bài tiểu luận cuối kỳ học phần cơ sở sinh thái học

Phần trả lời cụ thể của các câu hỏi của đề thi được trình bày chi tiết bên dưới đây.Trình bày thành phần của hệ sinh thái và vai trò của quần xãSinh vật trong hệ sinh thái.. Lấy ví dụ cụ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-BÀI TIỂU LUẬN CUỐI KỲ

Học phần

Cơ sở sinh thái học

SINH VIÊN: ĐỖ HỮU TOÀN

LỚP: K65 QLTN&MT MSV: 20001512 EMAIL: dohuutoan_t65@hus.edu.vn

1

Mục lục

1.Mở đầu 3

2.Chương 1- Câu 1 3

2.1 Khái niệm hệ sinh thái

2.2 Phân loại thành phần hệ sinh thái

2.2.1 Thành phần sinh học 4 2.2.2 Thành phần phi sinh học 6 2.3 Vai trò của quần xã sinh vật 7

2.4 Ví dụ về cơ chế tự điều chỉnh 7

3.Chương 2- Câu 2 8

3.1 Khái niệm và đặc điểm 8

3.2 Dự trữ C trong tự nhiên 9

3.3 Các dạng của chu trình Cacbon 10

3.4 Qúa trình di chuyển của Cacbon 10

3.5 Tầm quan trọng của chu trình Cacbon 13

4.Chương 3- Câu 3 13

4.1 Chỉ số đa dạng sinh học 13

4.2 Chỉ số đa dạng sinh học Shannon 13

4.2.1 Định nghĩa 4.2.2 Các bước tính toán 4.2.3 Công thức tính toán 4.2.4 Ứng dụng của chỉ số Shannon 4.3 Kết quả bài toán 15

4.4 Nhận xét kết quả 16

5.Kết luận

6.Tài liệu tham khảo 18

Danh mục hình

Hình 1: Các thành phần của hệ sinh thái………

Hình 2: Một vài ví dụ về sinh vật sản xuất

Hình 3: Một vài ví dụ về sinh vật tiêu thụ bậc 1

Hình 4: Một vài ví dụ về sinh vật tiêu thụ bậc 2……….

Hình 5: Một vài ví dụ về sinh vật tiêu thụ bậc 3

Hình 6: Một vài ví dụ về sinh vật phân hủy………

Hình 7: Chu trình Carbon………

Hình 8: Qúa trình quang hợp của thực vật……….

Hình 9: Nhiên liệu hóa thạch-than đá và dầu tự nhiên………

Hình 10: Hoạt động sử dụng nhiên liệu hóa thạch của con người………

Danh mục bảng Bảng 1: Bảng phân bố Cacbon trong tự nhiên………

Bảng 2: Bảng đánh giá mức độ đa dạng sinh học theo chỉ số Shannon

Bảng 3: Bảng đánh giá chất lượng môi trường nước theo chỉ số Shannon Bảng 4: Bảng kết quả tính toán tại vị trí lấy mẫu C……….

Bảng 5: Bảng kết quả tính toán tại vị trí lấy mẫu D……….

2

1. Mở đầu

Sinh thái học là một môn học nghiên cứu về các kiến thức liên quan tới các quá trình tương tác giữa các cấp độ tổ chức của sinh vật trong hệ sinh thái với môi trưởng sống xung quanh Đối tượng nghiên cứu của sinh thái học bao gồm tất cả các đơn vị tổ chức từ nguyên tử, phần tử, tế bào cho tới các đối tượng lớn hơn như các cá thể, quần thể, quần xã Việc nghiên cứu về sinh thái học giúp tạo cơ sở cho việc bảo vệ và sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên thiên nhiên Phòng ngừa được các vấn đề về ô nhiễm môi trường và xây dựng được mối liên kết vững chắc, bền vững giữa con người với tự nhiên

Đề thi kết thúc học phần Cơ sở sinh thái học từ những mục tiêu của môn học

đã đưa ra các câu hỏi mang tính đại diện cao cho các yêu cầu kiến thức cần

có đối với sinh viên, đòi hỏi phối hợp các kỹ năng đọc hiểu và thực hành Phần trả lời cụ thể của các câu hỏi của đề thi được trình bày chi tiết bên dưới đây

Trình bày thành phần của hệ sinh thái và vai trò của quần xã Sinh vật trong hệ sinh thái Lấy ví dụ cụ thể về một cơ chế điều chỉnh diễn ra trong quần xã sinh vật thuộc hệ sinh thái

2.1Khái niệm hệ sinh thái

Hệ sinh thái là một hệ thống mở hoàn chỉnh, bao gồm tất cả các sinh vật sống (sinh học-biotic) và không có sự sống (phi sinh học-abiotic) cùng tồn tại cũng như phát triển trong một môi trường chung, giữa chúng có sự tương tác mật thiết lẫn nhau Các thành phần của một hệ sinh thái được trình bày chi tiết bên dưới đây

2.2 Phân loại các thành phần trong hệ sinh thái

1 Thành phần sinh học ( Biotic )

Các thành phần sống của một hệ sinh thái được gọi là các thành phần sinh học, bao gồm các loài động vật, thực vật, thậm chí cả nấm và vi khuẩn,…chúng được chia thành 3 loại bao gồm sinh vật sản xuất, sinh vật tiêu thụ, sinh vật phân hủy 2.2.1.1 Sinh vật sản xuất

Sinh vật sản xuất trong hệ sinh thái chính là các loài thực vật- những loài

có thể tự tạo ra nhu cầu năng lượng thông qua các quá trình tự nhiên như quang hợp

Hình 2: Một vài ví dụ về sinh vật sản xuất

Những loài sinh vật có khả năng tổng hợp chất hữu cơ để nuôi sống bản thân, nhận năng lượng bằng cách tiêu thụ các loài sinh vật khác

4

Sinh vật tiêu thụ bậc 1: Các sinh vật ăn sinh vật sản xuất được gọi

là sinh vật tiêu thụ bậc 1 Chúng là các loài động vật ăn cỏ hay sinh vật ăn thực vật nói chung.Ví dụ: châu chấu,sâu, thỏ, dê,

Hình 3: Một vài ví dụ về sinh vật tiêu thụ bậc 1 Sinh vật tiêu thụ bậc 2: Các loài động vật ăn thịt được gọi là sinh vật thiêu thụ bậc 2, chúng giết hoặc ăn động vật ăn thực vật ( sinh vật tiêu thụ bậc 1)

Hình 4: Một vài ví dụ về sinh vật tiêu thụ bậc 2 Sinh vật tiêu thụ bậc 3: Các loài động vật ăn thịt các loài động vật khác hoặc ăn sinh vật tiêu thụ bậc 2

Hình 5: Một vài ví dụ về sinh vật tiêu thụ bậc 3

Các loài sinh vật có khả năng phân hủy chất hữu cơ thành chất vô được gọi là sinh vật phân hủy, các loài đặc trưng trong nhóm này bao gồm nấm và vi khuẩn

2.2.2 Thành phần phi sinh học (Abiotic)

Các thành phần phi sinh học là các nhân tố vật lý, hóa học của môi trường và không có sự sống, tạo nên các yếu tố vật chất

2.2.2.1 Các chất vô cơ

2.2.2.2 Các chất hữu cơ

2.2.2.3 Các yếu tố khí hậu

Không khí

Không khí là thành phần quan trọng cho quá trình hô hấp của sinh vật bao gồm con người, động vật và thực vật Khí CO2 trong không khí đóng vai trò thiết yếu cho quá trình quang hợp của cây xanh Không khí còn có vai trò điều hòa khí hậu, hỗ trợ cho các hoạt động sống

Nước

Tất cả các sinh vật đều cần nước để tồn tại và phát triển bởi nước

là thành phần vô cùng quan trọng đối với bất kỳ cơ thể sống nào, giúp chuyển hóa chất khoáng và thức ăn thành các chất dinh dưỡng để cơ thể hấp thụ

Độ ẩm:

Độ ẩm không khí ảnh hưởng rất lớn đến các quá trình trên trái đất Tạo môi trường hình thành các vi sinh vật cả có lợi lẫn có hại, tham gia vào vòng tuần hoàn sự sống Độ ẩm còn giúp duy trì lượng hơi ẩm tồn tại trong không khí, cung cấp lượng hơi ẩm cần thiết cho các sinh vật sống

Đất

Đất đóng vai trò quan trọng trong hệ sinh thái của trái đất, là môi trường cung cấp các chất dinh dưỡng cho thực vật Đất cũng là

6

môi trường chứa nhiều các loại vi sinh vật đa dạng hỗ trợ chuyển hóa các chất dinh dưỡng cần thiết, cải thiện cấu trúc của đất Nhiệt độ

Nhiệt độ là yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến quá trình sinh sản cũng như phát triển của sinh vật Tác động tới các phản ứng sinh hóa trong tự nhiên, ảnh hưởng tới hình thái, hoạt động sinh lý, tập tính của sinh vật

Ánh sáng

Ánh sáng cung cấp năng lượng cần thiết cho quá trình tổng hợp các chất hữu cơ của thực vật Khởi đầu cho vòng tuần hoàn của năng lượng trong tự nhiên

2.3 Vai trò của quần xã sinh vật trong hệ sinh thái

Quần xã sinh vật đóng một vai trò quan trọng trong hệ sinh thái tự nhiên vì nó là trụ cột cơ bản cho sự cân bằng của tự nhiên Nó có đủ điều kiện cần thiết để có thể đáp ứng và bảo tồn các nhu cầu cơ bản của sự sống Quần xã sinh vật cho phép phát triển sự đa dạng sinh học, cung cấp các nguồn tài nguyên quan trọng

để tồn tại ví dụ như oxi, cacbon và một số các nguyên liệu thô như thực phẩm Tất cả được quy tụ và tập hợp lại được gọi là “ dịch vụ hệ sinh thái”

Nếu quần xã sinh vật không tồn tại, các loài sinh vật bao gồm cả thực vật và động vật rất khó thích nghi trước sự biến đổi khó đoán của khí hậu

2.4 Ví dụ về cơ chế tự điều chỉnh

Trong một hệ sinh thái rừng có sự tồn tại của loài gấu trúc và loài thực vật trúc Ban đầu số lượng cá thể ở cả hai loài đều duy trì ở mức ổn định Tuy nhiên nhờ điều kiện thuận lợi, loài gấu trúc sinh sản mạnh, số lượng cá thể tăng rất nhanh

và đi kèm với đó là nhu cầu thức ăn cũng trở nên cao hơn so với trước Việc bùng nổ cá thể loài ở gấu trúc đã khiến số lượng loài trúc suy giảm nhanh chóng

và không có thời gian để sinh sôi và phát triển Thức ăn trở nên khan hiếm dần

đã khiến loài gấu trúc khó sinh trưởng, số lượng cá thể gấu trúc sau một thời gian lại giảm đi tạo điều kiện cho loài trúc phát triển trở lại

3.Chương 2- Câu hỏi 2:

Trình bày và cho biết tầm quan trọng của chu trình Carbon đối với sự sống trên trái đất

Chu trình Cacbon 3.1 Khái niệm và đặc điểm

Chu trình Cacbon là một chu trình sinh địa hóa học, là quá trình Carbon được trao đổi giữa sinh quyển, thổ nhưỡng quyển, địa quyển và khí quyển Cùng với các chu trình nito và nước, chu trình Cacbon là một trong những chu trình quan trọng nhất đóng vai trò hỗ trợ sự sống cho trái đất

Hình 7: Chu trình Carbon 8

Cacbon: Cacbon là một trong những nguyên tố quan trọng tham gia vào cấu trúc của cơ thể, chiếm đến 49% trọng lượng khô Ở trong tự nhiên, Cacbon tồn tại ở các dạng như chất vô cơ, chất hữu cơ và trong cơ thể của sinh vật

Bảng phân bố Cacbon trong tự nhiên

Nước đại dương 35.000 tỷ tấn

Trong trầm tích >10.000.000 tỷ tấn

Cơ thể

Sinh vật

Sinh vật sống 592 tỷ tấn Sinh vật chết 28840 tỷ tấn Nhiên liệu hóa thạch >5.000 tỷ tấn

Tổng cacbon hữu cơ 8.432 tỷ tấn

Tổng cacbon vô cơ 10.035.692 tỷ tấn

-Bảng

Nguồn: Bolin et al, 1979

3.2 Dự trữ Cacbon trong tự nhiên

Chu trình cacbon được phân chia thành nhiều phần và hoạt động như các kho dự trữ Cacbon Các phần này được kết nối với nhau thông qua một số con đường trao đổi Bao gồm

Khí quyển: Cacbon tồn tại trong bầu khí quyển của trái đất ở dạng CO2 với khối lượng khoảng 692 tỷ tấn

Sinh quyển trên cạn: Là phân Cacbon tồn tại và được kết hợp trong bề mặt trái đất bởi các sinh vật sống

Chu trình Cacbon trong đại dương: Cacbon cũng được dự trữ với một lượng nhất định bên trong cơ thể các sinh vật sống trong đại dương Bao gồm cả cacbon vô cơ hòa tan trong nước và cacbon có trên bề mặt đại dương

Địa quyển: Lượng cacbon bị giữ lại bên trong vỏ trái đất ở dạng trầm tích khoáng chất và nhiên liệu hóa thạch

Lớp phủ và lõi của trái đất cũng lưu trữ một lượng cacbon và thường bị rỏ

rỉ ra bên ngoài nhờ vào hoạt động phun trào núi lửa

3.3 Các dạng của chu trình Cacbon

Chu trình Cacbon, dựa trên thời gian có thể được chia ra làm 2 dạng:

Chu trình Cacbon ngắn hạn: Thời gian xảy ra khá ngắn, mất khoảng vài ngày, tháng hoặc vài năm để Cacbon di chuyển qua các hồ chứa khác Chu trình Cacbon dài hạn: Thời gian xảy ra rất dài, mất tới hàng nghìn năm Lượng Cacbon dư thừa được dự trữ trong một khoảng thời gian trước khi chúng được thải ra ngoài

3.4.Qúa trình di chuyển của Carbon trong tự nhiên

Con đường trao đổi Cacbon được thể hiện qua 4 quá trình chính

3.4.1 Qúa trình quang hợp của thực vật

Thực vật hay các sinh vật sản xuất, dưới điều kiện tồn tại ánh sáng mặt trời thông qua quá trình quang hợp hấp thu C02 từ khí quyển và chuyển hóa thành đường, lipid, protein, Các sinh vật sản xuất đóng một vai trò hết sức quan trọng bởi chúng có khả năng biến cacbon tồn tại trong khí quyển thành các vật chất sống Nếu có đủ điều kiện thích hợp, quá trình này có thể kéo dài và lặp lại liên tục, không chỉ giúp kéo C02 ra khỏi khí quyển mà còn cung cấp năng lượng cho toàn bộ sinh vật sống

Phương trình tổng quát về quá trình quang hợp:

6CO2 + 12H O C2 6H O12 6 + 6O + 6H O2 2

10

3.4.2 Qúa trình phân hủy

Thực vật nhờ có quá trình quang hợp mới có thể phát triển Động vật lấy năng lượng thông qua hoạt động tiêu thụ thức ăn bằng cách sử dụng O2, thải ra CO2 Sau khi chúng chết, xác của chúng sẽ bị phân hủy bởi vi khuẩn và nấm Các chất hữu cơ trong cơ thể sinh vật bị phân hủy thành các chất vô cơ trong đó có C Các chất này một phần quay trở lại khí quyển Một phần (hầu hết là từ thực vật) trở thành nhiên liệu hóa thạch do áp suất và nhiệt độ bên trong vỏ trái đất ( phần lớn nhiên liệu hóa thạch được hình thành ở kỳ nguyên Cacbon)

Hình 9: Nhiên liệu hóa thạch-than đá và dầu tự nhiên

3.4.3 Qúa trình hô hấp

Oxi đóng một vai trò quan trọng để sinh vật phân hủy thức ăn mà chúng tiêu thụ thông qua quá trình hô hấp tế bào

Phương trình tổng quát của quá trình hô hấp

C H O6 12 6 + O 12CO + 12H O + Q2 2 2

Sau quá trình hô hấp, CO2 được thải ra và quay trở lại khí quyển, tiếp tục đóng vai trò như một nguyên liệu đầu vào của quá trình quang hợp

3.4.4 Qúa trình đốt cháy

Trong quá trình tồn tại và phát triển không ngừng, con người đã sử dụng nguồn năng lượng được giải phóng nhờ đốt cháy nhiên liệu hóa thạch Trong quá trình đốt cháy, các phân tử hữu cơ là bị oxi hóa nhanh chóng và chuyển đổi thành CO2 với sự giải phóng nhiệt và ánh sáng Cacbon tồn tại dưới dạng CO2 chính

là một sản phẩm phụ của quá trình này và được đưa trở lại vào khí quyển

Phương trình phản ứng đốt cháy than

C + O2 CO2

Hình 10: Hoạt động sử dụng nhiên liệu hóa thạch của con người

Ngoài ra, các hoạt động chặt phá rừng, đốt rừng, núi lửa phun trào cũng là một trong các nguồn trực tiếp đưa các dạng hợp chất của Cacbon lên khí quyển

3.5 Tầm quan trọng của chu trình Cacbon

Chu trình Cacbon đóng một vai trò vô cùng quan trọng trong việc duy trì sự sốn trên trái đất vì một số lý do sau:

Chức năng chính của chu trình Cacbon: CO2 trong khí quyển đóng vai trò quyết định cho tốc độ quang hợp của các sinh vật sản xuất – nguồn sản xuất lượng thực chính trên trái đất và giúp duy trì sự sống trên toàn hành tinh

Các chức năng khác:

12

- Cacbon là thành phần không thể thiếu của các thành phần cấu tạo nên sinh vật bao gồm như protein, lipid, DNA,

- CO2 ở trong bầu khí quyển có chức năng giữ các bức xạ có bước sóng dài từ mặt trời và ngăn nó thoát ra bên ngoài không gian, cơ chế hoạt động này giúp bảo vệ hành tinh và kiểm soát nhiệt độ của trái đất

4.Chương 3- Câu hỏi 3

Dựa trên thông tin về kết quả thu thập các loài trong quần xã sinh vật trong bảng dữ liệu dưới đây, tính toán chỉ số đa dạng sinh học Shannon (h-index), nhận xét về kết quả thu được và phân tích

sự khác biệt giữa các vị trí khảo sát.

4.1.Chỉ số đa dạng sinh học

Định nghĩa: Chỉ số đa dạng sinh học là một công thức đo lường sự đa dạng loài trong một quần xã Chỉ số này cung cấp các thông tin về cấu trúc quần xã nhiều hơn là chỉ đơn giản cung cấp thông tin về sự phong phú về loài

4.2.Chỉ số Shannon

4.2.1 Định nghĩa

Chỉ số Shannon, đôi khi được gọi là chỉ số Wiener hay chỉ số Shannon-Weaver, là một cách đo lường của các nhà sinh thái học khi hệ thống bao gồm nhiều cá thể mà mỗi cá thể được nhận dạng và kiểm định Với một mẫu nhỏ, chỉ

số này là tỷ số của số lượng của một loài với các giá trị của loài đó (như là sinh khối, hay sự sản xuất) trong quần xã hay chuỗi thức ăn.\

4.2.2 Cách bước tính toán

Bước 1: Chia số cá thể N1 của loài số 1 cho tổng số cá thể của tất cả các loài Đó là Pi

Bước 2: Tỉnh Ln(P1) hoặc Log(P1) cơ số 2

Bước 3: Lặp lại các bước tính toán đó cho đến loài thứ S

Bước 4: Tính tổng - (Pi* In[Pi]) hoặc - (Pi *log[Pi]) với số loài là S, kết quả nhận được là giá trị H – chỉ số đa dạng sinh học Shannon

4.2.3 Công thức tính toán

Trong đó:

- H: chỉ số đa dạng sinh học Shannon

- Pi: tỷ lệ của một loài I trên toàn bộ quần xã

- S: Số loài đếm được

- ∑: Tổng loài 1 đến loài S

4.2.4 Ứng dụng của chỉ số Shannon

Chỉ số Shannon chỉ ra mức độ đa dạng sinh học ở khu vực nghiên cứu

-Bảng

2-Chỉ số Shannon chỉ ra mức độ ô nhiễm môi trường thủy vực ở môi trường nghiên cứu

-Bảng

3-4.3 Kết quả bài toán

Kết quả của bài toán được tính toán như sau:

Tại vị trí lấy mẫu C

Kết quả chỉ số đa dạng sinh học Shannon: 2.89

Mức độ ngang bằng giữa các loài : E= H/ Ln (S)= 0.96

14