bài giảng Sinh thái học

Sinh thái học được phân chia thành 2 lĩnh vực:- STH cá thể: nghiên cứu từng cá thể hay từng loài trong một môi trường sống nhất định - STH quần thể: nghiên cứu tổng thể các mối quan hệ

Chương 7

SINH THÁI HỌC

1 KHÂI NIỆM

Sinh thaĩi học là khoa học về quan hêủ của sinh vâủt hoăủc mảüt nhoĩm sinh vâủt vạĩi mải trăạìng xung quanh, hay là khoa học về quan hêủ qua laủi giăîa sinh vâủt và mải sinh của chuĩng (Odum, 1971)

Sinh thái học được phân chia thành 2 lĩnh vực:

- STH cá thể: nghiên cứu từng cá thể hay từng loài trong một môi trường sống nhất định

- STH quần thể: nghiên cứu tổng thể các mối

quan hệ giữa các loài khác nhau trong môt môi trường sống

Sinh thâi học được ứng dụng:

- Nâng cao năng suất vật nuôi và cây trồng

trên cơ sở cải tạo các điều kiện sống của chúng

- Hạn chế và tiêu diệt các địch hại, bảo vệ đời sống cho vật nuôi cây trồng và đời

sống của cả con người

- Thuần hóa và di giống các loài sinh vật

- Khai thác hợp lý tài nguyên thiên nhiên, duy trì đa dạng sinh học và phát triển tài

nguyên cho sự khai thác bền vững

- Bảo vệ và cải tạo môi trường sống cho con

CÁC NHÂN TỐ SINH THÁI

- Các nhân tố vô sinh

* Quy luật tác động cộng gộp

Các nhân tố sinh thái không bao giờ tác động riêng lẻ mà luôn tác động kết hợp với nhau Đối với một sinh vật, chịu sự tác động của các nhân

tố sinh thái là sự tác động cộng gộp.

Các quy luật sinh thái:

* Quy luật chống chịu

Tất cả nhân tố sinh thái có một khoảng giá trị mà trong đó các quá trình sinh thái học diễn ra bình thường Chỉ trong khoảng giá trị đó thì sự sống của một sinh vật hoặc sự xuất hiện cuả một

quần xã mới diễn ra được

Có một giới hạn trên và một giới hạn dưới mà

vượt khỏi đó thì sinh vật không thể tồn tại được Trong khoảng chống chịu đó có một trị số tối ưu ứng với sự hoạt động tối đa cuả loài hoặc quần

xã sinh vật

Khoảng chịu đựng đối với mỗi nhân tố thay đổi tùy loài Nó xác định biên độ sinh thái học cuả loài Biên độ dao động này càng rộng khi khoảng chịu đựng các nhân tố sinh thái cuả loài càng lớn

2 SINH THÁI HỌC QUẦN THỂ

Ðịnh nghĩa

Quần thể sinh vật là một nhóm cá thể cuả cùng một loài sinh vật sống trong một khoảng không gian xác định Thí dụ quần thể tràm ở rừng U Minh; quần thể Dơi Quạ ở Sóc Trăng

• Mật độ của quần thể:

• Là số lượng của các cá thể trên một đơn vị không gian (diện tích hoặc thể tích) Nó có khả năng thay đổi theo thời gian mà hình thành quần thể

• VD: mật độ các loài thú có guốc trong một savane Châu Phi bằng số cá thể/km2; số cây đại mộc/ha rừng ôn đới; số vi sinh

vật/cm2 nước

• Phân loại mật độ :

• - Mật độ thô : là tỉ lệ giữa số lượng của tất

cả cá thể (hay sinh khối) với tổng diện tích

• - Mật độ sinh học : là tỉ lệ giữa số cá thể với diện tích thật sự sử dung được

• VD: Việt Nam có mật độ thô 1992 là 212 người/km2 và mật độ sinh thái là 1000

người/km2

Xác định số lượng cá thể của quần thể

• - Đếm trực tiếp : áp dụng đối với các động vật lớn như

sư tử, linh dương, hải cẩu, cọp, beo,

• - Phương pháp lấy mẫu với các dụng cụ thích hợp cho từng đối tượng sinh vật

• - Phương pháp đánh dấu và bắt lại để xác định số lượng N cá thể của một quần thể, người ta bắt và đánh dấu T cá thể rồi thả chúng Một thời gian sau, người ta thực hiện một đợt bắt nữa, được n cá thể, trong đó có

t cá thể có đánh dấu (tức bị bắt lại lần hai) Do đó ước lượng của N sẽ là :

• N = nT / t

Thành phần tuổi của quần thể

• Thể hiện đặc tính chung của biến động số lượng quần thể vì nó ảnh hưởng đến khả năng sinh sản hay sự tử vong của quần thể.

• Thành phần tuổi thường được biểu diễn bằng

tháp tuổi

• Tháp tuổi được thành lập bởi sự xếp chồng lên nhau của các hình chữ nhật có chiều dài tỉ lệ với

số lượng cá thể trong mỗi lứa tuổi Các cá thể

đực và cá thể cái được xếp thành 2 nhóm riêng

Hình tháp tuổi người

• Các dạng hình tháp tuổi :

• a Quần thể đang phát triển nhanh có nhiều cá thể non

• b Quần thể ổn định có số cá thể non ở mức trung bình

• c Quần thể đang suy giảm có ít cá thể non

Thành phần giới tính = tỉ lệ đực cái

• Thành phần giới tính mang đặc tính thích ứng của chủng quần đối với điều kiện môi trường để đảm bảo khả năng sinh sản và hiệu qủa sinh sản của chủng quần

• Thành phần giới tính là tỉ lệ giữa số cá thể đực và cái của một quần thể sinh vật Đa

số quần thể động vật, tỉ lệ đực cái thường

là 1 : 1

Sự phân bố cá thể trong quần thể

• Các cá thể trong quần thể có nhiều cách phân bố khác nhau :

• - Phân bố đồng đều : tương đối hiếm, thấy

ở ong và cây trồng, vật nuôi

• - Phân bố ngẫu nhiên : thấy ở thực vật, một số nhện

• - Phân bố theo nhóm : thấy ở đa số động vật, cây đại mộc

Sự phân bố cá thể trong quần thể

Phân bố đều Phân bố ngẫu nhiên Phân bố theo nhóm

Sinh suất hay tỉ lệ sinh đẻ

Là nhân tố chính làm gia tăng số lượng của quần thể Đó là số lượng cá thể được sinh ra trong một khoảng thời gian

so với tổng số cá thể ở đầu của khoảng thời gian đó

• - Tỉ lệ sinh đẻ tối đa là khả năng tạo

ra số lượng cá thể con được hình thành trong một khoảng thời gian xác định khi không có tác nhân hạn chế, tức trong điều kiện lý tưởng

• - Tỉ lệ sinh đẻ thực tế là số lượng cá thể được sinh ra trong một đơn vị thời gian trong điều kiện thực tế của môi trường, nó phụ thuộc vào kích thước của quần thể và các điều kiện vật lý của môi trường

Tỉ lệ tử vong

Là số cá thể chết đi trong một khoảng thời gian trên tổng số cá thể ở đầu khoảng thời gian đó

Tỉ lệ sống sót

Tỉ lệ sống sót của quần thể là kết qủa của tỉ lệ sinh đẻ và tỉ lệ chết Tỉ lệ sống sót thay đổi rất nhiều giữa các loài, và trong mỗi loài thì có sự sai khác giữa cá thể đực

và cá thể cái

2 SINH THÁI HỌC QUẦN XÃ

Định nghĩa

• Quần xã sinh vật là một tập hợp các quần thể sinh vật phân bố trong một vùng hoặc một sinh cảnh xác định

• VD: Quần xã các loại bò sát ở savane Châu Phi

Số lượng loài

Số lượng chung của loài là tổng số loài của quần xã trong một hê sinh thái Thực tế ít khi đếm được tổng số loài của một quần xã

Sự phong phú của các loài

Đó là số lượng cá thể của mỗi loài trong quần xã

Sự ưu thế

Trong các quần xã, một số loài rất phong phú, tạo thành một tần số cao trong khi các loài khác có số lượng rất ít, cho nên chỉ có một tần số thấp trong quần xã

SỰ PHÂN TẦNG TRONG

QUẦN XÃ.

• 1 Tầng tự dưỡng và tầng di dưỡng

• Tầng tự dưỡng là nơi xảy ra hoạt động quang tổng hợp

mạnh của các sinh vật sản xuất, tức là ở tầng trên nơi tán

lá Còn trao đổi dị dưỡng xảy ra ở dưới, trong đất và trong chất trầm tích, nơi tích lũy nhiều chất hữu cơ

• 2 Sự phân tầng trên mặt đất của thực vật và động vật

• Thảm thực vật có thể phân thành tầng cỏ, tầng cây bụi, tầng tiểu mộc và tầng đại mộc Rừng dày nhiệt đới có sự phân tầng phức tạp nhất

• Động vật, nhất là chim và các thú nhỏ sống trên cây (sóc, chồn ) cũng có sự phân tầng theo sự phân tầng của thực vật

• 3 Sự phân tầng dưới mặt đất của rễ cây

• Sự phân tầng này không được rõ ràng

lắm Rễ của các loài cây cắm vào đất với các độ sâu khác nhau

• 4 Sự phân tầng trong nước

• Sự phân tầng của các thủy sinh vật thấy

rõ trong các hố sâu và nhất là trong biển

QUAN HỆ DINH DƯỠNG

• Ba nhóm sinh vật trong quần xã

• Các nhóm sinh vật tự dưỡng, gồm chủ yếu là cây xanh Chúng được gọi là sinh vật sản xuất, cung cấp thức ăn cho nhóm sinh vật dị dưỡng

• Sinh vật dị dưỡng không tự tạo được chất hữu cơ mà phải nhờ vào nhóm trước

• Nhóm còn lại có nhiệm vụ phân hủy chất hữu cơ từ xác

bả thực và động vật và các chất thải thành chất vô cơ trả lại cho môi trường

Chuỗi thức ăn

Chuỗi thức ăn làm cho năng lượng được vận chuyển trong hệ sinh thái từ thực vật đến các nhóm sinh vật khác

Sinh vật sản xuất  Sinh vật tiêu thụ  Sinh vật phân hủy

Lưới thức ăn

Các chuỗi thức ăn trong một hệ

sinh thái thường đan xen, liên kết với nhau một cách chặt chẽ, tạo thành mạng lưới thức ăn

Hiệu suất sinh thái học

Là tỷ lệ của các trị số của dòng năng

lượng trong các bậc dinh dưỡng khác

nhau của chuỗi thức ăn trong hệ sinh thái Cứ qua mỗi bậc thì đa số năng lượng

mất đi, chỉ một phần nhỏ được sử

dụng để làm thành sinh khối của các cá thể

Các quan hệ trong quần xê

* Quan hệ đói kháng:

3 Sự ký sinh

Là hiện tượng một sinh vật (sống) lợi dụng một sinh vật khác

Trong sự ký sinh, vật ký sinh thường nhỏ hơn vật

chủ và không nhất thiết phải giết chết vật chủ như vật ăn mồi phải giết con mồi

4 Sự tiết chất cảm nhiễm ở thực vật

Người ta phân biệt sự tiết chất kháng sinh ở thực vật bậc thấp như nấm VD: nấm Penicilium tiết: chất penicilin Ở thực vật bậûc cao có hiện

tượng tiết chất độc ảnh hưởng xa nguồn VD:

cây Artemisia californica (Ngải cứu) tiết một chất

terpene bay hơi có tác dụng ngăn cản sự nảy

mầm các hòa bản và cây nhất niên khác

* Quan hệ hỗ trợ

1 Sự hội sinh

Đây là mối quan hệ đơn giản và bước đầu của sự

phát triển các quan hệ 2 bên cùng có lợi Thí dụ : Địa y trên thân cây xoài, mận Dương xỉ, lan trên cây rừng

2 Sự hợp tác

Đó là mối quan hệ 2 bên cùng có lợi nhưng không

bắt buộc giữa 2 loài Thí dụ: Hải quì và tôm ký cư

IV HỆ SINH THÁI

Khâi niệm

Hệ sinh thâi lă đối tượng nghiín cứu của sinh thâi học Tất cả mọi sinh vật của 1 khu vực đí̀u có tâc động qua lại với môi trường vật lý bằng câc dòng năng lượng tạo nín cấu trúc dinh dưỡng, sự đa dạng ví̀ loăi vă chu trình tuần hoăn vật chất

Trong mỗi HST đều có các thành phần sau:

1 Các chất vô cơ : C, N, H2O, CO2 tham gia vào chu trình vật chất

2 Các chất hữu cơ : proted, glucid, lipid, chất

mùn liên kết các phần tử hữu sinh và vô

sinh

3 Chế độ khí hậu : ánh sáng, nhiệt độ, độ

ẩm

4 Sinh vật sản xuất : là các sinh vật tự

dưỡng, chủ yếu là cây xanh

5 Sinh vật tiêu thụ, dị dưỡng, chủ yếu là động vật

6 Sinh vật phân hủy, hoại sinh, dị dưỡng: chủ

yếu là vi khuẩn và nấm

• Thành phần cơ bản trong 1 HST ao như sau:

- Chất vô sinh bao gồm các chất vô cơ và hữu cơ: nước, CO2,, O2, Ca, muối, N2, amino acd, acid humic,

- Sinh vật sản xuất: Thực vật lớn thủy sinh và

phiêu sinh thực vật phân bố nơi tầng mặt nơi có nhiều ánh sáng

- Sinh vật tiêu thụ: gồm các động vật ăn trực

tiếp thực vật hoặc xác bả thực vật và ăn thịt lẫn nhau, được chia làm 3 nhóm: phiêu sinh động vật, bơi bội và trầm sinh Sinh vật tiêu thụ bậc I như PSĐV, bậc II như côn trùng ăn thịt, cá ăn thịt: bậc III như cá lớn ăn các loài tiêu thụ bậc II

- Sinh vật phân hủy: như vi khuẩn nước, trùn chỉ, nấm phân bố đều trong ao, nhưng đặc biệt

nhiều ở đầy ao, nơi tích lũy xác động vật và

SỰ TRAO ĐỔI NĂNG

LƯỢNG.

Sự hoạt động của tất cả sinh vật đòi hỏi sử dụng năng lượng từ ngoài

vào Năng lượng này là ánh sáng ở

sinh vật tự dưỡng dưỡng, hoặc là chất sinh hóa (như glucid) cho các sinh vật dị dưỡng

Trong mọi trường hợp thì năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng duy

nhất được trực tiếp hay gián tiếp sử dụng bởi các sinh vật

Hình tháp sinh thái

Mạng lưới dinh dưỡng trong HST tiêu biểu cho quần xã cấu trúc được đặc trưng bởi tính chất và số lượng sinh vật ở mỗi

bậc dinh dưỡng

Các hình tháp sinh thái diễn tả

bằng dạng hình học cấu trúc dinh dưỡng trong HST

- Chiều cao của tháp tỉ lệ với

chiều dài của chuỗi thức ăn, tức là số lượng của bậc dinh

Câc dạng hình thâp sinh thâi

- Hình thâp số lượng

- Hình thâp sinh khối:

- Hình thâp năng lượng: tiêu biểu cho tần

suất trao đổi năng lượng và năng

suất trong chuỗi thức ăn Nó được

thiết lập bằng cách tính toán lượng Kcal tích lũy trên đơn vị diện tích và thời gian và lượng kcal sử dụng bởi sinh vật của mỗi bậc dinh dưỡng

Hình tháp

số lượng

Hình

tháp

sinh

khối

CHU TRÌNH VẬT CHẤT

Các chất hóa học và dinh dưỡng luôn luôn được trao đổi giữa sinh vật và môi

trường

Trong mỗi HST hiện diện các nhóm sinh

vật có sự biến dưỡng và nhu cầu dinh dưỡng bổ túc lẫn nhau, tạo ra sự quay vòng thường xuyên các nguyên tố cần

yếu cho tế bào sống Do đó có sự

chuyển động tuần hoàn vật chất gữa sinh vật tự dưỡng và sinh vật dị dưỡng

Chu trình nước

Chu trình CO2

Chu trình N2

Chu trình nitơ

Vi sinh vật: Rhizobiu (Rhizobium, Bradyrhizobium)

Azotobacter, Bejerinckia Clostridium

Cyanobacteria (Anabaena azollae)

Quá trình cố định nitơ phân tử

+ Phản ứng

N2 Nitrogenase Quá trình oxy hóa

Quá trình cố định nitơ phân tử

Quá trình amôn hóa

+ Amôn hóa Urê: Ure bacterium

(Cocoacal , Bacilaccae, vd: Proteus, Yersina, )

+ Amôn hóa protein:

O + NH3 (NH4 )2CO3 2NH

3 + CO2 + H2O

* Hieáu khí : Bac.mycoides, Bac.mesentericus, Bac.subtilis, Ps fluorescens

* Tuøy tieän : Proteus vulgaris, Escherichia coli

* Yeám khí : Clostridium putrifiicium, Clostridium sporogenes

* Naám : Penicillin, Aspergillus, Mucor

Quá trình amôn hóa

Các chất vô cơ

CO2, H2O, H2S,

NH

Acid hữu cơ

Acid bay hơi Acid acetic

Bazơ hữu cơ

Cadaverin Histamin

Chất hữu cơ khác

Crezol Phenol

Acid amin

Protein Polypeptid

Quá trình nitrat hĩa

+ Giai đọan 1:

+ Giai đọan 2:

2NH3 + 3O2 Nitrosomonas, Nitrosospira 2HNO2 + 2H2O + Q

CO2 + Q VSV tổng hợp carbon HCHO +H2O

Quá trình phản nitrat hĩa trực tiếp

+ Khử acid nitric thành acid nitrơ

Một số hệ sinh thái

- Hệ sinh thái rừng mưa nhiệt đới

- Hệ sinh thái rừng taiga

- Hệ sinh thái đồng cỏ savan

- Hệ sinh thái vùng khô hạn

- Hệ sinh thái đất ngập nước ven biển

- Hệ sinh thái nước ngọt

- Hệ sinh thái nước mặn

DIỄN THẾ SINH THÁI

Một sự xáo trộn, đột ngột hay từ từ, như sự biến đổi khí hậu hay hoạt động của con

người, có thể phá vỡ sự cân bằng động và

sự ổn định của HST lăm xảy ra một hiện tượng gọi là diễn thế sinh thái

Các loài sinh vật tiên phong sẽ xuất hiên trong

sinh cảnh bị biến đổi này đó lă cđy nhất niín, địa y,

sau đến các cây thân mộc Diễn thế này có

thể kéo dài hằng nhiều thập niên cho đến khi đạt được giai đoạn phát triển sau cùng, gọi là cao đỉnh

Giai đoạn cao đỉnh thể hiện1 sự tập hợp ổn định các loài, tượng trưng về mặt chất

lượng và số lượng, giai đoạn sau cùng của

Câc kiểu diễn thế chính

1 Diễn thế sơ cấp

Diễn thế sơ cấp đặc trưng bởi sự thiết lập

1 quần xã cao đỉnh trên 1 sinh cảnh mới được tạo lập Sự phú dưỡng hóa 1 cái hồ có

nguồn gốc băng hà chẳng hạn, hay sự

chiếm cứ 1 cồn cát di động hoặc trên dung

nham mới, là những thí dụ cho loại diễn thế này