Bài giảng sinh thái học TS trần thị thúy nhàn

Trang 1

TS TRẦN THỊ THÚY NHÀN tranthuynhan@gmail.com

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM

TP HỒ CHÍ MINH

SINH THÁI HỌC

KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

& KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG

NỘI DUNG MÔN HỌC

Chương 1: Mở đầu;

Chương 2: Sinh thái học cá thể;

Chương 3: Quần thể sinh vật;

Chương 4: Quần xã sinh vật;

Chương 5: Hệ sinh thái

Độ đa dạng

Sự phong phú về số lượng loài trong quần xã

Trang 2

Trang 3

Độ thường gặp

• Tỷ lệ % số địa điểm lấy mẫu có loài

được xét so với tổng số địa điểm lấy

mẫu trong vùng nghiên cứu

Độ thường gặp

C=p*100/P

p: số lần lấy mẫu của loài được xét;

P: tổng số địa điểm lấy mẫu

Loài thường gặp : C> 50%

Loài ít gặp : 25%<C<50%

Loài ngẫu nhiên : C<25%

Tần số

• Tỷ lệ % số cá thể 1 loài đối với toàn bộ

cá thể của QX trong một lần thu mẫu

hay toàn bộ các lần thu mẫu

• Phân biệt độ thường gặp (chỉ số có

mặt) với tần số?

Trang 4

Loài ƣu thế

• Loài hoặc nhóm loài quyết định số

lượng, kích thước, năng suất của QX;

• Loài ưu thế sinh thái;

• Loài tích cực tham gia vào qt trao đổi

vật chất năng lượng giữa QX với MT

– Nguồn thức ăn cho SVTT1;

– Nơi trú ngụ cho nhiều loài động vật

Xem Vd khảo sát QX đồng cỏ

(sgk, 110)

Trang 5

Độ ƣa thích

Biểu thị cường độ gắn bó của loài với QX

 Loài đặc trưng: chỉ có ở 1 QX, là loài

thường gặp, có độ nhiều cao, thường là các

loài cây có giới han ST hẹp;

 Loài ưa thích: có mặt ở nhiều QX, nhưng

ưa thích nhất 1 trong các QX trên;

 Loài lạc lõng: ngẫu nhiên có mặt trong 1 QX

 Loài ngẫu nhiên: có mặt ở nhiều QX, giới

hạn ST rộng

• Một số khái niệm (tt):

–Loài ngoại lai, bản địa, đặc hữu

–Cấu trúc của sự phân bố cá thể và

sự biến động phân bố theo chu kì

của QX

Cấu trúc và những tính chất cơ bản

của QX (tt)

Loài ngoại lai, bản

địa, đặc hữu là gì?

???

Trang 6

của sự phân bố trong QX

• Sự phân tầng ở các thủy vực, biển, đại

dương, sự phân tầng ở rừng nhiệt đới…

• Rừng nhiệt đới có 5 tầng: 2-3 tầng cây

gỗ lớn, tầng cây bụi, tầng cỏ và dương xỉ

• Ở thủy vực: tầng mặt-tầng tạo sinh, tầng

nước sâu – tầng phân hủy…

Trang 7

Đặc trƣng về biến đổi cấu trúc

phân bố trong QX theo chu kì

• Chu kì ngày đêm (ở hầu hết các QX)

• Chu kì mùa: ảnh hưởng của nhiệt độ

(mùa mưa-mùa khô thay đổi cấu trúc,

chức năng QX)

• Vùng ôn đới 6 thời kỳ/năm: ngủ đông

(mùa Đông), bắt đầu thức dậy (đầu

Xuân), thức dậy (giữa Xuân), ngủ hè

(đầu Hè), kết thúc mùa hoạt động (cuối

Hè) và mùa thu

• + Nguyên nhân:

– Yếu tố môi trường

– Tương tác nội tại xảy ra trong quần thể

– Tương tác giữa các cá thể thuộc các loài

khác nhau

• + Biến động theo chu kì

– Sự biến động theo chu kì mùa: sự biến động

này tương ứng với sự biến đổi các yếu tố môi

trường theo mùa

Sự biến động số lƣợng cá thể trong QX

• + Biến động theo chu kỳ nhiều năm:

– Ví dụ ở cây rừng

• + Biến động không theo chu kỳ:

– Sự tăng hoặc giảm số lượng cá thể một

cách đột ngột

– Nguyên nhân:

• Thiên tai

• Bệnh dịch

• Tác động của con người:

• Ô nhiễm môi trường, đốt phá rừng…

Sự biến động số lƣợng cá thể trong QX

Trang 8

• Sự liên tục và không liên tục của

Sự biến động của QX (sự diễn thế)

• Diễn thế nguyên sinh

• Diễn thế thứ sinh

• Diễn thế phân hủy

• Nguyên nhân của sự diễn thế

• Đặc điểm của diễn thế

Trang 9

• Sự diễn thế: là sự biến động của

QX trong quá trình phát triển

• Song song với qt diễn thế  biến

đổi khí hậu, đất đai thổ nhưỡng,

địa chất…

• DT nguyên sinh (primary succession):

sự diễn thế khởi đầu từ MT có thể coi là

Diễn thế nguyên sinh

– Khởi đầu từ môi trường có thể coi là “chỗ

– Bãi bồi phù sa

– Vùng núi lửa mới phun trào

Trang 10

• Một số ví dụ về diễn thế nguyên sinh:

Đất trống  trảng cỏ rậm  quần xã

trảng cây bụi  qx trảng cây gổ lớn  qx

rừng thưa  qx rừng thường xanh

(climax)

• Cuối cùng là một quần xã tương đối ổn định

• Đặc điểm của QX tiên phong và quần xã đỉnh

cực phụ thuộc vào điều kiện môi trường cụ thể

• Thời gian dẫn tới cực đỉnh dài, nhiều trăm năm

Quần xã đỉnh cực - Climax

• Cân bằng sinh thái giữa QX và ngoại cảnh;

• Ổn định trong thời gian tương đối dài;

• Sinh khối đạt mức cực đại, hệ số đa dạng

cao nhất;

• Lượng chất hữu cơ tích lũy ngang bằng với

lượng chất hữu cơ bị oxy hoá trong hô hấp;

• Các thành phần quần xã có mối liên hệ

Trang 11

Trong quần xã rừng cực đỉnh

• Giảm về cường độ chiếu sáng, cường độ tia tử

ngoại, tốc độ gió, tỉ lệ thoát hơi nước giảm;

• Độ ẩm không khí, lượng mùn, lượng mưa tăng;

• Độ đa dạng tăng, động vật đất tăng;

• Sinh khối đạt cực đại;

• Hệ số đa dạng cao;

• Ổ sinh thái chuyên hóa hẹp;

• Có sự quan hệ ràng buộc chặt tạo thế ổn định

vững chắc chống lại tác động của môi trường

ngoài

• Sự diễn thế xuất hiện ở môi trường đã

có một QX nhất định;

• Nơi đã có quần xã tồn tại trước đó

nhưng QX đó bị tiêu diệt;

• QX trước đó bị phả hủy do hỏa hoạn,

xói mòn hay do tác động của con người

• DT xảy ra nhanh không dẫn đến climax

Trang 12

DT thứ sinh trong rừng mƣa nhiệt đới:

• Rừng nhiệt đới sau khi bị chặt:  trảng

cỏ phát triển, các cây họ lúa, họ đậu, họ

cói: các cây lá nhỏ, cứng, chịu hạn

– nhiều cây gỗ ưa sáng phát triển nhanh

nhưng gỗ mềm, cây dây leo phát triển

• Tổng số loài ít đi so với ban đầu

• Không dẫn tới đỉnh cực (climax)

• Số loài ít đi, độ đa dạng thấp

• Các loài không có giá trị kinh tế cao

• Đối với thực vật thường là những loài ưa

sáng, chịu hạn, nhiều hạt, thời gian sinh

trưởng ngắn chiếm ưu thế

• DT phân hủy (degradative succesion):

dưới tác dụng của nhân tố sinh học, MT

dần biến đổi theo hướng bị phân hủy

dần qua mỗi QX trong qt diễn thế

• Vd: DT của QX trên xác 1 loài động vật,

hoặc trên 1 thân cây ngã

Trang 13

Định nghĩa và đặc điểm của vùng đệm

• Vùng đệm: vùng chuyển tiếp giữa các

quần xã

• Vùng đệm: còn có tên là vùng chuyển tiếp

– Vùng đệm có thể hẹp: vài mét trong qx sinh

Đặc điểm về loài của vùng đệm:

– Vùng đệm ngoài những loài có mặt ở 2

quần xã rừng và quần xã đồng ruộng

còn có những loài đặc trưng riêng

– Trong một số trường hợp: số loài ở

vùng chuyển tiếp còn nhiều hơn trong

quần xã

– Đặc điểm này có tên là hiệu ứng cạnh

(edge effect)

Chương 5: Hệ sinh thái (10t)

1 Khái niệm, các kiểu HST

2 Sự chuyển hóa vật chất trong HST

3 Chu trình tuần hoàn vật chất

4 Sự chuyển hóa năng lượng trong

HST và năng suất SH

5 Các kiểu HST chính

6 Sinh thái học và việc quản lý TNTN

Trang 14

• Theo Tansley: “SV và thế giới vô sinh ở

xung quanh có quan hệ khăng khít với

nhau và thường xuyên có tác động qua

lại”

• Webstere: “HST là đơn vị chức năng

kiên định của những SV (bao gồm con

người) và MT thay đổi diện tích vùng đặc

Trang 15

– Yếu tố vô cơ: những nguyên tố, hợp chất

hóa học cần thiết cho tổng hợp chất sống

(rắn, lỏng, khí);

– Chất hữu cơ: là sản phẩm trao đổi vật chất

giữa thành phần VS và HS của MT(chất

mùn, acid amin, protein, lipid, glucid)

– SV phân hủy: nấm và VK, biến chất hữu cơ

 vô cơ SV tiêu hóa của HST

VD: HST

Trang 16

• Các HST cần năng lượng từ bên ngoài để hoạt

động

– Thường là asmt

– Các yếu tố vô cơ cần thiết cho đời sống

quần xã (N, P, C…) được sử dụng, tái sử

dụng tạo nên một chu trình lưu hành trong

quần xã

• Các loài sinh vật trong quần xã: gắn bó bởi

quan hệ chủ yếu là quan hệ dinh dưỡng

Cấu trúc, thành phần của HST

• Khi chết, xác chúng được phân hủy bởi nấm,

vi sinh vật  chất vô cơ trả lại môi trường

• Những chất vô cơ này được sử dụng lại, qua

quang hợp và nhờ thực vật lại tổng hợp chất

hữu cơ nuôi nhóm sinh vật tiêu thụ

• Như vậy, có sự trao đổi vật chất và năng

lượng giữa các loài sinh vật và ngoại cảnh, hệ

năng lượng, dòng thông tin và dòng tái sản

xuất Trong đó dòng vật chất là dòng cơ sở

Trang 17

Các trạng thái của HST

• Trang thái ổn định: HST là hệ hở, được đảm

bảo vật chất, năng lượng từ bên ngoài Khi VC,

NL thường xuyên đi vào và sản phẩm không

ngừng ra khỏi hệ, mật độ sản phẩm của hệ

không thay đổi - trang thái ổn đinh;

• Trạng thái cân bằng: các qua trình thuận nghịch

như nhau, năng lượng tự do không đổi

• Trạng thái bất cân bằng: mọi trạng thái ở ngoài

điểm cân bằng

SỰ TRAO ĐỔI VẬT

CHẤT TRONG HST

SỰ TRAO ĐỔI VẬT CHẤT TRONG HST

Trang 18

• Tổng hợp chất hữu cơ:

– Hóa tổng hợp (chemosynthes): năng lượng

nhận từ oxy hóa chất VC do VK thực hiện

• Nitrosomonas & nitrosococcus

2NH3+3O2=>2HNO2+2H2O+138 cal

• Nitrobacter:

2HNO2+O2=2HNO3+43,2 cal

• Sử dụng chất hữu cơ:

– Hô hấp hiếu khí (aerobic):

C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O+674 cal

C2H5OH+02=C2H4O2+H2O+116,2 cal

2NH3+4O2=2HNO3+2H2O+158 cal

CH4+2O2=CO2+H2O+220 cal

– Hô hấp kị khí (anaerobic):

(C6H10O5 )n+n6H2O=3nCH4+3nCO2

– Lên men (frementation): lactobacterium

acidophilum, L lactic, L plantarum

C6H12O6=>2C3H6O3

Sự chuyển hóa vật chất

trong HST

• Chuỗi và mạng lưới thức ăn

• Bậc dinh dưỡng và tháp sinh thái

–Bậc dinh dưỡng

–Tháp sinh thái

Trang 19

Chuỗi và mạng lưới thức ăn

• Chuỗi thức ăn (food chain): sự vận

chuyển năng lượng dinh dưỡng từ nguồn

– Nhập thấp, xuất cao (thủy vực)

Trang 20

Ứng dụng trong thức tế

Đối tượng Dichloro diphenyl

Trichloroethane - DDT Môi trường nước 0.000003 ppm

Tảo/thực vật trong nước

Trang 21

Nhận xét (tt)

• Lúc đầu: các chất khó phân hủy thường là các

chất ô nhiễm, có nồng độ thấp không độc hại,

• Qua chuỗi thức ăn, lượng chất vô hại này (đôi

khi với liều lượng rất nhỏ) tích lũy dần trở

thành có hại

• Hàm lượng (nồng độ) tăng dần ở bậc dinh

dưỡng cao hơn, và trở nên gây độc cho sv

=> Đó là hiện tƣợng khuếch đại sinh học

trong chuỗi thức ăn

• Cơ thể sv không những tích lũy chất ô

nhiễm trong tự nhiên mà còn lích lũy

được cả các chất hữu cơ tổng hợp

• Qua chuỗi thức ăn: SV có vai trò mở

rộng và phát tán chất ô nhiễm

• Qua quá trình trao đổi chất: các chất vào

cơ thể sv, được đồng hóa vào trong mô

và tế bào

• Nhờ chuỗi thức ăn mà chất ô nhiễm

chuyển được từ sv này  sv khác;

• Cũng nhờ sv mà chất ô nhiễm được lan

truyền rất xa đến một nơi khác;

• Sv ở cuối chuỗi thức ăn bị tác động

mạnh nhất

Trang 22

LƯỚI THỨC ĂN

• Trong thực tế chuỗi thức ăn không tồn

tại độc lập mà đan xen vào nhau tạo

thành mạng lưới thức ăn (food net, food

• Chuỗi thức ăn chăn nuôi

• Chuỗi thức ăn phế liệu

Trang 23

Sự chuyển hóa vật chất

trong HST

• Chuỗi và mạng lưới thức ăn

• Bậc dinh dưỡng và tháp sinh thái

• Có 3 loại tháp sinh thái:

- Tháp số lƣợng - dựa trên số lượng các

cá thể SV ở mỗi bậc dinh dưỡng

- Tháp sinh khối - dựa trên khối lượng

tổng số của tất cả các SV trên một đơn vị

diện tích hay thể tích ở mỗi bậc dd

- Tháp năng lƣợng - dựa trên số năng

lượng được tích lũy trên một đv dt hay tt

trong một đv tg ở mỗi bậc dd

Trang 24

THÁP SINH THÁI

Trang 25

• Ƣu điểm, nhƣợc điểm

+ Tháp số lƣợng dễ xây dựng song ít có giá trị;

+ Tháp sinh khối có giá trị cao hơn tháp số

lượng Nhưng thành phần hóa học và giá trị

năng lượng của chất sống trong các bậc dinh

dưỡng khác nhau, tháp sinh khối không chú ý

đến thời gian tích lũy sinh khối ở mỗi bậc dd

+ Tháp năng lƣợng hoàn thiện nhất Tuy nhiên

xây dựng phức tạp, đòi hỏi nhiều công sức thời

gian

Hiệu suất sinh thái (HSST)

• HSST là tỷ số phần trăm giữa năng lượng

hấp thụ ở bậc dinh dưỡng n so với bậc

dinh dưỡng n+1

HSST=A2/A1=A1/P N

• Ở bậc sinh vật sản xuất thì HSST chính là

hiệu suất quang hợp

Hiệu suất sinh thái của chuỗi thức ăn

Trang 26

Hiệu suất sinh thái (HSST)

• Khi nghiên cứu về NSSH của hồ Tây,

Đặng Ngọc Thanh (1983), đã xác định:

– sản lượng sinh vật sơ cấp toàn phần

của hồ Tây là 3319 kcal/m 2 /năm;

• Ở những hồ nước sâu, lượng dinh dưỡng

ở mức nghèo hoặc trung bình, sản lượng

sinh vật nổi thường chiến ưu thế;

• Đối với HST thủy sinh, hệ số P/I thay đổi

từ 11,1% đến 17,4%; đối với các HST

trên cạn hệ số này dao động trong khoảng

0,5% đến 15%

Trang 27

Nhận xét về sản lƣợng và HSST

• Đối với các HST có các quần xã sinh vật

đang tiến dần đến trạng thái cực đỉnh thì

hệ số P/R ≈ 1 và sẽ bằng 1 khi quần xã

sinh vật ở trạng thái cực đỉnh (P = R)

BÀI TẬP

• Hệ sinh thái nhận năng lượng ánh sáng

mặt trời là 10 6 kcal/m 2 /ngày Trong đó,

2.5% được dùng để quang hợp; số

năng lượng mất do hô hấp (R 1 ) là 90%,

sinh vật tiêu thụ cấp 1 tích lũy được 1%,

sinh vật tiêu thụ cấp 2 tích lũy được

Trang 28

TÍNH HIỆU SUẤT SINH THÁI

• BÀI TẬP 1: Một hệ sinh thái được năng lượng mặt

trời cung cấp 106 kcal/m2/ngày Chỉ có 2,5% năng

lượng đó được dùng trong quang hợp Số năng lượng

bị mất đi do hô hấp là 90% Sinh vật tiêu thụ cấp 1 tích

lũy được 25 kcal; Sinh vật tiêu thụ cấp 2 tích lũy được

2,5 kcal; Sinh vật tiêu thụ cấp 3 tích lũy được 0,5 kcal

a/ Xác định sản lượng sinh vật toàn phần ở thực vật

PG

b/ Xác định sản lượng sinh vật nguyên (thực tế) ở thực

vật PN

c/ Vẽ hình tháp sinh thái năng lượng

d/ Tính hiệu suất sinh thái của các SVTT cấp 1,2,3

BÀI TẬP 2: Lập sơ đồ hình tháp sinh thái

năng lượng với số liệu như sau:

– Sản lượng sinh vật thực SVTT bậc 1:

0,49 x 10 6 kcal/ha/năm

– Hiệu suất sinh thái SVTT bậc 1 là 3,5%

– Hiệu suất sinh thái SVTT bậc 2 là 9,2%

BÀI TẬP 3: Ở một hệ sinh thái (đơn vị:

kcal/m2/ngày)

• Sức sản xuất sơ cấp thô: PG =625

• Số năng lượng bị mất đi do hô hấp ở SVSX:60%

• Sản lượng sinh khối SVTT bậc 1 tạo ra:100

Định dạng
Số trang	47
Dung lượng	2,45 MB