Trang 1
Chuyên đề. Sinh thái học quần xã và hệ sinh thái MỤC LỤC Trang MỤC LỤC……………………………………………………………………………..1 DANH SÁCH HÌNH………………………………………………………………….4 PHẦN 1. MỞ ĐẦU……………………………………………………………………5 1.1. Lý do chọn đề tài .....................................................................................................5 1.2. Mục đích…………………………………………………………………………..5 PHẦN 2. NỘI DUNG....................................................................................................6 A. KIẾN THỨC LÝ THUYẾT.....................................................................................6 I. SINH THÁI HỌC QUẦN XÃ...................................................................................6 1.1. Khái niệm………………………………………………………………………6 1.2. Một số đặc trưng cơ bản của quần xã sinh vật……………………………...7 1.2.1. Cấu trúc về thành phần loài và số lượng cá thể từng loài……………….7 1.2.1.1. Các nhóm loài trong quần xã……………………………………………7 1.2.1.2. Mối quan hệ giữa thành phần loài và số lượng cá thể của mỗi loài……11 1.2.1.3. Độ đa dạng của quần xã ……………………………………………………..11 1.2.2. Đặc trưng về sự phân bố…………………………………………………..17 1.2.2.1. Theo chiều ngang……………………………………………………...18 1.2.2.2. Theo chiều thẳng đứng………………………………………………..18 1.2.2.3. Ý nghĩa của sự phân bố trong không gian…………………………….19 1.2.2.4. Cấu trúc quần xã theo chu kì…………………………………………19 1.3. Quan hệ giữa các loài trong quần xã…………………………………………20 1.3.1. Quan hệ hỗ trợ…………………………………………………………….20 1.3.1.1. Quan hệ cộng sinh …………………………………………………...20 1.3.1.2. Quan hệ hợp tác……………………………………………………….20 1.3.1.3. Quan hệ hội sinh ………………………………………………………21 1.3.2. Quan hệ đối kháng ………………………………………………………..21 1.3.2.1. Quan hệ cạnh tranh khác loài………………………………………….21 1.3.2.2. Quan hệ kí sinh – vật chủ………………………………………………26 1.3.2.3. Quan hệ ức chế - cảm nhiễm…………………………………………... 27 1.3.2.4. Quan hệ sinh vật ăn sinh vật khác…………………………………….28 1.3.3. Hiện tượng khống chế sinh học và kiểm soát sinh học………………….31 - Trang 1 -
Trang 2
Chuyên đề. Sinh thái học quần xã và hệ sinh thái 1.3.3.1. Khống chế sinh học………………………………………………….…31 1.3.3.2. Kiểm soát sinh học……………………………………………….. …….32 1.4. Sự biến động của quần xã sinh vật……………………………………………32 1.4.1. Khái niệm diễn thế sinh thái (Ecological Succession) …………………32 1.4.2. Các loại diễn thế sinh thái………………………………………………...33 1.4.2.1. Diễn thế nguyên sinh và diễn thế thứ sinh……………………………..33 1.4.2.2. Diễn thế tự sinh và diễn thế ngoại sinh……………………………….35 1.4.2.3. Diễn thế tự dưỡng và diễn thế dị dưỡng………………………………38 1.4.3. Cơ chế biến đổi cơ bản trong diễn thế……………………………………38 1.4.4. Xu hướng diễn thế và quần xã đỉnh cực…………………………………39 1.4.5. Tầm quan trọng của việc nghiên cứu diễn thế……………………………40 1.5. Quan hệ dinh dưỡng trong quần xã………………………………………….40 1.5.1. Chuỗi thức ăn……………………………………………………………...40 1.5.2. Lưới thức ăn……………………………………………………………….43 1.5.3. Tháp sinh thái……………………………………………………………...43 1.5.4. Điều chỉnh cấu trúc quần xã theo quan hệ dinh dưỡng…………………45 1.5.5. Hiện tượng khuếch đại sinh học…………………………………………..46 1.6. ỨNG DỤNG SINH THÁI HỌC QUẦN XÃ…………………………………47 1.6.1. Ứng dụng trong quản lý nông nghiệp……………………………………47 1.6.2. Ứng dụng trong sinh học bảo tồn………………………………………...49 1.6.3. Ứng dụng trong khai thác tài nguyên thiên nhiên………………………49 1.6.4. Ứng dụng trong khống chế bệnh tật ở người……………………………50 II. HỆ SINH THÁI……………………………………………………….…………..50 2.1. Khái niệm……………………………………………………………………...50 2.2. Cấu trúc hệ sinh thái………………………………………………………….51 2. 2.1 Yếu tố hữu sinh……………………………………………………………51 2.2.2. Yếu tố vô sinh……………………………………………………………...52 2.3. Các kiểu hệ sinh thái…………………………………………………………..56 2.3.1. Các hệ sinh thái trên cạn………………………………………………….57 2.3.2. Hệ sinh thái nước mặn……………………………………………………59 2.3.3. Hệ sinh thái nước ngọt……………………………………………………61 2.4. Mối tương quan giữa các nhân tố cấu thành hệ sinh thái………………….62 - Trang 2 -
Trang 3
Chuyên đề. Sinh thái học quần xã và hệ sinh thái 2.4.1. Quá trình chuyển hóa năng lượng trong hệ sinh thái……………………62 2.4.2. Các chu trình sinh địa hóa diễn ra trong hệ sinh thái……………………68 2.4.2.1. Chu trình nước (Hydro cycle) ………………………………………….64 2.4.2.2. Chu trình carbon (Carbon cycle) ……………………………………….69 2.4.2.3. Chu trình nitơ……………………………………………………………70 2.4.2.4. Chu trình phospho (phosphorus cycle …………………………………71 B. BÀI TẬP CỦNG CỐ VÀ VẬN DỤNG………………………………………..72 PHẦN III. KẾT LUẬN……………………………………………………………...98 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………………..99 - Trang 3 -
Trang 4
Chuyên đề. Sinh thái học quần xã và hệ sinh thái DANH MỤC HÌNH Trang Hình 1: Mô hình đơn giản của Bergon và nnk. (1995) về mức độ giàu có về loài…...14 Hình 2: Mô hình cân bằng địa lí sinh học đảo………………………………………...16 Hình 3: Sự phân bố của 2 loài hà trên cùng bãi đá ở các giai đoạn sống khác nhau….23 Hình 4: Sự phân hóa kích thước mỏ của các loài sẻ trên quần đảo…………………...26 Hình 5: Diễn thế rừng Lim Hữu Lũng-Lạng Sơn ……………………………………34 Hình 6: Mô hình khống chế từ trên xuống đối với thảm tảo bẹ ở bờ biển Tây Alaska.45 Hình 7: Dòng vật chất và năng lượng trong hệ sinh thái……………………………...63 Hình 8: Sơ đồ dòng năng lượng trong hệ sinh thái……………………………………64 Hình 9: Sự phân bố theo chiều thẳng đứng của năng suất sơ cấp của thủy vực nước đứng…………………………………………………………………………………...67 Hình 10: Chu trình nước………………………………………………………………69 Hình 11: Chu trình cacbon…………………………………………………………….69 Hình 12: Chu trình nito……………………………………………………………….70 Hình 13: Chu trình phosphor………………………………………………………….71 - Trang 4 -
Trang 5
Chuyên đề. Sinh thái học quần xã và hệ sinh thái PHẦN 1. MỞ ĐẦU 1.1. Lý do chọn đề tài: Sinh thái học là một khoa học kế thừa những thành tựu của các lĩnh vực khoa học sinh học cũng như của các ngành khác, nó đã trở thành công cụ để con người khám phá tự nhiên, sống hài hòa với tự nhiên. Nhiệm vụ của sinh thái học là nghiên cứu các mối quan hệ của sinh vật với sinh vật và sinh vật với môi trường ở mọi cấp tổ chức từ cá thể, quần thể đến quần xã và hệ sinh thái. Nằm trong hệ thống kiến thức sinh thái học, quần xã sinh vật, tập trung các nghiên cứu về quần xã sinh vật: các mối quan hệ của sinh vật, quá trình tự điều chỉnh của quần xã và từ đó đưa ra các ứng dụng trong thực tiễn. Hiểu rõ các quy luật của quần xã sinh vật vô cùng quan trọng trong giải quyết các bài tập thực tế về hệ sinh thái, phát triển đồng ruộng, phân tích cơ sở khoa học các ứng dụng. Bên cạnh đó, việc nghiên cứu hệ sinh thái không chỉ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về thế giới tự nhiên mà còn cung cấp các giải pháp cho các vấn đề môi trường cấp bách. Việc bảo vệ và duy trì sự cân bằng của các hệ sinh thái là rất cần thiết cho sự phát triển bền vững của con người và hành tinh. Nhưng trong chương trình sinh học trung học phổ thông và một số sách chuyên, kiến thức về quần xã và hệ sinh thái chỉ chiếm một phần nhỏ. Vì vậy, việc biên soạn chuyên đề “Sinh thái học quần xã - hệ sinh thái” là rất cần thiết. Tôi muốn hệ thống lại các kiến thức về quần xã; hệ sinh thái cũng như cung cấp thêm kiến thức chuyên sâu một số nội dung và một số dạng bài tập liên quan mà các em học sinh sẽ gặp phải trong quá trình học tập và bồi dưỡng học sinh giỏi. 1.2. Mục đích: - Hệ thống hóa kiến thức từ cơ bản đến chuyên sâu ở hai cấp tổ chức của sinh thái học là: quần xã sinh vật và hệ sinh thái. - Sưu tầm hệ thống câu hỏi, bài tập vận dụng liên quan đến quần xã và hệ sinh thái. Từ đó giúp cho: - Giáo viên có thêm nguồn tư liệu để tham khảo và phục vụ công tác giảng dạy, ôn luyện học sinh giỏi. - Học sinh được trang bị thêm tư liệu học tập, ôn luyện chuẩn bị cho các kì thi học sinh giỏi các cấp. - Trang 5 -
Trang 6
Chuyên đề. Sinh thái học quần xã và hệ sinh thái PHẦN 2. NỘI DUNG A. KIẾN THỨC LÝ THUYẾT I. SINH THÁI HỌC QUẦN XÃ: 1.1. Khái niệm: Quần xã sinh vật là một tập hợp các quần thể sinh vật thuộc nhiều loài khác nhau, cùng sống trong một không gian và thời gian nhất định. Các sinh vật trong quần xã có mối quan hệ gắn bó với nhau và với môi trường sống của chúng thành một thể thống nhất và 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. * Tên gọi của quần xã + Theo địa điểm phân bố: quần xã sinh vật biển, quần xã sinh vật cửa sông, quần xã sinh vật núi đá vôi,... + Theo loài sinh vật chiếm ưu thế (quần xã sinh vật đồng cỏ, quần xã cây bụi,... hoặc nhóm loài ưu thế (quần xã thân mềm- Giun nhiều tơ,...) + Theo dạng sống: quần xã sinh vật nổi, quần xã sinh vật đáy,.. + Theo nhóm phân loại: quần xã cá rạn san hô, quần xã thân mềm ở bãi triều Nhiều quần xã có ranh giới rõ ràng. Song cũng nhiều quần xã không có ranh giới rạch ròi mà chúng thường gối lên nhau, tạo nên những dạng chuyển tiếp hay vùng đệm giữa các quần xã chính, gọi là quần xã vùng đệm. * Đặc điểm quần xã: Quần xã không phải là một tập hợp máy móc các loài sinh vật cùng sinh sống trong một sinh cảnh mà là một tổ chức được hình thành trong một quá trình lịch sử nhất định được thể hiện qua các đặc điểm: - Có cấu trúc ổn định với những đặc trưng cơ bản về thành phần loài và sự phân bố trong không gian của quần xã. - Luôn phát triển theo thời gian từ quần xã này sang quần xã khác, dần dẫn tới một quần xã tương đối ổn định. - Các sinh vật trong quần xã quan hệ chặt chẽ với nhau thể hiện quan hệ hỗ trợ, đối kháng. - Giữa các thành phần trong quần xã và giữa quần xã với môi trường luôn có sự trao đổi vật chất và năng lượng. 1.2. Một số đặc trưng cơ bản của quần xã sinh vật: - Trang 6 -
Trang 7
Chuyên đề. Sinh thái học quần xã và hệ sinh thái 1.2.1. Cấu trúc về thành phần loài và số lượng cá thể từng loài: 1.2.1.1. Các nhóm loài trong quần xã: Căn cứ vào vai trò của các nhóm loài, quần xã được chia làm các nhóm: a) Loài ưu thế: - Là loài đóng vai trò quan trọng trong quần xã, ảnh hưởng, quyết định tới các nhân tố sinh thái của môi trường. - Loài ưu thế thường là loài có số lượng lớn hơn hẳn các loài khác do có số lượng cá thể nhiều, sinh khối lớn hoặc do hoạt động mạnh của chúng, quyết định chiều hướng phát triển của 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. - 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...). Ví dụ: Trước năm 1910, cây hạt dẻ Mỹ là loài ưu thế trong rừng lá rụng ở miền Đông Bắc Mỹ, chiếm hơn 40% số cây trưởng thành. Khi nấm trắng gây bệnh trên loài này xuất hiện ở NewYork (do nhập khẩu các sản phẩm từ châu Á), chúng đã lây lan nhanh chóng. Và tới năm 1950, nấm trắng đã giết chết gần như các cây hạt dẻ ở miền Đông Bắc Mỹ. Khi ấy, các cây sồi, mại châu và thích đỏ tăng lên nhanh chóng thay thế cây hạt dẻ. Các loài thú và chim không thay đổi nhưng có 7 loài nhậy và bướm sống trên cây hạt dẻ đã bị tuyệt chủng. + Như vậy, 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. + Hoặc 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 chúng cũng được gọi là loài xâm lấn – loài sinh vật từ nơi khác đến, vượt qua vùng phân bố tự nhiên của chúng (ví dụ như những loài do con người mang từ nơi khác tới). Trong môi trường mới, loài này có thể không phải đối đầu với vật ăn thịt hay các tác nhân sinh học gây bệnh như ở môi trường phân bố tự nhiên. 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. Loài xâm lấn có thể thay thế đe dọa nghiêm trọng đến hệ động thực vật bản địa, đe dọa đa - Trang 7 -
Trang 8
Chuyên đề. Sinh thái học quần xã và hệ sinh thái dạng sinh học. Một số ví dụ về loài xâm lấn gây hại ở Việt Nam: Cây mai dương, bèo Nhật Bản, rùa tai đỏ, ốc bươu vàng, cá rô phi... b) Loài đặc trưng của quần xã là loài thuộc một trong hai trường hợp sau: Loài chỉ có quần xã này mà không có ở quần xã khác (trong trường hợp này còn được gọi là loài đặc hữu, ví dụ cá cóc Tam Đảo là loài đặc trưng của quần xã vùng núi Tam Đảo, cây tràm là loài đặc trưng của quần xã rừng tràm U Minh); hoặc là loài có số lượng nhiều hơn hẳn và có vai trò quan trọng so với các loài khác trong quần xã (trong trường hợp này chúng có thể là loài ưu thế). c) Loài chủ chốt của quần xã là một hoặc một vài loài có vai trò kiểm soát và khống chế hoạt động của các loài khác trong quần xã. 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. Ví dụ, rái cá biển là loài chủ chốt ở biển Bắc Thái Bình Dương. Chúng ăn cầu gai, cầu gai chủ yếu ăn tảo bẹ. Những vùng rái cá biển phát triển mạnh, cầu gai hiếm đi và tảo bẹ có cơ hội để phát triển mạnh. Ngược lại, vùng biển ít rái cá thì cầu gai phát triển mạnh, tảo bẹ gần như không phát triển được. Loài chủ chốt có thể ảnh hưởng cấu trúc quần xã qua ổ sinh thái của nó. Ví dụ, nghiên cứu của Rober Paine tại các quần xã ngập triều trên bãi đá ở miền Tây Bắc Mỹ cho thấy sao biển Pisaster ăn thịt và cạnh tranh chỗ ở với loài trai Mytilus californianus – là loài ưu thế. Khi không có sao biển, độ giàu loài giảm do trai độc quyền chiếm giữ bề mặt đá và loại bỏ hầu hết tảo cũng như các động vật không xương sống ở đó. Ở vùng có sao biển, sự phát triển của quần thể trai bị kìm hãm, tạo điều kiện sinh sống cho các loại tảo và động vật không xương sống, làm tăng mức đa dạng sinh học của quần xã. 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 cơ sở: Những loài ảnh hưởng tới quần xã thông qua tác động của chúng làm thay đổi môi trường vật lý được gọi là loài cơ sở hoặc “công trình sư” của quần xã. Ảnh hưởng của chúng với môi trường là do tập tính hoạt động hay khối lượng sinh khối lớn mà chúng lấy từ môi trường. - Trang 8 -
Trang 9
Chuyên đề. Sinh thái học quần xã và hệ sinh thái Tác động của loài cơ sở tới các loài khác có thể là âm tính hoặc dương tính tùy thuộc vào nhu cầu của loài bị ảnh hưởng.Ví dụ, hải ly đốn các cây và xây dựng các đập nước, tạo ra các hồ nước, từ đó biến một vùng rừng rộng lớn thành đầm lầy. Khi đó, có những cây sẽ bị chết do ngập úng, song cũng có những loài được lợi bởi vùng đất ngập nước. Có đôi khi, sự tác động của loài cơ sở làm tăng khả năng sống sót của các loài khác trong quần xã, khi đó chúng được gọi là loài hỗ trợ. Ví dụ, ở vùng đầm lầy ngập mặn New England, loài cỏ Juncus gerardi có khả năng ngăn cản quá trình ngập mặn nhờ che phủ bề mặt đất, chống bốc hơi nước. Đồng thời, loài cây này có bộ rễ xuyên qua các lớp đất sâu và dẫn truyền khí oxy xuống các mô rễ dưới sâu, từ đó bảo vệ đất đầm lầy khỏi bị yếm khí. Chính nhờ 2 tác động trên, cỏ Juncus đã hỗ trợ sự sống của một số loài thực vật trong vùng ngập mặn này, làm tăng số lượng loài cây trong vùng. e) 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. f) 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. Dựa vào chức năng, chia các loài trong quần xã làm 2 nhóm: + Sinh vật tự dưỡng (autotroph): Sinh vật tự dưỡng gồm các sinh vật có khả năng tổng hợp các chất hữu cơ từ các chất vô cơ đơn giản thông qua các hoạt động quang hợp hoặc hóa tổng hợp như thực vật, tảo, vi khuẩn quang hợp, 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. 4 3 Nhóm sinh vật tự dưỡng đã tạo ra các chất hữu cơ ban đầu cho 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. - Trang 9 -
Trang 10
Chuyên đề. Sinh thái học quần xã và hệ sinh thái + Sinh vật dị dưỡng (heterotroph): Những sinh vật không có khả năng tạo ra chất hữu cơ ban đầu, phải sống dựa vào thức ăn hữu cơ có sẵn trong thiên nhiên được gọi là sinh vật dị dưỡng. Nhóm này gồm 2 nhóm nhỏ hơn là sinh vật tiêu thụ và sinh vật phân giải. Sinh vật tiêu thụ (consumer): Các loài động vật ăn thực vật, tảo, thịt, mùn bã hữu cơ... và một số các loài thực vật bắt mồi được gọi là sinh vật tiêu thụ. Do đa dạng về thành phần loài, sinh vật tiêu thụ được phân nhóm dựa theo nguồn thức ăn mà chúng sử dụng. Động vật ăn cỏ (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. 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 …). Sinh vật phân giải (reducer): Sinh vật phân giải chủ yếu là các vi sinh vật sống hoại sinh (nấm, vi khuẩn). Chúng sử dụng các loại enzyme đặc hiệu của mình để phân giải các chất hữu cơ phức tạp thành những chất hữu cơ đơn giản (đường đơn, amino acid...), 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. - Trang 10 -
Trang 11
Chuyên đề. Sinh thái học quần xã và hệ sinh thái 1.2.1.2. Mối quan hệ giữa thành phần loài và số lượng cá thể của mỗi loài: + Số lượng loài trong quần xã càng đa dạng thì số lượng cá thể của mỗi loài càng giảm và ngược lại. + Trong quá trình phát triển của quần xã thì số lượng loài ngày càng tăng. Nếu quần xã đang trong trạng thái suy thoái thì ngược lại. + Khi đi từ cực đến xích đạo, từ khơi vào bờ số lượng loài tăng lên, số lượng cá thể của mỗi loài giảm đi. + Đi từ thấp lên cao, từ mặt biển xuống đáy đại dương số lượng loài và số lượng cá thể mỗi loài đều giảm. 1.2.1.3. Độ đa dạng của quần xã: a) Khái niệm độ đa dạng: Mức độ đa dạng về loài sinh vật khác nhau cấu tạo nên quần xã – bao gồm 2 thành phần: Độ giàu loài (số lượng các loài khác nhau trong quần xã) và độ phong phú tương đối của mỗi loài (tỷ lệ cá thể của mỗi loài trên tổng số các cá thể có trong quần xã. * Độ phong phú (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. 𝑝 = 𝑛𝑖/𝑁 × 100% (Trong đó: 𝑛i là số cá thể của loài i trong quần xã; N là số cá thể của tất cả các loài trong quần xã) Để tính chỉ số đa dạng dựa vào sự giàu loài và độ phong phú tương đối, người ta sử dụng độ đa dạng Shannon (1984): 𝐻 = - [(𝑝𝐴. ln 𝑝𝐴) + (𝑝𝐵. ln 𝑝𝐵) + (𝑝𝐶. ln 𝑝𝐶) + ⋯ ] (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) Ví dụ: giả sử hai quần xã rừng nhỏ, mỗi quần xã có 100 cá thể bao gồm 4 loài cây (A, B, C, và D) như sau: Quần xã 1: 25A, 25B, 25C, 25D Quần xã 2: 80A, 5B, 5C, 10D Ta thấy, hai quần xã đều có độ giàu loài giống nhau, nhưng độ phong phú tương đối của hai quần xã là khác nhau. Quần xã 1 có p = 0,25, vậy H = - 4 (0,25 ln 0,25) = 1,39 Quần xã 2: H= - [(0,8 ln 0,8) + (0,05 ln 0,05) + (0,05 ln 0,05) + (0,1 ln 0,1)] = 0,71 - Trang 11 -
Trang 12
Chuyên đề. Sinh thái học quần xã và hệ sinh thái → Quẫn xã 1 đa dạng hơn quần xã 2 Trong thực tế, việc xác định số lượng và độ phong phú tương đối của các loài thường gặp khó khăn do một số loài di chuyển nhanh và khó tìm thấy trong quần xã (ve bét, giun tròn, vi sinh vật). Kích thước nhỏ bé của các loài vi sinh vật gây khó khăn cho ta khi thu mẫu. Do vậy các nhà sinh thái học hiện nay sử dụng kỷ thuật phân tử để xác định độ đa dạng của vi sinh vật. * Xác định độ đa dạng vi sinh vật bằng phương pháp phân tử: - Ứng dụng: Các nhà sinh thái học sử dung ngày càng nhiều kỷ thuật phân tử, ví dụ như phân tích kỷ thuật đa hình chiều dài các đoạn giới hạn (RFLPs), để xác định độ đa dạng vi sinh vật và độ giàu loài của chúng trong môi trường. Phân tích RFLP tạo ra dấu vân tay DNA đặc trưng cho các đơn vị phân loại vi sinh vật dựa vào những khác biệt về trình tự DNA mã hóa cho rRNA của tiểu đơn vị bé của Ribsome. Noah Fierer và Rob Jackson tại trường đại học Duke đã sử dụng phương pháp này để so sánh độ đa dạng của vi khuẩn đất ở 98 nơi khác nhau trãi dài từ Bắc Mỹ tới Nam Mỹ. Nghiên cứu đã góp phần xác định sự thay đổi môi trường có liên quan tới độ đa dạng rất cao của vi khuẩn. - Kỷ thuật: + Tách và tinh sạch DNA từ quần xã vi sinh vật ở mỗi mẫu thí nghiệm. + Sử dụng PCR để khuếch đại DNA ribosome và đánh dấu DNA bằng thuốc nhuộm huỳnh quang. + Dùng enzyme giới hạn cắt DNA đã được đánh dấu và đã được khuếch đại thành các đoạn khác nhau. + Các đoạn DNA khác nhau này được tách rời nhau bằng điện di trên gel. Số lượng và độ phong phú của các đoạn này đặc thù (dấu vân tay) cho DNA của từng mẫu vật nghiên cứu. Dựa vào các phân tích RFLP đó, Fierer và Jackson tính toán độ đa dạng Shannon (H) của mỗi mẫu nghiên cứu. sau đó các nhà khoa học tiếp tục tính chỉ số tương quan giữa H và một số biến số của nhiều môi trường bao gồm kiểu thảm thực vật. về nhiệt độ trung bình hàng năm, lượng mưa hàng năm, độ acid và chất lượng đất ở mỗi vị trí. - Kết quả: độ đa dạng của quần xã sinh vật vi khuẩn đất phân bố từ Bắc Mỹ đến Nam Mỹ có liên quan nhiều đến độ pH đất, trong đó độ đa dạng Shannon cao nhất ở đất trung tính và thấp nhất ở đất acid. Rừng mưa nhiệt đới Amazone có độ đa dạng thực vật và - Trang 12 -
Trang 13
Chuyên đề. Sinh thái học quần xã và hệ sinh thái động vật cao nhất, nhưng hầu hết là đất acid và có độ đa dạng vi khuẩn thấp nhất trong các mẫu nghiên cứu. * Mối liên hệ giữa độ đa dạng và tính 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, sự phát triển hay suy thoái của quần xã. Quần xã càng có mức đa dạng cao thì càng ổn định. - 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. b) Các yếu tố ảnh hưởng đến độ đa dạng: * Mối quan hệ giữa số lượng loài và số cá thể của mỗi loài: Giữa số lượng loài và số cá thể của mỗi loài sống trong quần xã có những mối quan hệ xác định. 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. * Ổ sinh thái các loài: - Trang 13 -
Trang 14
Chuyên đề. Sinh thái học quần xã và hệ sinh thái Ổ sinh thái của một loài là tổng cộng các nguồn sống vô sinh và hữu sinh trong môi trường được một loài đó sử dụng. Nhà sinh thái học Mỹ E. Odum dùng hình ảnh về địa chỉ và nghề nghiệp để giải thích khái niệm về ổ sinh thái: Nơi ở của một sinh vật là “địa chỉ”, thì ổ sinh thái của một sinh vật là vai trò sinh thái của nó trong hệ sinh thái – “nghề nghiệp” – cách thức sinh vật đó thích ứng như thế nào với hệ sinh thái đó. Ví dụ, ổ sinh thái của thằn lằn nhiệt đới gồm rất nhiều thành phần như giới hạn nhiệt độ chịu đựng của nó, kích thước cành cây mà nó có thể bám vào, thời gian hoạt động của nó trong ngày, kích thước và loại côn trùng mà nó ăn. Sự giàu loài được quyết định bởi hàng loạt các yếu tố của môi trường hữu sinh. Phân tích của Bergon và nnk. (1995) đã cho thấy: Mỗi loài đều sử dụng một phần (n) của nguồn sống có thể có (R), các ổ sinh thái có thể cắt nhau tạo nên vùng chồng chéo (O). Khi nguồn sống (R) 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 Hình 1. Mô hình đơn giản của Bergon và (n càng nhỏ) hoặc phần chồng chéo của các ổ nnk. (1995) về mức độ giàu có về loài sinh thái càng lớn (O lớn) và khi các loài khai (A – nguồn sống tăng B – Sự chuyên hóa ổ thác càng hoàn hảo nguồn sống. sinh thái lớn C – Phần chồng chéo ổ sinh thái lớn D – Độ khai thác nguồn sống hoàn hảo) * Sự thay đổi theo vĩ độ: Nhìn chung sự đa dạng của thực vật và động vật ở vùng nhiệt đới cao hơn nhiều hơn so với ở những vùng khác của Trái Đất. Ví dụ, ở vùng nhiệt đới Malaysia có tới 711 loài cây trong ô nghiên cứu 6,6 ha, rừng rụng lá ở Michigan chỉ có từ 10 tới 15 loài cây trong ô nghiên cứu 2ha, trong toàn bộ vùng núi cao ở miền Bắc của Tây Âu cũng chỉ có 50 loài cây. Động vật cũng có mức độ đa dạng tương tự. Ví dụ, có tới hơn 200 loài kiến ở Brazil nhưng chỉ có 7 loài ở Alaska. 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. Phân tích về 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. Những quần xã “già” có độ đa dạng cao hơn. Quần xã nhiệt đới nhìn chung già hơn quần xã ôn đới - Trang 14 -
Trang 15
Chuyên đề. Sinh thái học quần xã và hệ sinh thái 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. Vì vậy, khoảng thời gian sinh học thúc đẩy việc hình thành loài mới ở vùng nhiệt đới cũng nhanh hơn vùng cực tới 5 lần. Nhiều quần xã vùng cực và ôn đới đã phải “khởi đầu lại" nhiều lần đo thời kỳ băng hà đà lặp di lặp lại làm huỷ diệt các quần xã. Nguyên nhân chủ yếu gây ra sư thay đổi đa dạng sinh học ở các vĩ độ khác nhau là khí hậu. Đối với các quần xã trên cạn, năng lượng mặt trời và lượng nước có sẵn có mối quan hệ chặt chẽ với đa dạng sinh học. Hai nhân tố này được lượng hóa khi đo đạc tỉ lệ bốc hơi – thoát hơi nước trong quần xã. Do ảnh hưởng của ánh sáng mặt trời, nhiệt độ và lượng nước trong môi trường nên bốc hơi nước và thoát hơi nước ở nơi có nhiệt độ và lượng mưa cao thường lớn hơn ở nơi nhiệt độ thấp và lượng mưa thấp. Ở nơi có nhiều nước, mức độ bốc hơi nước và thoát hơi nước phụ thuộc vào năng lượng mặt trời và nhiệt độ nên thường cao nhất ở nơi có nhiều ánh nắng và nhiệt độ cao. 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, do đó, mức đa dạng động thực vật cũng cao hơn. * Diện tích phân bố của quần xã: 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. Bởi 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. Trong sinh học bảo tồn, xây dựng các đường đồ thị diện tích – loài cho các đơn vị phân loại (taxon) chủ chốt trong một quần xã sẽ giúp cho các nhà sinh thái học dự đoán được việc mất một vùng nhất định của nơi ở ảnh hưởng như thế nào tới độ đa dạng sinh học của quần xã. * Mô hình cân bằng trên các đảo: Để nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố địa lý sinh học ảnh hưởng tới độ đa dạng loài của quần xã, người ta xây dựng mô hình cân bằng trên các đảo đảo. Từ “đảo’’ được dùng ở đây không chỉ có nghĩa là đào ở giữa đại dương, mà bao gồm cả 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 hoặc các khu rừng bị phân mảnh do hoạt động xung quanh của con người. Nói cách khác từ “đảo" chỉ 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 - Trang 15 -
Trang 16
Chuyên đề. Sinh thái học quần xã và hệ sinh thái 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 - 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. - Kích thước đảo và khoảng cách với đất liền: Hình 2. Mô hình cân bằng địa lí sinh học đảo (Hình tam giác màu đen chỉ số lượng loài ở mức cân bằng) Hai đặc điểm tự nhiên nữa của đảo cùng 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. - Ý nghĩa mô hình cân bằng trên các đảo: - Trang 16 -
Trang 17
Chuyên đề. Sinh thái học quần xã và hệ sinh thái Theo MacArthur and Wilson, 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. 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. * 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. 1.2.2. Đặc trưng về sự phân bố: Các cá thể, quần thể… trong quần xã đều phản ứng một các thích nghi với sự biến động của các yếu tố môi trường để tồn tại một cách ổn định. Ở các quần xã, các yếu tố môi trường phân bố không đồng đều trong không gian và biến động theo thời gian. Do vậy, sự thay đổi của các yếu tố này (cả vô sinh và hữu sinh) cùng với nhu cầu - Trang 17 -
Trang 18
Chuyên đề. Sinh thái học quần xã và hệ sinh thái sống của các loài quyết định đến cấu trúc về không gian của quần xã theo chiều ngang cũng như theo chiều thẳng đứng. 1.2.2.1. Theo chiều ngang: 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. 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. Trong khi đó, ở môi trường nước, phân bố của sinh vật theo những vành đai đồng tâm tương ứng với sự thay đổi của môi trường theo một bậc thang nhất định. Ví dụ: Xét quần xã vùng cửa sông theo thang bậc nồng độ muối có sự phân bố các sinh vật rất khác nhau trong toàn vùng. Xét theo tiêu chí khoảng cách xa bờ và mức độ nông sâu của nước thì chia thành 2 khu vực lớn là vùng nước nông ven bờ và vùng xa bờ. Ở quần xã sinh vật biển, vùng gần bở 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. 1.2.2.2. Theo chiều thẳng đứng: Các loài trong quần xã phân bố thành nhiều tầng liên quan sự biến đổi của hàng loạt các yếu tố theo chiều thẳng đứng. Sự phân tầng thể hiện rõ ở những quần xã dưới đất, ở rừng và ở nước. Càng đi lên đỉnh núi hoặc càng xuống sâu dưới các lớp đất hoặc các tầng nước, thành phần loài và số lượng cá thể của quần thể đều giảm. Đối với thảm thực vật, nhất là ở rừng, sự phân tầng của các loài cây phụ thuộc vào cường độ ánh sáng, thời gian chiếu sáng, độ ẩm không khí.... 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 - Trang 18 -
Trang 19
Chuyên đề. Sinh thái học quần xã và hệ sinh thái tầng về thực vật sẽ kéo theo sự phân tầng của các loài động vật sống trong rừng. 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. Ánh sáng được nước và các sinh vật quang hợp hấp thụ, do đó, càng xuống sâu, cường độ ánh sáng giảm dần. 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. 1.2.2.3. Ý nghĩa của sự phân bố trong không gian: Sự phân bố của sinh vật trong không gian quần xã không chỉ thể hiện sự thích nghi của chúng với sự phân bố không đồng đều của các nhân tố môi trường, mà cấu trúc này còn giúp làm giảm mức độ cạnh tranh giữa các loài, tạo điều kiên để các loài khai thác tối đa nguồn sống từ môi trường. 1.2.2.4. Cấu trúc quần xã theo chu kì: Cấu trúc của quần xã thay đổi theo chu kỳ mùa. Chu kỳ mùa ở ôn đới là thuộc tính của hầu hết quần xã. Vào mùa thu - đông, chim đi di trú, lá rụng, cấu trúc thay đổi, còn chức năng thì chậm lại. Còn ở nhiệt đới hiện tượng này ít rõ hơn, nhưng nhiều khi cũng phân biệt cấu trúc quần xã trong các mùa khô và mùa mưa như ở kiểu rừng khộp của Tây Nguyên. Với các quần xã ở biển, cấu trúc của sự phân bố trong quần xã biến động theo chu kì ngày đêm và chu kì mùa. Sự biến đổi theo ngày đêm thấy rõ ở cả các vùng nước ngọt và nước mặn. Các loại tảo đơn bào ban ngày nổi lên mặt để quang hợp, ban đêm chìm xuống sâu. Sự biến động phân bố của tảo kéo theo biến động về sự phân bố của cá, động vật không xương sống...Sự chuyển động các sinh vật có thể diễn ra trong vài mét nhưng cũng có khi là vài trăm mét theo chiều thẳng đứng, phụ thuộc vào chế độ nhiệt, nồng độ muối, oxi, cường độ ánh sáng… - Trang 19 -
Trang 20
Chuyên đề. Sinh thái học quần xã và hệ sinh thái Với các quần xã trong đất, sự thay đổi nơi ở của các động vật đất giúp chúng thích ứng phù hợp hơn với điều kiện sống. Ví dụ, khi mặt đất bị khô, ấu trùng bọ bổ củi, bọ thép di chuyển xuống các lớp đất sâu hơn. Sự thay đổi của thảm thực vật theo mùa là rõ nhất và đặc sắc nhất. 1.3. Quan hệ giữa các loài trong quần xã: 1.3.1. Quan hệ hỗ trợ: gồm cộng sinh, hợp tác, hội sinh 1.3.1.1. Quan hệ cộng sinh: là quan hệ hợp tác chặt chẽ giữa 2 hay nhiều loài và tất cả các loài tham gia cộng sinh đều có lợi. Cộng sinh thường xuất hiện trong các trường hợp sau: + Trong cộng sinh tất cả các cá thể đều được lợi. + Các loài cộng sinh trong đời sống có sử dụng các sản phẩm của nhau do chúng tạo ra. Ví dụ nấm sử dụng cacbohiđrat do tảo lục tạo ra trong địa y. + Về mặt thời gian, các cá thể cộng sinh thường xuyên ở với nhau trong hầu hết quá trình sống. + Cộng sinh giữa hai hay nhiều loài nhưng là mối quan hệ ở mức cá thể. Nếu một số cá thể chỉ ở với nhau một thời gian sau đó chuyển sang ở với cá thể khác thì đó là quan hệ lỏng lẻo, không phải là cộng sinh. Ví dụ: Cộng sinh giữa tảo và nấm → địa y; cộng sinh giữa vi khuẩn cố định đạm và cây họ Đậu; Tảo lam Anabaena azollae cộng sinh trong bèo hoa dâu;... 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. 1.3.1.2. Quan hệ hợp tác: là quan hệ giữa 2 hay nhiều loài, sự hợp tác mang lại cho mỗi bên những lợi ích cần thiết. Khác với cộng sinh, quan hệ hợp tác không phải là quan hệ chặt chẽ và nhất thiết phải có đối với mỗi loài. - Trang 20 -
Showing the first 20 pages. Download the document to see it all.
Comments (0)
No comments yet. Be the first!