BÀI GIẢNG KHOA học môi TRƯỜNG và sức KHỎE

Có thể nêu ra một định nghĩa chung về môi trường như sau : Môi trường là tập hợp các yếu tố tự nhiên và xã hội bao quanh con người có ảnh hưởng tới con người và tác động qua lại với cá

ĐẠI HỌC HUẾ KHOA Y TẾ CÔNG CỘNG

Bộ môn: Sức khỏe môi trường

-&*& -

BÀI GIẢNG KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

VÀ SỨC KHỎE MÔI TRƯỜNG

(Có bổ sung sửa chữa)

Chủ biên: Th.S GVC Nguyễn Hữu Nghị

Huế, 2008

MÔI TRƯỜNG VÀ SỨC KHOẺ CON NGƯỜI

Mục tiêu học tập

1 Diễn giải được định nghĩa môi trường sống và các phương pháp nghiên cứu

2 Hiểu được tác động qua lại giữa cơ thể và Môi trường

3 Phân tích được khả năng tự điều chỉnh của môi trường và sự ô nhiễm

I Kháí niệm chung về Môi trường sống

1 Định nghĩa Môi trường

Theo nghĩa rộng nhất thì “ Môi trường” là tập hợp các điều kiện và hiện tượng bên ngoài có ảnh hưởng tới một vật thể hoặc sự kiện Bất cứ vật thể, sự kiện nào cũng tồn tại và diễn biến trong môi trường như môi trường vật lý, môi trường pháp lý , môi trường kinh tế, vv Thực ra, các thành phần như khí quyển ,thuỷ quyển, thạch quyển, tồn tại trên Trái Đất đã từ rất lâu, nhưng chỉ khi có mặt các cơ thể sống thì chúng mới trở thành các thành phần của môi trường sống

Môi trường sống là tổng các điều kiện bên ngoài có ảnh hưởng tới sự sống và sự phát triển của các cơ thể sống Đôi khi người ta còn gọi khái niệm môi trường sống bằng thuật ngữ môi sinh ( living environment)

Môi trường sống của con người là tổng hợp các điều kiện vật lý, hoá học, sinh học, xã hội bao quanh con người và có ảnh hưởng tới sự sống, sự phát triển của từng cá nhân và toàn bộ cộng đồng người Thuật ngữ “Môi trường” thường dùng với nghĩa này Môi trường sống của con người là vũ trụ bao la, trong đó có hệ Mặt trời và Trái Đất Các thành phần của môi trường sống có ảnh hưởng trực tiếp tới con người trên Trái đất gồm 4 quyển: sinh quyển, thuỷ quyển, khí quyển, thạch quyển

Có thể nêu ra một định nghĩa chung về môi trường như sau :

Môi trường là tập hợp các yếu tố tự nhiên và xã hội bao quanh con người có

ảnh hưởng tới con người và tác động qua lại với các hoạt động sống của con người như : không khí, nước, đất, sinh vật, xã hội loài người, vv

-Môi trường sống của con người theo chức năng được chia thành các loại :

-Môi trường tự nhiên: bao gồm các yếu tố tự nhiên như các yếu tố vật lí, hoá học

và sinh học, tồn tại khách quan ngoài ý muốn con người

-Môi trường xã hội: là tổng thể các quan hệ giữa người và ngươi tạo nên sự thuận lơii hoặc trở ngại cho sự tồn tại và phát triển của các cá nhân và cộng đồng loài người -Môi trường nhân tạo: là tất cả các yếu tố tự nhiên, xã hội do con người tạo nên

và chịu sự chi phối của con người

Môi trường theo nghĩa rộng là tổng các nhân tố như không khí, nước , đất, ánh sáng ,âm thanh,cảnh quan,xã hội ,vv có ảnh hưởng tới chất lượng cuộc sống con người và các tài nguyên thiên nhiên cần thiết cho sinh sống và sản xuất của con người Môi trường theo nghĩa hẹp là tổng các nhân tố như không khí, nước, đất, ánh sáng vv liên quan tới chất lượng cuộc sống con người, không xét tới tài nguyên

Từ các định nghĩa trên có thể sinh ra nhiều quan niệm khác nhau về khoa học môi trường :

Môi trường là đối tượng nghiên cứu của nhiều ngành khoa học đang có hiện nay ( sinh học, địa học, hoá học vv ).Tuy nhiên, các ngành khoa học nói trên chỉ quan tâm đến một phần hoặc một thành phần theo nghĩa hẹp

Môi trường là đối tượng nghiên cứu của một ngành khoa học liên ngành có mục đích chủ yếu là bảo vệ môi trường sống lâu dài của con người trên Trái đất Trong giai đoạn hiện nay, hoạt động phát triển kinh tế và khoa học kỹ thuật của con người có ảnh hưởng mạnh mẽ tới chất lượng môi trường sống (khai thác tài nguyên thiên nhiên, gia tăng dân số, sản xuất

công nghiệp) Không có một ngành khoa học đang có hiện nay đủ điều kiện nghiên cứu và giải quyết mọi nhiệm vụ của công tác bảo vệ môi trường là quản lí và bảo vệ chất lượng các thành phần môi trường sống của con người và các sinh vật trên Trái Đất

2 Các phương pháp nghiên cứu

Khoa học môi trường sử dụng một loạt các phương pháp nghiên cứu lí thuyết và thực nghiệm của các ngành khoa học cơ bản khác :

-Các phương pháp thu thập và xử lý số liệu thực tế, các thực nghiệm

-Các phương pháp phân tích thành phần môi trường

-Các phương pháp phân tích, đánh giá xã hội, quản lý xã hội, kinh tế

-Các phương pháp tính toán , dự báo, mô hình hoá

-Các giải pháp kỹ thuật, tiến bộ kỹ thuật

-Các phương pháp phân tích hệ thống

3 Các nội dung nghiên cứu

Các nghiên cứu môi trường rất đa dạng được phân chia theo nhiều cách khác nhau Ở đây có thể chia ra làm 4 bốn loại chủ yếu :

-Nghiên cứu đặc điểm của các thành phần môi trường ( tự nhiên hoặc nhân tạo ) có ảnh hưởng hoặc chịu ảnh hưởng của con người, đó là nước, không khí, đất ,sinh vật, hệ sinh thái, khu công nghiệp, đô thị, nông thôn vv Ở đây, khoa học môi trường tập trung nghiên cứu mối quan hệ và tác động qua lại giữa con người với các thành phần của môi trường sống -Nghiên cứu công nghệ, kỹ thuật xử lý ô nhiễm, bảo vệ chất lượng môi trường sống của con người

-Nghiên cứu tổng hợp các biện pháp quản lý về khoa học kinh tế, luật pháp, xã hội nhằm bảo vệ môi trường và phát triển bền vững Trái Đất, quốc gia, vùng lãnh thổ, ngành công nghiệp

-Nghiên cứu về phương pháp mô hình hoá, phương pháp phân tích hoá học ,vật lý, sinh vật phục vụ cho ba nôi dung trên

II Mối quan hệ giữa cơ thể và Môi trường sống

Khoa học môi trường là ngành khoa học nghiên cứu mối quan hệ và tương tác qua lại giữa con người và môi trường xung quanh Con người và môi trường luôn thống nhất với nhau Người xưa từng phát hiện quy luật “ Thiên – Nhân hợp nhất”

Cơ thể đáp ứng trước các tác động của môi trường sống bằng các biểu hiện khác nhau: Phản xạ, thích ứng, không thích ứng, giả thích ứng, rối loạn thích ứng

Mặt khác con người can thiệp vào môi trường có mục đích trước hết để cải tạo môi trường Ví dụ các hoạt động sản xuất, khai thác tài nguyên thiên nhiên, các hoạt động y tế, điều trị gây nên sự thay đổi mối tương tác giữa cơ thể và môi trường sống

Tóm lại, Môi trường và cơ thể phải thống nhất với nhau, sự thay đổi của môi trường trong một giới hạn nhất định kéo theo sự thay đổi để thích nghi của cơ thể sống, do đó càng củng cố cơ chế thích nghi vốn đã linh hoạt, càng linh hoạt hơn Sự thay đổi đột ngột hoặc vượt quá giới hạn thích nghi sẽ dẫn đến những hậu quả xấu, thậm chí tiêu diệt một vài giống loài sinh vật

Thích ứng là quá trình điều chỉnh, đòi hỏi có một thời gian nhất định để cơ thể thích nghi được với các yếu tố môi trường Nếu không đủ thời gian thì sẽ dẫn đến rối loạn thích ứng hay Giả thích ứng, vấn đề này để giải thích một số bệnh của nền văn minh : Bệnh cao huyết

áp, bệnh tâm thần kinh

Đầu thập kỷ 70, nhà địa hoá người Anh Hamilton đã đưa ra kế hoạch thực nghiệm là xác định hàm lượng nguyên tố hoá học trong đá, bụi, đất, giấy, cá, lương thực, máu và não để xem hàm lượng các nguyên tố hoá học trong cơ thể con người và vật chất trong môi trường có

quan hệ gì với nhau không Kết quả giám định 60 loại nguyên tố hoá học cho thấy tỉ lệ hàm lượng các nguyên tố hoá học tương ứng trong vỏ Trái Đất Thí dụ hàm lượng 4 nguyên tố chủ yếu C.H.O.N chiếm 99,4% khối lượng con người và 50,5% vỏ Trái Đất Các nghiên cứu địa hoá sinh thái cho thấy có một số bệnh tật có liên quan tới sự thiếu hụt hay dư thừa nguyên tố hoá học trong đất đá khu vực Thí dụ thiếu Se -viêm khớp xương , thiếu kẽm - người lùn, thiếu iot-bướu cổ, thừa Cd-đau xương, tự gẫy xương Năm 1955, ở huyện Phusan Nhật Bản phát hiện loại bệnh gẫy xương do thừa Cd Bệnh hoành hành trong thời gian hơn 20 năm, riêng 1963-1967 làm chết 207 người Nguyên nhân của loại bệnh trên là do nồng độ Cd cao,

có trong nước thải của hoạt động khai thác một số mỏ Pb, Zn nằm ở đầu nguồn một con sông cung cấp nước tưới cho các cánh đồng lúa của huyện Phusan

Khi phơi nhiễm với các yếu tố môi trường, sự đáp ứng của cơ thể còn phụ thuộc vào các đặc trưng của cơ thể mang tính chất cá nhân, như yếu tố di truyền, tình trạng dinh dưỡng, tuổi, giới, chủng tộc, điều kiện vật chất, sự rèn luyện Chính vì các đặc trưng đó mà cơ thể

có các đáp ứng khác nhau trước các tác động của môi trường và kết quả là tình trạng sức khoẻ

III Ứng dụng nguyên lý sinh thái học trong việc bảo vệ Môi trường sống

1. Sinh thái học (Ecologie)

Là khoa học nghiên cứu về mối quan hệ giữa sinh vật (động vật, thực vật, con người) với ngọai cảnh Sinh thái học là một khoa học có phạm vi nghiên cứu rất rộng, phạm vi nghiên cứu chủ yếu của nó thuộc khoa sinh học, và một phần thuộc các khoa khác như địa lý, địa chất, khảo cổ, nhân học và cả khoa học xã hội Sinh thái học cũng được coi là một khoa học trung gian, họăc bao trùm lên các khoa học trên Đối tượng nghiên cứu của sinh thái học

có 4 mức tổ chức khác nhau từ thấp lên cao: Cơ thể, Chủng quần (Quần thể), Quần xã và Hệ sinh thái

Chủng quần được định nghĩa là một tập hợp các cá thể của cùng một lòai hay những lòai rất gần nhau, cùng sống trong một không gian nhất định hay còn gọi là sinh cảnh Ví dụ: Chủng quần nai sống ở đảo Các bà, chủng quần chuột sống sống ở thành phố Huế, chủng quần cây Vẹt sống ở ven biển Ba tri (Bến tre)

Quần xã bao gồm tập hợp tất cả các chủng quần (động vật, thực vật, vi sinh vật) cùng sống trong một sinh cảnh, Ví dụ: Quần xã sinh vật Hồ Tây: bao gồm tất cả các chủng quần, từ các lòai vi sinh vật, tảo, động vật không xương sống đến cá ở Hồ tây; hay quần xã sinh vật rừng Cúc phương

Hệ sinh thái được định nghĩa gồm Quần xã, và Môi trường bao quanh Quần xã

Có thể nói, Hệ sinh thái là một hệ thống gồm các Chủng quần sinh vật và Môi trường,

ở đó thực hiện mối quan hệ khăng khít giữa sinh vật và ngọai cảnh

2 Cấu trúc của hệ sinh thái

Các Hệ sinh thái nói chung, về cấu trúc đều gồm có 4 thành phần cơ bản: Môi trường, Vật sản xuất, Vật tiêu thu, và Vật phân hủy: (hình 1)

- Môi trường (E): bao gồm các nhân tố vật lý, hóa học (vô sinh) bao quanh sinh vật Ví dụ: Hệ sinh thái hồ, môi trường gồm nước, nhiệt độ, ánh sáng, các khí hòa tan, O2 , CO2 , các muối hòa tan, các vật lơ lửng Môi trường cung cấp tất cả các yếu tố cần thiết cho Vật sản xuất tồn tại, và phát triển

- Vật sản xuất (P): bao gồm cây xanh và một số vi khuẩn, là các sinh vật có khả năng

tự tổng hợp được các chất hữu cơ cần cho sự xây dựng cơ thể của mình, các sinh vật nầy còn

được gọi là các sinh vật Tự dưỡng Cây xanh nhờ có diệp lục nên chúng thực hiện được quang hợp, tổng hợp chất hữu cơ để xây dựng cơ thể chúng theo phản ứng sau đây:

6 CO2 + 6 H2O + năng lượng mặt trời + Enzym diệp → C6 H12O6 + 6 O2

Một số vi khuẩn được coi là Vật sản xuất do chúng có khả năng quang hợp hay hóa tổng hợp Đương nhiên, tất cả các hoạt động động sống có được là nhờ vào khả năng sản xuất của Vật sản xuất

- Vật tiêu thụ (C): bao gồm các động vật, chúng sử dụng chất hữu cơ trực tiếp hay gián tiếp từ Vật sản xuất, chúng không có khả năng tự sản xuất được chất hữu cơ, và được gọi là các sinh vật Dị dưỡng Vật tiêu thụ cấp 1 hay vật ăn cỏ là các động vật chỉ ăn các thực vật Vật tiêu thụ cấp 2 là động vật ăn tạp hay ăn thịt Theo chuỗi thức ăn, ta còn có vật tiêu thụ cấp

3, vật tiêu thụ cấp 4 Ví dụ: Trong Hệ sinh thái hồ, tảo là Vật sản xuất; giáp xác thấp là Vật tiêu thụ cấp 1; tôm, tép, cá nhỏ là Vật tiêu thụ cấp 2; cá rô, cá chuối là vật tiêu thụ cấp 3; Rắn nước, rái cá , chim bói cá là vật tiêu thụ cấp 4

- Vật phân hủy (T): là một số vi khuẩn và nấm, chúng phân hủy các chất hữu cơ Tính chất dinh dưỡng đó gọi là Hoại sinh; chúng sống nhờ vào các sinh vật chết và các chất thải của động vật , chúng phá vỡ các hợp chất hữu phức tạp tạo ra các chất hữu cơ đơn giản và các chất vô cơ; các sản phẩm này, cây xanh có thể sử dụng được

Hầu hết các hệ sinh thái tự nhiên bao gồm đủ 4 thành phần cơ bản nêu trên Tuy nhiên, trong một số trường hợp, Hệ sinh thái không đủ 4 thành phần Ví dụ: Hệ sinh thái đáy biển sâu thiếu Vật sản xuất (do thiếu ánh sáng), do đó chúng không thể tồn tại được nếu không được Hệ sinh thái ở tầng mặt cung cấp chất hữu cơ Tất cả các hệ sinh thái tự nhiên đều có cách phát triển riêng - đó là hệ quả của mối quan hệ qua lại giữa 4 thành phần của hệ sinh thái Những biến đổi này có thể xảy ra nhanh hay chậm tùy theo từnghệ sinh thái Ví dụ: hệ sinh thái hô, lúc đầu khi hồ còn sâu, chúng ta gặp đầy đủ các chủng quần giáp xác, thân mềm, côn trùng ở nước, cá và cả các cây thủy sinh sống ven hồ Hệ sinh thái hồ dần dần được lắng đọng các chất trầm tích từ các vùng xung quanh chảy tới Hồ nông dần, cho đến khi ta không thể gọi là hồ được nữa Hệ sinh thái hồ đã chuyển sang hệ sinh thái đầm lầy Nếu như con người không can thiệp vào các hệ sinh thái tự nhiên, thì xu thế phát triển chung của chúng là tiến tới một kiểu Hệ sinh thái ổn định, với một sinh khối tối đa và sự phân hóa cao các chủng quần Quần xã thuộc các kiểu hệ sinh thái này được gọi là quần xã đỉnh cực (Climax) Quá trình biến đổi quần xã này nối tiếp quần xã khác gọi là sự Diễn thể, các Quần xã trong quá trình diễn thể thường có sức sản xuất sinh học cao, độ phân hóa các lòai thấp và kém bền vững so với các quần xã đỉnh cực (hay thành thục) Các hệ sinh thái nông nghiệp là các hệ sinh thái trẻ có năng xuất sinh học cao nhưng rất dễ bị hủy họai nếu các nhân tố sinh thái bị thay đổi bất ngờ

3 Vòng tuần hòan vật chất của hệ sinh thái

Trong các hệ sinh thái, thường xuyên có sự vận chuyển các chất hóa học từ Môi trường vào Vật sản xuất, rồi từ Vật sản xuất sang Vật tiêu thụ, sau đó các chất hóa học này từ Vật sản xuất và Vật tiêu thụ sang Vật phân hủy, và cuối cùng chúng lại trở về Môi trường.Sự vận chuyển vật chất này được gọi là vòng tuần hòan vật chất của hệ sinh thái, hay còn được gọi là : Chu trình Sinh - Địa - Hóa Ví dụ: một vài vòng tuần hòan vật chất chủ yếu của hệ sinh thái: Vòng tuần hòan C, N, P, và S,,,

4 Dòng năng lượng của Hệ sinh thái

Song song với vòng tuần hòan vật chất, trong hệ sinh thái còn tồn tại dòng năng lượng Đối với Vật sản suất (P), năng lượng được cung cấp từ nguồn năng lượng mặt trời; chỉ

có một phần rất nhỏ của bức xạ tổng cộng (LT) của năng lượng bức xạ mặt trời được diệp lục của cây xanh sử dụng, phần còn lại không được sử dụng (NUI) Phần năng lượng mà cây xanh hấp thụ (LA), một phần lớn phân tán dưới dạng nhiệt (CH) và chỉ một phần rất nhỏ được dùng

để quang hợp, sản xuất ra các chất hữu cơ Phần năng lượng nầy còn được gọi là sức sản xuất

sơ cấp thô (PB); sức sản xuẩt sơ cấp nguyên (PN) tương ứng với sức sản xuất thô trừ đi năng lượng mất đi do hô hấp (Ri) của vật sản xuất

Được gọi là dòng năng lượng đi qua vật dinh dưỡng cho trước là tổng số năng lượng

mà vật dinh dưỡng đó hấp thụ, ở đây là PB = PN + RI

Một phần năng lượng của sức sản xuất sơ cấp nguyên (PN) được sử dụng làm thức ăn cho vật tiêu thụ cấp 1, tức là nhóm động vật ăn thực vật ( gọi phần năng lượng này là LI ) một phần năng lượng của sức sản xuất nguyên không được sử dụng (NU2) bởi vật tiêu thụ, phần thực vật tương ứng này được dùng làm mồi ăn của các vi khuẩn và các vật phân hủy khác Phần năng lượng LI tuy được vật tiêu thụ cấp I sử dụng, nhưng chúng chỉ dùng được phần năng lượng AI thôi, còn phần năng lượng NAI thải đi dưới dạng phân và nước tiểu của vật tiêu thụ cấp 1

Phần năng lượng AI bao gồm một phần là sức sản xuất thứ cẩp PSI và một phần năng lượng mất đi do hô hấp R2 : AI = PSI + R2 ; Cũng lập luận tương tự như vậy đối với bậc dinh dưỡng là Vật tiêu thụ cấp 2, ta có: A2 = PS2 + R3

Dòng năng lượng vừa được mô tả ở trên được minh họa theo hình

Hai chức năng: Vòng tuần hòan vật chất và dòng năng lượng là 2 chức năng cơ bản của hệ sinh thái, nó biểu thị đặc trưng riêng của từng hệ sinh thái, và mức độ tiêu hóa của nó Các hệ sinh thái đóng vai trò quan trọng trong đời sống của con người Con người là một thành phần của hệ sinh thái Muốn điều khiển các hệ sinh thái sao cho có lợi nhất đối với con

người, chúng ta phải hiểu thật đầy đủ cấu trúc và chức năng của các Hệ sinh thái

5 Sự tự điều chỉnh (Homéostasie) của các hệ sinh thái

Các hệ sinh thái tự nhiên nói chung đều có khả năng tự điều chỉnh riêng của mình; Nói theo nghĩa rộng, đó là khả năng tự lập lại cân bằng, cân bằng giữa các chủng quần trong hệ sinh thái (vật ăn thịt - con mồi, vật ký sinh - vật chủ …), cân bằng các vòng tuần hòan vật chất

và dòng năng lượng giữa các thành phần của hệ sinh thái… Sự cân bằng này cũng có nghĩa là

sự cân bằng giữa các vật sản xuất, vật tiêu thụ và vật phân hủy Sự cân bằng này còn được gọi

là cân bằng sinh thái Nhờ có sự tự điều chỉnh này mà các hệ sinh thái tự nhiên giữ đuợc sự ổn định mỗi khi chịu tác động của nhân tố ngọai cảnh Nhưng sự tự điều chỉnh của hệ sinh thái

có giới hạn nhất định, nếu sự thay đổi của các nhân tố ngoại cảnh vượt quá giới hạn này thì hệ

sinh thái mất khả năng tự điều chỉnh, và hậu quả là chúng bị phá hủy

- Cũng lưu ý ở đây là, con người không phải lúc nào cũng muốn các hệ sinh thái có khả năng tự điều chỉnh Ví dụ : nền nông nghiệp thâm canh dựa vào sự sản xuất dư thừa chất hữu cơ, để cung cấp lương thực và thực phẩm cho con người Các hệ sinh thái này là các hệ sinh thái không có sự tự điều chỉnh với mục đích con người sử dụng hữu hiệu phần dư thừa

đó

- Ngày nay, nhiều nước nhiệt đới đã phá đi hàng lọat rừng nhiệt đới để phát triển nông nghiệp Trên thực tế, sự phá hủy này không những phá đi những hệ sinh thái giàu có và giá trj cao để không phải dễ dàng gì mà có được hiệu quả cao về sản xuất nông nghiệp Do tầng đất mỏng, cường độ trao đổi chất của các rừng nhiệt đới cao nên thường đem lại sự nghèo nàn trong sản xuất nông nghiệp Hơn nữa một khi rừng bị phá hủy thường kéo theo sự xói mòn, hạn hán, và lũ lụt

- Một ví dụ khác, trường hợp các chất hữu cơ do chất thải sinh hoạt của các khu dân

cư vào hệ sinh thái ở nước Các chất dinh dưỡng này đã làm cho các lòai tảo (Vật sản xuất) phát triển cao độ Vật sản xuất do phát triển quá nhiều mà không được các vật tiêu thụ sử dụng kịp, một khi chúng chết đi chúng bị phân hủy và giải phóng ra các chất độc Đồng thời, quá trình này lại gây nên hiện tượng O2 trong nước giảm xuống quá thấp, và có thể làm chết hàng lọat cá và các loài động vật khác có trong nước Đây là trường hợp ô nhiễm hữu cơ vực nước , rất hay xảy ra ở các vùng đang đô thị hóa, nhất là ở các nước đang phát triển

- Sự mất cân bằng trong hệ sinh thái, lúc đầu thường xảy ra cho vài thành phần, sau đó

mở rộng sang các thành phần khác; và có thể từ hệ sinh thái này mở rộng sang hệ sinh thái khác

- Sự tự điều chỉnh của hệ sinh thái là kết quả của sự tự điều chỉnh của từng cơ thể, của từng chủng quần, của quần xã, mỗi khi một nhân tố sinh thái nào đó thay đổi

Chúng ta chia các nhân tố sinh thái ra làm 2 nhóm: Nhân tố sinh thái Giới hạn, và nhân

tố sinh thái Không giới hạn Nhiệt độ, nồng độ các loại muối, thức ăn là nhân tố sinh thái giới hạn; Có nghĩa là, ví dụ như đối với nhiệt độ, nếu chúng ta cho nhiệt độ thay đổi từ thấp lên cao, chúng ta sẽ tìm được một khoảng giới hạn nhiệt độ thích hợp của Cơ thể, hay của cả Chủng quần; ngòai khoảng giới hạn đó, Cơ thể hay Chủng quần không tồn tại được Khoảng giới hạn này còn được gọi là “Khoảng giới hạn sinh thái “ hay khoảng giới hạn cho phép của

cơ thể, của chủng quần Hai yếu tố: ánh sáng, địa hình: không được coi là nhân tố sinh thái giới hạn đối với động vật

Như vậy, mỗi cơ thể, mỗi chủng quần có một Khoảng giới hạn sinh thái nhất định đối với từng nhân tố sinh thái; Khoảng giới hạn này phụ thuộc vào khả năng thích nghi ( hay còn gọi là vị trí tiêu hóa) của cơ thể, của chủng quần, và cũng phụ thuộc vào các nhân tố sinh thái khác

Ô nhiễm là hiện tượng do các hoạt động của con người, dẫn đến sự thay đổi các nhân

tố sinh thái, đưa các nhân tố này ra ngòai Khoảng giới hạn sinh thái của cơ thể, của chủng quần, của quần xã Con người đã gây nên rất nhiều lọai ô nhiễm (hóa học, vật lý, sinh học) cho các lòai sinh vật (vi sinh vật, động vật, thực vật, và cả cho người)

Muốn kiểm sóat được ô nhiễm môi trường cần phải biết được các Khoảng giới hạn sinh thái của cơ thể, của chủng quần, của quần xã đối với từng nhân tố sinh thái Dự phòng ô nhiễm là làm sao cho các nhân tố sinh thái nêu trên không vượt ra khỏi khoảng giới hạn thích ứng của nó Xử lý ô nhiễm có nghĩa là đưa các nhân tố sinh thái đó trở về trong khoảng giới hạn sinh thái của cơ thể, của chủng quần, của quần xã Muốn xử lý được ô nhiễm cần phải biết được cấu trúc và chức năng của từng hệ sinh thái và nguyên nhân làm cho các nhân tố sinh thái vượt ra ngòai khoảng giới hạn thích ứng - Đây là nguyên lý sinh thái cơ bản được vận dụng vào việc sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên và bảo vệ môi trường

Câu hỏi lượng giá cuối bài

1 Định nghĩa môi trường sống Hãy phân tích định nghĩa ?

2 Phân tích mối quan hệ giữa cơ thể và môi trường sống Nêu một vài ví dụ ?

3 Hãy giải thích Nguyên lý sinh thái học ứng dụng bảo vệ môi trường sống như thế nào

?

Tài liệu tham khảo chính

1 Lưu Đức Hải, (2001), Cơ sở khoa học Môi trường, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà

nội

2 Đào Ngọc Phong,(1986), Môi trường và Sức khoẻ con ng ười, Bộ Đại học và Trung học

chuyên nghiệp, Ch ương trình 5202 Hà nội

3 Đào Ngọc Phong, Lê Quang Hoành (1998), Vệ sinh môi trường và nguy cơ tới sức khỏe,

tập I, Nxb Y học, Hà Nội

4 Võ Quý, (1993), Sinh th ái h ọc, Trường Đại học Tổng hợp Hà nội, Hà nội

5 Aron J.L , Patz J A , (2001), Ecosystem Change and Globan Health : A Global Perpective, Baltimore , Md , Johns Hopkins University Press

6 Bassett W.H., (1995), Clay's handbook of Environmental Health, 7th edition, Chapman

& Hall

SINH VẬT VÀ MÔI TRƯỜNG

I Những khái niệm và nguyên lý

- Môi trường ổn định, sinh vật sống ổn định và phát triển hưng thịnh

- Môi trường suy thoái, sinh vật cũng bị suy giảm cả về chất lượng và số lượng

- Môi trường bị hủy hoại thì sinh vật cũng chịu chung số phận

Trong trường hợp, môi trường bị phá hủy nếu được phục hồi thì những quần thể, loài trước đó đã từng sinh sống dù có cư trú trở lại cũng giảm tính đa dạng và khó có thể phát triển hưng thịnh như trước đó

Trong mối tương tác giữa cơ thể và môi trường, sinh vật đều phản ứng với sự biến đổi của các yếu tố môi trường bằng những phản ứng thích nghi về sinh lý, sinh thái và tập tính thông qua hoạt động của hệ thần kinh - thể dịch, đồng thời chủ động làm cho môi trường biến đổi nhằm giảm thấp hậu quả tác động bất lợi của các yếu tố và đồng hóa, cải tạo chúng theo hướng có lợi cho sự tồn tại của chính mình Sinh vật sống trong các tổ chức càng cao (quần thể, quần xã, ) thì sự thích nghi và sức cải tạo đối với môi trường càng có hiệu quả Sự thích nghi này của sinh vật được hình thành trong quá trình tiến hóa và mang tính chất tương đối Nếu tác động của các yếu tố môi trường vượt khỏi ngưỡng thích nghi của sinh vật, buộc sinh vật phải rơi vào tình trạng diệt vong nếu như chúng không tìm được những điều kiện tồn tại thích ứng ở một môi trường sống khác hoặc buộc phải biến đổi về mặt hình thái, đặc tính sinh

lý, sinh thái và tập tính để đi vào con đường chuyển hóa, tiến hóa của các loài và phải trải qua một chặng đường dài và được kiểm soát bởi quy luật chọn lọc tự nhiên

2 Những khái niệm cơ bản

2.3 Cảnh sống

Là một phần của môi trường mà ở đó có sự thống nhất của các yếu tố tác động trực tiếp lên đời sống của sinh vật

2.4 Yếu tố của môi trường

Đó là những thực thể và những hiện tượng riêng lẻ của tự nhiên, của thế giới sống, bao gồm cả con người và hoạt động của nó, mà sinh vật chịu ảnh hưởng một cách trực tiếp hay gián tiếp như nhiệt độ, ánh sáng, thức ăn, bệnh tật,

- Mỗi yếu tố có nguồn gốc, bản sắc riêng khi tác động lên sinh vật tạo nên những hậu quả

và sự thích nghi riêng của sinh vật Tuy nhiên các sinh vật không chỉ phản ứng với từng yếu tố mà còn chịu sự tác động tổng hợp của nhiều yếu tố cùng một lúc

- Ảnh hưởng tác động của các yếu tố lên đời sống sinh vật còn phụ thuộc vào liều lượng, tốc độ và thời gian tác động của các yếu tố

Quá thừa hoặc thiếu các yếu tố như nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng đều ảnh hưởng tác động lên đời sống sinh vật Do đó sinh vật còn đặc trưng bởi những giá trị sinh thái tối thiểu và tối

đa của các yếu tố môi trường Biên độ giữa 2 giá trị đó chính là giới hạn chịu đựng của sinh vật hay “giới hạn sinh thái”, “trị sinh thái” của động, thực vật Nhờ đó ta hiểu được sự phân

bố của sinh vật trong thiên nhiên

- Sinh vật có thể có trị sinh thái rộng đối với một yếu tố này nhưng lại hẹp đối với một yếu

tố khác Những sinh vật có trị sinh thái rộng đối với nhiêu yếu tố thì thường có vùng phân

- Để biểu diễn mức độ tương đối của sức chịu đựng trong sinh thái học người ta dùng các thuật ngữ như cury (rộng), steno (hẹp), oligo (ít), poly (nhiều), meso (vừa) làm tiếp đầu ngữ cho các từ chỉ các yếu tố Ví dụ đối với nhiệt: eurytherm (rộng nhiệt), stenotherm (hẹp nhiệt)

- Trong điều kiện tự nhiên tác động của các yếu tố môi trường thường làm sinh vật bị lệch khỏi vùng cực thuận Do vậy sinh vật luôn phải thích nghi, tự điều chỉnh để duy trì tính toàn vẹn về cấu trúc và sự ổn định trong các chức năng của mình

ổ sinh thái chỉ ra “nghề nghiệp” của nó Với quan niệm này, theo ông ổ sinh thái chung là tổng hợp tất cả các điều kiện cần thiết đối với sự bảo tồn lâu dài của loài trong không gian và theo thời gian ổ sinh thái thành phần là tổng hợp tất cả các nguồn cần thiết, đảm bảo cho hoạt động của một chức năng sống nào đó của cơ thể, ví dụ như các điều kiện đảm bảo cho quá trình dinh dưỡng

2.7 Dạng sinh thái (Eco type)

Những loài có vùng phân bố địa lý rộng hầu như đều hình thành những quần thể thích ứng với các điều kiện địa phương Đó là các dạng sinh thái Khả năng thích nghi và cải tạo môi trường của chúng trong những phần khác nhau của vùng phân bố đối với gradien nhiệt

độ, độ chiếu sáng, và những yếu tố khác nữa có thể làm xuất hiện những chủng di truyền hoặc những chủng sinh lý (không thay đổi về kết cấu gene)

II Những yếu tố sinh thái chính và ảnh hưởng của chúng lên đời sống sinh vật

Những yếu tố của môi trường bao gồm những yếu vật lý (nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng ), yếu tố hóa học (các nguyên tố hóa học và muối của chúng ), các yếu tố sinh học (thức ăn, vật dữ, vật ký sinh, )

Các yếu tố không phải chỉ đem lại những bất lợi cho đời sống mà còn là những yếu tố điều chỉnh, nhất là các yếu tố sinh học

1 Nhiệt độ

Nhiệt độ trên hành tinh biến đổi trong giới hạn hàng nghìn độ, song sự sống chỉ tồn tại trong phạm vi hẹp khoảng 3000C (từ -100 đến +1000C)

Đa số các loài chỉ tồn tại và phát triển trong giới hạn nhiệt độ rất hẹp (từ 0-500C)

- Trên hành tinh, nhiệt độ giảm từ xích đạo đến vùng cực, từ thấp lên cao, từ nơi nước nông đến nơi nước sâu nhiệt độ mùa đông thấp hơn nhiệt độ mùa hè, đêm lạnh hơn ngày Tức là tuân theo các quy luật địa lý và khí hậu Vì lẽ đó, sự phân bố của sinh vật cũng mang những nét đặc trưng, phản ánh sự thích nghi của chúng với từng vùng khí hậu Vùng ôn đới, nhiệt độ dao động theo mùa rất lớn lên thường có mặt của nhiều loài rộng nhiệt, ngược với vùng cực

và xích đạo hay gặp các loài hẹp nhiệt hơn

- Hiệu quả tác động của nhiệt độ lên sinh vật biểu hiện trên nhiều mặt của đời sống: thay đổi

về hình thái, các đặc tính sinh lý, sinh thái và tập tính Trong giới hạn nhiệt độ mà sinh vật chịu đựng, nếu tăng nhiệt thì quá trình tăng trưởng của sinh vật tăng do quá trình trao đổi chất được đẩy mạnh Mặc dù vậy, trong giới hạn nhiệt độ tồn tại của sinh vật, sự thay đổi nhiệt độ quá đột ngột sẽ gây hại cho đời sống Ngoài ranh giới chịu đựng, nhiệt độ quá thấp hoặc quá cao thường gây chết cho sinh vật liên quan đến hiện tượng đông đặc nguyên sinh chất (khi nhiệt độ quá thấp) hoặc do sự rối loạn các chức năng sinh lý (nếu nhiệt độ quá cao)

- Liên quan với nhiệt độ, động vật giới được chia thành 2 nhóm: Nhóm động vật đồng nhiệt

và nhóm động vật biến nhiệt

+ Nhóm thứ nhất là những loài có thân nhiệt ổn định, không phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường và có cơ chế điều hòa thân nhiệt (có lông dày, lớp mỡ dưới da, tiết mồ hôi, ) + Còn nhóm thứ 2 gồm những loài có thân nhiệt biến đổi phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường Đối với loài động vật biến nhiệt, thời gian phát triển và số thế hệ mới được sinh

ra hàng năm phụ thuộc chặt chẽ vào nhiệt độ môi trường

- Mưa: Mưa phân bố không đều theo không gian (địa hình, vĩ độ) và theo thời gian (mùa khí hậu)

Do lượng mưa như trên mà trên bề mặt hành tinh hình thành nên các kiểu khu sinh học (biom) khác nhau, tuy nhiên chúng không chỉ được xác định đơn thuần theo lượng mưa mà bằng

cả sự cân bằng giữa lượng mưa và lượng nước bốc hơi thế năng trong vùng

- Độ ẩm: là thông số đặc trưng cho hàm lượng nước trong không khí

+ Độ ẩm tuyệt đối: là lượng nước bão hòa (tính bằng gam) chứa trong 1kg không khí ở điều

kiện nhiệt độ và áp suất xác định

+ Độ ẩm tương đối: tính bằng phần trăm của lượng hơi nước thực tế chứa trong không khí so

với lượng hơi nước bão hòa của không khí ở cùng điều kiện và áp suất

Độ ẩm không khí biến thiên theo vĩ độ địa lý, theo địa hình, theo mùa và theo ngày đêm

- Dựa vào nhu cầu nước của cơ thể sinh vật người ta chia chúng thành các nhóm: + Sinh vật ở nước (aquatic): đời sống của chúng diễn ra trong nước,

+ Sinh vật nửa nước nửa cạn (Amphibiont): ở chúng có 1 giai đoạn sống trên cạn, giai đoạn khác sống dưới nước

+ Sinh vật ưa ẩm (Hydrophil): sống ở nơi rất ẩm (bão hòa hơi nước)

+ Sinh vật ưa ẩm vừa (Mesophil)

+ Sinh vật ưa khô (Xenophil)

- Sự khô hạn của không khí là yếu tố sinh thái đặc biệt quan trọng đối với đời sống thực vật ở những nơi có độ ẩm thấp, sinh vật nói chung hay thực vật nói riêng có những biến đổi cả về hình thái đặc tính sinh lý, sinh thái và tập tính để tồn tại và phát triển như giảm diện tích lá, có

mô tích nước Động vật để tránh mất nước có vỏ kitin hoặc vỏ sừng, giảm bài tiết nước tiểu

và mồ hôi hoặc hoạt động chủ yếu vào ban đêm ở thực vật còn quan sát thấy mối quan hệ giữa sự thoát hơi nước và năng suất mùa màng thông qua tỷ số giữa sự tăng trưởng và sự thoát hơi nước

3 Tác động tổ hợp của nhiệt độ và độ ẩm

Nhiệt độ và độ ẩm là 2 yếu tố sinh thái quan trọng Song sự tác động đồng thời của chúng lên đời sống sinh vật tạo nên hiệu quả rất lớn, thường quy định vùng sống của loài Sơ đồ biểu diễn tác động của tổ hợp trên gọi là thủy nhiệt độ hay khí hậu đồ Khí hậu đồ có ứng dụng thực tế rất lớn trong việc thuần hóa, di giống các loài hoặc nghiên cứu biến động số lượng của quần thể liên quan với những biến động của các điều kiện khí hậu

4 Ánh sáng

- Ánh sáng chiếu xuống bề mặt trái đất phụ thuộc vào mây, độ lệch của tia chiếu (ở xích đạo,

ôn đới ) vào vị trí của trái đất so với mặt trời và phần hướng ra hay bị che khuất khỏi mặt trời do sự tự quay quanh trục của mình gây ra của quả đất để tạo nên chu kỳ mùa và chu kỳ ngày đêm

Tác động của ánh sáng lên đời sống sinh vật phụ thuộc vào:

+ Đặc tính của ánh sáng (độ dài bước sóng hay màu sắc của các tia đơn sắc)

+ Cường độ chiếu sáng (hay năng lượng được tính bằng calo hay lux)

+ Thời gian tác động (hay độ dài ngày)

- Ánh sáng là yếu tố bắt buộc đối với hoạt động quang hợp của cây xanh Nhờ có hệ sắc tố (chlorophil a, b, c ) mà thực vật đã tiếp nhận ánh sáng và năng lượng mặt trời để tổng hợp các chất hữu cơ đầu tiên từ nước, CO2 và muối khoáng

- Ánh sáng có tác động trực tiếp tới quá trình trao đổi chất và quá trình sinh sản của sinh vật Đối với thực vật, cường độ chiếu sáng cao thì sự oxy hóa của men đã làm giảm quá trình tổng hợp chất hữu cơ, còn cường độ hô hấp lớn lại làm tiêu hao nhiều năng lượng Do vậy, ở các nước nhiệt đới, cây trồng khó đạt năng suất cao và sản phẩm không giàu protein như ở vùng ôn đới

Thay đổi chế độ chiếu sáng vào những thời điểm xác định gậy hiện tượng tình dục của côn trùng trước lúc vào giai đoạn sống tiềm sinh Khi thay đổi chế độ chiếu sáng có thể làm thay đổi mùa sinh sản của cá hồi Nhiều động vật bậc cao như thỏ rừng ở Malaysia bắt đầu mang thai vào những ngày trăng tròn Nhiều động vật không xương sống ở nước có hiện tượng di cư thẳng đứng suốt ngày đêm, liên quan đến chu kỳ chiếu sáng

- Phản ứng với ánh sáng có chu kỳ (ngày đêm, tuần trăng ) đã tạo nên ở sinh vật một nhịp điệu sống, cái gọi là đồng hồ sinh học

- Tác động của các tia (hồng ngoại, tử ngoại, tia X ) còn ít được nghiên cứu Song rõ ràng tia hồng ngoại thường làm tăng nhiệt của môi trường, tia tử ngoại với liều lượng thấp kích thích tạo vitamin D, liều lượng cao gây hủy diệt men và sinh chất của tế bào sinh vật Các tia có bước sóng cực ngắn (tia γ, β) còn gây nên hiện tượng đột biến gene

5 Các chất khí

Thành phần khí của khí quyển từ lâu đã rất ổn định Lớp khí bao bọc hành tinh dầy trên 1000 km, nhưng tập trung ở lớp gần mặt đất Càng lên cao càng loãng dần và thành phần cũng biến đổi Tầng thấp nhất là tầng đối lưu dầy 9-15 km có tác dụng điều chỉnh khí hậu thời tiết của hành tinh Tầng bình lưu nằm phía trên kéo dài đến 80 km, mật độ loãng, nhiệt độ từ

10 đến -400

C Đáy của nó là lớp ozon có tác dụng như một lá chắn, ngăn cản 90% bức xạ tử ngoại từ mặt trời chiếu xuống trái đất Trên tầng này là tầng Zonosphere (đạt đến 1000 km) và sau là tầng Exdosphere không có giới hạn

- Khí O 2 : Cần cho sự hô hấp của sinh vật và tham gia vào các phản ứng hóa học khác Hoạt

động của con người chưa là thay đổi sự cân bằng O2 trong khí quyển, hàm lượng này vẫn duy trì ở mức 20,94%

- Khí CO 2 : Cần cho quá trình quang hợp của thực vật và là sản phẩm của sự hô hấp của sinh

vật và của quá trình phân giải các chất chứa cacbon Hàm lượng CO2 cũng tương đối ổn định, trừ sự biến động lớn mang tính chất cục bộ (trong 1 thành phố) Song hàm lượng CO2 chung trong khí quyển đã tăng lên do sự hoạt động của con người chặt phá rừng, đốt nhiên liệu Trước thời kỳ công nghiệp hóa, hàm lượng CO2 ổn định ở mức 0,029%, đến 1970 lên đến 0,0321% với tốc độ trung bình 0,7% trên năm CO2 cùng với bụi ngày một tăng sẽ đưa đến hiện tượng “hiệu ứng nhà kính”, bất lợi cho điều kiện khí hậu và đời sống của sinh vật

- Khí N2: Chiếm tỷ lệ lớn trong khí quyển và rất ổn định Dưới tác động của các phản ứng

điện hóa và quang hóa trên 1 ha diện tích mặt đất nhận được 4-10 tấn nitơ liên kết, cùng với 150-400 kg nitơ khác do vi khuẩn Đó là nguồn muối dinh dưỡng quan trọng cho cây trồng

Trong môi trường nước, nhất là các vực nước ngọt, khí trở thành yếu tố giới hạn thực

sự với đời sống sinh vật, đặc biệt là oxy Hàm lượng khí trong nước giảm từ mặt đến đáy, thay đổi phụ thuộc vào nhiệt độ và độ muối, vào áp suất khí quyển và hệ số hòa tan của từng loại khí ở nhiều nơi giàu chất hữu cơ còn xuất hiện khí độc (CH4, H2S, ) có hại cho đời sống và làm suy giảm năng suất sinh học của vực nước

6 Muối dinh dưỡng

Muối có vai trò quan trọng trong đời sống sinh vật, vừa là chất cấu tạo, vừa là chất có trong dịch tế bào và cơ thể để tạo nên áp suất thẩm thấu, duy trì sự cân bằng áp suất thẩm thấu của cơ thể với môi trường, nhất là đối với thủy sinh vật

Nguồn muối trong môi trường được hình thành từ nhiều con đường: điện hóa và quang hóa, các phản ứng hóa học và sự khoáng hóa các chất hữu cơ hoặc do núi lửa phun ra từ lòng đất

Các muối thiết yếu tham gia vào cấu trúc cơ thể và tạo nên các chất quan trọng cho hoạt động sống (men, hormone ) của sinh vật gọi là muối tạo sinh (biogen) như nitơ,

phospho, sắt, ma nhê

Tùy theo lượng muối được sử dụng bởi sinh vật mà người ta chia các muối thành 2 nhóm: đại lượng và vi lượng

Muối vi lượng cơ thể đòi hỏi rất ít nhưng nếu thiếu thì sự trao đổi chất của cơ thể bị rối loạn Đến nay đã xác định được khoảng 10 nguyên tố tham gia vào muối vi lượng như Fe,

Mn, Cu, Zn, Bo, Si, Mo, V, Co, Ce Trong đó Mn, Fe, Zn, và Co rất cần cho quá trình quang hợp Mo, Bo, Fe cần cho trao đổi nitơ, còn Mn, Bo, Cu, Co, Si cần cho các chức năng trao đổi khác Nhiều nguyên tố vi lượng có tác dụng như các vitamin, tham gia với vai trò xúc tác

Trong nước cũng có mặt hầu hết các loại muối, song muối Cacbonat (nước ngọt) và clorua (nước biển) có vai trò quan trọng do làm biến đổi áp suất thẩm thấu của cơ thể Căn cứ vào sự biến đổi áp suất thẩm thấu của dịch cơ thể với áp suất môi trường, sinh vật nước được chia thành 3 nhóm: sinh vật biến thẩm thấu, sinh vật đồng thẩm thấu và sinh vật giả đồng thẩm thấu

Đối với các vực nước, dòng và áp suất của nước là tác nhân quan trọng trong sự phân

bố của thủy sinh vật: sinh vật nước tĩnh và sinh vật nước chảy Hoạt động của các dòng (dòng triều, hải lưu, đối lưu ) còn làm cho điều kiện môi trường thay đổi, trực tiếp hay gián tiếp tác động lên đời sống của các loài

8 Đất và điều kiện sống trong đất

Đất không chỉ là yếu tố quan trọng của môi trường mà còn là sản phẩm hoạt động sống và là môi trường sống của các loài sinh vật đất

Mỗi loại đất được đặc trưng bởi nguồn gốc, cấu trúc (sự sắp xếp và tỷ lệ các cấp hạt, ) các đặc tính vật lý (kích thước cấp hạt, độ ngấm nước, sức nén, độ xốp ) và hóa học của chúng

Mỗi loại đất có tỷ lệ pha trộn các loại hạt khác nhau Theo thiết diện đứng, đất gồm các lớp sau:

- Tầng A (mùn): gồm xác động thực vật đang biến đổi thành các vật liệu hữu cơ do sự mùn hóa

- Tầng B: gồm đất khoáng, các chất hữu cơ trong đó đang xảy ra quá trình khoáng hóa, trộn lẫn với vật liệu gốc bị nghiền vụn Những chất hòa tan của tầng B được tạo thành từ tầng

A rồi lại từ đó bị rửa trôi bởi nước xuống tầng sâu hơn

- Tầng C: nơi vật liệu gốc chưa bị biến đổi Đó là đá mẹ thành hòn hay tảng được tạo thành do nhiều nguyên nhân Đất là môi trường sống của nhiều loại sinh vật mà ở đó tồn tại hàng loạt các yếu tố vừa giới hạn vừa điều chỉnh hoạt động sống của các loài

- Độ xốp tạo điều kiện cho nước di chuyển và tạo nên độ thoáng khí cho đất, quy định nơi

cư trú và vận động của sinh vật

- Nước và độ ẩm: do sự hút ẩm mà các cấu tượng đất được bọc bởi màng nước mỏng Nước này thực vật không sử dụng được Nước chứa trong các khe hở của các hạt đất tạo thành nước mao dẫn Đây cũng là nơi sinh sống của động vật nguyên sinh Tuy nhiên, thực vật chỉ có thể sử dụng được nước mao dẫn ở những khe có đường kính thích hợp (>2-8(m) Bên cạnh chúng còn có nước trọng lực, từ bề mặt thấm xuống qua các khe lớn, mang tính chất tạm thời

- Các yếu tố vật lý, hóa học khác như độ pH, các muối khoáng, ion quy định mức phì nhiêu của đất và sự giàu nghèo của năng suất sinh học của đất

Chính sự sống của các quần thể đất là một trong những yếu tố hình thành và cải tạo đất, làm cho đất ngày một phì nhiêu

9 Những yếu tố sinh học

Sinh vật không chỉ có quan hệ với các yếu tố của môi trường mà còn tương tác với nhau gây ảnh hưởng lên nhau bằng các mối quan hệ sinh học trong cùng loài và khác loài, trong đó mối quan hệ khác loài đóng vai trò quan trọng nhất Những mối quan hệ tạo nên tác dụng có lợi gọi là các tương tác dương và ngược lại, có hại gọi là các tương tác âm

III Quần thể sinh vật

Quần thể là một nhóm cá thể của một loài, khác nhau về giới tính, kích thước và tuổi, cùng sống trong vùng phân bố của loài

Những loài có vùng phân bố rộng với những điều kiện sống khác biệt nhau thường hình thành nên nhiều quần thể và được gọi là loài đa hình, ngược lại những loài có vùng phân

bố hẹp, điều kiện sống đồng nhất không hình thành nên các quần thể khác nhau gọi là loài đơn hình

Quần thể là một tổ chức sinh vật cao hơn mức cá thể, đồng thời là một hệ thống mở tự điều chỉnh, dạng tồn tại cơ bản của loài trong những điều kiện cụ thể của môi trường

Quần thể được đặc trưng bởi tính cấu trúc, mức sinh sản, mức tử vong, những quy luật biến động số lượng riêng của mình

1 Kích thước và mật độ

Mỗi quần thể đều có số lượng tuyệt đối cá thể của mình gọi là kích thước của quần thể Những sinh vật có kích thước cơ thể nhỏ thường có số lượng đông hơn những loài có kích thước lớn Kích thước là một đại lượng tương đối ổn định đặc trưng cho loài Nếu thấp hơn hoặc cao quá đại lượng trên, quần thể phải tự điều chỉnh để đạt trạng thái ổn định cân bằng với “dung tích” của môi trường Nếu số lượng chung giảm dưới mức cho phép, quần thể sẽ rơi vào trạng thái suy vong

Mật độ là lượng cá thể tính trên một đơn vị thể tích hay diện tích của nơi sống

(con/m3, con/m2)

Quần thể có số lượng đông, trường di truyền cũng lớn và thích ứng với điều kiện sống càng rộng ở những nơi điều kiện môi trường ổn định, số lượng quần thể thường nhỏ hơn so với những nơi mà điều kiện môi trường kém ổn định Nhiều đặc tính sinh lý (hô hấp, dinh dưỡng ) của cá thể phụ thuộc vào mật độ quần thể

2 Sự phân bố các cá thể trong không gian

Có 3 kiểu phân bố của các cá thể trong không gian, liên quan đến điều kiện môi trường, trước hết là nguồn dinh dưỡng và tập tính “lãnh thổ” của cá thể: Phân bố đều, phân bố ngẫu nhiên, và phân bố điểm Trường hợp cuối cùng là hiện tượng phổ biến trong thiên nhiên

3 Cấu trúc tuổi

Trong quần thể gồm nhiều lứa tuổi khác nhau Những loài có tuổi thọ cao thì cấu trúc tuổi phức tạp hơn so với những loài có tuổi thọ thấp

Mỗi quần thể đều được đặc trưng bởi sự phân bố tuổi “trung bình” hay “ổn định” mà

sự thay đổi của các nhóm tuổi thực tế đều hướng đến sự ổn định đó bằng cách thay đổi mức tử vong hoặc mức sinh sản

Quần thể gồm 3 nhóm tuổi sinh thái chính: tuổi trước khi sinh sản, đang sinh sản và sau khi sinh sản Tỷ lệ giữa các nhóm tuổi trong tình trạng ổn định là dấu hiệu đặc trưng cho

loài Hơn nữa, độ dài của các nhóm tuổi so với tuổi thọ trung bình cũng rất thay đổi giữa các loài, thậm chí ngay trong một loài sống trong những điều kiện khác nhau Ví dụ ở người hiện nay, độ dài của 3 nhóm tuổi gần bằng nhau, nhưng ở những thế kỷ trước, tuổi sau sinh sản rất ngắn

4 Cấu trúc giới tính

Tỷ lệ đực cái của các quần thể trong tự nhiên thường là 1:1, song thay đổi theo từng loài và điều kiện sống cũng như theo thời vụ của mùa sinh sản Sự cân bằng tương đối tỷ lệ đực cái không chỉ tăng nhịp điệu tái sản xuất mà còn duy trì sức sống cho các thế hệ con cái

do sự phối hợp nguồn gene ở mức cao nhất Chính vì vậy trong tự nhiên, khi điều kiện không thuận lợi, thường có sự thay đổi từ một quần thể “đơn tính” sang “sự ghép đôi” như ta thấy ở nhiều loài động vật không xương sống

5 Mối quan hệ nội bộ loài

Mối quan hệ giữa các cá thể trong quần thể hay các quần thể của một loài thuộc về mối quan hệ nội bộ loài Mối quan hệ này bao gồm những tương tác dương và âm, biểu hiện trong quan hệ cạnh tranh, ký sinh, vật giữ con mồi (ăn đồng loại, ) song các quan hệ “âm” không gay gắt như quan hệ giữa các loài mà chỉ giúp cho loài khắc phục các điều kiện bất lợi của môi trường hoặc làm tăng sức sống cho các thế hệ con cái để loài tồn tại và phát triển hưng thịnh hơn Các mối quan hệ “dương” thường chiếm ưu thế

6 Tái sản xuất và biến động số lượng của quần thể

Mỗi một quần thể là một hệ thống với nhiều thông số không ổn định mà nó đảm bảo cách thức tồn tại tối ưu cho quần thể trong một điểm nào đó phù hợp với điều kiện bất ổn định của môi trường Thông số quan trọng nhất trong hệ thống trên của quần thể là kích thước và hoạt động chức năng của nó Hai thông số này điều hòa để đạt trạng thái tối ưu liên quan chủ yếu với 2 quá trình sinh sản và tử vong

6.2 Mức tử vong và mức sống sót

Mức tử vong là nhịp điệu chết của cá thể trong quần thể Nguyên nhân chết là do tuổi già,

vì các điều kiện bất lợi của môi trường, bao gồm cả bị ăn bởi vật dữ

Mức tử vong thực tế (hay mức chết sinh thái) là nhịp điệu chết của cá thể trong quần thể gây ra do điều kiện cụ thể của môi trường Tuổi mà ở đó các cá thể đạt được rồi mới chết

vì già trong điều kiện không do giới hạn của điều kiện sống được gọi là tuổi thọ sinh lý, tuổi thọ này cao hơn tuổi thọ sinh thái

Nếu gọi M là mức tử vong thì mức sống sót sẽ là 1-M Mức tử vong thường thay đổi ở các giai đoạn sống và theo lứa

Mức sống sót của quần thể phụ thuộc và sự chăm sóc của bố mẹ đối với con cái, vào mật độ của quần thể và vào trạng thái thực tế của môi trường

6.3 Sự tăng trưởng của quần thể

Đó là sự gia tăng về số lượng và sinh vật của quần thể trong một khoảng thời gian, đồng thời cũng là hệ quả của 2 quá trình sinh sản và tử vong, trong đó mức sinh sản chiếm ưu thế

6.4 Sự biến động số lượng của quần thể

Khi quần thể hoàn thành sự tăng trưởng, tức là khi ∆N/∆t trung bình tiến đến 0 thì số lượng quần thể có khuynh hướng dao động quanh mức ổn định tương đối của mình và mối liên hệ ngược của một loài nào đó phát huy tác dụng

Sự biến động số lượng được xem như là một tiêu điểm sinh thái mà ở đó phản ánh tất

cả các đặc trưng sinh học của quần thể, trong đó quan trọng phải kể đến sự tăng trưởng, mức sinh sản và tử vong, thông qua nguồn năng lượng được lấy vào chủ yếu là thức ăn

Ở những loài có chu kỳ sống ngắn trong môi trường kém ổn định thì sự dao động số lượng mạnh hơn so với những loài có tuổi thọ cao, cấu trúc quần thể phức tạp

Sự biến động số lượng mang tính chu kỳ, liên quan đến sự thay đổi có chu kỳ của các yếu tố tự nhiên hoặc không mang tính chu kỳ, liên quan với các hiện tượng ngẫu nhiên bao gồm cả hoạt động của con người

− Chu kỳ ngày đêm: gặp ở vi khuẩn, tảo,

− Chu kỳ mùa gây ra do biến đổi của khí hậu (cường độ chiếu sáng, nhiệt độ, độ ẩm ) Phần lớn các loài sinh vật có mùa sinh sản tập trung vào màu xuân hè và cường độ tử vong cao vào mùa đông khắc nghiệt

− Chu kỳ nhiều năm: sự dao động này liên quan với những nguyên nhân làm thay đổi khí hậu của một vùng rộng lớn như sự thay đổi hoạt động của mặt trời xảy ra theo chu kỳ 9 -

Câu hỏi lượng giá cuối bài

1 Phân tích những đặc điểm cơ bản của nguyên lý sinh thái học

2 Phân tích những yếu tố sinh thái tác động lên đời sống sinh vật

3 Mô tả những mối liên quan trong quần thể sinh vật

Tài liệu tham khảo

1 Bộ Giáo dục và Đào tạo, Thư viện giáo trình điện tử, Giaotrinh.khoahocmoitruong

http://ebook.edu.net.vn,

2 Lê Thạc Cán (1995), Cơ sở khoa học môi trường, Viện Đại học Mở Hà Nội

3 Cao Liêm, Phạm Văn Khê, Nguyễn Thị Lan (1998), Sinh thái học Nông nghiệp và bảo vệ

môi trường, NXB Nông nghiệp

4 Lưu Đức Hải ( 2001), Cơ sở khoa học môi trường, NXB ĐHQG Hà Nội

5 Mai Trọng Nhuận, 2002 Địa hóa môi trường NXB ĐHQG Hà Nội

6 Vũ Trung Tạng (2000), Cở sinh thái học, Nhà xuất bản giáo dục

7 Mai Đình Yên (2000), Cơ sở sinh thái học, Nhà xuất bản giáo dục

8 Begon, M.,J.L.Harper, C.R.Townsend (2005), Ecolgy: Individuals, Populations and Communities, Blachwell Science

NHỮNG BIẾN ĐỔI DÂN SỐ VÀ ĐIỀU KIỆN

CON NGƯỜI

I Giới thiệu

Bất kỳ sự thay đổi điều kiện sống nào tác động những người khác nhau thì sẽ có những biến đổi khác nhau Một số người sống trên những sa mạc khô nóng với những chiếc lều và những bầy cừu, dê Một số người sống trên những chiếc thuyền nhỏ từ đời này qua đời khác Ở nhiều nước trên thế giới, trẻ em đã phải làm việc vất vả cùng với cha mẹ trên những cánh đồng để tăng thêm thu nhập cho gia đình Một ví dụ cho thấy con số về gió của trái đất có thể thay đổi khí hậu ở nhiều vùng trên thế giới Những sự thay đổi này có thể mang lại niềm hạnh phúc cho một số người ở một số vùng do lượng mưa tăng lên nhưng đồng thời là nguyên nhân của những trận lụt lớn cho những nơi khác

Khi một đưa bé ra đời thì gia đình phải chịu ảnh hưởng ngay lập tức, đó là thêm một miệng ăn, suất quần áo mặc, thêm một sự chăm sóc y tế và giáo dục Sự sinh ra của một đứa trẻ thì không tác động ảnh hưởng đến thế giới hoặc thậm chí không ảnh hưởng đến cộng đồng địa phương quá nhiều Nhưng thực tế sự sinh ra đó gây ra thay đổi rất lớn đến toàn thể dân số Nguồn tài nguyên của trái đất thì cạn kiệt, cung cấp thức ăn, năng lượng, khoảng không và nguyên liệu thì hạn chế Tất cả những cái này phải được phân chia cho toàn thể dân số trên thế giới

II Những biến đổi về dân số

1 Lịch sử gia tăng dân số thế giới

Tổ tiên loài người vài triệu năm trước đây đến khoảng 125.000 người và tập trung sống ở châu Phi Ngay từ khi ấy, tổ tiên chúng ta đã có một nền văn hóa “sáng tạo”, truyền từ đời này qua đời sau Đương nhiên nền văn hóa “sáng tạo” của thời Sustralopithecus chẳng có

là bao so với ngày nay Thời kỳ này văn hóa được truyền bằng miệng và biểu diễn từ người già cho đến người trẻ của bộ lạc Nội dung gồm cách săn bắt, hái lượm, chế biến thức ăn, quy ước xã hội, xác định kẻ thù, v.v

Do có nền văn hóa như vậy, nên đã phân biệt loài người khác loài vật Sự tiến hóa của loài người gắn liền với sự phát triển của não bộ Nhân loại đã tích lũy phát huy dần tri thức, học hỏi và tìm tòi phát triển nó, phát triển các tổ chức xã hội từ những cá thể sống sót qua thử thách Não bộ phát triển vừa là kết quả vừa là động lực cho sự phát triển văn hóa xã hội Sự tiến hóa não bộ như vậy liên tục diễn ra cho đến khoảng năm 200.000 trước đây xuất hiện các

cá thể mới khác hẳn về chất của cùng loài mà nguời ta gọi là người “khôn ngoan” Người khôn ngoan có não bộ khoảng 1350 cm3

Sự tiến bộ về văn hóa đã có một số tác động phụ Dân số thời tiền sử có tỷ lệ sinh ước khoảng 40-50/1000 Những tiến bộ về văn hóa đưa đến giảm phần nào tỷ lệ tử Nhưng tính tỷ

lệ tử trung bình cho 1000 dân không thể lớn hơn 0,004 (trên 1000) dưới mức tỷ lệ sinh, có nghĩa là tỷ lệ tăng dưới 0,0004%

Trong cả khoảng thời gian dài trước cách mạng nông nghiệp nhân loại đã mở rộng sự phân bố ra khỏi châu Phi đã sống khắp hành tinh Điều này được biết thời điểm tới Tây Bán Cầu khoảng 45.000 B.C Do săn bắt hái lượm có hiệu quả, con người đã để lại ngoài những cái khác là sự tiêu biến của nhiều loại thú lớn như loài voi ma mút

2 Cách mạng nông nghiệp

Hậu quả của cách mạng văn hóa đối với dân số trái đất là không đáng kể so với thành quả sau này do cuộc cách mạng nông nghiệp đem lại Chưa thể xác định rõ ràng được là bắt đầu từ khi nào thì những người Homo sapien bắt đầu hỗ trợ cho hoạt động săn bắt và hái lượm bằng canh tác nông nghiệp Các nghiên cứu khảo cổ cho thấy canh nông đã xuất hiện khoảng 7000-5500 B.C ở vùng Trung đông tức là Iran và Irắc ngày nay ở đây đã trồng trọt vài loại cây và chăn nuôi vài loại vật Những người dân ở vùng này trước đây sống dựa vào nguồn lợi động vật và thực vật ở tự nhiên thì nay họ đã bắt đầu tự lực Đây thực sự là bước ngoặt quyết định của lịch sử nhân loại từ chỗ phải tìm kiếm thức ăn ở tự nhiên nhiều thì nay

họ đã tự sản xuất lấy thức ăn cho mình Thành quả của nó là làm cho dân số tăng lên đáng kể (sinh tăng, tử giảm) Lập luận giải thích là: Một là do sự tự túc được thức ăn, nguồn dinh dưỡng phong phú hơn tỷ lệ sinh tăng, hai là bằng việc sản xuất thức ăn có khả năng dự trữ vào kho để dùng lâu dài Sản xuất nông nghiệp phát triển, nhà nông có khả năng nuôi sống không chỉ gia đình mình Các thành viên của cộng đồng, của gia đình đã chuyển hướng sang làm công việc khác Cơ cấu tổ chức xã hội mới xuất hiện: lao động được phân công Mức sống được cải thiện cùng với các công cụ canh tác nông nghiệp và phương tiện đi lại vận chuyển được cải thiện đã thúc đẩy nhanh sự tăng dân số

Đồng thời ở thời kỳ này cũng bắt đầu có sự phân hóa về mặt chính trị xã hội Quá trình đô thị hóa cũng bắt đầu hình thành Cuộc sống của con người cũng được an toàn hơn, ít hiểm họa hơn Tuổi thọ tăng trên mức nguyên thủy (có lẽ mức nguyên thủy chỉ vào khoảng 20-25 tuổi)

3 Gia tăng dân số thời kỳ sau cách mạng nông nghiệp

Sau cách mạng nông nghiệp sự gia tăng dân số không tiếp diễn liên tục lúc tăng lên lúc giảm tuy về cơ bản là vẫn tăng Nền văn minh nhân loại lúc tiến triển, lúc thoái trào, và lúc thì thời tiết tốt, lúc lại trái ngược, rồi bệnh dịch đói kém và lại có chiến tranh Tất cả đều

là các yếu tố tác động trực tiếp hay gián tiếp đến dân số

Không có các ghi nhận thống kê tin cậy dân số thời kỳ này Tuy nhiên ta cũng phác thảo được diễn Tuy nhiên, ta cũng phác thảo được diễn biến dân số vào thời kỳ này Nhìn chung dân số thế giới tăng, nhưng cục bộ vùng này vùng khác lúc tăng lúc giảm Ví dụ: bệnh dịch hạch đã làm giảm dân số châu Âu đến 25% trong những năm 1348-1350 Có những nước mất 50% dân số về nạn dịch này Đây thực sự là thảm họa cho nhân loại Bên cạnh dịch bệnh

là nạn đói do mất mùa bởi thiên tai như hạn hán, lụt lội Người ta tính từ năm 1 đến 1848 ở nước Anh có hơn 200 lần có nạn đói Nạn đói cũng hoành hành ở Trung Quốc, Ấn độ, Nga

Chiến tranh giữa các nước, trong một nước và kéo dài dịch bệnh là các thảm họa cho nhân loại Chiến tranh đã hủy diệt dân số nhiều vùng, cho những dân tộc yếu kém Lịch sử văn minh phương tây liên miên có chiến tranh cho mãi đến hiệp ước hòa bình Wesphalia kết thúc sau 30 năm chiến tranh vào năm 1643 thế giới mới tạm hòa bình và ổn định Lúc này cuộc cách mạng thương mại mới cất cánh Quyền lực tập trung sau thời kỳ phong kiến tan rã Tiểu thủ công nghiệp trở thành trung tâm của trật tự kinh tế mới Nhà nước làm quy hoạch đáp ứng các yêu cầu kinh tế của nhân dân

4 Sự gia tăng dân số vào thời kỳ tiền công nghiệp (1650-1850)

Giữa thế kỷ XVII là một giai đoạn tương đối ổn định hòa bình sau chế độ kinh tế phong kiến cùng với cuộc cách mạng nông nghiệp ở châu Âu thì cuộc cách mạng thương mại cũng đang trở thành động lực chính Nó đã thúc đẩy nhanh chóng ở thế kỷ XVII Giá nông sản tăng và nhu cầu cung cấp cho các thành phố tăng đã thu hút sự phát triển của nông nghiệp

Sự tan rã của chế độ phong kiến đã hủy hoại dần chế độ chiếm hữu thái ấp Các nông dân trai tráng được sản xuất tập thể cộng đồng nay không vui vẻ như cũ, và công việc sản xuất được

tổ chức lại và lại xuất hiện dưới quyền chỉ huy của một người còn những người khác thì làm thuê

Khi mà những ông chủ đất này muốn có thêm đất cày, họ bắt đầu khoanh cho mình các khu rừng của cộng đồng xưa kia và các đồng cỏ bao trong các hàng cây, tách người nông dân ra khỏi ruộng đất sinh sống của họ Quá trình này diễn ra rất sôi nổi ở Anh, nơi mà đã có hàng loạt các luật đã được Quốc hội chấp thuận liên quan đến vấn đề này Những nông dân làm thuê bị mất việc làm do có các tiến bộ canh tác nông nghiệp và cạnh tranh Nông nghiệp

đã trở thành các thương mại lớn Hàng loạt cây con nuôi trồng mới xuất hiện Trồng trọt và chăn nuôi đều phát triển, nạn đói kém bị đẩy lùi, dịch bệnh ít xảy ra Kết quả là dân số thế giới trước hết là châu Âu tăng vọt lên Dân số châu Âu và Nga đã tăng từ 103 triệu lên đến

ở phía nam châu Âu và dân số Tây Ban Nha và ý đã tăng gấp đôi và thời kỳ này

Trong khi phân tích dân số châu Âu gia tăng khá rõ thì phân tích châu A gặp khá nhiều khó khăn Trong thời gian 1650 - 1750 dân số châu A chỉ tăng 50-70% ở Trung Quốc sau khi nhà Minh sụp đổ (1644), có một thời kỳ hòa bình làm ăn thịnh vượng, tỷ lệ tử vong giảm hẳn

và 2 loại cây trồng quan trọng là ngô và khoai tây cũng được trồng ở đây; kết quả là dân số cũng tăng

Tóm lại, sự thịnh vượng, lương thực sản xuất nhiều, đói kém và bệnh tật giảm, y tế cải thiện, dân số đã gia tăng nhanh, tỷ lệ sinh tăng, tỷ lệ tử giảm , dân số gấp 2 lần vào thời gian này Mặc dầu vậy vào thời gian này có 2 hiện tượng đã ngăn cản sự gia tăng dân số là tỷ lệ cao người sống độc thân không “Xây dựng gia đình” và nạn để trẻ em chết như ở thời kỳ trung cổ xảy ra phổ biến ở Anh, Pháp, Đức vào lúc này

Đồng thời dân số châu Âu tăng lên 2 lần vào lúc này, phải kể đến do châu Âu sang lập nghiệp ở Tân thế giới khiến cho dân số Hoa Kỳ đã tăng lên từ 4 triệu năm 1790 lên 23 triệu năm 1850 Châu á tăng chậm hơn, chỉ khoảng 50% vì các tiến bộ về văn hóa, khoa học và y học có mặt chậm hơn ở đây Châu Phi không có ghi nhận thống kê, ước tính vào thời kỳ này khoảng 100 triệu

5 Sự gia tăng dân số thế kỷ XX

Quá trình chuyển tiếp dân số tiếp diễn ở các nước phương Tây sang cả thế kỷ XX Mặc dù tỷ lệ sinh giảm và có một số lượng lớn dân di cư sang châu Mỹ nhiều nước ở châu Âu vẫn gia tăng dân số đáng kể, nhiều nước có sự gia tăng dân số đột biến

Tỷ lệ tăng bình quân năm dân số thế giới là vào khoảng 0,8% (tù năm 1850-1950) Dân số từ 1 tỷ lên 2,5 tỷ người Quãng thời gian này dân số châu A tăng dưới 2 lần, châu Âu

và châu Phi tăng 2 lần, Bắc Mỹ tăng 6 lần và Nam Mỹ tăng 5 lần

Sang thế kỷ XX, khuynh hướng trên thay đổi dần Đến những năm 30 ở vài nước châu

Âu tỷ lệ sinh tụt xuống nhanh hơn tỷ lệ tử và làm cho tỷ lệ tăng dân số chậm lại Sau chiến tranh thế giới lần thứ 2, điều kiện sinh sống được cải thiện nhiều tỷ lệ sinh tăng lên trên tỷ lệ

tử vong bù đắp lại cho đến những năm 60 Sau đó lại diễn ra sự giảm tỷ lệ sinh và đã làm cho một số nước mức tăng dân số bằng 0

Trong các nước công nghiệp hóa có tỷ lệ tăng giảm (do tỷ lệ sinh giảm) thì tại các nước kém công nghiệp hóa có tỷ lệ tử vong vẫn lớn do điều kiện sinh sống kém và dịch bệnh, chỉ sau những năm 40-50, do đẩy lùi được dịch bệnh tỷ lệ tử vong mới giảm được Nét nổi bật mức giảm của tỷ lệ tử vong vào lúc này thấp hơn nhiều ở thời kỳ cách mạng nông nghiệp và cách mạng thương mại Tóm lại, sang thế kỷ XXI dân số thế giới khó tránh khỏi sự bùng nổ

III Hậu quả của mật độ dân số

Mật độ dân số đang ngày càng tăng, vì vậy các nguồn cung cấp như thức ăn, đất đai, nước, nhiên liệu và các nguồn tài nguyên khác sẽ giảm đi vì phải chia sẻ cho mọi người Trong quá khứ, người dân ở nhiều nơi trên thế giới đã nâng cao được mức sống của họ bất chấp sự tăng trưởng dân số vì họ đã có khả năng sử dụng các nguồn lực với hiệu quả cao hơn

Ví dụ người dân có khả năng tăng sản lượng ở một vùng đất nhất định Tuy nhiên, sự tăng trưởng dân số ở những vùng khác thì lại rất nhanh, điều đó dẫn đến sự thiếu đói ngày càng phổ biến Từ đó chúng ta không thể dự đoán dân số loài người có thể có được ở mức cao nhất

Trước khi loài người bị thanh toán do chết chóc vì đói khát, điều chắc chắn là chất lượng cuộc sống trên trái đất sẽ thay đổi Rồi đây nhiều những cánh rừng và những vùng hoang vu sẽ biến mất và bị thay thế bằng những thành phố và những môi trường nội thất Một

số người sẽ chào đón sự thay đổi này nhưng một số khác sẽ phải chịu tác hại Điều gì sẽ xảy

ra cho xã hội nếu như toàn thể dân số tiếp tục tăng lên ?

Nhiều người phàn nàn rằng mật độ dân số tăng cao làm tăng lên những bất hạnh, những căng thẳng, bạo lực và biến động chính trị Jolin Callocen đã nghiên cứu trong hàng loạt các kinh nghiệm với các con chuột sự tác động của sự đông đúc nặng nề Ông đã xây những chuồng chuột có thức ăn và nước uống cho nhiều chuột hơn là giữ khoảng cách bình thường Mỗi chuồng được nuôi một số ít chuột và để cho sinh đẻ Quần thể chuột và mật độ tăng nhanh chóng rồi sau đó những con chuột thể hiện rất kỳ lạ Những con cái mất khả năng làm ổ hoặc chăm sóc con cái của chúng Một số con đực đã bắt đầu gây gổ tình dục Sau khi được thay đổi hầu hết những con chuột này đã khỏi và không truyền lại cho những con khác

Tuy nhiên con người hành động hoàn toàn khác với con vật Trong xã hội loài người, mật độ dân số cao không luôn luôn dẫn đến những vấn đề xã hội trầm trọng Ví dụ: Hà Lan là một trong những nước có mật độ dân số cao trên thế giới Nhưng mức sống thì cao và tỷ lệ tội phạm lại thấp Hồng Kông có mật độ dân số cao nhất của bất kỳ thành phố nào trên thế giới

Có khoảng 40% dân cư của Hồng Kông ở cùng với nhau một căn hộ mà không phải họ hàng Trên 30% người ngủ từ 3-4 người ở một giường, 13% người ngủ trên 4 người ở một giường Hầu hết mọi người sống ở một căn phòng đơn giản và căn phòng này chứa ít nhất 8 người khác nhau

Một số xã hội đông đúc có xuất hiện những hành vi chống đối lại Ở Mỹ, tỷ lệ dân số

bị cướp giật ở thành phố gấp 35 lần so với ở nông thôn Một số người sống ở thành phố bị trở thành nạn nhân, bị cưỡng đoạt hoặc bị đánh đập từ 2 đến 4 lần so với người sống ở nông thôn Con người đáp ứng với những điều kiện sống cũng khác nhau, ở thành phố New York là một nơi đông đúc thì có tỷ lệ tội ác cao Trong khi đó ở Hồng Kông thì đông hơn nhưng có tỷ lệ tội ác thấp Hiển nhiên, những giải pháp xã hội đồng bộ là điều quan trọng để giải quyết hành

vi của con người Tội ác là những hành vi chống đối xã hội có thể có một mối ràng buộc đặc thù với sự đông đúc Tuy nhiên điều quan trọng hơn cả là khi có sự phối hợp với các yếu tố khác nhau như là sức mạnh của yếu tố gia đình, sự nhạy cảm của một cá thể về giá trị của bản thân và có được việc làm

IV Tỷ lệ sinh, tỷ lệ tử vong và tỷ lệ tăng dân số

Tỷ lệ sinh thường được xác định bằng số lượng con sinh ra trên 1000 dân số hàng năm, ít khi tính trên 1 người dân Số lượng trẻ em sinh ra tính cho cả năm, còn dân số lấy vào giữa năm tính tương tự như tỷ lệ tử vong là số dân chết của 1000 dân hàng năm Nếu như không tính dân số di cư thì tỷ lệ tăng dân số là hiệu số giữa tỷ lệ sinh và tử (r=b-d) Lưu ý rằng r thể hiện tỷ lệ tăng cho 1000 người Các nhà dân số học còn dùng một thuật ngữ khác (tránh nhầm lẫn) là (%) phần trăm tăng dân số hàng năm Nó được xác định là số lượng gia tăng trên 1000 người dân

V Môi trường đô thị và sức khỏe

Các thành phố châu Âu trong thời kỳ Trung cổ đã từng là những nơi không lành mạnh, mất vệ sinh Hầu hết các thành phố này nước bị ô nhiễm, các chất thải lỏng chứa trong các hầm chứa phân địa phương và rác đã lên men ở những đống rác lộ thiên Nhiều người đặc biệt

là trẻ em đã phải chết do các bệnh nhiễm trùng Cuối cùng những vụ dịch lớn là tiếng chuông cảnh tỉnh cho họ Dịch hạch là bệnh lây lan do bọ chét ký sinh trên chuột, ở vào thế kỷ bệnh dịch hạch đã tràn qua châu Âu giết chết 1/3 tổng dân số ở một số quốc gia

Thời đại ngày nay, các bệnh nhiễm khuẩn vẫn gây ra hồi chuông lớn trong nhiều thành phố ở các nước đang phát triển Tuy nhiên ở các nước phát triển các bệnh dịch thương hàn, cúm, lao và dịch hạch không còn phổ biến nữa Mối quan tâm về y tế đang được đề cập tới như nước sinh hoạt không còn các vi khuẩn gây bệnh, vệ sinh môi trường đương đối đảm bảo Tuy nhiên, điều cần phải quan tâm hơn nữa là môi trường đô thị vẫn là nơi có những mối nguy hại cho sức khỏe loài người

Chúng ta biết rằng không khí ở nhiều thành phố đã bị ô nhiễm và một số thành phố có chất lượng nước cũng rất kém Hàng chục nghìn các loại hóa chất khác nhau được sản xuất hàng năm Hàng trăm nghì tấn hóa chất này được rải vào môi trường Người dân hấp thụ những lượng nhỏ các chất ô nhiễm khi họ thở, uống, ăn và những chất này tác động đến sức khỏe của con người ra sao ?

Các nhà khoa học đã chỉ ra rằng một số chất ô nhiễm là nguyên nhân gây ra bệnh tật

Ví dụ những người hút thuốc lá có nguy cơ mắc bệnh ung thư phổi, các bệnh phổi khác và bệnh tim cao hơn nhiều so với những người không hút thuốc

Một số lớn các hóa chất khác thì đang bị nghi ngờ là nguyên nhân gây ung thư Một số loại này có mặt trong không khí và nước bị ô nhiễm Những chất khác được tìm thấy trong rượu và các loại thức ăn chế biến sẵn

Đánh giá mức độ tăng dân số thế giới vào đầu những năm 1970, ta có tỷ lệ sinh 32/1000 dân/năm và tỷ lệ tử 13/1000/năm, tỷ lệ tăng dân số là 19/1000/năm hay 1,9% năm

VI Điều kiện sống của con người

1 Sử dụng đất đai và đô thị hóa

Trái đất không dường như không chịu tải quá nặng về dân số Một số sống ở trên núi cao, sống trong những khu rừng rậm nhiệt đới, hoặc trên những xa mạc hoang vu, cao nguyên rộng lớn Atlantic, Đảo băng, Canađa, Liên Xô cũ, Úc và hầu hết các nước châu Phi và Nam

Mỹ có trên 15 người/km, ngược lại ở Hà lan, có trên 1000 người/km2 Bạn có thể biết rằng trái đất đã quá đông, nhưng vấn đề không phải chỉ là thiếu khoảng không Nhưng vấn đề là ô nhiễm, thiếu các nguồn tài nguyên và việc sử dụng đất đai không hợp lý và một sự cảm nhận

về tâm lý là quá đông đúc Những phần sau đây sẽ nói rõ hơn về những nguồn tài nguyên, năng lượng, thức ăn và ô nhiễm là những nguyên nhân do hoạt động của con người

Ngày nay, nhiều người cảm thấy trái đất quá đông đúc, vì họ muốn sống ở những nơi môi trường thuận lợi nhất Đó là ở những nơi khí hậu dễ chịu, dễ dàng tìm kiếm thức ăn, nước uống và những loại khác ở Mỹ 90% dân số sống trên 10% diện tích đất đai, ở thành phố New York hàng trăm người sống trong một ngôi nhà đơn giản, thiếu tiện nghi và nhiều gia đình nghèo sống với nhau trong một căn phòng Nhưng bạn có thể đi hàng trăm dặm ở Montana chỉ thấy một ngôi nhà đơn độc

2 Đô thị hóa

Trong thập kỷ 20 hàng triệu người đã di chuyển từ nông thôn đến các thành phố lớn Quá trình này gọi là đô thị hóa nguyên nhân gây nên bởi con người và cũng tác động trở lại con người đó gọi là những sự thay đổi về xã hội và kinh tế

Những thành phố đầu tiên mọc lên dọc theo sông Tiggris và Euphrates hơn 6000 năm

về trước Kể từ đó những thành phố lớn đã mọc lên và tàn lụi ở nhiều vùng trên thế giới Tuy nhiên hầu hết mọi người trong mỗi nước sống theo tập quán của từng nước Năm 1600, chỉ 1,6% dân châu Âu sống ở thành phố trong số hơn 100.000 người Năm 1800, chỉ có 2,2% người dân sống ở thành phố lớn Thực tế là, trước năm 1800 không có nước nào thành thị chiếm ưu thế Giữa thời kỳ sụp đổ của đế quốc La Mã (Khoảng thế kỷ thứ 5 sau công nguyên)

và bắt đầu của thế kỷ 19, không có một thành phố nào của châu Âu có 100.000 người cư trú Tương tự như vậy trong thời gian trước cuộc cách mạng công nghiệp Châu Âu được đánh giá

là một lục địa Ngoài châu Âu ra những vùng khác có kém hơn Trong 100 năm từ 1800-1900 các thành phố mọc lên nhanh chóng Năm 1900 ít nhất 12 thành phố có dân số trên 1 triệu Năm 1975, gần 40% số người cư trú của thế giới sống ở thành thị Trên thế giới có khoảng

140 thành phố có số dân cư trên 1 triệu người Đến năm 2000, trên 50% dân cư có lẽ sống ở các vùng thành thị Đến lúc đó sẽ có hơn 250 thành phố có số dân trên 1 triệu

Nếu như dân số trong thế kỷ 20 tiếp tục tăng lên nhanh chóng, sự phát triển thành thị sẽ có nguy cơ bị phá hủy Dân số thế giới tăng lên 3 lần trong thời kỳ 1800-1960 Trong cùng một thời gian dân số sống ở các trung tâm thành thị tăng lên hơn 40 lần

Sự phát triển khác thường của các thành phố trong suốt thế kỷ 20 chủ yếu là do sự di

cư từ các vùng nông thôn đến thành thị Phong trào di cư nhanh chóng đã đưa đến thực tế đáng buồn và trong nhiều trường khó có thể giải quyết Các thành phố thường không thể cung cấp đủ nước sạch, nhà ở, giao thông, giáo dục và các dịch vụ khác cho người mới đến

Các thành phố hiện đại thì phát triển một cách ngẫu nhiên Hầu hết là có sự tương phản hoàn toàn Một số quận con người sống ở những căn hộ sang trọng với tiện nghi đầy đủ như các nhà hàng, nhà hát và các quán ăn Ơ những nơi khác có nhiều người thất nghiệp sống trong các nhà ổ chuột ở khu trung tâm Phần lớn các thành phố ở Nam Mỹ phát triển theo tính chất kiểu mẫu Vài thập kỷ trước đây nhiều nhà máy và cửa hàng đóng ở các vùng trung tâm Những nền công nghiệp này đã đào tạo số lượng lớn công việc không có kỹ năng và bán kỹ năng Dần dần giá của đất đai, thuế và các dịch vụ ở thành thị tăng lên Các nhà sản xuất bắt đầu chuyển các thiết bị của họ ra ngoại ô thành phố Các cửa hàng và cửa hiệu cũng chuyển ra ngoại ô để phục vụ khách hàng của họ Kết quả là một vài nghề bán kỹ năng xuất hiện ở thành phố và hàng nghìn người trở nên thất nghiệp Rất nhiều người không có tiền để chuyển ra ngoại ô, nơi mà có nhiều người làm việc hơn Các quận trưởng quản lý những vùng rộng lớn cũng nhập vào thành phố Những hoạt động của họ yêu cầu những công nhân, nhân viên có tay nghề cao: quản lý, thư ký và vì vậy họ có rất ít công việc với lao động giản đơn Giá cả cho phúc lợi và nhà ở trở nên rất đắt đỏ, khiến cho bộ máy quản lý nhà nước ở những vùng đô thị đang phải đương đầu với những khó khăn trầm trọng về kinh tế

VII Những khuynh hướng dân số toàn cầu hiện nay

Những điều tiên đoán về tương lai đều không có thể thành sự thật Những thảm kịch

để làm giảm dân số như là những cuộc chiến tranh và biến đổi về khí hậu không thể dung thứ được

Những điều dự đoán dựa trên những điều kiện thừa nhận rằng một số biện pháp kiểm soát và khống chế của xã hội đang được duy trì trên thế giới Nửa thế kỷ được duy trì hòa bình trên nhiều năm, dân số sẽ ổn định khi các tỷ lệ sinh giảm

Dân số thế giới vào năm 1978 là khoảng 4,5 tỷ người Những dự đoán của Mỹ cho rằng dân số thế giới sẽ là 12 tỷ vào năm 2075 Nếu mức sinh sản cao hơn kế hoạch đặt ra thì tổng dân số có thể gần 16 tỷ Nếu mức sinh sản giảm nhanh chóng, thì tổng số dân có thể đạt dưới 10 tỷ

Sự tăng trưởng dân số nhanh là một vấn đề nan giải đặc biệt ở các nước đang phát triển Vào thời điểm này, còn có nhiều người ăn không đủ lương thực đó là gạo, lúa mì và

khoai tây, ăn không đủ chất đạm Nhiều nước hiện nay, tuy sản lượng trồng trọt đang tăng nhưng vì số dân lên quá nhanh nên người dân vẫn bị thiếu đói Ở các xã hội nghèo các nguồn cung cấp bị hạn chế Điều kiện nhà ở, nước sạch, vệ sinh, y tế và giáo dục gặp nhiều khó khăn Kiểm soát ô nhiễm đất đỏ thường bị lãng quên

Các nước phát triển, tỷ lệ sinh đang giảm nhanh chóng trong những năm gần đây Ở

Mỹ, Canada và hầu hết các quốc gia châu Âu dưới 2 đứa trẻ sinh ra từ một bà mẹ Nếu khuynh hướng hiện nay tiếp tục thì số dân của các quốc gia này sẽ bắt đầu giảm xuống sau năm 2000, nhìn chung sẽ có đủ thức ăn, nhà ở và quần áo cho tất cả người dân ở các quốc gia phát triển

Thậm chí ở các xã hội phát triển tăng dân số gây nên nhiều vấn đề bất lợi Đó là giảm đi diệ tích đất canh tác do xây dựng nhà ở, đường sá và nơi giải trí Các nguồn dự trữ về năng lượng

và khoáng sản đang bị cạn kiệt Ô nhiễm đang trở thành vấn đề trầm trọng

VIII Dân số Việt nam

Kết quả tổng điều tra dân số Việt nam năm 1989 cho biết dân số Việt nam là 64.412.000 người so với năm 1979 lúc đó có 52.741.000 người nghĩa là tăng 22% Như vậy là tỷ lệ tăng tự nhiên hàng năm là 2,2% Tỷ lệ giới tính chung cho cả nước chỉ có 94,4 nam trên 100 nữ Tỷ lệ giới tính của dân số dưới 15 tuổi là 106 nam trên 100 nữ Việt nam là nước có cơ cấu dân số trẻ Dân số từ 15 tuổi trở xuống chiếm 39% tổng số dân

Dân số Việt Nam tập trung chủ yếu ở các tỉnh thuộc khu vực đồng bằng sông Hồng và các tỉnh thuộc khu vực đồng bằng sông Cửu Long Mật độ dân số Việt Nam đã tăng từ 160 người/km2 trong năm 1979 lên 195 người/km2 năm 1989 Tỷ lệ nhân khẩu thành thị của Việt nam tăng chậm từ 19,2% năm 1979 lên 20,1% năm 1989 Nhân khẩu thành thị tăng tập trung chủ yếu ở các thành phố lớn và ở các thị trấn nhỏ dưới 20.000 dân và nhiều thị trấn mới thành lập

Trong vòng 5 năm 1984-1987 đã có 4,5% dân số từ 5 tuổi trở lên di chuyển trong nước, trong cùng tỉnh là 2,0% và các tỉnh là 2,5% Cùng nhóm tuổi, tỷ lệ di chuyển nam cao hơn nữ Luồng di chuyển chủ yếu từ Bắc vào Nam và từ vùng đồng bằng sông Hồng và duyên hải miền Trung lên Tây Nguyên

Tỷ lệ dân số hoạt động kinh tế của Việt Nam tính từ 18 tuổi trở lên năm 1989 nam là 78%, nữ là 71% Tỷ lệ dân số chưa có việc làm là 5,3% năm 1989 71% lao động làm việc ở nông thôn (nông nghiệp), 12% trong ngành công nghiệp Tuổi kết hôn lần đầu nam là 24,5, nữ

là 23,2 Tỷ lệ sinh thô dân số nước ta ở mức xấp xỉ 45% vào cuối thập niên 50 đã giảm xuống mức 32% vào cuối thập kỷ 80 Tỷ lệ hàng năm trước năm 1989 là 30% Tỷ lệ sinh tổng cộng của dân số khu vực thành thị là 2,3 con, nông thôn là 4,3 con Đường cong biến thiên của tỷ lệ sinh đặc trưng theo tuổi cho thấy tuổi kết hôn trung bình cao đã tác động đến mức độ sinh của phụ nữ thuộc nhóm tuổi trẻ và công tác dân số - kế hoạch hoá gia đình đã ảnh hưởng đến mức độ sinh của phụ nữ từ 30 tuổi trở lên Tuổi thọ trung bình của dân số nam là 63 và nữ là 67,5 Tỷ lệ chết của trẻ em sơ sinh chỉ khoảng 45% Tỷ lệ chết thô năm trước 1989 là 8,0%

Dân số Việt Nam đạt mức 72 triệu người vào năm 1994 và 79 triệu vào năm 1999 Như vậy là vào năm 2000, dân số nước ta khoảng 80 triệu người

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Bộ Giáo dục và Đào tạo, Thư viện giáo trình điện tử, Giaotrinh.MT &phatrien

http://ebook.edu.net.vn

2 Bộ y tế (2005), Niên giám Thống kê y tế

3.Colin Newell (1995), Methods and models in demography, NXB Wiley

4 Lưu Đức Hải ( 2001), Cơ sở khoa học môi trường, NXB ĐHQG Hà Nội

5.Đại học Y tế công cộng Hà Nội (2005), Giáo trình Dân số và phát triển

6.Nguyễn đình Cử (1999), Giáo trình dân số học, NXB Hà nội

7 Mai Trọng Nhuận, 2002 Địa hóa môi trường NXB ĐHQG Hà Nội

8 Hoàng Trọng Sĩ, Hoàng Đình Huề (2008), Khoa học Môi trường sinh thái-Dân số, Giáo trình Sau Đại học, Khoa Y tế công cộng, Trường Đại học Y Dược Huế

9 Vũ Trung Tạng (2000), Cở sinh thái học, Nhà xuất bản giáo dục

10 Trường ĐHYTCC (2006), Giáo trình Dân số và phát triển - Đô thị hóa và di dân, NXB Y học

11 VietNam General Stastic Office (2000), Population and housing census, Central cencus Steering Committee Thegioi Publishers

12 Xiang Biao (2003), Migration and health in China: Problems, Obstacles and Solutions, (http://www.populationasia.org

Câu hỏi lượng giá cuối bài

1 Nêu những biến đổi về dân số từ trước đến nay

2 Trình bày những hậu quả của sự gia tăng dân số

3 Trình bày những đặc điểm của sự phát triển dân số ở Việt Nam

NĂNG LƯỢNG VÀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG

I Năng lượng

1 Lịch sử sử dụng năng lượng

Năng lượng là điều kiện tất yếu cho sự tồn tại và tiến hóa của mọi sinh vật Năng lượng là một dạng tài nguyên quan trọng, cần thiết cho sự phát triển của xã hội loài người Trong quá trình phát triển của xã hội loài người, nguồn năng lượng mà con người sử dụng thường xuyên chuyển dịch từ dạng này sang dạng khác Dạng năng lượng thiên nhiên đầu tiên được con người sử dụng là năng lượng mặt trời dùng để soi sáng, sưởi ấm, phơi khô lương thực, thực phẩm, đồ dùng và nhiên liệu gỗ củi Tiếp đó là năng lượng, gỗ, củi, rồi tới năng lượng, nước, gió, năng lượng kéo của gia súc Năng lượng khai thác từ than đá ngự trị trong thế kỷ XVIII-XIX Năng lượng dầu mỏ thay thế vị trí của than đá trong thế kỷ XX và từng bước chia sẻ vai trò của mình với năng lượng hạt nhân Các dạng năng lượng mới ít ô nhiễm như năng lượng mặt trời, năng lượng gió, thủy triều, năng lượng vi sinh vật thu nhận được với những phương pháp và phương tiện công nghệ tiên tiến cũng đang mở rộng phạm vi hoạt động của mình

Nhu cầu năng lượng của con người tăng lên nhanh chóng trong quá trình phát triển 100.000 năm trước công nguyên, mỗi ngày một người tiêu thụ khoảng 4.000 Kcal đến 5.000 kcal 500 năm trước công nguyên tăng lên 12.000 kcal Đầu thế kỷ XV lên tới 26.000 kcal, giữa thế kỷ 19 là 70.000 kcal và hiện nay trên 200.000 kcal

a/ Các nước đang phát triển

Tỷ lệ năng lượng được khai thác theo các nguồn khác nhau thay đổi theo từng Quốc gia Tại các nước công nghiệp phát triển, các nguồn năng lượng thương mại chiếm phần lớn tuyệt đối Ngược lại, tại các nước đang phát triển, các nguồn năng lượng phi thương mại (gỗ, củi, phế thải nông nghiệp) lại chiếm phần chính

Trong một quốc gia, cơ cấu năng lượng tùy thuộc trình độ phát triển kinh tế và khả năng công nghệ khai thác tài nguyên Thí dụ ở Hoa Kỳ trước năm 1900 năng lượng khai thác chủ yếu từ gỗ, củi, sau đó chuyển dần sang than đá Vào khoảng 1920 dầu mỏ được khai thác với qui mô lớn, và tiếp đó vào khoảng 1940 việc khai thác khí đốt phát triển mạnh mẽ Do vậy, gỗ, củi không còn được dùng, than đá giữ nguyên tình trạng sử dụng như các năm 1910,

1930, dầu hỏa và khí đốt trở thành nguyên liệu chính

b/ Các nước công nghiệp

Tỷ lệ sử dụng các nguồn năng lượng trên toàn cầu

Năng lượng hạt nhân được khai thác với qui mô lớn vào thập kỷ 1970 Vào đầu thập

kỷ 1980, 42,5% tổng năng lượng ở Hoa Kỳ do dầu hỏa cung cấp, 25% do khí đốt, 22,5% do than, 10% còn lại do thủy điện, năng lượng hạt nhân, năng lượng địa nhiệt và các nguồn khác 42% năng lượng sản xuất ra được cung cấp cho công nghiệp, 25% cho giao thông vận tải, 30% cho xây dựng và các hoạt động khác Hiện nay, một số nước như Pháp, Nhật Bản, sản xuất năng lượng điện chủ yếu từ các nhà máy điện hạt nhân Trong khi đó, Đức, Trung Quốc thì dựa vào dự trữ than sẵn có trong nước Nhìn chung, mỗi loại nguồn năng lượng đều có nhược điểm riêng của mình

Do đó mỗi quốc gia cần có một hệ thống các nguồn năng lượng hoạt động kết hợp và

bổ sung cho nhau, tạo nên một cơ cấu hợp lý về năng lượng Tỷ lệ các nguồn năng lượng ở các quốc gia có nền kinh tế khác nhau trên thế giới được trình bày trên hình 1.1

Khai thác và sử dụng năng lượng không ngừng tăng lên về tổng số lượng và bình quân cho từng người Hoạt động đó đang tác động mạnh mẽ tới môi trường sống trên Trái Đất như

tạo ra các dạng ô nhiễm, gia tăng hiệu ứng nhà kính, v.v

2 Các nguồn năng lượng của loài người

Các nguồn năng lượng của Trái Đất có thể chia thành 3 nhóm lớn:

- Năng lượng hóa thạch: than, dầu, khí đốt

- Năng lượng tái sinh nguồn gốc mặt trời: Sinh khối thực vật, thủy điện, sóng, thủy triều, gió, ánh sáng mặt trời

- Năng lượng tàn dư của Trái Đất: địa nhiệt, năng lượng hạt nhân

3 Năng lượng và sức khỏe - môi trường

Quá trình sử dụng năng lượng mang lại cơ sở vật chất cho thế giới ngày càng văn minh Song việc khai thác, chế biến và sử dụng năng lượng đã đưa đến nhiều hậu quả ô nhiễm môi trường, thay đổi cân bằng sinh thái và qua đó ảnh hưởng đến sức khỏe con người Có những quá trình phát sinh các yếu tố ô nhiễm là đương nhiên (ví dụ: đốt cháy nhiên liệu) song cũng có những trường hợp gây ô nhiễm xảy ra khi có sự cố Hạn chế sử dụng năng lượng là điều khó thực hiện, song hạn chế tới mức tối đa quá trình phát sinh ô nhiễm lại là phương sách có tính khả thi

II Sản xuất năng lượng và ô nhiễm môi trường

Quá trình khai thác và sử dụng các nguồn năng lượng và nhiên liệu đều có liên quan đến ô nhiễm môi trường Bất cứ nới nào có khai thác nhiên liệu và quặng phóng xạ đều có khả năng gây ô nhiễm môi trường Công nghệ khai thác càng lạc hậu thì nguy cơ tổn hại tới môi trường và sinh thái càng lớn

1 Khai thác than đá

Than đá là một dạng năng lượng mặt trời được tích trữ trong lòng Trái Đất Đây là nguồn năng lượng chủ yếu của loài người với tổng trữ lượng trên 2000 tỷ tấn, tập trung chủ yếu ở các quốc gia Nga, Trung Quốc, Mỹ, Đức, Úc Trữ lượng các loại than đá trên thế giới

có thể đáp ứng nhu cầu của con người trong khoảng 200 năm nữa Than đá được dùng làm nhiên liệu cho các nhà máy nhiệt điện, các hoạt động công nghiệp khác Các vấn đề môi trường hiện nay trong khai thác sử dụng nguồn năng lượng than đá là:

Khai thác than đá bằng phương pháp lộ thiên tạo nên lượng đất đá thải lớn, ô nhiễm bụi, ô nhiễm nước, mất rừng Khai thác than bằng phương pháp hầm mỏ hiện nay làm mất 50% trữ lượng, gây lún đất, ô nhiễm nước, tiêu hao gỗ chống lò và các tai nạn hầm lò

Các yếu tố ô nhiễm chủ yếu là:

- Tại các mỏ dù khai thác hầm lò hay lộ thiên, thì vấn đề ô nhiễm bụi là đáng quan tâm nhất Hàm lượng bụi tại nơi khai thác có thể vượt quá tiêu chuẩn cho phép hàng trăm, hàng ngàn lần Từ đó, bụi theo gió làm ô nhiễm các vùng dân cư xung quanh

- Khí lưu huỳnh (và có thể cả phốt pho) từ các mỏ than có hàm lượng lưu huỳnh cao gây ô nhiễm tại khu vực khai thác và vùng dân cư phụ cận, nhất là khi mưa xuống

- Trong mỏ than, lượng khí than methan có thể đạt tới nồng độ bắt lửa, rất nguy hiểm Bên cạnh đó, khí Co, CO2, và NO2 khi nổ mìn và từ các vỉa than bốc lên cũng là các loại khí độc

- Đốt than đá tạo ra bụi, khí CO2, SO2, NOx và các dạng ô nhiễm khác Theo tính toán, một nhà máy nhiệt điện chạy than, công suất 1.000 MW, hàng năm thải ra môi trường 5 triệu tấn CO2, 18.000 tấn NOx, 11.000-680.000 tấn chất thải rắn trong thành phần chất thải rắn, bụi, nước thải thường chứa kim loại nặng và chất phóng xạ độc hại

2 Khai thác dầu mỏ và khí đốt thiên nhiên

Dầu mỏ và khí đốt là dạng nhiên liệu hóa thạch lỏng hoặc khí, tồn tại trong lòng Trái Đất Nhìn chung, việc khai thác dầu và khí đốt ít gây môi trường Trừ trường hợp đặc biệt khi

có sự cố Những vấn đề gây ô nhiễm do khai thác và sử dụng dầu và khí đốt:

Khai thác trên thềm lục địa gây lún đất, ô nhiễm dầu đối với đất, ô nhiễm không khí, nước Khai thác trên biển gây ô nhiễm biển (50% lượng dầu ô nhiễm trên biển gây ra là do khai thác dầu trên biển)

Chế biến dầu gây ra ô nhiễm dầu và kim loại nặng, kể cả kim loại phóng xạ cho môi trường nước và đất trong khu vực

Đốt dầu khí tạo ra các chất thải tương tự như đốt than

3 Khai thác thủy năng

Thủy năng được xem là nguồn năng lượng sạch của con người Tổng trữ lượng thủy điện của thế giới vào khoảng 2.214.000 MW, riêng VN là 30.970 MW, tương ứng với 1,4% tổng trữ lượng thế giới Tuy nhiên việc xây dựng các hồ chứa nước lớn tạo ra nhiều tác động tiêu cực tới môi trường như: động đất cưỡng bức, thay đổi khí hậu, thời tiết khu vực, mất đất canh tác, tạo ra lượng CH4 do phân hủy chất hữu cơ lòng hồ, tạo ra các biến đổi thủy văn hạ lưu, thay đổi độ mặn của nước khu vực cửa sông ven biển, ngăn chặn sự phát triển bình thường các quần thể cá trên sông, tiềm ẩn tai biến môi trường cho hệ thống đê điều và các công trình xây dựng trên sông, v.v

4 Năng lượng hạt nhân

Năng lượng hạt nhân có hai dạng: năng lượng phân hủy chất phóng xạ như uran, thori

và năng lượng tổng hợp hạt nhân các nguyên tố nhẹ như deterium và tritium Theo tính toán, năng lượng giải phóng ra từ 1 gam U235 tương đương với năng lượng do đốt 2 tấn than đá Hiện nay loại thứ nhất được khai thác dưới dạng nhà máy điện hạt nhân, loại thứ hai có trữ lượng lớn, nhưng chưa đủ điều kiện khai thác qui mô công nghiệp Nguồn năng lượng hạt nhân có ưu điểm không tạo nên các loại khí nhà kính như CO2 và bụi Tuy nhiên, các nhà máy điện hạt nhân hiện nay là nguồn gây nguy hiểm lớn đối với môi trường bởi sự rò rỉ chất thải phóng xạ khí, rắn và lỏng và các sự cố nổ nhà máy Việc quản lý các chất thải hạt nhân từ các

lò phản ứng hiện nay chưa đảm bảo an toàn cho môi trường sinh thái quốc gia

5 Các nguồn năng lượng truyền thống khác

Gỗ, củi, năng lượng gió, thủy triều được sử dụng từ thời xa xưa trong nhiều lĩnh vực Các nguồn năng lượng này thường tồn tại một cách phân tán Việc khai thác và sử dụng chúng ở qui mô công nghiệp gặp nhiều khó khăn do hiệu suất chuyển hóa thành điện năng thấp Các nguồn năng lượng truyền thống không gây ra các tác động tiêu cực đến môi trường trong quá trình khai thác và sử dụng

Diện tích đất cần để sản xuất 1 tỷ Kw/h điện năng từ các nguồn năng lượng ban đầu và theo các

phương án công nghệ khác nhau

Loại năng lượng ban đầu Diện tích đất sử dụng (ha)

Năng lượng điện chạy băng sức gió 11.700

Năng lượng điện chạy bằng sinh khối 200.000

Năng lượng mặt trời và địa nhiệt: là hai dạng năng lượng sạch có tiềm năng nhất trên Trái Đất Năng lượng mặt trời có thể biến đổi trực tiếp thành điện năng nhờ tế bào quang điện hoặc gián tiếp qua các môi trường trung gian khác nhau như nước Năng lượng địa nhiệt dưới dạng các dòng nhiệt từ các lò macma ở sâu trong lòng Trái Đất Khu vực tập trung cao các loại năng lượng này gần với khu vực hoạt động mạnh của vỏ Trái Đất (núi lửa, khe nứt, v.v ) Việc khai thác loại năng lượng này đang được nghiên cứu và phát triển ở nhiều quốc gia trên thế giới Khó khăn lớn nhất đối với việc phát triển các nguồn năng lượng sạch là nguồn vốn đầu tư và giá thành của điện năng cao Do vậy, để điều tiết cơ cấu năng lượng theo hướng tăng cường các nguồn năng lượng hợp lý, việc đánh thuế đối với nguồn gây ô nhiễm và việc năng cao hiệu suất, giảm giá thành đối với nguồn năng lượng sạch là các điều kiện quan trọng nhất

Như vậy, mỗi một loại năng lượng đều có ưu và nhược điểm riêng, lấy tiêu chí diện tích đất cần sử dụng để sản xuất một khối lượng điện năng làm thí dụ minh chứng (bảng 1)

6 Các giải pháp về năng lượng của loài người

Các giải pháp về năng lượng của loài người hướng tới một số mục tiêu cơ bản như sau:

- Duy trì lâu dài các nguồn năng lượng của Trái Đất

- Hạn chế tối đa các tác động tiêu cực đến môi trường trong khai thác và sử dụng năng lượng Sử dụng hợp lý các nguồn năng lượng cho phát triển kinh tế, khoa học kỹ thuật

Trong điều kiện hiện nay, các dạng năng lượng hóa thạch dễ khai thác và sử dụng đang là đối tượng quan tâm của nhiều quốc gia Tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch chủ yếu là các nước có nền công nghiệp phát triển như Mỹ, các nước phương Tây Do vậy, để giảm sự tiêu thụ nguồn năng lượng hóa thạch là nguồn năng lượng gây tác động mạnh mẽ tới môi trường, các nước công nghiệp cần phải thay đổi cơ cấu năng lượng, giảm mức độ tiêu thụ trên đầu người Bên cạnh đó, việc đầu tư triển khai công nghệ chống ô nhiễm môi trường trong các nhà máy nhiệt điện chạy bằng than, dầu có tác động giảm thiểu lượng các chất thải ra môi trường

Khuyến khích đầu tư cho các công nghệ sạch, các dạng năng lượng sạch khác Tăng cường đầu tư nghiên cứu phát triển các nguồn năng lượng mới, năng lượng tái sinh theo hướng hạ giá thành sản xuất sao cho chúng có thể cạnh tranh với các nguồn năng lượng truyền thống

Nghiên cứu các qui trình sản xuất, thiết bị sản xuất để tiết kiệm năng lượng Nghiên cứu sử dụng dạng năng lượng sạch trong một số lĩnh vực dễ gây ra tác động xấu đến môi trường như : giao thông, sinh hoạt

III Tiêu thụ năng lượng và ô nhiễm môi trường

1 Năng lượng sử dụng trong công nghiệp, sinh hoạt và kinh tế

Nguồn năng lượng chủ yếu là điện Bên cạnh đó, vẫn còn có một tỷ lệ nhỏ sử dụng nhiên liệu Than, dầu mỏ khí đốt còn được sử dụng dưới dạng nguyên liệu trong công nghệ hóa chất, chất dẻo tổng hợp Việc sử dụng nguồn năng lượng điện kéo theo một loạt các nguồn ô nhiễm do công nghiệp

Ở xứ lạnh, nhiệt dùng để sưởi ấm trong nhà, chủ yếu dùng năng lượng điện và than, dầu, củi đối với những nơi không có điện Ở các nước như Việt Nam, điện được sử dụng chạy các máy điều hòa với công suất lớn 1-3 KW/ giờ cho một máy Điện dùng trong thắp sáng, chạy các đồ dùng trong gia đình, nấu ăn

Với đường dây tải điện 150 KV, những người sống gần đường dây này có thể có nguy

cơ bị bệnh bạch cầu

Tại vùng nông thôn, việc sử dụng rơm, rạ củi, để làm chất đốt đang còn phổ biến Trong khi đó ở thành thị, việc dùng dầu, điện và than có thể gây ô nhiễm nhà ở đáng kể Đặc biệt, trong các ngôi nhà chật chội, nơi bếp và phòng ngủ liền nhau hoặc không có ngăn cách, bếp không có ống khói Những vùng này, môi trường nhà ở thường bị ô nhiễm khói bếp nặng

nề khói bếp là nguy cơ rất đáng chú ý, gây các bệnh hô hấp cấp tính ở trẻ em và gây viêm phế quản mãn ở người lớn (khói, SO2, CO, CO2, bụi) Do xăng, dầu, giá điện cao quá mức chi trả, nên tình trạng sử dụng than vẫn còn tiếp diễn trong nhiều năm tới Vì vậy nghiên cứu bếp than

là đề tài đáng được quan tâm cùng với việc tổ chức thông gió hợp lý người ta đã nghiên cứu khói bếp và cho thấy rằng có những thành phần của khí lưu huỳnh, các hydrocacbua phức hợp, các hydrocacbua đa vòng, trong đó có những chất gây ung thư

Việc dùng bếp có ống khói kết hợp với thông gió làm giảm lượng CO xuống còn 30%

và bụi tới 60% Khói bếp các nhà ở vùng nông thôn đun nấu bằng củi, rơm rạ có thể gây ô nhiễm nhiều gấp hàng chục lần so với thành phố Những người trong gia đình chịu ảnh hưởng của khói bếp nhiều nhất là phụ nữ (tiếp xúc 2-4 giờ/ngày) Nếu trong nhà có người hút thuốc, mức tiếp xúc với khói sẽ tăng lên đáng kể Trẻ nhỏ (luẩn quẩn bên mẹ lúc nấu cơm) cũng là nhóm có nguy cơ tiếp xúc cao

2 Giao thông và sử dụng nhiên liệu

Phát triển giao thông (thể hiện bằng km đường quốc lộ, số xe ô tô, mô tô trên dầu người) là một yếu tố tất yếu Tuy nhiên vấn đề ô nhiễm do giao thông hiện nay đang được toàn thế giới báo động Các chất gây ô nhiễm môi trường do giao thông: khói và khí thải chứa oxit cacbon, các loại oxit nitơ và lưu huỳnh, các hydrocacbon cháy không hoàn toàn, bụi và các chất hóa học độc hại là phụ gia của xăng dầu, ô nhiễm tiếng ồn Hậu quả của ô nhiễm là tăng tỷ lệ mắc các bệnh hô hấp và nhiễm độc nhiều chất độc hại (trong đó kim loại chì đã gây tình trạng kém phát triển trí tuệ ở trẻ em sống gần các trục đường giao thông đã được nhiều nhà khoa học cảnh báo)

Câu hỏi lượng giá cuối bài

1 Trình bày đặc điểm và tiềm năng các nguồn năng lượng của loài người

2 Nêu các giải pháp về bảo vệ môi trường trong việc khai thác các nguồn năng lượng mới

3 Mô tả những tác động xấu lên con người khi sử dụng các nguồn năng lượng không sạch

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Bộ Giáo dục và Đào tạo, Thư viện giáo trình điện tử, Giaotrinh.MT &phatrien

3 Tạ Văn Đa (2005), Tài nguyên năng lượng gió trên lãnh thổ Việt Nam, Viện Khoa học Khí

tượng Thuỷ văn và Môi trường

4 Nguyễn Thị Ngọc Ẩn (2006), Nghiên cứu hiện trạng hệ sinh thái và môi trường nông nghiệp ở tp.Hồ Chí Minh, Khoa Môi Trường, Trường Ðại học Khoa học Tự Nhiên - ÐHQG

Tp.HCM

5 Lưu Đức Hải ( 2001), Cơ sở khoa học môi trường, NXB ĐHQG Hà Nội

6 Nguyễn Đức Lộc (2006), Phát triển ứng dụng năng lượng mặt trời nhằm đạt mục tiêu phát triển năng lượng bền vững, Hội thảo phát triển năng lượng bền vững ở Việt Nam

7 Trường ĐHYTCC (2006), Giáo trình Dân số và phát triển, Nxb Y học

QUẦN THỂ SINH VẬT VÀ HỆ SINH THÁI

I Đại cương về sinh thái học

Sinh thái học là khoa học nghiên cứu về mối quan hệ giữa sinh vật (động vật, thực vật, con người) với ngoại cảnh Phạm vi nghiên cứu của sinh thái học chủ yếu là khoa học sinh học và một phần thuộc các khoa học khác như: địa lý, địa chất, khảo cổ Đối tượng nghiên cứu của sinh thái học có bốn mức độ từ thấp đến cao: cá thể, quần thể (chủng quần), quần xã,

- Các đặc điểm có liên quan với tương quan số lượng và cấu trúc

- Các đặc biểu thị thuộc tính di truyền chung của quần thể

Quá trình hình thành quần thể là một quá trình lịch sử Quá trình này biểu hiện mối quan hệ của nhóm cá thể đó với môi trường chung quanh Quần thể là một thể thống nhất, nó đảm bảo cho sự phát triển, tồn tại trong các điều kiện cụ thể của môi trường Mỗi quần thể có một tổ chức, một cấu trúc riêng Những cấu trúc này biểu hiện các đặc tính của quần thể

2 Quần xã sinh vật

Là một tập hợp các quần thể sinh vật (động vật, thực vật, vi sinh vật) cùng sống trong một sinh cảnh xác định, được hình thành trong quá trình lịch sử lâu dài, liên hệ với nhau bởi những đặc trưng chung về sinh thái học mà các thành phần cấu thành quần xã (cá thể và quần thể) không có Quần xã

là một tập hợp các sinh vật, ở đó chúng tương tác với nhau và với môi trường để tạo nên chu trình vật chất và sự chuyển hóa năng lượng

Quần xã được mang tên của loài hay nhóm loài chiếm ưu thế hoặc mang tên sinh cảnh (ví dụ: quần xã đáy đá, quần xã cồn cát )

2.1 Những đặc trưng của quần xã

2.1.1 Cấu trúc về loài

Cấu trúc này phản ánh tính phức tạp về số lượng loài và vai trò của mỗi loài trong quần

xã tức là vị trí của chúng trong chuỗi thức ăn, tính ưu thế hay thứ yếu, số lượng cá thể của nó

Những quần xã phân bố rộng trong những điều kiện không đồng nhất, số lượng loài thường đông Những quần xã đang được hình thành hay quần xã đang suy thoái số lượng loài ít nhưng số lượng cá thể lại đông, mức đồng đều thấp Những quần xã đạt được trạng thái cao đỉnh (climax) và

ổn định số lượng loài đông nhất, số lượng cá thể thấp, mức đồng đều cao Nếu từ cực tới xích đạo thì trong quần xã số lượng loài tăng, số lượng cá thể giảm

2.2 2 Cấu trúc về kích thước cơ thể

Cấu trúc về kích thước của các quần xã phụ thuộc vào các cá thể hình thành nên các quần thể của sinh vật tự dưỡng, dị dưỡng và sinh vật phân huỷ Khi quần thể tăng số lượng thì kích thước và hoạt tính năng lượng tương đối của cá thể giảm Trong tự nhiên ta có thể gặp những quần thể có kích thước lớn thì nhịp điệu sinh sản và số lượng cá thể giảm, mức độ tổ chức của cơ thể phức tạp hơn, tuổi thọ và mức tăng trưởng tuyệt đối tăng Theo G.Hutchinson (1967): những loài chiếm vị trí giống nhau trong chuỗi thức ăn mà ở cùng trong một sinh cảnh thì chúng phải khác nhau về kích thước thân hoặc bộ máy dinh dưỡng ít nhất là 1,3 lần Nhờ đó các loài tránh được sự chồng chéo về ổ sinh thái và đảm bảo cho chúng chung sống trong cùng một sinh cảnh 2.2.3 Cấu trúc về không gian

Một trong những đặc trưng của quần xã sinh vật là sự phân bố của các quần thể theo các gradien của các yếu tố môi trường, hình thành nên cấu trúc phân bố trong không gian thành lớp hay tầng theo mặt phẳng nằm ngang (ví dụ rừng nhiệt đới thường gồm 4-5 tầng từ thấp đến cao: thảm rừng chịu sáng kém và ưa ẩm (tầng cây bụi, tầng cây chịu bóng, tầng cây ưa sáng ) Ngay trong mặt phẳng nằm ngang sinh vật cũng thường tập trung ở những nơi có điều kiện sống tốt nhất cho chúng hoặc trong cùng một loài, sinh vật cũng chia thành nơi ở, nơi kiếm ăn riêng

Trong điều kiện tập trung nhiều loài thì mối liên hệ sinh học giữa chúng càng rõ rệt Nếu xuất hiện sự cạnh tranh giữa một số loài nào đó thì buộc chúng phải phân ổ sinh thái nhằm làm giảm sự cạnh tranh Những loài cùng chiếm một ổ sinh thái hoặc những ổ sinh thái giống nhau của những vùng địa lý khác nhau gọi là "sự tương đồng sinh thái"

Trong phân bố theo chiều ngang ta còn gặp những vùng gọi là vùng đệm, đó là những vùng chuyển tiếp giữa hai hoặc hơn hai vùng của hai hoặc hơn hai quần xã khác nhau Vùng đệm thường có diện tích nhỏ hơn hai vùng chính và trong đó có những loài đặc trưng cho vùng đệm và những loài thuộc vùng chúng xâm nhập vào tạo nên phức hệ có nguồn gốc pha tạp Cũng có những trường hợp số lượng loài nào đó và mật độ quần thể của vùng đệm cao hơn so với vùng chính Khuynh hướng làm tăng tính đa dạng và mật độ sinh vật ở biên các quần xã được gọi là

"hiệu suất biên" hay "hiệu suất cạnh" Những vùng đệm như thế có nhiều trong thiên nhiên: vùng cửa sông, vùng trung du

2.2.4 Cấu trúc về dinh dưỡng

Các thành phần của quần xã sinh vật có thể phân thành các nhóm khác nhau, phụ thuộc về phương diện dinh dưỡng Có thể phân loại chúng thành 3 nhóm trong chuỗi dinh dưỡng như sau: 2.2.4.1 Sinh vật sản xuất (P) hay sinh vật tự dưỡng

Đại bộ phận là cây xanh và một số nấm và vi khuẩn, chúng có khả năng sử dụng năng lượng mặt trời, muối khoáng, nước và CO2 để tạo nên hợp chất hữu cơ đầu tiên (gluxit, protit, lipit) 2.2.4.2 Sinh vật tiêu thụ (C)

Hay sinh vật dị dưỡng: tiêu thụ các chất hữu cơ trực tiếp hay gián tiếp từ vật sản xuất, chúng không có khả năng tự sản xuất được chất hữu cơ, được chia thành 3 nhóm:

- Nhóm sinh vật tiêu thụ bậc I: tiêu thụ trực tiếp các sinh vật sản xuất, gồm các động vật ăn

cỏ, ăn cơ thể sinh vật sản xuất, các động vật và thực vật ký sinh trên cây xanh cũng thuộc loại này

- Nhóm sinh vật tiêu thụ bậc II: ăn các sinh vật tiêu thụ bậc I, chúng gồm các động vật ăn thịt, ăn các động vật ăn thịt khác

- Nhóm sinh vật tiêu thụ bậc III: sống bằng sinh vật tiêu thụ bậcII Đó là các động vật ăn thịt, ăn các động vật ăn thịt khác

2.2.4.3 Sinh vật phân huỷ (D)

Chủ yếu là nấm và vi sinh vật, chúng tham gia vào việc phân giải chất hữu cơ từ phức tạp đến đơn giản để trả lại cho môi trường những nguyên tố ban đầu

Mối quan hệ dinh dưỡng từ sinh vật sản xuất đến sinh vật phân huỷ tạo nên chuỗi thức ăn trong quần xã:

Thực vật: Vật tiêu thụ bậc I, Vật tiêu thụ bậc II, Vật tiêu thụ bậc III Sinh vật tiêu hủy

Tổ hợp các chuỗi thức ăn trong thiên nhiên được gọi là lưới thức ăn Chuỗi thức ăn không thể kéo dài vô tận do sự hao phí năng lượng từ bậc dinh dưỡng này tới bậc dinh dưỡng khác Do đó tổng năng lượng chứa trong bậc dinh dưỡng cao lại thấp hơn tổng năng lượng chứa trong bậc dinh dưỡng thấp để hình thành nên tháp năng lượng Về mặt số lượng và sinh vật lượng theo thứ tự các bậc cũng tạo nên tháp tương tự: tháp số lượng và tháp sinh vật lượng Cả ba tháp trên gọi chung là tháp sinh thái (tháp số lượng biểu thị số lượng cá thể của từng loài trong quần xã; tháp sinh vật lượng biểu thị trọng lượng khô hay nhiệt lượng của từng loài Trong nghiên cứu, khi cần nhấn mạnh vai trò của các sinh vật có kích thước nhỏ, người

ta thường dùng tháp số lượng Khi cần nhấn mạnh vai trò của sinh vật có kích thước lớn, người ta thường dùng tháp sinh vật lượng)

III Hệ sinh thái

1 Định nghĩa

Hệ sinh thái là một hệ thống bao gồm các sinh vật tác động qua lại với môi trường bằng các dòng năng lượng tạo nên cấu trúc dinh dưỡng nhất định, sự đa dạng về loài và chu trình tuần hoàn vật chất (sự trao đổi chất giữa các phần tử hữu sinh và vô sinh)

Hệ sinh thái là đơn vị chức năng của cơ bản của sinh thái học bởi vì nó bao gồm cả sinh vật (quần xã sinh vật) và môi trường vô sinh trong đó mỗi phần này lại ảnh hưởng đến phần kia và cả hai đều cần thiết để duy trì sự sống dưới dạng như đã tồn tại trên trái đất

Các hệ sinh thái có qui mô lớn nhỏ rất khác nhau Nó có thể bé như một bể nuôi cá, một hốc cây, trung bình như ao, hồ, đồng cỏ và có thể rộng lớn như đại dương Tập hợp tất cả

hệ sinh thái trên bề mặt trái đất làm thành sinh quyển

2 Cấu trúc của hệ sinh thái

Tham gia cấu trúc của hệ sinh thái bao gồm các thành phần sau đây:

Một hệ sinh thái có thể được mô tả bằng hai cách: cấu trúc theo thành phần và cấu trúc và chức năng

trúc theo chức năng

+ + =

2.1 Cấu trúc thành phần

Hệ sinh thái là một thể thống nhất giữa quần xã sinh vật và môi trường vật lý, hóa học

- Môi trường bao gồm:

+ Những chất vô cơ: C, N2, CO2, O2, H2O

+ Những chất hữu cơ: gluxit, lipit, protit

Môi trường vô sinh

- Các chất vô cơ (C, N, CO2,

H2O, O2 ) tham gia văo chu trnh

tuần hoăn vật chất

- Các chất hữu cơ (protein, gluxit,

lipit liên kết giới vô sinh với hữu

- Sinh vật hoại sinh: vi sinh vật, đất nấm

HỆ SINH

THÁI

+ Sinh vật phân hủy

- Quần xã sinh vật gồm:

+ Sinh vật sản xuất

+ Sinh vật tiêu thụ

+ Sinh vật phân hủy

Hầu hết các hệ sinh thái đều có đầy đủ các thành phần trên, nhưng cũng có hệ

sinh thái không đầy đủ, ví dụ hệ sinh thái đáy nước thiếu vật sản xuất, phải lấy nguồn thức ăn từ

bề mặt, hệ sinh thái đô thị thiếu nguồn cung cấp lương thực, thực phẩm phải lấy từ nông thôn 2.2 Cấu trúc theo chức năng gồm

- Các quá trình chuyển hoá năng lượng

- Chuỗi thức ăn

- Các chu trình sinh-địa-hóa

- Sự phân hóa trong không gian và theo thời gian

- Quá trình phát triển và tiến hóa

- Các quá trình điều khiển

Một hệ sinh thái ổn định là một hệ sinh thái mà 4 phạm trù đầu đạt được trạng thái cân bằng động một cách tương đối, nó cũng là kết quả của các quá trình điều chỉnh, tức là xác lập được sự cân bằng của các mối liên hệ thuận nghịch trong khuôn khổ của chu trình vật chất và dòng năng lượng chung, của tính đa dạng về cẩu trúc và của chuỗi thức ăn

3 Đặc điểm của các hệ sinh thái

Tất cả các hệ sinh thái đều có những đặc điểm cơ bản xác định về cấu trúc và chức năng Quan trọng nhất là tất cả các hệ sinh thái có các thành phần vô sinh và sinh vật, giữa chúng có sự trao đổi năng lượng và vật chất

Trong tự nhiên tồn tại hai loại hệ thống cơ bản, đó là:

- Hệ thống kín: ở đó vật chất và năng lượng trao đổi trong phạm vi hệ thống

- Hệ thống hở: trong đó có các hệ sinh thái, vật chất và năng lượng đi qua ranh giới của hệ thống Vật chất và năng lượng đi vào hệ thống gọi là dòng vào (input), đi ra gọi là dòng ra (output) Vật chất, năng lượng trao đổi giữa các thành phần trong hệ thống gọi là dòng nội lưu Tùy theo mức độ mà sự phân biệt hệ thống kín hay hở có ý nghĩa tương đối, ví

dụ một dòng suối là một hệ thống hở hơn là một hệ thống ao hồ

Sự phản hồi là một đặc điểm của tất cả các kiểu hệ thống (hệ thống kín và hở) Nó xuất hiện khi có sự thay đổi của một trong các thành phần của hệ thống và sau đó bắt đầu một loạt các thay đổi trong các thành phần khác và cuối cùng "phản hồi" trở lại thành phần ban đầu Người ta phân ra hai loại phản hồi: phản hồi tiêu cực và tích cực

- Phản hồi tiêu cực: là trường hợp tương đối phổ biến và là cơ chế để có thể đạt được

và duy trì được sự cân bằng, ổn định trong hệ sinh thái Phản hồi tiêu cực có hiệu ứng làm giảm nhịp điệu thay đổi trong thành phần mà thành phần đó là nguồn gốc của một loạt thay đổi

- Phản hồi tích cực: ít xảy ra hơn Trong phản hồi tích cực, sự thay đổi một thành phần

hệ thống gây ra một loạt thay đổi, cuối cùng dẫn đến việc tăng cường tốc độ thay đổi ban đầu

Vì vậy phản hồi tích cực làm mất cân bằng Hiện tượng ô nhiễm nước trong ao hồ là một ví

dụ tốt về phản hồi tích cực Nước ao hồ bị ô nhiễm làm cho cá chết Khi cá chết thối rữa làm nước bị ô nhiễm hơn và hậu quả ô nhiễm đó lại gây cho cá chết nhiều hơn Như vậy tốc độ cá chết có thể làm tăng quá trình phản hồi tích cực

4 Quá trình tổng hợp và phân hủy các chất trong hệ sinh thái

Hoạt động quan trọng nhất của các hệ sinh thái nói riêng hay trong thiên nhiên nói chung chính là quá trình tổng hợp và phân hủy các chất

4.1 Quá trình tổng hợp các chất hữu cơ

Được thực hiện bởi quá trình quang hợp của các cây xanh, vi khuẩn và một số loài nấm và quá trình hóa tổng hợp của một số nấm và vi khuẩn

+ Quang hợp của cây xanh nhờ năng lượng của ánh sáng mặt trời:

2 2

2 E

men 2

+ Quang hợp của vi khuẩn: không có sự tham gia của nước mà có thể là một chất vô

cơ chứa lưu huỳnh Quá trình quang hợp này không làm xuất hiện oxi phân tử

+ Quá trình tổng hợp không cần ánh sáng mặt trời nhưng lại đòi hỏi oxi để oxi hóa các chất Vi khuẩn hóa tổng hợp lấy năng lượng từ các phản ứng oxi hóa các chất vô cơ đơn giản

để đưa CO2 vào thành phần tế bào, ví dụ:

N++ → N+++; Fe++ → Fe+++

4.2 Quá trình phân hủy

Quá trình ngược lại với quá trình tổng hợp Quá trình phân hủy thông qua các hoạt động như hô hấp của sinh vật để thải ra CO2 hay hô hấp kỵ khí do các vi sinh vật sống hoại sinh, hay sự lên men của các chất hữu cơ do vi sinh vật

Nhờ hai quá trình này diễn ra trong lịch sử của sự sống mà trạng thái môi trường chung biến đổi từ môi trường khử sang môi trường oxi hóa và nhờ quá trình sản xuất chiếm

ưu thế nên trong sinh quyển hình thành nguồn lợi sinh học cũng như nhiều tài nguyên khác như: than đá, dầu mỏ, khí đốt Hai quá trình trên tồn tại xác lập nên tỷ số CO2/O2 ổn định trong khí quyển, thuận lợi cho sự sống

5 Năng lượng trong hệ sinh thái

5.1 Dòng năng lượng

Sự tồn tại các hệ sinh thái hay sinh quyển là nhờ nguồn năng lượng của mặt trời Năng lượng của mặt trời khi xâm nhập vào hệ làm cho hệ vận động (sinh trưởng và phát triển), sản phẩm cuối cùng của hệ là nhiệt và các chất chứa năng lượng được tạo thành mà con người và sinh vật có thể sử dụng cho cuộc sống của mình Cũng như các hệ thống không sống, hoạt động của hệ sinh thái tuân theo các quy luật nhiệt động học: năng lượng chuyển từ dạng này sang dạng khác và mất đi dưới dạng nhiệt hay dưới dạng thế năng khác Hơn thế nữa, năng lượng mặt trời chiếu xuống hành tinh quá dư thừa, song chỉ khoảng 50% xâm nhập vào hệ và thực vật chỉ có thể sử dụng năng lượng này để cho ra tổng năng lượng sơ cấp nguyên khai 0,1-0,4% tổng năng lượng bức xạ mặt trời

5.2 Những khái niệm về năng suất sinh học

5.2.1 Năng suất sinh học (biological productivity) là khả năng về sự hình thành mới các sinh khối một cách liên tục do sự sinh sản và tăng trưởng của sinh vật Như vậy, năng suất sinh học của một hệ sinh thái cao hay thấp phụ thuộc trước hết vào quần xã sinh vật và những điều kiện đảm bảo cho sự tồn tại, sinh trưởng và sinh sản của sinh vật để tạo nên khối lượng sinh vật mới

5.2.2 Sản lượng sinh vật (biological production) là một phần của sản lượng chất hữu

cơ có nguồn gốc sinh vật, tức là một phần chất hữu cơ được tạo ra bởi sinh vật trong một khoảng thời gian xác định và được đo bằng các đơn vị khối lượng hay năng lượng

Sản lượng sinh vật được chia thành sản lượng sinh vật sơ cấp và sản lượng sinh vật thứ cấp

- Sản lượng sinh vật sơ cấp được tạo thành do quá trình quang hợp và hóa tổng hợp của thực vật và một số loài nấm Gồm:

+ Sản lượng sơ cấp thô (Pg): là chất hữu cơ được tạo thành do quang hợp và hóa tổng hợp gồm cả phần sinh vật sản xuất sử dụng cho mình và phần tích tụ lại mà sinh vật dị dưỡng

Bt2 + P(t1 - t2) + Bt1 - P' Trong đó: Bt1 và Bt2 là sinh khối ở thời điểm t1 và t2

P là sản lượng sinh vật, P' là sản lượng sinh vật bị hao hụt trong thời gian từ t1 đến t2

- Sản lượng sinh vật riêng (P/B): là sản lượng sinh vật của một đơn vị sinh khối trung bình trong một khoảng thời gian nhất định Những cơ thể có kích thước nhỏ hệ số này thường lớn, chứng tỏ khả năng tái sản xuất của chúng thường cao so với những sinh vật có kích thước lớn

VI Các chu trình sinh - địa - hóa

Các nguyên tố hóa học bao gồm cả các nguyên tố cơ bản tham gia vào thành phần của chất nguyên sinh, thường tuần hoàn trong sinh quyển theo các con đường đặc trưng Chúng từ môi trường ngoài đi vào cơ thể các sinh vật rồi lại đi ra ngoài môi trường Vòng chuyển động khép kín đó của vật chất được gọi là các chu trình sinh-địa-hóa học Có thể gọi sự vận chuyển của các nguyên tố cần thiết cho sự sống và các hợp chất vô cơ là chu trình các chất dinh dưỡng trong sinh quyển tồn tại hai kiểu chu trình sinh-địa-hóa học:

- Chu trình các chất khí vốn có nguồn dự trữ lớn trong sinh quyển hoặc thủy quyển như chu trình nitơ, CO2 và oxi Các chu trình này có khả năng tự điều chỉnh nhanh khi có sự hủy hoại cục bộ ở mức độ nhất định Ví dụ: ở nơi nào đó có sự tăng cường quá trình oxi hóa hoặc đốt cháy, hàm lượng oxi giảm, còn CO2 dư thừa sẽ nhanh chóng phát tán theo gió, hoặc tăng cường hấp thu CO2 của cây xanh và quá trình tạo thành cacbonat

- Chu trình các chất lắng đọng (trầm tích), đặc biệt có sự tham gia của các nguyên tố như photpho và sắt thì thường rất kém hoàn thiện hoặc dễ bị phá hủy do sự biến đổi cục bộ Đây chính là do các nguyên tố này có nguồn dự trữ nhỏ, thường ít di chuyển trong vỏ quả đất

Vật chất quay vòng tùy thuộc vào hoạt động của các quần xã sinh vật Tốc độ vận động phụ thuộc vào cấu trúc và hoạt động chức năng của quần xã và điều kiện đảm bảo cho hoạt động đó Mỗi nguyên tố trong quá trình chu chuyển có thể hoàn thành toàn bộ chu trình hay chỉ tham gia vào từng công đoạn rồi lại tách ra vào môi trường hay lắng đọng đi vào nguồn dự trữ (than đá, dầu mỏ )

1 Chu trình của các chất khí

1.1 Chu trình toàn cầu của CO2 và H2O

1.1.1 Chu trình CO 2 được hình thành do hô hấp của sinh vật, các phản ứng oxi hóa

và do hoạt động của núi lửa phun ra CO2 là nguyên liệu cho quá trình quang hợp Nhờ hai quá trình tổng hợp và phân hủy các chất mà CO2/O2 ổn định Do hoạt động của con người mà

tỷ số CO2/O2 đang thay đổi (đốt rừng, phát triển công nghiệp, giao thông vận tải ) Đầu thời

kỳ cách mạng công nghiệp hàm lượng CO2 là 290 ppm; 1958 là 315 ppm; 1970 là 321 ppm;

1980 là 335 ppm

1.1.2 Chu trình nước: Nước chứa trong khí quyển không lớn, tốc độ quay vòng

nhanh, thời gian lưu lại ngắn hơn so với CO2 Sự chu chuyển của nước nhờ năng lượng mặt trời Trong chu trình nước có hai vấn đề đáng lưu ý:

- Biển mất nước do bốc hơi lớn hơn lượng nước nhận được do mưa còn trên trái đất liền ngược lại

- Lượng nước ngầm đang bị thu hẹp do hoạt động của con người

1.2 Chu trình của nitơ

Nitơ là khí trơ song do quá trình quang hóa và điện hóa trong thiên nhiên mà nó trở thành nitơ liên kết (NO, NO2) rồi chuyển vào các hệ sinh thái Theo Hutchison (1957): một năm sinh quyển cố định 140-170mg N/m2 Nitơ còn được cố định bởi các vi khuẩn hiếu khí,

kỵ khí, vi khuẩn sống cộng sinh, một số loài tảo Thực vật đã sử dụng nitơ dưới dạng muối để tạo nên sinh chất Những chất chứa nitơ khi bị phân hủy lại trả cho môi trường dưới dạng N2hoặc các muối chứa nitơ

1.3 Chu trình của lưu huỳnh

Lưu huỳnh trong khí quyển ở dạng H2S không lớn như là nguồn lưu huỳnh dự trữ trong đất, chu trình này có nhiều nét rất đặc trưng, có sự phân công cho các nhóm hoàn thành những phản ứng xác định: oxi hóa hoặc khử:

H2S → S → SO4: do vi khuẩn lưu huỳnh không màu, màu xanh hoặc đỏ đảm nhận

SO4 → H2S: do disunfovibrio khử kỵ khí

H2S → SO4: do thiobacillus oxi hóa hiếu khí sulfit

S (hữu cơ) → SO4 → H2S: do vi sinh vật kỵ khí và hiếu khí tương ứng

Khí H2S được thoát lên và vào khí quyển do hoạt động của vi sinh vật ở trầm tích và đáy nước sâu Muối sulfat (SO4) là dạng chủ yếu được sinh vật tự dưỡng khử để đưa lưu huỳnh vào thành phần của protit Trong hệ sinh thái lưu huỳnh được sử dụng không nhiều cho nên ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của động, thực vật không lớn

2 Chu trình photpho và các chất lắng đọng

2.1 Chu trình photpho

Photpho là nguyên tố rất quan trọng tham gia vào các hoạt động chức năng của tế bào và được thực vật hấp thụ dưới dạng P2O5 rồi chuyển hóa trong chuỗi thức ăn và hoàn lại cho môi trường Nguồn dự trữ photpho không lớn và ở dạng quặng hoặc các trầm tích khác của vỏ trái đất, quặng bị phong hóa trở thành photpho rồi trở vào các quần xã sinh vật Sự mất photpho nước rửa trôi vào biển sâu lớn hơn photpho hoàn trả lại cho môi trường nên về lâu dài photpho

sẽ ngày một giảm Ví dụ: hàng năm trên thế giới khai thác 1-2 triệu tấn photpho nhưng hoàn trả lại photpho cho đất chỉ xấp xỉ 60.000 tấn

2.2 Chu trình các chất lắng đọng

Các chất lắng đọng gắn bó với đất nhiều hơn so với các chất khí Sự tuần hoàn của chúng gây

ra do xói mòn, rửa trôi, hoạt động của núi lửa và sự vận chuyển sinh học.Dưới đây là số liệu đánh giá về sự vận chuyển các chất lắng đọng ra biển

V Su phát triên và tiên hóa của hê sinh thái

1 Sự diễn thế

Sự phát triển của hệ sinh thái có tên chung là sự diễn thế sinh thái Đó là sự thay đổi cấu tạo các loài và các quá trình của quần thể theo thời gian Nếu không có tác động hủy hoại từ bên ngoài thì sự diễn thế là một quá trình định hướng và có thể dự đoán được Diễn thế xảy ra do những thay đổi của môi trường vật lý dưới tác động của các quần xã sinh vật và do những mối tương tác cạnh tranh chung sống ở mức quần thể vì vậy diễn thế được kiểm soát bởi các quần thế sinh vật mặc dù môi trường vật lý xác định đặc tính và tốc độ của những biến đổi và cũng thường giới hạn phạm vi của sự phát triển

Như vậy, thực chất của diễn thế là một quá trình thay thế quần xã này bằng một quần

xã khác cho tới khi có được một quần xã ổn định

Quần xã ở giai đoạn khởi đầu của sự diễn thế gọi là quần xã tiên phong, còn quần

xã ổn định cuối cùng gọi là quần xã cao đỉnh

Diễn thế được chia thành nhiều loại:

-Nếu xét về động lực thì diễn thế chia ra thành: tự diễn thế và ngoại diễn thế

+ Tự diễn thế (Autogene succession ) được tạo ra bởi những môi trường tác nội tại

+ Ngoại diễn thế xảy ra do lực của môi trường ngoài (đều đặn: bão,cháy )

- Nếu xét theo giá thể của quần xã có:

+ Diễn thế nguyên sinh: Trước đó chưa có mặt quần xã sinh vật

+ Diễn thế thứ sinh: Trước đã có một quần xã nhưng bị hủy hoại, nay đang thiết lập một quần xã mới

- Dựa vào hai quá trình sản xuất và phân hủy có:

+ Dưỡng thế tự dưỡng (autotrophage succession ): P /R>1

+ Dưỡng thế dị dưỡng (hereophage succession): P/R<1

Trong quá trình diễn thế P/R thay đổi và tiến tới 1 khi hệ sinh thái đạt được trạng thái cao đỉnh và ổn định

Từ quần xã ban đầu (tiên phong) đến trạng thái cao đỉnh xảy ra hàng loạt các giai đoạn với các quần xã chuyển tiếp gọi là dãy diễn thế

Quá trình diễn thế của hệ sinh thái làm thay đổi hàng loạt các chỉ số của 5 phạm trù chính (vấn đề năng lượng, chu trình các nguyên tố tạo sinh, loài, cấu trúc của hệ, tính ổn định) Đó là:

- Sinh thái (B) và lượng mùn bã hữu cơ tăng lên

- P chung tăng nhờ tăng sản lượng sơ cấp, sản lượng thứ cấp ít thay đổi

- PN giảm

- R tăng

- P/R tăng tiến tới 1

- B/P tăng hay P/B giảm

- Chu trình sinh địa hóa ngày một khép kín

- Thời gian quay vòng của các nguyên tố nhanh và trữ lượng các nguyên tố quan trọng tăng lên

- Càng nhiều nguyên tố tạo sinh được duy trì và gìn giữ trong hệ

- Thành phần loài của quần xã thay đổi theo hướng phức tạp hóa

- Mức đồng đều một chỉ số của tính đa dạng của các loài tăng lên

- Kích thước của cơ thể và các giai đoạn của chu kỳ sống tăng lên

- Ở chừng mực đáng kể, các mối tương tác đương, nhất là cộng sinh tăng lên

- Tính chống chịu của hệ tăng lên, tính mềm dẻo giảm

- Hiệu suất sử dụng năng lượng và các nguyên tố tạo sinh tăng

2 Quần xã cao đỉnh (climax)

Là quần xã cuối cùng hay ổn định của dãy diễn thế Về lý thuyết quần xã cao đỉnh duy trì rất lâu và tất cả các thành viên có cấu trúc của nó cân bằng với nhau và cân bằng với môi trường vật lý Ở quần xã cao đỉnh P/R tiến tới 1./

Câu hỏi lượng giá cuối bài

1 Trình bày cấu trúc, thành phần và năng lượng trong các hệ sinh thái

2 Nêu quần thể sinh vật và những đặc trưng của quần thể sinh vật

3 Mô tả các chu trình sinh địa hóa

4 Trình bày sự diễn thế của quần thể sinh vật

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Bộ Giáo dục và Đào tạo, Thư viện giáo trình điện tử, Giaotrinh.khoahocmoitruong

http://ebook.edu.net.vn,

2 Lê Thạc Cán (1995), Cơ sở khoa học môi trường, Viện Đại học Mở Hà Nội

3 Cao Liêm, Phạm Văn Khê, Nguyễn Thị Lan (1998), Sinh thái học Nông nghiệp và bảo vệ

môi trường, NXB Nông nghiệp

4 Lưu Đức Hải ( 2001), Cơ sở khoa học môi trường, NXB ĐHQG Hà Nội

5 Mai Trọng Nhuận, 2002 Địa hóa môi trường NXB ĐHQG Hà Nội

6 Vũ Trung Tạng (2000), Cở sinh thái học, Nhà xuất bản giáo dục

7 Mai Đình Yên (2000), Cơ sở sinh thái học, Nhà xuất bản giáo dục

8 Begon, M.,J.L.Harper, C.R.Townsend (2005), Ecolgy: Individuals, Populations and Communities, Blachwell Science