Bài giảng sinh thái học môi trường chương I+II

Chương I: SINH THÁI HỌC VÀ BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG1.1. Con người và môi trường1.2. Mối quan hệ giữa sinh thái học và kỹ thuật môi trường1.3. Lịch sử, đối tượng, nhiệm vụ và ý nghĩa môn học1.1.NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢNv  Con người và môi trường: Sự sống trên TĐ được phát triểnnhư sự tổng hòa các mối quan hệ tương hồ giữa các sinh vật vớimôi trường, tạo thành dòng liên tục trong quá trình trao đổi vậtchất và năng lượng.v  Thuật ngữ môi trường liên quan đến mọi thứ xung quanhchúng ta: không khí, nước, đất cũng như thực vật, động vật và visinh vật sống ở các nơi vừa nói. Ngược lại, con người cũng làmột sinh vật với đầy đủ ý nghĩa của nó, tác động lên môi trườngnhưng với qui mô chưa từng có trong lịch sử của Trái Đất

Tai lieu tham khao

—   Nguyen Van Nhan, Nguyen Thi Lan Anh, “Sinh thai hoc moi truong”, NXB Dai hoc Bach Khoa Ha Noi 2010

—   Vu Trung Tang, “Sinh thai hoc Moi truong”, NXB DHQG

—   Biology, Phillip and Chilton (2002)

—   Ecological Biology, Edum, 1971

Nguyen Van Nhan, Nguyen Thi Lan Anh, “Sinh thai hoc moi truong”, NXB Dai hoc Bach Khoa Ha Noi 2010

Vu Trung Tang, “Sinh thai hoc Moi truong”, NXB DHQG

Biology, Phillip and Chilton (2002)

Ecological Biology, Edum, 2001

Chương I: Đại cương về Sinh thái học

1.1.NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN

v   Con người và môi trường: Sự sống trên TĐ được phát triển như sự tổng hòa các mối quan hệ tương hồ giữa các sinh vật với môi trường, tạo thành dòng liên tục trong quá trình trao đổi vật chất và năng lượng

v   Thuật ngữ môi trường liên quan đến mọi thứ xung quanh chúng ta: không khí, nước, đất cũng như thực vật, động vật và vi

sinh vật sống ở các nơi vừa nói Ngược lại, con người cũng là một sinh vật với đầy đủ ý nghĩa của nó, tác động lên môi trường

nhưng với qui mô chưa từng có trong lịch sử của Trái Đất

1.1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN

Tác động của con người với môi trường có thể chia thành bốn nhóm chính như sau:

-   Thay đổi cấu trúc bề mặt TĐ do các hoạt động cày bừa, phá rừng, đào

hồ nhân tạo…

-   Thay đổi thành phần sinh quyển, chu trình tuần hoàn và cân bằng các chất của chu trình đó do chất thải vào môi trường nước, đất và khí quyển

-   Thay đổi cân bằng năng lượng, cân bằng nhiệt trong khu vực và trên toàn cầu

-   Thay đổi khu hệ sinh vật do việc đưa vào hay làm mất đi tập hợp các sinh vật như sự hủy diệt một số loài hay đưa vào các loài động thực vật mới làm xáo trộn chúng ở nơi sống mới.

Sinh thái

và môi trường

Con người

Công cụ và

phương thức

sản xuất

Tài nguyên thiên nhiên

Nhu cầu tiêu dùng và phát

triển

Quan hệ giữa con người, TNTN và Môi trường

1.1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN

Ngày nay thế giới đang đứng trước những thách thức môi trường như sau:

-   Biến đổi khí hậu và tần suất thiên tai gia tăng

-   Suy giảm tầng ozon

-   Sự mất nơi ở của sinh vật và giảm đa dạng sinh học trên TĐ

-   Tài nguyên bị suy giảm và cạn kiệt

-   Ô nhiễm môi trường đang xảy ra trên quy mô rộng

-   Sự gia tăng dân số

Như vậy vấn đề bức xúc ngày nay của toàn nhân loại là cần điều chỉnh nhu cầu của con người để tăng năng lực môi trường duy trì sự phát triển của xã hội Hay nói cách khác tất cả các quốc gia cùng hợp sức cho một

cố gắng chung là phát triển đất nước theo chiến lược bền vững.

2.2 MỐI QUAN HỆ GIỮA SINH THÁI VÀ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Ngày nay trên phương diện rộng, hoạt động của con người có liên quan và chịu trách nhiệm trực tiếp trên phạm vi rộng hơn đối với biến đổi về môi trường

Các biến đổi môi trường do con người có thể chia ra thành hai nhóm lớn:

- Những thay đổi liên quan tới sử dụng đất (cạn kiệt nguồn tài nguyên)

- Những thay đổi do các dòng thải từ các quá trình sản xuất công nghiệp hay việc thải bỏ sản phẩm sau khi sử dụng

Người kỹ sư môi trường phải chịu trách nhiệm đối với cả hai loại tác động, đặc biệt là loại tác động thứ hai

• 

Thuật ngữ “Kỹ thuật Môi trường”: là hệ thống các giải pháp kỹ thuật- công nghệ và quản lý nhằm đảm bảo chất lượng môi trường trong sự phát triển và tăng trưởng nhanh chóng của sản xuất công nghiệp Người ta thấy rằng chỉ có thể giải quyết thành công vấn đề sinh thái bằng các biện pháp công nghệ khi các nhà chuyên môn nắm vững các kiến thức nhất định về sinh thái học, qua đó có thể đánh giá sản xuất trên quan điểm sinh thái hay

tư duy sinh thái

Ở đây tồn tại hai nhóm nhiệm vụ là: nhiệm vụ về sinh thái và nhiệm vụ vè công nghệ, trong đó nhiệm vụ về sinh thái có thể giải quyết với sự hỗ trợ

về công nghệ

Công nghệ môi trường, quy hoạch và quản lý môi trường gắn liền với sự hiểu biết các khái niệm, phương pháp và kỹ năng sinh thái

Môi trường đất, nước, không khí bị ô nhiễm bởi các loại chất thải do hoạt động cuả con người Rác thải, nước thải và các khí thải từ các khu dân cư, nhà máy công sở, trường học, bệnh viện hàng ngày làm cho môi trường ngày càng xấu đi Trong các loại chất thải, có nhiều chất rất độc, khó hay không bị phân hủy sinh học

Mưa acid, mỏng màn ozon, thay đổi khí hậu toàn cầu là hậu quả đáng ngại của sự phát triển của xã hội loài người Cùng với ô nhiễm nước, đất và không khí chúng kìm hãm và đe doạ sự phát triển của con người

Vì vậy việc thay đổi cách hành động vừa phát triển xã hội vừa bảo vệ môi trường là cách làm phù hợp của tất cả chúng ta Ðó là chiếm lược phát triển bền vững (sustainable development strategy) là mục tiêu của môn học và cũng là cách sống tương lai của chúng ta

1.3 LỊCH SỬ, ĐỐI TƯỢNG, NHIỆM VỤ VÀ Ý NGHĨA MÔN HỌC Lịch sử môn học

Sinh thái học là bộ môn khoa học chuyên nghiên cứu các vấn đề sinh vật học với mục đuchcs bảo vệ tài nguyên thiên nhiên môi trường

Thuật ngữ Sinh thái học: Ecology (chữ Hy Lap Oiko) được Ernst Heckel, nhà bác học người Đức đề xướng năm 1866

Chỉ thị sinh thái và các tác động tới tài nguyên thiên nhiên môi trường

Sinh thái học công nghiệp tập trung chủ yếu với các vấn đề trong môi trường công nghiệp và các ảnh hưởng của nó đối với biến đổi về moi trường

Mốc lịch sử quan trọng đối với việc nghiên cứu sinh thái phải kể đến sự ra đời của cuốn sách “Cơ sở sinh thái học” của Eugene P Odum năm 1971 Ông đã phát triển

lý thuyết sinh thái học ở mức độ cao hơn những nghiên cứu trước đó Vào những năm 1970, sinh thái học có chỗ đứng vững chắc và có sự định hướng phát triển trong các ngành khoa học

• 

1.3 LỊCH SỬ, ĐỐI TƯỢNG, NHIỆM VỤ VÀ Ý NGHĨA MÔN HỌC Đối tượng nghiên cứu của môn học

Đối tượng nghiên cứu của môn học là mối quan hệ giữa sinh vật với môi trường

Theo định nghĩa “Đối tượng của sinh thái học là tất cả các mối liên hệ giữa cơ thể sinh vật với môi trường” Ta có thể dùng khái niệm mở rộng “sinh học môi trường”

Ý nghĩa và nhiệm vụ của môn học

Sinh thái học môi trường tập trung vào mối quan hệ giữa con người với môi trường sống thông qua các hoạt động công nghiệp, nông nghiệp, khai thác tài nguyên thiên nhiên, các hoạt động văn hóa, giải trí như vui chơi, giải trí, du lịch…

Cùng với các lĩnh vực khác trong sinh học, sinh thái học giúp chúng ta ngày càng hiểu biết sâu hơn về bản chât sự sống trong mối tương tác với môi trường cả ở hiện tại và quá khứ

Sinh thái học tạo ra định hướng, nguyên tắc cho hoạt động của con người đối với tự

nhiên để phát triển nền văn minh ngày một cao theo đúng nghĩa hiện đại của nó, không làm hủy hoạt môi trường sống và chất lượng môi trường

• 

1.3 LỊCH SỬ, ĐỐI TƯỢNG, NHIỆM VỤ VÀ Ý NGHĨA MÔN HỌC

Ý nghĩa và nhiệm vụ của môn học

Trong từng lĩnh vực, với mỗi ngành riêng biệt, sinh thái học lại phát triển ứng dụng với những nhiệm vụ cụ thể

Trong trồng trọt và chăn nuôi, hai nhiệm vụ quan trọng đối với các nhà sinh thái đó là:

1 Đấu tranh triệt để với bệnh và cỏ dại, đòi hỏi nghiên cứu không chỉ các loài có hại mà

cả việc đề ra nguyên lý chiến lược và biện pháp phòng tránh

2 Đề ra các nguyên tắc và phương pháp thành lập các quần xã nông- lâm nghiệp thích hợp cho năng suất sinh học và kinh tế cao, bảo vệ và cải tạo môi trường, đặc biệt là môi trường đất

3 Trong lĩnh vực bảo vệ sức khỏe thì vấn đề sinh thái là trung tâm nghiên cứu các ổ dịch

tự nhiên đối với con người, gia súc và tìm phương pháp vệ sinh phòng dịch

4 Sinh thái học công nghiệp đấu tranh với sự ô nhiễm và sự đầu độc môi trường bởi chất thải công nghiệp và sinh hoạt

• 

Tóm lại, sinh thái học là cơ sở các công trình nghiên cứu các biện pháp phòng ngừa bảo vệ môi trường Nghiên cứu các nguyên tắc và phương pháp sinh thái đảm bảo thiết lập mối quan hệ giữa con người với tự nhiên ngày càng phong phú và phát triển

1.3 LỊCH SỬ, ĐỐI TƯỢNG, NHIỆM VỤ VÀ Ý NGHĨA MÔN HỌC

Mục đích của môn học

Môn học cung cấp cho sinh viên ngành Kỹ thuật Môi trường những kiến thức như sau:

1. Mối quan hệ hữu cơ giữa con người với môi trường, giữa Sinh thái học và Kỹ thuật môi trường

2. Cơ sở sinh thái học và ý nghĩa của nó trong lĩnh vực bảo vệ môi trường

3. Ô nhiễm môi trường và những hệ quả về sinh thái

4. Những phương hướng chính trong bảo vệ môi trường

• 

Câu hỏi ôn tập Chương I

—   Phân tích mối quan hệ mật thiết giữa con người và môi trường

—   Các dạng tác động chính của con người đối với môi trường và sinh quyển là gì?

—   Nêu tên những thách thức đối với môi trường của nhân loại ngày nay

—   Phân tích mối quan hệ giữa sinh thái học và kỹ thuật môi trường

—   Nhiệm vụ của sinh thái học Môi trường là gì?

CHƯƠNG II CƠ SỞ SINH THÁI HỌC

II.1 Khái niệm chung về sinh thái học

II.2 Các phương pháp nghiên cứu

III.3 Môi trường và các nhân tố sinh thái

III.4 Ảnh hưởng của điều kiện môi trường lên sinh vật và sự thích nghi của sinh vật

III.5 Phản ứng của sinh vật đối với tác động của các nhân tố môi trường III.6 Sinh thái học quần thể

III.7 Sinh thái học quần xã

III.8 Sinh thái học hệ sinh thái

III.9 Sinh thái học hệ thống và mô hình hóa hệ sinh thái

2.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ SINH THÁI HỌC

Những khái niệm cơ bản

Sinh thái học là khoa học tổng hợp nghiên cứu về quan hệ tương hỗ giữa sinh vật với môi trường

Sinh thái học được sử dụng làm cơ sở cho công tác quản lý tự nhiên môi trường đối với đối tượng là tất cả các mối liên hệ giữa sinh vật với môi trường

Tổ hợp giữa con người với môi trường

Thành phần hữu sinh: Gen, tế bào, cơ quan, cơ thể, quần thể, quần xã,

Thành phần vô sinh: Vật chất, năng lượng

Hệ sinh học: Hệ sinh học, hệ gen, hệ tế bào, hệ cơ quan, hệ cơ thể, hệ quần thể, hệ sinh thái

• 

2.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ SINH THÁI HỌC

Những khái niệm cơ bản

Sinh thái học nghiên cứu chủ yếu hệ sinh vật có mức độ tổ chức cao hơn, nghĩa là quần thể, quần xã và hệ sinh thái Trong phổ sinh học không có giới hạn cụ thể hoặc không liên tục như giữa mức độ cơ thể và quần thể Như vậy sinh thái học là một môn khoa học cơ bản trong sinh vật học nghiên cứu các mối quan hệ của sinh vật với môi trường và sinh vật với sinh vật ở mọi cấp độ tổ chức từ cá thể, quần thể, quần xã và hệ sinh thái

Cấu trúc của sinh thái học

Sinh thái học quan tâm đến cấu trúc và chức năng của hệ sinh thái Đối với các nhà sinh thái học, điều đặc biệt quan trọng là nguyên tắc và chức năng của tố hợp mà theo đó khi cấu trúc trở nên phức tạp thì những tình trạng bổ sung liền xuất hiện (Feiblemen, 1954)

• 

Bảng 2.1 Cấu trúc của sinh thái học

2.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ SINH THÁI HỌC

Phân môn sinh thái học

Dựa theo cơ sở cấu trúc:

Sinh thái học cá thể (Autoecology)

Sinh thái học quần thể (Population ecology)

Sinh thái học quần xã - Hệ sinh thái (Biocenology and ecosystem)

Dựa theo đối tượng nghiên cứu

Sinh thái học động vật, sinh thái học thực vật, sinh thái học vi sinh vật…

Mục đích ứng dụng: sinh thái học nông nghiệp, sinh thái học lâm nghiệp, sinh thái học môi trường

• 

2.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ SINH THÁI HỌC

Sự phát triển của sinh quyển được chia thành 5 giai đoạn

Chương trình Con người và sinh quyển (MAB) được thành lập vào năm 1971 dưới sự

bảo trợ của UNESCO

• 

2.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ SINH THÁI HỌC

Khu dự trữ sinh quyển thế giới do UNESCO công nhận

Theo định nghĩa của UNESCO, Khu dự trữ sinh quyển là “những khu vực hệ sinh thái bờ biển và trên cạn giúp thúc đẩy các giải pháp điều hòa việc bảo tồn sự đa dạng sinh học với việc sử dụng bền vững khu vực đó” 7 tiêu chí để trở thành khu dự trữ sinh quyển thế giới là:

1 Khu vực đề cử có đại diện đa dạng các hệ sinh thái của những khu vực địa lý sinh vật chính, bao gồm

cả những giai đoạn phát triển có sự tác động của con người

2 Khu vực đề cử có giá trị bảo tồn đa dạng

7 Cơ chế thực hiện việc quản lý và

Việt Nam đến nay có tổng cộng 8 khu dự trự sinh quyển thế giới Đó là rừng ngập mặn Cần Giờ, Vườn quốc gia Cát Tiên, Đồng bằng Sông Hồng, Quần đảo Cát Bà, Khu dự trữ sinh quyển Kiên Giang, khu dự trự sinh quyển Tây Nghệ An, Cù Lao Chàm- Hội An, và Mũi Cà Mau

• 

2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Phân môn sinh thái học

Phương pháp luận trong nghiên cứu môi trường, sinh thái là sự nghiên cứu những tương tác giữa các thành phần của môi trường, hay nhân tố sinh thái, tìm yếu tố chủ đạo và trội trong hệ tương tác sinh thái, không được coi nhẹ bất cứ thành phần nào của hệ sinh thái

và mang nội dung kết hợp khoa học đa liên ngành có giới hạn

Ba cách tiếp cận để giải quyết một vấn đề sinh thái: quan sát thực địa, thực nghiệm trong phòng thí nghiệm, lập mô hình toán

• 

SƠ ĐỒ CÁCH TIẾP CẬN NGHIÊN CỨU GIẢI QUYẾT MỘT ĐỐI

TƯỢNG SINH THÁI HỌC

Kết luận, áp dụng cho thế giới tự nhiên

2.3 MÔI TRƯỜNG VÀ CÁC NHÂN TỐ SINH THÁI

2.3.1 Môi trường

Môi trường là tất cả các điều kiện hiện tượng bên ngoài tác động lên cơ thể Môi trường không chỉ bao gồm các điều kiện vật lý mà còn gồm cả các sinh vật cùng sống Môi

trường cũng còn được định nghĩa là một phần của n goại cảnh, bao gồm các hiện tượng

và các thực thể của tự nhiên, mà ở đó các cá thể, quần thể, loài có quan hệ trực tiếp hoặc gián tiếp bằng các phản ứng thích nghi của mình (Vũ Trung Tạng)

UNESCO (1981): Môi trường của con người bao gồm toàn bộ các hệ thống của tự nhiên,

và các hệ thống do con người tạo ra trong đó con người sống và lao động, khai thác tài nguyên thiên nhiên nhằm thỏa mãn nhu cầu của mình

Nhân tố môi trường là các thực thể hay hiện tượng tự nhiên cấu trúc nên môi trường

• 

2.3 MÔI TRƯỜNG VÀ CÁC NHÂN TỐ SINH THÁI

2.3.2 Nhân tố sinh thái

Có nhiều cách để phân loại các nhân tố sinh thái:

- Các nhân tố vô sinh (khí hậu, cấu tạo hóa học của đất, nước ) và các nhân tố hữu sinh (kí sinh, ăn mồi, cộng sinh )

- Các nhân tố độc lập với mật độ và các nhân tố phụ thuộc vào mật độ

- Sự phân loại không gian dựa vào đặc tính môi trường:

+ Nhân tố khí hậu: nhiệt độ, không khí, ánh sáng, mưa

+ Nhân tố thổ nhưỡng: pH, thành phần cơ giới

+ Nhân tố thủy sinh: dòng chảy, chất hòa tan

Các nhân tố sinh thái không bao giờ tác động riêng lẻ mà luôn tác động kết hợp với nhau Nhân tố sinh thái nào cũng có thể trở thành nhân tố hạn chế trong không gian hoặc thời gian

• 

2.3 MÔI TRƯỜNG VÀ CÁC NHÂN TỐ SINH THÁI

2.3.2 Nhân tố sinh thái

Các nhân tố sinh thái không bao giờ tác động riêng lẻ mà luôn tác động kết hợp với nhau Nhân tố sinh thái nào cũng có thể trở thành nhân tố hạn chế trong không gian hoặc thời gian

• 

2.3 MÔI TRƯỜNG VÀ CÁC NHÂN TỐ SINH THÁI

2.3.3 Nhân tố vô sinh

Các nhân tố vô sinh trên bề mặt Trái Đất

2.3 MÔI TRƯỜNG VÀ CÁC NHÂN TỐ SINH THÁI

2.3.3 Nhân tố vô sinh

Các nhân tố vô sinh của môi trường đất

2.3 MÔI TRƯỜNG VÀ CÁC NHÂN TỐ SINH THÁI

2.3.3 Nhân tố vô sinh

Các nhân tố vô sinh của môi trường nước

-   Các chất lơ lửng trong nước (TSS)

-   Các chất khí hòa tan trong nước

-   Muối hòa tan trong nước

• 

2.3 MÔI TRƯỜNG VÀ CÁC NHÂN TỐ SINH THÁI

2.3.4 Nhân tố sinh vật

Mối quan hệ giữa sinh vật với sinh vật

Nơi ở: là khoảng không gian mà cá thể hay quần thể (loài) chiếm cư

Ổ sinh thái: là nơi ở hoặc rộng hơn là tất cả nhu cầu cho đời sống của cá thể, loài, quần thể

Ảnh hưởng của nhân tố thức ăn đến động vật

Mối quan hệ tương hỗ giữa vật ăn thịt và con mồi

Quan hệ cạnh tranh giữa các sinh vật

Quan hệ ký sinh – vật chủ

Quan hệ tương hỗ giữa động vật – thực vật

•