Bài giảng Sinh thái môi trường - Lê Quốc Tuấn

SINH THÁI MÔI TRƯỜNG TS. LÊ QUỐC TUẤN Khoa Môi Trường và Tài Nguyên Trường Đại Học Nông Lâm TP. HCM Nghiên cứu môi trường Khoa học môi trường là ứng dụng các kiến thức khoa học cho các vấn đề môi trường  Sinh thái môi trường và một lĩnh vực trong khoa học môi trường Các nghiên cứu môi trường là nghiên cứu liên ngành, liên quan đến các nghiên cứu xã hội cũng như nghiên cứu khoa học  Tất cả kiến thức liên quan đến các vấn đề môi trường Thông tin môi trường liên quan đến mục tiêu, kiến thức được thông tin, và quan điểm về các vấn đề môi trường  Được biết và có ứng xử thích hợp với các vấn đề liên quan đến môi trường TÍ N H C H ẤT L IÊ N N G ÀN H C Ủ A N G H IÊ N CỨ U M Ô I TR Ư Ờ N G SINH THÁI MÔI TRƯỜNG Sinh thái: nghiên cứu mối tương quan giữa các cá thể với môi trường sống (bao gồm cả những cá thể khác) Sinh thái môi trường: các ảnh hưởng của áp lực môi trường lên cấu trúc và chức năng của hệ sinh thái  STMT được đặt trong bối cảnh nhu cầu tài nguyên của con người  nhưng được xem xét dựa vào các giá trị tự nhiên:  loài bản địa  hệ thống sinh thái tự nhiên  STMT liên quan đến các nghiên cứu về ảnh hưởng hoạt động con người  các ảnh hưởng quá mức gọi là “các áp lực”  Các thay đổi sinh thái làm tổn hại đến chất lượng môi trường (đến sự toàn vẹn của hệ sinh thái) Sinh thái?!!! SI N H T H ÁI C Ũ N G L À LĨ N H V Ự C LI ÊN N G ÀN H SINH THÁI ỨNG DỤNG Sinh thái ứng dụng: ứng dụng các kiến thức về sinh thái cho các vấn đề môi trường  đây cũng là một phần của sinh thái môi trường Kiến thức sinh thái có thể áp dụng cho: 1. Quản lý tài nguyên tái tạo được, ví dụ:  Thủy sản, rừng, sản phẩm nông nghiệp  Thủy văn: thời gian & năng suất từ lưu vực 2. Ngăn ngừa và sửa chữa các vấn đề sinh thái, ví dụ:  Khai thác đất suy thoái hoặc nước  Quản lý khí nhà kính  Quản lý tài nguyên sinh vật  Phục hồi sinh thái 3. Quản lý các chức năng sinh thái:  Thời gian và năng suất nước từ lưu vực  Kiểm soát xói mòn  Các dịch vụ làm sạch môi trường và lưu trữ carbon Xem xét vấn đề: tự nhiên hay nhân tạo Khía cạnh sinh học và kinh tế:  Tập trung vào các cá thể trong hệ sinh thái  Đo lường các giá trị nội tại  Sự toàn vẹn sinh thái  Sức đề kháng và khả năng phụ hồi  Duy trì sinh khối và dưỡng chất  Loài lớn và động vật ăn thịt  Hệ thống tự duy trì  Loài bản địa  Phát triển kinh tế  Hướng đến một nền kinh tế nhân văn bền vững Khía cạnh nhân văn:  Tập trung vào con người  Giá trị công cụ (giá trị tiện dụng)  Loài là nguồn tài nguyên  Cũng là hệ sinh thái  Phát triển kinh tế  Tăng dân số đồng nghĩa với tăng sử dụng nguồn tài nguyên KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG có 3 lĩnh vực chính: DÂN SỐ TÀI NGUYÊN TỔN THƯƠNG MÔI TRƯỜNG Dân số Những thay đổi gần đây trong tỉ lệ sinh và tử dẫn đến sự bùng nổ dân số (>6.8 tỉ người năm 2010)  Cả kích thước và tốc độ tăng trưởng đều là yếu tố quan trọng. Sự phát triển dân số dẫn đến các tác động sinh thái nghiêm trọng, giống như sự đóng băng lục địa và tấn công của thiên thể.  Gây tổn thương đến đa dạng sinh học và hệ sinh thái tự nhiên Sự bùng nổ dân số là nguồn gốc của khủng hoảng môi trường:  Nó trực tiếp hoặc gián tiếp dẫn đến các vấn đề nghiêm trọng như:  Phá rừng ở quy mô lớn  Xói mòn  Sa mạc hóa  Biến đổi khí hậu toàn cầu  Tuyệt chủng hàng loạt Dân số Tuy nhiên, cũng phải thừa nhận rằng tác động của con người lên sinh quyển là một chức năng với 2 yếu tố chính: 1. Kích cỡ của dân số 2. Tác động môi trường trên đầu người, biến động rất lớn giữa các quốc gia và trong cùng 1 quốc gia, phụ thuộc vào sự giàu có tương đối và mức độ công nghiệp hóa Cả 2 yếu tố trên đều quan trọng:  Hầu hết mọi người mong muốn có một cuộc sống giàu có:  Người giàu hơn có ảnh hưởng tương đối lớn hơn đối với tài nguyên và sự toàn vẹn sinh thái; điều này tăng lên kể từ cuộc cách mạng công nghiệp.  Người nghèo hơn có tiềm năng phát triển dựa vào ảnh hưởng môi trường trên đầu người của họ  Nếu nguyện vọng “đơn giản” của họ đạt được thông qua phát triển kinh tế hơn là phát triển bền vững Tài nguyên – sử dụng nguồn vốn tự nhiên (1) Các nguồn tài nguyên không tái tạo được có trong nguồn cung cấp hữu hạn và trở nên cạn kiệt do khai thác và sử dụng  Quặng, nhiên liệu hóa thạch  Một vài thứ có thể tái tạo, và nó kéo dài thời gian sống của nguồn tài nguyên hữu hạn (2) Tài nguyên tái tạo được có thể tái sinh, và việc sử dụng chúng có thể bền vững theo thời gian  Nhưng sự khai thách chúng có thể gặp phải một số vấn đề :  Sự suy thoái của năng lực tái tạo  Gây tổn thương đến sự toàn vẹn sinh thái  Nếu khai thác quá mức tài nguyên phục hồi có thể bị suy thoái và trở nên không tái tạo được Tài nguyên Một nền kinh tế sinh thái bền vững sẽ có các thuộc tính sau : (1) Các nguồn lực được duy trì  Tài nguyên tái tạo được đặc biệt quan trọng trong nền kinh tế bền vững (2) Giá trị sinh thái được duy trì:  Quần thể của các loài bản địa  Diện tích của hệ sinh thái tự nhiên  Sản phẩm và dịch vụ sinh thái Tất cả là các chỉ tiêu cần thiết cho “sinh thái bền vững” Môi trường – ô nhiễm và biến động Sự ô nhiễm, biến động, áp lực môi trường có thể gây tổn thương đến khí quyển, đất, nước, sinh vật, và quần xã sinh thái.  Cường độ giới hạn của áp lực có thể được chấp nhận bởi hệ sinh thái mà không có bất kỳ sự tổn thương nào:  Sức đề kháng: khả năng của một sinh vật, một quần thể, hoặc quẫn xã tiếp nhận áp lực mà không có sự thay đổi đáng kể nào  Khả năng phục hồi: khả năng của một hệ thống tự phục hồi từ sự biến động  Nếu có biến thể gene để đề kháng, thì sự tiến hóa sẽ xảy ra khi hệ thống chịu áp lực và xu hướng này sẽ trở nên thường xuyên hơn trong quần thể Sức đề kháng & Khả năng phục hồi TOÀN VẸN SINH THÁI CƯỜNG ĐỘ ÁP LỰC Ô nhiễm & Nhiễm bẩn Ô nhiễm là nghiêm trọng – nó liên quan đến các chất độc hại (hóa chất, năng lượng, loài ngoại lai) ở một nồng độ lơn hơn chức năng của quần xã, loài bản địa và hệ sinh thái có thể chịu được Nhiễm bẩn liên quan đến sự phơi nhiễm cao hơn các chất độc so với điều kiện môi trường bình thường, nhưng không đủ cường độ để gây tổn thương  Có thể bởi vì hệ thống sửa chữa của tế bào, cộng hưởng các enzyme, hoặc các hệ thống sửa sai khác  Sự phân tích kỹ lượng cũng có liên quan – nó cho phép “chất độc tiềm năng” đo được ở nồng độ thấp hơn nồng độ cần thiết để gây tổn thương sinh lý và sinh thái “Môi trường" bao gồm ảnh hưởng của ô nhiễm và các áp lực khác lên sức khỏe con người và môi trường nhân tạo  Nhưng đây không phải là vấn đề sinh thái bởi vì nó không đối phó với các sinh hệ sinh thái tự nhiên hoặc sinh vật hoang dã Sinh thái môi trường Trong sinh thái môi trường, chúng ta xem xét các yếu tố sau:  Ảnh hưởng của các áp lực môi trường lên cấu trúc và chức năng của hệ sinh thái  Các ảnh hưởng lên sự đa dạng sinh học ở các mức độ khác nhau  Các ảnh hưởng lên chức năng như năng suất, thủy văn, và lưu trữ carbon  Dân số và vấn đề tài nguyên sẽ được thảo luận trong các bài giảng và chuyên đề Các chủ đề trong sinh thái môi trường  Khung khái niệm  Dân số  Ô nhiễm không khí  Biến đổi khí hậu  Các chất độc  Suy thoái rừng  Dầu tràn  Phú dưỡng  Đập và lưu trữ nước  Thuốc trừ sâu  Rừng  Sinh thái Nông nghiệp  Sinh thái đô thị  Urban Ecology  Nguyên nhân và hậu quả của chiến tranh  Đa dạng sinh học và tuyệt chủng  Sinh thái tài nguyên  Bền vững tài nguyên  Bền vững sinh thái  Các ứng dụng của sinh thái môi trường  Đánh giá tác động môi trường  Quan trắc môi trường và quan trắc sinh thái  Vai trò của nhà sinh thái học trong “phát triển bền vững”  Phát triển bền vững sinh thái Áp lực môi trường Áp lực sinh thái là một phần chính trong khung lý thuyết và khái niệm của sinh thái môi trường  Áp lực có thể được định nghĩa: “ảnh hưởng của môi trường buộc sinh vật hoặc giới hạn sự phát triến sinh thái”  Cường độ có thể tăng hoặc giảm, và điều này có thể dẫn đến phản ứng sinh học hoặc phản ứng sinh thái: Mô hình SER: stressor ---(variable exposure)-- response Áp lực ---------(Phơi biến)------ Phản ứng ÁP LỰC PHẢN ỨNG PHƠI NHIỄM MÔ HÌNH KHÁI NIỆM VỀ Ả NH HƯỞNG SINH THÁI CỦA ÁP LỰC MÔI TRƯỜNG Cá áp lực môi trường luôn tồn tại ở các cường độ biến động, liên quan đến “phơi nhiễm”. Các ảnh hưởng lên cá thể, loài, quần xã, hoặc các đơn vị sinh thái cao hơn xảy ra trong phản ứng với 1 hoặc nhiều áp lực môi trường. Biến đổi sinh thái Chúng ta thường đánh giá chất lượng của biến đổi sinh thái  Là ảnh hưởng của các áp lực “tốt” hoặc “xấu”? Tiêu chí được sử dụng thường lấy con người làm trung tâm  Một nguồn tài nguyên cần thiết bởi áp lực kinh tế có lẽ bị ảnh hưởng Nhưng tiêu chí “tự nhiên” có lẽ cũng được sử dụng :  Có thể liên quan đến các chỉ thị quan trọng của sinh thái, như là:  Đa dạng sinh học thấp hoặc dang có nguy cơ suy giảm  Loài bản địa trong hệ sinh thái tự nhiên  Chất lượng môi trường  Các thành phần vô sinh và hữu sinh thiết yếu  Tính toàn vẹn sinh thái Tính toàn vẹn sinh thái Tính toàn vẹn sinh thái là một khái niệm – chưa có sự đồng thuận về định nghĩa  Sự thay đổi do con người sẽ làm tăng một số loài, quần xã và quá trính, trong khi cũng có thể làm tổn thương đến thành phần khác  Chỉ thị của toàn vẹn sinh thái xuất phát từ hiểu biết các thay đổi của hệ sinh thái bị áp lực, điều đó có nghĩa tính toàn vẹn sinh thái lớn hơn xảy ra trong hệ thống đó, trong 1 nghĩa tương đối:  là sức đề kháng & sự phục hồi đối với sự thay đổi ở cường độ áp lực cao.  là phức hợp cấu trúc và chức năng  có kiểm soát chu kỳ dinh dưỡng – không rò rĩ “vốn”  có đa dạng sinh học cao  có hiện diện các loài lớn  có động vật ăn thịt hiện diện ở mức trật tự cao  không cần quản lý để duy trì chất lượng cần thiết – chúng “tự duy trì”  có thành phần tự nhiên hơn nhân tạo Hầu hết các nhà sinh thái xem xét thuộc tính của các loài bản địa và hệ sinh thái tự nhiên hiện diện trong sinh thái toàn vẹn lớn hơn, so với các loài ngoại lai và hệ sinh thái nhân tạo Các áp lực môi trường ÁP LỰC VẬT LÝ là sự kiện (hoặc xáo trộn) với cường độ cao trong thời gian ngắn, ví dụ như bão, núi lửa phun trào, động đất, sóng thần, nổ  có thể gây xáo trộn nhỏ hoặc gây nên xáo trộn lớn có tính chất thay thế CHÁY RỪNG là một dạng xáo trộn liên quan đến sự cháy sinh khối của hệ sinh thái và gây chết nhiều loài ưu thế, như cây. Ô NHIỄM HÓA CHẤT xảy ra khi tiếp xúc với các chất ở nồng độ cao đủ để gây độc  khí, kim loại, thuốc trừ sâu, dưỡng chất (có lợi ở liều lượng thấp, nhưng gây độc ở liều lượng cao)  Nhiễm bẩn – phơi nhiễm dưới mức phản ứng sinh học/sinh thái Ô NHIỄM NHIỆT xảy ra khi nhiệt độ (năng lượng nhiệt) thải vào trong hệ sinh thái  bởi chất thải từ các nhà máy năng lượng, hoặc trong suối nước nóng ÁP LỰC PHÓNG XẠ gây nên bởi năng lượng ion hóa vượt mức an toàn  tia cực tím, chất thải nguyên tử hoặc các vụ nổ nguyên tử, tia gama Các áp lực ÁP LỰC KHÍ HẬU gây nên do tiếp xúc thiếu hoặc vượt quá với nhiệt độ, độ ẩm, bức xạ mặt trời  Đó là thời tiết vượt quá trong thời gian ngắn (nếu nghiêm trọng, có thể gây xáo trộn) hoặc vượt quá trong thời gian dài ÁP LỰC SINH THÁI là sự tương tác giữa các cá thể, như sự cạnh tranh, động vật ăn cỏ, ăn thịt, ký sinh & và mầm bệnh  Ô NHIỄM SINH HỌC liên quan đến sự tấn công của các loài và mầm bệnh  Sự cạnh tranh xảy ra khi khả năng cung cấp tài nguyên của môi trường thấp hơn so với nhu cầu sinh học tiềm năng, vì thế các loài cạnh tranh với nhau để tồn tại  Động vật ăn cỏ, ăn thịt, ký sinh và mầm bệnh đều là dị dưỡng, nên loài này sẽ ăn loài khác  Sự khai thác của con người là tiêu thụ sinh vật hoang dã  Sự khai thác tự nhiên có thể liên quan đến sự chết gây nên bởi động vật ăn cỏ, ăn thịt hoặc mầm bệnh Giới hạn thời gian Áp lực có thể mãn tính hoặc cấp tính  mãn tính xảy ra trong thời gian dài  ví dụ, phơi nhiễm SO2 thường ở mức cao ở vùng thành thị do nhiên liệu chứa S bị đốt cháy  cấp tính xảy ra trong thời gian ngắn, nhưng cường độ cao  ví dụ khi một nguồn thải có nồng độ SO2 cao  xáo trộn là áp lực mãn tính Giới hạn không gian Áp lực có thể xuất phát từ bên ngoài hoặc bên trong  áp lực đến từ bên ngoài như khí hậu, ô nhiễm không khí, lắng đọng acid (mưa acid)  áp lực từ bên trong thường liên quan đến các tác nhân sinh học Áp lực có thể ở quy mô lớn hoặc nhỏ  yếu tố khí hậu thường ở quy mô vùng, như mưa acid.  xáo trộn lớn bao gồm gió và nhiều tương tác sinh học Áp lực tự nhiên và áp lực nhân văn Áp lực nhân văn liên quan đến các hoạt động của con người Áp lực tự nhiên liên quan đến các yếu tố môi trường:  SO2 từ các nhà máy năng lượng và luyện kim, cũng như núi lửa  ô nhiễm bởi kim loại có thể do các hoạt động công nghiệp, nhưng cũng có thể xảy ra trong quá trình khoáng hóa tự nhiên  biến đổi khí hậu luôn xảy ra một cách tự nhiên, nhưng con người đã tác động vào quá trình này quá mạnh qua việc thải các khí nhà kính. Con người và Sinh quyển Khủng hoảng môi trường gây nên bởi con người qua 3 tác động: :  Bùng nổ dân số  Cạn kiệt tài nguyên  bởi khát vọng sống của cả người giàu lẫn người nghèo  Suy thoái môi trường và suy thoái sinh thái  tác động lên tài nguyên bởi nhu cầu con người  tác động lên môi trường sống bởi sự đa dạng sinh học của loài bản địa  tác động lên tính toàn vẹn sinh thái Tóm lại, đang diễn ra sự tác tồi tệ và chưa từng có lên sinh quyển  con người có phải là lực lượng tấn công chính trên hành tinh duy nhất có tồn tại sự sống và hệ sinh thái? Hoặc, chúng ta phải học cách sống hài hòa trong mối tương quan với các loài khác, với hệ sinh thái tự nhiên, và với sinh quyển