Hệ sinh thái

Chương Hệ sinh thái (Ecosystem) TS Nguyễn Thị Mai ngtpmai@gmail.com HỆ SINH THÁI ? TS Nguyễn Thị Mai ĐỊNH NGHĨA Hệ sinh thái tổ hợp quần xã sinh vật với môi trường vật lý hố học mà quần xã tồn tại, sinh vật tương tác với với mơi trường để tạo nên chu trình vật chất chuyển hoá lượng  Thuật ngữ Hệ sinh thái (Ecosystem) Tansley đề xuất vào năm 1953  Sinh vật quần lạc Mobius (1877, Đức)  Thể vi vũ trụ Forber (1887, Mỹ)  Hệ sinh học Thienemann (1939, Đức)  Sinh địa quần lạc Sukachev (1944, Nga) TS Nguyễn Thị Mai ĐỘ LỚN + HST cực bé (microecosystem) + HST vừa (middleecosystem) + HST lớn (macroecosystem)  HST khổng lồ: Sinh (ecosphere) TS Nguyễn Thị Mai Sơ đồ đơn giản hệ sinh thái TS Nguyễn Thị Mai Cấu trúc Hệ sinh thái Một HST hoàn chỉnh cấu trúc thành phần chính: - Các chất vơ - Các chất hữu - Các yếu tố khí hậu - Sinh vật sản xuất - Sinh vật tiêu thụ - Sinh vật phân hủy TS Nguyễn Thị Mai Sơ đồ cấu trúc Hệ sinh thái hồ (Duvigneaud & Tanghe,1967) TS Nguyễn Thị Mai Cấu trúc theo chức gồm chức năng:  Các q trình chuyển hóa lượng  Các xích thức ăn  Các q trình sinh địa hóa  Sự phân hóa theo khơng gian thời gian  Các q trình phát triển tiến hóa  Các trình điều khiển HST coi ổn định HST mà chức đầu trạng thái cân tương đối ổn định Trạng thái ổn định trình điều chỉnh trình xác lập cân mối quan hệ HST, dịng tuần hồn vật chất - lượng, xích thức ăn cấu trúc đa dạng TS Nguyễn Thị Mai Tính chất hệ sinh thái Jorgensen Muller (2000) HST có tính chất đặc trưng sau:  hệ thống phức tạp  gồm thành phần chức  hệ thống hở tổng thể tự cấu trúc  trình tự điều chỉnh  hệ thống thông tin điều khiển  hệ thống có tổ chức thứ bậc  hệ thống lượng  mạng lưới động học  hệ thống hỗn loạn  trạng thái diễn sinh thái  HST có tính trễ, tính ổn định, tính liên tục tính gián đoạn TS Nguyễn Thị Mai 10 Phân loại kiểu hệ sinh thái (Ecosystem types) Việt Nam Mỗi hệ sinh thái có ranh giới rõ ràng hệ sinh thái quan sát thấy biến đổi dần dần, từ hệ sang hệ khác, tạo nên vùng chuyển tiếp chúng Phân loại HST tổng hợp xếp HST vào kiểu để thuận lợi cho việc so sánh HST kiểu với Khi nghiên cứu đa dạng sinh học việc phân loại kiểu HST điều cần thiết TS Nguyễn Thị Mai 46  Dựa vào mối quan hệ tổng hợp (P) phân hủy (R)  Diễn tự dưỡng: trạng thái có tổng hợp chất lớn phân hủy chất (P/R > 1), hệ sinh thái tích lũy chất hữu sinh khối (B), B/P (B/R, B/E , E = P+R) tăng  Diễn dị dưỡng: trạng thái có tổng hợp chất nhỏ phân hủy chất (P/R < 1)  Sinh quyển, xảy trước có quang hợp  Trong thiên nhiên hồ phú dưỡng (eutrophication) hay hồ nước thải dư thừa chất vô cơ, hữu cơ, nơi cư trú VSV hoại sinh, microzooplankton, cyanobacteria TS Nguyễn Thị Mai Khoảng thời gian diễn sơ cấp vùng ôn đới 47 Tuổi (năm) QX SV 0 12 3-5 6-7 9-10 1130 3150 >51 Cá Cỏ nhiều năm Cỏ giảm, bụi, thân thảo tăng Cây bụi, thân gỗ Thông sồi Sồi, dẻ Hỗn hợp rừng sồi dẻ TS Nguyễn Thị Mai Chiến lược phát triển quần xã sinh vật giai đoạn tiên phong (chiến lược J) giai đoạn đỉnh cực (chiến lược S) Thuộc tính hệ sinh thái Giai đoạn tiên phong Giai đoạn Cao đỉnh Chiến lược lượng quần xã Sản lượng thô / hô hấp quần xã (P/R) >1 =1 Sản lượng thô sinh vật lượng (P/B) Cao Thấp Sinh vật lượng / đơn vị dòng NL (B/E) Thấp Cao Sản lượng nguyên quần xã Cao Thấp Các xích thức ăn Thẳng, Kiểu mạng, chủ yếu ăn phế 48 liệu TS Nguyễn Thị Mai Chiến lược phát triển quần xã sinh vật giai đoạn tiên phong (chiến lược J) giai đoạn đỉnh cực (chiến lược S) Thuộc tính hệ sinh thái Cấu trúc quần xã Giai đoạn tiên phong Giai đoạn Cao đỉnh Tổng vật chất hữu Nhỏ Lớn Chất dinh dưỡng vô Ngoại sinh Nội sinh Đa dạng giàu lồi Thấp Cao Tính binh qn đa dạng Thấp Cao Đa dạng sinh học Thấp Cao Đa dạng cấu trúc (phân tầng, phân lớp) Tổ chức Tổ chức tốt TS Nguyễn Thị Mai 49 Chiến lược phát triển quần xã sinh vật giai đoạn tiên phong (chiến lược J) giai đoạn đỉnh cực (chiến lược S) Thuộc tính hệ sinh thái Giai đoạn tiên phong Giai đoạn Cao đỉnh Lịch sử đời sống Đặc trưng hóa ổ sinh thái Rộng Hẹp Kích thước thể Nhỏ Lớn Chu kỳ sống Ngắn, đơn giản Dài, phức tạp Nhịp điệu trao đổi chất dinh dưỡng Nhanh Chậm Vai trò mùn bã tái tạo TS Nguyễn Thị Mai Không quan trọng Quan trọng Chu trinh chất dinh dưỡng 50 Chiến lược phát triển quần xã sinh vật giai đoạn tiên phong (chiến lược J) giai đoạn đỉnh cực (chiến lược S) Thuộc tính hệ sinh thái Giai đoạn tiên phong Giai đoạn Cao đỉnh Áp lực chọn lọc Dạng tăng trưởng Chọn lọc r Sản phẩm trinh sản xuất Số lượng Chọn lọc K Chất lượng Cân chung Cộng sinh Kém phát triển Phát triển Bảo tồn chất dinh dưỡng Nghèo Tốt Tính ổn định Kém Tốt Thơng tin Thấp Cao TS Nguyễn Thị Mai 51 52 Dòng lượng HST phân bố suất sơ cấp Dòng lượng HST - Năng lượng xạ mặt trời, với cường độ: • khí cal/cm2/1phút • xuống trái đất cịn 1,34 cal/cm2/1phút - Năng lượng từ xạ mặt trời gồm: 10% tia tử ngoại; 45% ánh sáng nhìn thấy; 45% tia hồng ngoại - Khi vào HST: + Phản xạ trở lại: 30,0% ; + Biến đổi trực tiếp thành nhiệt: 46,0% + Làm bốc nuớc mưa: 23,0% +Tạo gió, sóng, dịng: 0,2% + Quang hợp thực vật: 0,8% TS Nguyễn Thị Mai 53  Khởi đầu dòng lượng sinh biến đổi lượng mặt trời thành hóa trinh quang hợp  Từ dạng hóa thành dạng nhiệt trao đổi chất tế bào sinh vật tiêu thụ  Năng lượng biến đổi qua xích thức ăn, khỏi hệ dạng nhiệt nên lượng dùng lần (tuân theo định luật nhiệt động học) Qua bậc dinh dưỡng, lượng bị 80-95%, trung binh 90% TS Nguyễn Thị Mai Dòng lượng qua HST theo kcal/m2/ngày 54 TS Nguyễn Thị Mai Hiệu suất sử dụng lượng qua bậc dinh dưỡng 55 TS Nguyễn Thị Mai Hiệu suất chuyển hoá lượng (PE) 56 PE= 1-3% PE= 10% TS Nguyễn Thị Mai PE= 40% 57 Tầm quan trọng hệ sức chứa người TS Nguyễn Thị Mai 58 TS Nguyễn Thị Mai Sự phân bố suất sơ cấp 59  Năng suất sinh học (năng suất sơ cấp thứ cấp) phân bố sinh không đều, phụ thuộc vào quần xã sinh vật môi trường sống quần xã  Các HST vùng vĩ độ thấp sinh khối tập trung chủ yếu tầng mặt (mặt đất trở lên), lượng mặt đất thi nghèo  Vùng ôn đới thi ngược lại, suất sinh học tập trung phần mặt đất  Vùng nhiệt đới rừng bị phá hủy phần màu mỡ mặt đất nhanh chóng bị rửa trơi, cịn vùng ơn đới, đất đai màu mỡ có độ dày đến 1,2m TS Nguyễn Thị Mai Quan hệ xạ mặt trời chiếu xuống HST 60 Năng suất sinh học sơ cấp (Odum, 1983) Tổng lượng xạ mặt trời Hấp thụ sinh vật sản xuất Năng suất sơ cấp thô Năng suất sơ cấp nguyên Tối đa 100% 50% 5% 4% Trung bình điều kiện thuận lợi Trung bình tồn sinh 100% 50% 1% 0,5% 100% < 50% 0,2% 0,1% Các giai đoạn hình thành Năng lượng TS Nguyễn Thị Mai