Môi trường và con người - TS. Lê Thị Thanh Mai

bị đọng lại thể hiện qua chu kỳ lắng đọng trong hệ sinh thái khác nhau của sinh quyển. Chúng chỉ có thể vận chuyển được dưới tác động của những hiện tượng xãy ra trong thiên nhiên (sự xói mòn), hoặc dưới tác động của con người.

5.2.Chu trình tuần hoàn nước

5.2.1.Vai trò của nước trong môi trường sinh thái

Nước rất quan trọng cho sự sống, cần cho tất cả sinh vật và con người. Nước giúp quá trình trao đổi, vận chuyển thức ăn, tham gia vào các phản ứng sinh hóa học và các mối liên kết cấu tạo trong cơ thể của con người, động vật, thực vật. Ở đâu có nước, ở đó đã đang và sẽ có sự sống. Nhưng ngược lại ở đâu có sự sống thì ở đó tất yếu phải có nước.

Trong cơ thể người 65% là nước và khi mất đi từ 6-8% nước, con người có cảm giác mệt, nếu mất 12% sẽ hôn mê và có thể tử vong. Trong cơ thể động vật 70% là nước, ở thực vật đặc biệt là dưa hấu có thể đến 90% là nước.

Ngoài ra nước còn cần cho sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, cho y học, giao thông vận tải, du lịch .v.v…

Bảng 2. Các dạng tồn tại của nước

Dạng nước

Thể tích (Km3 106)	Tỉ lệ (%)
Đại dương	507,2	97,22
Đá băng	11,2	2,15
Nước ngầm	3,2	0,61
Hồ ao nước ngọt	0,048	0,009
Biển nội địa	0,04	0,008
Độ ẩm của đất	0,025	0,005
Hơi nước trong không khí	0,005	0,001
Sông rạch	0,0005	0,0001

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 207 trang tài liệu này.

(Nguồn: Nace, U.S. Geological Survey, 1967 and The Hydrologic Cycle (Pamphlet). U.S. Geological Survey, 1984)

Bảng 3. Thời gian tồn đọng của các dạng nước trong tuần hoàn nước

Địa điểm

Thời gian lưu trữ
Khí quyển	9 ngày

Các dòng sông

2 tuần
Đất ẩm	2 tuần đến 1 năm
Các hồ lớn	10 năm
Nước ngầm nông	10-100 năm
Tầng pha trộn của các đại dương	120 năm
Đại dương thế giới	300 năm
Nước ngầm sâu	đến 10.000 năm
Chóp băng Nam Cực	10.000 năm

Hình 1. Sơ đồ chu trình tuần hoàn nước

Trong chu trình tuần hoàn nước: nước vận chuyển không đổi giữa thủy quyển, khí quyển, và sinh quyển nhờ năng lượng mặt trời và trọng lực. Tổng lượng nước chảy tràn hàng năm từ đất liền ra đại dương khoảng 10,3 1015 gallon.

Nước luôn chuyển đổi liên tục qua nhiều trạng thái, phần lớn qua các dạng như băng tuyết; bay hơi; sự thoát hơi nước ở thực vật, động vật, con người; mưa.

5.2.2.Tác động của con người

Tổng lượng nước trên trái đất là không đổi, nhưng con người có thể làm thay đổi chu trình tuần hoàn nước.

Dân số tăng làm mức sống, sản xuất công nghiệp, kinh tế đều tăng, tăng nhu cầu của con người đối với môi trường tự nhiên, tác động đến tuần hoàn nước.

Nhu cầu nước cho sinh hoạt, nước cho sản xuất công nghiệp, nông nghiệp tăng làm giá nước tăng lên.

Các thành phố lớn, khu đô thị, nguồn nước sạch càng khan hiếm.

Đô thị hóa cùng với hệ thống thoát nước, cống rãnh xuống cấp làm tăng sự ngập lụt, ảnh hưởng đến quá trình lọc, bay hơi, và sự thoát hơi nước diễn ra trong tự nhiên.

Sự làm đầy tầng nước ngầm xảy ra với tốc độ ngày càng chậm.

Như vậy, con người có thể làm thay đổi chất lượng nước mà môi trường tự nhiên dành cho con người và có thể dẫn đến tình trạng khan hiếm nguồn nước từ sông, hồ, nước ngầm và đến tất cả trên hành tinh này. Do đó, chúng ta cần phải hiểu được vấn đề và bảo vệ nguồn nước.

5.3.Chu trình tuần hoàn Cacbon (C)

Các quá trình chính trong chu trình tuần hoàn cacbon gồm quá trình quang hợp, quá trình phân hủy các sản phẩm bài tiết. Ngoài ra còn có quá trình hô hấp, quá trình khuếch tán khí CO2 trong khí quyển.

Khí quyển là nguồn cung cấp cacbon (chủ yếu ở dạng CO2) chính trong chu trình tuần hoàn C. CO2 đi vào hệ sinh thái nhờ quá trình quang hợp và trở lại khí quyển nhờ quá trình hô hấp và quá trình đốt cháy.

C có thể tồn tại thời gian dài ở các dạng vô cơ như CO2 (hòa tan và dạng khí); H2CO3 (hòa tan); HCO3- (hòa tan); CO32- (hòa tan, như CaCO3 cacbonat calcium) hoặc dạng hữu cơ như glucose; acid acetic, than, dầu, khí.

Hình 2. Chu trình tuần hoàn cacbon

Một số tác động của con người làm tăng lượng khí CO2 trong không khí, nước:

Đốt cháy nhiên liệu (xăng, than), đốt cháy củi, gỗ làm trái đất nóng lên, tăng nhiệt độ trên trái đất-hiệu ứng nhà kính.

Việc tăng khí CO2 và một số chất ô nhiễm khác (NOx, SOx), gây mưa acid (pH  4,0), làm cá chết, thay đổi pH đất, ảnh hưởng đến cây trồng.

Sự nóng lên toàn cầu có thể làm băng tan ở Nam cực, tăng mực nước biển, thay đổi khí hậu, thay đổi sản lượng ngũ cốc và lượng mưa.

5.4.Chu trình tuần hoàn Oxy (O2)

Quan sát chu trình tuần hoàn cacbon, chúng ta sẽ thấy trong chu trình cũng mô tả sự vận chuyển oxy vì các phân tử này đều có sự hiện diện của oxy.

Trong chu trình tuần hoàn oxy thì oxy được thải vào không khí từ các sinh vật tự dưỡng bằng quá trình quang hợp. Sinh vật tự dưỡng và dị dưỡng đều hấp thu oxy thông qua quá trình hô hấp. Thật ra, tất cả oxy trong không khí đều là nguồn gốc phát sinh sự sống. Đầu tiên, oxy được giải phóng từ quá trình quang hợp của các sinh vật tự dưỡng (phần lớn là cyanobacteria) sống trong môi trường nước. Trải qua 2 tỉ năm, nồng độ oxy tăng lên trong không

khí và hiện nay đạt 21% là nguồn gốc phát sinh các sinh vật đa bào, cũng như động vật có xương sống-vì các loài này nhu cầu oxy rất cao.

5.5.Chu trình tuần hoàn Nitơ (N)

Chu trình tuần hoàn nitơ có vai trò quan trọng trong việc chuyển nitơ trong không khí sang dạng mà thực vật và động vật có thể sử dụng được. N2 chiếm khoảng 78% trong khí quyển và hầu như ở dạng khí. Khí nitơ, chỉ phản ứng hóa học ở những điều kiện nhất định. Hầu hết các sinh vật đều không thể sử dụng nitơ trong không khí, chỉ sử dụng nitơ ở dưới dạng nitrat (NO3-) hoặc nitrit (NO2-). Nếu không có nitơ, thì protein và acid nucleic không thể được tổng hợp trong cơ thể động vật, thực vật cũng như con người.

Các quá trình chính trong chu trình tuần hoàn nitơ:

Cố định nitơ: Nitơ được các vi khuẩn cố định nitơ, thường sống trên nốt sần rễ cây họ đậu, chuyển nitơ ở dạng khí sang dạng NO3-.

Ammon hóa: các vi khuẩn phân hủy sẽ phân hủy các acid amin từ xác chết động vật và thực vật để giải phóng NH4OH.

Nitrat hóa: các vi khuẩn hóa tổng hợp sẽ oxid hóa NH4OH để tạo thành nitrat và nitrit, năng lượng được giải phóng sẽ giúp phản ứng giữa oxy và nitơ trong không khí để tạo thành nitrat.

Khử nitrat hóa: các vi khuẩn kỵ khí phá vỡ các nitrat, giải phóng nitơ trở lại vào khí quyển.

Một vài tác động gay gắt nhất của con người vào chu trình tuần hoàn nitơ Sử dụng phân bón đạm để tăng năng suất cho các vụ mùa, làm tăng

tốc độ khử nitrit và làm nitrat đi vào nước ngầm. Lượng nitơ tăng trong hệ thống nước ngầm cuối cùng cũng chảy ra sông, suối, hồ, và cửa sông. Tại đây, có thể sinh ra hiện tượng phú dưỡng hóa.

Làm tăng sự lắng đọng nitơ không khí vì cháy rừng và đốt cháy nhiên liệu. Cả 2 quá trình này đều giải phóng các dạng nitơ rắn ở trạng thái bụi.

Chăn nuôi gia súc. Gia súc đã thải vào môi trường một lượng lớn ammoniac (NH3) qua chất thải của chúng. NH3 sẽ thấm dần vào đất, nước ngầm và lan truyền sang các khu vực khác do nước chảy tràn.

Chất thải và nước thải từ các quá trình sản xuất.

5.6.Chu trình tuần hoàn Phospho (P)

Chu trình tuần hoàn phospho là chu trình không hoàn hảo. Phospho là chất cơ bản của sinh chất có trong sinh vật cần cho tổng hợp các chất như acid nucleic, chất dự trữ năng lượng ATP, ADP.

Nguồn dự trữ của phospho: trong thạch quyển dưới dạng hỏa nham, hiếm có trong sinh quyển. Phospho có khuynh hướng trở thành yếu tố giới hạn cho hệ sinh thái.

Sự thất thoát phospho là do trầm tích sâu hoặc chuyển vào đất liền (do người đánh bắt cá hoặc do chim ăn cá …).

Hình 3. Chu trình tuần hoàn Phospho

Hiện nay, phospho là khâu yếu nhất trong mạng lưới dinh dưỡng. Với sự gia tăng nhu cầu sử dụng phospho, xói mòn (do đốt phá rừng), thì nguồn dự trữ phospho có nguy cơ sẽ cạn dần.Khi xảy ra sự mất cân bằng ở các chu trình tuần hoàn thì sẽ có sự cố về môi trường, ảnh hưởng đến sự tồn tại của sinh vật và con người trong một khu vực hay trên toàn cầu.

II. HỆ SINH THÁI

1.Khái niệm

Quần thể là một nhóm cá thể của một loài, sống trong một khoảng không gian xác định, có nhiều đặc điểm đặc trưng cho cả nhóm, chứ không phải cho từng cá thể của nhóm (E.P. Odium, 1971). Hoặc quần thể là một nhóm cá thể của cùng một loài sống trong cùng một khu vực (Alexi Sharov, 1996).

Quần xã (community) bao gồm cả quần xã của nhiều loài khác nhau, loài có vai trò quyết định sự tiến hóa của quần xã là loài ưu thế sinh thái.

Quần xã sinh vật là tập hợp các sinh vật thuộc các loài khác nhau cùng sinh sống trên một khu vực nhất định. Khu vực sinh sống của quần xã được gọi là sinh cảnh. Như vậy, sinh cảnh là môi trường vô sinh. Trên thực tế để dễ nhận biết và phân

biệt, người ta dùng vật chỉ thị là thảm thực vật, vì yếu tố thực vật thường chiếm

ưu thế trong một sinh cảnh và có ảnh hưởng rõ rệt lên sinh cảnh.

Tập hợp các sinh vật, cùng với các mối quan hệ khác nhau giữa các sinh vật đó và các mối tác động tương hỗ giữa chúng với môi trường, với các yếu tố vô sinh, tạo thành một hệ thống sinh thái-ecosystem, gọi tắt là hệ sinh thái. Hệ sinh thái là hệ chức năng gồm có quần xã, các cơ thể sống và môi trường của nó dưới tác động của năng lượng mặt trời.

Năm 1935, nhà sinh thái học người Anh, A. Tansley đề xuất khái niệm hệ sinh thái (ecosystem): “sinh vật và thế giới vô sinh (không sống) ở xung quanh có quan hệ khắng khít với nhau và thường xuyên có tác động qua lại”.

Hệ sinh thái là một hệ thống tác động qua lại giữa thực vật, động vật và con người với môi trường vật lý bao chung quanh chúng thể hiện qua dòng năng lượng từ đó tạo nên chu trình vật chất.

Thuật ngữ hệ sinh thái có thể áp dụng cho những quy mô khác nhau như hệ sinh thái nhỏ (gốc một cây gỗ), hệ sinh thái tương đối nhỏ (một cái ao), hệ sinh thái vừa (một khu rừng), hệ sinh thái lớn (đại dương), hệ sinh thái khổng lồ (trái đất). Hệ sinh thái không nhất thiết phải là một khu vực rộng lớn, nhưng phải có quần xã sinh sống.

Để khảo sát một hệ sinh thái cần xem hai mặt: Cấu trúc của hệ sinh thái (các vấn đề về số loài, số lượng các nhóm sinh vật và các đặc tính của môi trường); Chức năng của hệ sinh thái (các vấn đề liên quan đến tốc độ của quá trình chuyển hóa năng lượng và trao đổi chất).

2.Thành phần của hệ sinh thái

Hệ sinh thái hoàn chỉnh bao gồm các thành phần chủ yếu sau:

Các yếu tố vật lý (để tạo nguồn năng lượng): ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, dòng chảy …

Các yếu tố vô cơ: gồm những nguyên tố và hợp chất hóa học cần thiết cho tổng hợp chất sống. Các chất vô cơ có thể ở dạng khí (O2, CO2, N2), thể lỏng (nước), dạng chất khoáng (Ca, PO43-, Fe …) tham gia vào chu trình tuần hoàn vật chất.

Các chất hữu cơ (các chất mùn, acid amin, protein, lipid, glucid): đây là các chất có đóng vai trò làm cầu nối giữa thành phần vô sinh và hữu sinh, chúng là sản phẩm của quá trình trao đổi vật chất giữa 2 thành phần vô sinh và hữu sinh của môi trường.

3. Chuỗi thức ăn và lưới thức ăn

Trong thiên nhiên, các nhóm thực vật, động vật cũng như nấm, vi khuẩn (với vô vàn cá thể) sống chung với nhau, liên kết với nhau bởi những mối quan hệ chủ yếu

là về dinh dưỡng và phân bố. Tức là mối quan hệ mà trong đó luôn diễn ra cuộc đấu tranh về không gian sống và thức ăn.

Mối quan hệ về thức ăn thể hiện bằng một chuỗi dinh dưỡng được bắt đầu bằng sinh vật tự dưỡng và sau đó là một số sinh vật này làm thức ăn cho một số sinh vật khác, rồi chính nhóm này lại làm thức ăn cho nhóm khác nữa. Điều đó tạo thành chuỗi liên tục từ mức thấp đến mức cao, bắt đầu bằng mức độ tổng hợp sản phẩm tiếp đến một số mức độ tiêu thụ, chuỗi này còn được gọi là chuỗi thức ăn. Nhiều chuỗi thức ăn tạo thành lưới thức ăn.

Chuỗi thức ăn là chuỗi mà các sinh vật sau ăn các sinh vật trước. Nếu chúng ta xếp các sinh vật trong chuỗi thức ăn theo các bậc dinh dưỡng, thường sẽ tạo thành tháp sinh thái. Quan sát tháp sinh thái sẽ cho ta một số thông tin như tổng năng lượng của một hệ sinh thái tuân theo nguyên tắc nhiệt động học: năng lượng cung cấp từ nguồn thức ăn của sinh vật cấp trên luôn luôn thấp hơn cấp dưới, vì:

Một số thức ăn được sinh vật ăn không được hấp thu, không cung cấp nguồn năng lượng hữu ích.

Phần lớn năng lượng được hấp thu, được dùng cho các quá trình sống hoặc mất đi dưới dạng nhiệt khi chuyển từ dạng này sang dạng khác và vì vậy cũng không được dự trữ trong cấp dinh dưỡng đã ăn chúng.

Các con vật ăn mồi không bao giờ đạt hiệu quả 100%. Nếu có đủ con cáo để ăn hết tất cả con thỏ có trong mùa hè (lúc nguồn thức ăn phong phú) thì có quá nhiều cáo vào mùa đông nhưng lại khan hiếm thỏ. Theo nguyên tắc ngón tay cái, chỉ khoảng 10% năng lượng từ sinh vật tiêu thụ bậc 1 hiện diện ở bậc cao kế tiếp. Năng lượng này được tích lũy lại trong sinh quyển. Ví dụ cần 100 kg cỏ để tạo thành 10 kg thỏ và 10 kg thỏ thì tạo thành 1 kg cáo.

Hình 5. Các dạng tháp sinh thái

4. Cấ tr

sinh thái