BÀI GIẢNG KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG ĐẠI CƯƠNG

Khoa học môi trường đại cương

Nguyễn Xuân Cường

ĐẠI HỌC HUẾ
PHÂN HIỆU ĐHH TẠI QUẢNG TRỊ

TH.S. NGUYỄN XUÂN CƯỜNG

BÀI GIẢNG

KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG ĐẠI CƯƠNG
Bộ môn: Công nghệ kỹ thuật môi trường

LƯU HÀNH NỘI BỘ
ĐÔNG HÀ, 2012

0


Khoa học môi trường đại cương

Nguyễn Xuân Cường

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN ............................................................................ 4
1.1. Một số khái niệm ............................................................................................................. 4
1.2. Phân loại môi trường ....................................................................................................... 4
1.3. Các thành phần cơ bản của môi trường ........................................................................... 5
1.4. Các chức năng của môi trường ........................................................................................ 6
1.5. Khủng hoảng môi trường................................................................................................. 9

1.6. Khoa học - Công nghệ - Quản lý môi trường................................................................ 11
CHƯƠNG 2 SINH THÁI HỌC MÔI TRƯỜNG................................................................. 12
2.1. Các nhân tố và quy luật sinh thái................................................................................... 12
2.2. Quần thể và các đặc trưng ............................................................................................. 14
2.3. Quần xã và các đặc trưng ............................................................................................. 16
2.4. Hệ sinh thái và các đặc trưng......................................................................................... 20
CHƯƠNG 3 TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN ...................................................................... 24
3.1. Tài nguyên sinh vật ....................................................................................................... 24
3.2. Tài nguyên đất ............................................................................................................... 29
3.3. Tài nguyên nước ............................................................................................................ 32
3.4. Tài nguyên rừng............................................................................................................. 33
3.5. Tài nguyên biển ............................................................................................................. 35
3.7. Tài nguyên năng lượng.................................................................................................. 40
3.8. Tài nguyên khí hậu, cảnh quan...................................................................................... 42
CHƯƠNG 4 Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG ............................................................................. 43
4.1. Ô nhiễm nước ................................................................................................................ 43
4.2. Ô nhiễm không khí ........................................................................................................ 47
4.3. Ô nhiễm môi trường đất ................................................................................................ 51
CHƯƠNG 5 QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG ............................................................................ 53
5.1. Những khái niệm cơ bản về quản lý môi trường ........................................................... 53
5.2. Cơ sở khoa học của công tác quản lý môi trường ......................................................... 53
5.3. Các công cụ quản lý môi trường.................................................................................... 54
CHƯƠNG 6 CÁC VẤN ĐỀ NỀN TẢNG VỀ MÔI TRƯỜNG .......................................... 58
VÀ PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG .......................................................................................... 58
6.1. Vấn đề dân số ................................................................................................................ 58
6.2. Vấn đề lương thực và thực phẩm................................................................................... 60
6.3. Vấn đề năng lượng......................................................................................................... 61
6.4. Phát triển bền vững........................................................................................................ 65

1

Khoa học môi trường đại cương

Nguyễn Xuân Cường

2


Khoa học môi trường đại cương

Nguyễn Xuân Cường

CÁC TỪ VIẾT TẮT
MT: Môi trường
MTTN: MT tự nhiên
TNTN: Tài nguyên thiên nhiên
CTR: Chất thải rắn
RT: Rác thải
NT: Nước thải
ÔN: Ô nhiễm
CT: Chất thải
HST: Hệ sinh thái
SV: Sinh vật
VSV: Vi sinh vật
ST: Sinh thái
KT - XH: Kinh tế - xã hội

3

Khoa học môi trường đại cương

Nguyễn Xuân Cường
CHƯƠNG 1

CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1.1. Một số khái niệm
- Môi trường
Trước tiên cần phân biệt hai khái niệm, MT (nói chung) và MT sống:
MT: được hiểu là MT của một sự vật hoặc hiện tượng nào đó, như MT kinh
doanh, MT sư phạm, MT văn hóa... Như vậy MT là tập hợp các điều kiện bên ngoài có
ảnh hưởng và tác động tới một vật thể hoặc sự kiện nào đó.
MT sống: là tổng hợp các điều kiện bên ngoài có ảnh hưởng và tác động tới
con người và sinh vật.
Điều kiện bên ngoài bao gồm các nhân tố hóa lý, sinh học và xã hội như ánh
sáng, âm thanh, nước, không khí, quan hệ cộng đồng...
Như vậy, MT bao gồm các yếu tố tự nhiên và vật chất nhân tạo bao quanh con
người, có ảnh hưởng đến đời sống, sản xuất, sự tồn tại, phát triển của con người và
sinh vật (Luật BVMT 2005).
- Ô nhiễm môi trường là sự biến đổi của các thành phần MT không phù hợp với tiêu
chuẩn môi trường, gây ảnh hưởng xấu đến con người, sinh vật.
- Suy thoái môi trường là sự suy giảm về chất lượng và số lượng của thành phần MT,
gây ảnh hưởng xấu đối với con người và sinh vật.
- Đánh giá tác động môi trường là việc phân tích, dự báo các tác động đến MT của
dự án đầu tư cụ thể để đưa ra các biện pháp BVMT khi triển khai dự án đó.
- Hoạt động bảo vệ môi trường là hoạt động giữ cho MT trong lành, sạch đẹp; phòng
ngừa, hạn chế tác động xấu đối với MT, ứng phó sự cố MT; khắc phục ô nhiễm, suy
thoái, phục hồi và cải thiện MT; khai thác, sử dụng hợp lý và tiết kiệm tài nguyên thiên
nhiên; bảo vệ đa dạng sinh học.

1.2. Phân loại môi trường
Thông thường MT được chia thành 03 loại:
- MT tự nhiên: bao gồm các yếu tố tự nhiên như ánh sáng, nhiệt độ, PH... tồn
tại khách quan ngoài ý muốn con người, nhưng vấn có mối liên quan và chịu sự tác
động của con người, như MT nước, không khí...

4


Khoa học môi trường đại cương

Nguyễn Xuân Cường

- MT xã hội: là tổng thể các quan hệ giữa người với người hay giữa các cộng
đồng người với nhau, như quan hệ gia đình, quan hệ đồng nghiệp, truyền thống văn
hóa các dân tộc...
- MT nhân tạo: là tập hợp các yếu tố tự nhiên và xã hội do con người tạo ra và
chịu sự chi phối của con người, như ô tô, máy bay, công sở, khu đô thị...
Tuy nhiên, trong thực tế khó phân biệt rạch ròi từng loại MT. MT tự nhiên
luôn có nhân tố con người và ngược lại. Trong khi đó MT xã hội không phải là đối
tượng nghiên cứu của khoa học MT.

1.3. Các thành phần cơ bản của môi trường
MT được xem như là một hệ thống bao gồm 05 quyển, đó là địa quyển, khí
quyển, sinh quyển và thủy quyển, dưới góc độ nghiên cứu MT các quyển được gọi là
các quyển MT và được mô tả như sau:
1.3.1. Thuỷ quyển
Thủy quyển được hiểu là lớp vỏ nước của trái đất, tồn tại ở ba dạng rắn, lỏng và
khí trong lòng đất, 2 cực, trên bề mặt và trong không khí. Hầu hết lượng nước này

(97%) là nước ở các đại dương. Trong số 3% còn lại, 2,7% là ở trạng thái rắn - khối
băng, 0,3% là nước ngọt ở các lục địa (nước mặt và nước ngầm) và hơi nước trong khí
quyển.
- Nước lục địa phân bố không đều theo không gian và thời gian.
- Lượng nước trên bề mặt trái đất là rất lớn, tuy nhiên nước ngọt có thể sử dụng được
lại hạn chế.
- CT sản xuất và sinh hoạt không qua xử lý, gây ÔN các thủy vực, đặc biệt ở hạ lưu
các sông lớn. Ngoài ra, các sự cố tàu vận chuyển dầu, sự cố giàn khoan dầu ngoài biển
cũng đang khiến nhiều vùng biển ÔN, suy thoái nghiêm trọng.
- Hiện tượng “biển chết” đang xuất hiện nhiều hơn ở các khu vực duyên hải.
1.3.2. Khí quyển
Khí quyển là cái vỏ khí bao bọc xung quanh bề mặt Trái đất. Độ cao của khí
quyển ước lượng khoảng 2.000 - 3.000 km.
- Thành phần chủ yếu là nitơ (78%), ôxy (21%), argon (0,9%), và dioxit cacbon
(0,03%).
- 9/10 trọng lượng khí quyển đều tập trung ở lớp khí quyển gần mặt đất trong khoảng
16km, càng xa mặt đất không khí càng loãng.
5


Khoa học môi trường đại cương

Nguyễn Xuân Cường

- Ô nhiễm không khí thường mang tính toàn cầu.
1.3.3. Sinh quyển
Sinh quyển là toàn bộ các dạng đời sống tồn tại ở bên trong, bên trên và phía
trên Trái đất. Bề dày tối đa của sinh quyển ước khoảng 27 – 28 km. Có khoảng 30 100 tỉ loài SV khác nhau tồn tại trên Trái đất (đã mô tả được 1,4 tỉ loài).
- Sinh quyển được cấu tạo chủ yếu hydrô, ôxy, cacbon và nitơ, chiếm 90% trọng lượng
của vật chất sống.

- Sinh quyển có vai trò to lớn đến các quá trình TN cũng như MT trên trái đất: sản sinh
O2, cân bằng CO2, nitơ, giảm nguy cơ phát sinh tai biến, điều hòa khí hậu…
- Sinh quyển đang bị suy giảm nghiêm trọng: suy giảm diện tích rừng, đặc biệt là rừng
mưa nhiệt đới và suy giảm ĐDSH trên quy mô toàn cầu.
1.3.4. Thạch quyển và thổ quyển
Thạch quyển và thổ quyển, là nơi mà con người hiện tại sinh sống và nơi mà
con người khai thác thức ăn, nguyên liệu, nhiên liệu, vật liệu, năng lượng và các dạng
tài nguyên khác phục vụ sự tồn tại và phát triển của mình.
- Địa quyển dễ bị biến động và đe doạ bởi các hoạt động của con người.
- Con người tương tác thường xuyên với địa quyển: xây dựng, khai thác khoáng sản,
canh tác, phá hủy lớp phủ thực vật, chôn lấp CT nguy hại, nước thải ÔN, mưa axit…
- Một số tai biến TN phát sinh ở những quyển này có liên quan đến ÔNMT như tai
biến trượt lở, đổ lở đất đá, cát chảy…

1.4. Các chức năng của môi trường
1.4.1. Môi trường là không gian sống
Con người và SV tồn tại và phát triển nhờ cơ chế vận động, sự vận động
không tách khỏi MT sống của nó và đòi hỏi một không gian nhất định, đó là không
gian để con người lao động sản xuất, nghĩ ngơi, vui chơi giải trí...
Không gian sống thường được đo bằng các đơn vị diện tích, thể tích và chất
lượng của các nhân tố MT. Chẳng hạn, mỗi người hằng ngày cần khoảng 4m3 không
khí sạch để thở, 2,5l nước sạch để uống...
Yêu cầu và khả năng đáp ứng về không gian sống của con người thay đổi theo
thời gian, trình độ kĩ thuật và trình độ phát triển của loài người.
Bảng 1.1: Sự suy giảm diện tích bình quân (đất liền) trên người của thế giới
6


Khoa học môi trường đại cương

Nguyễn Xuân Cường

Năm

O (CN)

1650

1840

1930

1994

2010

Dân số (triệu người)

200

545

1.000

2.000

5.000

7.000

Diện tích(ha/người)

75

27,5

15

7,5

3,0

2,14

(Nguồn: Lê Thạc Cán 1996)

Bảng 1.2: Diện tích đất canh tác trên đầu người ở Việt Nam
Năm
Bình quân/người (ha/ng)

1940

1960

1970

1992

2000

0,2

0,16

0,13

0,11

0,10

Về cơ bản không gian MT sống của con người là một hằng số trong khi dân số
không ngừng tăng.
MT có khả năng cân bằng và tự điều chỉnh để thích nghi với không gian sống
thay đổi.
1.4.2. Môi trường là nơi cung cấp tài nguyên cần thiết cho con người
MT là nơi con người khai thác nguồn vật liệu và năng lượng cần thiết như đất,
khoáng sản, nước và các dạng năng lượng như dầu mỏ, củi đun, gió, nắng, thủy triều…
Quá trình phát sinh tài nguyên là một quá trình tác động tổng hợp của nhiều
thành phần MT. Tuy nhiên, từng quyển MT cung cấp mỗi dạng tài nguyên khác nhau.
- Địa quyển: Cung cấp các loại khoáng sản, dầu khí, độ phì...
- Khí quyển: Cung cấp tài nguyên sinh khí hậu, ngoài ra từ không khi còn tách
chiết một số nguyên tố như Ni tơ, Ô xy…
- Thủy quyển: Cung cấp nước cho sinh hoạt và sản xuất, thủy lợi, du lịch…
- Sinh quyển: Cung cấp SV phục vụ chữa bệnh, giải trí…
Ngày nay, con người sử dụng quá nhiều các dạng tài nguyên không tái tạo
(như khoáng sản, dầu mỏ) và sử dụng không hợp lý, dẫn đến hạn chế khả năng tái tạo
của những tài nguyên có khả năng tái tạo như đất, nước, sinh vật.

7

Khoa học môi trường đại cương

Nguyễn Xuân Cường

Tài nguyên tái tạo
Môi trường
Con
người

Khai thác

Tài nguyên:
- Vật liệu
- Năng lượng
- Thông tin

Chế biến
sản xuất

Giá trị
sử dụng
mới

Con
người

Chất thải

Hình 1.1: Mối quan hệ con người – tài nguyên – MT

1.4.3. Môi trường là nơi chứa đựng và đồng hóa chất thải
Đồng hóa CT là quá trình chuyển đổi một số hóa chất độc có trong CT thành
những chất ít hoặc không độc cho MT.
- Các quá trình đồng hóa cơ bản: quang hợp chuyển hóa CO2 thành C6H12O6 làm giảm
khả năng gây hiệu ứng nhà kính và gây ngạt của CO2; VSV có khả năng đồng hóa các
hợp chất hữu cơ có trong rác và NT; Các khoáng vật có khả năng hấp thụ một số độc
tố (đất sét, mica, zeolit, oxit silic…).
- Khả năng đồng hóa CT của MT chỉ có tác dụng trong một giới hạn nhất định.
- Có một số hoá chất nhất định MT không thể đồng hóa hoặc thời gian diễn ra rất lâu,
như kim loại nặng; chất phóng xạ; chất độc hữu cơ (thuốc trừ sâu mirex, toxaphene,
DDT, phenol...); nilon...
1.4.4. Môi trường góp phần giảm nhẹ các tác động có hại của thiên nhiên
Lớp khi quyển bao quanh Trái đất có vai trò “bắt giữ” Ôzon và các tia tử ngoại
có hại cho sức khỏe, tránh được các bức xạ quá cao, chênh lệch nhiệt độ lớn, ổn định
nhiệt độ trong khả năng chịu đựng của con người.
Các sao chổi và các thiên thạch ở dạng nhỏ thường bị bốc cháy trong tầng khí
quyển trước khi tiếp cận Trái đất.
1.4.5. Môi trường là nơi lưu trữ và cung cấp thông tin cho con người
- Cung cấp sự ghi chép lưu trữ lịch sử địa chất, lịch sử tiến hóa của vật chất và sinh
vật, lịch sử xuất hiện và phát triển văn hóa của loài người;
8


Khoa học môi trường đại cương

Nguyễn Xuân Cường

- Lưu trữ và cung cấp cho con người sự đa dạng các nguồn gen.
Nhìn chung, các chức năng MT tạo ra điều kiện nhằm đảm bảo cho sự tồn tại
và phát triển của con người và SV trong một mức độ tự cân bằng và điều chỉnh hợp lý.

Các hoạt động sống và sản xuất của con người đang gây ra nguy cơ làm suy giảm chức
năng MT - chức năng tạo ra sự sống và phát triển sự sống trên Trái đất.

1.5. Khủng hoảng môi trường
Hiện nay, thế giới đang đứng trước 5 cuộc khủng hoảng lớn: dân số, lương
thực, năng lượng, tài nguyên và ST. Năm cuộc khủng hoảng này đều liên quan chặt
chẽ với MT và ảnh hưởng đến cuộc sống con người. Do đó, xuất hiện một khái niệm
mới là khủng hoảng MT: Khủng hoảng MT là các suy thoái về chất lượng MT sống
trên quy mô toàn cầu, đe doạ cuộc sống của loài người trên Trái đất. Nguyên nhân sâu
xa gây nên các cuộc khủng hoảng là do sự bùng nổ dân số và các yếu tố phát sinh từ sự
gia tăng dân số.
Sau đây là những biểu hiện của khủng hoảng MT:
1.5.1.Biến đổi khí hậu
Biến đổi khí hậu (BĐKH) là sự biến động trạng thái trung bình của khí quyển
toàn cầu hay khu vực theo thời gian từ vài thập kỷ đến hàng triệu năm (IPCC,2007).
Những biến đổi này được gây ra do quá trình động lực của trái đất, bức xạ mặt trời, và
gần đây là hoạt động của con người.
BĐKH trong thế kỷ 20 đến nay được gây ra chủ yếu do con người, do vậy thuật
ngữ BĐKH (hoặc còn được gọi là sự ấm lên toàn cầu-global warming) được xem là
BĐKH hiện đại. Nguyên nhân hàng đầu của BĐKH là việc phát xả khí nhà kính (chủ
yếu là CO2 và CH4) vào bầu khí quyển gây nên hiện tượng hiệu ứng nhà kính khí
quyển.
Hiện tượng hiệu ứng nhà kính khí quyển là một hiện tượng tự nhiên nhằm đảm
bảo bảo nhiệt độ trung bình bề mặt trái đất là +150C, đủ ấm cho các loài SV tồn tại và
phát triển trên đó. Tuy nhiên, do sự gia tăng nhanh chóng các loại khí nhà kính (khí có
khả năng hấp thụ sóng dài) trong thời gian gần đây như CO2, CH4, N2O, O3, các khí
CFC... đã làm cho nhiệt độ trái đất tăng lên một cách đột biến .
Những biểu hiện cụ thể của biến đổi khí hậu:
Nhiệt độ trung bình không khí gia tăng;
Mực nước biển dâng;

9


Khoa học môi trường đại cương

Nguyễn Xuân Cường

Gia tăng các điều kiện khí hậu cực đoan và thiên tai về tần suất, cường độ.
Biến đổi khí hậu đang gây ra tình trạng suy thoái MT trên quy mô toàn cầu
(Global Environment Outlook, 2007, GEO - 4) ảnh hưởng đến đời sống hàng tỉ người
trên khắp hành tinh. Cụ thể:
- Làm mất không gian cư trú của con người do nước biển dâng;
- Mực nước biển tăng lên đe dọa các HST quan trọng
- Làm thay đổi điều kiện sống, gia tăng nguy cơ tuyệt chủng của sinh vật;
- Làm suy giảm sản lượng nông nghiệp, thủy hải sản; ảnh hưởng đến cơ sở hạ
tầng;
- Ảnh hưởng đến sức khỏe, chất lượng cuộc sống của của con người;
- Ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếp đến tài nguyên và MT.
1.5.2. Sự suy giảm tầng Ôzôn
Tầng Ôzôn có khả năng hấp thụ tia cực tím trong bức xạ mặt trời, khi tầng này
bị thủng, tia tử ngoại xuyên qua và chiếu xuống bề mặt trái đất, gây ung thư da, suy
giảm miễn dịch ở người và giảm năng suất sinh học của động thực vật.
Nguyên nhân gây suy giảm tầng Ôzon là phát thải khí như CFCs, Halon... từ
hoạt động của con người (chủ yếu).
1.5.3. Gia tăng mưa axít
Mưa axít là hiện tượng nước mưa có độ pH dưới 5,6. Mưa axít gây ÔNMT, phá
hủy cây trồng, rừng, giảm sản lượng nông nghiệp, phá hủy các công trình kiến trúc,
ảnh hưởng đến sức khỏe con người.
Nguyên nhân của mưa axít là do các khí như SO2, NOx ... trong không khí kết

hợp với nước, tạo thành các axít, như sulfuric, nitric...
Mưa axít có thể tạo ra ÔN xuyên biên giới.
1.5.4. Ô nhiễm nguồn nước và nguy cơ thiếu nước sạch
Quá trình đô thị hoá, hoạt động sản xuất công nghiệp, nông nghiệp... tạo ra
ngày càng nhiều CT không được xử lý (chủ yếu là NT) đang khiến cho các nguồn
nước ngày càng bị ÔN nghiêm trọng.
Vấn đề ÔN nguồn nước mặt hiện đang diễn ra ở hầu hết các con sông lớn ở
các nước đang phát triển, điển hình như Trung Quốc, Ấn Độ, Indonexia, Việt Nam...

10


Khoa học môi trường đại cương

Nguyễn Xuân Cường

Nguồn nước bị ÔN là nguyên nhân chủ yếu dẫn đến nguy cơ thiếu nước sạch
quy mô toàn cầu, đặc biệt các quốc gia Châu phi, Trung Đông... Ngoài ra, việc sử dụng
nước lãng phí, đặc biệt ở một số quốc gia phát triển cũng góp phần làm suy giảm
nguồn nước.
1.5.5. Suy thoái tài nguyên và suy giảm đa dạng sinh học
Nhu cầu ngày càng gia tăng nhanh chóng về nguyên liệu và năng lượng cho
guồng máy công nghiệp thế giới đã dẫn đến sự khai thác quá mức, cạn kiệt và suy
thoái tài nguyên.
- Suy thoái tài nguyên rừng: giảm diện tích rừng tự nhiên, đặc biệt là rừng nhiệt đới có
giá trị môi trường cao và rừng ngập mặn. Mất rừng hằng năm khoảng 7 – 8 triệu ha.
Nguyên nhân chính là do mở rộng diện tích canh tác nông nghiệp, khai thác
gỗ, xây dựng các công trình phục vụ con người.
- Suy thoái đất: nghiêm trọng nhất là hoang mạc hoá, thường xảy ra ở các vùng khô
hạn. Suy thoái đất gây tình trạng bất ổn định trong xã hội do nghèo đói gia tăng, tạo ra

tị nạn MT, những người thường xuyên gây sức ép tới các vùng chưa bị suy thoái [19].
- Suy giảm đa dạng sinh học: Tốc độ tuyệt chủng của các loài gia tăng nhanh chóng:
theo tính toán, trong suốt quá trình lịch sử, cứ 2 – 10 năm có 2 loài bị tiêu diệt và từ
1600 đến nay. Các vùng đất ngập nước suy giảm đa dạng rất nghiêm trọng. Các HST
giàu có và nhạy cảm tiếp tục bị ảnh hưởng và đe dọa mất đi sự đa dạng vốn có.
Nguyên nhân: do sự khai thác quá mức rừng, làm mất và chia cắt không gian
sinh sống; MT sống bị ÔN và suy thoái làm giảm khả năng sinh tồn; BĐKH làm thay
đổi điều kiện sống đột ngột; sự khai thác hủy diệt.

1.6. Khoa học - Công nghệ - Quản lý môi trường
- Khoa học MT nghiên cứu mối quan hệ giữa con người với MT. Từ các nghiên cứu
đó, khoa học MT đề xuất các mô hình ST hợp lý, đảm bảo sự cân bằng ST giữa con
người và MT.
- Công nghệ MT là tổng hợp các biện pháp vật lý, hóa học, sinh học nhằm ngăn ngừa
và xử lý các chất độc hại phát sinh từ quá trình sản xuất và hoạt động của con người.
- Quản lý MT là tổng hợp các biện pháp luật pháp, kỹ thuật, chính sách, kinh tế nhằm
hạn chế tác động có hại của phát triển KT - XH đến MT.

11


Khoa học môi trường đại cương

Nguyễn Xuân Cường

CHƯƠNG 2

SINH THÁI HỌC MÔI TRƯỜNG
2.1. Các nhân tố và quy luật sinh thái
2.1.1. Khái niệm

Các nhân tố ST (ecological factors) là các yếu tố MT (ánh sáng, nhiệt độ, độ
ẩm…) có tác động tương hỗ qua lại với sinh vật.
Có thể chia các nhân tố ST thành hai nhóm:
- Các nhân tố vô sinh: nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm…
- Các nhân tố hữu sinh: các tác động, mối quan hệ của các SV với nhau.
Các yếu tố ST tác động đến SV thể hiện rất nhiều dạng khác nhau, có thể là
trực tiếp hoặc gián tiếp, tác động đến từng cơ quan hay tác động đến toàn bộ sinh
vật…tuy nhiên, sự tác động đó tuân thủ một số quy luật cơ bản sau:

2.1.2. Quy luật tác động của các nhân tố sinh thái lên sinh vật
a. Quy luật tác động tổng hợp
MT là một hệ thống được hình thành bởi rất nhiều yếu tố có tác động qua lại,
sự biến đổi các nhân tố này có thể dẫn đến sự thay đổi nhân tố khác và sự tác động của
các nhân tố (ST) đến SV là sự tác động tổng hợp.
Mỗi nhân tố ST chỉ có thể biểu hiện hoàn toàn tác động khi các nhân tố khác
đang hoạt động đầy đủ. Ví dụ, trong đất có đủ muối khoáng nhưng cây không sử dụng
được khi độ ẩm không thích hợp; nước và ánh sáng không thể có ảnh hướng tốt đến
thực vật khi trong đất thiếu muối khoáng.
b. Qui luật giới hạn (chống chịu) ST Shelford (1911, 1972)
Ảnh hưởng của các yếu tố ST lên SV rất đa dạng, không chỉ phụ thuộc vào
tính chất của các yếu tố ST mà cả vào cường độ của chúng. Đối với mỗi yếu tố, SV chỉ
thích ứng với một giới hạn tác động nhất định, đặc biệt là các yếu tố ST vô sinh. Khi
cường độ tác động tới ngưỡng cao nhất hoặc thấp nhất so với khả năng chịu đựng của
cơ thể thì SV không tồn tại được.

12


Khoa học môi trường đại cương

Nguyễn Xuân Cường

Hình 2.1. Giới hạn của nhiệt độ theo quy luật giới hạn Shelford
c. Qui luật tác động không đồng đều của yếu tố ST lên chức năng sống của cơ thể
Các yếu tố ST có ảnh hưởng khác nhau lên các chức phận sống của cơ thể, nó
cực thuận đối với quá trình này nhưng có hại hoặc nguy hiểm cho quá trình khác. Ví
dụ, nhiệt độ không khí tăng đến 400 - 500 C sẽ làm tăng các quá trình trao đổi chất ở
động vật máu lạnh nhưng lại kìm hãm sự di động của con vật.
Hiểu biết được các qui luật này, con người có thể biết các thời kỳ trong chu kỳ
sống của một số SV để nuôi, trồng, bảo vệ hoặc đánh bắt vào lúc thích hợp.
d. Quy luật tối thiểu
Quy luật này được nhà hoá học người Đức Justus Von Liebig đề xuất năm
1840. Ông lưu ý rằng năng suất mùa màng giảm hoặc tăng tỷ lệ thuận với sự giảm hay
tăng các chất khoáng bón cho cây ở đồng ruộng. Như vậy, sự sinh sản của thực vật bị
giới hạn bởi số lượng của muối khoáng. Liebig chỉ ra rằng "Mỗi một loài thực vật đòi
hỏi một loại và một lượng muối dinh dưỡng xác định, nếu lượng muối là tối thiểu thì
sự tăng trưởng của thực vật cũng chỉ đạt mức tối thiểu".
Khi ra đời, quy luật Liebig thường áp dụng đối với các loại muối vô cơ. Theo
thời gian, ứng dụng này được mở rộng, bao gồm một phổ rộng các yếu tố vật lý, mà
trong đó nhiệt độ và lượng mưa thể hiện rõ nhất. Tuy vậy quy luật này cũng có những
hạn chế vì nó chỉ áp dụng đúng trong trạng thái ổn định và có thể còn bỏ qua mối quan
hệ khác nữa.
Chẳng hạn, trong ví dụ về phốt pho (phosphor) và năng suất, Liebig cho rằng
phốt pho là nguyên nhân trực tiếp làm thay đổi năng suất. Sau này người ta thấy rằng
sự có mặt của muối nitơ (nitrogen) không chỉ ảnh hưởng lên nhu cầu nước của thực vật

13


Khoa học môi trường đại cương

Nguyễn Xuân Cường

mà còn góp phần làm cho thực vật lấy được phốt pho ở dưới dạng không thể đồng hoá
được. Như vậy, muối nitơ là yếu tố thứ 3 phối hợp tạo ra hiệu quả.

2.2. Quần thể và các đặc trưng
2.2.1. Khái niệm
Quần thể SV là một nhóm cá thể của cùng một loài SV (hoặc các nhóm khác
nhau mà trong đó SV có thể trao đổi thông tin di truyền) sống trong một khoảng không
gian xác định.
Quần thể là một tổ chức ở mức độ thấp của sinh giới, là đơn vị sinh thái học

2.2.2. Các đặc trưng của quần thể (Population)
a. Mật độ quần thể
Mật độ quần thể là số lượng cá thể (hay khối lượng, năng lượng) trên một đơn
vị đo lường( diện tích hoặc thể tích) của MT sống. Ví dụ mật độ cây/ha, mật độ
sâu/m2, kg cá/m2 ao nuôi…
Người ta còn phân biệt, mật độ đặc trưng (số lượng/tổng diện tích) và mật độ
ST (số lượng/diện tích mà SV có thể tồn tại).
Đơn vị mật độ quần thể rất biến đổi, tuy nhiên giá trị của nó cũng mang tính
giới hạn, tức là ở một đơn vị không gian chỉ chứa đựng ở mức thích hợp với một số
lượng SV (sinh khối) nhất định. Ví dụ một khu rừng, với trên mỗi ha có khoảng 100
con chim và trên 1m2 có khoảng 20.000 động vật chân đốt, tuy nhiên không thể có
20.000 con chim/1m2.
b. Sự phân bố giữa cá thể trong quần thể
Sự phân bố của quần thể rất cần thiết khi xác định mật độ và tìm hiểu bản chất
của quần thể. Sự phân bố có thể là ngẫu nhiên, đồng đều hoặc phân nhóm, phụ thuộc
vào MT sống, tập tính của cá thể, quá trình sinh sản, sự hấp dẫn của hợp quần (ở động
vật bậc cao)…

- Phân bố đều: thường xuất hiện khi có sự cạnh tranh cao của các cá thể và
MT khá đồng nhất. Đây là loại phân bố hiếm gặp, ví dụ quần thể cây bụi mọc ở sa
mạc, cá gai...
- Phân bố thành nhóm: loại này rất phổ biến (vì quần tụ làm tăng khả năng
sống sót và chịu đựng của các cá thể), khi MT không đồng nhất và cá thể có xu hướng
liên kết.

14


Khoa học môi trường đại cương

Nguyễn Xuân Cường

- Phân bố ngẫu nhiên: là hình thức phân bố trung gian giữa hai loại trên, kiểu
phân bố này rất ít gặp, khi MT rất đồng nhất và các cá thể không có xu thế liên kết
thành nhóm. Ví dụ, nhện trong rừng, sâu cải...
c. Thành phần tuổi và giới tính
* Tháp tuổi:
Tháp tuổi được thành lập bởi sự xếp chồng lên nhau của các hình chữ nhật có
chiều cao bằng nhau, còn chiều dài thì tỉ lệ với số lượng cá thể trong mỗi lứa.

Hình 2.2. Ba dạng tháp tuổi chính yếu của con nguời
* Tỉ lệ đực - cái:
Ðó là tỉ lệ giữa số cá thể đực và số cá thể cái của một quần thể sinh vật. Theo
qui tắc tổng quát thì các loài động vật là đơn phái tức là có con đực và con cái riêng.
Nhưng cũng có hiện tượng lưỡng phái và trinh sản (không thụ tinh) thường thấy ở
động vật không xương sống.
Đa số các loài động vật thì tỉ lệ đực cái thường là 1:1. Tuy nhiên, cũng có
những ngoại lệ.

d. Sự tăng trưởng của quần thể
Sự tăng trưởng của quần thể là sự gia tăng số lượng cá thể của quần thể. Sự
tăng trưởng này phụ thuộc rất lớn vào đặc điểm MT với nhiều tham số tác động.
e. Sự biến động của quần thể
Trong quần thể tự nhiên, luôn luôn có sự biến động số lượng cá thể. Ða số các
trường hợp, số lượng này xoay quanh một trị số trung bình, tức là có sự ổn định tương
đối trong một thời gian khá dài.
* Các quần thể ổn định:

15


Khoa học môi trường đại cương

Nguyễn Xuân Cường

Là các quần thể có sự biến thiên nhỏ xoay quanh một trị số trung bình. Ðó
thường là những loài có kích thước lớn sống trong các MT có nhân tố hữu sinh như sự
cạnh tranh chẳng hạn, diễn ra một cách ráo riết.
* Quần thể có chu kỳ:
Là quần thể có số lượng thay đổi theo mùa, theo chu kỳ hằng năm hay chu kỳ
nhiều năm.
- Biến động theo mùa, thường thấy ở các quần thể có nhiều thế hệ trong một
năm. Thí dụ muỗi phát triển mạnh vào đầu mùa mưa ở nước ta.
- Biến động theo chu kỳ năm, cũng liên quan đến chu kỳ mùa thường thấy ở
đa số thực vật đa niên phát triển mạnh vào mùa thuận hợp và sự tử vong lớn ở cuối
mùa.

Hình 2.4: Biến động số lượng chuột Lemmus
Biến động theo chu kỳ nhiều năm, như trường hợp bọ hung Melodontha có

chu kỳ ba năm ở châu Âu; hay chuột lemming Lemmus lemmus ở Bắc Âu và Lemmus
trimucronatus ở Canada và Alaska có chu kỳ 4 năm.

2.3. Quần xã và các đặc trưng (Community)
2.3.1. Khái niệm
Quần xã SV là một tập hợp các quần thể phân bố trong một không gian lãnh
thổ (sinh cảnh) nhất định. Ðó là một đơn vị có tổ chức, tức là có một số tính chất đặc
biệt không thấy ở mức quần thể và cá thể.
Thuật ngữ quần xã dùng để chỉ một đơn vị chức năng.

16


Khoa học môi trường đại cương

Nguyễn Xuân Cường

2.3.2. Các đặc trưng của quần xã
a. Sự đa dạng về loài
* Số lượng loài (species richness)
Số lượng loài là tổng số loài của quần xã trong một HST.
Nhìn chung thì số lượng loài rất dồi dào ở các quần xã xích đạo và rất ít ở
vùng cực. Người ta thấy có 2.000 cây mộc ở trong rừng mưa của Malaysie (100.000
km2) trong khi toàn bộ châu Âu chỉ có 100 loài mà thôi. Cũng tương tự , người ta đếm
được 488 loài chim cư trú trong 15 km2 rừng mưa Eïquateur (Nam Mỹ) còn các rừng
ôn đới chỉ có chừng 20 loài.
* Sự phong phú của các loài (species abondance)
Ðó là số lượng cá thể của mỗi loài trong quần xã. Ở đây, mật độ không phải là
thông số tốt để so sánh các quần xã mà các loài có kích thước quá chênh lệch nhau. Do
đó sinh khối và trọng lượng khô trên diện tích cho ta một sự ước lượng chính xác hơn

về sự phong phú này. Các quần xã thực vật có thể được nghiên cứu bằng cách đánh giá
sự phong phú của các loài khác nhau bằng phần trăm diện tích được che phủ bởi các
thể của mỗi loài.
c. Sự ưu thế (dominance)
Sự ưu thế là loài đóng vai trò quan trọng trong quần xã do có khối lượng lớn,
sinh khối lớn… và có vai trò quan trọng trong cấu trúc của quần thể. Trong các quần
xã, một số loài rất phong phú, tạo thành một tần số cao; trong khi các loài khác có số
lượng rất ít, cho nên chỉ có một tần số thấp trong quần xã.
Trong các quần xã thực vật ở vùng Bắc Cực có sự ưu thế rất mạnh, chỉ có một
hoặc hai loài tạo thành hơn 90% của tầng đại mộc. Ngược lại có đến hơn 20 loài cây
ưu thế ở rừng mưa nhiệt đới.
d. Đánh giá sự đa dạng về loài (species diversity)
Ðể mô tả cấu trúc của một quần xã, số lượng loài chưa đủ để biểu diễn đầy đủ.
Sự phong phú tương đối về loài cũng tham dự vào, bởi vì chỉ có vài phần trăm loài là
thực sự phong phú (có thể được tiểu biểu bởi mật độ sinh khối...). Trái lại, phần lớn
còn lại được tạo ra bởi nhiều loài ít phổ biến, hiếm hoặc rất hiếm. Trong khi một vài
loài có vai trò quan trọng trong quần xã thì vài loài hiếm chi phối sự đa dạng của quần
xã.

17


Khoa học môi trường đại cương

Nguyễn Xuân Cường

Khảo cứu sự định lượng của sự đa dạng về loài có thể được thực hiện bằng
nhiều cách, dựa vào sự sử dụng các chỉ số đa dạng mà công thức có thể gặp ít nhiều
phức tạp.
- Cách thứ nhất sử dụng chỉ số của số lượng loài. Chỉ số đơn giản nhất, diễn tả

"sự khác nhau về loài", gồm các loài quan sát trong quần xã trên một đơn vị diện tích.
Nó chỉ có thể được sử dụng nhằm mục đích so sánh trong trường hợp các mẫu có kích
thước như nhau.
- Một chỉ số khác của sự đa dạng về loài là tỉ số đơn giản giữa số lượng loài S
và tổng số cá thể N.
+ Chỉ số của Meinhinick: d= S/N
+ Chỉ số của Sorenson: d = (S - 1)/logN
Tuy có nhiều tiện lợi trong sử dụng nhưng các chỉ số trên cũng không hoàn
toàn mô tả đầy đủ sự đa dạng, bởi vì chưa đề cập đến sự phong phú tương đối của mỗi
loài. Sự phong phú thường tạo thành một bộ phận của sự đa dạng, gọi là sự đồng phần.
Thí dụ: 2 quần xã, mỗi quần xã có 10 loài và 100 cá thể, do đó có cùng chỉ số
Meinhinick. Tuy vậy ta thấy rằng sự đa dạng về loài của 2 quần xã này không giống
nhau. Nếu trong quần xã 1, một loài có 91 cá thể chiếm ưu thế, và các loài còn lại chỉ
có 1 cá thể; trong khi quần xã 2 mỗi loài là 10 cá thể thì sự đồng phần là cực tiểu ở
quần xã 1 và cực đại ở quần xã 2.
Do đó cần phải kết hợp giữa sự phong phú tương đối của các loài với sự đa
dạng về loài để có một công thức toán học cho chỉ số tổng quát cuả sự đa dạng.
Để đánh giá mức độ đa dạng sinh học người ta thường sử dụng các chỉ số như
Simpson hay Shannon.
b. Cấu trúc không gian của quần xã
Cấu trúc của quần xã bao gồm cấu trúc đứng (chủ yếu) và cấu trúc ngang. Sự
phân bố của các SV trong không gian và quan hệ tương hỗ của chúng với MT ngoài
quyết định kiểu cấu trúc quần xã.
Cấu trúc phân tầng trong các khu rừng là ví dụ điển hình cho cấu trúc của
quần xã, trong đó có hai tầng cơ bản là tầng tự dưỡng và tầng dị dưỡng.
c. Cấu trúc dinh dưỡng của quần xã
Trong quần xã, mối quan hệ dinh dưỡng thể hiện qua chuỗi thức ăn và mạng
lưới thức ăn.
18

Khoa học môi trường đại cương

Nguyễn Xuân Cường

* Chuỗi thức ăn:
Chuỗi thức ăn làm cho năng lượng vận chuyển trong HST từ SV sản xuất
(thực vật) đến các nhóm SV khác, SV sản xuất -> Sinh vât tiêu thụ -> SV phân hủy.

Hình 2.5: Chuỗi thức ăn
* Lưới thức ăn:
Các chuỗi thức ăn trong một HST thường đan xen nhau, liên kết với nhau một
cách chặt chẽ tạo thành mạng lưới thức ăn. Trong MT, mỗi SV thường ăn các loại thức
ăn khác nhau, đến phiên chúng lại làm thức ăn cho nhiều nhóm SV khác. Chính vì thế
mạng lưới thức ăn trong một MT thường rất phức tạp và góp phần tạo nên sự ổn định
của HST.

Hình 2.6: Mạng lưới thức ăn
19


Khoa học môi trường đại cương

Nguyễn Xuân Cường

2.4. Hệ sinh thái và các đặc trưng (ecosystem)
2.4.1. Khái niệm
Thuật ngữ HST lần đầu tiên được nhà ST học người Anh A.Tansley đề xuất
vào năm 1935. Đó là một hệ thống (đơn vị) của SV và MT trong đó diễn ra các quá
trình trao đổi năng lượng và vật chất giữa SV với sinh vật; giữa SV với MT.

HST có một giới hạn rất rộng, có thể là một lọ thí nghiệm, một con tàu vũ trụ,
một mảnh ruộng, cánh rừng hay cả hành tinh.

2.4.2. Các đặc trưng cơ bản của hệ sinh thái
a. Vòng tuần hoàn vật chất
Các chất hoá học và dinh dưỡng luôn được trao đổi qua lại giữa SV với MT
tạo thành các vòng tuần hoàn.
Các nguyên tố C, H, O, P, S và khoảng 30 nguyên tố khác không ngừng được
biến đổi thành chất sinh hóa glucid, lipid, protid... hoặc là được hấp thu dưới dạng ion
vô cơ bởi SV tự dưỡng, sau đó được sử dụng bởi SV dị dưỡng và các vi SV phân hủy.
Các vi SV này phân hủy các CT, các mảnh vụn thực vật và các xác chết thành các chất
khoáng tan trong nước hay các chất khí trở về đất hoặc khí quyển.
Ở mức độ sinh quyển người ta sử dụng thuật ngữ chu trình sinh địa hóa để chỉ
sự di chuyển tuần hoàn của các chất giữa MT vô sinh và SV mà nhiều pha của chu
trình diễn ra trong HST.
Người ta có thể phân biệt 3 nhóm chính của các chu trình:
- Chu trình nước
- Chu trình của các chất chủ yếu ở dạng khí (O, N...)
- Chu trình của các chất chủ yếu ở dạng trầm tích (C, P…)

20


Khoa học môi trường đại cương

Nguyễn Xuân Cường

Hình 2.7: Chu trình sinh địa hoá trong tự nhiên
b. Năng lượng trong hệ sinh thái
Sự hoạt động của tất cả SV trong HST đòi hỏi sử dụng năng lượng từ ngoài

vào.
Năng lượng di chuyển một chiều xuyên qua SV sống trong sinh quyển, không
tuần hoàn trở lại. Ðó là một hiện tượng phổ biến và tuân theo hai định luật căn bản của
nhiệt động học (định lý Cacnô).
Sự chuyển hóa năng lượng trong HST tuân theo nguyên lý II nhiệt động học,
tức là hiệu suất luôn luôn dưới 100%. Theo Lindeman (1942) đã đề nghị định luật về
chuyển hóa năng lượng trong các HST, mà người ta gọi là định luật 10%. Tức là qua
mỗi bậc dinh dưỡng, năng lượng còn lại 10%, 90% năng lượng mất đi ở dạng nhiệt.

Hình 2.7: Sơ đồ dòng năng lượng HST đồng cỏ (E.U đơn vị năng lượng)
21


Khoa học môi trường đại cương

Nguyễn Xuân Cường

c. Sự tiến hoá của hệ sinh thái
Sự phát triển của các quá trình tự nhiên thông thường được xem xét theo
nguyên lý II nhiệt động học.
Trong hệ tự nhiên (hệ kín), các quá trình tự diễn biến là quá trình tăng
entropia (ds >0), hoặc giữ nguyên (ds = 0, khi nhiệt độ của hệ = - 2730C) hay nói
cách khác là quá trình tăng trạng thái vô trật tự (quá trình trật tự hóa và hình thành
các cấu trúc trật tự, ds < 0).

Để duy trì cấu trúc trật tự và sự phát triển trên, HST tự nhiên luôn luôn cần có
nguồn năng lượng từ bên ngoài. Do vậy, HST tự nhiên không thể tồn tại nếu thiếu
nguồn năng lượng mặt trời.
Sự phát triển của HST tự nhiên tiến triển theo quy luật chung là duy trì và gia
tăng độ trật tự cấu trúc của HST. Từ HST có rất ít các loài tiến tới HST có nhiều các

nhóm loài sinh vật, sắp xếp theo một cấu trúc nhiều tầng.
HST tự nhiên có mức độ phát triển và cấu trúc trật tự cao ứng với ĐK cụ thể
của MT, thường được gọi là HST cao đỉnh (Climax).
Sự phát triển của HST và các quần xã SV từ mức này sang mức khác gọi là
diễn thế ST. Có 2 loại diễn thế ST: diễn thế nguyên sinh và diễn thế thứ sinh.
Diễn thế nguyên sinh: Quá trình hình thành sinh vật (thực vật) từ nơi chưa có
sinh vật trước đây
Thí dụ 1 : Hồ cạn → đầm lầy → thực vật cạn → Rừng
Thí dụ 2 : Bãi triều lầy → cây mắm, cây trang → cây đước, cây tràm →
rừng cây nhiệt đới
Diễn thế thứ sinh: Diễn thế thứ sinh diễn ra trên cơ sở diễn thế nguyên sinh,
bắt đầu từ khi sinh vật bị tác động từ bên ngoài (khai thác, chặt phá, nương rẫy...), sau
đó là phục hồi và hình thành nên các sinh vật (thực vật) thứ sinh.
Vườn hoang → cỏ dại → cỏ, lau lách, cây bụi → rừng cây thứ sinh

d. Sự cân bằng của hệ sinh thái
Cân bằng ST là trạng thái ổn định tự nhiên của HST (số lượng cá thể) hướng
tới sự thích nghi cao nhất với ĐK sống.

22


Khoa học môi trường đại cương

Nguyễn Xuân Cường

Cân bằng ST không phải là một trạng thái tĩnh của hệ, nó có cơ chế tự cân
bằng. Tuy nhiên, nếu thành phần nào đó của hệ bị tác động quá mạnh và không khôi
phục lại được sẽ làm suy thoái toàn hệ thống, lúc này gọi là mất cân bằng ST.
HST có ĐDSH càng cao thì khả năng điều chỉnh và cân bằng càng lớn. Đây là

lý do tại sao con người phải bảo vệ sự đa dạng của các HST tự nhiên.

2.4.3. Tác động của con người lên hệ sinh thái
- Tác động vào sự cân bằng của các chu trình sinh địa hóa tự nhiên
- Thay đổi và cải tạo các HST tự nhiên
- Tác động vào cân bằng ST

23


Khoa học môi trường đại cương

Nguyễn Xuân Cường

CHƯƠNG 3
TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN
3.1. Tài nguyên sinh vật
Tài nguyên SV hay tài nguyên sinh học bao gồm: động vật, thực vật và vi sinh
vật. Đối với tài nguyên SV, bên cạnh việc quan tâm đến số lượng và khối lượng của
các loài, ngày nay người ta còn quan tâm đến sự khác nhau, tức là “đa dạng” của các
loài. Vì vậy, có thể nghiên cứu và đánh giá tài nguyên sinh học dưới khía cạnh tài
nguyên ĐDSH.
* Tài nguyên Đa dạng sinh học
- Khái niệm: ĐDSH (biodiversity; biological diversity), là một thuật ngữ chỉ sự đa
dạng của đời sống và các quá trình tự nhiên, mà mọi SV là một phần trong đó. Bao
gồm sự khác biệt của các SV sống và di truyền giữa chúng và các quần thể, nơi chúng
xuất hiện (UNEP-WCMC).
ĐDSH cụ thể là sự đa dạng về loài, gen và HST.
- Đa dạng sinh học của hành tinh:
+ Đa dạng loài trên trái đất:

Các nhà khoa học đã phát hiện và mô tả được khoảng 1,4 tỉ loài trên trái đất [6]
bao gồm, động vật, thực vật và vi sinh vật.
Theo một công bố mới đây [16], các nhà khoa học đã xác định được khoảng 1,5
- 1,8 tỉ loài sinh vật, trong khi ước tính có từ 30 đến 100 tỉ loài SV trên thế giới.

24