Chương 1: Tổng quan tài liệu và cơ sở khoa học về vấn đề nghiên cứu (32 trang) Chương 2: Nội dung và phương pháp nghiên cứu (09 trang). Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận (100 trang). TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Những lĩnh vực khoa học liên quan đến sinh thái cảnh quan 1.
Sinh thái học Sinh thái học (Ecology) bắt nguồn từ ngôn ngữ Hy Lạp “Oikos” có nghĩa là nơi sống, nhà ở, “Logos” là môn học, khoa học. Theo nghĩa này, sinh thái học có nghĩa là khoa học về nơi ở của sinh vật. Cho đến nay, nhiều định nghĩa về sinh thái học ra đời, nhưng đều thống nhất rằng: Sinh thái học là khoa học chuyên ngành sinh học nghiên cứu mối quan hệ tương hỗ giữa các sinh vật với môi trường. Sinh thái học được nghiên cứu ở các cấp độ khác nhau từ cá thể, quần thể, quần xã, cho đến các hệ sinh thái và sinh quyển [42].
Do tập trung vào mối tương tác giữa sinh vật với môi trường của chúng, sinh thái học được coi là khoa học tổng hợp và đa ngành, bao gồm nhiều mảng kiến thức của địa lý học, địa chất học, khí tượng học, thổ nhưỡng học, di truyền học, hóa học, vật lý, toán học và khoa học thống kê [42]. Ernst Haeckel (1866) đã đưa ra định nghĩa đầu tiên về sinh thái học là “khoa học bao hàm nhiều khái niệm về mối quan hệ giữa sinh vật với môi trường”. Mặc dù được công nhận phát triển vào nửa sau thế kỷ XIX, tuy nhiên, nhiều nghiên cứu về sinh thái học tổng hợp đã xuất hiện ở thời cổ đại. Aristot và Theophrastus đã thực hiện các quan sát về dòng di cư của động vật và thực vật, hiện nay còn lưu lại những dẫn liệu mang tính chất sinh thái học khá rõ nét.
Ở Châu Âu, từ thế kỷ XVIII - XIX, được xem là thời kỳ “phục hưng sinh học”, tuy chưa chính thức dùng tên gọi “sinh thái học”, nhưng nhiều nhà khoa học đã có nhiều công bố đáng kể về sinh thái học. Đầu thế kỷ XVIII, nhà vi sinh vật học Hà Lan là Leeuvenhoek đã nghiên cứu chuỗi thức ăn và quy luật điều chỉnh số lượng quần thể. Các nhà khoa học của thế kỷ thứ XIX là Alexander von Humboldt (1769 - 1859), Charles Darwin (1809 - 1882), Alfred Russel Wallace (1823 - 1913) và Karl Möbius (1825 - 1908) đã có những đóng góp quan trọng trong nghiên cứu và giải thích về mối quan hệ giữa các nhóm sinh vật với môi trường. Các nhà tự nhiên học 5 người Đức đóng vai trò tiên phong sáng lập, còn các nhà động vật và thực vật học người Anh và Hoa Kỳ đóng vai trò kế cận, phát triển và hoàn thiện lý luận sinh thái học [72].
Trong thời kì phát triển mạnh mẽ trên toàn thế giới, vấn đề “không gian sinh thái” được coi là hạn chế lớn nhất của sinh thái học. Lịch sử phát triển của sinh thái học chỉ ra rằng, hầu hết các nguyên lý sinh thái đều có tính chất phi không gian. Ví dụ, quan hệ vật ăn thịt - con mồi là quan hệ sinh học thuần túy với điều kiện giả thiết xảy ra trong một không gian bất kỳ, thuyết diễn thế sinh thái được xây dựng cho một hệ sinh thái đồng nhất. Tuy nhiên, nếu xem xét sâu hơn, ảnh hưởng không gian luôn là yếu tố khách quan, do đó, tiếp cận không gian là việc cần thiết trong các nghiên cứu sinh thái học [72].
Đầu thế kỷ thứ XX, đánh dấu sự kiện các công trình nghiên cứu sinh thái học, đã tích hợp các vấn đề địa lý học và sinh học: Cowles (1899) đã nghiên cứu về diễn thế thực vật trên dải cồn cát ven hồ Michigan (Hoa Kỳ); Clements (1916) đã nghiên cứu về quy luật phát triển của sinh vật quần lạc trong mối quan hệ với nhân tố thổ nhưỡng.Đây được xem là những nghiên cứu sinh thái đầu tiên tiếp cận không gian. Gause (1934) đã khẳng định mối quan hệ cạnh tranh khác loài là một nguyên nhân gây ra sự phân hóa không gian. Khái niệm hệ sinh thái ra đời có ảnh hưởng quyết định đến việc hình thành STCQ. Đối tượng nghiên cứu của sinh thái học là các hệ sinh thái, theo Tansley (1935), sinh thái học là một tập hợp các vật sống (thực vật, động vật, vi sinh vật) và môi trường phi sinh học nơi chúng sinh sống (khí hậu, đất) [72].
Phần lớn các nhà STCQ trên thế giới đều khẳng định STCQ lý thuyết có nguồn gốc từ sinh thái học truyền thống và hiện nay, sinh thái học hiện đại đang có ảnh hưởng rất lớn đến định hướng nghiên cứu STCQ ứng dụng. Trong đó, hai đóng góp quan trọng nhất của sinh thái học là: - Định nghĩa về hệ sinh thái đã tạo ra mối liên kết giữa các yếu tố phi sinh học (đối tượng nghiên cứu của các nhà địa lý) và các yếu tố sinh học (đối tượng nghiên cứu của các nhà sinh thái học). Các nhà sinh thái học Xô Viết và Đông Âu trước đây thường sử dụng khái niệm sinh địa quần lạc trong nghiên cứu sinh thái học. Trong khi đó, các nhà sinh thái học Tây Âu và Bắc Mỹ chấp nhận hệ sinh thái 6 là đối tượng nghiên cứu, đồng thời kế thừa và tiếp tục phát triển: “Hệ sinh thái là một hệ thống bao gồm các quá trình vật lý, hóa học, sinh học hoạt động trong một không gian và thời gian nào đó” (Linderman, 1942) [115]; “…Là một đơn vị bất kỳ bao gồm tất cả các vật sống (thực vật, động vật, vi sinh vật) trong một khu vực nhất định có sự tương tác với môi trường vật lý bằng các dòng năng lượng tạo nên cấu trúc dinh dưỡng xác định, sự đa dạng về loài và chu trình tuần hoàn vật chất” (Odum, 1953); “…Là một hệ thống chức năng bao gồm tập hợp các vật sống (thực vật, động vật, vi sinh vật) và môi trường tự nhiên (khí hậu, đất) tương tác qua lại” (Whittaker, 1975) [72].
Chính quan điểm về hệ sinh thái của Tansley (1935), Troll đã sáng tạo thuật ngữ STCQ vào năm 1939 [72]. - Xét về khía cạnh ứng dụng, những bài toán ứng dụng của sinh thái học là nền tảng để phát triển các nghiên cứu STCQ ứng dụng trong nghiên cứu STCQ tự nhiên, đặc biệt phổ biến ở Bắc Mỹ. Sinh thái học, xét về bản chất cũng là một ngành khoa học ứng dụng cao, chú trọng tới các vấn đề quản lý tài nguyên thiên nhiên và bảo vệ môi trường. Các hướng nghiên cứu ứng dụng cụ thể bao gồm, bảo tồn thiên nhiên, quản lý nơi sống của sinh vật, giảm thiểu các tác động sinh thái do ô nhiễm môi trường, phục hồi hệ sinh thái, tái tạo loài, sinh thái học biển, quản lý rừng (là những ứng dụng trực tiếp của sinh thái); phát triển đô thị, các vấn đề nông nghiệp, sức khỏe cộng đồng (là những ý tưởng và phân tích sinh thái học).
Kế thừa các nguyên lý cơ bản và các bài toán ứng dụng của sinh thái học, STCQ tập trung nghiên cứu tương tác giữa cấu trúc không gian và các quá trình hệ sinh thái, bao gồm các nguyên nhân và hệ quả sinh thái học do phân hóa cảnh quan ở các tỷ lệ khác nhau. Điều đó tạo ra hai đặc trưng quan trọng của STCQ, phân biệt với sinh thái học và cảnh quan học: - Nghiên cứu ảnh hưởng của cấu trúc cảnh quan tới các quá trình HST; - Nghiên cứu sinh thái học trên các đơn vị không gian có quy mô thường lớn hơn so với các nghiên cứu sinh thái học truyền thống trước đây [72]. Hệ sinh thái 1. Khái niệm hệ sinh thái 7 Hệ sinh thái (HST) là một khái niệm tương đối rộng.
HST coi các đơn vị sinh thái là một tổ hợp các yếu tố có quan hệ với nhau theo các chức năng thống nhất. Vì vậy, quy mô của HST có thể rất khác nhau, từ một cái ao, một thửa ruộng, một khu rừng đến một vùng rộng lớn hay cả sinh quyển. Khái niệm HST đã đưa thế giới sinh học và vật lý vào một thể thống nhất, con người có thể mô tả, đánh giá và quản lý hệ này. HST là nơi mà các dạng sống và môi trường xung quanh có tác động qua lại với nhau; nó đóng vai trò như một đơn vị thể tích của Trái đất với sự biến động theo không gian, thời gian và mức độ.
Các HST bao gồm các thành phần hữu sinh và vô sinh, phân biệt nhờ cấu trúc và chức năng khác nhau của chúng. Vũ Trung Tạng (2000) [63] đã định nghĩa hệ sinh thái như sau: “Hệ sinh thái là tổ hợp của một quần xã sinh vật với môi trường vật lý mà quần xã ở đó tồn tại, trong đó các sinh vật tương tác với nhau và với môi trường để tạo nên chu trình vật chất và sự chuyển hoá năng lượng”. Thành phần của hệ sinh thái Hệ sinh thái gồm hai hợp phần căn bản là quần xã sinh vật và môi trường mà sinh vật tồn tại. Một HST hoàn chỉnh có các thành phần chính sau đây: - Những chất vô cơ (C, N, CO2, H2O,…) tham gia vào chu trình tuần hoàn vật chất trong hệ sinh thái; - Những chất hữu cơ (protein, gluxit, lipid, các chất mùn…); - Khí hậu, bao gồm nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm và các yếu tố vật lý khác; - Đất, bao gồm thành phần đất, các đặc tính lý hóa học của đất; - Các sinh vật, đây là thành phần sống của HST.
Bao gồm 3 nhóm: Nhóm sinh vật sản xuất: Gồm các sinh vật tự dưỡng, chủ yếu là cây xanh và các vi khuẩn hóa tổng hợp. Chúng có khả năng tổng hợp chất hữu cơ từ các chất vô cơ nhờ quang hợp hoặc hóa tổng hợp. Sinh vật tiêu thụ: Gồm các sinh vật dị dưỡng, chủ yếu là các động vật. Chúng sử dụng chất hữu cơ được tạo thành nhờ sinh vật sản xuất.
Động vật ăn trực tiếp 8 thực vật là sinh vật tiêu thụ bậc I. Động vật ăn thịt các động vật tiêu thụ bậc I là sinh vật tiêu thụ bậc II. Quá trình tương tự sẽ có các sinh vật tiêu thụ bậc III. Sinh vật phân hủy: Gồm các sinh vật dị dưỡng như vi khuẩn, nấm.
Chúng phân hủy chất thải và xác chết của các sinh vật sản xuất, sinh vật tiêu thụ, biến đổi các chất hữu cơ. Cấu trúc của hệ sinh thái Hai hợp phần căn bản của HST là quần xã sinh vật và môi trường sống của nó cùng các mối quan hệ tác động qua lại lẫn nhau giữa sinh vật với sinh vật, giữa sinh vật với môi trường và tác động của môi trường lên sinh vật.
