Sinh học đại cương part 7 pps

151 Hình 1.7 So sánh sức sản xuất nguyên hệ sinh thái khác Hình 1.8 trình bày dòng lượng động học tổng quát hệ sinh thái điển hình Trước tiên xem xét xảy víi vật chất có tính định suất riêng Một phần lượng mà chứa đựng tiếp tục lưu giữ cấu trúc thực vật đất Phần lại tham gia vào lưới thức ăn thông qua việc ăn trực tiếp lồi ăn cá Cũng chuyển vào lưới thức ăn mảnh vụn hay ăn bám Hình 1.8 Tóm tắt dịng lượng hệ sinh thái điển hình Một dịng lượng đầu vào bổ sung đáp ứng cho vật tiêu thụ di chuyển thể sống hay hạt hữu bị đẩy vào (hay thải vào) hệ sinh thái 152 nguồn thu nhận lượng nói chung cân víi phần thải lượng từ hệ sinh thái theo cách tương tự Một phần lớn lượng thâm nhập vào bậc dinh dưởng dùng để trì hoạt động hơ hấp suy giảm giá trị nhanh chóng chuyển sang dạng nhiệt thất thoát khái hệ sinh thái Như cần nhấn mạnh tồn mát lượng lớn chuyển đổi bậc dinh dưởng Sự mát lượng có ý nghĩa mặt kinh tế Chẳng hạn xét mặt lượng thu hoạch trồng trọt cho suất lớn chăn ni trâu bị đơn vị diện tích đất sử dụng Nếu có cố gắng làm giảm tối đa lượng thực vật cho trâu bò ăn làm tăng sản lượng trâu bò lên tới lần số trường hợp Bằng cách tương tự, thực tiễn trái ngược nên chăn giữ đàn gia súc phạm vi nhá hẹp, không cho chúng tự chạy nhảy để tiết kiệm phần lượng, mà khơng hao phí vào hơ hấp hoạt động Đối víi người nơng dân khía cạnh quan trọng chỗ hiệu suất tăng trưởng Sự lựa chọn giống vật nuôi vùng sinh thái thích hợp theo hướng tuyển chọn lồi lớn nhanh cho suất cao Ví dụ châu Á Việt Nam người ta tìm giống lúa trồng vụ năm thay có vụ thơi Các phương pháp canh tác đại mang lại suất cao hẳn hệ sinh thái tự nhiên Tuy nhiên, lợi thu giảm bớt mát sâu bệnh ảo tưởng khoản lượng cần thiết bổ sung thơng qua phân bón thuốc trừ sâu lượng bơm nước làm thuỷ lợi sưởi ấm gia súc Năng lượng cần thiết cho cày bừa cải tạo đất thu hoạch Nguồn lượng để đáp ứng nhu cầu chủ yếu nhiên liệu lòng đất, mà lưu trữ từ hệ sinh thái trước Thực tế tính tốn cho thấy canh tác đại yêu cầu 9J nhiên liệu lòng đất để sản xuất 1J thức ăn bữa ăn tối Điều cho thấy sản lượng tối đa thu từ việc sử dụng đất khơng thể so sánh víi việc dùng lượng cách hiệu 153 Chương CÁC QUẦN THỂ MỤC TIÊU: Sau học xong chương này, sinh viên có khả năng: Định nghĩa quần thể, quần xã động học quần thể Trình bày sinh trưởng quần thể loại đường cong sinh trưởng Trình bày nhân tố ngoại cảnh nội cảnh gây ảnh hưởng đến sinh trưởng quần thể 6.1 ĐỘNG HỌC QUẦN THỂ Các thể sống thuộc loài khác chung sống hệ sinh thái tập hợp lại có tên gọi quần xã Mối tương tác thể sống khác tạo nên quần xã dễ nghiên cứu nghiên cứu, phân tích, so sánh hoạt động thành phần nhóm nhá gọi quần thể - nhóm cá thể thuộc lồi sống chung vùng địa lí xác định Nghiên cứu sơ đẳng quần thể việc đếm số lượng cá thể Nếu số lượng cá thể quần thể ghi lại đặn khoảng thời gian tự thấy kiểu tăng trưởng hay suy giảm quần thể Mức sinh (hay mức tái sản xuất) quần thể số lượng cá thể sinh sau thời gian xác định thường biểu thị % số lượng quần thể Một mức sinh 20% năm có nghĩa 20 cá thể sinh năm số 100 cá thể có quần thể Mức sinh người thường đo số người sinh 1000 người năm Mức tử (hay mức suy giảm) số cá thể chết khoảng thời gian xác định tương tự mức sinh Mật độ quần thể số cá thể có đơn vị diện tích (đối víi quần thể mặt đất) hay đơn vị thể tích (đối víi quần thể nước) Việc nghiên cứu biến động tất thơng số có tên gọi động học quần thể, liên quan nhiều đến mơ hình tốn học sinh trưởng quần thể mối tương tác víi cá thể khác víi mơi trường vơ sinh quanh 6.2 SỰ SINH TRƯỞNG CỦA QUẦN THỂ Một phương pháp nghiên cứu sinh trưởng quần thể quần thể nuôi phạm vi phịng thí nghiệm Cung cấp cho đủ thức ăn, 154 Hình 2.1 Sinh trưởng luỹ thừa quần thể nấm men Không gian tiến hành đếm số lượng cá thể đặn ghi chép lại Các vi sinh vật vi khuẩn nấm men chẳng hạn thích hợp cho nghiên cứu kiểu chúng có mức sinh sản lớn Hình 2.1 thể tăng trưởng nấm men điều kiện thuận lợi Trong giai đoạn đầu thí nghiệm, quần thể tăng trưởng chậm chạp Tuy nhiên, số tế bào tăng gấp đôi sau lần phân bào dẫn đến mức tăng trưởng ngày nhanh đường cong sinh trưởng bùng nổ có tên gọi sinh trưởng luỹ thừa đặc trưng cho thể sống có khả chiếm lĩnh mơi trường sống Một quần thể có mức tăng trưáng tối đa có tên gọi mức tăng trưởng (r) Nó xác định yếu tố thời gian hai hệ, tuổi thọ sức sinh sản cá thể đặc trưng cho loài Mức tăng trưởng số xác định độ nghiêng đường cong tăng trưởng điều kiện sống lý tưởng loài Giá trị tăng trưởng thực phụ thuộc vào số lượng cá thể tính phương trình: (1) dN = rN dt (1) Ở dN/dt mức sinh trưởng thời điểm cụ thể t r mức sinh trưởng năng, N số lượng cá thể quần thể Một dạng hình khác thu từ phương trình là: N= No.ert (2) đó: No - quần thể ban đầu N - quần thể dự báo thời điểm t e - số logarit tự nhiên Trong điều kiện sống lí tưởng, tế bào nấm men có mức tăng trưởng r sấp xỉ 0,5 /giờ Nói cách khác sau quẩn thể tăng thêm (một nửa) Giá trị nhận thí nghiệm tương tự miêu tả hình 2.1 Giả sử ban đầu quần thể tế bào nấm men gồm 10 cá thể nuôi cấy cho phát triển Số lượng cá thể 155 sau dự định bao nhiêu? Như thấy N0= 10; t=6 r=0,5, theo phương trình (2) ta thu được: N= 10 x 2,72(0,56) hay N= 200,86 Như sau quần thể dự đốn có khoảng 200 cá thể Cũng dễ nhận thấy quy luật tăng trưởng luỹ thừa khơng thể tiếp tục mãi Nếu tính toán tiếp tục tiến hành thời gian đường cong số lượng cá thể quần thể ngang hình 2.2 Điều xảy tế bào phát triển dần chậm lại chất dinh dưởng bị dùng ngày nhiều suy kiệt chúng đầu độc lẫn chất thải (như ethanol chẳng hạn) Nói cách khác mức sinh giảm dần mức tử tăng lên Một trạng thái cân đạt chừng sau 18 nuôi mà mức tử mức sinh Sự tăng trưởng tế bào nấm men thường theo quy luật đường cong hình S, hay gọi đường cong hình chữ S, đơi lúc cịn có tên đường cong logistic cho mức tăng trưởng Cạnh tranh thức ăn ô nhiễm chất thải hai ví dụ yếu tố phụ thuộc mật độ ảnh hưởng giới hạn tăng trưởng Còn nhiều yếu tố bên khác ảnh hưởng đến sức sinh sản sống cịn cá thể quần thể Tồn thể yếu tố gộp lại tạo thành trở ngại mơi trường đối víi tăng trưởng Trở ngại môi trường tăng lên tạo giới hạn tuyệt đối cho số lượng cá thể lồi sinh sống khu định cư cho trước Giới hạn gọi khả chứa môi trường thường ký hiệu K Hình 2.2 Đường cong sinh trưởng hình chữ S Tác động trở ngại mơi trường đối víi tăng trưởng quần thể mơ hình hố việc đưa vào sử dụng khái niệm tham số thực hố tăng trưởng (g) phương trình tăng trưởng luỹ thừa (1) Giá trị tham số thực hoá tăng trưởng xác định bằng: 156 g= Thay vào phương trình (1) ta được: Hoặc là: (K - N) K dN (K - N)r t = dt K (K -N)r t K N = N e (3) (4) (5) Khi số lượng cá thể N quần thể nhá nhiều khả chứa tham số thực hố tăng trưởng gần 1,0 Tuy nhiên, N tiến đến dần giá trị K tham số thực hố tăng trưởng mức tăng trưởng có khuynh hướng tiến đến giá trị Sử dụng phương trình (4) (5), tăng trưởng quần thể sinh vật phịng thí nghiệm mơ hình hố tương đối xác 6.3 NHỮNG BIẾN ĐỘNG TRÊN ĐƯỜNG CONG HÌNH CHỮ S Đường cong tăng trưởng thu víi thí nghiệm ni nấm men nêu kiểu tăng trưởng hệ sinh thái thực lý tưởng hoá Một dạng đặc trưng đường cong tăng trưởng đường cong sigmoid thể hình 2.3 mô tả tăng trưởng quần thể cừu kể từ chúng đưa vào vùng Tasmania năm 1814 Ta thấy râ từ hình vẽ số lượng cá thể không ổn định mà biến động (tăng, giảm) xung quanh giá trị trung bình, cịn giá trị lại tuân theo quy luật hình chữ S Hình 2.3 Đường cong sinh trưởng cừu sau nhập vào Tasmania Mặc đường cong hình chữ S đặc thù cho quần thể sinh vật chiếm lĩnh cư trú mới, khơng áp dụng cho quần thể Hình 2.4 thể kiểu tăng trưởng quần thể loài tảo phù du, loài thể gia tăng mạnh đột biến không đạt bão hoà sau thời gian tương đối dài ứng víi khả chứa Đường cong dạng có tên gọi đường cong dạng J, đặc thù cho quần thể có khả sinh sản nhiều hệ mùa sinh sản năm Một nguyên nhân đường cong dạng quần thể có độ mẫn cảm cao, khả sống hẹp yêu cầu môi trường Những biến đổi khơng thuận lợi tích tụ chất độc thải hay thiếu thức ăn khiến nhiều cá 157 thể chết nhanh để lại cịn sống sót Trong năm sau kiểu phát triển quần thể lại lặp lại Hình 2.4 Đường cong sinh trưởng hình chữ J tảo phù du 6.4 QUẦN THỂ NGƯỜI Quần thể người khơng bình thường theo kiểu phát triển thể hình 2.5, lẽ cịn giai đoạn tăng trưởng luỹ thừa tiến trình tăng trưởng ghê sợ Ở nước phát triển, điều có giảm đáng kể trở ngại môi trường (nhờ tiến y tế, nông nghiệp) Một số giới hạn dù có, dẫn đến lo lắng khả tăng trưởng theo đường cong hình J dẫn đến suy diệt nhân loại Hình 2.5 Sự tăng trưởng dân số giới Hiện mức tăng trưởng riêng vào khoảng 1,9% năm, nói nơm na năm có thêm 75 - 80 triệu người Việc nghiên cứu quần thể người có tên gọi dân số học trở nên mơn khoa học phức hợp, liên quan đến nhiều yếu tố không đơn sinh đẻ tử vong 158 6.5 CHIẾN LƯỢC ĐỂ SỐNG CÒN Đồ thị mức sinh mức tử thông số khái quát hoạt động quần thể chúng khơng liên quan đến yếu tố lứa tuổi giới tính Tuy nhiên xác suất bùng nổ diệt vong quần thể lại thay đổi theo yếu tố Mối quan hệ lứa tuổi sống thuận lợi nghiên cứu đường cong sống cịn Đó đồ thị thể số cá thể sống sót quần thể theo lứa tuổi Hình 2.6 thể đường cong sống cịn có loại khác Hình 2.6 Đường cong sống cịn Đường cong A đặc thù cho đa số loài động vật thực vật mà có tỷ lệ tử vong cao lứa tuổi nhá Lồi hàu ví dụ điển hình: Chúng sinh sản nhiều ấu trùng có số nhá cịn có hội bám vào đá thích hợp để phát triển đến lúc trưởng thành Những loại thể sống nói chung có nhiều Đây gọi kiểu chiến lược r lẽ kiểu sống chúng điều chỉnh để đạt giá trị r lớn (mức tăng trưởng năng) Ở đối cực khác, đuờng cong C quần thể sinh vật có số lượng ổn định gần víi giá trị K (khả chứa mơi trường) Đó gọi kiểu chiến lược K, thể ưu điểm tiến hoá tương đối so víi chiến lược r Nói chung chúng sống mơi trường bao quanh ổn định thích nghi víi phần riêng đặc biệt mơi trường Chúng có chu kì sống dài chu kì sinh sản lớn, sinh sản chăm tốt Các quần thể sống sát giữ kích thước quần thể cân víi việc giảm tỷ lệ sinh sản tăng tỷ lệ chết Các loài dê núi, người lồi voi ví dụ kiểu đường cong Đường cong B đại diện cho trường hợp có cân sinh - tử lứa tuổi Hydra loại sinh vật 6.6 CÁC YẾU TỐ HẠN CHẾ MỨC TĂNG TRƯỞNG QUẦN THỂ Các yếu tố tạo trở ngại mơi trường phân loại thành yếu tố ngoại cảnh nội cảnh Những yếu tố ngoại cảnh yếu tố tác động đến quần thể từ bên ngồi: khí hậu, nguồn thức ăn, cạnh tranh víi lồi khác, ăn thịt lẫn kí sinh Những yếu tố nội cảnh yếu tố liên quan tới cạnh tranh cá thể lồi quần thể Ví dụ yếu tố ngoại cảnh nhiệt độ nguồn thức ăn thể hình 2.7 2.8 Đồ thị thứ thể đường cong tăng trưởng loài bọ nước Moina macrocopa 159 nhiệt độ khác Đồ thị thứ biểu diễn ảnh hưởng nguồn thức ăn đến quần thể mt bt Tribolium confusum Hình 2.7 Đờng cong sinh trởng quần thể Moina macropa nhiệt độ khác Trở ngại môi trường nội cảnh xảy cá thể lồi cạnh tranh víi Thường cạnh tranh liệt cạnh tranh loài: cá thể lồi cạnh tranh víi víi mục đích Nhiều lồi động vật bảo vệ lãnh thổ chống lại đồng loại bị xâm chiếm Những hành động cần thiết nhu cầu dinh dưởng cần phải đủ cấp cho sống thân chúng quần thể Các yếu tố hạn chế mức tăng trưởng tác động đơn lẻ mà thường tác động đồng thời, phức tạp khó xác định Nói chung tương đối dễ nghiên cứu ảnh hưởng đến môi trường yếu tố vật lí nhiệt độ, nước, ánh sáng Cịn cách mà theo quần thể khác tác động lên phạm vi quần xó rt khú hiu v phc Hình 2.8 Đờng cong sinh tr−ëng cđa mät bét Tribolium confusum ë c¸c lợng bột khác 160 Chng a dng cỏc hệ sinh thái Mục tiêu: Sau học xong chương này, sinh viên có khả năng: – Trình bày khái niệm hệ sinh thái cạn, đặc điểm hệ sinh thái cạn: tundra, taiga, rừng rụng ôn đới, rừng gỗ xanh ôn đới, thảm cá ôn đới, thảm cá nhiệt đới, rừng mưa nhiệt đới, sa mạc – Trình bày khái niệm diễn sinh thái – Trình bày khái niệm đặc điểm hệ sinh thái nước; hệ sinh thái sông: suối, sông cửa sông; hệ sinh thái hồ đại dương – Trình bày mối liên quan quần xã 7.1 Quần xã sinh vật Nơi mà sinh vật sống có tên gọi nơi sống (habitat) Một số nơi sống thềm lục địa rộng lớn, chỗ khác ví dụ sồi nhá hẹp Chương mô tả khác nơi sống hệ sinh thái phạm vi toàn cầu liên hệ phân bố quần xã sinh vật víi hệ thống điều kiện vơ sinh Hình 3.1 Sự phân bố quần x sinh vật đất 161 Th gii sinh vt hay l sinh chia thành đại quần xã trình bày hình 3.1 Mỗi đại quần xã quần xã lớn bao gồm nhiều cá thể chia sẻ điều kiện nhiệt độ, mưa độ ẩm Dù cho nhờ đặc điểm ta dễ nhận chuyển đổi từ quần xã sinh vật sang quần xã sinh vật ranh giới chúng mờ nhạt thực khơng có ranh giới râ ràng vùng Một số đặc điểm quan trọng quần xã sinh vật quan trọng trình bày chủ yếu quần xã cạn quần xã nước Cũng quần xã sinh vật có mặt vùng đất rộng tách biệt Quả Đất, điều kiện khí hậu, thổ nhưởng gần giống Ví dụ vùng rừng mưa nhiệt đới thấy Việt Nam, Malayxia, Tây Phi Nam Mỹ Các sinh vật sinh sống vùng tiến hố theo cách riêng thường thể thích nghi gần giống 7.2 Hệ sinh thái cạn Sau hệ sinh thái cạn điển hình: 7.2.1 Tundra (Đài ngun) Đài ngun nói chung Bắc bán cầu, nơi có vành đai băng cực phân chia băng cực rừng thơng phía Nam Vùng có đặc điểm nhiệt độ thấp mùa tăng trưởng ngắn Lớp đất thấp thường xuyên bị đóng băng có loại khoẻ sống Loài rêu sphagnum, lách địa y chiếm ưu vùng Chúng phát triển vào mùa hè, nơi làm tổ cho lồi chim di cư 7.2.2 Tai ga Đó tên vùng Siberia có nghĩa “rừng thơng” thực thể chủ yếu thơng Một diện tích lớn vùng Taiga có mặt Bắc Mỹ, Bắc Âu châu Chúng nguồn gỗ cho toàn giới Cây thơng xanh quanh năm, che phủ đất phía làm bụi khơng phát triển Các lồi động vật sinh sống chủ yếu động vật di cư, gấu, chuột, chim Nói chung lồi vùng ôn đới 7.2.3 Rừng rụng ôn đới Rừng ơn đới tìm thấy vùng víi lượng mưa hàng năm 75 - 150 cm mưa phân bố quanh năm Trong rừng chủ yếu gỗ cứng sồi, sến hay thích Chúng cao 40 - 50 m Các che phủ phần tầng dưới, cho lọt ánh sáng để loài bụi mặt đất phát triển Thảm thực vật tự nhiên kiểu đa số Anh quốc nhiều phần nguyên thuỷ bị phá 7.2.4 Rừng gỗ xanh ôn đới (Chaparral) Chaparral tìm thấy vùng ơn đới nơi có nhiều mưa mùa đơng cịn mùa hè khơ, ví dụ vùng Địa Trung Hải Vùng có thảm thực vật xanh quanh năm, sồi nhá, bạch đàn, khuynh diệp thường gồm vườn nho, mận người 7.2.5 Thảm cá ôn đới (Steppe) 162 Thường thấy vùng trung gian châu lục víi lượng mưa 25-75 cm/năm Đây vùng đồng cá Tây Hoa Kỳ hay vùng đồng cá Liên Xô (cũ), Achentina, Nam Phi châu úc Quần xã phổ biến thảm cá động vật ăn cá lớn bị rừng Bison Các lồi thú đào hang chồn đất, cáo hay chó đồng cá chim trú hang đất chủ yếu Nhiều vùng khai phá làm nông nghiệp: trồng trọt, chăn ni trâu, bị lấy thịt lấy sữa 7.2.6 Thảm cá nhiệt đới Một dải rộng thảm cá nhiệt đới rừng xavanna trải dài xuyên châu Phi, châu úc hay Nam Mỹ Lượng mưa vùng ước chừng 125 cm/năm nhiên có mùa khơ hạn chế phát triển rừng Các lồi cá sống điều kiện khô hạn nhờ hệ thống dưởng ẩm ngầm đặc biệt Động vật phổ biến vùng loài ăn cá sơn dương, ngựa vằn, hươu nai số loài ăn thịt sư tử báo Seta 7.2.7 Rừng mưa nhiệt đới Rừng mưa nhiệt đới có mặt nhiều vùng cận xích đạo víi lượng mưa 200cm/năm đặc biệt đa dạng lồi víi cách sống thích nghi khác Đa số thảm thực vật tạo nên lớp gọi tán thường cao 25-35 m so víi mặt đất Như có thuận lợi cho sống nhiều động vật nhá thực vật nhá kể thực vật biểu sinh thuộc loại hội sinh hay ăn bám Lớp phủ mặt đất chủ yếu bụi cây, mùn rác nên thích hợp cho nấm mốc phát triển Tuy nhiên bị khép tán mà lớp thực vật thấp phát triển nơi tán bị hổng 7.2.8 Hoang mạc Hoang mạc nhận lượng mưa cở