Khái niệm hệ sinh thái Hệ sinh thái là một hệ thống bao gồm sinh vật và môi trường với các mối quan hệ tương tác, tại đó thường xuyên diễn ra các chu trình tuần hoàn vật chất, dòng năng
Trang 2Môi trường sinh thái là một mạng lưới chỉnh thể có mối liên quan chặt chẽ với nhau giữa đất, nước, không khí và các cơ thể sống trong phạm vi toàn cầu Sự rối loạn bất ổn định ở một khâu nào đó trong hệ thống sẽ gây ra hậu quả nghiêm trọng Con người và xã hội xuất thân từ tự nhiên,
là một bộ phận của thiên nhiên Thông qua quá trình lao động, con người khai thác bảo vệ bồi đắp cho thiên nhiên Cũng qua quá trình đó con người xã hội dần dần có sự đối lập với tự nhiên.
Trang 3Chương I: Hệ sinh thái là gì?
I Khái niệm hệ sinh thái
Hệ sinh thái là một hệ thống bao gồm sinh vật và môi trường với các mối quan hệ tương tác, tại đó thường xuyên diễn ra các chu trình tuần hoàn vật chất, dòng năng lượng và dòng thông tin Hay nói cách khác, HST là một hệ thống bao gồm quần xã và sinh cảnh của nó
II Đặc điểm và cơ cấu thành phần của hệ sinh thái:
Đặc điểm của hệ sinh thái :
- Bao gồm các thành phần vô sinh và hữu sinh, giữa chúng luôn có sự trao đổi vật chất, năng lượng, thông tin với nhau
- Tất cả các hệ sinh thái đều là hệ thống hở Ở đó vật chất và năng lượng trao đổi đi qua ranh giới của hệ
- Luôn có xu hướng tự điều chỉnh để đạt trạng thái cân bằng và ổn định
- Luôn có sự phản hồi trong đó phản hồi tiêu cực là chủ yếu
Trang 4- Phản hồi tiêu cực làm giảm nhịp độ thay đổi trong thành phần của hệ Ngược lại, phản hồi tích cực sẽ làm tăng nhịp độ thay đổi trong thành phần của hệ
Cơ cấu thành phần của hệ sinh thái
a Nhóm thành phần vô sinh gồm:
- Các chất vô cơ: C, N, O, P, CO2, H2O tham gia vào các chu trình tuần hoàn vật chất
- Các chất hữu cơ: protein, gluxit, lipit, mùn
- Chế độ khí hậu gồm: nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, và yếu tố vật lí khác có ảnh hưởng
rất lớn đến sự tồn tại và phát triển của sinh vật
b Nhóm thành phần hữu sinh:
- Sinh vật sản xuất ( SV tự dưỡng) : Bao gồm các vi khuẩn có khả năng tổng hợp và
cây xanh
- Sinh vật tiêu thụ ( SV dị dưỡng ) : Bao gồm các động vật, chúng dinh dưỡng bằng
cách lấy chất hữu cơ trực tiếp hoặc gián tiếp từ vật sản xuất
- Sinh vật hoại sinh ( SV phân giải ) : Bao gồm các loại vi khuẩn và nấm, phân giải
các chất hữu cơ để sống, đồng thời giải phóng ra các chất vô cơ cho sinh vật sản xuất
III Phân loại hệ sinh thái.
A.Hệ sinh thái tự nhiên:
a Hệ sinh thái trên cạn:
- Xavan hay rừng cỏ đới nóng Xavan đới nóng có đặc điểm là mưa ít, mùa mưa ngắn, còn mùa khô kéo dài Về mùa khô, phần lớn cây bị rụng lá do thiếu nước
- Rừng nhiệt đới khí hậu vùng nhiệt đới nóng và ẩm, nên rừng nhiệt đới quanh năm xanh tốt, rậm rạp, nhiều tâng tán Trong rừng, ánh sáng mặt trời ít khi chiếu thẳng xuống đến mặt đất, do đó đổ ẩm không khí cao, tạo điều kiện cho nhiều loại sâu bệnh phát triển.Sự phân tầng của rừng nhiệt đới là lớn nhất, và ở đó có sự đa dạng sinh h ọc cao nhất Trong nhiều năm gần đây, sự khai thác quá mức tài nguyên rừng đã làm cho bộ mặt rừng mưa nhiệt đới bị biến đổi sâu sắc, tính đa dạng sinh học bị giảm sút nhanh chóng
Trang 5- Hoang mạc có ở miền nhiệt đới và ôn đới Hoang mạc miền ôn đới về mùa hè cũng nóng gần như hoang mạc miền nhiệt đới, nhưng mùa đông thì rất lạnh, lượng mưa rất thấp và không đều
- Thảo nguyên chủ yếu ở miền ôn đới ít mưa với cỏ chiếm ưu thế
- Đài nguyên ở vùng cực băng tuyết quanh năm, chủ yếu là rêu mọc
b Hệ sinh thái nước mặn :
Biển và đại dương chiếm 70% bề mặt trái đất, có độ sâu tới 11.000m Sinh vật nước mặn thích ứng với nồng độ muối 30-38‰ Động thực vật rất phong phú
- Dựa vào phương thức vận chuyển, người ta chia sinh vật ở nước thành 3 loại: Sinh vật nền đáy (benthos), sinh vật nổi (plankton), sinh vật tự bơi (nekton) Tầng nước mặt (tầng sáng - độ sâu không quá 100m) là vùng thực vật phát triển mạnh nhất Tầng giữa (tầng ít sáng - độ sâu không quá 150m) là tầng chỉ có các tia ngắn và tia cực ngắn, thực vật không thể phát triển được ở đây Dưới nữa là tâng tối, nơi không có tia sáng nào xuống được
- Theo chiều ngang, hải dương được chia thành 2 vùng lớn: vùng ven bờ (ứng với vùng triều và vùng dưới triều), ở đây nước không sâu, có ánh sáng, chịu ảnh hưởng của thủy triều; vùng khơi, là vùng còn lại Theo chiều sâu, hải dương được chia thành 2 môi
trường sống: môi trường sống ở tầng nước trên, và môi trường sống ở tầng đáy
c Hệ sinh thái nước ngọt :
Sinh vật của hệ sinh thái nước ngọt thích ứng với nồng độ muối thấp hơn nhiều so với sinh vật nước mặn (0-,055‰), độ đa dạng cũng thấp hơn
-Các hệ sinh thái nước ngọt có thể chia thành các hệ sinh thái nước đứng (ao hồ, đầm lầy)
và các hệ sinh thái dòng chảy (sông, suối)
B Hệ sinh thái nhân tạo :
Các hệ sinh thái nhân tạo do con người tạo ra Có những hệ cực bé được tạo ra trong ống nghiệm, lớn hơn là bể cá cảnh, cực lớn là các hồ chứa, đô thị, đồng ruộng… Tùy thuộc vào bản chất và kích thước của hệ mà con người cần phải bổ sung năng lượng cho các hệ sinh thái này để duy trì trạng thái ổn định của chúng
IV Vòng tuần hoàn vật chất trong hệ sinh thái
Trang 6TRAO ĐỔI VẬT CHẤT QUA CHU TRÌNH SINH ĐỊA HOÁ:
Chu trình sinh địa hoá là chu trình trao đổi các chất vô cơ trong tự nhiên, theo đường từ môi trường ngoài truyền vào cơ thể sinh vật, qua các bậc dinh dưỡng; rồi từ cơ thể sinh vật truyền trở lại môi trường
- Chu trình sinh địa hoá duy trì sự cân bằng vật chất trong sinh quyển
- Nếu chu trình sinh địa hóa bị đảo lộn sẽ phá vỡ thế cân bằng trong hệ sinh thái
- Từ khi có cuộc cách mạng công nghiệp, do họat động tăng cường của nhân loại sẽ sinh
ra nhiều vật ô nhiễm chứa C, N, P, S, do đó không thể tránh khỏi gây xáo trộn cho vòng tuần hòan sinh địa hóa học, trực tiếp uy hiếp đến sự sinh tồn và sức khỏe nhân loại
Một số chu trình sinh địa hóa trong hệ sinh thái :
A.Chu trình nước Cơ thể rất cần nước để sống và phát triển thông qua quá trình trao đổi
nước không ngừng giữa cơ thể với môi trường Trong môi trường tự nhiên, do tác động của nhiệt độ, nước luôn vận động tạo nên chu trình nước toàn cầu để cung cấp cho cơ thể sinh vật như nước từ mặt đất và đại dương bốc lên khí quyển tụ lại sau đó lại mưa xuống lục địa và đại dương Chu trình nước còn đóng vai trò quan trọng trong việc điều hòa khí hậu hành tinh
B Chu trình cacbon Cacbon tham gia vào thành phần cấu tạo của cacbohidrat, chất tiền
thân để hình thành các hợp chất hữu cơ khác như prôtêin, lipit, các vitamin… Cacbon đi vào chu trình dưới dạng cacbon đioxit (CO2) Thực vật lấy CO2 từ khí quyển, nước và muối khoáng từ đất để tạo ra chất hữu cơ đầu tiên thông qua hoạt động quang hợp Động vật ăn cỏ sử dụng thực vật làm thức ăn rồi lại chuyển các hợp chất chứa cacbon cho động vật ăn thịt trong quá trình hô hấp của động, thực vật và sự phân hủy của vi sinh vật, CO2 và nước được trả lại môi trường Như vậy, thông qua chuỗi thức ăn, cacbon vận động theo những vòng khép kín Tất nhiên trong môi trường, lượng CO2 dư thừa có thể kết hợp với các cation khác để tạo thành chất lắng đọng, tạm thời thoát ra khỏi chu trình
Trong khí quyển, hàm lượng CO2 đã khá ổn định trong hàng trăm triệu năm Song sau hơn 200 năm lại đây, do đốt quá nhiều nhiên liệu hóa thạch và thu hẹp diện tích rừng, con người đã làm cho hàm lượng CO2 tăng lên dẫn đến việc tăng hiệu ứng nhà kính, do đó, Trái đất ngày một ấm lên, mực nước đại dương dâng cao Đó là hiểm họa không mong muốn của nhân loại
Trang 7C Chu trình nitơ Thực vật chỉ hấp thụ được nitơ dưới dạng nitrat và muối amôn Nitrat
được hình thành bằng con đường vật lí, hóa học và sinh học, nhưng con đường sinh học đóng vai trò quan trọng nhất Trong đất, vi khuẩn nốt sần tham gia cố định nitơ thường sống cộng sinh với các cây họ Đậu, tạo nên các nốt sần ở rễ Những loài có khả năng cố định nitơ trong nước cũng khá phong phú như một số vi khuẩn lam sống tự do hay cộng sinh với bèo hoa dâu
D Chu trình phôtpho Trong tự nhiên, phôtpho là một trong những chất tham gia vào
chu trình các chất lắng đọng có khối lượng lớn dưới dạng quặng Lớp này lộ ra ngoài và
bị phong hóa, chuyển thành dạng phôtphat hòa tan Nhờ đó, thực vật có thể sử dụng được Phôtpho tham gia vào thành phần cấu trúc của các chất sống quan trọng như axit nucleic Sau khi đi vào chu trình, phôtpho thường thất thoát và theo các dòng sông ra biển, lắng đọng xuống đáy sâu Sinh vật biển, nhất là những loài động vật cỡ lớn tích tụ phôtpho trong xương, răng Khi chết, xương và răng chìm xuống đáy, ít có cơ hội quay lại chu trình Lượng phôtpho ở biển thu hồi lại chủ yếu nhờ vào sản lượng cá khai thác
và một lượng nhỏ từ phân chim thải ra trên các bờ biển và hải đảo Bởi vậy, hằng năm con người vẫn phải sản xuất hàng triệu tấn phân lân để cung cấp cho đồng ruộng
DÒNG NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ SINH THÁI
Sự biến đổi năng lượng trong hệ sinh thái
Bức xạ quang hợp khi đi vào hệ sinh thái thì phần lớn bị thất thoát, chỉ một lượng rất nhỏ được thực vật hấp thụ, chuyển thành hóa năng chứa trong mô, tạo nên sản lượng sinh vật sơ cấp thô
Thực vật sử dụng một phần sản lượng sinh vật sơ cấp thô cho sinh trưởng và phát triển Phần còn lại làm thức ăn cho sinh vật tiêu thụ, trước hết là động vật ăn cỏ Động vật ăn
cỏ lại làm thức ăn cho động vật ăn thịt Xác, các chất trao đổi và bài tiết của sinh vật
Trang 8được vi sinh vật hoại sinh phân hủy, trả lại cho môi trường các chất vô cơ, còn năng lượng bị phát tán ra môi trường dưới dạng nhiệt Như vậy, năng lượng đi theo dòng và chỉ được sinh vật sử dụng một lần qua chuỗi thức ăn
Nói chung, trong các hệ sinh thái, khi chuyển từ bậc dinh dưỡng thấp đến bậc dinh dưỡng cao liền kề, trung bình năng lượng mất đi 90%, nghĩa là hiệu suất sử dụng năng lượng (hay hiệu suất sinh thái) của bậc sau là 10% Sự thất thóat năng lượng lớn là do: +Một phần năng lượng của thức ăn không sử dụng được +Một phần được động vật sử dụng nhưng không được đồng hóa mà thải ra môi trường dưới dạng các chất bài tiết +Phần quan trọng khác bị mất đi do hô hấp của động vật
Nếu chuỗi thức ăn kéo dài 5 bậc thì hiệu suất sinh thái của bậc thứ 5 là 1/1000 so với động vật ăn cỏ hay chỉ bằng 1/10000 so với năng lượng chứa trong sản lượng sơ cấp tinh
Do năng lượng mất mát quá lớn, chuỗi thức ăn trong hệ sinh thái không dài, thường là 4-5 bậc đối với hệ sinh thái trên cạn và 6-7 bậc đối với các hệ dưới nước và đương nhiên tháp năng lượng bao giờ cũng có dạng chuẩn
II Hiệu suất sinh thái
– Hiệu suất sinh thái là tỉ lệ % chuyển hoá năng lượng qua các bậc dinh dưỡng trong hệ sinh thái
– Hiệu suất sinh thái của bậc dinh dưỡng sau tích luỹ được thường là 10% so với bậc trước liền kề
– Gọi : H (%) là hiệu suất sinh thái
Qn: Là năng lượng ở bậc dinh dưỡng n
Qn+1: Là năng lượng ở bậc dinh dưỡng n+1
è H(%) = (Qn/Qn+1)x100%
Trang 9Chương II Những vấn đề về các hệ sinh thái hiện nay
A Mất cân bằng sinh thái
- Cân bằng sinh thái là trạng thái ổn định tự nhiên của hệ sinh thái, hướng tới sự thích nghi cao nhất với điều kiện sống Hệ sinh thái cũng có khả năng tự điều chỉnh để duy trì trạng thái cân bằng, nếu một thành phần thay đổi thì các thành phần khác cũng thay đổi theo ở mức độ nào đó để duy trì cân bằng, nếu biến đổi quá nhiều thì sẽ bị phá vỡ cân bằng sinh thái
- Nguyên nhân: - Tự nhiên: Là những biến đổi bất thường phát sinh trong giới tự nhiên,
hoặc là những yếu tố bất lợi vốn tồn tại từ trước như : Động đất, núi lửa, hiệu ứng nhà kính Biểu hiện: Động đất, sóng thần, lũ lụt, hạn hán, nước biển dâng
- NN nhân tạo: 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
Ðưa 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
Trang 10B Suy thoái môi trường sinh thái
Suy thoái môi trường là sự làm thay đổi chất lượng và số lượng của thành phần môi
trường, gây ảnh hưởng xấu cho đời sống của con người và thiên nhiên"
Trong đó, thành phần môi trường được hiểu là các yếu tố tạo thành môi trường: không khí, nước, đất, âm thanh, ánh sáng, lòng đất, núi, rừng, sông, hồ biển, sinh vật, các hệ sinh thái, các khu dân cư, khu sản xuất, khu bảo tồn thiên nhiên, cảnh quan thiên nhiên, danh lam thắng cảnh, di tích lịch sử và các hình thái vật chất khác
Nguyên nhân
Biểu hiện Suy thoái về môi trường sinh thái toàn cầu
Sự suy thoái về môi trường sinh thái toàn cầu hiện nay được thể hiện rõ nét trong những vấn đề sau:
Trang 11- Trước hết là sự suy thoái tầng ozon Tầng ozon là lớp khí (O3) rất dày bao bọc lấy trái đất và có tác dụng như là một cái đệm bảo vệ trái đất khỏi những tia cực tím của mặt trời chiếu xuống trái đất Có thể nói nếu không có tầng ozon thì sự sống trên trái đất không tồn tại (tầng ozon đã hấp thụ 99% lượng bức xạ tia cực tím của mặt trời chiếu xuống trái đất) Tầng ozon bị suy thoái sẽ tác động mạnh đến mọi sinh vật trên trái, làm tăng thêm các bệnh tật, làm giảm khả năng miễn dịch của con người
- Thứ hai là hiện tượng “hiệu ứng nhà kính” Trái đất và khí quyển được xem như là một nhà kính khổng lồ, trong đó trái đất có nguy cơ bị đốt nóng lên Nhiệt độ của trái đất tăng lên được gọi là hiện tượng “hiệu ứng nhà kính” Nguyên nhân của hiện tượng này là do
sử dụng nhiều các nguyên liệu hoá thạch, do sự giảm sút diện tích rừng xanh …, lượng khí thải độc CO2, CH4, CFC3 vào thiên nhiên ngày càng nhiều
- Hiện tượng “hiệu ứng nhà kính” gắn liền với một hiện tượng ô nhiễm môi trường khác không kém phần nguy hiểm đó là mưa axít Trong các chất khí thải vào khí quyển, đặc biệt có SO2 và NO2 theo hơi nước bốc lên cao, chúng bị oxy hoá và thuỷ phân tạo thành axít, gặp lạnh mưa xuống đất Mưa axít có tác hại rất lớn đến các thế hệ sinh thái nông nghiệp, làm giảm năng suất mùa màng, có nơi còn bị mất trắng, làm giảm chất lượng cây trồng và vật nuôi, phá hoại nặng nề các cánh rừng ôn đới phía Bắc bán cầu Mưa axít còn làm ô nhiễm các đường ống nứoc uống và nước sinh hoạt của con người và sinh vật, ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ và tính mạng của con người
- Ngoài ra sự suy thoái môi trường còn thể hiện ở sự ô nhiễm nguồn nước sạch, nước ngầm, ô nhiễm không khí, môi trường động thực vật và chính con người
C Giảm thiểu đa dạng sinh học
Đa dạng sinh học
Đa dạng sinh học là thuật ngữ thể hiện tính đa dạng của các thể sống, loài và quần thể, tính biến động di truyền giữa chúng và tất cả sự tập hợp phức tạp của chúng thành các quần xã và hệ sinh thái Đa dạng sinh học được thể hiện ở ba cấp độ: đa dạng di truyền,
đa dạng về loài và đa dạng về hệ sinh thái
Giảm thiểu đa dạng sinh học biểu hiện qua một số loài động thực vật quý hiêm đang đứng trước nguy cơ bị tuyệt chủng, giảm thiểu về số loài, cá thể Với con người giẩm thiểu do tai nạn giao thông, do bệnh ung thư, do ô nhiễm môi trường nước, không khí