Đang tải... (xem toàn văn)
Làm rõ sự cân bằng vật chất, năng lượng trong hệ sinh thái và vấn đề nông, lâm nghiệp
Cân bằng vật chất và năng lượng trong hệ sinh thái và vấn đề phát triển nông lâm nghiệp MỤC LỤC MỞ ĐẦU .3 Sinh thái học là môn khoa học nghiên cứu về sự phân bố và sinh sống của những sinh vật sống và các tác động qua lại của sinh vật với môi trường sống của chúng, việc nghiên cứu sinh thái học là cơ sở cho sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên, ngăn ngừa ô nhiễm môi trường, là cơ sở khoa học xây dựng mối quan hệ giữa khoa học với tự nhiên .3 Để duy trì sự tồn tại phát triển thì vạn vật luôn biến đổi để đạt trạng thái cân bằng. Hệ sinh thái là tổ hợp các quần xã sinh vật với môi trường vật lý mà quần xã đó sinh sống. Trong hệ sinh thái luôn có sự vận động trao đổi tương tác giữa các thành phần và giữa hệ sinh thái với môi trường bên ngoài. Hệ sinh thái có vai trò đặc biệt quan trọng đối với mọi hoạt động sinh hoạt và sản xuất của con người nhất là đối với việc phát triển nông – lâm nghiệp để có những định hướng phát triển và bảo vệ hợp lý 3 Chính vì vậy em trình bày vấn đề “ cân bằng vật chất và năng lượng trong hệ sinh thái và vấn đề phát triển nông – lâm nghiệp” nhằm tìm hiểu các mối quan hệ, các chu trình vật chất và năng lượng trong hệ sinh thái cũng như việc vận dụng các mối quan hệ ấy để có những biện pháp phát triển nông – lâm nghiệp bền vững. Bài làm còn nhiều thiếu sót, rất mong nhận được sự nhận xét, đóng góp của thầy để hoàn thiện thêm 3 Em xin chân thành cảm ơn! .3 NỘI DUNG .4 1. Khái niệm - Đặc điểm – chức năng hệ sinh thái .4 2. Cấu trúc hệ sinh thái 20 2.1 Yếu tố hữu sinh .20 2.2 Yếu tố vô sinh 21 3. Mối tương quan giữa các nhân tố cấu thành hệ sinh thái 22 3.1 Quá trình chuyển hóa năng lượng và hoàn lưu vật chất trong hệ 22 3.1.1 Quá trình chuyển hóa năng lượng .22 3.1.2 Hoàn lưu vật chất 25 Các chu trình sinh địa hóa diễn ra trong hệ .27 Chu trình carbon (Carbon cycle) 28 Chu trình nitơ: 30 Chu trình phospho (phosphorus cycle) 31 Chu trinh lưu huỳnh (sulful cycle) .32 1 HV: Bùi Thị Trang – k22 Địa lý tự nhiên Cân bằng vật chất và năng lượng trong hệ sinh thái và vấn đề phát triển nông lâm nghiệp 3.3.Qúa trình tự điều chỉnh của hệ sinh thái: .33 4. Hệ sinh thái với vấn đề phát triển nông lâm nghiệp 35 4.1 Mối quan hệ tương tác nhau: .35 4.2. Mối quan hệ tương đương .37 KẾT LUẬN .38 TÀI LIỆU THAM KHẢO .39 2 HV: Bùi Thị Trang – k22 Địa lý tự nhiên Cân bằng vật chất và năng lượng trong hệ sinh thái và vấn đề phát triển nông lâm nghiệp MỞ ĐẦU Sinh thái học là môn khoa học nghiên cứu về sự phân bố và sinh sống của những sinh vật sống và các tác động qua lại của sinh vật với môi trường sống của chúng, việc nghiên cứu sinh thái học là cơ sở cho sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên, ngăn ngừa ô nhiễm môi trường, là cơ sở khoa học xây dựng mối quan hệ giữa khoa học với tự nhiên. Để duy trì sự tồn tại phát triển thì vạn vật luôn biến đổi để đạt trạng thái cân bằng. Hệ sinh thái là tổ hợp các quần xã sinh vật với môi trường vật lý mà quần xã đó sinh sống. Trong hệ sinh thái luôn có sự vận động trao đổi tương tác giữa các thành phần và giữa hệ sinh thái với môi trường bên ngoài. Hệ sinh thái có vai trò đặc biệt quan trọng đối với mọi hoạt động sinh hoạt và sản xuất của con người nhất là đối với việc phát triển nông – lâm nghiệp để có những định hướng phát triển và bảo vệ hợp lý. Chính vì vậy em trình bày vấn đề “ cân bằng vật chất và năng lượng trong hệ sinh thái và vấn đề phát triển nông – lâm nghiệp” nhằm tìm hiểu các mối quan hệ, các chu trình vật chất và năng lượng trong hệ sinh thái cũng như việc vận dụng các mối quan hệ ấy để có những biện pháp phát triển nông – lâm nghiệp bền vững. Bài làm còn nhiều thiếu sót, rất mong nhận được sự nhận xét, đóng góp của thầy để hoàn thiện thêm. Em xin chân thành cảm ơn! 3 HV: Bùi Thị Trang – k22 Địa lý tự nhiên Cân bằng vật chất và năng lượng trong hệ sinh thái và vấn đề phát triển nông lâm nghiệp NỘI DUNG 1. Khái niệm - Đặc điểm – chức năng hệ sinh thái Hệ sinh thái là một hệ thống bao gồm các sinh vật tác động qua lại với môi trường bằng các dòng năng lượng tạo nên cấu trúc dinh dưỡng nhất định đa dạng về loài và các chu trình vật chất. Hay hệ sinh thái là một hệ thống của sinh vật và môi trường trong đó diễn ra các quá trình trao đổi năng lượng và vật chất giữa sinh vật với sinh vật; giữa sinh vật với môi trường. Hệ sinh thái có thể hiểu nó bao gồm quần xã sinh vật (động vật, thực vật, vi sinh vật) và môi trường vô sinh (ánh sáng, nhiệt độ, chất vô cơ .) Tùy theo cấu trúc dinh dưỡng tạo nên sự đa dạng về loài, cao hay thấp, tạo nên chu trình tuần hoàn vật chất (chu trình tuần hoàn vật chất hiện nay hầu như chưa được khép kín vì dòng vật chất lấy ra không đem trả lại cho môi trường đó). Hệ sinh thái có kích thước to nhỏ khác nhau và cùng tồn tại độc lập (nghĩa là không nhận năng lượng từ hệ sinh thái khác). Hệ sinh thái là đơn vị cơ bản của sinh thái học và được chia thành hệ sinh thái nhân tạo và hệ sinh thái tự nhiên. Đặc điểm của hệ sinh thái là một hệ thống hở có 3 dòng (dòng vào, dòng ra và dòng nội lưu) vật chất, năng lượng, thông tin. Hệ sinh thái cũng có khả năng tự điều chỉnh để duy trì trạng thái cân bằng, nếu một thành phần thay đổi thi các thành phần khác cũng thay đổi theo ở mức độ nào đó để duy trì cân bằng, nếu biến đổi quá nhiều thì sẽ bị phá vỡ cân bằng sinh thái. 4 HV: Bùi Thị Trang – k22 Địa lý tự nhiên HV: Bùi Thị Trang – k22 Địa lý tự nhiên Cân bằng vật chất và năng lượng trong hệ sinh thái và vấn đề phát triển nông lâm nghiệp 2. Cấu trúc hệ sinh thái 2.1 Yếu tố hữu sinh a. Sinh vật sản xuất: Vật sản xuất bao gồm vi khuẩn và cây xanh, tức là sinh vật có khả năng tổng hợp được tát cả các chất hữu cơ cần xây dựng cho cơ thể của mình. Các sinh vật này còn gọi là sinh vật tự dưỡng. Cơ chế để các sinh vật sản xuất tự quang hợp được các chất hữu cơ là do chúng có diệp lục để thực hiện phản ứng quang hợp sau: 6CO 2 + 6H 2 O Năng lượng ánh sáng Mặt Trời + enzym của diệp lục C 6 H 12 O 6 + 6O 2 Một số vi khuẩn được xem là sinh vật sản xuất do chúng cũng có khả năng quang hợp hay hóa tổng hợp, đương nhiên tất cả các hoạt động sống có được là dựa vào khả năng sản xuất của sinh vật sản xuất. b. Sinh vật tiêu thụ: Vật tiêu thụ bao gồm các động vật. Chúng sử dụng các chất hữu cơ trực tiếp hay gián tiếp từ vật sản xuất, chúng không có khả năng tự tổng hợp các chất hữu cơ cần thiết cho cơ thể chúng và gọi là sinh vật dị dưỡng. Vật tiêu thụ cấp 1 hay động vật ăn cỏ là là các động vặt chỉ ăn được thực vật. Vật tiêu thụ cấp 2 là động vật ăn tạp hay ăn thịt, chúng ăn vật tiêu thụ cấp 1. Tương tự ta có động vặt tiêu thụ cấp 3, cấp 4. Ví dụ trong hệ sinh thái hồ, tảo là SVSX; giáp xác thấp là vật tiêu thụ cấp 1; tôm tép là vật tiêu thụ cấp 2; cá rô, cá chuối là sinh vật tiêu thụ cấp 3; rắn nước, rái cá là sinh vặt tiêu thụ cấp 4. c. Sinh vật phân hủy: Vật tiêu hủy là các vi khuẩn và nấm, chúng phân hủy các chất hữu cơ. Tính chất dinh dưỡng đó gọi là hoại sinh. Chúng sống nhờ vào các sinh vật chết. Hầu hết các hệ sinh thái tự nhiên đều gồm đủ 4 thành phần trên. Tuy vậy, trong một số trường hợp, hệ sinh thái không đủ cả 4 thành phần. Ví dụ: hệ sinh thái dưới đáy biển sâu thiếu sinh vật sản xuất, do đó chúng không thể tồn tại nếu không có hệ sinh thí tầng mặt cung cấp chất hữu cơ cho chúng. Tương tự, hệ sinh thái hang động không có sinh vật sản xuất; hệ sinh thái đô thị cũng được coi là không có sinh vật sản xuất, muốn tồn tại hệ sinh thái này cần được cung cấp lương thực, thực phẩm từ hệ sinh thái nông thôn. HV: Bùi Thị Trang – k22 Địa lý tự nhiên Cân bằng vật chất và năng lượng trong hệ sinh thái và vấn đề phát triển nông lâm nghiệp 2.2 Yếu tố vô sinh. - Nhiệt độ Nhiệt độ có tác động trực tiếp và gián tiếp đến sinh trưởng, phát triển, phân bố các sinh vật. Khi nhiệt độ Tăng hay giảm vượt quá một giới hạn xác định nào đó thì sinh vật bị chết. Chính vì vậy, khi có sự khác nhau về nhiệt độ trong không gian và thời gian đã dẫn tới sự phân bố của sinh vật thành những nhóm rất đặc trưng, thể hiện cho sự thích nghi của chúng với điều kiện cụ thể của môi trường. Nhiệt độ có ảnh hưởng mạnh mẽ đến các chức năng sống của thực vật, như hình thái, sinh lý, sinh trưởng và khả năng sinh sản của sinh vật. Đối với sinh vật sống ở những nơi quá lạnh hoặc quá nóng (sa mạc) thường có những cơ chế riêng để thích nghi như: có lông dày (cừu, bò xạ, gấu bắc cực…) Hoặc có những lớp mỡ dưới da rất dày (cá voi bắc cự mỡ dày tới 2m). Các côn trùng sa mạc đôi khi có các khoang rỗng dưới da chứa khí đê chống lại cái nóng từ môi trường xâm nhập cơ thể. Đối với động vật đẳng nhiệt ở xứ lạnh thường có bộ phận phụ phía ngoài cơ thể như tai, đuôi… ít phát triển hơn so với động vật xứ nóng. - Nước Nước là thành phần không thể thiếu của cơ thể sống, và thường chiếm từ 50- 98% khối lượng cơ thể sinh vật. Nước là nguyên liêu cho cây quang hợp, là phương tiện vẩn chuyển dinh dưỡng trong cây, vận chuyển dinh dưỡng và máu trong cơ thể động vật. Nước tham gia vào quá trình ntrao đổi năng lượng và điều hòa nhiệt độ cơ thể. Nước còn tham gia tích cực vào quá trình phát tán nói giống và là nơi sinh sống của nhiều loài sinh vật. - Ánh sáng Ánh sáng vừa là yếu tố điều chỉnh vừa là yếu tố giới hạn đối với sinh vật. Thực vật cần ánh sáng như động vật cần thức ăn, ánh sáng được coi là nguồn sống của nó. Một số sinh vật dị dưỡng (nấm, vi khuẩn) trong quá trình sống cúng sử dụng một phần năng lượng ánh sáng. Tùy theo cường độ và thời gian chiếu sáng mà ánh sáng ảnh hưởng nhiều hay ít đến quá trình trao đổi chất và năng lượng cũng như các quá trình sinh lý khác của cơ thể sống. Ngoài ra ánh sáng còn ảnh hưởng đến các nhân tố sinh thái khác (nhiệt độ, độ ẩm, đất…). - Không khí HV: Bùi Thị Trang – k22 Địa lý tự nhiên Cân bằng vật chất và năng lượng trong hệ sinh thái và vấn đề phát triển nông lâm nghiệp Không có không khí thí không có sự sống. Không khí cung cấp O2 cho các sinh vật hô hấp sản sinh ra năng lượng. Cây xanh lấy CO2 từ không khí để tiến hành quang hợp. Dòng không khí chuyển động có ảnh hưởng rõ rệt đến nhiệt độ, độ ẩm. Dòng không khí đối lưu thẳng đứng và gió nhẹ có vai trò quan trọng trong phát tán vi sinh vật, bào tử, phấn hoa… Tuy nhiên khi thành phần không khí bị thay đổi (do ô nhiễm) hoặc gió mạnh cũng gây tổn hại cho cơ thể sinh vật. - Đất Tuy các điều kiện sinh thái trong đất không đồng nhất nhưng đất vẫn là môi trường khá ổn định. Do đó mà trong đất có một hệ sinh thái rất phong phú. Ngoài hệ rễ chằng chịt của các loài cây, trong đất còn có rất nhiều sinh vật. Trung bình trên 1m2 lớp đất có hơn 100 tỷ tế bào động vật nguyên sinh, hàng triệu trùng bánh xe, hàng triệu giun tròn, nhiều ấu trùng sâu bọ, giun đất, thân mềm, và các động vật không xương sống khác. Chế độ ẩm, độ thoáng khí và nhiệt độ cùng với cấu trúc lớp đất mặt đã ảnh hưởng sâu sắc đến sự phân bố các loài thực vật và hệ rễ của chúng. Hệ rễ của các loài cây gỗ vùng bằng giá thường phân bố nông nhưng rộng. Vùng sa mạc có loài cây rễ ăn lan sát mặt đất hút sương đêm, nhưng cũng có loài rễ ăn sâu tới 20m, lấy nước ngầm trong khi bộ phận trên mặt đất cũng giảm tối thiểu việc sử dụng dất tới mức tối đa như cỏ lạc đà (Allagi camelorum). Ở vùng đầm lầy, phần lớn các loài cây gỗ đều có rễ cọc chết sớm hoặc không phát triển, nhưng hình thành nhiều rễ bên xuất phát từ gốc thân. 3. Mối tương quan giữa các nhân tố cấu thành hệ sinh thái 3.1 Quá trình chuyển hóa năng lượng và hoàn lưu vật chất trong hệ. 3.1.1 Quá trình chuyển hóa năng lượng Năng lượng là một phương thức sinh ra công, năng lượng không tự nhiên sinh ra mà cũng không tự nhiên mất đi mà nó chỉ chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác (Định luật bảo toàn năng lượng). Dựa vào nguồn năng lượng hệ sinh thái được chia thành: Hệ sinh thái nhận năng lượng từ ánh sáng Mặt Trời: rừng, biển, đồng cỏ tự nhiên v.v. Hệ sinh thái nhận năng lượng môi trường và năng lượng tự nhiên khác bổ HV: Bùi Thị Trang – k22 Địa lý tự nhiên Cân bằng vật chất và năng lượng trong hệ sinh thái và vấn đề phát triển nông lâm nghiệp sung: như hệ sinh thái cửa sông được bổ sung từ nhiều nguồn nước. Hệ sinh thái vùng trũng cũng vậy. Hệ sinh thái nhận năng lượng ánh sáng môi trường và nguồn năng lượng do con người bổ sung: như hệ sinh thái nông nghiệp, đồng cỏ chăn nuôi, vườn cây lâu năm: cây ăn quả, cây công nghiệp: chè, cao su, cà phê, dâu tằm . Hệ sinh thái nhận năng lượng chủ yếu là năng lượng công nghiệp như: điện, nguyên liệu . Năng lượng trong hệ sinh thái gồm các dạng: Quang năng chiếu vào không gian hệ sinh thái. Hóa năng là các chất hóa sinh học của động vật và thực vật. Động năng là năng lượng làm cho hệ sinh thái vận động như: gió, vận động của động vật, thực vật, nhựa nguyên, nhựa luyện, Nhiệt năng làm cho các thành phần hệ sinh thái có nhiệt độ nhất định: nhiệt độ môi trường, nhiệt độ cơ thể. Để tiến hành các quá trình sinh tổng hợp cũng như để duy trì các hoạt động sống khác của cơ thể, sinh vật cần được cung cấp năng lượng. Quá trình thu nhận và chuyển hóa năng lượng bao giờ cũng gắn liền với quá trình hấp thu và chuyển hóa chất dinh dưỡng. - Các sinh vật tự dưỡng Thực vật xanh và vi khuẩn quang hợp đều chuyển hóa năng lượng mặt trời thành năng lượng hóa học nhờ có diệp lục tố theo phản ứng sau: 2H 2 A + CO 2 ‹ (CH 2 O) + H 2 O +2A Trong đó H 2 A là chất đo điện tử. Ở cây xanh đó là H 2 O. Ở vi khuẩn quang hợp, H 2 A có thể là hợp chất khử của lưu huỳnh (H 2 S, S, sulfit hay thiosulfat…), hydrogen phân tử hay các hợp chất hữu cơ khác (propanol, isopropanol…) HV: Bùi Thị Trang – k22 Địa lý tự nhiên Cân bằng vật chất và năng lượng trong hệ sinh thái và vấn đề phát triển nông lâm nghiệp - Các vi sinh vật tự dưỡng (chemoautotroph) Các vi sinh vật này cũng có khả năng oxi hóa các chất cho điện tử có thể là NH 3 , NO 2-, Fe 3+, H 2 , H 2 S và một số hợp chất lưu huỳnh khác. - Các sinh vật dị dưỡng Thu nhận năng lượng từ các hợp chất hữu cơ (đường, đạm, chất béo, cellulose…) hấp thu từ môi trường ngoài. Trong cơ thể sinh vật, các chất này được phân giải bằng các con đường khác nhau. Tuy nhiên không phải toàn bộ năng lượng sinh ra trong hô hấp đều được tích lũy để sử dụng trong quá trình đồng hóa, mà phần lớn được tỏa ra ở dạng nhiệt (ở hầu hết các sinh vật), hay phát sáng (như ở đom đóm, một số nấm mốc, động vật nguyên sinh hay vi khuẩn ) - Năng lượng sinh khối Ngoài lợi ích cho gỗ, che phủ giữ đất,chống xóa mòn, hấp thụ CO2 làm khí hậu mát mẻ trong lành,…cây xanh còn cho một sinh khối. Sinh khối đó được xem như là nguồn năng lượng thay thế cho nguồn năng lượng hóa thạch. Dạng năng lượng này gọi là “năng lượng sinh khối”. Loại năng lượng này chứa rất ít lưu huỳnh nên là nguồn năng lượng sạch. Năng lượng sinh khối cũng có thể chuyển thành năng lượng điện, nhiệt, nhiên liệu lỏng và nhiên liệu dạng hơi. Khi gieo trồng để tái tạo và bổ sung cho nguồn sinh khối thực vật, nó sẽ kéo theo sự phát triển một hệ sinh thái, do đó làm gia tăng đa dạng sinh học ở tầng sát mặt đất. Đồng thời, thảm thực vật tạo ra cũng hấp thụ một lượng CO2 đáng kể trong khí quyển, góp phần làm giảm ô nhiễm không khí. 3.1.2 Hoàn lưu vật chất. Trong hệ sinh thái luôn xảy ra sự trao đổi chất và năng lượng trong nội bộ quần xã, giữa quần xã và môi trường bên ngoài của nó (sinh cảnh). Trong chu trình trao đổi vật chất, luôn có các nguyên tố hóa học, muối hòa tan, khí CO 2 và O 2 từ sinh cảnh tham gia tạo thành cơ thể sinh vật (quần xã), đồng thời lại có bộ phận của quần xã lại chuyển hóa thành sinh cảnh thông qua quá trình phân hủy xác sinh vật thành những chất vô cơ. HV: Bùi Thị Trang – k22 Địa lý tự nhiên Cân bằng vật chất và năng lượng trong hệ sinh thái và vấn đề phát triển nông lâm nghiệp Chuỗi thức ăn là một dãy bao gồm nhiều loài sinh vật, mỗi loài là một mắt xích thức ăn, mỗi mắt xích thức ăn tiêu thụ mắt xích trước nó và lại bị măt xích phía sau tiêu thụ. Trong một hệ sinh thái luôn xảy ra sự trao đổi vật chất và năng lượng trong nội bộ quần xã, giữa các quần xã với các thành phần bên ngoài của nó. Chuỗi thức ăn tổng quát có dạng: SVSX → SVTT bậc 1 → SVTT bậc 2 → SVTT bậc 3 → . → SV phân huỷ Chu trình sinh – địa – hoá: Trong hệ sinh thái vật chất luôn vận chuyển, biến đổi trong các chu trình từ cơ thể sống vào trong môi trường và ngược lại. Chu trình này gọi là chu trình sinh – địa – hoá. Lưới thức ăn: Lưới thức ăn gồm nhiều chuỗi thức ăn có những mắc xích chung. Các chuỗi thức ăn trong một hệ sinh thái thường đan xen nhau, liên kết với nhau một cách chặt chẽ tạo thành mạng lưới thức ăn. Trong môi trường, mỗi sinh vật thường ăn các loại thức ăn khác nhau, đến phiên chúng lại làm thức ăn cho nhiều nhóm sinh vật khác. Chính vì thế mạng lưới thức ăn trong một môi trường thường rất phức tạp và góp phần tạo nên sự ổn định của hệ sinh thái. Quần xã càng đa dạng về thành phần thì lưới thức ăn càng phức tạp thì khả năng tự cân bằng càng cao. - Ví dụ: . quá nhiều thì sẽ bị phá vỡ cân bằng sinh thái. 4 HV: Bùi Thị Trang – k22 Địa lý tự nhiên HV: Bùi Thị Trang – k22 Địa lý tự nhiên Cân bằng vật chất và năng. vững. Bài làm còn nhiều thiếu sót, rất mong nhận được sự nhận xét, đóng góp của thầy để hoàn thiện thêm. Em xin chân thành cảm ơn! 3 HV: Bùi Thị Trang