Sự phát triển gây hại của vi sinh vật ngoại lai

Sự phát triển gây hại của vi sinh vật ngoại lai

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN –ĐHQGHN

KHOA MÔI TRƯỜNG

-o0o -TIÓU LUËN

Sù ph¸t triÓn g©y h¹i cña sinh vËt

ngo¹i lai

Nhóm 5

Giảng viên hướng dẫn: GS.TS Lưu Đức Hải

Hà Nội, Tháng 5 năm 2014

MỤC LỤC

Tổng quan

Sự mất mát đa dạng sinh học đã và đang là mối lo chung của nhân loại Trong nhiều nguyên nhân gây tổn thất đa dạng sinh học, các loài sinh vật ngoại lai xâm hại được coi là một trong những mối đe doạ nguy hiểm nhất Nhận ra được điều này, Công ước Đa dạng Sinh học đã dành hẳn một khoản trong điều 8 (khoản 8(h)) để kêu gọi các bên tham gia công ước: "Ngăn chặn sự du nhập, kiểm soát hoặc diệt trừ các loài ngoại lai gây hại cho các hệ sinh thái, nơi sống hoặc các loài sinh vật bản địa"

Theo Công ước Đa dạng sinh học được thông qua tại Hội nghị thượng đỉnh Trái Đất năm 1992 tại Rio de Janeiro (Việt Nam tham gia theo quyết định 279/ QĐ-CTN của Chủ tịch nước ngày 17 tháng 10 năm 1994 về việc phê chuẩn Công ước Đa dạng sinh học) thì sinh vật ngoại lại được định nghĩa như sau: Sinh vật ngoại lai (Ailen species) là một loài, phân loài hoặc taxon phân loại thấp hơn, kể cả một bộ phận cơ thể bất kỳ (giao

tử, trứng, chồi mầm) có khả năng xuất hiện sống sót và sinh sản, bên ngoài vùng phân bố

tự nhiên (trước đây hoặc hiện nay) và phạm vi phát tán tự nhiên của chúng Sinh vật ngoại lai xâm lấn (Invasive Ailen species) là một loài sinh vật lạ đã thích nghi, phát triển, tăng nhanh số lượng cá thể trong hệ sinh thái hoặc nơi sống mới và là nguyên nhân gây ra sự thay đổi về cấu trúc quần xã, đe dọa đến đa dạng sinh học bản địa

Đến cuối năm 2008 thuật ngữ sinh vật ngoại lai xâm hại mới được cụ thể hóa trong văn bản luật của nước ta Bộ luật Đa dạng sinh học đã được Quốc hội thông qua tại kỳ họp thứ tư Quốc hội Khóa XII và chính thức có hiệu lực kể từ 01/07/2009 Theo đó tại khoản 19, điều 3, chương 1 định nghĩa: Loài ngoại lai xâm hại là loài ngoại lai lấn chiếm nơi sinh sống hoặc gây hại đối với các loài sinh vật bản địa, làm mất cân bằng sinh thái tại nơi chúng xuất hiện và phát triển Sinh vật ngoại lai xâm hại có thể gây hại đến các loài bản địa thông qua cạnh tranh nguồn thức ăn (động vật); ngăn cản khả năng gieo giống, tái sinh tự nhiên của các loài bản địa (thực vật) do khả năng phát triển nhanh, mật độ dày đặc; cạnh tranh tiêu diệt dần loài bản địa, làm suy thoái hoặc thay đổi tiến tới tiêu diệt luôn cả loài bản địa

1 Khái niệm sinh vật ngoại lai xâm hại

Sinh vật ngoại lai xâm hại trước hết là những loài không có nguồn gốc bản địa Khi được đưa đến một môi trường mới, một loài ngoại lai có thể không thích nghi được với điều kiện sống và do đó không tồn tại được Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp khác, do thiếu vắng các đối thủ cạnh tranh và thiên địch như ở quê nhà cùng với điều kiện sống thuận lợi, các loài này có điều kiện sinh sôi nảy nở rất nhanh và đến một lúc nào đó phá

vỡ cân bằng sinh thái bản địa và vượt khỏi tầm kiểm soát của con người Lúc này nó trở thành loài ngoại lai xâm hại

Sinh vật ngoại lai xâm hại có thể bao gồm các loài sinh vật ở tất cả các nhóm phân loại chính, như vi rút, nấm, tảo, rêu, dương xỉ, thực vật bậc cao, động vật không xương sống, cá, lưỡng cư, bò sát, chim và động vật có vú được du nhập vào môi trường mới khác với nơi phân bố tự nhiên ban đầu của chúng và gây ra các thiệt hại về kinh tế, sức khỏe con người và môi trường

Sinh vật ngoại lai xâm hại là một loài sinh vật lạ đã thích nghi, phát triển, tăng nhanh số lượng cá thể trong hệ sinh thái hoặc nơi sống mới và là nguyên nhân gây ra sự thay đổi về cấu trúc quần xã, suy giảm các loài bản địa và đe dọa đến đa dạng sinh học bản địa

Do nhiều nguyên nhân khác nhau, một số lượng lớn các loài động thực vật đã được chuyển đến sống ở ngoài khu phân bố tự nhiên lâu đời trước đây của chúng Ở môi trường sống mới, trong nhiều trường hợp, do diêu kiện sống không phù họp hay bị cạnh tranh mạnh của loài bản địa, các loài sinh vật mới đến không tồn tại hoặc phát triển được Tuy nhiên, nhiều khi, do thiếu vắng các đối thủ cạnh tranh và thiên địch như ở quê hương cũ, lại gặp nhiều điều kiện sống thuận lợi (như khí hậu, đất đai ), các loài mới du nhập có điều kiện sinh sôi, nảy nở rất nhanh và tiến một lúc nào đó, chúng phá vỡ cân bằng sinh thái của môi trường sống mới và vượt khỏi tầm kiểm soát của con người Lúc đó, các loài mới này trở thành loài xâm hại Sự phát triển quá mức và khó kiểm soát của chúng gây nên những hậu quả xấu đối với môi trường và đa dạng sinh học bản địa như lấn át, loại trừ

và làm suy giảm các loài sinh vật và nguồn gen, phá vỡ cấu trúc và chức năng của hệ sinh thái, phá hại mùa màng, làm giảm năng suất cây trồng, vật nuôi, thậm chí ảnh hưởng cả

đến sức khoẻ con người Các loài nêu trên được gọi là loài ngoại lai xâm hại, loài xâm nhập hoặc loài sinh vật lạ xâm lấn (Invasive alien species) Sinh vật ngoại lai: là một loài,

phân loài hoặc một taxon (bậc phân loại) thấp hơn, kể cả bất kỳ một bộ phận, giao tử hoặc chồi mầm có khả năng sống sót và sinh sản nào, xuất hiện bên ngoài vùng phân bố tự nhiên trước đây hoặc hiện nay và phạm vi phát tán tự nhiên của chúng Sinh vật ngoại lai xâm hại: là một loài sinh vật ngoại lai đã thích nghi và phát triển trong một hệ sinh thái hoặc nơi sống tự nhiên hoặc nửa tự mới và là nguyên nhân gây ra sự thay đổi và đe dọa da dạng sinh học bản địa, Theo (IUCN, 2001)

2 Con đường du nhập của các loài ngoại lai

Cùng với sự phát triển của giao thông vận tải và hoạt động thương mại giữa các nước, các địa phương, con người đã mang theo một cách vô tình hay hữu ý các loài sinh vật từ nơi này đến nơi khác, thậm chí đến cả những vùng rất xa quê hương của chúng Nhiều loài sinh vật lây nhiễm hoặc trà trộn trong hàng hoá, phương tiện vận chuyển, thậm chí trên quần áo, giày dép rồi được con người mang theo đến môi trường sống mới một cách vô tình, không chủ định Nhiều loài khác lại được con nguời du nhập cho một mục

đích hẹp, như nghiên cứu khoa học, làm cảnh, rồi sau đó được phát tán ra ngoài Con người cũng đã chủ động du nhập nhiều loài sinh vật nhằm phục vụ cho các mục đích như trồng trọt, chăn nuôi và lâm nghiệp.v.v , rồi sau đó chúng trỏ thành các loài có hại

Sinh vật ngoại lai có thể xâm nhập vào một môi trường sống mới bằng nhiều cách

Nó có thể đi theo con đường tự nhiên như theo gió, dòng biển và bám theo các loài di cư, nhưng quan trọng hơn cả là do hoạt động của con người Cùng với sự phát triển của giao thông vận tải và hoạt động thông thương, con người đã mang theo, một cách vô tình hay hữu ý, các loài sinh vật từ nơi này đến nơi khác thậm chí đến những vùng rất xa quê hương của chúng Việc kiểm soát sự du nhập của chúng là rất khó, đặc biệt là đối với các trường hợp du nhập một cách vô thức Các loài này có thể trà trộn trong hàng hoá, sống trong nước dằn tàu, bám vào các phương tiện vận tải như tàu thuyền và nhờ đó được mang đến đến môi trường sống mới Nhiều loài được du nhập một cách có chủ ý cho các mục đích kinh tế, giải trí, khoa học nhưng do không được kiểm tra và kiểm soát tốt đã bùng phát và gây ra nhiều tác hại nặng nề Chúng ta vẫn chưa quên được trường hợp ốc

bươu vàng (Pomacea sp.) Được nhập khẩu vào nước ta khoảng 10 năm trước đây, loài ốc

này đã nhanh chóng lan tràn từ Đồng bằng Sông Cửu Long ra các tỉnh miền Trung và miền Bắc, phá hại nghiêm trọng lúa và hoa màu của các địa phương này Hàng năm, nhà nước phải bỏ ra hàng trăm triệu đồng cho công tác tiêu diệt ốc bươu vàng nhưng vẫn chưa đem lại hiệu quả mong muốn

3 Tác hại của các loài ngoại lai xâm lấn

Các loài ngoại lai xâm hại gây ra nhiều tác động khác nhau đến môi trường và đa dạng sinh học tại nơi ở mới, nhưng về cơ bản có thể phân thành: Cạnh tranh với các loài bản địa về thức ăn, nơi sống,v.v.;

+ Lai giống với các loài bàn địa, từ dó làm suy giảm nguồn gen;

+ Ăn thịt các loài bản địa;

+ Phá huỷ hoặc làm thoái hóa môi trường sống;

+ Truyền bệnh và ký sinh trùng;

Kinh nghiệm cho thấy, nhiều loài ngoại lai xâm hại không thể hiện tác hại của chúng ngay khi được du nhập vào môi trường mói, mà thường trài qua một giai đoạn "tích luỹ" Giai đoạn này dài hay ngắn tuỳ thuộc vào từng loài cũng như vào đặc điểm môi trường mà chúng được du nhập Tuy nhiên, có nhận xét chung là các hệ sinh thái đã bị tác động và biến đổi thường dễ bị ảnh hưởng hơn các hệ sinh thái nguyên sinh, chưa bị tác động Cũng cần chú ý là nhiều loài ngoại lai xâm hại không chỉ gây ảnh hưởng trực tiếp đối với môi trường và đa dạng sinh học

4 Các nguyên lý sinh thái giải thích các vấn đề về sự phát triển và xâm hại của sinh vật ngoại lai xâm hại.

4.1 Các nguyên lý sinh thái

Hệ sinh thái có khả năng duy trì và tự điều chỉnh: Hệ sinh thái duy trì tính ổn định của nó thông qua mối sự trao đổi về vật chất năng lượng và thông tin trong hệ, nhờ đó hệ sinh thái duy trì được tính ổn định của nó trong giới hạn cho phép nào đó từ các yếu tố ngoại vi tác động vào

4.1.1 Sự thích nghi.

Sự thích nghi của sinh vật: Quá trình di chuyển làm sinh vật có khả năng chống chịu tốt hơn môi trường đang thịnh hành và những khía cạnh di truyền đặc biệt cho phép sinh vật này có khả năng tồn tại tốt hơn sinh vật khác

Biến dị di truyền trong quần thể là nguyên liệu thô để thay đổi sự thích nghi Những biến dị di truyền thường phát sinh từ những đột biến gen hay những thay đổi về cấu trúc hoặc số lượng nhiễm sắc thể Sự kháng thuốc của các loài sâu bệnh hay côn trùng

có thể được giải thích nhờ sự phát sinh của những biến dị ngẫu nhiên trong quần thể và môi trường chứa thuốc trừ sâu là môi trường chọn lọc đặc tính của các biến dị đó

4.1.2 Sự tăng trưởng và tự điều chỉnh số lượng cá thể trong quần thể.

Trong điều kiện không giới hạn về mặt không gian, nguồn thức ăn và ảnh hưởng của sinh vật khác thì quần thể tăng trưởng tới mức cực đại mà trong điều kiện cho phép của điều kiện khí hậu

4.1.3 Các mối tương tác trong quần thể.

Giữa các cá thể trong quần thể, giữa các quần thể trong quần xã và hệ sinh thái có mối tương tác qua lại ảnh hưởng lẫn nhau về nhiều mặt như nhu cầu thức ăn, quan hệ về không gian sống, nơi ở, nơi phát triển, các mối quan hệ cùng loài, khác loài, ký sinh, cạnh tranh, ức chế cảm nhiễm, thú dữ con mồi Một số mối tương tác trong hệ sinh thái cụ thể như:

Quan hệ trung lập: Quan hệ của các loài sinh vật sống bên cạnh nhau nhưng loài này không làm lợi hoặc gây hại cho loài kia Ví dụ: chim và động vật ăn cỏ

Quan hệ lợi một bên: Hai loài sinh vật sống chung trên một địa bàn, một loài lợi dụng điều kiện do loài kia đem lại nhưng không gây hại cho loài thứ hai Ví dụ: Vi khuẩn

cố định đạm, vi khuẩn sống trong đường ruột động vật lợi dụng thức ăn và môi trường sống của cơ thể động vật nhưng không gây hại hoặc ít gây hại cho vật chủ

Quan hệ ký sinh:Là quan hệ của loài sinh vật sống dựa vào cơ thể sinh vật chủ với vật chủ có thể gây hại và giết chết vật chủ: giun, sán trong cơ thể động vật và con người

Quan hệ thú dữ - con mồi: Là quan hệ giữa một loài là thú ăn thịt và loài kia là con mồi như giữa sư tử, hổ, báo và các loài động vật ăn cỏ

Quan hệ cộng sinh: Là quan hệ của hai loài sinh vật sống dựa vào nhau, loài này đem lại lợi ích cho loài kia và ngược lại Ví dụ: Tảo và địa y, tảo cung cấp thức ăn cho địa

y, còn địa y tạo ra môi trường cư trú cho tảo

Quan hệ cạnh tranh: Là quan hệ giữa hai hay nhiều loài cạnh tranh với nhau về nguồn thức ăn và không gian sống có thể dẫn tới việc loài này tiêu diệt loài kia Ví dụ: quan hệ giữa thỏ và vật nuôi ở châu Úc trong cuộc cạnh tranh giành các đồng cỏ

Quan hệ giữa nhiều loài: Trong thực tế các loài sinh vật có thể thay đổi quan hệ theo thời gian Ví dụ: quan hệ giữa chuột và rắn trong một quần đảo Thái bình dương trong một năm có thể thay đổi: Mùa đông chuột bắt rắn, chuột là thú ăn thịt; Mùa hè -rắn bắt chuột, -rắn là thú ăn thịt

Trong các quan hệ trên 2 loại quan hệ giữ vai trò quan trọng trong việc duy trì cân bằng sinh thái tự nhiên là quan hệ thú dữ con mồi và quan hệ ký sinh Quan hệ thú dữ -con mồi giúp cho quần thể con mồi duy trì tính chống chịu cao với thiên nhiên, không phát triển bùng nổ về số lượng cá thể Quan hệ ký sinh giúp cho việc diệt trừ sâu bệnh và các loài có hại đối với con người giữ cho số lượng sâu bệnh nằm trong giới hạn nhất định

Tác động của con người vào hệ sinh thái

Con người là một sinh vật của hệ sinh thái có số lượng lớn và khả năng hoạt động được nâng cao nhờ khoa học kỹ thuật Tác động của con người đối với hệ sinh thái rất lớn, có thể phân ra các loại tác động chính sau đây:

Tác động vào cơ chế tự ổn định, tự cân bằng của hệ sinh thái

Tác động vào các chu trình sinh địa hoá tự nhiên

Tác động vào các điều kiện môi trường của hệ sinh thái: Khí hậu, thuỷ điện v.v Tác động vào cân bằng sinh thái

Tác động vào cơ chế tự ổn định, tự cân bằng của hệ sinh thái

Cơ chế của hệ sinh thái tự nhiên là tiến tới tỷ lệ P/Rằ 1; P/Bằ 0 Cơ chế này không

có lợi cho con người, vì con người cần tạo ra năng lượng cần thiết cho mình bằng cách tạo ra hệ sinh thái có P/R > 1 và P/B > 0 Do vậy, con người thường tạo ra các hệ sinh thái nhân tạo (đồng cỏ chăn nuôi, đất trồng lương thực thực phẩm) Các hệ sinh thái này

thường kém ổn định Để duy trì các hệ sinh thái nhân tạo, con người phải bổ sung thêm năng lượng dưới dạng sức lao động, xăng dầu, phân bón

Tác động vào các chu trình sinh địa hoá tự nhiên

Con người sử dụng năng lượng hoá thạch, tạo thêm một lượng lớn khí CO2, SO2

v.v Mỗi năm con người tạo thêm 550 tỷ tấn CO2 do đốt các loại nhiên liệu hoá thạch đang làm thay đổi cân bằng sinh thái tự nhiên của trái đất, dẫn tới việc thay đổi chất lượng

và quan hệ của các thành phần môi trường tự nhiên Đồng thời, các hoạt động của con người trên trái đất ngăn cản chu trình tuần hoàn nước, ví dụ đắp đập, xây nhà máy thuỷ điện, phá rừng đầu nguồn v.v Việc này có thể gây ra úng ngập hoặc khô hạn nhiều khu vực, thay đổi điều kiện sống bình thường của các sinh vật nước v.v

Tác động vào các điều kiện môi trường của hệ sinh thái

Con người tác động vào các điều kiện môi trường của hệ sinh thái tự nhiên bằng cách thay đổi hoặc cải tạo chúng như:

Chuyển đất rừng thành đất nông nghiệp làm mất đi nhiều loại động, thực vật quý hiếm, tăng xói mòn đất, thay đổi khả năng điều hoà nước và biến đổi khí hậu v.v

Cải tạo đầm lầy thành đất canh tác làm mất đi các vùng đất ngập nước có tầm quan trọng đối với môi trường sống của nhiều loài sinh vật và con người

Chuyển đất rừng, đất nông nghiệp thành các khu công nghiệp, khu đô thị, tạo nên

sự mất cân bằng sinh thái khu vực và ô nhiễm cục bộ

Gây ô nhiễm môi trường ở nhiều dạng hoạt động kinh tế xã hội khác nhau

Tác động vào cân bằng sinh thái

Con người tác động vào cân bằng sinh thái thông qua việc:

Săn bắn quá mức, đánh bắt quá mức gây ra sự suy giảm một số loài và làm gia tăng mất cân bằng sinh thái

Săn bắt các loài động vật quý hiếm như hổ, tê giác, voi có thể dẫn đến sự tuyệt chủng nhiều loại động vật quý hiếm

Chặt phá rừng tự nhiên lấy gỗ, làm mất nơi cư trú của động thực vật

Lai tạo các loài sinh vật mới làm thay đổi cân bằng sinh thái tự nhiên Các loài lai tạo thường kém tính chống bụi, dễ bị suy thoái Mặt khác, các loài lai tạo có thể tạo ra nhu cầu thức ăn hoặc tác động khác có hại đến các loài đã có hoặc đối với con người

Đưa vào các hệ sinh thái tự nhiên các hợp chất nhân tạo mà sinh vật không có khả năng phân huỷ như các loại chất tổng hợp, dầu mỡ, thuốc trừ sâu, kim loại độc hại v.v

4.1.4 Cấu trúc của hệ sinh thái.

Hệ sinh thái là một hệ thống bao gồm quần xã sinh vật và môi trường sống xung quanh và một hệ sinh thái điển hình được cấu trúc bởi các thành phần sau đây:

- Sinh vật sản xuất (Producer)

- Sinh vật tiêu thụ (Consumer)

- Sinh vật phân huỷ (Decomposer)

- Các chất hữu cơ (Prôtêin, lipit, gluxit, vitamin, enzym, hoocmon, )

- Các chất vô cơ (CO2, O2, H2O, các chất dinh dưỡng khoáng)

- Các yếu tố khí hậu (nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm, giáng thuỷ, )

Hình 1 Cấu trúc hệ sinh thái

Thực chất, 3 thành phần đầu chính là quần xã sinh vật, còn 3 thành phần sau là môi trường vật lý mà quần xã đó sử dụng để tồn tại và phát triển

Ngoài cấu trúc theo thành phần, HST còn có kiểu cấu trúc theo chức năng Theo

E D Odum (1983), cấu trúc của hệ gồm các phạm trù sau:

- Quá trình chuyển hoá năng lượng của hệ

- Xích thức ăn trong hệ

- Các chu trình sinh địa hoá diễn ra trong hệ

- Sự phân hoá trong không gian và theo thời gian

- Các quá trình phát triển và tiến hoá của hệ

- Các quá trình tự điều chỉnh.

Hình 2 Cấu trúc và chức năng của Sinh thái học

Một HST cân bằng là một hệ trong đó 4 quá trình đầu tiên đạt được trạng thái cân bằng động tương đối với nhau (Vũ Trung Tạng, 2000)

Nghiên cứu cấu trúc và chức năng của HST sẽ giúp cho chúng ta có những biện pháp tác động thích hợp để đảm bảo cho HST tự nhiên cũng như nhân tạo luôn đạt trạng thái ổn định

4.1.5 Sự chuyển hóa vật chất trong hệ sinh thái.

Trong HST luôn xảy ra sự trao đổi vật chất và năng lượng trong nội bộ quần xã, giữa quần xã và môi trường bên ngoài của nó (sinh cảnh)

Trong chu trình trao đổi vật chất, luôn có các nguyên tố hoá học, muối hoà tan, khí CO2 và O2 từ sinh cảnh tham gia tạo thành cơ thể sinh vật (Quần xã), đồng thời lại

có bộ phận của quần xã lại chuyển hoá thành sinh cảnh thông qua quá trình phân huỷ xác sinh vật thành những chất vô cơ

Các thành phần của quần xã liên hệ với nhau bằng quan hệ dinh dưỡng Quan

hệ dinh dưỡng của các loài trong quần xã được thực hiện bằng chuỗi và lưới thức ăn

+ Chuỗi thức ăn: là một dãy bao gồm nhiều loài sinh vật, mỗi loài là một "mắt

xích" thức ăn; mắt xích thức ăn phía trên tiêu thụ mắt xích thức ăn phía dưới và nó lại bị mắt xích thức ăn phía trên tiêu thụ

+ Lưới thức ăn: là phức hợp các chuỗi thức ăn có quan hệ với nhau trong HST.

Vì mỗi loài trong quần xã không phải chỉ liên hệ với một chuỗi thức ăn mà có thể liên

hệ với nhiều chuỗi thức ăn Tất cả các chuỗi thức ăn trong quần xã hợp thành lưới thức ăn