Sinh thái học hệ sinh thái

TTTT-TV• DHQGHN 01030 GS.TS V Ũ T R U N G T Ạ N G SINH THÁI HỌC Hệ SINH THÁI (T i lần th ứ hai) NHÀ XUẤT BẢN GIÁO DỤC VIỆT NAM Công ty c ổ phần sách Đại học - Dạy nghể - Nhà xuất Giáo dục Việt Nam giữ công bố tác phẩm - 0 /C X B /4 - 17/GD M ã số : K y - D A I Lời nói ấầu Sinh thái học khoa học nghiên cứu mối quan hệ thống sinh vạt với mồi trường Như Viện sĩ Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô, x x Chvartch (1975) viết “Sinh thái học khoa học đời sống tự nhiên Nếu Sinh thái học xuất cách 100 năm khoa học mối tương tác thể mơi trường ngày trở thành khoa học cấu trúc tự nhiên, khoa học mà sống bao phủ hành tinh hoạt động tồn vẹn mình” Từ đời, Sinh thái học có đóng góp to lớn cho văn minh nhân loại Ngày nay, áp lực dân số gia tăng, nhu cầu dời sống trình độ khoa học - cơng nghệ ngày cao, coil người can thiệp sâu vào trình tự nhiên Sinh thái học phải tập trung cố gắng vào việc nghiên cứu giải hậu CỈO người gây ra, nhằm thiết lập lại mối quan hệ hài hồ người với thiên nhiên Do dó, Sinh thái học không nhu cầu nhận thức mà trở thành nguyên tắc, tảng khoa học cho chiến lược phát triển bền vững xã hội loài người Như quốc gia khác, nước ta, Sinh thái học dần phổ cập trường, từ bậc Trung học sở đến bậc sau Đại học thuộc nhiều lĩnh vực khoa học tự nhiên khoa học xã hội Hơn nữa, kiến thức Sinh thái học ngày sâu vào đời sống quảng đại quần chúng Các sách giáo khoa tài liệu phổ cập Sinh thái học dược xuất ngày đa dạng Sinh thái học hệ sinh thái {System Ecology) tài liệu chuyên sâu mà nội dung tập trung vào nguyên lý cấu trúc, hoạt động chức thành phần cấu tạo nên hệ sinh thái toàn hệ thống để hệ tồn phát triển bền vững suốt q trình tiến hố Trên sở hiểu biết thuộc tính vốn có hệ sinh thái, nhận rõ vị trí vai trị thành viên tham gia vào hệ thống, bao gồm người hoạt dộng người Trong lịch sử tiến hố, hệ sinh thái nói ricng hay sinh nói chung trải qua bao thăng trầm để đạt đến trạng thái tương đối ổn định ngày Tiếc thay, sau Kỷ Băng hà lần cuối, Trái Đất dang vào giai đoạn tương đối yên tĩnh hoạt động người lại trở thành nhân tố gây hổn loạn, tạo hậu sinh thái nặng nề đời sống sihh Các nhà khoa học cho rằng, khồng ngăn chặn hậu chẳng “tai biến” địa chất xảy trước Con người phải sớm thay đổi nhận thức hành động để xây dựng chiến lược khai thác quản lý hiệu đa dạng sinh học, chống suy thối mơi trường để phát triển bền vững để cứu lấy Trái Đất hay cứu lấy Sinlỉ thái học hệ sinh thái đời xem tài liệu tham khảo sinh viên, học viên sau đại học, thầy, cô giáo nhà khoa học quan tâm đến lĩnh vực Sinh thái học Trong thời gian biên soạn, khồng thể tránh khỏi nhược điểm sai sót, tác giả mong bạn đọc đóng góp ý kiến lượng thứ Mọi ý kiến đóng góp xin gửi Ban Biên tập sách Đại học - Cao đẳng, Công ty CP sách Đại học - Dạy nghề, Nhà xuất Giáo dục - 25 Hàn Thuyên, Hà Nội Hà Nội, 30 tháng năm 2007 rp / • ? ác giá GS.TS.VỮ TRUNG TẠNG ĐỊNH NGHĨA vò THÀNH PHỒN Cẩu TRÚC ả m Hễ SINH THM 1.1 ĐỊNH NGHĨA HỆ SINH THÁI VÀ CÁC KHÁI NIỆM CÓ LIÊN QUAN Trong đời sống thường nhật, hoạt động đơn vị thiên nhiên tiếp cận với nhiều đơn vị thiên nhiên khác, chẳng hạn, hồ nước, khoảnh rừng, khúc sông, đầm tơm Những đơn vị tự nhiên hệ sinh thái, nơi tồn phát triển loài động, thực vật vi sinh vật mối quan hệ phức tạp để thực hồn chình chức sinh học mình, tương tự thể sống Rừng, biển hệ sinh thái tự nhiên hình thành quy luật tự nhiên Đầm tôm, ao cá, nương rẫy hệ sinh thái nhàn tạo hình thành bàn tay người Vậy, hệ sinh thái tập hợp quần xã sinh vật với mơi trường vật lý mà tồn tại, sinh vật tương tác với với môi trường để phát triển ổn định theo thời gian thông qua hoạt động c ủ a chu trình sinh địa hố biển đổi lượng Thuật ngữ đời nhà sinh thái học người Anh A Tansley đề xuất vào năm 1935, ơng nghiên cứu hình thành tiến hoá thảm thực vật đảo đá thuộc nước Trước đó, hệ sinh thái nhà sinh thái tien bôi sứ dụng với thuật ngữ khác nhau, chẳng hạn “ sinh vật quần lạc” (biocenose) Dakuchaev (1846), Mobius (1877); muộn hơn, Tchukachev (1944) sở nghiên cứu mối quan hệ tương hỗ thảm thực vật rừng với điều kiện mơi trường vơ sĩnh, thơng qua chu trình hố học xảy mở rộng khái niệm thành khái niệm “ sinh vật địa quần lạc” (biogeocense) Những thuật ngữ thường để mô tả hệ sinh thái tự nhiên có giá trị khoa học m đường cho phát triển sinh thái học đại Đến nay, thuật ngữ hệ sinh thái (ecoeystem) A Tansley sử dụng rộng rãi có nội hàm lộng hơn, bao gồm hệ thống tự nhiên rừng cây, đồng cỏ, vịnh biển hệ thống nhân tạo đồng ruộng, nương rẫy; thuật ngữ bao gồm hệ cực bé (microecosystem) tạo ống nghiệm phịng thí nghiệm đến hệ lớn hồ chứa, rừng, biển Tàu vũ trụ dược xem hệ sinh thái nhân tạo đặc biệt, bới tồn vũ trụ hệ thống kín, hướng đến trạng thái mở COI1 người tạo cho q trình tự sản xuất tiêu thụ thông qua tiếp nhận nãng lượng vật chất từ bcn Hiện tại, tàu vũ trụ tồn hoạt động người cung cấp trang bị cho điều kiện thiết yếu nhiên liệu, nước, nguồn vật chất khác để người sinh vật mang iheo sống hoạt động khoảng thời gian giới hạn Do vậy, tàu vũ trụ trở thành hệ đặc biệt, không giống hệ sinh thái Trái Đất Thành phần cấu trúc hệ sinh thái đa dạng, tổ chức theo thứ bậc chặt chẽ, với mối quan hệ thông tin, sở đó, hệ thực trọn vẹn chu kỳ sinh học Bởi vậy, hệ sinh thái dược xcm đơn vị cấu trúc hồn tự nhiên (hình 1.1) Khơng thế, hệ sinh thái cịn có thuộc tính khác định đến thành phần cấu trúc hoạt động, chức khơng gian, tliời gian m ối quan hệ tương tác với hệ sinh thái khác Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc hệ sinh thái nước (Duvignaud et Tanghe, 1967) Không gian hệ sinh thái dược xác định chiều dài, chiều rộng, chiều cao độ sâu, thời gian hệ gồm khứ, tương lai lịch sử đời sống Khơng gian hệ sinh thái thuộc tính khách quan, giới hạn rõ ràng nhiều trường hợp lại vạch cách nhân tạo, bới lự nhiên, hệ sinh thái khơng tồn độc lập mà liên hệ mật thiết với hệ khác hệ chuyển t iế p , không hệ sinh thái nào, tương tự thể, lại có thổ phát triển tự thoả mãn nhu cầu Sơng liên hệ với biển, biển chịu tác động sông; vịnh biển mở biển lớn hơn; hồ phải tiếp nhận vật chất từ vùng đất xung quanh thông qua xoang tiếp xúc đất - nước ven hồ, song phía mình, nước hồ làm thay đổi nhiệt độ độ ẩm hệ lân cận Lịch sử phát triển hệ sinh thái không liên quan với biến đổi điều kiện mơi trường mà cịn chứa dựng dó yếu tố thời gian mà hệ trải qua thông qua “dấu ấn” hay đặc điểm thích nghi sinh vật với môi trường, hằn lên đời sống lồi mà ta tìm thấy dạng hoá thạch Khoa học nghiên cứu mối quan hệ tương hỗ sinh vật với điều kiện mỏi trường giai đoạn khứ lịch sử phát triển Trái Đất gọi CỔ sinh tliái học (Paleoecology) đời Thời gian trở thành nhân tố vật chất thiết yếu cho hình thành tiến hố lồi hệ sinh thái Nhờ có thời gian, mn vật đủ điều kiện để đồng hoá lượng vật chất, gia tăng sinh khối, sinh sôi, nảy nở cho phát triển hưng thịnh Gieo trồng không dúng thời vụ, lương thực hoa, kết hạt so với điều kiện bình thường, dó, mùa màng khơng cho suất mong muốn, chí bị thất thu Trên sớ thừa nhận quan niệm khách quan thế, người nhận thức cách sâu sắc thuộc tính hoạt động, chức hệ sinh thái từ biết khai thác, sử dụng quản lý đơn vị thiên nhiên cách có hiệu cho phát triển bền vũng 1.2 CÁC KIỂU HỆ SINH THÁI Các hệ sinh thái tồn phát triển Trái Đất sở sinh tồn sống, bao gồm loài người Hệ sinh thái đảm bảo cho chu chuyển không ngừng ngun tố hố học mơi trường quần xã sinh vật, trì ổn định màu mỡ đất đai, điều tiết nước ngầm, chống xói lở bờ bãi, điều hồ chế độ thuỷ văn, khí hậu, thời tiết, lọc chất ô nhiễm, đồng thời tạo nên giá trị phi vật thể (giá trị thẩm mỹ, văn hoá địa V.V.) Các hệ sinh thái dù tự nhiên hay nhân tao, phân hoá đa dạng, chiếm vùng bề mặt hành tinh, từ miền xích đạo, nơi khí hậu nóng ẩm đến miền cận cực lạnh giá, từ đáy biển sâu đến đỉnh núi cao hay mặt đất đến vài ba dặm Nói chung, kiểu hộ sinh thái có ranh giới rõ ràng Song hệ, ngựời ta quan sát thấy có biến đổi dần dần, từ hệ sang hệ khác, tạo nên vùng chuyển tiếp chúng (hình 1.2 1.8) Ở đó, ngồi điều kiện riêng mơi trường cư dân đặc trưng cịn gặp số lồi động vật, thực vật sinh sống hệ lân cận, thích nghi với điều kiện chuyển tiếp xâm nhập vào để thực chức sống định kiếm ăn, sinh sản khoảng thời gian xác định lịch sử đời sống Vùng “ ranh giới” gọi hệ đệm hay hệ chuyển tiếp (ecoton) Có nhiều ví dụ hệ chuyển tiếp Chẳng hạn, bìa rừng nơi chuyển tiếp lừng đồng cỏ (hình 1.2), vùng chuyển tiếp thảo nguyên hoang mạc v.v Như vậy, hệ ecoton hệ sinh thái mang tính chuyển tiếp hệ sinh thái lớn nằm kề nhau, có đặc trưng tương phản với Sự tồn phát triển hệ đệm không phụ thuộc vào nhân tố môi V trường vật lý mà tồn địa hình, Hình 1.2 Hệ sinh thái chuyển tiếp rừng đồng cỏ (hay bìa rừng) (Theo Purveslife) Trong đó, chạy đua vũ trang ngấm ngầm siêu cường, chiến tranh quyền lực nước mạnh nuớc yếu, sắc tộc tôn giáo gây bất ổn cho cộng đồng quốc tế, đẩy nhiều dân tộc quốc gia vào cảnh chết chóc, nghèo đói đên khốn 4.7 CHIẾN LƯỢC CHO s ự■ PHÁT TRIEN b ề n v ữ n g • Trái Đất cững sinh phát triển bước vào giai đoạn tương đối ổn định từ sau kỷ Băng hà lần cuối Con người dù tài giỏi “vật ký sinh” sinh quyển, sống dựa vào mn vật, có lịch sử tiến hoá hàng triệu năm Từ đời, dân số ít, người sống hài hoà với thiên nhiên, phương thức khai thác sử dụng tài nguyên tương tự bao loài vật ăn thịt khác, nằm mối quan hệ “ dãy thức ăn b ậc” (triotrophage): CON M ổ l VẬT Dữ VẬT Dữ Khi dân số ngày tăng, nhu cầu người ngày cao, giai đoạn bùng nổ dân số, sức cp người lên tài nguyên môi trường ngày lớn, phương thức khai thác sử dụng tài nguyên dã tách họ khỏi mối quan hệ mồi - vật ăn thịt, hậu dẫn đến thất đa dạng sinh học ngày lớn, tài nguyên tái tạo không tái tạo cạn nước ngày khánh kiệt dần, cảnh quan môi trường ngày bị xáo trộn, chia cắt ô nhiễm nặng nề Tiếng chng báo động để lồi Người thức tỉnh trước nạn ô nhiễm môi trường rung lên từ Hội nghị Môi trường Stockholm (Thuỵ Điển) năm 1972 Sau 20 năm, Hội nghị Nguyên thủ quốc gia Rio de Janeiro (Brazil) tổ chức bước đột phá thứ nhằm giúp loài Người nâng cao nhận thức trách nhiệm trước ngơi nhà chung có nguy bị huỷ hoại, đồng thời đề phương sách “Cứu lấy Trái Đ ất” hay cứu lấy Cũng tiến trình đó, Hội nghị đề xuất nhiều vấn đề, có “C hiến lược pliát triển bền vữ ng", công uớc “B ảo tồn đa dạng sinh liọ c ” nhiều vấn đề có liên quan Chương trình nghị 21 tập trung vào giải pháp phát triển bền vững cho toàn giới kỷ XXI Những nguyên tắc cam kết thực nước tham gia khẳng định lại 202 14-STHHST-B lần Bản tun bố Johannesburg (thủ Cộng hồ Nam Phi) Bản kế hoạch hành động phát triển bền vững dược 166 quốc gia tham gia ký kết vào năm 0 Phát triển nhu cẩu nhân loại, song p hát triển bén vững hoàn toàn khác với phát triển kinli diển - phương Ihức chí biết khai thác tài nguyên cho tăng trưởng kinh tế - xã hội, phục vụ lợi ích trước mắt, khơ ng tính đến lợi ích cho tồn lâu dài toàn cộne dồng Bới vậy, nay, phát triển bền vững không xu thời đại mà trở thành nhu cầu xúc loài Người khai thác sử dụng tài nguycn thiên nhiên Tài nguyên thiên nhiên dạng có khả tái sinh vơ tận người biết khai thác sử dụng cách hợp lý Bài học rút từ thực tế sống Người phải trả giá dắt loài huỷ diệt hệ sinh thái giàu có hoạt động Phát triển bền vững phát triển nhằm “thoả mãn nliu cầu th ế hệ h iện tại, không ảnh hưởng đến Iiăng thod mãn Iiliu cầu th ế liệ ỉirơiiịỊ l a i ” (W CED , 1987, UNEP, 1991) Phát triển bền vững xem tiến trình, mối quan hệ khơng gian lĩnh vực phúc lợi: phát triển kinh tế (nhất tăng trưởng kinh tê), phát triển xã hội (nhất tlìực h iện tiến bộ, cơng bâng x ã liội; xo đói, giảm nghèo vù giải việc làm ) bảo vệ môi trường (nhát x lý, khắc phục ô nhiễm, phục hồi cải thiện chất lượng m trường; phịng chống thiên tai ngăn chận chặt phá rừng; khai thác hợp lý sứ dụng tiết kiệm tài nquyên thiên nhiên) ln điều chỉnh tối ưư (Chương trình nghị 21 Việt Nam, 2004), mối quan hệ thời gian nhu cầu lợi ích hơ phái dược giải hài hồ Có thổ nói, phát triển bền vững (PTBV) khơng dễ dàng đạt thực tế, yếu tố phát triển ln thay đổi, chí thay đ ổ i nhanh so với khả điều chỉnh Tuy nhiên, phát triển bền vững đóng vai trị then chốt chiến lược hoạt động, không mục tiêu mong đợi mặt xã hội mà nhu cầu xu hướng tất yếu tiến trình phát triển xã hội lồi Người T iêu chí để đánh giá PTBV tăng trưởng kinh tế ổn định; thực tốt tiến công xã hội; khai thác hợp lý, sử dụng tiết kiệm tài n guyên thiên nhiên, báo vệ nâng cao chất lượng môi trường thể tio n g m ô hình bảng 4.11 203 Bảng 4.11 Mơ hình cho phát triển kinh tế vững Tiêu chuẩn Về kinh tế Phương pháp xác định Phúc lợi kinh tế tri tối đa hoá Max {lợi ích (B) - chi phi (C)} Phúc lợi khơng giảm theo thời gian (hay tính cơng hệ): Max {a, (Bt - C) cho PTBV Tính hiệu Tính cơng đó, 3; phúc lợi nhóm hưởng lợi - Chính sách quản lý tài nguyên làm tăng phúc lợi tổng số - Tạo cho người nghèo hưởng lợi Sinh thái sức bền xã hội - Sức bền sinh thái: đa Khả chống chịu thích dạng cấu trúc chức ứng cao thay - Sức bền xã hội: thể chế đổi chinh sách, quyền sỏ hữu hợp lý giảm mức tăng dân số Mục tiêu chủ yếu PTBV phải hướng đến là: - G iảm đến mức tối thiểu khánh kiệt tài nguyên, bao gồm dạng tái sinh không tái sinh, đảm bảo cho khai thác lâu dài - Bảo tồn đa dạng sinh học khía cạnh, mức độ sở quản lý sử dụng hợp lý; trì hệ sinh thái thiết yếu, có sức sản xuất cao (rừng ẩm thường xanh nhiệt đới, rừng ngập mặn, rạn san hô, thảm cỏ biển ) hệ hỗ trợ khác nhằm đảm bảo cho sống lâu dài cộng đồng dân cư - Bảo vệ ổn định môi trường: môi trường đất, mơi trường nước mơi trường khơng khí, quan trọng xúc giảm lượng khí nhà kính (cacbon diơxit, ơxit nitơ, lưu huỳnh ) vào khí để giảm hiệu ứng nhà kính, ngăn chặn ấm lên Trái Đất nạn “đại hồng thuỷ” toàn cầu, thay hợp chất CFCS, halogen để tránh suy giảm lượng ôzôn “ hàn” lại lỗ thủng ôzôn 204 bầu I trời Nam Cực, tránh cho nhân loại sinh giới khỏi hiểm hoạ gây i xạ cực tím U V -B - Chất lượng sống hay tiêu phát triển người phải đạt đượực sau: + Thu nhập bình quân theo đẩu người (GDP) quốc gia nân