Chương 3: QUẦN XÃ SINH VẬT

Bài giảng sinh thái môi trường 4-2013



3. Nhịp điệu sinh học: Mỗi quần xã thể hiện nhịp điệu sinh học riêng, có thể là

nhịp điệu ngày đêm, mùa, hay nhịp điệu nhiều năm phụ thuộc vào chu kỳ biến

đổi của các yếu tố môi trường nơi quần xã tồn tại, phụ thuộc vào bản chất của

quần xã và các thành phần cấu thành nên quần xã. Nhịp điệu của quần xã là

tổng tất cả nhịp điệu của các quần thể như: hoạt động di cư, sinh sản, ngủ

đông, rụng lá.

3.2. THÀNH PHẦN CỦA QUẦN XÃ



3.2.1. Khái niệm về ưu thế sinh thái

Quần xã là một chỉnh thể thống nhất của các quần thể thuộc nhiều loài khác

nhau. Tuy nhiên trong quần xã, khơng phải các lồi đều có vai trò như nhau đối với

quá trình phát triển của quần xã, mà chỉ có một lồi hay một nhóm lồi có vai trò

quyết định đến các đặc điểm (bản chất) và chức năng của quần xã (số lượng, kích

thước, năng suất).

Những lồi này có số lượng nhiều, có vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh

cường độ trao đổi vật chất và năng lượng trong nội bộ quần xã với nhau cũng như

với mơi trường vật lý xung quanh, từ đó mà có ảnh hưởng đến các lồi khác. Chúng

có ảnh hưởng đến môi trường, đến cấu trúc, đến độ nhiều, tính đa dạng và các tính

chất khác trong quần xã. Đó là các lồi có ưu thế sinh thái trong quần xã.

Những lồi có ưu thế sinh thái khơng nhất thiết là những lồi có thang bậc

phân loại cao, nó không phụ thuộc vào thang bậc phân loại. Tuy nhiên trong tự

nhiên, những loài chiếm ưu thế sinh thái thường khơng phải là những lồi vi sinh

vật. Nhìn chung lồi có ưu thế sinh thái là lồi có năng suất cao nhất ở bậc dinh

dưỡng của mình. Ví dụ:

- Các loài cây thân gỗ sống lâu năm trong hệ sinh thái rừng mưa nhiệt đới.

- Động vật ăn cỏ trong hệ sinh thái đồng cỏ savan.

- Lúa nước trên ruộng lúa.

Độ nhiều hay sự phong phú của loài ưu thế trong quần xã được xác định qua chỉ số

ưu thế



C (



ni 2

)

N



Trong đó:

ni - giá trị về “ vai trò” của mỗi loài (số cá thể, sinh khối, sản lượng)

N - Tổng giá trị về vai trò của tồn bộ quần xã.

C - Chỉ số ưu thế (Simpson, 1949)

3.2.2. Cách đặt tên cho một quần xã

Muốn đặt tên cho một quần xã, người ta thường dựa vào các đặc điểm sau:

- Dựa vào các loài chiếm ưu thế, các dạng sống hay các loài chỉ thị. Cách

đặt tên này chỉ thuận tiện cho các quần xã có một hoặc vài lồi ưu thế (rừng lim,

ruộng lúa)



21



Bài giảng sinh thái mơi trường 4-2013



Dựa vào điều kiện nơi ở của quần xã (quần xã rừng ngập mặn, quần xã cửa

sông ven biển)

- Dựa vào các đặc điểm chức năng như các đặc điểm về kiểu trao đổi chất.

Quan trọng để đặt tên cho quần xã một cách chính xác là phải xác định được

ranh giới của quần xã. Trong nghiên cứu sinh thái học, người ta thường dựa vào chỉ

số “50 %”: khi xác định được loài ưu thế trong quần xã, số lượng các cá thể của loài

này phải lớn hơn 50 % tại ranh giới của quần xã. Nếu tỷ lệ trên nhỏ hơn 50 % thì có

thể lồi xác định đã thuộc về quần xã khác.

-



3.3. CẤU TRÚC CỦA QUẦN XÃ



Cấu trúc quần xã thể hiện bằng các đặc điểm:

- Đặc điểm phân tầng: sự phân bố của sinh vật theo chiều thẳng đứng.

- Đặc điểm phân đới: sự phân bố của sinh vật theo phương nằm ngang.

- Đặc điểm về hoạt động: thể hiện ở tính chu kỳ hay không chu kỳ của đồng

hồ sinh học.

- Đặc điểm về quan hệ dinh dưỡng: cấu trúc của chuỗi và mạng lưới dinh

dưỡng.

- Đặc tính sinh sản.

- Tính chất hoạt động của các loài sống chung: cạnh tranh, đối kháng, ký

sinh hoặc cộng sinh.

- Mối quan hệ của sinh vật với ngoại cảnh.

3.3.1. Tính chất phân tầng của quần xã sinh vật

Phân tầng là một trong những hình thái biểu thị mối quan hệ không gian của

các sinh vật trong quần xã. Tính phân tầng thể hiện rõ nét nhất ở các quần xã nhiệt

đới, vực nước sâu, trong đại dương và trong lòng đất.

Đặc tính phân tầng phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, mà trước hết là phụ thuộc

vào các yếu tố vật lý.

Trong tự nhiên, sự phân bố không đồng đều của các yếu tố môi trường theo

chiều thẳng đứng (nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm...) đã hình thành nên các tầng với sự

khác biệt cơ bản về tổ hợp các yếu tố môi trường.

Trong mỗi tầng có những sinh vật đặc trưng sinh sống, phù hợp với điều kiện

mơi sinh ở đó.



Tần

g

výợt

T

tán

ần

Tần

g

g

tá

Tầng

dýới

n

cây

tán

bụi

22



Bài giảng sinh thái mơi trường 4-2013



Các quần xã sinh vật, nhất là các quần xã ở vùng nhiệt đới thể hiện rõ nét đặc

tính phân tầng. Đó cũng có thể coi là hình thái thích nghi của các quần xã vùng

nhiệt đới với điều kiện của sinh cảnh của khu vực với nền nhiệt ẩm cao.



Ý nghĩa phân tầng:

- Làm giảm mức độ cạnh tranh về không gian sinh tồn (nhất là các sinh vật có

họ hàng gần gũi nhau, có phương thức sống tương tự nhau),

- Tận dụng tốt nhất nguồn ánh sáng và nhiệt độ dồi dào ở vùng nhiệt đới, đồng

thời tăng cường khả năng dự trữ nguồn thức ăn.

- Làm tăng tính đa dạng về tổ thành lồi của quần xã, là cơ chế làm tăng cường

hiệu quả của các quá trình trao đổi vật chất và năng lượng trong hệ thống.

- Bảo vệ và duy trì chu trình đặc thù của các chất dinh dưỡng ở vùng nhiệt đới,

bảo vệ tài nguyên đất và nước trong khu vực.

Tính chất phân tầng của các quần xã sinh học chỉ có tính tương đối, có thể

thay đổi theo thời gian (mùa, ngày đêm) và theo không gian, phụ thuộc vào địa điểm

phân bố của quần xã, mối quan hệ giữa các lồi sống chung. Thậm chí mỗi lồi

trong các giai đoạn phát triển khác nhau cũng có nhu cầu về các yếu tố sống khác

nhau, cho nên có thể phù hơp với các tầng khác nhau.

3.3.2. Mối quan hệ dinh dưỡng (Cấu trúc dinh dưỡng):

Cách sắp đặt các nhóm sinh vật trong quần xã theo chức năng dinh dưỡng

gọi là cấu trúc dinh dưỡng của quần xã

Quan hệ dinh dưỡng phản ánh hoạt động chức năng của quần xã , nhờ nó mà

vật chất được chu chuyển và năng lượng được biến đổi

i) Chuỗi thức ăn



Trong các quần xã, các sinh vật thường xuyên tác động qua lại bởi những mối

quan hệ đa dạng và phức tạp, mà trước hết là các mối quan hệ về dinh dưỡng và

không gian sống.(nơi ăn, chốn ở)

Mối quan hệ dinh dưỡng trong quần xã là mối quan hệ về thức ăn, tức là

một số sinh vật này dùng những sinh vật khác làm thức ăn tạo thành chuỗi thức

ăn.

- Một sinh vật vừa là sinh vật ăn mồi đồng thời cũng là sinh vật mồi. Sự phân

chia nhóm sinh vật khơng phải theo lồi mà theo cách thức chúng sử dụng thức ăn.

- Các sinh vật cùng sử dụng một dạng thức ăn thì được xếp vào cùng một bậc

dinh dưỡng, tức là một mắt xích của chuỗi thức ăn. Khơng quan tâm là sinh vật đó

cùng thang phân loại hay khơng

Trong sinh thái học, người ta phân biệt ra 2 kiểu chuỗi thức ăn:

- Chuỗi thức ăn chăn ni (grazer food chain), còn gọi là chuỗi thức ăn

đồng cỏ: là chuỗi bắt đầu từ thực vật, đến động vật ăn thực vật, đến động vật ăn

động vật.



23



Bài giảng sinh thái môi trường 4-2013



Thực vật hay một số nấm, vi khuẩn tạo nên nguồn thức ăn sơ cấp thơng

qua q trình quang hợp hay hoá tổng hợp được gọi là “ Sinh vật sản xuất “ hay

“sinh vật tự dưỡng”.

- Những SV khơng có khả năng tự tạo nên nguồn thức ăn cho chính mình

mà phải sử dụng thức ăn từ SV tự dưỡng gọi là “Sinh vật tiêu thụ”

Thực vật → ĐV ăn TV ( Sinh vật tiêu thụ bậc 1) → ĐV ăn thịt ( Sinh vật tiêu thụ

bậc 2) → ĐV ăn ĐV ăn thịt ( Sinh vật tiêu thụ bậc 3 )→ …

-



Hình 3



Chuỗi thức ăn (chuỗi dinh dưỡng)



Sinh vật tiêu thụ gồm: ĐV ăn cỏ; ĐV ăn ĐV ăn cỏ, ĐV ăn thịt các bậc ;

Sinh vật ký sinh trên hai nhóm trên.

Sinh vật phân hủy gồm các vi sinh vật. Chúng không tạo thành một bậc dinh

dưỡng mà thuộc vào các mức năng lượng khác nhau ở các bậc dinh dưỡng. Ví dụ: một

chuỗi thức ăn đơn giản: rau cải - rệp muội - bọ rùa - ong ký sinh



- Chuỗi thức ăn phế liệu (petritus food chain): là chuỗi trong đó các sinh



vật sử dụng phân và xác sinh vật làm thức ăn.

Sơ đồ chuỗi thức ăn: Phế liệu thải hữu cơ → động vật không xương sống

→ các sinh vật ăn thịt chúng.

Khác với nhóm thứ nhất dùng năng lượng từ ánh sáng mặt trời, ở đây sinh vật

phân huỷ lấy năng lượng bằng sự phân hủy chất hữu cơ có sẵn. Chúng đóng vai trò

dọn dẹp chất hữu cơ chết (động vật, thực vật) và nát vụn.

Trong chuỗi thức ăn phế liệu, người ta chia ra làm 2 loại sinh vật tiêu thụ:

+ Sinh vật lớn tiêu thụ là các côn trùng ăn phân, ăn xác động thực vật và

các động vật ăn xác khác, ví dụ: bọ hung, bọ ăn xác. chuỗi :

Phế liệu

(Detrit)



ĐV ăn

phế liệu



Giun

bọ hung

Giáp xác



ĐV

ăn thịt



…..



+ Sinh vật bé tiêu thụ : Là các vi khuẩn, nấm làm nhiệm vụ phân huỷ chất

hữu cơ trong phân và xác động thực vật tạo thành chất dinh dưỡng cho thực vật

Xác sinh vật

Sản phẩm bài tiết



VSV

phân huỷ



Chất dinh

dưỡng



24



TV



ĐV ăn

TV



Bài giảng sinh thái môi trường 4-2013



ii) Lưới thức ăn: Mỗi loài nằm trong chuỗi thức ăn tạo thành một mắt xích

thức ăn và mỗi lồi có thể tham gia và trở thành mắt xích của nhiều chuỗi thức ăn

khác nhau. Các chuỗi thức ăn kết hợp với nhau qua các mắt xích chung tạo

thành mạng lưới thức ăn vô cùng phức tạp. Như vậy, mạng lưới thức ăn bao gồm

nhiều chuỗi thức ăn khác nhau, nối với nhau qua một hoặc nhiều mắt xích thức ăn.

(Hình 8)



Hình 4



Mạng lưới thức ăn điển hình



Tùy theo mức độ phát triển của hệ sinh thái mà có những thay đổi tinh vi

trong chuỗi thức ăn(CTA).

Cơ chế tự bảo vệ: Cùng với cơ chế khác, cơ chế của mạng lưới thức ăn có khả

năng duy trì cấu trúc sinh học, làm cho nó phát triển ngày càng phức tạp, góp

phần làm giảm nhẹ các biến đổi khốc liệt do môi trường vật lý gây ra.

Tác động đơn giản và phiến diện của con người, nhiều khi có thể phá vỡ cơ

chế tự bảo vệ ấy của các hệ sinh thái và kích thích sự tăng trưởng quá mức của một

số loài, dẫn đến phá vỡ cân bằng sinh thái. Điều này thể hiện rõ nét trong các hệ sinh

thái nơng nghiệp.

Độ dài của các chuỗi thức ăn có thể dài ngắn, tuân theo 2 quy luật sau:

iii) Quy luật thứ nhất: Qui luật về kích thước cá thể trong quan hệ dinh

dưỡng

“Trong chuỗi thức ăn, kích thước của vật tiêu dùng ở mắt xích sau thường lớn

hơn kích thước của sinh vật làm mồi cho nó. Hay nói cách khác, trong chuỗi thức ăn

có sự gia tăng liên tục về kích thước của các sinh vật ở mắt xích sau so vơi mắt xích

trước”.

Xét trên quan điểm kích thước tuyệt đối, có rất nhiều trường hợp ngoại lệ

Tuy nhiên khi xét trên quan điểm về kích thước tương đối, tức là trọng lượng

cơ thể, trên diện tích bề mặt thì quy luật trên vẫn đúng.

iv) Quy luật thứ hai: Quy luật về hình tháp sinh thái (Ecological Pyramid)

Hiệu suất sinh thái được xác định bằng tỷ số giữa đại lượng đồng hóa ở một

mức nhất định so với đại lượng đồng hóa ở mức trước nó tính theo %.



25



Bài giảng sinh thái môi trường 4-2013



Cấu trúc dinh dưỡng có thể biểu thị bằng các sơ đồ hình tháp sinh thái với

đáy là bậc dinh dưỡng của sinh vật sản xuất, còn các bậc kế tiếp thì tạo nên các

tầng và đỉnh của tháp



Chiều ngang tỉ lệ với dòng năng lượng hay năng suất của mỗi bậc



Chiều cao tương ứng với chiều dài của chuỗi dinh dưỡng

Tháp số lượng: Đơn vị đo là số lượng sinh vật của mỗi bậc dinh dưỡng trên



một đơn vị diện tích

Sinh vật tiêu th bc 2

Sinh vt tiờu th bc 1

SL



Em bé



1



Con bê



4,5



Cây ®Ëu bß Medicago



Sinh vật sản xuất



2x107



Qui luật: “Trong một chuỗi thức ăn, số lượng cá thể ở mắt xích trước bao

giờ cũng lớn hơn số lượng cá thể của mắt xích sau và chỉ có như thế thì các quần

xã sinh vật mới tồn tại được.”

Tháp sinh khối (số lượng): Đơn vị tính là khối lượng các cá thể trên một đơn vị thể

tích hay diện tích



Tháp sinh khối biểu diễn khối lượng sinh vật được chuyển hóa qua các bậc

dinh dưỡng trong các thời điểm xác định.

Trong các quần xã mới được thành lập đỉnh của hình tháp sinh khối sẽ hẹp.

Trong các quần xã nơi mà sinh vật sản xuất có kích thước nhỏ, đời sống ngắn thì

tháp sinh khi cú dng ngc.

KL



Em bé 4,72x105

g

Con bê 9,62x105

g đậu bò Medicago 8,03x107 g

Cây



SV TT bc 2

SV TTbc 1

SV SX



Thỏp năng lượng biểu diễn số năng lượng trong dòng năng lượng chuyển

hóa hay năng suất trong các bậc dinh dưỡng khác nhau.



26