Bài giảng Sinh thái môi trường - Các vòng tuần các vòng tuần hoàn sinh học

9/25/2009 1 CÁC VÒNG TUẦN HOÀN SINH HỌC I.Khái niệm vòng tuần hoàn vật chất: ƒ Vật chất chuyển đổi, luân lưu trong hệ sinh thái tạo thành vòng tuần hoàn. ƒ Vật chất đi từ ngoại cảnh vào cơ thể sinh vật - từ cơ thể sinh vật trả lại môi trường ngoại cảnh - vật chất phân hủy rồi lại được cơ thể hấp thụ. ƒ Trong sự vận động này vật chất được bảo toàn, tuân theo định luật bảo toàn năng lượng. ƒ Vòng tuần hoàn gọi là chu trình sinh địa hóa (biogeochemical cycles) gồm chu trình của nhiều nguyên tố, các chu trình chính: nước, C, P, N, S. Nguồn dự trữ từ môi trường Hấp thu bởi thực vật Phân hủy bởi vi sinh Hấp thu bởi động vật vật Sơ đồ tuần hoàn vật chất trong môi trường Chu trình sinh địa hóa tổng quát, các dòng vật chất trao đổi chậm giữa các yếu tố vô sinh và nhanh hơn khi có sự tham gia của các sinh vật. Sinh quyển Chu trình Chu trình Chu trình Chu trình Chu trình Carbon Phospho Nitơ Nước Oxy Nhiệt trong môi trường Nhiệt Các chu trình sinh địa hóa khởi đầu từ nguồn năng lượng mặt trời Nhiệt Nhiệt II. Các chu trình sinh địa hóa chính: 1. Chu trình nước: ƒ Nước bốc hơi từ các đại dương tạo ra mưa. ƒ Nước chảy tràn, nước thấm tạo dòng chảy, nước ngầm, sau đó trả trở về đại dương. ƒ Chu trình nước có vai trò: 9 Tạo nguồn nước ngọt cho động, thực vật. 9 Thực hiện sự tái phân bố nhiệt, vận động dòng chuyển dịch không khí và nước. 9 Tạo điều kiện thực hiện các chu trình sinh địa hóa khác. 9/25/2009 2 Chu trình nước Các dòng hải lưu trên trái đất 2. Chu trình carbon: ƒ Khởi đầu từ phản ứng quang hợp, CO2 được cố định vào trong chất hữu cơ có C giàu năng lượng. ƒ Các chất hữu cơ trãi qua chuỗi, lưới thức ăn chuyển đến sinh vật phân hủy: vi sinh vật, trả C về lại cho môi trường. ò ờ ô ó ờƒ C c n đi theo con đư ng v cơ (c con ngư i): 9 CO2 thoát ra do đốt nguyên liệu hóa thạch: than đá, dầu mỏ; từ lòng đất: núi lửa. 9 CO2 hòa tan vào nước và chuyển từ nước, không khí tạo thành carbonat ở biển sâu. Chu trình carbon (a) Chu trình carbon toàn cầu. (b) Các phần của chu trình carbon được minh họa đơn giản vận chuyển trong tự nhiên qua các thành phần sinh vật và môi trường. (theo G. Lambert, 1987) 3. Chu trình nitơ: ƒ Khí quyển là nơi dự trữ khí nitơ. ƒ Nitơ tự do phần lớn không được sinh vật hấp thụ, chỉ một số ít vi khuẩn cố định đạm sử dụng. ƒ Nitơ luân chuyển trong chu kỳ phần lớn từ sự phân hủy xác bã động, thực vật biến đổi thành nitrat và á ấ ứ ác c hợp ch t ch a nitơ kh c. ƒ Các sản phẩm có chứa nitơ được thực vật hấp thu chuyển đổi thành các hợp chất hữu cơ mới. 9/25/2009 3 Nitrogen (N2) trong khí quyển Acid amin và protein trong thực vật và động vật Đồng hóa bởi thực vật Vi khuẩn phản Nitrat hóa Vụn bã Vi khuẩn cố định nitơ Cố định nitơ Nitrates (NO3–) Vi khuẩn Nitrat hóa SV. ăn vụn bã Phân hủy Ammonium (NH4+) Cố định nitơ Vi khuẩn cố định đạm trong đất trong nốt sần rễ cây họ đậu Chu trình nitơ tự nhiên Chu trình sinh địa hóa của Nitơ (có sự tham gia của con người) 4. Chu trình phospho: ƒ P trong môi trường có 2 nguồn: hữu cơ, vô cơ. ƒ P vô cơ một phần cố định trong đất, một phần hòa tan từ đá: HPO32-, H2PO3-, PO43- được thực vật, vsv hấp thụ tạo các chất sống (protein, DNA, RNA, ATP). ƒ Động vật ăn thực vật hấp thụ P Ö chết trả P về ấđ t. ƒ Một phần P rửa trôi đi vào đại dương trầm tích dưới đáy, không trở lại chu kỳ, do đó đây là một chu kỳ không tuần hoàn. Chu trình phospho tự nhiên Chu trình sinh địa hóa phosphor (có sự tham gia của con người) 5. Chu trình lưu huỳnh: ƒ S trong môi trường có nguồn gốc núi lửa, trầm tích biển ở dạng SO2, SO3, SO4-. ƒ S được vsv biến đổi trong chu trình sulphat hóa. ƒ Thực vật hấp thu S ở dạng (NH4)2SO4 dùng để tổng hợp các axit amin có S. ƒ Động vật ăn thực vật hấp thụ S Ö chết trả S về đất. 9/25/2009 4 Chu trình lưu huỳnh tự nhiên Chu trình sinh địa hóa lưu huỳnh (có sự tham gia của con người) III. Tác động của con người: 1. Thay đổi lượng CO2: ƒ Gia tăng đốt nguyên liệu hóa thạch. ƒ Phá rừng, thu hẹp diện tích rừng giảm bộ máy hấp thu khí CO2. ƒ Nồng độ CO2 khí quyển tăng từ 290ppm (thế kỷ 19) lên 325ppm (hiện nay), gây xáo trộn chu trình C. ƒ Một trong những khí chính tạo ra hiệu ứng nhà kính. 2. Thay đổi lượng nitơ: ƒ Sử dụng nhiều loại phân bón hóa học có chứa N. ƒ Liều lượng sử dụng nhiều hơn khả năng hấp thu của cây trồng sẽ ngấm vào đất, rửa trôi. ƒ Tạo ra hiện tượng phú dưỡng (Eutrofication), nở hoa trong các vực nước có hàm lượng N cao. Vùng trồng rau chuyên canh ở Đà lạt Hồ nước bị nhiễm phân hóa học ở Đà lạt 9/25/2009 5 Hồ nước phú dưỡng từ nhà máy chế biến tinh bột mì 3. Các tác động trên các yếu tố khác: ƒ Sử dụng quá liều các loại phân bón vô cơ P, S gây hiện tượng phú dưỡng, làm phát triển mạnh (nở hoa) một số loại sinh vật gây hại cho người và các sinh vật khác (hồ Xuân hương Đà lạt). ƒ Nước thải đô thị thường có hàm lượng N, P, S rất cao (hôi thối) gây ô nhiễm kênh, rạch, sông (kênh rạch TP. HCM). ƒ Các nhà máy sản xuất liên quan đến hóa chất vô cơ, hữu cơ xử lý chưa đúng mức, không xử lý làm phì dưỡng Ö ô nhiễm đất, nước ngầm. Phú d ỡ ặ ồi dẫ đế ôư ng n ng r n n nhiễm các nguồn nước 4. Sự nở hoa tảo và các ảnh hưởng của nó: ƒ Khi môi trường giàu dưỡng hóa (Eutrophic), nhất là P và N, tạo điều kiện kích thích một số loài tảo phát triển mạnh lấn át các loài khác Ö hiện tượng nở hoa (algal bloom). 9 Nước ngọt: Cyanophyta: Anabaena, Anacystis; Dinoflagellata: Peridinum, ceratium; Cát tảo: Asterionella. 9 Nước mặn: Cát tảo, Radiolarida, Foraminiferida 1 3 2 1 hiện tượng nở hoa tảo ở ao – 2, 3 nở hoa tảo ở biển (thủy triều đỏ) ƒ Hậu quả của hiện tượng nở hoa: 9 Gây thiếu oxy cho môi trường nước, cản trở sự hô hấp của động vật. 9 Sản sinh ra độc tố gây độc cho thủy sản và người tiêu thụ (chết). 9 Làm hỏng mùi vị của hải sản. 9 Gây thiếu hụt dinh dưỡng cho các nhuyễn thể. 9 Kích thích có hại cho các loài động vật. 9 Chất nhầy tiết ra từ tảo cản trở hoạt động sinh lý bình thường của động vật khác (gây chết). 9/25/2009 6 IV. Hoàn trả vật chất cho tự nhiên: 1. Điều kiện tự nhiên: ƒ Hệ sinh thái có khả năng tự điều chỉnh và hoàn tất các chu trình trong điều kiện tự nhiên. ƒ Các sản phẩm bài tiết của động vật, xác chết động, thực vật sẽ được vi sinh vật phân hủy và hoàn trả vật chất về môi trường tự nhiên. 2. Điều kiện có sự tham gia của con người: ƒ Con người can thiệp nhiều vào thiên nhiên. ƒ Tạo ra nhiều loại hệ sinh thái nhân tạo, các hệ sinh thái này làm thay đổi nhiều đến môi trường tự nhiên. ƒ Để giữ cho hệ sinh thái tự nhiên ít bị ảnh hưởng, con người thúc đẩy nhanh quá trình hoàn trả vật chất cho tự nhiên. ƒ Đây là các hoạt động xử lý môi trường, tái chế chất thải, giảm bớt các hoạt động công nghiệp gây ô nhiễm … Nhà máy xử lý nước thải Nhà máy xử lý nước thải Nhà máy xử lý nước thải nông nghiệp HẾT BÀI CÁC VÒNG TUẦN HOÀN SINH HỌC