Thủy Thủy quyển quyển tt tt:: chứa hầu hết các nguyên tố hóa học của vỏ trái đất, trong đó muối kiềmvà kiềm thổcó nồng độ lớn nhất, trung bình 35g muối/1lít chủ yếu NaCl biển không p
Trang 1HỆ SINH THÁI
ECOSYSTEM
I.
I Các Các thành thành phần phần ccơ ơ bản bản của của môi môi tr
trườ ường ng trái trái đấ đấtt::
1 Thạch Thạch quyển quyển – – Lithosphere Lithosphere::
là vỏ cứng trái đất (crust) có cấu trúc dày mỏng khác nhau gồm vỏ lục địa và vỏ đại dương
vỏ đại dương có thành phần đá giàu SiO2,FeO, MgO (đá basalt), dày trung bình 8km
vỏ lục địa gồm đá basalt dày 1 – 2km nằm ở dưới
và các đá khác (granit, sienit, … giàu SiO2, Al2O3 bên trên) thường rất dày, trung bình 35km
biến: O, Si, Al, Fe, Mg, Ca, Na, K)
2 Thủy Thủy quyển quyển – – Hydrosphere Hydrosphere::
là lớp vỏ lỏng không liên tục bao gồm nước ngọt,
nước mặn ở 3 trạng thái cứng, lỏng, và hơi
khối lượng thủy quyển khoảng 1,4.1018 tấn (=7%
trọng lượng thạch quyển), đại dương chiếm 97,4%
thủy quyển
hiế diệ tí h 361 t iệ k 2(70 8%) bề ặt t ái
chiếm diện tích 361 triệu km2(70,8%) bề mặt trái
đất, độ sâu trung bình 3800m, chủ yếu là các đại
dương
tỷ trọng nước biển từ 1,0275 – 1,022, nhiệt độ
trung bình năm bề mặt đại dương 17,5oC
mực nước biển tương đối ổn định, nhưng thay đổi
mạnh theo thời kỳ địa chất
2 Thủy Thủy quyển quyển ((tt tt))::
chứa hầu hết các nguyên tố hóa học của vỏ trái
đất, trong đó muối kiềmvà kiềm thổcó nồng độ
lớn nhất, trung bình 35g muối/1lít (chủ yếu NaCl)
biển không phẳng lặng luôn bị biến động bởi sóng,
thủy triều và dòng chảy
hệ thống dòng chảy biển có tác dụng quan trọng
đến thời tiết, khí hậu, cung cấp dinh dưỡng cho
sinh vật biển và giao thông (hiện tượng El Nino và
La Nina)
nước ngọt lục địa 33,5.1015tấn (=2,3%) nhưng có
vai trò quan trọng đối với đời sống trên mặt đất Các Các thành thành phần phần ccơ ơ bản bản của của cấu cấu
trúc trúc trái trái đấ đất ( t (không không có có tỷ tỷ lệ lệ))
Trang 2Mantle dưới Mantle trên
ể Thạch quyển
-vỏ trái đất Thủy quyển
Nhân ngoài
Nhân trong
3 Khí Khí quyển quyển – – Atmosphere Atmosphere::
là lớp vỏ ngoài trái đất, ranh giới dưới là bề mặt thủy quyển, thạch quyển, ranh giới trên là khoảng không giữa các hành tinh
hình thành do sự thoát hơi nước và các khí từ thủy quyển và thạch quyển
có cấu trúc phân lớp đặc trưng gồm các tầng (từ
có cấu trúc phân lớp đặc trưng gồm các tầng (từ dưới lên): đối lưu, bình lưu, trung gian, tầng nhiệt, tầng điện ly
tầng đối lưu dày trung bình 15km chứa nhiều hơi nước, bụi và các hiện tượng thời tiết chính
không khí giàu ozon (O3)
Tầng điện ly
Tầng nhiệt (70 – 420Km)
Các thành phần cơ bản của khí quyển và
độ dày của các tầng
Tầng trung gian (40 – 70Km) Thiên thạch bị đốt cháy
Tầng bình lưu (10 – 40Km) có khí ozon Tầng đối lưu (0 – 10Km) có các hiện tượng thời tiết xãy ra
3 Khí Khí quyển quyển ((tt tt))::
lượng khí chứa trong tầng đối lưu, bình lưu (5.1015tấn) gồm: N2, O2, H2O, CO2, H2, O3, NH4, các khí trơ
độ cao 25km tầng bình lưu có lớp ozon (O3) có khả năng ngăn chặn tia tử ngoại (0,28μm) khả năng ngăn chặn tia tử ngoại (0,28μm)
các hoạt động công nghiệp của con người tạo ra các khí CFC, CH4, NO, NO2phá hủy ozon (biến O3 thành O2)
khí quyển tiếp nhận 60 – 70% năng lượng từ mặt trời, dùng cho cây xanh quang hợp, phần khác là nguyên nhân tạo ra tuần hoàn nước
Trang 3Hiệu ứng ứng nhà nhà kính kính – – Greenhouse Greenhouse effect effect ::
bức xạ nhiệt (0,5μm) phát ra từ mặt trời xuyên
qua khí quyển làm trái đất có nhiệt độ ổn định
cân bằng trong suốt một thời gian dài
các hoạt động công nghiệp của con người tạo ra
các khí CO2, CFC, CH4, NO2, SO2có khả năng hấp
thụ mạnh các bước sóng từ 3 8μ - 18μm dẫn đến
thụ mạnh các bước sóng từ 3,8μ - 18μm dẫn đến
gia tăng nhiệt độ khí quyển Ö hiệu ứng nhà kính
CO2tăng gấp đôi nhiệt độ trái đất tăng 3oC, năm
2050 nhiệt độ tăng từ 1,5 – 4,5oC, dẫn đến nhiều
hậu quả thay đổi khí hậu, mùa, thời tiết và đời
sống sinh vật
Hiệu
(a) Nồng độ CH4trong khí quyển suốt thế kỷ 20 – (b) Đánh giá
sự nóng lên toàn cầu từ năm 1850 – 1990 gây ra bởi CO2và
các khí khác (theo Khalil, 1999)
4 Sinh Sinh quyển quyển – – Biosphere Biosphere::
toàn bộ thế giới sinh vật cùng với các yếu tố của môi trường bao chung quanh chúng
xuất hiện vào đại thái cổ khoảng 3 tỷ năm, số loài sinh vật ngày càng tăng, để lại nhiều loại khoáng sản, đất đá: dầu mỏ, than đá, đá trầm tích …
i h khối ướ tí h 1014 2 1016tấ
sinh khối ước tính n.1014– 2.1016tấn
bao gồm các hệ thống tương tác giữa sinh vật và môi trường vô sinh gọi là hệ sinh thái
(abiotic) và sinh vật (biotic)
t/p sinh vật gồm: sản xuất, tiêu thụ, phân hủy
Trang 4Sơ ơ đồ đồ cấu cấu trúc trúc ccơ ơ bản bản Sinh Sinh quyển quyển – – Biosphere Biosphere Biosphere
Ecosystems
Communities
Populations
Organisms
T
Từ ừ cá cá thể thể đế đến n sinh sinh quyển quyển
II.
II.Sinh Sinh quyển quyển và và sinh sinh đớ đớii::
1 Sinh Sinh quyển quyển::
là một quyển đặc biệt của trái đất có tồn tại sự
sống, đan xen vào thạch quyển, thủy quyển và
khí quyển
thành phần chủ yếu là 3 nguyên tố: C, H, Op y g y , ,
được chia thành các vùng đặc thù về khí hậu, hệ
động thực vật, và kiểu đất gọi là sinh đới (biome)
Sinh quyển, màu lục chlorophyll a của đại dương, xanh lá của đất liền có mật độ sinh khối lớn
2 Sinh Sinh đớ đớii::
có khoảng 12 sinh đới, trong mỗi sinh đới có các
hệ sinh thái ổn định tương tác với nhau
các sinh đới chính bao gồm:
cSinh đới tundra (đồng rêu) phân bố vùng cực,
nhiệt độ lạnh quanh năm trừ mùa hè (3 tháng),
hệ thự ật ồ ê đị â b i hỏ hệ
hệ thực vật gồm rêu, địa y, cây bụi nhỏ …hệ
động vật nghèo nàn gồm các sinh vật chịu lạnh
dSinh đới taiga (rừng ôn đới) phân bố vùng khí
hậu ôn đới, hệ thực vật gồm cây thân gỗ, cây lá
kim, sồi, giẻ, thông, bạch dương; hệ động vật
phong phú: thú ăn cỏ, ăn thịt, chim các loại
Sinh đới tundra và các thực vật của nó
Sinh đới taiga và các thực vật của nó
Trang 5 các sinh đới chính (tt):
eSinh đới thảo nguyên (grassland) phân bố
vùng có mùa khô dài, lượng mưa nhỏ, hệ thực
vật gồm các cây thân cỏ, hệ động vật bao gồm
các loài ăn cỏ và loài ăn thịt
fSinh đới sa mạc(desert)phân bố vùng khí hậu
khô hạn hệ thực vật nghèo bộ rễ phát triển;
hệ động vật nghèo gồm các thú vãng lai
gSinh đới rừng nhiệt đới (tropical forest) phân
bố vùng Nam Mỹ, Trung Phi, Nam Á, ĐNÁ, hệ
thực vật, động vật rất phong phú Tổng sinh
khối rừng nhiệt đới rất lớn
Sinh đới thảo nguyên grassland bang Kansas
1 – 2 Rừng nhiệt đới
3 Rừng ngập nước
3
Bản Bản đồ đồ các các sinh sinh đớ đớii trên trên thế thế gi giớ ớii
các sinh đới chính (tt):
hSinh đới savan phân bố vùng nhiệt đới, lượng
mưa nhỏ, hệ thực vật gồm các cây thân cỏ, hệ
động vật phong phú bao gồm các loài ăn cỏ và
loài ăn thịt
iSinh đới vùng nước, sinh đới thủygồm sinh đới
thủy vực nước ngọt thềm lục địa đáy biển
thủy vực nước ngọt, thềm lục địa, đáy biển
Phân bố theo độ sâu, to, độ mặn …
Sinh đới savane
Sinh đới thủy - hệ sinh thái biển
Trang 6Các dạng biome phân bố theo độ cao, nhiệt độ và sự khơ cằn
III.
III Hệ Hệ sinh sinh thái thái và và quan quan hệ hệ giữa giữa các các nhân
nhân tố tố sinh sinh thái thái::
1 Hệ Hệ sinh sinh thái thái::
là hệ thống bao gồm các quần thể sinh vật và các thành phần mơi trường bao quanh tương tác với nhau
cĩ hai loại nhân tố:
Nhân tố vô
sinh (Abiotic
factors)
môi trường
Những chất vô cơ (C, P, N, CO2, H2O, v.v ): tham
gia vào chu tuần hoàn vật chất
Những chất hữu cơ (protein, gluxit, lipit, chất
mùn, v.v ) liên kết các thành phần hữu sinh và
vô sinh
Chế độ khí hậu (nhiệt độ và các yếu tố vật lý
kh ù )
Các thành phần của hệ sinh thái
khac)
Nhân tố hữu
sinh (Biotic
factors)
sinh vật
Sinh vật sản xuất (SV tự dưỡng): chủ yếu là thực
vật tổng hợp chất hữu cơ từ chất vô cơ
Sinh vật tiêu thụ (SV dị dưỡng): Sử dụng chất hữu
cơ trực tiếp hay gián tiếp từ SV sản xuất (SV sơ
cấp: ăn thực vật, SV thứ cấp: ăn động, thực vật)
Sinh vật hoại sinh (vi khuẩn, nấm): phân hủy chất
hữu cơ thành vô cơ
2 Quan Quan hệ hệ giữa giữa các các nhân nhân tố tố sinh sinh thái thái::
Các thành phần vơ sinh (yếu tố mơi trường sống):
•mơi trường vật lý (ẩm độ, nhiệt độ, dịng chảy…)
•mơi trường hĩa học (oxy, khống chất, pH…)
•địa hình, cảnh quan
Các thành phần hữu sinh (các sinh vật): tương tác
Các thành phần hữu sinh (các sinh vật): tương tác giữa các quần thể sinh vật, bao gồm các quan hệ:
nhau, nhưng lồi này khơng làm lợi hoặc gây hại cho
sự phát triển số lượng của lồi kia Ví dụ: chim và
động vật ăn cỏ
¾ Quan hệ lợi một phía:hai lồi sinh vật sống cạnh
nhau, lồi thứ nhất lợi dụng điều kiện do lồi thứ hai
đem lại nhưng khơng gây hại cho lồi thứ nhất Víạ g g g y ạ
dụ: vi khuẩn cố định đạm rễ họ đậu, vi khuẩn đường
ruột động vật
¾ Quan hệ ký sinh:giữa một lồi (ký sinh) sống dựa
vào lồi khác (ký chủ), gây hại cĩ thể giết chết ký
chủ Ví dụ: giun, sán
lồi kia là con mồi
¾ Quan hệ cộng sinh:hai lồi sinh vật sống dựa vào nhau, lồi thứ này đem lại lợi ích cho lồi kia và ngược lại Ví dụ: tảo và địa y; chim rỉa thịt và cá sấu
vật cạnh tranh về nguồn thức ăn và khơng gian sống Quan hệ này cĩ thể dẫn đến sự tiêu diệt một lồi Ví dụ quan hệ giữa các lồi ăn cỏ, ong nhập nội ong địa phương
¾ Quan hệ hạn chế:lồi thứ nhất đem lại lợi ích cho lồi kia, lồi thứ hai khi phát triển lại hạn chế phát triển lồi thứ nhất Ví dụ: dây leo và cây thân gỗ
Trang 7IV Sự Sự chuyển chuyển hóa hóa vật vật chất chất trong trong hệ hệ
sinh
sinh thái thái::
1 Chuỗi Chuỗi,, llướ ướii thức thức ăăn n và và bậc bậc dinh dinh d dưỡ ưỡng ng::
Các thành phần của sinh vật trong hệ sinh thái có
sự trao đổi vật chất, năng lượng và thông tin
Quan hệ dinh dưỡng của các thành phần sinh vật
được thực hiện bằng chuỗi và lưới thức ăn
Chuỗi thức ăn (food chain) là dòng chuyển động
vật chất và năng lượng của hệ sinh thái bắt đầu
bằng thực vật, kết thúc ở sinh vật tiêu thụ bậc
cao và sinh vật phân hủy
Có hai loại chuỗi thức ăn: thực vật và phân hủy
1 Chuỗi Chuỗi,, llướ ướii thức thức ăăn n và và bậc bậc dinh dinh d dưỡ ưỡng ng ((tt tt))::
Lưới thức ăn (food web)là tập hợp các chuỗi thức
ăn cùng tồn tại trong hệ sinh thái
Trong mạng lưới thức ăn, một loài sinh vật có thể giữ các vị trí dinh dưỡng khác nhau trong các chuỗi thức ăn khác nhau
Bậc dinh dưỡng (trophic level)bao gồm các mắt xích thức ăn thuộc thành phần của chuỗi thức ăn như: sinh vật cung cấp, sinh vật tiêu thụ cấp 1, 2, sinh vật phân hủy
Các
Các thíthí dụdụ vềvề chuỗichuỗi ththứức c ăănn
Lưới thức ăn điển hình trên cạn
Lưới thức ăn ở sinh đới taiga
Lưới thức ăn điển hình ở biển
Trang 82 Tháp Tháp sinh sinh thái thái học học::
Phân tích số lượng cá thể, sinh khối hoặc năng
lượng theo các bậc dinh dưỡng từ thấp lên cao
sắp xếp theo dạng hình tháp
Tháp sinh thái học được biểu diễn bằng các hình
chữ nhật chồng lên nhau có cùng chiều cao, chiều
dài phụ thuộc vào số lượng hay năng lượng của
cùng một bậc dinh dưỡng
Có 3 loại tháp sinh thái học: số lượng, sinh khối
và năng lượng
nhất, các bậc dinh dưỡng được trình bày dưới
dạng số năng lượng tích lũy
3 Ví Ví dụ dụ::
Tháp sinh thái của ao, hồ Việt Nam của tác giả Vũ Trung Tạng
Cá lớn 4 Kcal/m 2 /năm
Tháp sinh thái của ao hồ Việt Nam
Động vật trôi nỗi 400 Kcal/m 2 /năm
40 Kcal/m 2 /năm
Cá nhỏ
4 Khả Khả n năăng ng ttự ự cân cân b bằằng ng của của hệ hệ sinh sinh thái thái::
Hệ sinh thái có khả năng tự duy trì và tự điều
chỉnh để giữ tính ổn định, bao gồm:
9duy trì số lượng các loài sinh vật
9duy trì số lượng cá thể trong quần thể
9duy trì sự cân bằng giữa các yếu tố vô sinh và
ữ
hữu sinh
Khả năng tự duy trì và tự điều chỉnh tính ổn định
nhờ 3 cơ chế:
9tốc độ dòng năng lượng (↑↓ quang hợp, hô hấp)
9tốc độ chuyển hóa vật chất (phân hủy, SĐHóa)
9tính đa dạng sinh học của hệ (loài thay thế)
V.
V Dòng Dòng n năăng ng llượ ượng ng và và n năăng ng suất suất sinh
sinh học học của của hệ hệ sinh sinh thái thái::
1 Dòng Dòng n năăng ng llượ ượng ng::
Chủ yếu là năng lượng mặt trời, phần khác năng lượng năng lượng từ lòng đất (hóa thạch, ph xạ)
hấp thụ, chuyển thành chất hữu cơ, tiếp tục theo chuỗi thức ăn đi đến các thành phần khác của hệ
Năng suất sinh họccủa hệ sinh thái là khả năng chuyển hóa năng lượng mặt trời hoặc năng lượng chứa trong thức ăn ban đầu thành sinh khối
Sơ đồ phân bố năng lượng của mặt trời trên trái đất
Năng suất sinh học sơ cấp thô (GPP) là năng lượng mặt trời được thực vật quang hợp chuyển hóa thành các chất hữu cơ chứa trong cơ thể và năng lượng để duy trì sự sống
Năng lượng sơ cấp tinh (NPP)là năng lượng mặt trời được thực vật tổng hợp và chứa trong các chất hữu cơ
GPP = NPP + R (năng lượng dùng cho hô hấp)
GPP được tính theo đơn vị kg/ha/năm (vật chất khô) hoặc kj/m2/năm (năng lượng)
1018kj/năm, mỗi người tiêu thụ 4,2x109kj/năm Ö
số lượng người đủ năng lượng: 25 tỷ người
Trang 9VI Sự Sự phát phát triển triển và và tiến tiến hóa hóa của của các các
hệ
hệ sinh sinh thái thái::
1 Sự Sự phát phát triển triển của của hệ hệ sinh sinh thái thái::
Các quá trình phát triển trong tự nhiên thường
tuân theo nguyên lý 2 của nhiệt động học:trình
tự diễn biến là quá trình tăng entropi (ds≥0), hay
gia tăng trạng thái hỗn loạn vô trật tự
Sự phát triển hệ sinh thái tự nhiên (HSTTN) khác
biệt với quá trình tự nhiên khác, tăng dần độ trật
tự hay giảm entropi (ds<0) theo thời gian
giảm thiểu tiêu thụ năng lượng để duy trì sự sống bằng cách giảm tăng trưởng, không tăng số loài
P/R Ö 1 và P/B Ö 0
o P (Production): năng suất sơ cấp
o R (Respiration): năng lượng hô hấp
HST
2 Sự Sự tiến tiến hóa hóa của của hệ hệ sinh sinh thái thái::
Sự phát triển của hệ sinh thái và các quần xã sinh
vật tuần tự từ dạng này qua dạng khác gọi là
hậu, thổ nhưỡng và địa chất hoặc giá thể)
Có 3 loại diễn thế:
o Diễn thế nguyên sinh (primary succession):
khởi đầu từ một môi trường trống Ö quần xã
tiên phong Ö các quần xã trung gian Ö quần
xã đỉnh cực (climax) Quần xã đỉnh cực có sự
cân bằng sinh thái giữa quần xã và ngoại
cảnh, tỷ lệ P/R=1, P/B=0
Thí dụ 1 diễn thế nguyên sinhtừ hồ thành rừng cây trong đó quần xã tiên phong là các thực vật sống vùng ngập nước
Thực vật đầm lầy lấp dần đáy ao Cây liễu (đa số)
Rừng đỉnh cực
Thí dụ 2 diễn thế nguyên sinhtừ hồ thành rừng cây
o Diễn thế thứ sinh (secondary succession):xuất hiện ở một môi trường đã có ở một quần xã Ö quần xã bị hủy hoại Ö thay thế dần bởi quần
xã trung gian Ö quần xã đỉnh cực (climax)
o Diễn thế phân hủy (disintegrated succession): không dẫn đến quần xã đỉnh cực, môi trường dần dần biến đổi theo hướng bị phân hủy qua
mỗi quần xã trong diễn thế Đây là diễn thế của quần xã trên thân cây ngã hay trên xác của động vật
3 Nguyên Nguyên nhân nhân diễn diễn thế thế::
Do kết quả tương tác giữa quần xã và ngoại cảnh
Do hoạt động của con người
Trang 101998
2002
2004
Diễn thế thứ sinh ở khu rừng khai thác gỗ sau 8 năm
Lỗ bọ cánh cứng sừng dài
Chạm trổ của bọ cánh Phòng nghệ thuật kiến mộc Mối và kiếnthợ mộc
Nấm mục khô
Sinh vật ăn mãnh vụn Sinh vật phân hủy
Nấm
Gỗ phân hủy thành bột
Tiến trình phân hủy Bột gỗ do sinh vật phân hủy trả lại cho đất Diễn
Diễn thếthế phânphân hủyhủy trêntrên thânthân câycây mụcmục
VII.
VII Sự Sự ttăăng ng tr trưở ưởng ng và và tự tự đ điều iều chỉnh chỉnh
các
các quần quần thể thể sinh sinh vật vật::
1 Nguyên Nguyên lý lý 1 1::Trong điều kiện không có giới hạn
về không gian và nguồn thức ăn, tốc độ tăng
trưởng của quần thể có thể biểu diễn bằng
phương trình:N t = N o e r*t
• Nosố lượng cá thể ban đầu của quần thể
• Ntsố lượng cá thể tại thời điểm t
• r*là hệ số tăng trưởng nội tại của quần thể
• đường biểu diễn số lượng cá thể sinh vật của
quần thể trong trường hợp r>0 (hình j) r<0
(hình S ngược)
2 Nguyên Nguyên lý lý 2 2::Trong điều kiện sự phát triển của quần thể sinh vật bị giới hạn về không gian và nguồn thức ăn, số lượng cá thể sinh vật của quần thể bị giới hạn bởi khả năng mang (threshold) K của hệ sinh thái
3 Nhận Nhận xét xét::quần thể có 2 cách tăng trưởng và tự điều chỉnh:
lượng cá thể, thích hợp với các loài sinh vật yếu, khích thước nhỏ
Phát triển quần thể K có nội dung là giữ số lượng
cá thể sinh vật ở mức thích hợp, nhỏ hơn khả năng mang của hệ sinh thái đối với các loài sv có tính cạnh tranh cao, kích thước lớn
VIII.
VIII.Tác Tác độ động ng của của con con ng ngườ ườii đế đến n hệ hệ
sinh
sinh thái thái::
1 Tác Tác độ động ng vào vào ccơ ơ chế chế tự tự ổn ổn đị định nh,, tự tự cân cân
bằng
bằng của của hệ hệ sinh sinh thái thái::
Hệ sinh thái ổn định có tỷ lệ P/R=1 và P/B=0
Con người tạo ra hệ sinh thái nhân tạo có tỷ lệg ạ ệ ạ ỷ ệ
P/R>1 và P/B>0 không tự cân bằng và ổn định,
để duy trì chúng phải bổ sung thêm năng lượng:
sức lao động, xăng dầu, phân bón (đồng cỏ,
đồng lúa, vườn rau, quả)
2 Tác Tác độ động ng vào vào sự sự cân cân bằng bằng của của các các chu chu trình trình sinh
sinh đị địaa hóa hóa tự tự nhiên nhiên::
thêm nhiều khí CO2, SO2…làm thay đổi cân bằng sinh thái tự nhiên của trái đất
đậpập
Chuyển đất rừng thành đất nông nghiệp
Cải tạo đầm lầy thành đất canh tác
công nghiệp, đô thị
Gây ô nhiễm môi trường nhiều dạng