20 - 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 (CO 2 , O 2 , H 2 O, CaCO 3 ,…); 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). II.1.2.2. Sinh vật sản xuất (producer) Là những sinh vật tự dưỡng (autotrophy), gồm các loài thực v ật, 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 số ng cả thế giới sinh vật còn lại, trong đó kể cả con người. II.1.2.3. 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 nguồ n thức ăn ban đầu (do các sinh vật sản xuất tạo ra) một cách trực tiếp hay gián tiếp. II.1.2.4. 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 tồ n 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 c ủa hệ và các quá trình tự điều chỉnh của hệ. 21 II.1.3 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. II.2 CÁC MỐI QUAN HỆ VỀ NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ SINH THÁI H ệ 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 Thờ i, 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 2.1. Phản xạ từ các vật khác 4% Năng lượng mặt trời đi tới mặt Trái Đất Hấp thu bởi không khí, nước, đất Hấp thu bởi thực vật Phản xạ từ mây Phản xạ từ bụi Tạo nên sự chuyển động của không khí, hiện tượng thời tiết; khí tượng Phản xạ nhiệt trở lại vũ trụ Giữ lại trong sinh khối bậc dinh dưỡng thứ 1 Cung cấp năng lượng cần thiết cho thực vật Phản xạ trở lại vũ trụ 68% 2% 21% 5% Hình 2.1: Phân bổ năng lượng mặt trời đi tới mặt Trái Đất (Lê Thạc Cán, 1995) 22 II.2.1 Chuỗi thức ăn (Food chain) Chuỗi thức ăn là một hệ thống chuyển hóa năng lượng dinh dưỡng từ nguồn đi qua hàng loạt sinh vật, được tiếp diễn bằng cách một số sinh vật này dùng những sinh vật khác làm thức ăn (Lê Huy Bá và ctv, 2002). Có hai loại chuỗi thức ăn: - Chuỗi thức ăn chăn nuôi: Là chuỗi thức ăn bắt đầu từ thực vật, đến độ ng 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). II.2.2 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 ă n nhiều loài sinh vật khác vừa là con mồi cho nhiều sinh vật khác (hình 2.2). Hình 2.2 Sơ đồ về mạng lưới thức ăn (Tôn Thất Pháp, 2006) 23 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. Nó bao gồm phần năng lượng được sử dụng cho quá trình hô hấp của chính thực vật và phần năng lượng còn lại được tích lũy trong các hợp chất hữu cơ trong cơ thể thực vật – đây là phần có thể làm thức ăn cho sinh vật tiêu thụ. Đầu tiên là động vật ăn thực vật sử dụng và đồng hóa để tạo nên chất hữu cơ của động vật đầu tiên trong chuỗi thức ăn. Nguồn này lại tiếp tụ c được chia sẻ cho những loài động vật ăn thịt tạo nên nhiều sinh vật tiêu thụ bậc 1, bậc 2, bậc 3, trong chuỗi thức ăn chăn nuôi. Và sau đó nguồn dinh dưỡng và năng lượng này được đưa vào chuỗi thức ăn phế liệu tạo ra những khoáng chất làm thức ăn cho thực vật (Vũ Trung Tạng, 2001). II.2.3 Tháp sinh thái học Tổng năng lượng được đưa vào hệ sinh thái hao hụt d ần qua các bậc dinh dưỡng. Nghĩa là lượng năng lượng còn lại tích tụ trong cơ thể của nhóm này có thể làm thức ăn cho nhóm khác rất thay đổi ở từng bậc dinh dưỡng, bởi sự hao hụt năng lượng qua các dạng sau: (1) không sử dụng được (mai, xương cứng của động vật, gai, rễ, vỏ cứng,… của thực vật); (2) đã sử dụng nhưng không đồng hóa được, thải ra dưới d ạng chất bài tiết ở động vật; (3) bị mất mát dưới dạng nhiệt do quá trình hô hấp để lấy năng lượng cho hoạt động sống của sinh vật. Theo tính toán, có đến 80 – 90% năng lượng bị mất trong chuỗi thức ăn do chuyển thành nhiệt, vì vậy mỗi chuỗi thức ăn chỉ có 4 – 5 mắt xích. Phần năng lượng mất đi này phụ thuộc vào đặc tính của từng loài, nhóm loài và các đ iều kiện của môi trường. Để mô tả sự vận chuyển năng lượng trong hệ sinh thái, người ta đưa ra khái niệm tháp sinh thái học. Có 3 kiểu tháp: tháp số lượng, tháp sinh khối và tháp năng lượng. II.2.3.1. Tháp số lượng: Cá thể ở bậc dinh dưỡng thấp lớn, đỉnh nhọn biểu thị bậc dinh dưỡng cao. Những sinh vật ở bậc dinh dưỡng cao thường có kích thước lớn hơn (thường là con lớn ăn con bé). II.2.3.2. Tháp sinh khối: Có trường hợp sinh vật ở bậc thấp hơn lại nhỏ hơn ở bậc cao, tháp có hình lộn ngược. Ví dụ trong thủy vực, tảo phù du có sinh khối nhỏ hơn các động vật nhưng nó lại sinh sản rất nhanh. Nhược điểm của các hình tháp này là không đề cập đến các vi khuẩn là thành phần quan trọng của hệ sinh thái. II.2.3.3.Tháp năng lượng: Biểu thị bằng đơn vị n ăng lượng, tháp này đã khắc phục được nhược điểm của hai kiểu tháp trên. II.3. TỔNG QUAN VỀ CÂN BẰNG SINH THÁI Hệ sinh thái tự nhiên có đặc trưng khả năng tự lập cân bằng có nghĩa là mỗi khi bị ảnh hưởng vì một nguyên nhân nào đó thì lại có thể phục hồi để trở về trạng thái ban đầu. Ở trạng thái cân bằng thì tốc độ của các quá trình thuận nghịch như nhau (t ổng hợp bằng phân 24 giải), năng lượng tự do không thay đổi. Một hệ sinh thái cân bằng khi 4 quá trình sau đây đạt được trạng thái cân bằng động tương đối với nhau: (1) quá trình chuyển hóa năng lượng; (2) mạng lưới thức ăn trong hệ; (3) các chu trình sinh địa hóa và (4) sự phân hóa trong không gian và theo thời gian. Sự cân bằng của tự nhiên nghĩa là mối quan hệ của quần xã sinh vật với môi trường vật lý mà quần xã đó tồn tại được xác lập và ít thay đổi từ năm này sang năm khác. Sự cân bằng còn là kết quả của các quá trình điều chỉnh thông qua chuỗi thức ăn, các quá trình sinh địa hóa và tính đa dạng của cấu trúc. Có thể nói một hệ sinh thái càng đa dạng về cấu trúc thì mức độ cân bằng sinh thái, tính bền vững càng cao bởi sự kiểm soát lẫn nhau giữa các thành phần này (Vũ Trung Tạng, 2001). Đối với vật chất, sự vận động là vĩnh cửu, sự ổn định chỉ là các giai đoạn tạm thời. Vật chất và năng lượng của hệ sinh thái tuân theo các quy luật chung đó. Còn các sinh vật thì luôn luôn có xu thế tiến đến sự ổn định. Sự ổn định trong sự vận động. Mọi hệ sinh thái đều có tính không bền, nghĩa là chúng linh động, dao động trong một giới hạn nhất định để duy trì tính bền vững. Các hệ sinh thái tự nhiên luôn hướng đến sự gia tă ng tính đa dạng đến mức tối đa. Còn trong các hệ sản xuất thì luôn hướng về tính đa dạng tối thiểu. Nhìn chung, trạng thái cân bằng sinh thái được thực hiện qua các cơ chế sau: - Cân bằng thông qua sự điều chỉnh số lượng quần xã: (1) đối với thực vật thì sự điều chỉnh số lượng cùng diễn ra ở nhiều loài trong quần xã hoặc các cá thể trong một quần th ể, tuy nhiên mức độ không mạnh mẽ và khó nhận biết được qua quan sát bình thường; (2) đối với động vật, sự điều chỉnh này được thực hiện bằng nhiều cách khác nhau: + Điều chỉnh bằng cách kìm hãm hoặc hạn chế lẫn nhau. + Điều chỉnh thông qua các hình thức như giảm mức sinh sản, tăng tỷ lệ tử vong, cạnh tranh, di cư, thậm chí ăn thịt lẫn nhau. - Cân b ằng thông qua mối quan hệ phụ thuộc giữa các loài trong thiên nhiên. Trong điều kiện bình thường, tương quan giữa các thành phần của hệ sinh thái tự nhiên là cân bằng. Như vậy cân bằng sinh thái là trạng thái ổn định tự nhiên của hệ sinh thái, hướng tới sự thích nghi cao nhất với điều kiện sống. Ví dụ như hệ sinh thái rừng, thực vật lấy dinh dưỡng từ đất tổng hợp thành chất hữ u cơ. Chất hữu cơ này đủ để một phần nuôi dưỡng phát triển cây, một phần nuôi động vật ăn thực vật trong rừng, một phần rơi rụng, trả lại sự màu mỡ cho đất. Động vật ăn thực vật phát triển vừa đủ để tiêu thụ hết phần thức ăn thiên nhiên dành cho nó. Phân, xác động vật và lá rụng, cành rơi trên mặt đất được vi sinh v ật phân huỷ hết để trả lại cho đất chất dinh dưỡng nuôi cây. Do vậy đất rừng luôn màu mỡ, giàu chất hữu cơ, nhiều vi sinh vật và côn trùng, cây rừng đa dạng và tươi tốt, động vật phong phú. Đó chính là cân bằng sinh thái. Cân bằng sinh thái không phải là một trạng thái tĩnh của hệ. Khi có một tác nhân nào đó của môi trường bên ngoài, tác động tới bất kỳ một thành phần nào đó của hệ, nó sẽ bi ến đổi. Sự biến đổi của một thành phần trong hệ sẽ kéo theo sự biến đổi của các thành phần kế tiếp, dẫn đến sự biến đổi cả hệ. Sau một thời gian, hệ sẽ thiết lập được một cân bằng mới, khác với tình trạng cân bằng trước khi bị tác động. Bằng cách đó hệ biến đổi mà vẫn cân bằng. Trong quá trình này động vật ă n cỏ và vi sinh vật đóng vai trò chủ đạo đối với việc kiểm soát sự phát triển của thực vật. Khả năng thiết lập trạng thái cân bằng mới của hệ là có hạn. Nếu một thành phần nào đó của hệ bị tác động quá mạnh, nó sẽ không khôi phục lại được, đưa đến sự suy thoái của các 25 thành phần kế tiếp, làm cho toàn hệ mất cân bằng, suy thoái. Hệ sinh thái càng đa dạng, nhiều thành phần thì trạng thái cân bằng của hệ càng ổn định. Vì vậy, các hệ sinh thái tự nhiên bền vững có đặc điểm là có rất nhiều loài, mỗi loài là thức ăn cho nhiều loài khác nhau. Ví dụ như: trên các cánh đồng cỏ, chuột thường xuyên bị rắn, chó sói, cáo, chim ưng, cú mèo săn bắt. Bình thường số lượng chim, trăn, thú, chuột cân bằng v ới nhau. Khi con người tìm bắt rắn và chim thì chuột mất kẻ thù, thế là chúng được dịp sinh sôi nảy nở. II.4. SỰ MẤT CÂN BẰNG CỦA CÁC HỆ SINH THÁI Một hệ sinh thái đang cân bằng có thể mất cân bằng vì những tác động thiên nhiên hoặc nhân tạo. nếu tác động không quan trọng, xảy ra trong một thời đoạn ngắn, thì quán tính và tính hoàn nguyên sẽ đưa hệ sinh thái về trạng thái ban đầu. Nếu tác động lớn, kéo dài, môi trường b ị thay đổi rộng lớn, sâu sắc thì quần xã sinh vật trong hệ sinh thái sẽ biến đổi qua một số giai đoạn, cho tới khi có một quần xã mới, thích nghi và trưởng thành trong bối cảnh mới được hình thành. Quần xã này được gọi là quần xã đỉnh cực (climax community). Sự chuyển từ một quần xã này sang một quần xã khác gọi là diễn thế (succession). Diễn thế nguyên sinh (primary succession) là sự phát triển từng bước của các quần ch ủng tại một địa bàn trước đó chưa có giống loài nào cư trú. Thí dụ địa y sinh trưởng trên mặt núi đá, đến một giai đoạn nhất định, đá bị phong hóa nhiều trở thành đất, đại y cùng sống với rêu, nấm, vi khuẩn sẽ xuất hiện và cứ thế tiến hóa dần qua các quần xã trung gian (intermediate communities) cho tới khi đạt tới một quần xã đỉnh cực (climax). Diễn thế thứ sinh (secondary succession) là sự thay thế một quần xã bị tiêu diệt toàn bộ hoặc một phần lớn thành quần xã mới. Thí dụ sự xuất hiện lấn át các quần chủng thứ sinh cho tới khi đạt tới quần xã đỉnh cực trên địa bàn của một khu rừng nguyên sinh đã bị hỏa hoạn thiên nhiên hoặc do người gây ra phá hủy; hoặc sự hồi phục lại lần lượt các quần xã trung gian với sinh vật liên quan cho tới khi đạt tới quần xã đỉnh cực trên một cánh đồng hoang. II.5. TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA HỆ SINH THÁI (Ecosystem Stability) Hệ sinh thái không bao giờ tĩnh tại mà luôn luôn thay đổi. Môi trường của hệ sinh thái thay đổi, các thành phần trong hệ cũng luôn luôn biến động, tính ổn định của hệ là ổn định động (dynamic stability), nghĩa là trong lúc số lượng, chất lượng của các thành phần của hệ luôn luôn thay đổi thì cấu trúc và cơ chế hoạt động của h ệ, tỷ lệ và tương tác giữa các thành phần xem như vẫn nguyên. Lấy một hệ sinh thái một khu rừng làm thí dụ. Nếu trong một thời gian khoảng 50 năm, hàng năm đến một thời điểm nhất định ta lại quan sát sẽ thấy rằng mặc dầu nhiều cây con đã chết, cây non trẻ sinh sôi nẩy nở nhưng: - Số lượng giống loài sinh vật không đổi; - Các giống loài vẫn giữ nguyên; - Số lượng cá thể trong các chủng quần không đổi Thì có thể kết luận rằng hệ sinh thái của khu rừng đó là ổn định. 26 Các nhân tố của tính ổn định của hệ sinh thái Sự ổn định của hệ sinh thái phụ thuộc vào các nhân tố khống chế quy mô của các quần chủng trong hệ. Các nhân tố này có thể phân thành 2 nhóm: nhóm kích thước quần chủng tăng qui mô và nhóm hạn chế quy mô. II.5.1. Nhóm gây tăng qui mô thường gồm có: - Các nhân tố sinh vật: tỷ lệ sinh đẻ, khả năng thích nghi với biến động môi trường, khả năng di cư đến chổ mới, khả năng cạnh tranh, khả năng trốn tránh, khả năng tự vệ và khả năng tìm thức ăn, nguồn thức ăn; - Các nhân tố phi sinh vật: ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm, môi trường hóa học. - II.5.2. Nhóm làm giảm quy mô thường có - Các nhân tố sinh vật: thú săn mồi, bệnh tật, vật ký sinh, vật cùng cạnh tranh, thiếu thức ăn, thiếu nơi ở. - Các nhân tố phi sinh vật: khí hậu khắc nghiệ t, thiếu nước, môi trường hóa học xấu. Cân bằng giữa hai nhóm nhân tố trên quyết định sự ổn định về qui mô của các quần chủng trong hệ sinh thái. Khả năng của một hệ sinh thái chống lại các thay đổi gọi là quán tính (inertia) sinh thái. Khả năng trở lại trạng thái cân bằng ban đầu gọi là khả năng hoàn nguyên (resilience). II.6. TÁC ĐỘNG CỦA CON NGƯỜI LÊN CÁC HỆ SINH THÁI Để duy trì sự sống và phát triển con người không ngừng tác động lên các hệ sinh thái ở trên trái đất. Ngày nay không còn hệ sinh thái nào trên trái đất không chịu tác động của hoạt động con người. Các tác động này có thể xếp thành ba loại sau: II.6.1. Thay đổi các nhân tố sinh vật - Đem các vật cạnh tranh mới vào các hệ sinh thái qua việc đem giống cây con mới vào trồng trọt và chăn nuôi, dẫn tới sự hạn chế, thậm chí tiêu diệt giống các loài bản địa. - Tiêu diệt hoặc đưa thêm các thú ăn thịt vào hệ sinh thái. Thí dụ tiêu diệt chó sói, hổ, báo, sư tử làm thay đổi mạng lưới thức ăn, làm mất cân bằng sinh thái; đem các thú ăn mồi để tiêu diệt một loài có hại nhưng lại ăn luôn cả những vật tạo khác, tạo nên những thay đổi không mong muốn trong hệ sinh thái. - Đem các vật sinh bệnh vào các hệ sinh thái. Thí dụ các nguồn bệnh mới qua sản phẩm thực vật, động vật vào các vùng không có điều kiện thiên nhiên hạ n chế sự sinh trưởng của các nguồn bệnh này. 27 II.6.2. Thay đổi nhân tố lý, hóa - Gây ô nhiễm không khí, nước, đất bằng các hoạt động sản xuất, sinh hoạt, tạo nên nhừng thay đổi về nhiệt độ, ánh sáng, âm thanh, bức xạ; thay đổi thành phần và tính chất hóa học của môi trường, qua đó biến đổi hoặc phá hủy cân bằng sinh thái. - Làm cạn kiệt tài nguyên: do sử dụng quá ngưỡng hồi phục tài nguyên tái tạo được, hoặc do thiếu điều tiết chế trong khai thác các tài nguyên không tái tạo, con ng ười đã làm cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên cần thiết cho bản thân mình cũng như cho các quần chủng khác tạo nên mất cân bằng nghiêm trọng của các hệ sinh thái. II.6.3. Giản hóa các hệ sinh thái Trong sự phát triển trồng trọt và chăn nuôi vì lợi ích kinh doanh con người đã thay thế các hệ sinh thái phức tạp bằng hệ sinh thái đơn giản, độc canh một loài cây hoặc độc nuôi một loài con. Các hệ sinh thái này rất mong manh với sâu bệnh, dịch bệnh. Mộ t trong những tác động chủ yếu của con người lên hệ sinh thái là đã làm cho các hệ sinh thái của thế giới bị đơn giản hóa. Sự phát triển nông nghiệp đã tạo nên những hệ sinh thái đơn giản và rút ngắn các dây chuyền thức ăn đến mức tối thiểu thông qua việc loại trừ hàng trăm loài cây, cỏ để thay vào đó một vài giống cây lương thực. Mục đích của con người là tăng hiệ u quả, năng suất và sản lượng, nhưng đồng thời vô tình làm tăng tính mất ổn định và khả năng dễ bị phá hoại của hệ sinh thái. Khi chỉ có một loài cây lương thực được trồng thì khả năng xảy ra dịch bệnh, bùng phát dịch hại có thể phá hủy phần lớn hay toàn bộ hệ. Con người cũng đã đơn giản hóa một cách cao độ các loài động vật bằng cách thay thế hệ động vật phong phú gồm nhiều loài bởi một vài loại gia súc đơn giản. Theo nhiều nghiên cứu cho thấy bất kỳ sự thay đổi ở một bộ phận nào đó của hệ sinh thái lại gây nên những hậu quả nghiêm trọng đối với các thành phần khác của hệ. Một tác động không nhỏ của con người đến hệ sinh thái là gây ô nhiễm môi trường trong hoạt động nông nghiệp, công nghiệp, dị ch vụ, sinh hoạt. Chất gây ô nhiễm sẽ làm biến đổi môi trường một cách nhanh chóng hoặc lâu dài, gây mất cân bằng sinh thái, làm ảnh hưởng xấu đến đời sống sinh vật trên Trái đất, bao gồm cả chính bản than con người. II.7. CÁC HỆ SINH THÁI CHÍNH TRÊN THẾ GIỚI II.7.1 Các hệ sinh thái tự nhiên Hệ sinh thái tự nhiên trên thế giới được xếp thành 3 nhóm: các hệ sinh thái trên cạn, hệ sinh thái nước mặn và hệ sinh thái nước ngọt (Nguyễn Văn Tuyên, 2000). II.7.1.1. Các hệ sinh thái trên cạn Các HST trên cạn được đặc trưng bởi các quần hệ thực vật, vì ở đây thảm thực vật chiếm sinh khối lớn nhất. Theo các nhà khoa học, trên thế giới có các hệ sinh thái tự nhiên trên cạn sau: - Đài nguyên phân bố ở chung quanh Bắc Cực (Grinlen, lục địa Bắc Mỹ và Orasia) là một vùng rộng lớn, bao la rất ít cây cối vì băng tuyết. Số loài thực vật rất ít, sinh 28 trưởng kém và thời gian sinh trưởng ngắn (khoảng 60 ngày), đặc trưng có cỏ bông, rêu, địa y. Về động vật có tuần lộc, hươu Caribu, thỏ cực, chó sói cực, chuột Lemmus, Tacmingan, Pipit, muỗi và ruồi đen (Nguyễn Văn Tuyên, 2000). - Rừng lá nhọn (rừng lá kim hay rừng tai ga) phân bố ở Bắc Mỹ, Bắc Âu và Bắc Á, hay còn gọi là rừng ôn đới thường xanh. Thực vật sống ở đây gồm có thông núi, thông đỏ, Sequoia (cao 81 - 110m, đườ ng kính 12m, sống 2000 - 3000 năm), một ít liễu và bạch dương. Đặt biệt ở đầm lầy Canada có pH chua và có nhiều rêu. Ở vùng này, lượng mưa có thể lên đến hơn 6000 mm/năm, do vậy người ta còn gọi vùng này là rừng mưa ôn đới, mùa hè có sương mù. - Rừng rụng lá ôn đới ở Đông Bắc Mỹ, khắp Châu Âu, cuối Nam Mỹ, Trung Quốc, Nhật Bản và Úc. Điểm đặc trưng là số lượng loài cây nhiề u, mưa phân bố đều, rất nhiều loài động vật phong phú, đặc biệt là chim và động vật có vú. - Rừng mưa nhiệt đới là hệ sinh thái phát triển nhất trong các hệ sinh thái rừng. Nhiệt độ cao, lượng mưa lớn (2.500 – 4.500 mm/năm, ở Camởun 10.170 mm/năm, Atsam 11.600 mm/năm). Rừng mưa nhiệt đới phân bố ở lưu vực sông Amazon, sông Congo, khu vực Ấn Độ, Mã Lai, Tây Phi. Phần lớn thực vật là dây leo, thực vậ t bì sinh (lan, rêu, địa y), cây cao trung bình 46 – 55 m, có nhiều rễ phụ, rễ bạnh, bò như rắn trên mặt đất. Rừng nhiệt đới là quê hương của cây tếch, cây boni. Trong các khu vực rừng mưa nhiệt đới thì rừng Ấn Độ, Mã Lai giàu nhất, trong 1km 2 có hàng vạn loài; rừng Châu Phi là nghèo nhất. Động vật có nhiều loài chim, lưỡng thê, linh trưởng, nai, hoẵng, heo rừng, … - Thảo nguyên (savan) có khí hậu ấm áp, có mùa khô kéo dài. Điển hình là savan Châu Phi – nơi có nhiều vườn thú lớn. Động vật có sơn dương, ngựa vằn, trâu, hươu cao cổ,… Đã có thời kỳ 42% đất trên thế giới là đồng cỏ. Đồng cỏ lớn nhất là thảo nguyên phần Liên Xô (cũ) và Xiberi. Động vật có các loài gậm nhấ m ở hang, các loài có guốc đơn điệu, thằn lằn, rắn, bò rừng, sơn dương, côn trùng (châu chấu, ve), chim sẻ, chuột, hươu, thỏ. - Saparan (rừng và cây bụi là cứng cận nhiệt) ở quanh bờ Địa Trung Hải, ở California, Mehico, bờ Nam Châu Úc, Chilê. Đặc trưng của hệ sinh thái này là mùa đông dịu dàng và có mưa; mùa hè dài, nóng và khô; cây lá cứng, dày và thường xanh. - Hoang mạc và bán hoang mạc có các loài thực vật chịu hạn như cây Metka (rễ đ âm sâu 30m), cây xương rồng, ngải đại kích. Động vật có chuột nhảy, chuột gecbin, chó Dingo ở Úc, chó hoang ở Châu Phi, rất nhiều côn trùng. II.7.1.2. Các hệ sinh thái nước mặn Các HST nước mặn bao chiếm toàn bộ các biển và đại dương. Biển và đại dương chiếm tới 79% diện tích bề mặt trái đất. Các sinh vật đều thích nghi với nồng độ muối cao đồng thời thực vật rất nghèo về thành phần loài, chỉ có tảo và vi khu ẩn. a. Dựa vào độ sâu có thể phân chia biển và đại dương thành các vùng sinh thái: - Thềm lục địa và vùng tiếp giáp với bờ biển có bề mặt đáy tương đối bằng phẳng có mực nước sâu trung bình 200 – 300m (có thể tới 500m). 29 - Sườn lục địa ứng với vùng đáy dốc có mực nước sâu từ 500m đến 3500m. - Đáy đại dương có mực nước sâu từ 3500m trở lên. b. Dựa theo chiều ngang từ bờ ra khơi có thể phân biệt: - Vùng ven bờ ứng với vùng triều và dưới triều. Ở đây biển không sâu, có đủ ánh sáng và chịu ảnh hưởng của sóng và thủy triều mạnh. Quần xã vùng ven bờ thay đổ i tùy theo từng vùng biển. Nhìn chung, vùng ven bờ ở ôn đới thì có tảo chiếm ưu thế, còn vùng ven biển nhiệt đới có rừng ngập mặn rất độc đáo. - Vùng biển khơi bắt đầu từ sườn dốc lục địa trở đi. Động vật trong vùng này thay đổi theo độ sâu: càng xuống sâu số lượng càng giảm. Cá chỉ sống tới độ sâu 6000m, tôm cua 8000, mực 9000 còn sâu hơn chỉ có một số loài đặ c trưng. II.7.1.3 Các hệ sinh thái nước ngọt Thành phần các loài sinh vật ở môi trường nước ngọt kém đa dạng hơn môi trường nước mặn. Trong đa số các HST nước ngọt, sinh vật sản xuất chủ yếu là tảo, thực vật thủy sinh có hoa, động vật tiêu thụ tạo nên phần cơ bản của sinh khối gồmđại diện của 4 nhóm: cá, giáp xác, côn trùng nước và thân mềm. Các HST nước ngọt có thể chia thành 2 dạ ng: - Hệ sinh thái nước tù bao gồm các HST đầm, ao và hồ. - Hệ sinh thái nước chảy bao gồm các sông và suối. II.7.2 Hệ sinh thái nhân tạo Hệ sinh thái nhân tạo là hệ sinh thái do con người tạo ra mới hoàn toàn hoặc dựa trên nền tảng của hệ sinh thái nguyên sinh đã bị phá hủy. Ở nơi đó là những quần xã sinh vật khác nhau được lặp lại nhiều lần trong điều kiện môi trường thay đổi ít nhiều. Các quầ n thể nuôi trồng cao sản được phát triển trong điều kiện tối ưu có thể đáp ứng lâu dài những nhu cầu ngày càng tăng của con người về năng suất, số lượng và chất lượng sản phẩm. Có hai loại hệ sinh thái nhân tạo lớn là hệ sinh thái đô thị và hệ sinh thái nông nghiệp. II.8. VÒNG TUẦN HOÀN VẬT CHẤT Vòng tuần hoàn vật chất trong tự nhiên thông qua các quá trình biến đổi hóa học, lý họ c và sinh học. Sự trao đổi vật chất trong hệ sinh thái là một giai đoạn trong các chu trình của vật chất trong tự nhiên hay còn gọi là chu trình sinh địa hóa. Các quá trình tổng hợp chất hữu cơ, sử dụng chất hữu cơ và phân giải chất hữu cơ là ba khâu không thể thiếu và luân phiên nhau một cách có trình tự nhất định trong hệ sinh thái. Sau đây là một số vòng tuần hoàn quan trọng trong hệ sinh thái: II.8.1 Chu trình cacbonic Cacbon tham gia vào chu trình ở dạng khí cacbon dioxit (CO 2 ) có trong khí quyển. Trong khí quyển hàm lượng CO 2 rất thấp, chỉ khoảng 0,03%, nhưng các dạng dự trữ cacbon rất [...]... Chu trình cacbon là chu trình quan trọng nhất của con người Bởi chúng là nhân tố không thể thiếu trong quá trình quang hợp tạo ra chất hữu cơ để duy trì sự sống trên Trái đất Tuy nhiên khi nồng độ CO2 trong khí quyển cao làm khí hậu nóng hơn, gây ra hiện tượng hiệu ứng nhà kính Hình 2. 3 Chu trình cacbon (Tôn Thất Pháp, 20 06) II.8 .2 Chu trình nitơ Chu trình nitơ về cơ bản cũng tương tự như các chu trình. .. phân huỷ trả lại nitơ phân tử cho môi trường Tuy nhiên quá trình này diễn ra phức tạp hơn nhiều, tuy vậy chu trình nitơ là chu trình xảy ra nhanh và liên tục Do tính chất phức tạp của chu trình bao gồm nhiều công đoạn theo từng bước: sự cố định đạm, sự amôn hoá, nitrit hoá, nitrat hoá và phản nitrat 30 Hình 2. 4 Chu trình nitơ (Tôn Thất Pháp, 20 06) II.9 NHÂN TỐ MÔI TRƯỜNG ẢNH HƯỚNG ĐẾN SỰ ĐA DẠNG HỆ... vật bậc cao CO2 là loại khí quang trọng nhất trong quá trình quang hợp của thực vật Khí oxy tham gia vào quá trình oxy hóa hóa học và oxy hóa sinh học Có thể nói hàm lượng oxy trong nước có vai trò quyết định thành phần loài sinh vật sống trong hệ 32 II.9 .2 Những yếu tố sinh học và những mối quan hệ sinh học Các yếu tố sinh học rất đa dạng (Bảng 2. 1), tạo nên sự gắn bó mật thiết giữa sinh vật với sinh... thấp hoặc quá cao có những cơ chế riêng để duy trì cuộc sống của mình: có long dày, nhiều mỡ, có các khoang chống nóng (ở côn trùng sa mạc),… II.9.1 .2 Nước và độ ẩm Nước là nhân tố vô cùng quan trọng đối với mọi sinh vật Nước chiếm 50 – 70% khối lượng cơ thể Nước không chỉ là môi trường sống của thủy sinh vật mà còn là dung môi cho các phản ứng sinh hóa diễn ra trong tế bào của cơ thể sống Dưới tác động... xếp trong 8 nhóm chính sau (Bảng 2. 2) Bảng 2. 1 Chức năng của một số yếu tố sinh học chính trong hệ sinh thái STT Các yếu tố Chức năng Ví dụ 1 Vi sinh vật Phân hũy chất hữu cơ Vi sinh vật hiếu khí 2 Sinh vật nổi Tham gia chuỗi và mạng Tảo, lưới thưc ăn 3 Sinh vật nhỏ Tham gia chuỗi và mạng Trùng, giun lưới thưc ăn Vi sinh vật trung gian Động vật phù du Dế, cào cào Bảng 2. 2 Các mối quan hệ chính giữa sinh... càng lớn Vì thế, cơ thể sinh vật luôn luôn bị mất nước nên chúng phải có cơ chế ngăn cản sự thoát hơi nước và lấy nước bổ sung từ môi trường: hút qua rễ, một phần qua thân,… đối với thực vật; uống nước hay lấy nước qua thức ăn, đối với động vật Tất nhiên do nhu cầu nước khác nhau, khả năng giữ nước khác nhau,… nên các sinh vật phản ứng không giống nhau với ẩm độ khác nhau của môi trường và phân bố... Ðơn vị tính phần trăm hoặc phần ngàn CBR - CDR = RNI Nhưng từng vùng hay từng quốc gia còn phải phụ thuộc vào gia tăng cơ học (CMR - CRUDE MECHANIE RATE) CMR có thể là một số dương hay một số âm, thậm chí bằng không Gia tăng cơ học = Số người nhập - Số người xuất cư Lấy gia tăng cơ học + gia tăng tự nhiên = gia tăng thực RNI + CMR = CPR (CRUDE POPULATION RATE) III.1.6 Tổng tỷ suất sinh (Total fertility... một phụ nữ (hay môt nhóm phụ nữ) trong độ tuổi sinh đẻ (18 45) sinh ra TFR ≥ 4 ,2 : Tổng tỷ suất sinh cao TFR ≥ 3 ,2 – 4,1 : Tổng tỷ suất sinh trung bình cao TFR ≥ 2, 2 – 3,1 : Tổng tỷ suất sinh trung bình thấp TFR ≥ 2, 1 : Tổng tỷ suất sinh thấp 36 III.1.7 Bùng nổ dân số (Population Bomb): Là khuynh hướng toàn cầu của thế kỷ 20 về sự phát triển dân số quá nhanh do kết quả cuả tỷ suất sinh cao hơn nhiều... người ngày càng lớn và đa dạng, trình độ khoa học kỹ thuật cao khiến cho con người phải khai thác ngày càng nhiều tài nguyên dẫn đến môi trường biến đổi ngày càng nhiều Dân số tăng nhanh làm giảm chất lượng cuộc sống, song nếu dân số giảm quá mức khiến không đảm bảo được sự tái sản xuất dân số của các thế hệ cũng gây ra những hậu quả xấu, đè nặng lên nền kinh tế làm cho thị trường lao động không đủ nhân... tăng dân số Việc đáp ứng cho số dân ngày càng tăng một cuộc sống có chất lượng đòi hỏi phải duy trì một hệ thống môi trường lành mạnh Ngược lại, hệ thống môi trường chỉ có thể được bảo vệ trong khả năng chịu tải của nó nếu nhân loại có thể kiểm soát được dân số của mình (Nguyễn Đình Hòe, 20 01) Do tình hình toàn cầu như vậy nên Liên Hợp Quốc đã thành lập tổ chức UNFPA (Quỹ hoạt động dân số Liên Hợp Quốc) . triển của mọi sinh vật sống trong hệ sinh thái. Môi trường vật lý và hóa học bao gồm: Các chất vô cơ (CO 2 , O 2 , H 2 O, CaCO 3 ,…); Các chất hữu cơ (protein, lipit, glucid, vitamin, enzym, hormon,…);. độ CO 2 trong khí quyển cao làm khí hậu nóng hơn, gây ra hiện tượng hiệu ứng nhà kính. Hình 2. 3 Chu trình cacbon (Tôn Thất Pháp, 20 06). II.8 .2 Chu trình nitơ Chu trình nitơ về cơ bản. (hình 2. 2). Hình 2. 2 Sơ đồ về mạng lưới thức ăn (Tôn Thất Pháp, 20 06) 23 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