Phân tích hệ thống môi trường - Bài 2 pps

Ý NGHĨA VÀ SỰ CẦN THIẾT CỦA VIỆC NHẬN THỨC CÁC HỆ SINH THÁI BẰNG PHƯƠNG PHÁP LUẬN HỆ THỐNG+ Phân tích hệ thống để xây dựng các mô hình sinh thái + Ứng dụng phân tích hệ sinh thái trong x

Mục tiêu Bài 2:

1 Giúp người học vận dụng cách tiếp cận hệ thống ở bài

1 vào việc nhận thức các quy luật của các hệ sinh thái – cơ sở nền tảng của quản lý môi trường

2 Nhận biết sự phát triển của khái niệm hệ sinh thái và sinh thái học

3 Nhận dạng các đối tượng hệ sinh thái trong thực tế

quản lý môi trường.

4 Cấu trúc hệ sinh thái tự nhiên: Sinh vật và môi trường

1 Ý NGHĨA VÀ SỰ CẦN THIẾT CỦA VIỆC NHẬN THỨC CÁC HỆ SINH THÁI BẰNG PHƯƠNG PHÁP LUẬN HỆ THỐNG

+ Phân tích hệ thống để xây dựng các mô hình sinh thái

+ Ứng dụng phân tích hệ sinh thái trong xây dựng các

báo cáo hiện trạng, đánh giá tác động môi trường+ Xác định phạm vi và qui mô phân tích môi trường

+ Sự tương tác và thích nghi của sinh vật đối với yếu tố

môi trường

SỰ PHÁT TRIỂN CỦA KHÁI NiỆM HỆ SINH THÁI

Hình 2.1: Sự phát triển của khái niệm hệ sinh thái theo phương

pháp luận hệ thống

2.1) Khái niệm hệ sinh thái tự nhiên

hệ sinh thái “tự nhiên” (ecosystem), là một khái niệm về một tổ

chức có ý niệm không gian trong đó hệ thống bao gồm các thành phần hữu sinh (sinh) và vô sinh (thái) trong đó có áp dụng với

nhiều cấp độ không gian, từ kích thước của một giọt phân cho đến

cả hành tinh Ví dụ, toàn thể khu vực sa mạc có thể nghiên cứu

như là một hệ sinh thái Tương tự như vậy, một làng trên ốc đảo hay ngay cả các cánh đồng trên ốc đảo của sa mạc có thể phân biệt như là một hệ sinh thái

Hình 2.2:

Sự tích hợp thành

hệ sinh thái

Hình 2.3: Sơ đồ đơn giản của một hệ sinh thái trong tự

nhiên

2.2) Khái niệm hệ sinh thái nhân văn

Hình 2.4 a,b:

Các mô hình

đơn giản của hệ

sinh thái nhân

văn

2.3) Hệ sinh thái tích hợp (đô thị công nghiệp)

nhấn mạnh vai trò của các hệ thống công nghệ- kỹ thuật (các nhà máy,

phương tiện giao thông là các hệ thống chuyển hóa vật chất và năng lượng do con người tạo ra)

hệ sinh thái đô thị, được cấu thành từ 3 hệ con: hệ thống công nghệ kỹthuật – hệ sinh thái tự nhiên – hệ xã hội:

Hình 2.5 : Tiếp cận hệ thống tích hợp : hệ kỹ thuật – hệ xã hội và

hệ tự nhiên

2.3) Hệ sinh thái tích hợp (đô thị công nghiệp)

Thành phần tự nhiên:

Sinh vật + Môi trường vật lý

Thành phần xã hội:

+ Gia đình+ HT tổ chức chính trị+ Hệ thống sản xuất+ HT Giáo dục

+ HT Tập quan – lễ hội+ Hệ thống luật pháp+

Thành phần kỹ thuật – Công

nghệ

+ Khu CN Khu CX

+ Nhà máy

+ Phương tiện giao thông

Hình 2.6: Mô hình hệ sinh thái tích hợp

CÁC NGUYÊN LÝ CHUNG VỀ HỆ SINH THÁI

2.1) Nguyên lý về cấu trúc thành phần tự nhiên

Nhóm các yếu tố vô sinh hay môi trường nội hệ

Môi trường nội hệ hay các yếu tố lý hóa trong tất cả các loại hệ

đều biểu hiện ở 3 môi giới chính môi trường chính: đất - nước vàkhông khí Trong đó bao gồm:

Những chất vô cơ (C, N, CO2, H2O, .) tham gia vào các tiến trình biến đổi, trong sinh thái học cổ điển gọi là các chu trình tuần hoàn vật chất

Những chất hữu cơ: (protein, gluxit, lipit và các chất mùn hữu cơ .) liến kết các thành phần hữu sinh và vô sinh

Chế độ khí hậu (nhiệt độ và các yếu tố vật lý khác)

2.1) Nguyên lý về cấu trúc thành phần tự nhiên

Nhóm các yếu tố sinh vật (quần xã sinh vật)

Sinh vật sản xuất: gồm các sinh vật tự dưỡng: chủ yếu là cây

xanh, và các thành phần hấp thu năng lượng ánh sáng, sử dụng

các chất vô cơ đơn giản và tạo nên các hợp chất phức tạp

Sinh vật tiêu thụ (Thành phần dị dưỡng = ăn thức ăn khác), là

các động vật ăn sinh vật khác, sử dụng, sắp xếp lại và phân hủy các hợp chất phức tạp (Con người với tư cách một loại sinh vật

thuộc về nhóm sinh vật tiêu thụ)

Sinh vật hoại sinh: chủ yếu là các vi khuẩn, nấm phân hủy các

hợp chất phức tạp của chất nguyên sinh chết, hấp thụ một số sản phẩm phân hủy, và giải phóng các chất vô cơ dinh dưỡng thích hợp cho sinh vật sản xuất, cũng như giải phóng chất vô cơ là nguồn

năng lượng, là chất ức chế hoặc kích thích đối với thành phần khác của hệ sinh thái

2.1) Nguyên lý về cấu trúc các hệ sinh thái tự nhiên

Hình 2.7 a: Mô hình cấu trúc hệ tự nhiên

2.1) Nguyên lý về cấu trúc các hệ sinh thái tự nhiên

Hình 2.7b: Mô hình cấu trúc hệ tự nhiên

2.1) ví dụ về cấu trúc hệ sinh thái tự nhiên

Hệ sinh thái ao –hồ:

- Các hợp chất vô sinh: vô cơ và hữu cơ cơ bản như: nước, axit

carbonic, ôxy, canxi, muối, nitơ, photpho, amino axit, axit humic .hiện diện trong đất bùn đáy ao, nước ao

- Sinh vật sản xuất: các thực vật bám và thực vật nhỏ trôi nổi như: tảo (phù du, phiêu thực vật)

- Sinh vật lớn tiêu thụ: gồm ấu trùng, phiêu sinh động vật, các loài thủy sản ăn thịt hay ăn chất hữu cơ

- Sinh vật hoại sinh gồm vi khuẩn, trùng roi, nấm

2.1) ví dụ về cấu trúc hệ sinh thái tự nhiên

Hệ sinh thái rừng ngập mặn:

Thành phần bao gồm: Quần thể thực vật (rừng gỗ, cây tiểu mộc, cây thân thảo .),

quần thể động vật rừng (Heo rừng, nai, khỉ, cá sấu .);

quần thể động vật dưới nước (tôm, cá, giáp xác .) ;

quần thể phiêu sinh động vật; vi khuẩn ;

nước thủy triều;

chế độ khí hậu;

2.1) ví dụ về cấu trúc hệ sinh thái tự nhiên

Hệ sinh thái biển:

Các hợp chất vô sinh: vô cơ và hữu cơ cơ bản như: nước, axit

carbonic, ôxy, canxi, muối, nitơ, photpho, amino axit, axit humic .hiện diện trong đất đáy biển và nước biển

Sinh vật sản xuất: các thực vật bám và thực vật nhỏ trôi nổi trong nước biển (phù du, phiêu thực vật)

Sinh vật lớn tiêu thụ: gồm ấu trùng, phiêu sinh động vật, các loài hải sản ăn thịt hay ăn chất hữu cơ

Sinh vật hoại sinh gồm vi khuẩn, trùng roi, nấm

2.1) Nguyên lý về cấu trúc các hệ sinh thái nhân văn nông nghiệp

Một hệ STNV (một khu rừng, một vùng nông nghiệp, một thị trấn luôn cấu thành bởi hai phân hệ : hệ sinh thái tựnhiên và hệ thống xã hội Hai phân hệ này có quan hệ tác động qua lại và phụ thuộc lẫn nhau

Hình 2.8a: Mô hình đơn giản cấu trúc hệ sinh thái nhân văn

2.1) Nguyên lý về cấu trúc các hệ sinh thái nhân văn nông nghiệp

Nhóm các yếu tố vô sinh hay môi

trường vật lý (nội hệ)

đất - nước và không khí Trong đó

bao gồm:

Những chất vô cơ (C, N, CO2,

H2O, .) tham gia vào các tiến

trình biến đổi, trong đó có thêm

các hợp chất trong phân bón và

thuốc trừ sâu

Những chất hữu cơ: (protein,

gluxit, lipit và các chất mùn hữu

cơ .) liên kết các thành phần hữu

sinh và vô sinh

Chế độ khí hậu (nhiệt độ và các

yếu tố vật lý khác)

Nhóm các yếu tố sinh vật (quần xã sinh vật)

Sinh vật sản xuất gồm các

cây trồng (ngắn ngày, dài ngày) sản xuất ra nông sản

Sinh vật tiêu thụ chủ yếu

là vật nuôi (trâu bò, heo,

gà .) và con người

Sinh vật hoại sinh: chủ

yếu là các vi khuẩn, nấm phân hủy, n6ám nhân tạo

a) Phân hệ tự nhiên

2.1) Nguyên lý về cấu trúc các hệ sinh thái nhân văn nông nghiệp

b) Phân hệ xã hội

Gia đình, tổ chức chính trị, hội đòan,

hợp tác xã, doanh nghiệp-công ty

gia đình có các biến vào như lượng tiền, thời gian, tài sản sở

hữu hay kiếm được , các biến trung gian như trao đổi tiền để

trả cho các dịch vụ, thực phẩm , đồ dùng, các biến ra như

sinh ra chất thải, chi tiền ra

Các gia đình là các thành phần cơ bản của hệ thống xã hội

Bên cạnh gia đình, các tổ chức chính trị xã hội, hội đòan, bản

thôn, các doanh nghiệp, công ty cũng là các thành phần cơ

bản của hệ xã hội thuộc hệ sinh thái nhân văn nông nghiệp

2.2) Khái niệm hệ sinh thái nhân văn

Hình 2.8b: Mô hình đơn giản cấu trúc hệ sinh thái nhân văn

2.1) Nguyên lý về cấu trúc các hệ sinh thái đô thị tích hợp

Một hệ sinh thái đô thị là một tổng thể tích hợp bao gồm 3 phân

hệ: tự nhiên và xã hội và kỹ thuật –công nghệ, có quan hệ phụ

thuộc lẫn nhau.

Hình 2.9:

Mô hình đơn giản cấu trúc hệsinh thái tích hợp

2.1) Nguyên lý về cấu trúc các hệ sinh thái đô thị tích hợp

Cung cấp môi trường sống, nghĩ ngơi giải trí .

Cung cấp tài nguyên, không gian sản xuất

Tự nhiên

Đưa ra các quyết định khai thác tài nguyên, các chính sách, luật để đảm bảo phát triển bền vững, tăng dân số tạo ra áp lực.

Đưa ra các quyết định sản xuất, các chính sách, luật để đảm bảo phát triển bền vững

Kinh tế xã hội

Thải chất thải gay ô nhiễm, làm hệ thống tự nhiên mất ổn định

Khai thác tài nguyên .

Cung cấp dịch vụ, sản phẩm đáp ứng nhu cầu xã hội

Kỹ thuật –

Công nghệ

Tự nhiên Kinh tế xã hội

Kỹ thuật – Công nghệ

Thành phần

2.2)Nguyên lý về ranh giới hệ thống – môi trường bên ngoài

Mỗi hệ STNV có một ranh giới địa lý về mặt không gian, chịu tác động của hai loại môi trường bên ngoài : môi trường tự nhiên và môi trường kinh tế xã hội và có tác động ngược lại

Tương tác hệ STNV – Môi trường tự nhiên

Các hệ STNV trong thực tế đều có ranh giới địa lý xác định về

mặt hành chánh Ví dụ một Quận, một Tỉnh, Thành phố

Môi trường tự nhiên bên ngoài tác động lên hệ ST Đô thị thông

qua các đầu vào là các yếu tố tự nhiên như : mưa, khí hậu, nước

lụt, bão, giông gió, cung cấp các khóang sản, gỗ, cây trồng

Ngược lại các biến đầu ra từ hệ STĐô thị tác động ngược lại môi

trường tự nhiên như sinh ra chất thải, gây ô nhiễm, gây cạn kiệt

tài nguyên

CÁC NGUYÊN LÝ CHUNG VỀ HỆ SINH THÁI

2.2)Nguyên lý về ranh giới hệ thống – môi trường bên ngoài

Tương tác Hệ STNV – Môi trường Kinh tế Xã hội

Môi trường kinh tế xã hội bên ngoài tác động đến hệ ST Đô thịthông qua các biến vào là các yếu tố như: tri thức (internet,

sách, bào truyền thông), kỹ thuật công nghệ, máy móc thiết bị, người nhập cư, tỉ giá tiền tệ, giá cả, sản phẩm tiêu dùng, du

nhập văn hóa, luật công ước quốc tế

Ngược lại các biến ra từ hệ ST Đô thị tác động ngược lại môi trường kinh tế xã hội bên ngòai như : tri thức, công nghệ, xuất khẩu sản phẩm, xuất khẩu lao động, di cư

CÁC NGUYÊN LÝ CHUNG VỀ HỆ SINH THÁI

2.2)Nguyên lý về ranh giới hệ thống – môi trường bên ngoài

Các tác động vòng lặp phản hồi này thông qua các tiến trình biến đổi tạo ra các tác động tích cực lẫn tiêu cực cho hệ ST

Đô thị và mỗi hệ ST Đô thị phải có sự thích nghi để có thể

phát triển bền vững

Không phải chỉ có sự thay đổi môi trường bên ngòai mới gây

ra sự biến đổi của hệ ST Đô thị Một sự thay đổi trong thành phần của chính hệ STĐô thị cũng tạo ra hiệu ứng thay đổi tổng thể

Ví dụ, một sự thay đổi trong hệ sinh thái tự nhiên như lũ lụt cũng có thể gây ra thay đổi hệ xã hội (thay đổi cách sống,

cách tổ chức trú ẩn sống chung với lũ ) từ đó làm thay đổi tổng thể hệ STNV

CÁC NGUYÊN LÝ CHUNG VỀ HỆ SINH THÁI

2.3) Nguyên lý về tiến trình biến đổi trong các HST

Có nhiều tiến trình biến đổi phức tạp diễn ra trong các hệ STNV, các tiến trình biến đổi này diễn ra theo dạng vòng lặp phản hồi.

Có 5 nhóm tiến trình biến đổi chính trong các hệ sinh thái :

+ Tiến trình biến đổi vật chất (tự nhiên – nhân tạo)

+ Tiến trình biến đổi năng lượng (tự nhiên – nhân tạo)

+ Tiến trình biến đổi chủng loài

+ Tiến trình biến đổi thông tin

+ Tiến trình biến đổi tài chính (dòng tiền)

+ Tiến trình biến đổi vật chất (tự nhiên – nhân tạo)

Biến đổi vật chất tự nhiên

Sự vận chuyển các nguyên tố cần thiết cho sự sống và các hợp chất

vô cơ thường được khái quát trong các chu trình các chất dinh

dưỡng khoáng:Nước, Nitơ, Oxy, Dioxid Carbon (CO2), Phosphat

(PO4), Lưu huỳnh (SO4)

Trong các hệ ST đô thị, phân tích luồng vật chất còn tính đến các

chất gây ô nhiễm có hại cho sức khõe con người như: (SOx như

SO2, SO3….); (NOx như NO2, NO3….); các kim loại nặng như Arsen, Chì, thủy ngân Ở nông thôn, cần chú ý đến luồng phân bón và

thuộc trừ sâu

Việc nghiên cứu chu trình các chất dinh dưỡng rất có ý nghĩa trong việc bảo đảm sự cân bằng của hệ sinh thái Việc nghiên cứu các độc

tố và chu trình chuyển hóa của chúng qua các thành phần trong

HST có ý nghĩa rất lớn trong việc bảo vệ môi trường, ngăn ngừa

nguy cơ suy thoái môi trường, bảo đảm phát triển bền vững

Hình 2.10: Tiến trình chu chuyển nước trong sinh quyển

Hình 2.11: Tiến trình chu chuyển các bontrong sinh quyển

Hình 2.12: Tiến trình chu chuyển ni tơ trong sinh quyển

Hình 2.13: Tiến trình chu chuyển phốt pho trong sinh quyển

biến đổi vật chất nhân tạo

Đầu vào: các yếu tố vật chất đi vào hệ sinh thái như: sự du nhập sản phẩm, nguyên liệu từ các hệ sinh thái khác, sự phát thải các chất

gây ô nhiễm từ bên ngoài hệ sinh thái (ví dụ ô nhiễm từ các nơi

khác phát tán đến), nước chảy theo sông suối có nguồn gốc từ HST khác, nước thủy triều từ HST biển

Đầu ra: các yếu tố vật chất đi ra khỏi hệ sinh thái như: sự xuất khầu sản phẩm, nguyên liệu đến các hệ sinh thái khác bên ngòai, sự phát thải các chất gây ô nhiễm từ bên trong hệ sinh thái ra các hệ khác bean ngòai, nước chảy theo sông suối có nguồn gốc từ HST chảy ra bên ngòai, nước ra biển

Biến đổi vật chất trung gian: là sự biến đổi trong nội bộ HST Trong biến đổi này, cần quan tâm đặc biệt đến biến đổi và lan truyền các chất gây ô nhiễm

+ Tiến trình biến đổi vật chất (tự nhiên – nhân tạo)

biến đổi vật chất nhân tạo

Hình 2.14: Tiến trình biến đổi vật chất nhân tạo trong HST

đô thị

+ Tiến trình biến đổi

năng lượng (tự nhiên – nhân tạo)

+ Biến đổi năng lượng tự nhiên

Đầu vào là năng lượng bức xạ do ánh sáng mặt trời mang lại thông qua sinh vật sản xuất tạo ra chất hữu cơ Sự vận chuyển năng lượng dinh dưỡng từ nguồn thực vật, đi qua hàng loạt sinh vật trong chuỗi dinh dưỡng, được tiếp diễn bằng cách một số sinh vật này dùng sinh vật khác làm thức ăn gọi là chuỗi thức ăn

Trong sinh thái học cổ điển, phân tích luồng năng lượng của hệ thông qua các khái niệm: chuỗi thức ăn, lưới thức ăn và bậc dinh dưỡng, cấu trúc dinh dưỡng, và các hình tháp sinh thái

Lưu ý: quan tâm đến các định luật vật lý như bảo toàn năng lượng, biến đổi các dạng năng lượng Đối với các HST nhân tạo, khi phân tích luồng năng lượng cần chú ý đến sự tham gia luồng năng lượng của số năng lượng hóa thạch (dầu hỏa, than đá, khí thiên nhiên) đi vào hệ thống

+ Tiến trình biến đổi năng lượng (tự nhiên – nhân tạo)

+ Biến đổi năng lượng nhân tạo

trong hệ sinh thái xảy ra chủ yếu trong thành phần hệ”kỹ thuật công nghệ” Nhận biết các tiến trình biến đổi trong các thành phần kỹ thuật công nghệ rất cần thiết cho các giải pháp ngăn ngừa ô nhiễm, sản

xuất sạch hơn (xem hình 2.14)

2.15: Tiến trình biến đổi năng lượng mặt trời

Phản chiếu bởi mây và

khí quyển

Phản chiếu bởi

bề mặt

Sựphản chiếu

Sức tải môi trường (Carrying Capacity)

• Đối với một hệ sinh thái bền vững, qui mô quần thể và khả năng cung cấp thức ăn phải cân

bằng lâu dài dù có thể dao động trong thời gian ngắn nào đó

• Sức tải môi trường là số cá thể của một lòai

nào đó cân bằng bền với hệ sinh thái trong thời gian dài nếu không có sự suy thoái của môi

trường.

Hình 2.16: Sức tải môi trường (Carrying Capacity)

Sức tải môi trường của một quần thể nào đó có thể được hỗtrợ về một nguồn tài nguyên nào đó, một cách lâu dài

Quần thể ổn định khi qui mô ở dưới sức tải môi trường ,

Nếu vượt quá, quần thể có thể bị hủy diệt và tử vong có thểxảy ra

• Tiềm năng sinh học (Biotic potential) là tốc độ

tăng trưởng tối đa của quần thể do các cá thể cái trong quần thể có thể sinh sản và tất cả các cá thể

có thể sống qua thời kỳ tái sinh sản.

• Sự đề kháng môi trường (Environmental

resistance): Các yếu tố như cung cấp thức ăn, thời

tiết, dịch bệnh và thú dữ có thể làm cho một quần thể phát triển dưới tiềm năng sinh học của nó.

Hình 2.17: Tháp năng lượng trong hệ sinh thái

Hình 2.18: Năng lượng thực phẩm cho lòai người ở các

bậc dinh dưỡng khác nhau