Trang 1
MỤC LỤC A. LỜI NÓI ĐẦU............................................................................................................. 2 I. Lí do chọn đề tài......................................................................................................... 3 II. Mục tiêu.................................................................................................................... 3 B. NỘI DUNG.................................................................................................................. 5 1. Khái quát về quần xã sinh vật.................................................................................... 5 1.1. Khái niệm quần xã sinh vật................................................................................. 5 1.2. Một số đặc điểm của quần xã.............................................................................. 5 1.3. Cách đặt tên quần xã ........................................................................................... 6 2. Đặc trưng quần xã sinh vật........................................................................................ 6 2.1. Độ đa dạng về loài của quần xã .......................................................................... 6 2.2. Thành phần loài trong quần xã.......................................................................... 10 2.3. Sự phân bố các loài trong không gian............................................................... 15 2.4. Cấu trúc không gian của quần xã...................................................................... 16 3. Quan hệ giữa các loài trong quần xã sinh vật.......................................................... 17 3.1. Quan hệ giữa các loài trong quần xã................................................................. 17 3.2. Hiện tượng khống chế sinh học và kiểm soát sinh học..................................... 24 4. Quan hệ dinh dưỡng giữa các loài trong quần xã.................................................... 24 4.1. Chuỗi thức ăn.................................................................................................... 24 4. 2. Bậc dinh dưỡng ................................................................................................ 25 4.3. Lưới thức ăn...................................................................................................... 26 4.4. Tháp sinh thái.................................................................................................... 26 5. Sự cạnh tranh giữa các loài và sự hình thành ổ sinh thái........................................ 29 5.1. Khái niệm ổ sinh thái: … .................................................................................. 29 5.2. Cạnh tranh và sự phân li ổ sinh thái.................................................................. 29 6. Diễn thế sinh thái..................................................................................................... 30 6.1. Khái niệm.......................................................................................................... 30 6.2. Các dạng diễn thế sinh thái ............................................................................... 30 6.2.3. Diễn thế tự dưỡng........................................................................................... 32 6.4. Những xu hướng biến đổi trong quá trình diễn thế sinh thái............................ 33 6.5. Ý nghĩa của việc nghiên cứu diễn thế sinh thái ................................................ 35 7. Tác động của con người lên quần xã sinh vật ......................................................... 35 C. CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ VẬN DỤNG....................................................................... 37 1
Trang 2
DANH SÁCH HÌNH Hình 1: Sơ đồ về các mối quan hệ tương tác trong nội bộ quần xã và giữa quần xã với môi trường vô sinh …………………………………………………………………….. 5 Hình 2: Quần xã rừng Tràm Trà Sư Tri Tôn An Giang ……………………………… 5 Hình 3: Quần xã sinh vật đồng ruộng Long Mỹ - Hậu Giang ………………………… 5 Hình 4: Năng lượng, nước và độ giàu loài ……………………………………………. 7 Hình 5: Độ đa dạng của quần xã vi khuẩn đất phân bố từ Bắc Mỹ đến Nam Mỹ có liên quan nhiều đến độ pH ………………………………………………………………….. 9 Hình 6: Địa y (Lobaria pulmonaria) …………………………………………………. 14 Hình 7: Sự phân tầng của quần xã theo chiều thảng đứng …………………………… 16 Hình 8: sự phân bố theo chiều ngang của sinh vật ở vùng ven biển …………………. 16 Hình 9: Cộng sinh giữa tảo và nấm tạo thành địa y ………………………………….. 18 Hình 10. Quan hệ hợp tác giữa chim sáo với trâu …………………………………… 18 Hình 11. Cá ép bám trên cơ thể các mập để di chuyển ………………………………. 19 Hình 12: Thí nghiệm xác định mối quan hệ cạnh tranh giữa 3 loài trùng cỏ ………... 21 Hình 13: Nửa kí sinh ở cây tàm gửi …………………………………………………. 22 Hình 14: Sán kí sinh trong ống tiêu hóa của người ………………………………….. 22 Hình 15: hiện tượng nở hoa của loại tảo Phaeocystis ra ở vùng biển Bình Thuận …… 23 Hình 16: Loài bò biển Tây India (Trichchus manatus) ở Florada ăn Huệ biển (loài nhập nội .................................................................................................................................. 23 Hình 17: Lưới thức ăn sinh vật biển Nam cực .............................................................. 26 Hình 18: Tháp sinh thái số lượng …………………………………………………….. 27 Hình 19: Tháp số lượng biến dạng …………………………………………………… 27 Hình 20: Các tháp sinh khối .......................................................................................... 28 Hình 21: Tháp sinh thái năng lượng ………………………………………………….. 28 Hình 22: Sự phân chi nguồn sống của các loài thằn lằn ở Cộng hòa Dominica ……... 29 Hình 23: Diễn thế nguyên sinh ………………………………………………………. 31 Hình 24. Diễn thế thứ sinh …………………………………………………………... 32 2
Trang 3
A. LỜI NÓI ĐẦU I. Lí do chọn đề tài Sinh thái học (Ecology) là chuyên ngành nghiên cứu về sự sống, về các điều kiện sinh tồn và phát triển của sinh vật, các mối quan hệ tác động qua lại giữa sinh vật với sinh vật và tác động quan lại giữa sinh vật với môi trường trong quá trình tồn tại và phát triển của chúng. Từ đó hình thành nên các đặc điểm về hình thái, sinh lí cũng như sự phân bố giữa các cá thể cùng loài và giữa các quần thể khác loài sao cho chúng phát tiển cân bàng với môi trường sống ở khu phân bố mà chúng đang tồn tại. Khi nghiên cứu Sinh thái học mang lại nhiều ứng dụng thực tiễn trong sinh học bảo tồn, quản lí các nguồn tài nguyên trong tự nhiên và hạn chế tối đa việc tác động không mong muốn của môi trường đến đời sống con người; từ có có chiến lược bảo vệ môi trường cũng như bảo vệ sức khỏe đời sống con người. Trong Sinh thái học thì Sinh thái học quần xã là là vĩnh vực chuyên nghiên cứu về các mối quan hệ gắn bó giữa các loài với nhau và với môi trường sống của chúng. Trong đó, các loài trong quần xã luôn tác động qua lại với nhau theo hướng hỗ trợ hay đối kháng dẫn đến các loài trong tự nhiên luôn có xu hướng điều chỉnh cân bằng góp phần duy trì sự cân bằng và ổn định của hệ sinh thái. Có nhiều tài liệu viết về chuyên đề Quần xã sinh vật, tuy nhiên mỗi tài liệu viết sâu về một phần kiến thức riêng và chủ yếu viết sâu về kiến thức mà chưa có nhiều câu hỏi, bài tập chuyên sâu và vận dụng. Trong khí đó đề thi học sinh giỏi các cấp nhất là đề thi học sinh giỏi cấp quốc gia có đến 30% số điển thuộc nội dung sinh thái học, trong đó nhiều nội dung thuộc về quần xã sinh vật. Nhằm mục đích tự bồi dưỡng chuyên môn và có tư liệu giúp các em học sinh có kiến thức chuyên sâu hơn về nội dung này để các em có nền tảng tốt trong việc phát triển học sinh giỏi các cấp ở những năm tiếp theo nên tôi lựa chọn viết chuyên đề tự bồi dưỡng là “Quần xã sinh vật”. II. Mục tiêu - Tìm hiểu chuyên sâu về kiến thức Quần xã sinh vật, hệ thống hóa kiến thức từ nhiều nguồn tham khảo về nội dung quần xã bao gồm: + Khái quát về quần xã sinh vật: Khái niệm quần xã sinh vật, đặc điểm quần xã sinh vật, cách đặt tên quần xã. 3
Trang 4
+ Các đặc trưng cơ bản của quần xã sinh vật: Độ đa dạng về loài của quần xã, thành phần loài trong quần xã, hoạt động chức năng của các nhóm loài, mối quan hệ giữa số lượng loài và số lượng cá thể mỗi loài, cấu trúc không gian của quần xã. + Quan hệ giữa các loài trong quần xã sinh vật: Quan hệ giữa các loài trong quần xã, hiện tượng khống chế sinh học + Quan hệ dinh dưỡng giữa các loài trong quần xã: chuỗi thức ăn, bậc dinh dưỡng, lưới thức ăn, tháp sinh thái. + Sự cạnh tranh giữa các loài và sự hình thành ổ sinh thái: Khái niệm ổ sinh thái, cạnh tranh và sự phân li ổ sinh thái. + Diễn thế sinh thái: khái niệm, các dạng diễn thế sinh thái, nguyên nhân gây diễn thế sinh thái, những xu hướng biến đổi trong quá trình diễn thế sinh thái, ý nghĩa của việc nghiên cứu diễn thế sinh thái. + Tác động của con người lên quần xã sinh vật. - Tạo được nguồn học liệu về Quần xã sinh vật cho học sinh có thêm tư liệu tham khảo để ôn tập trong các kì thi học sinh giỏi. - Tích lũy thêm tư liệu cũng như chia sẻ cho giáo viên trong tổ tham khảo để vận dụng trong giảng dạy cũng như bồi dưỡng học sinh giỏi các cấp. - Sưu tầm hệ thống các câu hỏi, bài tập liên quan đến nội dung Quần xã sinh vật từ các đề thi các cấp nhất là đề thi học sinh giỏi cấp quốc gia để học sinh và giáo viên tham khảo về cách vận dụng kiến thức cũng như tăng thêm kinh nghiệm làm bài trong các kì thi. 4
Trang 5
B. NỘI DUNG 1. Khái quát về quần xã sinh vật 1.1. Khái niệm quần xã sinh vật Quần xã sinh vật là tập hợp các quần thể sinh vật thuộc nhiều loài khác nhau cùng sống trong một không gian, thời gian nhất định. Các sinh vật trong quần xã có mối quan hệ gắn bó với nhau và với môi trường sống thành một thể thống nhất tạo nên cấu trúc tương đối ổn định. Hình 1: Sơ đồ về các mối quan hệ tương tác trong nội bộ quần xã và giữa quần xã với môi trường vô sinh Ví dụ Hình 2: Quần xã rừng Tràm Trà Sư Hình 3: Quần xã sinh vật đồng ruộng Tri Tôn An Giang Long Mỹ - Hậu Giang 1.2. Một số đặc điểm của quần xã Quần xã là một tổ chức sống của sinh giới được hình thành qua một quá trình lịch sử với một số đặc điểm cơ bản sau: - Quần xã có cấu trúc tương đối ổn định và có nhiều đặc trưng cơ bản riêng. - Quần xã luôn có sự biến đổi theo thời gian từ quần xã này sang quần xã khác có thể đưa đến quần xã đỉnh cực hay suy thoái (diễn thế sinh thái). - Các sinh vật trong quần xã có mối quan hệ sinh thái chặt chẽ với nhau. 5
Trang 6
- Các thành phần trong quần xã và giữa quần xã với môi trường vô sinh luôn có sự trao đổi vật chất và chuyển hóa năng lượng. 1.3. Cách đặt tên quần xã - Theo thành phần loài sinh vật ưu thế. Ví dụ: Quần xã cây họ Dầu ưu thế, quần xã cỏ ba lá ưu thế, quần xã đước, vẹt, … - Theo các dạng sống ưu thế hay loài chỉ thị cho điều kiện môi trường. Ví dụ: Quần xã cây gỗ ưu thế, quần xã cây bụi, … - Theo điều kiện nơi ở của quần xã. Ví dụ: Quần xã rừng ngập mặn là quần xã của những cây gỗ có khả năng hình thành và định cư trên những vùng đất ngập triều. - Căn cứ vào lãnh thổ phân bố quần xã: Ví dụ: Quần xã lục địa, quần xã đại dương, quần xã biển, quần xã rừng nhiệt đới, … 2. Đặc trưng quần xã sinh vật 2.1. Độ đa dạng về loài của quần xã Độ đa dạng của quần xã được thể hiện qua sự phong phú về số lượng loài và tỉ lệ số cá thể của mỗi loài so với tổng số cá thể trong quần xã. Quần xã có số lượng loài càng lớn và độ phong phú của các loài càng đồng đều thì độ đa dạng càng cao. Độ đa dạng của quần xã chịu ảnh hưởng của các nhân tố sinh thái vô sinh và hữu sinh (sự cạnh tranh giữa các loài, mối quan hệ con mồi - vật ăn thịt…) của môi trường. Độ đa dạng của quần xã sinh vật thay đổi theo vĩ độ và giảm dần từ nơi có vĩ độ thấp đến nơi có vĩ độ cao, từ chân núi lên đỉnh núi, từ vùng ven bờ đến vùng khơi và từ tầng mặt xuống các lớp nước sâu. Ở những vùng khí hậu khắc nghiệt thường xuyên biến đổi thì độ đa dạng của quần xã thấp hơn các vùng có khí hậu ổn định và nguồn sống phong phú. Ví dụ ở những vùng sa mạc có khí hậu khô nóng và lượng mưa trung bình hằng năm thấp nên độ đa dạng của quần xã thấp hơn các vùng ở rừng mưa nhiệt đới có khí hậu nóng ẩm và lượng mưa trung bình hằng năm cao. Khí hậu là nguyên nhân chủ yếu gây ra sự thay đổi đa dạng sinh học ở các vĩ độ khác nhau. Ở các quần xã trên cạn, hai nhân tố then chốt của khí hậu liên quan chặt chẽ với đa dạng sinh học là năng lượng mặt trời và lượng nước sẵn có, cả 2 yếu tố này đều có ở vùng nhiệt đới. Cả hai yếu tố đó được xem xét cùng nhau qua việc đo đạt tỉ lệ bốc hơi – thoát hơi nước trong quần xã. Bốc hơi từ đất và sự thoát hơi nước từ thực vật cùng với nguồn năng lượng ánh sáng mặt trời, nhiệt độ ảnh hưởng đến độ đa dạng của sinh vật. (a) giàu loài của các cây ở Bắc Mỹ tăng lên với việc tăng bốc hơi nước và thoát hơi nước thực tế. 6
Trang 7
(b) Độ giàu loài của các động vật có xương sống ở Bắc Mỹ tăng lên với việc tăng bốc và thoát hơi nước tiềm năng. Bốc và thoát hơi nước minh họa trong đồ thị được tính tương đương với lượng mưa. Hình 4: Năng lượng, nước và độ giàu loài (Trích: Campbell Biology 12th, 2020) Độ đa dạng còn thể hiện sự biến động, ổn định hay suy thoái của quần xã. Ở quần xã có độ đa dạng càng cao thì mối quan hệ giữa các loài càng chặt chẽ, lưới thức ăn càng phức tạp hơn; trong đó những loài có cùng bậc dinh dưỡng hay có mối quan hệ gần gũi có thể thay thế nhau trong lưới thức ăn nên quần xã đó có tính ổn định cao hơn. Độ đa dạng của quần xã được thể hiện bằng các chỉ số: Tần số xuất hiện và độ phong phú của các loài: - Tần số xuất hiện (độ thường gặp) của một loài (C) là tỉ lệ phần trăm của một loài gặp trong các điểm khảo sát so với tổng các điểm khảo sát. C = (p x 100) / P 7
Trang 8
Trong đó, p là số điểm khảo sát có xuất hiện loài nghiên cứu, P là tổng số địa điểm khảo sát. Nếu C > 50% thì loài nghiên cứu là loài thường gặp Nếu C < 50% thì loài nghiên cứu là loài ít gặp Nếu C < 25% thì loài nghiên cứu là loài ngẫu nhiên - Độ phong phú (độ giàu có) của loài (D) là tỉ lệ % số cá thể của một loài so với tổng số cá thể của tất cả các loài trong quần xã D = (ni / N) x 100 Trong đó, ni số cá thể của loài I trong quần xã, N là số lượng cá thể của tất cả các loài trong quần xã. Các nhà sinh thái học sử dụng nhiều công cụ định lượng để so sánh độ đa dạng của quần xã theo thời gian và không gian. Các nhà khoa học thường tính toán chỉ số đa dạng dựa vào sự giàu loài và độ phong phú tương đối. Các chỉ số thường được sử dụng để đánh giá độ đa dạng của quần xã: - Chỉ số được sử dụng phổ biến là độ đa dạng Shannon (H): H = - [(pA.lnpA) + (pB.lnpB) + (pC.lnpC) + …. ] Trong đó, A, B, C … là các loài trong quần xã; P là độ phong phú tương đối của mỗi loài; ln là logatit tự nhiên. Quần xã nào có chỉ số Shannon (H) càng lớn thì quần xã đó càng đa dạng loài và ngược lại. - Chỉ số Simpson: Chỉ số Simpson (Simpson index) cũng là một trong những phương pháp tính toán độ đa dạng của quần xã, gọi ʎ là chỉ số Simpson, ta có: Trong đó, pi là mức độ phong phú của loài i. Khoảng giá trị của của ʎ là 0 ≤ ʎ ≤ 1, trong đó quần thểcó giá trị ʎ càng tiến về 0 thì quần xã càng đa dạng. Nếu lấy 1 - ʎ thì ta được chỉ số đa dạng Gini - Simpson và lúc này quần xã có chỉ số Gini - Simpson càng lớn thì quần xã càng đa dạng và ngược lại. - Chỉ số đa dạng alpha-Fisher thể hiện độ đa dạng loài trong quần xã và được tính bởi công thức: 8
Trang 9
Trong đó S là tổng số loài, α là chỉ số đa dạng loài và N là tổng số cá thể trong quần xã. - Chỉ số đa dạng Magarlaf (M) được tính bởi công thức: Trong đó, S là tổng số loài, N là tổng số cá thể trong quần xã. Giá trị M càng lớn thì quần xã càng đa dạng và ngược lại. - Chỉ số đa dạng Menhinick (DMn) được tính bởi công thức: Trong đó S là tổng số loài, N là tổng số cá thể trong quần xã. Giá trị DMn càng lớn thì quần xã càng đa dạng và ngược lại. - Ngoài ra, còn nhiều phương pháp định tính độ đa dạng của quần xã như đa dạng alpha, đa dạng beta, đa dạng gamma... - Xác định mức ưu thế (C) của loài nào đó trong quần xã bằng công thức E. H. Simpson (1949): n C = ( i )2 N Xác định số lượng và độ phong phú tương đối của các loài trong quần xã thường gặp một số khó khăn như sử dụng dụng cụ đánh bắt có thể làm chết cá thể; một số loài loài di chuyển nhanh, phát tán rộng, kích thức cá thể quá nhỏ như vi sinh,… gây khó khăn trong việc thu mẫu. Đối với những loài có kích thước nhỏ bé như vi sinh vật, các nhà khoa học thường sử dụng kỹ thuật phân tử để xác định độ đa dạng của chúng. Mặc dùn việc đo độ phong phú của loài rất khó khăn nhưng có ý nghĩa lớn trong việc xác định độ cấu trúc của quần xã cũng như bảo vệ sự đa dạng sinh học trong tự nhiên. Ví dụ: Các nhà khoa học sử dụng kỹ thuật phân tử đã xác định được độ phong phú của lài và độ đa dạng của quần xã vi khuẩn đất phân bố từ Bắc Mỹ đến Nam Mỹ có liên quan nhiều đến độ pH của đất. Trong đó, độ đa dạng Shannon cao nhất ở đất trung tính và thấp nhất ở đất acid. Hình 5: Độ đa dạng của quần xã vi khuẩn đất phân bố từ Bắc Mỹ đến Nam Mỹ có liên quan nhiều đến độ pH (Trích: Campbell Biology 12th, 2020) 9
Trang 10
2.2. Thành phần loài trong quần xã 2.2.1. Thành phần loài Thành phần loài được thể hiện quan số lượng loài trong quần xã. Mỗi loài đều có vai trò nhất dịnh trong quần xã; có những loài ảnh hưởng đến sự tồn tại, phát triển hay suy thoái của quần xã a. Loài ưu thế Loài ưu thế là loài có số lượng lớn nhất hoặc sinh khối cao nhất trong quần xã. Loài ưu thế đóng vai trò quan trọng trong quần xã do loài này có thể cung cấp thức ăn, nơi ở hay làm thay đổi các nhân tố sinh thái qua hoạt động dống của chúng; do đó loài này có vat trò rất quan trọng trong quần xã, vì nó ảnh hưởng mạnh đến sự tồn tại và phân bố của các loài khác, từ đó ảnh hưởng lớn đến cấu trúc của quần xã. Ví dụ:Vào thế kỉ 19 ở châu Mỹ, hoạt động dinh dưỡng mạnh của bò rừng Bison đã tàn phá các khu rừng và tạo điều kiện cho đồng cỏ phát triển, góp phần thu hút nhiều loài chim, thú, sâu bọ, trong ví dụ này, bò rừng bison đóng vai trò là loài ưu thế thì hoạt động của chúng là "kim chỉ nam" cho sự thoái hóa từ rừng thành đồng cỏ Có nhiều nguyên nhân làm cho một loài nào đó trở thành loài ưu thế trong quần xã; trong đó nguyên nhân quan trọng nhất là trong cùng một khu phân bố, các loài trong quần xã luôn có sự canh tranh, loài cạnh tranh thắng thế và thích nghi phù hợp với môi trường sẽ phát triển nhanh chóng trở thành loài ưu thế; nguyên nhân thứ hai là loài ưu thế là loài tránh được vật ăn thịt và tránh được bệnh tật tốt hơn các loài khác. Nguyên nhân thứ hai có thể giải thích được tại sao một loài lại có được sinh khối lớn trong một số môi trường nhất định và loài đó được gọi là loài xâm lấn (thường gặp ở những loài ngoại lai được con người mang từ nơi khác đến); chúng được mang từ nơi khác đến nên chúng ít hoặc không đối đầu với các loài ăn thịt trong tự nhiên và các tác nhân gây bệnh dẫn đến quần thể cũng phát triển rất nhanh và hình thành nên loài ưu thế. Để xác định ảnh hưởng của loài ưu thế đến quần xã thì các nhà nghiên cứu tách loài đó ra khỏi quần xã và xem sự biến đổi các loài trong quần xã như thế nào trong một thời gian nhất định. b. Loài chủ chốt Loài chủ chốt là một hay một số loài động vật nào đó thường là động vật ăn thịt đầu bảng và có vai trò kiểm soát và khống chế sự phát triển của các loài khác thông qua mối quan hệ về dinh dưỡng; đặc biệt loài chủ chốt thường kiểm chế loài ưu thế, nhằm 10
Trang 11
ngăn chặn loài ưu thế phát triển mạnh mẽ ức chế sự sinh trưởng của các loài khác trong quần xã nên duy trì sự phát triển của quần xã. Loài chủ chốt thường có sinh khối nhỏ, kích thước quần thể thấp nhưng mức độ hoạt động của chúng có thể tương đương hoặc mạnh hơn so với loài ưu thế. Nếu loại bỏ loài chủ chốt ra khỏi quần xã thì loài ưu thế sẽ phát triển mạnh mẽ và ức chế các loài khác trong quần xã dần dần làm suy giảm nhiều loài và giảm đa dạng quần xã. Phương pháp cơ bản nhất để xác định xem một loài nào đấy có phải là loài chủ chốt trong quần xã hay không, các nhà khoa học thường loại bỏ loài đang xét ra khỏi quần xã và nghiên cứu sự thay đổi đa dạng quần xã theo thời gian. Ví dụ, Voi ăn những loài cây nhỏ, trong những đồng cỏ, voi giúp tỉa những cành cây nhỏ giúp cho cỏ tiếp xúc được với nhiều ánh sáng hơn để tồn tại và phát triển; nếu loại bỏ voi, trảng cỏ (savan) có thể trở thành khu rừng rậm rạp hoặc thảm cây bụi. Loài chủ chốt thông thường là động vật đầu bảng. Nhờ hoạt động ăn thịt của nhóm loài không những độ đa dạng quần xã duy trì ổn định mà đôi khi được tăng lên, do đó quần xã trở nên ổn định, bền vững hơn. Ví dụ, sự loại bỏ sói xám (Canis lupus) khỏi vườn quốc gia Yellowstone đã ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ sinh thái nơi đây. Sói xám kìm hãm số lượng động vật ăn thực vật (như bò rừng bison, hươu đuôi trắng, linh dương sừng nhánh...) do đó làm giảm mức độ tàn phá của chúng với hệ thực vật nơi đây đặc biệt là ven sông, từ đó gián tiếp bảo vệ nguồn thức ăn của loài hải ly. Khi sói xám biến mất, kích thước quần thể loài động vật ăn cỏ tăng không kiểm soát, chúng phá hoại nguồn cỏ và dẫn đến làm giảm số lượng cá thể hải ly. Quần thểhải ly giảm sút ảnh hưởng trầm trọng đến hoạt động xây dựng, duy trì đập nước (vốn có vai trò giảm tốc độ dòng nước, giữ đất), quần xã bị khủng hoảng trầm trọng. Lúc bổ sung sói trở lại, số lượng động vật ăn thực vật bị kiểm soát trở lại và quần xã được phục hồi nhanh chóng chỉ trong vài năm. c. Loài cơ sở Loài cơ sở hay còn gọi là loài nền tảng hay kĩ sư hệ sinh thái là loài tác động làm thay đổi môi trường vật lý thông qua các tập tính hoạt động hoặc do thu nhận sinh khối lớn từ môi trường. Loài cơ sở làm thay đổi cấu trúc và động thái của môi trường nên loài cơ sở còn được xem là loài hỗ trợ các loài khác, chúng làm tăng khả năng sống sót và sinh sản của một số loài trong quần xã. 11
Trang 12
Ví dụ những loài Giun đất có vai trò làm đất tơi xớp, phân giải chất hữu cơ thành các chất vô cơ làm tăng độ dinh dưỡng và thoáng khí cho đất tạo điều kiện cho rễ cây hô hấp và hấp thu chất dinh dưỡng tốt hơn. d. Loài thứ yếu: Là loài đóng vai trò thay thế loài ưu thế khi loài ưu thế bị suy vọng. Khi loài ưu thế hoạt động mạnh tác động đến môi trường làm biến đổi môi trường theo hướng bất lợi cho nó (tự đào huyệt chôn mình) nhưng lại tạo điều kiện thuận lợi cho một loài nào đó phát triển mạnh và dần dần thay thế loài ưu thế mới và chúng sẽ thay đổi môi trường theo hướng có lợi cho chúng. Ví dụ về quá trình diễn thế ở vùng đất đá dài khoảng 100 kilomet còn lại sau khi sông băng đi qua vịnh Glacier (Alaska, Hoa Kỳ) vào những năm 1870, ban đầu các loài tiên phong rêu tản, rêu... xâm chiếm lớp băng tích, biến đổi điều kiện môi trường tạo điều kiện cho phát triển cho loài đến sau; thông qua con đường phát tán bằng gió, liễu lá (Chamaenerion angustifolium) phát triển mạnh mẽ và trở thành loài ưu thế nơi đây, lúc này cây bụi Dryas đến đây sinh sống và chịu đựng được điều kiện môi trường dưới sự "thống trị" của liễu lá; khoảng ba thập kỉ sau, cây bụi Dryas chiếm ưu thế trong quần xã và hoạt động của chúng làm giàu nguồn nitơ trong đất, tạo điều kiện cho một số loài thân gỗ sinh sống đặc biệt là cây gỗ bulô (tống quán sủ); khỏang vài thập kỷ sau cây tống quán sủ phát triển mạnh trở thành loài ưu thế trong giai đoạn này, sự phát triển vượt bậc, dày đặc của chúng đã làm cho cây bụi Dryas không thể sinh sống, dần dần bị loại bỏ khỏi miền đất này và đồng thời những cây vân sam du nhập đến đây và mọc xen kẽ cây gỗ bulô; sau đó cây độc cần (hemlock) cùng cây vân sam phát triển nhanh chóng và trở thành kẻ cai trị nơi đây e. Loài đặc trưng Loài đặc trưng hay loài đặc hữu là loài tiêu biểu có một trong quần xã và có số lượng nhiều nhiều hơn hẳn các loài khác và có vai trò quan trọng trong quần xã, trong trường hợp này loài đặc trưng cũng có thể là loài ưu thế. Ví dụ, cá cóc Tam Đảo là loài đặc trưng của quần xã vùng núi Tam Đảo. f. Loài ngẫu nhiên Loài ngẫu nhiên hay còn gọi là loài vãng lai có tần suất xuất hiện và độ phong phú thấp nhưng có vai trò làm tăng mức đa dạng cho quần xã. 12
Trang 13
Ví dụ: Ở vùng biển miền trung Việt Nam thỉnh thoảng vẫn bắt gặp một số con Hải cẩu đi lạc và tạm trú, đây là sự cố ngẫu nhiên vì các loài trong hệ động vật Việt Nam không có loài Hải cẩu. g. Loài hỗ trợ Loài hỗ trợ là loài có vai tròn làm tăng khả năng sống sót và sinh sản của các loài khác trong quần xã. Ví dụ, cỏ đen (Juncus gerardi) là một loài hỗ trợ cho đầm lầy ngập mặn ở tiểu bang New England. J. gerardi có vai trò ngăn cản quá trình xâm nhập mặn bằng cách che phủ bề mặt đất, chống bốc hơi nước và đảm bảo đất đầm lầy không bị yếm khí (thiếu khí oxy) bằng cách dẫn truyền dưỡng khí qua mô rễ xuống lớp đất sâu (từ đó ngăn cản một số quá trình gây hại cho đất như phản nitrat hóa (gây mất nguồn đạm trong đất)...). Một số nhà khoa học đã tiến hành loại bỏ Juncus ra khỏi một số ô thí nghiệm thì thấy số lượng loài giảm đi một nửa so với lô đối chứng. h. Loài du nhập Loài du nhập hay còn gọi là loài ngoại lai là những loài vốn không phải là loài bản địa (không có sẵn trong quần xã) nhưng nhập cư vào quần xã mới do hoạt động của con người hoặc do sự di chuyển ngẫu nhiên của chúng. Ví dụ, cà rốt (carotte), bông cải trắng, su hào...là có thể được xem là loài du nhập ở Việt Nam do chúng được thực dân Pháp mang từ Pháp sang Việt Nam vào cuối thế kỉ 19, đầu thế kỉ 20. Phần lớn loài du nhập không có hại đối với quần xã. Một số loài ngoại lai khi đến vùng đất mới không chịu sự kiểm soát của bất kì vật dữ nào nên đã bành trường và gây hại cho quần xã ấy, lúc này chúng trở thành loài xâm lấn. i. Loài chỉ thị Loài chỉ thị là những loài có vai trò thể hiện được chất lượng (định lượng) môi trường xung quanh nó. Thông qua loài chỉ thị, ta có thể đoán được tình trạng môi trường và sớm có biện pháp can thiệp. Ví dụ: Loài cánh lông (bộ Trichoptera) được sử dụng làm sinh vật chỉ thị cho chất lượng nước. Địa y (Lobaria pulmonaria) là một loài chỉ thị về chất lượng không khí vì chúng rất mẫn cảm với ô nhiễm không khí. 13
Trang 14
Hình 6: Địa y (Lobaria pulmonaria) Nguồn https://en.wikipedia.org/wiki/Lobaria_pulmonaria 2.2.2. Hoạt động chức năng của các nhóm loài Quần xã gồm nhiều nhóm sinh vật có các chức năng dinh dưỡng khác nhau như: - Sinh vật tự dưỡng: Gồm có khả năng tổng hợp chất hữu cơ từ các chất vô cơ đơn giản thông qua hoạt động quang hợp như thực vật, tảo và một số vi sinh vật có màu. Sinh vật tự dưỡng thông qua con đường quang hợp tạo ra sản lượng sinh vật sơ cấp cung cấp cho các sinh vật dị dưỡng. - Sinh vật dị dưỡng gồm tất cả các loài còn lại không có khả năng tạo ra chất hữu cơ nên phải dựa vào thức ăn hữu cơ có sẵn trong thiên nhiên bao gồm: + Sinh vật tiêu thụ gồm động vật ăn sinh vật tự dưỡng và động vật ăn động vật và được chia thành các nhóm nhỏ theo nguồn thức ăn của chúng: ++ Động vật tiêu thụ bậc 1: là các loài động vật sử dụng thực vật làm thức ăn như trâu, bò, thỏ, cừu, … ++ Động vật tiêu thụ bậc 2: là các động vật ăn động vật tiêu thụ bậc 1 và các loài động vật sử dụng mùn bã hữu cơ làm thức ăn. ++ Động vật ăn thịt các cấp 1, 2, 3, … ăn các loài động vật khác nhau. ++ Động vật ăn tạp: là những loài động vật ăn cả thực vật và động vật. + Sinh vật phân giải: Chủ yếu là các vi sinh vật sống hoại sinh, chúng sử dụng các loại enzyme phân giải các chất hữu cơ phức tạp thành những chất đơn giản để sử dụng cho sự tăng trưởng rồi phân giải chúng thành các chất vô cơ trả lại cho môi trường. Động vật và một số vi sinh vật đều là sinh vật dị dưỡng và cũng có thể xếp vào sonh vật tiêu thụ hay sinh vật phân giải; tuy nhiên động vật là sinh vật phân giải trung gian vì sau khi đồng hóa thức ăn chúng vẫn thải ra môi trường là các chất hữu cơ chưa 14
Trang 15
năng lượng qua phân, mồ hôi; còn vi sinh vật tham gia vào công đoạn cuối cùng là phân giải các chất hữu cơ thành các chất vô cơ đơn giản. 2.2.3. Mối quan hệ giữa số lượng loài và số lượng cá thể mỗi loài Các loài cùng sống trong một sinh cảnh phù hợp với nguồn sống có giới hạn nên chúng phải chia sẻ với nhau về không gian và nguồn sống để tồn tại theo thời gian. Trong quần xã, nếu số lượng loài tăng lên thì số lượng cá thể mỗi loài phải giảm xuống, bên cạnh đó các mối quan hệ giữa các loài trở nên phức tạp hơn. Trong tự nhiên, các loài thường tìm đến những nơi có điều kiện thuận lợi để sinh sống nên mỗi vùng địa lí khác nhau có sự đa dạng các sinh vật cũng khác nhau: - Đi từ vĩ độ cao đến nơi vĩ độ thấp hay từ vùng biển khơi vào bờ thì độ đa dạng loài trong quần xã tăng và số lương cá thể mỗi loài giảm. - Đi từ mặt đất lên các đỉnh núi cao hay từ mặt đại dương xuống đáy sâu thì số lượng loài và số lượng cá thể trong mỗi loài đều giảm do điều kiện môi trường khắt nghiệt đối với đời sống mỗi loài. - Quần xã đang phát triển có số lượng loài tăng lên nhưng số lượng cá thể mỗi loài giảm. Quần xã trưởng thành có số lượng loài đạt tối đa và số lượng cá thể mỗi loài đạt mức tối thiểu; quần xã suy thoái thì số lượng loài giảm và số lượng cá thể mỗi loài lại tăng. 2.3. Sự phân bố các loài trong không gian Mỗi loài có ổ sinh thái khác nhau nên các loài có vùng phân bố cũng khác nhau, có hai hình thức phân bố chính là phân bố theo chiều thẳng đứng (phân bố phân tầng) và phân bố theo mặt phẳng ngang. Sự phân bố các loài trong không gian làm giảm nhẹ sự cạnh tranh giữa các loài và nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn sống của môi trường. Các loài trong quần xã có các kiểu phân tầng như sau: - Phân tầng theo chiều thẳng đứng: Tthường gặp ở các quần xã sinh vật rừng và thường phân thành các tầng như tầng vượt tán tầng tán rừng (ưu thế sinh thái ) Tầng cây gỗ dưới tán Tầng cây bụi (Cây nhỏ dưới cùng) Tầng thảm tươi, ngoài ra còn có tầng phụ sinh. Sự phân tầng của thực vật kéo theo sự phân tầng của các loài động vật sống ở đó. Ví dụ phần lớn chim thường cư trú ở tầng tán rừng vì nguồn thức ăn của chúng là hoa, quả và chúng làm tổ ở trên nhành cây trong khi các loài thú ăn thịt, thú ăn thực vật lại phân bố chủ yếu ở tầng cây nhỏ dưới cùng; một số loài động vật có thể phân bố ở hai hay nhiều tầng khác nhau. 15
Trang 16
Hình 7: Sự phân tầng của quần xã theo chiều thảng đứng Nguồn https://tuhocsinhhoc12.weebly.com/bagravei-40.html - Phân bố theo chiều ngang: Thường gặp ở các quần xã phân bố từ đỉnh núi, sườn núi tới chân núi; các sinh vật ở biển phân bố từ vùng đất ven bờ tới vùng ngập nước ven bờ, tới vùng khơi xa…. Các loài thường tập trung ở những nơi có điều kiện sống thuận lợi về độ ẩm, độ phì nhiêu hay nhiệt độ, … Hình 8: sự phân bố theo chiều ngang của sinh vật ở vùng ven biển (Trích – Tài liệu giáo khoa chuyên sinh trung học phổ thông Sinh thái học) 2.4. Cấu trúc không gian của quần xã Cấu trúc không gian của quần xã gồm 2 vùng chính là vùng lõi và vùng đệm hay vùng biên - Vùng lõi nằm ở phía trung tâm của quần xã, đây là nơi có điều kiện sinh thái tương đối ổn định và hệ động vật thực vật thường là những loài đặc trưng cho quần xã. - Vùng đệm nằm bao quanh trung tâm quần xã cũng là nơi tiếp giáp giữa các quần xã khác nhau. Điều kiện tự nhiên ở vùng đệm thường không ổn định và mang tính trung 16
Trang 17
gian giữa hai quần xã; hệ động thực vật ở vùng đệm thường đa dạng vì nó có cả những loài của hai quần xã nên lưới thức ăn ở vùng đệm phức tạp hơn vùng lõi (hiệu ứng vùng biên) và những loài này thường có xu hướng khat thác lợi thế từ hai phí của môi trường Ví dụ: Vùng ngậm mặn là vùng đệm giữa quần xã trên cạn và quần xã dưới nước. Việc chia cắt các quần xã thành nhiều quần xã khác nhau có thể làm giảm diện tích vùng lõi và tăng diện tích vùng đệm như việc xây dựng các tuyến đường xuyên rừng hay đào các kênh dẫn nước qua rừng,… làm điều kiện môi trường sống trong các quần xã bị biến động và có thể tác động tiêu cực đến các loài phân bố ở vùng lõi vốn đã được thích nghi; đồng thời còn ảnh hưởng xấu đến các quần thểở vùng lõi bằng cách tạo điều kiện cho một loài nào đó trở thành loài ưu thế và phát triển lấn át các loài khác. Ví dụ, chim chìa vôi đầu trắng (Molothrus ater) phân bố ở vùng biên có tập tính đẻ trứng vào tổ của các loài khác và kiếm ăn ở những cánh đồng quang đãng. Hoạt động chặt cây, mở rộng đường biên của con người tạo điều kiện cho việc tranh giành tổ của loài chim này tăng lên cùng với mất môi trường sống làm nhiều loài chim khác bị suy giảm trầm trọng. Để khắc phục tác động của sự mất nơi ở của các quần thểphân bố ở vùng lõi, người ta xây dựng nên các hành lang đa dạng sinh học. Hành lang đa dạng sinh học là một dải hẹp hoặc một dãy các cụm sinh cảnh nhỏ kết nối các quần xã chia cắt với nhau, tạo điều kiện cho các sinh vật di cư mà giảm bớt nguy cơ đe dọa từ hoạt động con người, thậm chí nó còn tạo điều kiện cho sinh vật kết đôi với bạn tình ở khu vực mới làm tăng đa dạng di truyền và hạn chế sự giao phối gần. Tuy nhiên, hành lang có thể tạo điều kiện cho sự lây dịch bệnh giữa các quần xã khác nhau. 3. Quan hệ giữa các loài trong quần xã sinh vật 3.1. Quan hệ giữa các loài trong quần xã 3.1.1. Quan hệ hỗ trợ Trong mối quan hệ hỗ trợ, có ít nhất 1 loài được lợi và trong đó không có loài nào bị hại. Các mối quan hệ hỗ trợ gồm có quan hệ cộng sinh, quan hệ hợp tác và quan hệ hội sinh a. Quan hệ cộng sinh: là quan hệ hợp tác chặt chẽ giữa 2 hay nhiều loài và tất cả loài tham gia cộng sinh đều được lợi. 17
Trang 18
Ví dụ: Cộng sinh giữa tảo và nấm tạo địa y, nấm cung cấp nước và chất khoáng cho tảo và ngược lại tảo cung cấp chất hữu cơ cho nấm thể hiện mối quan hệ quan trọng và bắt buộc giữa hai loài. Hình 9: Cộng sinh giữa tảo và nấm tạo thành địa y. Nguồn https://nhathuocngocanh.com/duoc-lieu/dia-y/ Cộng sinh có các đặc điểm sau: + Trong cộng sinh tất cả các cá thể đều được lợi + Trong đời sống của các loài cộng sinh sử dụng các sản phẩm của nhau do chúng tạo ra. Ví dụ Địa Y là do nấm cộng sinh với tảo lục, trong đó nấm sử dụng cacbohyrate do tảo lục tạo ra và nấm lại cung cấp nước cho tảo. + Các cá thể cộng sinh thường xuyên sống chung với nhau trong quá trình sống. nếu một số cá thể chỉ ở với nhau một thời gian rồi chuyển qua ở với cá thể khác thì mối quan hệ đó lỏng lẻo không phải cộng sinh. b. Quan hệ hợp tác: quan hệ giữa 2 hay nhiều loài, trong đó mỗi loài đều có lợi ích riêng. Quan hệ hợp tác không phải là mối quan hệ chặt chẽ và cúng không nhất thiết phải có. Ví dụ: Hình 10. Quan hệ hợp tác giữa chim sáo với trâu (Nguồn: https://thpt-tranphu-danang.violet.vn/document/chim-sao-tren-lung-trau-quan- he-hop-tac-7952080.html) 18
Trang 19
c. Quan hệ hội sinh: là quan hệ giữa 2 loài, trong đó 1 loài có lợi và loài còn lại không được lợi và cũng không bị thiệt hại gì. Ví dụ Hình 11. Cá ép bám trên cơ thể các mập để di chuyển ( Nguồn https://olm.vn/chu-de/sinh-thai-hoc-quan-xa-3098904582) Có 2 hiện tượng quan hệ hội sinh phổ biến là hiện tượng ở nhờ và hiện tượng phát tán nhờ. + Hiện tượng ở nhờ thường gặp ở một số loài động vật không xương sống như côn trùng sống nhờ trong các hang của các loài động vật gặm nhấm, trong tổ kiến, tổ mối, … là những nới có điều kiện thích hợp cho chúng. Trong hang, các loài động vật sống nhờ này được bảo vệ tránh được điều kiện bất lợi của môi trường, còn các loài gặm nhấm, kiến, mối cũng không bị ảnh hưởng gì. Ở thực vật cũng có hiện tượng ở nhờ ví dụ như hoa lan, dương xĩ sống nhờ trên các cây gỗ là nơi thuận lợi cho chúng lấy được nước và ánh sang nên chúng có lợi, còn cây gỗ không được lợi hay bị hại gì. + Hiện tượng phát tán thường gặp ở các loài động vật nhỏ phát tán tới nơi ở mới nhờ các động vật có kích thước lớn có khả năng di chuyển nhanh. Ví dụ mọt bột (Tyroglyphidae) không có khả năng di chuyển xa nơi ở nhưng nhờ vào chùm lông và giác bám nên bám được vào côntrùng và chuột nên chúng có thể phát tán đi xa; loài cá ép bám vào các loài động vật biển lớn như cá voi, cá mập để di chuyển từ vùng biển này sang vùng biển khác. 3.1.2. Quan hệ đối kháng 19
Trang 20
Quan hệ đối kháng là quan hệ giữa 2 hay nhiều loài, trong đó có ít nhất 1 loài bị hại; loài được lợi thắng thế và phát triển nhanh, loài bị hại sẽ suy thoái hay di chuyển đến nơi khác. Quan hệ đối kháng gồm có quan hệ cạnh tranh, quan hệ vật kí sinh – vật chủ, quan hệ vật ăn thịt – con mồi (quan hệ sinh vật này ăn sinh vật khác), quan hệ ức chế cảm nhiễm. a. Quan hệ cạnh tranh khác loài Quan hệ cạnh tranh khác loài là quan hệ giữa 2 hay nhiều loài, chúng tranh giành nhau về nguồn sống như thức ăn, nơi ở, … Trong đó tất cả các loài đều bị thiệt hại nhưng mức độ khác nhau. Những loài có quan hệ sinh thái càng gần nhau có nhu cầu sống giống nhau thì quan hệ cạnh tranh càng gay gắt. Tuy nhiên quan hệ cạnh tranh khác loài là quan hệ sinh thái cơ ban, là động lực cho chọn lọc tự nhiên nên có vai trò quan trọng trong tiến hóa tạo sự đa dạng sinh học. Dựa vào mức độ cạnh tra chia làm 2 loại: + Quan hệ cạnh tranh không loại trừ: Không có loài nào hoàn toàn thắng thế mà tát cả các loài đều bị thiệt hại. Ví dụ, Khi nghiên cứu sự cạnh tranh giữa hai loài + Quan hệ cạnh tranh loại trừ: Trong môi trường nguồn sống có hạn, loài nào sử dụng nguồn sống hiệu quả hơn sẽ sinh sản nhanh hơn loài khác sẽ cạnh tranh tốt hơn và thắng thế, loài thua cuộc có số lượng ngày càng giảm dần và bị loại trừ ra khỏi quần xã. Ví dụ, Năm 1934, nhà sinh thái học người Nga G. F. Gause nghiên cứu 3 loài trùng cỏ có quan hệ họ hàng gần gũi là Paramecium aurelia, Paramecium caudatum và Paramecium bursaria. Khi ông nuôi riêng rẽ 3 loài trùng cỏ trong điều kiện ổn định, mỗi loài cho ăn một loại thức ăn riêng. Kết quả mỗi loài đều sinh trưởng nhanh chóng và gần như đạt sức chứa của môi trường. Sau đó Gause lần lượt nuôi chung loài Paramecium aurelia với Paramecium caudatum ở bể thứ nhât; và loài Paramecium caudatum với Paramecium bursaria ở bể thứ hai và cho ăncùng loại thức ăn. Kết quả:ở bể thứ nhất, loài Paramecium caudatum dường như bị tiêu diệt hoàn toàn do sự cạng tranh loại trừ của loài Paramecium aurelia; ở bể thứ hai, hai loài Paramecium caudatum và Paramecium bursaria vẫn cùng sinh trưởng trong bể nhưng mật độ cả hai loài đều giảm chứng tỏa giữa 2 loài có sự cạnh tranh nhưng không loại trừ. 20
Showing the first 20 pages. Download the document to see it all.
Comments (0)
No comments yet. Be the first!