Tài liệu Khoa học và sức khỏe trẻ em

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC HUẾ KHOA Y TẾ CÔNG CỘNG Bộ môn: Sức khỏe môi trường -----&*&----- BÀI GIẢNG KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG VÀ SỨC KHỎE MÔI TRƯỜNG (Có bổ sung sửa chữa) Chủ biên: Th.S. GVC. Nguyễn Hữu Nghị Huế, 2008 1 1 MÔI TRƯỜNG VÀ SỨC KHOẺ CON NGƯỜI Mục tiêu học tập 1. Diễn giải được định nghĩa môi trường sống và các phương pháp nghiên cứu 2. Hiểu được tác động qua lại giữa cơ thể và Môi trường 3. Phân tích được khả năng tự điều chỉnh của môi trường và sự ô nhiễm I. Kháí niệm chung về Môi trường sống 1. Định nghĩa Môi trường Theo nghĩa rộng nhất thì “ Môi trường” là tập hợp các điều kiện và hiện tượng bên ngoài có ảnh hưởng tới một vật thể hoặc sự kiện. Bất cứ vật thể, sự kiện nào cũng tồn tại và diễn biến trong môi trường như môi trường vật lý, môi trường pháp lý , môi trường kinh tế,..vv...Thực ra, các thành phần như khí quyển ,thuỷ quyển, thạch quyển, tồn tại trên Trái Đất đã từ rất lâu, nhưng chỉ khi có mặt các cơ thể sống thì chúng mới trở thành các thành phần của môi trường sống. Môi trường sống là tổng các điều kiện bên ngoài có ảnh hưởng tới sự sống và sự phát triển của các cơ thể sống .Đôi khi người ta còn gọi khái niệm môi trường sống bằng thuật ngữ môi sinh ( living environment). Môi trường sống của con người là tổng hợp các điều kiện vật lý, hoá học, sinh học, xã hội bao quanh con người và có ảnh hưởng tới sự sống, sự phát triển của từng cá nhân và toàn bộ cộng đồng người. Thuật ngữ “Môi trường” thường dùng với nghĩa này. Môi trường sống của con người là vũ trụ bao la, trong đó có hệ Mặt trời và Trái Đất. Các thành phần của môi trường sống có ảnh hưởng trực tiếp tới con người trên Trái đất gồm 4 quyển: sinh quyển, thuỷ quyển, khí quyển, thạch quyển . Có thể nêu ra một định nghĩa chung về môi trường như sau : Môi trường là tập hợp các yếu tố tự nhiên và xã hội bao quanh con người có ảnh hưởng tới con người và tác động qua lại với các hoạt động sống của con người như : không khí, nước, đất, sinh vật, xã hội loài người,...vv..... -Môi trường sống của con người theo chức năng được chia thành các loại : -Môi trường tự nhiên: bao gồm các yếu tố tự nhiên như các yếu tố vật lí, hoá học và sinh học, tồn tại khách quan ngoài ý muốn con người. -Môi trường xã hội: là tổng thể các quan hệ giữa người và ngươi tạo nên sự thuận lơii hoặc trở ngại cho sự tồn tại và phát triển của các cá nhân và cộng đồng loài người. -Môi trường nhân tạo: là tất cả các yếu tố tự nhiên, xã hội do con người tạo nên và chịu sự chi phối của con người . Môi trường theo nghĩa rộng là tổng các nhân tố như không khí, nước , đất, ánh sáng ,âm thanh,cảnh quan,xã hội ,vv.....có ảnh hưởng tới chất lượng cuộc sống con người và các tài nguyên thiên nhiên cần thiết cho sinh sống và sản xuất của con người. Môi trường theo nghĩa hẹp là tổng các nhân tố như không khí, nước, đất, ánh sáng.. vv.....liên quan tới chất lượng cuộc sống con người, không xét tới tài nguyên . Từ các định nghĩa trên có thể sinh ra nhiều quan niệm khác nhau về khoa học môi trường : Môi trường là đối tượng nghiên cứu của nhiều ngành khoa học đang có hiện nay ( sinh học, địa học, hoá học vv....).Tuy nhiên, các ngành khoa học nói trên chỉ quan tâm đến một phần hoặc một thành phần theo nghĩa hẹp. Môi trường là đối tượng nghiên cứu của một ngành khoa học liên ngành có mục đích chủ yếu là bảo vệ môi trường sống lâu dài của con người trên Trái đất. Trong giai đoạn hiện nay, hoạt động phát triển kinh tế và khoa học kỹ thuật của con người có ảnh hưởng mạnh mẽ tới chất lượng môi trường sống (khai thác tài nguyên thiên nhiên, gia tăng dân số, sản xuất 2 1 công nghiệp). Không có một ngành khoa học đang có hiện nay đủ điều kiện nghiên cứu và giải quyết mọi nhiệm vụ của công tác bảo vệ môi trường là quản lí và bảo vệ chất lượng các thành phần môi trường sống của con người và các sinh vật trên Trái Đất. 2. Các phương pháp nghiên cứu Khoa học môi trường sử dụng một loạt các phương pháp nghiên cứu lí thuyết và thực nghiệm của các ngành khoa học cơ bản khác : -Các phương pháp thu thập và xử lý số liệu thực tế, các thực nghiệm . -Các phương pháp phân tích thành phần môi trường . -Các phương pháp phân tích, đánh giá xã hội, quản lý xã hội, kinh tế . -Các phương pháp tính toán , dự báo, mô hình hoá. -Các giải pháp kỹ thuật, tiến bộ kỹ thuật . -Các phương pháp phân tích hệ thống. 3. Các nội dung nghiên cứu Các nghiên cứu môi trường rất đa dạng được phân chia theo nhiều cách khác nhau. Ở đây có thể chia ra làm 4 bốn loại chủ yếu : -Nghiên cứu đặc điểm của các thành phần môi trường ( tự nhiên hoặc nhân tạo ) có ảnh hưởng hoặc chịu ảnh hưởng của con người, đó là nước, không khí, đất ,sinh vật, hệ sinh thái, khu công nghiệp, đô thị, nông thôn vv.....Ở đây, khoa học môi trường tập trung nghiên cứu mối quan hệ và tác động qua lại giữa con người với các thành phần của môi trường sống. -Nghiên cứu công nghệ, kỹ thuật xử lý ô nhiễm, bảo vệ chất lượng môi trường sống của con người. -Nghiên cứu tổng hợp các biện pháp quản lý về khoa học kinh tế, luật pháp, xã hội nhằm bảo vệ môi trường và phát triển bền vững Trái Đất, quốc gia, vùng lãnh thổ, ngành công nghiệp. -Nghiên cứu về phương pháp mô hình hoá, phương pháp phân tích hoá học ,vật lý, sinh vật phục vụ cho ba nôi dung trên. II. Mối quan hệ giữa cơ thể và Môi trường sống Khoa học môi trường là ngành khoa học nghiên cứu mối quan hệ và tương tác qua lại giữa con người và môi trường xung quanh. Con người và môi trường luôn thống nhất với nhau. Người xưa từng phát hiện quy luật “ Thiên – Nhân hợp nhất” Cơ thể đáp ứng trước các tác động của môi trường sống bằng các biểu hiện khác nhau: Phản xạ, thích ứng, không thích ứng, giả thích ứng, rối loạn thích ứng.... Mặt khác con người can thiệp vào môi trường có mục đích trước hết để cải tạo môi trường. Ví dụ các hoạt động sản xuất, khai thác tài nguyên thiên nhiên, các hoạt động y tế, điều trị.... gây nên sự thay đổi mối tương tác giữa cơ thể và môi trường sống. Tóm lại, Môi trường và cơ thể phải thống nhất với nhau, sự thay đổi của môi trường trong một giới hạn nhất định kéo theo sự thay đổi để thích nghi của cơ thể sống, do đó càng củng cố cơ chế thích nghi vốn đã linh hoạt, càng linh hoạt hơn. Sự thay đổi đột ngột hoặc vượt quá giới hạn thích nghi sẽ dẫn đến những hậu quả xấu, thậm chí tiêu diệt một vài giống loài sinh vật. Thích ứng là quá trình điều chỉnh, đòi hỏi có một thời gian nhất định để cơ thể thích nghi được với các yếu tố môi trường. Nếu không đủ thời gian thì sẽ dẫn đến rối loạn thích ứng hay Giả thích ứng, vấn đề này để giải thích một số bệnh của nền văn minh : Bệnh cao huyết áp, bệnh tâm thần kinh...... Đầu thập kỷ 70, nhà địa hoá người Anh Hamilton đã đưa ra kế hoạch thực nghiệm là xác định hàm lượng nguyên tố hoá học trong đá, bụi, đất, giấy, cá, lương thực, máu và não để xem hàm lượng các nguyên tố hoá học trong cơ thể con người và vật chất trong môi trường có 3 1 quan hệ gì với nhau không. Kết quả giám định 60 loại nguyên tố hoá học cho thấy tỉ lệ hàm lượng các nguyên tố hoá học tương ứng trong vỏ Trái Đất. Thí dụ hàm lượng 4 nguyên tố chủ yếu C.H.O.N chiếm 99,4% khối lượng con người và 50,5% vỏ Trái Đất .Các nghiên cứu địa hoá sinh thái cho thấy có một số bệnh tật có liên quan tới sự thiếu hụt hay dư thừa nguyên tố hoá học trong đất đá khu vực. Thí dụ thiếu Se -viêm khớp xương , thiếu kẽm - người lùn, thiếu iot-bướu cổ, thừa Cd-đau xương, tự gẫy xương. Năm 1955, ở huyện Phusan Nhật Bản phát hiện loại bệnh gẫy xương do thừa Cd. Bệnh hoành hành trong thời gian hơn 20 năm, riêng 1963-1967 làm chết 207 người. Nguyên nhân của loại bệnh trên là do nồng độ Cd cao, có trong nước thải của hoạt động khai thác một số mỏ Pb, Zn nằm ở đầu nguồn một con sông cung cấp nước tưới cho các cánh đồng lúa của huyện Phusan . Khi phơi nhiễm với các yếu tố môi trường, sự đáp ứng của cơ thể còn phụ thuộc vào các đặc trưng của cơ thể mang tính chất cá nhân, như yếu tố di truyền, tình trạng dinh dưỡng, tuổi, giới, chủng tộc, điều kiện vật chất, sự rèn luyện....Chính vì các đặc trưng đó mà cơ thể có các đáp ứng khác nhau trước các tác động của môi trường và kết quả là tình trạng sức khoẻ sẽ khác nhau. Như vậy, trong gian đoạn hiện nay, có thể xem khoa học môi trường là một ngành khoa học độc lập, được xây dựng trên cơ sở tích hợp các kiến thức của các ngành khoa học đã có cho một đối tượng chung là môi trường sống bao quanh con người với phương pháp và nội dung nghiên cứu cụ thể . III. Ứng dụng nguyên lý sinh thái học trong việc bảo vệ Môi trường sống 1. Sinh thái học (Ecologie) Là khoa học nghiên cứu về mối quan hệ giữa sinh vật (động vật, thực vật, con người) với ngọai cảnh. Sinh thái học là một khoa học có phạm vi nghiên cứu rất rộng, phạm vi nghiên cứu chủ yếu của nó thuộc khoa sinh học, và một phần thuộc các khoa khác như địa lý, địa chất, khảo cổ, nhân học và cả khoa học xã hội. Sinh thái học cũng được coi là một khoa học trung gian, họăc bao trùm lên các khoa học trên. Đối tượng nghiên cứu của sinh thái học có 4 mức tổ chức khác nhau từ thấp lên cao: Cơ thể, Chủng quần (Quần thể), Quần xã và Hệ sinh thái. Chủng quần được định nghĩa là một tập hợp các cá thể của cùng một lòai hay những lòai rất gần nhau, cùng sống trong một không gian nhất định hay còn gọi là sinh cảnh. Ví dụ: Chủng quần nai sống ở đảo Các bà, chủng quần chuột sống sống ở thành phố Huế, chủng quần cây Vẹt sống ở ven biển Ba tri (Bến tre)... Quần xã bao gồm tập hợp tất cả các chủng quần (động vật, thực vật, vi sinh vật) cùng sống trong một sinh cảnh, Ví dụ: Quần xã sinh vật Hồ Tây: bao gồm tất cả các chủng quần, từ các lòai vi sinh vật, tảo, động vật không xương sống đến cá ở Hồ tây; hay quần xã sinh vật rừng Cúc phương... Hệ sinh thái được định nghĩa gồm Quần xã, và Môi trường bao quanh Quần xã. Có thể nói, Hệ sinh thái là một hệ thống gồm các Chủng quần sinh vật và Môi trường, ở đó thực hiện mối quan hệ khăng khít giữa sinh vật và ngọai cảnh. 2. Cấu trúc của hệ sinh thái Các Hệ sinh thái nói chung, về cấu trúc đều gồm có 4 thành phần cơ bản: Môi trường, Vật sản xuất, Vật tiêu thu, và Vật phân hủy: (hình 1). - Môi trường (E): bao gồm các nhân tố vật lý, hóa học (vô sinh) bao quanh sinh vật. Ví dụ: Hệ sinh thái hồ, môi trường gồm nước, nhiệt độ, ánh sáng, các khí hòa tan, O2 , CO2 , các muối hòa tan, các vật lơ lửng... Môi trường cung cấp tất cả các yếu tố cần thiết cho Vật sản xuất tồn tại, và phát triển. - Vật sản xuất (P): bao gồm cây xanh và một số vi khuẩn, là các sinh vật có khả năng tự tổng hợp được các chất hữu cơ cần cho sự xây dựng cơ thể của mình, các sinh vật nầy còn 1 4 được gọi là các sinh vật Tự dưỡng. Cây xanh nhờ có diệp lục nên chúng thực hiện được quang hợp, tổng hợp chất hữu cơ để xây dựng cơ thể chúng theo phản ứng sau đây: 6 CO2 + 6 H2O + năng lượng mặt trời + Enzym diệp → C6 H12O6 + 6 O2. Một số vi khuẩn được coi là Vật sản xuất do chúng có khả năng quang hợp hay hóa tổng hợp. Đương nhiên, tất cả các hoạt động động sống có được là nhờ vào khả năng sản xuất của Vật sản xuất. - Vật tiêu thụ (C): bao gồm các động vật, chúng sử dụng chất hữu cơ trực tiếp hay gián tiếp từ Vật sản xuất, chúng không có khả năng tự sản xuất được chất hữu cơ, và được gọi là các sinh vật Dị dưỡng. Vật tiêu thụ cấp 1 hay vật ăn cỏ là các động vật chỉ ăn các thực vật. Vật tiêu thụ cấp 2 là động vật ăn tạp hay ăn thịt. Theo chuỗi thức ăn, ta còn có vật tiêu thụ cấp 3, vật tiêu thụ cấp 4... Ví dụ: Trong Hệ sinh thái hồ, tảo là Vật sản xuất; giáp xác thấp là Vật tiêu thụ cấp 1; tôm, tép, cá nhỏ là Vật tiêu thụ cấp 2; cá rô, cá chuối là vật tiêu thụ cấp 3; Rắn nước, rái cá , chim bói cá là vật tiêu thụ cấp 4. - Vật phân hủy (T): là một số 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 và các chất thải của động vật , chúng phá vỡ các hợp chất hữu phức tạp tạo ra các chất hữu cơ đơn giản và các chất vô cơ; các sản phẩm này, cây xanh có thể sử dụng được. Hầu hết các hệ sinh thái tự nhiên bao gồm đủ 4 thành phần cơ bản nêu trên. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, Hệ sinh thái không đủ 4 thành phần. Ví dụ: Hệ sinh thái đáy biển sâu thiếu Vật sản xuất (do thiếu ánh sáng), do đó chúng không thể tồn tại được nếu không được Hệ sinh thái ở tầng mặt cung cấp chất hữu cơ. Tất cả các hệ sinh thái tự nhiên đều có cách phát triển riêng - đó là hệ quả của mối quan hệ qua lại giữa 4 thành phần của hệ sinh thái. Những biến đổi này có thể xảy ra nhanh hay chậm tùy theo từnghệ sinh thái. Ví dụ: hệ sinh thái hô, lúc đầu khi hồ còn sâu, chúng ta gặp đầy đủ các chủng quần giáp xác, thân mềm, côn trùng ở nước, cá và cả các cây thủy sinh sống ven hồ. Hệ sinh thái hồ dần dần được lắng đọng các chất trầm tích từ các vùng xung quanh chảy tới. Hồ nông dần, cho đến khi ta không thể gọi là hồ được nữa. Hệ sinh thái hồ đã chuyển sang hệ sinh thái đầm lầy. Nếu như con người không can thiệp vào các hệ sinh thái tự nhiên, thì xu thế phát triển chung của chúng là tiến tới một kiểu Hệ sinh thái ổn định, với một sinh khối tối đa và sự phân hóa cao các chủng quần. Quần xã thuộc các kiểu hệ sinh thái này được gọi là quần xã đỉnh cực (Climax). Quá trình biến đổi quần xã này nối tiếp quần xã khác gọi là sự Diễn thể, các Quần xã trong quá trình diễn thể thường có sức sản xuất sinh học cao, độ phân hóa các lòai thấp và kém bền vững so với các quần xã đỉnh cực (hay thành thục). Các hệ sinh thái nông nghiệp là các hệ sinh thái trẻ có năng xuất sinh học cao nhưng rất dễ bị hủy họai nếu các nhân tố sinh thái bị thay đổi bất ngờ. 3. Vòng tuần hòan vật chất của hệ sinh thái Trong các hệ sinh thái, thường xuyên có sự vận chuyển các chất hóa học từ Môi trường vào Vật sản xuất, rồi từ Vật sản xuất sang Vật tiêu thụ, sau đó các chất hóa học này từ Vật sản xuất và Vật tiêu thụ sang Vật phân hủy, và cuối cùng chúng lại trở về Môi trường.Sự vận chuyển vật chất này được gọi là vòng tuần hòan vật chất của hệ sinh thái, hay còn được gọi là : Chu trình Sinh - Địa - Hóa. Ví dụ: một vài vòng tuần hòan vật chất chủ yếu của hệ sinh thái: Vòng tuần hòan C, N, P, và S,,, 4. Dòng năng lượng của Hệ sinh thái Song song với vòng tuần hòan vật chất, trong hệ sinh thái còn tồn tại dòng năng lượng. Đối với Vật sản suất (P), năng lượng được cung cấp từ nguồn năng lượng mặt trời; chỉ có một phần rất nhỏ của bức xạ tổng cộng (LT) của năng lượng bức xạ mặt trời được diệp lục của cây xanh sử dụng, phần còn lại không được sử dụng (NUI). Phần năng lượng mà cây xanh hấp thụ (LA), một phần lớn phân tán dưới dạng nhiệt (CH) và chỉ một phần rất nhỏ được dùng 1 5 để quang hợp, sản xuất ra các chất hữu cơ. Phần năng lượng nầy còn được gọi là sức sản xuất sơ cấp thô (PB); sức sản xuẩt sơ cấp nguyên (PN) tương ứng với sức sản xuất thô trừ đi năng lượng mất đi do hô hấp (Ri) của vật sản xuất. Được gọi là dòng năng lượng đi qua vật dinh dưỡng cho trước là tổng số năng lượng mà vật dinh dưỡng đó hấp thụ, ở đây là PB = PN + RI . Một phần năng lượng của sức sản xuất sơ cấp nguyên (PN) được sử dụng làm thức ăn cho vật tiêu thụ cấp 1, tức là nhóm động vật ăn thực vật ( gọi phần năng lượng này là LI ). một phần năng lượng của sức sản xuất nguyên không được sử dụng (NU2) bởi vật tiêu thụ, phần thực vật tương ứng này được dùng làm mồi ăn của các vi khuẩn và các vật phân hủy khác. Phần năng lượng LI tuy được vật tiêu thụ cấp I sử dụng, nhưng chúng chỉ dùng được phần năng lượng AI thôi, còn phần năng lượng NAI thải đi dưới dạng phân và nước tiểu của vật tiêu thụ cấp 1. Phần năng lượng AI bao gồm một phần là sức sản xuất thứ cẩp PSI và một phần năng lượng mất đi do hô hấp R2 : AI = PSI + R2 ; Cũng lập luận tương tự như vậy đối với bậc dinh dưỡng là Vật tiêu thụ cấp 2, ta có: A2 = PS2 + R3 Dòng năng lượng vừa được mô tả ở trên được minh họa theo hình Hai chức năng: Vòng tuần hòan vật chất và dòng năng lượng là 2 chức năng cơ bản của hệ sinh thái, nó biểu thị đặc trưng riêng của từng hệ sinh thái, và mức độ tiêu hóa của nó. Các hệ sinh thái đóng vai trò quan trọng trong đời sống của con người. Con người là một thành phần của hệ sinh thái. Muốn điều khiển các hệ sinh thái sao cho có lợi nhất đối với con người, chúng ta phải hiểu thật đầy đủ cấu trúc và chức năng của các Hệ sinh thái. 5. Sự tự điều chỉnh (Homéostasie) của các hệ sinh thái Các hệ sinh thái tự nhiên nói chung đều có khả năng tự điều chỉnh riêng của mình; Nói theo nghĩa rộng, đó là khả năng tự lập lại cân bằng, cân bằng giữa các chủng quần trong hệ sinh thái (vật ăn thịt - con mồi, vật ký sinh - vật chủ …), cân bằng các vòng tuần hòan vật chất và dòng năng lượng giữa các thành phần của hệ sinh thái… Sự cân bằng này cũng có nghĩa là sự cân bằng giữa các vật sản xuất, vật tiêu thụ và vật phân hủy. Sự cân bằng này còn được gọi là cân bằng sinh thái. Nhờ có sự tự điều chỉnh này mà các hệ sinh thái tự nhiên giữ đuợc sự ổn định mỗi khi chịu tác động của nhân tố ngọai cảnh. Nhưng sự tự điều chỉnh của hệ sinh thái có giới hạn nhất định, nếu sự thay đổi của các nhân tố ngoại cảnh vượt quá giới hạn này thì hệ sinh thái mất khả năng tự điều chỉnh, và hậu quả là chúng bị phá hủy. - Cũng lưu ý ở đây là, con người không phải lúc nào cũng muốn các hệ sinh thái có khả năng tự điều chỉnh. Ví dụ : nền nông nghiệp thâm canh dựa vào sự sản xuất dư thừa chất hữu cơ, để cung cấp lương thực và thực phẩm cho con người. Các hệ sinh thái này là các hệ sinh thái không có sự tự điều chỉnh với mục đích con người sử dụng hữu hiệu phần dư thừa đó. - Ngày nay, nhiều nước nhiệt đới đã phá đi hàng lọat rừng nhiệt đới để phát triển nông nghiệp. Trên thực tế, sự phá hủy này không những phá đi những hệ sinh thái giàu có và giá trj cao để không phải dễ dàng gì mà có được hiệu quả cao về sản xuất nông nghiệp. Do tầng đất mỏng, cường độ trao đổi chất của các rừng nhiệt đới cao nên thường đem lại sự nghèo nàn trong sản xuất nông nghiệp. Hơn nữa một khi rừng bị phá hủy thường kéo theo sự xói mòn, hạn hán, và lũ lụt. - Một ví dụ khác, trường hợp các chất hữu cơ do chất thải sinh hoạt của các khu dân cư vào hệ sinh thái ở nước. Các chất dinh dưỡng này đã làm cho các lòai tảo (Vật sản xuất) phát triển cao độ. Vật sản xuất do phát triển quá nhiều mà không được các vật tiêu thụ sử dụng kịp, một khi chúng chết đi chúng bị phân hủy và giải phóng ra các chất độc. Đồng thời, quá trình này lại gây nên hiện tượng O2 trong nước giảm xuống quá thấp, và có thể làm chết hàng lọat cá và các loài động vật khác có trong nước. Đây là trường hợp ô nhiễm hữu cơ vực nước , rất hay xảy ra ở các vùng đang đô thị hóa, nhất là ở các nước đang phát triển. 6 1 - Sự mất cân bằng trong hệ sinh thái, lúc đầu thường xảy ra cho vài thành phần, sau đó mở rộng sang các thành phần khác; và có thể từ hệ sinh thái này mở rộng sang hệ sinh thái khác. - Sự tự điều chỉnh của hệ sinh thái là kết quả của sự tự điều chỉnh của từng cơ thể, của từng chủng quần, của quần xã, mỗi khi một nhân tố sinh thái nào đó thay đổi. Chúng ta chia các nhân tố sinh thái ra làm 2 nhóm: Nhân tố sinh thái Giới hạn, và nhân tố sinh thái Không giới hạn. Nhiệt độ, nồng độ các loại muối, thức ăn... là nhân tố sinh thái giới hạn; Có nghĩa là, ví dụ như đối với nhiệt độ, nếu chúng ta cho nhiệt độ thay đổi từ thấp lên cao, chúng ta sẽ tìm được một khoảng giới hạn nhiệt độ thích hợp của Cơ thể, hay của cả Chủng quần; ngòai khoảng giới hạn đó, Cơ thể hay Chủng quần không tồn tại được. Khoảng giới hạn này còn được gọi là “Khoảng giới hạn sinh thái “ hay khoảng giới hạn cho phép của cơ thể, của chủng quần. Hai yếu tố: ánh sáng, địa hình: không được coi là nhân tố sinh thái giới hạn đối với động vật. Như vậy, mỗi cơ thể, mỗi chủng quần có một Khoảng giới hạn sinh thái nhất định đối với từng nhân tố sinh thái; Khoảng giới hạn này phụ thuộc vào khả năng thích nghi ( hay còn gọi là vị trí tiêu hóa) của cơ thể, của chủng quần, và cũng phụ thuộc vào các nhân tố sinh thái khác. Ô nhiễm là hiện tượng do các hoạt động của con người, dẫn đến sự thay đổi các nhân tố sinh thái, đưa các nhân tố này ra ngòai Khoảng giới hạn sinh thái của cơ thể, của chủng quần, của quần xã. Con người đã gây nên rất nhiều lọai ô nhiễm (hóa học, vật lý, sinh học) cho các lòai sinh vật (vi sinh vật, động vật, thực vật, và cả cho người). Muốn kiểm sóat được ô nhiễm môi trường cần phải biết được các Khoảng giới hạn sinh thái của cơ thể, của chủng quần, của quần xã đối với từng nhân tố sinh thái. Dự phòng ô nhiễm là làm sao cho các nhân tố sinh thái nêu trên không vượt ra khỏi khoảng giới hạn thích ứng của nó. Xử lý ô nhiễm có nghĩa là đưa các nhân tố sinh thái đó trở về trong khoảng giới hạn sinh thái của cơ thể, của chủng quần, của quần xã. Muốn xử lý được ô nhiễm cần phải biết được cấu trúc và chức năng của từng hệ sinh thái và nguyên nhân làm cho các nhân tố sinh thái vượt ra ngòai khoảng giới hạn thích ứng - Đây là nguyên lý sinh thái cơ bản được vận dụng vào việc sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên và bảo vệ môi trường. Câu hỏi lượng giá cuối bài 1. Định nghĩa môi trường sống. Hãy phân tích định nghĩa ? 2. Phân tích mối quan hệ giữa cơ thể và môi trường sống. Nêu một vài ví dụ ? 3. Hãy giải thích Nguyên lý sinh thái học ứng dụng bảo vệ môi trường sống như thế nào ? Tài liệu tham khảo chính 1. Lưu Đức Hải, (2001), Cơ sở khoa học Môi trường, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà nội. 2. Đào Ngọc Phong,(1986), Môi trường và Sức khoẻ con ng ười, Bộ Đại học và Trung học chuyên nghiệp, Ch ương trình 5202. Hà nội 3. Đào Ngọc Phong, Lê Quang Hoành (1998), Vệ sinh môi trường và nguy cơ tới sức khỏe, tập I, Nxb Y học, Hà Nội . 4. Võ Quý, (1993), Sinh th ái h ọc, Trường Đại học Tổng hợp Hà nội, Hà nội. 5. Aron J.L. , Patz J. A. , (2001), Ecosystem Change and Globan Health : A Global Perpective, Baltimore , Md , Johns Hopkins University Press. 6. Bassett. W.H., (1995), Clay's handbook of Environmental Health, 7th edition, Chapman & Hall 7 1 SINH VẬT VÀ MÔI TRƯỜNG I. Những khái niệm và nguyên lý 1. Nguyên lý cơ bản Nguyên lý cơ bản của sinh thái học hiện đại chính là những khái niệm về sự thống nhất và đối lập một cách biện chứng giữa cơ thể và môi trường. - Mỗi cơ thể, quần thể, loài sinh vật bất kỳ (bao gồm cả con người) đều sống dựa vào môi trường đặc trưng của mình, ngoài mối tương tác đó ra sinh vật không thể tồn tại được. - Môi trường ổn định, sinh vật sống ổn định và phát triển hưng thịnh. - Môi trường suy thoái, sinh vật cũng bị suy giảm cả về chất lượng và số lượng. - Môi trường bị hủy hoại thì sinh vật cũng chịu chung số phận. Trong trường hợp, môi trường bị phá hủy nếu được phục hồi thì những quần thể, loài trước đó đã từng sinh sống dù có cư trú trở lại cũng giảm tính đa dạng và khó có thể phát triển hưng thịnh như trước đó. Trong mối tương tác giữa cơ thể và môi trường, sinh vật đều phản ứng với sự biến đổi của các yếu tố môi trường bằng những phản ứng thích nghi về sinh lý, sinh thái và tập tính thông qua hoạt động của hệ thần kinh - thể dịch, đồng thời chủ động làm cho môi trường biến đổi nhằm giảm thấp hậu quả tác động bất lợi của các yếu tố và đồng hóa, cải tạo chúng theo hướng có lợi cho sự tồn tại của chính mình. Sinh vật sống trong các tổ chức càng cao (quần thể, quần xã, ...) thì sự thích nghi và sức cải tạo đối với môi trường càng có hiệu quả. Sự thích nghi này của sinh vật được hình thành trong quá trình tiến hóa và mang tính chất tương đối. Nếu tác động của các yếu tố môi trường vượt khỏi ngưỡng thích nghi của sinh vật, buộc sinh vật phải rơi vào tình trạng diệt vong nếu như chúng không tìm được những điều kiện tồn tại thích ứng ở một môi trường sống khác hoặc buộc phải biến đổi về mặt hình thái, đặc tính sinh lý, sinh thái và tập tính để đi vào con đường chuyển hóa, tiến hóa của các loài và phải trải qua một chặng đường dài và được kiểm soát bởi quy luật chọn lọc tự nhiên. 2. Những khái niệm cơ bản 2.1. Ngoại cảnh Đó là những thực thể của tự nhiên, con người và những kết quả của con người. Ngoại cảnh tồn tại một cách khách quan. 2.2. Môi trường Là một phần của ngoại cảnh, bao gồm những thực thể và hiện tượng của tự nhiên mà cơ thể, quần thể, loài có liên quan một cách trực tiếp bằng các mối quan hệ thích nghi. Ví dụ: nền đáy là môi trường của các sinh vật sống đáy, song không phải là môi trường đối với các sinh vật sống ở màng nước và ngược lại. 2.3. Cảnh sống Là một phần của môi trường mà ở đó có sự thống nhất của các yếu tố tác động trực tiếp lên đời sống của sinh vật. 2.4. Yếu tố của môi trường Đó là những thực thể và những hiện tượng riêng lẻ của tự nhiên, của thế giới sống, bao gồm cả con người và hoạt động của nó, mà sinh vật chịu ảnh hưởng một cách trực tiếp hay gián tiếp như nhiệt độ, ánh sáng, thức ăn, bệnh tật, ... 1 8 - Mỗi yếu tố có nguồn gốc, bản sắc riêng khi tác động lên sinh vật tạo nên những hậu quả và sự thích nghi riêng của sinh vật. Tuy nhiên các sinh vật không chỉ phản ứng với từng yếu tố mà còn chịu sự tác động tổng hợp của nhiều yếu tố cùng một lúc. - Ảnh hưởng tác động của các yếu tố lên đời sống sinh vật còn phụ thuộc vào liều lượng, tốc độ và thời gian tác động của các yếu tố. Quá thừa hoặc thiếu các yếu tố như nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng ... đều ảnh hưởng tác động lên đời sống sinh vật. Do đó sinh vật còn đặc trưng bởi những giá trị sinh thái tối thiểu và tối đa của các yếu tố môi trường. Biên độ giữa 2 giá trị đó chính là giới hạn chịu đựng của sinh vật hay “giới hạn sinh thái”, “trị sinh thái” của động, thực vật. Nhờ đó ta hiểu được sự phân bố của sinh vật trong thiên nhiên. - Sinh vật có thể có trị sinh thái rộng đối với một yếu tố này nhưng lại hẹp đối với một yếu tố khác. Những sinh vật có trị sinh thái rộng đối với nhiêu yếu tố thì thường có vùng phân bố rộng. - Nếu điều kiện không cực thuận theo một yếu tố sinh thái đối với loài thì sức chịu đựng của loài đối với một yếu tố khác cũng giảm. - Trong thiên nhiên cũng gặp sinh vật thường hay rơi vào hoàn cảnh không phù hợp với điều kiện cực thuận đối với một yếu tố nào đó thì trong trường hợp như thế một yếu tố khác trở nên quan trọng. - Để biểu diễn mức độ tương đối của sức chịu đựng trong sinh thái học người ta dùng các thuật ngữ như cury (rộng), steno (hẹp), oligo (ít), poly (nhiều), meso (vừa) làm tiếp đầu ngữ cho các từ chỉ các yếu tố. Ví dụ đối với nhiệt: eurytherm (rộng nhiệt), stenotherm (hẹp nhiệt)... - Trong điều kiện tự nhiên tác động của các yếu tố môi trường thường làm sinh vật bị lệch khỏi vùng cực thuận. Do vậy sinh vật luôn phải thích nghi, tự điều chỉnh để duy trì tính toàn vẹn về cấu trúc và sự ổn định trong các chức năng của mình. 2.5. Nơi sống Đó là không gian mà ở đó sinh vật sống hoặc thường gặp chúng. 2.6. Ổ sinh thái Sinh vật, ngoài nơi sống của mình, còn có ổ sinh thái (ecological), tức là một không gian sinh thái nào đó mà ở đấy những điều kiện môi trường quy định sự tồn tại lâu dài, không hạn định của các cá thể sinh vật. Theo E.P.Odum (1975) thì nơi sống chỉ ra “địa chỉ” sinh vật. Còn ổ sinh thái chỉ ra “nghề nghiệp” của nó. Với quan niệm này, theo ông ổ sinh thái chung là tổng hợp tất cả các điều kiện cần thiết đối với sự bảo tồn lâu dài của loài trong không gian và theo thời gian. ổ sinh thái thành phần là tổng hợp tất cả các nguồn cần thiết, đảm bảo cho hoạt động của một chức năng sống nào đó của cơ thể, ví dụ như các điều kiện đảm bảo cho quá trình dinh dưỡng. 2.7. Dạng sinh thái (Eco type) Những loài có vùng phân bố địa lý rộng hầu như đều hình thành những quần thể thích ứng với các điều kiện địa phương. Đó là các dạng sinh thái. Khả năng thích nghi và cải tạo môi trường của chúng trong những phần khác nhau của vùng phân bố đối với gradien nhiệt độ, độ chiếu sáng, và những yếu tố khác nữa có thể làm xuất hiện những chủng di truyền hoặc những chủng sinh lý (không thay đổi về kết cấu gene). II. Những yếu tố sinh thái chính và ảnh hưởng của chúng lên đời sống sinh vật 1 9 Những yếu tố của môi trường bao gồm những yếu vật lý (nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng ...), yếu tố hóa học (các nguyên tố hóa học và muối của chúng ...), các yếu tố sinh học (thức ăn, vật dữ, vật ký sinh, ...). Các yếu tố không phải chỉ đem lại những bất lợi cho đời sống mà còn là những yếu tố điều chỉnh, nhất là các yếu tố sinh học. 1. Nhiệt độ Nhiệt độ trên hành tinh biến đổi trong giới hạn hàng nghìn độ, song sự sống chỉ tồn tại trong phạm vi hẹp khoảng 3000C (từ -100 đến +1000C). Đa số các loài chỉ tồn tại và phát triển trong giới hạn nhiệt độ rất hẹp (từ 0-500C). - Trên hành tinh, nhiệt độ giảm từ xích đạo đến vùng cực, từ thấp lên cao, từ nơi nước nông đến nơi nước sâu. nhiệt độ mùa đông thấp hơn nhiệt độ mùa hè, đêm lạnh hơn ngày ... Tức là tuân theo các quy luật địa lý và khí hậu. Vì lẽ đó, sự phân bố của sinh vật cũng mang những nét đặc trưng, phản ánh sự thích nghi của chúng với từng vùng khí hậu. Vùng ôn đới, nhiệt độ dao động theo mùa rất lớn lên thường có mặt của nhiều loài rộng nhiệt, ngược với vùng cực và xích đạo hay gặp các loài hẹp nhiệt hơn. - Hiệu quả tác động của nhiệt độ lên sinh vật biểu hiện trên nhiều mặt của đời sống: thay đổi về hình thái, các đặc tính sinh lý, sinh thái và tập tính. Trong giới hạn nhiệt độ mà sinh vật chịu đựng, nếu tăng nhiệt thì quá trình tăng trưởng của sinh vật tăng do quá trình trao đổi chất được đẩy mạnh. Mặc dù vậy, trong giới hạn nhiệt độ tồn tại của sinh vật, sự thay đổi nhiệt độ quá đột ngột sẽ gây hại cho đời sống. Ngoài ranh giới chịu đựng, nhiệt độ quá thấp hoặc quá cao thường gây chết cho sinh vật liên quan đến hiện tượng đông đặc nguyên sinh chất (khi nhiệt độ quá thấp) hoặc do sự rối loạn các chức năng sinh lý (nếu nhiệt độ quá cao). - Liên quan với nhiệt độ, động vật giới được chia thành 2 nhóm: Nhóm động vật đồng nhiệt và nhóm động vật biến nhiệt. + Nhóm thứ nhất là những loài có thân nhiệt ổn định, không phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường và có cơ chế điều hòa thân nhiệt (có lông dày, lớp mỡ dưới da, tiết mồ hôi, ...). + Còn nhóm thứ 2 gồm những loài có thân nhiệt biến đổi phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường. Đối với loài động vật biến nhiệt, thời gian phát triển và số thế hệ mới được sinh ra hàng năm phụ thuộc chặt chẽ vào nhiệt độ môi trường. 2. Nước và độ ẩm - Nước chiếm 80-90% cơ thể sinh vật, do vậy nước rất cần cho cơ thể trong trao đổi chất, đồng thời còn là môi trường sống cho thủy sinh vật. - Trên hành tinh, nước tồn tại dưới 3 dạng: rắn (băng), lỏng và hơi nước. Nhờ sự chuyển đổi giữa 3 dạng trên mà có sự cân bằng nước trên hành tinh, tuy nhiên nước ở dạng lỏng chiếm tỷ trọng lớn nhất và chứa chủ yếu ở biển và đại dương. Mưa và độ ẩm có vai trò quan trọng nhất đối với sinh vật trên cạn. - Mưa: Mưa phân bố không đều theo không gian (địa hình, vĩ độ) và theo thời gian (mùa khí hậu). Do lượng mưa như trên mà trên bề mặt hành tinh hình thành nên các kiểu khu sinh học (biom) khác nhau, tuy nhiên chúng không chỉ được xác định đơn thuần theo lượng mưa mà bằng cả sự cân bằng giữa lượng mưa và lượng nước bốc hơi thế năng trong vùng. - Độ ẩm: là thông số đặc trưng cho hàm lượng nước trong không khí. + Độ ẩm tuyệt đối: là lượng nước bão hòa (tính bằng gam) chứa trong 1kg không khí ở điều kiện nhiệt độ và áp suất xác định. + Độ ẩm tương đối: tính bằng phần trăm của lượng hơi nước thực tế chứa trong không khí so với lượng hơi nước bão hòa của không khí ở cùng điều kiện và áp suất. 1 10 Độ ẩm không khí biến thiên theo vĩ độ địa lý, theo địa hình, theo mùa và theo ngày đêm. - Dựa vào nhu cầu nước của cơ thể sinh vật người ta chia chúng thành các nhóm: + Sinh vật ở nước (aquatic): đời sống của chúng diễn ra trong nước, + Sinh vật nửa nước nửa cạn (Amphibiont): ở chúng có 1 giai đoạn sống trên cạn, giai đoạn khác sống dưới nước. + Sinh vật ưa ẩm (Hydrophil): sống ở nơi rất ẩm (bão hòa hơi nước) + Sinh vật ưa ẩm vừa (Mesophil) + Sinh vật ưa khô (Xenophil) - Sự khô hạn của không khí là yếu tố sinh thái đặc biệt quan trọng đối với đời sống thực vật. ở những nơi có độ ẩm thấp, sinh vật nói chung hay thực vật nói riêng có những biến đổi cả về hình thái đặc tính sinh lý, sinh thái và tập tính để tồn tại và phát triển như giảm diện tích lá, có mô tích nước ... Động vật để tránh mất nước có vỏ kitin hoặc vỏ sừng, giảm bài tiết nước tiểu và mồ hôi ... hoặc hoạt động chủ yếu vào ban đêm ... ở thực vật còn quan sát thấy mối quan hệ giữa sự thoát hơi nước và năng suất mùa màng thông qua tỷ số giữa sự tăng trưởng và sự thoát hơi nước. 3. Tác động tổ hợp của nhiệt độ và độ ẩm Nhiệt độ và độ ẩm là 2 yếu tố sinh thái quan trọng. Song sự tác động đồng thời của chúng lên đời sống sinh vật tạo nên hiệu quả rất lớn, thường quy định vùng sống của loài. Sơ đồ biểu diễn tác động của tổ hợp trên gọi là thủy nhiệt độ hay khí hậu đồ. Khí hậu đồ có ứng dụng thực tế rất lớn trong việc thuần hóa, di giống các loài hoặc nghiên cứu biến động số lượng của quần thể liên quan với những biến động của các điều kiện khí hậu. 4. Ánh sáng - Ánh sáng chiếu xuống bề mặt trái đất phụ thuộc vào mây, độ lệch của tia chiếu (ở xích đạo, ôn đới ...) vào vị trí của trái đất so với mặt trời và phần hướng ra hay bị che khuất khỏi mặt trời do sự tự quay quanh trục của mình gây ra của quả đất để tạo nên chu kỳ mùa và chu kỳ ngày đêm. Tác động của ánh sáng lên đời sống sinh vật phụ thuộc vào: + Đặc tính của ánh sáng (độ dài bước sóng hay màu sắc của các tia đơn sắc) + Cường độ chiếu sáng (hay năng lượng được tính bằng calo hay lux) + Thời gian tác động (hay độ dài ngày) - Ánh sáng là yếu tố bắt buộc đối với hoạt động quang hợp của cây xanh. Nhờ có hệ sắc tố (chlorophil a, b, c ... ) mà thực vật đã tiếp nhận ánh sáng và năng lượng mặt trời để tổng hợp các chất hữu cơ đầu tiên từ nước, CO2 và muối khoáng. 6 CO2 + 6 H2O --> C6H12O6 + 6 O2 Liên quan với chế độ chiếu sáng người ta chia thực vật thành các nhóm: Cây ưa sáng và cây chịu bóng, nhóm cây dài ngày hay ngắn ngày. - Động vật tiếp nhận ánh sáng nhờ các cơ quan cảm quan (động vật bậc thấp) và thị giác (động vật bậc cao). Trong chúng cũng gồm nhóm động vật ưa hoạt động ban đêm và nhóm ưa hoạt động ban ngày. - Ánh sáng có tác động trực tiếp tới quá trình trao đổi chất và quá trình sinh sản của sinh vật. Đối với thực vật, cường độ chiếu sáng cao thì sự oxy hóa của men đã làm giảm quá trình tổng hợp chất hữu cơ, còn cường độ hô hấp lớn lại làm tiêu hao nhiều năng lượng. Do vậy, ở các nước nhiệt đới, cây trồng khó đạt năng suất cao và sản phẩm không giàu protein như ở vùng ôn đới. 1 11 Thay đổi chế độ chiếu sáng vào những thời điểm xác định gậy hiện tượng tình dục của côn trùng trước lúc vào giai đoạn sống tiềm sinh. Khi thay đổi chế độ chiếu sáng có thể làm thay đổi mùa sinh sản của cá hồi. Nhiều động vật bậc cao như thỏ rừng ở Malaysia bắt đầu mang thai vào những ngày trăng tròn. Nhiều động vật không xương sống ở nước có hiện tượng di cư thẳng đứng suốt ngày đêm, liên quan đến chu kỳ chiếu sáng. - Phản ứng với ánh sáng có chu kỳ (ngày đêm, tuần trăng ...) đã tạo nên ở sinh vật một nhịp điệu sống, cái gọi là đồng hồ sinh học. - Tác động của các tia (hồng ngoại, tử ngoại, tia X ...) còn ít được nghiên cứu. Song rõ ràng tia hồng ngoại thường làm tăng nhiệt của môi trường, tia tử ngoại với liều lượng thấp kích thích tạo vitamin D, liều lượng cao gây hủy diệt men và sinh chất của tế bào sinh vật. Các tia có bước sóng cực ngắn (tia γ, β) còn gây nên hiện tượng đột biến gene. 5. Các chất khí Thành phần khí của khí quyển từ lâu đã rất ổn định. Lớp khí bao bọc hành tinh dầy trên 1000 km, nhưng tập trung ở lớp gần mặt đất. Càng lên cao càng loãng dần và thành phần cũng biến đổi. Tầng thấp nhất là tầng đối lưu dầy 9-15 km có tác dụng điều chỉnh khí hậu thời tiết của hành tinh. Tầng bình lưu nằm phía trên kéo dài đến 80 km, mật độ loãng, nhiệt độ từ 10 đến -400C. Đáy của nó là lớp ozon có tác dụng như một lá chắn, ngăn cản 90% bức xạ tử ngoại từ mặt trời chiếu xuống trái đất. Trên tầng này là tầng Zonosphere (đạt đến 1000 km) và sau là tầng Exdosphere không có giới hạn. - Khí O2: Cần cho sự hô hấp của sinh vật và tham gia vào các phản ứng hóa học khác. Hoạt động của con người chưa là thay đổi sự cân bằng O2 trong khí quyển, hàm lượng này vẫn duy trì ở mức 20,94%. - Khí CO2: Cần cho quá trình quang hợp của thực vật và là sản phẩm của sự hô hấp của sinh vật và của quá trình phân giải các chất chứa cacbon. Hàm lượng CO2 cũng tương đối ổn định, trừ sự biến động lớn mang tính chất cục bộ (trong 1 thành phố). Song hàm lượng CO2 chung trong khí quyển đã tăng lên do sự hoạt động của con người chặt phá rừng, đốt nhiên liệu ... Trước thời kỳ công nghiệp hóa, hàm lượng CO2 ổn định ở mức 0,029%, đến 1970 lên đến 0,0321% với tốc độ trung bình 0,7% trên năm. CO2 cùng với bụi ngày một tăng sẽ đưa đến hiện tượng “hiệu ứng nhà kính”, bất lợi cho điều kiện khí hậu và đời sống của sinh vật. - Khí N2: Chiếm tỷ lệ lớn trong khí quyển và rất ổn định. Dưới tác động của các phản ứng điện hóa và quang hóa trên 1 ha diện tích mặt đất nhận được 4-10 tấn nitơ liên kết, cùng với 150-400 kg nitơ khác do vi khuẩn. Đó là nguồn muối dinh dưỡng quan trọng cho cây trồng. Trong môi trường nước, nhất là các vực nước ngọt, khí trở thành yếu tố giới hạn thực sự với đời sống sinh vật, đặc biệt là oxy. Hàm lượng khí trong nước giảm từ mặt đến đáy, thay đổi phụ thuộc vào nhiệt độ và độ muối, vào áp suất khí quyển và hệ số hòa tan của từng loại khí. ở nhiều nơi giàu chất hữu cơ còn xuất hiện khí độc (CH4, H2S, ...) có hại cho đời sống và làm suy giảm năng suất sinh học của vực nước. 6. Muối dinh dưỡng Muối có vai trò quan trọng trong đời sống sinh vật, vừa là chất cấu tạo, vừa là chất có trong dịch tế bào và cơ thể để tạo nên áp suất thẩm thấu, duy trì sự cân bằng áp suất thẩm thấu của cơ thể với môi trường, nhất là đối với thủy sinh vật. Nguồn muối trong môi trường được hình thành từ nhiều con đường: điện hóa và quang hóa, các phản ứng hóa học và sự khoáng hóa các chất hữu cơ hoặc do núi lửa phun ra từ lòng đất. Các muối thiết yếu tham gia vào cấu trúc cơ thể và tạo nên các chất quan trọng cho hoạt động sống (men, hormone ...) của sinh vật gọi là muối tạo sinh (biogen) như nitơ, phospho, sắt, ma nhê ... 1 12 Tùy theo lượng muối được sử dụng bởi sinh vật mà người ta chia các muối thành 2 nhóm: đại lượng và vi lượng. Muối vi lượng cơ thể đòi hỏi rất ít nhưng nếu thiếu thì sự trao đổi chất của cơ thể bị rối loạn. Đến nay đã xác định được khoảng 10 nguyên tố tham gia vào muối vi lượng như Fe, Mn, Cu, Zn, Bo, Si, Mo, V, Co, Ce. Trong đó Mn, Fe, Zn, và Co rất cần cho quá trình quang hợp. Mo, Bo, Fe cần cho trao đổi nitơ, còn Mn, Bo, Cu, Co, Si cần cho các chức năng trao đổi khác. Nhiều nguyên tố vi lượng có tác dụng như các vitamin, tham gia với vai trò xúc tác. Trong nước cũng có mặt hầu hết các loại muối, song muối Cacbonat (nước ngọt) và clorua (nước biển) có vai trò quan trọng do làm biến đổi áp suất thẩm thấu của cơ thể. Căn cứ vào sự biến đổi áp suất thẩm thấu của dịch cơ thể với áp suất môi trường, sinh vật nước được chia thành 3 nhóm: sinh vật biến thẩm thấu, sinh vật đồng thẩm thấu và sinh vật giả đồng thẩm thấu. 7. Dòng chảy và áp suất Dòng (khí, nước) và áp suất đều là những yếu tố giới hạn, trực tiếp hay gián tiếp tác động lên đời sống của sinh vật. Hướng và cường độ của gió thịnh hành ảnh hưởng đến hình thái của thực vật. Hoa được thụ phấn nhờ gió. Các dòng khí thăng, giáng nâng đỡ cánh chim, côn trùng khi bay. Bão, gió xoáy, nhất là gió mùa ... chi phối hoạt động của đời sống sinh vật trong vùng. Đối với các vực nước, dòng và áp suất của nước là tác nhân quan trọng trong sự phân bố của thủy sinh vật: sinh vật nước tĩnh và sinh vật nước chảy ... Hoạt động của các dòng (dòng triều, hải lưu, đối lưu ...) còn làm cho điều kiện môi trường thay đổi, trực tiếp hay gián tiếp tác động lên đời sống của các loài. 8. Đất và điều kiện sống trong đất Đất không chỉ là yếu tố quan trọng của môi trường mà còn là sản phẩm hoạt động sống và là môi trường sống của các loài sinh vật đất. Mỗi loại đất được đặc trưng bởi nguồn gốc, cấu trúc (sự sắp xếp và tỷ lệ các cấp hạt, ...) các đặc tính vật lý (kích thước cấp hạt, độ ngấm nước, sức nén, độ xốp ...) và hóa học của chúng. Mỗi loại đất có tỷ lệ pha trộn các loại hạt khác nhau. Theo thiết diện đứng, đất gồm các lớp sau: - Tầng A (mùn): gồm xác động thực vật đang biến đổi thành các vật liệu hữu cơ do sự mùn hóa. - Tầng B: gồm đất khoáng, các chất hữu cơ trong đó đang xảy ra quá trình khoáng hóa, trộn lẫn với vật liệu gốc bị nghiền vụn. Những chất hòa tan của tầng B được tạo thành từ tầng A rồi lại từ đó bị rửa trôi bởi nước xuống tầng sâu hơn. - Tầng C: nơi vật liệu gốc chưa bị biến đổi. Đó là đá mẹ thành hòn hay tảng được tạo thành do nhiều nguyên nhân. Đất là môi trường sống của nhiều loại sinh vật mà ở đó tồn tại hàng loạt các yếu tố vừa giới hạn vừa điều chỉnh hoạt động sống của các loài. - Độ xốp tạo điều kiện cho nước di chuyển và tạo nên độ thoáng khí cho đất, quy định nơi cư trú và vận động của sinh vật. - Nước và độ ẩm: do sự hút ẩm mà các cấu tượng đất được bọc bởi màng nước mỏng. Nước này thực vật không sử dụng được. Nước chứa trong các khe hở của các hạt đất tạo thành nước mao dẫn. Đây cũng là nơi sinh sống của động vật nguyên sinh. Tuy nhiên, thực vật chỉ có thể sử dụng được nước mao dẫn ở những khe có đường kính thích hợp (>2-8(m). Bên cạnh chúng còn có nước trọng lực, từ bề mặt thấm xuống qua các khe lớn, mang tính chất tạm thời. 1 13 - Các yếu tố vật lý, hóa học khác như độ pH, các muối khoáng, ion ... quy định mức phì nhiêu của đất và sự giàu nghèo của năng suất sinh học của đất. Chính sự sống của các quần thể đất là một trong những yếu tố hình thành và cải tạo đất, làm cho đất ngày một phì nhiêu. 9. Những yếu tố sinh học Sinh vật không chỉ có quan hệ với các yếu tố của môi trường mà còn tương tác với nhau gây ảnh hưởng lên nhau bằng các mối quan hệ sinh học trong cùng loài và khác loài, trong đó mối quan hệ khác loài đóng vai trò quan trọng nhất. Những mối quan hệ tạo nên tác dụng có lợi gọi là các tương tác dương và ngược lại, có hại gọi là các tương tác âm. III. Quần thể sinh vật Quần thể là một nhóm cá thể của một loài, khác nhau về giới tính, kích thước và tuổi, cùng sống trong vùng phân bố của loài. Những loài có vùng phân bố rộng với những điều kiện sống khác biệt nhau thường hình thành nên nhiều quần thể và được gọi là loài đa hình, ngược lại những loài có vùng phân bố hẹp, điều kiện sống đồng nhất không hình thành nên các quần thể khác nhau gọi là loài đơn hình. Quần thể là một tổ chức sinh vật cao hơn mức cá thể, đồng thời là một hệ thống mở tự điều chỉnh, dạng tồn tại cơ bản của loài trong những điều kiện cụ thể của môi trường. Quần thể được đặc trưng bởi tính cấu trúc, mức sinh sản, mức tử vong, những quy luật biến động số lượng riêng của mình. 1. Kích thước và mật độ Mỗi quần thể đều có số lượng tuyệt đối cá thể của mình gọi là kích thước của quần thể. Những sinh vật có kích thước cơ thể nhỏ thường có số lượng đông hơn những loài có kích thước lớn. Kích thước là một đại lượng tương đối ổn định đặc trưng cho loài. Nếu thấp hơn hoặc cao quá đại lượng trên, quần thể phải tự điều chỉnh để đạt trạng thái ổn định cân bằng với “dung tích” của môi trường. Nếu số lượng chung giảm dưới mức cho phép, quần thể sẽ rơi vào trạng thái suy vong. Mật độ là lượng cá thể tính trên một đơn vị thể tích hay diện tích của nơi sống (con/m3, con/m2). Quần thể có số lượng đông, trường di truyền cũng lớn và thích ứng với điều kiện sống càng rộng. ở những nơi điều kiện môi trường ổn định, số lượng quần thể thường nhỏ hơn so với những nơi mà điều kiện môi trường kém ổn định. Nhiều đặc tính sinh lý (hô hấp, dinh dưỡng...) của cá thể phụ thuộc vào mật độ quần thể. 2. Sự phân bố các cá thể trong không gian Có 3 kiểu phân bố của các cá thể trong không gian, liên quan đến điều kiện môi trường, trước hết là nguồn dinh dưỡng và tập tính “lãnh thổ” của cá thể: Phân bố đều, phân bố ngẫu nhiên, và phân bố điểm. Trường hợp cuối cùng là hiện tượng phổ biến trong thiên nhiên. 3. Cấu trúc tuổi Trong quần thể gồm nhiều lứa tuổi khác nhau. Những loài có tuổi thọ cao thì cấu trúc tuổi phức tạp hơn so với những loài có tuổi thọ thấp. Mỗi quần thể đều được đặc trưng bởi sự phân bố tuổi “trung bình” hay “ổn định” mà sự thay đổi của các nhóm tuổi thực tế đều hướng đến sự ổn định đó bằng cách thay đổi mức tử vong hoặc mức sinh sản. Quần thể gồm 3 nhóm tuổi sinh thái chính: tuổi trước khi sinh sản, đang sinh sản và sau khi sinh sản. Tỷ lệ giữa các nhóm tuổi trong tình trạng ổn định là dấu hiệu đặc trưng cho 1 14 loài. Hơn nữa, độ dài của các nhóm tuổi so với tuổi thọ trung bình cũng rất thay đổi giữa các loài, thậm chí ngay trong một loài sống trong những điều kiện khác nhau. Ví dụ ở người hiện nay, độ dài của 3 nhóm tuổi gần bằng nhau, nhưng ở những thế kỷ trước, tuổi sau sinh sản rất ngắn. 4. Cấu trúc giới tính Tỷ lệ đực cái của các quần thể trong tự nhiên thường là 1:1, song thay đổi theo từng loài và điều kiện sống cũng như theo thời vụ của mùa sinh sản. Sự cân bằng tương đối tỷ lệ đực cái không chỉ tăng nhịp điệu tái sản xuất mà còn duy trì sức sống cho các thế hệ con cái do sự phối hợp nguồn gene ở mức cao nhất. Chính vì vậy trong tự nhiên, khi điều kiện không thuận lợi, thường có sự thay đổi từ một quần thể “đơn tính” sang “sự ghép đôi” như ta thấy ở nhiều loài động vật không xương sống. 5. Mối quan hệ nội bộ loài Mối quan hệ giữa các cá thể trong quần thể hay các quần thể của một loài thuộc về mối quan hệ nội bộ loài. Mối quan hệ này bao gồm những tương tác dương và âm, biểu hiện trong quan hệ cạnh tranh, ký sinh, vật giữ con mồi (ăn đồng loại, ...) song các quan hệ “âm” không gay gắt như quan hệ giữa các loài mà chỉ giúp cho loài khắc phục các điều kiện bất lợi của môi trường hoặc làm tăng sức sống cho các thế hệ con cái để loài tồn tại và phát triển hưng thịnh hơn. Các mối quan hệ “dương” thường chiếm ưu thế. 6. Tái sản xuất và biến động số lượng của quần thể Mỗi một quần thể là một hệ thống với nhiều thông số không ổn định mà nó đảm bảo cách thức tồn tại tối ưu cho quần thể trong một điểm nào đó phù hợp với điều kiện bất ổn định của môi trường. Thông số quan trọng nhất trong hệ thống trên của quần thể là kích thước và hoạt động chức năng của nó. Hai thông số này điều hòa để đạt trạng thái tối ưu liên quan chủ yếu với 2 quá trình sinh sản và tử vong. 6.1. Mức sinh sản Đó là sự bổ sung cá thể mới cho quần thể. Khả năng này được kiểm soát bởi bản chất của quần thể và các yếu tố môi trường, trước hết là thức ăn và điều kiện hô hấp. Mức sinh sản được biểu hiện bởi 2 thông số: mức sinh sản tuyệt đối và mức sinh sản tương đối. Trường hợp đầu là số lượng cá thể mới được sinh ra bởi quần thể trong một khoảng thời gian xác định (giờ, ngày, năm ...). Còn trường hợp thứ 2 là tỷ số giữa các mức sinh sản tuyệt đối và số lượng cá thể trong quần thể (tính bằng %). Mức sinh sản thực tế hay sinh thái phụ thuộc vào điều kiện môi trường. Thích nghi với việc đảm bảo mức tái sản xuất của mình, ở sinh vật tồn tại các dạng sinh sản như sinh sản vô tính, đơn tính, hữu tính, ... Phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, sinh sản ở sinh vật thường diễn ra theo quy luật mùa, tuần trăng, ngày đêm ... 6.2. Mức tử vong và mức sống sót Mức tử vong là nhịp điệu chết của cá thể trong quần thể. Nguyên nhân chết là do tuổi già, vì các điều kiện bất lợi của môi trường, bao gồm cả bị ăn bởi vật dữ. Mức tử vong thực tế (hay mức chết sinh thái) là nhịp điệu chết của cá thể trong quần thể gây ra do điều kiện cụ thể của môi trường. Tuổi mà ở đó các cá thể đạt được rồi mới chết vì già trong điều kiện không do giới hạn của điều kiện sống được gọi là tuổi thọ sinh lý, tuổi thọ này cao hơn tuổi thọ sinh thái. Nếu gọi M là mức tử vong thì mức sống sót sẽ là 1-M. Mức tử vong thường thay đổi ở các giai đoạn sống và theo lứa. Mức sống sót của quần thể phụ thuộc và sự chăm sóc của bố mẹ đối với con cái, vào mật độ của quần thể và vào trạng thái thực tế của môi trường. 15 1 6.3. Sự tăng trưởng của quần thể Đó là sự gia tăng về số lượng và sinh vật của quần thể trong một khoảng thời gian, đồng thời cũng là hệ quả của 2 quá trình sinh sản và tử vong, trong đó mức sinh sản chiếm ưu thế. 6.4. Sự biến động số lượng của quần thể Khi quần thể hoàn thành sự tăng trưởng, tức là khi ∆N/∆t trung bình tiến đến 0 thì số lượng quần thể có khuynh hướng dao động quanh mức ổn định tương đối của mình và mối liên hệ ngược của một loài nào đó phát huy tác dụng. Sự biến động số lượng được xem như là một tiêu điểm sinh thái mà ở đó phản ánh tất cả các đặc trưng sinh học của quần thể, trong đó quan trọng phải kể đến sự tăng trưởng, mức sinh sản và tử vong, thông qua nguồn năng lượng được lấy vào chủ yếu là thức ăn. Ở những loài có chu kỳ sống ngắn trong môi trường kém ổn định thì sự dao động số lượng mạnh hơn so với những loài có tuổi thọ cao, cấu trúc quần thể phức tạp. Sự biến động số lượng mang tính chu kỳ, liên quan đến sự thay đổi có chu kỳ của các yếu tố tự nhiên hoặc không mang tính chu kỳ, liên quan với các hiện tượng ngẫu nhiên bao gồm cả hoạt động của con người. − Chu kỳ ngày đêm: gặp ở vi khuẩn, tảo, ... − Chu kỳ mùa gây ra do biến đổi của khí hậu (cường độ chiếu sáng, nhiệt độ, độ ẩm...). Phần lớn các loài sinh vật có mùa sinh sản tập trung vào màu xuân hè và cường độ tử vong cao vào mùa đông khắc nghiệt. − Chu kỳ nhiều năm: sự dao động này liên quan với những nguyên nhân làm thay đổi khí hậu của một vùng rộng lớn như sự thay đổi hoạt động của mặt trời xảy ra theo chu kỳ 9 12 năm. Biến động số lượng không theo chu kỳ (dịch, bệnh, động đất, núi lửa, ô nhiễm ...) thường gây tổn hại cho quần thể vì chúng không thích ứng kịp với những tác động ngẫu nhiên. Trong trường hợp biến động có chu kỳ, các quần thể thích nghi, tự điều chỉnh số lượng của mình để hướng tới trạng thái ổn định nhờ sự thay đổi hoạt động của các mối quan hệ thuận nghịch trong các quá trình tăng trưởng, sinh sản và tử vong thông qua nhịp điệu nhận năng lượng và vật chất của quần thể. Câu hỏi lượng giá cuối bài 1. Phân tích những đặc điểm cơ bản của nguyên lý sinh thái học. 2. Phân tích những yếu tố sinh thái tác động lên đời sống sinh vật. 3. Mô tả những mối liên quan trong quần thể sinh vật Tài liệu tham khảo 1. Bộ Giáo dục và Đào tạo, Thư viện giáo trình điện tử, Giaotrinh.khoahocmoitruong http://ebook.edu.net.vn, 2. Lê Thạc Cán (1995), Cơ sở khoa học môi trường, Viện Đại học Mở Hà Nội. 1 16 3. Cao Liêm, Phạm Văn Khê, Nguyễn Thị Lan (1998), Sinh thái học Nông nghiệp và bảo vệ môi trường, NXB Nông nghiệp. 4. Lưu Đức Hải ( 2001), Cơ sở khoa học môi trường, NXB ĐHQG Hà Nội. 5. Mai Trọng Nhuận, 2002. Địa hóa môi trường. NXB ĐHQG Hà Nội. 6. Vũ Trung Tạng (2000), Cở sinh thái học, Nhà xuất bản giáo dục. 7. Mai Đình Yên (2000), Cơ sở sinh thái học, Nhà xuất bản giáo dục. 8. Begon, M.,J.L.Harper, C.R.Townsend (2005), Ecolgy: Individuals, Populations and Communities, Blachwell Science. 17 1 NHỮNG BIẾN ĐỔI DÂN SỐ VÀ ĐIỀU KIỆN CON NGƯỜI I. Giới thiệu Bất kỳ sự thay đổi điều kiện sống nào tác động những người khác nhau thì sẽ có những biến đổi khác nhau. Một số người sống trên những sa mạc khô nóng với những chiếc lều và những bầy cừu, dê. Một số người sống trên những chiếc thuyền nhỏ từ đời này qua đời khác. Ở nhiều nước trên thế giới, trẻ em đã phải làm việc vất vả cùng với cha mẹ trên những cánh đồng để tăng thêm thu nhập cho gia đình. Một ví dụ cho thấy con số về gió của trái đất có thể thay đổi khí hậu ở nhiều vùng trên thế giới. Những sự thay đổi này có thể mang lại niềm hạnh phúc cho một số người ở một số vùng do lượng mưa tăng lên nhưng đồng thời là nguyên nhân của những trận lụt lớn cho những nơi khác. Khi một đưa bé ra đời thì gia đình phải chịu ảnh hưởng ngay lập tức, đó là thêm một miệng ăn, suất quần áo mặc, thêm một sự chăm sóc y tế và giáo dục. Sự sinh ra của một đứa trẻ thì không tác động ảnh hưởng đến thế giới hoặc thậm chí không ảnh hưởng đến cộng đồng địa phương quá nhiều. Nhưng thực tế sự sinh ra đó gây ra thay đổi rất lớn đến toàn thể dân số. Nguồn tài nguyên của trái đất thì cạn kiệt, cung cấp thức ăn, năng lượng, khoảng không và nguyên liệu thì hạn chế. Tất cả những cái này phải được phân chia cho toàn thể dân số trên thế giới. II. Những biến đổi về dân số 1. Lịch sử gia tăng dân số thế giới Tổ tiên loài người vài triệu năm trước đây đến khoảng 125.000 người và tập trung sống ở châu Phi. Ngay từ khi ấy, tổ tiên chúng ta đã có một nền văn hóa “sáng tạo”, truyền từ đời này qua đời sau. Đương nhiên nền văn hóa “sáng tạo” của thời Sustralopithecus chẳng có là bao so với ngày nay. Thời kỳ này văn hóa được truyền bằng miệng và biểu diễn từ người già cho đến người trẻ của bộ lạc. Nội dung gồm cách săn bắt, hái lượm, chế biến thức ăn, quy ước xã hội, xác định kẻ thù, v.v. Do có nền văn hóa như vậy, nên đã phân biệt loài người khác loài vật. Sự tiến hóa của loài người gắn liền với sự phát triển của não bộ. Nhân loại đã tích lũy phát huy dần tri thức, học hỏi và tìm tòi phát triển nó, phát triển các tổ chức xã hội từ những cá thể sống sót qua thử thách. Não bộ phát triển vừa là kết quả vừa là động lực cho sự phát triển văn hóa xã hội. Sự tiến hóa não bộ như vậy liên tục diễn ra cho đến khoảng năm 200.000 trước đây xuất hiện các cá thể mới khác hẳn về chất của cùng loài mà nguời ta gọi là người “khôn ngoan”. Người khôn ngoan có não bộ khoảng 1350 cm3. Sự tiến bộ về văn hóa đã có một số tác động phụ. Dân số thời tiền sử có tỷ lệ sinh ước khoảng 40-50/1000. Những tiến bộ về văn hóa đưa đến giảm phần nào tỷ lệ tử. Nhưng tính tỷ lệ tử trung bình cho 1000 dân không thể lớn hơn 0,004 (trên 1000) dưới mức tỷ lệ sinh, có nghĩa là tỷ lệ tăng dưới 0,0004%. Trong cả khoảng thời gian dài trước cách mạng nông nghiệp nhân loại đã mở rộng sự phân bố ra khỏi châu Phi đã sống khắp hành tinh. Điều này được biết thời điểm tới Tây Bán Cầu khoảng 45.000 B.C. Do săn bắt hái lượm có hiệu quả, con người đã để lại ngoài những cái khác là sự tiêu biến của nhiều loại thú lớn như loài voi ma mút. 2. Cách mạng nông nghiệp 1 18 Hậu quả của cách mạng văn hóa đối với dân số trái đất là không đáng kể so với thành quả sau này do cuộc cách mạng nông nghiệp đem lại. Chưa thể xác định rõ ràng được là bắt đầu từ khi nào thì những người Homo sapien bắt đầu hỗ trợ cho hoạt động săn bắt và hái lượm bằng canh tác nông nghiệp. Các nghiên cứu khảo cổ cho thấy canh nông đã xuất hiện khoảng 7000-5500 B.C ở vùng Trung đông tức là Iran và Irắc ngày nay. ở đây đã trồng trọt vài loại cây và chăn nuôi vài loại vật. Những người dân ở vùng này trước đây sống dựa vào nguồn lợi động vật và thực vật ở tự nhiên thì nay họ đã bắt đầu tự lực. Đây thực sự là bước ngoặt quyết định của lịch sử nhân loại từ chỗ phải tìm kiếm thức ăn ở tự nhiên nhiều thì nay họ đã tự sản xuất lấy thức ăn cho mình. Thành quả của nó là làm cho dân số tăng lên đáng kể (sinh tăng, tử giảm). Lập luận giải thích là: Một là do sự tự túc được thức ăn, nguồn dinh dưỡng phong phú hơn tỷ lệ sinh tăng, hai là bằng việc sản xuất thức ăn có khả năng dự trữ vào kho để dùng lâu dài. Sản xuất nông nghiệp phát triển, nhà nông có khả năng nuôi sống không chỉ gia đình mình. Các thành viên của cộng đồng, của gia đình đã chuyển hướng sang làm công việc khác. Cơ cấu tổ chức xã hội mới xuất hiện: lao động được phân công. Mức sống được cải thiện cùng với các công cụ canh tác nông nghiệp và phương tiện đi lại vận chuyển được cải thiện đã thúc đẩy nhanh sự tăng dân số. Đồng thời ở thời kỳ này cũng bắt đầu có sự phân hóa về mặt chính trị xã hội. Quá trình đô thị hóa cũng bắt đầu hình thành. Cuộc sống của con người cũng được an toàn hơn, ít hiểm họa hơn. Tuổi thọ tăng trên mức nguyên thủy (có lẽ mức nguyên thủy chỉ vào khoảng 20-25 tuổi). 3. Gia tăng dân số thời kỳ sau cách mạng nông nghiệp Sau cách mạng nông nghiệp sự gia tăng dân số không tiếp diễn liên tục lúc tăng lên lúc giảm tuy về cơ bản là vẫn tăng. Nền văn minh nhân loại lúc tiến triển, lúc thoái trào, và lúc thì thời tiết tốt, lúc lại trái ngược, rồi bệnh dịch đói kém và lại có chiến tranh ... Tất cả đều là các yếu tố tác động trực tiếp hay gián tiếp đến dân số. Không có các ghi nhận thống kê tin cậy dân số thời kỳ này. Tuy nhiên ta cũng phác thảo được diễn. Tuy nhiên, ta cũng phác thảo được diễn biến dân số vào thời kỳ này. Nhìn chung dân số thế giới tăng, nhưng cục bộ vùng này vùng khác lúc tăng lúc giảm. Ví dụ: bệnh dịch hạch đã làm giảm dân số châu Âu đến 25% trong những năm 1348-1350. Có những nước mất 50% dân số về nạn dịch này. Đây thực sự là thảm họa cho nhân loại. Bên cạnh dịch bệnh là nạn đói do mất mùa bởi thiên tai như hạn hán, lụt lội. Người ta tính từ năm 1 đến 1848 ở nước Anh có hơn 200 lần có nạn đói. Nạn đói cũng hoành hành ở Trung Quốc, Ấn độ, Nga. Chiến tranh giữa các nước, trong một nước và kéo dài dịch bệnh là các thảm họa cho nhân loại. Chiến tranh đã hủy diệt dân số nhiều vùng, cho những dân tộc yếu kém. Lịch sử văn minh phương tây liên miên có chiến tranh cho mãi đến hiệp ước hòa bình Wesphalia kết thúc sau 30 năm chiến tranh vào năm 1643 thế giới mới tạm hòa bình và ổn định. Lúc này cuộc cách mạng thương mại mới cất cánh. Quyền lực tập trung sau thời kỳ phong kiến tan rã. Tiểu thủ công nghiệp trở thành trung tâm của trật tự kinh tế mới. Nhà nước làm quy hoạch đáp ứng các yêu cầu kinh tế của nhân dân. 4. Sự gia tăng dân số vào thời kỳ tiền công nghiệp (1650-1850) Giữa thế kỷ XVII là một giai đoạn tương đối ổn định hòa bình sau chế độ kinh tế phong kiến cùng với cuộc cách mạng nông nghiệp ở châu Âu thì cuộc cách mạng thương mại cũng đang trở thành động lực chính. Nó đã thúc đẩy nhanh chóng ở thế kỷ XVII. Giá nông sản tăng và nhu cầu cung cấp cho các thành phố tăng đã thu hút sự phát triển của nông nghiệp. Sự tan rã của chế độ phong kiến đã hủy hoại dần chế độ chiếm hữu thái ấp. Các nông dân trai tráng được sản xuất tập thể cộng đồng nay không vui vẻ như cũ, và công việc sản xuất được tổ chức lại và lại xuất hiện dưới quyền chỉ huy của một người còn những người khác thì làm thuê. 1 19 Khi mà những ông chủ đất này muốn có thêm đất cày, họ bắt đầu khoanh cho mình các khu rừng của cộng đồng xưa kia và các đồng cỏ bao trong các hàng cây, tách người nông dân ra khỏi ruộng đất sinh sống của họ. Quá trình này diễn ra rất sôi nổi ở Anh, nơi mà đã có hàng loạt các luật đã được Quốc hội chấp thuận liên quan đến vấn đề này. Những nông dân làm thuê bị mất việc làm do có các tiến bộ canh tác nông nghiệp và cạnh tranh. Nông nghiệp đã trở thành các thương mại lớn. Hàng loạt cây con nuôi trồng mới xuất hiện. Trồng trọt và chăn nuôi đều phát triển, nạn đói kém bị đẩy lùi, dịch bệnh ít xảy ra. Kết quả là dân số thế giới trước hết là châu Âu tăng vọt lên. Dân số châu Âu và Nga đã tăng từ 103 triệu lên đến 144 triệu. Thêm vào đó là sự khai hóa Tây bán cầu. Năm 1500 tỷ lệ đất canh tác ở châu Âu là 10 người/1km2, đến khi mở mang sản xuất ở cả Tây bán cầu thì tính gộp chung tỷ lệ đất canh tác là 2 người/1km2. Không còn sự hạn chế về đất canh tác nhiều quốc gia và dân tộc đã trở lên giàu có và kết quả làm dân số tăng nhanh. Nhờ việc khai thác Tây bán cầu con người biết thêm 2 giống cây trồng mới có sản lượng cao là ngô và khoai tây. Ngô đã được trồng rộng rãi ở phía nam châu Âu và dân số Tây Ban Nha và ý đã tăng gấp đôi và thời kỳ này. Trong khi phân tích dân số châu Âu gia tăng khá rõ thì phân tích châu A gặp khá nhiều khó khăn. Trong thời gian 1650 - 1750 dân số châu A chỉ tăng 50-70%. ở Trung Quốc sau khi nhà Minh sụp đổ (1644), có một thời kỳ hòa bình làm ăn thịnh vượng, tỷ lệ tử vong giảm hẳn và 2 loại cây trồng quan trọng là ngô và khoai tây cũng được trồng ở đây; kết quả là dân số cũng tăng. Tóm lại, sự thịnh vượng, lương thực sản xuất nhiều, đói kém và bệnh tật giảm, y tế cải thiện, dân số đã gia tăng nhanh, tỷ lệ sinh tăng, tỷ lệ tử giảm , dân số gấp 2 lần vào thời gian này. Mặc dầu vậy vào thời gian này có 2 hiện tượng đã ngăn cản sự gia tăng dân số là tỷ lệ cao người sống độc thân không “Xây dựng gia đình” và nạn để trẻ em chết như ở thời kỳ trung cổ xảy ra phổ biến ở Anh, Pháp, Đức vào lúc này. Đồng thời dân số châu Âu tăng lên 2 lần vào lúc này, phải kể đến do châu Âu sang lập nghiệp ở Tân thế giới khiến cho dân số Hoa Kỳ đã tăng lên từ 4 triệu năm 1790 lên 23 triệu năm 1850. Châu á tăng chậm hơn, chỉ khoảng 50% vì các tiến bộ về văn hóa, khoa học và y học có mặt chậm hơn ở đây. Châu Phi không có ghi nhận thống kê, ước tính vào thời kỳ này khoảng 100 triệu. 5. Sự gia tăng dân số thế kỷ XX Quá trình chuyển tiếp dân số tiếp diễn ở các nước phương Tây sang cả thế kỷ XX. Mặc dù tỷ lệ sinh giảm và có một số lượng lớn dân di cư sang châu Mỹ nhiều nước ở châu Âu vẫn gia tăng dân số đáng kể, nhiều nước có sự gia tăng dân số đột biến. Tỷ lệ tăng bình quân năm dân số thế giới là vào khoảng 0,8% (tù năm 1850-1950). Dân số từ 1 tỷ lên 2,5 tỷ người. Quãng thời gian này dân số châu A tăng dưới 2 lần, châu Âu và châu Phi tăng 2 lần, Bắc Mỹ tăng 6 lần và Nam Mỹ tăng 5 lần. Sang thế kỷ XX, khuynh hướng trên thay đổi dần. Đến những năm 30 ở vài nước châu Âu tỷ lệ sinh tụt xuống nhanh hơn tỷ lệ tử và làm cho tỷ lệ tăng dân số chậm lại. Sau chiến tranh thế giới lần thứ 2, điều kiện sinh sống được cải thiện nhiều tỷ lệ sinh tăng lên trên tỷ lệ tử vong bù đắp lại cho đến những năm 60. Sau đó lại diễn ra sự giảm tỷ lệ sinh và đã làm cho một số nước mức tăng dân số bằng 0. Trong các nước công nghiệp hóa có tỷ lệ tăng giảm (do tỷ lệ sinh giảm) thì tại các nước kém công nghiệp hóa có tỷ lệ tử vong vẫn lớn do điều kiện sinh sống kém và dịch bệnh, chỉ sau những năm 40-50, do đẩy lùi được dịch bệnh tỷ lệ tử vong mới giảm được. Nét nổi bật mức giảm của tỷ lệ tử vong vào lúc này thấp hơn nhiều ở thời kỳ cách mạng nông nghiệp và cách mạng thương mại. Tóm lại, sang thế kỷ XXI dân số thế giới khó tránh khỏi sự bùng nổ.