intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Bài giảng Khoa học môi trường đại cương - ThS. Nguyễn Xuân Cường

Chia sẻ: Bạch Đăng Kỳ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:75

Thêm vào BST
Báo xấu
54
lượt xem 10
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Khoa học môi trường đại cương có nội dung gồm 6 chương trình bày về các khái niệm cơ bản, sinh thái học môi trường, tài nguyên thiên nhiên, ô nhiễm môi trường, quản lý môi trường, các vấn đề nền tảng về môi trường và phát triển bền vững,... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Khoa học môi trường đại cương - ThS. Nguyễn Xuân Cường

  1. Khoa học môi trường đại cương Nguyễn Xuân Cường ĐẠI HỌC HUẾ PHÂN HIỆU ĐHH TẠI QUẢNG TRỊ TH.S. NGUYỄN XUÂN CƯỜNG BÀI GIẢNG KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG ĐẠI CƯƠNG Bộ môn: Công nghệ kỹ thuật môi trường LƯU HÀNH NỘI BỘ ĐÔNG HÀ, 2012 0
  2. Khoa học môi trường đại cương Nguyễn Xuân Cường MỤC LỤC CHƯƠNG 1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN ............................................................................ 4 1.1. Một số khái niệm ............................................................................................................. 4 1.2. Phân loại môi trường ....................................................................................................... 4 1.3. Các thành phần cơ bản của môi trường ........................................................................... 5 1.4. Các chức năng của môi trường ........................................................................................ 6 1.5. Khủng hoảng môi trường................................................................................................. 9 1.6. Khoa học - Công nghệ - Quản lý môi trường................................................................ 11 CHƯƠNG 2 SINH THÁI HỌC MÔI TRƯỜNG................................................................. 12 2.1. Các nhân tố và quy luật sinh thái................................................................................... 12 2.2. Quần thể và các đặc trưng ............................................................................................. 14 2.3. Quần xã và các đặc trưng ............................................................................................. 16 2.4. Hệ sinh thái và các đặc trưng......................................................................................... 20 CHƯƠNG 3 TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN ...................................................................... 24 3.1. Tài nguyên sinh vật ....................................................................................................... 24 3.2. Tài nguyên đất ............................................................................................................... 29 3.3. Tài nguyên nước ............................................................................................................ 32 3.4. Tài nguyên rừng............................................................................................................. 33 3.5. Tài nguyên biển ............................................................................................................. 35 3.7. Tài nguyên năng lượng.................................................................................................. 40 3.8. Tài nguyên khí hậu, cảnh quan...................................................................................... 42 CHƯƠNG 4 Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG ............................................................................. 43 4.1. Ô nhiễm nước ................................................................................................................ 43 4.2. Ô nhiễm không khí ........................................................................................................ 47 4.3. Ô nhiễm môi trường đất ................................................................................................ 51 CHƯƠNG 5 QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG ............................................................................ 53 5.1. Những khái niệm cơ bản về quản lý môi trường ........................................................... 53 5.2. Cơ sở khoa học của công tác quản lý môi trường ......................................................... 53 5.3. Các công cụ quản lý môi trường.................................................................................... 54 CHƯƠNG 6 CÁC VẤN ĐỀ NỀN TẢNG VỀ MÔI TRƯỜNG .......................................... 58 VÀ PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG .......................................................................................... 58 6.1. Vấn đề dân số ................................................................................................................ 58 6.2. Vấn đề lương thực và thực phẩm................................................................................... 60 6.3. Vấn đề năng lượng......................................................................................................... 61 6.4. Phát triển bền vững........................................................................................................ 65 1
  3. Khoa học môi trường đại cương Nguyễn Xuân Cường 2
  4. Khoa học môi trường đại cương Nguyễn Xuân Cường CÁC TỪ VIẾT TẮT MT: Môi trường MTTN: MT tự nhiên TNTN: Tài nguyên thiên nhiên CTR: Chất thải rắn RT: Rác thải NT: Nước thải ÔN: Ô nhiễm CT: Chất thải HST: Hệ sinh thái SV: Sinh vật VSV: Vi sinh vật ST: Sinh thái KT - XH: Kinh tế - xã hội 3
  5. Khoa học môi trường đại cương Nguyễn Xuân Cường CHƯƠNG 1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1. Một số khái niệm - Môi trường Trước tiên cần phân biệt hai khái niệm, MT (nói chung) và MT sống: MT: được hiểu là MT của một sự vật hoặc hiện tượng nào đó, như MT kinh doanh, MT sư phạm, MT văn hóa... Như vậy MT là tập hợp các điều kiện bên ngoài có ảnh hưởng và tác động tới một vật thể hoặc sự kiện nào đó. MT sống: là tổng hợp các điều kiện bên ngoài có ảnh hưởng và tác động tới con người và sinh vật. Điều kiện bên ngoài bao gồm các nhân tố hóa lý, sinh học và xã hội như ánh sáng, âm thanh, nước, không khí, quan hệ cộng đồng... Như vậy, MT bao gồm các yếu tố tự nhiên và vật chất nhân tạo bao quanh con người, có ảnh hưởng đến đời sống, sản xuất, sự tồn tại, phát triển của con người và sinh vật (Luật BVMT 2005). - Ô nhiễm môi trường là sự biến đổi của các thành phần MT không phù hợp với tiêu chuẩn môi trường, gây ảnh hưởng xấu đến con người, sinh vật. - Suy thoái môi trường là sự suy giảm về chất lượng và số lượng của thành phần MT, gây ảnh hưởng xấu đối với con người và sinh vật. - Đánh giá tác động môi trường là việc phân tích, dự báo các tác động đến MT của dự án đầu tư cụ thể để đưa ra các biện pháp BVMT khi triển khai dự án đó. - Hoạt động bảo vệ môi trường là hoạt động giữ cho MT trong lành, sạch đẹp; phòng ngừa, hạn chế tác động xấu đối với MT, ứng phó sự cố MT; khắc phục ô nhiễm, suy thoái, phục hồi và cải thiện MT; khai thác, sử dụng hợp lý và tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên; bảo vệ đa dạng sinh học. 1.2. Phân loại môi trường Thông thường MT được chia thành 03 loại: - MT tự nhiên: bao gồm các yếu tố tự nhiên như ánh sáng, nhiệt độ, PH... tồn tại khách quan ngoài ý muốn con người, nhưng vấn có mối liên quan và chịu sự tác động của con người, như MT nước, không khí... 4
  6. Khoa học môi trường đại cương Nguyễn Xuân Cường - MT xã hội: là tổng thể các quan hệ giữa người với người hay giữa các cộng đồng người với nhau, như quan hệ gia đình, quan hệ đồng nghiệp, truyền thống văn hóa các dân tộc... - MT nhân tạo: là tập hợp các yếu tố tự nhiên và xã hội do con người tạo ra và chịu sự chi phối của con người, như ô tô, máy bay, công sở, khu đô thị... Tuy nhiên, trong thực tế khó phân biệt rạch ròi từng loại MT. MT tự nhiên luôn có nhân tố con người và ngược lại. Trong khi đó MT xã hội không phải là đối tượng nghiên cứu của khoa học MT. 1.3. Các thành phần cơ bản của môi trường MT được xem như là một hệ thống bao gồm 05 quyển, đó là địa quyển, khí quyển, sinh quyển và thủy quyển, dưới góc độ nghiên cứu MT các quyển được gọi là các quyển MT và được mô tả như sau: 1.3.1. Thuỷ quyển Thủy quyển được hiểu là lớp vỏ nước của trái đất, tồn tại ở ba dạng rắn, lỏng và khí trong lòng đất, 2 cực, trên bề mặt và trong không khí. Hầu hết lượng nước này (97%) là nước ở các đại dương. Trong số 3% còn lại, 2,7% là ở trạng thái rắn - khối băng, 0,3% là nước ngọt ở các lục địa (nước mặt và nước ngầm) và hơi nước trong khí quyển. - Nước lục địa phân bố không đều theo không gian và thời gian. - Lượng nước trên bề mặt trái đất là rất lớn, tuy nhiên nước ngọt có thể sử dụng được lại hạn chế. - CT sản xuất và sinh hoạt không qua xử lý, gây ÔN các thủy vực, đặc biệt ở hạ lưu các sông lớn. Ngoài ra, các sự cố tàu vận chuyển dầu, sự cố giàn khoan dầu ngoài biển cũng đang khiến nhiều vùng biển ÔN, suy thoái nghiêm trọng. - Hiện tượng “biển chết” đang xuất hiện nhiều hơn ở các khu vực duyên hải. 1.3.2. Khí quyển Khí quyển là cái vỏ khí bao bọc xung quanh bề mặt Trái đất. Độ cao của khí quyển ước lượng khoảng 2.000 - 3.000 km. - Thành phần chủ yếu là nitơ (78%), ôxy (21%), argon (0,9%), và dioxit cacbon (0,03%). - 9/10 trọng lượng khí quyển đều tập trung ở lớp khí quyển gần mặt đất trong khoảng 16km, càng xa mặt đất không khí càng loãng. 5
  7. Khoa học môi trường đại cương Nguyễn Xuân Cường - Ô nhiễm không khí thường mang tính toàn cầu. 1.3.3. Sinh quyển Sinh quyển là toàn bộ các dạng đời sống tồn tại ở bên trong, bên trên và phía trên Trái đất. Bề dày tối đa của sinh quyển ước khoảng 27 – 28 km. Có khoảng 30 - 100 tỉ loài SV khác nhau tồn tại trên Trái đất (đã mô tả được 1,4 tỉ loài). - Sinh quyển được cấu tạo chủ yếu hydrô, ôxy, cacbon và nitơ, chiếm 90% trọng lượng của vật chất sống. - Sinh quyển có vai trò to lớn đến các quá trình TN cũng như MT trên trái đất: sản sinh O2, cân bằng CO2, nitơ, giảm nguy cơ phát sinh tai biến, điều hòa khí hậu… - Sinh quyển đang bị suy giảm nghiêm trọng: suy giảm diện tích rừng, đặc biệt là rừng mưa nhiệt đới và suy giảm ĐDSH trên quy mô toàn cầu. 1.3.4. Thạch quyển và thổ quyển Thạch quyển và thổ quyển, là nơi mà con người hiện tại sinh sống và nơi mà con người khai thác thức ăn, nguyên liệu, nhiên liệu, vật liệu, năng lượng và các dạng tài nguyên khác phục vụ sự tồn tại và phát triển của mình. - Địa quyển dễ bị biến động và đe doạ bởi các hoạt động của con người. - Con người tương tác thường xuyên với địa quyển: xây dựng, khai thác khoáng sản, canh tác, phá hủy lớp phủ thực vật, chôn lấp CT nguy hại, nước thải ÔN, mưa axit… - Một số tai biến TN phát sinh ở những quyển này có liên quan đến ÔNMT như tai biến trượt lở, đổ lở đất đá, cát chảy… 1.4. Các chức năng của môi trường 1.4.1. Môi trường là không gian sống Con người và SV tồn tại và phát triển nhờ cơ chế vận động, sự vận động không tách khỏi MT sống của nó và đòi hỏi một không gian nhất định, đó là không gian để con người lao động sản xuất, nghĩ ngơi, vui chơi giải trí... Không gian sống thường được đo bằng các đơn vị diện tích, thể tích và chất lượng của các nhân tố MT. Chẳng hạn, mỗi người hằng ngày cần khoảng 4m3 không khí sạch để thở, 2,5l nước sạch để uống... Yêu cầu và khả năng đáp ứng về không gian sống của con người thay đổi theo thời gian, trình độ kĩ thuật và trình độ phát triển của loài người. Bảng 1.1: Sự suy giảm diện tích bình quân (đất liền) trên người của thế giới 6
  8. Khoa học môi trường đại cương Nguyễn Xuân Cường Năm O (CN) 1650 1840 1930 1994 2010 Dân số (triệu người) 200 545 1.000 2.000 5.000 7.000 Diện tích(ha/người) 75 27,5 15 7,5 3,0 2,14 (Nguồn: Lê Thạc Cán 1996) Bảng 1.2: Diện tích đất canh tác trên đầu người ở Việt Nam Năm 1940 1960 1970 1992 2000 Bình quân/người (ha/ng) 0,2 0,16 0,13 0,11 0,10 Về cơ bản không gian MT sống của con người là một hằng số trong khi dân số không ngừng tăng. MT có khả năng cân bằng và tự điều chỉnh để thích nghi với không gian sống thay đổi. 1.4.2. Môi trường là nơi cung cấp tài nguyên cần thiết cho con người MT là nơi con người khai thác nguồn vật liệu và năng lượng cần thiết như đất, khoáng sản, nước và các dạng năng lượng như dầu mỏ, củi đun, gió, nắng, thủy triều… Quá trình phát sinh tài nguyên là một quá trình tác động tổng hợp của nhiều thành phần MT. Tuy nhiên, từng quyển MT cung cấp mỗi dạng tài nguyên khác nhau. - Địa quyển: Cung cấp các loại khoáng sản, dầu khí, độ phì... - Khí quyển: Cung cấp tài nguyên sinh khí hậu, ngoài ra từ không khi còn tách chiết một số nguyên tố như Ni tơ, Ô xy… - Thủy quyển: Cung cấp nước cho sinh hoạt và sản xuất, thủy lợi, du lịch… - Sinh quyển: Cung cấp SV phục vụ chữa bệnh, giải trí… Ngày nay, con người sử dụng quá nhiều các dạng tài nguyên không tái tạo (như khoáng sản, dầu mỏ) và sử dụng không hợp lý, dẫn đến hạn chế khả năng tái tạo của những tài nguyên có khả năng tái tạo như đất, nước, sinh vật. 7
  9. Khoa học môi trường đại cương Nguyễn Xuân Cường Tài nguyên tái tạo Môi trường Tài nguyên: Chế biến Con Khai thác Giá trị - Vật liệu Con người - Năng lượng sản xuất sử dụng người - Thông tin mới Chất thải Hình 1.1: Mối quan hệ con người – tài nguyên – MT 1.4.3. Môi trường là nơi chứa đựng và đồng hóa chất thải Đồng hóa CT là quá trình chuyển đổi một số hóa chất độc có trong CT thành những chất ít hoặc không độc cho MT. - Các quá trình đồng hóa cơ bản: quang hợp chuyển hóa CO2 thành C6H12O6 làm giảm khả năng gây hiệu ứng nhà kính và gây ngạt của CO2; VSV có khả năng đồng hóa các hợp chất hữu cơ có trong rác và NT; Các khoáng vật có khả năng hấp thụ một số độc tố (đất sét, mica, zeolit, oxit silic…). - Khả năng đồng hóa CT của MT chỉ có tác dụng trong một giới hạn nhất định. - Có một số hoá chất nhất định MT không thể đồng hóa hoặc thời gian diễn ra rất lâu, như kim loại nặng; chất phóng xạ; chất độc hữu cơ (thuốc trừ sâu mirex, toxaphene, DDT, phenol...); nilon... 1.4.4. Môi trường góp phần giảm nhẹ các tác động có hại của thiên nhiên Lớp khi quyển bao quanh Trái đất có vai trò “bắt giữ” Ôzon và các tia tử ngoại có hại cho sức khỏe, tránh được các bức xạ quá cao, chênh lệch nhiệt độ lớn, ổn định nhiệt độ trong khả năng chịu đựng của con người. Các sao chổi và các thiên thạch ở dạng nhỏ thường bị bốc cháy trong tầng khí quyển trước khi tiếp cận Trái đất. 1.4.5. Môi trường là nơi lưu trữ và cung cấp thông tin cho con người - Cung cấp sự ghi chép lưu trữ lịch sử địa chất, lịch sử tiến hóa của vật chất và sinh vật, lịch sử xuất hiện và phát triển văn hóa của loài người; 8
  10. Khoa học môi trường đại cương Nguyễn Xuân Cường - Lưu trữ và cung cấp cho con người sự đa dạng các nguồn gen. Nhìn chung, các chức năng MT tạo ra điều kiện nhằm đảm bảo cho sự tồn tại và phát triển của con người và SV trong một mức độ tự cân bằng và điều chỉnh hợp lý. Các hoạt động sống và sản xuất của con người đang gây ra nguy cơ làm suy giảm chức năng MT - chức năng tạo ra sự sống và phát triển sự sống trên Trái đất. 1.5. Khủng hoảng môi trường Hiện nay, thế giới đang đứng trước 5 cuộc khủng hoảng lớn: dân số, lương thực, năng lượng, tài nguyên và ST. Năm cuộc khủng hoảng này đều liên quan chặt chẽ với MT và ảnh hưởng đến cuộc sống con người. Do đó, xuất hiện một khái niệm mới là khủng hoảng MT: Khủng hoảng MT là các suy thoái về chất lượng MT sống trên quy mô toàn cầu, đe doạ cuộc sống của loài người trên Trái đất. Nguyên nhân sâu xa gây nên các cuộc khủng hoảng là do sự bùng nổ dân số và các yếu tố phát sinh từ sự gia tăng dân số. Sau đây là những biểu hiện của khủng hoảng MT: 1.5.1.Biến đổi khí hậu Biến đổi khí hậu (BĐKH) là sự biến động trạng thái trung bình của khí quyển toàn cầu hay khu vực theo thời gian từ vài thập kỷ đến hàng triệu năm (IPCC,2007). Những biến đổi này được gây ra do quá trình động lực của trái đất, bức xạ mặt trời, và gần đây là hoạt động của con người. BĐKH trong thế kỷ 20 đến nay được gây ra chủ yếu do con người, do vậy thuật ngữ BĐKH (hoặc còn được gọi là sự ấm lên toàn cầu-global warming) được xem là BĐKH hiện đại. Nguyên nhân hàng đầu của BĐKH là việc phát xả khí nhà kính (chủ yếu là CO2 và CH4) vào bầu khí quyển gây nên hiện tượng hiệu ứng nhà kính khí quyển. Hiện tượng hiệu ứng nhà kính khí quyển là một hiện tượng tự nhiên nhằm đảm bảo bảo nhiệt độ trung bình bề mặt trái đất là +150C, đủ ấm cho các loài SV tồn tại và phát triển trên đó. Tuy nhiên, do sự gia tăng nhanh chóng các loại khí nhà kính (khí có khả năng hấp thụ sóng dài) trong thời gian gần đây như CO2, CH4, N2O, O3, các khí CFC... đã làm cho nhiệt độ trái đất tăng lên một cách đột biến . Những biểu hiện cụ thể của biến đổi khí hậu: Nhiệt độ trung bình không khí gia tăng; Mực nước biển dâng; 9
  11. Khoa học môi trường đại cương Nguyễn Xuân Cường Gia tăng các điều kiện khí hậu cực đoan và thiên tai về tần suất, cường độ. Biến đổi khí hậu đang gây ra tình trạng suy thoái MT trên quy mô toàn cầu (Global Environment Outlook, 2007, GEO - 4) ảnh hưởng đến đời sống hàng tỉ người trên khắp hành tinh. Cụ thể: - Làm mất không gian cư trú của con người do nước biển dâng; - Mực nước biển tăng lên đe dọa các HST quan trọng - Làm thay đổi điều kiện sống, gia tăng nguy cơ tuyệt chủng của sinh vật; - Làm suy giảm sản lượng nông nghiệp, thủy hải sản; ảnh hưởng đến cơ sở hạ tầng; - Ảnh hưởng đến sức khỏe, chất lượng cuộc sống của của con người; - Ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếp đến tài nguyên và MT. 1.5.2. Sự suy giảm tầng Ôzôn Tầng Ôzôn có khả năng hấp thụ tia cực tím trong bức xạ mặt trời, khi tầng này bị thủng, tia tử ngoại xuyên qua và chiếu xuống bề mặt trái đất, gây ung thư da, suy giảm miễn dịch ở người và giảm năng suất sinh học của động thực vật. Nguyên nhân gây suy giảm tầng Ôzon là phát thải khí như CFCs, Halon... từ hoạt động của con người (chủ yếu). 1.5.3. Gia tăng mưa axít Mưa axít là hiện tượng nước mưa có độ pH dưới 5,6. Mưa axít gây ÔNMT, phá hủy cây trồng, rừng, giảm sản lượng nông nghiệp, phá hủy các công trình kiến trúc, ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Nguyên nhân của mưa axít là do các khí như SO2, NOx ... trong không khí kết hợp với nước, tạo thành các axít, như sulfuric, nitric... Mưa axít có thể tạo ra ÔN xuyên biên giới. 1.5.4. Ô nhiễm nguồn nước và nguy cơ thiếu nước sạch Quá trình đô thị hoá, hoạt động sản xuất công nghiệp, nông nghiệp... tạo ra ngày càng nhiều CT không được xử lý (chủ yếu là NT) đang khiến cho các nguồn nước ngày càng bị ÔN nghiêm trọng. Vấn đề ÔN nguồn nước mặt hiện đang diễn ra ở hầu hết các con sông lớn ở các nước đang phát triển, điển hình như Trung Quốc, Ấn Độ, Indonexia, Việt Nam... 10
  12. Khoa học môi trường đại cương Nguyễn Xuân Cường Nguồn nước bị ÔN là nguyên nhân chủ yếu dẫn đến nguy cơ thiếu nước sạch quy mô toàn cầu, đặc biệt các quốc gia Châu phi, Trung Đông... Ngoài ra, việc sử dụng nước lãng phí, đặc biệt ở một số quốc gia phát triển cũng góp phần làm suy giảm nguồn nước. 1.5.5. Suy thoái tài nguyên và suy giảm đa dạng sinh học Nhu cầu ngày càng gia tăng nhanh chóng về nguyên liệu và năng lượng cho guồng máy công nghiệp thế giới đã dẫn đến sự khai thác quá mức, cạn kiệt và suy thoái tài nguyên. - Suy thoái tài nguyên rừng: giảm diện tích rừng tự nhiên, đặc biệt là rừng nhiệt đới có giá trị môi trường cao và rừng ngập mặn. Mất rừng hằng năm khoảng 7 – 8 triệu ha. Nguyên nhân chính là do mở rộng diện tích canh tác nông nghiệp, khai thác gỗ, xây dựng các công trình phục vụ con người. - Suy thoái đất: nghiêm trọng nhất là hoang mạc hoá, thường xảy ra ở các vùng khô hạn. Suy thoái đất gây tình trạng bất ổn định trong xã hội do nghèo đói gia tăng, tạo ra tị nạn MT, những người thường xuyên gây sức ép tới các vùng chưa bị suy thoái [19]. - Suy giảm đa dạng sinh học: Tốc độ tuyệt chủng của các loài gia tăng nhanh chóng: theo tính toán, trong suốt quá trình lịch sử, cứ 2 – 10 năm có 2 loài bị tiêu diệt và từ 1600 đến nay. Các vùng đất ngập nước suy giảm đa dạng rất nghiêm trọng. Các HST giàu có và nhạy cảm tiếp tục bị ảnh hưởng và đe dọa mất đi sự đa dạng vốn có. Nguyên nhân: do sự khai thác quá mức rừng, làm mất và chia cắt không gian sinh sống; MT sống bị ÔN và suy thoái làm giảm khả năng sinh tồn; BĐKH làm thay đổi điều kiện sống đột ngột; sự khai thác hủy diệt. 1.6. Khoa học - Công nghệ - Quản lý môi trường - Khoa học MT nghiên cứu mối quan hệ giữa con người với MT. Từ các nghiên cứu đó, khoa học MT đề xuất các mô hình ST hợp lý, đảm bảo sự cân bằng ST giữa con người và MT. - Công nghệ MT là tổng hợp các biện pháp vật lý, hóa học, sinh học nhằm ngăn ngừa và xử lý các chất độc hại phát sinh từ quá trình sản xuất và hoạt động của con người. - Quản lý MT là tổng hợp các biện pháp luật pháp, kỹ thuật, chính sách, kinh tế nhằm hạn chế tác động có hại của phát triển KT - XH đến MT. 11
  13. Khoa học môi trường đại cương Nguyễn Xuân Cường CHƯƠNG 2 SINH THÁI HỌC MÔI TRƯỜNG 2.1. Các nhân tố và quy luật sinh thái 2.1.1. Khái niệm Các nhân tố ST (ecological factors) là các yếu tố MT (ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm…) có tác động tương hỗ qua lại với sinh vật. Có thể chia các nhân tố ST thành hai nhóm: - Các nhân tố vô sinh: nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm… - Các nhân tố hữu sinh: các tác động, mối quan hệ của các SV với nhau. Các yếu tố ST tác động đến SV thể hiện rất nhiều dạng khác nhau, có thể là trực tiếp hoặc gián tiếp, tác động đến từng cơ quan hay tác động đến toàn bộ sinh vật…tuy nhiên, sự tác động đó tuân thủ một số quy luật cơ bản sau: 2.1.2. Quy luật tác động của các nhân tố sinh thái lên sinh vật a. Quy luật tác động tổng hợp MT là một hệ thống được hình thành bởi rất nhiều yếu tố có tác động qua lại, sự biến đổi các nhân tố này có thể dẫn đến sự thay đổi nhân tố khác và sự tác động của các nhân tố (ST) đến SV là sự tác động tổng hợp. Mỗi nhân tố ST chỉ có thể biểu hiện hoàn toàn tác động khi các nhân tố khác đang hoạt động đầy đủ. Ví dụ, trong đất có đủ muối khoáng nhưng cây không sử dụng được khi độ ẩm không thích hợp; nước và ánh sáng không thể có ảnh hướng tốt đến thực vật khi trong đất thiếu muối khoáng. b. Qui luật giới hạn (chống chịu) ST Shelford (1911, 1972) Ảnh hưởng của các yếu tố ST lên SV rất đa dạng, không chỉ phụ thuộc vào tính chất của các yếu tố ST mà cả vào cường độ của chúng. Đối với mỗi yếu tố, SV chỉ thích ứng với một giới hạn tác động nhất định, đặc biệt là các yếu tố ST vô sinh. Khi cường độ tác động tới ngưỡng cao nhất hoặc thấp nhất so với khả năng chịu đựng của cơ thể thì SV không tồn tại được. 12
  14. Khoa học môi trường đại cương Nguyễn Xuân Cường Hình 2.1. Giới hạn của nhiệt độ theo quy luật giới hạn Shelford c. Qui luật tác động không đồng đều của yếu tố ST lên chức năng sống của cơ thể Các yếu tố ST có ảnh hưởng khác nhau lên các chức phận sống của cơ thể, nó cực thuận đối với quá trình này nhưng có hại hoặc nguy hiểm cho quá trình khác. Ví dụ, nhiệt độ không khí tăng đến 400 - 500 C sẽ làm tăng các quá trình trao đổi chất ở động vật máu lạnh nhưng lại kìm hãm sự di động của con vật. Hiểu biết được các qui luật này, con người có thể biết các thời kỳ trong chu kỳ sống của một số SV để nuôi, trồng, bảo vệ hoặc đánh bắt vào lúc thích hợp. d. Quy luật tối thiểu Quy luật này được nhà hoá học người Đức Justus Von Liebig đề xuất năm 1840. Ông lưu ý rằng năng suất mùa màng giảm hoặc tăng tỷ lệ thuận với sự giảm hay tăng các chất khoáng bón cho cây ở đồng ruộng. Như vậy, sự sinh sản của thực vật bị giới hạn bởi số lượng của muối khoáng. Liebig chỉ ra rằng "Mỗi một loài thực vật đòi hỏi một loại và một lượng muối dinh dưỡng xác định, nếu lượng muối là tối thiểu thì sự tăng trưởng của thực vật cũng chỉ đạt mức tối thiểu". Khi ra đời, quy luật Liebig thường áp dụng đối với các loại muối vô cơ. Theo thời gian, ứng dụng này được mở rộng, bao gồm một phổ rộng các yếu tố vật lý, mà trong đó nhiệt độ và lượng mưa thể hiện rõ nhất. Tuy vậy quy luật này cũng có những hạn chế vì nó chỉ áp dụng đúng trong trạng thái ổn định và có thể còn bỏ qua mối quan hệ khác nữa. Chẳng hạn, trong ví dụ về phốt pho (phosphor) và năng suất, Liebig cho rằng phốt pho là nguyên nhân trực tiếp làm thay đổi năng suất. Sau này người ta thấy rằng sự có mặt của muối nitơ (nitrogen) không chỉ ảnh hưởng lên nhu cầu nước của thực vật 13
  15. Khoa học môi trường đại cương Nguyễn Xuân Cường mà còn góp phần làm cho thực vật lấy được phốt pho ở dưới dạng không thể đồng hoá được. Như vậy, muối nitơ là yếu tố thứ 3 phối hợp tạo ra hiệu quả. 2.2. Quần thể và các đặc trưng 2.2.1. Khái niệm Quần thể SV là một nhóm cá thể của cùng một loài SV (hoặc các nhóm khác nhau mà trong đó SV có thể trao đổi thông tin di truyền) sống trong một khoảng không gian xác định. Quần thể là một tổ chức ở mức độ thấp của sinh giới, là đơn vị sinh thái học 2.2.2. Các đặc trưng của quần thể (Population) a. Mật độ quần thể Mật độ quần thể là số lượng cá thể (hay khối lượng, năng lượng) trên một đơn vị đo lường( diện tích hoặc thể tích) của MT sống. Ví dụ mật độ cây/ha, mật độ sâu/m2, kg cá/m2 ao nuôi… Người ta còn phân biệt, mật độ đặc trưng (số lượng/tổng diện tích) và mật độ ST (số lượng/diện tích mà SV có thể tồn tại). Đơn vị mật độ quần thể rất biến đổi, tuy nhiên giá trị của nó cũng mang tính giới hạn, tức là ở một đơn vị không gian chỉ chứa đựng ở mức thích hợp với một số lượng SV (sinh khối) nhất định. Ví dụ một khu rừng, với trên mỗi ha có khoảng 100 con chim và trên 1m2 có khoảng 20.000 động vật chân đốt, tuy nhiên không thể có 20.000 con chim/1m2. b. Sự phân bố giữa cá thể trong quần thể Sự phân bố của quần thể rất cần thiết khi xác định mật độ và tìm hiểu bản chất của quần thể. Sự phân bố có thể là ngẫu nhiên, đồng đều hoặc phân nhóm, phụ thuộc vào MT sống, tập tính của cá thể, quá trình sinh sản, sự hấp dẫn của hợp quần (ở động vật bậc cao)… - Phân bố đều: thường xuất hiện khi có sự cạnh tranh cao của các cá thể và MT khá đồng nhất. Đây là loại phân bố hiếm gặp, ví dụ quần thể cây bụi mọc ở sa mạc, cá gai... - Phân bố thành nhóm: loại này rất phổ biến (vì quần tụ làm tăng khả năng sống sót và chịu đựng của các cá thể), khi MT không đồng nhất và cá thể có xu hướng liên kết. 14
  16. Khoa học môi trường đại cương Nguyễn Xuân Cường - Phân bố ngẫu nhiên: là hình thức phân bố trung gian giữa hai loại trên, kiểu phân bố này rất ít gặp, khi MT rất đồng nhất và các cá thể không có xu thế liên kết thành nhóm. Ví dụ, nhện trong rừng, sâu cải... c. Thành phần tuổi và giới tính * Tháp tuổi: Tháp tuổi được thành lập bởi sự xếp chồng lên nhau của các hình chữ nhật có chiều cao bằng nhau, còn chiều dài thì tỉ lệ với số lượng cá thể trong mỗi lứa. Hình 2.2. Ba dạng tháp tuổi chính yếu của con nguời * Tỉ lệ đực - cái: Ðó là tỉ lệ giữa số cá thể đực và số cá thể cái của một quần thể sinh vật. Theo qui tắc tổng quát thì các loài động vật là đơn phái tức là có con đực và con cái riêng. Nhưng cũng có hiện tượng lưỡng phái và trinh sản (không thụ tinh) thường thấy ở động vật không xương sống. Đa số các loài động vật thì tỉ lệ đực cái thường là 1:1. Tuy nhiên, cũng có những ngoại lệ. d. Sự tăng trưởng của quần thể Sự tăng trưởng của quần thể là sự gia tăng số lượng cá thể của quần thể. Sự tăng trưởng này phụ thuộc rất lớn vào đặc điểm MT với nhiều tham số tác động. e. Sự biến động của quần thể Trong quần thể tự nhiên, luôn luôn có sự biến động số lượng cá thể. Ða số các trường hợp, số lượng này xoay quanh một trị số trung bình, tức là có sự ổn định tương đối trong một thời gian khá dài. * Các quần thể ổn định: 15
  17. Khoa học môi trường đại cương Nguyễn Xuân Cường Là các quần thể có sự biến thiên nhỏ xoay quanh một trị số trung bình. Ðó thường là những loài có kích thước lớn sống trong các MT có nhân tố hữu sinh như sự cạnh tranh chẳng hạn, diễn ra một cách ráo riết. * Quần thể có chu kỳ: Là quần thể có số lượng thay đổi theo mùa, theo chu kỳ hằng năm hay chu kỳ nhiều năm. - Biến động theo mùa, thường thấy ở các quần thể có nhiều thế hệ trong một năm. Thí dụ muỗi phát triển mạnh vào đầu mùa mưa ở nước ta. - Biến động theo chu kỳ năm, cũng liên quan đến chu kỳ mùa thường thấy ở đa số thực vật đa niên phát triển mạnh vào mùa thuận hợp và sự tử vong lớn ở cuối mùa. Hình 2.4: Biến động số lượng chuột Lemmus Biến động theo chu kỳ nhiều năm, như trường hợp bọ hung Melodontha có chu kỳ ba năm ở châu Âu; hay chuột lemming Lemmus lemmus ở Bắc Âu và Lemmus trimucronatus ở Canada và Alaska có chu kỳ 4 năm. 2.3. Quần xã và các đặc trưng (Community) 2.3.1. Khái niệm Quần xã SV là một tập hợp các quần thể phân bố trong một không gian lãnh thổ (sinh cảnh) nhất định. Ðó là một đơn vị có tổ chức, tức là có một số tính chất đặc biệt không thấy ở mức quần thể và cá thể. Thuật ngữ quần xã dùng để chỉ một đơn vị chức năng. 16
  18. Khoa học môi trường đại cương Nguyễn Xuân Cường 2.3.2. Các đặc trưng của quần xã a. Sự đa dạng về loài * Số lượng loài (species richness) Số lượng loài là tổng số loài của quần xã trong một HST. Nhìn chung thì số lượng loài rất dồi dào ở các quần xã xích đạo và rất ít ở vùng cực. Người ta thấy có 2.000 cây mộc ở trong rừng mưa của Malaysie (100.000 km2) trong khi toàn bộ châu Âu chỉ có 100 loài mà thôi. Cũng tương tự , người ta đếm được 488 loài chim cư trú trong 15 km2 rừng mưa Eïquateur (Nam Mỹ) còn các rừng ôn đới chỉ có chừng 20 loài. * Sự phong phú của các loài (species abondance) Ðó là số lượng cá thể của mỗi loài trong quần xã. Ở đây, mật độ không phải là thông số tốt để so sánh các quần xã mà các loài có kích thước quá chênh lệch nhau. Do đó sinh khối và trọng lượng khô trên diện tích cho ta một sự ước lượng chính xác hơn về sự phong phú này. Các quần xã thực vật có thể được nghiên cứu bằng cách đánh giá sự phong phú của các loài khác nhau bằng phần trăm diện tích được che phủ bởi các thể của mỗi loài. c. Sự ưu thế (dominance) Sự ưu thế là loài đóng vai trò quan trọng trong quần xã do có khối lượng lớn, sinh khối lớn… và có vai trò quan trọng trong cấu trúc của quần thể. Trong các quần xã, một số loài rất phong phú, tạo thành một tần số cao; trong khi các loài khác có số lượng rất ít, cho nên chỉ có một tần số thấp trong quần xã. Trong các quần xã thực vật ở vùng Bắc Cực có sự ưu thế rất mạnh, chỉ có một hoặc hai loài tạo thành hơn 90% của tầng đại mộc. Ngược lại có đến hơn 20 loài cây ưu thế ở rừng mưa nhiệt đới. d. Đánh giá sự đa dạng về loài (species diversity) Ðể mô tả cấu trúc của một quần xã, số lượng loài chưa đủ để biểu diễn đầy đủ. Sự phong phú tương đối về loài cũng tham dự vào, bởi vì chỉ có vài phần trăm loài là thực sự phong phú (có thể được tiểu biểu bởi mật độ sinh khối...). Trái lại, phần lớn còn lại được tạo ra bởi nhiều loài ít phổ biến, hiếm hoặc rất hiếm. Trong khi một vài loài có vai trò quan trọng trong quần xã thì vài loài hiếm chi phối sự đa dạng của quần xã. 17
  19. Khoa học môi trường đại cương Nguyễn Xuân Cường Khảo cứu sự định lượng của sự đa dạng về loài có thể được thực hiện bằng nhiều cách, dựa vào sự sử dụng các chỉ số đa dạng mà công thức có thể gặp ít nhiều phức tạp. - Cách thứ nhất sử dụng chỉ số của số lượng loài. Chỉ số đơn giản nhất, diễn tả "sự khác nhau về loài", gồm các loài quan sát trong quần xã trên một đơn vị diện tích. Nó chỉ có thể được sử dụng nhằm mục đích so sánh trong trường hợp các mẫu có kích thước như nhau. - Một chỉ số khác của sự đa dạng về loài là tỉ số đơn giản giữa số lượng loài S và tổng số cá thể N. + Chỉ số của Meinhinick: d= S/N + Chỉ số của Sorenson: d = (S - 1)/logN Tuy có nhiều tiện lợi trong sử dụng nhưng các chỉ số trên cũng không hoàn toàn mô tả đầy đủ sự đa dạng, bởi vì chưa đề cập đến sự phong phú tương đối của mỗi loài. Sự phong phú thường tạo thành một bộ phận của sự đa dạng, gọi là sự đồng phần. Thí dụ: 2 quần xã, mỗi quần xã có 10 loài và 100 cá thể, do đó có cùng chỉ số Meinhinick. Tuy vậy ta thấy rằng sự đa dạng về loài của 2 quần xã này không giống nhau. Nếu trong quần xã 1, một loài có 91 cá thể chiếm ưu thế, và các loài còn lại chỉ có 1 cá thể; trong khi quần xã 2 mỗi loài là 10 cá thể thì sự đồng phần là cực tiểu ở quần xã 1 và cực đại ở quần xã 2. Do đó cần phải kết hợp giữa sự phong phú tương đối của các loài với sự đa dạng về loài để có một công thức toán học cho chỉ số tổng quát cuả sự đa dạng. Để đánh giá mức độ đa dạng sinh học người ta thường sử dụng các chỉ số như Simpson hay Shannon. b. Cấu trúc không gian của quần xã Cấu trúc của quần xã bao gồm cấu trúc đứng (chủ yếu) và cấu trúc ngang. Sự phân bố của các SV trong không gian và quan hệ tương hỗ của chúng với MT ngoài quyết định kiểu cấu trúc quần xã. Cấu trúc phân tầng trong các khu rừng là ví dụ điển hình cho cấu trúc của quần xã, trong đó có hai tầng cơ bản là tầng tự dưỡng và tầng dị dưỡng. c. Cấu trúc dinh dưỡng của quần xã Trong quần xã, mối quan hệ dinh dưỡng thể hiện qua chuỗi thức ăn và mạng lưới thức ăn. 18
  20. Khoa học môi trường đại cương Nguyễn Xuân Cường * Chuỗi thức ăn: Chuỗi thức ăn làm cho năng lượng vận chuyển trong HST từ SV sản xuất (thực vật) đến các nhóm SV khác, SV sản xuất -> Sinh vât tiêu thụ -> SV phân hủy. Hình 2.5: Chuỗi thức ăn * Lưới thức ăn: Các chuỗi thức ăn trong một HST thường đan xen nhau, liên kết với nhau một cách chặt chẽ tạo thành mạng lưới thức ăn. Trong MT, mỗi SV thường ăn các loại thức ăn khác nhau, đến phiên chúng lại làm thức ăn cho nhiều nhóm SV khác. Chính vì thế mạng lưới thức ăn trong một MT thường rất phức tạp và góp phần tạo nên sự ổn định của HST. Hình 2.6: Mạng lưới thức ăn 19
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2