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

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 khỏc nhau.



26



Bi ging sinh thỏi mụi trng 4-2013



NL



Mô cơ ở ngời 8,3x103

cal

Lợng thịt bê sản sinh 1,19x106 cal

Cây đậu Medicago sản xuất 1,49x107 cal

ánh sáng mặt trời nhận đợc 6,3x1010 cal



Quy luật: “Khi chuyển từ dạng này sang dạng khác, năng lượng không

được bảo tồn 100 %, mà mất đi một phần lớn dưới dạng nhiệt ”.

Bằng dòng năng lượng, dễ dàng so sánh các hệ sinh thái với nhau, đồng thời

là phương tiện để đánh giá vai trò của các quần thể trong quần xã.

Chuỗi thức ăn không thể kéo dài:

+) Thường là 4-5 bậc đối với các hệ trên cạn

+))̀ Khoảng 6-7 bậc đối với các hệ ở dưới nước

+))̀ Tháp năng lượng bao giờ cũng có dạng hình tháp chuẩn.

Nói chung: Các dẫn liệu về số lượng thường làm tăng vai trò của các sinh vật

nhỏ, còn sinh khối lại có vai trò làm tăng vai trò của các sinh vật lớn. Dòng năng

lượng là chỉ số thích hợp nhất để so sánh một yếu tố bất kỳ với các yếu tố khác và

của tất cả các yếu tố trong hệ sinh thái với nhau.

3.3. Hoạt động chu kỳ của quần xã

Hoạt động của quần xã luôn ln biến đổi theo những chu kỳ nhất định, có

thể là chu kỳ ngày đêm hoặc chu kỳ mùa.

i) Chu kỳ ngày đêm:

- Dao động nhiệt độ, độ ẩm và ánh sáng theo ngày đêm là nguyên nhân làm

cho các loài sinh vật hoạt động theo chu kỳ ngày đêm như lồi đêm, lồi ngày, lồi

hồng hơn hoặc có lồi hoạt động vào sáng sớm, trưa, chiều tùy thuộc vào thời tiết

như nhiệt độ, nắng, khơ hay ẩm. Nói chung ánh sáng tác động đến động vật vì vậy

có những nhóm ăn sáng hay ăn đêm. Nhiệt độ quyết định giờ đi ăn sớm hay muộn.

Có những giờ cao điểm tương ứng với điều kiện sinh thái bên ngồi thích hợp cho

sự hoạt động của các nhóm động vật, như nhóm ăn cỏ, nhóm hút mật, nhóm ăn thịt

lớn và nhóm ăn thịt nhỏ

- Chu kỳ ngày đêm thể hiện rõ nét nhất ở vùng nhiệt đới

- Tính chu kỳ ở các quần xã là đặc tính thích nghi của các sinh vật với sự

phân hóa theo thời gian của các yếu tố mơi trường vùng nhiệt đới.

Ưu điểm:

- Tảo âiãưu kiãûn cho sinh trỉåíng v phạt triãøn ca cạc loi.

- Gim sỉû cảnh tranh ngoi loi

- Tàng tênh thêch nghi giỉỵa cạc lai säúng chung vãư dinh

dỉåỵng v khäng gian sinh täưn.

ii) Chu kỳ mùa:



27



Bài giảng sinh thái mơi trường 4-2013



- Là thuộc tính của hầu hết các quần xã, dẫn đến sự thay đổi cấu trúc của quần

xã suốt cả năm. Ở động vật chu kỳ hoạt động theo mùa được thể hiện rõ nét như ngủ

đông, ngủ hè, di cư theo mùa. Hiện tượng ngừng phát triển ở nhiều lồi cơn trùng

(diapouse). Nhiều lồi thực vật có hiện tượng rụng lá giảm sinh trưởng vào mùa

đông. Chu kỳ mùa ở đây trùng hợp với mùa sinh sản của thực vật và động vật

- Chu kỳ mùa thể hiện rõ nét nhất ở các quần xã vùng ôn đới, Ở nhiệt đới nó

tương ứng với mùa mưa và mùa khô.

- Nguyên nhân của hiện tượng này là do sự thay đổi của các yếu tố môi

trường theo mùa: nhiệt độ, độ ẩm, lượng mưa, ánh sáng..., cũng như sự thay đổi của

các yếu tố hữu sinh như thức ăn.

Ví dụ: Vào mùa khơ những chim ơn đới di trú từ Chàm Chim (Đồng Tháp) về các vực nước trong

Vườn Quốc gia Yok Đôn trùng hợp với nguồn lợi tơm, cá trong khu vực.



Tính chất chu kỳ của quần xã, trước hết là do sự thay đổi của các quần thể

trong quần xã. Vì vậy, khi nghiên cứu tính chất chu kỳ của quần xã trước hết phải

tìm hiểu chu kỳ của các quần thể tạo nên quần xã.

3.4. Dạng quần xã sinh thái đệm (ecoton) và khái niệm về hiệu ứng biên

Quần xã sinh thái đệm là vùng chuyển tiếp giữa hai hay nhiều quần xã kế

cận nhau.

Do đặc tính phân bố như vậy cho nên quần xã sinh thái đệm có những tính

chất đặc thù khác hẳn các quần xã khác.

- Trước hết quần xã sinh thái đệm được đặc trưng bởi tính chất điển hình về

kích thước của quần xã. Các quần xã sinh thái đệm thường có chiều dài lớn, nhưng

chiều rộng lại ln hẹp hơn các quần xã kế cận.

- Tính chất phân bố và điều kiện sinh cảnh đặc thù dẫn đến đặc trưng thứ hai

của quần xã sinh thái đệm là sự đa dạng thành phần lồi: vừa có các lồi của các

quần xã kế cận, lại vừa có các lồi đặc trưng cho vùng sinh thái đệm.

- Cuối cùng là mật độ: mật độ của vùng sinh thái đệm thường cao hơn các

quần xã lân cận nó.

Hiện tượng gia tăng tính đa dạng, cùng như về mặt số lượng, mật độ của

quần xã sinh thái đệm được gọi là hiệu ứng biên.

Những lồi sinh vật có phần lớn thời gian hoạt động hoặc sống chủ yếu ở

vùng sinh thái đệm được gọi là loài giáp ranh.

3.4. DIỄN THẾ CỦA QUẦN XÃ SINH HỌC



3.4.1.Khái niệm

Trong tự nhiên, các quần xã sinh học ln biến đổi tổ thành của mình theo

một hướng xác định do nhiều lý do khác nhau.

Diễn thế của quần xã là q trình phát triển có thứ bậc, diễn ra do những biến

đổi nội tại của quần xã trong đó có sự thay thế một số lồi này bằng một số lồi khác

thích nghi hơn với điều kiện sống.



Như vậy, diễn thể của quần xã là một quá trình thay thế kế tiếp nhau quần xã

này bằng một quần xã khác trong từng vùng cho đến khi có quần xã ổn định và

thường là chúng tiếp diễn theo hướng xác định.

28



Bài giảng sinh thái môi trường 4-2013



Các quần xã quá độ khác nhau được gọi là các giai đoạn phát triển hay các

quần xã chuyển tiếp. Quần xã đầu tiên được gọi là quần xã tiên phong, còn hệ thống

ổn định cuối cùng được gọi là quần xã cao đỉnh (climax).

Trong q trình diễn thế, thành phần lồi ln luôn thay đổi, kéo theo điều

kiện của môi trường sống cũng bị biến đổi, khơng còn phù hợp cho sinh trưởng và

phát triển của chính nó, khi đó nó bị đào thải và thay bằng một loài khác phù hợp

với điều kiện môi trường mới, nghĩa là một quần xã mới đã được thiết lập.

Đặc điểm của quần xã trong q trình diễn thế:

- Thay đổi thành phần lồi

- Tăng tính đa dạng, tăng kích thước sinh vật suất

- Phân hóa khơng gian ngày càng phức tạp

- Thay đổi bản chất quan hệ dinh dưỡng

- Tăng tính thích nghi của sinh vật với nhau và với ngoại cảnh

Diễn thế có thể xảy ra theo hai chiều hướng tiến bộ hoặc thối hóa.

Phân loại diễn thế: có nhiều cơ sở để phân loại diễn thế như dựa vào động lực

của diễn thế, dựa vào khởi đầu diễn thế, dựa vào sự phân hủy và tổng hợp vật chất,..

Dựa vào khởi điểm của quá trình diễn thế, trong sinh thái học người ta phân

biệt hai quá trình diễn thế khác nhau:

Diễn thế sơ cấp - diễn thế nguyên sinh (Primary succession)

- Diễn thế ở các khu vực, mà trước đó chưa hề có quần xã nào tồn tại. 4 giai

đoạn chính: (1) Di cư các mầm mống thực vật đến vùng đất mới; (2) Định cư và sinh

trưởng của các loài thực vật đơn lẻ; (3) Quần tụ, tái sinh thành các nhóm cây con

xung quanh cây mẹ; (4) Xâm nhập các nhóm thực vật này vào các nhóm thực vật

khác.

- Diễn thế thứ cấp - diễn thế thứ sinh: là diễn thế xảy ra trên một khu vực

mà trước đó đã có một quần xã tồn tại và bị tiêu diệt, nghĩa là đã có sẵn những mầm

mống sống của các sinh vật. (Chẳng hạn do rừng bị cháy / khai thác trắng)

Ví dụ:

+ Lim - sim mua - sau sau - lim non mọc dưới tán rừng lim - lim thuần loại.



Do đặc tính của diễn thế thứ cấp, cho nên tốc độ và năng suất của nó thường

cao hơn so với diễn thế nguyên sinh.

Tùy theo kiểu thảm thực vật (hồ, thảo nguyên, rừng, ...) thời gian diễn thế của

các quần xã ở ôn đới và nhiệt đới khác nhau, kéo dài từ 20 tới 100 năm hay hơn.

Diễn thê phân huỷ: Trong tự nhiên còn có các quần xã mất đỉnh cực, nghĩa

là chưa phát triển đến quần xã cao đỉnh. chưa thiết lập được cân bằng sinh thái

trong hệ thống đã bị tiêu diệt do lý do này hoặc lý do khác.

Trong một số trường hợp đây là quá trình hết sức nguy hiểm, nếu được lặp đi

lặp lại nhiều lần, nhất là trong điều kiện khắc nghiệt của vùng khí hậu hoang mạc

hay bán khơ hạn, lúc này tính chất của mơi trường vật lý sẽ có những thay đổi cơ

bản, kết quả là thành phần lồi của quần xã tiên phong sẽ thay đổi, đơi khí rất khó tái

thiết lập được chu trình bình thường của các chất dinh dưỡng, quá trình diễn thế tự

nhiên bị phá vỡ, khó có khả năng phục hồi lại bằng con đường sinh học.



29



Bài giảng sinh thái môi trường 4-2013



3.5. Khái niệm về quần xã cao đỉnh (climax)

Quần xã cao đỉnh (đỉnh cực) là quần xã cuối cùng của diễn thế sinh thái,

có thể duy trì được trạng thái cân bằng với nơi ở.

Đặc điểm của quần xã cao đỉnh: Quần xã cao đỉnh là quần xã có hiệu suất

sử dụng năng lượng cao nhất, trên một đơn vị của dòng năng lượng cung cấp cho

quần xã, sẽ tạo ra một sinh khối lớn nhất, hay một lượng thông tin cao nhất. Đây là

giai đoạn có những biến đổi quan trọng, sự phát triển nặng về lượng trong các giai

đoạn trước được chuyển hóa thành q trình tích lũy và phát triển về chất trong giai

đoạn sau. Trong quần xã cao đỉnh các sinh vật thích nghi nhất với nhau và với các

điều kiện môi trường sống, quần xã có tính đa dạng cao, có sự cân bằng giữa các

nhân tố hữu sinh và vơ sinh, có sự ổn định lớn, các sinh vật có sự thích nghi cao nhất

với nhau và với mơi trường sống.

Do tính chất như vậy của quần xã cao đỉnh, trong sinh thái học xuất hiện

trường phái của một số nhà học giả phương Tây cho rằng quần xã cao đỉnh là quần

xã bền vững nhất, nó bền vững đến mức khơng thể biến đổi hơn được nữa. Bởi vậy,

có thể coi quần xã cao đỉnh là giai đoạn phát triển tột cùng của diễn thế sinh thái.

Một nhóm khác, tiêu biểu là viện sỹ Sukatrev, cho rằng quần xã cao đỉnh chỉ là quần

xã bền vững nhất trong điều kiện hiện tại.

Trong sinh thái học tồn tại hai trường phái về cao đỉnh

- Trường phái đơn cao đỉnh: những người theo trường phái này cho rằng,

diễn thế của quần xã tất yếu đạt đến cao đỉnh và chỉ một cao đỉnh mà thôi.

- Trường phái đa cao đỉnh: cho rằng diễn thế của quần xã có thể đạt đến cao

đỉnh, khi thiết lập được cân bằng giữa các yếu tố hữu sinh và vô sinh của hệ sinh

thái trong điều kiện hiện tại và khi cân bằng phá vỡ thì quần xã thì thiết lập cao đỉnh

mới.

Những người theo trường phái đa cao đỉnh đã chia cao đỉnh ra thành nhiều

loại khác nhau. Cao đỉnh khí hậu duy nhất trong điều kiện khí hậu và thổ nhưỡng

bình thường. Cao đỉnh thổ nhưỡng phụ thuộc vào các điều kiện cụ thể của giá thể

(sự khác biệt điều kiện khí hậu và thổ nhưỡng địa phương (nóng, lạnh, khơ, ướt, độ

thốt hơi nước của đất, đất cát, đất sét).

3.6. Khống chế sinh học và cân bằng sinh thái

i) Cơ sở lý huyết của hiện tượng khống chế sinh học: Tất cả các sinh vật

trong quần xã có quan hệ gắn bó, mật thiết với nhau qua chuỗi, hay mạng lưới dinh

dưỡng. Mối quan hệ giữa các mắt xích thức ăn hết sức đa dạng và phức tạp, có ảnh

hưởng quan trọng đến tương quan số lượng của tất cả các loài tronng quần xã.

Số lượng cá thể của loài này tùy thuộc vào số lượng cá thể của lồi khác, tn

theo quy luật về hình tháp số lượng: “Trong chuỗi thức ăn, sinh vật lượng ln giảm

dần từ mắt xích sau so với mắt xích trước”.

Khống chế sinh học là sự khống chế, giới hạn sự phát triển về mặt số

lượng của loài này phụ thuộc vào sự phát triển số lượng của một hay một nhóm

lồi khác.



30



Bài giảng sinh thái mơi trường 4-2013



Cơ chế này đảm bảo cho sự phát triển của các loài không vượt quá ngưỡng

sinh thái, phù hợp với điều kiện hiện tại của môi trường. Trạng thái cân bằng như

vậy giữa các loài gọi là cân bằng sinh học, hay cân bằng sinh thái khi có tác động

của con người.

Tương quan này phụ thuộc vào cấu trúc, chức năng của quần xã, vào thành

phần và tính chất của các sinh vật cấu thành, cũng như phụ thuộc vào điều kiện hiện

tại của môi trường vật lý xung quanh.

Hơn nữa, các yếu tố môi trường vật lý luôn là các yếu tố giới hạn, điều khiển,

khống chế không cho phép các sinh vật phát triển theo khả năng của mình.

Cân bằng giữa các yếu tố hữu sinh và vô sinh thể hiện rõ nét nhất ở các quần

xã cao đỉnh. Tuy nhiên sự tác động của các yếu tố ngoại cảnh rất không đồng đều

lên mọi thành viên của quần xã. Cho nên, mọi cân bằng trong tự nhiên ln có cơ

hội bị phá vỡ, để thiết lập nên cân bằng mới. Bởi vậy, khi khơng có sự can thiệp của

con người vào thiên nhiên, các hệ sinh thái ln có xu hướng biến đổi và chuyển

dịch về trạng thái cân bằng theo quá trình diễn thế.

Trạng thái cân bằng của các hệ sinh thái có quan hệ mật thiết với tính đa

dạng về tổ thành lồi của các quần xã sinh học: tính đa dạng càng cao thì trạng

thái cân bằng càng bền vững, khó bị phá vỡ trước những tác động bất ngờ của các

yếu tố ngoại cảnh. Khống chế sinh học hay cân bằng sinh thái được sử dụng rộng rãi

trong phòng trừ sâu bệnh.

CÂU HỎI ƠN TẬP CHƯƠNG 3



1. Khái niệm quần xã sinh học và ưu thế sinh thái.

2. Tính chất phân tầng của quần xã. Vì sao nói phân tầng là hình thái thích nghi của

quần xã sinh vật với các điều kiện của môi trường.

3. Chuỗi, mạng lưới thức ăn. Qui luật về mối quan hệ dinh dưỡng

4. Khái niệm diễn thế quần xã. Nguyên nhân, phân loại diễn thế. quần xã cao đỉnh.

5. Khái niệm khống chế sinh học và cân bằng sinh thái. Sử dụng hai nguyên lý này

trong việc sử dụng hợp lý tài nguyên sinh học.



31



Bài giảng sinh thái môi trường 4-2013



CHƯƠNG 4



HỆ SINH THÁI

4.1. KHÁI NIỆM



4.1.1.Định nghĩa hệ sinh thái

Vào những năm 40 của thế kỷ XX, các nhà sinh thái học đã nhận thức được

rằng, quần xã và mơi trường khơng chỉ có tác động tương hỗ với nhau mà còn tạo

thành một đơn vị thống nhất và là đơn vị cơ sở của tự nhiên, đó là các hệ sinh thái

(ecosystem).

Khái niệm “ecosystem” được nhà sinh thái học người Anh Tansley đưa ra vào

năm 1935. Theo Tansley thì: Hệ sinh thái là một thuật ngữ biểu thị một tập hợp các

vật sống (thực vật, động vật, vi sinh vật) và môi trường vô cơ nơi chúng sinh sống

(khí hậu, đất).

Theo Odum (1971) thì:



Hệ sinh thái là một đơn vị bất kỳ của tự nhiên bao gồm tất cả các sinh vật

của một khu vực nhất định, tác động qua lại với môi trường vật lý xung quanh

bằng các dòng năng lượng, tạo nên một cấu trúc dinh dưỡng xác định, sự đa

dạng về thành phần loài và vòng tuần hồn vật chất trong mạng lưới.

Hệ sinh thái được xác định như đơn vị cơ bản của tự nhiên với c hức năng là

trao đổi vật chất năng lượng giữa sinh vật với môi trường. Hệ thống phát sinh, biến

động, phát triển và tái sản xuất nhờ:

- Dòng vật chất.

- Dòng năng lượng.

- Dòng thơng tin.

- Dòng tái sản xuất.

Dòng vật chất là dòng cơ sở. Hoạt động của hệ chính là sự vận động của 4

dòng này.

4.1.2. SƠ LƯỢC VỀ CẤU TRÚC CỦA HỆ SINH THÁI



Về mặt dinh dưỡng, hệ sinh thái được chia thành 2 thành phần:

32