Bài giảng Khoa học môi trường đại cương

PGS.TS. NGUYỄN HẢI HÒA (Chủ biên) ThS. TRẦN THỊ HƯƠNG, ThS. NGUYỄN THỊ BÍCH HẢO ThS. PHÍ THỊ HẢI NINH, ThS. LÊ PHÚ TUẤN ThS. THÁI THỊ THÚY AN, CN. ĐẶNG HOÀNG VƯƠNG, ThS. BÙI VĂN NĂNG KHOA HäC M¤I TR¦êNG ®¹i c­¬ng TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP - 2019 i PGS.TS. NGUYỄN HẢI HÕA (Chủ biên) ThS. TRẦN THỊ HƢƠNG, ThS. NGUYỄN THỊ BÍCH HẢO ThS. PHÍ THỊ HẢI NINH, ThS. LÊ PHÖ TUẤN, ThS. THÁI THỊ THÖY AN CN. ĐẶNG HOÀNG VƢƠNG, ThS. BÙI VĂN NĂNG BÀI GIẢNG KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG ĐẠI CƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP - 2019 iii MỤC LỤC MỤC LỤC .......................................................................................................................i DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .......................................................................... vii LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................... 1 Chƣơng 1. KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG .. 3 1.1. Khái niệm môi trƣờng, khoa học môi trƣờng ............................................ 3 1.2. Phân loại môi trƣờng .................................................................................. 5 1.3. Chức năng của môi trƣờng ......................................................................... 5 1.3.1. Môi trường là không gian sinh sống của con người và các loài sinh vật 5 1.3.2. Môi trường là nơi cung cấp tài nguyên cần thiết cho cuộc sống và hoạt động sản xuất của con người ...................................................................... 7 1.3.3. Môi trường là nơi chứa đựng và đồng hóa các chất thải ..................... 8 1.3.4. Môi trường là nơi lưu trữ và cung cấp thông tin cho con người ......... 9 1.3.5. Chức năng giảm nhẹ các tác động có hại của thiên nhiên tới con người và sinh vật trên Trái đất ........................................................................... 9 1.4. Sự cố môi trƣờng ...................................................................................... 10 1.4.1. Khái niệm sự cố môi trường ................................................................... 10 1.4.2. Một số sự cố môi trường trên thế giới và Việt Nam ............................ 10 1.5. Khủng hoảng môi trrƣờng ........................................................................ 13 1.5.1. Khái niệm khủng hoảng môi trường ...................................................... 13 1.5.2. Các biểu hiện khủng hoảng môi trường ................................................ 14 TỔNG KẾT CHƢƠNG 1 ........................................................................................... 16 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG 1 .............................................................................. 16 Chƣơng 2. THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA MÔI TRƢỜNG ........................... 17 2.1. Thạch quyển ............................................................................................. 17 2.1.1. Khái niệm và vai trò của thạch quyển ................................................... 17 2.1.2. Sự hình thành và cấu trúc của Trái đất ................................................. 17 2.1.3. Sự hình thành đá và quá trình tạo khoáng tự nhiên ............................ 27 2.1.4. Sự hình thành đất và biến đổi địa hình cảnh quan .............................. 29 2.1.5. Tai biến địa chất, xói mòn và trượt lở đất ............................................ 30 2.2. Thủy quyển ............................................................................................... 32 2.2.1. Khái niệm và vai trò của Thủy quyển .................................................... 32 2.2.2. Cấu tạo và sự hình thành đại dương ..................................................... 32 2.2.3. Đới ven biển, cửa sông và thềm lục địa ................................................ 35 2.2.4. Băng ........................................................................................................... 37 i iv 2.3. Khí quyển ................................................................................................. 38 2.3.1. Khái niệm và vai trò của khí quyển ....................................................... 38 2.3.2. Sự hình thành và cấu trúc khí quyển Trái đất ...................................... 38 2.3.3. Chế độ nhiệt và bức xạ và hoàn lưu khí quyển .................................... 41 2.4. Sinh quyển ................................................................................................ 43 2.4.1. Khái niệm và vai trò của sinh quyển ..................................................... 43 2.4.2. Hệ sinh thái, sinh khối và chu trình dinh dưỡng.................................. 43 2.4.3. Quang hợp và hô hấp .............................................................................. 46 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG 2 .............................................................................. 48 Chƣơng 3. CƠ SỞ SINH THÁI HỌC................................................................... 49 3.1. Hệ sinh thái ............................................................................................... 49 3.1.1. Khái niệm hệ sinh thái ............................................................................ 49 3.1.2. Cấu trúc hệ sinh thái ............................................................................... 52 3.1.3. Cơ chế hoạt động và chức năng của hệ sinh thái ................................ 53 3.1.4. Cân bằng hệ sinh thái ............................................................................. 54 3.1.5. Tính ổn định của hệ sinh thái ................................................................. 56 3.2. Năng lƣợng và chuyển hóa năng lƣợng trong hệ sinh thái ...................... 57 3.2.1. Dòng năng lượng trong hệ sinh thái ..................................................... 57 3.2.2. Chuỗi và mạng lưới thức ăn ................................................................... 59 3.2.3. Năng suất sinh học của hệ sinh thái ...................................................... 60 3.2.4. Diễn thế sinh thái ..................................................................................... 62 3.3. Các hệ sinh thái chủ yếu ........................................................................... 64 3.3.1. Các hệ sinh thái trên cạn ........................................................................ 64 3.3.2. Hệ sinh thái nước mặn ............................................................................ 65 3.3.3. Hệ sinh thái nước ngọt ............................................................................ 65 3.4. Chu trình tuần hoàn sinh địa hóa .............................................................. 65 3.4.1. Chu trình Carbon..................................................................................... 66 3.4.2. Chu trình Nitơ .......................................................................................... 67 3.4.3. Chu trình P ............................................................................................... 69 3.4.4. Chu trình lưu huỳnh ................................................................................ 71 3.4.5. Chu trình nước ......................................................................................... 71 3.4.6. Chu trình của những nguyên tố thứ yếu................................................ 72 3.5. Sự tăng trƣởng và tự điều chỉnh của các quần thể sinh vật ...................... 73 3.6. Qui luật cơ bản của sinh thái học ............................................................. 76 3.6.1. Quy luật tác động của một nhân tố sinh thái và đồng tổ hợp nhiều ii v nhân tố ........................................................................................................ 76 3.6.2. Quy luật tối thiểu của Liebig và sự chống chịu Shelford .................... 76 3.6.3. Quy luật tác động qua lại giữa sinh vật với sinh vật ........................... 77 3.7. Các giải pháp bảo vệ cân bằng sinh thái ................................................. 80 3.7.1. Tác động của con người tới hệ sinh thái ............................................... 80 3.7.2. Các biện pháp hạn chế tác động tiêu cực của con người ................... 81 TỔNG KẾT CHƢƠNG 3 ........................................................................................... 83 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG 3 .............................................................................. 83 Chƣơng 4. Ô NHIỄM MÔI TRƢỜNG ................................................................. 84 4.1. Khái niệm ô nhiễm môi trƣờng ................................................................ 84 4.2. Ô nhiễm nƣớc ........................................................................................... 85 4.2.1. Khái niệm ô nhiễm nước ......................................................................... 85 4.2.2. Nguồn gốc ô nhiễm nước ........................................................................ 85 4.2.3. Phân loại ô nhiễm nước ......................................................................... 86 4.2.4. Các tác nhân gây ô nhiễm nước ............................................................. 86 4.2.5. Ô nhiễm nước mặt lục địa ....................................................................... 90 4.2.6. Ô nhiễm và suy thoái nước ngầm .......................................................... 93 4.2.7. Ô nhiễm biển ............................................................................................ 94 4.3. Ô nhiễm không khí ................................................................................... 96 4.3.1. Khái niệm ô nhiễm không khí ................................................................. 96 4.3.2. Nguồn gây ô nhiễm không khí ................................................................ 96 4.3.3. Các tác nhân gây ô nhiễm không khí .................................................. 100 4.3.4. Sự lan truyền chất ô nhiễm trong khí quyển ....................................... 101 4.4. Ô nhiễm môi trƣờng đất ......................................................................... 102 4.4.1. Hệ sinh thái đất ...................................................................................... 102 4.4.2. Khái niệm ô nhiễm môi trường đất ...................................................... 103 4.4.3. Nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường đất ......................................... 104 4.4.4. Các tác nhân gây ô nhiễm môi trường đất ......................................... 104 TỔNG KẾT CHƢƠNG 4 ......................................................................................... 108 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG 4 ............................................................................ 108 Chƣơng 5. QUẢN LÝ MÔI TRƢỜNG .............................................................. 109 5.1. Khái quát chung về quản lý môi trƣờng ................................................. 109 5.1.1. Khái niệm cơ bản về quản lý môi trường ............................................ 109 5.1.2. Mục tiêu của quản lý môi trường ......................................................... 109 5.1.3. Nguyên tắc công tác quản lý môi trường ............................................ 110 iii vi 5.1.4. Nội dung của công tác quản lý môi trường ở Việt Nam ................... 111 5.1.5. Tổ chức quản lý Nhà nước về môi trường .......................................... 112 5.2. Cơ sở khoa học của công tác quản lý môi trƣờng .................................. 113 5.2.1. Cơ sở triết học của quản lý môi trường .............................................. 113 5.2.2. Cơ sở khoa học, kỹ thuật, công nghệ của quản lý môi trường ......... 115 5.2.3. Cơ sở kinh tế của quản lý môi trường ................................................. 116 5.2.4. Cơ sở luật pháp của quản lý môi trường ............................................ 116 5.3. Các công cụ quản lý môi trƣờng ............................................................ 117 5.3.1. Khái niệm và phân loại công cụ quản lý môi trường ........................ 117 5.3.2. Công cụ pháp luật quản lý môi trường ............................................... 118 5.3.3. Công cụ kinh tế quản lý môi trường .................................................... 122 5.3.4. Công cụ kỹ thuật quản lý và phụ trợ khác .......................................... 135 TỔNG KẾT CHƢƠNG 5......................................................................................... 135 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG 5 ............................................................................ 136 Chƣơng 6. PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG .............................................................. 137 6.1. Khái niệm và các chỉ tiêu của phát triển ................................................ 137 6.1.1. Khái niệm phát triển .............................................................................. 137 6.1.2. Lịch sử ra đời của khái niệm Phát triển ............................................. 137 6.1.3. Các chỉ tiêu phát triển kinh tế - xã hội ................................................ 138 6.1.4. Cách tính chỉ số HDI............................................................................. 142 6.2. Khái niệm Phát triển bền vững ............................................................... 145 6.3. Các mục tiêu và nguyên tắc của phát triển bền vững ............................. 147 6.3.1. Trên thế giới ........................................................................................... 147 6.3.2. Ở Việt Nam ............................................................................................. 150 6.4. Mô hình phát triển bền vững .................................................................. 153 6.4.1. Mô hình WCED (1987) ......................................................................... 153 6.4.2. Mô hình Jacobs và Sadler (1990) ........................................................ 154 6.4.3. Mô hình của Việt Nam .......................................................................... 154 6.4.4. Mô hình của UNESCO .......................................................................... 154 TỔNG KẾT CHƢƠNG 6......................................................................................... 155 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG 6 ............................................................................ 155 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 156 vi vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BTNMT GDP HDI PTBV QCVN QLMT UNEP WHO : : : : : : : : Bộ tài nguyên môi trƣờng Thu nhập bình quân Chỉ số phát triển con ngƣời Phát triển bền vững Quy chuẩn Việt Nam Quản lý môi trƣờng Chƣơng trình môi trƣờng của Liên Hợp Quốc Tổ chức Y tế thế giới v 1 LỜI NÓI ĐẦU Trong chƣơng trình đào tạo ngành Khoa học môi trƣờng, trƣờng Đại học Lâm nghiệp, môn học Khoa học môi trường đại cương được coi là môn cơ sở của ngành học. Trong quá trình biên soạn cuốn bài giảng, nhóm tác giả đã kế thừa những quy định pháp luật về bảo vệ môi trƣờng Việt Nam; một số bài giảng, giáo trình cơ sở khoa học môi trƣờng, khoa học môi trƣờng, môi trƣờng và phát triển, sinh thái học, sinh thái môi trƣờng của các trƣờng đại học; những kết quả nghiên cứu về bảo vệ môi trƣờng của một số đề tài khoa học... Bài giảng này gồm 6 chƣơng: Chƣơng 1 trình bày những khái niệm chung về môi trƣờng, chức năng, phân loại môi trƣờng, các vấn đề liên quan đến môi trƣờng nhƣ khủng hoảng môi trƣờng, sự cố và suy thoái môi trƣờng; Chƣơng 2 tập trung phân tích các thành phần cơ bản của môi trƣờng; Chƣơng 3 gồm các kiến thức về sinh thái học trong bảo vệ môi trƣờng; Chƣơng 4 phân tích các khía cạnh về ô nhiễm môi trƣờng; Chƣơng 5 đề cập những kiến thức cơ bản về quản lý môi trƣờng; Chƣơng 6 đề cập đến một số kiến thức về phát triển bền vững. Tham gia biên soạn bài giảng gồm: 1. TS. Nguyễn Hải Hòa (chủ biên) và biên soạn chƣơng 2, chƣơng 3; 2. ThS. Trần Thị Hƣơng biên soạn chƣơng 1; 3. ThS. Phí Thị Hải Ninh biên soạn chƣơng 4, chƣơng 5; 4. ThS. Nguyễn Thị Bích Hảo biên soạn chƣơng 6. Nhóm tác giả chân thành cảm ơn các đồng nghiệp đã cung cấp tài liệu và đóng góp những ý kiến quý báu trong quá trình biên soạn, kính mong nhận đƣợc những góp ý để lần xuất bản sau đƣợc hoàn chỉnh hơn. Nhóm tác giả 3 Chƣơng 1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG Chƣơng 1 tập trung trình bày về các khái niệm cơ bản trong khoa học môi trƣờng nhƣ môi trƣờng, phân loại môi trƣờng, các vai trò và chức năng cơ bản của môi trƣờng. Trong chƣơng này sinh viên sẽ hiểu thế nào là ngành khoa học môi trƣờng, đối tƣợng và nhiệm vụ nghiên cứu của khoa học môi trƣờng. Ngoài ra sinh viên sẽ hiểu biết về những vấn đề môi trƣờng chính hiện nay trên thế giới và Việt Nam, các biểu hiện chính của khủng hoảng môi trƣờng. 1.1. Khái niệm môi trƣờng, khoa học môi trƣờng Có rất nhiều khái niệm về môi trƣờng xuất phát từ đối tƣợng và nhiệm vụ nghiên cứu của từng ngành khoa học. Do sự phát triển của khoa học - kỹ thuật, những nghiên cứu về môi trƣờng ngày càng sâu sắc và đầy đủ hơn. Theo Điều 3, Luật bảo vệ môi trƣờng Việt Nam Số 55/2014/QH13 ngày 23 tháng 6 năm 2014 đã đƣa ra khái môi trƣờng nhƣ sau: Môi trường là hệ thống các yếu tố vật chất tự nhiên và nhân tạo có tác động đối với sự tồn tại và phát triển của con người và sinh vật. Ngoài ra, Môi trƣờng còn đƣợc hiểu theo nhiều nghĩa khác nhau: - Theo quan điểm về môi trƣờng của sự vật, hiện tƣợng: Môi trƣờng là tổng hợp các điều kiện bên ngoài có ảnh hƣởng tới một vật thể hoặc một sự kiện đó. Bất cứ một vật thể, một sự kiện nào cũng tồn tại và diễn biến trong một môi trƣờng. Ví dụ: Môi trƣờng của một học sinh gồm: phòng học, bàn ghế, sách vở, sân trƣờng, vƣờn hoa, phòng thí nghiệm, thầy cô, bạn bè, môi trƣờng không khí khu vực xung quanh trƣờng - Theo quan điểm về môi trƣờng sống: Môi trƣờng bao gồm tất cả những gì bao quanh sinh vật, bao gồm tất cả các yếu tố vô sinh và hữu sinh có tác động trực tiếp hay gián tiếp lên sự sống, phát triển và sinh sản của sinh vật (Hoàng Đức Nhuận, 2000). Ví dụ: Môi trƣờng sống của một cây cá thể trong một rừng cây gồm: đất (những tính chất của đất), nƣớc, môi trƣờng không khí, thành phần chất dinh dƣỡng trong lớp thảm mục bề mặt và trong đất, các cây gỗ cá thể khác, cây bụi, thảm tƣơi 4 Qua tìm hiểu những khái niệm về Môi trƣờng nhƣ trên chúng ta thấy đƣợc rằng, môi trƣờng chính là nơi mà con ngƣời nói riêng và các loài sinh vật nói chúng tồn tại và phát triển. Nhƣ vậy, thành phần môi trƣờng là yếu tố vật chất tạo thành môi trƣờng bao gồm đất, nƣớc, không khí, âm thanh, ánh sáng, sinh vật, hệ sinh thái và các hình thái vật chất khác. Khoa học môi trƣờng là ngành khoa học nghiên cứu mối quan hệ tƣơng tác qua lại giữa con ngƣời với môi trƣờng xung quanh nhằm mục đích bảo vệ môi trƣờng sống của con ngƣời và sinh vật trên trái đất. Đối tƣợng nghiên cứu của khoa học môi trƣờng là các thành phần môi trƣờng trong mối quan hệ tƣơng tác giữa môi trƣờng và con ngƣời. Môi trƣờng là đối tƣợng nghiên cứu của nhiều ngành khoa học nhƣ sinh học, hóa học, địa chất, khí tƣợng thủy văn... Tuy nhiên, các ngành khoa học đó chỉ quan tâm đến một phần hoặc một thành phần môi trƣờng theo nghĩa hẹp, chƣa đủ điều kiện nghiên cứu và giải quyết mọi nhiệm vụ của công tác bảo vệ môi trƣờng là quản lý và bảo vệ chất lƣợng các thành phần môi trƣờng sống của con ngƣời và sinh vật trên trái đất. Nhƣ vậy, có thể xem môi trƣờng là một ngành khoa học độc lập, đƣợc xây dựng trên cơ sở tích hợp các kiến thức của các ngành khoa học đã có cho một đối tƣợng chung là môi trƣờng sống bao quanh con ngƣời với phƣơng pháp và nội dung nghiên cứu cụ thể (Cunningham, 1995)