Khoa học môi trường và sức khoẻ con người

1 MÔI TRƯỜNG VÀ SỨC KHOẺ CON NGƯỜI Mục tiêu học tập 1. Diễn giải được định nghĩa môi trường sống và các phương pháp nghiên cứu 2. Hiểu được tác động qua lại giữa cơ thể và Môi trường 3. Phân tích được khả năng tự điều chỉnh của môi trường và sự ô nhiễm I. Kháí niệm chung về Môi trường sống 1. Định nghĩa Môi trường Theo nghĩa rộng nhất thì “ Môi trường” là tập hợp các điều kiện và hiện tượng bên ngoài có ảnh hưởng tới một vật thể hoặc sự kiện. Bất cứ vật thể, sự kiện nào cũng tồn tại và diễn biến trong môi trường như môi trường vật lý, môi trường pháp lý , môi trường kinh tế, vv .Thực ra, các thành phần như khí quyển ,thuỷ quyển, thạch quyển, tồn tại trên Trái Đất đã từ rất lâu, nhưng chỉ khi có mặt các cơ thể sống thì chúng mới trở thành các thành phần của môi trường sống. Môi trường sống là tổng các điều kiện bên ngoài có ảnh hưởng tới sự sống và sự phát triển của các cơ thể sống .Đôi khi người ta còn gọi khái niệm môi trường sống bằng thuật ngữ môi sinh ( living environment). Môi trường sống của con người là tổng hợp các điều kiện vật lý, hoá học, sinh học, xã hội bao quanh con người và có ảnh hưởng tới sự sống, sự phát triển của từng cá nhân và toàn bộ cộng đồng người. Thuật ngữ “Môi trường” thường dùng với nghĩa này. Môi trường sống của con người là vũ trụ bao la, trong đó có hệ Mặt trời và Trái Đất. Các thành phần của môi trường sống có ảnh hưởng trực tiếp tới con người trên Trái đất gồm 4 quyển: sinh quyển, thuỷ quyển, khí quyển, thạch quyển . Có thể nêu ra một định nghĩa chung về môi trường như sau : Môi trường là tập hợp các yếu tố tự nhiên và xã hội bao quanh con người có ảnh hưởng tới con người và tác động qua lại với các hoạt động sống của con người như : không khí, nước, đất, sinh vật, xã hội loài người, .vv . -Môi trường sống của con người theo chức năng được chia thành các loại : -Môi trường tự nhiên: bao gồm các yếu tố tự nhiên như các yếu tố vật lí, hoá học và sinh học, tồn tại khách quan ngoài ý muốn con người. -Môi trường xã hội: là tổng thể các quan hệ giữa người và ngươi tạo nên sự thuận lơii hoặc trở ngại cho sự tồn tại và phát triển của các cá nhân và cộng đồng loài người. -Môi trường nhân tạo: là tất cả các yếu tố tự nhiên, xã hội do con người tạo nên và chịu sự chi phối của con người . Môi trường theo nghĩa rộng là tổng các nhân tố như không khí, nước , đất, ánh sáng ,âm thanh,cảnh quan,xã hội ,vv .có ảnh hưởng tới chất lượng cuộc sống con người và các tài nguyên thiên nhiên cần thiết cho sinh sống và sản xuất của con người. Môi trường theo nghĩa hẹp là tổng các nhân tố như không khí, nước, đất, ánh sáng vv .liên quan tới chất lượng cuộc sống con người, không xét tới tài nguyên . Từ các định nghĩa trên có thể sinh ra nhiều quan niệm khác nhau về khoa học môi trường : Môi trường là đối tượng nghiên cứu của nhiều ngành khoa học đang có hiện nay ( sinh học, địa học, hoá học vv ).Tuy nhiên, các ngành khoa học nói trên chỉ quan tâm đến một phần hoặc một thành phần theo nghĩa hẹp. Môi trường là đối tượng nghiên cứu của một ngành khoa học liên ngành có mục đích chủ yếu là bảo vệ môi trường sống lâu dài của con người trên Trái đất. Trong giai đoạn hiện nay, hoạt động phát triển kinh tế và khoa học kỹ thuật của con người có ảnh hưởng mạnh mẽ tới chất lượng môi trường sống (khai thác tài nguyên thiên nhiên, gia tăng dân số, sản xuất công 1. Môi trường và sức khoẻ con người 2 nghiệp). Không có một ngành khoa học đang có hiện nay đủ điều kiện nghiên cứu và giải quyết mọi nhiệm vụ của công tác bảo vệ môi trường là quản lí và bảo vệ chất lượng các thành phần môi trường sống của con người và các sinh vật trên Trái Đất. 2. Các phương pháp nghiên cứu Khoa học môi trường sử dụng một loạt các phương pháp nghiên cứu lí thuyết và thực nghiệm của các ngành khoa học cơ bản khác : -Các phương pháp thu thập và xử lý số liệu thực tế, các thực nghiệm . -Các phương pháp phân tích thành phần môi trường . -Các phương pháp phân tích, đánh giá xã hội, quản lý xã hội, kinh tế . -Các phương pháp tính toán , dự báo, mô hình hoá. -Các giải pháp kỹ thuật, tiến bộ kỹ thuật . -Các phương pháp phân tích hệ thống. 3. Các nội dung nghiên cứu Các nghiên cứu môi trường rất đa dạng được phân chia theo nhiều cách khác nhau. Ở đây có thể chia ra làm 4 bốn loại chủ yếu : -Nghiên cứu đặc điểm của các thành phần môi trường ( tự nhiên hoặc nhân tạo ) có ảnh hưởng hoặc chịu ảnh hưởng của con người, đó là nước, không khí, đất ,sinh vật, hệ sinh thái, khu công nghiệp, đô thị, nông thôn vv .Ở đây, khoa học môi trường tập trung nghiên cứu mối quan hệ và tác động qua lại giữa con người với các thành phần của môi trường sống. -Nghiên cứu công nghệ, kỹ thuật xử lý ô nhiễm, bảo vệ chất lượng môi trường sống của con người. -Nghiên cứu tổng hợp các biện pháp quản lý về khoa học kinh tế, luật pháp, xã hội nhằm bảo vệ môi trường và phát triển bền vững Trái Đất, quốc gia, vùng lãnh thổ, ngành công nghiệp. -Nghiên cứu về phương pháp mô hình hoá, phương pháp phân tích hoá học ,vật lý, sinh vật phục vụ cho ba nôi dung trên. II. Mối quan hệ giữa cơ thể và Môi trường sống Khoa học môi trường là ngành khoa học nghiên cứu mối quan hệ và tương tác qua lại giữa con người và môi trường xung quanh. Con người và môi trường luôn thống nhất với nhau. Người xưa từng phát hiện quy luật “ Thiên – Nhân hợp nhất” Cơ thể đáp ứng trước các tác động của môi trường sống bằng các biểu hiện khác nhau: Phản xạ, thích ứng, không thích ứng, giả thích ứng, rối loạn thích ứng Mặt khác con người can thiệp vào môi trường có mục đích trước hết để cải tạo môi trường. Ví dụ các hoạt động sản xuất, khai thác tài nguyên thiên nhiên, các hoạt động y tế, điều trị gây nên sự thay đổi mối tương tác giữa cơ thể và môi trường sống. Tóm lại, Môi trường và cơ thể phải thống nhất với nhau, sự thay đổi của môi trường trong một giới hạn nhất định kéo theo sự thay đổi để thích nghi của cơ thể sống, do đó càng củng cố cơ chế thích nghi vốn đã linh hoạt, càng linh hoạt hơn. Sự thay đổi đột ngột hoặc vượt quá giới hạn thích nghi sẽ dẫn đến những hậu quả xấu, thậm chí tiêu diệt một vài giống loài sinh vật. Thích ứng là quá trình điều chỉnh, đòi hỏi có một thời gian nhất định để cơ thể thích nghi được với các yếu tố môi trường. Nếu không đủ thời gian thì sẽ dẫn đến rối loạn thích ứng hay Giả thích ứng, vấn đề này để giải thích một số bệnh của nền văn minh : Bệnh cao huyết áp, bệnh tâm thần kinh Đầu thập kỷ 70, nhà địa hoá người Anh Hamilton đã đưa ra kế hoạch thực nghiệm là xác định hàm lượng nguyên tố hoá học trong đá, bụi, đất, giấy, cá, lương thực, máu và não để xem hàm lượng các nguyên tố hoá học trong cơ thể con người và vật chất trong môi trường có 1. Môi trường và sức khoẻ con người 3 quan hệ gì với nhau không. Kết quả giám định 60 loại nguyên tố hoá học cho thấy tỉ lệ hàm lượng các nguyên tố hoá học tương ứng trong vỏ Trái Đất. Thí dụ hàm lượng 4 nguyên tố chủ yếu C.H.O.N chiếm 99,4% khối lượng con người và 50,5% vỏ Trái Đất .Các nghiên cứu địa hoá sinh thái cho thấy có một số bệnh tật có liên quan tới sự thiếu hụt hay dư thừa nguyên tố hoá học trong đất đá khu vực. Thí dụ thiếu Se -viêm khớp xương , thiếu kẽm - người lùn, thiếu iot-bướu cổ, thừa Cd-đau xương, tự gẫy xương. Năm 1955, ở huyện Phusan Nhật Bản phát hiện loại bệnh gẫy xương do thừa Cd. Bệnh hoành hành trong thời gian hơn 20 năm, riêng 1963-1967 làm chết 207 người. Nguyên nhân của loại bệnh trên là do nồng độ Cd cao, có trong nước thải của hoạt động khai thác một số mỏ Pb, Zn nằm ở đầu nguồn một con sông cung cấp nước tưới cho các cánh đồng lúa của huyện Phusan . Khi phơi nhiễm với các yếu tố môi trường, sự đáp ứng của cơ thể còn phụ thuộc vào các đặc trưng của cơ thể mang tính chất cá nhân, như yếu tố di truyền, tình trạng dinh dưỡng, tuổi, giới, chủng tộc, điều kiện vật chất, sự rèn luyện Chính vì các đặc trưng đó mà cơ thể có các đáp ứng khác nhau trước các tác động của môi trường và kết quả là tình trạng sức khoẻ sẽ khác nhau. Như vậy, trong gian đoạn hiện nay, có thể xem khoa học môi trường là một ngành khoa học độc lập, được xây dựng trên cơ sở tích hợp các kiến thức của các ngành khoa học đã có cho một đối tượng chung là môi trường sống bao quanh con người với phương pháp và nội dung nghiên cứu cụ thể . III. Ứng dụng nguyên lý sinh thái học trong việc bảo vệ Môi trường sống 1. Sinh thái học (Ecologie) Là khoa học nghiên cứu về mối quan hệ giữa sinh vật (động vật, thực vật, con người) với ngọai cảnh. Sinh thái học là một khoa học có phạm vi nghiên cứu rất rộng, phạm vi nghiên cứu chủ yếu của nó thuộc khoa sinh học, và một phần thuộc các khoa khác như địa lý, địa chất, khảo cổ, nhân học và cả khoa học xã hội. Sinh thái học cũng được coi là một khoa học trung gian, họăc bao trùm lên các khoa học trên. Đối tượng nghiên cứu của sinh thái học có 4 mức tổ chức khác nhau từ thấp lên cao: Cơ thể, Chủng quần (Quần thể), Quần xã và Hệ sinh thái. Chủng quần được định nghĩa là một tập hợp các cá thể của cùng một lòai hay những lòai rất gần nhau, cùng sống trong một không gian nhất định hay còn gọi là sinh cảnh. Ví dụ: Chủng quần nai sống ở đảo Các bà, chủng quần chuột sống sống ở thành phố Huế, chủng quần cây Vẹt sống ở ven biển Ba tri (Bến tre) . Quần xã bao gồm tập hợp tất cả các chủng quần (động vật, thực vật, vi sinh vật) cùng sống trong một sinh cảnh, Ví dụ: Quần xã sinh vật Hồ Tây: bao gồm tất cả các chủng quần, từ các lòai vi sinh vật, tảo, động vật không xương sống đến cá ở Hồ tây; hay quần xã sinh vật rừng Cúc phương . Hệ sinh thái được định nghĩa gồm Quần xã, và Môi trường bao quanh Quần xã. Có thể nói, Hệ sinh thái là một hệ thống gồm các Chủng quần sinh vật và Môi trường, ở đó thực hiện mối quan hệ khăng khít giữa sinh vật và ngọai cảnh. 2. Cấu trúc của hệ sinh thái Các Hệ sinh thái nói chung, về cấu trúc đều gồm có 4 thành phần cơ bản: Môi trường, Vật sản xuất, Vật tiêu thu, và Vật phân hủy: (hình 1). - Môi trường (E): bao gồm các nhân tố vật lý, hóa học (vô sinh) bao quanh sinh vật. Ví dụ: Hệ sinh thái hồ, môi trường gồm nước, nhiệt độ, ánh sáng, các khí hòa tan, O 2 , CO 2 , các muối hòa tan, các vật lơ lửng . Môi trường cung cấp tất cả các yếu tố cần thiết cho Vật sản xuất tồn tại, và phát triển. - Vật sản xuất (P): bao gồm cây xanh và một số vi khuẩn, là các sinh vật có khả năng tự tổng hợp được các chất hữu cơ cần cho sự xây dựng cơ thể của mình, các sinh vật nầy còn 1. Môi trường và sức khoẻ con người 4 được gọi là các sinh vật Tự dưỡng. Cây xanh nhờ có diệp lục nên chúng thực hiện được quang hợp, tổng hợp chất hữu cơ để xây dựng cơ thể chúng theo phản ứng sau đây: 6 CO 2 + 6 H 2 O + năng lượng mặt trời + Enzym diệp → C 6 H 12 O 6 + 6 O 2. Một số vi khuẩn được coi là Vật sản xuất do chúng có khả năng quang hợp hay hóa tổng hợp. Đương nhiên, tất cả các hoạt động động sống có được là nhờ vào khả năng sản xuất của Vật sản xuất. - Vật tiêu thụ (C): bao gồm các động vật, chúng sử dụng chất hữu cơ trực tiếp hay gián tiếp từ Vật sản xuất, chúng không có khả năng tự sản xuất được chất hữu cơ, và được gọi là các sinh vật Dị dưỡng. Vật tiêu thụ cấp 1 hay vật ăn cỏ là các động vật chỉ ăn các thực vật. Vật tiêu thụ cấp 2 là động vật ăn tạp hay ăn thịt. Theo chuỗi thức ăn, ta còn có vật tiêu thụ cấp 3, vật tiêu thụ cấp 4 . Ví dụ: Trong Hệ sinh thái hồ, tảo là Vật sản xuất; giáp xác thấp là Vật tiêu thụ cấp 1; tôm, tép, cá nhỏ là Vật tiêu thụ cấp 2; cá rô, cá chuối là vật tiêu thụ cấp 3; Rắn nước, rái cá , chim bói cá là vật tiêu thụ cấp 4. - Vật phân hủy (T): là một số vi khuẩn và nấm, chúng phân hủy các chất hữu cơ. Tính chất dinh dưỡng đó gọi là Hoại sinh; chúng sống nhờ vào các sinh vật chết và các chất thải của động vật , chúng phá vỡ các hợp chất hữu phức tạp tạo ra các chất hữu cơ đơn giản và các chất vô cơ; các sản phẩm này, cây xanh có thể sử dụng được. Hầu hết các hệ sinh thái tự nhiên bao gồm đủ 4 thành phần cơ bản nêu trên. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, Hệ sinh thái không đủ 4 thành phần. Ví dụ: Hệ sinh thái đáy biển sâu thiếu Vật sản xuất (do thiếu ánh sáng), do đó chúng không thể tồn tại được nếu không được Hệ sinh thái ở tầng mặt cung cấp chất hữu cơ. Tất cả các hệ sinh thái tự nhiên đều có cách phát triển riêng - đó là hệ quả của mối quan hệ qua lại giữa 4 thành phần của hệ sinh thái. Những biến đổi này có thể xảy ra nhanh hay chậm tùy theo từnghệ sinh thái. Ví dụ: hệ sinh thái hô, lúc đầu khi hồ còn sâu, chúng ta gặp đầy đủ các chủng quần giáp xác, thân mềm, côn trùng ở nước, cá và cả các cây thủy sinh sống ven hồ. Hệ sinh thái hồ dần dần được lắng đọng các chất trầm tích từ các vùng xung quanh chảy tới. Hồ nông dần, cho đến khi ta không thể gọi là hồ được nữa. Hệ sinh thái hồ đã chuyển sang hệ sinh thái đầm lầy. Nếu như con người không can thiệp vào các hệ sinh thái tự nhiên, thì xu thế phát triển chung của chúng là tiến tới một kiểu Hệ sinh thái ổn định, với một sinh khối tối đa và sự phân hóa cao các chủng quần. Quần xã thuộc các kiểu hệ sinh thái này được gọi là quần xã đỉnh cực (Climax). Quá trình biến đổi quần xã này nối tiếp quần xã khác gọi là sự Diễn thể, các Quần xã trong quá trình diễn thể thường có sức sản xuất sinh học cao, độ phân hóa các lòai thấp và kém bền vững so với các quần xã đỉnh cực (hay thành thục). Các hệ sinh thái nông nghiệp là các hệ sinh thái trẻ có năng xuất sinh học cao nhưng rất dễ bị hủy họai nếu các nhân tố sinh thái bị thay đổi bất ngờ. 3. Vòng tuần hòan vật chất của hệ sinh thái Trong các hệ sinh thái, thường xuyên có sự vận chuyển các chất hóa học từ Môi trường vào Vật sản xuất, rồi từ Vật sản xuất sang Vật tiêu thụ, sau đó các chất hóa học này từ Vật sản xuất và Vật tiêu thụ sang Vật phân hủy, và cuối cùng chúng lại trở về Môi trường.Sự vận chuyển vật chất này được gọi là vòng tuần hòan vật chất của hệ sinh thái, hay còn được gọi là : Chu trình Sinh - Địa - Hóa. Ví dụ: một vài vòng tuần hòan vật chất chủ yếu của hệ sinh thái: Vòng tuần hòan C, N, P, và S,,, 4. Dòng năng lượng của Hệ sinh thái Song song với vòng tuần hòan vật chất, trong hệ sinh thái còn tồn tại dòng năng lượng. Đối với Vật sản suất (P), năng lượng được cung cấp từ nguồn năng lượng mặt trời; chỉ có một phần rất nhỏ của bức xạ tổng cộng (LT) của năng lượng bức xạ mặt trời được diệp lục của cây xanh sử dụng, phần còn lại không được sử dụng (NU I ). Phần năng lượng mà cây xanh hấp thụ (LA), một phần lớn phân tán dưới dạng nhiệt (CH) và chỉ một phần rất nhỏ được dùng 1. Môi trường và sức khoẻ con người 5 để quang hợp, sản xuất ra các chất hữu cơ. Phần năng lượng nầy còn được gọi là sức sản xuất sơ cấp thô (PB); sức sản xuẩt sơ cấp nguyên (PN) tương ứng với sức sản xuất thô trừ đi năng lượng mất đi do hô hấp (Ri) của vật sản xuất. Được gọi là dòng năng lượng đi qua vật dinh dưỡng cho trước là tổng số năng lượng mà vật dinh dưỡng đó hấp thụ, ở đây là PB = PN + R I . Một phần năng lượng của sức sản xuất sơ cấp nguyên (PN) được sử dụng làm thức ăn cho vật tiêu thụ cấp 1, tức là nhóm động vật ăn thực vật ( gọi phần năng lượng này là L I ). một phần năng lượng của sức sản xuất nguyên không được sử dụng (NU 2 ) bởi vật tiêu thụ, phần thực vật tương ứng này được dùng làm mồi ăn của các vi khuẩn và các vật phân hủy khác. Phần năng lượng L I tuy được vật tiêu thụ cấp I sử dụng, nhưng chúng chỉ dùng được phần năng lượng A I thôi, còn phần năng lượng NA I thải đi dưới dạng phân và nước tiểu của vật tiêu thụ cấp 1. Phần năng lượng A I bao gồm một phần là sức sản xuất thứ cẩp PS I và một phần năng lượng mất đi do hô hấp R 2 : A I = PS I + R 2 ; Cũng lập luận tương tự như vậy đối với bậc dinh dưỡng là Vật tiêu thụ cấp 2, ta có: A 2 = PS 2 + R 3 Dòng năng lượng vừa được mô tả ở trên được minh họa theo hình Hai chức năng: Vòng tuần hòan vật chất và dòng năng lượng là 2 chức năng cơ bản của hệ sinh thái, nó biểu thị đặc trưng riêng của từng hệ sinh thái, và mức độ tiêu hóa của nó. Các hệ sinh thái đóng vai trò quan trọng trong đời sống của con người. Con người là một thành phần của hệ sinh thái. Muốn điều khiển các hệ sinh thái sao cho có lợi nhất đối với con người, chúng ta phải hiểu thật đầy đủ cấu trúc và chức năng của các Hệ sinh thái. 5. Sự tự điều chỉnh (Homéostasie) của các hệ sinh thái Các hệ sinh thái tự nhiên nói chung đều có khả năng tự điều chỉnh riêng của mình; Nói theo nghĩa rộng, đó là khả năng tự lập lại cân bằng, cân bằng giữa các chủng quần trong hệ sinh thái (vật ăn thịt - con mồi, vật ký sinh - vật chủ …), cân bằng các vòng tuần hòan vật chất và dòng năng lượng giữa các thành phần của hệ sinh thái… Sự cân bằng này cũng có nghĩa là sự cân bằng giữa các vật sản xuất, vật tiêu thụ và vật phân hủy. Sự cân bằng này còn được gọi là cân bằng sinh thái. Nhờ có sự tự điều chỉnh này mà các hệ sinh thái tự nhiên giữ đuợc sự ổn định mỗi khi chịu tác động của nhân tố ngọai cảnh. Nhưng sự tự điều chỉnh của hệ sinh thái có giới hạn nhất định, nếu sự thay đổi của các nhân tố ngoại cảnh vượt quá giới hạn này thì hệ sinh thái mất khả năng tự điều chỉnh, và hậu quả là chúng bị phá hủy. - Cũng lưu ý ở đây là, con người không phải lúc nào cũng muốn các hệ sinh thái có khả năng tự điều chỉnh. Ví dụ : nền nông nghiệp thâm canh dựa vào sự sản xuất dư thừa chất hữu cơ, để cung cấp lương thực và thực phẩm cho con người. Các hệ sinh thái này là các hệ sinh thái không có sự tự điều chỉnh với mục đích con người sử dụng hữu hiệu phần dư thừa đó. - Ngày nay, nhiều nước nhiệt đới đã phá đi hàng lọat rừng nhiệt đới để phát triển nông nghiệp. Trên thực tế, sự phá hủy này không những phá đi những hệ sinh thái giàu có và giá trj cao để không phải dễ dàng gì mà có được hiệu quả cao về sản xuất nông nghiệp. Do tầng đất mỏng, cường độ trao đổi chất của các rừng nhiệt đới cao nên thường đem lại sự nghèo nàn trong sản xuất nông nghiệp. Hơn nữa một khi rừng bị phá hủy thường kéo theo sự xói mòn, hạn hán, và lũ lụt. - Một ví dụ khác, trường hợp các chất hữu cơ do chất thải sinh hoạt của các khu dân cư vào hệ sinh thái ở nước. Các chất dinh dưỡng này đã làm cho các lòai tảo (Vật sản xuất) phát triển cao độ. Vật sản xuất do phát triển quá nhiều mà không được các vật tiêu thụ sử dụng kịp, một khi chúng chết đi chúng bị phân hủy và giải phóng ra các chất độc. Đồng thời, quá trình này lại gây nên hiện tượng O 2 trong nước giảm xuống quá thấp, và có thể làm chết hàng lọat cá và các loài động vật khác có trong nước. Đây là trường hợp ô nhiễm hữu cơ vực nước , rất hay xảy ra ở các vùng đang đô thị hóa, nhất là ở các nước đang phát triển. 1. Môi trường và sức khoẻ con người 6 - Sự mất cân bằng trong hệ sinh thái, lúc đầu thường xảy ra cho vài thành phần, sau đó mở rộng sang các thành phần khác; và có thể từ hệ sinh thái này mở rộng sang hệ sinh thái khác. - Sự tự điều chỉnh của hệ sinh thái là kết quả của sự tự điều chỉnh của từng cơ thể, của từng chủng quần, của quần xã, mỗi khi một nhân tố sinh thái nào đó thay đổi. Chúng ta chia các nhân tố sinh thái ra làm 2 nhóm: Nhân tố sinh thái Giới hạn, và nhân tố sinh thái Không giới hạn. Nhiệt độ, nồng độ các loại muối, thức ăn . là nhân tố sinh thái giới hạn; Có nghĩa là, ví dụ như đối với nhiệt độ, nếu chúng ta cho nhiệt độ thay đổi từ thấp lên cao, chúng ta sẽ tìm được một khoảng giới hạn nhiệt độ thích hợp của Cơ thể, hay của cả Chủng quần; ngòai khoảng giới hạn đó, Cơ thể hay Chủng quần không tồn tại được. Khoảng giới hạn này còn được gọi là “Khoảng giới hạn sinh thái “ hay khoảng giới hạn cho phép của cơ thể, của chủng quần. Hai yếu tố: ánh sáng, địa hình: không được coi là nhân tố sinh thái giới hạn đối với động vật. Như vậy, mỗi cơ thể, mỗi chủng quần có một Khoảng giới hạn sinh thái nhất định đối với từng nhân tố sinh thái; Khoảng giới hạn này phụ thuộc vào khả năng thích nghi ( hay còn gọi là vị trí tiêu hóa) của cơ thể, của chủng quần, và cũng phụ thuộc vào các nhân tố sinh thái khác. Ô nhiễm là hiện tượng do các hoạt động của con người, dẫn đến sự thay đổi các nhân tố sinh thái, đưa các nhân tố này ra ngòai Khoảng giới hạn sinh thái của cơ thể, của chủng quần, của quần xã. Con người đã gây nên rất nhiều lọai ô nhiễm (hóa học, vật lý, sinh học) cho các lòai sinh vật (vi sinh vật, động vật, thực vật, và cả cho người). Muốn kiểm sóat được ô nhiễm môi trường cần phải biết được các Khoảng giới hạn sinh thái của cơ thể, của chủng quần, của quần xã đối với từng nhân tố sinh thái. Dự phòng ô nhiễm là làm sao cho các nhân tố sinh thái nêu trên không vượt ra khỏi khoảng giới hạn thích ứng của nó. Xử lý ô nhiễm có nghĩa là đưa các nhân tố sinh thái đó trở về trong khoảng giới hạn sinh thái của cơ thể, của chủng quần, của quần xã. Muốn xử lý được ô nhiễm cần phải biết được cấu trúc và chức năng của từng hệ sinh thái và nguyên nhân làm cho các nhân tố sinh thái vượt ra ngòai khoảng giới hạn thích ứng - Đây là nguyên lý sinh thái cơ bản được vận dụng vào việc sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên và bảo vệ môi trường. 1. Môi trường và sức khoẻ con người 7 SINH VẬT VÀ MÔI TRƯỜNG I. Những khái niệm và nguyên lý 1. Nguyên lý cơ bản Nguyên lý cơ bản của sinh thái học hiện đại chính là những khái niệm về sự thống nhất và đối lập một cách biện chứng giữa cơ thể và môi trường. - Mỗi cơ thể, quần thể, loài sinh vật bất kỳ (bao gồm cả con người) đều sống dựa vào môi trường đặc trưng của mình, ngoài mối tương tác đó ra sinh vật không thể tồn tại được. - Môi trường ổn định, sinh vật sống ổn định và phát triển hưng thịnh. - Môi trường suy thoái, sinh vật cũng bị suy giảm cả về chất lượng và số lượng. - Môi trường bị hủy hoại thì sinh vật cũng chịu chung số phận. Trong trường hợp, môi trường bị phá hủy nếu được phục hồi thì những quần thể, loài trước đó đã từng sinh sống dù có cư trú trở lại cũng giảm tính đa dạng và khó có thể phát triển hưng thịnh như trước đó. Trong mối tương tác giữa cơ thể và môi trường, sinh vật đều phản ứng với sự biến đổi của các yếu tố môi trường bằng những phản ứng thích nghi về sinh lý, sinh thái và tập tính thông qua hoạt động của hệ thần kinh - thể dịch, đồng thời chủ động làm cho môi trường biến đổi nhằm giảm thấp hậu quả tác động bất lợi của các yếu tố và đồng hóa, cải tạo chúng theo hướng có lợi cho sự tồn tại của chính mình. Sinh vật sống trong các tổ chức càng cao (quần thể, quần xã, .) thì sự thích nghi và sức cải tạo đối với môi trường càng có hiệu quả. Sự thích nghi này của sinh vật được hình thành trong quá trình tiến hóa và mang tính chất tương đối. Nếu tác động của các yếu tố môi trường vượt khỏi ngưỡng thích nghi của sinh vật, buộc sinh vật phải rơi vào tình trạng diệt vong nếu như chúng không tìm được những điều kiện tồn tại thích ứng ở một môi trường sống khác hoặc buộc phải biến đổi về mặt hình thái, đặc tính sinh lý, sinh thái và tập tính để đi vào con đường chuyển hóa, tiến hóa của các loài và phải trải qua một chặng đường dài và được kiểm soát bởi quy luật chọn lọc tự nhiên. 2. Những khái niệm cơ bản 2.1. Ngoại cảnh Đó là những thực thể của tự nhiên, con người và những kết quả của con người. Ngoại cảnh tồn tại một cách khách quan. 2.2. Môi trường Là một phần của ngoại cảnh, bao gồm những thực thể và hiện tượng của tự nhiên mà cơ thể, quần thể, loài có liên quan một cách trực tiếp bằng các mối quan hệ thích nghi. Ví dụ: nền đáy là môi trường của các sinh vật sống đáy, song không phải là môi trường đối với các sinh vật sống ở màng nước và ngược lại. 2.3. Cảnh sống Là một phần của môi trường mà ở đó có sự thống nhất của các yếu tố tác động trực tiếp lên đời sống của sinh vật. 2.4. Yếu tố của môi trường Đó là những thực thể và những hiện tượng riêng lẻ của tự nhiên, của thế giới sống, bao gồm cả con người và hoạt động của nó, mà sinh vật chịu ảnh hưởng một cách trực tiếp hay gián tiếp như nhiệt độ, ánh sáng, thức ăn, bệnh tật, . Khoa học Moi truong 8 - Mỗi yếu tố có nguồn gốc, bản sắc riêng khi tác động lên sinh vật tạo nên những hậu quả và sự thích nghi riêng của sinh vật. Tuy nhiên các sinh vật không chỉ phản ứng với từng yếu tố mà còn chịu sự tác động tổng hợp của nhiều yếu tố cùng một lúc. - Ảnh hưởng tác động của các yếu tố lên đời sống sinh vật còn phụ thuộc vào liều lượng, tốc độ và thời gian tác động của các yếu tố. Quá thừa hoặc thiếu các yếu tố như nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng . đều ảnh hưởng tác động lên đời sống sinh vật. Do đó sinh vật còn đặc trưng bởi những giá trị sinh thái tối thiểu và tối đa của các yếu tố môi trường. Biên độ giữa 2 giá trị đó chính là giới hạn chịu đựng của sinh vật hay “giới hạn sinh thái”, “trị sinh thái” của động, thực vật. Nhờ đó ta hiểu được sự phân bố của sinh vật trong thiên nhiên. - Sinh vật có thể có trị sinh thái rộng đối với một yếu tố này nhưng lại hẹp đối với một yếu tố khác. Những sinh vật có trị sinh thái rộng đối với nhiêu yếu tố thì thường có vùng phân bố rộng. - Nếu điều kiện không cực thuận theo một yếu tố sinh thái đối với loài thì sức chịu đựng của loài đối với một yếu tố khác cũng giảm. - Trong thiên nhiên cũng gặp sinh vật thường hay rơi vào hoàn cảnh không phù hợp với điều kiện cực thuận đối với một yếu tố nào đó thì trong trường hợp như thế một yếu tố khác trở nên quan trọng. - Để biểu diễn mức độ tương đối của sức chịu đựng trong sinh thái học người ta dùng các thuật ngữ như cury (rộng), steno (hẹp), oligo (ít), poly (nhiều), meso (vừa) làm tiếp đầu ngữ cho các từ chỉ các yếu tố. Ví dụ đối với nhiệt: eurytherm (rộng nhiệt), stenotherm (hẹp nhiệt) . - Trong điều kiện tự nhiên tác động của các yếu tố môi trường thường làm sinh vật bị lệch khỏi vùng cực thuận. Do vậy sinh vật luôn phải thích nghi, tự điều chỉnh để duy trì tính toàn vẹn về cấu trúc và sự ổn định trong các chức năng của mình. 2.5. Nơi sống Đó là không gian mà ở đó sinh vật sống hoặc thường gặp chúng. 2.6. Ổ sinh thái Sinh vật, ngoài nơi sống của mình, còn có ổ sinh thái (ecological), tức là một không gian sinh thái nào đó mà ở đấy những điều kiện môi trường quy định sự tồn tại lâu dài, không hạn định của các cá thể sinh vật. Theo E.P.Odum (1975) thì nơi sống chỉ ra “địa chỉ” sinh vật. Còn ổ sinh thái chỉ ra “nghề nghiệp” của nó. Với quan niệm này, theo ông ổ sinh thái chung là tổng hợp tất cả các điều kiện cần thiết đối với sự bảo tồn lâu dài của loài trong không gian và theo thời gian. ổ sinh thái thành phần là tổng hợp tất cả các nguồn cần thiết, đảm bảo cho hoạt động của một chức năng sống nào đó của cơ thể, ví dụ như các điều kiện đảm bảo cho quá trình dinh dưỡng. 2.7. Dạng sinh thái (Eco type) Những loài có vùng phân bố địa lý rộng hầu như đều hình thành những quần thể thích ứng với các điều kiện địa phương. Đó là các dạng sinh thái. Khả năng thích nghi và cải tạo môi trường của chúng trong những phần khác nhau của vùng phân bố đối với gradien nhiệt độ, độ chiếu sáng, và những yếu tố khác nữa có thể làm xuất hiện những chủng di truyền hoặc những chủng sinh lý (không thay đổi về kết cấu gene). II. Những yếu tố sinh thái chính và ảnh hưởng của chúng lên đời sống sinh vật Khoa học Moi truong 9 Những yếu tố của môi trường bao gồm những yếu vật lý (nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng .), yếu tố hóa học (các nguyên tố hóa học và muối của chúng .), các yếu tố sinh học (thức ăn, vật dữ, vật ký sinh, .). Các yếu tố không phải chỉ đem lại những bất lợi cho đời sống mà còn là những yếu tố điều chỉnh, nhất là các yếu tố sinh học. 1. Nhiệt độ Nhiệt độ trên hành tinh biến đổi trong giới hạn hàng nghìn độ, song sự sống chỉ tồn tại trong phạm vi hẹp khoảng 300 0 C (từ -100 đến +100 0 C). Đa số các loài chỉ tồn tại và phát triển trong giới hạn nhiệt độ rất hẹp (từ 0-50 0 C). - Trên hành tinh, nhiệt độ giảm từ xích đạo đến vùng cực, từ thấp lên cao, từ nơi nước nông đến nơi nước sâu. nhiệt độ mùa đông thấp hơn nhiệt độ mùa hè, đêm lạnh hơn ngày . Tức là tuân theo các quy luật địa lý và khí hậu. Vì lẽ đó, sự phân bố của sinh vật cũng mang những nét đặc trưng, phản ánh sự thích nghi của chúng với từng vùng khí hậu. Vùng ôn đới, nhiệt độ dao động theo mùa rất lớn lên thường có mặt của nhiều loài rộng nhiệt, ngược với vùng cực và xích đạo hay gặp các loài hẹp nhiệt hơn. - Hiệu quả tác động của nhiệt độ lên sinh vật biểu hiện trên nhiều mặt của đời sống: thay đổi về hình thái, các đặc tính sinh lý, sinh thái và tập tính. Trong giới hạn nhiệt độ mà sinh vật chịu đựng, nếu tăng nhiệt thì quá trình tăng trưởng của sinh vật tăng do quá trình trao đổi chất được đẩy mạnh. Mặc dù vậy, trong giới hạn nhiệt độ tồn tại của sinh vật, sự thay đổi nhiệt độ quá đột ngột sẽ gây hại cho đời sống. Ngoài ranh giới chịu đựng, nhiệt độ quá thấp hoặc quá cao thường gây chết cho sinh vật liên quan đến hiện tượng đông đặc nguyên sinh chất (khi nhiệt độ quá thấp) hoặc do sự rối loạn các chức năng sinh lý (nếu nhiệt độ quá cao). - Liên quan với nhiệt độ, động vật giới được chia thành 2 nhóm: Nhóm động vật đồng nhiệt và nhóm động vật biến nhiệt. + Nhóm thứ nhất là những loài có thân nhiệt ổn định, không phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường và có cơ chế điều hòa thân nhiệt (có lông dày, lớp mỡ dưới da, tiết mồ hôi, .). + Còn nhóm thứ 2 gồm những loài có thân nhiệt biến đổi phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường. Đối với loài động vật biến nhiệt, thời gian phát triển và số thế hệ mới được sinh ra hàng năm phụ thuộc chặt chẽ vào nhiệt độ môi trường. 2. Nước và độ ẩm - Nước chiếm 80-90% cơ thể sinh vật, do vậy nước rất cần cho cơ thể trong trao đổi chất, đồng thời còn là môi trường sống cho thủy sinh vật. - Trên hành tinh, nước tồn tại dưới 3 dạng: rắn (băng), lỏng và hơi nước. Nhờ sự chuyển đổi giữa 3 dạng trên mà có sự cân bằng nước trên hành tinh, tuy nhiên nước ở dạng lỏng chiếm tỷ trọng lớn nhất và chứa chủ yếu ở biển và đại dương. Mưa và độ ẩm có vai trò quan trọng nhất đối với sinh vật trên cạn. - Mưa: Mưa phân bố không đều theo không gian (địa hình, vĩ độ) và theo thời gian (mùa khí hậu). Do lượng mưa như trên mà trên bề mặt hành tinh hình thành nên các kiểu khu sinh học (biom) khác nhau, tuy nhiên chúng không chỉ được xác định đơn thuần theo lượng mưa mà bằng cả sự cân bằng giữa lượng mưa và lượng nước bốc hơi thế năng trong vùng. - Độ ẩm: là thông số đặc trưng cho hàm lượng nước trong không khí. + Độ ẩm tuyệt đối: là lượng nước bão hòa (tính bằng gam) chứa trong 1kg không khí ở điều kiện nhiệt độ và áp suất xác định. + Độ ẩm tương đối: tính bằng phần trăm của lượng hơi nước thực tế chứa trong không khí so với lượng hơi nước bão hòa của không khí ở cùng điều kiện và áp suất. Khoa học Moi truong 10 Độ ẩm không khí biến thiên theo vĩ độ địa lý, theo địa hình, theo mùa và theo ngày đêm. - Dựa vào nhu cầu nước của cơ thể sinh vật người ta chia chúng thành các nhóm: + Sinh vật ở nước (aquatic): đời sống của chúng diễn ra trong nước, + Sinh vật nửa nước nửa cạn (Amphibiont): ở chúng có 1 giai đoạn sống trên cạn, giai đoạn khác sống dưới nước. + Sinh vật ưa ẩm (Hydrophil): sống ở nơi rất ẩm (bão hòa hơi nước) + Sinh vật ưa ẩm vừa (Mesophil) + Sinh vật ưa khô (Xenophil) - Sự khô hạn của không khí là yếu tố sinh thái đặc biệt quan trọng đối với đời sống thực vật. ở những nơi có độ ẩm thấp, sinh vật nói chung hay thực vật nói riêng có những biến đổi cả về hình thái đặc tính sinh lý, sinh thái và tập tính để tồn tại và phát triển như giảm diện tích lá, có mô tích nước . Động vật để tránh mất nước có vỏ kitin hoặc vỏ sừng, giảm bài tiết nước tiểu và mồ hôi . hoặc hoạt động chủ yếu vào ban đêm . ở thực vật còn quan sát thấy mối quan hệ giữa sự thoát hơi nước và năng suất mùa màng thông qua tỷ số giữa sự tăng trưởng và sự thoát hơi nước. 3. Tác động tổ hợp của nhiệt độ và độ ẩm Nhiệt độ và độ ẩm là 2 yếu tố sinh thái quan trọng. Song sự tác động đồng thời của chúng lên đời sống sinh vật tạo nên hiệu quả rất lớn, thường quy định vùng sống của loài. Sơ đồ biểu diễn tác động của tổ hợp trên gọi là thủy nhiệt độ hay khí hậu đồ. Khí hậu đồ có ứng dụng thực tế rất lớn trong việc thuần hóa, di giống các loài hoặc nghiên cứu biến động số lượng của quần thể liên quan với những biến động của các điều kiện khí hậu. 4. Ánh sáng - Ánh sáng chiếu xuống bề mặt trái đất phụ thuộc vào mây, độ lệch của tia chiếu (ở xích đạo, ôn đới .) vào vị trí của trái đất so với mặt trời và phần hướng ra hay bị che khuất khỏi mặt trời do sự tự quay quanh trục của mình gây ra của quả đất để tạo nên chu kỳ mùa và chu kỳ ngày đêm. Tác động của ánh sáng lên đời sống sinh vật phụ thuộc vào: + Đặc tính của ánh sáng (độ dài bước sóng hay màu sắc của các tia đơn sắc) + Cường độ chiếu sáng (hay năng lượng được tính bằng calo hay lux) + Thời gian tác động (hay độ dài ngày) - Ánh sáng là yếu tố bắt buộc đối với hoạt động quang hợp của cây xanh. Nhờ có hệ sắc tố (chlorophil a, b, c . ) mà thực vật đã tiếp nhận ánh sáng và năng lượng mặt trời để tổng hợp các chất hữu cơ đầu tiên từ nước, CO 2 và muối khoáng. 6 CO 2 + 6 H 2 O --> C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 Liên quan với chế độ chiếu sáng người ta chia thực vật thành các nhóm: Cây ưa sáng và cây chịu bóng, nhóm cây dài ngày hay ngắn ngày. - Động vật tiếp nhận ánh sáng nhờ các cơ quan cảm quan (động vật bậc thấp) và thị giác (động vật bậc cao). Trong chúng cũng gồm nhóm động vật ưa hoạt động ban đêm và nhóm ưa hoạt động ban ngày. - Ánh sáng có tác động trực tiếp tới quá trình trao đổi chất và quá trình sinh sản của sinh vật. Đối với thực vật, cường độ chiếu sáng cao thì sự oxy hóa của men đã làm giảm quá trình tổng hợp chất hữu cơ, còn cường độ hô hấp lớn lại làm tiêu hao nhiều năng lượng. Do vậy, ở các nước nhiệt đới, cây trồng khó đạt năng suất cao và sản phẩm không giàu protein như ở vùng ôn đới. Khoa học Moi truong . vào việc sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên và bảo vệ môi trường. 1. Môi trường và sức khoẻ con người 7 SINH VẬT VÀ MÔI TRƯỜNG I. Những khái niệm và. xem hàm lượng các nguyên tố hoá học trong cơ thể con người và vật chất trong môi trường có 1. Môi trường và sức khoẻ con người 3 quan hệ gì với nhau không.