Sinh vật và môi trường

7 SINH VẬT VÀ MÔI TRƯỜNG I. Những khái niệm và nguyên lý 1. Nguyên lý cơ bản Nguyên lý cơ bản của sinh thái học hiện đại chính là những khái niệm về sự thống nhất và đối lập một cách biện chứng giữa cơ thể và môi trường. - Mỗi cơ thể, quần thể, loài sinh vật bất kỳ (bao gồm cả con người) đều sống dựa vào môi trường đặc trưng của mình, ngoài mối tương tác đó ra sinh vật không thể tồn tại được. - Môi trường ổn định, sinh vật sống ổn định và phát triển hưng thịnh. - Môi trường suy thoái, sinh vật cũng bị suy giảm cả về chất lượng và số lượng. - Môi trường bị hủy hoại thì sinh vật cũng chịu chung số phận. Trong trường hợp, môi trường bị phá hủy nếu được phục hồi thì những quần thể, loài trước đó đã từng sinh sống dù có cư trú trở lại cũng giảm tính đa dạng và khó có thể phát triển hưng thịnh như trước đó. Trong mối tương tác giữa cơ thể và môi trường, sinh vật đều phản ứng với sự biến đổi của các yếu tố môi trường bằng những phản ứng thích nghi về sinh lý, sinh thái và tập tính thông qua hoạt động của hệ thần kinh - thể dịch, đồng thời chủ động làm cho môi trường biến đổi nhằm giảm thấp hậu quả tác động bất lợi của các yếu tố và đồng hóa, cải tạo chúng theo hướng có lợi cho sự tồn tại của chính mình. Sinh vật sống trong các tổ chức càng cao (quần thể, quần xã, ) thì sự thích nghi và sức cải tạo đối với môi trường càng có hiệu quả. Sự thích nghi này của sinh vật được hình thành trong quá trình tiến hóa và mang tính chất tương đối. Nếu tác động của các yếu tố môi trường vượt khỏi ngưỡng thích nghi của sinh vật, buộc sinh vật phải rơi vào tình trạng diệt vong nếu như chúng không tìm được những điều kiện tồn tại thích ứng ở một môi trường sống khác hoặc buộc phải biến đổi về mặt hình thái, đặc tính sinh lý, sinh thái và tập tính để đi vào con đường chuyển hóa, tiến hóa của các loài và phải trải qua một chặng đường dài và được kiểm soát bởi quy luật chọn lọc tự nhiên. 2. Những khái niệm cơ bản 2.1. Ngoại cảnh Đó là những thực thể của tự nhiên, con người và những kết quả của con người. Ngoại cảnh tồn tại một cách khách quan. 2.2. Môi trường Là một phần của ngoại cảnh, bao gồm những thực thể và hiện tượng của tự nhiên mà cơ thể, quần thể, loài có liên quan một cách trực tiếp bằng các mối quan hệ thích nghi. Ví dụ: nền đáy là môi trường của các sinh vật sống đáy, song không phải là môi trường đối với các sinh vật sống ở màng nước và ngược lại. 2.3. Cảnh sống Là một phần của môi trường mà ở đó có sự thống nhất của các yếu tố tác động trực tiếp lên đời sống của sinh vật. 2.4. Yếu tố của môi trường Đó là những thực thể và những hiện tượng riêng lẻ của tự nhiên, của thế giới sống, bao gồm cả con người và hoạt động của nó, mà sinh vật chịu ảnh hưởng một cách trực tiếp hay gián tiếp như nhiệt độ, ánh sáng, thức ăn, bệnh tật, Khoa học Moi truong 8 - Mỗi yếu tố có nguồn gốc, bản sắc riêng khi tác động lên sinh vật tạo nên những hậu quả và sự thích nghi riêng của sinh vật. Tuy nhiên các sinh vật không chỉ phản ứng với từng yếu tố mà còn chịu sự tác động tổng hợp của nhiều yếu tố cùng một lúc. - Ảnh hưởng tác động của các yếu tố lên đời sống sinh vật còn phụ thuộc vào liều lượng, tốc độ và thời gian tác động của các yếu tố. Quá thừa hoặc thiếu các yếu tố như nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng đều ảnh hưởng tác động lên đời sống sinh vật. Do đó sinh vật còn đặc trưng bởi những giá trị sinh thái tối thiểu và tối đa của các yếu tố môi trường. Biên độ giữa 2 giá trị đó chính là giới hạn chịu đựng của sinh vật hay “giới hạn sinh thái”, “trị sinh thái” của động, thực vật. Nhờ đó ta hiểu được sự phân bố của sinh vật trong thiên nhiên. - Sinh vật có thể có trị sinh thái rộng đối với một yếu tố này nhưng lại hẹp đối với một yếu tố khác. Những sinh vật có trị sinh thái rộng đối với nhiêu yếu tố thì thường có vùng phân bố rộng. - Nếu điều kiện không cực thuận theo một yếu tố sinh thái đối với loài thì sức chịu đựng của loài đối với một yếu tố khác cũng giảm. - Trong thiên nhiên cũng gặp sinh vật thường hay rơi vào hoàn cảnh không phù hợp với điều kiện cực thuận đối với một yếu tố nào đó thì trong trường hợp như thế một yếu tố khác trở nên quan trọng. - Để biểu diễn mức độ tương đối của sức chịu đựng trong sinh thái học người ta dùng các thuật ngữ như cury (rộng), steno (hẹp), oligo (ít), poly (nhiều), meso (vừa) làm tiếp đầu ngữ cho các từ chỉ các yếu tố. Ví dụ đối với nhiệt: eurytherm (rộng nhiệt), stenotherm (hẹp nhiệt) - Trong điều kiện tự nhiên tác động của các yếu tố môi trường thường làm sinh vật bị lệch khỏi vùng cực thuận. Do vậy sinh vật luôn phải thích nghi, tự điều chỉnh để duy trì tính toàn vẹn về cấu trúc và sự ổn định trong các chức năng của mình. 2.5. Nơi sống Đó là không gian mà ở đó sinh vật sống hoặc thường gặp chúng. 2.6. Ổ sinh thái Sinh vật, ngoài nơi sống của mình, còn có ổ sinh thái (ecological), tức là một không gian sinh thái nào đó mà ở đấy những điều kiện môi trường quy định sự tồn tại lâu dài, không hạn định của các cá thể sinh vật. Theo E.P.Odum (1975) thì nơi sống chỉ ra “địa chỉ” sinh vật. Còn ổ sinh thái chỉ ra “nghề nghiệp” của nó. Với quan niệm này, theo ông ổ sinh thái chung là tổng hợp tất cả các điều kiện cần thiết đối với sự bảo tồn lâu dài của loài trong không gian và theo thời gian. ổ sinh thái thành phần là tổng hợp tất cả các nguồn cần thiết, đảm bảo cho hoạt động của một chức năng sống nào đó của cơ thể, ví dụ như các điều kiện đảm bảo cho quá trình dinh dưỡng. 2.7. Dạng sinh thái (Eco type) Những loài có vùng phân bố địa lý rộng hầu như đều hình thành những quần thể thích ứng với các điều kiện địa phương. Đó là các dạng sinh thái. Khả năng thích nghi và cải tạo môi trường của chúng trong những phần khác nhau của vùng phân bố đối với gradien nhiệt độ, độ chiếu sáng, và những yếu tố khác nữa có thể làm xuất hiện những chủng di truyền hoặc những chủng sinh lý (không thay đổi về kết cấu gene). II. Những yếu tố sinh thái chính và ảnh hưởng của chúng lên đời sống sinh vật Khoa học Moi truong 9 Những yếu tố của môi trường bao gồm những yếu vật lý (nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng ), yếu tố hóa học (các nguyên tố hóa học và muối của chúng ), các yếu tố sinh học (thức ăn, vật dữ, vật ký sinh, ). Các yếu tố không phải chỉ đem lại những bất lợi cho đời sống mà còn là những yếu tố điều chỉnh, nhất là các yếu tố sinh học. 1. Nhiệt độ Nhiệt độ trên hành tinh biến đổi trong giới hạn hàng nghìn độ, song sự sống chỉ tồn tại trong phạm vi hẹp khoảng 300 0 C (từ -100 đến +100 0 C). Đa số các loài chỉ tồn tại và phát triển trong giới hạn nhiệt độ rất hẹp (từ 0-50 0 C). - Trên hành tinh, nhiệt độ giảm từ xích đạo đến vùng cực, từ thấp lên cao, từ nơi nước nông đến nơi nước sâu. nhiệt độ mùa đông thấp hơn nhiệt độ mùa hè, đêm lạnh hơn ngày Tức là tuân theo các quy luật địa lý và khí hậu. Vì lẽ đó, sự phân bố của sinh vật cũng mang những nét đặc trưng, phản ánh sự thích nghi của chúng với từng vùng khí hậu. Vùng ôn đới, nhiệt độ dao động theo mùa rất lớn lên thường có mặt của nhiều loài rộng nhiệt, ngược với vùng cực và xích đạo hay gặp các loài hẹp nhiệt hơn. - Hiệu quả tác động của nhiệt độ lên sinh vật biểu hiện trên nhiều mặt của đời sống: thay đổi về hình thái, các đặc tính sinh lý, sinh thái và tập tính. Trong giới hạn nhiệt độ mà sinh vật chịu đựng, nếu tăng nhiệt thì quá trình tăng trưởng của sinh vật tăng do quá trình trao đổi chất được đẩy mạnh. Mặc dù vậy, trong giới hạn nhiệt độ tồn tại của sinh vật, sự thay đổi nhiệt độ quá đột ngột sẽ gây hại cho đời sống. Ngoài ranh giới chịu đựng, nhiệt độ quá thấp hoặc quá cao thường gây chết cho sinh vật liên quan đến hiện tượng đông đặc nguyên sinh chất (khi nhiệt độ quá thấp) hoặc do sự rối loạn các chức năng sinh lý (nếu nhiệt độ quá cao). - Liên quan với nhiệt độ, động vật giới được chia thành 2 nhóm: Nhóm động vật đồng nhiệt và nhóm động vật biến nhiệt. + Nhóm thứ nhất là những loài có thân nhiệt ổn định, không phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường và có cơ chế điều hòa thân nhiệt (có lông dày, lớp mỡ dưới da, tiết mồ hôi, ). + Còn nhóm thứ 2 gồm những loài có thân nhiệt biến đổi phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường. Đối với loài động vật biến nhiệt, thời gian phát triển và số thế hệ mới được sinh ra hàng năm phụ thuộc chặt chẽ vào nhiệt độ môi trường. 2. Nước và độ ẩm - Nước chiếm 80-90% cơ thể sinh vật, do vậy nước rất cần cho cơ thể trong trao đổi chất, đồng thời còn là môi trường sống cho thủy sinh vật. - Trên hành tinh, nước tồn tại dưới 3 dạng: rắn (băng), lỏng và hơi nước. Nhờ sự chuyển đổi giữa 3 dạng trên mà có sự cân bằng nước trên hành tinh, tuy nhiên nước ở dạng lỏng chiếm tỷ trọng lớn nhất và chứa chủ yếu ở biển và đại dương. Mưa và độ ẩm có vai trò quan trọng nhất đối với sinh vật trên cạn. - Mưa: Mưa phân bố không đều theo không gian (địa hình, vĩ độ) và theo thời gian (mùa khí hậu). Do lượng mưa như trên mà trên bề mặt hành tinh hình thành nên các kiểu khu sinh học (biom) khác nhau, tuy nhiên chúng không chỉ được xác định đơn thuần theo lượng mưa mà bằng cả sự cân bằng giữa lượng mưa và lượng nước bốc hơi thế năng trong vùng. - Độ ẩm: là thông số đặc trưng cho hàm lượng nước trong không khí. + Độ ẩm tuyệt đối: là lượng nước bão hòa (tính bằng gam) chứa trong 1kg không khí ở điều kiện nhiệt độ và áp suất xác định. + Độ ẩm tương đối: tính bằng phần trăm của lượng hơi nước thực tế chứa trong không khí so với lượng hơi nước bão hòa của không khí ở cùng điều kiện và áp suất. Khoa học Moi truong 10 Độ ẩm không khí biến thiên theo vĩ độ địa lý, theo địa hình, theo mùa và theo ngày đêm. - Dựa vào nhu cầu nước của cơ thể sinh vật người ta chia chúng thành các nhóm: + Sinh vật ở nước (aquatic): đời sống của chúng diễn ra trong nước, + Sinh vật nửa nước nửa cạn (Amphibiont): ở chúng có 1 giai đoạn sống trên cạn, giai đoạn khác sống dưới nước. + Sinh vật ưa ẩm (Hydrophil): sống ở nơi rất ẩm (bão hòa hơi nước) + Sinh vật ưa ẩm vừa (Mesophil) + Sinh vật ưa khô (Xenophil) - Sự khô hạn của không khí là yếu tố sinh thái đặc biệt quan trọng đối với đời sống thực vật. ở những nơi có độ ẩm thấp, sinh vật nói chung hay thực vật nói riêng có những biến đổi cả về hình thái đặc tính sinh lý, sinh thái và tập tính để tồn tại và phát triển như giảm diện tích lá, có mô tích nước Động vật để tránh mất nước có vỏ kitin hoặc vỏ sừng, giảm bài tiết nước tiểu và mồ hôi hoặc hoạt động chủ yếu vào ban đêm ở thực vật còn quan sát thấy mối quan hệ giữa sự thoát hơi nước và năng suất mùa màng thông qua tỷ số giữa sự tăng trưởng và sự thoát hơi nước. 3. Tác động tổ hợp của nhiệt độ và độ ẩm Nhiệt độ và độ ẩm là 2 yếu tố sinh thái quan trọng. Song sự tác động đồng thời của chúng lên đời sống sinh vật tạo nên hiệu quả rất lớn, thường quy định vùng sống của loài. Sơ đồ biểu diễn tác động của tổ hợp trên gọi là thủy nhiệt độ hay khí hậu đồ. Khí hậu đồ có ứng dụng thực tế rất lớn trong việc thuần hóa, di giống các loài hoặc nghiên cứu biến động số lượng của quần thể liên quan với những biến động của các điều kiện khí hậu. 4. Ánh sáng - Ánh sáng chiếu xuống bề mặt trái đất phụ thuộc vào mây, độ lệch của tia chiếu (ở xích đạo, ôn đới ) vào vị trí của trái đất so với mặt trời và phần hướng ra hay bị che khuất khỏi mặt trời do sự tự quay quanh trục của mình gây ra của quả đất để tạo nên chu kỳ mùa và chu kỳ ngày đêm. Tác động của ánh sáng lên đời sống sinh vật phụ thuộc vào: + Đặc tính của ánh sáng (độ dài bước sóng hay màu sắc của các tia đơn sắc) + Cường độ chiếu sáng (hay năng lượng được tính bằng calo hay lux) + Thời gian tác động (hay độ dài ngày) - Ánh sáng là yếu tố bắt buộc đối với hoạt động quang hợp của cây xanh. Nhờ có hệ sắc tố (chlorophil a, b, c ) mà thực vật đã tiếp nhận ánh sáng và năng lượng mặt trời để tổng hợp các chất hữu cơ đầu tiên từ nước, CO 2 và muối khoáng. 6 CO 2 + 6 H 2 O > C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 Liên quan với chế độ chiếu sáng người ta chia thực vật thành các nhóm: Cây ưa sáng và cây chịu bóng, nhóm cây dài ngày hay ngắn ngày. - Động vật tiếp nhận ánh sáng nhờ các cơ quan cảm quan (động vật bậc thấp) và thị giác (động vật bậc cao). Trong chúng cũng gồm nhóm động vật ưa hoạt động ban đêm và nhóm ưa hoạt động ban ngày. - Ánh sáng có tác động trực tiếp tới quá trình trao đổi chất và quá trình sinh sản của sinh vật. Đối với thực vật, cường độ chiếu sáng cao thì sự oxy hóa của men đã làm giảm quá trình tổng hợp chất hữu cơ, còn cường độ hô hấp lớn lại làm tiêu hao nhiều năng lượng. Do vậy, ở các nước nhiệt đới, cây trồng khó đạt năng suất cao và sản phẩm không giàu protein như ở vùng ôn đới. Khoa học Moi truong 11 Thay đổi chế độ chiếu sáng vào những thời điểm xác định gậy hiện tượng tình dục của côn trùng trước lúc vào giai đoạn sống tiềm sinh. Khi thay đổi chế độ chiếu sáng có thể làm thay đổi mùa sinh sản của cá hồi. Nhiều động vật bậc cao như thỏ rừng ở Malaysia bắt đầu mang thai vào những ngày trăng tròn. Nhiều động vật không xương sống ở nước có hiện tượng di cư thẳng đứng suốt ngày đêm, liên quan đến chu kỳ chiếu sáng. - Phản ứng với ánh sáng có chu kỳ (ngày đêm, tuần trăng ) đã tạo nên ở sinh vật một nhịp điệu sống, cái gọi là đồng hồ sinh học. - Tác động của các tia (hồng ngoại, tử ngoại, tia X ) còn ít được nghiên cứu. Song rõ ràng tia hồng ngoại thường làm tăng nhiệt của môi trường, tia tử ngoại với liều lượng thấp kích thích tạo vitamin D, liều lượng cao gây hủy diệt men và sinh chất của tế bào sinh vật. Các tia có bước sóng cực ngắn (tia γ, β) còn gây nên hiện tượng đột biến gene. 5. Các chất khí Thành phần khí của khí quyển từ lâu đã rất ổn định. Lớp khí bao bọc hành tinh dầy trên 1000 km, nhưng tập trung ở lớp gần mặt đất. Càng lên cao càng loãng dần và thành phần cũng biến đổi. Tầng thấp nhất là tầng đối lưu dầy 9-15 km có tác dụng điều chỉnh khí hậu thời tiết của hành tinh. Tầng bình lưu nằm phía trên kéo dài đến 80 km, mật độ loãng, nhiệt độ từ 10 đến -40 0 C. Đáy của nó là lớp ozon có tác dụng như một lá chắn, ngăn cản 90% bức xạ tử ngoại từ mặt trời chiếu xuống trái đất. Trên tầng này là tầng Zonosphere (đạt đến 1000 km) và sau là tầng Exdosphere không có giới hạn. - Khí O 2 : Cần cho sự hô hấp của sinh vật và tham gia vào các phản ứng hóa học khác. Hoạt động của con người chưa là thay đổi sự cân bằng O2 trong khí quyển, hàm lượng này vẫn duy trì ở mức 20,94%. - Khí CO 2 : Cần cho quá trình quang hợp của thực vật và là sản phẩm của sự hô hấp của sinh vật và của quá trình phân giải các chất chứa cacbon. Hàm lượng CO 2 cũng tương đối ổn định, trừ sự biến động lớn mang tính chất cục bộ (trong 1 thành phố). Song hàm lượng CO 2 chung trong khí quyển đã tăng lên do sự hoạt động của con người chặt phá rừng, đốt nhiên liệu Trước thời kỳ công nghiệp hóa, hàm lượng CO 2 ổn định ở mức 0,029%, đến 1970 lên đến 0,0321% với tốc độ trung bình 0,7% trên năm. CO 2 cùng với bụi ngày một tăng sẽ đưa đến hiện tượng “hiệu ứng nhà kính”, bất lợi cho điều kiện khí hậu và đời sống của sinh vật. - Khí N2: Chiếm tỷ lệ lớn trong khí quyển và rất ổn định. Dưới tác động của các phản ứng điện hóa và quang hóa trên 1 ha diện tích mặt đất nhận được 4-10 tấn nitơ liên kết, cùng với 150-400 kg nitơ khác do vi khuẩn. Đó là nguồn muối dinh dưỡng quan trọng cho cây trồng. Trong môi trường nước, nhất là các vực nước ngọt, khí trở thành yếu tố giới hạn thực sự với đời sống sinh vật, đặc biệt là oxy. Hàm lượng khí trong nước giảm từ mặt đến đáy, thay đổi phụ thuộc vào nhiệt độ và độ muối, vào áp suất khí quyển và hệ số hòa tan của từng loại khí. ở nhiều nơi giàu chất hữu cơ còn xuất hiện khí độc (CH 4 , H 2 S, ) có hại cho đời sống và làm suy giảm năng suất sinh học của vực nước. 6. Muối dinh dưỡng Muối có vai trò quan trọng trong đời sống sinh vật, vừa là chất cấu tạo, vừa là chất có trong dịch tế bào và cơ thể để tạo nên áp suất thẩm thấu, duy trì sự cân bằng áp suất thẩm thấu của cơ thể với môi trường, nhất là đối với thủy sinh vật. Nguồn muối trong môi trường được hình thành từ nhiều con đường: điện hóa và quang hóa, các phản ứng hóa học và sự khoáng hóa các chất hữu cơ hoặc do núi lửa phun ra từ lòng đất. Các muối thiết yếu tham gia vào cấu trúc cơ thể và tạo nên các chất quan trọng cho hoạt động sống (men, hormone ) của sinh vật gọi là muối tạo sinh (biogen) như nitơ, phospho, sắt, ma nhê Khoa học Moi truong 12 Tùy theo lượng muối được sử dụng bởi sinh vật mà người ta chia các muối thành 2 nhóm: đại lượng và vi lượng. Muối vi lượng cơ thể đòi hỏi rất ít nhưng nếu thiếu thì sự trao đổi chất của cơ thể bị rối loạn. Đến nay đã xác định được khoảng 10 nguyên tố tham gia vào muối vi lượng như Fe, Mn, Cu, Zn, Bo, Si, Mo, V, Co, Ce. Trong đó Mn, Fe, Zn, và Co rất cần cho quá trình quang hợp. Mo, Bo, Fe cần cho trao đổi nitơ, còn Mn, Bo, Cu, Co, Si cần cho các chức năng trao đổi khác. Nhiều nguyên tố vi lượng có tác dụng như các vitamin, tham gia với vai trò xúc tác. Trong nước cũng có mặt hầu hết các loại muối, song muối Cacbonat (nước ngọt) và clorua (nước biển) có vai trò quan trọng do làm biến đổi áp suất thẩm thấu của cơ thể. Căn cứ vào sự biến đổi áp suất thẩm thấu của dịch cơ thể với áp suất môi trường, sinh vật nước được chia thành 3 nhóm: sinh vật biến thẩm thấu, sinh vật đồng thẩm thấu và sinh vật giả đồng thẩm thấu. 7. Dòng chảy và áp suất Dòng (khí, nước) và áp suất đều là những yếu tố giới hạn, trực tiếp hay gián tiếp tác động lên đời sống của sinh vật. Hướng và cường độ của gió thịnh hành ảnh hưởng đến hình thái của thực vật. Hoa được thụ phấn nhờ gió. Các dòng khí thăng, giáng nâng đỡ cánh chim, côn trùng khi bay. Bão, gió xoáy, nhất là gió mùa chi phối hoạt động của đời sống sinh vật trong vùng. Đối với các vực nước, dòng và áp suất của nước là tác nhân quan trọng trong sự phân bố của thủy sinh vật: sinh vật nước tĩnh và sinh vật nước chảy Hoạt động của các dòng (dòng triều, hải lưu, đối lưu ) còn làm cho điều kiện môi trường thay đổi, trực tiếp hay gián tiếp tác động lên đời sống của các loài. 8. Đất và điều kiện sống trong đất Đất không chỉ là yếu tố quan trọng của môi trường mà còn là sản phẩm hoạt động sống và là môi trường sống của các loài sinh vật đất. Mỗi loại đất được đặc trưng bởi nguồn gốc, cấu trúc (sự sắp xếp và tỷ lệ các cấp hạt, ) các đặc tính vật lý (kích thước cấp hạt, độ ngấm nước, sức nén, độ xốp ) và hóa học của chúng. Mỗi loại đất có tỷ lệ pha trộn các loại hạt khác nhau. Theo thiết diện đứng, đất gồm các lớp sau: - Tầng A (mùn): gồm xác động thực vật đang biến đổi thành các vật liệu hữu cơ do sự mùn hóa. - Tầng B: gồm đất khoáng, các chất hữu cơ trong đó đang xảy ra quá trình khoáng hóa, trộn lẫn với vật liệu gốc bị nghiền vụn. Những chất hòa tan của tầng B được tạo thành từ tầng A rồi lại từ đó bị rửa trôi bởi nước xuống tầng sâu hơn. - Tầng C: nơi vật liệu gốc chưa bị biến đổi. Đó là đá mẹ thành hòn hay tảng được tạo thành do nhiều nguyên nhân. Đất là môi trường sống của nhiều loại sinh vật mà ở đó tồn tại hàng loạt các yếu tố vừa giới hạn vừa điều chỉnh hoạt động sống của các loài. - Độ xốp tạo điều kiện cho nước di chuyển và tạo nên độ thoáng khí cho đất, quy định nơi cư trú và vận động của sinh vật. - Nước và độ ẩm: do sự hút ẩm mà các cấu tượng đất được bọc bởi màng nước mỏng. Nước này thực vật không sử dụng được. Nước chứa trong các khe hở của các hạt đất tạo thành nước mao dẫn. Đây cũng là nơi sinh sống của động vật nguyên sinh. Tuy nhiên, thực vật chỉ có thể sử dụng được nước mao dẫn ở những khe có đường kính thích hợp (>2-8(m). Bên cạnh chúng còn có nước trọng lực, từ bề mặt thấm xuống qua các khe lớn, mang tính chất tạm thời. Khoa học Moi truong 13 - Các yếu tố vật lý, hóa học khác như độ pH, các muối khoáng, ion quy định mức phì nhiêu của đất và sự giàu nghèo của năng suất sinh học của đất. Chính sự sống của các quần thể đất là một trong những yếu tố hình thành và cải tạo đất, làm cho đất ngày một phì nhiêu. 9. Những yếu tố sinh học Sinh vật không chỉ có quan hệ với các yếu tố của môi trường mà còn tương tác với nhau gây ảnh hưởng lên nhau bằng các mối quan hệ sinh học trong cùng loài và khác loài, trong đó mối quan hệ khác loài đóng vai trò quan trọng nhất. Những mối quan hệ tạo nên tác dụng có lợi gọi là các tương tác dương và ngược lại, có hại gọi là các tương tác âm. III. Quần thể sinh vật Quần thể là một nhóm cá thể của một loài, khác nhau về giới tính, kích thước và tuổi, cùng sống trong vùng phân bố của loài. Những loài có vùng phân bố rộng với những điều kiện sống khác biệt nhau thường hình thành nên nhiều quần thể và được gọi là loài đa hình, ngược lại những loài có vùng phân bố hẹp, điều kiện sống đồng nhất không hình thành nên các quần thể khác nhau gọi là loài đơn hình. Quần thể là một tổ chức sinh vật cao hơn mức cá thể, đồng thời là một hệ thống mở tự điều chỉnh, dạng tồn tại cơ bản của loài trong những điều kiện cụ thể của môi trường. Quần thể được đặc trưng bởi tính cấu trúc, mức sinh sản, mức tử vong, những quy luật biến động số lượng riêng của mình. 1. Kích thước và mật độ Mỗi quần thể đều có số lượng tuyệt đối cá thể của mình gọi là kích thước của quần thể. Những sinh vật có kích thước cơ thể nhỏ thường có số lượng đông hơn những loài có kích thước lớn. Kích thước là một đại lượng tương đối ổn định đặc trưng cho loài. Nếu thấp hơn hoặc cao quá đại lượng trên, quần thể phải tự điều chỉnh để đạt trạng thái ổn định cân bằng với “dung tích” của môi trường. Nếu số lượng chung giảm dưới mức cho phép, quần thể sẽ rơi vào trạng thái suy vong. Mật độ là lượng cá thể tính trên một đơn vị thể tích hay diện tích của nơi sống (con/m 3 , con/m 2 ). Quần thể có số lượng đông, trường di truyền cũng lớn và thích ứng với điều kiện sống càng rộng. ở những nơi điều kiện môi trường ổn định, số lượng quần thể thường nhỏ hơn so với những nơi mà điều kiện môi trường kém ổn định. Nhiều đặc tính sinh lý (hô hấp, dinh dưỡng ) của cá thể phụ thuộc vào mật độ quần thể. 2. Sự phân bố các cá thể trong không gian Có 3 kiểu phân bố của các cá thể trong không gian, liên quan đến điều kiện môi trường, trước hết là nguồn dinh dưỡng và tập tính “lãnh thổ” của cá thể: Phân bố đều, phân bố ngẫu nhiên, và phân bố điểm. Trường hợp cuối cùng là hiện tượng phổ biến trong thiên nhiên. 3. Cấu trúc tuổi Trong quần thể gồm nhiều lứa tuổi khác nhau. Những loài có tuổi thọ cao thì cấu trúc tuổi phức tạp hơn so với những loài có tuổi thọ thấp. Mỗi quần thể đều được đặc trưng bởi sự phân bố tuổi “trung bình” hay “ổn định” mà sự thay đổi của các nhóm tuổi thực tế đều hướng đến sự ổn định đó bằng cách thay đổi mức tử vong hoặc mức sinh sản. Quần thể gồm 3 nhóm tuổi sinh thái chính: tuổi trước khi sinh sản, đang sinh sản và sau khi sinh sản. Tỷ lệ giữa các nhóm tuổi trong tình trạng ổn định là dấu hiệu đặc trưng cho loài. Khoa học Moi truong 14 Hơn nữa, độ dài của các nhóm tuổi so với tuổi thọ trung bình cũng rất thay đổi giữa các loài, thậm chí ngay trong một loài sống trong những điều kiện khác nhau. Ví dụ ở người hiện nay, độ dài của 3 nhóm tuổi gần bằng nhau, nhưng ở những thế kỷ trước, tuổi sau sinh sản rất ngắn. 4. Cấu trúc giới tính Tỷ lệ đực cái của các quần thể trong tự nhiên thường là 1:1, song thay đổi theo từng loài và điều kiện sống cũng như theo thời vụ của mùa sinh sản. Sự cân bằng tương đối tỷ lệ đực cái không chỉ tăng nhịp điệu tái sản xuất mà còn duy trì sức sống cho các thế hệ con cái do sự phối hợp nguồn gene ở mức cao nhất. Chính vì vậy trong tự nhiên, khi điều kiện không thuận lợi, thường có sự thay đổi từ một quần thể “đơn tính” sang “sự ghép đôi” như ta thấy ở nhiều loài động vật không xương sống. 5. Mối quan hệ nội bộ loài Mối quan hệ giữa các cá thể trong quần thể hay các quần thể của một loài thuộc về mối quan hệ nội bộ loài. Mối quan hệ này bao gồm những tương tác dương và âm, biểu hiện trong quan hệ cạnh tranh, ký sinh, vật giữ con mồi (ăn đồng loại, ) song các quan hệ “âm” không gay gắt như quan hệ giữa các loài mà chỉ giúp cho loài khắc phục các điều kiện bất lợi của môi trường hoặc làm tăng sức sống cho các thế hệ con cái để loài tồn tại và phát triển hưng thịnh hơn. Các mối quan hệ “dương” thường chiếm ưu thế. 6. Tái sản xuất và biến động số lượng của quần thể Mỗi một quần thể là một hệ thống với nhiều thông số không ổn định mà nó đảm bảo cách thức tồn tại tối ưu cho quần thể trong một điểm nào đó phù hợp với điều kiện bất ổn định của môi trường. Thông số quan trọng nhất trong hệ thống trên của quần thể là kích thước và hoạt động chức năng của nó. Hai thông số này điều hòa để đạt trạng thái tối ưu liên quan chủ yếu với 2 quá trình sinh sản và tử vong. 6.1. Mức sinh sản Đó là sự bổ sung cá thể mới cho quần thể. Khả năng này được kiểm soát bởi bản chất của quần thể và các yếu tố môi trường, trước hết là thức ăn và điều kiện hô hấp. Mức sinh sản được biểu hiện bởi 2 thông số: mức sinh sản tuyệt đối và mức sinh sản tương đối. Trường hợp đầu là số lượng cá thể mới được sinh ra bởi quần thể trong một khoảng thời gian xác định (giờ, ngày, năm ). Còn trường hợp thứ 2 là tỷ số giữa các mức sinh sản tuyệt đối và số lượng cá thể trong quần thể (tính bằng %). Mức sinh sản thực tế hay sinh thái phụ thuộc vào điều kiện môi trường. Thích nghi với việc đảm bảo mức tái sản xuất của mình, ở sinh vật tồn tại các dạng sinh sản như sinh sản vô tính, đơn tính, hữu tính, Phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, sinh sản ở sinh vật thường diễn ra theo quy luật mùa, tuần trăng, ngày đêm 6.2. Mức tử vong và mức sống sót Mức tử vong là nhịp điệu chết của cá thể trong quần thể. Nguyên nhân chết là do tuổi già, vì các điều kiện bất lợi của môi trường, bao gồm cả bị ăn bởi vật dữ. Mức tử vong thực tế (hay mức chết sinh thái) là nhịp điệu chết của cá thể trong quần thể gây ra do điều kiện cụ thể của môi trường. Tuổi mà ở đó các cá thể đạt được rồi mới chết vì già trong điều kiện không do giới hạn của điều kiện sống được gọi là tuổi thọ sinh lý, tuổi thọ này cao hơn tuổi thọ sinh thái. Nếu gọi M là mức tử vong thì mức sống sót sẽ là 1-M. Mức tử vong thường thay đổi ở các giai đoạn sống và theo lứa. Mức sống sót của quần thể phụ thuộc và sự chăm sóc của bố mẹ đối với con cái, vào mật độ của quần thể và vào trạng thái thực tế của môi trường. Khoa học Moi truong 15 6.3. Sự tăng trưởng của quần thể Đó là sự gia tăng về số lượng và sinh vật của quần thể trong một khoảng thời gian, đồng thời cũng là hệ quả của 2 quá trình sinh sản và tử vong, trong đó mức sinh sản chiếm ưu thế. 6.4. Sự biến động số lượng của quần thể Khi quần thể hoàn thành sự tăng trưởng, tức là khi ΔN/Δt trung bình tiến đến 0 thì số lượng quần thể có khuynh hướng dao động quanh mức ổn định tương đối của mình và mối liên hệ ngược của một loài nào đó phát huy tác dụng. Sự biến động số lượng được xem như là một tiêu điểm sinh thái mà ở đó phản ánh tất cả các đặc trưng sinh học của quần thể, trong đó quan trọng phải kể đến sự tăng trưởng, mức sinh sản và tử vong, thông qua nguồn năng lượng được lấy vào chủ yếu là thức ăn. Ở những loài có chu kỳ sống ngắn trong môi trường kém ổn định thì sự dao động số lượng mạnh hơn so với những loài có tuổi thọ cao, cấu trúc quần thể phức tạp. Sự biến động số lượng mang tính chu kỳ, liên quan đến sự thay đổi có chu kỳ của các yếu tố tự nhiên hoặc không mang tính chu kỳ, liên quan với các hiện tượng ngẫu nhiên bao gồm cả hoạt động của con người. − Chu kỳ ngày đêm: gặp ở vi khuẩn, tảo, − Chu kỳ mùa gây ra do biến đổi của khí hậu (cường độ chiếu sáng, nhiệt độ, độ ẩm ). Phần lớn các loài sinh vật có mùa sinh sản tập trung vào màu xuân hè và cường độ tử vong cao vào mùa đông khắc nghiệt. − Chu kỳ nhiều năm: sự dao động này liên quan với những nguyên nhân làm thay đổi khí hậu của một vùng rộng lớn như sự thay đổi hoạt động của mặt trời xảy ra theo chu kỳ 9 - 12 năm. Biến động số lượng không theo chu kỳ (dịch, bệnh, động đất, núi lửa, ô nhiễm ) thường gây tổn hại cho quần thể vì chúng không thích ứng kịp với những tác động ngẫu nhiên. Trong trường hợp biến động có chu kỳ, các quần thể thích nghi, tự điều chỉnh số lượng của mình để hướng tới trạng thái ổn định nhờ sự thay đổi hoạt động của các mối quan hệ thuận nghịch trong các quá trình tăng trưởng, sinh sản và tử vong thông qua nhịp điệu nhận năng lượng và vật chất của quần thể. Khoa học Moi truong . - Môi trường ổn định, sinh vật sống ổn định và phát triển hưng thịnh. - Môi trường suy thoái, sinh vật cũng bị suy giảm cả về chất lượng và số lượng. - Môi trường bị hủy hoại thì sinh vật. dụ: nền đáy là môi trường của các sinh vật sống đáy, song không phải là môi trường đối với các sinh vật sống ở màng nước và ngược lại. 2.3. Cảnh sống Là một phần của môi trường mà ở đó có. Trong mối tương tác giữa cơ thể và môi trường, sinh vật đều phản ứng với sự biến đổi của các yếu tố môi trường bằng những phản ứng thích nghi về sinh lý, sinh thái và tập tính thông qua hoạt động