Điểm then chốt để bảo tồn và quản lý một loài hiếm, đang có nguy cơ tuyệt chủng là phải hiểu biết đầy đủ về mối quan hệ sinh học của loài đó với môi trường chung quanh và tình trạng quần thể của loài đó. Những thông tin như thế thường được gọi là lịch sử tự nhiên (natural history), hoặc đôi khi được gọi một cách đơn giản là Sinh thái học (Ecology), trong khi thực ra theo nguyên tắc khoa học thì việc tìm hiểu chỉ một loài nào đó sẽ được gọi là Sinh thái học cá thể (Autecology).
Dưới đây là các nhóm câu hỏi về sinh thái học cá thể cần được làm sáng tỏ khi tiến hành thiết kế và thực hiện một cách có hiệu quả những chương trình bảo tồn ở mức quần thể.
Môi trường: loài này được tìm thấy trong những dạng cư trú nào và diện tích mỗi nơi cư trú đó là bao nhiêu? Môi trường biến đổi như thế nào qua thời gian và không gian? Tần suất môi trường bị tác động bởi thiên tai như thế nào?
Sự phân bố: loài được tìm thấy tại đâu trong nơi cư trú? Loài này có di chuyển và di cư giữa các nơi cư trú, các vùng địa lý trong khoảng thời gian một ngày hay một năm không? Khả năng tạo thêm nơi cư trú mới của loài ra sao?
Những mối tương tác sinh học: loài cần loại thức ăn gì và các nhu cầu khác cần có là gì? Những loài cạnh tranh thức ăn và các nhu cầu khác? Có những vật ăn mồi, sâu hại và các ký sinh trùng nào có tác động đến kích thước quần thể loài?
Hình thái học: với kích thước, hình dạng, màu sắc và bề mặt cơ thể như thế nào thì cho phép loài tồn tại trong môi trường sinh sống của nó?
Sinh lý học: các cá thể của một loài cần bao nhiêu lượng thức ăn, nước, muối khoáng và các chất cần thiết khác để có thể tồn tại, sinh trưởng và sinh sản? Mỗi cá thể sử dụng nguồn nói trên với hiệu suất như thế nào? Loài có thể dễ bị tổn thương trong các điều kiện khí hậu khắc nghiệt như nóng, lạnh và gió mưa?
Biến động số lượng quần thể: kích thước quần thể có hiện tại là bao nhiêu và trước đây là bao nhiêu? Số lượng cá thể có ổn định không hay tăng lên hoặc giảm đi? Tập tính: từng cá thể có cần hành động như thế nào để loài có thể tồn tại được trong
môi trường sống của mình? Các cá thể của loài giao phối và sinh sản như thế nào? Các cá thể của loài có quan hệ tương hổ với nhau như thế nào, hợp tác với nhau hay cạnh tranh?
Di truyền học: những biến đổi về hình thái và sinh lý giữa các cá thể có phải là do di truyền điều khiển hay không?
1. Thu thập thông tin về lịch sử tự nhiên
Những thông tin cơ bản cần thiết cho việc bảo tồn một loài hay cho việc xác định hiện trạng của loài đó có thể thu thập từ 3 nguồn chính:
• Tài liệu đã xuất bản
• Các tài liệu không công bố
• Đi thực địa
2. Quan trắc các quần thể
Một cách để tìm hiểu tình trạng của một loài quí hiếm nào đó là điều tra số lượng các cá thể của loài tại thực địa và phân tích các số liệu quan trắc quần thể của nó qua thời gian. Bằng cách điều tra số lượng cá thể lặp đi lặp lại theo một quãng thời gian nhất định ta có thể xác định được những biến động quần thể theo thời gian. Từ đó chúng ta biết được những xu hướng lâu dài của quần thể như tăng hay giảm số lượng cá thể do hoạt động của con người gây ra với những dao động ngắn hạn do thời tiết hay những hiện tượng tự nhiên không dự đoán trước được gây ra.
- Kiểm kê: đơn giản chỉ là đếm số lượng cá thể có trong quần thể. Bằng cách kiểm kê lặp lại theo những quãng thời gian nhất định có thể xác định được quần thể đó là ổn định, tăng lên hay giảm đi về số lượng. Đây là phương pháp ít tốn kém và dễ làm, để trả lời cho những câu hỏi như hiện tại có bao nhiêu cá thể trong quần thể; trong suốt quãng thời gian kiểm kê, quần thể này ổn định về số lượng cá thể hay tăng lên hoặc giảm đi.
- Điều tra: loài việc sử dụng phương pháp lấy mẫu lặp lại để ước tính mật độ của loài trong quần xã. Mỗi vùng sẽ được chia thành nhiều khu vực lấy mẫu và đếm số lượng cá thể trong mỗi khu vực này. Sau đó các kết quả sẽ được qui về giá trị trung bình và được dùng để ước tính kích thước thực tế của quần thể. Các phương pháp điều tra đặc biệt có giá trị khi các pha phát triển trong một chu trình sống của loài là khó phát hiện, rất nhỏ hoặc không thể hiện, ví dụ giai đoạn hạt của nhiều loài thực vật hay các giai đoạn ấu trùng của động vật không xương sống.
- Các nghiên cứu về biến động số lượng quần thể: sẽ theo dõi những cá thể đã biết trong quần thể để xác định tốc độ tăng trưởng, sinh sản và tỷ lệ sống của chúng. Nghiên cứu này cần bao quát đầy đủ các cá thể thuộc mọi lứa tuổi và mọi kích thước. Mỗi chuyên ngành có một kỹ thuật riêng để theo dõi các cá thể theo thời gian: các nhà điểu học thì đeo vòng vào chân chim, các nhà thú học thường đeo biển vào tai động vật và các nhà thực vật thì gắn biển nhôm vào cây.
Những nghiên cứu về biến động số lượng quần thể có thể cung cấp những thông tin về cấu trúc tuổi của quần thể. Một quần thể ổn định thường có cấu trúc tuổi đặc trưng giữa cá thể non, cá thể mới trưởng thành và cá thể già. Nếu vào một giai đoạn hay lứa tuổi nào đó mà
không thấy xuất hiện hay xuất hiện với một số ít cá thể trưởng thành, đặc biệt vào giai đoạn đầu, thì điều đó là dấu hiệu cho thấy rằng quần thể này đang có nguy cơ bị suy thoái. Tương tự, nếu gặp một số lượng lớn các cá thể non và cá thể mới trưởng thành thì đó là đặc điểm thể hiện cho thấy rằng quần thể đang phát triển ở trong trạng thái ổn định hoặc thậm chí là đang phát triển.
Nghiên cứu biến động số lượng quần thể cũng cho phép phát hiện những đặc trưng về không gian của loài, một yếu tố rất quan trọng trong việc duy trì khả năng sống sót đối với các quần thể cách ly. Số lượng các quần thể của loài, sự di chuyển giữa các quần thể và sự ổn định của các quần thể theo không gian và thời gian đều là những tiêu chí quan trọng cần xem xét, đặc biệt đối với những loài thường xuất hiện dưới dạng những quần thể tạm thời hay những quần thể không ổn định được hình thành do di cư.
3. Phân tích khả năng tồn tại của quần thể (Population Viability Analysis)
Là một phần của việc phân tích số lượng quần thể nhằm xác định xem liệu một loài có khả năng thích ứng và tồn tại trong môi trường được không. Phân tích khả năng tồn tại của quần thể là một phương pháp xem xét các yêu cầu khác nhau của một loài cũng như nguồn lực sẵn có trong môi trường, để từ đó xác định những giai đoạn nhạy cảm trong lịch sử tự nhiên của loài đó. Phân tích khả năng tồn tại của quần thể là một việc khá hữu ích trong việc tìm hiểu những ảnh hưởng đến loài quý hiếm do mất nơi cư trú hay nơi cư trú bị hủy hoại. Mặc dù việc phân tích khả năng tồn tại của quần thể vẫn đang được tiếp tục nghiên cứu và phát triển như là một phương pháp dự báo sức sống và khả năng tồn tại của một loài, và dù nó vẫn chưa có được một phương pháp luận hay một quy trình thống kê chuẩn, song các phương pháp xem xét loài một cách hệ thống và toàn diện của nó là sự phát triển tự nhiên của sinh thái học cá thể trong nghiên cứu lịch sử tự nhiên và những nghiên cứu về biến động số lượng quần thể.
4. Quan trắc dài hạn loài và các hệ sinh thái
Cần có sự quan trắc dài hạn các quá trình của hệ sinh thái (nhiệt độ, lượng mưa độ ẩm, tính axít của đất, chất lượng nước, tốc độ chảy của sông suối, xói mòn đất, ...), các quần xã (số loài có mặt, lượng thực vật che phủ, lượng sinh khối có tại mỗi bậc dinh dưỡng,...) và số lượng các quần thể (số lượng cá thể của mỗi loài) bởi vì nếu không làm như vậy khó có thể phân biệt được những dao động bình thường trong năm với những xu hướng lâu dài.
Một khó khăn trong khi tìm hiểu về sự biến đổi trong các hệ sinh thái là trên thực tế, các hậu quả thường đến chậm trễ tới vài năm sau khi những nguyên nhân của nó đã xuất hiện. Ví dụ mưa axít và các thành phần khác của ô nhiễm không khí có thể làm yếu và giết chết cây cối trong suốt hàng thập kỷ, làm gia tăng sự xói mòn đất và bồi lắng ở các sông suối gần đó và cuối cùng là khiến cho môi trường nước không còn thích hợp cho ấu trùng của một loài côn trùng nào đó sinh sống. Trong trường hợp như vậy, nguyên nhân (ô nhiễm không khí) có thể đã xuất hiện từ hàng thập kỷ trước khi biểu hiện ảnh hưởng của nó (loài côn trùng bị suy giảm) được phát hiện.
Mưa axít, biến đổi khí hậu toàn cầu, diễn thế thực vật, lắng đọng nitơ và sự xâm lấn của các loài ngoại lai là những ví dụ điển hình cho các quá trình gây ra những những biến đổi lâu dài ở các quần xã sinh vật, nhưng các diễn biến này thường bị che khuất bởi các hiện tượng ngắn hạn. Mặt dù chúng ta đã có những dữ liệu dài hạn từ các trạm khí tượng, các đợt đếm chim hàng năm, các cánh rừng được đo đạc định kỳ, các cơ quan chuyên trách theo dõi về nguồn nước, và các bức ảnh cũ về thảm thực vật, song những nỗ lực quan trắc dài hạn đối với quần xã sinh vật còn rất hạn chế, chưa đủ cho hầu hết các mục đích bảo tồn. Để cải thiện tình hình trên, nhiều cơ sở nghiên cứu khoa học đã bắt đầu tiến hành những chương trình quan trắc sự biến đổi sinh thái trong quãng thời gian hàng thập kỷ và thế kỷ.