2.2 KHÁI NIỆM VỀ SINH THÁI
2.2.2 Các chu trình sinh – địa – hóa
Khái niệm
Là một chu trình vận động các chất vô cơ trong hệ sinh thái theo đường từ ngoại cảnh chuyển vào trong cơ thể sinh vật, rồi được chuyển lại vào môi trường.
Chu trình vận động các chất vô cơ ở đây khác hẳn sự chuyển hóa năng lượng qua các bậc dinh dưỡng ở chỗ nó được bảo toàn chứ không bị mất đi một phần nào dưới dạng năng lượng và không sử dụng lại.
Nguồn vật chất ↔ Môi trường ↔ Cơ thể sống
68
Phân loại
Chu trình hoàn hảo (chu trình C, N): dạng khí chiếm ưu thế trong chu trình và khí quyển là nơi dự trữ chính của những nguyên tố đó, mặt khác từ cơ thể sinh vật chúng trở lại ngoại cảnh tương đối nhanh.
Chu trình không hoàn hảo (chu trình P, S): những chất này trong quá trình vận chuyển một phần bị đọng lại thể hiện qua chu kỳ lắng đọng trong hệ sinh thái khác nhau của sinh quyển.
Chu trình nước
70
Chu trình tuần hoàn Cacbon (C)
Chu trình C thực hiện chủ yếu giữa khí CO2 và vi sinh vật.
C hiện diện trong thiên nhiên dưới 2 dạng khóang chủ yếu:
• Ở trạng thái carbonate là đá vôi, tạo nên các quặng khổng lồ ở một số nơi của thạch quyển.
• Dạng thứ hai ở thể khí, CO2 là dạng di động cuả carbon vô cơ.
Sự trao đổi CO2 giữa khí quyển, thủy quyển và thạch quyển được biểu diễn bằng các phản ứng sau:
Chu trình tuần hoàn Cacbon (C)
Sinh quyển: Các phân tử hữu cơ trong cơ thể SV
Khí quyển: Khí CO2, CH4, CFC
Địa quyển: Các chất hữu cơ trong đất, nhiên liệu hóa thạch và quặng đá vôi, dolomit
Thủy quyển: trong đại dương do CO2 hòa tan và dạng CaCO3 trong vỏ
Nơi tồn tại Khối lượng (tỷ tấn)
Khí quyển 578 (năm 1700) - 766 (năm 1999) Chất hữu cơ trong
đất 1500 - 1600
Đại dương 38,000 - 40,000 Trầm tích biển và
đá trầm tích
66,000,000 - 100,000,000
Thực vật trên cạn 540 - 610
72
Chu trình tuần hoàn Cacbon (C)
Con người và vòng tuần hoàn C
10% các nguồn cacbon chuyển hóa là có nguồn gốc do các hoạt động của con người.
Nguồn gốc chính là quá trình khai thác và biến đổi các nhiên liệu chứa cacbon đã sử dụng làm năng lượng và nguyên liệu.
Hàng năm, con người thải vào khí quyển 2500 triệu tấn CO2/năm, chiếm 0,3% tổng lượng CO2 trong khí quyển.
74
Hoạt động của con người đã gây ảnh hưởng đến chu trình cacbon???
Khai thác và sử dụng nhiên liệu hóa thạch (nguồn C được xem là “cố định” và tách ra khỏi chu trình carbon tự nhiên)
Phá rừng
Chuyển đổi các hệ sinh thái tự nhiên sang hệ sinh thái nông nghiệp
Chất thải sinh hoạt của con người
Nước thải sinh hoạt, công nghiệp
Chu trình tuần hoàn Oxy (O2)
Oxy được thải vào không khí từ các sinh vật tự dưỡng bằng quá trình quang hợp.
76
Chu trình tuần hoàn nitơ
Các quá trình chính trong chu trình tuần hoàn nitơ
Cố định nitơ: Nitơ được các vi khuẩn cố định nitơ, thường sống trên nốt sần rễ cây họ đậu, chuyển nitơ ở dạng khí sang dạng NO3-.
Cố định nitơ (Planosarcina urea, Micrococcus urea, Bacillus amylovorum, Proteus vulgaris):
CO(NH2)2 + 2 H2O (NH4)2CO3 (NH4)2CO3 2NH3 + CO2 + H2O
Ammon hóa: các vi khuẩn phân hủy sẽ phân hủy các acid amin từ xác chết động vật và thực vật để giải phóng NH4OH.
Quá trình ammon hoá (vi khuẩn và nấm)
78
Các quá trình chính trong chu trình tuần hoàn nitơ
Nitrat hóa: các vi khuẩn hóa tổng hợp sẽ oxy hóa NH4OH để tạo thành nitrat và nitrit, năng lượng được giải phóng sẽ giúp phản ứng giữa oxy và nitơ trong không khí để tạo thành nitrat.
Quá trình Nitrat hoá (Nitrosomonas, Nitrobacter) 2NH4+ + 3O2 2NO2- + 4H+
2NO2- + O2 2NO3-
Khử nitrat hóa: các vi khuẩn kỵ khí phá vỡ các nitrat, giải phóng nitơ trở lại vào khí quyển.
Quá trình khử Nitrate:
5CH2O + 4H+ + 4NO3- 2N2 + 5CO2 + 7H2O
Con người và chu trình tuần hoàn nitơ
Sử dụng phân bón đạm Lượng nitơ tăng trong hệ thống nước ngầm, chảy ra sông, suối, hồ, và cửa sông
hiện tượng phú dưỡng hóa.
Cháy rừng và đốt cháy nhiên liệu Làm tăng sự lắng đọng nitơ không khí.
Chăn nuôi gia súc thải vào môi trường ammoniac (NH3) qua chất thải của chúng thấm dần vào đất, nước ngầm và lan truyền sang các khu vực khác do nước chảy tràn.
Chất thải và nước thải từ các quá trình sản xuất.
80
Chu trình tuần hoàn photpho
Ptrong đất
Đất có P từ phân bón
Chảy tràn
Đại dương Plắng tụ
Sử dụng
phytoplankton zooplankton
cá chim
phân
Con người và chu trình tuần hoàn photpho
Sản xuất và sử dụng phân bón. Cây trồng không thể tiêu thụ hoàn toàn lượng phân bón rửa trôi vào các sông hồ gây ra hiện tượng phú dưỡng hóa
Khai thác nguồn phosphate từ quặng apatite, sản xuất super phosphate.
82
Chu trình tuần hoàn lưu huỳnh
Nguồn lưu huỳnh trong môi trường
Nước biển là nguồn chứa lưu huỳnh lớn nhất.
Các nguồn khác :
• Các khoáng chứa lưu huỳnh (pyrite, FeS2, và CuFeS2),
• Nhiên liệu hóa thạch
• Các hợp chất hữu cơ chứa S (acid amin (cystin, cystein và methionin), coenzyme (thiamin, biotin và CoA), ferredoxin và các enzym (nhóm –SH).
Các nguồn S trong nước thải.
84
Tổng quan về môi trường
Khái niệm về sinh thái
Khái niệm về tài nguyên thiên nhiên