CHƯƠNG 3 : CÁC NGUYÊN LÝ CƠ BẢN CỦA SINH THÁI HỌC
3. Hệ sinh thái và các đặc trưng của hệ sinh thái:
3.1. Đại cương của hệ sinh thái:
3.1.1. Khái niệm:
Hệ sinh thái là tập hợp của quần xã sinh vật với mơi trường vơ sinh (hay cịn gọi là môi trường vật lắ) của nó, trong đó, các sinh vật tương tác với nhau và với môi trường để tạo nên các chu trình sinh địa hóa và biến đổi năng lượng.
Hệ sinh thái là một hệ thống gồm quần xã và sinh cảnh của nó. Đó là một hệ thống hồn chỉnh, tương đối ổn ựịnh, có sự tác động qua lại lẫn nhau giữa sinh vật và mơi trường, mà ở đó thực hiện dịng tuần hồn vật chất và năng lượng.
Hệ sinh thái là một hệ thống sinh học hoàn chỉnh như một cơ thể, thực hiện đầy đủ các chức năng sống như trao đổi vật chất và năng lượng giữa hệ với mơi trường thơng qua hai q trình tổng hợp và phân hủy vật chất.
Đó chắnh là sự trao đổi vật chất và năng lượng giữa các cơ thể sinh vật trong nội bộ quần xã và giữa quần xã với ngoại cảnh của chúng. Trong hệ sinh thái, quá trình tổng hợp Ộđồng hóaỢ do các sinh vật tự dưỡng thực hiện; con quá trình phân hủy vật chất Ộdị hóaỢ do các sinh vật phân giải thực hiện.
Hệ sinh thái là một hệ động lực mở và tự điều chỉnh vì hệ tồn tại dựa vào nguồn vật chất và năng lượng từ môi trường; hoạt động của hệ tuân theo các qui luật nhiệt động học, trước hết là qui luật bảo toàn năng lượng; trong giới hạn sinh thái của mình, hệ có khả năng tự ựiều chỉnh để duy trì trạng thái cân bằng ổn định.
78
Hình 3.16: Một số hệ sinh thái
3.1.2. Các thành phần chủ yếu của một hệ sinh thái hoàn chỉnh:
Cấu trúc của một hệ sinh thái gồm 2 thành phần cấu trúc: Thành phần (môi trường) vô sinh và thành phần hữu sinh (quần xã sinh vật).
a. Thành phần (môi trường) vô sinh là môi trường vật lý (sinh cảnh), gồm các chất vô cơ, các chất hữu cơ, các yếu tố khắ hậu.
Các chất vô cơ (nước, cacbonựiôxit, oxy, nitơ, photpho,Ầ), các chất hữu cơ (prôtein, lipit, gluxit, vitamin, cacbohydrat, các chất mùn, Ầ) và các yếu tố khắ hậu (nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm, lượng mưaẦ). Ba thành phần này thực chất là môi trường vật lý (sinh cảnh) mà trong đó quần xã tồn tại và phát triển.
b. Thành phần hữu sinh là quần xã sinh vật. Nó bao gồm nhiều lồi sinh vật của quần xã, tùy theo hình thức dinh dưỡng của từng loài trong hệ sinh thái mà chúng được xếp thành 3 nhóm, sinh vật sản xuất, sinh vật tiêu thụ, sinh vật phân hủy.
- Sinh vật sản xuất hay vật cung cấp gồm những sinh vật tự dưỡng trong quần xã (tảo, cây xanhẦ) có khả năng sử dụng năng lượng mặt trời và các chất vô cơ để tổng hợp nên các chất hữu cơ cho cơ thể. Sinh vật sản xuất gồm thực vật là chủ yếu và một số vi sinh vật tự dưỡng.
- Sinh vật tiêu thụ (SVTT) gồm những động vật ăn thực vật và những động vật ăn động vật (bậc 2, 3. v.vẦ), được gọi là những sinh vật dị dưỡng; nhóm dị dưỡng khơng tự tổng hợp được các chất hữu cơ mà phải sử dụng chất hữu cơ của
79
nhóm tự dưỡng hay của nhóm dị dưỡng khác. Sinh vật tiêu thụ lại chia thành các bậc: Sinh vật tiêu thụ bậc 1 (SVTTB1), 2, 3Ầ SVTTB1 có thể là động vật ăn thực vật hay ký sinh trên thực vật. SVTTB2 là động vật ăn thịt (dùng SVTTB1 làm thức ăn), nó cũng có thể là sinh vật ký sinh trên cơ thể SVTTB1, ...
- Sinh vật phân giải gồm các sinh vật sống dựa vào sự phân giải các chất hữu cơ có sẵn. Chúng tham gia vào việc phân giải vật chất để trả lại cho môi trường các chất vô cơ đơn giản ban đầu. Chúng gồm chủ yếu là các vi khuẩn, nấm, một số loài động vật không xương sống (như giun đất, sâu bọ, ...); chúng phân giải xác chết và chất thải của sinh vật thành các chất vô cơ, chất vô cơ lại được cây xanh sử dụng.
Sự quang hợp đã biến đổi chất vô cơ thành chất hữu cơ. Chất hữu cơ lại được vận động qua các thành phần của quần xã. Xác của chúng lại được phân hủy thành chất vô cơ. Như vậy, giữa các loài trong quần xã và giữa quần xã với ngoại cảnh của nó có một sự trao đổi vật chất và năng lượng; nhờ đó mà quần xã và ngoại cảnh trở thành một thể thống nhất.
Chức năng chắnh của hệ sinh thái là trao đổi vật chất và trao ựổi năng lượng; vì trong quần xã ln ln có sự tuần hồn vật chất kèm theo năng lượng. Sự trao đổi vật chất và năng lượng diễn ra ở 2 khắa cạnh lớn là:
+ Ở trong nội bộ quần xã: vật chất và năng lượng đi qua các khâu của chuỗi và lưới thức ăn.
+ Giữa quần xã và ngoại cảnh (sinh cảnh): trong chu trình trao đổi vật chất ln có một bộ phận sinh cảnh C02 , 02 , muối hòa tanẦ) chuyển vào các cơ thể sinh vật của quần xã; nhưng đồng thời lại có một bộ phận sinh vật của quần xã chuyển ra ngồi sinh cảnh, thơng qua q trình dị hóa, phân hủy xác sinh vật, biến đổi chất hữu cơ thành chất vơ cơ.
Sự chuyển hóa vật chất và năng lượng trong hệ sinh thái diễn ra đồng thời, nhưng hai quá trình này có sự sai khác nhau: Chu trình vật chất là chu trình kắn, cịn chu trình năng lượng là chu trình hở. Sự biến đổi năng lượng qua các bậc dinh dưỡng tuân theo qui luật giáng cấp.
Hệ sinh thái luôn là một hệ động lực hở và tự điều chỉnh, vì trong quá trình tồn tại và phát triển, hệ phải tiếp nhận cả nguồn vật chất và năng lượng từ môi trường. Điều này làm cho hệ sinh thái hoàn toàn khác biệt với các hệ thống vật chất khác trong tự nhiên. Do là một hệ động lực, nên hoạt động của hệ sinh thái tuân theo các định luật thứ nhất và thứ hai của nhiệt động học.
Định luật 1 khẳng định rằng: năng lượng chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác, không tái tạo và cũng không biến mất.
Định luật 2: Trong sinh học, sự chuyển hóa từ động năng (ánh sáng) sang thế năng hóa học (chất nguyên sinh của mô thực vật) luôn luôn mất phần năng lượng khó sử dụng là nhiệt năng; hiệu suất của sự chuyển hóa đó ln ln thấp hơn 100%. Cho nên bất kỳ loại năng lượng chuyển hóa nào, cuối cùng đều biến thành
80 nhiệt.
Khoảng 74% năng lượng của ánh sáng Mặt Trời mà thực vật đồng hóa được, đã thốt khỏi nó bằng nhiệt qua hô hấp, và khoảng 15% không được dùng vào sự đồng hóa. Chỉ một số ắt năng lượng cịn lại là hữu ắch cho cây cối mà thôi.
Tắnh chất nhiệt động học quan trọng của hệ sinh thái là khả năng duy trì một sự cân bằng sinh thái động, giữa quần xã và sinh cảnh của nó.
Bản thân hệ sinh thái hoàn chỉnh và toàn vẹn như một cơ thể, cho nên khi tồn tại trong tự nhiên, hệ cũng có một giới hạn sinh thái xác định. Trong giới hạn ựó, khi chịu một tác động vừa phải từ bên ngoài, hệ sẽ phản ứng lại một cách thắch nghi bằng cách sắp xếp lại các mối quan hệ trong nội bộ và toàn thể hệ thống cho phù hợp với môi trường thông qua những Ộmối liên hệ ngượcỢ, để duy trì sự ổn định của mình trong điều kiện môi trường biến động.
Tất cả những biến đổi xảy ra trong hệ như trong một Ộhộp đenỢ, mà kết quả của nó là sự trả lời (đầu ra), tương ứng với những tác động (đầu vào) lên hệ thống. Trong sinh thái học gọi là nội cân bằng.
Có thể tóm tắt các dạng của hệ sinh thái như sau:
1. Hệ sinh thái trên cạn: cỏ → thỏ → cáo → nấm + vi khuẩn. 2. Hệ sinh thái ở nước:
+ Thực vật nổi → động vật nổi → cá mè hoa → nấm + vi khuẩn. + Chất mùn bã → động vật ựáy → cá chép → nấm + vi khuẩn.
Trên đây là một số dạng của hệ sinh thái, còn ở trong chuỗi thức ăn của quần xã thì khơng nhất thiết mỗi chuỗi ln phải có sinh vật phân hủy, vì chỉ đề cập đến từng chuỗi thức ăn, khơng đề cập đến chu trình vật chất kắn.