Quy luật chống chịu của Shelford (Quy luật giới hạn sinh thái)

Chương II. Cơ sở sinh thái học



37



Áp dụng cho các nhân tố khác. Ví dụ: dưới tán rừng che kín,

trong điều kiện rất thuận lợi cho sự phát triển của thực vật thân cỏ,

song cỏ không mọc được chỉ vì không đủ ánh sáng. Ở đây, ánh

sáng là nhân tố giới hạn.

c. Ý nghĩa của định luật: Việc phát hiện các nhân tố giới hạn

và khắc phục sự tác động giới hạn của chúng, hay nói cách khác là

tối ưu hoá môi trường cho sinh vật sinh trưởng và phát triển là mục

tiêu thực tiễn vô cùng quan trọng trong việc tăng năng suất cây

trồng và sử dụng hợp lí tài nguyên thiên nhiên.

2. Quy luật chống chịu của Shelford (Quy luật giới hạn sinh thái)

Sự có mặt và phồn vinh của sinh vật ở nơi nào đó phụ thuộc

vào các điều kiện tác động tổng hợp. Sự suy đồi hay tiêu vong của

sinh vật được xác định bởi sự thiếu hụt (cả về chất lượng lẫn số

lượng) hoặc ngược lại, quá dư thừa nhân tố nào đó. Mức độ thiếu

hay thừa có thể rất gần với giới hạn chống chịu của cơ thể.

a. Giới hạn sinh thái: là khoảng giá trị xác định của một nhân

tố sinh thái mà trong khoảng đó sinh vật có thể tồn tại và phát triển

ổn định theo thời gian. Nếu nằm ngoài giới hạn sinh thái, sinh vật

không thể tồn tại được.

Năm 1913, Shelford khi nghiên cứu định luật tối thiểu của

Liebig đã thấy rằng yếu tố giới hạn không chỉ là sự thiếu thốn mà

cả sự dư thừa các yếu tố. Các sinh vật bị giới hạn khi thiếu yếu tố

nào đó tạo ra tối thiểu sinh thái, còn dư thừa lại tạo ra tối đa sinh

thái. Khoảng giữa tối thiểu và tối đa sinh thái là giới hạn chống

chịu. Như vậy theo Shelford, mỗi cá thể, mỗi quần thể… có một

giới hạn đặc trưng đối với mỗi nhân tố sinh thái nhất định mà sinh

vật chỉ có thể tồn tại được trong khoảng giá trị xác định đó (miền

giới hạn sinh thái). Đa số các sinh vật có giới hạn chịu đựng với

nhiệt độ trong khoảng 0 ÷ 500C. (Hình 2.5). Ví dụ: cá rô phi chỉ

sống được trong khoảng nhiệt độ 5,6 ÷ 420C; cá chép chỉ sống ở

nước có miền giới hạn nhiệt độ từ 2,0 ÷ 400C nhưng chỉ đẻ trứng

khi nhiệt độ của nước không dưới 150C hay loài ruồi quả (Ceratitis



SINH THÁI HỌC MÔI TRƯỜNG



38



capetata) ở Địa Trung Hải chỉ phát triển được ở nơi có nhiệt độ

trung bình ngày đêm cao hơn 13,50C; cũng có loài có giới hạn chịu

nhiệt rất hẹp như loài cá Trematomus bernaechii sống ở vùng lạnh

chỉ chịu được khoảng nhiệt độ từ - 20C ÷ 40C hay loài cá Salmo chỉ

sống được trong nước có nhiệt độ từ 18 ÷ 200C. Vượt quá miền giới

hạn này (thiếu hay thừa) sinh vật sẽ chết. Ví dụ: tưới quá nhiều làm

đất bão hoà nước, thiếu ôxi, rễ bị ngạt, cây chết. Nói cách khác thì

không có yếu tố độc hại mà chỉ có liều gây độc. Sự phồn thịnh của

hệ sinh thái phụ thuộc vào đặc điểm của tổ sinh thái.

Vùng

chống

chịu

Vùng

cực

thuận

(sinh

sản)



Min



Max



Min



Max



Sinh trưởng & phát triển



Hình 2.5. So sánh đường cong chống chịu tương đối của sinh vật hẹp

nhiệt (loài 1 và 3) và sinh vật rộng nhiệt (loài 2)



Quy luật này cũng phù hợp với tất cả các nhân tố sinh thái khác.

Đối với đa số các loài thuỷ sinh, độ pH thích hợp là từ 6,5 ÷ 8,5.

Nhân tố sinh thái giới hạn là nhân tố tác động đến sinh vật đi

từ điểm cực tiểu qua điểm cực thuận và đến điểm cực đại. Cường

độ của một nhân tố sinh thái mà ở đó cơ thể chịu đựng được gọi là

"Biên độ sinh thái" hay “giới hạn sinh thái” hay “khoảng chống

chịu” hay “trị số sinh thái”của sinh vật đó. Cường độ của một yếu

tố sinh thái ở mức có lợi nhất cho cơ thể sinh vật hoạt động gọi là

điểm cực thuận. Ví dụ: loài bọ ăn gỗ có giới hạn nhiệt độ từ - 150C

÷ 500C nhưng khoảng nhiệt độ cực thuận để chúng sinh trưởng và



Chương II. Cơ sở sinh thái học



39



phát triển chỉ từ 150C ÷ 400C; chuột nhắt trắng (Mus musculus) tồn

tại được trong khoảng nhiệt độ 00C ÷ 500C, sinh sản mạnh ở nhiệt

độ 180C nhưng giảm và ngừng hẳn ở 300C. Đối với thực vật bậc

cao, giới hạn nhiệt độ từ 00C ÷ 500C nhưng khoảng nhiệt độ cực

thuận cho quá trình quang hợp thì chỉ từ 200C ÷ 300C. Cây ngừng

quang hợp và hô hấp ở nhiệt độ thấp hơn 00C hoặc cao hơn 400C.

Những loài khác nhau có giới hạn sinh thái và điểm cực thuận

khác nhau. Ví dụ: hầu hết thực vật bậc cao chỉ có thể tồn tại ở giới

hạn nhiệt độ hẹp, các hoạt động sinh lí của thực vật bậc cao ít xảy

ra ở nhiệt độ dưới 00C vì dịch tế bào đóng băng ở 00C và protein

trong tế bào bị phân huỷ ở nhiệt độ trên 500C. Thực vật vùng ôn đới

chịu được nhiệt độ thấp nhưng có thể bị tổn thương ở nhiệt độ cao

hơn 300C. Trong khi đó, thực vật vùng nhiệt đới có khả năng chịu

được nhiệt độ cao nhưng bị tổn thương ở nhiệt độ xấp xỉ 00C.

Trong trường hợp đặc biệt, một số thực vật bậc thấp có giới hạn

nhiệt rộng (dưới 00C và trên 500C). Nhiều loài vi khuẩn và tảo có

thể sống được trong nước đóng băng ở nhiệt độ dưới 00C hoặc

trong nước nóng tới 900C. Một số loài xương rồng ở sa mạc có thể

chịu được nhiệt độ khoảng 560C. Đối với động vật, khi nhiệt độ

môi trường tăng đến 40 ÷ 450C sẽ làm tăng các quá trình trao đổi

chất ở động vật máu lạnh nhưng lại kìm hãm sự di động, con vật

rơi vào tình trạng đờ đẫn vì quá nóng.

Quy luật nói đến nhân tố sinh thái tác động lên sinh vật có giới

hạn gọi là quy luật giới hạn sinh thái hay còn gọi là Quy luật Chống

chịu của Shelford.

b. Quy luật: Tất cả các sinh vật đều chịu sự tác động của các

nhân tố sinh thái trong một giới hạn nhất định. Tuỳ thuộc vào từng

nhân tố sinh thái và khả năng chịu đựng của từng loài sinh vật mà

người ta có các sự phân loại khác nhau.

Tuy nhiên, trên thực tế, tác động của các nhân tố sinh thái còn

tuân theo các quy luật sau:

- Các sinh vật có thể có biên độ chống chịu rộng đối với nhân

tố này và hẹp đối với nhân tố khác.



40



SINH THÁI HỌC MÔI TRƯỜNG



- Sinh vật có biên độ chống chịu rộng đối với tất cả các nhân tố

thường phân bố rộng. Sinh vật có biên độ chống chịu hẹp thường

khó sinh trưởng và phát triển, thích nghi kém, cho nên phân bố hẹp.

- Nếu theo một yếu tố sinh thái mà các điều kiện không là tối

ưu cho loài thì có thể thu hẹp biên độ chống chịu đối với các nhân

tố sinh thái khác.

- Trong tự nhiên thường có trường hợp các nhân tố vật lí tối

ưu đối với sinh vật nhưng không phù hợp với điều kiện trong

phòng thí nghiệm.

- Thời kì sinh sản thường là thời kì hiểm nghèo đối với sinh

vật. Trong thời kì này, nhiều nhân tố môi trường bình thường trở

thành nhân tố giới hạn đối với sinh vật.

Trong sinh thái học, để biểu hiện mức độ tương đối của tính

chịu đựng, một số các thuật ngữ thường được sử dụng như: hẹp

nhiệt, rộng nhiệt, hẹp ẩm, rộng ẩm, hẹp mặn, rộng mặn...

Sinh vật hẹp sinh thái: gồm một số loại sinh vật đòi hỏi một

điều kiện sinh thái khắt khe đối với hoạt động sống và điều kiện

này nằm trong giới hạn hẹp.

Sinh vật rộng sinh thái: những loài sinh vật thích ứng được với

biên độ sinh thái rộng hơn.

Trị sinh thái: của một sinh vật là khả năng thích ứng của sinh

vật đó đối với các điều kiện môi trường khác nhau. Mỗi một loài

sinh vật có một trị sinh thái riêng. Đặc thù của trị sinh thái của sinh

vật thường thay đổi khi chuyển giai đoạn phát triển. Các sinh vật

còn non đòi hỏi điều kiện môi trường nhiều hơn, khắt khe hơn so

với cơ thể đã trưởng thành.

c. Ý nghĩa của quy luật: Quy luật giới hạn được tính đến trong

các giải pháp bảo vệ môi trường khỏi sự nhiễm bẩn vượt quá tiêu

chuẩn về các chất độc hại trong không khí và nước, đây là những

yếu tố có thể đe doạ nghiêm trọng tới sức khoẻ con người.

Dựa vào quy luật giới hạn sinh thái, con người đã biết sử dụng

các loài sinh vật để làm chỉ thị giúp xác định và đánh giá nhanh các



Chương II. Cơ sở sinh thái học



41



vấn đề môi trường của một khu vực. Ví dụ: tảo lục dạng sợi dài;

các loài trùng bánh xe thuộc các giống Brachinus, Lecane; các loài

giáp xác râu ngành thuộc các giống Diaphanasoma, Moinadaphnia;

các loài giáp xác chân chèo thuộc các giống Thermocyclopss,

Mesocyclopss được dùng làm chỉ thị cho môi trường nước giàu chất

dinh dưỡng (nitơ, photpho). Tảo Silic (Diatom) màu xanh và nâu;

các loài giáp xác chân chèo thuộc giống Allodiaptomus; các loài

giáp xác râu ngành thuộc các giống Bosmina, Chydorus được dùng

làm chỉ thị cho môi trường nước sạch với hàm lượng chất dinh

dưỡng thấp.

Phương pháp sử dụng sinh vật chỉ thị sẽ thuận lợi và hiệu quả

hơn so với phương pháp hoá lí nhờ khai thác được khả năng tích tụ

các chất ô nhiễm trong cơ thể sinh vật và giá trị biểu thị tác động

tổng hợp của các yếu tố môi trường đối với sự sinh trưởng, phát

triển và sinh sản của các sinh vật.

3. Quy luật tác động đồng thời và quy luật tác động qua lại

Các nhân tố sinh thái tác động lên sinh vật và không thể thay

thế cho nhau.

Tác động của các nhân tố sinh thái lên sinh vật rất đa dạng.

Một số nhân tố chủ đạo ảnh hưởng mạnh mẽ và quyết định lên hoạt

động sống của sinh vật, một số khác ảnh hưởng yếu hơn, ít hơn;

một số ảnh hưởng nhiều mặt, số khác chỉ ảnh hưởng một số mặt

nào đó của quá trình sống. Mỗi loài sinh vật chỉ thích ứng với một

giới hạn tác động nhất định của các nhân tố sinh thái nhất định.

Điều kiện môi trường tác động lên sinh vật làm chúng không

ngừng biến đổi, đồng thời các sinh vật cũng có những tác động trở

lại làm biến đổi các điều kiện môi trường.

Ứng dụng của quy luật tác động qua lại giữa sinh vật và môi

trường sống như: trồng dứa cải tạo đất phèn; nuôi giun cải tạo đất;

luân canh giữa đậu và lúa để tăng độ đạm cho đất; trồng cây gây

rừng...



42



SINH THÁI HỌC MÔI TRƯỜNG



V. PHẢN ỨNG CỦA SINH VẬT ĐỐI VỚI TÁC ĐỘNG CỦA

CÁC NHÂN TỐ MÔI TRƯỜNG

Sinh vật phản ứng lên tác động của điều kiện môi trường bằng

hai phương thức:

- Chạy trốn: để tránh những tác động tai hoạ của môi trường

ngoài (chủ yếu ở động vật).

- Tạo khả năng thích nghi: Thích nghi là sở trường của các hệ

sinh thái.

Các cơ thể sống phản ứng hợp lí đối với những tác động thay

đổi của các nhân tố môi trường bên ngoài để tồn tại và phát triển.

Sự thích nghi của các cơ thể sinh vật với tác động của các nhân

tố môi trường có thể có hai khả năng: thích nghi hình thái và thích

nghi di truyền.

1. Thích nghi hình thái

Phản ứng thích nghi xảy ra suốt thời gian sống của cơ thể sinh

vật dưới tác động thay đổi của các nhân tố môi trường như ánh

sáng, nhiệt độ. Cá thờn bơn có màu sắc bên ngoài như màu sắc của

đất nơi chúng cư trú, khi đất trắng - chúng có màu trắng; khi đất

lốm đốm bởi những hòn đá cuội đen - chúng có màu sắc tạo thành

lốm đốm. Sự thay đổi màu da là phản ứng phản xạ phức tạp bắt đầu

bằng thị giác của cá và sau cùng là phân bố lại các hạt màu trong

các tế bào men da.

Thích nghi hình thái xảy ra do sự tác động của các yếu tố môi

trường mà các sinh vật phải phản ứng thích nghi một cách nhanh

chóng lên các hoạt động đó. Khi nhiệt độ cao: cây tích đường và

muối, có khả năng giữ nước để giữ không bị co nguyên sinh chất

nước và thoát hơi nước mạnh; động vật tăng thoát nhiệt, giãn mạch

ngoại vi. Khi nhiệt độ thấp: thực vật rụng lá, động vật co mạch,

lông, mỡ dày lên, có phản xạ run.

Biên độ dao động có thể tuỳ thuộc vào mức độ dao động của

điều kiện môi trường tác động, được giới hạn bởi mức độ phản ứng

và tính chất di truyền nhất định của sinh vật sản sinh ra do quá trình

chọn lọc tự nhiên.