CHƯƠNG 1. Hãy cho ví dụ về mối quan hệ giữa Khoa Học Môi Trường với các ngành Khoa Học khác?. Trình bày vấn đề môi trường bức xúc trong hiện tại và tương lai ở Việt Nam? 3. Theo các Anh (Chị) thế nào là xã hội phát triển bền vững? các nhiệm vụ, nguyên tắc để đạt được mục tiêu trên.
18 CHƯƠNG II: HỆ SINH THÁI VÀ CÁC HỆ SINH THÁI CHÍNH II. GIỚI THIỆU CƠ BẢN VỀ HỆ SINH THÁI Hệ sinh thái được nghiên cứu và các khái niệm về hệ sinh thái đã ra đời ở cuối thế kỷ thứ XIX dưới các tên khác nhau như “Sinh vật quần lạc”, “Sinh vật địa quần lạc”. Cụm từ “Hệ sinh thái” (ecosystem) được A. Tansley nêu ra vào năm 1935 và trở thành phổ biến, được sử dụng rộng rãi nhất vì nó không chỉ bao hàm các hệ sinh thái tự nhiên mà cả các hệ sinh thái nhân tạo.
Cụm từ “Hệ sinh thái” còn bao gồm từ những hệ cực bé (microecosystem), đến các hệ lớn như một khu rừng, cánh đồng rêu, biển và đại dương, và hệ cực lớn như sinh quyển (Vũ Trung Tạng, 2001).1 Định nghĩa hệ sinh thái Hệ sinh thái là tổ hợp của một quần xã sinh vật với môi trường mà quần xã đó tồn tại, trong đó các sinh vật tương tác với nhau và với môi trường vật lý, hóa học để tạo nên chu trình vật chất và sự chuyển hóa của năng lượng. Theo Nguyễn Văn Tuyên (2000) hệ sinh thái là đơn vị bất kì nào bao gồm tất cả các sinh vật (các quần xã) của một khu vực nhất định cũng tác động qua lại với môi trường vật lí bằng các dòng năng lượng tạo nên cấu trúc dinh dưỡng xác định, sự đa dạng về loài và các chu trình tuần hoàn vật chất trong mạng lưới được gọi là hệ thống sinh thái hay hệ sinh thái. Hệ sinh thái là một hệ thống bao gồm các sinh vật và môi trường của chúng 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. Hệ sinh thái cũng có thể quan niệm là hệ thống bao gồm quần xã và sinh cảnh của nó.2 Cấu trúc hệ sinh thái Cấu trúc của hệ sinh thái phụ thuộc vào đặc tính phân bố trong không gian giữa các thành viên sống và không sống, vào đặc tính chung môi trường vật lý cũng như sự biến đổi của các gradien thuộc các điều kiện sống (như nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, độ cao,…) theo chiều thẳng đứng và theo chiều nằm ngang (Nguyễn Thị Kim Thái & Lê Hiền Thảo, 1999).
Cấu trúc hệ sinh thái có 4 thành phần: môi trường, vật sản xuất, vật tiêu thụ và vật phân giải. Môi trường (environment) Môi trường là tổng hợp các điều kiện và hiện tượng bên ngoài có ảnh hưởng đến một vật thể hay một sự kiện, mà bất kỳ vật thể hay sự kiện nào cũng tồn tại và diễn biến trong một môi trường. các điều kiện và hiện tượng bên ngoài bao gồm các yếu tố về vật lý, hóa học, sinh học và các tác nhân xã hội. Môi trường tự nhiên là bộ phận tự nhiên của quả đất chứa đựng một tổng thể các điều kiện tự nhiên và các nguồn tài nguyên thiên nhiên.
Môi trường tự nhiên hay sinh quyển có cấu trúc phức tạp và được tồn tại phát triển theo quy luật riêng, mà con người phải hiểu biết và vận dụng phù hợp vào đời sống và sản xuất. Các quy luật đó là: 19 - Quy luật toàn vẹn hay tính toàn vẹn của hệ thống tạo thành môi trường. Toàn vẹn là tính thống nhất trong hoạt động theo chức năng, vì vậy các thành phần và bộ phận cấu thành môi trường tự nhiên có mối quan hệ chặt chẽ với nhau (khi thay đổi thành phần này sẽ ảnh hưởng đến thành phần khác và toàn bộ hệ thống). - Quy luật tuần hoàn vật chất và năng lượng, đó là sự lặp đi lặp lại nhiều lần của các quá trình, các vòng tuần hoàn này gồm tuần hoàn sinh vật, tuần hoàn nước và không khí.
- Quy luật nhịp điệu của các quá trình như: nhịp điệu ngày và đêm, nhịp điệu mùa, nhịp điệu năm,. Môi trường đáp ứng tất cả các yêu cầu sống và phát triển của mọi sinh vật sống trong hệ sinh thái. Môi trường vật lý và hóa học bao gồm: Các chất vô cơ (CO2, O2, H2O, CaCO3,…); Các chất hữu cơ (protein, lipit, glucid, vitamin, enzym, hormon,…); Các yếu tố khí hậu (nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm, lượng mưa,…). Khi nói đến hệ sinh thái không nên quên tác động của con người.
Trong hệ sinh thái tự nhiên và nhân tạo, họ có vai trò phối hợp với các lực thiên nhiên, cải thiện và thúc đẩy các hệ sinh thái đó tiến lên vì tương lai của xã hội mình (Dương Hữu Thời, 1998). Sinh vật sản xuất (producer) Là những sinh vật tự dưỡng (autotrophy), gồm các loài thực vật, tảo, nấm và vi khuẩn có khả năng quang hợp hay tổng hợp chất hữu cơ từ vật chất vô sinh dưới tác động của ánh sáng mặt trời. Chúng là thành phần không thể thiếu trong bất kỳ hệ sinh thái nào. Nhờ hoạt động quang hợp và hóa tổng hợp của chúng mà nguồn thức ăn ban đầu được tạo thành để nuôi sống, trước tiên là chính bản thân những sinh vật sản xuất, sau đó nuôi sống cả thế giới sinh vật còn lại, trong đó kể cả con người.
Sinh vật tiêu thụ (consumer) Là những sinh vật dị dưỡng (heterotrophy) như tất cả các loài động vật ở nhiều bậc khác nhau: bậc 1 là động vật ăn thực vật, bậc 2 là động vật ăn thịt,. và những vi sinh vật không có khả năng quang hợp và hóa tổng hợp. Nói cách khác, chúng tồn tại được là dựa vào nguồn thức ăn ban đầu (do các sinh vật sản xuất tạo ra) một cách trực tiếp hay gián tiếp. Sinh vật phân hủy (saprophy) Là tất cả vi sinh vật dị dưỡng, sống hoại sinh gồm các vi khuẩn, nấm phân bố ở khắp mọi nơi, có chức năng chính là phân huỷ xác chết sinh vật, chuyển chúng thành các thành phần dinh dưỡng cho thực vật.
Trong quá trình phân hủy các chất, chúng tiếp nhận nguồn năng lượng hóa học để tồn tại và phát triển, đồng thời giải phóng các chất từ các hợp chất phức tạp ra môi trường dưới dạng những khoáng chất đơn giản hoặc các nguyên tố hóa học ban đầu tham gia vào chu trình vòng tuần hoàn vật chất. Tất cả thành phần của một hệ sinh thái đều có tác động lẫn nhau thông qua các quá trình chuyển hóa năng lượng của hệ, mạng lưới thức ăn, các chu trình sinh địa hóa, sự phân hóa trong không gian và theo thời gian, các quá trình phát triển và tiến hóa của hệ và các quá trình tự điều chỉnh của hệ.3 Chức năng của hệ sinh thái Chức năng của hệ sinh thái là trao đổi vật chất và năng lượng để tái tổ hợp những quần xã thích hợp với điều kiện ngoại cảnh tương ứng. Hệ sinh thái phát sinh, biến động, phát triển và tái sản xuất nhờ các quá trình: chu trình vật chất; chu trình năng lượng; dòng thông tin; quá trình tái sản xuất.2 CÁC MỐI QUAN HỆ VỀ NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ SINH THÁI Hệ sinh thái luôn là một hệ động lực hở và tự điều chỉnh bởi trong quá trình tồn tại và phát triển hệ phải tiếp nhận và đào thải qua lại với môi trường về vật chất và năng lượng. Do là hệ động lực cho nên hoạt động của hệ tuân theo các định luật thứ nhất và thứ hai của nhiệt động học.
- Định luật 1 cho rằng năng lượng không tự sinh ra và cũng không tự mất đi mà chỉ chuyển từ dạng này sang dạng khác. - Định luật 2 sự chuyển hóa từ động năng (ánh sáng) sang thế năng hóa học (chất nguyên sinh của mô thực vật) luôn luôn mất phần năng lượng khó sử dụng là nhiệt năng. Khoảng 74% năng lượng của ánh sáng mặt trời mà thực vật đồng hóa được thoát khỏi nó bằng nhiệt qua hô hấp và khoảng 15% không được dùng vào sự đồng hóa. Chỉ một số ít năng lượng còn lại là hữu ích cho cây cối mà thôi (Dương Hữu Thời, 1998).
Năng lượng cung cấp cho hoạt động của tất cả các hệ sinh thái trên Trái Đất là nguồn năng lượng mặt trời. Sự phân bố năng lượng mặt trời đi tới mặt Trái Đất trình bày hình 2. Năng lượng mặt trời đi tới mặt Trái Đất 68% 2% 21% 5% 4% Hấp thu bởi không khí, Hấp thu bởi thực Phản xạ Phản xạ Phản xạ từ nước, đất vật từ mây từ bụi các vật khác Tạo nên sự chuyển động Phản xạ Giữ lại trong Cung cấp năng Phản xạ trở của không khí, hiện nhiệt trở lại sinh khối bậc lượng cần thiết lại vũ trụ tượng thời tiết; khí vũ trụ dinh dưỡng thứ cho thực vật tượng 1 Hình 2.1: Phân bổ năng lượng mặt trời đi tới mặt Trái Đất (Lê Thạc Cán, 1995) 21 II. Có hai loại chuỗi thức ăn: - Chuỗi thức ăn chăn nuôi: Là chuỗi thức ăn bắt đầu từ thực vật, đến động vật ăn thực vật, đến động vật ăn động vật.
- Chuỗi thức ăn phế liệu: Là chuỗi thức ăn trong đó các sinh vật sử dụng phân và xác các sinh vật khác làm thức ăn. Trong chuỗi thức ăn này, người ta chia ra làm hai loại sinh vật tiêu thụ: (1) Sinh vật lớn tiêu thụ (Macroconsumers: là những côn trùng ăn phân, xác động vật và thực vật, và các động vật ăn xác động vật khác, như: bén hèn, bọ hung, bọ ăn xác,…); (2) Sinh vật bé tiêu thụ (Microconsumers: là những vi khuẩn và nấm chịu trách nhiệm phân hủy chất hữu cơ trong phân và xác động thực vật tạo thành các chất dinh dưỡng, là nguồn thức ăn cho thực vật).2 Mạng lưới thức ăn (Food web) Mạng lưới thức ăn là một tập hợp nhiều chuỗi thức ăn chồng chéo nhau. Trong đó, một mắt xích vừa là sinh vật ăn nhiều loài sinh vật khác vừa là con mồi cho nhiều sinh vật khác (hình 2.2 Sơ đồ về mạng lưới thức ăn (Tôn Thất Pháp, 2006) 22 Trong tổng năng lượng Mặt trời cung cấp cho Trái đất thì chỉ có khoảng 50% đóng vai trò quan trọng đối với quá trình quang hợp của sinh vật sản xuất để tạo ra nguồn thức ăn sơ cấp, khởi đầu cho các xích thức ăn. Sản phẩm của quá trình quang hợp do thực vật tạo ra còn được gọi là hợp chất giàu năng lượng.
