Đề cương bài giảng sinh thái học môi trường

PHẦN I: SINH HỌC ĐẠI CƢƠNG CHƢƠNG I: CƠ SỞ HÓA HỌC CỦA SỰ SỐNG 1.1 Các nguyên tố cấu tạo nên thể sống Trong số 92 nguyên tố hoá học có thiên nhiên, có khoảng 25 nguyên tố (O,C, H, N, Ca, P, K, S, Cl, Na, Mg, Fe…) cấu thành nên thể sống Như vậy, cấp độ nguyên tử, giới vô giới hữu thống Nguyên tố đa lượng nguyên tố mà lượng chứa khối lượng chất sống thể lớn (hay 0,01%) Các nguyên tố mà lượng chứa ìt gọi nguyên tố vi lượng Ví dụ: Các nguyên tố đa lượng: C, H, O, N, P, K, S, Ca, Na… Các nguyên tố vi lượng: Mn, Zn, Cu, Mo… Bảng Các nguyên tố chủ yếu tế bào thể ngƣời Kí hiệu Nguyên tố Phần trăm khối lượng O Ôxi 65,0 C Cacbon 18,5 H Hiđrô 9,5 N Nitơ 3,3 Ca Canxi 1,5 P Phôtpho 1,0 K Kali 0,4 S Lưu huỳnh 0,3 Na Natri 0,2 Cl Clo 0,2 Mg Magiê 0,1 Cacbon nguyên tố hoá học đặc biệt quan trọng cấu trúc nên đại phân tử Lớp vỏ êlectron vòng cacbon có êlectron nên nguyên tử cacbon lúc có liên kết cộng hoá trị với nguyên tố khác, nhờ tạo số lượng lớn khung cacbon phân tử đại phân tử hữu khác Các nguyên tố C, H, O, N nguyên tố chủ yếu hợp chất hữu xây dựng nên cấu trúc tế bào Trong chất nguyên sinh nguyên tố hoá học tồn dạng anion () cation () có thành phần chất hữu (như Mg chất diệp lục…) Nhiều nguyên tố vi lượng (Mn, Cu, Zn, Mo…) thành phần cấu trúc bắt buộc hàng trăm hệ enzim xúc tác phản ứng sinh hoá tế bào Cơ thể cần lượng nhỏ iôt thiếu iôt bị bệnh bướu cổ 1.2 Nƣớc thể sống + Cấu trúc đặc tính hoá – lí nƣớc Phân tử nước cấu tạo từ nguyên tử ôxi kết hợp với hai nguyên tử hiđrô liên kết cộng hoá trị Do đôi êlectron mối liên kết bị kéo lệch phía ôxi nên phân tử nước có hai đầu tìch điện trái dấu (phân cực) Quan sát cấu trúc hoá học nước ta thấy hai nguyên tử hiđrô liên kết với nguyên tử ôxi tạo phân tử nước có tính phân cực mang điện tìch dương khu vực gần nguyên tử hiđrô mang điện tích âm khu vực gần với nguyên tử ôxi Sự hấp dẫn tĩnh điện phân tử nước tạo nên mối liên kết yếu (liên kết hiđrô) tạo mạng lưới nước + Vai trò nƣớc thể sống Trong tế bào, nước phân bố chủ yếu chất nguyên sinh Nước dung môi phổ biến nhất, môi trường khuếch tán môi trường phản ứng chủ yếu thành phần hoá học tế bào Nước nguyên liệu cho phản ứng sinh hoá tế bào Do có khả dẫn nhiệt, toả nhiệt bốc cao nên nước đóng vai trò quan trọng trính trao đổi nhiệt, đảm bảo cân ổn định nhiệt độ tế bào nói riêng thể nói chung Nước liên kết có tác dụng bảo vệ cấu trúc tế bào Nước thành phần chủ yếu tế bào thể sống Do phân tử nước có tính phân cực nên nước có đặc tính hoá – lì đặc biệt làm cho có vai trò quan trọng sống (dung môi hoà tan chất, môi trường khuếch tán phản ứng, điều hoà nhiệt…) 1.3 Thành phần hữu thể sống 1.3.1 Protein + Acid amin - đơn vị cấu trúc protein Thành phần cấu tạo nên protein acid amin Acid amin hợp chất hữu chứa nhóm bản: amin (NH2) cacboxyl (COOH) với công thức cấu tạo tổng quát là: Các Aa phân biệt gốc R Trong protein có 20 loại acid amin khác + Cấu tạo protein Cấu tạo protein bậc I Từ acid amin, nhờ liên kết peptid nối chúng lại với tạo nên chuỗi polypeptid: Chuỗi polypeptid sở cấu trúc bậc I protein Tuy nhiên, chuỗi polypeptid protein bậc I Nhiều chuỗi polypeptid tồn dạng tự tế bào mà không tạo nên phân tử protein Những chuỗi polypeptid có trật tự acid amin xác định thí hính thành phân tử protein Người ta xem cấu tạo bậc I protein trật tự acid amin có chuỗi polypeptid Thứ tự acid amin chuỗi có vai trò quan trọng ví sở cho việc hính thành cấu trúc không gian protein từ qui định đặc tình protein Phân tử protein bậc I chưa có hoạt tình sinh học ví chưa hính thành nên trung tâm hoạt động Phân tử protein cấu trúc bậc I mang tình đặc thù thành phần acid amin, trật tự acid amin chuỗi Trong tế bào protein thường tồn bậc cấu trúc không gian Sau chuỗi polypeptid - protein bậc I tổng hợp ribosome, rời khỏi ribosome hính thành cấu trúc không gian (bậc II, III, IV) di chuyển đến nơi sử dụng thực chức Cấu tạo protein bậc II Từ cấu trúc mạch thẳng protein (cấu trúc bậc I), hính thành liên kết nội phân tử, liên kết hyđro làm cho chuỗi mạch thẳng cuộn xoắn lại tạo nên cấu trúc bậc II protein Cấu trúc bậc II protein kiểu cấu trúc không gian ba chiều Sở dĩ chuỗi polypeptid cuộn xoắn lại liên kết chuỗi polypeptid thí liên kết peptid (C - N) liên kết bền vững, liên kết xung quanh (Ca - C) (Ca - N) liên kết yếu quay quanh trục liên kết peptid: Liên kết 1: liên kết peptid liên kết bền vững Liên kết 2: liên kết Ca - C liên kết yếu Liên kết 3: liên kết Ca - N liên kết yếu Do liên kết (Ca - C) (Ca - N) quay quanh liên kết peptid (C - N) nên chuỗi polypeptid cuộn xoắn lại tạo cấu trúc bậc II protein Có nhiều kiểu cấu trúc protein bậc II khác nhau, phổ biến xoắn α, gấp nếp β, xoắn colagen * Xoắn a Trong kiểu xoắn này, chuỗi polypeptid xoắn lại theo kiểu xoắn ốc Mỗi vòng xoắn có 3,6Aa, khoảng cách Aa 1,5 Ao Vậy chiều dài vòng xoắn 5,4 Ao Các Aa liên kết với liên kết hyđro để tạo xoắn Cấu trúc protein bậc II dạng xoắn lò xo nhiều liên kết hyđro tạo nên, lượng liên kết nhỏ nên xoắn a kéo dài hay co ngắn lại lò xo Tình chất cho phép giải thìch khả đàn hồi cao protein hính sợi dạng lò xo Cấu trúc xoắn α Cấu trúc bậc II dạng xoắn a sở hính thành cấu trúc protein hính cầu hay hính sợi xoắn * Gấp nếp b Từ đến nhiều chuỗi polypeptid hính thành cấu trúc bậc II theo dạng gấp nếp b Trước hết, chuỗi tự gấp nếp theo dạng cấu trúc lượn sóng nhờ linh động liên kết (Ca - C) (Ca - N) chuỗi polypeptid Sau đó, chuỗi gần hính thành liên kết hydro: nhóm CO chuỗi liên kết với nhón NH chuỗi tạo nên thể thống Cấu trúc gấp nếp β Cấu trúc protein theo dạng gấp nếp b cho phép phân tử gấp lại vị trì chuỗi, kéo căng dễ dàng bị đứt protein bậc II theo dạng gấp nếp β sở tạo nên phân tử protein dạng sợi fibrion * Xoắn colagen Cấu trúc bậc II theo dạng xoắn colagen có loại protein colagen Đây dạng xoắn a đặc biệt Từ chuỗi polypeptid dạng xoắn a, chúng lại xoắn vào với tạo nên sợi siêu xoắn - xoắn cấp Cấu trúc bậc II protein chuyển giao cấu trúc mạch thẳng (bậc I) sang cấu trúc không gian Protein dạng cấu trúc bậc II chưa hính thành tâm hoạt động nên chưa có hoạt tình sinh học Bởi vậy, protein chức (protein enzyme, protein vận chuyển ) không tồn dạng bậc II Chỉ có số protein cấu trúc tồn cấu trúc bậc II protein vắt qua màng, protein sợi Cấu tạo protein bậc III Từ cấu trúc bậc II, nhờ loại liên kết khác liên kết disunfit, liên kết ion, liên kết kỵ nước nối Aa vị trì khác lại với làm cho phân tử protein cuộn xoắn lại chặt hơn, chuyển từ cấu trúc dạng sợi sang cấu trúc dạng khối (cầu, bầu dục ) Cấu trúc bậc III protein tạo phụ thuộc có mặt gốc R không liên quan đến liên kết hydro cấu trúc bậc II Mức độ cuộn xoắn, mức độ cấu trúc bậc III phân tử protein phụ thuộc có mặt vị trì Aa có khả tạo nên loại liên kết ion, disunfit, kỵ nước Bởi vậy, thành phần Aa khác tạo nên cấu trúc bậc III không giống Ở cấu trúc bậc III, phân tử protein đă hính thành trung tâm hoạt động có điều kiện để tập hợp Aa thìch hợp lại gần để tạo tâm hoạt động Đã có tâm hoạt động nên protein bậc III có hoạt tình sinh học tham gia thực chức sinh học chúng chức xúc tác (enzyme), chức điều tiết (nguyên sinh chất), chức vận chuyển Cấu trúc không gian prôtêin Cấu tạo protein bậc IV Ở số phân tử protein có cấu trúc phức tạp Trong phân tử này, có số phân tử protein bậc III có chức liên kết lại với nhờ liên kết hấp dẫn để tạo nên phân tử protein lớn hơn, phức tạp - protein bậc IV Vì dụ phân tử hemoglobin (Hb) gồm phân tử protein bậc III kết hợp lại: tiểu β tiểu α Mỗi tiểu thể phân tử protein bậc III Hai phân tử dạng α dạng β có cấu trúc khác làm cho chúng ăn khớp vào nhờ lực hút tĩnh điện Giữa tiểu thể không hính thành liên kết cộng hoá trị nên chúng dễ tách rời thành protein độc lập cấu trúc bậc III + Tính chất protein * Tính chất lưỡng tính Do thành phần protein phân tử acid amin, mà acid amin chất lưỡng tình nên protein phân tử lưỡng tình Ngoài ra, thành phần Aa protein có nhóm: - Các Aa acid: cấu tạo có nhóm COOH, nhóm dùng để tạo liên kết peptid nhóm hính thành ion COO- - Các Aa kiềm: cấu trúc có nhóm NH2, nhóm tạo liên kết peptid nhóm hình thành NH3+ Như vậy, phân tử protein vừa có khả phân ly acid tạo COO- vừa có khả phân ly chất kiềm tạo NH3+ nên mang tình lưỡng tình Sự phân ly protein phụ thuộc pH môi trường Nếu protein tìch điện thí phân tử nước liên kết chung quanh phân tử, liên kết ion tạo nên lớp màng bao bọc bảo vệ cho protein Ở điểm đẳng điện, protein trung hoà điện nên màng nước bao bọc, phân tử bị kết vón vào gây tượng kết tủa * Kết tủa biến tính Khi dung dịch protein có pH điểm đẳng điện, lớp màng nước không tạo thành làm cho phân tử protein không tìch điện kết vón lại với Hoặc tác nhân làm màng nước nhiệt độ cao, acid đặc phân tử protein không bảo vệ màng nước bị kết vón lại - chình kết tủa protein Có nhiều tác nhân gây nên tượng kết tủa phân tử protein pH, muối vô cơ, acid hữu cơ, acid vô cơ, nhiệt độ Sự kết tủa thuận nghịch, không thuận nghịch Sự kết tủa thuận nghịch kết tủa mà không tác nhân gây kết tủa thí protein lại trở lại trạng thái hoà tan bính thường Kết tủa không thuận nghịch dạng kết tủa mà không tác nhân gây kết tủa, phân tử protein không hoà tan trở lại Vì dụ protein kết tủa muối (NH4)2SO4 không tác nhân muối thí protein trở lại trạng thái hoà tan Còn kết tủa nhiệt độ cao thí dù có làm nguội dung dịch protein trở lại, protein không hoà tan Khi phân tử protein bị kết tủa, cấu trúc không gian phân tử bị thay đổi liên kết hyđro, liên kết ion, liên kết kỵ nước bị ảnh hưởng Mạch polypeptid bị tháo gỡ để hính thành vùng cuộn thưa ngẫu nhiên Cấu trúc không gian bị phá vỡ, tâm hoạt động bị biến dạng không hoạt động bính thường hay khả hoạt động Kết tình chất protein bị biến đổi - biến tình protein Sự biến tình có khả thuận nghịch bất thuận nghịch liên quan đến kết tủa thuận nghịch bất thuận nghịch Các phân tử enzyme biến tình không khả xúc tác Các protein chức không hoạt tình để thực chức + Vai trò protein Protein chất hữu có vai trò đặc biệt thể sống Protein gắn liền với sống, tồn tồn sống Có thể tóm tắt chức chủ yếu protein sau: - Protein thành phần chủ yếu cấu tạo nên tế bào, đặc biệt cấu trúc nên màng tế bào - Protein - enzyme chất xúc tác sinh học, xúc tác phản ứng hoá sinh xảy tế bào nên có vai trò định trính trao đổi chất-năng lượng thể - Protein nguyên sinh chất có vai trò điều tiết hoạt động sống xảy thể Nó định tình chất nguyên sinh chất - Nhiều loại protein có chức vận chuyển hemoglobin vận chuyển O2 máu, chất làm nhiệm vụ vận chuyển qua màng - Protein có vai trò vận động - Nhiều loại protein loại kháng thể tạo thể đề kháng lại kháng nguyên gây bệnh giúp cho thể miễn dịch với bệnh tật - Một số protein hoocmon insulin có vai trò quan trọng điều tiết hoạt động sinh lý thể (như insulin điều chỉnh lượng glucose máu ổn định 1%) Ngoài ra, tùy thể mà protein số vai trò đặc trưng khác 1.3.2.Các hydratcacbon + Cấu trúc đƣờng đơn Từ polyalcol có từ 3C đến 7C bị khử hyđro tạo phân tử đường đơn tương ứng Tuỳ theo vị trì khử H2 tạo dạng đường: - Nếu khử H2 C1 cho đường dạng aldose - Nếu khử H2 C2 cho đường dạng catose Trong nguyên tử đường đơn có chứa nguyên tử C bất đối nên có dạng đồng phân lập thể Số lượng đồng phân lập thể tình công thức A = 2n Trong đó: A số đồng phân, n số lượng nguyên tử C bất đối có phân tử Người ta qui định lấy vị trì nhóm OH nguyên tử C bất đối xa nhóm định chức để phân thành nhóm đồng phân: - Nếu C bất đối nhóm OH quay phìa phải thí phân tử thuộc đồng phân D - Nếu C bất đối nhóm OH quay phìa trái thí phân tử thuộc đồng phân L Đa số phân tử đường có 5C trở lên dung dịch có cấu trúc dạng vòng Có loại vòng: vòng cạnh vòng cạnh Khi hính thành cấu trúc dạng vòng làm xuất thêm nguyên tử C bất đối xuất dạng đồng phân Nhóm OH tạo gọi nhóm OH - glucozid Nếu nhóm OH - glucozid quay lên thí có dạng đồng phân b, nhóm OH - glucozid quay xuống thí tạo dạng đồng phân a Trong tế bào có nhiều loại monosaccharide khác nhau, có số loại phổ biến: - Triose: aldehyl - glyceric, dioxiaceton - Tetraose: erytrose - Pentose: ribose, ribulose, xilulose - Cetose: cedoheptulose + Cấu trúc đƣờng đôi Disaccharide đường đôi đơn vị monosaccharide liên kết với tạo thành Liên kết monosaccharide liên kết glucozid Có nhiều loại disaccharide tồn tế bào Trong đó, phổ biến maltose, saccharose, lactore - Maltose loại đường đôi phân tử a.D.glucose liên kết với liên kết (1 - 4) glucozid Maltose thành phần trung gian cấu trúc nên tinh bột sản phẩm phân huỷ tinh bột hay glycogen không hoàn toàn - Saccharose loại đường đôi phân tử a.D.glucose ngưng tụ với phân tử b.D.fructose tạo nên Hai monosaccharide liên kết với liên kết (1a - 2b) glucozid tạo nên: Saccharose đường đơn phổ biến thực vật, có nhiều mô dự trữ nhiều nhóm mìa, củ cải đường - Lactose loại đường đôi phân tử b.D.galactose ngưng tụ với phân tử a.D.glucose tạo nên Liên kết monosaccharide liên kết (1- 4) glucozid: + Cấu trúc đƣờng đa (polysaccharide) Polysaccharide gluxit phức với phân tử lớn gồm nhiều đơn vị monosaccharide liên kết với tạo nên Polysaccharide vị monosaccharide hay disaccharide, không tan nước mà tạo dung dịch keo Đây nhóm chất hữu phổ biến có khối lượng lớn trái đất Polysaccharid đa dạng chủng loại Trong thể sinh vật có nhiều loại polysaccharide khác nhau, phổ biến tinh bột, glycogen, cellulose Tinh bột Tinh bột chất dự trữ phổ biến thực vật Có nhiều mô dự trữ hạt, củ Tinh bột đơn chất mà hỗn hợp chuỗi thẳng phân tử amylose chuỗi phân nhánh amilopectin Tỷ lệ nhóm chất tinh bột định tình chất lý - hoá chúng, định chất lượng chúng (độ dẻo, độ nở ) * Amylose: Amylose polysaccharide tạo nên từ phân tử α.D.glucose Các α.D.glucose liên kết với liên kết (1α - 4) glucozid tạo nên chuỗi polysaccharide Mỗi liên kết glucozit tạo loại phân tử H2O Do có loại liên kết (1α - 4) glucozid cấu tạo nên amylose nên phân tử amylose có cấu trúc mạch thẳng Amylose tạo từ 5000 - 1000 phân tử α.D.glucose (có khoảng 250 - 300 phân tử) Chuỗi phân tử glucose xoắn lại với theo hính xoắn lò xo Sự hính thành dạng xoắn hính thành liên kết hyđro glucose tạo Mỗi vòng xoắn có đơn vị glucose trí liên kết hyđro với vòng xoắn kề bên Khoảng không gian xoắn có kìch thước phù hợp cho số phân tử khác liên kết vào, dụ iod Khi phân tử iod liên kết vào vòng xoắn làm cho phân tử glucose thay đổi vị trì chút ìt tạo nên phức màu xanh đặc trưng Dạng xoắn amylose tạo thành dung dịch nhiệt độ thường Khi nhiệt độ cao chuỗi xoắn bị duỗi thẳng khả liên kết với phân tử khác * Amylopectin: Amylopectin có cấu tạo phức tạp Tham gia cấu tạo amylopectin có khoảng 500.000 đến triệu phân tử α.D.glucose liên kết với Trong amylopectin có loại liên kết: - Liên kết (1α - 4) glucozid tạo mạch thẳng - Liên kết (1α - 6) glucozid tạo mạch nhánh 10 Bài giảng môn sinh thái học môi trƣờng Để đảm bảo tình trung hòa điện tích dung dịch đất, anion linh hoạt SO42- NO3- dễ hòa tan đất phải kèm với số đương lượng cation Trong vùng đất đá vôi, trẻ chưa bị phong hóa, cation Ca2+ Mg2+ đóng vai trò quan trọng khả trung hòa axit đất Hơn nữa, cation Al3+ H+ hòa tan với anion hoạt động từ đất nghèo bazo vào nước mặt gây axit hóa nguồn nước nhiễm độc hệ thủy sinh vật  Hệ thống đệm đất Đất thường có tình đệm tốt so với không khì nước Do đất có khả chống lại thay đổi pH đặc biệt bị axit Những hệ thống đệm khác biểu thị loạt giá trị pH đất Ví dụ muối cacbonat chất đệm cho đất pH lớn đến 6,2; silicate lại điều kiện pH 6,2- 5, Al pH 5-3, mùn humic pH từ 5-3 Nếu đất có số lượng chất đệm cacbonat cation Ca2+ Mg2+ điều kiện trung tính pH = 6-8 thí đất dễ bị axit hóa Vai trò đệm Al3+ quan trọng, đặc biệt đất có pH < Al3+ góp phần vào độ chua đất thông qua ion hóa thủy phân tạo thành AlOH2+ với ion H+ Tuy nhiên AlOH2+ bị thủy phân thành Al(OH)2+ sản phẩm không hòa tan đất axit góp phần nhiều đến tăng độ chua đất  Sự hóa chua đất Dưới tác dụng tượng rửa trôi với yếu tố thiên nhiên nhân tạo khiến cho đất ngày bị vôi, bazo hóa chua Sự hóa chua đất trình xảy tự nhiên Độ axit đất có ý nghĩa lớn nhiều trính đất, đặc biệt sinh trưởng, phát triển trồng Nguyên nhân làm axit hóa đất là: - Cây hút thức ăn khoáng đất: cation kim loại Ca2+, K+, NH4+, Mg2+ Dinh dưỡng đất bị hút cation cân động dinh dưỡng đất keo đất bị phá vỡ, nhiều cation keo đất bị tống thay H+ nước, đất bị chua thêm - Sự phân giải chất hữu cơ: Sự phân giải chất hữu đất sinh nhiều H2CO3 số axit hữu cơ, vô khác: CH3COOH, H2SO4, HNO3…Những axit có khả hòa tan CaCO3 - Rửa trôi (nguyên nhân chính) làm bazo keo đất phát sinh phản ứng chua đất - Nước mưa axit chứa CO2 có khả hòa tan Ca2+ mạnh CaCO3 khó tan + H2O + CO2 → Ca(HCO3)2 dễ tan (6-20) Mưa nhiều lượng vôi bám đất giảm đất hóa chua Một số điều tra riêng biệt gia tăng tình axit đất rừng chất mang tính axit tự khí đưa vào đất tác động quan trọng mưa axit với hóa chua 205 Bài giảng môn sinh thái học môi trƣờng đất Đó là: (1) làm giảm pH đất; (2) làm giảm khả trao đổi cation bazo bão hòa; (3) làm tăng khả trao đổi cation trạng thái bão hòa H+ Al3+; (4) bão hòa khả hấp thụ SO42- dẫn đến hòa tan sunfat  Sự hóa chua nƣớc mặt Đặc tính hòa học nước mặt Sự thay đổi tính chất hóa học tầng nước mặt xuất nước mưa axit tiếp xúc với cành than cây, thảm thực vật rừng chất khoáng đất mô tả phần Kết tiếp xúc làm giảm nồng độ số thành phần hóa học dung dịch thấm qua, làm tăng nồng độ chất khác Các ảnh hưởng thay đổi thành phần hóa học diễn nước đất biểu lưu vực nước sông, suối, hồ ao… Một so sánh tính chất hóa học nước mưa hai hồ thượng nguồn nghèo dinh dưỡng Nova Scotia cho kết nước hồ chứa nồng độ cation anion cao, trung bính 400µep/l nước mưa (mili đương lượng lít) so với 135µep/l nước mưa Điều chứng tỏ hồ nghèo dinh dưỡng bị pha loãng với phần lớn nước ngọt, đặc biệt nồng độ Ca2+ Hơn nữa, đóng góp ion khác – so sánh với mưa axit – nước hồ có xu hướng giàu Ca2+, Mg2+, Na+, K+, Fe3+, Al3+, SO42-, Cl-, anion hữu cơ, cacbon hữu tổng số hòa tan Sự gia tăng nồng độ ion chúng tích tụ lưu vực nước, cụ thể đất thuộc lưu vực nước Vì Na+, SO42- Cl- có pha sol khí quan trọng khí quyển, lắng tụ chúng tiếp hòa tan chúng đóng góp vào việc tăng nồng độ chúng nước hồ Ngược lại, NH4+ NO3- lại có nồng độ thấp nước hồ so với nước mưa, chứng tỏ chúng bị tiêu thụ trình hấp thụ sinh học phản ứng trao đổi vô Hồ Beaverskin hồ điển hính, nghèo dinh dưỡng, nước có tính axit nhẹ, pH = 5,3 Giá trị pH hồ Beaverskin cao pH nước mưa rơi vào hồ pH=4,6, hồ Pebbleloggitch có nước màu xám lại có pH = 4,5 xấp xỉ pH nước mưa Hai hồ nghèo dinh dưỡng cách km có địa chất tương tự Sự khác tính axit nước hồ giải thích ảnh hưởng mạnh mẽ axit hữu hồ Pebbleloggitch mà nước hồ có màu xám giống vùng đầm lầy có loài Sphagnum phát triển lưu vực Với nồng độ chất hữu hòa tan lớn hồ thường có tính axit tự nhiên khoảng pH = 4-5 Trong hồ Pebbleloggitch, anion hữu chiếm 28% tổng số anion tạo độ chua Tình axit nước thay đổi theo mùa, đặc biệt lớp nước mặt thay đổi nhỏ so với thay đổi tác động dòng chảy Dòng chảy xa tỷ lệ mát chất hóa học lớn Một lưu ý quan trọng đặc tình địa hóa chất hóa học dòng chảy góp phần làm thay đổi độ chua nước 206 Bài giảng môn sinh thái học môi trƣờng Sự hóa chua nước mặt Sự hóa chua nước mặt lan rộng nhanh chóng phải kể đến nguyên nhân chất lắng tụ mang tính axit từ khí tình đệm nước yếu Điều nghiên cứu kỹ nhiều vùng Canada, Mỹ Scandinavia Trong đợt khảo sát hồ, quan Bảo vệ Môi trường Mỹ lấy nhiều mẫu nước từ nhiều hồ phân tích Kết là: Trong tổng số 10.400 hồ quan sát có 1.180 hồ phát bị nhiễm axit Nguyên nhân chua hóa xác định 75% lắng tụ axit từ khí quyển, 3% từ axit khoáng rửa trôi 22% axit hữu hồ Trong tổng số 4.670 hồ bị nhiễm axit, có nguyên nhân 47% liên quan đến lắng tụ axit từ không khí, 26% từ axit khoáng rửa trôi 27% quy cho axit hữu Như vậy, thấy lắng tụ từ khí đóng vai trò quan trong việc axit hóa nước mặt Điều đặc biệt biểu rõ ràng vùng Đông Bắc Mỹ nơi có tới 10% hồ có giá trị pH < 20% hồ có pH < 5,5 Mặc dù người ta có nghi ngờ khác biệt số liệu thu thấp trước khoa học kỹ thuật chưa phát triển, chứng thay đổi sinh học axit hóa ghi nhận cách rõ ràng Ở số vùng có ô nhiễm khí SO2 cao việc đốt than bắt đầu có cách mạng công nghiệp vào kỷ XVIII, người ta phát số hồ bắt đầu có biểu axit hóa thời kỳ sớm lan rộng môi trường xung quanh vào cuối năm 1960 Tuy nhiên phương pháp sinh thái học cổ, nhà khoa học phát nguyên nhân gây nên hóa chua hồ thay đổi quần xã sinh vật sống đó, đặc biệt tảo silic Qua nghiên cứu, người ta thấy nguồn nước nghèo kiềm khả trung hòa axit dễ bị tổn thương Thông thường hấp thụ H+ vượt ngưỡng hệ thống đệm, có nghĩa vượt qua khả tự làm môi trường nước, thí nước bị nhiễm axit nhanh chóng 11.2.5.3 Các ảnh hưởng sinh học tượng axit hóa  nh hưởng tới thảm thực vật Sự lắng tụ axit gây nên tác động tiềm tang trực tiếp gián tiếp thực vật Theo Tamm Cowling tác động trực tiếp là: - Lớp cutin bảo vệ bị hư hại ăn mòn bề mặt lớp bảo vệ trực tiếp tổn thương đến bề mặt tế bào giọt axit phân tử axit, gây tổn thương vi mô vĩ mô 207 Bài giảng môn sinh thái học môi trƣờng Gây rối loạn chứng mô biểu bì cách trương nở mô tế bào - thay đổi độ pH Sự trương nở mô tế bào làm giảm mở lỗ khí hổng ảnh hưởng đến thoát nước dòng khí CO2, O2 khí khác - Các tác hại ngầm khác làm thay đổi khả quan hợp, thoát nước chức sinh lý Các tác hại không nhìn thấy rõ ràng với tế bào mô biểu bí làm chậm tốc độ sinh trưởng cây, biến đổi số chức trình lão hóa sớm xảy - Tính chất hóa học khối lượng cành bị thay đổi tạo phản ứng phụ với cộng đồng sinh vật sinh sống rễ cây, bao gồm cộng đồng có vai trò quan trọng chu trính dinh dưỡng, hấp thụ dinh dưỡng mầm bệnh - Chức sinh sản có nguy bị tác động, biểu suy giảm phấn hóa, thụ phấn kết Các tác động gián tiếp kể đến là: - Tỷ lệ hòa tan chất từ tán tăng lên, đặc biệt chất khoáng dinh dưỡng chất hóa học hữu Điều hại đến lớp cutin mô biểu bì - Sự hư hại đến lớp cutin mô biểu bì chức sinh lý khác gián tiếp làm thực vật trở nên nhạy cảm dễ bị tổn thương hạn hán, ô nhiễm không khí hay biến động môi trường khác - Sự phá vỡ cấu trúc trao đổi chất tác động đến cộng đồng sinh vật sống cộng sinh, ví dụ vi sinh vật cố định bám sống rễ cây, thay đổi thành phần hóa học chất từ rễ tiết - Sự nhạy cảm thực vật ký sinh vật, độc tố trùng quy kết cho việc hư hại lớp cutin bảo vệ, thay đổi tính chất rễ - Rễ bị hư hại nguyên nhân gia tăng nồng độ kim loại nặng có sẵn đất, đặc biệt Al3+ - Sự tương tác với biến động môi trường khác ô nhiễm không khí hạn hán làm gia tăng thiệt hại cho thực vật  Ảnh hưởng đến khu hệ sinh vật nước Thực vật phù du phytoplanktons, tảo Periphyton, thực vật rộng Marcophytes sinh vật đáy không xương sống Benthic Invertebrates Các quần xã phytoplankton hồ thường phong phú chủng loại tỷ lệ thay đổi phụ thuộc vào tính hóa học nước hồ Hồ nghèo dinh dưỡng bị axit hóa có môi trường biij phân hóa vùng ôn đới thường có loại rêu vàng nâu tảo đa bào thống trị Một số chủng loại tảo rêu vàng phản ứng 208 Bài giảng môn sinh thái học môi trƣờng mạnh với thay đổi thành phần hóa học nước hồ trở thành thị môi trường cho khu hệ sinh vật Quần xã macrophytes vùng nước đục nước hồ hoàn toàn khác Hồ Beaverskin hồ nước có giá trị pH trung bình 5,3 có tầng trao đổi sinh hóa Người ta tím thấy loại Macrophytes tới độ sâu 6m có đến 96% diện tìch đáy hồ có thực vật mọc Trong hồ Pebbleloggitch nước đục với pH 4,5 lại tìm thấy macrophytes có 15% diện tìch đáy hồ có thực vật Như nói, độ nước định phân bố phát triển macrophytes hồ nhiều tầng tính axit lại không biểu ảnh hưởng mạnh mẽ Đối với loài động vật phù du Zooplankton động vật đáy Bethic Invertebrates, phản ứng chúng với tượng axit hóa biểu khác nhau, nhiều mặt phức tạp Nồng độ axit cao tiêu diệt loài cá ăn Zooplankton, ảnh hưởng nghiêm trọng đến Zooplankton, gây tượng cân hệ sinh thái  nh hưởng đến phát triển cá Người ta cho nạn nhân trầm trọng tượng axit hóa loài cá Sự giảm sút mật độ cá, đặc biệt loài có giá trị kinh tế, biểu lưu vực nước phía Bắc bán cầu nơi tượng axit hóa diễn mạnh mẽ Ví dụ Scandinavia nhiều lưu vực nước sử dụng cho thể thao, giải trì biến với giảm sút loài cá hồi có giá trị kinh tế cao Một điều tra 700 hồ nhỏ Na Uy thực năm 1974-1975 loài cá hồi xám trước vắng bong 40% tổng số hồ loài cá xuất thưa thớt 40% hồ lại Trước năm 1950 cá hồi xám sống phần lớn hồ với mật độ đông đúc Một quan sát khác khu điều tra 2000 hồ Na Uy cho kết sản lượng cá phần ba sản lượng năm 1940 Phần lớn hồ có pH