CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN SINH THÁI HỌC MÔI TRƯỜNG MH 30-01 Giới thiệu: Sinh thái học là khoa học tổng hợp về quan hệ tương hỗ giữa sinh vật và môi trường và giữa các sinh vật với nhau, là khoa học cơ sở cho công tác bảo vệ tài nguyên thiên nhiên và môi trường. Mục tiêu: - Kiến thức: Trình bày được những kiến thức cơ bản về Sinh thái, môi trường: định nghĩa, đối tượng và vai trò của sinh thái học. Giúp sinh viên hiểu được phương pháp nghiên cứu, lược sử hình thành cũng như các quy luật sinh thái học. - Kĩ năng: Trang bị cho sinh viên kỹ năng khai thác tư liệu về sinh thái học, môi trường - Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Rèn luyện cho sinh viên có ý thức và trách nhiệm trong việc tự học và chuẩn bị bài trước mỗi buổi học.
Định nghĩa, đối tượng, nội dung của sinh thái học: 1. Định nghĩa: Sinh thái học là môn khoa học cơ sở trong sinh vật học, nghiên cứu các mối quan hệ của sinh vật với sinh vật và sinh vật với môi trường ở mọi mức ñộ tổ chức, từ cá thể, quần thể ñến quần xã và hệ sinh thái. Sinh thái học (Ecology) bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp, Oikos logos: oikos là nơi ở, logos là khoa học. Theo nghĩa hẹp thì nó là khoa học nghiên cứu về nơi ở, nơi sống của sinh vật, còn theo nghĩa rộng thì nó là khoa học nghiên cứu về mối quan hệ giữa sinh vật hay một nhóm hoặc nhiều nhóm sinh vật với môi trường xung quanh, đồng thời nghiên cứu qúa trình lịch sử hình thành các mối quan hệ ấy.
Đối tượng của sinh thái học: Đó là tất cả các mối quan hệ giữa sinh vật với môi trường gồm nhiều mức ñộ tổ chức sống (phổ sinh học) khác nhau, từ đó có các cấp độ tổ chức sinh thái học khác nhau: cá thể, quần thể, quần xã và hệ sinh thái. Tùy theo đối tượng sinh vật nghiên cứu của từng nhóm phân loại mà sinh thái học còn phân ra: sinh thái học về động vật, thực vật, vi sinh vật, thú, cá, côn trùng, chim, tảo, nấm… Tùy theo ứng dụng của từng ngành nghiên cứu mà sinh thái học còn phân ra sinh thái học nông nghiệp, lâm nghiệp, môi trường… 1. Nội dung của sinh thái học: Nghiên cứu đặc điểm của các nhân tố môi trường ảnh hưởng đến đời sống sinh vật. Nghiên cứu nhịp điệu sống của cơ thể và sự thích nghi của chúng với các 1 điều kiện ngoại cảnh.
Nghiên cứu điều kiện hình thành quần thể, đặc điểm cấu trúc của các quần xã, sự vận chuyển vật chất và năng lượng trong quần xã và giữa quần xã với ngoại cảnh. Nghiên cứu những vùng địa lý sinh vật lớn trên Trái đất. Nghiên cứu ứng dụng kiến thức về sinh thái học vào việc tìm hiểu môi trường và tài nguyên thiên nhiên, bảo vệ và khai thác hợp lý, chống ô nhiễm môi trường… Thông qua kiến thức về sinh thái học để giáo dục dân số. Ý nghĩa của sinh thái học: Sinh thái học đóng góp cho khoa học cả về lý luận và thực tiễn.
Nó giúp ta hiểu biết sâu sắc về bản chất sự sống và sự tương tác của sinh vật với môi trường. Nó tạo nên những nguyên tắc và định hướng cho hoạt động của con người đối với tự nhiên. Nó có ý nghĩa to lớn trong thực tiễn cuộc sống: Tăng năng suất vật nuôi và cây trồng trên cơ sở cải tạo các điều kiện sống của chúng; hạn chế và tiêu diệt dịch hại, bảo vệ vật nuôi, cây trồng và con người; thuần hóa và di giống; khai thác hợp lý tài nguyên thiên nhiên, duy trì đa dạng sinh học… bảo vệ và cải tạo môi trường cho con người và sinh vật khác sống tốt hơn. Sinh thái học là cơ sở khoa học, là phương thức cho chiến lược phát triển bền vững của xã hội con người, tối ưu hóa việc sử dụng các tài nguyên thiên nhiên, lãnh thổ, qui hoạch tổng thể lâu dài, dự đoán những biến đổi của môi trường.
Phương pháp nghiên cứu và lược sử phát triển: 3. Phương pháp nghiên cứu: Gồm ba cách tiếp cận: - Nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành trong phòng thí nghiệm hay bán tự nhiên (nuôi trồng trong chậu, chuồng trại…) để tìm hiểu các chỉ số của cơ thể, tập tính… - Nghiên cứu thực địa ngoài trời là phương pháp quan sát, ghi chép, đo đạc, thu mẫu, mô tả các hiện tượng sinh học, sự ảnh hưởng của môi trường lên sinh vật ở các mức độ cá thể, quần thể và quần xã - Phương pháp mô phỏng (mô hình hóa) là sử dụng kết quả của hai phương pháp trên rồi dùng công cụ toán học và thông tin ñược xử lý trên máy tính (mô hình toán). Lược sử phát triển: Từ thời xa xưa, con người ở xã hội nguyên thủy đã có những hiểu biết nhất ñịnh về nơi ở, thời tiết và các sinh vật. Kiến thức sinh thái học dần dần được phát triển cùng với nền văn minh của con người.
Trước công nguyên 384–382 có công trình của Aristote, đã mô tả hơn 500 loài ñộng vật và các tập tính của chúng. Tiếp theo ñó, có hàng loạt các nhà nghiên cứu khác như E. Đầu thế kỷ XIX, có hàng loạt các công trình nghiên cứu liên quan đến sinh thái học.Darwin (1809-1882) đã có nhiều công trình nghiên cứu. Từ nửa sau của 2 thế kỷ XIX, nội dung chủ yếu của sinh thái học là nghiên cứu động vật, thực vật và sự thích nghi của chúng với khí hậu… Vào cuối những năm 70 của thế kỷ XIX, đã nghiên cứu quần xã.
Bước vào thế kỷ XX, sinh thái học càng ñược nghiên cứu sâu rộng và phát triển mạnh, đã tách thành các bộ môn: sinh thái học cá thể, sinh thái học quần xã và hệ sinh thái. Trong mấy chục năm gần đây, trước những biến đổi lớn và xấu của môi trường, thế giới đã đề ra chương trình sinh thái học thế giới (1964) để ngăn ngừa sự phá vỡ môi trường sinh thái trên toàn cầu. Một số quy luật sinh thái học: - Một số khái niệm về sinh thái học Môi trường sống bao gồm tất cả các nhân tố xung quanh sinh vật, có tác động trực tiếp hoặc gián tiếp tới sinh vật; làm ảnh hưởng đến sự tồn tại, sinh trưởng, phát triển và những hoạt động khác của sinh vật. Mỗi loài sinh vật đều có môi trường sống đặc trưng cho mình.
Sống trong môi trường nào, sinh vật đều có những phản ứng thích nghi về hình thái, các đặc điểm sinh lí, sinh thái, và tập tính. Sự tác động của các điều kiện môi trường lên cơ thể sinh vật: các sinh vật cùng loài có đặc tính di truyền giống nhau, nhưng dưới tác dụng của điều kiện môi trường sống khác nhau, chúng có sự sinh trưởng và phát triển khác nhau. Những biến ñổi của sinh vật có ñược dưới tác dụng của các yếu tố môi trường sống, nhìn chung mới chỉ làm thay đổi kiểu hình (phenotyp) mà chưa làm thay đổi kiểu gen (genotyp). Đối với con người, môi trường chứa đựng nội dung rộng hơn; theo định nghĩa của UNESCO (1981) thì môi trường của con người bao gồm toàn bộ các hệ thống tự nhiên và các hệ thống do con người tạo ra, cả những cái hữu hình (đô thị, hồ chứa…) và những cái vô hình (tập quán, nghệ thuật…), trong ñó con người sống, lao động, họ khai thác các tài nguyên thiên nhiên và nhân tạo nhằm thoả mãn nhu cầu của mình.
Các yếu tố môi trường gồm sự chiếu xạ Mặt Trời dưới dạng tia sáng và nhiệt ñộ (sức nóng), ñược coi là nguồn năng lượng, còn nước và các yếu tố hóa học được coi là điều kiện cho các qúa trình sinh trưởng và trao đổi chất của thực vật; các yếu tố gây hại là: lửa, các tác ñộng cơ học, gió bão, của động vật và con người. Môi trường trên hành tinh là một thể thống nhất, luôn biến động trong quá trình tiến hóa, sự ổn định chỉ là tương đối, năng lượng Mặt Trời là động lực cơ bản nhất gây nên những biến động ấy; hoạt ñộng của con người ngày càng tạo ra sự mất cân bằng trong tự nhiên và thúc đẩy làm tăng thêm tốc độ biến đổi của tự nhiên. - Phân loại môi trường. Có các loại môi trường sống chủ yếu của sinh vật: + Môi trường trên cạn bao gồm mặt đất và lớp khí quyển gần mặt đất, là nơi sống của phần lớn sinh vật trên trái đất.
3 + Môi trường nước gồm những vùng nước ngọt, nước lợ và nước mặn có các sinh vật thủy sinh. + Môi trường đất gồm các lớp đất có các độ sâu khác nhau, trong đó có các sinh vật đất sinh sống. + Môi trường sinh vật gồm thực vật, động vật và con người, là nơi sống của các sinh vật khác như vật ký sinh,… - Môi trường lại có thể chia thành hai loại là môi trường vô sinh và môi trường hữu sinh. + Môi trường vô sinh (abiotic): gồm những yếu tố không sống và được gọi chung là môi trường vật lý, đơn thuần mang những tính chất vật lý, hóa học và khí hậu: khí hậu (ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm…), hóa học (các khí CO2, O2.
Các yếu tố phụ: Cơ học như chăn dắt, cắt, chặt v., yếu tố địa lý (chiều cao so với mặt biển, độ dốc, hướng phơi). Chúng không phải là các yếu tố sinh thái nhưng có ảnh hưởng đến nhiệt độ, độ ẩm, tức là ảnh hưởng gián tiếp đến sinh vật. Nói chung, yếu tố môi trường vật lý trong sinh thái học phải là những yếu tố có vai trò tác động đến cơ thể sinh vật, như sự bốc thoát hơi nước, sự vận chuyển thức ăn vô cơ (hút, thẩm thấu) vào cây, sự quang hợp… + Môi trường hữu sinh (Biotic) gồm các thực thể sống (sinh vật) và hoạt động sống của chính bản thân chúng tạo ra, như tập tính sống bầy đàn, các mối quan hệ cùng loài, khác loài. Bản chất của môi trường hữu sinh là môi trường sống của sinh vật, nó còn được gọi là “môi sinh”.
Môi sinh: Các thành phần sinh vật của quần xã tác động lẫn nhau và với môi rường bên ngoài để tạo thành môi trường bên trong của cơ thể sống, thích ứng với quần xã và gọi là môi sinh, đó là môi trường do ảnh hưởng của sinh vật trong hệ sinh thái. Như vậy, môi sinh là kết quả tác ñộng tổng hợp của phức hệ sinh vật với nhau và với môi trường bên ngoài. Ví dụ, trong hệ sinh thái rừng, sự thay đổi chế độ và cường độ ánh sáng là do thực vật ở tầng trên.