bài hoàn thiện sinh thái học

Mục lục 1 Mở đầu Giữa sinh vật và con người tồn tại có mối quan hệ chặt chẽ với nhau, nếu chúng ta biết vận dụng chúng theo quy luật phát triển bền vững và cân bằng sinh thái thì mới có khả năng duy trì và phát triển mối quan hệ này đối với mục tiêu kinh tế của con người. Trong bài này trình bày về các quá trình chọn lọc trong tự nhiên, các dạng sống và sự hình thành ổ sinh thái, các kiểu quan hệ tương tác trong quần xã, và một số vấn đề thuộc tổ chức bậc quần xã trong quần xã. Nghiên cứu về các quá trình chọn lọc trong tự nhiên của sinh vật có ý nghĩa quan trọng trong xây dựng các phương hướng phát triển nông lâm nghiệp, giúp cho chúng ta có thể lựa chọn được những giống cây trồng phù hợp cho từng vùng, từng khu vực cụ thể. 1. Quá trình chọn lọc tự nhiên và nhân sinh 1.1. Chọn lọc tự nhiên Quá trình chọn lọc tự nhiên xảy ra hai giai đoạn: a. Giai đoạn tiên phong và giai đoạn chọn lọc sinh thái cảnh: Chọn lọc sinh thái cảnh là sự chọn lọc chủ yếu đối với các cá thể tiên phong do các yếu tố ban đầu quyết định. Lúc này các cá thể sinh vật hoàn toàn phụ thuộc vào sự chọn lọc của các yếu tố sinh thái, tức là điều kiện vật lý và hóa học ở nơi đó. Trong giai đoạn này các cá thể tiên phong (hầu hết là các loài ưa sáng và có tốc độ phát triển nhanh) tạo thành các quần xã gần như cùng loài. Ví dụ: có hàng chục loài xâm nhập vào một khu vực và trong cùng một điều kiện môi trường nhất định, nhưng giai đoạn đầu chỉ có 1 – 2 loài tiên phong phát triển được. Dần dần qua quá trình phát triển chúng cải thiện điều kiện vật lý, hóa học của môi trường dẫn đến có nhiều tổ thành loài hình thành. Giai đoạn chọn lọc vật lý, hóa học tiếp diễn cho đến khi các loài đủ mật độ và khép tán, các hệ rễ giao tiếp với nhau và bắt đầu ảnh hưởng đến nhau và ảnh hưởng đến nhau. Giai đoạn này dài hay ngắn chủ yếu phụ thuộc vào các loài tiên phong. Có 3 dạng cây tiên phong chính: - Tiên phong dạng cây hòa thảo (cây cỏ) phần lớn đạt từ 2 – 3 năm, sau đó chuyển sang giai đoạn khác. - Tiên phong dạng cây gỗ tạm thời: dạng này thường kéo dài 6 – 9 năm, sau đó nhường cho loài khác. 2 - Dạng tiên phong cây gỗ định vị: kéo dài 10 – 15 năm, sau đó cùng tồn tại song song với các loài khác. b. Giai đoạn chọn lọc sinh thái cảnh (gồm sinh thái cảnh và tổ thành loài). Khi các loài tiên phong phủ tán và hệ rễ phát triển trên toàn bộ không gian nền đất tạo nên sự tiếp xúc với nhau của hệ rễ. Lúc này xảy ra 2 vấn đề chính: - Có sự cạnh tranh giữa các cá thể và các loài về nơi sống và thức ăn. - Có sự biến đổi của các yếu tố sinh thái ban đầu cả về mặt vật lý và hóa học. Sự cạnh tranh giữa các loài trong quần xã về thức ăn và không gian sống là vấn đề không thuận lợi. Song, hậu quả đó lại được điều hòa cân bằng nhờ chính quần thể đã tạo điều kiện sống sót cho cả nhóm nói chung. So với cá thể sống đơn độc thì quần thể có tỷ lệ chết thấp hơn khi gặp điều kiện môi trường không thuận lợi hay bị các loài sinh vật khác tấn công. Nhưng kết quả của việc cạnh tranh thường rất lớn và đã được thừa nhận như là một trong những cơ chế của chọn lọc tự nhiên và thường dẫn đến sự hình thành các ổ sinh thái riêng biệt bằng cách thay thế quần thể ưu thế của loài này bằng quần thể ưu thế của loài khác. Chẳng hạn: khi có một lượng ánh sáng đến tán cây thì nó sẽ giảm đi 70 – 80% lượng ánh sáng đầy đủ khi xuống dưới tán. Đồng thời, với nhiệt độ giảm và độ ẩm tăng đã xuất hiện mầm mống của các loài khác phát triển làm cho sự cạnh tranh giữa các cá thể và các loài xảy ra gay gắt hơn. Cây thế hệ thứ hai có thể vượt lên trở thành cây ưa sáng, còn cây thế hệ thứ nhất trở thành cây chịu bóng. Giai đoạn này thường kéo dài tự 6 – 9 năm và các loài cây bị thay thế dần. Đây chính là quá trình chọn lọc trên cơ sở cạnh tranh và thay đổi điều kiện sinh thái môi trường ban đầu. Thông thường cây tiên phong định vị sẽ thay thế cho cây tiên phong tạm thời vừa là cây tiên phong định vị. 1.2. Chọn lọc nhân sinh Chọn lọc nhân sinh là sự chọn lọc do con người thực hiện nhằm điều chỉnh sinh vật phát triển theo hướng phục vụ cho nhu cầu sống của mình. Vấn đề thuần hóa là một việc “cần” nhưng chưa “đủ”. Mục đích cuối cùng là chúng ta phải tạo ra một dạng hỗ sinh đặc biệt, thích nghi ở bậc hệ sinh thái. Nếu quá trình chọn lọc nhân tạo, chúng ta chỉ đơn thuần là “buộc” thiên nhiên tuân theo mục đích của mình thì rốt cuộc chúng ta sẽ bị thất bại. Vì vậy sự chọn lọc nhân tạo phải 3 được xác lập trên cơ sở chọn lọc tự nhiên một cách hợp lý và phải được điều khiển trên quy mô hệ sinh thái. Chẳng hạn, khi kết thúc giai đoạn chọn lọc sinh thái cảnh và chuyển sang giai đoạn chọc lọc sinh thái cảnh, các quần thể tương đối ổn địnhvà có khả năng phát triển lớn. Lúc này con người có thể chặt bỏ những cây kém giá trị, không có mục đích phát triển kinh tế… để tạo điều kiện cho các cây khác phát triển. Sự tu bổ của con người từ giai đoạn sơ khai, nhằm mục đích hướng đến phát triển cây gỗ có giá trị kinh tế bằng cách chọn những ô trống trong rừng cây tiên phong để trồng dặm các cây có giá trị kinh tế. Sau đó, theo sự biến đổi về nhu cầu sinh thái người ta có thể tỉa dần một số cây tiên phong cho phù hợp với điều kiện sinh thái cây gỗ mới trồng và dần dần tăng thêm mật độ cây gỗ kinh tế một cách hợp lý. Việc thay thế dần các cây gỗ cho cây tiên phong là việc làm kinh tế nhất, đảm bảo chắc chắn nhất nhưng đòi hỏi thời gian tương đối lâu dài. 2. Các dạng sống và sự hình thành ổ sinh thái 2.1. Các dạng sống Sự tác động tổng hợp của các nhân tố sinh thái, cùng với mối tương tác giữa các loài, thông qua sự chọn lọc tự nhiên một cách lâu dài làm cho cây cối hình thành những dạng sống khác nhau. Mỗi dạng sống của sinh vật thích nghi với một điều kiện sinh thái nhất định. Đó là kết quả di truyền của từng loại trong quá trình biến đổi thích nghi của mình mà biểu hiện sự khác nhau về kích thước, hình dạng, cách sống và vị trí sống của chúng. Mỗi hình thái như vậy gọi là dạng sống. Nó phản ánh một kiểu sinh thái nhất định. Từ trước đến nay, có rất nhiều tác giả tìm cách xác định những dạng sống, kiểu sống đó nhưng chưa có sự thống nhất giữa các tác giả. Chẳng hạn: Humboldt đã chia thực vật ra 19 dạng sống dựa theo hình dạng bên ngoài của cây cối. Còn Girsbach thì dựa vào hệ thống phân chia của Humboldt mà chi tiết ra thành 61 dạng sống… Sau đây chúng ta xem xét cách phân chia dạng sống của Rauker, cách phân chia được coi là hợp lý nhất. Raunker đã dựa vào vị trí của những chồi mới mọc so với mặt đất và sự bảo vệ chúng chống lại những điều kiện sinh thái bất lợi (như mùa đông, mùa khô) mà chia thực vật ra làm 5 nhóm sau: 4 * Cây chồi trên cao (Phanerophyt): Gồm những cây to, cây nhỏ, cây bụi và cây thảo. Là những cây mà lá có thể rụng nhưng thân vẫn còn sống và chồi ở trên mặt đất, gồm các nhóm: - Cây chồi trên cây to: cao trên 30m. - Cây chồi trên trung bình: cao từ 8 – 30m. - Cây chồi trên nhỏ: cao từ 2 – 6m. - Cây chồi trên thấp: cao đến 2m. * Cây chồi trên ở mặt đất (camephyt): Gồm những cây bụi nhỏ và cây thảo, chồi vủa chúng không chết trong thời kỳ khô. Chồi tuy ở trên nhưng gần mặt đất. Ví dụ: Các bụi cây nhỏ ở savan, cây thảo vùng ven biển. * Cây nửa chồi dưới (Hemicryptophyt): là những cây gỗ có chồi mới xuất hiện ngay ở dưới mặt đất một ít. Sau khi có quả chín phần trên chết hoàn toàn, còn phần dưới gốc sống sát ở dưới mặt đất, chờ điều kiện thận lợi để mọc lên cao và lại ra hoa, kết quả. Cây nửa chồi dưới gồm có: Họ cúc, cây thảo, cây chỉ thiên, cây mã đề…. * Cây chồi ẩn (Cryptophyt): là những cây có chồi xuất hiện ở dưới mặt đất như họ hành, cỏ tranh, cỏ năn. Chúng có khả năng trút bỏ lá trong điều kiện khắc nghiệt và giữ lại chồi ngầm. Gồm các loại: - Cây chồi ngầm (chồi ngầm nằm dưới mặt đất) như cỏ tranh. - Cây chồi ngầm thủy sinh (chồi ngầm sống ở dưới nước) cỏ năn, sen. * Cây một năm (therophyt): Là những cây sống hàng năm, sau khi chết chỉ để lại hạt mà thôi. Hạt chúng gặp điều kiện thuận lợi sẽ nảy mầm mọc lại cây khác. Cây này rất phổ biển ở nhiệt đới và ôn đới. 2.2. Ổ sinh thái Ổ sinh thái là một khái niệm rất rộng không có chỉ bao hàm một khoảng không gian có sinh vật sống mà gồm cả vài trò chức năng của sinh vật trong quần xã và vị trí tương đối của các yếu tố sinh thái môi trường. Vì vậy, ổ sinh thái không chỉ phụ thuộc vào chỗ là ở đâu, mà còn phụ thuộc vào chỗ là gì và vị giới hạn bởi các lại khác ở mức nào. Có thể coi nơi ở là “địa chỉ” của sinh vật thì ổ sinh thái là “nghề nghiệp” của chúng. 5 Hình 1: Ổ sinh thái Nói cách khác: ổ sinh thái là quan hệ giữa các chức năng của sinh vật ở trong cùng một quần xã. Cho nên, trong cùng một quần xã không thể cùng có hai loài cùng chiếm giữ lâu dài một chức năng hoàn toàn giống nhau. Do đó, khi nghiên cứu cácdạng sống và ổ sinh thái của sinh vật chúng ta cần lưu ý những vấn đề sau: - Tùy thuộc vào điều kiện sống mà quần xã sinh vật có thể thay đổi tỷ lệ tổ thành loài khác nhau nên khi nghiên cứu tổ thành loài ta có thể căn cứ vào tỷ lệ mà xét đoán bước đầu về điều kiện sinh thái môi trường. - Khi hoạch định trong quy hoạch tồng trọt cũng cần căn cứ vào dạng sống từng loại cây mà dự đoán về nhu cầu sinh thái. Tuy nhiên, cần phải kết hợp với việc nghiên cứu các đặc điểm hình thái cây trồng (lá, thân, tán cây) để dự kiến trước môi trường sống và điều kiện sinh thái cần cho nó. - Dạng sống còn thể hiện qua quá trình thích nghi với những ổ sinh thái nhất định và cũng là dạng phân biệt các cách tích lũy vật chất. Từ đó nó phản ánh cho ta bước đầu về giá trị sinh học hoặc giá trị kinh tế từng loài. - Trong điều kiện nhiệt đới sự phân bố tổ thành loài rất đa dạng. Còn ở ôn đới thường chỉ có 2 – 3 tổ thành loài trên một đơn vị diện tích. - Sự phân bố lại vật chất và năng lượng là một trong những yếu tố chi phối mạnh mẽ đến việc tạo ra các ổ sinh thái. 3. Các kiểu quan hệ tương tác trong quần xã 3.1. Các kiểu quan hệ trong tự nhiên Qua quá trình chọn lọc, các tổ thành loài hình thành và dần dần đi đến ổn định, cả thành phần loài trong quần xã lẫn mối quan hệ giữa các loài với nhau và với các yếu tố môi trường. Tuy nhiên, trong quá trình đó vẫn thường xuyên xảy ra tác động 6 tương hỗ và các kiểu quan hệ tương tác với nhau trong quần xã. Sau đây chúng ta nghiên cứu một số mối quan hệ tương tác đó thường gặp trong tự nhiên. a. Quan hệ lý sinh: Là quan hệ giữa các loài nảy sinh thông qua việc tiếp xúc có tính chất cơ học giữa các bộ phận như: Rễ vỡi rễ, thân với thân, rễ với thân… Mối quan hệ đó có thể dẫn đến đồng nhất về mặt sinh hóa giữa các cá thể cùng loài. Chẳng hạn: Hai cây của loài mò đỏ có hệ rễ nối với nhau thì nó có tính chất như một hệ rễ. Khi chặt đi một cây thì nó có thể tái sinh lại. Quan hệ lý sinh này được người ta có thể sử dụng trong việc ghép cây giữa các cá thể cùng loài hay khác loài nhưng cùng họ chi, họ để lấy tính trội của loài này bù vào loài còn lại. Ví dụ: Lấy chồi cây khế ngọt ghép vào gốc cây khế chua thì khế sẽ cho quả ngọt và năng suất cao. Hình 2: Ghép khế b. Quan hệ bì sinh: là quan hệ của một loài này phát triển và ký gửi trên lớp vỏ vủa loài khác, nhưng không có quan hệ ký sinh, mà còn có quan hệ tiếp xúc như một giá thể. Nó tận dụng độ cao của giá thể để tăng cường bức xạ, nhiệt… Nhưng không phụ thuộc vào giá thể về dinh dưỡng. Tuy nhiên, loài bì sinh này không phát triển một cách lung tung mà chỉ phát triển ở những quần xã có điều kiện sống thích hợp. 7 Hình 3: Quan hệ bì sinh – bầu bí c. Quan hệ bóp nghẹt (ficus): Đó là mối quan hệ chủ yếu giữa hai cá thể đa – si. Khi bào tử cây si được chim cấy vào cây đa, gặp điều kiện thuận lợi si phát triển nhanh gấp 3 – 4 lần cây chủ và đến mộ lcus nào đó nó sẽ thòng rễ xuống đất phủ kín cây chủ và ép cây chủ chết. 8 Hình 4: Quan hệ đa - si d. Quan hệ ký sinh: Quan hệ của một loài này sống gửi trên một loại khác. Vật ký sinh tận dụng giá thể (vật chủ) như một nơi sống thuận tiện cho cả điều kiện thuận tiện cho cả điều kiện vật lý và cả thức ăn. Chúng lấy thức ăn từ vật chủ bằng cách các hệ rễ ăn sâu vào gian bào và mô vật chủ và chọn những chất dinh dưỡng phù hợp với chúng. Đây là quan hệ một chiều. Tuy nhiên trong quan hệ này do nhu cầu của các vật ký sinh về điều kiện sống và ngồn dinh dưỡng nên các vật ký sinh phải lựa chọn vật chủ phù hợp với mình trước hết là về mặt hóa sinh. Chính vì vậy, mà quan hệ này có rất nhiều tác dụng trong thực tế như: căn cứ vào cây tầm gửi ký sinh trên cây nào mà xác định được tính chất của nó để làm thuốc chữa bệnh. Ví dụ: Cây ngái và tầm gửi ký sinh trên cây gạo sẽ chữa được bệnh thấp khớp. Tầm gửi ký sinh trên cây thăng (sao) sẽ chữa bệnh bướu cổ. Tầm gửi ký sinh trên cây chanh lấy nước chữa đau mắt. Trong quan hệ này vật kí sinh có thể hủy hoại vật chủ và cả hai cùng bị tiêu diệt. 9 Hình 5: Cây tầm gửi e. Quan hệ hóa sinh: là quan hệ giữa loài này với loài khác ảnh hưởng đến nhau bằng chất chiết có từ trong cơ thể thực vật. - Giữa thực vật bậc thấp ảnh hưởng đến thực vật bậc cao hay động vật gọi là chất kháng sinh (ví dụ: penicyline là một kháng sinh chiết từ vi khuẩn). - Giữa thực vật bậc cao với thực vật bậc cao hay động vật gọi là độc tố (phitooxin) hay kích tố (phitoacaxin). Các loài như bạch đàn, tràm, long não có thể chiết lấy tinh dầu diệt khuẩn và nhờ chất chuxcdx mà thực vật có thể gây hại đối với các loài cạnh tranh với nó. Ngoài ra, nhờ chất chiết mà thực vật có thể truyền tinh cho nhau khi bị nguy hiểm. Chẳng hạn: Khi một nhóm cây liễu bị nhiểm khuẩn thì chúng dùng chất chiết truyền cho các cây khác ở xa (có thể trên 300m) biết để tiết ra các chất đề kháng chống lại sự xâm nhập của vi khuẩn. f. Quan hệ cộng sinh (hỗ sinh): Quan hệ cộng sinh là quan hệ giữa hai cá thể cùng loài hay khác loài trong một quần xã và có lợi ích hai chiều. Đây là quan hệ bắt buộc và chúng có thể bù trừ cho nhau những chỗ thiếu. Chẳng hạn: tảo + nấm = địa y (thực vật bậc thấp), đây là quan hệ bắt buộc. 10 [...]... không bị ảnh hưởng xấu Sy Đa - Vật ký sinh (A) thường nhỏ hơn vật chủ (B) - Quần thể ăn thịt (A) thường lớn hơn qần thể vật làm mồi (B) 4 Xâm lăng (hãm sinh) 5 Ký sinh 6 Ăn thịt (vật giữ con mồi) + + + 7 Hội sinh + 0 Loài hội sinh (A) có lợi, còn loài được hội sinh (B) không lợi chẳng hại gì 8 Hợp tác đơn giản + + Có lợi cho cả hai loài, nhưng không bắt buộc 9 Hỗ sinh + + Có lợi cho cả 2 loài và bắt... từng loài để xét ưu thế sinh thái của loài hay 14 nhóm nào đó Đôi khi ưu thế sinh thái không phải là một hay vài loài mà là của một tầng nào đó bao gồm rất nhiều loài Ở những vùng thực vật có kích thước nhỏ thì động vật có khả năng giữ vai trò điều chỉnh quần xã và có thể ảnh hưởng lớn đến các điều kiện vật lý của môi trường thì lúc đó có thể coi động vật đó là ưu thế sinh thái Qua nghiên cứu cho thấy:... quan hệ hỗ sinh là kiểu quan hệ lý tưởng nhất đối với con người Cho đến nay con người vẫn đang sống như ký sinh ở trong môi trường của mình Họ có thể tiêu hủy tất cả những gì mà họ cần đến và không chăm lo đến vật chủ 12 Rõ ràng con người cần phải xác lập sự liên minh hỗ sinh với tự nhiên Bởi vì con người là những sinh vật dị dưõng phụ thuộc vào tài nguyên dự trữ Nếu không xây dựng quan hệ hỗ sinh với... thì chỉ có vài loài quyết định số lượng, kích thước, năng suất… của quần xã Các nhóm loài tham gia tích cực và việc điều chỉnh trao đổi năng lượng và chúng có ảnh hưởng đến môi sinh của các loài sinh vật thì gọi là ưu thế sinh thái Mức độ ưu thế trong quần xã của một số loài nào đó được thể hiện bằng chỉ số ưu thế tương ứng, thể hiện vai trò của từng loài đối với cả quần xã nói chung Hình 8: Chim cánh... - Cỏ 3 lá: 10% - Cây sồi: 5 Cây - Bò sữa: 100 con - Ngựa : 2 con - Cừu : 5 Con Như vậy, ở đây cỏ sữa chiếm ưu thế trong sinh vật sản xuất và bò sữa chiếm ưu thế trong sinh vật tiêu thụ Trong thực tế, trên đồng cỏ còn nhiều loài sinh vật khác nhau, nhưng nếu không kể con người (là sinh vật có ưu thế tuyệt đối) thì cỏ sữa và bò sữa là những loài quyết định đến năng suất, chất lượng và có thể điều chỉnh... quan hệ hỗ sinh với thiên nhiên thì chính họ tương tự như những vật ký sinh “vô lại” có thể bóc lột vật chủ có thể tự giết chết luôn cả chính bản thân mình 4 Một số vấn đề thuộc tổ chức bậc quần xã 4.1 Khái niệm về ưu thế sinh thái Chúng ta biết rằng quần xã bao gồm nhiều loài sống trong một không gian nhất định nhưng không phải các sinh vật đó đều giữ vai trò quan trọng như nhau Trong số hàng chục hàng... thường chỉ có một số loài có số lượng nhiều, sinh khối lớn, năng suất cao… còn lại là các loài hiếm, có số lượng ít, sinh khối thấp Qua nghiên cứu về sự đa dạng về loài trong quần xã cho thấy: - Nếu loài ưu thế quyết định năng suất, sinh khối thì các loài hiếm quyết định sự đa - dạng về loài trong quần xã Các quần xã bị giới hạn bởi các yếu tố vật lý hóa học thì ít đa dạng về loài và ngược - lại Con...Trong quan hệ cộng sinh này có thể có thể xảy ra cả đối với thực vật bậc cao và thực vật bậc thấp Ví dụ như quan hệ rễ nấm: nấm hút thức ăn từ rễ và trả lại cho rễ các loại thức ăn khác nhau Đây là quan hệ có lợi cho hai loài nhưng không phải bắt buộc Hình 6: Quan hệ cộng sinh Hình 7: Quan hệ cộng sinh 3.2 Tổng hợp các mối quan hệ giữa hai loài trong quần xã... xen vào nhau và luôn có mối quan hệ chặt chẽ với nhau trong quá trình trao đổi chất và năng lượng Kết luận Qua đây chúng ta có thể thấy được vai trò quan trọng trong nghiên cứu về quan hệ giữa các loài sinh vật với nhau, từ đó con người có thể vận dụng những hiểu biết của mình trong sản xuất và kinh tế 16 . lý và phải được điều khiển trên quy mô hệ sinh thái. Chẳng hạn, khi kết thúc giai đoạn chọn lọc sinh thái cảnh và chuyển sang giai đoạn chọc lọc sinh thái cảnh, các quần thể tương đối ổn địnhvà. ở là “địa chỉ” của sinh vật thì ổ sinh thái là “nghề nghiệp” của chúng. 5 Hình 1: Ổ sinh thái Nói cách khác: ổ sinh thái là quan hệ giữa các chức năng của sinh vật ở trong cùng một quần xã nhiệt đới và ôn đới. 2.2. Ổ sinh thái Ổ sinh thái là một khái niệm rất rộng không có chỉ bao hàm một khoảng không gian có sinh vật sống mà gồm cả vài trò chức năng của sinh vật trong quần xã và