh vật chỉ thị:

• Các công cụ tích luỹ sinh học (Accumulator):

Loài tích luỹ các chất hoá học trong mô

được chọn lọc để xác định sự hiện diện hay nồng

độ các chất ô nhiễm

Trang 9

• Sinh vật cảm ứng (Biosensor): Sinh vật chỉ thị

tiếp tục hiện diện trong môi trường ô nhiễm thích

ứng, song có thể ít nhiều biến đổi như giảm tốc

độ sinh trưởng, giảm khả năng sinh sản, thay đổi

tập tính…

• Sinh vật tích tụ (Bioaccumulator): Sinh vật nước có khả năng tích tụ chất gây ô nhiễm trong

mô nên chúng dễ bị phát hiện Tuy nhiên cần cho sống định cư để số liệu đủ tin cậy Ví dụ điển hình rêu Ngoài ra có tảo, cá và động vật không xương sống, tuy nhiên chúng không định cư nên khó sử dụng

• Phân tích mô có tích lũy chất ô nhiễm (kim loại nặng) dễ hơn nhiều phương pháp phân tích hóa học nước

•

• Tính chỉ thị môi trường của sinh vật dựa trên

khả năng chống chịu của sinh vật với yếu

tố phi sinh vật của môi trường  cần biết đặc

điểm sinh thái loài và nhu cầu sinh thái của

loài đó

• Tính chỉ thị thể hiện ở các bậc khác nhau: cá

thể, quần thể, nhóm loài, quần xã: Cấu trúc

quần xã chỉ thị; cấu trúc quần thể; sinh lý, tập

tính loài

• Đã được định loại rõ ràng

• Dễ thu mẫu ngoài tự nhiên, kích thước vừa phải

• Có phân bố rộng

• Có nhiều dẫn liệu về sinh thái cá thể

• Có giá trị kịnh tế (hoặc là nguồn dịch bệnh)

• Dễ tích tụ các chất ô nhiễm

• Dễ nhân nuôi trong phòng

• Ít biến dị

• Nhạy cảm với điều kiện MT

Trang 10

Ví dụ: Đồng bằng Sông Cửu Long

• Sự hiện diện của cây Dừa nước (Nipa fruiticans) 

vùng thấp, ngập triều, nước bị nhiễm mặn một khoảng

thời gian trong năm

• Sự hiện diện cây Bần (Sonneratia spp.)  vùng ven

sông, nhiễm mặn nhẹ;

Sonneratia caseolaris (Keora)

• Sự hiện diện cây Đước (Rhyzophora spp.)  vùng bãi

lầy, thấp, nhiễm mặn trung bình đến cao;

• Sự hiện diện cây Mắm (Avicennia spp.)

•  vùng bãi bồi, độ mặn cao quanh năm;

Trang 11

• 1.2 Các khái niệm cơ bản

• Sự hiện diện cây Chà là nước (Phoenix paludosa) 

vùng đất cao nhưng nhiễm mặn

Hình thức thích nghi:

Thích nghi hình thái, thích nghi di truyền Trốn chạy khỏi môi trường

Thích nghi hình thái:

Phản ứng thích nghi nhanh trong một khoảng thời gian khi

có sự biến đổi của môi trường Biên độ dao động phụ thuộc vào mức độ tác động của môi trường và tính chất di truyền của sinh vật

Ví dụ về thích nghi hình thái

giữ nước để giữ không bị co nguyên sinh chất nước và

thoát hơi nước mạnh; động vật tăng thoát nhiệt, giãn

mạch ngoại vi

• Nhiệt độ thấp: thực vật rụng lá, động vật co mạch,

lông, mỡ dày lên, có phản xạ run

• Động vật biến đổi sắc tố da hoà màu với môi trường

(cá thờn bơn, tắc kè…)

Thích nghi di truyền:

Hình thành các đặc điểm cơ thể không phụ thuộc vào sự xuất hiện các yếu tố môi trường

Tăng khả năng chịu đựng của sinh vật bằng các biến đổi sinh lý, sinh hóa, hình thái… để sẵn sàng đối phó với sự biến đổi môi trường

VD: sự hình thành cơ chế điều hoà nhiệt độ, cơ quan

hô hấp trong, cấu trúc hoa quả Biến động về số lượng: chủ yếu thông qua mối quan hệ dinh dưỡng

Định dạng
Số trang	14
Dung lượng	1,89 MB