, Khái niệm chu trình tuần hoàn vật chất + Là một chu trình vận động các chất vô cơ trong hệ sinh thái theo đường từ ngoại cảnh chuyển vào trong cơ thể sinh vật, rồi được chuyển lại vào môi trường. Chu trình vận động các chất vô cơ ở đây khác với sự chuyển hóa năng lượng đi qua các bậc dinh dưỡng ở chỗ nó được bảo toàn chứ không bị mất đi một phần nào dưới dạng năng lượng và không sử dụng lại. + Nguồn vật chất Môi trường Cơ thể sống + Trong số hơn 90 nguyên tố được biết trong thiên nhiên có khoảng 3040 nguyên tố cần thiết cho cơ thể sống. Một số nguyên tố như cacbon (C), nitơ (N2), oxy (O2), hydro (H2), phospho (P) … mà cơ thể đòi hỏi với một số lượng lớn, còn có một số nguyên tố khác cơ thể chỉ đòi hỏi một lượng nhỏ, có khi cực nhỏ (vi lượng), nhưng hết sức cần thiết như đồng (Cu), mangan (Mn) cần cho phản ứng oxy hóa khử.
Trang 11
SỨC KHOẺ MÔI TRƯỜNG-BỆNH NGHỀ NGHIỆP
Chương 9: Chu trình tuần hoàn vật
chất và hệ sinh thái môi trường
1, Khái niệm chu trình tuần hoàn vật
chất
+ Là một chu trình vận động các chất vô cơ trong hệ sinh thái theo
đường từ ngoại cảnh chuyển vào trong cơ thể sinh vật, rồi được
chuyển lại vào môi trường Chu trình vận động các chất vô cơ ở
đây khác với sự chuyển hóa năng lượng đi qua các bậc dinh dưỡng
ở chỗ nó được bảo toàn chứ không bị mất đi một phần nào dưới
dạng năng lượng và không sử dụng lại.
+ Nguồn vật chất <-> Môi trường <-> Cơ thể sống
+ Trong số hơn 90 nguyên tố được biết trong thiên nhiên có
khoảng 30-40 nguyên tố cần thiết cho cơ thể sống Một số nguyên
tố như cacbon (C), nitơ (N2), oxy (O2), hydro (H2), phospho (P) … mà
cơ thể đòi hỏi với một số lượng lớn, còn có một số nguyên tố khác
cơ thể chỉ đòi hỏi một lượng nhỏ, có khi cực nhỏ (vi lượng), nhưng
hết sức cần thiết như đồng (Cu), mangan (Mn) cần cho phản ứng
oxy hóa khử.
Trang 22, Chu trình tuần hoàn nước
Bảng 1 Các dạng tồn tại của nước
(Nguồn: Nace, U.S Geological Survey, 1967 and The Hydrologic Cycle (Pamphlet) U.S Geological Survey, 1984)
Dạng nước Thể tích (Km 3´ 10 6 ) Tỉ lệ (%)
Bảng 2 Thời gian tồn đọng của các dạng nước trong tuần hoàn nước
Khí quyển Các dòng sông Đất ẩm
Các hồ lớn
Nước ngầm nông
Tầng pha trộn của các đại dương
Đại dương thế giới Nước ngầm sâu Chóp băng Nam Cực
9 ngày
2 tuần
2 tuần đến 1 năm
10 năm 10-100 năm
120 năm
300 năm đến 10.000 năm 10.000 năm
Hơi nước trong không khí 0,005 0,001
Trang 3Hình 1 Sơ đồ chu trình tuần hoàn nước
Trong chu trình tuần hoàn nước: nước vận chuyển không đổi giữa thủy quyển, khí quyển, và sinh quyển nhờ năng lượng mặt trời và trọng lực Tổng lượng nước chảy tràn hàng năm từ đất liền ra đại dương khoảng 10,3´ 10 15 gallon.
Nước luôn chuyển đổi liên tục qua nhiều trạng thái, phần lớn qua các dạng như băng tuyết; bay hơi; sự thoát hơi nước ở thực vật, động vật, con người; mưa.
3, Chu trình tuần hoàn Cacbon (C)
Các quá trình chính trong chu trình tuần hoàn cacbon gồm quá trình quang hợp, quá trình phân hủy các sản phẩm bài tiết Ngoài ra còn có quá trình hô hấp, quá trình khuếch tán khí CO2 trong khí quyển Khí quyển là nguồn cung cấp cacbon (chủ yếu ở dạng CO2) chính trong chu trình tuần hoàn C CO2 đi vào hệ sinh thái nhờ quá trình quang hợp và trở lại khí quyển nhờ quá trình hô hấp và quá trình đốt cháy
C có thể tồn tại thời gian dài ở các dạng vô cơ như CO2
CO 2- (hòa tan, như CaCO cacbonat calcium) hoặc(hòa tan và dạng khí); H2CO3 (hòa tan); HCO - (hòa tan);
dạng hữu cơ như glucose; acid acetic, than, dầu, khí.33
Trang 4Hình 2 Chu trình tuần hoàn cacbon
Một số tác động của con người làm tăng lượng khí CO2 trong không khí, nước: Đốt cháy nhiên liệu (xăng, than), đốt cháy củi, gỗ làm trái đất nóng lên, tăng nhiệt độ trên trái đất-hiệu ứng nhà kính Việc tăng khí CO2 và một số chất ô nhiễm khác (NO x , SO x ), gây mưa acid (pH 4,0), làm cá chết, thay đổi pH đất, ảnh hưởng đến cây trồng.
Sự nóng lên toàn cầu có thể làm băng tan ở Nam cực, tăng mực nước biển, thay đổi khí hậu, thay đổi sản lượng ngũ cốc và lượng mưa.
Quan sát chu trình tuần hoàn cacbon, chúng ta sẽ thấy trong
chu trình cũng mô tả sự vận chuyển oxy vì các phân tử này
đều có sự hiện diện của oxy
Trong chu trình tuần hoàn oxy thì oxy được thải vào không
khí từ các sinh vật tự dưỡng bằng quá trình quang hợp Sinh
vật tự dưỡng và dị dưỡng đều hấp thu oxy thông qua quá trình
hô hấp Thật ra, tất cả oxy trong không khí đều là nguồn gốc
phát sinh sự sống Đầu tiên, oxy được giải phóng từ quá trình
quang hợp của các sinh vật tự dưỡng (phần lớn là cyano-
bacteria) sống trong môi trường nước Trải qua 2 tỉ năm, nồng
độ oxy tăng lên trong không khí và hiện nay đạt 21% là nguồn
gốc phát sinh các sinh vật đa bào, cũng như động vật có
xương sống-vì các loài này nhu cầu oxy rất cao
Trang 55, Chu trình tuần hoàn Nitơ (N)
Các quá trình chính trong chu trình tuần hoàn nitơ:
Cố định nitơ: Nitơ được các vi khuẩn cố định nitơ, thường sống trên nốt sần rễ cây họ đậu, chuyển
3
Ammon hóa: các vi khuẩn phân hủy sẽ phân hủy các acid amin từ xác chết động vật và thực vật để giải phóng NH4OH.
Nitrat hóa: các vi khuẩn hóa tổng hợp sẽ oxid hóa NH4OH để tạo thành nitrat và nitrit, năng lượng được giải phóng sẽ giúp phản ứng giữa oxy và nitơ trong không khí để tạo thành nitrat.
Khử nitrat hóa: các vi khuẩn kỵ khí phá vỡ các nitrat, giải phóng nitơ trở lại vào khí quyển.
nitơ ở dạng khí sang dạng NO -.
Một vài tác động gay gắt nhất của con người vào chu
trình tuần hoàn nitơ:
• Sử dụng phân bón đạm để tăng năng suất cho các
vụ mùa, làm tăng tốc độ khử nitrit và làm nitrat đi
vào nước ngầm Lượng nitơ tăng trong hệ thống
nước ngầm cuối cùng cũng chảy ra sông, suối, hồ, và
cửa sông Tại đây, có thể sinh ra hiện tượng phú
dưỡng hóa
• Làm tăng sự lắng đọng nitơ không khí vì cháy rừng và
đốt cháy nhiên liệu Cả 2 quá trình này đều giải
phóng các dạng nitơ rắn ở trạng thái bụi
• Chăn nuôi gia súc Gia súc đã thải vào môi trường
một lượng lớn ammoniac (NH3) qua chất thải của
chúng NH3 sẽ thấm dần vào đất, nước ngầm và lan
truyền sang các khu vực khác do nước chảy tràn
• Chất thải và nước thải từ các quá trình sản xuất
Trang 6Hình 3 Chu trình tuần hoàn Phospho
Hiện nay, phospho là khâu yếu nhất trong mạng lưới dinh dưỡng Với sự gia tăng nhu cầu sử dụng phospho, xói mòn (do đốt phá rừng), thì nguồn dự trữ phospho có nguy cơ sẽ cạn dần.Khi xảy ra sự mất cân bằng ở các chu trình tuần hoàn thì sẽ có sự cố về môi trường, ảnh hưởng đến sự tồn tại của sinh vật và con người trong một khu vực hay trên toàn cầu.
6, Chu trình tuần hoàn Phospho (P)
không hoàn hảo Phospho là chất cơ bản của sinh chất có trong sinh vật cần cho tổng hợp các chất như acid nucleic, chất dự trữ năng lượng ATP, ADP.
dưới dạng hỏa nham, hiếm có trong sinh quyển Phospho có khuynh hướng trở thành yếu tố giới hạn cho hệ sinh thái.
chuyển vào đất liền (do người đánh bắt cá hoặc do chim ăn cá …).
Trang 78, Thành phần của hệ sinh thái
Hệ sinh thái hoàn chỉnh bao gồm các thành phần chủ yếu sau:
•
•
Các yếu tố vật lý (để tạo nguồn năng lượng): ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, dòng chảy … Các yếu tố vô cơ: gồm những nguyên tố và hợp chất hóa học cần thiết cho tổng hợp chất sống Các chất vô cơ có thể ở dạng khí (O2, CO2, N2), thể lỏng (nước),
dạng chất khoáng (Ca, PO 3-, Fe …) tham gia vào chu trình tuần hoàn vật chất
Các chất hữu cơ (các chất mùn, acid amin, protein, lipid, glucid): đây là các chất có đóng vai trò làm cầu nối giữa thành phần vô sinh và hữu sinh, chúng là sản phẩm của quá trình trao đổi vật chất giữa 2 thành phần vô sinh và hữu sinh của môi trường
7, Khái niệm hệ sinh thái (Clip)
• Quần thể là một nhóm cá thể của một loài, sống trong một khoảng không gian xác định, có nhiều đặc điểm đặc trưng cho cả nhóm, chứ không phải cho từng cá thể của nhóm (E.P Odium, 1971) Hoặc quần thể là một nhóm cá thể của cùng một loài sống trong cùng một khu vực (Alexi Sharov, 1996).
• Quần xã (community) bao gồm cả quần xã của nhiều loài khác nhau, loài có vai trò quyết định sự tiến hóa của quần xã là loài ưu thế sinh thái.
• Quần xã sinh vật là tập hợp các sinh vật thuộc các loài khác nhau cùng sinh sống trên một khu vực nhất định Khu vực sinh sống của quần xã được gọi
là sinh cảnh Như vậy, sinh cảnh là môi trường vô sinh Trên thực tế để dễ nhận biết và phân biệt, người ta dùng vật chỉ thị là thảm thực vật, vì yếu
tố thực vật thường chiếm ưu thế trong một sinh cảnh và có ảnh hưởng rõ rệt lên sinh cảnh.
• Tập hợp các sinh vật, cùng với các mối quan hệ khác nhau giữa các sinh vật đó và các mối tác động tương hỗ giữa chúng với môi trường, với các
yếu tố vô sinh, tạo thành một hệ thống sinh thái-ecosystem, gọi tắt là hệ
sinh thái Hệ sinh thái là hệ chức năng gồm có quần xã, các cơ thể sống và môi trường của nó dưới tác động của năng lượng mặt trời.
Trang 8Hình 4 Các dạng tháp sinh thái
Chuỗi thức ăn và lưới thức ăn:
• Trong thiên nhiên, các nhóm thực vật, động vật cũng như nấm, vi khuẩn (với vô vàn cá thể) sống chung với nhau, liên kết với nhau bởi những mối quan hệ chủ yếu là về dinh dưỡng và phân bố Tức
là mối quan hệ mà trong đó luôn diễn ra cuộc đấu tranh về không gian sống và thức ăn.
• Mối quan hệ về thức ăn thể hiện bằng một chuỗi dinh dưỡng được bắt đầu bằng sinh vật tự dưỡng và sau đó là một số sinh vật này làm thức ăn cho một số sinh vật khác, rồi chính nhóm này lại làm thức ăn cho nhóm khác nữa Điều đó tạo thành chuỗi liên tục từ mức thấp đến mức cao, bắt đầu bằng mức độ tổng hợp sản phẩm tiếp đến một số mức độ tiêu thụ, chuỗi này còn được gọi là chuỗi thức ăn Nhiều chuỗi thức ăn tạo thành lưới thức ăn.
• Chuỗi thức ăn là chuỗi mà các sinh vật sau ăn các sinh vật trước Nếu chúng ta xếp các sinh vật trong chuỗi thức ăn theo các bậc dinh dưỡng, thường sẽ tạo thành tháp sinh thái Quan sát tháp sinh thái sẽ cho ta một số thông tin như tổng năng lượng của một
hệ sinh thái tuân theo nguyên tắc nhiệt động học: năng lượng cung cấp từ nguồn thức ăn của sinh vật cấp trên luôn luôn thấp hơn cấp dưới,
Trang 9Hình 5 Lưới thức ăn
8, Các quá trình chính trong hệ sinh thái
• Trong hệ sinh thái luôn diễn ra các quá trình chính, đó là quá trình trao đổi năng lượng, tuần hoàn các chất và sự tương tác giữa các loài.
• Nguồn năng lượng trong hệ sinh thái có nguồn gốc chủ yếu từ ánh sáng mặt trời (thông qua quang hợp) và năng lượng hóa học (thông qua chuỗi thức ăn) Thông qua chuỗi thức ăn, bậc dinh dưỡng trên sẽ nhận được khoảng 10% năng lượng từ bậc dinh dưỡng thấp Một số trường hợp ngoại lệ như bò ăn
cỏ 7% (7 kg ngũ cốc tạo ½ kg thịt bò); ốc sên 33%; thỏ 20%.
• Mọi sinh vật sống chính là nguồn thực phẩm quan trọng cho các sinh vật khác Như vậy, có thể hiểu chuỗi thức ăn là một chuỗi sinh vật mà sinh vật sau ăn sinh vật trước, lưới thức
ăn (food web) gồm nhiều chuỗi thức ăn.
• Ví dụ: sâu ăn lá; chim sâu ăn sâu; diều hâu ăn chim sâu Khi cây, sâu, chim sâu, diều hâu chết thì chúng sẽ bị các vi sinh vật phân hủy.
Trang 10Câu hỏi ôn tập
1, Trình bày chu trình tuần hoàn nước
2, Trình bày chu trình tuần hoàn
cacbon 3, Trình bày chu trình tuần
hoàn oxy
4, Các quá trình trong chu trình tuần hoàn Nito
5, Nêu khái niệm hệ sinh thái, thành phần của
hệ sinh thái