giáo trình sinh thái học môi trường

,1869  Odum 1971: Khoa học về quan hệ qua lại giữa sinh vật/ nhóm sinh vật với môi trường xung quanh • Ricklefs 1976 Sinh thái học là bộ môn nghiên cứu cá thể, quần thể, quần xã trong

Đại học Yersin Đà Lạt

SINH THÁI HỌC MÔI TRƯỜNG

Hoàng Thị Tố Loan 3/2007

PHẦN I SINH THÁI HỌC

 KHÁI NIỆM SINH THÁI HỌC

 CÁC NHÂN TỐ SINH THÁI

 QUẦN THỂ

 QUẦN XÃ

 HỆ SINH THÁI

PHẦN II MÔI TRƯỜNG

 CON NGƯỜI VÀ MÔI

TRƯỜNG

 BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG VÀ

TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN

PHẦN III

TÀI LIỆU THAM KHẢO

 Sinh thái môi trường học cơ bản - GSTS Lê Huy Bá và

Lâm Minh Triết – 2000

 Sinh thái môi trường ứng dụng - GSTS Lê Huy Bá và

Lâm Minh Triết – 2000

 Sinh thái và môi trường – PTS Nguyễn Văn Tuyên –

1998

 Môi trường và con người - PGSVăn Thái và ctv– 1999

 Leture of Basic and Applied Tropical Ecology – Dr

Stephen Elliott – 1996

 Fundamental Ecology - E.P.Odum – 1972

 Human development report 2004 – UNDP

 Thông tin trên các websites

CHƯƠNG I

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ SINH THÁI HỌC

 Lược sử và khái niệm sinh thái học

 Quy luật tác động của các nhân tố sinh thái

 Ảnh hưởng các nhân tố vô sinh lên cơ thể sinh vật và sự thích nghi của sinh

vật

Khái niệm

 SINH THÁI HỌC LÀ GÌ?

oikos + logos = ecology

Sinh thái học là khoa học về các cơ thể sống trong “ngôi nhà của nó” (Heckel E ,1869)

 Odum (1971): Khoa học về quan hệ qua lại giữa sinh vật/ nhóm sinh vật với môi trường xung quanh

• Ricklefs (1976) Sinh thái học là bộ môn nghiên cứu cá thể, quần thể, quần xã trong mối quan hệ tương hỗ với môi

trường xung quanh với các nhân tố lý, hoá và sinh học.

• Groxzinxki (1980): Sinh thái học là khoa học nghiên cứu

mối quan hệ tương hỗ giữa sinh vật và môi trường xung quanh.

 Sinh thái học là môn khoa học về cấu trúc và chức năng của thiên nhiên, nghiên cứu và ứng dụng các quy luật hình thành và hoạt động của tất cả các hệ sinh học.

 Sinh thái học là khoa học tổng hợp bao gồm nhiều môn

khoa học khác nhau: sinh học, hoá học, vật lý, toán học, địa lý, xã hội học…

SINH THÁI HỌC

Lược sử

 Thời kỳ xã hội nguyên thuỷ:

+ kiến thức về động thực vật xung quanh để sinh tồn

+ công cụ: biến đổi môi sinh

 Aristote, Hipocrat…: các công trình nghiên cứu đều có liên quan đến sinh thái

 1900: môn khoa học sinh thái học tách ra độc lập.

 Cuối thế kỷ 18: nghiên cứu các yếu tố ngoại cảnh; mối quan

hệ động vật-thực vật

 Nửa đầu thế kỷ 19: nghiên cứu địa lý thực vật

 Sau”Nguồn gốc các loài” (Darwin, 1895): nghiên cứu quần

thể và cá thể

 Hiện nay: là môn khoa học toàn cầu, các nghiên cứu quan hệ giữa điều kiện ngoại cảnh và sinh vật; cải tạo môi trường theo hướng có lợi cho con người.

 Hiện nay sinh thái học gồm: cổ sinh thái học, sinh thái học

ứng dụng, sinh thái học tập tính, thực vật, động vật….do

được sự hỗ trợ của các ngành khoa học khác như sinh lý,

toán học, địa lý…

SINH THÁI HỌC

ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

 Tất cả mối quan hệ tương hỗ giữa sinh vật và môi

trường xung quanh (sinh học môi trường) (E.P.Odum, 1983)

 Theo thuyết tiến hoá chọn lọc tự nhiên (Darwin): sinh thái học nghiên cứu lịch sử đời sống của các loai thực vật, động vật…=> sinh thái học cá thể hay tự sinh thái (Autoecologia)

 Thế kỷ 19, sinh thái học nghiên cứu ở mức độ tổ

chức cao hơn: quần xã, hệ sinh thái => tổng sinh thái (synecologia) : nghiên cứu các phức hợp động thưc vật và những đặc trưng cấu trúc, chức năng của phức

hệ được hình thành dưới tác động của môi trường.

SINH THÁI HỌC

CẤU TRÚC SINH THÁI HỌC

SINH THÁI HỌC

CẤU TRÚC SINH THÁI HỌC

SINH THÁI HỌC

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu thực nghiệm: tiến hành trong

phòng thí nghiệm hay môi trường bán tự nhiên nhằm tìm hiểu các chỉ số hoạt động chức năng của cơ thể hay tập tính của sinh vật dưới tác động của 1 hay 1 số yếu tố môi trường độc lập

 Nghiên cứu thực địa: quan sát, ghi chép, đo đạc, thu mẫu…và số liệu được xử lý bằng

phương pháp thống kê.

Kết quả thực nghiệm và thực địa được dùng cho phương pháp mô phỏng và mô hình hóa trên máy tính dựa trên các tính toán toán học.

SINH THÁI HỌC

Ý NGHĨA VÀ VAI TRÒ CỦA SINH THÁI HỌC

Nâng cao năng suất cây trồng, vật nuôi trên cơ sở cải tạo môi trường sống của chúng

Hạn chế và tiêu diệt các địch hại cho đời sồn cây trồng, vật nuôi và con người.

Thuần hoá và di giống các loài sinh vật

Khai thác hợp lý tài nguyên thiên nhiên, duy trì đa dạng sinh học và phát triển tài nguyên cho khai thác bền vững

Bảo vệ và cải tạo môi trường sống cho con người

và các loài sinh vật.

=> Cơ sở khoa học, phương thức phát triển bền vững xã hội

SINH THÁI HỌC

CHƯƠNG II: CÁC NHÂN TỐ SINH THÁI

 Nhân tố vô sinh:

 Con người

 Môi trường: tổng hợp các yếu tố bên ngoài

có ảnh hưởng đến sinh vật

SINH THÁI HỌC

QUY LUẬT TÁC ĐỘNG CÁC NHÂN TỐ SINH THÁI

 Đặc tính tác động của nhân tố sinh thái:

Tác động lên sinh vật theo 3 hướng:

•Loại trừ sinh vật khỏi nơi phân bố

• ảnh hưởng số lượng quần thể: sinh sản, tử vong,

di cư, nhập cư

• Hình thành các đặc điểm thích nghi mới

SINH THÁI HỌC

QUY LUẬT CƠ BẢN CỦA SINH THÁI HỌC

Định luật lượng tối thiểu (E Liebig, 1840):

“chất có hàm lượng tối thiểu điều khiển năng suất, xác

định đại lượng và tính ổn định của mùa màng theo thời

gian”

 Mở rộng: sự thể hiện tất cả các quá trình sinh thái học

được chi phối bởi nhân tố hiện diện với liều lượng ít nhất trong môi trường.

Nguyên tắc bổ trợ:

Nguyên tắc hạn chế: Định luật lượng tối thiểu chỉ đúng khi các điều kiện trong trạng thái tĩnh

Nguyên tắc bổ sung: các yếu tố có sự tương hỗ.

SINH THÁI HỌC

QUY LUẬT CƠ BẢN CỦA SINH THÁI HỌC

Đinh luật về sự chống chịu (quy luật giới

hạn sinh thái)

 Shelford (1913): “năng suất của sinh

vật không chỉ liên hệ với sức chịu

đựng tối thiểu về liều lượng mà còn

liên hệ với liều tối đa của một nhân tố nào đó từ bên ngoài”

 Giới hạn tối thiểu -tối đa : biên độ sinh

thái/ giới hạn sinh thái.

Ví dụ: cá rô phi Tilapia morambica:

5,6-420C/300C

Đinh luật về sự chống chịu - Nhận xét

 Sinh vật có giới hạn rộng với nhân tố này

nhưng lại có giới hạn hẹp với nhân tố khác

 Sịnh vật có giới hạn sinh thái rộng với nhiều nhân tố sinh thái => phân bố rộng

 Giới hạn sinh thái khác nhau với những loài gần nhau

 Khi sinh vật trong điều kiện không thích với

1 nhân tố ST thì giới hạn ST vói các nhân tố

bị thu lại

 Các sinh vật ở thời kỳ non, sinh sản có giới hạn sinh thái hẹp hơn các cá thể khác

SINH THÁI HỌC

SINH THÁI HỌC

Quy luật tác động tổng hợp của

các nhân tố sinh thái

 Môi trường bao gồm nhiều nhân tố sinh thái

 Sự biến đổi của một nhân tố sinh thái này có thể dẫn đến sự thay đổi về lượng và có khi về

chất của nhân tố sinh thái khác và sinh vật chịu ảnh hưởng của các thay đổi đó.

Các nhân tố sinh thái gắn bó chặt chẽ với nhau thành tổ hợp sinh thái.

SINH THÁI HỌC

QUY LUẬT CƠ BẢN CỦA SINH THÁI HỌC

Quy luật tác động không đồng đều của các nhân tố sinh thái

‘Các nhân tố sinh thái có ảnh hưởng khác nhau lên chức phận của cơ thể sống Nhân tố cực thuân cho quá

trình này nhưng có hại hoặc nguy

hiểm cho quá trình khác.’

SINH THÁI HỌC

QUY LUẬT CƠ BẢN CỦA SINH THÁI HỌC

Quy luật tác động qua lại giữa sinh

vật và môi trường

Trong mối quan hệ qua lại giữa sinh vật và môi trường, không những môi trường tác động lên sinh vật mà sinh vật cũng ảnh hưởng đến các nhân tố của môi trường và làm thay đổi tính chất của nhân tố đó.

SINH THÁI HỌC

NHIỆT ĐỘ

Ý nghĩa: tác động trực tiếp/ gián tiếp đến sinh

trưởng, phát triển, phân bố cá thể, quần thể và quần

 Sinh lý: tốc độ tiêu hoá, trao đổi khí

 Phát triển, sinh sản, đình dục, ngủ đông, ngủ hè

VD: ruồi quả Ceratilis capitata

t=26oC, độ ẩm = 70%: vòng đời = 20 ngày t=19,5oC: vòng đời = 41,9 ngày

 Tập tính: di cư

 Phân bố

SINH THÁI HỌC

NƯỚC là một nhân tố sinh thái

Ý nghĩa:

Thành phần tế bào sống

 Tham gia quá trình sống: quang hợp, trao đổi khoáng

và chất dinh dưỡng, trao đổi nhiệt

 tham gia phản ứng hoá học trong cơ thể và la dung môi

 Môi trường sống của nhiều loài sinh vật

 Các dạng nước trong khí quyển: mù, sương,

mưa, tuyết

Độ ẩm:

 Tương đối

 Tuyệt đối

 NƯỚC là một nhân tố sinh thái

Đặc điểm cơ bản của nước:

 Thực vật ưa ẩm: lỗ khí luôn mở, tầng kitin

mỏng, áp suất thấm lọc yếu

Thực vật chịu hạn:

Cây mọng nước: xương rồng (Câctceae), bỏng

(Crassulacaceae)…

 Cây lá cứng: họ cói Cyperaceae

Thực vật trung sinh: kích thước lá trung bình, tầng cutin mỏng, co nhiều lỗ khí, có thể chịu hạn

ở mức độ nhất định

 Trao đổi nước:

 Lấy nước: uống, hấp thụ qua da, ăn thức ăn chứa nước, sử dụng nước trao đổi chất

 Thải nước: bài tiết, qua da, hô hấp

 Chống mất nước: cấu tạo cơ thể, dùng nước trao đổi chất, tập tính

 Tập tính

 Phân bố địa lý

SINH THÁI HỌC

SINH THÁI HỌC

Ảnh hưởng tổng hợp của nhiệt độ và độ ẩm

SINH THÁI HỌC

ÁNH SÁNG LÀ MỘT NHÂN TỐ SINH THÁI

Ý nghĩa: yếu tố điều chỉnh và giới hạn đối với sinh vật.

Thành phần ánh sáng :

SINH THÁI HỌC

ÁNH SÁNG LÀ MỘT NHÂN TỐ SINH THÁI

Tác động ánh sáng đến thực vật

 Chi phối quang hợp- sản lượng sơ cấp toàn cầu

 Nảy mầm: quá trình hô hấp của hật cảm ứng với

cường độ và chế độ ánh sáng

 hình thái cây: thân, tán, tính hướng quang, tỉa cành

tự nhiên, vỏ, rễ

Đặc điểm lá:

• vị trí lá so với tia sáng tới: nghiêng/ vuông góc

• Hình thái giải phẫu lá: phần ngọn/ ưa sáng có tầng kitin

dày, gân lá nhiều, màu nhạt, ít diệp lục >< lá dưới to bản, mỏng, màu lục thẫm, nhiều diệp lục

 Sinh lý: quang hợp, thoát hơi nước

 Cây ngày ngắn/ cây ngày dài

SINH THÁI HỌC

ÁNH SÁNG LÀ MỘT NHÂN TỐ SINH THÁI

 Tác động ánh sáng đến động vật

 Động vật ưa sáng: chịu giới hạn rộng với độ dài

bước sóng, cường độ và thời gian chiếu sáng ><

động vật ưa tối

 Ảnh hưởng của bước sóng:

• Vùng hồng ngoại: tác dụng nhiệt; ảnh hưởng tính quang

hướng động

• Tịa tử ngoại (tạo gốc tự do, làm đứt liên kết hoá học): làm

chết, biến đổi bộ máy di truyền; biến đổi tiền vitamin A, D thành vitamin

• Vùng khả kiến: ảnh hưởng đến mùa sinh sản

 Ảnh hưởng của cường độ chiếu sáng: tăng cường

độ chiếu sáng => sinh vật thành thục sớm hơn

 Ánh sáng là tín hiệu điều chỉnh chu kỳ sống: Chu kỳ ngày đêm, mùa

SINH THÁI HỌC

KHÔNG KHÍ LÀ MỘT NHÂN TỐ SINH THÁI

SINH THÁI HỌC

ĐẤT LÀ MỘT NHÂN TỐ SINH THÁI

Ý nghĩa: đất là môi trường sống của sinh vật sống trên cạn

Nhân tố vật lý, khoáng và chất hữu cơ

của đất ảnh hưởng đến sinh trưởng, phát triển của thực vật

SINH THÁI HỌC

CHƯƠNG III QUẦN THỂ SINH VẬT

SINH THÁI HỌC

QUẦN THỂ - Khái niệm

ĐỊNH NGHĨA: Quần thể là một nhóm cá thể của một loài (hặc một nhóm khác nhau, nhưng có thể trao đổi về

thông tin di truyền), sống trong một khoảng không gian xác định, co những dặc trưng của nhóm, chứ khong phải của từng cá thể riêng biệt (E.P Odum, 1971).

• Biến động số lượng cá thể trong quần thể

Phân loại quần thể

- Loài

- Dưới loài (cùng lãnh thổ địa lý)

- Quần thể địa lý (cùng khí hậu, cảnh quan)

- Quần thể sinh thái (cùng sinh cảnh, yếu tố ngoại cảnh thống nhất)

- Quần thể yếu tố (khu vực nhỏ)

SINH THÁI HỌC

QUẦN THỂ- MẬT ĐỘ QUẦN THỂ

Định nghĩa: Mật độ quần thể là số lượng của các

cá thể trên một đơn vị không gian sống(thể tích/ diên tích) Mật độ thương tính bằng số lượng hay sinh khối sinh vật/ đơn vị không gian sống.

Mật độ quần thể biến động theo chu kỳ và phụ

thuộc vào nguồn thức ăn, mức độ lan truyền vật

ký sinh, xác suất gặp nhau giữa cá thể đực cái.

• đếm trực tiếp: đối vóii sinh cảnh trống, sinh vật lớn

• tính theo dải: áp dụng chim, thú, lưỡng the, bò sát Đếm cá thể làoi nghiên cứu trên 1 lộ trình gọi là dải tính nằm trên 1 sinh cảnh

co điều kiện ngoại cảnh giống nhau

• Tính theo ô thí điểm: thuỷ sinh vật, côn trùng Tính mật độ trên 1

số ô thí điểm  suy ra mật độ chung.

• Phương phắt thả và bắt lại:

• Giả sử quần thể có N cá thể; bắt X cá thể và đánh đấu

• Sau thời gian t, bắt n cá thể, có x cá thể bị đánh dấu

SINH THÁI HỌC

QUẦN THỂ- THÀNH PHẦN TUỔI VÀ GIỚI TÍNH

C ấu trúc tuổi: phản ánh tính thích ứng của quần thể, đảm bảo cho quần thể tồn tại

trong những điều kiện cụ thể, ảnh hưởng đến tỷ lệ sinh sản và tử vong.

 Trong sinh thái học: tuổi biểu thị theo giai đoạn phát triển:

Giai đoạn trước sinh sản  Khác nhau về thời gian

 Khác nhau về nhu cầu điều kiện sống  giảm áp lực cạnh tranh

Giai đoạn sinh sản

Giai đoạn sau sinh sản

SINH THÁI HỌC

QUẦN THỂ- THÀNH PHẦN TUỔI VÀ GIỚI TÍNH

H ình tháp nhóm tuổi:

- Xu hướng phát triển của quần thể

- Với nhiều quần thể, năng suất sinh học được xác định bởi tháp tuổi

Ví du:

Tháp sinh thái của quần thể

chuột đồng (Microtuss agrestis)

SINH THÁI HỌC

QUẦN THỂ- THÀNH PHẦN TUỔI VÀ GIỚI TÍNH

Thành phần giới tính: mang đặc tính thích ứng của mối quan hệ tương tác giữa quần thể và môi trường

Theo cơ chế di truyền: tỉ lệ giới tính = 1:1

Thực tế: tỉ lệ giới tính phụ thuộc mật độ, số lượng cá thể

 điều chỉnh số lượng cá thể.

 Thành phần giới tính được chia thành 3 bậc:

• Thành phần giống bậc I: tỉ lệ giới tính của trứng đã

thụ tinh (1:1)

• Thành phần giống bậc II: tỉ lệ giới tính của trứng mới

nở hoặc con non

• Thành phần giống bậc III: tỉ lệ giới tính của cá thể

trưởng thành  có liên hệ trực tiếp đến tập tính sinh dục và tiềm năng sinh sản Ở động vật, sự mất cân

bằng giới tính quyết định tính dơn thê/ đa thê

SINH THÁI HỌC

QUẦN THỂ- SỰ PHÂN BỐ CÁ THỂ

S ự phân bố cá thể trong quần thể:Sự phân bố không gian giữa các cá thể trong sinh cảnh, biểu hiện

mối quan hệ giữa các cá thể trong quần thể về dinh

dưỡng, vi khí hậu, sinh sản…

Các kiểu phân bố:

Phân bố đều:

Cá thể cạnh tranh gay gắt

Môi trường nhân tạo

Tận dụng các nguồn sống trong quần thể

SINH THÁI HỌC

QUẦN THỂ- SỰ PHÂN BỐ CÁ THỂ

Các kiểu phân bố:

Phân bố ngẫu nhiên:

Môi trường có tính thuần nhất cao

nhóm phân bố ngẫu nhiên, là cách thích

ứng với sự phân bố không đều của các

nhân tố sinh thái

Phát huy tác dung có lợi của đời sồng

bầy đàn

SINH THÁI HỌC

QUẦN THỂ- SỰ PHÂN BỐ CÁ THỂ

C ách xác định kiểu phân bố:

N: số lần thu mẫu

x: số lượng cá thể mỗi lần thu mẫu

m: giá trị trung bình của n lần thu mẫu

SINH THÁI HỌC

QUẦN THỂ- SỰ PHÂN BỐ CÁ THỂ

Quy luật quần tụ (nguyên tắc Allee, 1949):

sự sinh trưởng cho quần thể, nó thay đổi tùy theo

loài và phụ thuộc vào điều kiện ngoại cảnh”

(x-m)+) hiệu ứng nhóm: tạo điều

kiện sống sót cho cả nhóm

nói chung: tạo được vi khí

hậu, bảo vệ, tìm thức ăn,

sinh sản…

(x-m)-) hiệu ứng bầy đàn: gia

Tăng cạnh tranh về dinh

dưỡng, không gian sống

cách ly sinh thái và tạo thành những nòi mới.

Cách ly địa lý do tác động điều kiện ngoại

cảnh, co thể tạo nên loài phụ/ hình thành loài mới

(+) giảm sự cạnh tranh trong những thời kỳ

nguy kịch

(+) tạo mối quan hệ giữa các quần thể, tránh

giao phối đồng huyết, điều chỉnh, phân bố số lượng cá thể, mở rộng khu vực phân bố.

SINH THÁI HỌC

QUẦN THỂ - Sự sinh trưởng của quần thể

•Sự sinh trưởng của quần thể: sự gia tăng số lượng hay kích thước quần thể theo thời gian

•Sự sinh trưởng của quần thể gồm 2 động lực đối lập

r=0: quần thể không tăng trưởng

r>0: quần thể tăng trưởng

SINH THÁI HỌC

QUẦN THỂ - Sự sinh trưởng của quần thể

 TỶ LỆ SINH SẢN:

Tần số xuất hiện cá thể mới của sinh vật, không phụ

htuộc vào phương thức sinh sản.

• Tỷ lệ sinh sản tối đa (tiềm năng/ tuyệt đối/ sinh lý):sự

hình thành tối đa các cá thể con theo lý thuyết trong điều kiện lý tưởng

-> So sánh với tỉ lệ sinh sản thực tế

Dự đoán tốc độ gia tăng của quần thể

• Tỷ lệ sinh sản sinh thái: sự gia tăng cá thể trong điều

kiện thực tế; phụ thuộc vào độ lớn quần thể và yếu tố môi trường.

TỶ LỆ TỬ VONG:

Là số cá thể chết di trong một khoảng thời gian trên tổng

số cá thể của quần thể trong một khoảng thời gian.

•Tỷ lệ tử vong lý thuyết: chết sinh lý; xác định tuổi thọ

tiềm tàng

•Tỷ lệ tử vong thực tế (sinh thái): tỷ lệ chết trong điều kiện môi trường thực tế