Sinh thái học môi trường

Giáo trình Sinh thái học môi trường cung cấp cho sinh viên những kiến thức về Cơ sở sinh thái học và ứng dụng trong bảo vệ môi trường; Mối quan hệ hữu cơ giữa phát triển và môi trường;

ĐẠ I HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

Trần Thị Thu Hà - Nguyễn Chí Nghĩa - Nguyễn Mai Hoa

sinh th¸I häc m«I tr−êng

MỤC LỤC

Trang

Lời nói đầu 9

Chng I Kh¸I niÖm chung vÒ sinh th¸I m«I tr−êng I ĐỊNH NGHĨA 12

II MỐI QUAN HỆ GIỮA CON NGƯỜI V! MÔI TRƯỜNG 12

III LỊCH SỬ, ĐỐI TƯỢNG, NHIỆM VỤ V! Ý NGHĨA MÔN HỌC 13

1 Lịch sử môn học 13

2 Đối tượng nghiên cứu 14

3 Phân môn của sinh thái học môi trường 14

4 Ý nghĩa và nhiệm vụ môn học 14

Chng II C¥ Së SINH TH¸I HäC I KHÁI NIỆM CHUNG VỀ SINH THÁI HỌC 17

1 Định nghĩa Sinh thái học 17

2 Cấu trúc của sinh thái học 18

II CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19

III MÔI TRƯỜNG V! CÁC NHÂN TỐ SINH THÁI 19

1 Môi trường 19

2 Các nhân tố sinh thái 20

2.1 Các nhân tố vô sinh 20

2.2 Các nhân tố hữu sinh 30

III ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN MÔI TRƯỜNG LÊN SINH VẬT V! SỰ THÍCH NGHI CỦA SINH VẬT 35

1 Định luật tối thiểu của Liebig 35

2 Quy luật chống chịu của Shelford (Quy luật giới hạn sinh thái) 37

3 Quy luật tác động đồng thời và quy luật tác động qua lại 41

V PHẢN ỨNG CỦA SINH VẬT ĐỐI VỚI TÁC ĐỘNG CỦA CÁC NHÂN TỐ MÔI TRƯỜNG 42

1 Thích nghi hình thái 42

2 Thích nghi di truyền 43

VI SINH THÁI HỌC QUẦN THỂ 43

1 Định nghĩa quần thể 43

2 Các đặc trưng cơ bản của quần thể 43

2.1 Sự phân bố không gian của cá thể trong quần thể 44

2.2 Thành phần, cấu trúc tuổi và tỉ lệ giới tính 46

2.3 Mật độ cá thể của quần thể 49

2.4 Kích thước của quần thể 51

2.5 Sự tăng trưởng và biến động số lượng cá thể của quần thể 53

VII SINH THÁI HỌC QUẦN XÃ 58

1 Khái niệm 58

2 Các đặc trưng cơ bản của quần xã 59

VIII HỆ SINH THÁI 75

1 Định nghĩa và cấu trúc hệ sinh thái 75

2 Dòng năng lượng trong hệ sinh thái 78

2.1 Các quy luật cơ bản về dòng năng lượng trong hệ sinh thái 78

2.2 Các dạng năng lượng 79

2.3 Năng lượng đi qua hệ sinh thái 79

2.4 Các dòng năng lượng chính 80

3 Hiệu suất sinh thái 81

4 Năng suất sinh học của hệ sinh thái 82

5 Tính cân bằng của hệ sinh thái 84

6 Chu trình sinh địa hóa 85

6.1 Khái niệm, cấu trúc của các chu trình sinh địa hóa 85

6.2 Các chu trình sinh địa hóa cơ bản 86

Chng III

§A D¹NG SINH HäC Vµ B¶O TåN THI£N NHI£N

I ĐA DẠNG SINH HỌC 95

1 Đa dạng sinh học trên thế giới 95

2 Đa dạng sinh học tại Việt Nam 95

2.1 Đa dạng hệ sinh thái 96

2.2 Đa dạng loài 98

2.3 Đa dạng nguồn gen 101

3 Vai trò của đa dạng sinh học 101

4 Sự tuyệt chủng và giảm sút đa dạng sinh học 102

4.1 Sự tuyệt chủng và giảm sút đa dạng sinh học trên thế giới 102 4.2 Sự tuyệt chủng và giảm sút đa dạng sinh học ở Việt Nam 106

II BẢO TỒN ĐA DẠNG SINH HỌC 114

1 Bảo tồn đa dạng sinh học trên thế giới 114

2 Bảo tồn đa dạng sinh học ở Việt Nam 117

Chng IV CHØ THÞ SINH TH¸I M¤I TR¦êNG I KHÁI NIỆM 111

II MỘT SỐ NGUYÊN TẮC CƠ BẢN KHI SỬ DỤNG SINH VẬT CHỈ THỊ 111

III PHÂN LOẠI SINH VẬT CHỈ THỊ 112

IV NHỮNG LO!I CHỈ THỊ V! SỰ QUAN TRẮC BẰNG SINH HỌC 123

1 Việc chọn các sinh vật sử dụng cho việc quan trắc môi trường 124

2 Quan trắc và lập ngân hàng lưu trữ mẫu vật 125

V CÁC LO!I SINH VẬT CHỈ THỊ 125

1 Vi sinh vật chỉ thị 125

2 Thực vật chỉ thị 127

3 Động vật chỉ thị 127

VI CHỈ THỊ SINH HỌC TRONG QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ 128

VII CHỈ THỊ SINH HỌC TRONG QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 129

VIII CHỈ THỊ SINH HỌC TRONG QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG ĐẤT 134

Chng V

MéT Sè VÊN §Ò M¤I TR¦êNG SINH TH¸I

I Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG 140

1 Định nghĩa và phân loại 140

2 Ô nhiễm môi trường đất 141

3 Ô nhiễm môi trường nước 143

4 Ô nhiễm môi trường không khí 145

II MỘT SỐ VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG SINH THÁI TO!N CẦU 149

1 Sự suy giảm tầng ôzôn 149

2 Sự biến đổi khí hậu 151

3 Mưa axit 155

4 Hiện tượng El Nino, La Nina và những tác hại đến môi trường sống 158

4.1 Khái niệm và cơ chế hình thành, hoạt động của hiện tượng El Nino, La Nina 158

4.2 Những ảnh hưởng của hiện tượng El Nino và La Nina đối với môi trường 164

5 Phú dưỡng 170

6 Suy thoái các vùng đất ngập nước 173

7 Suy thoái và ô nhiễm đất 176

8 Suy thoái rừng và suy giảm đa dạng sinh học 176

9 Các tác động về sinh thái của ô nhiễm dầu 180

10 Hiện tượng nghịch nhiệt 180

III MỘT SỐ VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG SINH THÁI Ở VIỆT NAM 183

1 Ô nhiễm môi trường 183

1.1 Ô nhiễm môi trường nước 183

1.2 Ô nhiễm môi trường không khí 191

1.3 Ô nhiễm và suy thoái môi trường đất 194

1.4 Ô nhiễm môi trường do chất thải rắn (CTR) và chất thải nguy hại (CTNH) 198

2 Suy giảm đa dạng sinh học 211

3 Sự cố môi trường 213

Chng VI

QUY HO¹CH M¤I TR¦êNG, PH¸T TRIÓN BÒN V÷NG

I QUY HOẠCH MÔI TRƯỜNG 217

1 Khái niệm 217

2 Mục đích và nội dung của quy hoạch môi trường 219

2.1 Mục đích của quy hoạch môi trường 219

2.2 Nội dung của quy hoạch môi trường 219

3 Cơ sở pháp lí 221

4 Quan điểm, nguyên tắc và phương pháp tiếp cận quy hoạch môi trường 222

4.1 Quan điểm 222

4.2 Nguyên tắc 222

4.3 Phương pháp tiếp cận 222

5 Quy trình thực hiện quy hoạch môi trường 226

II PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG 230

1 Khái niệm và yêu cầu của phát triển bền vững 230

2 Các nguyên tắc phát triển bền vững 235

3 Định lượng hoá sự phát triển bền vững 241

3.1 Chỉ số đánh giá sự phát triển bền vững về kinh tế 244

3.2 Chỉ số đánh giá sự phát triển bền vững về xã hội 245

3.3 Chỉ số đánh giá sự phát triển bền vững về môi trường 246

4 Các mục tiêu của sự phát triển bền vững 250

4.1 Hội nghị Thượng đỉnh về Môi trường và phát triển bền vững 250

4.2 Sử dụng hợp lí tài nguyên và tính bền vững 251

4.3 Duy trì đa dạng sinh học và tính bền vững 255

4.4 Phương thức tiêu thụ trong phát triển bền vững 257

5 Chiến lược bảo vệ môi trường và phát triển bền vững ở Việt Nam 258

III QUẢN LÍ MÔI TRƯỜNG HƯỚNG TỚI PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG 265

1 Những khái niệm cơ bản về quản lí môi trường 265

1.1 Định nghĩa 265

1.2 Các mục tiêu và nguyên tắc của quản lí môi trường 266

1.3 Các nội dung của quản lí nhà nước về môi trường 270

1.4 Các biện pháp quản lí môi trường 275

1.5 Tổ chức công tác quản lí môi trường 280

2 Quản lí môi trường các hệ sinh thái 283

2.1 Quản lí môi trường đới ven biển 283

2.2 Quản lí môi trường sông và nước trên lục địa 290

2.3 Quản lí đất ngập nước 292

2.4 Quản lí môi trường đô thị 299

T!I LIỆU THAM KHẢO 306

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của kinh tế, khoa học và kĩ thuật cuối thế kỉ XX, con người đang phải đối mặt với suy thoái môi trường, cạn kiệt các nguồn tài nguyên thiên nhiên Điều này đặt ra cho loài người những nhiệm vụ về sinh thái và đòi hỏi chúng

ta phải có kiến thức và khả năng vận dụng các quy luật tự nhiên vào khai thác hợp lí, bảo vệ môi trường tự nhiên nhằm ổn định, phát triển xã hội bền vững, vận dụng vào giải quyết các vấn đề môi trường, sinh thái hiện nay Sinh thái học là môn khoa học tổng hợp nghiên cứu về quan hệ tương hỗ giữa sinh vật và môi trường Sinh thái học môi trường là phân môn của sinh thái học và được xem là một trong những kiến thức cơ sở cho ngành Kĩ thuật môi trường

Giáo trình Sinh thái học môi trường cung cấp cho sinh viên

những kiến thức về Cơ sở sinh thái học và ứng dụng trong bảo vệ môi trường; Mối quan hệ hữu cơ giữa phát triển và môi trường; Đa dạng sinh học và bảo tồn thiên nhiên; Các vấn đề môi trường sinh thái toàn cầu; Các kiến thức về quy hoạch môi trường và phát triển bền vững, giúp cho sinh viên nắm vững bản chất mối quan hệ tương tác giữa các thành phần của sinh quyển và có cách nhìn hệ thống, áp dụng các quy luật sinh thái vào quản lí môi trường, giải quyết các vấn đề môi trường Giáo trình biên soạn bám sát đề cương môn học “Sinh thái học môi trường” trong chương trình khung đào tạo ngành Kĩ thuật môi trường do Bộ Giáo dục và Đào tạo quy định và cập nhật kiến thức từ nhiều nguồn tài liệu Giáo trình dùng giảng dạy cho sinh viên ngành Kĩ thuật môi trường và là nguồn tài liệu tham khảo cho cán bộ và sinh viên nghiên cứu trong lĩnh vực môi trường

Tập thể tác giả xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp đã cung cấp các tài liệu bổ ích và những ý kiến đóng góp quý báu để tác giả hoàn thành giáo trình này

Mặc dù đã có nhiều cố gắng trong việc thu thập các nguồn thông tin từ nhiều tài liệu khác nhau, nhưng nội dung cuốn sách này không thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định Tập thể tác giả rất mong nhận được những lời góp ý bổ ích từ độc giả và đồng nghiệp

để cuốn sách được hoàn thiện hơn

Tập thể tác giả

Chương I

Kh¸i niÖm chung vÒ SINH TH¸I M¤I TR¦êNG

I ĐỊNH NGHĨA

Sinh thái môi trường là môn học thuộc ngành môi trường học

Nó nghiên cứu mối quan hệ tương tác không chỉ giữa các cá thể sinh vật, mà còn giữa tập thể, giữa cộng đồng với các điều kiện môi trường tự nhiên bao quanh nó (Lê Huy Bá, Lâm Minh Triết, 2005)

II MỐI QUAN HỆ GIỮA CON NGƯỜI VÀ MÔI TRƯỜNG

Mối quan hệ giữa con người và môi trường được thiết lập lâu đời, từ khi con người đặt chân lên Trái đất này Con người sống giữa thiên nhiên và tương tác liên tục với chúng Con người luôn cảm nhận được ảnh hưởng của thiên nhiên thông qua không khí thở, nước uống, thức ăn, dòng năng lượng, vật chất và thông tin Mối quan hệ giữa con người và môi trường là mối quan hệ hai chiều phức tạp, con người có thể ảnh hưởng lớn đến môi trường và ngược lại

Mối quan hệ giữa tự nhiên và xã hội là mối quan hệ biện chứng

mà trong đó sự thay đổi của hệ thống này trực tiếp ảnh hưởng đến

cơ cấu và chức năng của hệ thống kia, điều này được thể hiện trong hình 1.1 [7]

Tác động của con người đến sinh quyển có thể dẫn tới:

- Thay đổi cấu trúc bề mặt Trái đất do hoạt động cày bừa, phá rừng, đào hồ nhân tạo…

- Thay đổi thành phần sinh quyển, chu trình tuần hoàn và cân bằng các chất của chu trình đó do thải chất thải vào môi trường đất, nước và khí quyển

- Thay đổi cân bằng năng lượng, cân bằng nhiệt trong khu vực

Ngày nay, thế giới đang đứng trước những thách thức môi trường như: Biến đổi khí hậu và tần suất thiên tai gia tăng; Tầng ozôn đang bị cạn kiệt; Sự mất nơi ở và giảm đa dạng sinh học; Tài nguyên bị suy giảm và cạn kiệt; Ô nhiễm môi trường đang xảy ra ở quy mô rộng; Sự gia tăng dân số Chính vì vậy, việc điều chỉnh hành

vi con người để tăng năng lực môi trường nhằm duy trì sự phát triển của xã hội loài người là việc làm cấp bách để bảo vệ môi trường

III MỐI QUAN HỆ GIỮA SINH THÁI HỌC VÀ KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Những năm gần đây, sinh thái học đã trở thành môn khoa học

toàn cầu Sinh thái học là khoa học cơ sở cho công tác quản lí tài

Hình 1.1 Mối quan hệ giữa tự nhiên và xã hội

Hệ xã hội:

dân số, sức khoẻ, dinh

dưỡng, kĩ nghệ, tổ

chức xã hội, khai thác

tài nguyên, kinh tế,

kiến trúc, tư tưởng,

các giá trị, đặc tính

sinh lí, ngôn ngữ

Hệ sinh thái:

Không khí, nước, đất, vi sinh vật, khí hậu, gia súc, sâu bệnh, cây cối,

cỏ dại

(các nhân tố vô sinh và sinh vật)

Chọn lọc, thích nghi

Dòng năng lượng, vật chất và thông tin

Dòng năng lượng, vật chất và thông tin

nguyên thiên nhiên và bảo vệ môi trường Sinh thái học cũng được xem là một trong những nguyên lí khoa học làm nền tảng cho ngành kĩ thuật môi trường

Thuật ngữ “Kĩ thuật môi trường” là hệ thống giải pháp kĩ thuật công nghệ và quản lí nhằm bảo toàn chất lượng môi trường trong

sự phát triển và tăng trưởng nhanh của sản xuất công nghiệp Quy hoạch và quản lí môi trường gắn liền với sự hiểu biết, khái niệm phương pháp và kĩ năng sinh thái Nhiệm vụ của bảo vệ môi trường được hiểu là cần có sự quan tâm của tất cả các quốc gia trên thế giới

IV LỊCH SỬ, ĐỐI TƯỢNG, NHIỆM VỤ VÀ Ý NGHĨA MÔN HỌC

1 Lịch sử môn học

Trước tiên, thuật ngữ Sinh thái học (Ecology) do nhà sinh vật

học người Đức Ernst Haeckel bắt đầu đề xướng vào năm 1869, dựa

trên từ gốc Hy Lạp là Oikos (với nghĩa trong nhà) và logos (với nghĩa là môn khoa học) Theo đó, Sinh thái học được hiểu là một

khoa học cơ bản trong sinh vật học, nghiên cứu các mối quan hệ của sinh vật hay một nhóm sinh vật với môi trường xung quanh Vào những năm 300 trước Công nguyên, khái niệm sinh thái học được nhà khoa học Hy Lạp Phratus nhắc đến chủ yếu về mối quan hệ giữa vật chất sống và không sống

Giữa thế kỉ XIX, một số nhà nghiên cứu về thực vật từ Châu

Âu và Châu Mỹ đã quan tâm nghiên cứu về quần xã thực vật Các nhà sinh thái học bắt đầu hiểu rằng: xã hội sinh vật và môi trường của nó có thể xem như một tổ hợp rất chặt chẽ, tạo nên một đơn vị

cấu trúc tự nhiên, đó là hệ sinh thái Hệ sinh thái lớn duy nhất của

hành tinh là sinh quyển, trong đó con người là một thành viên

Lí thuyết sinh thái học sau đó được phát triển ở mức độ cao hơn nhiều những nghiên cứu trước đó bởi Giáo sư Eugene P.Odum

– trường Đại học Geogry, trong cuốn “Cơ sở sinh thái học” của

Ông và môn học được chính thức đề cập từ đó Môn học nghiên cứu phát triển sinh thái học ở mức độ cao và chia thành hệ thống

khoa học trong nhiều lĩnh vực như: nông nghiệp, lâm nghiệp, y học, kinh tế học…

Sau đó, vào những năm 70 của thế kỉ XX, khi ngành môi trường học đã có sự phát triển nhất định thì Sinh thái học môi trường mới được định hướng và phát triển

2 Đối tượng nghiên cứu

Sinh thái học nghiên cứu tất cả các mối quan hệ của sinh vật với môi trường Sinh thái học môi trường ngoài đối tượng nghiên cứu như sinh thái học còn tập trung vào nghiên cứu mối quan hệ giữa con người với môi trường sống thông qua các hoạt động như nông nghiệp, công nghiệp, khai khoáng, văn hoá xã hội…

3 Phân môn của sinh thái học môi trường

Feiblemen (1954) đã nhận định: “Khi cấu trúc trở nên phức tạp thì chức năng tổ hợp liền được bổ sung những tính trạng mới” và

đó là một trong những tiền đề lí thuyết cho việc hình thành phân môn của sinh thái học môi trường

* Dựa vào mức độ tổ chức của hệ sống:

- Sinh thái môi trường học cá thể;

- Sinh thái môi trường học quần thể;

- Sinh thái môi trường học quần xã;

- Hệ sinh thái môi trường;

- Sinh quyển học

* Dựa vào mục đích nghiên cứu:

- Sinh thái môi trường cơ sở;

- Sinh thái môi trường ứng dụng

3 Ý nghĩa và nhiệm vụ môn học

Cùng với các lĩnh vực trong sinh học, sinh thái học thì một loạt các chuyên ngành khoa học mới cũng xuất hiện như: sinh thái tế

bào, sinh thái sinh lí, sinh thái hình thái, di truyền quần thể… giúp chúng ta ngày càng hiểu biết sâu hơn về bản chất của sự sống trong mối tương tác với các yếu tố môi trường, với hiện tại và quá khứ, bao gồm cả cuộc sống và sự tiến hoá của con người

Sinh thái học tạo nên những nguyên tắc, định hướng cho hoạt động của con người đối với tự nhiên để không làm huỷ hoại môi trường sống của sinh giới và ảnh hưởng suy giảm chất lượng môi trường

Đối với mỗi ngành riêng biệt, sinh thái học phát triển ứng dụng

có những nhiệm vụ cụ thể như:

Trong trồng trọt và chăn nuôi:

Sinh thái học đấu tranh triệt để với bệnh và cỏ dại, nghiên cứu không chỉ với loài có hại mà còn đề ra nguyên lí chiến lược và biện pháp phòng tránh;

Sinh thái học đề ra các nguyên tắc và phương pháp thành lập các quần xã nông – lâm nghiệp thích hợp để thuần hoá và di giống các loài sinh vật cho năng suất sinh học và kinh tế cao; các nguyên tắc để khai thác hợp lí nguồn tài nguyên thiên nhiên, duy trì đa dạng sinh học và phát triển bền vững; các nguyên tắc bảo vệ và cải tạo môi trường

Trong công tác bảo vệ sức khoẻ: nghiên cứu các ổ dịch tự nhiên đối với con người, gia súc và tìm ra phương pháp vệ sinh ổ dịch, đấu tranh với sự ô nhiễm và sự đầu độc môi trường bởi chất thải công nghiệp và sinh hoạt

Sinh thái học là cơ sở cho các công trình nghiên cứu các biện pháp phòng ngừa ô nhiễm môi trường

Chương II

C¥ Së SINH TH¸I HäC

I KHÁI NIỆM CHUNG VỀ SINH THÁI HỌC

1 Định nghĩa Sinh thái học

Định nghĩa: Sinh thái học là khoa học tổng hợp nghiên cứu về quan hệ tương hỗ giữa sinh vật và môi trường

Sinh thái học được sử dụng làm cơ sở cho công tác quản lí tự nhiên môi trường với đối tượng là tất cả các mối liên hệ giữa sinh vật và nơi sống của chúng Sinh thái học còn được quan niệm là "tổ

hợp con người và môi trường"

Nội dung của sinh thái học hiện đại: được xây dựng theo nguyên lí "mức độ tổ chức" giống như "phổ sinh học" được biểu thị

độ cơ thể và quần thể Như vậy, Sinh thái học là một môn khoa học

cơ bản trong ngành Sinh học, nghiên cứu các mối quan hệ của sinh vật với môi trường và sinh vật với sinh vật ở mọi tổ chức từ cá thể, đến quần xã và hệ sinh thái, thể hiện ở hình 2.2

2 Cấu trúc của sinh thái học

Sinh thái học quan tâm đến cấu trúc và chức năng của hệ sinh thái Cấu trúc của sinh thái học có thể được khái quát trong bảng 2.1:

Bảng 2.1 Cấu trúc của sinh thái học [7]

Phát triển và

điều hoà

Thích nghi

Sinh sản, tử vong,

di cư, nhập cư, vật dữ, con mồi

Diễn thế Tiến hoá

Chọn lọc

đi đến cân bằng

Hình 2.2 Các mức độ tổ chức sinh thái học

Cấu trúc sinh thái học gồm 3 mức độ nằm chồng lên nhau theo

ba lớp nằm ngang từ cá thể đến hệ sinh thái và chia cấu trúc ra các nhóm tương ứng từ hình thái đến thích nghi Ở mỗi mức độ tổ chức sinh thái đều có đặc điểm cấu trúc và chức năng riêng biệt

II CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Khi nghiên cứu sinh thái học thường có ba phương pháp nghiên cứu để giải quyết một vấn đề sinh thái Đó là:

- Nghiên cứu thực địa : quan sát, đo đạc, thu mẫu, ghi chép;

- Nghiên cứu trong phòng thí nghiệm: tìm hiểu các chỉ số hoạt

động chức năng của cơ thể hay của sinh vật dưới tác động của một hay một vài yếu tố môi trường;

- Phương pháp mô phỏng và lập mô hình toán: mô hình hoá

các quá trình tự nhiên và tính toán dựa trên công cụ toán học và xử

lí thông tin trên máy tính

III MÔI TRƯỜNG VÀ CÁC NHÂN TỐ SINH THÁI

Các nhân tố môi trường: là các thực thể hay hiện tượng tự

nhiên cấu trúc nên môi trường

Nhân tố sinh thái: là những nhân tố của môi trường có ảnh hưởng trực tiếp, gián tiếp hoặc tác động qua lại đối với sự tồn tại, sinh trưởng, phát triển và những hoạt động của sinh vật Mỗi cá thể, mỗi loài hay nhóm sinh vật… có các nhân tố sinh thái riêng của chúng Tất cả sinh vật sống trong môi trường đều bị tác động cùng một lúc bởi các nhân tố sinh thái của môi trường

Các nhân tố sinh thái được chia thành 2 nhóm:

- Nhóm nhân tố sinh thái vô sinh: là tất cả các nhân tố vật lí và

hoá học của môi trường xung quanh sinh vật Bao gồm:

+ Các nhân tố khí hậu: ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm, gió…; + Các nhân tố thổ nhưỡng: đất, đá, các thành phần cơ giới, mùn hữu cơ, tính chất hoá lí của đất;

+ Các nhân tố nước: nước biển, hồ, ao, sông, suối, nước mưa…;

+ Các nhân tố địa hình: độ cao, độ trũng, độ dốc, hướng phơi

của địa hình…

- Nhóm nhân tố sinh thái hữu sinh: là thế giới hữu cơ của môi

trường, bao gồm những mối quan hệ giữa sinh vật này với sinh vật khác sống xung quanh Ở đây, nhân tố con người được nhấn mạnh

là nhân tố có ảnh hưởng lớn tới sự phát triển của nhiều sinh vật Trong các hoạt động của mình, con người không chỉ khai thác thiên nhiên mà còn cải tạo thiên nhiên, biến các cảnh quan tự nhiên hoang sơ thành các cảnh quan văn hoá và tạo dựng nên những cơ

sở vật chất mới nhằm thoả mãn nhu cầu về vật chất và tinh thần ngày càng cao của con người Con người có thể làm cho môi trường phong phú, giàu có hơn nhưng cũng dễ làm cho chúng bị suy thoái đi Một khi môi trường tự nhiên bị suy thoái sẽ có ảnh hưởng rất lớn tới các sinh vật khác, đồng thời cũng đe doạ chính cuộc sống con người

Tồn tại bốn kiểu môi trường cơ bản đối với sinh vật trên bề mặt Trái đất: đất, nước, không khí và môi trường các sinh vật

2 Các nhân tố sinh thái

2.1 Các nhân tố vô sinh

2.1.1 Nhân tố vô sinh trên bề mặt Trái đất

a Ánh sáng Mặt trời

Ánh sáng được coi là nhân tố sinh thái quan trọng Tất cả các sinh vật trên Trái đất đều sống nhờ vào năng lượng từ ánh sáng mặt trời Thực vật thu nhận năng lượng ánh sáng mặt trời một cách trực tiếp qua quang hợp, còn động vật sử dụng năng lượng hoá học được tổng hợp từ thực vật Một số sinh vật dị dưỡng như nấm, vi khuẩn

trong quá trình sống cũng sử dụng một phần năng lượng ánh sáng

* Ảnh hưởng của ánh sáng tới đời sống của thực vật:

- Ánh sáng mang tính chất chu kì và ảnh hưởng lớn đến sự quang hợp của thực vật Tuỳ theo cường độ ánh sáng mà thực vật

có cường độ quang hợp cực đại và người ta có thể phân loại thực vật thành 3 nhóm:

+ Nhóm các cây ưa sáng: gồm những loài thực vật sống nơi quang đãng, có cường độ quang hợp cực đại khi cường độ chiếu sang lớn, hoặc là cây ở tầng trên của tán rừng như: gỗ tếch, phi lao, bạch đàn, thông, lúa, đậu…

+ Nhóm các cây ưa bóng: gồm những loài thực vật có cường độ quang hợp cực đại khi cường độ chiếu sáng thấp, sống ở nơi ít ánh sáng và ánh sáng tán xạ, chủ yếu ở dưới tán rừng, trong các hang động, trong nhà… như: cây dọc, lim, vạn niên thanh, gừng, cà phê + Nhóm các cây chịu bóng: sống dưới ánh sáng vừa phải như:

cây ràng ràng, cây bòn bon…

- Ánh sáng ảnh hưởng đến vòng đời thực vật Ánh sáng kiểm soát sự nảy mầm, sinh chồi, sinh trưởng và rụng lá, ra hoa, kết quả

… của thực vật Sự ra hoa của cây phản ánh rõ nhất chu kì chiếu sáng Người ta có thể chia làm hai nhóm là:

+ Cây ngắn ngày: là những cây có thời gian chiếu sáng dưới

10 ÷ 14 giờ/ ngày, như cây lúa mì mùa đông, nhiều giống đậu tương, mía

+ Cây dài ngày: là những cây có thời gian chiếu sáng trên 10 ÷

14 giờ/ ngày, như cây lúa, củ cải

* Ảnh hưởng của ánh sáng tới đời sống của động vật: Động vật thích ứng tốt hơn với sự thay đổi của điều kiện chiếu sáng do nó

có cơ quan chuyên hoá tiếp nhận ánh sáng

- Với điều kiện chiếu sáng khác nhau, các nhóm động vật có những thích nghi khác nhau Người ta chia động vật thành 2 nhóm: + Nhóm động vật ưa sáng: là những loài chịu được giới hạn rộng về cường độ và thời gian chiếu sáng, chủ yếu các động vật hoạt động ban ngày như gà, vịt, ong…

+ Nhóm động vật ưa tối: gồm những động vật hoạt động về ban đêm, sống trong hang, trong đất hay ở đáy biển như dơi, cú…

- Ánh sáng là điều kiện cho động vật nhận biết các vật xung quanh và định hướng không gian Các loài chim di cư tránh mùa đông phải bay qua hàng nghìn km, nhờ định hướng theo ánh sáng mặt trời và tia sáng từ các vì sao

- Ánh sáng đóng vai trò như tín hiệu điều khiển nhịp điệu sinh học của động vật Chế độ chiếu sáng có chu kì: chu kì mùa, chu kì ngày đêm, chu kì tuần trăng

Sinh sản của nhiều loại động vật mang tính chất mùa rõ rệt, như cá hồi đẻ vào mùa thu hay sự thay lông của nhiều loài thú thuộc chu kì chiếu sáng Nhịp điệu sinh học ngày đêm được thể hiện rõ nhất ở loài dơi Loài dơi rời tổ đi kiếm ăn vào một giờ nhất định vào các buổi tối Nhịp điệu sinh học tuần trăng thể hiện rõ ở động vật không xương sống ở biển, đặc biệt là các loài giun ít tơ Ngoài ra, các tia sáng khác cũng có ảnh hưởng đến động, thực vật, tuy chưa được nghiên cứu kĩ:

- Các tia hồng ngoại có ý nghĩa ưu thế với sự sống, do tác dụng nhiệt mạnh nên ảnh hưởng tới quá trình ôxi hoá của cơ thể

- Các tia đỏ - da cam và tử ngoại đóng vai trò quan trọng nhất trong quá trình quang hợp Tia tử ngoại có tác dụng diệt khuẩn, thúc đẩy cơ chế tạo Vitamin D Các tia sáng có bước sóng ngắn có những tác dụng gây đột biến lớn trong sinh vật, vì vậy được dùng trong nghiên cứu di truyền

b Độ ẩm không khí

Độ ẩm của không khí liên quan tới sự bão hoà hơi nước trong không khí, là một trong những dạng nước có tác động lớn đến đời sống sinh vật Nước là thành phần cơ bản của cơ thể sống, chiếm tới 70 ÷ 90% khối lượng cơ thể, nước cần thiết cho các phản ứng sinh hoá diễn ra trong các cơ quan, mô và tế bào của các sinh vật Nước giúp vận chuyển các chất hữu cơ, vô cơ, máu và dinh dưỡng

ở động vật Nước còn tham gia vào quá trình trao đổi năng lượng

và điều hoà nhiệt độ cơ thể Nước là môi trường sống của thuỷ sinh vật Trên cạn, lượng mưa và độ ẩm quyết định đến sự phân bố, mức

độ phong phú của các loài sinh vật, nhất là thảm thực vật

* Đối với thực vật: theo nhu cầu về nước và độ ẩm không khí với đời sống, người ta chia thực vật thành các nhóm:

- Thực vật thuỷ sinh là các sinh vật có đời sống vĩnh viễn ở dưới nước như bèo, lục bình, sen, súng

- Thực vật ưa ẩm là những sinh vật chỉ sống được ở những nơi rất ẩm, ở bờ ao, bờ sông, suối, rừng ẩm, dưới tán cây to, như cỏ bợ, thài lài, củ ráy, lúa nước, cói

- Thực vật chịu hạn có thể sống ở vùng khô hạn, thiếu nước như sa mạc, các cồn cát ven biển như rau sam, xương rồng, thanh long, thầu dầu, hành, tỏi

- Thực vật ưa ẩm vừa là các sinh vật có nhu cầu vừa phải về độ

ẩm, chịu đựng được sự xen kẽ mùa khô và mùa ẩm, như cây mã đề

* Đối với động vật: Có những loài ưa ẩm (ếch, nhái ), loài ưa

ẩm vừa phải và loài ưa khô (lạc đà, đà điểu, thằn lằn ) Các loài động vật trên cạn chịu ảnh hưởng lớn của độ ẩm không khí, ảnh hưởng đến hoạt động sống cơ bản của động vật như sinh trưởng, tuổi thọ, sinh sản, tỉ lệ chết

Độ ẩm không khí cũng quyết định đến sự phân bố địa lí và tập tính sinh hoạt của động vật

c Nhiệt độ

Nhiệt độ môi trường có ảnh hưởng rất lớn đến sự sinh trưởng, phát triển, phân bố của các cá thể, quần thể và quần xã sinh vật Nhìn chung các sinh vật chủ yếu sống trong phạm vi nhiệt độ từ

00C ÷ 500C Đây là giới hạn nhiệt độ của các quá trình trao đổi chất trong cơ thể

Mỗi loài sinh vật đều có một nhiệt độ cực thuận và ở vùng nhiệt độ này mọi hoạt động sống được thực hiện tốt nhất Tuy nhiên, giới hạn nhiệt độ thích hợp và nhiệt độ cực thuận đối với các sinh vật cũng thay đổi theo giai đoạn phát triển trạng thái sinh lí,

giới tính của cơ thể

Trong giới hạn nhiệt độ thích hợp, sự biến đổi nhiệt độ đã ảnh hưởng lên toàn bộ các chức năng của cơ thể sinh vật:

- Đối với thực vật: Nhiệt độ ảnh hưởng đến đặc điểm hình thái (hình dạng lá, thân rễ ), sinh lí (quang hợp, hô hấp, thoát hơi nước, sinh sản ), sinh thái (độ che phủ, cây rụng lá mùa đông ) Cây quang hợp tốt ở nhiệt độ 20 – 300 C Ở nhiệt độ thấp (00 C) cây nhiệt đới ngừng quang hợp, tuy nhiên cây ôn đới có khả năng phát triển trong điều kiện nhiệt độ thấp hơn (00 C) Ở nhiệt độ từ 400 độ

C trở lên, sự hô hấp của thực vật bị ngừng trệ Khi nhiệt độ càng cao, độ ẩm không khí càng xa độ bão hoà và dẫn đến cây thoát hơi nước mạnh Ở những giai đoạn phát triển khác nhau thì nhu cầu nhiệt độ cũng khác nhau, ví dụ ở giai đoạn hạt nảy mầm cần nhiệt

độ thấp hơn giai đoạn cây nở hoa hoặc giai đoạn ra quả và quả chín

- Đối với động vật: Nhiệt độ ảnh hưởng đến đặc điểm sinh thái của động vật, có 2 nhóm:

+ Động vật đẳng nhiệt: có thân nhiệt luôn ổn định, độc lập với sự biến đổi của nhiệt độ bên ngoài, chúng điều hoà nhiệt nhờ sự sinh nhiệt từ bên trong cơ thể của mình Hầu hết là các loài động vật bậc cao (chim: nhiệt độ = 40 ÷ 420C, thú: nhiệt độ= 36,6 ÷ 39,50C) + Động vật biến nhiệt: có thân nhiệt biến đổi theo môi trường, không có khả năng điều hòa nhiệt độ cơ thể Hầu hết là các loài động vật không xương sống, cá, lưỡng cư, bò sát

Nhiệt độ ảnh hưởng đến sự phân bố, tập tính sinh thái (kiến, mối, ong, chuột: đào hang, xây tổ tránh nắng, ngủ hè, ngủ đông, di

Nhiệt độ cũng ảnh hưởng tới khả năng sinh sản: Nhiều loại động vật chỉ sinh sản ở những nhiệt độ nhất định, nếu nhiệt độ môi

trường cao hoặc thấp hơn nhiệt độ cần thiết thì cường độ sinh sản giảm hoặc đình trệ Ví dụ cá chép chỉ đẻ trứng ở nhiệt độ nước ≥

150C Chuột nhắt trắng sinh sản mạnh ở nhiệt độ 180C, nhưng giảm

và ngừng hẳn khi đạt tới 300C

Nhiệt độ và độ ẩm là hai nhân tố sinh thái quan trọng của cả môi trường lẫn sinh vật

d Mưa, gió

Mưa là mắt xích trong vòng tuần hoàn nước trên trái đất, liên

qua chặt chẽ với độ ẩm không khí

Gió có ảnh hưởng rõ rệt đến nhiệt độ, độ ẩm của môi trường dẫn đến sự thay đổi thời tiết, ảnh hưởng đến sự thoát hơi nước của thực vật Gió có vai trò rất lớn trong sự di chuyển, phân bố các tạp chất trong không khí; phát tán vi sinh vật, bào tử, phấn hoa, hạt thực vật, góp phần hỗ trợ sinh sản của thực vật

2.1.2 Các nhân tố vô sinh của môi trường đất

Trong điều kiện tự nhiên, đất là một hợp thể gồm 3 thể: thể rắn, thể lỏng và thể khí Đất luôn phát triển và thay đổi, do đó tồn tại nhiều loại khác nhau Đất là môi trường sống của nhiều nhóm sinh vật quan trọng như vi khuẩn, động vật nguyên sinh, giun tròn, giun đất, động vật thân mềm, động, thực vật, Đất cung cấp chất dinh dưỡng giúp sinh vật sinh trưởng và phát triển Môi trường đất cũng có ảnh hưởng lớn đến các quần xã sinh vật trên cạn thông qua một số các nhân tố vô sinh sau đây:

a Nước trong đất

Nước trong đất được phân chia làm ba dạng sau:

Nước hút ẩm: là nước có nguồn gốc từ độ ẩm không khí Nó hình thành một lớp mỏng bao quanh các hạt đất Thực vật và động vật không sử dụng được nước này

Nước mao dẫn: chiếm ở các khe hở giữa các hạt đất Nếu đường kính (d) lỗ xốp đất nhỏ hơn 2µm, thực vật và động vật không sử dụng được Nếu d > 10µm thì chỉ thực vật sử dụng được Nơi đây cũng là môi trường sống của động vật nguyên sinh cỡ nhỏ

Nước trọng lực: Chiếm ở những khe hở lớn hơn và chỉ tồn tại tạm thời

Nước sử dụng được đóng vai trò quan trọng bởi vì động vật và thực vật đều cần đất có một độ ẩm nhất định Ví dụ: loài mối cần

độ ẩm không khí trong đất đạt > 50% độ ẩm tương đối; các loài giun đất cần độ ẩm trong đất khoảng 90 ÷ 95%

b Thành phần cơ giới và cấu trúc của đất

Thành phần cơ giới của đất là tỉ lệ các cấp hạt của đất

Cấu trúc của đất là các kiểu gắn kết tạo nên hình khối không gian của đất Tuỳ thuộc vào trạng thái của hạt keo đất, người ta chia cấu trúc hạt đất thành:

- Cấu trúc hạt: Thấm nước kém và ít thoáng khí

- Cấu trúc kết von: dễ thấm nước và thoáng khí

Kích thước các hạt vô cơ trong đất được biểu thị trong bảng 2.2

Bảng 2.2 Kích thước các hạt vô cơ trong đất

Hạt vô cơ Đường kính trung bình (mm)

c Độ thoáng của đất (độ xốp của đất)

Độ xốp của đất ảnh hưởng đến sự di chuyển nước trong đất, liên quan đến độ thoáng khí đất Khí trong đất được xác định qua hàm lượng khí ôxi cần cho ôxi hoá và phân huỷ các hợp chất hữu cơ

Các động vật sống trong đất chịu ảnh hưởng rất lớn bởi độ thoáng khí Đất quá chặt sẽ dẫn đến sự thiếu hụt ôxi, khi đó O2 trở thành nhân tố sinh thái giới hạn

Khí trong đất khác với khí bình thường bởi hàm lượng nước cao, nồng độ CO2 cao hơn từ 5 ÷ 100 lần so với CO2 khí quyển Loài mối chịu được nồng độ CO2 cao Các động vật sống chui rúc trong đất như giun đất, ấu trùng của nhiều loài côn trùng chịu ảnh hưởng rất lớn của độ xốp

d Thành phần hoá học, độ pH đất và chất độc của đất

Trong đất có gần đầy đủ các nguyên tố hoá học trong tự nhiên Các đất khác nhau có thành phần hoá học khác nhau

Đất mặn: là đất chứa nhiều muối hoà tan (khoảng 1÷1,5%

hoặc hơn) như: NaCl, Na2SO4, CaCl2, CaSO4, MgCl2, NaHCO3 có nguồn gốc khác nhau từ lục địa, biển, sinh vật Trong quá trình phong hoá các muối này bị hoà tan và chỉ tập trung vào những vùng trũng tạo nên đất mặn

Phần trăm tổng số muối tan quy định loại đất mặn nhiều, mặn trung bình, mặn ít, và không mặn Đa số đất mặn có phản ứng

kiềm, pH rất cao có khi pH = 11 ÷ 12 Ở pH như thế không một

loại thực vật nào có thể phát triển được Sự có mặt của một lượng lớn muối tan trong đất làm cho tính chất vật lí, hoá học, sinh học của đất trở nên xấu như khi khô thì đất nứt nẻ, cứng như đá; khi ướt đất trở nên dính dẻo, hạt trương nở mạnh bít kín các khe hở làm đất trở nên hoàn toàn không thấm nước

Các ion thường thấy trong đất mặn và kiềm mặn là Cl-, SO42-, HCO3-, Na+, Mg2+ Người ta có thể cải tạo đất bằng nhiều cách như: trồng cây chịu mặn, thay đổi kĩ thuật canh tác, luân canh rừng, bón vôi thay Ca2+ cho Na+

Đất chua: là đất bị mất vôi, bazơ và hoá chua Độ chua của đất

có ý nghĩa lớn, đặc biệt là sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng, vì phần lớn cây trồng chỉ phát triển được trong một độ pH nhất định

Nguyên nhân đất chua: là do đất bị rửa trôi (mất bazơ của keo đất), do cây hút thức ăn làm mất cân bằng giữa dung dịch đất và keo đất, do sự phân giải chất hữu cơ sinh ra nhiều axit vô cơ và hữu

cơ gây sự hoà tan CaCO3, do bón phân khoáng liên tục, do mưa axit

Dựa vào thành phần hoá học đất, trong nông nghiệp, người ta

có thể nhận biết và cải tạo đất chua và đất mặn

Các sinh vật khác nhau có nhu cầu về dinh dưỡng, độ pH và khả năng chịu đựng chất độc ở những mức độ khác nhau Lúa có độ

pH thích hợp là 6,2 ÷ 7,3, trong khi giá trị đó ở khoai lang là 5,0 ÷ 6,0; khoai tây là 4,8 ÷ 5,4 Độ pH của đất còn ảnh hưởng đến sự phân bố của sinh vật đất Tuỳ theo độ pH, có thể phân chia giun đất: nhóm sống tầng mặt, nhóm sống tầng sâu

Trong tự nhiên còn có một số đất đặc biệt, chứa một hàm lượng các chất độc đối với sinh vật như H2S, CH4 sinh ra trong môi

trường yếm khí nên thường không gặp hoặc rất hiếm gặp động vật

2.1.3 Các nhân tố vô sinh của môi trường nước

a Các nhân tố vật lí

* Tỉ trọng: Tỉ trọng của nước thay đổi theo nhiệt độ nên ở các vực nước luôn luôn xảy ra di chuyển theo phương thẳng đứng do sự sai khác tỉ trọng giữa tầng mặt và tầng sâu Mặc dù có mỡ trong các

mô cơ quan, nhưng các sinh vật thuỷ sinh có tỉ trọng hơi lớn hơn tỉ trọng của nước nên chúng phải phát triển các thích nghi hình thái

để khỏi bị chìm như phao ở tảo lớn và sứa, bóng hơi ở cá

* Áp suất: Áp suất của nước cũng biến đổi theo độ sâu, càng xuống sâu áp suất càng tăng Các sinh vật sống ở các đáy biển sâu phải có những thích nghi nhất định như hình dạng thân của chúng thường dẹt, ống tiêu hoá rất lớn

* Tỉ nhiệt: Các khu vực nước lớn như các hồ, đập nước, biển được coi là kho dự trữ để điều hoà nhiệt độ cho cả vùng

* Dòng chảy: Sự vận động của nước tạo thành dòng chảy Dòng chảy của nước tạo nên sự đồng đều cho các tính chất vật lí và hoá học của nước

Tốc độ dòng chảy ảnh hưởng đến sự phân bố các loài động vật, thực vật Loài cá có thân hình tròn phân bố ở những nơi nước chảy, trong khi những loài có hình dẹt phân bố ở nơi nước chảy mạnh và

cơ quan bám rất phát triển

b Các chất lơ lửng ở trong nước

Các chất lơ lửng trong nước là các hạt đất, mảnh vụn có nguồn gốc sinh vật, ảnh hưởng đến độ trong của nước Động vật sống ở nơi nước đục thường có cơ quan thị giác kém phát triển, trong khi

cơ quan xúc giác (râu) lại phát triển

c Các khí hoà tan trong nước

Các khí quan trọng nhất hoà tan trong nước là khí cacbonic

CO2 (cho thực vật) và khí ôxi O2 (cho động vật), tiếp đến là khí

H2S, CH4

Khí ôxi: O2 hoà tan trong nước tuỳ thuộc nhiệt độ, sự vận động của nước O2 trong nước hoà tan chiếm tỉ lệ thấp, ở trạng thái bão hoà hàm lượng O2 trong nước chỉ đạt tới 10 cm3/lít Vì vậy, hàm lượng khí O2 đã trở thành nhân tố sinh thái giới hạn trong môi trường nước

Tuỳ theo nhu cầu về O2 của các sinh vật, người ta có thể chia thành nhóm ưa hàm lượng O2 cao (trên 7 cm3/lít), nhóm ưa O2 vừa

(5 ÷ 7 cm3/lít) và nhóm ưa O2 thấp (3 ÷ 4 cm3/lít)

Khí CO 2: ngược lại với O2, CO2 hoà tan trong nước cao hơn nhiều so với không khí CO2 trong nước đóng vai trò quan trọng trong quang hợp thực vật xanh trong nước và tham gia gián tiếp vào việc tạo các vỏ bọc, xương mai của các động vật sống trong nước Trong nước biển, hàm lượng CO2 hoà tan là 40 ÷ 50 cm3/lít, nên nước biển được coi là kho chứa CO2 quan trọng của thiên nhiên

d Các muối hoà tan và độ pH trong nước

Tuỳ thuộc lượng muối hoà tan trong nước mà người ta chia ra thành: nước mặn; nước lợ; nước ngọt

Nước ngọt: thích hợp cho nhiều loại sinh vật Trong nước ngọt, ion Ca2+ và Mg2+ có vai trò quan trọng quy định nước cứng, mềm khác nhau Hàm lượng Ca2+ và Mg2+ ảnh hưởng lớn đến đời sống động vật thân mềm, giáp xác, cá Ca2+ cũng ảnh hưởng lớn đến đời sống thực vật Nếu hàm lượng Ca2+ cao trong nước, tảo Microspora khó phát triển

Nước phèn: chứa nhiều muối sulfate, nhiều các ion H+(>50ppm), Al3+, Fe2+ (>10ppm), SO2−

4 (>500ppm) Đây là những ion độc, rất ít loài sinh vật có thể sống trong môi trường nước này, ngoại trừ bàng, năng, đưng, cá sặc rằn, cá rô, cá lóc

Độ muối và pH nước ảnh hưởng đến hình thái, tập tính sinh

học và sự phân bố địa lí của sinh vật Các muối photphat và nitrat là

các muối dinh dưỡng, có vai trò quan trọng trong việc tổng hợp các protein của sinh vật

2.2 Các nhân tố hữu sinh

2.2.1 Khái quát về mối quan hệ giữa các sinh vật

Trong tự nhiên, không có sinh vật nào tồn tại độc lập, chúng đều bị tác động bởi môi trường sống, có ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp đến nhau

Các ảnh hưởng gián tiếp: gồm những ảnh hưởng thông qua các nhân tố sinh thái khác của môi trường

Các ảnh hưởng trực tiếp: là những ảnh hưởng giữa các sinh vật chủ yếu dưới dạng quan hệ về nơi ở và ổ sinh thái:

- Nơi ở: Là khoảng không gian mà cá thể hay quần thể, loài

chiếm cứ

- Ổ sinh thái: là một không gian sinh thái mà nơi đó các nhân

tố của môi trường quy định sự tồn tại và phát triển lâu dài của loài Các loài sẽ cạnh tranh khi có sự trùng lặp về ổ sinh thái Những loài gần nhau về nguồn gốc, khi sống trong một môi trường sống và cùng sử dụng một nguồn thức ăn, thì có xu hướng phân li ổ sinh thái để tránh cạnh tranh

Ví dụ, trên một cây to là nơi ở cho các loài chim, nhưng chúng sinh sống ở các vị trí khác nhau, mỗi loài kiếm nguồn thức ăn riêng cho mình do cấu tạo mỏ và phương thức khai thác nguồn thức ăn, tức là chúng hình thành các ổ sinh thái dinh dưỡng riêng để hạn chế

sự cạnh tranh (xem hình 2.3)

Nơi ở có thể chứa nhiều ổ sinh thái đặc trưng cho từng loài Nơi ở là nơi cư trú, còn ổ sinh thái biểu hiện cách sinh sống của loài đó

2.2.2 Các mối quan hệ cơ bản của sinh vật: Trong tự nhiên, mối quan hệ giữa các sinh vật rất phức tạp

* Các quan hệ hỗ trợ:

(1) Quan hệ cộng sinh: là quan hệ khi hai sinh vật khác loài cùng chung sống thì cả hai cùng có lợi, nhưng bắt buộc phải sống chung với nhau Ví dụ: quan hệ san hô và tảo vàng, vi khuẩn lam cộng sinh trong nốt sần của cây họ đậu hoặc quan hệ hải quỳ và cua

Hình 2.3 Sự phân chia nơi ở và ổ sinh thái

của các loài chim trên cây sồi

Sẻ ấp lò Chim gõ kiến Chim đớp ruồi

Sẻ đầu đỏ

(2) Quan hệ hợp sinh: mối quan hệ giữa hai loài khi sống chung hai bên đều có lợi, nhưng không nhất thiết phải sống cùng nhau Ví dụ: quan hệ sáo và trâu, nhạn bể và cò cùng làm tổ, chim

mỏ đỏ và linh dương

(3) Quan hệ hội sinh: là quan hệ giữa hai loài, trong đó loài sống hội sinh có lợi, loài kia dường như không bị ảnh hưởng Ví dụ: quan hệ hội sinh giữa phong lan bám trên thân cây gỗ, quan hệ giữa cá hề và hải quỳ, cá ép và cá mập, diệc trắng và gia súc

* Các quan hệ đối kháng:

(1) Quan hệ cạnh tranh giữa các sinh vật:

Quan hệ cạnh tranh xảy ra khi các loài có cùng chung nhau nguồn sống và nguồn sống không đáp ứng đủ nhu cầu, chúng cạnh tranh giành thức ăn, nơi ở, các cá thể đực tranh giành cá thể cái và các điều kiện sống khác, ví dụ cạnh tranh giữa lúa và cỏ dại, cá chuối và cá vược, các loài ngoại lai cạnh tranh với loài bản địa Trong mối quan hệ này các loài đều bị ảnh hưởng bất lợi, nhưng có một loài sẽ thắng thế, còn các loài khác bị hại, hoặc cả hai loài đều

bị hại Sự cạnh tranh có thể xảy ra cùng loài hoặc cạnh tranh giữa các loài

Cạnh tranh giữa các loài là mối quan hệ tương tác trong đó các loài ức chế lẫn nhau như sự phát triển ưu thế của loài này dẫn tới việc tăng trưởng chậm hơn của các loài khác Rất nhiều các nghiên cứu đã chỉ ra rằng cạnh tranh giữa các loài là nhân tố tác động chính hình thành nên loài ưu thế trong sự đa dạng của sinh giới ở các hệ sinh thái khác nhau (Harper, 1977; Tilman, 1982; Connell, 1983; Schoener, 1983; Aarssen and Epp, 1990; Goldberg and Barton, 1992; Casper and Jackson, 1997; Miller et al., 2005) Mối tương tác vật ăn thịt - con mồi cũng có tầm quan trọng tương

tự trong việc xác định sự phong phú và diễn thế của loài (Sih et al., 1986), cũng như tương tác giữa vật kí sinh - vật chủ (Hassell and Anderson, 1989; Hochberg et al., 1990; Dobson and Crawley, 1995; Mitchell and Powers, 2003) và mối quan hệ tương hỗ (Kawanabe et al., 1993; Richardson et al., 2000; Stachowicz, 2001)

Cạnh tranh cùng loài là sự cạnh tranh giữa các cá thể thuộc cùng một loài, thể hiện trong tập tính chiếm cứ lãnh thổ, tranh giành thức ăn và ăn thịt lẫn nhau Mật độ cá thể của quần thể càng lớn, sự cạnh tranh cùng loài càng diễn ra gay gắt

Sự cạnh tranh dẫn đến phân li ổ sinh thái, đóng góp vào sự tiến hóa chung của loài

(3) Quan hệ vật kí sinh – vật chủ: vật kí sinh trên cơ thể của vật chủ, sử dụng vật chủ là nơi ở và lấy chất dinh dưỡng của vật chủ để sống, loài kí sinh có lợi còn vật chủ bị hại Ví dụ: giun sán

kí sinh trong ruột, dây tơ hồng kí sinh trên cây xanh

Vật kí sinh và vật chủ đều đã có những thích nghi nhất định để cùng tồn tại Vật kí sinh có những thích nghi về hình dạng, kích thước thân, về màu sắc, cấu tạo của cơ quan bám, hệ tiêu hoá, hệ vận chuyển, sự sinh sản Vật chủ lại có những thích nghi ngược lại

để tự bảo vệ Ví dụ: Rận bám tốt, trâu da dày

(3) Quan hệ hãm sinh: một loài trong quá trình sinh sống đã gây ảnh hưởng cho loài khác Ví dụ: cây tỏi tiết ra chất gây cản trở

sự phát triển của các vi sinh vật xung quanh; tảo lam

Anabaena và Mycrocystis sản sinh ra các độc tố đối với tôm cá

(4) Quan hệ tương tác giữa vật ăn thịt - con mồi: thể hiện một loài ăn thịt loài kia, một bên có lợi còn bên kia bị hại Ví dụ: cáo đỏ

và chuột, hổ và sơn dương, sư tử và ngựa vằn, gấu và cá…

Quá trình săn mồi ăn thịt là quá trình diễn biến quần thể trên diện rộng, đã phát triển qua nhiều thời kì trong giới động vật đa bào Quá trình này có thể ảnh hưởng tới sự phân bố, sự đa dạng và

ưu thế của loài trong hệ sinh thái Ví dụ như sự phân bố của loài bướm bụi cỏ miền Tây được biết là chịu sự tác động bởi loài ong bắp cày kí sinh (Maron and Harrison, 1997; Hastings et al., 1998),

sự đa dạng phong phú của các đối thủ cạnh tranh khác nhau được quyết định bởi sự vắng hay có mặt của động vật ăn thịt (Paine, 1966), hoặc kẻ thù tự nhiên (như rất nhiều loài kí sinh trùng) có thể quyết định sự phát sinh của một số tương tác sinh thái (Hassell,

1978, 2000)

Động vật ăn thịt và con mồi đều có những tiến hóa để thích nghi cùng tồn tại như tốc độ, ngụy trang, khướu giác, thị giác, thính giác, tiết ra các chất độc hoặc khả năng miễn dịch với chất độc, phát triển các cơ quan bắt mồi, thay đổi tập tính sinh sống, sinh lý Mối quan hệ tương tác giữa vật ăn thịt - con mồi vốn có xu hướng luôn biến động và thể hiện hành vi dao động Ban đầu, khi

số lượng động vật ăn thịt ít, thì kích thước quần thể con mồi có thể tăng Khi kích thước quần thể con mồi tăng, quần thể vật ăn thịt cũng tăng dần theo, rồi có tác động bất lợi trở lại với quần thể con mồi dẫn tới sự suy giảm số lượng con mồi Đến lúc nào đó, khi số lượng con mồi trở nên khan hiếm thì kích thước quần thể vật ăn thịt giảm theo và vòng tuần hoàn lại tiếp diễn như ban đầu, nghĩa là số lượng cá thể của cả hai quần thể này dao động gần như đồng bộ với nhau

Hình 2.4 Vật ăn thịt và con mồi Ảnh: baodatviet.vn

Trong các quan hệ trên 2 loại quan hệ giữ vai trò quan trọng trong việc duy trì cân bằng sinh thái tự nhiên là quan hệ vật ăn thịt - con mồi và quan hệ vật kí sinh - vật chủ Quan hệ vật ăn thịt - con

mồi giúp cho quần thể con mồi duy trì tính chống chịu cao với thiên nhiên, không phát triển bùng nổ về số lượng cá thể Quan hệ

kí sinh giúp cho việc diệt trừ sâu bệnh và các loài có hại đối với con người giữ cho số lượng sâu bệnh nằm trong giới hạn nhất định

- Mặt gây hại: động vật phá hoại thảm thực vật thông qua việc

ăn thực vật và sự dẫm đạp trong quá trình sinh sống và tìm bắt mồi, một số loài động vật gây hại cho mùa màng như chuột, sâu bệnh Trong quá trình hình thành loài, động vật và thực vật đều có những thích nghi để tồn tại, đó là các thích nghi về hình thái cấu tạo, tập tính sinh hoạt, chức năng sinh lí Đáng lưu ý giữa động vật

và thực vật còn có mối quan hệ đặc biệt là sự cộng sinh

IV ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN MÔI TRƯỜNG LÊN SINH VẬT VÀ SỰ THÍCH NGHI CỦA SINH VẬT

1 Định luật tối thiểu của Liebig

Để tồn tại và phát triển trong các điều kiện cụ thể, sinh vật đòi hỏi phải có những chất và quá trình trao đổi chất cần thiết cho sự

tăng trưởng và sinh sản Các nhân tố sinh thái tác động đồng thời

và phối hợp lên hoạt động sống của sinh vật Nhu cầu về các chất

sẽ thay đổi tuỳ theo loài

Năm 1840, Justus Liebig, nhà hoá học người Đức đã thực hiện một số thí nghiệm bước đầu về ảnh hưởng của các nhân tố khác nhau lên sinh trưởng của cây trồng Ông đã phát hiện rằng, trong điều kiện môi trường khi được đảm bảo đủ tất cả các nhân tố, nhưng nếu chỉ thiếu một nhân tố mà nhân tố đó đảm bảo cho sự tăng trưởng cuối cùng của sinh vật thì chỉ với một số lượng tối thiểu nhất cũng hạn chế sự phát triển của sinh vật Ông phát hiện ra rằng sự thiếu hụt photpho thường là nhân tố kìm hãm sự sinh trưởng Hoặc khi nghiên cứu trên cây hòa thảo, ông thấy rằng năng suất hạt của các cây này thường không bị giới hạn bới các chất dinh dưỡng như CO2 và nước (là những nhân tố mà cây có nhu cầu sử dụng lớn) mà nó lại bị giới hạn bởi chất có nhu cầu sử dụng với hàm lượng nhỏ như nguyên tố Boron (B) chẳng hạn

a Định luật: Chất có hàm lượng tối thiểu điều khiển năng suất, xác định sản lượng và tính ổn định của mùa màng theo thời gian

Để ứng dụng định luật trong thực tiễn, cần 2 nguyên tắc hỗ trợ:

- Nguyên tắc hạn chế: Định luật chỉ đúng khi ứng dụng trong các điều kiện của trạng thái tĩnh, nghĩa là khi dòng năng lượng và vật chất đi vào cân bằng với dòng đi ra

- Nguyên tắc tác động tương hỗ của các yếu tố Sinh vật có thể thay một phần yếu tố tối thiểu bằng yếu tố khác có tính chất tương đương

b Ứng dụng của định luật Liebig

Định luật Liebig có ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu sinh thái và phát triển nông nghiệp

Áp dụng cho các nguyên tố hoá học cần thiết cho sự sinh sản

và phát triển của sinh vật, điều này có ý nghĩa quan trọng trong sinh thái cá thể

Áp dụng cho các nhân tố khác Ví dụ: dưới tán rừng che kín, trong điều kiện rất thuận lợi cho sự phát triển của thực vật thân cỏ, song cỏ không mọc được chỉ vì không đủ ánh sáng Ở đây, ánh sáng là nhân tố giới hạn

c Ý nghĩa của định luật: Việc phát hiện các nhân tố giới hạn

và khắc phục sự tác động giới hạn của chúng, hay nói cách khác là tối ưu hoá môi trường cho sinh vật sinh trưởng và phát triển là mục tiêu thực tiễn vô cùng quan trọng trong việc tăng năng suất cây trồng và sử dụng hợp lí tài nguyên thiên nhiên

2 Quy luật chống chịu của Shelford (Quy luật giới hạn sinh thái)

Sự có mặt và phồn vinh của sinh vật ở nơi nào đó phụ thuộc vào các điều kiện tác động tổng hợp Sự suy đồi hay tiêu vong của sinh vật được xác định bởi sự thiếu hụt (cả về chất lượng lẫn số lượng) hoặc ngược lại, quá dư thừa nhân tố nào đó Mức độ thiếu hay thừa có thể rất gần với giới hạn chống chịu của cơ thể

a Giới hạn sinh thái: là khoảng giá trị xác định của một nhân

tố sinh thái mà trong khoảng đó sinh vật có thể tồn tại và phát triển

ổn định theo thời gian Nếu nằm ngoài giới hạn sinh thái, sinh vật không thể tồn tại được

Năm 1913, Shelford khi nghiên cứu định luật tối thiểu của Liebig đã thấy rằng yếu tố giới hạn không chỉ là sự thiếu thốn mà

cả sự dư thừa các yếu tố Các sinh vật bị giới hạn khi thiếu yếu tố

nào đó tạo ra tối thiểu sinh thái, còn dư thừa lại tạo ra tối đa sinh

thái Khoảng giữa tối thiểu và tối đa sinh thái là giới hạn chống

chịu Như vậy theo Shelford, mỗi cá thể, mỗi quần thể… có một giới hạn đặc trưng đối với mỗi nhân tố sinh thái nhất định mà sinh vật chỉ có thể tồn tại được trong khoảng giá trị xác định đó (miền giới hạn sinh thái) Đa số các sinh vật có giới hạn chịu đựng với nhiệt độ trong khoảng 0 ÷ 500C (Hình 2.5) Ví dụ: cá rô phi chỉ sống được trong khoảng nhiệt độ 5,6 ÷ 420C; cá chép chỉ sống ở nước có miền giới hạn nhiệt độ từ 2,0 ÷ 400C nhưng chỉ đẻ trứng khi nhiệt độ của nước không dưới 150C hay loài ruồi quả (Ceratitis

capetata) ở Địa Trung Hải chỉ phát triển được ở nơi có nhiệt độ trung bình ngày đêm cao hơn 13,50C; cũng có loài có giới hạn chịu

nhiệt rất hẹp như loài cá Trematomus bernaechii sống ở vùng lạnh

chỉ chịu được khoảng nhiệt độ từ - 20C ÷ 40C hay loài cá Salmo chỉ

sống được trong nước có nhiệt độ từ 18 ÷ 200C Vượt quá miền giới hạn này (thiếu hay thừa) sinh vật sẽ chết Ví dụ: tưới quá nhiều làm đất bão hoà nước, thiếu ôxi, rễ bị ngạt, cây chết Nói cách khác thì không có yếu tố độc hại mà chỉ có liều gây độc Sự phồn thịnh của

hệ sinh thái phụ thuộc vào đặc điểm của tổ sinh thái

Quy luật này cũng phù hợp với tất cả các nhân tố sinh thái khác Đối với đa số các loài thuỷ sinh, độ pH thích hợp là từ 6,5 ÷ 8,5 Nhân tố sinh thái giới hạn là nhân tố tác động đến sinh vật đi

từ điểm cực tiểu qua điểm cực thuận và đến điểm cực đại Cường

độ của một nhân tố sinh thái mà ở đó cơ thể chịu đựng được gọi là

"Biên độ sinh thái" hay “giới hạn sinh thái” hay “khoảng chống chịu” hay “trị số sinh thái”của sinh vật đó Cường độ của một yếu

tố sinh thái ở mức có lợi nhất cho cơ thể sinh vật hoạt động gọi là điểm cực thuận Ví dụ: loài bọ ăn gỗ có giới hạn nhiệt độ từ - 150C

÷ 500C nhưng khoảng nhiệt độ cực thuận để chúng sinh trưởng và

Vùng cực thuận (sinh sản)

Vùng chống chịu

Min Max Min Max

Sinh trưởng & phát triển

Hình 2.5 So sánh đường cong chống chịu tương đối của sinh vật hẹp

nhiệt (loài 1 và 3) và sinh vật rộng nhiệt (loài 2)

phát triển chỉ từ 150C ÷ 400C; chuột nhắt trắng (Mus musculus) tồn

tại được trong khoảng nhiệt độ 00C ÷ 500C, sinh sản mạnh ở nhiệt

độ 180C nhưng giảm và ngừng hẳn ở 300C Đối với thực vật bậc cao, giới hạn nhiệt độ từ 00C ÷ 500C nhưng khoảng nhiệt độ cực thuận cho quá trình quang hợp thì chỉ từ 200C ÷ 300C Cây ngừng quang hợp và hô hấp ở nhiệt độ thấp hơn 00C hoặc cao hơn 400C Những loài khác nhau có giới hạn sinh thái và điểm cực thuận khác nhau Ví dụ: hầu hết thực vật bậc cao chỉ có thể tồn tại ở giới hạn nhiệt độ hẹp, các hoạt động sinh lí của thực vật bậc cao ít xảy

ra ở nhiệt độ dưới 00C vì dịch tế bào đóng băng ở 00C và protein trong tế bào bị phân huỷ ở nhiệt độ trên 500C Thực vật vùng ôn đới chịu được nhiệt độ thấp nhưng có thể bị tổn thương ở nhiệt độ cao hơn 300C Trong khi đó, thực vật vùng nhiệt đới có khả năng chịu được nhiệt độ cao nhưng bị tổn thương ở nhiệt độ xấp xỉ 00C Trong trường hợp đặc biệt, một số thực vật bậc thấp có giới hạn nhiệt rộng (dưới 00C và trên 500C) Nhiều loài vi khuẩn và tảo có thể sống được trong nước đóng băng ở nhiệt độ dưới 00C hoặc trong nước nóng tới 900C Một số loài xương rồng ở sa mạc có thể chịu được nhiệt độ khoảng 560C Đối với động vật, khi nhiệt độ môi trường tăng đến 40 ÷ 450C sẽ làm tăng các quá trình trao đổi chất ở động vật máu lạnh nhưng lại kìm hãm sự di động, con vật rơi vào tình trạng đờ đẫn vì quá nóng

Quy luật nói đến nhân tố sinh thái tác động lên sinh vật có giới hạn gọi là quy luật giới hạn sinh thái hay còn gọi là Quy luật Chống chịu của Shelford

b Quy luật: Tất cả các sinh vật đều chịu sự tác động của các nhân tố sinh thái trong một giới hạn nhất định Tuỳ thuộc vào từng nhân tố sinh thái và khả năng chịu đựng của từng loài sinh vật mà người ta có các sự phân loại khác nhau

Tuy nhiên, trên thực tế, tác động của các nhân tố sinh thái còn tuân theo các quy luật sau:

- Các sinh vật có thể có biên độ chống chịu rộng đối với nhân

tố này và hẹp đối với nhân tố khác

- Sinh vật có biên độ chống chịu rộng đối với tất cả các nhân tố thường phân bố rộng Sinh vật có biên độ chống chịu hẹp thường khó sinh trưởng và phát triển, thích nghi kém, cho nên phân bố hẹp

- Nếu theo một yếu tố sinh thái mà các điều kiện không là tối

ưu cho loài thì có thể thu hẹp biên độ chống chịu đối với các nhân

tố sinh thái khác

- Trong tự nhiên thường có trường hợp các nhân tố vật lí tối

ưu đối với sinh vật nhưng không phù hợp với điều kiện trong phòng thí nghiệm

- Thời kì sinh sản thường là thời kì hiểm nghèo đối với sinh vật Trong thời kì này, nhiều nhân tố môi trường bình thường trở thành nhân tố giới hạn đối với sinh vật

Trong sinh thái học, để biểu hiện mức độ tương đối của tính chịu đựng, một số các thuật ngữ thường được sử dụng như: hẹp nhiệt, rộng nhiệt, hẹp ẩm, rộng ẩm, hẹp mặn, rộng mặn

Sinh vật hẹp sinh thái: gồm một số loại sinh vật đòi hỏi một điều kiện sinh thái khắt khe đối với hoạt động sống và điều kiện này nằm trong giới hạn hẹp

Sinh vật rộng sinh thái: những loài sinh vật thích ứng được với biên độ sinh thái rộng hơn

Trị sinh thái: của một sinh vật là khả năng thích ứng của sinh vật đó đối với các điều kiện môi trường khác nhau Mỗi một loài sinh vật có một trị sinh thái riêng Đặc thù của trị sinh thái của sinh vật thường thay đổi khi chuyển giai đoạn phát triển Các sinh vật còn non đòi hỏi điều kiện môi trường nhiều hơn, khắt khe hơn so với cơ thể đã trưởng thành

c Ý nghĩa của quy luật: Quy luật giới hạn được tính đến trong các giải pháp bảo vệ môi trường khỏi sự nhiễm bẩn vượt quá tiêu chuẩn về các chất độc hại trong không khí và nước, đây là những yếu tố có thể đe doạ nghiêm trọng tới sức khoẻ con người

Dựa vào quy luật giới hạn sinh thái, con người đã biết sử dụng các loài sinh vật để làm chỉ thị giúp xác định và đánh giá nhanh các