Là tài liệu nghiên cứu về rừng nhiệt đới, các đặc trưng và các quá trình Sinh học diễn ra trong đó. Sinh thái học trên cạn là một chuyên đề trung tâm của chương trình đào tạo sau đại học chuyên ngành Sinh thái học. Tài liệu có thể là công cụ tham khảo tốt cho các thầy cô dạy Sinh học THPT, các bạn sinh viên Sinh học và đặc biệt là theo chuyên ngành Sinh thái học và sinh học môi trường.
BÀI THU HOẠCH CHUYÊN ĐỀ: HỆ SINH THÁI TRÊN CẠN Họ tên: Đỗ Văn Mười Lớp K22 cao học Sinh học Chuyên ngành: Sinh thái học Câu hỏi: Những đặc trưng hệ sinh thái rừng nhiệt đới thể rừng hệ sinh thái cạn Trả lời Thành phần hệ sinh thái Hệ sinh thái (Ecosystem) hệ thống tác động tương hỗ sinh vật với môi trường vô sinh; hệ chức năng, mô tả thực thể khách quan, xác định xác khơng gian thời gian Hệ sinh thái khái niệm rộng linh hoạt, áp dụng cho tất trường hợp có mối quan hệ tương hỗ sinh vật mơi trường, có trao đổi vật chất, lượng thông tin chúng với nhau, chí trường hợp xảy thời gian ngắn Khái niệm hệ sinh thái rừng để “một đơn vị tự nhiên bao gồm tập hợp yếu tố sống không sống, kết tương tác yếu tố tạo nên hệ sinh thái ổn định, có chu trình vật chất thành phần sống không sống” Trong thành phần hệ sinh thái, khí quyển, đất, nước, ánh sáng nguyên tố dinh dưỡng nguyên liệu sơ cấp (E), động vật, thực vật vi sinh vật tác nhân vận chuyển máy trao đổi chất lượng hệ sinh thái Chúng đặc trưng mối quan hệ có lợi có hại, mối quan hệ sinh dưỡng sinh vật tự dưỡng (P) sinh vật dị dưỡng (C), sinh vật phân hủy (D) Như vậy, xét cấu trúc, hệ sinh thái gồm thành phần : - Môi trường vô sinh (E), - Vật sản xuất (P), - Vật tiêu thụ (C), - Vật phân hủy (D) - Thành phần cấu trúc hệ sinh thái rừng nhiệt đới : + Môi trường vô sinh (E) gồm tất nhân tố vô sinh môi trường Môi trường vô sinh đáp ứng tất yêu cầu sinh vật sống hệ sinh thái Trong rừng nhiệt đới, giai đoạn quần xã ổn định, điều kiện môi trường ổn định tác động đến trình diễn sinh thái theo hướng ngày đa dạng thành phần loài chu trình tuần hồn vật chất, dịng lượng diễn ổn định + Sinh vật sản xuất (P) gồm sinh vật tự dưỡng, vi khuẩn hóa tổng hợp thực vật quang tự dưỡng (có diệp lục) Ở rừng nhiệt đới có diện thực vật xanh có mạch lớn, bao phủ mặt đất hình thành thảm thực vật; ngồi chức sinh vật sản xuất, thảm thực vật giữ vai trị chu trình vật chất, chu trình nước, bốc nước, điều tiết chu trình tự nhiên, khí O2, CO2 + Vật tiêu thụ (C) gồm động vật Chúng sử dụng chất hữu tạo thành nhờ vật sản xuất Vật tiêu thụ sinh vật dị dưỡng Động vật ăn trực tiếp thực vật vật tiêu thụ bậc Động vật ăn thịt, ăn động vật tiêu thụ cấp vật tiêu thụ cấp Rừng nhiệt đới đa dạng phong phú ổ sinh thái, nên vật tiêu thụ quần xã sinh vật rừng đa dạng Thuộc sinh vật tiêu thụ cấp khơng động vật có kích thước nhỏ mà cịn động vật có kích thước lớn Trong q trình hơ hấp động vật tham gia vào q trình trao đổi khí, thụ phấn, phát tán hạt, làm thay đổi tính chất vật lý đất + Sinh vật phân hủy (D) gồm vi sinh vật nấm Chúng phân hủy chất thải xác chết vật sản xuất vật tiêu thụ Quá trình phân giải chất hữu chia giai đoạn: phá vụn, mùn hóa, vơ hóa Bên cạnh đó, mơi trường cạn, đặc biệt rừng nhiệt đới, sinh vật phân hủy vi sinh vật cịn có số lồi động vật khơng xương sống giun đất, côn trùng,… Như vậy, rừng nhiệt đới đảm bảo yêu cầu thành phần hệ sinh thái cạn Đặc điểm hệ sinh thái cạn rừng nhiệt đới: Tất hệ sinh thái có đặc điểm xác định cấu trúc chức Quan trọng tất hệ sinh thái có thành phần vơ sinh (abiotic) sinh vật (biotic) chúng có trao đổi vật chất, lượng thơng tin Có hai loại hệ thống hệ sinh thái: - Hệ thống kín, vật chất lượng trao đổi ranh giới hệ thống - Hệ thống hở hệ thống vật chất lượng trao đổi qua ranh giới hệ thống Vật chất lượng vào hệ thống gọi dòng vào (input), gọi dòng (output) dòng vật chất, lượng trao đổi thành phần hệ thống gọi dòng nội lưu Q trình tổng hợp (đồng hóa) phân hủy (dị hóa) chất hữu hệ sinh thái rừng nhiệt đới thể cụ thể sau: Q trình tổng hợp: Bản chất hóa học q trình q trình ơxy hóa nước, giải phóng ôxy phản ứng khử điôxít cacbon thành hydratcacbon nước, diễn trình quang hợp thực vật rừng để chuyển hóa quang ánh sáng mặt trời thành hóa tồn chất hữu phức tạp, rừng nhiệt đới trình diễn mãnh mẽ Quá trình phân hủy: Bản chất q trình phân hủy q trình ơxy hóa sinh học giải phóng lượng Đây q trình phân hủy chất hữu thơng qua tượng hô hấp Trong hệ sinh thái rừng ln diễn q trình tổng hợp phân hủy chất hữu Hai trình diễn đồng thời, trình tổng hợp chất hữu tạo tiền đề vật chất lượng cho trình phân hủy, ngược lại trình phân hủy chất hữu lại tạo điều kiện cho trình tổng hợp Sự cân trình sản xuất phân hủy vô quan trọng điều kiện tiên cho tồn tất sinh vật sinh Trạng thái bền vững - Một đặc điểm vô quan trọng hệ thống tự nhiên chúng có xu hướng tự điều chỉnh để tiến tới cân bằng, làm cho thành phần hệ nằm tương tác hài hịa ổn định Sự cân đạt trình điều chỉnh thành phần dòng lượng nguyên liệu vào hệ Đặc điểm hệ sinh thái cạn rừng nhiệt đới thể rừng nhiệt đới quần lạc sinh địa: Quần lạc sinh địa tổng hợp bề mặt định tượng tự nhiên đồng (khí quyển, đá mẹ, thảm thực vật, giới động vật, giới vi sinh vật, đất điều kiện thủy văn), có đặc thù riêng dộng tương hỗ phận tổ thành, có kiểu trao đổi vật chất lượng xác định chúng với với tượng tự nhiên khác thể thống biện chứng có mâu thuẫn nội vận động phát triển không ngừng” Quần lạc sinh địa rừng nên hiểu khoảng rừng khoảng đất đai định, có tổ thành, cấu trúc đặc tính thành phần hợp thành, mối quan hệ lẫn nhau, nghĩa thảm thực vật, giới động vật, vi sinh vật, lớp đá mẹ điều kiện thủy văn, tiểu khí hậu (khí quyển) đất, tác động lẫn chúng, kiểu trao đổi vật chất lượng thành phần hợp thành với tượng tự nhiên khác Hệ sinh thái rừng luôn vận động theo quy luật tất yếu hệ sinh thái hình thành nên quần lạc có tính ổn định cao (quần lạc đỉnh cao - climax) Trong rừng không ngừng diễn trình chức để đảm bảo trì tính ổn định hệ sinh thái Điều kiển sinh học mơi trường hóa học hệ sinh thái rừng: Hệ sinh thái rừng với quần xã rừng giữ vai trò chủ dạo mối quan hệ tương tác sinh vật môi trường tạo tiểu hoàn cảnh rừng đảm bảo cho hệ sinh thái tính ổn định Nội cân hệ sinh thái rừng: Nội cân hệ sinh thái khả tự cân bằng, tự điểu chỉnh khống chế, tự trì ổn định Một hệ sinh thái hay quần xã q trình diễn khơng bị yếu tố huỷ hoại tác động vào cuối đạt trạng thái ổn định tương đối thời gian định, lúc lượng vật chất vào hệ sinh thái cân lượng vật chất khỏi hệ sinh thái người ta gọi trạng thái cao đỉnh quần xã hay hệ sinh thái Trong hệ sinh thái rừng nhiệt đới ln diễn q trình nội cân Hệ sinh thái rừng tương tự thành phần quần thể, cá thể chúng ln ln có khả tự trì điều hịa Qua mối liên hệ ngược, chế tự điều khiển tác động lên mức độ hệ sinh thái bao gồm chế dự trữ thải bỏ chất dinh dưỡng, chế tổng hợp phân giải chất hữu Quan hệ tương tác chu trình vật chất dịng lượng hệ sinh thái tạo nên tự hiệu chỉnh nội cân trì khơng cần điều chỉnh bên ngồi Sự điều khiển giới hạn đảm bảo tính thích nghi hệ sinh thái môi trường xung quanh Hệ sinh thái rừng ln diễn q trình sinh địa hóa : Các chu trình sinh hóa học giới hạn định chu trình khép kin chúng góp phần đảm bảo tính ổn định cao hệ sinh thái rừng - Chu trình chất khống, chu trình chất hữu góp phần nâng cao tính ổn định hệ sinh thái rừng: + Các chế dị dưỡng vái chế tự dưỡng cần đến chất vitamin lấy từ mơi trưopừng bên ngồi Các chất giơng cacá chất vơ tuồn hồn thể môi trường đặc điểm chúng có nguồn gốc sinh vật + Các chất dinh dưỡng hữu đóng vai trị quan trọng trao đổi chất quần xã chúng trở thành yếu tố giới hạn + Chu trình tuần hồn dinh dưỡng khống có ý nghĩa quan trọng hệ sinh thái rừng Trong điều kiện khí hậu định, tích lũy biến thái chất hữu cường độ chu trình sinh học có đặc điểm đặc trưng định, chúng khác điều kiện nhiệt đới điều kiện ôn đới Kết trình ổn định hệ sinh thái rừng - Quy luật tái sinh : Sự tái sinh gỗ lâu năm trình sinh học mang tính đặc thù hệ sinh thái rừng, biểu xuất hệ non thay cho hệ gỗ già cỗi Thế hệ làm thay đổi trình trao đổi vật chất lượng diễn hệ sinh thái, thúc đẩy việc hình thành cân sinh học rừng, đảm bảo cho rừng tồn tịa liên tục Có thể xem tái sinh khả tự điều hòa bền bỉ hệ sinh thái rừng - Diễn rừng (quá trình thay hệ sinh thái rừng hệ sinh thái rừng khác) : Diễn rừng biểu quan trọng động thái rừng Về chất, diễn sinh thái rừng q trình chọn lọc tự nhiên Lồi thích nghi cao tồn tại, thích nghi thấp bị đào thải khỏi tổ thành rừng Diễn rừng tự nhiên klà trình điển hình khả tự cân bằng, tự điều hòa thành phần hệ sinh thái rừng Quá trình dẫn dắt rừng qua nhiều trạng thái ổn định tương đối lâu dài gọi quần lạc cao đỉnh mà giai đoạn tổ thành loài cao khơng thay đổi Tính ổn định thể qua mặt sau : - Thích nghi cao với điều kiện lập địa - Tính chống chịu cao tác nhân gây hại sâu bệnh, lửa rừng - Chất lượng rừng tốt - Sản lươngj rừng cao - Tác dụng phòng hộ cao lâu bền Như vậy, hệ sinh thái rừng diến quy luật vận động, trình chức với đặc thù riêng hệ sinh thái mà thành phần lồi gỗ lớn, phong phú tổ thành, tầng tán, cấu trúc…, có q trình tái sinh, q trình sinh trưởng phát triển phù hợp voqứi quy luật thiên nhiên Do đó, khẳng định rừng hệ sinh thái có tính ổn định cao Môi trường đặc biệt hệ sinh thái rừng Môi trường đặc biệt hệ sinh thái rừng bao gồm tiểu khí hậu đất hệ sinh thái rừng Tiểu khí hậu sinh thái rừng đặc điểm khí hậu hình thành ảnh hưởng hoạt động hệ sinh thái rừng mà mặt đệm mặt tán rừng đất hệ sinh thái rừng Các nhân tố tiểu khí hậu có ảnh hưởng trực tiếp đến đời sơng sinh vật (thực vật, động vật) sống quần thể Ví dụ, đỉnh tán gỗ lớn mặt đất xuất građien tiểu khí hâu biến đổi theo khơng gian, thời gian phụ thuộc chắt chẽ vào đặc điểm cấu trúc quần thể thực vật động vật hệ sinh thái rừng Ngay quần thể hệ sinh thái rừng, biến động mật độ, độ khép tán từ nơi sang nơi khác nên tiểu khí hậu có biến đổi tầng cao Như vậy, nhân tố tiểu khí hậu biến đổi theo chiều thẳng đứng theo mặt phẳng nằm ngang Quần xã sinh vật rừng nhiệt đới môi trường sống ln có mối quan hệ tác động qua lại đảm bảo tồn phát triển bền vững củ hệ sinh thái: a Các nhân tố môi trường tác động tới hệ sinh thái rừng Nghiên cứu hệ sinh thái rừng thực chất nghiên cứu sinh thái quần thể, không tách rời nghiên cứu cá thể Đặc điểm quâng thể thực vật hệ sinh thái rừng có khả tạo nội cảnh bên quần thể cải tạo nhân tố mơi trường bên ngồi quần thể Tác dụng bảo vệ cải tạo mơi trường, trì cân sinh thái làm cho hệ sinh thái rừng có tầm quan trọng vơ gia sống cịn lồi người Ảnh hưởng nhân tố mơi trường đến phân bố hệ sinh thái rừng – Hệ sinh thái rừng tượng địa lý Mỗi vùng địa lý có tổ hợp nhân tố sinh thái có kiểu hệ sinh thái rừng đặc trưng tạo nên cảnh quan địa lý riêng biệt Trong điều kiện khí hậu, đất đai lại nhân tố định phân bố lớp thảm thực vật Mặc dù chế độ khí hậu, đất đá vơi, đất lầy ngập mặn ven biển, đất đồi trọc với loaịo đá mẹ khác hình thành quần thể thực vật khác Như vậy, phát ssính tồn hệ sinh thái rừng không tách rời nhân tố môi trường địâ lý Hệ sinh thái rừng trở thành phân quan trọng cảnh quan địa lý Ảnh hưởng hệ sinh thái rừng đến nhân tố khí hậu Hệ sinh thái rừng chướng ngại giới đường vận chuyển gió, làm thay đổi vận tốc gió xung quanh, phạm vi định, làm thay đổi hướng gió tính chất gió, qua làm thay đổi nhân tố khác điều kiện sinh thái Hệ sinh thái rừng có khả làm chống nhiễm khơng khí Qua q trình quang hợp hơ hấp, hệ sinh thái rừng giữ vai trị quan trọng việc cân hàm lượng O CO2 khí quyển, nên người ta gọi hệ sinh thái rừng phổi đất Hệ sinh thái rừng có khả ngăn cản, phân phối lại tích lũy bụi phóng xa Những hạt nhân phóng xạ bị ngăn cản tán rừng, hấp thụ, phần rửa trơi bay vào khí Lá hấp thụ 50% lượng ion phóng xạ Hệ sinh thái rừng có khả phân bố lại, hấp thụ làm yếu tiếng ồn Hệ sinh thái rừng cịn tạo điều kiện vi khí hâu có tác dụng tốt đến sức khỏe kéo dài tuổi thọ người Hệ sinh thái rừng có tác dụng ni dưỡng nguồn nước, hạn chế lũ lụt, hạn hán, bảo vệ đất đai khỏi bị xói mịn mà cịn có tác dụng bảo vệ làm nguồn nước bị ô nhiễm bẩn Tác dụng hệ sinh thái rừng lượng nước rơi : - Lượng nước rới khí diễn theo chiều thẳng đứng theo chiều nằm ngang Mưa dạng nước rơi theo chiều thẳng đứng Lượng nước rơi tgheo chiều nằm ngang xuất độ ẩm khơng khí cao tạo mù, hạt nước nhỏ ngưng đọng có gió rơi xuống có mưa - Tác dụng hệ sinh thái rừng làm tăng lượng nước rơi theo chiều nganh lớn - Hệ sinh thái rừng giữ vai trò quan trọng việc phấn phối lại lượng nước rơi Nước mưa rơi xuống, phần giữ lại tán rừng sau bốc trở lại khí quyển, phần tiếp tục rơi xuống đất sau tán rừng giữ lượng tối đa chảy dọc theo cành cây, thân xuống đất Một phần lượng mưa qua khe hơ tán rừng rơi trực tiếp xuống đất, phần tiếp tục bị bốc hưoi vật lí từ mặt đất làm tăng thêm độ ẩm cho đất rễ hấp thụ, sau phần lại trở khí qua tượng nước thực vật - Ở nơi có hệ sinh thái rừng, tất lượng nước mưa rơi trực tiếp xuống đất hệ sinh thái rừng, tốc độ rơi nước mưa giảm rõ rệt Tán rừng có tác dụng ngăn cản giới chống sưi công phá nước mưa tầng đất mặt, làm giảm lượng nước tốc độ dòng chảy mặt đất v.v b Ảnh hưởng hệ sinh thái rừng đến đất đai Thành phần số lượng vật rơi rụng thay đổi theo loài cây, loại hệ sinh thái rừng, mùa tuổi Chât nitơ chất khống có vật rơi rụng tăng theo qui luật từ vùng hệ sinh thái rừng phương bắc (rừng taiga) đến vùng hệ sinh thái rừng thảo nguyên phương nam cao hệ sinh thái rừng mưa nhiệt đới Số lượng thành phần chất rơi rụng phụ thuộc vào đặc điểm cấu trúc hệ sinh thái rừng Hệ sinh thái rừng hỗn loài, chịu bóng, rụng lá, nhiều tầng thường có vật rơi rụng nhiều hệ sinh thái rừng loài, ưa sáng, thường xanh, tầng Maatj độ, độ khép tán, độ dày hệ sinh thái rừng cao lượng vật rơi rụng lớn lồi cây, lượng vật rơi rụng cịn thay đổi theo tuổi Giâi đoạn hệ sinh thái rừng sào, lượng chất rơi rụng thường lớn Trong năm, lượng vật rơi rụng lại phụ thuộc vào nhịp điệu rụng lá, hàng năm có thời kì rụng nhiều nhất, mùa rụng Điều kiện hoàn cảnh thuận lợi, sinh trưởng tốt lượng vật rơi rụng nhiều Thảm mục hệ sinh thái rừng phần vật rơi rụng trạng thái ban đầu bị phân hủy mức độ khác Thảm mục sản phẩm đặc trưng thành phần hệ sinh thái rừng giữ vai trị quan trọng đời sống hệ sinh thái rừng Thảm mục hệ sinh thái rừng kho chứa chất dinh dưỡng khống, ngun liệu để hình thành mùn, tiêu quan trọng độ phì đất; nhân tố môi trường cư trú thuận lợi nguồn dinh dưỡng cho vi sinh vật đất số lồi động vật khác.; có tác đụng điều hòa nhiệt độ đất, điều tiết nguồn nước, ngăn cản giướ dòng chảy mặt đất, tăng lượng nước thấm, giảm lượng bốc mặt đất Do vậy, thảm mục có tác dụng quan trọng việc trì nguồn nước, chống xói mịn, lũ lụt, qua thảm mục có ảnh hưởng lớn đến tái sinh, sinh trưởng, phát triển hệ sinh thái rừng Tuần hồn dinh dưỡng khống hệ sinh thái rừng Ở hệ sinh thái rừng nhiệt đới, ¾ lượng cacbon hữu lại chứa thực bì, 58% nitơ tổng số nằm sinh khối, 44% nằm phần mặt đất Chu trình tuần hồn dinh dưỡng khống diễn hệ sinh thái rừng mưa nhiệt đới lớn hệ sinh thái khác quy mô lẫn cường độ Lớp đất mặt không ngừng giầu thêm chất dinh dưỡng kết phong hóa đá mẹ thông qua hoạt động rừng Mặt khác, phần lướn rễ rừng, rễ “hút thức ăn”, tập trung lớp đất mặt Phần lớn chất dinh dưỡng khống giải phóng từ mùn gần rừng hấp thụ sử dụng để tiếp tục sinh trưởng Như vậy, chất khoáng khỏi hệ sinh thái rừng, có chút nào, tất phả nhỏ bé Quy mơ cường độ chu trình tuần hồn dinh dưỡng khống khơng ngừng thay đổi Do tác dụng hình thành quần lạc thực vật hệ sinh thái rừng với quần lạc động vật, vi sinh vật hệ sinh thái rừng trình phục hồi hệ sinh thái rừng tự nhiên, chu trình tuần hồn dinh dưỡng khồng khơng mở rộng quy mơ mà tăng lên cường độ Như vậy, quần xã rừng nhiệt đới hội tụ đầy đủ yếu tố để đảm bảo hệ sinh thái cạn: thành phần, tác động qua lại thành phần hệ sinh thái với với mơi trường sống tạo nên chu trình tuần hồn kín vật chất, dịng lượng không ngừng đổi thành phần để tiến tới hệ sinh thái ổn định ... sinh thái rừng phương bắc (rừng taiga) đến vùng hệ sinh thái rừng thảo nguyên phương nam cao hệ sinh thái rừng mưa nhiệt đới Số lượng thành phần chất rơi rụng phụ thu? ??c vào đặc điểm cấu trúc... trình điều chỉnh thành phần dòng lượng nguyên liệu vào hệ Đặc điểm hệ sinh thái cạn rừng nhiệt đới thể rừng nhiệt đới quần lạc sinh địa: Quần lạc sinh địa tổng hợp bề mặt định tượng tự nhiên đồng... cạnh đó, mơi trường cạn, đặc biệt rừng nhiệt đới, sinh vật phân hủy vi sinh vật cịn có số lồi động vật khơng xương sống giun đất, côn trùng,… Như vậy, rừng nhiệt đới đảm bảo yêu cầu thành phần