Bài Giảng Sinh Thái Môi Trường

Tài liệu Bài Giảng Sinh Thái Môi Trường dành cho sinh viên bậc Đại học và cao đẳng hệ chính quy. Tài liệu Bài Giảng Sinh Thái Môi Trường dành cho sinh viên bậc Đại học và cao đẳng hệ chính quy Tài liệu Bài Giảng Sinh Thái Môi Trường dành cho sinh viên bậc Đại học và cao đẳng hệ chính quy. Tài liệu Bài Giảng Sinh Thái Môi Trường dành cho sinh viên bậc Đại học và cao đẳng hệ chính quy

BÀI GIẢNG MÔN HỌC

SINH THÁI MÔI TRƯỜNG

Bộ mơn: Sinh thái mơi trường cơ bản

SINH THÁI

MÔI TRƯỜNG HỌC– NỀN TẢNG CỦA

NGÀNH

MÔI TRƯỜNG

MỤC TIÊU MƠN HỌC

• Cung cấp những kiến thức về sinh thái học nhằm nghiên cứu những mối quan hệ giữa các sinh vật với nhau và giữa sinh vật và môi trường

• Trên cơ sở lý thuyết về sinh thái học, môn học giới thiệu các cơ sở lý luận và nghiên cứu, ứng dụng trong sinh thái môi trường như là một ứng dụng của sinh thái học

Các nội dung môn học

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN SINH THÁI MÔI TRƯỜNG

CHƯƠNG 2: TÁC ĐỘNG CỦA CÁC YẾU TỐ SINH THÁI LÊN SINH VẬT VÀ

KHẢ NĂNG THÍCH NGHI CỦA CHÚNG

CHƯƠNG 3: SINH THÁI HỌC QUẦN THỂ-QUẦN XÃ

CHƯƠNG 4: HỆ SINH THÁI VÀ TRAO ĐỔI CHẤT TRONG HỆ

CHƯƠNG 5: KHẢ NĂNG TỰ LÀM SẠCH CỦA MÔI TRƯỜNG SINH THÁI CHƯƠNG 6: CHỈ THỊ SINH THÁI MÔI TRƯỜNG

CHƯƠNG 7: ĐA DẠNG SINH HỌC VÀ SỰ TUYỆT CHỦNG

Tài liệu và thơng tin học tập

[1] Lê Huy Bá – Lâm Minh Triết Sinh thái môi trường học cơ bản NXB

ĐHQG Tp HCM - 2000

[2] Lê Huy Bá – Lâm Minh Triết Sinh thái môi trường ứng dụng NXB

Khoa học và kỹ thuật - 2000

[3] Cơ sở sinh thái học – Dương Hữu Thời, 1998

[4] Sinh thái học trường – PTS Nguyễn Văn Tuyền - 1998

[5] E.P Odum Cơ sở Sinh thái học (tập I&II) NXB Đại học và THCN -

1979 (Bùi Lai, Đoàn Cảnh và Võ Quý dịch)

[6] Các thông tin, kiến thức bổ trợ trong bài giảng trên lớp của Giảng viên [7] Các thông tin, kiến thức thực tế do các nhóm thực hiện các chuyên đề

trình bày

WEBSITE THAM KHẢO www.nea.gov.vn / www.vacne.org.vn

NHẬP MÔN

1) SINH THÁI HỌC LÀ GÌ

2) LỊCH SỬ MƠN HỌC

3) PHƯƠNG PHÁP LUẬN

4) TẠI SAO NGHIÊN CỨU SINH THÁI HỌC

5) LÀM SAO ĐỂ NGHIÊN CỨU SINH THÁI HỌC 6) NGHIÊN CỨU SINH THÁI HỌC Ở ĐÂU

7) HỌC NHƯ THẾ NÀO

• Sinh thái môi trường là môn học 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

• Năm 1971 Eugen P Odum giáo sư trường đại học Geogy xuất bản cuốn sách cơ sở sinh thái học, đánh dấu một sự kiện quan trọng trong nghiên cứu sinh thái

• Sau năm 1970, sinh thái môi trường mới được định hướng và phát triển và chia ra nhiều phân môn

• Các yếu tố trong môi trường sinh thái có sự tương quan, tương tác với nhau

QUAN TÂM ĐỒNG ĐỀU GIỮA CÁC THÀNH PHẦN

MÔI TRƯỜNG:

• Ví dụ khi nghiên cứu ô nhiễm ở 1 khu vực, ta phải nghiên cứu cả đất, nước… vì ô nhiễm môi trường này có thể làm ô nhiễm môi trường khác

NGHIÊN CỨU TRONG SỰ KẾT HỢP ĐA NGÀNH

 Sinh thái học là môn học đa ngành

4) TẠI SAO NGHIÊN CỨU

• Tự nhiên là bài học: Chúng ta có thể sống ở đâu? Làm thế

nào để kiểm soát sự gia tăng dân số? Hệ sinh thái là một mẫu hình bền vững?

• Phát triển Bền vững: Văn hóa của xã hội loài người là hướng đến sự phát triển đáp ứng nhu cầu hiện tại mà không làm tổn hại đến nhu cầu của thế hệ tương lai

5) LÀM SAO ĐỂ NGHIÊN CỨU

SINH THÁI HỌC

• Quan sát: Đi thực địa và quan sát xem những

gì đang diễn ra

• Mô phỏng: Phân lập, yếu tố giới hạn, điều

khiển các điều kiện

• Mô hình toán học: mô tả hệ sinh thái bằng mô hình toán học

6) NGHIÊN CỨU SINH THÁI HỌC Ở ĐÂU

•Nguyên tử

Phân tử Tế bào

Mô tế bào

Sinh

vật

Quần thể Quần xã Hệ sinh thái Sinh quyển

7) HỌC NHƯ THẾ NÀO

• Chúng ta bắt đầu từ các dòng năng lượng xung quanh

• Xem xét các dòng dinh dưỡng

• Tìm hiểu có tính quy luật cho cả quần thể và quần xã

HIỆU ỨNG NHÀ KÍNH

Hiệu ứng nhà kính hoạt động như thế nào?

Các khí nhà kính cho phép các tia bức xạ từ mặt trời chuyển động xuyên qua bầu khí quyển của trái đất

Trái đất hấp thụ các tia bức xạ này sau đó phản chiếu lại Nhưng trong quá trình này thì độ dài của sóng bức xạ sẽ thay đổi

Khi các tia bức xạ phát ra ngoài sẽ gặp những phân tử khí nhà kính và những phân tử này sẽ hấp thụ các tia bức xạ, khiến các khí nhà kính trở nên nóng dần lên

Do vậy, trên diện rộng, tất cả khí nhà kính xung quanh trái đất sẽ tạo thành một tấm chăn ấm bao bọc lấy hành tinh làm cho khí hậu toàn cầu ngày càng nóng lên – quá trình này

gọi là hiệu ứng nhà kính

MƯA AXIT

Mưa axit

Khí thải SOx, NOx, CO2… từ công nghiệp khai thác mỏ, đốt cháy các lọai nhiên liệu hóa thạch, họat động của các nhà máy luyện kim, nhà máy nhiệt điện, giao thông vận tải, núi lửa đã làm ô nhiễm bầu không khí

Các chất này bị oxy hóa tạo thành các lọai axít tương ứng như H2SO4, HNO3, H2CO3

Các lọai axít này sẽ hòa tan vào nước mưa làm cho nước mưa bị chua, có độ pH từ 3,5-5,5 gọi là

hiện tượng mưa axít

SUY GIẢM TẦNG OZON

• Tầng ôzôn trong khí quyển ở trạng thái bình thường ngăn được 90% tia tử ngoại có hại Tầng ôzôn bị phá hoại, tia bức xạ tử ngoại chiếu trực tiếp xuống mặt đất, gây bệnh ung thư cho người và động vật trên đất liền và trong biển, làm biến đổi gien của các sinh vật, hủy hại hệ sinh thái trên Trái đất

• Dự báo đến năm 2000, tầng ôzôn giảm đi 5-10%, riêng số người chết vì ung thư da ở Mỹ sẽ tăng 1,5 triệu người, số người đục thủy tinh thể sẽ tăng lên tới 1 triệu người

• Phương sách bảo vệ tầng ôzôn có hiệu quả nhất là từng bước giảm dần và đi tới cấm hẳn việc sản xuất và sử dụng CFC và các hợp chất hóa học phá hoại tầng ôzôn

2.1.1 Các định luật

1 Định luật tối thiểu của Liebig 1840: Chất có hàm

lượng tối thiểu điều khiển năng suất, xác định sản lượng

và tính ổn định của mùa màng theo thời gian

- Định luật dựa trên cơ sở thấy năng suất hạt của

cây trồng bị giới hạn không phải bởi các chất dinh dưỡng

mà các sinh vật đó có nhu cầu lớn như nước, CO 2 mà bởi các chất có nhu cầu nhỏ như Boron.

• Khi ứng dụng cần hiểu 2 nguyên tắc:

- Nguyên tắc hạn chế: chỉ ứng dụng khi dòng năng lượng vật chất đi vào cân bằng với dòng ra

- Nguyên tắc bổ sung: Sinh vật có thể thay thế một phần yếu tố tối thiểu bằng các yếu tố khác có tính chất tương đương

Ví dụ: khi môi trường thiếu Ca, nhuyễn thể có thể sử dụng Stronti thay thế

2 Định luật chống chịu của Shelford 1913:

Năng suất của sinh vật không chỉ liên hệ với sức chịu

dựng tối thiểu mà còn liên hệ với sức chịu đựng tối đa với một liều lượng quá mức của một nhân tố nào đó

bên ngoài

• Sinh vật bị giới hạn khi thiếu thốn yếu tố nào đó tạo ra tối thiểu

sinh thái, còn dư thừa tạo ra tối đa sinh thái Khoảng giữa của tối thiểu và tối đa là giới hạn chống chịu

• Các vấn đề bổ sung cho định luật:

- Các sinh vật có thể có phạm vi chống chịu rộng với yếu tố này

nhưng hẹp với yếu tố khác

- Các sinh vật có phạm vi chống chịu rộng với tất cả các yếu tố

thường phân bố rộng nhất

- Nếu có một yếu tố sinh thái không tối ưu cho loài thì phạm vi

chống chịu với các yếu tố khác bị thu hẹp

- Trong tự nhiên sinh vật thường xuyên lâm vào tình trạng các

điều kiện không tương ứng với giá trị tối ưu

- Thời kỳ sinh sản nhiều yếu tố môi trường vốn bình thường

cũng trở thành yếu tố giới hạn

2.1.2 Sự tương tác giữa nhiệt độ và cơ thể

sinh vật

1) Nguồn gốc và phân bố nhiệt độ trên trái đất:

a Nhiệt độ trên bề mặt trái đất nhận được

chủ yếu từ mặt trời, chỉ một phần rất nhỏ

từ lòng đất và phóng xạ Khoảng dao động nhiệt độ trên bề mặt hành tinh trên 1000 0C, sự sống chỉ tồn tại trong giới hạn từ -

200 0 C đến +200 0 C Hầu hết các sinh vật chỉ

có thể sống được ở nhiệt độ từ 0-50 0C.

b Sự phân bố nhiệt trên bề mặt trái đất không đều, phụ

thuộc vào vĩ độ địa lý, độ cao, thời gian ngày đêm, mùa hay đặc tính của bề mặt hấp thu Ở vùng xích đạo và nhiệt đới nhiệt độ thường cao, ở các vùng cực nhiệt

độ thường thấp Nhiệt độ trong môi trường nước

thường ổn định hơn so với trên cạn Ở các vùng hoang mạc, sự dao động nhiệt độ ngày đêm rất lớn Ngoài ra,

ở tầng đối lưu nhiệt độ cũng giảm dần theo độ cao

De Candolle dựa vào nhiệt độ trung bình chia trái đất thành 4 đới thực vật:

- Vùng nhiệt đới: t o : 12 – 22 0 C

- Vùng cận nhiệt đới: t 0 : trung bình 12 0 C

- Vùng ôn đới: t 0 : trung bình 0 0 - 12 0 C

- Vùng hàn đới: t 0 : trung bình dưới 0 0 C

2) Quan hệ giữa sinh vật với nhiệt độ môi trường:

khi xem xét vấn đề này có 2 cách chia:

a Sinh vật đẳng nhiệt và sinh vật biến nhiệt

- Sinh vật đẳng nhiệt duy trì thân nhiệt hầu như không thay đổi: chim, thú (tuy nhiên chim, thú biển

thường giảm thân nhiệt khi ngủ đông)

- Sinh vật biến nhiệt có thân nhiệt thay đổi

b Động vật nội nhiệt và động vật ngoại nhiệt

- Động vật nội nhiệt sản sinh nhiệt bên trong cơ thể để điều chỉnh thân nhiệt

- Động vật ngoại nhiệt thì thân nhiệt phụ thuộc nhiệt

độ môi trường

3) Trao đổi nhiệt của động vật ngoại nhiệt:

a Động vật ngoại nhiệt trao đổi nhiệt nhưng chỉ ở

mức độ rất giới hạn Các cơ chế phản ứng đơn

thuần như:

- Nhiều loài bò sát tìm bóng tối khi nhiệt độ cao

- Các tư thế tắm nắng của châu chấu để nâng thân nhiệt

b Nhiệt độ của động vật ngoại nhiệt vẫn thay đổi lớn theo nhiệt độ môi trường do:

- Khả năng điều hòa của nhiều động vật này rất giới hạn

- Muốn sưởi ấm phải có nơi ấm để đến sưởi

- Phải trả giá cho điều hòa thân nhiệt

4) Nhiệt độ và cơ chế trao đổi chất ở sinh vật:

b Ở nhiệt độ cao, cây hô hấp nhanh hơn quang

hợp → tiêu thụ chất nhanh hơn sản xuất →

chết đói

c Nhiệt độ cao → mất nước nhanh nên gây chết cho sinh vật

5) Nhiệt độ môi trường và sinh trưởng, phát triển của sinh vật

a Ảnh hưởng quan trọng nhất của nhiệt độ là lên tốc độ sinh

trưởng và phát triển

b Động vật ngoại nhiệt không đòi hỏi thời gian chính xác để phát triển mà thời gian phát triển phụ thuộc vào tổng tích ôn (tổng nhiệt độ phát triển hữu dụng)

c Nhiệt độ hữu dụng = x (nhiệt độ môi trường) – k (nhiệt độ

ngưỡng: bắt đầu phát triển)

- Nếu Y là thời gian của một thế hệ thì tích số Y.(x-k) là một hằng

6) Giới hạn nhiệt độ của thực vật

a Giới hạn trên và dưới của mỗi sinh vật điều thay đổi do sự thích nghi

b Giới hạn tối đa nguy kịch hơn giới hạn tối thiểu

c Sự chống chịu của sinh vật ở nước hẹp hơn sinh vật ở cạn

d Đa số sinh vật có giới hạn dưới cho sinh trưởng từ 1-15 độ C và giới hạn trên là 30-40 độ C

e Sự chống nóng của thực vật phụ thuộc vào nguyên sinh chất,

nguyên sinh chất càng đàn hồi chống nóng càng tốt

f Hoạt động hô hấp của thực vật có biên độ nhiệt rộng

h Trong khoảng từ 0-30 0 C, khi nhiệt độ tăng dần thì sinh trưởng của sinh vật cũng tăng dần lên Khi nhiệt độ tăng cao (khoảng 50

0 C) thì protid và lipid bị phá hủy, làm mất tính bán thấm của tế bào và cây sẽ chết Cây quang hợp tốt nhất với 20-30 0 C,

Ở 0 0 C cây ngừng quang hợp do hạt diệp lục bị biến dạng và cây

không còn khả năng hô hấp

2.1.3 Ảnh hưởng của nước và độ ẩm lên sinh vật

1) Vai trò của nước và độ ẩm đối với sinh vật

a Tầm quan trọng của nước: - Sự sống tồn tại được nhờ có nước

- Nước chiếm đến 50-70% khối lượng cơ thể sinh vật, thậm chí

ở sứa, lượng nước chiếm đến 99% trọng lượng cơ thể, ở

động vật lượng nước chiếm từ 65 – 70 % trọng lượng cơ thể

- Nước là môi trường sống của thủy sinh vật,

- môi trường cho các phản ứng sinh hóa diễn ra trong tế bào

của các cơ thể sống

b Phân lọai độ ẩm: Độ ẩm của không khí bao hàm 2 khái niệm: độ

ẩm tương đối và độ ẩm tuyệt đối

- Độ ẩm tuyệt đối là khối lượng hơi nước bão hòa trong một

đơn vị không khí

- Độ ẩm tương đối là tỷ số giữa lượng hơi nước thực tế chứa

trong không khí và lượng hơi nước có thể bão hòa trong cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất

2) Ảnh hưởng của nước và độ ẩm trong môi trường cạn lên sinh vật

a Các phản ứng hóa sinh thực hiện trong môi trường nước trong các cơ quan của sinh vật

b Các sinh vật trên cạn sống trong bầu không khí có độ

ẩm thấp hơn cơ thể của chúng do đó chúng bị mất nước do bay hơi hoặc bài tiết

Lượng nước đó được bù đắp bằng lượng nước lấy

vào từ quá trình tra đổi chất, thức ăn, nước uống

c Độ ẩm môi trường càng cao thì sự chênh lệch ẩm độ giữa cơ thể và môi trường ít, sinh vật ít phải bù

lượng nước bị mất

d Các sinh vật khác nhau về khả năng giảm hay bù

lượng nước mất đi → chúng gặp thuận lợi ở độ ẩm khác nhau

e Thực vật trên cạn khác động vật trên cạn là

- các cơ quan lộ ra ngoài không khí của chúng bị mất

nước giống như động vật nhưng rễ của chúng dưới

đất hút nước trực tiếp

- Đối với thực vật, nước không chỉ là điều kiện mà còn là nhu cầu, vì nó kết hợp với CO 2 để tạo thành chất dinh dưỡng chủ yếu

f Độ ẩm tương đối là yếu tố quyết định tốc độ mất nước

do bay hơi

h Ảnh hưởng của độ ẩm tương đối không tách rời nhiệt

độ

3) Sự tác động của nước và độ ẩm đến thực vật và khả năng thích nghi của chúng

a Sự tác động:

- Vận chuyển nước của thực vật: thực vật lấy nước từ đất thông qua hệ thống rễ, nhưng 97-99% lượng

nước thoát khỏi thực vật thông qua bề mặt lá

- Nước thoát khỏi cây đã tạo nên dòng nước liên tục mang muối, chất dinh dưỡng từ môi trường ngoài lên lá để thực vật tổng hợp các chất hữu cơ trong

từ môi trường qua thân lên lá, sự thoát hơi nước

còn làm mát lá, tránh sự hủy hoại các enzym…

b Khả năng thích nghi: để thích nghị với ẩm độ trong môi trường sống, thực vật biến đổi thành các nhóm sau

* Phân loại thực vật dựa vào yêu cầu về nước:

Dựa vào nhu cầu nước,

ta phân thực vật thành các lọai sau:

- Thực vật thủy sinh : sống hòan tòan dựa vào

nước: rong, sen súng

- Thực vật ưa ẩm:

sống ở vùng có nước nhưng không ngập hòan tòan: lúa nước

- Thực vật ưa ẩm trung bình: sống ở vùng

ẩm ướt: các lọai rau

- Thực vật chịu hạn:

Sống ở các vùng khô hạn, có các đặc tính:

+ Tích nước trong thân cây, lá cây, rễ cây hoặc củ (mủ

xương rồng, lá mọng nước lòai cây này có nhiều ở vùng khô hạn như Ninh Thuận, Bình Thuận)

+ Chống sự thoát hơi nước: có thể chống sự thoát hơi

nước thông qua sự thu hẹp của lá cây, lá biến thành kim hay gai, rụng lá trong mùa khô, hình thành các biểu mô sáp không thấm nước hoặc chuyển sang trạng thái gần như không cần nước vào mùa khô…

+ Tăng khả năng tìm nguồn nước: rễ dài để chui sâu, hoặc

rễ trải rộng trên sát mặt đất để hút sương đêm, hoặc

hình thành các rễ phụ trên cây nhằm tăng khả năng hấp thụ nước

4) Tác động của nước và độ ẩm đến động vật:

• độ ẩm ảnh hưởng rất mạnh đến các quá trình sinh lý của động vật như khả năng sinh trưởng, sinh sản,

tuổi thọ… nhất là các động vật trao đổi nhiệt ngoài

• Chẳng hạn như, khả năng thích nghi của động vật

đối với điều kiện khô hạn khá đa dạng như cơ thể có

vỏ bọc không thấm nước, nhiều loài (gậm nhấm, sơn dương…) ở hoang mạc có các tuyến mồ hôi rất phát triển, hoặc là có nhu cầu nước thấp, lấy nước từ

thức ăn, thải phân khô, bài tiết ít nước tiểu, một số (như lạc đà) sử dụng cả nước nội bào…

• Vai trò chính của ánh sáng mặt trời là năng lượng Sinh vật có

thể sử dụng trực tiếp (sinh vật tự dưỡng) hoặc gián tiếp (sinh vật

• 99 % ánh sáng sử dụng trong điều hòa nhiệt độ môi trường, bốc thoát hơi nước, tản nhiệt vì vậy giũ được cân bằng nhiệt

trong khí quyển

2.2.1.1 Tầm quan trọng của ánh sáng

Bức xạ mặt trời: là

các sóng điện từ, là một “dãy nguồn” liên tục, gồm một phổ rộng các giải sóng, từ cực

ngắn (tần số cao) đến các tia có bước sóng rất dài (tần số thấp), bước sóng 10- 7 - 108