I: Quần thể đang phát triển (còn trẻ) I Quần thể ổn định (trưởng thành) II Quần thể suy thoái (già hay lão hóa)
c.Cấu trúc của quần xã theo thời gian
Trên thực tế, quần xã, là một tổ chức của sự sống, luôn biến động. Thành phần loài và số lượng cá thể của mỗi quần thể trong quần xã luôn thay đổi theo thời gian. Quá trình này gọi là sự diễn thế của quần xã. Sự diễn thế đi kèm với sự biến đổi môi trường nên diễn thế quần xã cònđược gọi là diễn thế sinh thái (Ecological succession).
Diễn thế là quá trình phát triển theo thứ bậc của quần xã liên quanđến biến đổi cấu trúc loài và các điều kiện môi trường, do ngoại cảnh hoặc chính các quần xãđó tạo nên (Nguyễn Văn Tuyên, 2001).
Xét theo quan điểm sinh thái, sự diễn thế bắt đầu bằng quần xã tiên phong là quần xã hình thành đầu tiên có thành phần loài đơn điệu; quá trình phát triển qua các quần xã chuyển tiếp để đạt đến quần xã cao đỉnh với thành phần loài đa dạng nhất và chuyển hóa năng lượng tối ưu (đạt được sinh khối lớn nhất trên một đơn vị dòng năng lượng); cuối cùng là quần xã suy thoái.
Các nhà sinh thái học phân chia diễn thế sinh thái thành 3 loại chính: diễn thế nguyên sinh, diễn thế thứ sinh và diễn thế phân hủy.
●Diễn thế nguyên sinh (Primary succession)
Diễn thế này khởi đầu từ một môi trường chưa có sinh vật. Đó là một vùng đất mới hình thành như bãi bồi ven sông, một vùng dung nham núi lửa bị phong hóa thành đất…Diễn thế này phải có một nhóm sinh vật khởi đầu, sau đó tạo ra quần xã tiên phong dẫn đến hình thành hệ sinh thái tiên phong với chuỗi thức ăn và dòng năng lượng. Dần dần hệ sinh thái đi vào ổn định và cân bằng.
●Diễn thế thứ sinh (Secondary succession)
Diễn thế thứ sinh xảy ra ở môi trường đã có một quần xã (và hệ sinh thái) nhất định. Thông thường, do một sự kiện đột ngột như sự thay đổi khí hậu, lở đất, đốt rừng làm nương rẫy…dẫn đến sự thay đổi quan trọng về cấu trúc thành phần loài của quần xã, chu trình vật chất và dòng năng lượng trong hệ sinh thái bị thay đổi. Điều này đưa đến sự thành lập quần xã sinh vật (và hệ sinh thái mới) có thể khác hẳn quần xã (và hệ sinh thái) cũ.
●Diễn thế phân hủy (Deposition succession)
Loại diễn thế này liên quan đến những loài sinh vật mới hình thành trong quá trình phân hủy các xác chết sinh vật. Bản chất của quá trình này là sự phân hủy các chấthữu cơ, từ các chất phức tạp thành các chất đơn giản trong môi trường. Đặc điểm của diễn thế này là không hình thành nên quần xã sinh vật ổn định, điểm kết thúc của nó là các chất khoáng.
* Một số nhà sinh thái học khác (Daniel, 1994; dẫn theo Lê Huy Bá và Lâm Minh Triết, 2002) đề xuất 3 loại diễn thế: diễn thế tự sinh, diễn thế bị động và diễn thế phân hủy.
● Diễn thế tự sinh (Nội diễn thế - Autogenic succession): là những thay đổi các quá trình của quần xã gây ra bởi những điều kiện bên trong quần xã. Trong quá trình diễn thế này, loài ưu thế của quần xãđóng vai trò then chốt và thường gây ra những biến đổi điều kiện môi trường vật lý đến mức bất lợi cho mình. Trong điều kiện này, một loài ưu thế có khả năng cạnh tranh sẽ thay thế. Nói cách khác, trong quá trình nội diễn thế, loài ưu thế này sẽ thay thế loài ưu thế khác trong quần xã.. Đây chính là sự thay đổi
liên tiếp quần xã này bằng quần xã khác cho đến quần xã cuối cùng cân bằng với điều kiện vật lý.
● Diễn thế bị động (Ngoại diễn thế - Allogenic succession): xảy ra do các tác động từ bên ngoài. Ví dụ: do tác động vô ý thức (chặt phá và đốt rừng) hay có ý thức (cải tạo địa hình, khai thác rừng…) của con người, buộc hệ sinh thái phải khôi phục lại trạng thái cân bằng sau một thời gian.
● Diễn thế phân hủy (Deposition succesion): liên quan đến sự xuất hiện nối tiếp của những loài trong quá trình phân hủy các xác chết sinh vật.
* Liên quan đến cấu trúc loài và cấu trúc theo thời gian của quần xã là mối liên hệ dinh dưỡng từ sinh vật sản xuất (tự dưỡng) – sinh vật tiêu thụ (dị dưỡng) – sinh vật phân hủy (hoại dưỡng).
+ Sinh vật sản xuất (sinh vật tự dưỡng - Autotrophs): là những sinh vật có khả năng tổng hợp các chất hữu cơ từ các chất vô cơ nhờ năng lượng mặt trời (và các dạng năng lượng khác). Thực vật và các vi sinh vật có sắc tố quang hợp thuộc nhóm sinh vật này. + Sinh vật tiêu thụ (sinh vật dị dưỡng - Heterotrophs): không có khả năng tổng hợp chất hữu cơ từ chất vô cơ. Chúng sử dụng các chất hữu cơ sẵn có và chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác. Tất cả các loài động vật thuộc nhóm này.
+ Sinh vật phân hủy (sinh vật hoại dưỡng – Detritus feeders and Decomposers): có đặc trưng gần như sinh vật dị dưỡng và là một bộ phận của sinh vật dị dưỡng (Nguyễn Trọng Nho, 1999) nhưng chúng chuyển hóa chất hữu cơ từ dạng phức tạp sang dạng đơn giản hơn và cuối cùng giải phóng CO2 và H2O (thực hiện quá trình phân hủy). Mối liên hệ về dinh dưỡng, mang tính đặc trưng cho quần xã, tạo nên chuỗi thức ăn và lưới thức ăn.
●Chuỗi (xích) thức ăn (Food chain): Chuỗi thức ăn là mối liên hệ về dinh dưỡng trong quần xã trong đó loài này sử dụng loài khác làm nguồn dinh dưỡng và nó lại trở thành nguồn dinh dưỡng cho loài tiếp theo. Theo Lê Huy Bá và Lâm Minh Triết (2002), chuỗi thức ăn là hệ thống chuyển hóa năng lượng từ nguồn, đi qua hàng loạt sinh vật, được tiếp diễn bằng cách một số sinh vật này sử dụng ngững sinh vật khác làm thức ăn.
CON MỒI VẬT SỬ DỤNG I VẬT SỬ DỤNG II …
Mỗi nhóm sinh vật trong chuỗi thức ăn, có thể khác nhau về bậc phân loại nhưng cùng sử dụng một dạng thức ăn, được gọi là bậc dinh dưỡng (ứng với mỗi mắt xích của chuỗi thức ăn).
Theo chuỗi thức ăn vật chất được chuyển từ bậc dinh dưỡng thấp lên bậc dinh dưỡng cao. Càng lên cao năng lượng tích lũy trong mỗi bậc dinh dưỡng càng giảm nhưng chất lượng sản phẩm (sự giàu năng lượng tính trên đơn vị sản phẩm) càng lớn.
Chuỗi thức ăn có thể bắt đầu bằng thực vật (chuỗi thức ăn chăn nuôi), bằng mùn bã hữu cơ (detritus) (chuỗi thức ăn phế liệu) hoặc bắt đầu bằng các chất dinh dưỡng hoà tan (chuỗi thức ăn thẩm thấu) (dẫn theoVũ Trung Tạng, 2000). Ví dụ:
+ Chuỗi thức ăn chăn nuôi:
Thực vật Động vật ăn cỏ Động vật ăn thịt bậc I Động vật ăn thịt bậc II… + Chuỗi thức ăn phế liệu:
Mùn bã hữu cơ Động vật ăn mùn bã hữu cơ Động vật ăn thịt bậc I Động vật ăn thịt bậc II…
+ Chuỗi thức ăn thẩm thấu:
Sinh vật ăn sinh vật phù du (cá) (Planktivores) Sinh vật ăn cá (cá dữ)
(Piscivores)
Mặt trời + CO2 và muối dinh dưỡng
Vi sinh vật Nguyên sinh động vật (Protozoa) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình12. Sơ đồ đơn giản về chuỗi thức ăn thẩm thấu trong thủy quyển (Lali và Parsons, 1993; phỏng theo Vũ Trung Tạng, 2001) : Con đường chuyển hóa qua các bậc dinh dưỡng
: Con đường hoàn lại cho môi trường
● Mạng lưới thức ăn (Food net or Food web): Tổ hợp các chuỗi thức ăn tạo nên mạng lưới thức ăn. Trong mạng lưới thức ăn bao giờ cũng có một số loài tham gia vào các bậc dinh dưỡng của một số chuỗi thức ăn, chúng tạo nên mối quan hệ dinh dưỡng rất phức tạp trong quần xã (hay trong hệ sinh thái).
Kền kền Đại bàng Cáo
Rắn
Chim Chồn
Mèo
Châu chấu Chuột đồng Gà Thỏ
Hình 13. Sơ đồ đơn giản về mạnh lưới thức ăn trong quần xã sinh vật ở cạn (phỏng theo Vũ Trung Tạng, 2001)
2.4 Hệ sinh thái (Ecosystem)2.4.1 Khái niệm 2.4.1 Khái niệm
Hệ sinh thái là tổ hợp của quần xã sinh vật với môi trường vật lý mà quần xãđó tồn tại, trong đó các sinh vật tương tác với nhau và với môi trường để tạo nên chu trình vật chất và sự chuyển hóa năng lượng.
Thực vật phù du (Phytoplankton)
Động vật phù du (Zooplankton)
Chất hữu cơ hòa tan
Nói một cách đơn giản: “Sinh vật và thế giới vô sinh (không sống) có quan hệ khăng khít với nhau và thường xuyên có tác động qua lại được gọi là hệ sinh thái” (A.Tansley, 1935; dẫn theo Nguyễn Trọng Nho, 1999).
Hệ sinh thái là một hệ động lực hở và tự điều chỉnh, bởi vì trong quá trình tồn tại và phát triển, hệ phải tiếp nhận nguồn vật chất và năng lượng từ môi trường.
Liên quan đến môi trường sống của con người, Lê Huy Bá và Lâm Minh Triết (2002) đưa ra khái niệm: “Hệ sinh thái môi trường (Environmental ecosystem) là một hệ thống bao gồm quần xã sinh vật (và cả con người) cùng các điều kiện môi trường bao quanh nó với sự tương tác lẫn nhau, liên tục không ngừng mà kết quả của sự tác động đó quyết định chiều hướng phát triển của quần xã và sinh cảnh của toàn hệ”.
MÔI TRƯỜNG:NĂNG LƯỢNG - VẬT CHẤT
Hình 14. Mô hình minh hoạ hệ sinh thái (dẫn theo Nguyễn Trọng Nho, 1999; có sửa đổi)
2.4.2Các đặc trưng của hệ sinh thái
Theo quan điểm ngày nay, con người luôn mong muốn tương tác với thế giới tự nhiên nhằm thỏa mãn nhu cầu của mình theo hướng bền vững. Muốn đạt được điều này, con người cần nghiên cứu các hệ sinh thái. Nền nông nghiệp và công nghệ của loài người vẫn phụ thuộc vào thế giới tự nhiên và sự đa dạng của nó nhằm thỏa mãn các nhu cầu cơ bản như không khí trong lành, nước sạch, khí hậu phù hợp để trồng trọt và hàng loạt các nhu cầu khác. Sự tồn tại của các hệ sinh thái tự nhiên cho thấy các hệ sinh thái tự nhiên là khuôn mẫu cho khả năng bền vững. Nghiên cứu các hệ sinh thái (tự nhiên cũng như nhân tạo) sẽ giúp chúng ta hiểu được mối liên hệ giữa môi trường và các sinh vật cũng như giữa môi trường với con người. Trên cơ sở này chúng ta có thể hiểu rõ hơn tác động của con người đến môi trường tự nhiên và các hậu quả có thể có. Hiểu được các hệ sinh thái tự nhiên sẽ giúp ta hiểu được bằng cách nào thực hiện mối quan hệ giữa con người và trái đất bền vững hơn.