Bài 23. Hệ sinh thái (LT) ThS. Nguyễn Ngọc Cảnh Tel (Zalo): 0358.969.708 – Email:
[email protected] 01 I. Khái quát về hệ sinh thái 1. Khái niệm và cấu trúc hệ sinh thái Hệ sinh thái là một hệ thống nhất hoàn chỉnh gồm quần xã sinh vật và các nhân tố vô sinh có tác động qua lại với nhau trong một khoảng không gian xác định. 2. Phân loại hệ sinh thái - Hệ sinh thái gồm hệ sinh thái tự nhiên và hệ sinh thái nhân tạo. Đặc điểm Hệ sinh thái tự nhiên Hệ sinh thái nhân tạo Thành phần cấu trúc Thành phần loài phong phú. Thành phần loài ít. Kích thước cá thể đa dạng, thành phần tuổi khác nhau. Các loài có kích thước cơ thể, tuổi ... gần bằng nhau. Chu trình dinh dưỡng Lưới thức ăn phức tạp, tháp sinh thái có đáy rộng Lưới thức ăn đơn giản (ít mắt xích), tháp sinh thái đáy hẹp Tất cả thức ăn có nguồn gốc bên trong hệ sinh thái Một phần thức ăn được đưa vào hệ sinh thái, một phần sản lượng được đưa ra ngoài Chuyển hóa năng lượng Năng lượng cung cấp chủ yếu từ mặt trời Ngoài năng nượng mặt trời, còn có các nguồn năng lượng khác (như phân hóa học, v.v...) - Hệ sinh thái tự nhiên gồm hệ sinh thái trên cạn (rừng, đồng cỏ, đồng rêu, ... ) và hệ sinh thái dưới nước (hồ, suối, sông, biển, ... ) - Khi không có sự chăm sóc của con người, hệ sinh thái nhân tạo sẽ biến đổi thành hệ sinh thái tự nhiên. II. Trao đổi vật chất và chuyển hóa năng lượng trong hệ sinh thái Trong hệ sinh thái, năng lượng được chuyển hóá theo một chiều với đầu vào là quang năng và đầu ra là nhiệt năng, còn vật chất được lưu chuyển tuần hoàn từ chất vô cơ thành hữu cơ và ngược lại. 1. Trao đổi vật chất trong hệ sinh thái - Trao đổi vật chất trong hệ sinh thái gồm trao đổi vật chất giữa quần xã với sinh cảnh và trao đổi vật chất giữa các sinh vật trong quần xã. - Trao đổi vật chất trong quần xã là quá trình lưu chuyển vật chất giữa các loài trong quần xã, thể hiện qua cấu trúc của chuỗi thức ăn, lưới thức ăn và bậc dinh dưỡng. a) Chuỗi thức ăn - Chuỗi thức ăn là một dãy các loài có mối quan hệ dinh dưỡng với nhau, trong đó mỗi loài là một mắt xích, vừa tiêu thụ mắt xích trước đó và bị mắt xích phía sau tiêu thụ. - Có hai loại chuỗi thức ăn: + Khởi đầu bằng sinh vật sản xuất: Sinh vật sản xuất → Sinh vật tiêu thụ bậc 1 → Sinh vật tiêu thụ bậc 2 → ... → Sinh vật tiêu thụ bậc cao nhất. + Khởi đầu bằng sinh vật ăn mùn bã hữu cơ: Sinh vật ăn mùn bã hữu cơ → Sinh vật tiêu thụ bậc 1 → Sinh vật tiêu thụ bậc 2 → ... → Sinh vật tiêu thụ bậc cao nhất. - Chuỗi thức ăn khởi đầu bằng sinh vật sản xuất có vai trò chính trong chuyển hoá vật chất và năng lượng của quần xã. Bài 23
Bài 23. Hệ sinh thái (LT) ThS. Nguyễn Ngọc Cảnh Tel (Zalo): 0358.969.708 – Email:
[email protected] 02 b) Lưới thức ăn - Lưới thức ăn là tập hợp các chuỗi thức ăn được kết nối với nhau bằng những mắt xích chung. - Quần xã có số loài càng lớn thì lưới thức ăn càng phức tạp và cấu trúc quần xã càng ổn định. c) Bậc dinh dưỡng - Bậc dinh dưỡng của một loài là vị trí của loài đó trong chuỗi thức ăn (bậc dinh dưỡng cấp 1: sinh vật sản xuất; bậc dinh dưỡng cấp 2: sinh vật tiêu thụ bậc 1; bậc dinh dưỡng cấp 3: sinh vật tiêu thụ bậc 2, ... ). - Bậc dinh dưỡng của một loài cho biết mối tương quan về năng lượng của loài đó so với các loài khác trong toàn bộ chuỗi thức ăn, giúp định lượng quá trình chuyển hoa vật chất và năng lượng trong quần xã. 2. Chuyển hóa năng lượng (dòng năng lượng) trong hệ sinh thái a) Phân bố năng lượng trên Trái Đất - Năng lượng mặt trời phân bố không đồng đều trên bề mặt trái đất, thay đổi theo vĩ độ và thời gian. - Sinh vật sản xuất chỉ hấp thụ được khoảng 1% năng lượng mặt trời chiếu xuống Trái Đất. b) Chuyển hóa năng lượng trong hệ sinh thái - Trong hệ sinh thái, nguồn năng lượng ánh sáng mặt trời đi vào quần xã chủ yếu thông qua quá trình quang hợp ở sinh vật sản xuất, truyền qua các bậc dinh dưỡng và giải phóng ra môi trường dưới dạng nhiệt. - Trong quá trình truyền năng lượng giữa các bậc dinh dưỡng, phần lớn năng lượng bị thất thoát, chỉ một phần nhỏ năng lượng được tích luỹ thành sinh khối ở bậc dinh dưỡng cao hơn. c) Hiệu suất sinh thái - Hiệu suất sinh thái là tỉ lệ phần trăm chuyển hoá năng lượng giữa các bậc dinh dưỡng. - Hiệu suất sinh thái trung bình giữa các bậc dinh dưỡng ở các hệ sinh thái trên Trái Đất xấp xỉ 10%, nhưng thực tế thường dao động khoảng 5 - 20%. - Hiệu suất sinh thái phản ánh hiệu quả sử dụng năng lượng ở mỗi bậc dinh dưỡng, từ đó thể hiện hiệu quả của cả hệ sinh thái. Do hiệu suất sinh thái thấp nên sinh vật ở bậc dinh dưỡng càng cao có sản lượng càng thấp, chuỗi thức ăn thường không thể quá dài. d) Tháp sinh thái - Tháp sinh thái là biểu đồ hình tháp thể hiện số lượng hoặc sinh khối, hoặc năng lượng có trong tất cả các sinh vật ở mỗi bậc dinh dưỡng. - Tháp sinh thái biểu thị hiệu quả truyền vật chất/năng lượng giữa các bậc dinh dưỡng. - Có ba loại tháp sinh thái là: tháp số lượng (số lượng/diện tích hoặc thể tích), tháp sinh khối (khối lượng/diện tích hoặc thể tích) và tháp năng lượng (năng lượng/diện tích hoặc thể tích/ thời gian). - Tháp số lượng và tháp sinh khối có thể có dạng điển hình và dạng tháp ngược. Tháp năng lượng luôn có dạng điển hình (dạng chuẩn) và là dạng tháp mô tả đầy đủ nhất mối quan hệ về vật chất/năng lượng giữa các bậc dinh dưỡng. III. Sự biến động của hệ sinh thái 1. Diễn thế sinh thái a) Khái niệm - Diễn thế sinh thái là quá trình thay đổi dần thành phần loài của quần xã theo thời gian, tương ứng với sự biến đổi của môi trường.
Bài 23. Hệ sinh thái (LT) ThS. Nguyễn Ngọc Cảnh Tel (Zalo): 0358.969.708 – Email:
[email protected] 03 - Sự thay đổi thành phần loài theo thời gian dẫn đến sự thay thế tuần tự các dạng quần xã. - Diễn thế sinh thái có tính quy luật và gắn liền với sự thay đổi của các nhân tố vô sinh. b) Các loại diễn thế sinh thái Các loại diễn thế Diễn thế nguyên sinh Diễn thế thứ sinh Đặc điểm - Bắt đầu từ môi trường trống trơn, không có lớp đất mùn bề mặt và không có sinh vật sinh sống như vùng đá nham thạch nguội sau khi núi lửa phun, bề mặt đá sau khi tan băng vĩnh cửu, ... - Bắt đầu từ môi trường của một quần xã đã bị tổn hại, trong môi trường đó vẫn còn sinh vật tồn tại và được kế thừa lớp thổ nhưỡng của quần xã trước đó. - Diễn ra trong thời gian dài hơn. - Diễn ra trong thời gian ngắn hơn. - Xu hướng: Quần xã tiên phong → Các quần xã trung gian → Quần xã đỉnh cực (tương đối ổn định). - Xu hướng: hai hướng: + Trong điều kiện thuận lợi: Quần xã tiên phong → Các quần xã trung gian → Quần xã đỉnh cực (tương đối ổn định). + Trong điều kiện bất lợi: Quần xã tiên phong → Các quần xã trung gian → Quần xã suy thoái (suy giảm thành phần loài). Ví dụ Diễn thế nguyên sinh diễn ra sau núi lửa phun. Diễn thế thứ sinh diễn ra sau cháy rừng. c) Nguyên nhân của diễn thế - Nguyên nhân bên ngoài: Do tác động của các nhân tố vô sinh như núi lửa phun, cháy rừng, hạn hán, lũ lụt, ... hoặc do hoạt động của con người như khai thác tài nguyên quá mức, xả thải, ... gây chết hàng loạt cá thể, dẫn đến thay đổi sâu sắc cấu trúc của quần xã. - Nguyên nhân bên trong: Do mối quan hệ tương hỗ giữa quần xã với sinh cảnh và các mối quan hệ sinh thái giữa các loài trong quần xã, đặc biệt là cạnh tranh khác loài: Loài ưu thế phát triển mạnh → Biến đổi môi trường → Tạo điều kiện cho loài mới định cư thích nghi và phát triển mạnh, cạnh tranh với loài ưu thế → Loài mới trở thành loài ưu thế mới. d) Tầm quan trọng của việc nghiên cứu diễn thế - Giải thích được sự biến đổi của các quần xã trong tự nhiên. - Biết được các quần xã từng tồn tại trước đó và dự đoán được các quần xã xuất hiện trong tương lai. - Đánh giá và dự đoán được hệ quả những tác động của con người lên hệ sinh thái, từ đó đưa ra các kế hoạch xây dựng, khai thác tài nguyên, cải tiến công nghệ, ... giúp ngăn chặn diễn thế suy thoái và bảo vệ môi trường sống. - Giúp rút ngắn thời gian hình thành quần xã đỉnh cực trong tái sinh rừng, hồi phục quần xã suy thoái, ... thông qua các tác động can thiệp thành phần loài, cải tạo sinh cảnh, ... 2. Một số hiện tượng ảnh hưởng đến hệ sinh thái Hiện tượng Phì dưỡng Sự ấm lên toàn cầu Sa mạc hóa Khái niệm Hiện tượng môi trường nước thừa chất dinh dưỡng (nitrogen, phosphorus). Hiện tượng nhiệt độ trung bình của Trái Đất tăng lên trong thời gian dài. Quá trình thoái hoá đất ở những vùng khô hạn.
Bài 23. Hệ sinh thái (LT) ThS. Nguyễn Ngọc Cảnh Tel (Zalo): 0358.969.708 – Email:
[email protected] 04 Hiện tượng Phì dưỡng Sự ấm lên toàn cầu Sa mạc hóa Hậu quả Vi sinh vật (vi khuẩn lam, tảo, ... ) phát triển quá mức gây độc và suy giảm lượng oxygen trong nước, làm chết hàng loạt động vật thuỷ sinh (cá, tôm, ... ). Gây biến đổi khí hậu, gia tăng các hiện tượng thời tiết cực đoan như hạn hán, lũ, ... gây mất cân bằng sinh thái trên quy mô toàn cầu. Làm suy giảm diện tích rừng, giảm diện tích đất nông nghiệp, gây suy giảm đa dạng sinh vật, mất cân bằng sinh thái. Nguyên nhân Lượng phân bón dư thừa trong canh tác nông nghiệp, nước thải sinh hoạt, chăn nuôi, y tế, ... thải vào môi trường khi chưa qua xử lí. Chặt phá rừng, phát thải quá nhiều khí nhà kính, ... dẫn đến tăng hiệu ứng nhà kính. Biến đổi khí hậu, canh tác nông nghiệp lạc hậu, chăn thả gia súc mật độ cao, khai thác rừng quá mức, ...
English