Sinh thái học môi trường

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI Trần Thị Thu Hà - Nguyễn Chí Nghĩa - Nguyễn Mai Hoa sinh th¸I häc m«I tr−êng NHÀ XU T B N Đ I H C QU C GIA HÀ N I Mục lục MỤC LỤC Trang Lời nói đầu Ch ng I Kh¸I niƯm chung vỊ sinh tháI môI trờng I NH NGHA 12 II MỐI QUAN HỆ GIỮA CON NGƯỜI V MÔI TRƯỜNG 12 III LỊCH SỬ, ĐỐI TƯỢNG, NHIỆM VỤ V Ý NGHĨA MƠN HỌC 13 Lịch sử mơn học 13 Đối tượng nghiên cứu 14 Phân môn sinh thái học môi trường 14 Ý nghĩa nhiệm vụ môn học 14 Ch ng II CƠ Sở SINH THáI HọC I KHI NIM CHUNG VỀ SINH THÁI HỌC 17 Định nghĩa Sinh thái học 17 Cấu trúc sinh thái học 18 II CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19 III MÔI TRƯỜNG V CÁC NHÂN TỐ SINH THÁI 19 Môi trường 19 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 Định luật tối thiểu Liebig 35 SINH THÁI HỌC MÔI TRƯỜNG Quy luật chống chịu Shelford (Quy luật giới hạn sinh thái) 37 Quy luật tác động đồng thời quy luật tác động qua lại 41 V PHẢN ỨNG CỦA SINH VẬT ĐỐI VỚI TÁC ĐỘNG CỦA CÁC NHÂN TỐ MÔI TRƯỜNG 42 Thích nghi hình thái 42 Thích nghi di truyền 43 VI SINH THÁI HỌC QUẦN THỂ 43 Định nghĩa quần thể 43 Các đặc trưng quần thể 43 2.1 Sự phân bố không gian cá thể quần thể 44 2.2 Thành phần, cấu trúc tuổi tỉ lệ giới tính 46 2.3 Mật độ cá thể quần thể 49 2.4 Kích thước quần thể 51 2.5 Sự tăng trưởng biến động số lượng cá thể quần thể 53 VII SINH THÁI HỌC QUẦN XÃ 58 Khái niệm 58 Các đặc trưng quần xã 59 VIII HỆ SINH THÁI 75 Định nghĩa cấu trúc hệ sinh thái 75 Dòng lượng hệ sinh thái 78 2.1 Các quy luật dòng lượng hệ sinh thái 78 2.2 Các dạng lượng 79 2.3 Năng lượng qua hệ sinh thái 79 2.4 Các dịng lượng 80 Hiệu suất sinh thái 81 Năng suất sinh học hệ sinh thái 82 Tính cân hệ sinh thái 84 Chu trình sinh địa hóa 85 6.1 Khái niệm, cấu trúc chu trình sinh địa hóa 85 6.2 Các chu trình sinh địa hóa 86 Mục lục Ch ng III ĐA DạNG SINH HọC Và BảO TồN THIÊN NHI£N I ĐA DẠNG SINH HỌC 95 Đa dạng sinh học giới 95 Đa dạng sinh học Việt Nam 95 2.1 Đa dạng hệ sinh thái 96 2.2 Đa dạng loài 98 2.3 Đa dạng nguồn gen 101 Vai trò đa dạng sinh học 101 Sự tuyệt chủng giảm sút đa dạng sinh học 102 4.1 Sự tuyệt chủng giảm sút đa dạng sinh học giới 102 4.2 Sự tuyệt chủng giảm sút đa dạng sinh học Việt Nam 106 II BẢO TỒN ĐA DẠNG SINH HỌC 114 Bảo tồn đa dạng sinh học giới 114 Bảo tồn đa dạng sinh học Việt Nam 117 Ch ng IV CHỉ THị SINH THáI MÔI TRƯờNG I KHI NIM 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 Việc chọn sinh vật sử dụng cho việc quan trắc môi trường 124 Quan trắc lập ngân hàng lưu trữ mẫu vật 125 V CÁC LO I SINH VẬT CHỈ THỊ 125 Vi sinh vật thị 125 Thực vật thị 127 Động vật thị 127 VI CHỈ THỊ SINH HỌC TRONG QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG KHƠNG 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 SINH THÁI HỌC MÔI TRƯỜNG Ch ng V MộT Số VấN Đề MÔI TRƯờNG SINH THáI I Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG 140 Định nghĩa phân loại 140 Ô nhiễm môi trường đất 141 Ơ nhiễm mơi trường nước 143 Ơ nhiễm mơi trường khơng khí 145 II MỘT SỐ VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG SINH THÁI TO N CẦU 149 Sự suy giảm tầng ôzôn 149 Sự biến đổi khí hậu 151 Mưa axit 155 Hiện tượng El Nino, La Nina tác hại đến môi trường sống 158 4.1 Khái niệm chế hình thành, hoạt động tượng El Nino, La Nina 158 4.2 Những ảnh hưởng tượng El Nino La Nina môi trường 164 Phú dưỡng 170 Suy thoái vùng đất ngập nước 173 Suy thoái ô nhiễm đất 176 Suy thoái rừng suy giảm đa dạng sinh học 176 Các tác động sinh thái ô nhiễm dầu 180 10 Hiện tượng nghịch nhiệt 180 III MỘT SỐ VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG SINH THÁI Ở VIỆT NAM 183 Ơ nhiễm mơi trường 183 1.1 Ơ nhiễm mơi trường nước 183 1.2 Ơ nhiễm mơi trường khơng khí 191 1.3 Ơ nhiễm suy thối mơi trường đất 194 1.4 Ơ nhiễm mơi trường chất thải rắn (CTR) chất thải nguy hại (CTNH) 198 Suy giảm đa dạng sinh học 211 Sự cố môi trường 213 Mục lục Ch ng VI QUY HOạCH MÔI TRƯờNG, PHáT TRIểN BềN VữNG I QUY HOẠCH MÔI TRƯỜNG 217 Khái niệm 217 Mục đích nội dung quy hoạch mơi trường 219 2.1 Mục đích quy hoạch môi trường 219 2.2 Nội dung quy hoạch môi trường 219 Cơ sở pháp lí 221 Quan điểm, nguyên tắc 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 Quy trình thực quy hoạch môi trường 226 II PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG 230 Khái niệm yêu cầu phát triển bền vững 230 Các nguyên tắc phát triển bền vững 235 Định lượng hoá phát triển bền vững 241 3.1 Chỉ số đánh giá phát triển bền vững kinh tế 244 3.2 Chỉ số đánh giá phát triển bền vững xã hội 245 3.3 Chỉ số đánh giá phát triển bền vững môi trường 246 Các mục tiêu phát triển bền vững 250 4.1 Hội nghị Thượng đỉnh Môi trường phát triển bền vững 250 4.2 Sử dụng hợp lí tài nguyên tính bền vững 251 4.3 Duy trì đa dạng sinh học tính bền vững 255 4.4 Phương thức tiêu thụ phát triển bền vững 257 Chiến lược bảo vệ môi trường phát triển bền vững Việt Nam 258 III QUẢN LÍ MÔI TRƯỜNG HƯỚNG TỚI PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG 265 Những khái niệm quản lí mơi trường 265 1.1 Định nghĩa 265 1.2 Các mục tiêu ngun tắc quản lí mơi trường 266 SINH THÁI HỌC MÔI TRƯỜNG 1.3 Các nội dung quản lí nhà nước mơi trường 270 1.4 Các biện pháp quản lí môi trường 275 1.5 Tổ chức cơng tác quản lí mơi trường 280 Quản lí mơi trường hệ sinh thái 283 2.1 Quản lí mơi trường đới ven biển 283 2.2 Quản lí mơi trường sơng nước lục địa 290 2.3 Quản lí đất ngập nước 292 2.4 Quản lí mơi trường thị 299 T I LIỆU THAM KHẢO 306 Mục lục LỜI NÓI ĐẦU Cùng với phát triển mạnh mẽ kinh tế, khoa học kĩ thuật cuối kỉ XX, người phải đối mặt với suy thối mơi trường, cạn kiệt nguồn tài nguyên thiên nhiên Điều đặt cho loài người nhiệm vụ sinh thái địi hỏi phải có kiến thức khả vận dụng quy luật tự nhiên vào khai thác hợp lí, bảo vệ mơi trường tự nhiên nhằm ổn định, phát triển xã hội bền vững, vận dụng vào giải vấn đề môi trường, sinh thái Sinh thái học môn khoa học tổng hợp nghiên cứu quan hệ tương hỗ sinh vật môi trường Sinh thái học môi trường phân môn sinh thái học xem kiến thức sở cho ngành Kĩ thuật mơi trường Giáo trình Sinh thái học mơi trường cung cấp cho sinh viên kiến thức Cơ sở sinh thái học ứng dụng bảo vệ môi trường; Mối quan hệ hữu phát triển môi trường; Đa dạng sinh học bảo tồn thiên nhiên; Các vấn đề môi trường sinh thái tồn cầu; Các kiến thức quy hoạch mơi trường phát triển bền vững, giúp cho sinh viên nắm vững chất mối quan hệ tương tác thành phần sinh có cách nhìn hệ thống, áp dụng quy luật sinh thái vào quản lí mơi trường, giải vấn đề mơi trường Giáo trình biên soạn bám sát đề cương mơn học “Sinh thái học mơi trường” chương trình khung đào tạo ngành Kĩ thuật môi trường Bộ Giáo dục Đào tạo quy định cập nhật kiến thức từ nhiều nguồn tài liệu Giáo trình dùng giảng dạy cho sinh viên ngành Kĩ thuật môi trường nguồn tài liệu tham khảo cho cán sinh viên nghiên cứu lĩnh vực môi trường 10 SINH THÁI HỌC MÔI TRƯỜNG Tập thể tác giả xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp cung cấp tài liệu bổ ích ý kiến đóng góp q báu để tác giả hồn thành giáo trình Mặc dù có nhiều cố gắng việc thu thập nguồn thông tin từ nhiều tài liệu khác nhau, nội dung sách tránh khỏi thiếu sót định Tập thể tác giả mong nhận lời góp ý bổ ích từ độc giả đồng nghiệp để sách hồn thiện Tập thể tác giả Chương I Kh¸i niệm chung SINH THáI MÔI TRƯờNG I NH NGHA Sinh thái môi trường môn học thuộc ngành môi trường học Nó nghiên cứu mối quan hệ tương tác khơng cá thể sinh vật, mà cịn tập thể, cộng đồng với điều kiện mơi trường tự nhiên bao quanh (Lê Huy Bá, Lâm Minh Triết, 2005) II MỐI QUAN HỆ GIỮA CON NGƯỜI VÀ MÔI TRƯỜNG Mối quan hệ người môi trường thiết lập lâu đời, từ người đặt chân lên Trái đất Con người sống thiên nhiên tương tác liên tục với chúng Con người cảm nhận ảnh hưởng thiên nhiên thơng qua khơng khí thở, nước uống, thức ăn, dịng lượng, vật chất thơng tin Mối quan hệ người môi trường mối quan hệ hai chiều phức tạp, người ảnh hưởng lớn đến môi trường ngược lại Mối quan hệ tự nhiên xã hội mối quan hệ biện chứng mà thay đổi hệ thống trực tiếp ảnh hưởng đến cấu chức hệ thống kia, điều thể hình 1.1 [7] Tác động người đến sinh dẫn tới: - Thay đổi cấu trúc bề mặt Trái đất hoạt động cày bừa, phá rừng, đào hồ nhân tạo… - Thay đổi thành phần sinh quyển, chu trình tuần hồn cân chất chu trình thải chất thải vào mơi trường đất, nước khí SINH THÁI HỌC MÔI TRƯỜNG 12 - Thay đổi cân lượng, cân nhiệt khu vực toàn cầu - Thay đổi khu hệ sinh vật việc đưa vào hay làm tập hợp sinh vật Dịng lượng, vật chất thơng tin Hệ xã hội: Hệ sinh thái: dân số, sức khoẻ, dinh dưỡng, kĩ nghệ, tổ chức xã hội, khai thác tài nguyên, kinh tế, kiến trúc, tư tưởng, giá trị, đặc tính sinh lí, ngơn ngữ Khơng khí, nước, đất, vi sinh vật, khí hậu, gia súc, sâu bệnh, cối, cỏ dại Chọn lọc, thích nghi (các nhân tố vơ sinh sinh vật) Dịng lượng, vật chất thơng tin Hình 1.1 Mối quan hệ tự nhiên xã hội Sự phát triển khoa học kĩ thuật (nhất cách mạng khoa học kĩ thuật kỉ XX) thúc đẩy xã hội tiến lên làm thay đổi sức lao động Con người khai thác tất nguồn tài nguyên tái tạo tái tạo Các hoạt động đương nhiên tác động trở lại môi trường Ngày nay, giới đứng trước thách thức mơi trường như: Biến đổi khí hậu tần suất thiên tai gia tăng; Tầng ozôn bị cạn kiệt; Sự nơi giảm đa dạng sinh học; Tài nguyên bị suy giảm cạn kiệt; Ơ nhiễm mơi trường xảy quy mơ rộng; Sự gia tăng dân số Chính vậy, việc điều chỉnh hành vi người để tăng lực mơi trường nhằm trì phát triển xã hội loài người 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 trở thành môn khoa học toàn cầu Sinh thái học khoa học sở cho cơng tác quản lí tài Chương I Khái niệm chung sinh thái học môi trường 13 nguyên thiên nhiên bảo vệ môi trường Sinh thái học xem nguyên lí khoa học làm tảng cho ngành kĩ thuật môi trường Thuật ngữ “Kĩ thuật môi trường” hệ thống giải pháp kĩ thuật cơng nghệ quản lí nhằm bảo tồn chất lượng mơi trường phát triển tăng trưởng nhanh sản xuất công nghiệp Quy hoạch quản lí mơi trường gắn liền với hiểu biết, khái niệm phương pháp kĩ sinh thái Nhiệm vụ bảo vệ môi trường hiểu cần có quan tâm tất quốc gia giới IV LỊCH SỬ, ĐỐI TƯỢNG, NHIỆM VỤ VÀ Ý NGHĨA MƠN HỌC Lịch sử mơn học Trước tiên, thuật ngữ Sinh thái học (Ecology) nhà sinh vật học người Đức Ernst Haeckel bắt đầu đề xướng vào năm 1869, dựa từ gốc Hy Lạp Oikos (với nghĩa nhà) logos (với nghĩa mơn khoa học) Theo đó, Sinh thái học hiểu khoa học sinh vật học, nghiên cứu mối quan hệ sinh vật hay nhóm sinh vật với mơi trường xung quanh Vào năm 300 trước Công nguyên, khái niệm sinh thái học nhà khoa học Hy Lạp Phratus nhắc đến chủ yếu mối quan hệ vật chất sống không sống Giữa kỉ XIX, số nhà nghiên cứu thực vật từ Châu Âu Châu Mỹ quan tâm nghiên cứu quần xã thực vật Các nhà sinh thái học bắt đầu hiểu rằng: xã hội sinh vật môi trường xem tổ hợp chặt chẽ, tạo nên đơn vị cấu trúc tự nhiên, hệ sinh thái Hệ sinh thái lớn hành tinh sinh quyển, người thành viên Lí thuyết sinh thái học sau phát triển mức độ cao nhiều nghiên cứu trước Giáo sư Eugene P.Odum – trường Đại học Geogry, “Cơ sở sinh thái học” Ơng mơn học thức đề cập từ Mơn học nghiên cứu phát triển sinh thái học mức độ cao chia thành hệ thống SINH THÁI HỌC MÔI TRƯỜNG 14 khoa học nhiều lĩnh vực như: nông nghiệp, lâm nghiệp, y học, kinh tế học… Sau đó, vào năm 70 kỉ XX, ngành môi trường học có phát triển định Sinh thái học môi trường định hướng phát triển Đối tượng nghiên cứu Sinh thái học nghiên cứu tất mối quan hệ sinh vật với mơi trường Sinh thái học mơi trường ngồi đối tượng nghiên cứu sinh thái học tập trung vào nghiên cứu mối quan hệ người với môi trường sống thông qua hoạt động nông nghiệp, cơng nghiệp, khai khống, văn hố xã hội… Phân môn sinh thái học môi trường Feiblemen (1954) nhận định: “Khi cấu trúc trở nên phức tạp chức tổ hợp liền bổ sung tính trạng mới” tiền đề lí thuyết cho việc hình thành phân mơn sinh thái học môi trường * Dựa vào mức độ tổ chức 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 học * Dựa vào mục đích nghiên cứu: - Sinh thái mơi trường sở; - Sinh thái môi trường ứng dụng Ý nghĩa nhiệm vụ môn học Cùng với lĩnh vực sinh học, sinh thái học loạt chuyên ngành khoa học xuất như: sinh thái tế Chương I Khái niệm chung sinh thái học môi trường 15 bào, sinh thái sinh lí, sinh thái hình thái, di truyền quần thể… giúp ngày hiểu biết sâu chất sống mối tương tác với yếu tố môi trường, với khứ, bao gồm sống tiến hoá người Sinh thái học tạo nên nguyên tắc, định hướng cho hoạt động người tự nhiên để không làm huỷ hoại môi trường sống sinh giới ảnh hưởng suy giảm chất lượng môi trường Đối với ngành riêng biệt, sinh thái học phát triển ứng dụng có nhiệm vụ cụ thể như: Trong trồng trọt chăn nuôi: Sinh thái học đấu tranh triệt để với bệnh cỏ dại, nghiên cứu khơng với lồi có hại mà cịn đề ngun lí chiến lược biện pháp phịng tránh; Sinh thái học đề nguyên tắc phương pháp thành lập quần xã nông – lâm nghiệp thích hợp để hố di giống loài sinh vật cho suất sinh học kinh tế cao; nguyên tắc để khai thác hợp lí nguồn tài nguyên thiên nhiên, trì đa dạng sinh học phát triển bền vững; nguyên tắc bảo vệ cải tạo môi trường Trong công tác bảo vệ sức khoẻ: nghiên cứu ổ dịch tự nhiên người, gia súc tìm phương pháp vệ sinh ổ dịch, đấu tranh với ô nhiễm đầu độc môi trường chất thải công nghiệp sinh hoạt Sinh thái học sở cho cơng trình nghiên cứu biện pháp phịng ngừa nhiễm mơi trường 16 SINH THÁI HỌC MÔI TRƯỜNG ... - 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 học * Dựa vào mục đích nghiên cứu: - Sinh thái môi. .. trường, sinh thái Sinh thái học môn khoa học tổng hợp nghiên cứu quan hệ tương hỗ sinh vật môi trường Sinh thái học môi trường phân môn sinh thái học xem kiến thức sở cho ngành Kĩ thuật mơi trường. .. môn sinh thái học môi trường 14 Ý nghĩa nhiệm vụ môn học 14 Ch ng II CƠ Sở SINH THáI HọC I KHI NIỆM CHUNG VỀ SINH THÁI HỌC 17 Định nghĩa Sinh thái học 17 Cấu trúc sinh