Trang 1
MỤC LỤC Trang PHẦN I. MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1 I. Lý do chọn đề tài............................................................................................................ 1 II. Mục tiêu của chuyên đề ................................................................................................ 1 III. Đối tượng áp dụng....................................................................................................... 1 PHẦN II. NỘI DUNG ..................................................................................................... 2 A. KIẾN THỨC LÝ THUYẾT ........................................................................................ 2 I. QUẦN XÃ SINH VẬT .................................................................................................. 2 1. Khái niệm................................................................................................................. 2 2. Các đặc trưng cơ bản của quần xã ....................................................................... 2 2.1. Đa dạng loài ....................................................................................................... 2 2.2. Cấu trúc không gian ........................................................................................... 7 2.3. Cấu trúc chức năng dinh dưỡng ......................................................................... 9 3. Quan hệ giữa các loài trong quần xã .................................................................... 10 3.1. Hỗ trợ ................................................................................................................. 10 3.2. Đối địch.............................................................................................................. 13 4. Hiện tượng khống chế sinh học và kiểm soát sinh học........................................ 17 5. Ổ sinh thái................................................................................................................ 17 II. HỆ SINH THÁI............................................................................................................ 18 1. Khái quát hệ sinh thái............................................................................................. 18 1.1. Khái niệm hệ sinh thái ....................................................................................... 18 1.2. Thành phần cấu trúc hệ sinh thái ....................................................................... 19 1.3. Các kiểu hệ sinh thái .......................................................................................... 20 2. Trao đổi vật chất và chuyển hóa năng lượng trong hệ sinh thái ....................... 21 2.1. Trao đổi vật chất trong hệ sinh thái ................................................................... 21 2.2. Chuyển hóa năng lượng trong hệ sinh thái ........................................................ 25 3. Chu trình sinh – địa - hóa ..................................................................................... 30 3.1. Khái niệm chu trình sinh - địa - hóa .................................................................. 30 3.2. Một số chu trình sinh - địa - hóa ........................................................................ 30 4. Diễn thế sinh thái ................................................................................................... 34 4.1. Khái niệm diễn thế sinh thái .............................................................................. 34 4.2. Nguyên nhân diễn thế sinh thái.......................................................................... 35 4.3. Các dạng diễn thế sinh thái ................................................................................ 35 4.4. Các cơ chế biến đổi cơ bản trong diễn thế sinh thái .......................................... 39 4.5. Tầm quan trọng của diễn thế sinh thái ............................................................... 39 5. Sự nhiễu loạn của hệ sinh thái .............................................................................. 40 B. CÁC CÂU HỎI VẬN DỤNG CHUYÊN SÂU ............................................................ 42 PHẦN III. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................... 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO. ............................................................................................. 55
Trang 2
PHẦN I: MỞ ĐẦU I. Lý do chọn đề tài Sinh thái học là môn khoa học nghiên cứu về môi trường, mối quan hệ giữa sinh vật với môi trường sống. Việc học tập bộ môn sinh thái giúp học sinh gẫn gũi, yêu thiên nhiên và có ý thức bảo vệ giữ gìn môi trường sống. Lý thuyết về bộ môn sinh thái học được cho là cổ điển. Với mong muốn giúp học sinh và giáo viên hệ thống lại kiến thức và cung cấp một số câu hỏi để ôn luyện, chúng tôi đã tiến hành xây dựng chuyên đề: “Quần xã sinh vật và hệ sinh thái”. II. Mục đích của chuyên đề - Hệ thống hóa kiến thức về quần xã sinh vật. - Hệ thống hóa kiến thức về hệ sinh thái. - Giới thiệu một số câu hỏi, bài tập vận dụng. III. Đối tượng, phạm vi áp dụng - Học sinh lớp 11 + 12. - Các đội tuyển ôn thi học sinh giỏi môn sinh học các cấp. - Các giáo viên sinh học. 1
Trang 3
PHẦN II: NỘI DUNG A. KIẾN THỨC LÝ THUYẾT I. QUẦN XÃ SINH VẬT 1. Khái niệm Quần xã là tập hợp các quần thể sinh vật khác loài, cùng sống trong một khoảng không gian xác định, trong khoảng thời gian xác định, các quần thể khác loài trong quần xã có mối quan hệ chặt chẽ với nhau (hỗ trợ, đối địch) và với môi trường sống của chúng thành một thể thống nhất. Do vậy quần xã có cấu trúc tương đối ổn định. Các sinh vật trong quần xã thích nghi với môi trường sống của chúng. Hình 1. Các mối quan hệ trong nội bộ quần xã và giữa quần xã. Quần xã là một cấp độ tổ chức sống của sinh giới: - Quần xã có cấu trúc tương đối ổn định với những đặc trưng cơ bản về thành phần loài và sự phân bố trong không gian của quần xã. - Quần xã luôn phát triển theo thời gian từ quần xã này sang quần xã khác, dần dần tiến đến một quần xã ổn định. - Các sinh vật trong quần xã có mối quan hệ sinh thái chặt chẽ với nhau, biểu hiện qua các quan hệ sinh thái hỗ trợ và đối kháng với nhau - Giữa các thành phần trong quần xã và giữa quần xã với môi trường vô sinh có sự trao đổi vật chất và truyền năng lượng. 2. Các đặc trưng cơ bản của quần xã sinh vật 2.1. Đa dạng loài 2.1.1. Chỉ số đa dạng và độ phong phú của quần xã Các chỉ số đa dạng không chỉ giúp đánh giá được hiện trạng đa dạng sinh vật và quan trắc biến động của nó trong từng quần xã mà còn giúp cho việc so sánh, đối chiếu tính đa dạng theo thời gian và không gian dựa trên các mẫu thu ngẫu nhiên từ quần xã. Có 2 nhóm chỉ số đa dạng: phân bố thống kê về mật độ tương đối của các loài và sử dụng lý thuyết thông tin để phân tích tổ chức bậc quần xã. * Độ phong phú Margalef (hay mức độ giàu có) của loài là tỉ lệ phần trăm số cá thể của một loài so với tổng số cá thể của tất cả các loài có trong quần xã. 2
Trang 4
𝑛 𝑝 = × 100% 𝑁 Trong đó: 𝑛 là số cá thể của loài i trong quần xã; N là số cá thể của tất cả các loài trong quần xã. * Độ đa dạng: sử dụng độ đa dạng Shannon (H) (1984) (9): 𝐻 = −[(𝑝. ln𝑝) + (𝑝. ln𝑝) + (𝑝. ln𝑝) + ⋯ ] Trong đó: A, B, C... là các loài trong quần xã; p là độ phong phú tương đối của mỗi loài; ln là logarit tự nhiên. Chỉ số đa dạng về loài thường giảm khi điều kiện dinh dưỡng của vực nước tăng: Chỉ số Shannon-Weiner đối với Zooplankton của các vực nước nghèo dinh dưỡng (thường 1,8 – 2,5 bit/đơn vị sinh khối) cao hơn so với những thuỷ vực giàu dinh dưỡng (1,4 – 1,7 bit/đơn vị sinh khối). * Tần số xuất hiện (độ thường gặp): 𝐶 = ୫ộ୲ ୪୭à୧ ặ୮ ୲୰୭୬ ୡáୡ đ୧ể୫ ୩୦ả୭ ୱá୲ × 100 ୲ổ୬ ୱố ୡáୡ đ୧ể୫ đượୡ ୩୦ả୭ ୱá୲ Loài thường gặp có giá trị C > 50% Loài ít gặp có giá trị C < 50% Loài ngẫu nhiên có giá trị C < 25% 2.1.2. Đặc tính sinh học của các loài trong quần xã a) Loài ưu thế - Loài ưu thế là loài có số lượng lớn hoặc có sinh khối cao nhất trong quần xã. Chúng có hoạt động mạnh, ảnh hưởng đến sự tồn tại và phân bố của các loài khác trong quần xã. Ví dụ, với quần xã trên cạn, thực vật có hạt là loài ưu thế bởi chúng quyết định khí hậu của môi trường, từ đó ảnh hưởng tới các loài sống trong quần xã (9). - Một loài trở thành loài ưu thế trong quần xã có thể do các nguyên nhân khác nhau: + Loài ưu thế có thể là loài thắng thế trong cuộc cạnh tranh về nguồn sống (ví dụ như nước, ánh sáng, chất dinh dưỡng...). Ảnh hưởng của loài ưu thế tới các loài là khác nhau, có những loài chịu ảnh hưởng mạnh, trực tiếp bởi loài ưu thế nhưng cũng có những loài không chịu ảnh hưởng nhiều. + Loài ưu thế là loài không bị ăn thịt và tránh được bệnh tật trong quần xã, từ đó đạt được sinh khối lớn. Khi đó, sự sinh trưởng của quần thể của loài này không bị khống chế, chúng phát triển nhanh chóng và đạt được sinh khối lớn trong quần xã, trở thành loài ưu thế. b) Loài đặc trưng Loài chỉ có ở một quần xã nào đó hoặc loài ở đó chúng có số lượng nhiều tạo nên sự khác biệt so với loài khác tạo nên sự khác biệt so với các loài khác. Ví dụ: Voọc mông trắng (Rachypithecus delacourí) là loài đặc trưng chỉ có ở Việt Nam; dừa nước là loài đặc trưng của miền Tây Nam Bộ. Cây tràm là loài đặc trưng của quần xã rừng tràm U Minh. Trường hợp này, loài đặc hữu có số lượng nhiều hơn hẳn và có vai trò quan trong hơn so với các loài khác trong quần xã, khi đó, chúng cũng là loài ưu thế. c) Loài chủ chốt Loài chủ chốt thường là động vật ăn thịt, giữ vị trí cuối cùng của chuỗi thức ăn, kiểm soát cấu trúc quần xã qua mối quan hệ dinh dưỡng từ trên xuống, duy trì sự ổn định của quần xã. 3
Trang 5
Loài chủ chốt có số lượng (sinh khối) ít nhưng hoạt động mạnh. Chi phối các loài khác trong quần xã thông qua việc kiểm soát (khống chế) chuỗi thức ăn dẫn đến không cho 1 loài nào đó phát triển quá mức. Như vậy, loài chủ chốt đóng vai trò quan trọng trong việc giữ gìn độ đa dạng của quần xã. Loại bỏ loài chủ chốt ra khỏi quần xã thì quần xã sẽ dễ bị xáo trộn về cấu trúc, dễ rơi vào trạng thái mất cân bằng. d) Loài thứ yếu Các loài thứ yếu đứng sau loài ưu thế, đóng vai trò thay thế cho nhóm này khi nhóm này bị suy vong. e) Loài ngẫu nhiên Nhóm loài ngẫu nhiên gồm những loài có tần suất xuất hiện thấp, số lượng cá thể và sinh khối ít, độ phong phú của loài thấp. Nhưng nhờ nó, quần xã trở nên đa dạng, tăng tính bền vững. 2.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ đa dạng của quần xã a) Mối quan hệ giữa số lượng loài và số cá thể của mỗi loài Các loài trong quần xã cùng sống chung trong một sinh cảnh, phù hợp với nguồn sống có giới hạn. Do đó, chúng chia sẻ với nhau về nguồn sống để cùng tồn tại và phát triển theo thời gian. Số lượng loài tăng lên thì các mối quan hệ sinh học giữa các loài càng phức tạp, số cá thể của mỗi loài cũng phải giảm đi. Trong các quần xã đang phát triển hoặc những quần xã phân bố từ vĩ độ cao xuống vĩ độ thấp hay từ khơi xa vào bờ thì số lượng loài tăng lên, số lượng cá thể của mỗi loài giảm xuống bởi sự cạnh tranh giữa chúng tăng lên. Ở những quần xã đang suy thoái hay phân bố theo hướng ngược lại (từ vĩ độ thấp lên vĩ độ cao, từ bờ ra khơi) thì số lượng loài giảm, số cá thể mỗi loài tăng lên, tính ưu thế cao dần, mức bình quân giảm dần và mối quan hệ sinh học giữa các loài bớt căng thẳng. (2) b) Ổ sinh thái các loài Sự giàu loài được quyết định bởi hàng loạt các yếu tố của môi trường hữu sinh. Mỗi loài đều sử dụng một phần của nguồn sống có thể có, các ổ sinh thái có thể cắt nhau tạo nên vùng chồng chéo. Khi nguồn sống càng lớn thì số loài càng nhiều. Nếu nguồn sống là tương đương nhau, số loài càng nhiều khi hoặc mỗi loài càng chuyên hóa hoặc phần chồng chéo của các ổ sinh thái càng lớn và khi các loài khai thác càng hoàn hảo nguồn sống. (2) c) Sự thay đổi theo vĩ độ: Ảnh hưởng của vĩ độ đến sự thay đổi của đa dạng loài là do điều kiện khí hậu và lịch sử tiến hóa khác nhau ở các vĩ độ. (9) - Yếu tố lịch sử tiến hóa: Các quần xã có nhiều sự kiện hình thành loài xảy ra thì có sự đa dạng có thể cao hơn. Quần xã “già” có độ đa dạng cao hơn. Quần xã nhiệt đới già hơn quần xã ôn đới và quần xã vùng cực. Mùa sinh trưởng ở vùng nhiệt đới dài hơn khoảng 5 lần so với ở đồng rêu đới lạnh (tundra) thuộc vùng có vĩ độ cao. - Yếu tố khí hậu: Đối với các quần xã trên cạn, năng lượng mặt trời và lượng nước có sẵn là 2 nhân tố được lượng hóa khi đo đạc tỉ lệ bốc hơi – thoát hơi nước trong quần xã. Chỉ số đó có mối quan hệ tỉ lệ thuận với số lượng các loài cây, từ đó ảnh hưởng tới đa dạng các loài động vật trong quần xã. Khu vực nhiệt đới có mức độ bốc hơi nước và thoát hơi nước cao hơn mức đa dạng động thực vật cũng cao hơn. 4
Trang 6
d) Diện tích phân bố của quần xã - Mô hình cân bằng trên các đảo Mức đa dạng của quần xã sinh vật tăng lên khi diện tích phân bố của quần xã càng lớn nếu các nhân tố khác là tương đương. Vì diện tích lớn hơn có thể cung cấp nhiều nơi ở đa dạng hơn và nhiều nơi ở vi mô hơn so với diện tích nhỏ hơn. (9) Hình 2 : Mô hình cân bằng địa lý sinh học đảo Từ “đảo’’ được dùng bao gồm đảo ở giữa đại dương; nơi ở cô lập trên đất liền như một hồ nước tách biệt với các vùng nước khác; các đỉnh núi tách biệt nhau bởi các thung lũng; các khu rừng bị phân mảnh do hoạt động xung quanh của con người; một khoảng đất được bao quanh bởi một môi trường không thuận lợi cho các loài sống ở khu đất đó. Do bị cô lập và có điện lích giới hạn nên các đảo cung cấp cơ hội lý tưởng để nghiên xác định các yếu tố chủ chốt quyết định độ đa dạng loài trên các đảo liên quan đến một bộ các đặc điểm tự nhiên của đảo (9). Số lượng loài có trên đảo Với một đảo đại dương mới hình thành đang đón nhận các loài từ đất liền tới nhập cư. Hai yếu tố quyết định số lượng loài trên các đảo là tỷ lệ các loài mới nhập cư lên đảo và tỷ lệ loài bị tuyệt chủng trên đảo. Hai yếu tố này chịu ảnh hưởng bởi số loài đã có sẵn trên đảo. Số lượng loài trên đảo cao thì tỷ lệ nhập cư của các loài mới đến đảo giảm, vì bất kỳ cá thể nào khi mới lên đảo sẽ có ít khả năng đại diện cho loài khi loài đó chưa có sẵn trên đảo từ trước. Đồng thời, đảo càng có nhiều loài thì cạnh tranh giữa các loài giành nguồn sống càng mạnh mẽ, nên mức độ tuyệt chủng càng cao (9). Kích thước đảo và khoảng cách với đất liền Hai đặc điểm tự nhiên cũng ảnh hưởng tới nhập cư và tuyệt chủng là: kích thước đảo và khoảng cách giữa đảo với đất liền. Nhìn chung các đảo nhỏ có tỷ lệ nhập cư thấp vì các đảo nhỏ sẽ có ít khả năng hứng được các sinh vật phát tán tới đảo. Ví dụ, gió bão thổi chim ra biển thì đảo lớn có nhiều cơ hội hứng dược chim hơn đảo nhỏ. Đảo nhỏ cũng có tỷ lệ tuyệt chủng cao hơn đảo lớn, do đảo nhỏ có ít nguồn sống và môi trường không da dạng nên khó phù hợp với các loài mới nhập cư hơn. Khoảng cách của đảo tới đất liền cũng rất quan trọng; hai đảo có diện tích tương đương nhau, đảo nào gần đất liền hơn sã có tỷ lệ cá thế nhập cư lớn hơn đảo xa đất liền. Tỷ lệ nhập cư cao và tuyệt chủng thấp ở các đảo gần đất hơn góp phẩn ổn định số lượng loài đã có mặt và ngăn cản sự tuyệt chủng của loài (9). 5
Trang 7
Ý nghĩa mô hình cân bằng trên các đảo Tỷ lệ nhập cư và tuyệt chủng được ghi trên đồ thị thể hiện số lượng loài hiện có trên đảo. Số lượng loài trên đảo đạt sự cân bằng khi tỷ lệ nhập cư của loài bằng tỷ lệ tuyệt chủng. Số lượng loài ở điểm cân bằng tỷ lệ thuận với kích thước đảo và tỉ lệ nghịch với khoảng cách giữa đảo tới đất liền. Nhập cư và tuvệt chủng luôn xảy ra nên thành phần loài có thể thay đổi theo thời gian. Sự cân bằng loài trong mô hình này cũng ở trạng thái động. (9) Mô hình cân bằng đảo về thành phần loài của quần xã sinh vật được sử dụng để dự đoán trong một số trường hợp và trong các giai đoạn tương đối ngắn – khoảng thời gian mà quá trình hình thành nơi ở mới của các loài sinh vật ảnh hưởng chính tới thành phần loài. Với những giai đoạn dài hơn, những nhiễu loạn phi sinh học như bão tố, sự thay đổi tiến hoá thích nghi, và sự hình thành loài thường làm biến đổi thành phần loài và cấu trúc của quần xã sinh vật trên đảo. Tuy nhiên, mô hình này vẫn được sử dụng rộng rãi trong sinh học bảo tồn, đặc biệt là sử dụng khi thiết kế các khu bảo tồn sinh cảnh và cung cấp điểm khởi đầu để dự đoán ảnh hưởng của suy giảm môi trường sống của sinh vật đến đa dạng loài. (9) Những tác động nhiễu loạn của môi trường Nhiễu loạn là sự kiện như bão tố, hỏa hoạn, ngập lụt, hạn hán, gia súc gặm mất quá nhiều cỏ, hoặc hoạt động của con người, làm thay đổi một quần xã bằng cách loại bỏ các sinh vật khỏi quần xã hoặc làm thay đổi nguồn sống của quần xã. Giả thuyết nhiễu loạn ở mức trung bình cho rằng mức độ nhiễu loạn ở mức trung bình có thể tạo ra các điều kiện thúc đẩy độ đa dạng loài tăng cao hơn so với tác động của nhiễu loạn ở mức cao hoặc thấp. Nhiễu loạn ở mức độ cao làm giảm đa dạng loài, do tạo ra sự căng thẳng về môi trường, vượt quá sức chịu đựng cũng như khả năng phục hồi của nhiều loài. Nhiều loài sinh trưởng chậm hoặc phát tán chậm sẽ bị tiêu diệt. Nhiễu loạn ở mức độ thấp cũng làm giảm đa dạng loài do sự cạnh tranh quá mạnh của loài ưu thế ngăn cản sự phát triển của những loài cạnh tranh kém hơn. Nhiễu loạn ở mức trung bình có thể tạo ra sự khác nhau về nơi ở của sinh vật trong một cảnh quan, duy trì độ đa dạng trong quần xã. 2.1.4. Mối quan hệ giữa tính đa dạng và ổn định của quần xã Số lượng các loài trong quần xã và số lượng cá thể của mỗi loài biểu thị sự biến động hay ổn định, ổn định hay suy thoái của quần xã. Một quần xã ổn định thường có số lượng loài nhiều và độ phong phú tương đối của mỗi loài cao. Một quần xã đang suy thoái thường có số lượng loài ít và độ phong phú tương đối của mỗi loài thấp. (9) Số lượng loài trong quần xã cao thì khả năng chống chịu của quần xã với các nhiễu loạn sẽ cao hơn. Mỗi loài sinh vật có mức chịu đựng với các tác nhân của môi trường là khác nhau nên khi cả quần xã bị tác động, phản ứng của các loài sẽ là khác nhau, có loài chịu tổn thương nhiều, có loài chịu ít hơn. Đồng thời, quần xã càng có nhiều loài thì khả năng thay thế vị trí của nhau trong lưới thức ăn tăng lên, giảm tỉ lệ gián đoạn dinh dưỡng giữa các loài. Đa dạng thành phần loài giúp tỉ lệ tổn thương của quần xã sẽ thấp đi. Số lượng cá thể của mỗi loài càng lớn thì đa dạng di truyền quần thể của loài trong quần xã ấy càng cao, phổ chống chịu của loài đối với các biến động của môi trường càng lớn, sự tồn tại của loài trong quần xã càng ổn định. 6
Trang 8
Độ đa dạng quần xã sinh vật thay đổi theo xu hướng giảm dần khi di chuyển từ vĩ độ thấp đến vĩ độ cao, từ chân núi lên đỉnh núi, từ bờ đến khơi xa và từ tầng mặt xuống các lớp nước sâu. 2.2. Cấu trúc không gian Do sự phân bố không đồng đều của các nhân tố sinh thái như nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm, chất dinh dưỡng,... vì vậy, phân bố của các loài trong không gian cũng khác nhau như giảm bớt mức độ cạnh tranh giữa các loài sinh vật; nâng cao hiệu quả của việc sử dụng nguồn sống trong môi trường. Có hai kiểu phân bố của các loài trong không gian a) Theo chiều ngang Các loài sinh vật trong quần xã phân bố theo vành đai, tương ứng với những thay đổi của môi trường. Ví dụ: phân bố từ ven bờ tới khơi xa, từ đồng bằng đến vùng núi, từ chân núi đến đỉnh núi,... Các sinh vật thường tập trung ở những nơi có điều kiện sống thuận lợi như đất màu mỡ, nhiệt độ và độ ẩm thích hợp, vùng nước gần bờ giàu chất dinh dưỡng... Quần xã trên mặt đất có cấu trúc theo chiều ngang phụ thuộc nhiều vào điều kiện tự nhiên (nhiệt độ, độ ẩm...), địa hình của khu vực phân bố và sự nhiễu loạn (tác động của tự nhiên và con người tới quần xã). Ví dụ như sự phân bố của sinh vật từ chân núi, sười núi tới đỉnh núi. Từ vùng ven bờ vào sâu trong đất liền, các yếu tố tự nhiên thay đổi khác biệt tạo nên các vùng: Vùng thường xuyên ngập nước, vùng ngập khi nước dâng, vùng ngập khi nước dâng cao, vùng cây cỏ, vùng cây cỏ xen lẫn cây bụi, vùng cây bụi, rừng đang phát triển, rừng trưởng thành. Hình 3. Sự phân bố của sinh vật ở vùng cửa sông (2). Ngay ở vùng cửa sông, nơi chuyển tiếp giữa nước sông và nước biển ven bờ (hay vùng rộng muối - polyhaline) thực vật nổi và động vật nổi cũng tập trung phong phú nhất so với hướng đi bờ biển và hướng ra khơi (Rodriguez, 1975; Vũ Trung Tạng, 1981, 1994) . 7
Trang 9
Ở quần xã sinh vật biển, vùng gần bờ có thành phần sinh vật phong phú, càng xa bờ thì độ đa dạng càng giảm. Lý do là ở các vùng ven bờ có nhiều thực vật lớn là thức ăn phong phú cho sinh vật đáy. Sinh vật vùng ven bờ hồ có nhiều nhóm đặc trưng như: sâu bọ ở nước, các loài ếch nhái sống quanh các bụi cây cỏ thủy sinh. Để so sánh mức độ giống nhau của các quần xã theo mặt phẳng ngang, người ta thường sử dụng chỉ số tương tự của Jaccard (1912): c 2c K hoặc chỉ số Sorenxen: K a b c a b Trong đó: a và b là số loài được phát hiện trong mỗi một quần xã cần so sánh; c là số loài trùng nhau của hai quần xã. K có giá trị từ 0 đến 1. Giá trị K càng gần 1 thì hai quần xã càng tương tự nhau. b) Theo chiều đứng Sinh vật phân tầng theo nhu cầu ánh sáng, dinh dưỡng, có vai trò giảm áp lực cạnh tranh, khai thác tốt nguồn sống từ môi trường. Ở rừng nhiệt đới thường có 5 tầng: 3 tầng cây gỗ lớn (tầng vượt tán, tầng ưu thế sinh thái hay tầng tán rừng, tầng dưới tán), 1 tầng cây bụi thấp và 1 tầng cỏ và dương xỉ. Cùng với sự phân tầng về thực vật sẽ kéo theo sự phân tầng của các loài động vật sống trong rừng. Hình 4. Sự phân tầng của quần xã theo chiều thẳng đứng (10) Với quần xã ở nước, các yếu tố ảnh hưởng quan trọng nhất tới sự phân tầng là: mức độ xâm nhập của ánh sáng, khoảng cách xa bờ và mức độ nông sâu của vùng nước (cấu trúc thẳng đứng của nền đáy), sinh vật ở tầng nước sâu và mở, sinh vật ở tầng đáy. Hình 5. Phân tầng trong một hồ nước (9) 8
Trang 10
Ánh sáng được nước và các sinh vật quang hợp hấp thụ, do đó, càng xuống sâu, cường độ ánh sáng giảm dần. Ở ven biển, khi đi từ mép nước xuống đáy sâu, lần lượt chúng ta gặp tảo lục, tảo lam, tảo nau và cuối cùng là tảo đỏ với “lá” rộng bản. Dựa theo độ xâm nhập ánh sáng, quần xã ở nước chia thành 2 tầng là tầng sáng – nơi có đủ ánh sáng cho quang hợp và tầng tối – nơi có rất ít tia sáng có thể xuống được. Tầng sáng gồm nhiều loại sinh vật nổi, nhiều loài cá. Phần lớn của đại dương thuộc về tầng tối, có ít loài sinh vật hơn, chủ yếu là vi sinh vật, một số quần thể cá và một số quần thể động vật không xương sống. Và nền đáy của quần xã được gọi là tầng đáy, gồm các sinh vật đáy. Thức ăn của chúng chủ yếu là các mảnh vụn hữu cơ được phân giải từ xác sinh vật. 2.3. Cấu trúc chức năng dinh dưỡng Khi sắp xếp các loài trong quần xã theo chức năng dinh dưỡng sẽ tạo nên cấu trúc dinh dưỡng của quần xã. Nhờ có cấu trúc dinh dưỡng mà vật chất được chu chuyển và năng lượng được biến đổi thành vòng tuần hoàn. Về cấu trúc dinh dưỡng, trong quần xã gồm sinh vật sản xuất (producer), sinh vật tiêu thụ (consumer) và sinh vật phân hủy (reducer). Những nhóm sinh vật trên có quan hệ với nhau về mặt dinh dưỡng: Sinh vật sản xuất Sinh vật tiêu thụ Sinh vật phân hủy a) Sinh vật sản xuất (Producer) (1) Sinh vật tự dưỡng gồm các sinh vật có khả năng Sử dụng năng lượng ánh sáng hoặc hoá học để chuyển hoá CO2 thành chất hữu cơ thông qua các hoạt động quang hợp hoặc hóa tổng hợp như thực vật, tảo, vi khuẩn quang hợp (vi khuẩn lam, vi khuẩn lưu huỳnh màu tía, vi khuẩn lưu huỳnh màu lục, vi khuẩn hóa tự dưỡng. Trong hoạt động quang hợp, các sinh vật sử dụng năng lượng ánh sáng mặt trời được hấp thu bởi các loại sắc tố để tạo ra hóa năng, từ đó tổng hợp các chất hữu cơ ban đầu từ CO2 và nước. Chlorophyl (diệp lục) là loại sắc tố đóng vai trò ưu thế đối với quang hợp ở các loài. Ngoài ra, các sinh vật còn sử dụng một số loại sắc tố khác như sắc tố đỏ, sắc tố nâu... Còn sinh vật hóa tự dưỡng sẽ khai thác năng lượng từ sự oxi hóa các chất (có thể là chất vô cơ như SO 2-, NO -... cũng có thể là chất hữu cơ) để tạo nên chất hữu cơ ban đầu cho 4 3 quần xã. Các sản phẩm tạo thành không chỉ phát triển nhóm này mà còn cung cấp nguồn dinh dưỡng cho nhóm sinh vật dị dưỡng.(1) b) Sinh vật tiêu thụ (consumer) (1) Sinh vật tiêu thụ không có khả năng chuyển hoá CO2 thành chất hữu cơ, chỉ có khả năng sử dụng các chất hữu cơ có sẵn từ các sinh vật khác. Do đa dạng về thành phần loài, sinh vật tiêu thụ được phân nhóm dựa theo nguồn thức ăn mà chúng sử dụng như: nhóm ăn thực vật, nhóm ăn thịt và nhóm ăn tạp. Động vật ăn thực vật (herbivore) là những động vật ăn thực vật sử dụng thực vật và các sản phẩm của nó (thân, lá, rễ, phấn hoa, mật, quả, hạt...) làm thức ăn. Động vật ăn thịt (carnivore) các cấp 1, 2, 3 … ăn các loài động vật khác nhau. 9
Trang 11
Động vật ăn tạp (omnivore) ăn cả thực vật và động vật. Sinh vật kí sinh trên sinh vật tự dưỡng hoặc sinh vật tiêu thụ, là những loài sống trong hoặc ngoài cơ thể vật chủ, lấy chất dinh dưỡng từ vật chủ, không giết chết vật chủ, nhưng làm vật chủ yếu dần, tạo điều kiện cho vật ăn thịt hay dịch bệnh giết chết vật chủ hoặc vật chủ không đủ sức khỏe để vượt qua sự biến động của thiên tai. Vi khuẩn và virut gây bệnh là dạng kí sinh đặc biệt cao cấp. Sinh vật tiêu thụ sơ cấp (consumer 1) gồm động vật ăn cỏ, những sinh vật kí sinh trên sinh vật tự dưỡng, các loài sử dụng mùn bã hữu cơ làm thức ăn. Sinh vật tiêu thụ bậc 2 (consumer 2) gồm động vật ăn các loài sinh vật tiêu thụ sơ cấp. Sinh vật tiêu thụ bậc 3 (bậc 4 …) gồm các loài động vật ăn các sinh vật tiêu thụ bậc 2 (bậc 3 …). c) Sinh vật phân giải (reducer) (1) Phân giải mùn bã hữu cơ (chất dinh dưỡng từ xác của các sinh vật khác) thành chất vô cơ, khép kín vòng tuần hoàn vạt chất. Gồm nấm, giun đất, dòi và nhiều loài vi khuẩn. Sinh vật phân giải chủ yếu là các vi sinh vật sống hoại sinh (nấm, vi khuẩn). Chúng sử dụng các loại enzime đặc hiệu của mình để phân giải các chất hữu cơ phức tạp thành những chất hữu cơ đơn giản (đường đơn, axit amin...), trước hết để sử dụng cho sự tăng trưởng sinh khối của mình và cuối cùng biến đổi mọi chất hữu cơ thành các chất vô cơ đơn giản để trả lại môi trường. 3. Quan hệ giữa các loài trong quần xã Khi nghiên cứu về các mối quan hệ này, các nhà sinh thái học phân chúng thành 2 nhóm: mối quan hệ hỗ trợ (cộng sinh, hợp tác, hội sinh) và mối quan hệ đối kháng (kí sinh, vật ăn thịt con mồi, ức chế cảm nhiễm và cạnh tranh). Nhóm quan hệ Kiểu môi quan hệ Kiểu tương tác Cộng sinh A/B = (+)/(+) Hỗ trợ Hợp tác A/B = (+)/(+) Hội sinh A/B = (+)/(0) Cạnh tranh khác loài A/B = (-)/(-) Đối địch Vật ăn thịt - con mồi A/B = (+)/(-) Động vật ăn thực vật A/B = (+)/(-) Kí sinh - vật chủ A/B = (+)/(-) Ức chế - cảm nhiễm A/B = (0)/(-) 3.1. Hỗ trợ Bao gồm quan hệ cộng sinh, hợp tác, hội sinh. Trong quan hệ hỗ trợ, các loài đều có lợi hoặc ít nhất không bị hại. (9) a) Cộng sinh (symbiose) Cộng sinh hay hỗ sinh (symbiose hay mutualism) là mối quan hệ giữa hai hay nhiều loài sinh vật, chúng mang đến cho nhau lợi ích về nhiều mặt, có mối quan hệ chặt chẽ và khi tách nhau ra thì chúng đều không tồn tại được. (9), (2) 10
Trang 12
Ví dụ như các vi sinh vật trong ruột mối có khả năng phân giải cellulose mà mối ăn được từ gỗ thành đường đơn để nuôi sống cho cả hai. Các vi sinh vật trong dạ dày động vật nhai lại cũng có mối quan hệ với vật chủ tương tự như vậy. Các loại tảo sống cộng sinh với san hô, tảo quang hợp tạo nên chất hữu cơ và O2 cung cấp cho san hô và chính mình, đồng thời nhận được trực tiếp CO2 và muối khoáng cho quang hợp. Nấm sống cộng sinh với tảo hoặc vi khuẩn lam chặt chẽ tới mức tạo nên một dạng sống đặc biệt – địa y. Cây tổ kiến là loài cây sống bám trên các cây thân gỗ cây. Khi cây còn non, chúng lấy chất dinh dưỡng từ cây chủ nhưng khi lớn lên, nguồn dinh dưỡng cạn kiệt không thể giúp chúng phát triển. Lúc này, trong thân cây phình to bắt đầu hình thành các lỗ hang và tiết ra những chất quyến rũ loài kiến đến làm tổ. Đây là mối quan hệ cộng sinh – cây là nơi trú ẩn an toàn cho kiến, trong khi kiến tha mùn, thải phân làm nguồn nuôi dưỡng cây và bảo vệ cây trước sự xâm nhập của các loại côn trùng có hại. Mối quan hệ giữa cây và kiến bây giờ là mối quan hệ chặt chẽ ở mức độ cá thể, diễn ra thường xuyên. Hình 6. Cây tổ kiến (Nguồn: Hoala.vn) Quan hệ cộng sinh đôi khi kéo theo sự tiến hóa các đặc điểm thích nghi của cả 2 loài, sự thay đổi của một loài có thể liên quan tới khả năng sống sót và sinh sản của loài khác. Ví dụ, hầu hết cây có hoa có các đặc điểm thích nghi như có mật hoặc quả hấp dẫn động vật đến thụ phấn và phát tán hạt cho cây. Đến lượt mình, nhiều động vật có đặc điểm thích nghi giúp chúng tìm và hút mật. Hay một số loài kiến nhiệt đới biết “trồng nấm”: Kiến kiếm lá cây, cắt nhỏ mang về tổ của mình để trồng nấm. Nấm được “trồng” cung cấp chất dinh dưỡng cho kiến. Mô hình này cũng dẫn đến những tiến hóa mới ở cả loài nấm và kiến. Loài kiến biết cấy các nhóm vi sinh vật để phân hủy lá nhanh hơn. Nấm thì sinh sản nhanh hơn để đảm bảo nguồn thức ăn phong phú cho kiến. (9), (2). b) Hợp tác Hai loài đều cùng có lợi, nhưng khác với cộng sinh, mối quan hệ này không nhất thiết phải diễn ra. Ví du: Rệp cây cung cấp đường cho kiến, còn kiến chăm sóc, bảo vệ rệp, khi cây chủ đã cạn kiệt chất dinh dưỡng, kiến sẽ mang rệp đến một cây chủ khác; Trong sự hợp tác giữa cò ruồi và trâu, cò ăn ruồi kí sinh trên cơ thể trâu; Quan hệ giữa chim sáo và bò; chim hút mật và thực vật; cá mập và cá xỉa răng,… Trong khi đó, xét mối quan hệ hợp tác giữa kiến với cây keo: kiến ăn mật giàu protein do cây tiết ra, tấn công tất cả các sinh vật chạm vào cây, loại bỏ nhiều sinh vật khác trên cây như bào tử nấm, các động vật nhỏ ăn lá cây, cắt xén lá cây của một số cây khác mọc 11
Trang 13
gần cây keo. Khi tách ra, cả hai loài vẫn có thể tồn tại độc lập. Đây là mối quan hệ ở mức loài và diễn ra không thường xuyên. Hình 7. Kiến hợp tác cùng cây keo (9) c) Hội sinh Kiểu tương tác giữa các loài đem lại lợi ích cho một loài còn loài kia không bị hại cũng chẳng được lợi được gọi là hội sinh. Mối quan hệ này phổ biến khi một sinh vật sử dụng sinh vật khác như giá thể để bám, phương tiện di chuyển, kiếm ăn hay làm nơi sinh sản. Chẳng hạn như hầu, vẹm hay một số động vật thân mềm sống bám vào các cây thủy sinh ngập nước; hay phong lan sống nhờ trên các cây thân gỗ lớn... Ở biển, trong tổ giun Erechis có nhiều loài động vật nhỏ sống hội sinh như cá bống, cua, giun nhiều tơ... sử dụng tổ giun làm nơi ở và kiếm thức ăn thừa của giun cũng như phân giun làm thức ăn. (2) Hình 8. Quan hệ hội sinh (10) Tuy nhiên, hầu hết trong các mối quan hệ, cả 2 loài đều chịu ảnh hưởng, có thể chỉ là rất ít. Ví dụ loài “đi nhờ xe” như tảo sống bám trên vỏ cứng của rùa nước hoặc con hà sống bám trên da cá voi đôi khi được gọi là quan hệ hội sinh. Tảo, Hà biển có được nơi sinh trưởng mà dường như không làm ảnh hưởng gì đến rùa và cá voi. Tuy nhiên, Tảo, Hà biển thực tế có làm giảm đi sự thành đạt sinh sản của vật chủ đi đôi chút, do ngăn cản khả năng di chuyển khi kiếm thức ăn hoặc lẩn trốn vật ăn thịt. Ngược lại, Tảo, Hà biển cũng có thể đem lại một số lợi ích là góp phần ngụy trang cho vật chủ. (9) 12
Trang 14
Hình 9. Quan hệ hội sinh (10) 3.2. Đối địch (đối kháng) Bao gồm quan hệ cạnh trang, vật ăn thịt - con mồi, kí sinh - vạt chủ, ức chế cảm nhiễm. Trong quan hệ đối địch, ít nhất một loài bị hại. (9) a) Cạnh tranh Cạnh tranh khác loài là mối quan hệ giữa hai hay nhiều loài sinh vật cùng sử dụng một nguồn sống. Các cá thể khác loài tranh giành nhau nguồn sống làm hạn chế sự tăng trưởng và tỷ lệ sống sót của chúng (9). Cạnh tranh được xem là một trong những động lực chủ yếu của quá trình tiến hoá sinh giới. Sự cạnh tranh có thể dẫn đến các kết quả sau: biến động số lượng (những loài nào có khả năng sinh sản cao, nhu cầu thức ăn thấp thường là loài chiếm ưu thế); phân hóa ổ sinh thái, thay đổi sự phân bố về địa lý, thay thế tính trạng. Ở thực vật, cạnh tranh giành các khoảng không gian nhiều ánh sáng, nhiều nước và nguồn dinh dưỡng... Những cây lấy được nhiều ánh sáng sẽ vươn cao hơn các cây khác. Cạnh tranh ở thực vật dẫn tới loài ưu thế, giảm sút về số lượng cá thể và khả năng sống sót của loài yếu thế. Ở động vật, cạnh tranh gay gắt diễn ra khi các loài có chung nguồn sống như thức ăn, nơi ở,… Ví dụ, các loài cá nuôi trong cùng một ao tranh giành nhau thức ăn dẫn tới mỗi loài thích nghi mới việc kiếm ăn ở một tầng nước nhất định. Cá trắm cỏ ăn cỏ ở tầng mặt, cá mè trắng chủ yếu ăn thực vật nổi, cá mè hoa chủ yếu ăn động vật nổi, cá trắm đen ăn thân mềm tầng đáy, cá chép ăn tạp… Mức độ cạnh tranh mạnh hay yếu phụ thuộc vào sự chồng chéo nhiều hay ít. Ổ sinh thái của các loài càng chồng khít lên nhau, mức độ cạnh tranh càng ác liệt, dẫn đến sự cạnh tranh “loại trừ” tức là một trong hai loài thua cuộc ở mức hoặc bị tiêu diệt hoặc phải dời đi nơi khác. Cạnh tranh giữa các loài xảy ra do chung nguồn dinh dưỡng, chung nơi ở... Những loài sinh vật có quan hệ càng gần gũi thì nhu cầu về nguồn sống càng giống nhau, quan hệ cạnh tranh càng gay gắt. Quan hệ cạnh tranh ảnh hưởng tới biến động số lượng cá thể, sự phân bố địa lý và nơi ở, sự phân hóa về mặt hình thái của các loài. Vì vậy, cạnh tranh đóng vai trò chủ yếu trong cấu trúc và sự phát triển của quần xã. Cạnh tranh loại trừ và cạnh tranh không loại trừ Mối quan hệ giữa P. aurelia và P. caudatum là cạnh tranh loại trừ. Cạnh tranh loại trừ là hiện tượng 2 loài không thể tồn tại trong cùng 1 môi trường khi chúng cạnh tranh nhau gay gắt giành cùng một nguồn sống mà nguồn sống đó lại chỉ có hạn. Trong môi trường không bị tác động nhiễu loạn, loài nào sử dụng nguồn sống hiệu quả hơn sẽ sinh sản nhanh 13
Trang 15
hơn loài khác. Thậm chí chỉ cần một loài có ưu thế sinh sản lớn hơn một tí chút so với loài kia thì rốt cuộc loài cạnh tranh kém hơn sẽ bị loại trừ. Trường hợp của loài P. caudatum và P. bursaria là cạnh tranh không loại trừ, đã có sự phân ly một phần ổ sinh thái, tức là chúng sống trong các vi cảnh (microbiotop) khác nhau trong một bể nuôi (2). Hình 10. Đồ thị sinh trưởng 3 loài trùng cỏ khi nuôi riêng (5) Hình 11. Đồ thị sinh trưởng khi nuôi chung P.caudatum với P. aurelia hay P.bursaria (5) Xét một ví dụ khác về sự cạnh tranh loại trừ về không gian sống giữa 2 loài Chthamalus stellatus và Balanus balanoides trên bờ biển Scotland (Connell, 1961). Trong vùng, ấu trùng cả hai loài đều có khả năng phân bố rộng hơn dạng trưởng thành. Loài Chthalamus có vùng phân bố dạng ấu trùng xuống tới mực nước trung bình nhưng ở dạng trưởng thành thì chỉ sống từ mực nước lớn trung bình trực thế trở lên. Loài Balanus có tốc độ tăng trưởng nhanh hơn so với Chthalamus nên đã đánh đuổi Chthalamus ra khỏi bãi đá. Khi Balanus rời khỏi vùng, Chthalamus lại phát triển mạnh và lan xuống tới tận mực nước trung bình. (2) Hình 12. Sự phân bố của 2 loài hà trên cùng bãi đá ở các giai đoạn sống khác nhau (2) b) Vật ăn thịt - con mồi Trong mối quan hệ vật ăn thịt – con mồi, một loài (vật ăn thịt) sử dụng một loài khác (con mồi) để làm thức ăn gồm động vật ăn động vật, động vật ăn thực vật, thực vật bắt sâu bọ. Ảnh hưởng của mối quan hệ vật ăn thịt – con mồi Thông qua mối quan hệ vật ăn thịt – con mồi, cả quần thể vật ăn thịt và quần thể con mồi đều tiến hóa theo hưởng thích nghi hơn. Vật ăn thịt tuy làm ảnh hưởng tới số lượng cá 14
Trang 16
thể con mồi nhưng chúng thường bắt con mồi yếu hay bị bệnh. Nhờ hiện tượng này, quần thể con mồi đã được chọn lọc để loại bỏ những cá thể yếu. Mật độ quần thể vật ăn thịt phụ thuộc chặt chẽ với mật độ con mồi trong trường hợp vật ăn thịt thuộc nhóm hẹp thực. Khi đó, hiệu lực bắt mồi của vật ăn thịt là ổn định hay số lượng con mồi đã “bão hòa” đối với vật ăn thịt. Đối với vật ăn thịt thuộc nhóm rộng thực, khi số lượng cá thể của một loại mồi nào đó quá thấp, chúng có thể ăn những con mồi thuộc loại khác nằm trong giới hạn thức ăn của chúng. Khi đó, loại con mồi số lượng ít có cơ hội tồn tại và phát triển. Do đó, quần xã gồm nhiều loài rộng thực sẽ ổn định hơn quần xã nhiều loài hẹp thực. Trong quan hệ vật ăn thịt - con mồi, người ta thấy nổi bật lên sự kìm hãm lẫn nhau giữa các quần thể khác loài của quần xã, dẫn đến trạng thái cân bằng sinh học trong quần xã – sự cân bằng về số lượng loài. Dưới tác động của ngoại cảnh và các mối quan hệ sinh thái học giữa các loài, số lượng cá thể trong mỗi quần thể thường xuyên thay đổi nhưng số lượng loài trong quần xã không đổi, tức là giữ được thế cân bằng sinh học. Nếu số lượng loài bị thay đổi, hoặc nhiều hơn, hoặc ít hơn, thì quần xã đó bị mất cân bằng. Sau đó, thế cân bằng được tái lập lại nhưng ở một dạng khác. (7) Tiến hóa thích nghi trong các mối quan hệ vật ăn thịt – con mồi Bởi vì ăn và tránh bị ăn thịt là điều kiện tiên quyết để có được sự thành đạt sinh sản. Do vậy, cả vật ăn thịt và con mồi đều có chiều hướng tiến hóa giúp đạt hiệu quả cao hơn trong sinh sản thông qua chọn lọc tự nhiên. Động vật ăn thịt và con mồi Động vật ăn thịt thường có kích thước lớn hơn và số lượng ít hơn hẳn so với loài mà chúng ăn thịt. Đặc điểm thích nghi ở động vật ăn thịt và con mồi của chúng được biểu hiện rõ ràng và phổ biến trong tự nhiên. Các động vật ăn thịt đều có giác quan nhạy bén giúp nhận biết và định vị con mồi; các đặc điểm thích nghi khác như chân khỏe, chạy nhanh; móng vuốt sắc nhọn giữ mồi; răng nanh nhọn, khỏe để cắn mồi; có nọc độc hoặc tiết ra chất độc... Và chúng có được những tập tính săn mồi giúp tăng khả năng bắt mồi. Ví dụ như loài mèo dễ dàng phát giác được vị trí của con chuột, chúng rình và có những “kĩ thuật” để bắt chuột hiệu quả. Nhưng đồng thời con mồi cũng sẽ thích nghi với việc tránh vật ăn thịt bằng các cách khác nhau như ngụy trang làm vật ăn thịt khó phát hiện chúng trong môi trường, hay các tập tính tự vệ như ẩn náu, lẩn trốn và sống thành bầy đàn. Thậm chí có một số loài có hình thức tự vệ quyết liệt để chống lại kẻ thù, hay phát ra tiếng kêu cảnh báo, cả đàn hợp sức lại để chống kẻ thù và bảo vệ con non, con đang yếu như con già, con mang thai... (7) Động vật ăn thực vật và thực vật Động vật ăn thực vật có những đặc điểm giúp chúng nhận biết thức ăn: Một số côn trùng có thụ thể nhận biết hóa chất ở chân giúp cho chúng phân biệt được thực vật độc và thực vật không độc, hoặc ăn thức giàu dinh dưỡng hay nghèo dinh dưỡng. Một số thú ăn thực vật như dê có giác quan kiểm tra mùi vị của thực vật, phân biệt được thực vật có thể ăn và không thể ăn. Chúng cũng có thể chỉ ăn một phần của cây, như chỉ ăn các hoa. Các loài thú ăn thực vật có răng và hệ tiêu hóa chuyên biệt thích nghi với tiêu hóa thực vật. 15
Trang 17
Thực vật có những hình thức tự vệ riêng như lớp vỏ dày, gai hoặc các chất hóa học gây độc cho động vật như chất Stychnine gây độc cho hệ thần kinh có ở dây leo nhiệt đới Strychnos toxygenfera; nicotine có trong cây thuốc lá, tannin có trong rất nhiều loài cây, selenium trong cỏ điên - loài cỏ dại thuộc chi Astragalus. Một số thực vật lại tích lũy các hợp chất gây mùi khó chịu với động vật như quế, đinh hương, bạc hà... Trái ngược với hướng thích nghi tránh cho động vật không ăn, một số loài thực vật lại lợi dụng động vật ăn bộ phận của nó để giúp thực hiện một số chức năng sống như thụ phấn, giao phấn hay phát tán hạt. Như một số loài cây tiết ra mật cho côn trùng và một số loài chim đến ăn, hoặc có màu sắc sặc sỡ, mùi thơm hấp dẫn côn trùng... sẽ giúp cho cây thụ phấn, phát tán hạt, mở rộng khu vực phân bố của loài,…(7) Thực vật bắt mồi và con mồi Một số cây có khả năng tiết ra hóa chất hấp dẫn côn trùng hoặc động vật nhỏ tới và chui vào “bẫy” của chúng. Các cây này sẽ tiết enzyme phân giải cơ thể con mồi để thu nhận dinh dưỡng. Một số cây khác lại tiết chất độc làm cho một số loài con trùng phát triển không bình thường rồi sau đó ăn thịt chúng (7). c) Kí sinh - vật chủ Ký sinh - vật chủ là quan hệ mà trong đó loài ký sinh (loài được lợi, lấy chất dinh dưỡng từ sinh vật khác) - vật chủ của nó (sinh vật bị hại). Sinh vật ký sinh có thể là nấm, vi khuẩn, động vật nguyên sinh, giun tròn, sán, bét... hay sâu bọ. Vật chủ có thể là giáp xác, chân khớp, nhện, các loài động vật có xương sống. Trong mối quan hệ này, vật ký sinh không làm chết ngay vật chủ, khi vật chủ bị vật ký sinh tấn công. Vật ký sinh dinh dưỡng nhờ cơ thể vật chủ nhiều lần và làm vật chủ chết dần, chết mòn. Tính chuyên hoá của vật ký sinh đối với vật chủ cao. Mỗi loài ký sinh thường có một hay vài vật chủ cố định. Khi không gặp được đúng vật của mình, vật ký sinh có thể bị chết. Quan hệ ký sinh - vật chủ còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố vô sinh và hữu sinh khác, như loài, tuổi, giới tính, vùng, thời tiết, phân bố... Cách thức kí sinh của mỗi nhóm loài là khác nhau. Nội kí sinh và ngoại kí sinh: Khi vật ký sinh bên trong cơ thể của vật chủ thì đó là hình thức nội ký sinh, như sán lá gan ký sinh trong cơ thể người. Ngoại ký sinh là hình thức mà vật ký sinh sống trên bề mặt cơ thể của vật chủ, lấy nguồn dinh dưỡng từ vật chủ, ví dụ như bét, rận, chấy ký sinh trên da của động vật. Đẻ trứng kí sinh: Ong bắp cày mẹ đẻ trứng vào cơ thể sâu. Ấu trùng nở ra từ trứng của chúng sử dụng thức ăn là thịt của sinh vật chủ dẫn tới tiêu diệt sinh vật chủ. Nhờ vậy, con người nuôi và sử dụng ong bắp cày như một loại thiên địch để tiêu diệt sâu hại. Kí sinh hoàn toàn và nữa kí sinh: loài kí sinh lấy hoàn toàn nguồn sống từ vật chủ gọi là kí sinh hoàn toàn. Nhóm nửa kí sinh thì ngoài nguồn dinh dưỡng từ vật chủ, chúng vẫn có khả năng tự kiếm sống được, như loài cây tơ xanh. Một số sinh vật ký sinh làm thay đổi tập tính của sinh vật chủ. Như là giun đầu gai ký sinh trên các loài giáp xác có khả năng tăng truyền sinh vật ký sinh. Loài giun này làm giáp xác dễ bị tách bỏ vỏ bảo vệ và có xu hướng di chuyển nơi trống trải. Tập tính đó làm cho loài giáp xác dễ bị các loài chim bắt mồi, và chim lại trở thành sinh vật chủ tiếp theo trong chu kỳ sống của giun (7). 16
Trang 18
d) Ức chế - cảm nhiễm Là mối quan hệ trong đó một loài sinh vật trong quá trình sống đã tạo ra những chất kìm hãm hoặc gây hại cho sự sinh trưởng và phát triển của loài khác. Ví dụ như một loài trong quá trình sống đã vô tình gây hại cho các loài khác xung quanh bằng cách tiết vào trong môi trường những chất độc. Chẳng hạn có nhiều nhóm vi khuẩn lam Microcystis, Nodularia tiết ra chất hepatoxin gây độc cho gan; vi khuẩn lam Lyngbua, Anabaena tiết ra chất gây độc cho thần kinh Neurotoxin đối với các loài động vật (7). Bộ rễ của nhiều loài thực vật tiết ra những hợp chất khác nhau gọi là phytonxit gây kìm hãm sự phát triển của những loài thực vật khác. Rễ cây hồ đào (Rulan regia) tiết chất julome dễ bay hơi làm cho đa số các cây khác dưới tán của nó không thể phát triển được. Tảo giáp giống Gonyalax gây ra hiện tượng “nước nở hoa” bằng cách tiết ra một số chất hòa tan có thể gây độc cho nhiều loài tôm, cá. 4. Hiện tượng khống chế sinh học và kiểm soát sinh học Khống chế sinh học là hiện tượng số lượng cá thể của một loài bị khống chế ở một mức nhất định, không tăng cao quá hoặc giảm thấp quá do tác động của các mối quan hệ hoặc hỗ trợ hoặc đối kháng giữa các loài trong quần xã. Ý nghĩa của hiện tượng khống chế sinh học - Làm số lượng cá thể của mỗi quần thể dao động ở trạng thái cân bằng đảm bảo sự tồn tại của quần thể. - Tạo trạng thái cân bằng sinh học trong quần xã bảo đảm sự cân bằng ổn định của hệ sinh thái. - Là cơ sở khoa học cho biện pháp đấu tranh sinh học (kiểm soát sinh học) - Là biện pháp sử dụng các sinh vật (thiên địch) để khống chế sự phát triển về số lượng của các sinh vật gây hại cho mùa màng và con người. 5. Ổ sinh thái a) Khái niệm Ổ sinh thái của một loài là một không gian sinh thái mà ở đó tất cả các yếu tố của môi trường nằm trong một giới hạn sinh thái cho phép loài đó tồn tại và phát triển lâu dài. Có 2 dạng ổ sinh thái. Ổ sinh thái riêng (ổ sinh thái của loài với một nhân tố) là khoảng giới hạn của một nhân tố sinh thái mà ở đó sinh vật có thể tồn tại và phát triển. Ổ sinh thái chung (chung cho tất cả các nhân tố) là không gian sinh thái mà ở đó tất cả các nhân tố sinh thái nằm trong giới hạn cho phép sự tồn tại, phát triển lâu dài của loài. Hình 13. Ổ sinh thái 17
Trang 19
Ví dụ: Ổ sinh thái của loài bọ rùa sáu vằn (Menochilus sexmaculatus) gồm rất nhiều thành phần như giới hạn nhiệt độ loài có thể chịu đựng; đặc điểm của lá, cành cây nơi loài sinh sống, kích thước và loại rệp là thức ăn của loài,... b) Phân li ổ sinh thái Cạnh tranh là nguyên nhân quan trọng dẫn đến phân li ổ sinh thái. Các loài có ổ sinh thái càng giống nhau, thì mức độ cạnh tranh càng gay gắt. Những loài có ổ sinh thái gần giống hệt nhau thì sẽ không thể cùng tồn tại lâu dài trong quần xã. Những loài có nhu cầu sinh thái giống nhau trong quần xã có thể xảy ra hiện tượng loại trừ lẫn nhau. Các loài cùng ổ sinh thái mà không loài nào bị tuyệt chủng → chứng tỏ có ít nhất 1 loài thay đổi ổ sinh thái (hình) = là hiện tượng “Phân chia nguồn sống". Hình 14. Phân li ổ sinh thái trong cạnh tranh khác loài Phân li ổ sinh thái → giúp giảm sự cạnh tranh giữa các loài. Sự phân li ổ sinh thái cho phép các loài có giới hạn của nhiều nhân tố sinh thái giống nhau cùng tồn tại trong một quần xã. Hình 15. Cạnh tranh dẫn tới sự phân li ổ sinh thái c) Tương đồng sinh thái Tương đồng sinh thái là biểu hiện khái quát và trực quan của mối quan hệ giữa sinh vật và môi trường, sự thích nghi của sinh vật với các nhân tố sinh thái của môi trường. - Những loài mang nhiều đặc điểm sinh thái giống nhau, mặc dù chúng sống ở những vùng địa lí cách xa nhau được gọi là những loài tương đồng sinh thái . - Các loài tương đồng sinh thái có thể rất xa nhau về nguồn gốc tiến hóa, nhưng do ở các môi trường có điều kiện gần giống nhau nên giữa các loài có đặc điểm sinh thái tương đồng nhau. - Động vật sống trong nước, không kể chúng thuộc lớp Cá, lớp chim, lớp thú, lớp bò sát hoặc thậm chí ngành thân mềm đều có chung hình tên lửa, với tỉ lệ dài /rộng ít biến đổi giúp giảm ma sát tối đa giữa cơ thể và nước. II. HỆ SINH THÁI 1. Khái quát hệ sinh thái 1.1. Khái niệm hệ sinh thái Hệ sinh thái là 1 hệ thống hoàn chỉnh, tương đối ổn định bao gồm quần xã sinh vật và môi trường sống của nó (sinh cảnh). Sự tác động qua lại giữa quần xã sinh vật và sinh cảnh 18
Trang 20
tạo nên những mối quan hệ dinh dưỡng xác định, cấu trúc thành phần loài trong quần xã và chu trình tuần hoàn vật chất trong quần xã giữa các sinh vật và nhân tố vô sinh. Hình 16. Hệ sinh thái Hệ sinh thái là một hệ thống có đầy đủ các chức năng sống - Trong HST diễn ra quá trình trao đổi chất và năng lượng theo phương thức đồng hóa và dị hóa. Bắt đầu từ sinh vật sản xuất sinh vật tiêu thụ sinh vật phân giải đều có quá trình tổng hợp các chất hữu cơ riêng cho mình nhờ sử dụng vật chất và năng lượng từ môi trường hoặc từ các bậc dinh dưỡng phía trước. Ở mọi loài đều diễn ra quá trình oxi hóa phân giải chất hữu cơ để giải phóng năng lượng sử dụng. - Quần xã có sự sinh trưởng thông qua sự sinh trưởng của các quần thể - Sự sinh sản của các cá thể sinh trưởng của quần thể, sản sinh ra các quần thể mới. - Quần xã có khả năng tự điều chỉnh, thích nghi vơi môi trường thông qua cơ chế điều hòa mật độ của quần thể và hiện tượng khống chế sinh học. - Mỗi quần thể đều có biến đổi, có tiến hóa tạo nên sự biến đổi (tiến hóa) của quần xã thông qua quá trình diễn thế. Có sự biến đổi tương ứng giữa quần xã và sinh cảnh. - Kích thước hệ sinh thái: có dạng hệ sinh thái nhỏ (một vườn hoa, một bể nuôi cá cảnh,...) hay hệ sinh thái lớn (một khu rừng, hệ sinh thái lớn nhất là sinh quyển,...) 1.2. Thành phần cấu trúc hệ sinh thái Một hệ sinh thái gồm 2 thành phần cấu trúc: thành phần vô sinh và thành phần hữu sinh. Thành phần vô sinh: Chất vô cơ (nước, CO2, O2,…), chất hữu cơ (protein, lipid, cacbohydrate,…), yếu tố khí hậu (ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm, gió,...) Thành phần hữu sinh là quần xã sinh vật. Tùy theo hình thức dinh dưỡng của từng loài trong hệ sinh thái mà chúng được xếp thành 3 nhóm: Sinh vật sản xuất hay vật cung cấp gồm những sinh vật tự dưỡng trong quần xã (tảo, cây xanh…) có khả năng sử dụng năng lượng mặt trời và các chất vô cơ để tổng hợp nên các chất hữu cơ cho cơ thể. Sinh vật sản xuất gồm thực vật là chủ yếu, một số vi sinh vật tự dưỡng. Nguồn năng lượng chủ yếu của hệ sinh thái được cung cấp chủ yếu từ năng lượng ánh sáng mặt trời. Sinh vật sản xuất tích lũy một phần năng lượng trong sinh khối của chúng và cung cấp nguồn vật chất và năng lượng cho sinh vật tiêu thụ các bậc. 19
Showing the first 20 pages. Download the document to see it all.
Comments (0)
No comments yet. Be the first!