Sinh thái học môi trường

LỜI NÓI ĐẦU Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của kinh tế, khoa học và kĩ thuật cuối thế kỉ XX, con người đang phải đối mặt với suy thoái môi trường, cạn kiệt các nguồn tài nguyên thiên nhi

ĐẠ I HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI Trần Thị Thu Hà - Nguyễn Chí Nghĩa - Nguyễn Mai Hoa

sinh th¸I häc m«I tr−êng

MỤC LỤC

Trang

Lời nói đầu 9

Chng I Kh¸I niÖm chung vÒ sinh th¸I m«I tr−êng I ĐỊNH NGHĨA 12

II MỐI QUAN HỆ GIỮA CON NGƯỜI V! MÔI TRƯỜNG 12

III LỊCH SỬ, ĐỐI TƯỢNG, NHIỆM VỤ V! Ý NGHĨA MÔN HỌC 13

1 Lịch sử môn học 13

2 Đối tượng nghiên cứu 14

3 Phân môn của sinh thái học môi trường 14

4 Ý nghĩa và nhiệm vụ môn học 14

Chng II C¥ Së SINH TH¸I HäC I KHÁI NIỆM CHUNG VỀ SINH THÁI HỌC 17

1 Định nghĩa Sinh thái học 17

2 Cấu trúc của sinh thái học 18

II CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19

III MÔI TRƯỜNG V! CÁC NHÂN TỐ SINH THÁI 19

1 Môi trường 19

2 Các nhân tố sinh thái 20

2.1 Các nhân tố vô sinh 20

2.2 Các nhân tố hữu sinh 30

III ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN MÔI TRƯỜNG LÊN SINH VẬT V! SỰ THÍCH NGHI CỦA SINH VẬT 35

1 Định luật tối thiểu của Liebig 35

2 Quy luật chống chịu của Shelford (Quy luật giới hạn sinh thái) 37

3 Quy luật tác động đồng thời và quy luật tác động qua lại 41

V PHẢN ỨNG CỦA SINH VẬT ĐỐI VỚI TÁC ĐỘNG CỦA CÁC NHÂN TỐ MÔI TRƯỜNG 42

1 Thích nghi hình thái 42

2 Thích nghi di truyền 43

VI SINH THÁI HỌC QUẦN THỂ 43

1 Định nghĩa quần thể 43

2 Các đặc trưng cơ bản của quần thể 43

2.1 Sự phân bố không gian của cá thể trong quần thể 44

2.2 Thành phần, cấu trúc tuổi và tỉ lệ giới tính 46

2.3 Mật độ cá thể của quần thể 49

2.4 Kích thước của quần thể 51

2.5 Sự tăng trưởng và biến động số lượng cá thể của quần thể 53

VII SINH THÁI HỌC QUẦN XÃ 58

1 Khái niệm 58

2 Các đặc trưng cơ bản của quần xã 59

VIII HỆ SINH THÁI 75

1 Định nghĩa và cấu trúc hệ sinh thái 75

2 Dòng năng lượng trong hệ sinh thái 78

2.1 Các quy luật cơ bản về dòng năng lượng trong hệ sinh thái 78

2.2 Các dạng năng lượng 79

2.3 Năng lượng đi qua hệ sinh thái 79

2.4 Các dòng năng lượng chính 80

3 Hiệu suất sinh thái 81

4 Năng suất sinh học của hệ sinh thái 82

5 Tính cân bằng của hệ sinh thái 84

6 Chu trình sinh địa hóa 85

6.1 Khái niệm, cấu trúc của các chu trình sinh địa hóa 85

6.2 Các chu trình sinh địa hóa cơ bản 86

Chng III

§A D¹NG SINH HäC Vµ B¶O TåN THI£N NHI£N

I ĐA DẠNG SINH HỌC 95

1 Đa dạng sinh học trên thế giới 95

2 Đa dạng sinh học tại Việt Nam 95

2.1 Đa dạng hệ sinh thái 96

2.2 Đa dạng loài 98

2.3 Đa dạng nguồn gen 101

3 Vai trò của đa dạng sinh học 101

4 Sự tuyệt chủng và giảm sút đa dạng sinh học 102

4.1 Sự tuyệt chủng và giảm sút đa dạng sinh học trên thế giới 102 4.2 Sự tuyệt chủng và giảm sút đa dạng sinh học ở Việt Nam 106

II BẢO TỒN ĐA DẠNG SINH HỌC 114

1 Bảo tồn đa dạng sinh học trên thế giới 114

2 Bảo tồn đa dạng sinh học ở Việt Nam 117

Chng IV CHØ THÞ SINH TH¸I M¤I TR¦êNG I KHÁI NIỆM 111

II MỘT SỐ NGUYÊN TẮC CƠ BẢN KHI SỬ DỤNG SINH VẬT CHỈ THỊ 111

III PHÂN LOẠI SINH VẬT CHỈ THỊ 112

IV NHỮNG LO!I CHỈ THỊ V! SỰ QUAN TRẮC BẰNG SINH HỌC 123

1 Việc chọn các sinh vật sử dụng cho việc quan trắc môi trường 124

2 Quan trắc và lập ngân hàng lưu trữ mẫu vật 125

V CÁC LO!I SINH VẬT CHỈ THỊ 125

1 Vi sinh vật chỉ thị 125

2 Thực vật chỉ thị 127

3 Động vật chỉ thị 127

VI CHỈ THỊ SINH HỌC TRONG QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ 128

VII CHỈ THỊ SINH HỌC TRONG QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG NƯỚC 129

VIII CHỈ THỊ SINH HỌC TRONG QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG ĐẤT 134

Chng V

MéT Sè VÊN §Ò M¤I TR¦êNG SINH TH¸I

I Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG 140

1 Định nghĩa và phân loại 140

2 Ô nhiễm môi trường đất 141

3 Ô nhiễm môi trường nước 143

4 Ô nhiễm môi trường không khí 145

II MỘT SỐ VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG SINH THÁI TO!N CẦU 149

1 Sự suy giảm tầng ôzôn 149

2 Sự biến đổi khí hậu 151

3 Mưa axit 155

4 Hiện tượng El Nino, La Nina và những tác hại đến môi trường sống 158

4.1 Khái niệm và cơ chế hình thành, hoạt động của hiện tượng El Nino, La Nina 158

4.2 Những ảnh hưởng của hiện tượng El Nino và La Nina đối với môi trường 164

5 Phú dưỡng 170

6 Suy thoái các vùng đất ngập nước 173

7 Suy thoái và ô nhiễm đất 176

8 Suy thoái rừng và suy giảm đa dạng sinh học 176

9 Các tác động về sinh thái của ô nhiễm dầu 180

10 Hiện tượng nghịch nhiệt 180

III MỘT SỐ VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG SINH THÁI Ở VIỆT NAM 183

1 Ô nhiễm môi trường 183

1.1 Ô nhiễm môi trường nước 183

1.2 Ô nhiễm môi trường không khí 191

1.3 Ô nhiễm và suy thoái môi trường đất 194

1.4 Ô nhiễm môi trường do chất thải rắn (CTR) và chất thải nguy hại (CTNH) 198

2 Suy giảm đa dạng sinh học 211

3 Sự cố môi trường 213

Chng VI

QUY HO¹CH M¤I TR¦êNG, PH¸T TRIÓN BÒN V÷NG

I QUY HOẠCH MÔI TRƯỜNG 217

1 Khái niệm 217

2 Mục đích và nội dung của quy hoạch môi trường 219

2.1 Mục đích của quy hoạch môi trường 219

2.2 Nội dung của quy hoạch môi trường 219

3 Cơ sở pháp lí 221

4 Quan điểm, nguyên tắc và phương pháp tiếp cận quy hoạch môi trường 222

4.1 Quan điểm 222

4.2 Nguyên tắc 222

4.3 Phương pháp tiếp cận 222

5 Quy trình thực hiện quy hoạch môi trường 226

II PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG 230

1 Khái niệm và yêu cầu của phát triển bền vững 230

2 Các nguyên tắc phát triển bền vững 235

3 Định lượng hoá sự phát triển bền vững 241

3.1 Chỉ số đánh giá sự phát triển bền vững về kinh tế 244

3.2 Chỉ số đánh giá sự phát triển bền vững về xã hội 245

3.3 Chỉ số đánh giá sự phát triển bền vững về môi trường 246

4 Các mục tiêu của sự phát triển bền vững 250

4.1 Hội nghị Thượng đỉnh về Môi trường và phát triển bền vững 250

4.2 Sử dụng hợp lí tài nguyên và tính bền vững 251

4.3 Duy trì đa dạng sinh học và tính bền vững 255

4.4 Phương thức tiêu thụ trong phát triển bền vững 257

5 Chiến lược bảo vệ môi trường và phát triển bền vững ở Việt Nam 258

III QUẢN LÍ MÔI TRƯỜNG HƯỚNG TỚI PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG 265

1 Những khái niệm cơ bản về quản lí môi trường 265

1.1 Định nghĩa 265

1.2 Các mục tiêu và nguyên tắc của quản lí môi trường 266

1.3 Các nội dung của quản lí nhà nước về môi trường 270

1.4 Các biện pháp quản lí môi trường 275

1.5 Tổ chức công tác quản lí môi trường 280

2 Quản lí môi trường các hệ sinh thái 283

2.1 Quản lí môi trường đới ven biển 283

2.2 Quản lí môi trường sông và nước trên lục địa 290

2.3 Quản lí đất ngập nước 292

2.4 Quản lí môi trường đô thị 299

T!I LIỆU THAM KHẢO 306

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của kinh tế, khoa học và kĩ thuật cuối thế kỉ XX, con người đang phải đối mặt với suy thoái môi trường, cạn kiệt các nguồn tài nguyên thiên nhiên Điều này đặt ra cho loài người những nhiệm vụ về sinh thái và đòi hỏi chúng

ta phải có kiến thức và khả năng vận dụng các quy luật tự nhiên vào khai thác hợp lí, bảo vệ môi trường tự nhiên nhằm ổn định, phát triển xã hội bền vững, vận dụng vào giải quyết các vấn đề môi trường, sinh thái hiện nay Sinh thái học là môn khoa học tổng hợp nghiên cứu về quan hệ tương hỗ giữa sinh vật và môi trường Sinh thái học môi trường là phân môn của sinh thái học và được xem là một trong những kiến thức cơ sở cho ngành Kĩ thuật môi trường

Giáo trình Sinh thái học môi trường cung cấp cho sinh viên

những kiến thức về Cơ sở sinh thái học và ứng dụng trong bảo vệ môi trường; Mối quan hệ hữu cơ giữa phát triển và môi trường; Đa dạng sinh học và bảo tồn thiên nhiên; Các vấn đề môi trường sinh thái toàn cầu; Các kiến thức về quy hoạch môi trường và phát triển bền vững, giúp cho sinh viên nắm vững bản chất mối quan hệ tương tác giữa các thành phần của sinh quyển và có cách nhìn hệ thống, áp dụng các quy luật sinh thái vào quản lí môi trường, giải quyết các vấn đề môi trường Giáo trình biên soạn bám sát đề cương môn học “Sinh thái học môi trường” trong chương trình khung đào tạo ngành Kĩ thuật môi trường do Bộ Giáo dục và Đào tạo quy định và cập nhật kiến thức từ nhiều nguồn tài liệu Giáo trình dùng giảng dạy cho sinh viên ngành Kĩ thuật môi trường và là nguồn tài liệu tham khảo cho cán bộ và sinh viên nghiên cứu trong lĩnh vực môi trường

Tập thể tác giả xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp đã cung cấp các tài liệu bổ ích và những ý kiến đóng góp quý báu để tác giả hoàn thành giáo trình này

Mặc dù đã có nhiều cố gắng trong việc thu thập các nguồn thông tin từ nhiều tài liệu khác nhau, nhưng nội dung cuốn sách này không thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định Tập thể tác giả rất mong nhận được những lời góp ý bổ ích từ độc giả và đồng nghiệp

để cuốn sách được hoàn thiện hơn

Tập thể tác giả

Chương I

Kh¸i niÖm chung vÒ SINH TH¸I M¤I TR¦êNG

I ĐỊNH NGHĨA

Sinh thái môi trường là môn học thuộc ngành môi trường học

Nó nghiên cứu mối quan hệ tương tác không chỉ giữa các cá thể sinh vật, mà còn giữa tập thể, giữa cộng đồng với các điều kiện môi trường tự nhiên bao quanh nó (Lê Huy Bá, Lâm Minh Triết, 2005)

II MỐI QUAN HỆ GIỮA CON NGƯỜI VÀ MÔI TRƯỜNG

Mối quan hệ giữa con người và môi trường được thiết lập lâu đời, từ khi con người đặt chân lên Trái đất này Con người sống giữa thiên nhiên và tương tác liên tục với chúng Con người luôn cảm nhận được ảnh hưởng của thiên nhiên thông qua không khí thở, nước uống, thức ăn, dòng năng lượng, vật chất và thông tin Mối quan hệ giữa con người và môi trường là mối quan hệ hai chiều phức tạp, con người có thể ảnh hưởng lớn đến môi trường và ngược lại

Mối quan hệ giữa tự nhiên và xã hội là mối quan hệ biện chứng

mà trong đó sự thay đổi của hệ thống này trực tiếp ảnh hưởng đến

cơ cấu và chức năng của hệ thống kia, điều này được thể hiện trong hình 1.1 [7]

Tác động của con người đến sinh quyển có thể dẫn tới:

- Thay đổi cấu trúc bề mặt Trái đất do 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 thải chất thải vào môi trường đất, nước và khí quyển

- Thay đổi cân bằng năng lượng, cân bằng nhiệt trong khu vực

và toàn cầu

- Thay đổi khu hệ sinh vật do việc đưa vào hay làm mất đi tập hợp các sinh vật

Sự phát triển khoa học kĩ thuật (nhất là cuộc cách mạng khoa học kĩ thuật bắt đầu từ giữa thế kỉ XX) đã thúc đẩy xã hội tiến lên

và làm thay đổi căn bản về sức lao động Con người đã khai thác hầu như tất cả các nguồn tài nguyên tái tạo cũng như không thể tái tạo được Các hoạt động này đương nhiên đã tác động trở lại đối với môi trường

Ngày nay, thế giới đang đứng trước những thách thức môi trường như: Biến đổi khí hậu và tần suất thiên tai gia tăng; Tầng ozôn đang bị cạn kiệt; Sự mất nơi ở và giảm đa dạng sinh học; Tài nguyên bị suy giảm và cạn kiệt; Ô nhiễm môi trường đang xảy ra ở quy mô rộng; Sự gia tăng dân số Chính vì vậy, việc điều chỉnh hành

vi con người để tăng năng lực môi trường nhằm duy trì sự phát triển của xã hội loài người là việc làm cấp bách để bảo vệ môi trường

III MỐI QUAN HỆ GIỮA SINH THÁI HỌC VÀ KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Những năm gần đây, sinh thái học đã trở thành môn khoa học

toàn cầu Sinh thái học là khoa học cơ sở cho công tác quản lí tài

Hình 1.1 Mối quan hệ giữa tự nhiên và xã hội

Hệ xã hội:

dân số, sức khoẻ, dinh

dưỡng, kĩ nghệ, tổ

chức xã hội, khai thác

tài nguyên, kinh tế,

kiến trúc, tư tưởng,

các giá trị, đặc tính

sinh lí, ngôn ngữ

Hệ sinh thái:

Không khí, nước, đất, vi sinh vật, khí hậu, gia súc, sâu bệnh, cây cối,

cỏ dại

(các nhân tố vô sinh và sinh vật)

Chọn lọc, thích nghi

Dòng năng lượng, vật chất và thông tin

Dòng năng lượng, vật chất và thông tin

nguyên thiên nhiên và bảo vệ môi trường Sinh thái học cũng được xem là một trong những nguyên lí khoa học làm nền tảng cho ngành kĩ thuật môi trường

Thuật ngữ “Kĩ thuật môi trường” là hệ thống giải pháp kĩ thuật công nghệ và quản lí nhằm bảo toàn chất lượng môi trường trong

sự phát triển và tăng trưởng nhanh của sản xuất công nghiệp Quy hoạch và quản lí môi trường gắn liền với sự hiểu biết, khái niệm phương pháp và kĩ năng sinh thái Nhiệm vụ của bảo vệ môi trường được hiểu là cần có sự quan tâm của tất cả các quốc gia trên thế giới

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

1 Lịch sử môn học

Trước tiên, thuật ngữ Sinh thái học (Ecology) do nhà sinh vật

học người Đức Ernst Haeckel bắt đầu đề xướng vào năm 1869, dựa

trên từ gốc Hy Lạp là Oikos (với nghĩa trong nhà) và logos (với nghĩa là môn khoa học) Theo đó, Sinh thái học được hiểu là một

khoa học cơ bản trong sinh vật học, nghiên cứu các mối quan hệ của sinh vật hay một nhóm sinh vật với môi trường xung quanh Vào những năm 300 trước Công nguyên, khái niệm sinh thái học được nhà khoa học Hy Lạp Phratus nhắc đến chủ yếu về mối quan hệ giữa vật chất sống và không sống

Giữa thế kỉ XIX, một số nhà nghiên cứu về thực vật từ Châu

Âu và Châu Mỹ đã quan tâm nghiên cứu về quần xã thực vật Các nhà sinh thái học bắt đầu hiểu rằng: xã hội sinh vật và môi trường của nó có thể xem như một tổ hợp rất chặt chẽ, tạo nên một đơn vị

cấu trúc tự nhiên, đó là hệ sinh thái Hệ sinh thái lớn duy nhất của

hành tinh là sinh quyển, trong đó con người là một thành viên

Lí thuyết sinh thái học sau đó được phát triển ở mức độ cao hơn nhiều những nghiên cứu trước đó bởi Giáo sư Eugene P.Odum

– trường Đại học Geogry, trong cuốn “Cơ sở sinh thái học” của

Ông và môn học được chính thức đề cập từ đó Môn học nghiên cứu phát triển sinh thái học ở mức độ cao và chia thành hệ thống

khoa học trong nhiều lĩnh vực như: nông nghiệp, lâm nghiệp, y học, kinh tế học…

Sau đó, vào những năm 70 của thế kỉ XX, khi ngành môi trường học đã có sự phát triển nhất định thì Sinh thái học môi trường mới được định hướng và phát triển

2 Đối tượng nghiên cứu

Sinh thái học nghiên cứu tất cả các mối quan hệ của sinh vật với môi trường Sinh thái học môi trường ngoài đối tượng nghiên cứu như sinh thái học còn tập trung vào nghiên cứu mối quan hệ giữa con người với môi trường sống thông qua các hoạt động như nông nghiệp, công nghiệp, khai khoáng, văn hoá xã hội…

3 Phân môn của sinh thái học môi trường

Feiblemen (1954) đã nhận định: “Khi cấu trúc trở nên phức tạp thì chức năng tổ hợp liền được bổ sung những tính trạng mới” và

đó là một trong những tiền đề lí thuyết cho việc hình thành phân môn của sinh thái học môi trường

* Dựa vào mức độ tổ chức của hệ sống:

- Sinh thái môi trường học cá thể;

- Sinh thái môi trường học quần thể;

- Sinh thái môi trường học quần xã;

- Hệ sinh thái môi trường;

- Sinh quyển học

* Dựa vào mục đích nghiên cứu:

- Sinh thái môi trường cơ sở;

- Sinh thái môi trường ứng dụng

3 Ý nghĩa và nhiệm vụ môn học

Cùng với các lĩnh vực trong sinh học, sinh thái học thì một loạt các chuyên ngành khoa học mới cũng xuất hiện như: sinh thái tế