Đây là một phần của bài giảng Sinh thái _ Môi trường, nội dung phần này là ảnh hưởng của yto mt lên cơ thể sinh vật. Up thử lần đầu, bạn nào cần liên hệ qua email nhé!
Trang 1II SỰ TƯƠNG TÁC GIỮA CÁC YẾU TỐ MÔI TRƯỜNG LÊN CÁC CÁ THỂ TRONG HỆ SINH THÁI
1 Tác động của ánh sáng
1.1 Vai trò của ánh sáng đối với đời sống sinh vật
Tất cả sinh vật trên Trái Đất tồn tại được đều nhờ vào nguồn năng lượng ánh sáng Mặt Trời, kể cả động vật, thực vật, vi sinh vật Thực vật thu nhận ánh sáng Mặt Trời trực tiếp qua quá trình quang hợp, còn động vật thì phụ thuộc vào năng lượng hóa học được tổng hợp từ cây xanh Một số vi sinh vật dị dưỡng như vi khuẩn, nấm trong quá trình sống cũng sử dụng một phần năng lượng ánh sáng
1.2 Sự phân bố và thành phần quang phổ ánh sáng Mặt Trời
1.2.1 Sự phân bố của ánh sáng Mặt Trời
Mặt Trời cung cấp năng lượng chủ yếu cho sự sống trên Trái Đất Bức xạ Mặt Trời khi xuyên qua lớp khí quyển bị các khí CO2, O2, O3, CH4, hơi nước… hấp thụ một phần (khoảng 19% toàn bộ bức xạ); 34% bức xạ phản xạ ngược trở lại vũ trụ, chỉ có khoảng 49% bức xạ đến được bề mặt Trái Đất
Phần ánh sáng chiếu thẳng từ Mặt Trời xuống Trái Đất gọi là ánh sáng trực xạ,
còn phần bị khuếch tán do tiếp xúc với hơi nước, các hạt bụi trong khí quyển… gọi là
ánh sáng tán xạ Ánh sáng trực xạ chiếm khoảng 63% toàn bộ bức xạ, còn lại 37% là ánh
sáng tán xạ
Ánh sáng Mặt Trời phân bố không đồng đều trên mặt đất Càng lên cao lớp không khí mỏng nên ánh sáng càng mạnh Vùng xích đạo có tia sáng chiếu thẳng góc nên ánh sáng mạnh và nhiều ánh sáng trực xạ hơn vùng ôn đới và hàn đới Càng xa vùng xích đạo, ánh sáng càng yếu, ngày kéo dài Sự phân bố ánh sáng còn thay đổi theo thời gian trong năm, mùa hè ánh sáng mạnh và ngày kéo dài hơn, còn mùa đông thì ngược lại
1.2.2 Thành phần quang phổ ánh sáng Mặt Trời
Năng lượng Mặt Trời chiếu xuống Trái Đất ở dưới dạng sóng điện từ, độ dài bước sóng nằm trong khoảng 290-340.000 nm (nanômét; 1nm = 10-9m) Những tia sáng có
bước sóng từ 380 đến 780 nm mắt thường chúng ta có thể nhìn thấy nên gọi là tia nhìn thấy (tia khả kiến, tia sáng) Trong vùng ánh sáng nhìn thấy gồm có nhiều loại tia với
màu sắc khác nhau tùy theo độ dài của bước sóng Các tia này sắp xếp cạnh nhau tạo thành dải quang phổ ánh sáng gồm các màu có độ dài bước sóng giảm dần như sau: Đỏ,
da cam, vàng, lục, lam, chàm, tím
Tia hồng ngoại có bước sóng lớn hơn 780 nm, mắt thường không nhìn thấy được.
Vai trò của tia hồng ngoại chủ yếu sinh ra nhiệt
Tia tử ngoại (tia bức xạ cực tím) là tia sóng ngắn, có bước sóng từ 10 – 380 nm.
Tia tử ngoại được chia thành 3 dải:
+ Dải sóng ngắn hay các tia cực tím sóng ngắn (viết tắt là UV-C) là những tia có
độ dài bước sóng từ 10 – 290nm Tia UV-C là tia bức xạ gây chết nhưng hầu hết các tia UV-C được tầng ozone trên tầng bình lưu (cách mặt đất khoảng 25-30 km) hấp thụ
+ Dải sóng trung bình hay tia cực tím dải B (viết tắt là UV-B) là những tia có bước sóng trong khoảng 290-320 nm Với một lượng ít tia UV-B sẽ có lợi cho sức khỏe như:
Trang 2Tăng cường khả năng tổng hợp vitamin D cho cơ thể, đồng thời giúp cơ thể tăng sức đề kháng chống lại một số bệnh tật Nhưng nếu vượt quá mức độ cần thiết thì tia UV-B sẽ gây đột biến gen, gây các bệnh về da, lão hóa da, ung thư da; gây đục thủy tinh thể và một số bệnh về mắt
+ Dải sóng dài (tia UV-A), có bước sóng từ 320-380nm Bức xạ này có khả năng thâm nhập sâu vào da Với một lượng vừa phải thì các tia UV-A tăng cường việc kiến tạo
các sắc tố (melanin) bảo vệ da khỏi bị ảnh hưởng xấu của bức xạ UV-B Nếu vượt quá
mức cần thiết thì bức xạ này gây nên hiện tượng đông kết sắc tố
1.3 Tác động của ánh sáng đến thực vật
1.3.1 Ảnh hưởng của ánh sáng đến hoạt động sinh lý của thực vật
Ánh sáng có vai trò to lớn đối với sự tồn tại và phát triển của thực vật Ánh sáng là nguồn cung cấp năng lượng cho quá trình quang hợp, đồng thời cũng là nhân tố sinh thái đóng vai trò điều khiển chu kỳ sống của thực vật Cả cường độ và chu kỳ chiếu sáng đều
có ý nghĩa tác động lên đời sống của thực vật
Mỗi loại cây có cường độ quang hợp cực đại ở các cường độ ánh sáng khác nhau Theo đó người ta chia thực vật ra làm ba nhóm: cây ưa sáng, cây ưa bóng và cây chịu bóng
Cây ưa sáng bao gồm những thực vật có cường độ quang hợp cực đại khi cường
độ chiếu sáng lớn (vài trăm lux) Cây ưa sáng thường sống ở nơi tráng nắng để tiếp nhận
ánh sáng trực tiếp, điển hình là những cây bụi ở savan, cây gỗ ở các rừng thưa, các cây ở tầng trên trong các khu rừng nhiều tầng, các cây họ lúa, ngô, mía…
Cây ưa bóng là những cây có cường độ quang hợp cực đại khi có ánh sáng yếu
hoặc trung bình Những cây này thường sống dưới tán cây khác hay ở những nơi có ánh sáng tán xạ, cường độ ánh sáng yếu Chẳng hạn những cây sống dưới tán rừng ở tầng thứ nhất hoặc tầng thứ hai trong các khu rừng nhiều tầng hoặc trong các hang động
Cây chịu bóng là những cây sống được cả những nơi thiếu ánh sáng và cả những
nơi được chiếu sáng tốt Tuy nhiên những cây này vẫn thích hợp hơn với điều kiện nhiều ánh sáng, điều này được thể hiện ở chỗ: cường độ quang hợp của những cây này tăng lên khi cường độ ánh sáng tăng Cây chịu bóng được xem là nhóm trung gian giữa hai nhóm trên, nó gồm những cây sống trong điều kiện chiếu sáng vừa phải như cây ràng ràng
(Ormosia pinnata), cây dầu rái (Dipterocapus alatus)…
1.3.2 Ảnh hưởng của ánh sáng đến hình thái và giải phẫu của thực vật
Trong các cơ quan bộ phận của thực vật thì lá cây chịu nhiều ảnh hưởng của sự thay đổi của ánh sáng, điều này thể hiện ở cách sắp xếp lá trên cành, hình thái và giải phẫu của lá Lá cây dưới tán thường nằm ngang để có thể nhận được nhiều ánh sáng tán
xạ, các lá cây ở tầng trên xếp nghiêng để tránh các tia sáng chiếu thẳng góc vào bề mặt lá Những cây có lá tầng trên nằm ngang thường có sự sắp xếp xen kẻ nhau nhờ đó mà các lá phía dưới có thể nhận được ánh sáng
Lá cây nơi có nhiều ánh sáng như ở phần ngọn cây, thường có phiến nhỏ, dày, cứng, có màu xanh nhạt, tầng cutin dày, lá nhiều gân Lá ở trong tán bị che bóng có phiến lớn, ít gân, có màu xanh thẩm…
1.3.3 Ảnh hưởng của ánh sáng đến sự sinh sản của thực vật
Trang 3Ánh sáng biến đổi theo chu kỳ ngày đêm và theo mùa do Trái Đất quay quanh trục của mình và quay xung quanh Mặt Trời theo quỹ đạo bầu dục và theo một góc nghiêng
23030’ so với mặt phẳng quỹ đạo Chính sự thay đổi chu kỳ chiếu sáng trong một ngày và trong năm đã tác động ảnh hưởng đáng kể lên quá trình sinh trưởng và phát triển của thực vật, đặc biệt là quá trình ra hoa Tùy theo nhu cầu khác nhau về chu kỳ chiếu sáng trong giai đoạn ra hoa kết trái, người ta chia thực vật ra làm hai loại: cây ngày dài và cây ngày
ngắn Cây ngày dài là cây khi ra hoa kết trái cần pha sáng nhiều hơn pha tối, ngược lại, cây ngày ngắn cần thời gian chiếu sáng trong ngày ít hơn khi cây bước vào giai đoạn ra
hoa kết trái
1.4 Tác động của ánh sáng đến động vật
1.4.1 Các nhóm động vật thích nghi với các điều kiện chiếu sáng khác nhau:
Khác với thực vật, ánh sáng không phải là yếu tố quá khắt khe đối với động vật Hầu hết các loài động vật đều có khả năng phát triển trong tối và ngoài sáng, cho dù các tia bức xạ khác nhau của ánh sáng không phải không ảnh hưởng đến các quá trình trao đổi chất của động vật Tuy vậy, động vật cũng có những phản ứng rất khác nhau với điều kiện chiếu sáng Dựa vào sự phản ứng của động vật với ánh sáng người ta chia động vật
ra làm ba nhóm:
+ Nhóm động vật ưa sáng là những loài chịu được giới hạn rộng về độ dài bước
sóng, cường độ và thời gian chiếu sáng Nhóm này bao gồm các động vật hoạt động ban ngày
+ Nhóm động vật ưa tối là những loài chỉ chịu được giới hạn ánh sáng hẹp, bao
gồm những động vật hoạt động vào ban đêm, sống trong hang, trong đất hay ở đáy biển Những động vật này thường có thị giác rất phát triển có thể nhìn thấy trong điều kiện thiếu ánh sáng, hoặc thị giác bị tiêu giảm nhưng phát triển các cơ quan cảm giác khác
+ Nhóm động vật ưa hoạt động vào thời gian chuyển tiếp giữa ngày và đêm (lúc
hoàng hôn hoặc lúc bình minh) Một số loài tôm, cá, chim thích kiếm ăn lúc hoàng hôn hoặc rạng đông
1.4.2 Ánh sáng và sự định hướng của động vật
Ánh sáng là điều kiện cần thiết để động vật nhận biết sự vật và định hướng trong không gian Những loài ưa hoạt động ban ngày thường có cơ quan tiếp nhận ánh sáng Ở động vật bậc thấp, cơ quan này là những tế bào cảm quang phân bố khắp cơ thể Những
tế bào này có chức năng nhận biết sự thay đổi điều kiện chiếu sáng của môi trường tác động lên cơ thể nhưng không có khả năng nhận biết hình ảnh của sự vật Ở động vật bậc cao, những tế bào có chức năng nhận cảm ánh sáng được tập trung lại tạo thành cơ quan thị giác
Khả năng cảm nhận những tia sáng của quang phổ Mặt Trời là khác nhau ở các
động vật khác nhau Ví dụ, động vật thân mềm ở vùng nước sâu và rắn mai gầm có thể
cảm nhận tia hồng ngoại còn các loài ong lại có khả năng cảm nhận các tia bức xạ sóng ngắn trong đó có cả tia tử ngoại nhưng lại không nhận biết được tia đỏ (tia có bước sóng dài)
Nhờ khả năng nhận biết các vật chiếu sáng mà động vật có thể định hướng đi xa
và tìm về nơi ở cũ Chẳng hạn, chim di cư trú đông có thể bay xa hàng ngàn kilomet mà
Trang 4vẫn đến được nơi cần đến là nhờ khả năng định hướng theo ánh sáng Mặt Trời và các tia sáng từ các vì sao
1.4.3 Ánh sáng ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của động vật:
Ánh sáng như một người nhạc trưởng điều khiển nhịp điệu sinh trưởng của động
vật, biểu hiện ở các khía cạnh sau:
+ Nhịp điệu sinh học ngày đêm: Nhịp điệu này theo đồng hồ thời gian ngày đêm
và thể hiện dưới dạng đồng hồ sinh học (biotime) Ví dụ, loài cú kiếm ăn vào ban đêm
hoặc đến một giờ nhất định loài dơi mới bay đi kiếm ăn Người ta làm thí nghiệm trong một ngày 24 giờ tạo ra hai chu kỳ sáng-tối thì con gà đẻ 2 quả trứng thay vì 1 quả trong một ngày đêm
Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng ban đêm sự tăng trưởng của cơ thể trẻ em nhanh hơn ban ngày
+ Nhịp điệu sinh học tuần trăng:
Ánh sáng mặt trăng biến đổi theo các pha: trăng non, trăng tròn, trăng khuyết và không trăng cũng ảnh hưởng đến sự kiếm ăn, sinh sản của nhiều loài động vật sống ở biển Nhiều loài cá, giun, cua… thường đi kiếm ăn vào những đêm tối trời Con rươi ở ven biển Đồng bằng Bắc Bộ sinh sản tập trung vào những pha trăng khuyết và trăng non của tháng 9, tháng 10 âm lịch lúc này rươi sẽ nổi lên mặt biển tạo thành từng đám dày đặc Vì vậy khi nói về mùa rươi, dân ở đây thường có câu: “tháng chín đôi mươi, tháng mười mồng năm” Ngược với loài rươi, loài thỏ rừng lớn trên bán đảo Malaysia lại gia tăng các hoạt động sinh dục vào các đêm trăng tròn
Ngay cả con người, chu kỳ trăng cũng thể hiện ở một số người nhạy cảm về tâm sinh lý Có một số người dễ giận hờn khi có “con nước” (rằm hay mồng một)
+ Nhịp điệu sinh học theo mùa:
Sự thay đổi độ chiếu sáng theo mùa có ảnh hưởng rõ rệt đến sự phát dục và sinh
sản của nhiều loài động vật Ví dụ, một số loài chim thay lông vào một mùa nhất định
trong năm (vào khoảng tháng 7-8); thay đổi độ dài thời gian chiếu sáng có thể làm thay đổi thời gian đẻ trứng của một số loài cá
Một số trường hợp điều kiện chiếu sáng cũng ảnh hưởng đến khả năng sinh dục
của động vật Ví dụ, hiện tượng đình dục (diapause) ở côn trùng vào một thời điểm nhất
định trong năm khi mà cường độ và thời gian chiếu sáng làm giảm các hoạt động trao đổi chất và ngừng sinh trưởng Tuy nhiên, hiện tượng đình dục còn liên quan đến nhiệt độ – khi nhiệt độ cao thì hiện tượng này bị xóa bỏ
2 Tác động của nhiệt độ