Thư viện tri thức trực tuyến
Kho tài liệu với 50,000+ tài liệu học thuật
© 2023 Siêu thị PDF - Kho tài liệu học thuật hàng đầu Việt Nam
Bài giảng khoa học môi trường và sức khỏe môi trường
Nội dung xem thử
Mô tả chi tiết
BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC HUẾ
KHOA Y TẾ CÔNG CỘNG
Bộ môn: Sức khỏe môi trường
-----&*&-----
BÀI GIẢNG
KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG
VÀ SỨC KHỎE MÔI TRƯỜNG
(Có bổ sung sửa chữa)
Chủ biên: Th.S. GVC. Nguyễn Hữu Nghị
Huế, 2008
1 1
MÔI TRƯỜNG VÀ SỨC KHOẺ CON NGƯỜI
Mục tiêu học tập
1. Diễn giải được định nghĩa môi trường sống và các phương pháp nghiên cứu
2. Hiểu được tác động qua lại giữa cơ thể và Môi trường
3. Phân tích được khả năng tự điều chỉnh của môi trường và sự ô nhiễm
I. Kháí niệm chung về Môi trường sống
1. Định nghĩa Môi trường
Theo nghĩa rộng nhất thì “ Môi trường” là tập hợp các điều kiện và hiện tượng
bên ngoài có ảnh hưởng tới một vật thể hoặc sự kiện. Bất cứ vật thể, sự kiện nào cũng
tồn tại và diễn biến trong môi trường như môi trường vật lý, môi trường pháp lý , môi
trường kinh tế,..vv...Thực ra, các thành phần như khí quyển ,thuỷ quyển, thạch quyển,
tồn tại trên Trái Đất đã từ rất lâu, nhưng chỉ khi có mặt các cơ thể sống thì chúng mới
trở thành các thành phần của môi trường sống.
Môi trường sống là tổng các điều kiện bên ngoài có ảnh hưởng tới sự sống và sự
phát triển của các cơ thể sống .Đôi khi người ta còn gọi khái niệm môi trường sống
bằng thuật ngữ môi sinh ( living environment).
Môi trường sống của con người là tổng hợp các điều kiện vật lý, hoá học, sinh
học, xã hội bao quanh con người và có ảnh hưởng tới sự sống, sự phát triển của từng cá
nhân và toàn bộ cộng đồng người. Thuật ngữ “Môi trường” thường dùng với nghĩa này.
Môi trường sống của con người là vũ trụ bao la, trong đó có hệ Mặt trời và Trái Đất.
Các thành phần của môi trường sống có ảnh hưởng trực tiếp tới con người trên Trái đất
gồm 4 quyển: sinh quyển, thuỷ quyển, khí quyển, thạch quyển .
Có thể nêu ra một định nghĩa chung về môi trường như sau :
Môi trường là tập hợp các yếu tố tự nhiên và xã hội bao quanh con người có
ảnh hưởng tới con người và tác động qua lại với các hoạt động sống của con người như
: không khí, nước, đất, sinh vật, xã hội loài người,...vv.....
-Môi trường sống của con người theo chức năng được chia thành các loại :
-Môi trường tự nhiên: bao gồm các yếu tố tự nhiên như các yếu tố vật lí, hoá học
và sinh học, tồn tại khách quan ngoài ý muốn con người.
-Môi trường xã hội: là tổng thể các quan hệ giữa người và ngươi tạo nên sự thuận
lơii hoặc trở ngại cho sự tồn tại và phát triển của các cá nhân và cộng đồng loài người.
-Môi trường nhân tạo: là tất cả các yếu tố tự nhiên, xã hội do con người tạo nên
và chịu sự chi phối của con người .
Môi trường theo nghĩa rộng là tổng các nhân tố như không khí, nước , đất, ánh sáng
,âm thanh,cảnh quan,xã hội ,vv.....có ảnh hưởng tới chất lượng cuộc sống con người và các tài
nguyên thiên nhiên cần thiết cho sinh sống và sản xuất của con người. Môi trường theo nghĩa
hẹp là tổng các nhân tố như không khí, nước, đất, ánh sáng.. vv.....liên quan tới chất lượng
cuộc sống con người, không xét tới tài nguyên .
Từ các định nghĩa trên có thể sinh ra nhiều quan niệm khác nhau về khoa học môi
trường :
Môi trường là đối tượng nghiên cứu của nhiều ngành khoa học đang có hiện nay ( sinh
học, địa học, hoá học vv....).Tuy nhiên, các ngành khoa học nói trên chỉ quan tâm đến một
phần hoặc một thành phần theo nghĩa hẹp.
Môi trường là đối tượng nghiên cứu của một ngành khoa học liên ngành có mục đích
chủ yếu là bảo vệ môi trường sống lâu dài của con người trên Trái đất. Trong giai đoạn hiện
nay, hoạt động phát triển kinh tế và khoa học kỹ thuật của con người có ảnh hưởng mạnh mẽ
tới chất lượng môi trường sống (khai thác tài nguyên thiên nhiên, gia tăng dân số, sản xuất
1 2
công nghiệp). Không có một ngành khoa học đang có hiện nay đủ điều kiện nghiên cứu và
giải quyết mọi nhiệm vụ của công tác bảo vệ môi trường là quản lí và bảo vệ chất lượng các
thành phần môi trường sống của con người và các sinh vật trên Trái Đất.
2. Các phương pháp nghiên cứu
Khoa học môi trường sử dụng một loạt các phương pháp nghiên cứu lí thuyết và thực
nghiệm của các ngành khoa học cơ bản khác :
-Các phương pháp thu thập và xử lý số liệu thực tế, các thực nghiệm .
-Các phương pháp phân tích thành phần môi trường .
-Các phương pháp phân tích, đánh giá xã hội, quản lý xã hội, kinh tế .
-Các phương pháp tính toán , dự báo, mô hình hoá.
-Các giải pháp kỹ thuật, tiến bộ kỹ thuật .
-Các phương pháp phân tích hệ thống.
3. Các nội dung nghiên cứu
Các nghiên cứu môi trường rất đa dạng được phân chia theo nhiều cách khác nhau. Ở
đây có thể chia ra làm 4 bốn loại chủ yếu :
-Nghiên cứu đặc điểm của các thành phần môi trường ( tự nhiên hoặc nhân tạo ) có
ảnh hưởng hoặc chịu ảnh hưởng của con người, đó là nước, không khí, đất ,sinh vật, hệ sinh
thái, khu công nghiệp, đô thị, nông thôn vv.....Ở đây, khoa học môi trường tập trung nghiên
cứu mối quan hệ và tác động qua lại giữa con người với các thành phần của môi trường sống.
-Nghiên cứu công nghệ, kỹ thuật xử lý ô nhiễm, bảo vệ chất lượng môi trường sống
của con người.
-Nghiên cứu tổng hợp các biện pháp quản lý về khoa học kinh tế, luật pháp, xã hội
nhằm bảo vệ môi trường và phát triển bền vững Trái Đất, quốc gia, vùng lãnh thổ, ngành công
nghiệp.
-Nghiên cứu về phương pháp mô hình hoá, phương pháp phân tích hoá học ,vật lý,
sinh vật phục vụ cho ba nôi dung trên.
II. Mối quan hệ giữa cơ thể và Môi trường sống
Khoa học môi trường là ngành khoa học nghiên cứu mối quan hệ và tương tác qua lại
giữa con người và môi trường xung quanh. Con người và môi trường luôn thống nhất với
nhau. Người xưa từng phát hiện quy luật “ Thiên – Nhân hợp nhất”
Cơ thể đáp ứng trước các tác động của môi trường sống bằng các biểu hiện khác nhau:
Phản xạ, thích ứng, không thích ứng, giả thích ứng, rối loạn thích ứng....
Mặt khác con người can thiệp vào môi trường có mục đích trước hết để cải tạo môi
trường. Ví dụ các hoạt động sản xuất, khai thác tài nguyên thiên nhiên, các hoạt động y tế,
điều trị.... gây nên sự thay đổi mối tương tác giữa cơ thể và môi trường sống.
Tóm lại, Môi trường và cơ thể phải thống nhất với nhau, sự thay đổi của môi trường
trong một giới hạn nhất định kéo theo sự thay đổi để thích nghi của cơ thể sống, do đó càng
củng cố cơ chế thích nghi vốn đã linh hoạt, càng linh hoạt hơn. Sự thay đổi đột ngột hoặc
vượt quá giới hạn thích nghi sẽ dẫn đến những hậu quả xấu, thậm chí tiêu diệt một vài giống
loài sinh vật.
Thích ứng là quá trình điều chỉnh, đòi hỏi có một thời gian nhất định để cơ thể thích
nghi được với các yếu tố môi trường. Nếu không đủ thời gian thì sẽ dẫn đến rối loạn thích ứng
hay Giả thích ứng, vấn đề này để giải thích một số bệnh của nền văn minh : Bệnh cao huyết
áp, bệnh tâm thần kinh......
Đầu thập kỷ 70, nhà địa hoá người Anh Hamilton đã đưa ra kế hoạch thực nghiệm là
xác định hàm lượng nguyên tố hoá học trong đá, bụi, đất, giấy, cá, lương thực, máu và não để
xem hàm lượng các nguyên tố hoá học trong cơ thể con người và vật chất trong môi trường có
1 3
quan hệ gì với nhau không. Kết quả giám định 60 loại nguyên tố hoá học cho thấy tỉ lệ hàm
lượng các nguyên tố hoá học tương ứng trong vỏ Trái Đất. Thí dụ hàm lượng 4 nguyên tố chủ
yếu C.H.O.N chiếm 99,4% khối lượng con người và 50,5% vỏ Trái Đất .Các nghiên cứu địa
hoá sinh thái cho thấy có một số bệnh tật có liên quan tới sự thiếu hụt hay dư thừa nguyên tố
hoá học trong đất đá khu vực. Thí dụ thiếu Se -viêm khớp xương , thiếu kẽm - người lùn,
thiếu iot-bướu cổ, thừa Cd-đau xương, tự gẫy xương. Năm 1955, ở huyện Phusan Nhật Bản
phát hiện loại bệnh gẫy xương do thừa Cd. Bệnh hoành hành trong thời gian hơn 20 năm,
riêng 1963-1967 làm chết 207 người. Nguyên nhân của loại bệnh trên là do nồng độ Cd cao,
có trong nước thải của hoạt động khai thác một số mỏ Pb, Zn nằm ở đầu nguồn một con sông
cung cấp nước tưới cho các cánh đồng lúa của huyện Phusan .
Khi phơi nhiễm với các yếu tố môi trường, sự đáp ứng của cơ thể còn phụ thuộc vào
các đặc trưng của cơ thể mang tính chất cá nhân, như yếu tố di truyền, tình trạng dinh dưỡng,
tuổi, giới, chủng tộc, điều kiện vật chất, sự rèn luyện....Chính vì các đặc trưng đó mà cơ thể
có các đáp ứng khác nhau trước các tác động của môi trường và kết quả là tình trạng sức khoẻ
sẽ khác nhau.
Như vậy, trong gian đoạn hiện nay, có thể xem khoa học môi trường là một ngành
khoa học độc lập, được xây dựng trên cơ sở tích hợp các kiến thức của các ngành khoa học đã
có cho một đối tượng chung là môi trường sống bao quanh con người với phương pháp và nội
dung nghiên cứu cụ thể .
III. Ứng dụng nguyên lý sinh thái học trong việc bảo vệ Môi trường sống
1. Sinh thái học (Ecologie)
Là khoa học nghiên cứu về mối quan hệ giữa sinh vật (động vật, thực vật, con người)
với ngọai cảnh. Sinh thái học là một khoa học có phạm vi nghiên cứu rất rộng, phạm vi
nghiên cứu chủ yếu của nó thuộc khoa sinh học, và một phần thuộc các khoa khác như địa lý,
địa chất, khảo cổ, nhân học và cả khoa học xã hội. Sinh thái học cũng được coi là một khoa
học trung gian, họăc bao trùm lên các khoa học trên. Đối tượng nghiên cứu của sinh thái học
có 4 mức tổ chức khác nhau từ thấp lên cao: Cơ thể, Chủng quần (Quần thể), Quần xã và Hệ
sinh thái.
Chủng quần được định nghĩa là một tập hợp các cá thể của cùng một lòai hay những
lòai rất gần nhau, cùng sống trong một không gian nhất định hay còn gọi là sinh cảnh. Ví dụ:
Chủng quần nai sống ở đảo Các bà, chủng quần chuột sống sống ở thành phố Huế, chủng
quần cây Vẹt sống ở ven biển Ba tri (Bến tre)...
Quần xã bao gồm tập hợp tất cả các chủng quần (động vật, thực vật, vi sinh vật) cùng
sống trong một sinh cảnh, Ví dụ: Quần xã sinh vật Hồ Tây: bao gồm tất cả các chủng quần, từ
các lòai vi sinh vật, tảo, động vật không xương sống đến cá ở Hồ tây; hay quần xã sinh vật
rừng Cúc phương...
Hệ sinh thái được định nghĩa gồm Quần xã, và Môi trường bao quanh Quần xã.
Có thể nói, Hệ sinh thái là một hệ thống gồm các Chủng quần sinh vật và Môi trường,
ở đó thực hiện mối quan hệ khăng khít giữa sinh vật và ngọai cảnh.
2. Cấu trúc của hệ sinh thái
Các Hệ sinh thái nói chung, về cấu trúc đều gồm có 4 thành phần cơ bản: Môi trường,
Vật sản xuất, Vật tiêu thu, và Vật phân hủy: (hình 1).
- Môi trường (E): bao gồm các nhân tố vật lý, hóa học (vô sinh) bao quanh sinh vật. Ví
dụ: Hệ sinh thái hồ, môi trường gồm nước, nhiệt độ, ánh sáng, các khí hòa tan, O2 , CO2 , các
muối hòa tan, các vật lơ lửng... Môi trường cung cấp tất cả các yếu tố cần thiết cho Vật sản
xuất tồn tại, và phát triển.
- Vật sản xuất (P): bao gồm cây xanh và một số vi khuẩn, là các sinh vật có khả năng
tự tổng hợp được các chất hữu cơ cần cho sự xây dựng cơ thể của mình, các sinh vật nầy còn
1 4
được gọi là các sinh vật Tự dưỡng. Cây xanh nhờ có diệp lục nên chúng thực hiện được quang
hợp, tổng hợp chất hữu cơ để xây dựng cơ thể chúng theo phản ứng sau đây:
6 CO2 + 6 H2O + năng lượng mặt trời + Enzym diệp → C6 H12O6 + 6 O2.
Một số vi khuẩn được coi là Vật sản xuất do chúng có khả năng quang hợp hay hóa tổng hợp.
Đương nhiên, tất cả các hoạt động động sống có được là nhờ vào khả năng sản xuất của Vật
sản xuất.
- Vật tiêu thụ (C): bao gồm các động vật, chúng sử dụng chất hữu cơ trực tiếp hay gián
tiếp từ Vật sản xuất, chúng không có khả năng tự sản xuất được chất hữu cơ, và được gọi là
các sinh vật Dị dưỡng. Vật tiêu thụ cấp 1 hay vật ăn cỏ là các động vật chỉ ăn các thực vật.
Vật tiêu thụ cấp 2 là động vật ăn tạp hay ăn thịt. Theo chuỗi thức ăn, ta còn có vật tiêu thụ cấp
3, vật tiêu thụ cấp 4... Ví dụ: Trong Hệ sinh thái hồ, tảo là Vật sản xuất; giáp xác thấp là Vật
tiêu thụ cấp 1; tôm, tép, cá nhỏ là Vật tiêu thụ cấp 2; cá rô, cá chuối là vật tiêu thụ cấp 3;
Rắn nước, rái cá , chim bói cá là vật tiêu thụ cấp 4.
- Vật phân hủy (T): là một số vi khuẩn và nấm, chúng phân hủy các chất hữu cơ. Tính
chất dinh dưỡng đó gọi là Hoại sinh; chúng sống nhờ vào các sinh vật chết và các chất thải
của động vật , chúng phá vỡ các hợp chất hữu phức tạp tạo ra các chất hữu cơ đơn giản và các
chất vô cơ; các sản phẩm này, cây xanh có thể sử dụng được.
Hầu hết các hệ sinh thái tự nhiên bao gồm đủ 4 thành phần cơ bản nêu trên. Tuy nhiên,
trong một số trường hợp, Hệ sinh thái không đủ 4 thành phần. Ví dụ: Hệ sinh thái đáy biển
sâu thiếu Vật sản xuất (do thiếu ánh sáng), do đó chúng không thể tồn tại được nếu không
được Hệ sinh thái ở tầng mặt cung cấp chất hữu cơ. Tất cả các hệ sinh thái tự nhiên đều có
cách phát triển riêng - đó là hệ quả của mối quan hệ qua lại giữa 4 thành phần của hệ sinh
thái. Những biến đổi này có thể xảy ra nhanh hay chậm tùy theo từnghệ sinh thái. Ví dụ: hệ
sinh thái hô, lúc đầu khi hồ còn sâu, chúng ta gặp đầy đủ các chủng quần giáp xác, thân mềm,
côn trùng ở nước, cá và cả các cây thủy sinh sống ven hồ. Hệ sinh thái hồ dần dần được lắng
đọng các chất trầm tích từ các vùng xung quanh chảy tới. Hồ nông dần, cho đến khi ta không
thể gọi là hồ được nữa. Hệ sinh thái hồ đã chuyển sang hệ sinh thái đầm lầy. Nếu như con
người không can thiệp vào các hệ sinh thái tự nhiên, thì xu thế phát triển chung của chúng là
tiến tới một kiểu Hệ sinh thái ổn định, với một sinh khối tối đa và sự phân hóa cao các chủng
quần. Quần xã thuộc các kiểu hệ sinh thái này được gọi là quần xã đỉnh cực (Climax). Quá
trình biến đổi quần xã này nối tiếp quần xã khác gọi là sự Diễn thể, các Quần xã trong quá
trình diễn thể thường có sức sản xuất sinh học cao, độ phân hóa các lòai thấp và kém bền
vững so với các quần xã đỉnh cực (hay thành thục). Các hệ sinh thái nông nghiệp là các hệ
sinh thái trẻ có năng xuất sinh học cao nhưng rất dễ bị hủy họai nếu các nhân tố sinh thái bị
thay đổi bất ngờ.
3. Vòng tuần hòan vật chất của hệ sinh thái
Trong các hệ sinh thái, thường xuyên có sự vận chuyển các chất hóa học từ Môi trường
vào Vật sản xuất, rồi từ Vật sản xuất sang Vật tiêu thụ, sau đó các chất hóa học này từ Vật sản
xuất và Vật tiêu thụ sang Vật phân hủy, và cuối cùng chúng lại trở về Môi trường.Sự vận
chuyển vật chất này được gọi là vòng tuần hòan vật chất của hệ sinh thái, hay còn được gọi là
: Chu trình Sinh - Địa - Hóa. Ví dụ: một vài vòng tuần hòan vật chất chủ yếu của hệ sinh
thái: Vòng tuần hòan C, N, P, và S,,,
4. Dòng năng lượng của Hệ sinh thái
Song song với vòng tuần hòan vật chất, trong hệ sinh thái còn tồn tại dòng năng lượng.
Đối với Vật sản suất (P), năng lượng được cung cấp từ nguồn năng lượng mặt trời; chỉ
có một phần rất nhỏ của bức xạ tổng cộng (LT) của năng lượng bức xạ mặt trời được diệp lục
của cây xanh sử dụng, phần còn lại không được sử dụng (NUI). Phần năng lượng mà cây xanh
hấp thụ (LA), một phần lớn phân tán dưới dạng nhiệt (CH) và chỉ một phần rất nhỏ được dùng
1 5
để quang hợp, sản xuất ra các chất hữu cơ. Phần năng lượng nầy còn được gọi là sức sản xuất
sơ cấp thô (PB); sức sản xuẩt sơ cấp nguyên (PN) tương ứng với sức sản xuất thô trừ đi năng
lượng mất đi do hô hấp (Ri) của vật sản xuất.
Được gọi là dòng năng lượng đi qua vật dinh dưỡng cho trước là tổng số năng lượng
mà vật dinh dưỡng đó hấp thụ, ở đây là PB = PN + RI .
Một phần năng lượng của sức sản xuất sơ cấp nguyên (PN) được sử dụng làm thức ăn
cho vật tiêu thụ cấp 1, tức là nhóm động vật ăn thực vật ( gọi phần năng lượng này là LI ). một
phần năng lượng của sức sản xuất nguyên không được sử dụng (NU2) bởi vật tiêu thụ, phần
thực vật tương ứng này được dùng làm mồi ăn của các vi khuẩn và các vật phân hủy khác.
Phần năng lượng LI
tuy được vật tiêu thụ cấp I sử dụng, nhưng chúng chỉ dùng được phần
năng lượng AI thôi, còn phần năng lượng NAI
thải đi dưới dạng phân và nước tiểu của vật
tiêu thụ cấp 1.
Phần năng lượng AI bao gồm một phần là sức sản xuất thứ cẩp PSI và một phần năng
lượng mất đi do hô hấp R2 : AI
= PSI
+ R2 ; Cũng lập luận tương tự như vậy đối với bậc
dinh dưỡng là Vật tiêu thụ cấp 2, ta có: A2 = PS2 + R3
Dòng năng lượng vừa được mô tả ở trên được minh họa theo hình
Hai chức năng: Vòng tuần hòan vật chất và dòng năng lượng là 2 chức năng cơ bản
của hệ sinh thái, nó biểu thị đặc trưng riêng của từng hệ sinh thái, và mức độ tiêu hóa của nó.
Các hệ sinh thái đóng vai trò quan trọng trong đời sống của con người. Con người là một
thành phần của hệ sinh thái. Muốn điều khiển các hệ sinh thái sao cho có lợi nhất đối với con
người, chúng ta phải hiểu thật đầy đủ cấu trúc và chức năng của các Hệ sinh thái.
5. Sự tự điều chỉnh (Homéostasie) của các hệ sinh thái
Các hệ sinh thái tự nhiên nói chung đều có khả năng tự điều chỉnh riêng của mình; Nói
theo nghĩa rộng, đó là khả năng tự lập lại cân bằng, cân bằng giữa các chủng quần trong hệ
sinh thái (vật ăn thịt - con mồi, vật ký sinh - vật chủ …), cân bằng các vòng tuần hòan vật chất
và dòng năng lượng giữa các thành phần của hệ sinh thái… Sự cân bằng này cũng có nghĩa là
sự cân bằng giữa các vật sản xuất, vật tiêu thụ và vật phân hủy. Sự cân bằng này còn được gọi
là cân bằng sinh thái. Nhờ có sự tự điều chỉnh này mà các hệ sinh thái tự nhiên giữ đuợc sự ổn
định mỗi khi chịu tác động của nhân tố ngọai cảnh. Nhưng sự tự điều chỉnh của hệ sinh thái
có giới hạn nhất định, nếu sự thay đổi của các nhân tố ngoại cảnh vượt quá giới hạn này thì hệ
sinh thái mất khả năng tự điều chỉnh, và hậu quả là chúng bị phá hủy.
- Cũng lưu ý ở đây là, con người không phải lúc nào cũng muốn các hệ sinh thái có
khả năng tự điều chỉnh. Ví dụ : nền nông nghiệp thâm canh dựa vào sự sản xuất dư thừa chất
hữu cơ, để cung cấp lương thực và thực phẩm cho con người. Các hệ sinh thái này là các hệ
sinh thái không có sự tự điều chỉnh với mục đích con người sử dụng hữu hiệu phần dư thừa
đó.
- Ngày nay, nhiều nước nhiệt đới đã phá đi hàng lọat rừng nhiệt đới để phát triển nông
nghiệp. Trên thực tế, sự phá hủy này không những phá đi những hệ sinh thái giàu có và giá trj
cao để không phải dễ dàng gì mà có được hiệu quả cao về sản xuất nông nghiệp. Do tầng đất
mỏng, cường độ trao đổi chất của các rừng nhiệt đới cao nên thường đem lại sự nghèo nàn
trong sản xuất nông nghiệp. Hơn nữa một khi rừng bị phá hủy thường kéo theo sự xói mòn,
hạn hán, và lũ lụt.
- Một ví dụ khác, trường hợp các chất hữu cơ do chất thải sinh hoạt của các khu dân
cư vào hệ sinh thái ở nước. Các chất dinh dưỡng này đã làm cho các lòai tảo (Vật sản xuất)
phát triển cao độ. Vật sản xuất do phát triển quá nhiều mà không được các vật tiêu thụ sử
dụng kịp, một khi chúng chết đi chúng bị phân hủy và giải phóng ra các chất độc. Đồng thời,
quá trình này lại gây nên hiện tượng O2 trong nước giảm xuống quá thấp, và có thể làm chết
hàng lọat cá và các loài động vật khác có trong nước. Đây là trường hợp ô nhiễm hữu cơ vực
nước , rất hay xảy ra ở các vùng đang đô thị hóa, nhất là ở các nước đang phát triển.
1 6
- Sự mất cân bằng trong hệ sinh thái, lúc đầu thường xảy ra cho vài thành phần, sau đó
mở rộng sang các thành phần khác; và có thể từ hệ sinh thái này mở rộng sang hệ sinh thái
khác.
- Sự tự điều chỉnh của hệ sinh thái là kết quả của sự tự điều chỉnh của từng cơ thể, của
từng chủng quần, của quần xã, mỗi khi một nhân tố sinh thái nào đó thay đổi.
Chúng ta chia các nhân tố sinh thái ra làm 2 nhóm: Nhân tố sinh thái Giới hạn, và nhân
tố sinh thái Không giới hạn. Nhiệt độ, nồng độ các loại muối, thức ăn... là nhân tố sinh thái
giới hạn; Có nghĩa là, ví dụ như đối với nhiệt độ, nếu chúng ta cho nhiệt độ thay đổi từ thấp
lên cao, chúng ta sẽ tìm được một khoảng giới hạn nhiệt độ thích hợp của Cơ thể, hay của cả
Chủng quần; ngòai khoảng giới hạn đó, Cơ thể hay Chủng quần không tồn tại được. Khoảng
giới hạn này còn được gọi là “Khoảng giới hạn sinh thái “ hay khoảng giới hạn cho phép của
cơ thể, của chủng quần. Hai yếu tố: ánh sáng, địa hình: không được coi là nhân tố sinh thái
giới hạn đối với động vật.
Như vậy, mỗi cơ thể, mỗi chủng quần có một Khoảng giới hạn sinh thái nhất định đối
với từng nhân tố sinh thái; Khoảng giới hạn này phụ thuộc vào khả năng thích nghi ( hay còn
gọi là vị trí tiêu hóa) của cơ thể, của chủng quần, và cũng phụ thuộc vào các nhân tố sinh thái
khác.
Ô nhiễm là hiện tượng do các hoạt động của con người, dẫn đến sự thay đổi các nhân
tố sinh thái, đưa các nhân tố này ra ngòai Khoảng giới hạn sinh thái của cơ thể, của chủng
quần, của quần xã. Con người đã gây nên rất nhiều lọai ô nhiễm (hóa học, vật lý, sinh học)
cho các lòai sinh vật (vi sinh vật, động vật, thực vật, và cả cho người).
Muốn kiểm sóat được ô nhiễm môi trường cần phải biết được các Khoảng giới hạn
sinh thái của cơ thể, của chủng quần, của quần xã đối với từng nhân tố sinh thái. Dự phòng ô
nhiễm là làm sao cho các nhân tố sinh thái nêu trên không vượt ra khỏi khoảng giới hạn thích
ứng của nó. Xử lý ô nhiễm có nghĩa là đưa các nhân tố sinh thái đó trở về trong khoảng giới
hạn sinh thái của cơ thể, của chủng quần, của quần xã. Muốn xử lý được ô nhiễm cần phải
biết được cấu trúc và chức năng của từng hệ sinh thái và nguyên nhân làm cho các nhân tố
sinh thái vượt ra ngòai khoảng giới hạn thích ứng - Đây là nguyên lý sinh thái cơ bản được
vận dụng vào việc sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên và bảo vệ môi trường.
Câu hỏi lượng giá cuối bài
1. Định nghĩa môi trường sống. Hãy phân tích định nghĩa ?
2. Phân tích mối quan hệ giữa cơ thể và môi trường sống. Nêu một vài ví dụ ?
3. Hãy giải thích Nguyên lý sinh thái học ứng dụng bảo vệ môi trường sống như thế nào
?
Tài liệu tham khảo chính
1.Lưu Đức Hải, (2001), Cơ sở khoa học Môi trường, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà
nội.
2.Đào Ngọc Phong,(1986), Môi trường và Sức khoẻ con ng ười, Bộ Đại học và Trung học
chuyên nghiệp, Ch ương trình 5202. Hà nội
3.Đào Ngọc Phong, Lê Quang Hoành (1998), Vệ sinh môi trường và nguy cơ tới sức khỏe,
tập I, Nxb Y học, Hà Nội .
4.Võ Quý, (1993), Sinh th ái h ọc, Trường Đại học Tổng hợp Hà nội, Hà nội.
5.Aron J.L. , Patz J. A. , (2001), Ecosystem Change and Globan Health : A Global
Perpective, Baltimore , Md , Johns Hopkins University Press.
6.Bassett. W.H., (1995), Clay's handbook of Environmental Health, 7th edition, Chapman
& Hall
1 7
SINH VẬT VÀ MÔI TRƯỜNG
I. Những khái niệm và nguyên lý
1. Nguyên lý cơ bản
Nguyên lý cơ bản của sinh thái học hiện đại chính là những khái niệm về sự thống
nhất và đối lập một cách biện chứng giữa cơ thể và môi trường.
- Mỗi cơ thể, quần thể, loài sinh vật bất kỳ (bao gồm cả con người) đều sống dựa vào môi trường
đặc trưng của mình, ngoài mối tương tác đó ra sinh vật không thể tồn tại được.
- Môi trường ổn định, sinh vật sống ổn định và phát triển hưng thịnh.
- Môi trường suy thoái, sinh vật cũng bị suy giảm cả về chất lượng và số lượng.
- Môi trường bị hủy hoại thì sinh vật cũng chịu chung số phận.
Trong trường hợp, môi trường bị phá hủy nếu được phục hồi thì những quần thể, loài
trước đó đã từng sinh sống dù có cư trú trở lại cũng giảm tính đa dạng và khó có thể phát triển
hưng thịnh như trước đó.
Trong mối tương tác giữa cơ thể và môi trường, sinh vật đều phản ứng với sự biến đổi
của các yếu tố môi trường bằng những phản ứng thích nghi về sinh lý, sinh thái và tập tính
thông qua hoạt động của hệ thần kinh - thể dịch, đồng thời chủ động làm cho môi trường biến
đổi nhằm giảm thấp hậu quả tác động bất lợi của các yếu tố và đồng hóa, cải tạo chúng theo
hướng có lợi cho sự tồn tại của chính mình. Sinh vật sống trong các tổ chức càng cao (quần
thể, quần xã, ...) thì sự thích nghi và sức cải tạo đối với môi trường càng có hiệu quả. Sự thích
nghi này của sinh vật được hình thành trong quá trình tiến hóa và mang tính chất tương đối.
Nếu tác động của các yếu tố môi trường vượt khỏi ngưỡng thích nghi của sinh vật, buộc sinh
vật phải rơi vào tình trạng diệt vong nếu như chúng không tìm được những điều kiện tồn tại
thích ứng ở một môi trường sống khác hoặc buộc phải biến đổi về mặt hình thái, đặc tính sinh
lý, sinh thái và tập tính để đi vào con đường chuyển hóa, tiến hóa của các loài và phải trải qua
một chặng đường dài và được kiểm soát bởi quy luật chọn lọc tự nhiên.
2. Những khái niệm cơ bản
2.1. Ngoại cảnh
Đó là những thực thể của tự nhiên, con người và những kết quả của con người. Ngoại
cảnh tồn tại một cách khách quan.
2.2. Môi trường
Là một phần của ngoại cảnh, bao gồm những thực thể và hiện tượng của tự nhiên mà cơ
thể, quần thể, loài có liên quan một cách trực tiếp bằng các mối quan hệ thích nghi. Ví dụ: nền
đáy là môi trường của các sinh vật sống đáy, song không phải là môi trường đối với các sinh
vật sống ở màng nước và ngược lại.
2.3. Cảnh sống
Là một phần của môi trường mà ở đó có sự thống nhất của các yếu tố tác động trực tiếp
lên đời sống của sinh vật.
2.4. Yếu tố của môi trường
Đó là những thực thể và những hiện tượng riêng lẻ của tự nhiên, của thế giới sống, bao
gồm cả con người và hoạt động của nó, mà sinh vật chịu ảnh hưởng một cách trực tiếp hay
gián tiếp như nhiệt độ, ánh sáng, thức ăn, bệnh tật, ...
1 8
- Mỗi yếu tố có nguồn gốc, bản sắc riêng khi tác động lên sinh vật tạo nên những hậu quả
và sự thích nghi riêng của sinh vật. Tuy nhiên các sinh vật không chỉ phản ứng với từng
yếu tố mà còn chịu sự tác động tổng hợp của nhiều yếu tố cùng một lúc.
- Ảnh hưởng tác động của các yếu tố lên đời sống sinh vật còn phụ thuộc vào liều lượng,
tốc độ và thời gian tác động của các yếu tố.
Quá thừa hoặc thiếu các yếu tố như nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng ... đều ảnh hưởng tác động
lên đời sống sinh vật. Do đó sinh vật còn đặc trưng bởi những giá trị sinh thái tối thiểu và tối
đa của các yếu tố môi trường. Biên độ giữa 2 giá trị đó chính là giới hạn chịu đựng của sinh
vật hay “giới hạn sinh thái”, “trị sinh thái” của động, thực vật. Nhờ đó ta hiểu được sự phân
bố của sinh vật trong thiên nhiên.
- Sinh vật có thể có trị sinh thái rộng đối với một yếu tố này nhưng lại hẹp đối với một yếu
tố khác. Những sinh vật có trị sinh thái rộng đối với nhiêu yếu tố thì thường có vùng phân
bố rộng.
- Nếu điều kiện không cực thuận theo một yếu tố sinh thái đối với loài thì sức chịu đựng
của loài đối với một yếu tố khác cũng giảm.
- Trong thiên nhiên cũng gặp sinh vật thường hay rơi vào hoàn cảnh không phù hợp với
điều kiện cực thuận đối với một yếu tố nào đó thì trong trường hợp như thế một yếu tố
khác trở nên quan trọng.
- Để biểu diễn mức độ tương đối của sức chịu đựng trong sinh thái học người ta dùng các
thuật ngữ như cury (rộng), steno (hẹp), oligo (ít), poly (nhiều), meso (vừa) làm tiếp đầu
ngữ cho các từ chỉ các yếu tố. Ví dụ đối với nhiệt: eurytherm (rộng nhiệt), stenotherm
(hẹp nhiệt)...
- Trong điều kiện tự nhiên tác động của các yếu tố môi trường thường làm sinh vật bị lệch
khỏi vùng cực thuận. Do vậy sinh vật luôn phải thích nghi, tự điều chỉnh để duy trì tính
toàn vẹn về cấu trúc và sự ổn định trong các chức năng của mình.
2.5. Nơi sống
Đó là không gian mà ở đó sinh vật sống hoặc thường gặp chúng.
2.6. Ổ sinh thái
Sinh vật, ngoài nơi sống của mình, còn có ổ sinh thái (ecological), tức là một không gian
sinh thái nào đó mà ở đấy những điều kiện môi trường quy định sự tồn tại lâu dài, không hạn
định của các cá thể sinh vật. Theo E.P.Odum (1975) thì nơi sống chỉ ra “địa chỉ” sinh vật. Còn
ổ sinh thái chỉ ra “nghề nghiệp” của nó. Với quan niệm này, theo ông ổ sinh thái chung là
tổng hợp tất cả các điều kiện cần thiết đối với sự bảo tồn lâu dài của loài trong không gian và
theo thời gian. ổ sinh thái thành phần là tổng hợp tất cả các nguồn cần thiết, đảm bảo cho hoạt
động của một chức năng sống nào đó của cơ thể, ví dụ như các điều kiện đảm bảo cho quá
trình dinh dưỡng.
2.7. Dạng sinh thái (Eco type)
Những loài có vùng phân bố địa lý rộng hầu như đều hình thành những quần thể thích
ứng với các điều kiện địa phương. Đó là các dạng sinh thái. Khả năng thích nghi và cải tạo
môi trường của chúng trong những phần khác nhau của vùng phân bố đối với gradien nhiệt
độ, độ chiếu sáng, và những yếu tố khác nữa có thể làm xuất hiện những chủng di truyền hoặc
những chủng sinh lý (không thay đổi về kết cấu gene).
II. Những yếu tố sinh thái chính và ảnh hưởng của chúng lên đời sống sinh vật
1 9
Những yếu tố của môi trường bao gồm những yếu vật lý (nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng ...),
yếu tố hóa học (các nguyên tố hóa học và muối của chúng ...), các yếu tố sinh học (thức ăn,
vật dữ, vật ký sinh, ...).
Các yếu tố không phải chỉ đem lại những bất lợi cho đời sống mà còn là những yếu tố
điều chỉnh, nhất là các yếu tố sinh học.
1. Nhiệt độ
Nhiệt độ trên hành tinh biến đổi trong giới hạn hàng nghìn độ, song sự sống chỉ tồn tại
trong phạm vi hẹp khoảng 3000C (từ -100 đến +1000C).
Đa số các loài chỉ tồn tại và phát triển trong giới hạn nhiệt độ rất hẹp (từ 0-500C).
- Trên hành tinh, nhiệt độ giảm từ xích đạo đến vùng cực, từ thấp lên cao, từ nơi nước nông
đến nơi nước sâu. nhiệt độ mùa đông thấp hơn nhiệt độ mùa hè, đêm lạnh hơn ngày ... Tức là
tuân theo các quy luật địa lý và khí hậu. Vì lẽ đó, sự phân bố của sinh vật cũng mang những
nét đặc trưng, phản ánh sự thích nghi của chúng với từng vùng khí hậu. Vùng ôn đới, nhiệt độ
dao động theo mùa rất lớn lên thường có mặt của nhiều loài rộng nhiệt, ngược với vùng cực
và xích đạo hay gặp các loài hẹp nhiệt hơn.
- Hiệu quả tác động của nhiệt độ lên sinh vật biểu hiện trên nhiều mặt của đời sống: thay đổi
về hình thái, các đặc tính sinh lý, sinh thái và tập tính. Trong giới hạn nhiệt độ mà sinh vật
chịu đựng, nếu tăng nhiệt thì quá trình tăng trưởng của sinh vật tăng do quá trình trao đổi chất
được đẩy mạnh. Mặc dù vậy, trong giới hạn nhiệt độ tồn tại của sinh vật, sự thay đổi nhiệt độ
quá đột ngột sẽ gây hại cho đời sống. Ngoài ranh giới chịu đựng, nhiệt độ quá thấp hoặc quá
cao thường gây chết cho sinh vật liên quan đến hiện tượng đông đặc nguyên sinh chất (khi
nhiệt độ quá thấp) hoặc do sự rối loạn các chức năng sinh lý (nếu nhiệt độ quá cao).
- Liên quan với nhiệt độ, động vật giới được chia thành 2 nhóm: Nhóm động vật đồng nhiệt
và nhóm động vật biến nhiệt.
+ Nhóm thứ nhất là những loài có thân nhiệt ổn định, không phụ thuộc vào nhiệt độ môi
trường và có cơ chế điều hòa thân nhiệt (có lông dày, lớp mỡ dưới da, tiết mồ hôi, ...).
+ Còn nhóm thứ 2 gồm những loài có thân nhiệt biến đổi phụ thuộc vào nhiệt độ môi
trường. Đối với loài động vật biến nhiệt, thời gian phát triển và số thế hệ mới được sinh
ra hàng năm phụ thuộc chặt chẽ vào nhiệt độ môi trường.
2. Nước và độ ẩm
- Nước chiếm 80-90% cơ thể sinh vật, do vậy nước rất cần cho cơ thể trong trao đổi chất,
đồng thời còn là môi trường sống cho thủy sinh vật.
- Trên hành tinh, nước tồn tại dưới 3 dạng: rắn (băng), lỏng và hơi nước. Nhờ sự chuyển đổi
giữa 3 dạng trên mà có sự cân bằng nước trên hành tinh, tuy nhiên nước ở dạng lỏng chiếm tỷ
trọng lớn nhất và chứa chủ yếu ở biển và đại dương. Mưa và độ ẩm có vai trò quan trọng nhất
đối với sinh vật trên cạn.
- Mưa: Mưa phân bố không đều theo không gian (địa hình, vĩ độ) và theo thời gian (mùa khí
hậu).
Do lượng mưa như trên mà trên bề mặt hành tinh hình thành nên các kiểu khu sinh học
(biom) khác nhau, tuy nhiên chúng không chỉ được xác định đơn thuần theo lượng mưa mà bằng
cả sự cân bằng giữa lượng mưa và lượng nước bốc hơi thế năng trong vùng.
- Độ ẩm: là thông số đặc trưng cho hàm lượng nước trong không khí.
+ Độ ẩm tuyệt đối: là lượng nước bão hòa (tính bằng gam) chứa trong 1kg không khí ở điều
kiện nhiệt độ và áp suất xác định.
+ Độ ẩm tương đối: tính bằng phần trăm của lượng hơi nước thực tế chứa trong không khí so
với lượng hơi nước bão hòa của không khí ở cùng điều kiện và áp suất.
1 10
Độ ẩm không khí biến thiên theo vĩ độ địa lý, theo địa hình, theo mùa và theo ngày đêm.
- Dựa vào nhu cầu nước của cơ thể sinh vật người ta chia chúng thành các nhóm:
+ Sinh vật ở nước (aquatic): đời sống của chúng diễn ra trong nước,
+ Sinh vật nửa nước nửa cạn (Amphibiont): ở chúng có 1 giai đoạn sống trên cạn, giai
đoạn khác sống dưới nước.
+ Sinh vật ưa ẩm (Hydrophil): sống ở nơi rất ẩm (bão hòa hơi nước)
+ Sinh vật ưa ẩm vừa (Mesophil)
+ Sinh vật ưa khô (Xenophil)
- Sự khô hạn của không khí là yếu tố sinh thái đặc biệt quan trọng đối với đời sống thực vật. ở
những nơi có độ ẩm thấp, sinh vật nói chung hay thực vật nói riêng có những biến đổi cả về
hình thái đặc tính sinh lý, sinh thái và tập tính để tồn tại và phát triển như giảm diện tích lá, có
mô tích nước ... Động vật để tránh mất nước có vỏ kitin hoặc vỏ sừng, giảm bài tiết nước tiểu
và mồ hôi ... hoặc hoạt động chủ yếu vào ban đêm ... ở thực vật còn quan sát thấy mối quan hệ
giữa sự thoát hơi nước và năng suất mùa màng thông qua tỷ số giữa sự tăng trưởng và sự
thoát hơi nước.
3. Tác động tổ hợp của nhiệt độ và độ ẩm
Nhiệt độ và độ ẩm là 2 yếu tố sinh thái quan trọng. Song sự tác động đồng thời của chúng
lên đời sống sinh vật tạo nên hiệu quả rất lớn, thường quy định vùng sống của loài. Sơ đồ biểu
diễn tác động của tổ hợp trên gọi là thủy nhiệt độ hay khí hậu đồ. Khí hậu đồ có ứng dụng thực tế
rất lớn trong việc thuần hóa, di giống các loài hoặc nghiên cứu biến động số lượng của quần thể
liên quan với những biến động của các điều kiện khí hậu.
4. Ánh sáng
- Ánh sáng chiếu xuống bề mặt trái đất phụ thuộc vào mây, độ lệch của tia chiếu (ở xích đạo,
ôn đới ...) vào vị trí của trái đất so với mặt trời và phần hướng ra hay bị che khuất khỏi mặt
trời do sự tự quay quanh trục của mình gây ra của quả đất để tạo nên chu kỳ mùa và chu kỳ
ngày đêm.
Tác động của ánh sáng lên đời sống sinh vật phụ thuộc vào:
+ Đặc tính của ánh sáng (độ dài bước sóng hay màu sắc của các tia đơn sắc)
+ Cường độ chiếu sáng (hay năng lượng được tính bằng calo hay lux)
+ Thời gian tác động (hay độ dài ngày)
- Ánh sáng là yếu tố bắt buộc đối với hoạt động quang hợp của cây xanh. Nhờ có hệ sắc tố
(chlorophil a, b, c ... ) mà thực vật đã tiếp nhận ánh sáng và năng lượng mặt trời để tổng hợp
các chất hữu cơ đầu tiên từ nước, CO2 và muối khoáng.
6 CO2 + 6 H2O --> C6H12O6 + 6 O2
Liên quan với chế độ chiếu sáng người ta chia thực vật thành các nhóm: Cây ưa sáng và
cây chịu bóng, nhóm cây dài ngày hay ngắn ngày.
- Động vật tiếp nhận ánh sáng nhờ các cơ quan cảm quan (động vật bậc thấp) và thị giác
(động vật bậc cao). Trong chúng cũng gồm nhóm động vật ưa hoạt động ban đêm và nhóm ưa
hoạt động ban ngày.
- Ánh sáng có tác động trực tiếp tới quá trình trao đổi chất và quá trình sinh sản của sinh vật.
Đối với thực vật, cường độ chiếu sáng cao thì sự oxy hóa của men đã làm giảm quá trình
tổng hợp chất hữu cơ, còn cường độ hô hấp lớn lại làm tiêu hao nhiều năng lượng. Do vậy, ở
các nước nhiệt đới, cây trồng khó đạt năng suất cao và sản phẩm không giàu protein như ở
vùng ôn đới.
1 11
Thay đổi chế độ chiếu sáng vào những thời điểm xác định gậy hiện tượng tình dục của côn
trùng trước lúc vào giai đoạn sống tiềm sinh. Khi thay đổi chế độ chiếu sáng có thể làm thay đổi
mùa sinh sản của cá hồi. Nhiều động vật bậc cao như thỏ rừng ở Malaysia bắt đầu mang thai
vào những ngày trăng tròn. Nhiều động vật không xương sống ở nước có hiện tượng di cư thẳng
đứng suốt ngày đêm, liên quan đến chu kỳ chiếu sáng.
- Phản ứng với ánh sáng có chu kỳ (ngày đêm, tuần trăng ...) đã tạo nên ở sinh vật một nhịp
điệu sống, cái gọi là đồng hồ sinh học.
- Tác động của các tia (hồng ngoại, tử ngoại, tia X ...) còn ít được nghiên cứu. Song rõ ràng tia
hồng ngoại thường làm tăng nhiệt của môi trường, tia tử ngoại với liều lượng thấp kích thích tạo
vitamin D, liều lượng cao gây hủy diệt men và sinh chất của tế bào sinh vật. Các tia có bước
sóng cực ngắn (tia γ, β) còn gây nên hiện tượng đột biến gene.
5. Các chất khí
Thành phần khí của khí quyển từ lâu đã rất ổn định. Lớp khí bao bọc hành tinh dầy
trên 1000 km, nhưng tập trung ở lớp gần mặt đất. Càng lên cao càng loãng dần và thành phần
cũng biến đổi. Tầng thấp nhất là tầng đối lưu dầy 9-15 km có tác dụng điều chỉnh khí hậu thời
tiết của hành tinh. Tầng bình lưu nằm phía trên kéo dài đến 80 km, mật độ loãng, nhiệt độ từ
10 đến -400C. Đáy của nó là lớp ozon có tác dụng như một lá chắn, ngăn cản 90% bức xạ tử
ngoại từ mặt trời chiếu xuống trái đất. Trên tầng này là tầng Zonosphere (đạt đến 1000 km) và
sau là tầng Exdosphere không có giới hạn.
- Khí O2: Cần cho sự hô hấp của sinh vật và tham gia vào các phản ứng hóa học khác. Hoạt
động của con người chưa là thay đổi sự cân bằng O2 trong khí quyển, hàm lượng này vẫn duy
trì ở mức 20,94%.
- Khí CO2: Cần cho quá trình quang hợp của thực vật và là sản phẩm của sự hô hấp của sinh
vật và của quá trình phân giải các chất chứa cacbon. Hàm lượng CO2 cũng tương đối ổn định,
trừ sự biến động lớn mang tính chất cục bộ (trong 1 thành phố). Song hàm lượng CO2 chung
trong khí quyển đã tăng lên do sự hoạt động của con người chặt phá rừng, đốt nhiên liệu ...
Trước thời kỳ công nghiệp hóa, hàm lượng CO2 ổn định ở mức 0,029%, đến 1970 lên đến
0,0321% với tốc độ trung bình 0,7% trên năm. CO2 cùng với bụi ngày một tăng sẽ đưa đến
hiện tượng “hiệu ứng nhà kính”, bất lợi cho điều kiện khí hậu và đời sống của sinh vật.
- Khí N2: Chiếm tỷ lệ lớn trong khí quyển và rất ổn định. Dưới tác động của các phản ứng
điện hóa và quang hóa trên 1 ha diện tích mặt đất nhận được 4-10 tấn nitơ liên kết, cùng với
150-400 kg nitơ khác do vi khuẩn. Đó là nguồn muối dinh dưỡng quan trọng cho cây trồng.
Trong môi trường nước, nhất là các vực nước ngọt, khí trở thành yếu tố giới hạn thực
sự với đời sống sinh vật, đặc biệt là oxy. Hàm lượng khí trong nước giảm từ mặt đến đáy,
thay đổi phụ thuộc vào nhiệt độ và độ muối, vào áp suất khí quyển và hệ số hòa tan của từng
loại khí. ở nhiều nơi giàu chất hữu cơ còn xuất hiện khí độc (CH4, H2S, ...) có hại cho đời
sống và làm suy giảm năng suất sinh học của vực nước.
6. Muối dinh dưỡng
Muối có vai trò quan trọng trong đời sống sinh vật, vừa là chất cấu tạo, vừa là chất có
trong dịch tế bào và cơ thể để tạo nên áp suất thẩm thấu, duy trì sự cân bằng áp suất thẩm thấu
của cơ thể với môi trường, nhất là đối với thủy sinh vật.
Nguồn muối trong môi trường được hình thành từ nhiều con đường: điện hóa và quang
hóa, các phản ứng hóa học và sự khoáng hóa các chất hữu cơ hoặc do núi lửa phun ra từ lòng
đất.
Các muối thiết yếu tham gia vào cấu trúc cơ thể và tạo nên các chất quan trọng cho
hoạt động sống (men, hormone ...) của sinh vật gọi là muối tạo sinh (biogen) như nitơ,
phospho, sắt, ma nhê ...
1 12
Tùy theo lượng muối được sử dụng bởi sinh vật mà người ta chia các muối thành 2
nhóm: đại lượng và vi lượng.
Muối vi lượng cơ thể đòi hỏi rất ít nhưng nếu thiếu thì sự trao đổi chất của cơ thể bị
rối loạn. Đến nay đã xác định được khoảng 10 nguyên tố tham gia vào muối vi lượng như Fe,
Mn, Cu, Zn, Bo, Si, Mo, V, Co, Ce. Trong đó Mn, Fe, Zn, và Co rất cần cho quá trình quang
hợp. Mo, Bo, Fe cần cho trao đổi nitơ, còn Mn, Bo, Cu, Co, Si cần cho các chức năng trao đổi
khác. Nhiều nguyên tố vi lượng có tác dụng như các vitamin, tham gia với vai trò xúc tác.
Trong nước cũng có mặt hầu hết các loại muối, song muối Cacbonat (nước ngọt) và
clorua (nước biển) có vai trò quan trọng do làm biến đổi áp suất thẩm thấu của cơ thể. Căn cứ
vào sự biến đổi áp suất thẩm thấu của dịch cơ thể với áp suất môi trường, sinh vật nước được
chia thành 3 nhóm: sinh vật biến thẩm thấu, sinh vật đồng thẩm thấu và sinh vật giả đồng
thẩm thấu.
7. Dòng chảy và áp suất
Dòng (khí, nước) và áp suất đều là những yếu tố giới hạn, trực tiếp hay gián tiếp tác
động lên đời sống của sinh vật.
Hướng và cường độ của gió thịnh hành ảnh hưởng đến hình thái của thực vật. Hoa được
thụ phấn nhờ gió. Các dòng khí thăng, giáng nâng đỡ cánh chim, côn trùng khi bay. Bão, gió
xoáy, nhất là gió mùa ... chi phối hoạt động của đời sống sinh vật trong vùng.
Đối với các vực nước, dòng và áp suất của nước là tác nhân quan trọng trong sự phân
bố của thủy sinh vật: sinh vật nước tĩnh và sinh vật nước chảy ... Hoạt động của các dòng
(dòng triều, hải lưu, đối lưu ...) còn làm cho điều kiện môi trường thay đổi, trực tiếp hay gián
tiếp tác động lên đời sống của các loài.
8. Đất và điều kiện sống trong đất
Đất không chỉ là yếu tố quan trọng của môi trường mà còn là sản phẩm hoạt động
sống và là môi trường sống của các loài sinh vật đất.
Mỗi loại đất được đặc trưng bởi nguồn gốc, cấu trúc (sự sắp xếp và tỷ lệ các cấp hạt,
...) các đặc tính vật lý (kích thước cấp hạt, độ ngấm nước, sức nén, độ xốp ...) và hóa học của
chúng.
Mỗi loại đất có tỷ lệ pha trộn các loại hạt khác nhau. Theo thiết diện đứng, đất gồm
các lớp sau:
- Tầng A (mùn): gồm xác động thực vật đang biến đổi thành các vật liệu hữu cơ do sự mùn
hóa.
- Tầng B: gồm đất khoáng, các chất hữu cơ trong đó đang xảy ra quá trình khoáng hóa, trộn
lẫn với vật liệu gốc bị nghiền vụn. Những chất hòa tan của tầng B được tạo thành từ tầng
A rồi lại từ đó bị rửa trôi bởi nước xuống tầng sâu hơn.
- Tầng C: nơi vật liệu gốc chưa bị biến đổi. Đó là đá mẹ thành hòn hay tảng được tạo thành do
nhiều nguyên nhân. Đất là môi trường sống của nhiều loại sinh vật mà ở đó tồn tại hàng loạt
các yếu tố vừa giới hạn vừa điều chỉnh hoạt động sống của các loài.
- Độ xốp tạo điều kiện cho nước di chuyển và tạo nên độ thoáng khí cho đất, quy định nơi
cư trú và vận động của sinh vật.
- Nước và độ ẩm: do sự hút ẩm mà các cấu tượng đất được bọc bởi màng nước mỏng. Nước
này thực vật không sử dụng được. Nước chứa trong các khe hở của các hạt đất tạo thành
nước mao dẫn. Đây cũng là nơi sinh sống của động vật nguyên sinh. Tuy nhiên, thực vật
chỉ có thể sử dụng được nước mao dẫn ở những khe có đường kính thích hợp (>2-8(m).
Bên cạnh chúng còn có nước trọng lực, từ bề mặt thấm xuống qua các khe lớn, mang tính
chất tạm thời.
1 13
- Các yếu tố vật lý, hóa học khác như độ pH, các muối khoáng, ion ... quy định mức phì
nhiêu của đất và sự giàu nghèo của năng suất sinh học của đất.
Chính sự sống của các quần thể đất là một trong những yếu tố hình thành và cải tạo
đất, làm cho đất ngày một phì nhiêu.
9. Những yếu tố sinh học
Sinh vật không chỉ có quan hệ với các yếu tố của môi trường mà còn tương tác với nhau
gây ảnh hưởng lên nhau bằng các mối quan hệ sinh học trong cùng loài và khác loài, trong đó mối
quan hệ khác loài đóng vai trò quan trọng nhất. Những mối quan hệ tạo nên tác dụng có lợi gọi là
các tương tác dương và ngược lại, có hại gọi là các tương tác âm.
III. Quần thể sinh vật
Quần thể là một nhóm cá thể của một loài, khác nhau về giới tính, kích thước và tuổi,
cùng sống trong vùng phân bố của loài.
Những loài có vùng phân bố rộng với những điều kiện sống khác biệt nhau thường
hình thành nên nhiều quần thể và được gọi là loài đa hình, ngược lại những loài có vùng phân
bố hẹp, điều kiện sống đồng nhất không hình thành nên các quần thể khác nhau gọi là loài đơn
hình.
Quần thể là một tổ chức sinh vật cao hơn mức cá thể, đồng thời là một hệ thống mở tự
điều chỉnh, dạng tồn tại cơ bản của loài trong những điều kiện cụ thể của môi trường.
Quần thể được đặc trưng bởi tính cấu trúc, mức sinh sản, mức tử vong, những quy luật
biến động số lượng riêng của mình.
1. Kích thước và mật độ
Mỗi quần thể đều có số lượng tuyệt đối cá thể của mình gọi là kích thước của quần
thể. Những sinh vật có kích thước cơ thể nhỏ thường có số lượng đông hơn những loài có kích
thước lớn. Kích thước là một đại lượng tương đối ổn định đặc trưng cho loài. Nếu thấp hơn
hoặc cao quá đại lượng trên, quần thể phải tự điều chỉnh để đạt trạng thái ổn định cân bằng
với “dung tích” của môi trường. Nếu số lượng chung giảm dưới mức cho phép, quần thể sẽ
rơi vào trạng thái suy vong.
Mật độ là lượng cá thể tính trên một đơn vị thể tích hay diện tích của nơi sống
(con/m3
, con/m2
).
Quần thể có số lượng đông, trường di truyền cũng lớn và thích ứng với điều kiện sống
càng rộng. ở những nơi điều kiện môi trường ổn định, số lượng quần thể thường nhỏ hơn so
với những nơi mà điều kiện môi trường kém ổn định. Nhiều đặc tính sinh lý (hô hấp, dinh
dưỡng...) của cá thể phụ thuộc vào mật độ quần thể.
2. Sự phân bố các cá thể trong không gian
Có 3 kiểu phân bố của các cá thể trong không gian, liên quan đến điều kiện môi
trường, trước hết là nguồn dinh dưỡng và tập tính “lãnh thổ” của cá thể: Phân bố đều, phân bố
ngẫu nhiên, và phân bố điểm. Trường hợp cuối cùng là hiện tượng phổ biến trong thiên nhiên.
3. Cấu trúc tuổi
Trong quần thể gồm nhiều lứa tuổi khác nhau. Những loài có tuổi thọ cao thì cấu trúc
tuổi phức tạp hơn so với những loài có tuổi thọ thấp.
Mỗi quần thể đều được đặc trưng bởi sự phân bố tuổi “trung bình” hay “ổn định” mà
sự thay đổi của các nhóm tuổi thực tế đều hướng đến sự ổn định đó bằng cách thay đổi mức tử
vong hoặc mức sinh sản.
Quần thể gồm 3 nhóm tuổi sinh thái chính: tuổi trước khi sinh sản, đang sinh sản và
sau khi sinh sản. Tỷ lệ giữa các nhóm tuổi trong tình trạng ổn định là dấu hiệu đặc trưng cho
1 14
loài. Hơn nữa, độ dài của các nhóm tuổi so với tuổi thọ trung bình cũng rất thay đổi giữa các
loài, thậm chí ngay trong một loài sống trong những điều kiện khác nhau. Ví dụ ở người hiện
nay, độ dài của 3 nhóm tuổi gần bằng nhau, nhưng ở những thế kỷ trước, tuổi sau sinh sản rất
ngắn.
4. Cấu trúc giới tính
Tỷ lệ đực cái của các quần thể trong tự nhiên thường là 1:1, song thay đổi theo từng
loài và điều kiện sống cũng như theo thời vụ của mùa sinh sản. Sự cân bằng tương đối tỷ lệ
đực cái không chỉ tăng nhịp điệu tái sản xuất mà còn duy trì sức sống cho các thế hệ con cái
do sự phối hợp nguồn gene ở mức cao nhất. Chính vì vậy trong tự nhiên, khi điều kiện không
thuận lợi, thường có sự thay đổi từ một quần thể “đơn tính” sang “sự ghép đôi” như ta thấy ở
nhiều loài động vật không xương sống.
5. Mối quan hệ nội bộ loài
Mối quan hệ giữa các cá thể trong quần thể hay các quần thể của một loài thuộc về mối
quan hệ nội bộ loài. Mối quan hệ này bao gồm những tương tác dương và âm, biểu hiện trong
quan hệ cạnh tranh, ký sinh, vật giữ con mồi (ăn đồng loại, ...) song các quan hệ “âm” không
gay gắt như quan hệ giữa các loài mà chỉ giúp cho loài khắc phục các điều kiện bất lợi của môi
trường hoặc làm tăng sức sống cho các thế hệ con cái để loài tồn tại và phát triển hưng thịnh
hơn. Các mối quan hệ “dương” thường chiếm ưu thế.
6. Tái sản xuất và biến động số lượng của quần thể
Mỗi một quần thể là một hệ thống với nhiều thông số không ổn định mà nó đảm bảo
cách thức tồn tại tối ưu cho quần thể trong một điểm nào đó phù hợp với điều kiện bất ổn định
của môi trường. Thông số quan trọng nhất trong hệ thống trên của quần thể là kích thước và
hoạt động chức năng của nó. Hai thông số này điều hòa để đạt trạng thái tối ưu liên quan chủ
yếu với 2 quá trình sinh sản và tử vong.
6.1. Mức sinh sản
Đó là sự bổ sung cá thể mới cho quần thể. Khả năng này được kiểm soát bởi bản chất
của quần thể và các yếu tố môi trường, trước hết là thức ăn và điều kiện hô hấp.
Mức sinh sản được biểu hiện bởi 2 thông số: mức sinh sản tuyệt đối và mức sinh sản
tương đối. Trường hợp đầu là số lượng cá thể mới được sinh ra bởi quần thể trong một
khoảng thời gian xác định (giờ, ngày, năm ...). Còn trường hợp thứ 2 là tỷ số giữa các mức
sinh sản tuyệt đối và số lượng cá thể trong quần thể (tính bằng %).
Mức sinh sản thực tế hay sinh thái phụ thuộc vào điều kiện môi trường. Thích nghi với
việc đảm bảo mức tái sản xuất của mình, ở sinh vật tồn tại các dạng sinh sản như sinh sản vô
tính, đơn tính, hữu tính, ... Phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, sinh sản ở sinh vật thường diễn ra
theo quy luật mùa, tuần trăng, ngày đêm ...
6.2. Mức tử vong và mức sống sót
Mức tử vong là nhịp điệu chết của cá thể trong quần thể. Nguyên nhân chết là do tuổi già,
vì các điều kiện bất lợi của môi trường, bao gồm cả bị ăn bởi vật dữ.
Mức tử vong thực tế (hay mức chết sinh thái) là nhịp điệu chết của cá thể trong quần
thể gây ra do điều kiện cụ thể của môi trường. Tuổi mà ở đó các cá thể đạt được rồi mới chết
vì già trong điều kiện không do giới hạn của điều kiện sống được gọi là tuổi thọ sinh lý, tuổi
thọ này cao hơn tuổi thọ sinh thái.
Nếu gọi M là mức tử vong thì mức sống sót sẽ là 1-M. Mức tử vong thường thay đổi ở
các giai đoạn sống và theo lứa.
Mức sống sót của quần thể phụ thuộc và sự chăm sóc của bố mẹ đối với con cái, vào
mật độ của quần thể và vào trạng thái thực tế của môi trường.