Môi trường và đánh giá tác động môi trường

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
TS. NGUYỄN VĂN THẮNG (chủ biên) - TS. LÊ ĐÌNH THÀNH
ThS. NGUYỄN VĂN SỸ - ThS. PHẠM THỊ NGỌC LAN - ThS. PHẠM HỒNG NGA

MÔI TRƯỜNG VÀ CON NGƯỜI

NHÀ XUẤT BẢN NÔNG NGHIỆP
HÀ NỘI – 2002
5


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1

MƠI TRƯỜNG VÀ SINH THÁI HỌC................... 10

1.1. Mơi trường và khoa học môi trường............................................................. 10
1.1.1. Môi trường................................................................................................ 10
1.1.2. Các thành phần của môi trường............................................................. 11
1.1.3. Yếu tố môi trường.................................................................................... 15
1.1.4. Vai trị của mơi trường đối với con người ............................................. 15
1.1.5. Khoa học môi trường............................................................................... 18
1.2. Đại cương về sinh thái học ............................................................................. 19
1.2.1. Khái niệm về sinh thái học ...................................................................... 19
1.2.2. Ý nghĩa, nhiệm vụ của sinh thái học ...................................................... 20
1.3. Hệ sinh thái...................................................................................................... 21
1.3.1. Khái niệm chung ..................................................................................... 21
1.3.2. Sự trao đổi vật chất trong hệ sinh thái................................................... 24
1.3.3. Cấu trúc dinh dưỡng của hệ sinh thái.................................................... 25
1.3.4. Các vịng tuần hồn vật chất (chu trình sinh địa hoá) ......................... 30
1.3.5. Hệ sinh thái nước .................................................................................... 34

1.3.6. Sự phát triển của hệ sinh thái ................................................................ 35
CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 1.......................................................................... 40
CHƯƠNG 2 CON NGƯỜI TÁC ĐỘNG TỚI MƠI TRƯỜNG ...................... 41
2.1. Con người với mơi trường trên trái đất........................................................ 41
2.1.1. Con người trên trái đất............................................................................ 41
2.1.2. Tác động của con người tới môi trường................................................. 41
2.2. Dân số và áp lực của gia tăng dân số tới môi trường................................... 42
2.2.1. Sự gia tăng dân số thế giới ...................................................................... 42
2.2.2. Áp lực của gia tăng dân số tới mơi trường ............................................ 43
2.2.3. Kiểm sốt sự gia tăng dân số................................................................... 48
2.3. Tài nguyên và suy thoái tài nguyên do hoạt động của con người............... 49
2.3.1. Các nguồn tài nguyên và vấn đề khai thác sử dụng.............................. 49
2.3.2. Khai thác và sử dụng tài nguyên nước................................................... 51
6


2.3.3. Khai thác và sử dụng tài nguyên đất...................................................... 64
2.3.4. Khai thác và sử dụng tài nguyên khoáng sản........................................ 68
2.3.5. Khai thác và sử dụng các nguồn năng lượng ........................................ 70
2.3.6. Khai thác và sử dụng tài nguyên sinh học ............................................ 72
2.3.7. Khai thác và sử dụng tài nguyên rừng................................................... 73
2.4. Các hoạt động phát triển của con người ảnh hưởng tới môi trường ......... 79
2.4.1. Hoạt động phát triển................................................................................ 79
2.4.2. Quan hệ giữa phát triển với môi trường................................................ 80
2.4.3. Ảnh hưởng của phát triển công nghiệp tới môi trường ....................... 82
2.4.4. Ảnh hưởng của phát triển nông nghiệp tới môi trường ....................... 82
2.5. Phát triển bền vững, định hướng của nhân loại tiến vào thế kỷ 21............ 83
2.5.1. Khái niệm.................................................................................................. 83
2.5.2. Quá trình phát triển của phát triển bền vững....................................... 86
2.5.3. Các điều kiện để phát triển bền vững .................................................... 90

2.5.4. Thực hiện mục tiêu của phát triển bền vững ........................................ 90
2.6. Đánh giá tác động môi trường là cơng cụ quan trọng ................................. 92
CÂU HỎI ƠN TẬP CHƯƠNG 2......................................................................... 92
CHƯƠNG 3 ................................................................................................ 94
3.1. Thủy vực và các đặc tính của thủy vực......................................................... 94
3.2. Thành phần và chất lượng nước.................................................................... 95
3.2.1. Các yếu tố tạo nên chất lượng nước ....................................................... 95
3.2.2. Thành phần và chất lượng nước mặt..................................................... 95
3.2.3. Thành phần và chất lượng nước ngầm .................................................. 96
3.3. Hiện tượng ô nhiễm nước............................................................................... 99
3.3.1. Khái niệm.................................................................................................. 99
3.3.2. Các nguồn gây ô nhiễm nước................................................................ 100
3.3.3. Các loại ô nhiễm nước ........................................................................... 103
3.3.4. Ơ nhiễm nước ngầm............................................................................... 110
3.4. Các thơng số chất lượng nước...................................................................... 111
3.4.1. Thông số vật lý của chất lượng nước ................................................... 111
7


3.4.2. Thơng số hố học của chất lượng nước................................................ 114
3.4.3. Thông số sinh học của chất lượng nước............................................... 128
3.5. Sự biến đổi chất lượng nước sơng................................................................ 131
3.5.1. Sự pha lỗng của nước sơng.................................................................. 131
3.5.2. Q trình tự làm sạch của nước sông .................................................. 131
3.5.3. Sự ô nhiễm nước trong sông ................................................................. 133
3.5.4. Phương trình Streeter - Phelps............................................................. 136
3.6. Sự biến đổi chất lượng nước trong hồ......................................................... 137
3.6.1. Khái niệm................................................................................................ 137
3.6.2. Ảnh hưởng của hiện tượng phú dưỡng nước hồ ................................. 139
3.6.3. Biện pháp làm giảm hiện tượng phú dưỡng ........................................ 140

3.7. Biện pháp kiểm soát bảo vệ chất lượng nước............................................. 140
3.7.1. Ý nghĩa của quản lý bảo vệ chất lượng nước ...................................... 140
3.7.2. Các biện pháp quản lý chất lượng nước .............................................. 141
3.8. Ô nhiễm nước biển........................................................................................ 145
3.8.1. Các nguồn gây ơ nhiễm nước biển........................................................ 145
3.8.2. Ơ nhiễm nước biển do dầu mỏ.............................................................. 147
3.8.3. Tác hại và các biện pháp kiểm sốt ơ nhiễm nước biển ..................... 149
CÂU HỎI ƠN TẬP CHƯƠNG 3........................................................................ 150
CHƯƠNG 4 .............................................................................................. 152
4.1. Khái quát chung .............................................................................................. 152
4.1.1. Sự hình thành đất ..................................................................................... 152
4.1.2. Thành phần của đất .................................................................................. 153
4.1.3. Đặc tính của đất ....................................................................................... 154
4.1.4. Tác động của con người tới chất lượng đất.............................................. 155
4.2. Hiện tượng xói mịn đất ................................................................................. 158
4.2.1. Xói mịn đất và các nhân tố ảnh hưởng đến xói mịn .............................. 158
4.2.2. Biện pháp hạn chế và khắc phục xói mịn................................................ 159
4.3. Sự nhiễm mặn của đất..................................................................................... 160
4.3.1. Độ mặn đất............................................................................................... 160
8


4.3.2. Ảnh hưởng của sự mặn hoá của đất ......................................................... 161
4.3.3. Sự mặn hoá do tưới .................................................................................. 161
4.3.4. Sự mặn hoá đất do bốc hơi từ nước ngầm ............................................... 162
4.4. Ô nhiễm đất..................................................................................................... 163
4.4.1. Khái niệm................................................................................................. 163
4.4.2. Các tiêu chuẩn đánh giá ô nhiễm đất ....................................................... 167
4.4.3. Các biện pháp kiểm sốt và hạn chế ơ nhiễm đất .................................... 168
4.4.4. Các chính sách và chương trình quốc gia ................................................ 169

4.4.5. Chương trình nghiên cứu và chuyển giao cơng nghệ .............................. 170
CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 4........................................................................ 170
CHƯƠNG 5 .............................................................................................. 171
5.1. Hiện tượng ơ nhiễm khơng khí .................................................................... 171
5.1.1. Khái niệm................................................................................................ 171
5.1.2. Các nguồn gây ơ nhiễm khơng khí ....................................................... 171
5.1.3. Các chất gây ơ nhiễm khơng khí........................................................... 174
5.1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến lan truyền chất ô nhiễm ........................... 181
5.2. Ảnh hưởng của ơ nhiễm khơng khí ............................................................. 183
5.2.1. Ơ nhiễm khơng khí gây nên hiệu ứng nhà kính .................................. 183
5.2.2. Ơ nhiễm khơng khí gây nên sự thủng tầng ozon................................. 186
5.2.3. Mưa a xít huỷ hoại hệ sinh thái và ơ nhiễm nguồn nước ................... 188
5.2.4. Ơ nhiễm khơng khí tác động đến hệ sinh thái và sức khoẻ của con
người ......................................................................................................................... 192
5.3. Kiểm sốt ơ nhiễm khơng khí ...................................................................... 193
5.3.1. Chiến lược tồn cầu về kiểm sốt ơ nhiễm khơng khí ........................ 193
5.3.2.Kiểm sốt ơ nhiễm khơng khí khu vực.................................................. 194
5.4. Ơ nhiễm khơng khí do tiếng ồn.................................................................... 196
5.4.1. Hiện tượng ơ nhiễm khơng khí do tiếng ồn ......................................... 196
5.4.2. Tác hại và các biện pháp kiểm sốt ơ nhiễm khơng khí do tiếng ồn . 198
CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 5........................................................................ 199
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 201
9


CHƯƠNG 1

MƠI TRƯỜNG VÀ SINH THÁI HỌC

1.1. Mơi trường và khoa học môi trường

1.1.1. Môi trường
1. Khái niệm chung về môi trường
Môi trường của một vật thể hay sự kiện, theo nghĩa chung nhất là tổng hợp tất cả các
thành phần của thế giới vật chất bao quanh, tác động trực tiếp hay gián tiếp tới sự tồn tại và
phát triển của vật thể hay sự kiện đó. Bất cứ một vật thể hay một sự kiện nào cũng tồn tại
và diễn biến trong một môi trường nhất định và nó ln ln chịu tác động của các yếu tố
mơi trường đó.
Có thể nói mơi trường là một phần của ngoại cảnh, bao gồm các hiện tượng và các
thực thể của tự nhiên... mà ở đó cá thể, quần thể, lồi... có quan hệ trực tiếp hoặc gián tiếp
bằng các phản ứng thích nghi của mình. Từ khái niệm này có thể phân biệt được đâu là
mơi trường của lồi này, đâu là mơi trường của lồi khác.
Mơi trường vơ sinh và mơi trường hữu sinh. Cũng có thể chia môi trường tự nhiên
thành môi trường vô sinh và môi trường hữu sinh. Môi trường vô sinh bao gồm những yếu
tố không sống, như là các yếu tố vật lý, hóa học của đất, nước, khơng khí…Mơi trường
hữu sinh bao gồm các thực thể sống như là các loài động vật, thực vật và các vi sinh vật.
Danh từ “môi sinh” thực sự phản ánh bản chất của môi trường loại này.
Ngồi ra, theo các thành phần tự nhiên có thể phân thành môi trường đất, môi trường
nước và môi trường khơng khí. Những cách phân loại như trên hoặc sâu hơn nữa chỉ là
tương đối, tuỳ theo mục đích của nghiên cứu trong mỗi một lĩnh vực cụ thể nào đó.
2. Mơi trường sống của con người
Nghiên cứu về các cơ thể sống ta có khái niệm về “mơi trường sống”. Môi trường
sống là tổng hợp các điều kiện bao quanh có ảnh hưởng tới sự tồn tại và phát triển của các
cơ thể sống.
Đối với con người thì môi trường chứa đựng nội dung rộng hơn. Theo định nghĩa của
UNESCO (1981) thì “mơi trường sống của con người bao gồm toàn bộ các hệ thống tự
nhiên và các hệ thống do con người tạo ra, như những cái hữu hình (như các thành phố,
các hồ chứa...) và những cái vơ hình (như tập qn, nghệ thuật...), trong đó con người
sống và bằng lao động của mình họ khai thác các tài nguyên thiên nhiên và nhân tạo nhằm
thoả mãn những nhu cầu của mình”. Như vậy, mơi trường sống của con người không chỉ là
nơi tồn tại, sinh trưởng và phát triển cho một thực thể sinh vật là con người, mà còn là

“khung cảnh của cuộc sống, của lao động và sự nghỉ ngơi của con người”.
Đối tượng nghiên cứu của chúng ta hiện nay chính là môi trường sống của con người.
Thuật ngữ môi trường thường dùng phổ biến hiện nay cũng đã bao hàm khía cạnh nói về
mơi trường sống của con người.
Theo quan điểm của khoa học hiện đại người ta xem trái đất như một con tàu vũ trụ
10


lớn du hành trong vũ trụ bao la mà con người chúng ta là những hành khách đi trên con tàu
đó, thì mơi trường sống của con người theo nghĩa rộng phải là cả vũ trụ bao la, trong đó
các yếu tố của Trái đất và các hành tinh thuộc hệ Mặt trời là các yếu tố mơi trường có ảnh
hưởng trực tiếp và rõ rệt nhất đến con người.
Con người trên trái đất từ khi sơ khai cho đến ngày nay ln sống trong cộng đồng xã
hội có tổ chức chặt chẽ và phát triển ngày càng cao hơn. Vì thế, con người sống trong mơi
trường khơng chỉ chịu tác động của các điều kiện tự nhiên mà cả của các điều kiện xã hội
nên môi trường sống của con người là bao gồm môi trường tự nhiên và mơi trường xã hội.
Mở rộng hơn nó cịn bao gồm thêm cả môi trường nhân tạo do con người tạo ra bằng các
kỹ thuật của mình.
- Mơi trường tự nhiên biểu thị thế giới vật chất bao quanh con người, thơng qua các
yếu tố vật lý, hố học, sinh học, nó tác động tới con người.
- Mơi trường xã hội là tổng hợp các mối quan hệ xã hội có tổ chức của con người,
trong đó mỗi con người là thành viên của cộng đồng, chịu sự chi phối và tác động của các
điều kiện xã hội đó. Trong thực tế, mỗi con người luôn chịu tác động mạnh mẽ của các yếu
tố tự nhiên và xã hội và chỉ có thể tồn tại và phát triển tốt nếu hồ đồng được trong các
điều kiện của chúng.
- Môi trường nhân tạo bao gồm tất cả những nhân tố vật lý, hoá học, sinh học… do
con người tạo nên phù hợp với mong muốn và chịu sự chi phối của con người. Nếu xã hội
càng phát triển hiện đại, thì tác động của các yếu tố của môi trường nhân tạo tới đời sống
con người sẽ ngày càng tăng lên.
Sự tồn tại và phát triển của con người luôn phụ thuộc vào “chất lượng của mơi trường

sống”. Q trình phát triển kinh tế xã hội của con người ngày nay luôn có các tác động tích
cực và tiêu cực tới chất lượng của mơi trường sống. Tác động tiêu cực, thí dụ như gây ô
nhiễm môi trường đã và đang làm suy giảm nhanh chóng chất lượng mơi trường sống của
con người đang là điều lo ngại và đáng quan tâm nhất của nhân loại ngày nay.
Để con người trên trái đất tồn tại và phát triển một cách bền vững, thì mơi trường sống
của con người cần phải được bảo vệ. Nếu chất lượng của môi trường sống bị giảm sút thì
con người sẽ bị ảnh hưởng ngay và nếu chất lượng của môi trường sống giảm đến một mức
độ nguy hiểm thì có thể dẫn đến các hiểm hoạ không thể lường được mà các thế hệ con
cháu mai sau sẽ phải gánh chịu. Cũng cần lưu ý rằng, việc phá hoại và làm suy giảm chất
lượng môi trường thì rất dễ và nhanh chóng, nhưng khi mà chất lượng của môi trường đã
suy giảm tới mức độ nguy hiểm thì việc làm tốt lại sẽ vơ cùng khó khăn, tốn kém và cũng
phải trong một thời gian rất dài mới khơi phục lại được. Vì thế, việc bảo vệ môi trường
sống luôn là vấn đề quan trọng và cấp thiết của nhân loại trong quá trình sống và phát triển
của mình.

1.1.2. Các thành phần của mơi trường
Với khái niệm như trên thì mơi trường sống của con người là cả vũ trụ bao la, trong đó
hệ mặt trời và trái đất là bộ phận ảnh hưởng trực tiếp nhất. Các thành phần của môi trường
11


trong tự nhiên không tồn tại ở trạng thái tĩnh mà ln có sự chuyển hóa hướng tới trạng
thái cân bằng để bảo đảm sự sống trên trái đất phát triển ổn định.
Về phương diện vật lý thì mơi trường tự nhiên trên trái đất gồm ba quyển là khí
quyển, thủy quyển, thạch quyển. Cả ba quyển này đều cấu thành bởi các thành phần vô
sinh (không sống) và chứa đựng năng lượng dưới các dạng khác nhau: thế năng, quang
năng, hoá năng, điện năng…
Xem xét về phương diện sinh học thì mơi trường của trái đất cịn thêm một thành phần
nữa là sinh quyển. Đó là thành phần hữu sinh (có sống), là thế giới sinh vật nằm trong khí
quyển, thạch quyển, thủy quyển và chúng cũng ln tác động lên bất kỳ một sự vật hay sự

kiện nào sống trong môi trường. Sau đây là thành phần và những đặc điểm chủ yếu của 4
quyển trên của môi trường trái đất.
1. Khí quyển
Khí quyển là lớp vỏ khí bao quanh trái đất được cấu tạo bởi nhiều hợp chất khác nhau.
Đây là môi trường để truyền bức xạ mặt trời vào trái đất như bức xạ hồng ngoại, tử ngoại,
tia rơn ghen và tia gamma. Thành phần chủ yếu của khí quyển ở gần bề mặt trái đất: nitơ
(chiếm khoảng 78%), ô xy (khoảng 20.9%), cacbonic (khoảng 0.03%), hơi nước và một số
khí khác như heli, acgon, bụi.
Cấu trúc của khí quyển có thể chia làm 2 phần như hình (1-1), trong đó phần trong
của khí quyển gồm các tầng đối lưu, tầng bình lưu, tầng trung gian và tầng ion, cịn phần
ngồi là tầng điện ly.
Độ cao (km)
Tầng i on
85
Tầng trung gian
50
Tầng bình lưu
11
Tầng đối lưu
- 92

-56

-2

+40

Nhiệt độ (oC )

Hình 1-1. Cấu trúc phần trong của khí quyển

Tầng đối lưu ở độ cao từ 0 đến 11 km kể từ mặt đất. Nhiệt độ trong tầng đối lưu giảm
dần theo độ cao từ +400C tới -560C. Đây là tầng quyết định khí hậu của trái đất, với thành
12


phần chủ yếu là N2, O2, CO2 và hơi nước. Trong tầng này có sự xáo trộn mạnh dịng hỗn
hợp khí và những đám mây hơi nước. Các chất ơ nhiễm sinh ra do hoạt động của tự nhiên
và con người cũng dễ dàng bị xáo trộn để pha loãng hoặc biến đổi trong tầng đối lưu này.
Tầng bình lưu ở độ cao từ 11 km đến 50 km. Theo độ cao, nhiệt độ trong tầng bình
lưu lại tăng dần theo độ cao từ -560C đến -20C. Thành phần chủ yếu của tầng bình lưu là
các khí ozon, ơ xy, nitơ và một số khí gốc hóa học khác. Ozon đóng vai trị quan trọng
trong tầng bình lưu, nó hoạt động như một lớp màng bao bọc bảo vệ trái đất khỏi những
ảnh hưởng độc hại của tia tử ngoại từ mặt trời chiếu xuống. Vì sự xáo trộn chậm chạp của
khơng khí ở tầng bình lưu nên thời gian lưu của các phần tử hóa học ở vùng này khá lâu.
Nếu một chất ơ nhiễm bằng cách nào đó tới được tầng bình lưu thì chúng sẽ gây nhiễm độc
lâu dài nếu so sánh tác động của nó với các chất khác ở tầng đối lưu dày đặc. Sự tăng nhiệt
độ ở tầng bình lưu có thể giải thích là do ozon ở đây hấp thụ tia tử ngoại và tỏa nhiệt ra bên
ngoài.
Tầng trung gian ở độ cao từ 50 km đến 85 km. Nhiệt độ trong tầng này lại giảm theo
độ cao từ -2oC đến -920C. Thành phần chủ yếu của khơng khí trong tầng này gồm các khí ơ
xy, ni tơ… và một số i on như NO+, O+.
Tầng ion nằm ngoài tầng trung gian ở độ cao từ 85 km đến 100 km. Nhiệt độ tăng
theo độ cao từ -920C đến 12000C. Tại đây do bức xạ mặt trời, nhiều phản ứng hóa học xảy
ra với oxy, ozon, nitơ, hơi nước và sau đó ion hóa thành các ion như NO+, O+, NO2-...
Tầng điện ly thuộc phần ngồi của khí quyển ở độ cao lớn hơn 800 km. Nhiệt độ tăng
rất nhanh, tới khoảng 1700 0C.
Khí quyển đóng vai trị quan trọng trong việc giữ cân bằng nhiệt của trái đất thơng
qua q trình hấp thụ tia tử ngoại phát xạ từ mặt trời đến và phản xạ tia nhiệt từ mặt đất
lên. Nó là nguồn cung cấp O2, CO2, cần thiết cho sự sống trên trái đất, cung cấp nitơ cho

quá trình cố định đạm ở thực vật. Hơn thế nữa khí quyển cịn là môi trường để vận chuyển
nước từ đại dương vào đất liền tham gia vào chu trình thủy văn.
Đáng tiếc là con người cùng với sự tiến bộ trong khoa học và kỹ thuật ngày nay đã và
đang xả các loại khí thải vào khí quyển, làm khí quyển mất dần sự trong lành và đe doạ sự
sống của chính con người.
Hiện nay chất lượng của khí quyển ngày càng bị tác động theo chiều hướng xấu đi do
các hoạt động của con người, đặc biệt là tác động của các khí thải cơng nghiệp đã gây nên
tình trạng ơ nhiễm khơng khí, gây nên hiệu ứng nhà kính cũng như hiện tượng lỗ thủng
tầng ôzon ngày càng lan rộng... đe doạ cuộc sống của con người. Trong chương 5 sẽ trình
bày rõ về các hiện tượng này.
2. Thủy quyển
Bao gồm tất cả các dạng nước có trên trái đất như nước mặt trong các đại dương, biển,
các sông, hồ trên mặt đất, băng tuyết trên mặt đất và ở hai cực của trái đất và cả nước ngầm
trong các lớp tầng đất dưới sâu. Thủy quyển có khối lượng ước tính vào khoảng 0.03%
tổng khối lượng trái đất.
13


Thủy quyển là một thành phần vô cùng quan trọng của mơi trường, vì rằng nước là
một yếu tố khơng thể thiếu đối với sự sống của mọi sinh vật trên trái đất và cho việc duy trì
và phát triển của mọi hệ sinh thái. Thủy quyển cũng là nơi tàng trữ nhiều nguồn tài nguyên
sinh thái vô cùng phong phú, rất cần cho sự phát triển của con người.
Trong thủy quyển thì nước trong các sơng hồ và nước ngầm là gần gũi nhất đối với sự
sử dụng của con người. So với lượng nước trong toàn bộ thủy quyển, lượng nước này chỉ
là một phần rất nhỏ bé, nhưng cực kỳ quan trọng, đòi hỏi chúng ta phải biết khai thác và sử
dụng một cách thật hợp lý và hiệu quả nhất. Hiện nay con người trong khai thác và sử dụng
nguồn nước còn chưa quan tâm đúng mức tới việc bảo vệ nguồn nước khiến cho nguồn
nước của nhiều sơng, hồ đang trong tình trạng suy thối và bị ô nhiễm ngày càng nghiêm
trọng, đe doạ sự phát triển lâu bền của nhân loại.
3. Thạch quyển

Thạch quyển là lớp vỏ rắn ngồi của trái đất có chiều sâu từ 0 đến 100 km. Thành
phần của thạch quyển trên mặt là các lớp đất - sản phẩm phong hoá của các lớp đá trên bề
mặt qua hàng ngàn năm - và các lớp khoáng vật dưới sâu. Cấu trúc của thạch quyển như
trong hình (1-2).
Trong thạch quyển, đất là thành phần quan trọng nhất, bao gồm các chất khống, chất
hữu cơ, khơng khí và nước và cả các vi sinh vật. Trong quá trình phát triển của mình, con
người đã khai thác tài nguyên đất và các tài nguyên khoáng sản trong thạch quyển và thải
ra nhiều chất thải rắn, chất thải lỏng độc hại làm ô nhiễm đất.
Khí quyển
Thủy quyển

Vỏ cứng trái đất

Địa quyể n
át
đa

Vùng trên

øa
go
ỏ n

i tr

a ùi

Mg/Si/O

V

Fe/Ni

2900

Nhân ngoài
Fe/Ni

Nh

a ân

t

đ
r á i

5100

Vùng chuyển tiế p
Vùng dưới

a át

ie
Ch

àu s

a âu

0
40
400
900

Nhân trong

6370
km

Hình 1-2. Cấu trúc của thạch quyển

4. Sinh quyển
Sinh quyển là phần của trái đất trong đó có sự sống tồn tại, bao gồm một phần của
thạch quyển có độ sâu khoảng 3m kể từ mặt đất, thủy quyển và phần khí quyển tới độ cao
10m trên giới hạn của thực vật.
Về phương diện vật lý, sinh quyển là một lớp vỏ tương đối mỏng và không hoàn
14


chỉnh, phủ kín hầu hết thế giới, trên đó chứa đựng các cộng đồng sinh vật khác nhau từ đơn
giản đến phức tạp, từ nước đến đất cạn, từ vùng nhiệt đới tới các vùng cực, ngoại trừ
những vùng khắc nghiệt của các cực, những dãy núi cao nhất, những hố sâu nhất của đại
dương, những miền sa mạc khắc nghiệt nhất, hay những vùng đất và nước bị ô nhiễm nặng
nề.
Khác với khí quyển, thạch quyển và thủy quyển, sinh quyển khơng có giới hạn rõ rệt
vì nó nằm trong cả ba thành phần môi trường kể trên và khơng hồn tồn liên tục, vì sự
sống chỉ tồn tại và phát triển trong những điều kiện nhất định. Vùng sinh quyển nơi sự sản
xuất sinh học diễn ra mạnh mẽ dưới dạng quang hợp thì lại hẹp hơn nhiều và thay đổi từ

một vài cm đến trên 100m. Thí dụ như trong nước có độ đục lớn thì lớp này không dày
lắm, ngược lại ở vùng nước đại dương trong suốt thì lớp này có thể dày tới hơn 100m.
Nói chung, sinh quyển là một hệ sinh hố có khả năng thu nhận, chuyển hoá, tồn trữ
và sử dụng năng lượng mặt trời. Qua hoạt động của các sinh vật sản xuất, sinh vật tiêu thụ
và sinh vật phân huỷ mà quá trình chu chuyển vật chất từ dạng này sang dạng khác cần cho
sự sống không ngừng thực hiện, làm cho sinh quyển phát triển thành một hệ có khả năng tự
điều chỉnh với những sự cân bằng và kiểm soát sinh thái trong các thành phần khác nhau
của nó.
Sinh quyển, ngồi chứa các vật chất và năng lượng nó cịn chứa các thơng tin sinh học
với tác dụng duy trì cấu trúc và cơ chế tồn tại và phát triển của các sinh vật sống. Dạng
thông tin phức tạp và phát triển cao nhất là trí tuệ con người.

1.1.3. Yếu tố môi trường
Yếu tố môi trường là những yếu tố biểu thị các đặc tính của mơi trường, thí dụ như
ánh sáng, nhiệt độ, thức ăn, bệnh tật... Thông qua giá trị các yếu tố môi trường có thể biết
được chất lượng của mơi trường sống xung quanh ta, như chất lượng khơng khí, chất lượng
nước, chất lượng đất…

1.1.4. Vai trị của mơi trường đối với con người
Đối với một cá thể con người cũng như đối với cộng đồng nhiều người và cả xã hội
loài người, vai trị của mơi trường đối với con người thể hiện qua ba chức năng của môi
trường như sau:
Môi trường là không gian sống của con người.
Môi trường là nơi cung cấp nguồn tài nguyên cần thiết cho con người.
Môi trường là nơi chứa đựng các chất phế thải do con người tạo ra trong quá trình
sống và phát triển kinh tế, xã hội.
1. Môi trường là không gian sống của con người
Môi trường trước hết là không gian sống của con người. Để sinh sống, con người cần
có một phạm vi không gian nhất định biểu thị bằng độ lớn của vùng sinh sống và một chất
lượng môi trường nhất định. Trong mỗi vùng nhất định, độ lớn không gian sống của con

15


người biểu thị qua giá trị bình qn diện tích đất tính theo một đầu người trong vùng, hay
biểu thị gián tiếp qua mật độ dân cư (số dân sống trên 1 km2).
Trái đất, khơng gian sống của tồn thể nhân loại có độ lớn xác định và gần như khơng
thay đổi qua hàng triệu năm, nhưng dân số lồi người trên trái đất lại tăng lên không
ngừng, từ 1/8 triệu cách đây 1 triệu năm, đã tăng đến 200 triệu vào năm đầu tiên của công
nguyên, đến hết năm 1999 đã đạt 6 tỷ, và dự kiến đến năm 2010 sẽ đạt tới 7 tỷ người. Do
vậy, không gian sống của con người cứ thu hẹp dần. Với tổng diện tích trái đất là 15 tỷ ha
vào năm đầu cơng ngun bình qn mỗi người có thể sử dụng 75 ha, thì nay chỉ cịn 3 ha
và tới năm 2010 chỉ cịn 1,875 ha. Sự hạn chế của khơng gian sống cịn bị sự phân bố
khơng đều của dân cư làm cho thêm căng thẳng. Tại các vùng đô thị, khu cơng nghiệp tập
trung đơng dân cư thì khơng gian sống của con người bị thu hẹp rất nhiều, thậm chí chỉ
bằng một phần trăm hoặc một phần ngàn của trị số trung bình trên trái đất.
Con người địi hỏi khơng gian sống khơng chỉ cần có phạm vi rộng mà cịn cần có cả
chất lượng mơi trường sống tốt lành. Khơng gian sống có chất lượng cao trước hết phải
sạch sẽ, tinh khiết, ít chứa các chất độc hại tới sức khoẻ của con người. Không gian sống
cũng phải đẹp đẽ, thoả mãn các yêu cầu về tâm lý, thẩm mỹ của con người. Tuy nhiên,
cũng phải thấy rằng trong tiến trình phát triển, nhất là trong thế kỷ gần đây nhất, sự phát
triển của khoa học kỹ thuật một mặt tạo ra khả năng cải tạo và nâng cao chất lượng môi
trường sống, nhưng sự phát triển tới một mức độ nhất định thì chính nó lại có thể nảy sinh
các biểu hiện làm suy giảm chất lượng của mơi trường mà điển hình là gây nên tình trạng ơ
nhiễm mơi trường, xâm phạm và phá hoại cảnh quan vốn có của mơi trường tự nhiên.
2. Mơi trường là nơi cung cấp tài nguyên thiên nhiên cho con người
Con người để tồn tại và phát triển phải sử dụng các tài nguyên thiên nhiên, tài nguyên
sinh học, các nguồn năng lượng, tất cả đều lấy từ môi trường.
Tất cả các nền sản xuất của con người, từ săn bắt, hái lượm, qua nông nghiệp, đến
công nghiệp đều phải sử dụng các nguồn nguyên liệu như đất, nước, khơng khí, khống
sản và các dạng năng lượng củi, gỗ, than đa, dầu, khí, nắng, gió, nước…bắt nguồn từ năng

lượng mặt trời.
Theo sự phát triển của nhân loại, yêu cầu sử dụng các nguồn tài nguyên ngày càng
tăng và điều đó dẫn đến các nguồn tài nguyên, nhất là các tài ngun khơng tái tạo như các
khống sản càng ngày càng ít dần đi và một số tài ngun có nguy cơ cạn kiệt. Đó là một
nguy cơ và cũng là một thách thức đặt ra cho nhân loại cần phải khai thác và sử dụng các
tài nguyên như thế nào để đảm bảo sự bền vững cho chính chúng ta và cho các thế hệ con
cháu trong tương lai.
3. Môi trường là nơi chứa đựng các chất phế thải do con người tạo nên
Quan hệ giữa con người và môi trường được thể hiện thông qua 2 hệ thống ln tồn
tại song song, đó là hệ thống kinh tế xã hội và hệ thống môi trường. Hệ thống kinh tế xã
16


hội là hệ thống trong đó diễn ra các hoạt động sinh sống và phát triển kinh tế của con
người, qua đó con người sử dụng tài nguyên tự nhiên để tạo ra các sản phẩm vật chất đáp
ứng yêu cầu của con người.
Nói chung, hệ mơi trường tự nhiên cung cấp các tài nguyên cần thiết cho hệ kinh tế
xã hội, đồng thời nó cũng tiếp nhận các chất thải của các hoạt động phát triển trong hệ kinh
tế xã hội tạo ra. Tất cả những hoạt động phát triển nào tạo ra nhiều chất thải độc hại, các
chất mà phế thải không được xử lý, tái chế hoặc sử dụng trở lại thì được coi là những hoạt
động gây ô nhiễm môi trường.
Một hoạt động được coi như khơng gây ơ nhiễm mơi trường nếu như hai dịng tài
ngun và phế thải tạo thành một vịng khép kín, trong đó có sự tái chế và sử dụng lại các
chất phế thải. Mối quan hệ giữa hệ kinh tế và hệ mơi trường biểu thị như hình (1-3).
MƠI TRƯỜNG TỰ NHIÊN
MÔI TRƯỜNG NHÂN TẠO

Nguyên liệu năng lượng

HỆ KINH TẾ

Sản xuất hàng hố

Phân phối

Các
chất
phế
thải

Tiêu dùng

Hồn ngun - hồi phục - xử lý

Hình 1-3. Quan hệ giữa hệ kinh tế và hệ môi trường

Ngày nay, trong hoạt động kinh tế, con người nếu chỉ chú trọng chạy theo phát triển
sản xuất, gia tăng lợi nhuận, khai thác cạn kiệt các nguồn tài nguyên, trút bừa bãi các loại
phế thải vào trong môi trường sẽ khiến cho chất lượng môi trường sống càng ngày càng
giảm sút và sẽ ảnh hưởng ngược lại tới sự phát triển của con người. Con đường đúng đắn
nhất của nhân loại là hướng tới một sự phát triển bền vững bằng việc khai thác và sử dụng
17


hợp lý các nguồn tài nguyên thiên nhiên, bảo vệ chúng để có thể sử dụng lâu dài, tái chế và
sử dụng lại các chất thải, kiểm soát và hạn chế ô nhiễm môi trường…

1.1.5. Khoa học môi trường
1. Đối tượng và nhiệm vụ của khoa học môi trường
Khoa học môi trường là một ngành khoa học nghiên cứu về môi trường và mối quan
hệ giữa môi trường đối với các sinh vật sống cũng như giữa môi trường với con người.

Trong q trình sống, con người đã ln nghiên cứu để khai thác các tài nguyên của
môi trường phục vụ cho sự phát triển của con người. Thí dụ như con người tìm mọi cách
để khai thác tối đa các nguồn tài nguyên thiên nhiên, con người đã nghiên cứu và xây dựng
những ngôi nhà ở tốt nhất để ở và nghỉ ngơi, đã nghiên cứu để nắm bắt các quy luật vận
động của thời tiết và khí hậu, chế ngự và lợi dụng nó để phục vụ cho con người…
Bên cạnh các vấn đề khai thác và sử dụng tài nguyên môi trường, vấn đề quản lý môi
trường phải được đặt ra vì nếu chỉ biết khai thác, tận dụng một chiều các tài ngun có
trong mơi trường mà không biết quản lý, bảo dưỡng, sửa chữa những hư hỏng, sự cố, thì
tất sẽ dẫn đến thời điểm môi trường bị hủy diệt, tài nguyên thiên nhiên sẽ bị cạn kiệt và lúc
đó con người sẽ lâm vào hồn cảnh khó khăn khi phải đối mặt với các nguy cơ khủng
hoảng môi trường.
Khoa học môi trường đã xuất hiện từ lâu trong quá trình phát triển khoa học của nhân
loại, nhưng chỉ từ nửa cuối của thế kỷ 20 đến nay, do vấn đề môi trường sống trên trái đất
có nhiều biến động và yêu cầu nghiên cứu bức xúc nên khoa học mơi trường mới có điều
kiện phát triển một cách mạnh mẽ và toàn diện.
Khoa học mơi trường có nhiệm vụ giải quyết các vấn đề mơi trường nảy sinh trong
q trình phát triển kinh tế xã hội của con người, trong đó chủ yếu là nghiên cứu để tìm ra
các giải pháp để giải quyết và điều hoà tốt nhất các mâu thuẫn nảy sinh giữa môi trường và
sự phát triển kinh tế xã hội, nhất là trong thời đại cơng nghiệp hóa và hiện đại hóa ngày
nay, để đưa xã hội và mơi trường sống của con người tiến tới trạng thái phát triển bền
vững.
2. Mối quan hệ của khoa học môi trường với các ngành khoa học khác
a) Khoa học môi trường là một khoa học liên ngành
Phạm vi nghiên cứu của khoa học môi trường rất rộng, bao gồm tất cả những yếu tố
của các thành phần mơi trường như khí quyển, thủy quyển, thạch quyển và sinh quyển tác
động tới hoạt động sống và phát triển của con người và các mối tương tác qua lại giữa
chúng… nên khoa học môi trường là một ngành khoa học liên ngành. Khi giải quyết các
vấn đề mơi trường, nói chung cần phải có sự kết hợp các kiến thức cũng như các chuyên
gia của nhiều ngành khoa học khác nhau như là:
•

Các ngành khoa học tự nhiên như:
-

18

Sinh học: là khoa học nghiên cứu về sự sống và các sinh vật.
Sinh thái học: là khoa học nghiên cứu về mối tương quan giữa sinh vật và môi


trường.
• Các ngành khoa học về trái đất: Địa lý học, địa chất học, địa chất thủy văn, hải
dương học, thủy văn học... là các khoa học nghiên cứu về những thành phần của
mơi trường tự nhiên.
• Các ngành khoa học xã hội, kinh tế, khoa học nhân văn, chính trị, luật pháp...

Nghiên cứu giải quyết các mối quan hệ trong phát triển kinh tế xã hội, xây dựng
các luật pháp và các chính sách quản lý và bảo vệ mơi trường.
• Các ngành khoa học cơng nghệ, kỹ thuật: Các ngành khoa học kỹ thuật công nghệ

cũng rất cần thiết để giải quyết các vấn đề mơi trường, thí dụ như trong việc quy
hoạch thiết kế hệ thống xử lý nước thải, nhà máy xử lý nước thải…
b) Các phân môn của khoa học môi trường
Qua việc ứng dụng của các ngành khoa học khác vào trong lĩnh vực mơi trường mà
trong khoa học mơi trường đã có nhiều phân mơn khác nhau, trong đó các phân mơn chủ
yếu là sinh học mơi trường, địa học mơi trường, hố học môi trường, kinh tế - xã hội môi
trường, y học môi trường…

1.2. Đại cương về sinh thái học
1.2.1. Khái niệm về sinh thái học

Sinh thái học là khoa học tổng hợp về quan hệ tương hỗ giữa sinh vật và môi trường
và giữa các sinh vật với nhau. Đối tượng nghiên cứu của sinh thái học là các hệ sinh thái.
Con người cũng như các sinh vật không thể sống tách khỏi môi trường. Tuy nhiên,
con người khác với các sinh vật khác là bằng kỹ thuật, con người ngày nay có khả năng
thay đổi các điều kiện mơi trường cho phù hợp với mục đích riêng của mình. Tuy nhiên,
các mối hiểm hoạ thiên tai bão, lũ, hạn hán, dịch bệnh, ô nhiễm môi trường đang thường
xuyên xảy ra, luôn luôn nhắc nhở con người rằng không nên cho rằng mình có một sức
mạnh vơ song mà cho phép mình có thể làm biến đổi q lớn các điều kiện mơi trường vì
như thế có khi phạm những sai lầm.
Trong quá khứ, đã có những sai lầm của con người tại những nơi nhất định dẫn đến
những cuộc khủng hoảng sinh thái tại nơi đó. Thí dụ như đã có những thung lũng phồn
vinh từ cổ xưa bị biến thành hoang mạc do bị xói mịn và mặn hố do hệ thống tưới tiêu bố
trí khơng hợp lý, hoặc do khai thác quá mức rừng nhiệt đới của con người… Khủng hoảng
sinh thái là một bài học của quá khứ không thể lãng quên và con người ngày nay phải biết
phịng tránh nó một cách khơn ngoan nhất mà vẫn duy trì và đạt được sự phát triển mong
muốn của mình.
Sinh thái học là khoa học cơ sở cho công tác bảo vệ tài nguyên thiên nhiên và mơi
trường. Nó là một ngành khoa học trẻ, mặc dù ngay từ thời đại của Aristote và các triết gia
cổ Hi Lạp đã có những dẫn liệu bao hàm ý nghĩa sinh thái, nhưng lúc đó sinh thái học chưa
phải là ngành khoa học độc lập vì chưa có đối tượng riêng, nhiệm vụ riêng.
Thuật ngữ sinh thái học do nhà bác học người Đức Ernst Heckel nêu lên năm 1866 và
dùng nó để biểu thị khoa học về mối quan hệ tương hỗ giữa sinh vật và môi trường. Vào
19


những năm thứ 40 của thế kỷ 20, các nhà sinh thái học bắt đầu nhận thức rằng quần xã sinh
vật và môi trường không thể chỉ quan hệ tương hỗ với nhau mà chúng còn tạo thành một
đơn vị thống nhất là hệ sinh thái. Hệ sinh thái là đơn vị cơ sở của tự nhiên, được mô tả như
một thực thể xác định chính xác trong khơng gian và thời gian. Nó bao gồm khơng chỉ các
sinh vật sống trong đó mà cả các điều kiện tự nhiên (khí hậu, đất, nước...) cũng như tất cả

các mối tương tác giữa các sinh vật với nhau và giữa các sinh vật với điều kiện mơi trường.
Nói cách khác hệ sinh thái là một đơn vị bao gồm các sinh vật sống và ngoại cảnh không
sống (hay sinh cảnh) của chúng. Các hệ sinh thái trên trái đất tập hợp lại tạo thành sinh
quyển. Cho tới những năm 70 của thế kỷ 20, yêu cầu bảo vệ môi trường trái đất trở nên cấp
bách và sinh thái học phát triển mạnh mẽ và trở thành một môn khoa học độc lập, giải
quyết các vấn đề cụ thể mà sự tồn tại và phát triển của con người đặt ra.
Sinh thái học là một môn khoa học tổng hợp. Các kiến thức của sinh thái học tổng hợp
bao gồm kiến thức của nhiều môn như di truyền học, sinh lý học, khí hậu học, thổ nhưỡng
học... Sinh thái học có mối quan hệ chặt chẽ với các khoa học nghiên cứu về mơi trường.
Sinh thái học có thể phân chia thành sinh thái học cá thể và sinh thái học quần thể.
Sinh thái học cá thể nghiên cứu từng cá thể sinh vật, hoặc từng lồi (như chu kỳ sống, tập
tính, khả năng thích nghi với mơi trường của chúng). Sinh thái học quần thể nghiên cứu
các nhóm cá thể tạo thành thể thống nhất xác định (quần thể, quần xã) và hệ sinh thái…
Ngồi ra cũng có thể dựa vào đặc điểm môi trường sống để phân chia thành: Sinh thái
học nước ngọt, sinh thái học nước mặn, sinh thái học trên cạn.

1.2.2. Ý nghĩa, nhiệm vụ của sinh thái học
Sinh thái học ngày nay có quan hệ khơng chỉ với động vật học, di truyền học, tiến hoá
học, trồng trọt, chăn ni… mà cịn với cả các ngành tốn học, vật lý học, địa lý và xã hội
học.
Về ý nghĩa, sinh thái học nghiên cứu một cách tổng hợp và toàn diện mối quan hệ của
các sinh vật với mơi trường, trong đó xem các đơn vị sinh thái như là một tổ hợp các yếu tố
có quan hệ theo một chức năng thống nhất. Sinh thái học giúp ta xem xét ngăn ngừa các
ảnh hưởng xấu của các hoạt động con người tới môi trường, giúp chúng ta biết cách sử
dụng hợp lý và hiệu quả các nguồn tài nguyên tự nhiên, ngăn chặn các hành động của
chính chúng ta làm biến đổi môi trường dẫn đến các khủng hoảng sinh thái, bảo vệ môi
trường sống lâu bền của cả nhân loại.
Nhiệm vụ của sinh thái học được đặt ra tuỳ theo từng lĩnh vực hoạt động, như sản xuất
nơng nghiệp, lâm nghiệp, chăn ni hay thủy sản...Thí dụ như trong lĩnh vực nông lâm
nghiệp và chăn nuôi, nhiệm vụ đặt ra cho các nhà sinh thái học là: (i) đấu tranh triệt để để

phòng trừ dịch bệnh và cỏ dại, (ii) tạo các giống mới có năng suất sinh học và kinh tế cao
thích hợp với mơi trường. Trong phát triển nghề cá, săn bắn đòi hỏi phải tăng cường
nghiên cứu chu trình sống, tập tính, di truyền, sinh sản của các loài, quan hệ dinh dưỡng
của chúng, bảo vệ và khơi phục các lồi q hiếm. Trong bảo vệ sức khoẻ, vấn đề sinh thái
tập trung vào nghiên cứu các ổ dịch tự nhiên đối với con người, gia súc và tìm phương
20


pháp vệ sinh phòng bệnh.
Sinh thái học là cơ sở cho việc nghiên cứu các biện pháp ngăn ngừa ô nhiễm môi
trường. Cần phải nghiên cứu các nguyên tắc và phương pháp sinh thái học đảm bảo thiết
lập mối quan hệ giữa con người và thiên nhiên, làm sao cho thiên nhiên ngày càng phong
phú và phát triển, đảm bảo chế độ vệ sinh cần thiết cho môi trường.

1.3. Hệ sinh thái
1.3.1. Khái niệm chung
1. Định nghĩa
Hệ sinh thái là tổ hợp của một quần xã sinh vật với môi trường vật lý mà quần xã đó
tồn tại, trong đó các sinh vật tương tác với nhau và với môi trường để tạo nên chu trình vật
chất và sự chuyển hố của năng lượng. Nói một cách đơn giản hơn thì hệ sinh thái là một
hệ thống tương tác giữa cộng đồng sinh học (quần xã sinh vật) và môi trường sống của
chúng (các thành phần vô sinh).
Như vậy, hệ sinh thái là một khái niệm chỉ sự thống nhất của một phức hợp các loài
động vật, thực vật và vi sinh vật với các nhân tố môi trường vật lý tự nhiên của một vùng
xác định mà có sự tương tác giữa các sinh vật với nhau và giữa sinh vật với mơi trường
thơng qua các chu trình biến đổi vật chất và dòng năng lượng trong hệ sinh thái.
Hệ sinh thái luôn là một hệ động lực hở và tự điều chỉnh, bởi vì trong quá trình tồn tại
và phát triển, hệ phải tiếp nhận cả nguồn vật chất và năng lượng từ môi trường. Điều này
làm cho hệ sinh thái hoàn toàn khác biệt với các hệ thống vật chất khác có trong tự nhiên.
Trên bề mặt đất các hệ sinh thái tập hợp thành sinh quyển. Trong sinh quyển tồn tại 3

loại hệ sinh thái chủ yếu:
Các hệ sinh thái tự nhiên: Như hệ sinh thái sông, hồ, đầm lầy, rừng, đồng cỏ…
Hệ sinh thái nông nghiệp: Như cây lâu năm, cây ngắn ngày và hoa màu…
Hệ sinh thái đô thị: Các thành phố lớn, các khu công nghiệp.
2. Các yếu tố sinh thái
Các yếu tố môi trường khi tác động lên đời sống một sinh vật cụ thể ta gọi là yếu tố
sinh thái. Các yếu tố sinh thái tác động tới sinh vật thông qua một số đặc trưng như bản
chất của nhân tố tác động, cường độ tác động, tần số tác động và thời gian tác động của
yếu tố đó tới sinh vật. Các yếu tố sinh thái có thể chia thành hai loại : các yếu tố sinh thái
vô sinh và các yếu tố sinh thái hữu sinh.
Yếu tố sinh thái vô sinh là các yếu tố của môi trường vô sinh tác động lên các sinh vật
như nhiệt độ, ánh sáng, nước và độ ẩm, các chất khí, các chất khoáng…
Yếu tố sinh thái hữu sinh là các yếu tố tác động tới một sinh vật của các sinh vật khác
hay nói cách khác của mơi trường hữu sinh bao quanh sinh vật đó.
21


3. Cấu trúc của hệ sinh thái
Một hệ sinh thái hồn chỉnh được cấu trúc bởi các thành phần:
•

Các chất vơ cơ như (CO2, O2, H2O, CaCO3...)

•

Các chất hữu cơ (protein, lipit, gluxit, vitamin, enzym, hoocmon…)

•

Các yếu tố khí hậu (nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm, lượng mưa…)

•

Sinh vật sản xuất

•

Sinh vật tiêu thụ

•

Sinh vật phân huỷ

Thực chất 3 thành phần đầu chính là mơi trường vật lý hay mơi trường vơ sinh mà
trong đó quần xã sinh vật tồn tại và phát triển, còn ba thành phần dưới là quần xã sinh vật
hay mơi trường hữu sinh. Chính vì vậy nói gọn lại hệ sinh thái có 4 thành phần chính là:
(1) các chất vơ sinh; (2) sinh vật sản xuất; (3) sinh vật tiêu thụ; (4) sinh vật phân hủy.
‰

Các chất vô sinh

Các chất vô sinh trong hệ sinh thái bao gồm các chất ban đầu của tự nhiên, thông qua
các hoạt động sống của các sinh vật có thể chuyển hố theo chu trình kín, qua các thành
phần của hệ sinh thái. Các chất có trong tự nhiên như là nước, các chất khí như ơ xy, nitơ,
cácbonic, các chất khoáng như NO3-, SO42-, K+... là các chất vơ sinh. Chúng tồn tại bên
ngồi các cơ thể sống, nhưng khi được sinh vật hấp thụ chúng sẽ đi vào các cơ thể sống và
trở thành một bộ phận của thế giới sinh vật.
Nhiều nguyên tố hoá học có thể tồn tại dưới dạng liên kết trong các hợp chất mà các
sinh vật sống không thể sử dụng được như là silic trong đá thạch anh. Các nguyên tố hố
học tồn tại trong tự nhiên có thể tồn tại trong dạng này thì sinh vật có thể hấp thụ được,

nhưng trong dạng khác thì sinh vật lại khơng hấp thụ được. Thí dụ như ơ xy ở dạng tự do
thì sinh vật dễ dàng sử dụng được, nhưng nếu ở dạng SiO2 như trong đá granit thì sinh vật
không thể sử dụng được. Kali tồn tại dưới dạng KCl có trong đất thì thực vật có thể dễ
dàng hấp thụ nhưng nếu ở dạng KAlSi3O8 trong đá fenspat thì cây sẽ khó sử dụng được...
Vì vậy, dạng và thành phần của các hợp chất của các nguyên tố hoạt động sinh học là
những yếu tố quyết định tới năng suất của một hệ sinh thái.
‰

Sinh vật sản xuất

Sinh vật sản xuất là những sinh vật tự dưỡng, bao gồm các loại thực vật và một số
nấm, vi khuẩn có khả năng quang hợp hoặc hố tổng hợp. Các sinh vật sản xuất có khả
năng tổng hợp các hợp chất hữu cơ từ các chất vô cơ đơn giản trong tự nhiên nên chúng có
vai trị sản xuất ra vật chất cho hệ sinh thái và là một thành phần khơng thể thiếu trong bất
kỳ hệ sinh thái nào.
Thí dụ như thực vật qua q trình quang hợp có thể tổng hợp các chất hữu cơ thực vật
từ các chất vơ sinh (nước, dinh dưỡng) có trong đất, CO2 trong khơng khí, ánh sáng.
CO2 + H2O + Năng lượng ánh sáng mặt trời → Cacbonhydrate + H2O + O2
22


Tất cả các loại cây xanh, kể cả tảo với kích thước nhỏ bé đều là các sinh vật sản xuất
vì chúng đều có khả năng quang hợp nhờ năng lượng bức xạ của mặt trời. Một số vi khuẩn
có khả năng quang hợp hoặc hoá tổng hợp như các vi khuẩn cố định đạm trong các nốt sần
của cây họ đậu... cũng là các sinh vật sản xuất.
Nhờ hoạt động quang hợp và hoá tổng hợp của các sinh vật sản xuất mà nguồn thức
ăn ban đầu được tạo thành để ni sống, trước tiên chính những sinh vật sản xuất đó. Sau
đó, ni sống cả thế giới sinh vật cịn lại, trong đó có con người. Vì thế, mọi sự sống của
các sinh vật khác trong hệ sinh thái đều phụ thuộc vào các sinh vật sản xuất. Bảo vệ các
loài thực vật, các loại cây lương thực, thực phẩm chính là bảo vệ nguồn sản sinh vật chất

cho hệ sinh thái duy trì và phát triển, cũng chính là bảo vệ cuộc sống cho con người.
‰

Sinh vật tiêu thụ

Các sinh vật tiêu thụ là những sinh vật dị dưỡng như tất cả các loài động vật và những
vi sinh vật khơng có khả năng quang hợp và hố tổng hợp. Nói một cách khác, chúng tồn
tại được là dựa vào nguồn thức ăn ban đầu do các sinh vật tự dưỡng tạo nên.
Các sinh vật tiêu thụ bao gồm tất cả các lồi động vật, chúng có thể chia thành: (i)
sinh vật tiêu thụ đầu tiên (động vật ăn thực vật như trâu, bò, hươu, nai…); (ii) sinh vật tiêu
thụ thứ hai (là các loài động vật ăn thịt như hổ, báo...); (iii) sinh vật tiêu thụ hỗn tạp
(vừa ăn thực vật, vừa ăn động vật như gấu, con người...).
‰

Sinh vật phân hủy

Các sinh vật phân huỷ bao gồm các vi khuẩn và nấm. Chúng có khả năng phân huỷ
các chất phế thải và xác chết của các sinh vật sản xuất và sinh vật tiêu thụ trở thành các
chất vô sinh đơn giản trả về cho môi trường. Sự dinh dưỡng của các sinh vật phân huỷ gắn
liền với sự phân rã của các chất hữu cơ, vì thế chúng là những sinh vật tiêu hố của hệ sinh
thái và được ví như “cái dạ dày” của hệ sinh thái…
Trong quá trình phân huỷ, các sinh vật phân huỷ tiếp nhận các nguồn năng lượng hoá
học để tồn 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 những nguyên tố hố học ban đầu
tham gia vào chu trình ( như CO2, O2, N2...).
Sinh vật phân huỷ giữ vai trò mắt xích chủ yếu cuối cùng của chu trình sống. Chúng
rất cần cho việc đổi mới sự sống, nhờ có chúng mà chu trình biến đổi vật chất trong hệ sinh
thái được khép kín. Nếu chúng ngừng hoạt động, các hợp chất hữu cơ sẽ bị giữ chặt trong
các phân tử phức tạp khơng hồ tan, nên thực vật khơng thể sử dụng để làm chất dinh
dưỡng được. Mối quan hệ của bốn thành phần trong hệ sinh thái biểu thị như hình (1-4 ).

23


Sinh vật
sản xuất

Các chất
vơ sinh

Sinh vật
tiêu thụ

Sinh vật
phân hủy
Hình 1-4. Các thành phần của hệ sinh thái và mối quan hệ giữa chúng

1.3.2. Sự trao đổi vật chất trong 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 của mơi trường bên ngoài tương ứng. Hệ thống phát sinh,
biến động, phát triển và tái sản xuất của hệ sinh thái nhờ dòng năng lượng và dòng biến đổi
vật chất trong hệ sinh thái. Sự trao đổi vật chất trong hệ sinh thái bao gồm ba khâu là:
- Tổng hợp chất hữu cơ
- Sử dụng chất hữu cơ
- Phân giải chất hữu cơ
1. Tổng hợp chất hữu cơ
Tổng hợp chất hữu cơ là đặc trưng cho phương thức sống của sinh vật tự dưỡng. Năng
lượng dùng cho tổng hợp lấy từ năng lượng ánh sáng mặt trời thì gọi là quang tổng hợp.
Nếu năng lượng nhận từ các phản ứng ơ xy hố các chất vơ cơ do vi khuẩn thực hiện thì ta
gọi là hoá tổng hợp.

Quang tổng hợp gặp ở các cây xanh, ở một số vi khuẩn màu đỏ lục. Quá trình này biểu
thị bằng phản ứng tổng quát sau:
Ở cây xanh:

CO2 + 2H2O → (CH2O)n + H2O + 2O
( ánh sáng )

Ở vi khuẩn: Thiospirillum (đỏ), Chlorobium (lục)
CO2 + 2H2S

→
(CH2O)n + H2O + 2S
( ánh sáng )

2H2O + 3O2 +2S →

2H2SO4

Như vậy cơ chế quang hợp của cây xanh và của vi khuẩn không giống nhau : cây xanh
giải phóng ơ xy, cịn vi khuẩn giải phóng H2SO4.
24


Hố tổng hợp gặp ở các vi khuẩn khác, thí dụ như :
2NH3 + 3O2 = 2HNO2 + 2H2O + 15 kcal
(vi khuẩn Nitrosomonas và Nitro sococcus)
2. Sử dụng chất hữu cơ
Sử dụng chất hữu cơ là q trình hơ hấp của các sinh vật. Q trình này có thể xảy ra
trong điều kiện có ơ xy (háo khí) tạo thành CO2 và H2O hoặc khơng có ơ xy (yếm khí) tạo
thành các khí độc có mùi hơi.

Hơ hấp háo khí: Thí dụ như:
Với hydrat cacbon: C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6H2O + 674 kcal
Với rượu:

C2H5OH + O2 = C2H4O2 + H2O + 116,2 kcal

Hơ hấp yếm khí: Xảy ra ở vùng đáy các thủy vực nơi vắng mặt ô xy. Vi khuẩn phân
huỷ chất hữu cơ thành khí mê tan như là:
(C6H10O5)n + nH2O = 3nCH4 + 3nCO2
Lên men là sự phân giải các gluxit trong điều kiện yếm khí. Thí dụ như:
C6H12O6 → 2C 3H6O3
3. Phân huỷ chất hữu cơ
Trong hệ sinh thái, quá trình phân huỷ chất hữu cơ do vi khuẩn và nấm thực hiện,
chúng chuyển chất hữu cơ phức tạp trong các cơ thể chết của sinh vật thành các chất
khống (chất vơ cơ đơn giản) trả lại cho môi trường tự nhiên.
CO(NH2)2 + H2O = CO2 + 2NH3
Các sinh vật dinh dưỡng thực bào đặc biệt là những động vật nhỏ (như nguyên sinh
động vật, mối đất, tuyến trùng, ốc...) trong thực tế cũng có vai trị phân huỷ chất hữu cơ rất
đáng kể trong hệ sinh thái.

1.3.3. Cấu trúc dinh dưỡng của hệ sinh thái
Cách sắp đặt các nhóm sinh vật trong quần xã theo chức năng dinh dưỡng tạo nên cấu
trúc dinh dưỡng của quần xã. Cấu trúc này phản ánh hoạt động chức năng của quần xã, nhờ
nó mà vật chất được chu chuyển và năng lượng được biến đổi.
Mối quan hệ về dinh dưỡng giữa các thành phần trong hệ sinh thái được biểu thị qua
khái niệm về chuỗi thức ăn và lưới thức ăn.
1. Chuỗi thức ăn và lưới thức ăn
Chuỗi thức ăn:
Sự vận chuyển năng lượng dinh dưỡng từ nguồn thực vật đến các sinh vật khác, trong
đó một số sinh vật này được dùng làm thức ăn cho các sinh vật khác gọi là chuỗi thức ăn.

25


Chuỗi thức ăn có thể xem như là các ống dẫn dòng năng lượng và các chất dinh dưỡng đi
qua hệ sinh thái. Nó cho thấy trật tự mà các sinh vật trong hệ sinh thái bị tiêu thụ, chuyển
hoá từ sinh vật này sang sinh vật khác. Qua chuỗi thức ăn, chúng ta hiểu rõ các mối quan
hệ sinh học diễn ra bên trong một hệ sinh thái.
Nói chung, nguồn năng lượng đầu tiên được sử dụng trong các hệ sinh thái là năng
lượng mặt trời. Các cây xanh sử dụng nguồn năng lượng mặt trời trong quá trình quang
hợp và tích trữ chúng dưới dạng hố năng để cho bản thân chúng và cho các sinh vật khác.
Các động vật ăn thực vật và chúng lại ăn lẫn nhau tạo nên chuỗi thức ăn.
Trong chuỗi thức ăn, vật chất được chuyển hoá từ bậc thấp lên bậc cao. Càng lên bậc
cao năng lượng được tích tụ trong mỗi bậc càng giảm, song chất lượng sản phẩm hay sự
giàu năng lượng tính trên đơn vị sản phẩm càng lớn. Thí dụ một chuỗi thức ăn đơn giản với
4 bậc dinh dưỡng như là:
Cây xanh → côn trùng → ếch nhái → người
Lưới thức ăn:
Trong hệ sinh thái các chuỗi thức ăn thường đan xen vào nhau tạo thành một mạng
lưới, gọi là lưới thức ăn. Thí dụ như một lồi chim có thể ăn nhiều loại sâu bọ và cơn trùng
và chúng cũng có thể làm mồi cho nhiều loại chim thú khác, nên chúng có thể tham gia vào
nhiều chuỗi thức ăn khác nhau của lưới thức ăn.
Trong một hệ sinh thái ổn định có đa dạng sinh học cao thì các chuỗi thức ăn gồm
nhiều bậc dinh dưỡng và tạo thành một mạng lưới rất phức tạp. Một lồi nào đó bị giảm số
lượng cũng khơng thể ảnh hưởng tức thời đến nguồn thức ăn của một lồi khác vì trong
một mạng lưới thức ăn phức tạp, mỗi lồi có thể có vơ số lồi khác làm nguồn thức ăn.
Chính mạng lưới thức ăn phức tạp đó đã khiến cho hệ sinh thái tăng thêm tính ổn định và
khó bị kéo ra khỏi trạng thái cân bằng mỗi khi có các tác động từ bên ngồi.
Năng
lượng
mặt trời

SV tiêu thụ II
SV tiêu thụ I
Sinh vật sản xuất
Sinh vật phân hủy

Hình 1-5. Chuỗi thức ăn trong hệ sinh thái
26


2. Dịng năng lượng
Sinh thái học ln quan tâm tới các nguồn năng lượng trong các hệ sinh thái và sự
chuyển hoá của năng lượng này trong các sinh vật sống. Năng lượng qua một cơ thể sinh
vật có thể chuyển từ dạng này sang dạng khác. Thí dụ như từ quang năng sang hoá năng,
nhiệt năng, cơ năng…
Đối với năng lượng, ta chỉ có thể dùng khái niệm "dịng năng lượng" mà khơng dùng
khái niệm "chu trình năng lượng" như trong trường hợp sự biến đổi và chuyển hoá các
nguyên tố và các chất dinh dưỡng.
Trong hệ thống sống, năng lượng được chuyển dời theo các hướng khác nhau nhưng
khơng thể chuyển về trạng thái ban đầu của nó được, vì vậy chuyển hố năng lượng trong
hệ sinh thái theo dịng năng lượng chứa khơng theo chu trình.
Sự chuyển hoá năng lượng tuân theo 2 nguyên lý của nhiệt động học về năng lượng.
Các nguyên lý này là cơ sở cho chúng ta hiểu được về mặt năng lượng học trong hệ sinh
thái.
Nguyên lý 1: Năng lượng trên trái đất không tự nhiên sinh ra hay mất đi, mà nó được
chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác. Thí dụ như từ ánh sáng chuyển sang nhiệt năng,
từ nhiệt năng chuyển sang cơ năng...
Ngun lý 2: Khơng có một quá trình năng lượng nào lại tự diễn ra chỉ trừ khi đó là
một sự suy giảm năng lượng hay sự khuếch tán năng lượng từ dạng tập trung sang dạng
phân tán. Do một số năng lượng luôn luôn bị hao phí ở mỗi giai đoạn chuyển hóa nên

khơng có một q trình chuyển hóa năng lượng nào lại đạt hiệu suất 100% cả. Vì thế, đánh
giá các phương thức chuyển hoá và hiệu suất chuyển hoá năng lượng là một điều quan
trọng của sinh thái học.
Hệ sinh thái là một hệ thống lớn và hở, có khả năng tự điều chỉnh. Hệ tồn tại được là
nhờ nguồn năng lượng vô tận của mặt trời. Mặt trời cung cấp một nguồn năng lượng khổng
lồ cho bề mặt trái đất. Theo ước tính thì tổng năng lượng mặt trời đi tới trái đất mỗi ngày
tương đương với năng lượng chứa trong 684 tỉ tấn than đá. Các số liệu sau đây cho thấy sự
phân tán năng lượng bức xạ mặt trời (%) hàng năm vào khí quyển:
-

Cho phản xạ
Chuyển đổi trực tiếp thành nhiệt
Cho bốc hơi, mưa (chu trình thủy văn)
Cho gió, sóng, dịng hải lưu
Cho q trình quang hợp
Tổng

30 %
46 %
23 %
0.2 %
0.8 %
100 %

Năng lượng này khi đến được trái đất thì chỉ có 50% rơi vào hệ sinh thái, số còn lại
chuyển thành nhiệt năng. Hệ sinh thái cũng chỉ tiếp nhận được 0,1% của tổng năng lượng
bức xạ này để chuyển hoá sang dạng hoá năng, được lưu trữ dưới dạng chất hữu cơ hình
thành nhờ quang hợp của thực vật.
Bức xạ mặt trời
27

6 CO2 + 6 H2O

→

C6H12O6 + 6 O2

Trên 1m2, ước tính rằng năng lượng mặt trời đến khoảng 5 triệu kcal/năm. Nhưng
dòng năng lượng này bị giảm theo số mũ khi nó xuyên qua các đám mây, hơi nước, các khí
gas của bầu khí quyển. Vì vậy, khi tới tầng tự dưỡng của hệ sinh thái, năng lượng chỉ còn
lại khoảng 1 tới 2 triệu kcal/ m2. Điều này được minh họa bằng sơ đồ như hình (1-6).
Thơng qua q trình quang hợp, khoảng 15-20% các chất hữu cơ mà thực vật tổng
hợp được chúng sử dụng cho sự tồn tại của mình, phần cịn lại để ni các sinh vật tiêu
thụ. Đến lượt sinh vật tiêu thụ ở mắt xích đầu tiên (tức là các động vật ăn thực vật) cũng
chỉ đồng hóa sử dụng được khoảng 10% năng lượng trên, còn đại bộ phận (như thân cây,
các lá già...) khơng sử dụng được hoặc có hấp thụ cũng khơng đồng hóa được lại thải ra
ngồi dưới dạng nước tiểu, phân. Năng lượng hấp thụ phần lớn chuyển thành nhiệt trong
q trình hơ hấp. Cứ thế động vật ăn thịt bậc 2 cũng chỉ hấp thụ được khoảng 10% năng
lượng mà động vật tiêu thụ bậc 1 cung cấp. Cứ tiếp tục từ sinh vật tiêu thụ này sang sinh
vật tiêu thụ ở mắt xích tiếp theo, năng lượng tồn tại dưới dạng chất hữu cơ ở cơ thể động
5 x 106 Kcal

1 x 106 Kcal

KHÍ
QUYỂN

0,5 x106 Kcal

THỰC
VẬT

2 x103 Kcal

2 x102 Kcal

40 Kcal

ĐỘNG
VẬT 1

ĐỘNG
VẬT 2

NGƯỜI

Mặt Trời

Hình 1-6. Sự suy giảm của dòng năng lượng trong hệ sinh thái

vật

cứ
giảm
dần.
Khi động vật và thực vật chết, phần năng lượng đang tồn tại dưới dạng chất hữu cơ ở
cơ thể chúng được sinh vật phân hủy tức là vi sinh vật và nấm sử dụng.

Khả năng chuyển hoá năng lượng mặt trời thành năng lượng chứa trong các chất hữu

cơ của cơ thể sinh vật gọi là năng suất sinh học của hệ sinh thái.
Năng suất sinh học sơ cấp là khối lượng chất hữu cơ được các sinh vật sản xuất của hệ
sinh thái sản xuất được tính bằng kg vật chất khơ trên một đơn vị diện tích (hay thể tích) và
trong một đơn vị thời gian (như là Tấn chất khô/ ha/ năm).
Hệ sinh thái rừng là hệ sinh thái trên cạn có năng suất sinh học cao nhất. Nếu so sánh
giữa hai hệ sinh thái rừng nhiệt đới và rừng ơn đới thì năng suất sinh học sơ cấp thô ở rừng
nhiệt đới rất cao, nhưng năng lượng mất đi do hô hấp lại rất lớn nên năng suất sơ cấp
nguyên của chúng gần như bằng nhau. Năng suất sinh học của các hệ sinh thái nước ngọt
dao động rất lớn tuỳ theo nguồn nước là nghèo hay giàu các chất dinh dưỡng và nơi phân
bố. Thí dụ trong các hồ bị hiện tượng phì dưỡng do có dư thừa các chất dinh dưỡng thì sẽ
có năng suất sinh học rất cao do các loài tảo rong trong hồ phát triển rất mạnh tạo thành bè
mảng che kín cả mặt nước hồ, ảnh hưởng đến chất lượng nước hồ.
28


Năng suất sơ cấp của hệ sinh thái nông nghiệp phụ thuộc vào loại cây trồng, điều kiện
khí hậu và kỹ thuật canh tác. Khu ruộng trồng mía có năng suất sinh học sơ cấp đặc biệt
cao.
Hình (1-7) biểu thị một mơ hình các dịng năng lượng trong hệ sinh thái tổng qt để
tham khảo.
Nhập các chất hữu cơ

Sinh vật
phân hủy

Hô
hấp

Quang
hợp

Po

Động vật
ăn cỏ

Động vật
ăn thịt

Động vật
ăn thịt
đầu bảng

Tích
trữ

PN

Xuất hoặc tích trữ

Hô hấp chung
của quần xã

Hình 1-7. Mơ hình các dịng năng lượng của một hệ sinh thái tổng quát

(theo Odum. 1959)

29