HƯ sinh thái

1. Khái niƯm

Hệ sinh thỏi là tập hợp của quần xà sinh vật và sinh cảnh. Quần xà và sinh cảnh là hai thành phần của một khối thống nhất tạo thành một hệ thống t−ơng đối ổn định, bền vững.

Ng−ời ta phân biƯt hƯ sinh thỏi tự nhiờn nh : một ao, hồ, một cỏnh rừng... và hệ sinh thỏi nhõn tạo nh : một ruộng lúa, một v−ờn cõ.. Ngoài ra, cũn cú hệ sinh thỏi nhõn văn bao gồm hệ sinh thỏi tự nhiên t−ơng tỏc với kinh tế − xã hội của con ng−ờị

2. Cấu trúc cđa hƯ sinh thái

− Cỏc yếu tố khụng sống nh− các yếu tố vật lý : ỏnh sỏng, nhiệt độ, độ ẩm, dũng

chả.. ; cỏc yếu tố vụ cơ ở dạng khớ, lỏng, khoỏng chất tham gia vào chu trỡnh tuần hoàn vật chất.

− Các yếu tố sống bao gồm :

+ Sinh vật sản xuất : chủ yếu là cõy xanh cú khả năng tổng hợp cỏc hợp chất hữu cơ trong cơ thĨ.

+ Sinh vật tiêu thơ (tiêu thơ bậc 1, 2, 3) : chủ yếu là động vật.

+ Sinh vật phân hđy hay phân giải : chủ yếu là cỏc vi khuẩn, nấm, vi sinh vật... biến các chất hữu cơ thành vụ cơ (trả lại cho sinh cảnh).

Cỏc hệ sinh thỏi đều cú nhu cầu về nguồn năng lợng bờn ngoài nhất là ỏnh sỏng mặt trời để hoạt động. Những yếu tố vụ cơ cần thiết cho đời sống cđa sinh vật đỊu đ−ợc sử dụng và tỏi sử dụng theo chu trỡnh trong hệ sinh thỏ

3. Sự chuyển húa vật chất và dũng năng l−ợng trong hệ sinh thỏi

Trong hệ sinh thỏi luụn luụn cú sự trao đổi vật chất và năng lợng ở bờn trong nội bộ quần xà và giữa quần xã với sinh cảnh.

a) Chuỗi thức ăn và lới thức ăn : Cỏc thành phần của quần xà liờn hƯ với nhau

bởi quan hệ dinh d−ỡng thực hiện bằng chuỗi và l−ới thức ăn.

Chuỗi thức ăn là một dÃy bao gồm cỏc loài sinh vật, mỗi loài là một mắt xớch trong chuỗi thức ăn cú mối quan hệ dinh d−ỡng kế tiếp. Cú hai loại chuỗi thức ăn.

Chuỗi thức ăn mở đầu bằng cõy xanh. Vớ dụ : Cỏ → Thỏ → Cáo → Hổ.

Chuỗi thức ăn bắt đầu bằng chất hữu cơ bị phõn hủ Vớ dụ : chất mùn → động

vật đỏy cá chép.

Mỗi loài trong quần xà khụng phải chỉ liờn hệ với một chuỗi thức ăn mà cú thể với nhiều chuỗ Tập hợp của cỏc chuỗi thức ăn của quần xà tạo thành l−ới thức ăn.

Hình 1 : Lới thức ăn của quần xà đồng cỏ Bắc Mỹ (Shelford)

b) Bậc dinh dỡng và thỏp sinh thái

Bậc dinh d−ỡng bao gồm những mắt xớch thức ăn thuộc một nhúm sắp xếp theo cỏc thành phần của chuỗi thức ăn nh : sinh vật sản xuất, sinh vật tiêu thơ 1, 2, 3...

Thỏp sinh thỏi đợc biểu diễn bằng cỏc hỡnh chữ nhật chồng lờn nhau và chiều dài phơ thc vào số l−ỵng hay năng lỵng cđa cùng một bậc dinh d−ỡng.

Cú ba loại thỏp sinh thỏi :

− Tháp số l−ợng : đợc xõy dựng dựa trờn các bậc dinh d−ỡng theo số lợng cơ

thể;

− Thỏp sinh khối : đ−ỵc xõy dựng dựa trờn cỏc bậc dinh d−ỡng theo sinh khốị

Tháp sinh khối có giỏ trị cao hơn thỏp số l−ỵng.

− Tháp năng lợng : là thỏp sinh thỏi hoàn thiƯn nhất. Các bậc dinh d−ỡng đ−ỵc

trỡnh bày dới dạng số năng lợng đ−ỵc tớch luỹ trong một thời gian nhất định trờn một đơn vị diện tớch hay thể tớch.

Thỏp năng l−ợng bao giờ cũng cú đỉnh ở phớa trờn là do khi chuyển bậc dinh d−ỡng từ thấp lờn cao chỳng tuõn theo hai định luật cơ bản :

+ Năng lợng cú thể chuyển từ dạng này sang dạng khỏc và khụng bị hủy diệt. + Năng lợng chuyển từ cấp này sang cấp khỏc khụng bao giờ cú hiệu suất 100% (thấp hơn 100%).

4. Chu trình sinh địa − hóa

Chu trình vật chất sinh − địa − húa là sự vận động của cỏc chất vụ cơ trong hệ sinh thỏi bằng con đờng từ ngoại cảnh chuyển vào cơ thĨ sinh vật, rồi từ cơ thĨ sinh vật chuyển trở lại ngoại cảnh. Trong quỏ trỡnh này, vật chất đợc bảo toàn chứ khụng bị mất đi một phần d−ới dạng năng lỵng nh− sự chuyển húa năng l−ỵng qua các bậc dinh d−ỡng.

a) Chu trình n−ớc (H2O)

Nớc là thành phần quan trọng cần thiết cho sự sống và cơ thể sống của sinh vật. N−ớc có mỈt d−ới ba dạng : khớ, lỏng, rắn. D−ới tác động cđa mỈt trời, n−ớc biĨn từ dạng lỏng bốc hơi và di chuyển vào khí qun. Có đến 1/3 l−ỵng n−ớc m−a trên lơc địa là do biển cung cấp.

Ma trờn lục địa đ−ợc cỏc hệ sinh thỏi sử dụng và giữ lại một phần tr−ớc khi trả vỊ biĨn hay khơng khí. N−ớc m−a ngấm xuống đất một phần, phần cũn lại đợc chảy ra sông, biĨn. HiƯn nay, viƯc sư dơng n−ớc đang gặp nhiều khú khăn do sự phõn bố của nớc khụng đồng đều và tỏc động của con ngời làm ụ nhiễm mụi tr−ờng n−ớc.

Hỡnh 2 : Sơ đồ chu trình n−ớc (Paradis 1979)

b) Chu trình Cacbon (C)

Cacbon là thành phần cơ bản kiến tạo nờn cỏc phõn tử hữu cơ lớn hơn cần thiết cho sự sống. Từ nguồn dự trữ, cacbon đ−ỵc thực vật hấp thơ d−ới dạng CO2 đĨ chuyển thành cỏc chất hữu cơ thực vật (nhờ quỏ trỡnh quang hợp), sau đú đi qua các bậc dinh d−ỡng tiếp theo rồi quay lại mụi tr−ờng thông qua hiện t−ợng hụ hấp và lờn men của sinh vật và sự chỏy của cỏc chất hữu cơ (than đỏ, dầu lử..).

Con ng−ời đà can thiệp vào chu trỡnh cacbon bằng hai cỏch khỏc nhau làm gia tăng lỵng CO2 trong khơng khí.

− Việc sử dụng cỏc nhiờn liệu trầm tớch nh− dầu, than và cỏc nguyờn liệu nh gỗ,

củị..

− Cỏc hoạt động chặt phỏ rừng và cỏc thảm thực vật làm ảnh hởng đến lỏ xanh

'

Hình 3 : Sơ đồ chu trỡnh cacbon trong thiên nhiên (Smith 1996)

Hỡnh 4 : Sơ đồ chu trỡnh nitơ (Smith 1996)

c) Chu trỡnh Nitơ (N2)

Khớ nitơ chiếm 78% thể tớch khớ quyển mà phần lớn động vật và thực vật khụng sư dơng đợc. Nếu nitơ biến đổi hòa tan trong n−ớc d−ới dạng hợp chất chứa NO3− thỡ đợc rễ cõy hấp thụ nh là một phần của chu trỡnh nitơ. Thực vật biến đổi NO3−

thành phõn tử chứa nitơ nh protein, axớt nuclờic cần thiết cho sự sống. Khi động vật và thực vật chết, vi sinh vật phõn hủy cỏc phõn tử N2 thànhkhí NH3 và cỏc muối chứa ion NH4+.

d) Chu trỡnh Phụtpho (P)

Hỡnh 5 : Sơ đồ chu trỡnh photpho (Đuvigneau 1963)

P là thành phần dinh dỡng quan trọng cho động thực vật, chúng đ−ỵc sư dơng

d−ới dạng phốtphat Cỏc chất thải của động vật và xỏc bà của động thực vật

sẽ trả lại một l−ợng rất lớn P vào mụi tr−ờng. 3

− 4 (PO ).

Con ng−ời đã can thiệp vào chu trỡnh P bằng những hoạt động nh− sau :

− Khai thỏc cỏc trầm tớch đỏy, đại d−ơng để làm phõn bún, thuốc tẩ.. − N−ớc thải cụng nghiệp và nụng nghiệp chứa cỏc ion 3

4

PO− làm ảnh h−ởng đến

đời sống của cỏc sinh vật.

5. Sự cân bằng sinh thỏi

Sự cõn bằng sinh thỏi của hệ sinh thỏi bao gồm trạng thỏi nội cân bằng” trong nội bộ hệ và ngoại cõn bằng với cỏc hệ lõn cận.

− Trạng thỏi cõn bằng của một hệ chỉ đạt đ−ợc khi thành phần, cấu trỳc, hoạt

động của hệ ổn định : cỏc mối quan hệ bờn trong giữa tất cả cỏc thành phần của hệ ổn định, vũng tuần hoàn sinh vật trong hệ diễn ra một cỏch bình th−ờng và ổn định.

− Cõn bằng sinh thỏi trong một hệ sinh thỏi cũn là một cõn bằng động vỡ mọi sự

ổn định trong hệ và giữa cỏc hệ tuần hoàn khụng phải là sự ổn định tuyệt đối mà luụn luụn cú sự dao động, nghiờng ngả bởi vụ số biến đổi, tỏc động lớn nhỏ luụn luụn xảy ra ở một thành phần nào đú của hệ núi riờng và toàn hệ núi chung hoặc xảy ra ở cỏc hệ lỏng giềng mà chắc chắn là cú ảnh h−ởng đến hƯ.

− Cõn bằng sinh thỏi trong một hệ sinh thỏi cũn là một cõn bằng tự điều chỉnh

nhờ vào khả năng thớch nghi to lớn và đa dạng của cỏc loài sinh vật sống trong hệ, để đối phú với cỏc loại biến đổi tỏc động khỏc nhau mà hệ phải chịu đựng, ngừ hầu duy trỡ trạng thỏi cõn bằng của hệ, để hệ khụng bị phỏ vỡ và huỷ diệt. Khả năng tự điều chỉnh này chỉ phỏt huy tỏc dụng đối với cỏc loại biến đổi thuận nghịch. Cũn những biến đổi khụng thuận nghịch vỡ vợt quỏ khả năng tự điều chỉnh của hệ sẽ phỏ vỡ cõn bằng của hệ, triệt tiờu sự tồn tại của hệ, và một hệ khỏc (th−ờng là xấu hơn) sẽ đ−ỵc thay thế.

Nh− vậy, đại đa số cỏc hệ sinh thỏi trờn trỏi đất là đang ở trạng thỏi cõn bằng (cỏc quần xà cao đỉnh). Cỏc hệ đang bị mất cõn bằng cú thể tạm thời do chịu tỏc động của những biến đổi khụng thuận nghịch, đang trờn đà diễn thế, đặc biệt nguy hại nhất là đang trờn đà diễn thế ng−ỵc.

Những hệ sinh thỏi đầu tiờn tồn tại vào khoảng 3 tỷ năm về tr−ớc đã chứa đựng những sinh vật kỵ khớ nhỏ bộ nhất sống bằng cỏc chất hữu cơ đ−ỵc tỉng hợp trong cỏc quỏ trỡnh vụ sinh. Kế tiếp đú là sự xuất hiện đồng loạt cỏc quần thể tảo tự d−ỡng làm thay đổi thành phần khớ quyển và khụi phục lại khớ quyển.

Trải qua thời kỳ địa chất lõu dài, cỏc sinh vật đà tiến húa và cỏc hệ đà xuất hiện theo h−ớng ngày càng phức tạp và càng đa dạng hơn.

v. Con ng−ời và mụi tr−ờng

1. Vai trò cđa con ng−ời trong hệ sinh thỏi

Những hoạt động kinh tế, nụng nghiệp và cụng nghiệp... của con ng−ời chỉ cú thể đạt đ−ỵc hiệu quả bền vững trờn cơ sở biết vận dụng phự hợp với cỏc quy luật sinh thỏ Mặt khỏc, cỏc hoạt động sinh thỏi gỡn giữ, bảo vệ mụi trờng, bảo vệ thiờn nhiờn, bảo vệ nguồn gen... chỉ cú ý nghĩa gúp phần thỳc đẩy và nõng cao hiệu quả của cỏc hoạt động kinh tế.

Trong hoạt động sản xuất và đời sống, con ngời tỏc động vào thiờn nhiờn bằng nhiều hỡnh thức và phơng tiện khỏc nhau, cú thể phõn thành ba nhóm :

− Nhóm I : Con ng−ời tỏc động vào thiờn nhiờn chủ yếu bằng sức mạnh cơ bắp,

đõy là thời kỳ làm nụng nghiệp thụ sơ của thời kỳ cộng sản nguyờn thủy và chiếm hữu nụ lệ.

− Nhóm II : Con ngời tỏc động vào thiờn nhiờn chủ yếu bằng cụng cụ lao động,

ví dơ thời kỳ cơ giới hóa, điện khí hóạ

− Nhóm III : Con ng−ời tác động vào thiờn nhiờn bằng trớ tuệ và tụn trọng cỏc

quy luật tự nhiờn.

Con ng−ời chỉ là một thành phần của hệ sinh thỏi, dự con ng−ời có trí t thì cịng khó đạt đ−ợc thành cụng to lớn khi ỏp đặt ý muốn chủ quan của mỡnh đối với thiờn nhiờn.

Vỡ vậy, con ng−ời phải hiểu đợc cỏc quy luật chi phối các hƯ sinh thái, biết vận dụng mặt tớch cực và hạn chế hoặc trỏnh những mặt tiờu cực của quy luật sinh thỏ

Con ngời đà tỏc động vào hệ sinh thỏi tự nhiờn rất nhiều : khai thỏc sản phẩm của sinh vật trong n−ớc nh− đỏnh bắt, nuụi trồng thủy sản, hải sản ; trờn đất nh− chăn nuụi, trồng trọt, khai thỏc, chặt phỏ rừng.

Con ng−ời tạo ra hƯ sinh thỏi nhõn tạo nh kết hỵp trồng trọt, trồng rừng, chăn nuụi (nh− mơ hình VAC).

Con ng−ời tích cực tham gia bảo vệ mụi trờng, chống lại quỏ trỡnh ụ nhiễm mụi sinh và quản lý cỏc nguồn tài nguyờn thiờn nhiờn và môi tr−ờng.

2. Tỏc động của con ng−ời đến mụi tr−ờng

Con ng−ời đà xuất hiện trờn trỏi đất khoảng 3 đến 4 triệu năm, trải qua nhiều thời đại đà tỏc động và làm biến đổi sõu sắc đến tự nhiờn. Cựng với sự phát triĨn cđa khoa học kỹ thuật phục vụ cho cỏc lĩnh vực cụng nghiệp, nụng nghiệp và cuộc sống cđa mình, con ng−ời đà biết ứng dụng hoặc sử dụng cỏc nguồn tài nguyờn thiờn nhiờn để phục vụ cho đời sống. Con ng−ời đà biết cải tạo tự nhiờn nh− mở rộng đất đai, làm thủy lợ.. làm tăng khả năng khai thỏc và sử dụng cỏc nguồn cđa cải vật chất nhằm thỏa mÃn nhu cầu vật chất và tinh thần ngày càng tăng của xà hộ

Tuy nhiờn, hoạt động của con ng−ời cịng đã đĨ lại những ảnh hởng tiờu cực đến cỏc hệ sinh thỏi trong tự nhiờn. Vớ dụ : sự gia tăng dõn số nhanh chúng trờn thế giới trong những thập kỷ vừa qua ; sự đe dọa về ụ nhiễm môi tr−ờng sống nghiêm trọng và những hoạt động tỏc hại đến tự nhiờn, tỏc hại đến mụi trờng nh− khai thỏc và phỏ rừng, làm suy giảm đa dạng sinh học... xảy ra ở nhiều nơi trờn thế giớ

Điều hiển nhiờn mà ai cũng thấy rừ là khụng cú một loài sinh vật nào cú thể tồn tại đ−ợc mà lại coi thờng sự tỏi tạo nguồn sống. Bất cứ một quần thể sinh vật nào cịng chỉ có thĨ tồn tại khi đảm bảo đ−ợc sự điều chỉnh và cõn bằng sinh thỏi thụng qua mối quan hệ trong quần xà và với sinh cảnh.

Nhu cầu cđa con ng−ời ngày càng tăng lờn nhanh chúng nhất là trong xà hội văn minh, sự phỏt triển cụng nghiệp đà và đang dẫn đến sự khai thỏc cạn kiệt cỏc nguồn tài nguyờn và đe doạ sự suy thoỏi của mụi tr−ờng. Vì vậy, mọi ng−ời đều cú trỏch nhiệm và nghĩa vụ bảo vệ mụi tr−ờng sống, bảo vƯ chính cc sống cđa chúng tạ

Câu hỏi h−ớng dẫn học tập Ch−ơng II

1. Khỏi niệm về sinh thỏi học và khoa học môi tr−ờng. Mối quan hƯ cđa chúng trong

việc nghiờn cứu mụi tr−ờng sống hiện naỵ

2. Phõn biệt cỏc yếu tố môi tr−ờng và nhõn tố sinh thỏ Sự phõn chia cỏc loại nhõn

tố sinh tháị

3. Trỡnh bày và phõn tớch cỏc quy luật cơ bản của sinh thỏ

4. Phõn tớch vai trũ của ỏnh sỏng đối với đời sống sinh vật. Trỡnh bày những đặc

điĨm thích nghi tơng ứng ở động vật và thực vật.

5. ảnh h−ởng cđa nhiƯt độ đến cỏc đặc điểm sinh lý, sinh thỏi của sinh vật và khả

năng thích nghi cđa chúng.

6. Trỡnh bày những đặc điểm thớch nghi của cỏc nhúm động thực vật liờn quan đến

cỏc chế độ n−ớc trong môi tr−ờng.

7. Trỡnh bày cỏc đặc điểm sinh thỏi của mụi trờng đất và ảnh h−ởng cđa các u tố

trong đất đến đời sống cđa sinh vật.

8. Vai trũ của khụng khớ đối với đời sống của động, thực vật và sự thớch nghi t−ơng

ứng cđa chúng.

9. Thớch nghi sinh học là gỡ ? Vai trũ của thớch nghi trong sự tồn tại và tiến húa của

sinh vật.

10. Đa dạng sinh học và vấn đề bảo tồn đa dạng sinh học hiện naỵ 11. Vai trũ của đa dạng sinh học trong tự nhiờn và đời sống con ng−ờị 12. Trỡnh bày khỏi niệm quần thể và cỏc đặc tr−ng cđa qn thĨ. 13. Phõn tớch cỏc đặc tr−ng cơ bản của quần xÃ.

14. Khái niƯm hƯ sinh thỏi, thành phần cấu trỳc của hệ sinh thỏ

15. Phõn tớch sự chuyển húa vật chất và dũng năng l−ợng của hệ sinh thỏ 16. Khả năng tự điều chỉnh và sự cõn bằng của hệ sinh thỏ

Ch−ơng III

Dõn số và nhu cầu đời sống

ị qn thĨ ng−ời và sự gia tăng dõn số thế giới

1. Sự tiến hóa và mở rộng địa bàn c trú cđa lồi ng−ời

a)Sự tiến hóa

Con ng−ời xuất hiện đầu tiờn ở vựng Đụng Phi từ một loài v−ỵn sống trờn cõy cỏch đõy khoảng 7 triệu năm. Cỏch đõy 3 triệu năm, cỏc lực nội sinh đà gõy ra một sự đứt gÃy cú quy mụ hành tinh : đứt gÃy kiến tạo Hồng Hải Đụng Phi gõy nờn sự biến đổi hoàn toàn khớ hậu Đụng Phi, chuyển từ khớ hậu ẩm −ớt sang khụ hạn. Do đú, loài vỵn ng−ời buộc phải chuyển từ trờn cõy xuống mặt đất để kiếm ăn và sinh