Giáo trình ô nhiễm môi trường đất và biện pháp xử lý

Chương HỆ SINH THÁI ĐẤT VÀ QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH HỆ SINH THÁI ĐẤT I - K H Á I N IỆ M V Ể H Ệ S IN H T H Ả I Định nghĩa Hệ sinh thái (H ST) !à hệ thống hao gồm quần xã sinh vật với M T xung quanh, nơi mà quán xã tổn lạ i, sinh vậi M T í ươnũ lác với đc tạo nên chu trình vậi chất chuycn hố cùa lượng Nói cách khác, IIS T bao gồm sinh vậi sống diều kiện tự nhiên (M T vật lý ) nhu ánh sáng, nưức nhiệt độ khơng k h í Đicu quan trọng tất cà cúc điếu kiện hữu sinh (Biotic component) vỏ sinh (Abitnic com ponưni) tác dộng tương hỗ với chúng ln xáy q trình trao đổi lượng, vật chất thơng tin Có Ihể minh hoạ IIS T báng cơng thức tốn học sau: Q u ẩ n xá s in h vật + Mõi trưòng x u n g quanh + Năng lượng Măt Trơi _ H ệ s in h thải Độ lớn Các liS T có quy mơ lớn nhỏ khác A Tanslay (1935) dã đưa khái niệm H ST cực bc (micrnecosyslem) bé nuôi cá cháng hạn: đến H ST vừa (muhUeecosysteni) hổ chứa nước, mội cánh rừng H ST lớn (mucroectìsystem) nhu đại dương, châu lục Tập hợp tất cá HST có độ lớn khác irôn Trái Đất làm thành IIS T khổng iồ gọi sinh thái (ecosphere) (khung 2.1) Khung 2.1 C c thuật n g ữ sin h thài h ọ c Th u ật ngữ G iải thích Q uẩn thể (Population) Những cá thể cùa loài sổng chung với vùng lãnh thổ Q uán xã (Com m unity) Tất c ả nhũttg thể sơng tìm thấy M T đ ặc trutig Bao gốm tất quấn thể củ a nhữhg loài khác sóng chung với vùng lành thọ H S T (E co sy ste m ) Một quẩn x ả MT nó, bao gổm tất cà mối quan hệ tương hỗ sinh vật M T vật lý bao quanh chúng với Sinh (B io sp h ere) Gổm tất thể sống trèn Trái Đất tất c c quần xã Trải Đ ất phẩn cùa thạch quyển, khí thuỳ có liẽn quan trực tiếp đến đời sổng cá c sinh vât Sinh thải (Ecosphere) G ổ m tát thể sống trẻn Trải Đẩt c c tác động lương hỗ chúng với với đất đai, nước khỏng khỉ T rá i Đất H S T khổng 16 Tính hệ thống Một hộ thống cỏ dược xác định nhu tập hợp đối tượng, thuộc tính kích cỡ, hình dạng, lian kết với nhiéu mối tương tác theo trật tự xác định hoạt động hợp phần hướng lới tạo nẻn hoạt động thống tồn hộ thống Trong H ST, tính hệ thống thó chù yếu mối quan hệ tương hổ sinh vật với M T Có hai loại hệ thống bàn: Hộ thống kín ; Trong vật chất, nang lượng thông tin chi trao đổi ranh giới hộ thống lõ - Ilệ thống hở: hệ Ihỏnii tronii itó nãnii lượng, vật chát thõng tin trao dổi qua ranh giới hộ thống Vật chãt nàng lượng thõng lin (li vào dược gọi dòng vào (input) di gọi dòng (outpul) dòng VẠI chất, lượng thông tin irao đối thành phẩn hệ thống gọi dịng nội lưu (innor ílow) Trừ vũ trụ lất hệ thơng tự nhiẽn bao gồm tất H ST đểu nlũms hệ thỏng hớ Tinh phản hồi HST hộ thơng hở tự diều chính, bới quã trình tồn phát triển, HST thường xuyên phải tiếp nhận vật chát, năne lượng, thông tin cá sức ép, cú sốc từ M T Điổu làm cho HST khác biệt với hệ ihịng vật chất khác có tự nhiên tạo cho H ST có hai tính chất dạc thù, là: - Tính chất tự cân bằng, nghía iuìna ỉ IST phán kháng lại thay đổi giữ dược trạng thái cân - Năng lực chịu lài, nghĩa khả cùa ỉ 1ST có thó’ gánh chịu sức ép, cú sốc điểu kiện khó khăn nhẫi Tuy nhiên, H ST chi có giới hạn xác định phán hổi chịu tái Trong giới hạn đó, chịu tác dộng vừa phái từ bẽn ngoài, H ST phản ứng lại cách thích nghi bầng cách xếp lại mối quan hệ nội toàn thổ hệ thống phù hợp với M T thông qua mối "liên hệ ngược" dể trì ổn định cùa điều kiện M T biến động Đới với tác dộng lớn, mạnh, vượt khói sức chịu đựng cùa hệ, hệ tựđiổu chinh cuối bị suy thoái rổị bị huý diệt Cấu trúc chức hệ sinh thái Sinh thái học đại phái nghiôn cứu cấu trúc chức H ST chiổu (hình ) Hình 2.1 Cấu trúc HST Theo hình 2.1 phận trung tàm dịng lượng chu trình thức đn, qua phận thực chức cùa hệ - Một HST điển hình cấu trúc ihùnh phẩn sau đây: + Sinh vặt sản xuất (producer) 16 + Sinh vật liêu thụ (consumcr) + Sinh vặt phân huy (đecomposer) + Các chát hữu (protein, lipit, gluxit vitamin cn/ỵm hoocmon, ) + Các chất vô co (CO» ( ) , H ,0 chát dinh chrỡna khoáng) + Các yêu tơ khí hậti ( nhiệt độ ánh sáng, độ ẩm ciána thuv -.) Thực chất thành phần đầu ià quán xã sinh vật, thành phán sau M T vật lý mà quần xã sử dụnạ đc tổn phát tricn dãv nâng Iượiig Mậl Trời thông qua quang hợp xanh số giới hạn V K sinh vật tự dườnti hay sinh vặt sán xuất Chúne chuyến hố phân tử vơ C O , H ị O thành dạng vật chấl hoá học (những dại phân tứ hữu đạc trưng cho chất sống) Chính lượng Mạt T rờ i, quang hợp dà liên kết phân lử nhỏ vô thành phân từ hữu lớn, phức tạp Nhờ hoạt dộng quang hợp phạm vi nhó hoá tổng hợp cứa sinh vật sán xuất mà nguồn thức ăn tạo thành đê nuôi sống trước hốt cho sinh vật sàn xuất, sau dó sinh vật khác, kê cá người I I - Đ Ấ T L À M Ộ T H Ệ S IN H T H Á I Tổ chức đất trước hốt qua chức nàng sinh vật đất (biolic lactors) với sinh vậl sán xuất địa y, tào rêu, số vsv tự dưỡng thực vạt bậc cao sống trôn đ ấ t, Sinh vật liêu thụ sinh vật phán huỷ khu hệ động vật đất, nấm vsv, Các sinh vật đấl phong phú số lượng thể loại, phụ thuộc vào độ phì nhiêu nhiều lính chất lý, hoá học đất (báng 1) Bảng 2.1 s ố lượng sinh khối sinh vật đất dõng cỏ có độ phi nhiêu cao L o i s ỉn h vậ t Mật độ (cả thể/m2) S in h khối (g/m2) 300 38 • Vi khuẩn • Nấm 10u - • Động vật ngun sinh • Giun trịn • Bo bét • Bo bât o Tảo 1 0N > • ' 15 400 -3 0 Ilựp phần khơng sống (abiotic íactors) bao gồm: nước, chất khống, chái hữu khơng khí Giống H ST khác, yếu tổ sống không sống đất xảy trao đổi lượng vật chải, phàn ánh tính chức H ST Cũng HST khác, H ST đất có khả tự điều chinh, đế lập lại càn giúp cho hệ ổn định có lác động từ bẻn ngồi I I I - S ự H ÌN H T H À N H H Ệ S IN H T H Á I Đ Ấ T K h i sống Trái Đất chưa xuất hiện, vịng đại tuần hồn địa chất với bán chất q trình phong hố đá hình thành hợp phần khỗng sống H ST đất chất khoáng, dạng nước, chất khí chứa irong sán phẩm lơi xốp, bờ rời tạo tiền đề cho sinh vặt phát triến gọi mẫu chãi Kẽ từ có sinh vật dơn bào xuất mẫu chất xuất vịng tuần hồn - vịng tiểu tuần hồn sinh học (hình 2 ) I I\\n 17 ' - - - N P K C a F e AI s> M n C o B C u 2n Hỉnh 2.2 Quang hợp, vịng tuẩn hồn sinh học vả tạo thành đất Các sinh vật dã tạo Ihành hợp phẩn sống HST đát chúnẹ biến dổi chát vỏ cứa mảu chài, cùa khí quyên thành nhũng chất hữu cư; dộ phì nhiêu đất (tã xiuìt ngày phát triển mạnh mẽ 1ỈST dát bát đầu hình thành Như đút vù 11ST ílất chi hình thành có sống xuất trẽn mẫu chất (hình 2.3) H in h Q u trìn h h ìn h th n h h ệ sin h th i đất r v - C Ấ U T R Ú C C Ủ A H Ệ S IN H T H Á I Đ Ấ T Xét vổ cấu ưúc chức nàng ▲ đất tự hình thành HST, ỉ mảu hình hệ thông hở Tuy nhiên, tự điều chinh IIS T đất có giới hạn (lịnh, thay đổi vượt giới hạn này, IỈS T khả tự điều chinh hậu quà đất bị ỏ nhiễm, suy thoái Người la chia nhân lố sinh thái làm hai nhóm: nhủn tố sinh thái Opl: Cực thuận giới hạn nhân tô sinh thái không H inh 2.4 S o giới hạn Trong đất, hàm lượng n h iệt hẹp chấi dinh dưỡng, pH, nồng dộ muối độc tố, nhiệt độ nhãn Nhiệt dộ Min: C c tiều M a x: C ự c dại s n h giỏ i h n s in h th i c ủ a s in h v ậ t c h ịu (I v III) v s in h v ặ t c h ịu n h iệ t rô n g (II) (NgÚốn R u ttnel, 1953) tố sinh Ihái giới hạrl cày trồng quần xã sinh vạt đất; irong ánh sáng, địa hình khơng xem nhàn lố giới hạn dối với động vật đất Sự lác động người có Ihé điéu chinh tìm giới hạn thích hợp cho nhiều sinh vật đất Giới hạn dược gọi giới hạn sinh thái hay gịớị hạn cho phép cùa M T ctấi Sự ô nhicm M T đất hậu cùa tai biến lự nhiên hoạt động cúa COIÌ người làm nhân lơ sinh thái virợi 18 M T (lất, c ẩ n phái biót dược giới han sinh thái quần \fi sịng irong (liVt vói lừng nhân lố sinh thái X lý ò nhicm tức điếu chỉnh dưa nhân lò sinh ihái Irờ giới hạn sinh thái quần xà sinh vại dãi Đây nguyên lý sinh thái kin vận dụnii vào việc sử dụng hợp lý lài nguyên đãi bão vệ M T (hình 2.4) n g ỡ n g s i n h I h i c ù a c c q u ấ n x s ố n g i r o n i i clàì v m u ố n k i ê m s o i d ợ c ỏ n h i ẻ m Bân chãi cua xác lập cân (rình tự diều chinh nàng lưựim vặt chất loại sinh vật: sinh vật sàn xuất, sinh Vỉ)i liêu thụ sinh vậi phán h 'riìơng Ihường, tính da dạng sinh học cùa 1ỈST đâi cao so với IỈS T nước, khơng khí, nên nâng tự lập lại cán hàng cùa cũne cao Đổng thời, nhờ tính da dạng sinh học cao đài so với HST khác nên xích thức ân 1IST dát phức lụp (hình 2.5) Đíú có độ phì nhiêu cao, có nhiều lồi sinh vật cư liíi chuỗi thức ân phức tạp nàng tự điếu chinh dể lập lại càn bàng sinh ihái lớn Nói cách khác, nang lực chịu lài dùi, cỏ the gánh chịu sức ép, củ sốc lớn irong điều kiện khó khãn Chính nhờ tính chất đặc thù mà thực tế kiếm soát ỏ nhiễm, người ihườiiụ "mượn" (lất làm M T xứ lý làm Hinh X ích thức ăn H ST đả't TÓM TẮT CHƯƠNG Nội dung củ a chương đé cập đến khái niệm tổng quát bàn vé H S T , độ lớn, tính phản hổi cấu trúc cù a H S T T định nghĩa nảy, nội dung c ủ a chương chứng minh đất H S T với đủ cấu trúc chức HST khác Nỏi dung chương dành thời lượng dáng kể phản tích vé hinh thành vả phát triển H S T đất, vế cấu trúc chức nâng cùa H S T đẫt vai trỏ to lởn H S T đát cản tự nhiên CÂU HỎI Nêu giái thích khái niộm hệ sinh thái, tấu (rúc chức nang tính phàn hổi I ỈST lìằng dẫn liệu cụ chứng minh (lát 11ST Khi m ột H ST đâì dược hình thành? I iST phát iriõn nào? Phán lích cấu trúc chức nâng 1IS T tiất vai 1rị ciln tự nhiơn 19 ... hệ động vật đất, nấm vsv, Các sinh vật đấl phong phú số lượng thể loại, phụ thuộc vào độ phì nhiêu nhiều lính chất lý, hố học đất (báng 1) Bảng 2.1 s ố lượng sinh khối sinh vật đất dõng cỏ có... chinh hậu quà đất bị ỏ nhiễm, suy thoái Người la chia nhân lố sinh thái làm hai nhóm: nhủn tố sinh thái Opl: Cực thuận giới hạn nhân tô sinh thái không H inh 2.4 S o giới hạn Trong đất, hàm lượng... không sống (abiotic íactors) bao gồm: nước, chất khống, chái hữu khơng khí Giống H ST khác, yếu tổ sống không sống đất xảy trao đổi lượng vật chải, phàn ánh tính chức H ST Cũng HST khác, H ST đất