Bài giảng Cơ sở khoa học Môi trường - Chương 2: Các nguyên lý sinh thái học ứng dụng trong khoa học môi trường - Phạm Khắc Liệu

Nội dung text: Bài giảng Cơ sở khoa học Môi trường - Chương 2: Các nguyên lý sinh thái học ứng dụng trong khoa học môi trường - Phạm Khắc Liệu

1. Chương 2. CÁC NGUYÊN LÝ SINH THÁI HỌC ỨNG DỤNG TRONG KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Bài giảng Cơ sở Khoa học Môi trường - GV: Phạm Khắc Liệu 2 - 1
2. Sơ lược về sinh thái học Sinh thái học (Ecology): khoa học nghiên cứu mối quan hệ tương tác giữa sinh vật với môi trường sống của chúng. [Học phần riêng] Ý nghĩa của sinh thái học (STH): • Cơ sở khoa học cho việc bảo vệ và sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên thiên nhiên • Ngăn ngừa ô nhiễm môi trường • Cơ sở khoa học xây dựng mối quan hệ giữa con người và thế giới tự nhiên Bài giảng Cơ sở Khoa học Môi trường - GV: Phạm Khắc Liệu 2 - 2
3. 2.1. Các yếu tố sinh thái 2.1.1. Khái niệm về các yếu tố sinh thái • Tất cả yếu tố cấu trúc nên môi trường xung quanh như ánh sáng, nhiệt độ, thức ăn, bệnh tật, = yếu tố môi trường. • Khi xét tác động (trực tiếp, gián tiếp) các yếu tố môi trường lên đời sống sinh vật cụ thể = yếu tố sinh thái. • 2 nhóm yếu tố sinh thái: – vô sinh (abiotic) - ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm, pH, các chất khí, – hữu sinh (biotic) – quan hệ với các sinh vật khác. Bài giảng Cơ sở Khoa học Môi trường - GV: Phạm Khắc Liệu 2 - 3
4. 2.1. Các yếu tố sinh thái (tt) 2.1.2. Một số quy luật cơ bản của STH (1). Quy luật giới hạn sinh thái (Shelford, 1913) • tồn tại các giới hạn thấp nhất và cao nhất của yếu tố sinh thái để sinh vật có thể tồn tại và phát triển; và giữa 2 giới hạn có khoảng tối ưu • VD: khoảng nhiệt độ, khoảng độ mặn Ý nghĩa? (2). Quy luật tác động tổng hợp • sinh vật chịu tác động tổng hợp của nhiều yếu tố sinh thái; tác động của một yếu tố chỉ thể hiện hoàn toàn khi các yếu tố khác ở điều kiện phù hợp • VD: chất dinh dưỡng chỉ hấp thu tốt ở độ ẩm, ánh sáng đầy đủ. Ý nghĩa? (3). Quy luật tác động không đồng đều • có yếu tố rất thuận lợi với quá trình này nhưng lại có hại cho quá trình khác • VD: nhiệt độ cao tăng trao đổi chất nhưng kìm hãm SV di chuyển. Ý nghĩa? (4). Quy luật tác động qua lại giữa sinh vật và môi trường • môi trường tác động lên sinh vật, ngược lại sinh vật cũng tác động làm thay đổi môi trường và có thể thay đổi tính chất của một yếu tố sinh thái • VD: rừng – độ phì nhiêu của đất Bài giảng Cơ sở Khoa học Môi trường - GV: Phạm Khắc Liệu 2 - 4
5. 2.1. Các yếu tố sinh thái (tt) 2.1.3. Ảnh hưởng của một số yếu tố sinh thái vô sinh lên đời sống SV  Nhiệt độ  Nước và độ ẩm  Ánh sáng  Các chất khí  Các muối dinh dưỡng  Dòng chảy và áp suất  Gió Xem thêm: giới hạn chịu đựng với yếu tố ST vô sinh; yếu tố quan trọng với HST đất liền và HST dưới nước Bài giảng Cơ sở Khoa học Môi trường - GV: Phạm Khắc Liệu 2 - 5
6. 2.1. Các yếu tố sinh thái (tt) (1). Nhiệt độ • ảnh hưởng quá trình sinh lý, sinh thái, tập tính của SV • sự sống tồn tại trong giới hạn -2000C đến +1000C, đa số loài sống trong phạm vi hẹp 0 đến 500 C • Mỗi loài có một giới hạn chịu đựng nhiệt độ nhất định -SV chịu nhiệt hẹp (Stenothermal) và SV chịu nhiệt rộng (Eurythermal) Hình 2.1. Ảnh hưởng nhiệt độ đến đời sống sinh vật Bài giảng Cơ sở Khoa học Môi trường - GV: Phạm Khắc Liệu 2 - 6
7. 2.1. Các yếu tố sinh thái (tt) (2). Nước và độ ẩm • Nước: hòa tan các chất dinh dưỡng, môi trường xảy ra các phản ứng sinh hóa, chống nóng, nguyên liệu quang hợp, Trên phạm vi lớn, ảnh hưởng đến phân bố các loài. • Thay đổi: lượng mưa theo mùa trong năm, độ ẩm ngày đêm (đêm cao, ngày thấp) ảnh hưởng đến SV • Liên quan đến nước và độ ẩm trong không khi:́ – Sinh vật ưa nước - ví dụ cá. – Sinh vật ưa ẩm cao - ví du: ếch nhái, lau sậy – Sinh vật ưa ẩm vừa - ví dụ đại bộ phận động vật và thực vật – Sinh vật ưa ẩm thấp (hay ưa khô) - ví dụ sinh vật sống trong vùng sa mạc Độ ẩm không khí: • độ ẩm tuyệt đối (g/m3 hay g/kg) = khối lượng hơi nước trong một đơn vị thể tích hay khối lượng không khí • độ ẩm tương đối (%) = tỷ số áp suất riêng phần hơi nước trên áp suất hơi bão hòa hơi nước ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất. Bài giảng Cơ sở Khoa học Môi trường - GV: Phạm Khắc Liệu 2 - 7
8. 2.1. Các yếu tố sinh thái (tt) (3). Ánh sáng • Nguồn sáng, cường độ, thời gian chiếu sáng • Yếu tố sinh thái quan trọng với cả thực vật và động vật: – Thực vật: năng lượng cho quá trình quang hợp – Động vật: quá trình trao đối chất, sinh lý, hoạt động sinh sản, • Cường độ chiếu sáng khác nhau giữa ngày-đêm, giữa các mùa tính chất chu kỳ ở các tập tính của sinh vật: chu kỳ ngày đêm và chu kỳ mùa. Bài giảng Cơ sở Khoa học Môi trường - GV: Phạm Khắc Liệu 2 - 8
9. 2.1. Các yếu tố sinh thái (tt) (4). Các chất khí • Nồng độ O2 và CO2 là 2 yếu tố giới hạn với nhiều loài thực vật bậc cao. (5). Các muối dinh dưỡng • Đóng vai trò quan trọng trong cấu trúc cơ thể sinh vật, điều hoà các quá trình sinh hóa của cơ thể • SV đòi hỏi một lượng muối cần và đủ để phát triển, thiếu hay thừa các muối ấy đều có hại cho sinh vật. + • 2 nhóm quan trọng: hợp chất của N và P (NH4 , - 3- NO3 , PO4 ) Bài giảng Cơ sở Khoa học Môi trường - GV: Phạm Khắc Liệu 2 - 9
10. 2.1. Các yếu tố sinh thái (tt) 2.1.4. Ảnh hưởng của các yếu tố sinh thái hữu sinh đến SV Kýhi ệu Ví dụ TT Kiểu quan hệ Đặc trưng Loài 1 Loài 2 Loài 1 Loài 2 Trung tính Hai loài không gây ảnh hưởng Khỉ Chồn 1 0 0 (Neutralism) cho nhau Hổ Bướm Hãm sinh Loài 1 gây ảnh hưởng lên loài 2 0 - Tảo lam Động vật nổi (Amensalism) 2, loài 1 không bị ảnh hưởng Cạnh tranh Hai loài gây ảnh hưởng lẫn Lúa Cỏ dại 3 - - (Competition) nhau Báo Linh cẩu Con mồi -Vật dữ Chuột Mèo 4 Con mồi bị vật dữ ăn thịt - + (Predation) Dê, nai Hổ, báo Ký sinh Vật chủ lớn, ít , bị hại; vật ký Gia cầm, 5 - + Giun sán (Parasitism) sinh nhỏ, nhiều, có lợi gia súc Hội sinh Loài sống hội sinh có lợi, loài Cá con Cá mập 6 + 0 (Commensalism) kia không có lợi chẳng có hại Chim Cây Tiền hợp tác Cả hai đều có lợi, nhưng 7 + + Sáo Trâu (Protocooperation) không bắt buộc sống với nhau Cộng sinh Cả hai đều có lợi, bắt buộc San hô Tảo 8 + + (Mutualism) phải sống với nhau VK nốt sần Cây họ đậu Bài giảng Cơ sở Khoa học Môi trường - GV: Phạm Khắc Liệu 2 - 10
11. Các cấp độ tổ chức sinh thái Hình 2.2. Các cấp độ tổ chức sinh thái Bài giảng Cơ sở Khoa học Môi trường - GV: Phạm Khắc Liệu 2 - 11
12. 2.2. Quần thể và các đặc trưng của quần thể 2.2.1. Khái niệm • tập hợp các cá thể của một loài, sống chung trong một vùng lãnh thổ, có khả năng giao phối để sinh ra các thế hệ mới 2.2.2. Các đặc trưng cơ bản của quần thể (1). Kích thước quần thể • Số lượng cá thể hay khối lượng (g, kg ) hay năng lượng tuyệt đối (kcal hay calo) của quần thể, phù hợp với nguồn sống và không gian mà quần thể chiếm cứ. (2). Mật độ quần thể • số lượng cá thể (hay khối lượng, năng lượng) trên một đơn vị diện tích (hay thể tích) của môi trường mà quần thể sinh sống. Ví dụ: mật độ sâu 10 con/m2, mật độ tảo 0,5 mg/m3 Bài giảng Cơ sở Khoa học Môi trường - GV: Phạm Khắc Liệu 2 - 12
13. 2.2. Quần thể và các đặc trưng của quần thể (3). Sự phân bố các cá thể trong quần thể • Phân bố đều (uniform)- khi môi trường đồng nhất, tính lãnh thổ của các cá thể cao • Phân bố ngẫu nhiên (random)- khi môi trường đồng nhất, tính lãnh thổ của các cá thể không cao • Phân bố theo nhóm (clumped) - khi môi trường không đồng nhất, cá thể có xu hướng tập trung - phổ biến. Hình 2.3. Các kiểu phân bố cá thể trong quần thể Bài giảng Cơ sở Khoa học Môi trường - GV: Phạm Khắc Liệu 2 - 13
14. 2.2. Quần thể và các đặc trưng của quần thể (4). Thành phần tuổi và giới tính • Cấu trúc tuổi: tỷ lệ giữa các nhóm tuổi trong quần thể. • Trong STH, đời sống cá thể được chia thành 3 giai đoạn: trước sinh sản, đang sinh sản và sau sinh sản 3 nhóm tuổi tương ứng. • Chồng số lượng cá thể các nhóm tuổi lên nhau được tháp tuổi. • Từ hình dạng tháp tuổi có thể đánh giá xu thế phát triển của quần thể. Bài giảng Cơ sở Khoa học Môi trường - GV: Phạm Khắc Liệu 2 - 14
15. 2.2. Quần thể và các đặc trưng của quần thể • Các dạng tháp tuổi Quần thể đang Quần thể đang Quần thể ổn định tăng trưởng suy giảm Hình 2.4. Các dạng tháp tuổi Bài giảng Cơ sở Khoa học Môi trường - GV: Phạm Khắc Liệu 2 - 15
16. 2.2. Quần thể và các đặc trưng của quần thể (5). Sự tăng trưởng của quần thể • Sự thay đổi số lượng cá thể phụ thuộc các tỷ lệ: sinh, tử, nhập cư, di cư. • Nếu chỉ tính tỷ lệ sinh và tử: tăng trưởng tự nhiên của quần thể • Quy luật tăng trưởng của quần thể khác nhau trong 2 trường hợp: – Sinh trưởng trong điều kiện không giới hạn về thức ăn và không gian sống lý thuyết – Sinh trưởng trong điều kiện giới hạn về thức ăn và không gian sống thực tế. Bài giảng Cơ sở Khoa học Môi trường - GV: Phạm Khắc Liệu 2 - 16
17. 2.2. Quần thể và các đặc trưng của quần thể (a). Trong điều kiện không giới hạn về môi trường sống (không gian sống, nguồn thức ăn ), sự tăng trưởng của quần thể theo mô hình: dN r N (2.1) dt N: số lượng cá thể của quần thể ở thời điểm t r : hệ số tốc độ tăng trường hay tiềm năng sinh học của quần thể • Giải phương trình (2.1) được: N N er t (2.2) t 0 Nt: số lượng cá thể của quần thể sau thời gian t N0: số lượng cá thể của quần thể ban đầu Mô hình tăng trưởng theo hàm mũ (exponential growth) Đường biểu diễn (2.2) có dạng hình chữ J (J-shape growth) Bài giảng Cơ sở Khoa học Môi trường - GV: Phạm Khắc Liệu 2 - 17
18. 2.2. Quần thể và các đặc trưng của quần thể vô hạn thể cá lượng Số J-shape growth Nt N0 t Thời gian t Hình 2.5. Đường cong tăng trưởng quần thể trong điều kiện không giới hạn về môi trường Bài giảng Cơ sở Khoa học Môi trường - GV: Phạm Khắc Liệu 2 - 18
19. 2.2. Quần thể và các đặc trưng của quần thể (b). Trong điều kiện giới hạn về môi trường sống, tăng trưởng quần thể theo mô hình: dN K N r N (2.3) dt K • Giải phương trình (2.3) được: rt KN0e Nt rt (2.4) K N0 (e 1) Khi t tiến đến , Nt tiến đến K K: số lượng tối đa quần thể có thể đạt đến mô hình tăng trưởng logistic (logistic growth) Đường biểu diễn phương trình (2.4) có dạng hình chữ S (S- shape growth) Là mô hình tăng trưởng quần thể trong thực tế Bài giảng Cơ sở Khoa học Môi trường - GV: Phạm Khắc Liệu 2 - 19
20. 2.2. Quần thể và các đặc trưng của quần thể N K Nt S-shape growth t thời gian Hình 2.6. Đường cong tăng trưởng quần thể trong điều kiện không giới hạn về môi trường Bài giảng Cơ sở Khoa học Môi trường - GV: Phạm Khắc Liệu 2 - 20
21. 2.2. Quần thể và các đặc trưng của quần thể Ý nghĩa đường cong chữ S và K • Tăng trưởng quần thể luôn chịu sự chống đối của môi trường; quần thể càng tăng, sức chống đối càng mạnh. • N chỉ có thể tiệm cận đến K số lượng của quần thể chỉ đạt đến giá trị tối đa mà môi trường cho phép – gọi là sức tải của môi trường (carrying capacity) – liên quan: – Không gian sống – Nguồn tài nguyên Trái Đất chỉ có thể nuôi đủ 9 – Dịch bệnh tỷ người • Ví dụ: sức tải của Trái Đất Bài giảng Cơ sở Khoa học Môi trường - GV: Phạm Khắc Liệu 2 - 21
22. 2.2. Quần thể và các đặc trưng của quần thể (6). Sự biến động số lượng cá thể trong quần thể • Số lượng cá thể của một quần thể thường không ổn định mà thay đổi theo mùa, theo năm, phụ thuộc vào những yếu tố nội tại của quần thể và các yếu tố môi trường. • Có hai dạng: – Biến động theo chu kỳ (ngày-đêm, mùa, năm, ) – Biến động không theo chu kỳ (thiên tai, ô nhiễm, xâm nhập ngoại lai, ) Ví dụ? Bài giảng Cơ sở Khoa học Môi trường - GV: Phạm Khắc Liệu 2 - 22
23. 2.3. Quần xã và các đặc trưng của quần xã 2.3.1. Khái niệm • Quần xã = tập hợp các quần thể cùng sống trong một không gian nhất định, ở đó xảy ra sự tương tác giữa các sinh vật với nhau. 2.3.2. Các đặc trưng của quần xã (1). Cấu trúc thành phần loài và số lượng cá thể từng loài • Xác định tính đa dạng sinh học của quần xã. • Sự đa dạng về loài càng cao, tính ổn định sẽ càng cao và ngược lại. Chỉ số đa dạng Shannon H: n H pi.lnpi i 1 n - số loài trong quần xã pi - tỷ số cá thể loài i trên tổng số cá thể tất cả loài trong quần xã (pi = 0 ~ 1) Bài giảng Cơ sở Khoa học Môi trường - GV: Phạm Khắc Liệu 2 - 23
24. 2.3. Quần xã và các đặc trưng của quần xã (2). Cấu trúc về không gian • Sự phân bố không gian của các sinh vật trong quần xã: – theo chiều ngang: vùng ven bờ, vùng khơi – theo đường thẳng đứng: các tầng rừng nhiệt đới (3). *Cấu trúc về dinh dưỡng • Về mặt dinh dưỡng, phân biệt 3 nhóm: – Sinh vật tự dưỡng (autotrophs) - tổng hợp chất hữu cơ cho cơ thể từ các chất vô cơ trong môi trường – Sinh vật dị dưỡng (heterotrophs)– tổng hợp chất hữu cơ cho cơ thể từ các chất hữu cơ trong môi trường – Sinh vật phân hủy – phân giải chất hữu cơ của sinh vật khác. • Trong quần xã, quan hệ dinh dưỡng giữa các loài hình thành nên chuỗi thức ăn và lưới thức ăn. Bài giảng Cơ sở Khoa học Môi trường - GV: Phạm Khắc Liệu 2 - 24
25. 2.3. Quần xã và các đặc trưng của quần xã • Chuỗi thức ăn (food chain): dãy các sinh vật có mối quan hệ dinh dưỡng với nhau. Trong một chuỗi thức ăn có 3 loại sinh vật: – Sinh vật sản xuất (producers) - chủ yếu là cây xanh, có khả năng quang hợp (SV tự dưỡng) – Sinh vật tiêu thụ (consumers) - chủ yếu là động vật, có sinh vật tiêu thụ bậc 1, bậc 2, (SV dị dưỡng) – Sinh vật phân hủy (decomposers) - các vi sinh vật, phân hủy các chất hữu cơ thành vô cơ (SV dị dưỡng) Ví dụ: Sâu ăn lá cây Chim ăn sâu Diều hâu ăn thịt chim Vi khuẩn phân hủy thịt diều hâu khi chết. • Lưới thức ăn (food web) = tập hợp các chuỗi thức ăn trong quần xã. Bài giảng Cơ sở Khoa học Môi trường - GV: Phạm Khắc Liệu 2 - 25
26. 2.3. Quần xã và các đặc trưng của quần xã chim cú Thú Cá lớn Cá nhỏ ếch sâu rắn Thực vật phù du Động vật phù du Hình 2.7. Ví dụ chuỗi thức ăn trên cạn Hình 2.8. Ví dụ chuỗi thức ăn dưới nước Bài giảng Cơ sở Khoa học Môi trường - GV: Phạm Khắc Liệu 2 - 26
27. 2.3. Quần xã và các đặc trưng của quần xã Hình 2.9. Ví dụ lưới thức ăn trên cạn Bài giảng Cơ sở Khoa học Môi trường - GV: Phạm Khắc Liệu 2 - 27
28. 2.3. Quần xã và các đặc trưng của quần xã - Trong 1 chuỗi thức ăn: càng lên bậc dinh dưỡng cao hơn sinh khối hay năng lượng càng nhỏ lại: sinh khối/năng lượng SV sản xuất > SV tiêu thụ bậc 1 > SV tiêu thụ bậc 2 • Xếp chồng các bậc dinh dưỡng được tháp dinh dưỡng (trophic pyramid); có thể là: - tháp sinh khối (biomass pyramid) - tháp năng lượng (energy pyramid)  tháp sinh khối chuyển đổi thành tháp năng lượng theo nguyên tắc đốt cháy sinh khối sẽ thu được năng lượng. Bài giảng Cơ sở Khoa học Môi trường - GV: Phạm Khắc Liệu 2 - 28
29. 2.3. Quần xã và các đặc trưng của quần xã Hình 2.10. Ví dụ tháp sinh khối (qua chuỗi thức ăn Cà chua Ong Chim Mèo) Bài giảng Cơ sở Khoa học Môi trường - GV: Phạm Khắc Liệu 2 - 29
30. 2.3. Quần xã và các đặc trưng của quần xã Hình 2.11. Ví dụ tháp năng lượng (qua chuỗi thức ăn Cây cỏ Châu chấu Chuột Rắn) Bài giảng Cơ sở Khoa học Môi trường - GV: Phạm Khắc Liệu 2 - 30
31. 2.3. Quần xã và các đặc trưng của quần xã • Ý nghĩa nghiên cứu chuỗi thức ăn Hiện tượng khuếch đại sinh học (biomagnification) các chất độc qua chuỗi thức ăn Càng lên trên cao chuỗi thức ăn, nồng độ chất độc trong SV càng cao! Vì sao? Hình 2.12. Ví dụ khuếch đại sinh học DDT qua chuỗi thức ăn từ động vật phù du qua cá đến chim ăn cá Bài giảng Cơ sở Khoa học Môi trường - GV: Phạm Khắc Liệu 2 - 31
32. 2.4. Hệ sinh thái và các đặc trưng 2.4.1. Khái niệm • Hệ sinh thái = phức hợp thống nhất sinh vật với môi trường xung quanh, trong đó có tương tác giữa các sinh vật với nhau và sinh vật với môi trường thông qua chu trình vật chất và dòng năng lượng. HST = Quần xã + Các yếu tố MT • Ví dụ HST: một cánh rừng, một cánh đồng, một hồ nước, • HST bao gồm 4 thành phần: – Môi trường: chất vô cơ, chất hữu cơ, yếu tố vật lý (to, ánh sáng, ) – Sinh vật sản xuất – Sinh vật tiêu thụ – Sinh vật phân hủy • Phân biệt: hệ sinh thái tự nhiên (vd. ao hồ) và hệ sinh thái nhân tạo (vd. bể nuôi cá). Bài giảng Cơ sở Khoa học Môi trường - GV: Phạm Khắc Liệu 2 - 32
33. 2.4. Hệ sinh thái và các đặc trưng 2.4.2. Các đặc trưng cơ bản của hệ sinh thái (1). Vòng tuần hoàn vật chất • Trong HST, vật chất đi từ môi trường ngoài vào cơ thể sinh vật, từ sinh vật này sang sinh vật khác theo chuỗi thức ăn, rồi từ các sinh vật phân hủy thành các chất vô cơ đi ra môi trường. • Có nhiều chu trình đã được xây dựng: chu trình carbon, nitơ, phospho, • Ví dụ chu trình carbon hữu cơ tự nhiên ở hình 2.13; chu trình nitơ tự nhiên ở hình 2.14. Bài giảng Cơ sở Khoa học Môi trường - GV: Phạm Khắc Liệu 2 - 33
34. 2.4. Hệ sinh thái và các đặc trưng CO2 Quang hợp Khí quyển Glucid (thực vật xanh) Động vật ăn cỏ Xác chết Hô hấp động thực Động vật ăn thịt bậc 1 vật Động vật ăn thịt bậc cao Sinh vật phân huỷ Hình 2.13. Chu trình carbon hữu cơ tự nhiên Bài giảng Cơ sở Khoa học Môi trường - GV: Phạm Khắc Liệu 2 - 34
35. 2.4. Hệ sinh thái và các đặc trưng (Hô hấp) (SV tiêu thụ bậc cao hơn) (SV sản xuất) (SV tiêu thụ bậc 1) (SV phân hủy) Bài giảng Cơ sở Khoa học Môi trường - GV: Phạm Khắc Liệu 2 - 35
36. 2.4. Hệ sinh thái và các đặc trưng Hình 2.14. Chu trình nitơ tự nhiên Bài giảng Cơ sở Khoa học Môi trường - GV: Phạm Khắc Liệu 2 - 36
37. 2.4. Hệ sinh thái và các đặc trưng (2). Dòng năng lượng • Nguồn năng lượng cho các HST từ bức xạ Mặt trời; chỉ khoảng 50% đi vào HST, số còn lại chuyển thành nhiệt năng (phản xạ). • SV sản xuất (thực vật) chỉ sử dụng 1% tổng năng lượng tiếp nhận này để chuyển sang dạng hóa năng dự trữ trong chất hữu cơ nhờ quá trình quang hợp. • Tiếp tục, cứ qua mỗi bậc dinh dưỡng chỉ 10% năng lượng được tích lũy và chuyển cho bậc tiếp theo; 90% thất thoát dưới dạng nhiệt. Như vậy, theo chuỗi thức ăn, càng lên cao năng lượng tích lũy càng giảm (hệ số 0,1). Bài giảng Cơ sở Khoa học Môi trường - GV: Phạm Khắc Liệu 2 - 37
38. 2.4. Hệ sinh thái và các đặc trưng • Khi động vật và thực vật chết, phần năng lượng dưới dạng chất hữu cơ ở cơ thể chúng được vi sinh vật phân hủy sử dụng và 90% thất thoát dạng nhiệt. • Như vậy, tổng năng lượng Mặt trời cung cấp cho thực vật quang hợp hầu như thoát vào môi trường dưới dạng nhiệt dòng năng lượng trong hệ sinh thái không tuần hoàn. 90% dạng nhiệt 90% dạng nhiệt Mặt Trời 1% 10% 10% Năng lượng Thực vật chỉ dùng 1% Động vật ăn cỏ tiêu thụ Động vật ăn thịt tiêu thụ 10% Mặt Trời để quang hợp 10% thực vật tích lũy được động vật ăn cỏ tích lũy được (100.000 E.U) (1.000 E.U) (100 E.U) (10 E.U) Hình 2.15. Dòng năng lượng qua HST Bài giảng Cơ sở Khoa học Môi trường - GV: Phạm Khắc Liệu 2 - 38
39. 2.4. Hệ sinh thái và các đặc trưng (3). Sự tiến hóa của hệ sinh thái • Theo thời gian, HST có quá trình phát sinh và phát triển để đạt được trạng thái ổn định lâu dài – trạng thái đỉnh cực (climax) - gọi là sự diễn thế sinh thái (ecological succession). • Nếu không có những tác động ngẫu nhiên thì diễn thế sinh thái là một quá trình định hướng, có thể dự báo được. • Thường phân biệt các dạng diễn thế sau: – diễn thế nguyên sinh (primary ) – từ một môi trường trống – diễn thế thứ cấp (secondary)- ở môi trường đã có sẵn một quần xã nhất định – diễn thế phân hủy – môi trường biến đổi theo hướng bị phân hủy dần dần. Bài giảng Cơ sở Khoa học Môi trường - GV: Phạm Khắc Liệu 2 - 39
40. 2.4. Hệ sinh thái và các đặc trưng Hình 2.16. Ví dụ diễn thế nguyên sinh Bài giảng Cơ sở Khoa học Môi trường - GV: Phạm Khắc Liệu 2 - 40
41. 2.4. Hệ sinh thái và các đặc trưng Hình 2.17. Ví dụ diễn thế thứ sinh Bài giảng Cơ sở Khoa học Môi trường - GV: Phạm Khắc Liệu 2 - 41
42. 2.4. Hệ sinh thái và các đặc trưng (4). Cân bằng sinh thái • Cân bằng sinh thái: trạng thái mà ở đó số lượng cá thể của các quần thể ở trạng thái ổn định, hướng tới sự thích nghi cao nhất với điều kiện môi trường. • Ví dụ: cân bằng số chim sâu-sâu bọ; ở một điều kiện thuận lợi nào đó, sâu bọ phát triển mạnh làm số lượng chim sâu cũng tăng theo; khi số lượng chim sâu tăng quá nhiều thì số lượng sâu bọ bị giảm đi. • Cân bằng sinh thái là cân bằng động: khi có một tác động bên ngoài, sẽ gây biến đổi các thành phần HST; sau một thời gian, hệ sẽ thiết lập được một cân bằng mới, khác với cân bằng ban đầu. Bài giảng Cơ sở Khoa học Môi trường - GV: Phạm Khắc Liệu 2 - 42
43. 2.4. Hệ sinh thái và các đặc trưng • Các HST tự nhiên có khả năng tự điều chỉnh để đạt trạng thái cân bằng, thông qua các cơ chế: – Điều chỉnh ĐDSH của quần xã (số loài, số cá thể), ví dụ: • số cá thể tăng thiếu thức ăn và không gian sống nhiều cá thể chết trở về mức bình thường (cơ chế điều hòa mật độ ) • sâu phát triển mạnh số chim sâu tăng số lượng sâu giảm lại (cơ chế khống chế sinh học) – Điều chỉnh các quá trình trong chu trình sinh-địa-hóa Bài giảng Cơ sở Khoa học Môi trường - GV: Phạm Khắc Liệu 2 - 43
44. 2.4. Hệ sinh thái và các đặc trưng • Khả năng tự thiết lập cân bằng của HST có giới hạn. Khi cường độ tác động quá lớn, vượt ngoài giới hạn, HST sẽ bị mất cân bằng, dẫn đến biến đổi, suy thoái, thậm chí hủy diệt. • Ví dụ: các con sông, ao hồ tự nhiên khi nhận nước thải trong phạm vi nhất định có khả năng phân hủy chất thải để phục hồi trạng thái chất lượng nước ban đầu- gọi là quá trình tự làm sạch. Nhưng khi các nguồn thải quá lớn, vượt quá khả năng tự làm sạch, nước sông, hồ sẽ bị ô nhiễm • HST có tính đa dạng sinh học càng cao thì khả năng tự thiết lập cân bằng càng lớn Bài giảng Cơ sở Khoa học Môi trường - GV: Phạm Khắc Liệu 2 - 44
45. 2.4. Hệ sinh thái và các đặc trưng 2.4.3. Các tác động của con người đến hệ sinh thái • Săn bắn và đánh bắt quá mức suy giảm ĐDSH (số loài, số lượng cá thể ) • Săn bắt các loài động vật quý hiếm giảm nhanh số lượng cá thể một số loài • Chặt phá rừng tự nhiên lấy gỗ, lấy đất canh tác và xây dựng công trình mất nơi cư trú của sinh vật. • Thải quá nhiều chất thải sinh hoạt, sản xuất quá giới hạn tự cân bằng, gây ô nhiễm môi trường. Ví dụ: phát thải nhiều CO2 hiệu ứng nhà kính ấm lên toàn cầu nước biển dâng biến mất các hệ sinh thái rừng ngập mặn. Bài giảng Cơ sở Khoa học Môi trường - GV: Phạm Khắc Liệu 2 - 45
46. 2.4. Hệ sinh thái và các đặc trưng • Đưa vào các tự nhiên các hợp chất nhân tạo mà sinh vật không có khả năng phân huỷ (ví dụ dioxin) làm chết các sinh vật, rối loạn các chu trình vật chất • Lai tạo và đưa vào tự nhiên các loài sinh vật mới thay đổi cấu trúc quần xã. • Xây dựng cơ sở hạ tầng, các công trình ngăn cản các chu trình tuần hoàn tự nhiên. Ví dụ: đắp đập, xây nhà máy thuỷ điện, phá rừng đầu nguồn, làm ngăn cản chu trình nước. Bài giảng Cơ sở Khoa học Môi trường - GV: Phạm Khắc Liệu 2 - 46