Sinh thái học quần thể,quần xã và hệ sinh thái

Những đặc trưng cơ bản của quần thể– Số cá thể trên đơn vị diện tích – Nguyên nhân chính: mức độ dồi dào của nguồn tài nguyên trong môi trường sống... sinh tửra khỏi di chuyển vào trong

Sinh học đại cương

PHẦN SINH THÁI HỌC

Chương 27.

Sinh thái học quần thể, quần xã và hệ sinh thái

Mục tiêu chương

Sau khi kết thúc chương này, người học sẽ :

chuỗi và lưới thức ăn;

4 phân biệt được các kiểu diễn thế sinh thái

nguyên sinh và thứ sinh

 Chu trình carbon và chu trình nitrogen

 Diễn thế nguyên sinh

 Diễn thế thứ sinh

Những đặc trưng cơ bản của quần thể

– Số cá thể trên đơn vị diện tích

– Nguyên nhân chính: mức độ dồi

dào của nguồn tài nguyên trong môi trường sống

Mật độ quần thể

 Số cá thể trên một đơn

vị diện tích hay thể tích của quần thể

 Thường không thể đếm hết số cá thể trên mỗi đơn

 Có thể dùng cả những tiêu chí gián tiếp như số trứng hoặc hang/tổ,

sinh tử

ra khỏi

di chuyển vào trong

Những đặc trưng cơ bản của quần thể

● Tốc độ tăng trưởng của quần thể

– Mức độ tăng trưởng nhanh hay chậm của một

quần thể nhất định– Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ tăng trưởng của

Những đặc trưng cơ bản của quần thể

 Những nhân tố không phụ thuộc mật độ

 Là các yếu tố giới hạn kích thước quần thể, bất kể mật độ của quần thể là như thế nào

 Thường là các nhân tố vô sinh

 Bao gồm các hiện tượng tự nhiên, thường liên quan đến thời tiết, khí hậu

 Khô hạn, úng lụt, quá nóng hoặc quá lạnh, lốc xoáy, giông bão, hoả hoạn, v.v.

 Những nhân tố phụ thuộc mật độ

 Mọi yếu tố trong môi trường có phụ thuộc vào số

lượng cá thể trên mỗi đơn vị diện tích của quần thể

Sự tăng trưởng của quần thể

 Ví dụ về tăng trưởng cấp luỹ thừa

 Một chủ đầu tư mời bạn làm một trong hai việc, mỗi việc đều làm một giờ mỗi ngày và kéo dài trong 14 ngày

 Việc đầu tiên được trả 100.000 đồng/giờ

 Việc thứ hai chỉ được trả 10.000 đồng/ngày, nhưng tỉ lệ trả tăng gấp đôi mỗi ngày

 Bạn sẽ chọn việc nào?

khởi phát

Nếu bạn tiếp tục công việc trong hai tuần nữa, chủ đầu tư sẽ trả lương cho bạn như thế nào?

Nếu hiện tượng tăng trưởng như thế này diễn

ra trong quần thể sinh vật

thì sẽ ra sao?

Sự tăng trưởng của quần thể

Việc 1 Việc 2

 Mô hình tăng trưởng của quần thể

 Tăng trưởng cấp luỹ thừa

 Còn gọi là tăng trưởng hình chữ J

 Giai đoạn đầu diễn ra chậm, gọi là pha lag

 Giai đoạn thứ hai diễn ra với tốc độ nhanh, gọi là pha tăng trưởng cấp luỹ thừa

 Là kiểu tăng trưởng phổ biến ở vi khuẩn

Sự tăng trưởng của quần thể

 Mô hình tăng trưởng của quần thể

 Yếu tố giới hạn tăng trưởng cấp luỹ thừa

 Mật độ quần thể (số cá thể trên một đơn vị diện tích hay thể tích môi trường) gia tăng mạnh

 Cạnh tranh khi thức ăn và tài nguyên trong môi trường ngày càng khan hiếm

 Chỉ số biểu diễn khả năng chấp nhận kích thước quần thể

tối đa của một môi trường cụ thể, gọi là sức tải (carrying

capacity), kí hiệu là k

Đây sự tăng trưởng của quần thể nào?

Sự tăng trưởng quần thể người từ năm 1 Công nguyên

Điều gì sẽ xảy ra với quần thể người?

 Chúng ta có khả năng đạt tới ngưỡng sức tải.

 Và sự tăng trưởng của quần thể loài người trở nên giống với các loài khác

Sức tải (k)

Đường cong tăng trưởng

hình chữ S

Sự tăng trưởng của quần thể

 Mô hình tăng trưởng của quần thể

 Tăng trưởng logistic

 Thường gọi là đường cong tăng trưởng hình chữ S

 Diễn ra khi quần thể tăng trưởng chậm hay ngừng tăng trưởng sau pha tăng trưởng cấp luỹ thừa

 Sự tăng trưởng ngừng lại khi đạt tới ngưỡng sức tải

 Quần thể ngừng gia tăng kích thước khi:

 Tỉ lệ sinh thấp hơn tỉ lệ tử

 Di cư nhiều hơn nhập cư

 Cấu trúc tuổi của quần thể

 Phân chia quần thể thành các nhóm tuổi

 Cơ sở sinh sản của quần thể bao gồm các thành

viên ở độ tuổi sinh sản và tiền sinh sản

 Mỗi nhóm sinh ra trong cùng khoảng thời gian tạo

thành một thế hệ

 Cấu trúc tuổi liên quan đến tốc độ tăng trưởng

 Hình kim tự tháp: tăng trưởng nhanh, nhiều người

trẻ (Ấn Độ, Trung Quốc, Việt Nam)

 Hình kim cương: tăng trưởng chậm (Hoa Kì)

 Hình chữ nhật: không tăng trưởng (Thuỵ Điển)

Những đặc trưng cơ bản của quần thể

Quần xã

 Khái niệm

 Quần xã là một nhóm các quần thể cùng cư ngụ

tại một khu vực trong cùng thời điểm, có tương tác lẫn nhau, cùng chia sẻ nguồn tài nguyên vô sinh

và hữu sinh của môi trường

 Yếu tố giới hạn

 Mọi yếu tố vô sinh

hay hữu sinh làm

giới hạn số lượng,

sự sinh sản hay

phân bố của các

cá thể

Đặc trưng của quần xã

 Được xác định thông qua các nhân tố vô sinh

và hữu sinh trong khu vực sinh sống

Phát tán

Tập tính

Nhân tố hữu sinh (khác loài) Nhân tố

vô sinh

Nguyên nhân làm

loài vắng mặt Không xâm nhập

được hoặc không

đủ thời gian

Chọn lọc nơi sống

Săn mồi,

kí sinh, cạnh tranh, dịch bệnh

Nhân tố hoá học

Nhân tố vật lí

Nước Oxygen

Độ mặn pH Đất Dinh dưỡng v.v.

Nhiệt độ Ánh sáng Thổ nhưỡng Lửa

Mùn v.v.

Có

Có

Có Không

Không

Không

Chuỗi thức ăn

 Là con đường chuyển tiếp năng lượng trong quần xã sinh vật.

 Mỗi loài trong chuỗi thu năng lượng bằng cách

ăn loài ở vị trí trước mình

 Thực vật bắt đầu chuỗi bằng cách tạo năng

lượng từ ánh sáng Mặt trời.

 Có tối đa 6 % năng lượng được chuyển tiếp

qua một chuỗi thức ăn

Chuỗi thức ăn đơn giản

là thức ăn cho

làm mồi cho

Chuỗi thức ăn bốn bậc

Chim sâu

Chim ưng

Lưới thức ăn

 Khái niệm: là một nhóm chuỗi thức ăn có những điểm kết nối chung

 Bậc dinh dưỡng cho biết mỗi loài động vật đứng ở

đâu trong một chuỗi thức ăn nhất định

 Bậc dinh dưỡng đầu tiên luôn là một sinh vật sản

xuất Bậc thứ hai là sinh vật tiêu thụ cấp 1 (ăn cỏ)

Bậc thứ ba là sinh vật tiêu thụ cấp 2 (ăn thịt) Bậc thứ

tư là sinh vật tiêu thụ cấp 3 (cuối cùng)

 Các loài khác nhau có thể được xếp ở các bậc dinh dưỡng khác nhau tuỳ thuộc vào loài thức ăn của

chúng

B c dinh ậ

dưỡng trong

lưới th c nứ ă

• Hệ sinh thái là tập hợp các cá thể có tiềm năng

tương tác với nhau trong một quần xã và các nhân tố vô sinh mà chúng tương tác trong môi trường sống

• Sinh vật sản xuất: tạo ra chất hữu cơ phức tạp từ

các chât vô cơ đơn giản (hoá tổng hợp hoặc quang tổng hợp)

• Sinh vật tiêu thụ: sử dụng các chất hữu cơ phức

tạp do sinh vật sản xuất tổng hợp được, phân giải thành các chất vô cơ

đơn giản

Écosystème forestier http://www.sbf.ulaval.ca/bellefleur/Simulation.htm

Hệ sinh thái

Chu trình carbon

 Mọi cá thể sinh vật đều cần carbon cho các hoạt động sống.

 Thực vật dùng carbon để tổng hợp chất hữu cơ và động vật dùng carbon bằng cách ăn thực vật.

 Nguồn cung cấp carbon không cạn bởi chúng luôn được vận chuyển xoay vòng theo chu trình

 Thực vật, động vật và các sinh vật phân giải đốt thức ăn lấy năng lượng đồng thời tạo ra khí dioxid carbon

 Dầu mỏ được hình thành từ xác động thực vật chết, tích tụ

qua hàng triệu năm

 Các chất này tạo CO2 khi được đốt cháy

 Tuy nhiên, hiện nay trong khí quyển đã tích tụ nhiều khí dioxid carbon hơn là mức có thể được tái sử dụng theo chu trình tự nhiên, do các hoạt động của con người gây ra Ví dụ: phá

rừng, trồng trọt tăng cường, khai thác và sử dụng dầu mỏ

CHU TRÌNH CARBON

 Vi khuẩn, hoạt động của núi lửa và ánh sáng có thể chuyển đổi khí N2 thành nitrat.

 Hầu hết nitrogen trong đất được chuyển hoá nhờ vi khuẩn cố định đạm

CHU TRÌNH NITROGEN

Hệ sinh thái

 Diễn thế sinh thái

 Sự thay đổi diễn ra trong hệ sinh thái khi một quần

xã sinh vật thay thế một quần xã khác sau những thay đổi của các nhân tố vô sinh hay hữu sinh

Hệ sinh thái

 Diễn thế sinh thái

 Bao gồm hai kiểu:

 Diễn thế nguyên sinh

 Diễn thế thứ sinh

Hệ sinh thái

 Diễn thế nguyên sinh

 Sự hình thành của một quần xã trên một khu vực ban đầu chỉ có đá, không có lớp đất mặt được gọi

là diễn thế nguyên sinh

 Diễn ra rất chậm ở thời kì đầu

Hệ sinh thái

 Diễn thế nguyên sinh

 Các cá thể xuất hiện đầu tiên thường là địa y hay nấm, gọi là các loài tiên phong

 Chúng tiết ra acid, phá vỡ cấu trúc đá để lấy chất dinh dưỡng

 Khi chết, chúng để lại các chất hữu cơ, cùng với các mẩu trầm tích từ lớp đá sẽ hình thành nên lớp đất mặt.

 Diễn thế nguyên sinh

 Các loài thực vật có hạt và những loài khác bắt

đầu xuất hiện

 Khi chúng chết đi, xác bã tích tụ tạo thành các lớp đất mới

Hệ sinh thái

 Diễn thế nguyên sinh

 Hạt cây do động vật, gió và nước phát tán đến bắt đầu mọc lên trên đất

 Khi lớp đất mặt đủ dày thì cây bụi và cây lớn bắt đầu phát triển

Hệ sinh thái

 Diễn thế nguyên sinh

 Một quần xã ổn định, trưởng thành từ quá trình phát triển trên nền đá gọi là quần xã cực đỉnh

Hệ sinh thái

 Diễn thế thứ sinh

 Diễn ra do biến động trong môi trường (hoả hoạn, lũ lụt, giông bão) làm gián đoạn quần xã

 Sau sự cố gây biến

 Diễn thế thứ sinh

 Các loài tiên phong

trong diễn thế thứ sinh

thường là các loài thực

vật mọc lên đầu tiên

trên khu vực bị biến

động

 Diễn ra nhanh hơn

nhiều so với diễn thế

nguyên sinh

Hệ sinh thái

 Diễn thế sinh thái: những điểm lưu ý

 Không đoán biết trước được

 Tốc độ tăng trưởng và mức độ can thiệp của con người rất khác nhau,