b. Công thức Bijker
3.2.3. Cơ chế điều hành hoạt động của hệ sinh thá
Các cơ chế điều hành hoạt động của hệ sinh thái là một phổ rất rộng bao gồm các hiện tượng sinh, lý, hoá. Trong các hệ sinh thái vùng bờ có thể kể đến một số nhân tố quan trọng nhất.
Nhân tố vật lý: Hoạt động của thuỷ triều, nhiệt độ, sóng, dòng chảy, loại chất lắng đọng, gió, địa hình và độ dốc.
Nhân tố hoá học: độ mặn, oxy hoà tan, thành phần cát lắng chất dinh dưỡng có sẵn và vi lượng kim loại v.v...
Nhân tố sinh học: cạnh tranh, ăn cỏ, ăn mùn, ăn tạp và ăn thịt (động thái
dinh dưỡng), xáo trộn sinh học tái sản xuất và cộng sinh.
Tất cả các nhân tố này đều tương tác với nhau ở một mức độ nhất định và cấu thành hệ sinh thái tại một khu vực nhất định. Những sinh vật khác nhau chiếm giữ những ổ khác nhau trong hệ sinh thái. Khái niệm ổ hàm ý rằng mỗi sinh vật đều có ưu thế riêng trong một môi trường sống đặc thù với những phạm vi đặc thù về nhân tố vật lý, hoá học và sinh học. Ví dụ như rạn san hô ngầm đòi hỏi nhiệt độ khoảng 18oC, độ sâu dưới mặt nước không quá 50m, độ mặn của nước vào khoảng 30-36 ‰, nồng độ bùn cát thấp và sự góp mặt của một số tảo cộng sinh.
Biên độ thuỷ triều, điều chỉnh sự phân bố của các sinh vật trong dải ven biển (sự phân vùng xem hình 3.4). Dòng và biên độ thuỷ triều quy định sự xuất hiện một số kiểu môi trường sống như bãi bùn, bãi cát, đầm lầy…chúng cũng cân bằng sự vào, ra của các loại chất hữu cơ thông qua tác động tới năng lượng sẵn có để thu hoạch các sản phẩm từ đầm lầy.
Các nhân tố hoá học quy định các hệ sinh thái cửa sông và ven bờ là độ mặn, nguồn cung cấp oxy hoà tan và nitơ. Độ mặn quy định sự phân bố của các loài sinh vật dựa vào khả năng chịu mặn của chúng. Điều này được thể hiện qua sự phân bố của thực vật cồn cát (một số loài thực vật có khả năng chịu mặn cao hơn so với những loài khác). Số loài xuất hiện tại các điểm dọc theo gradient độ mặn ở cửa sông giảm rõ rệt ở vùng nước lợ vì chỉ có ít sinh vật có khả năng chịu được độ mặn luôn thay đổi ở vùng cửa sông (hình 3.5).
Các cơ chế sinh học cấu tạo các hệ sinh thái bờ biển rất phức tạp và thường đã tiến hoá hàng ngàn năm. Một trong những hiện tượng sinh học đáng chú ý nhất là sự cộng sinh. Cộng sinh là mối quan hệ giữa các loài sinh vật khác nhau, cùng chung sống vì lợi của một trong hai hoặc cả hai loài. Dạng cộng sinh giữa san hô và tảo đơn bào là một ví dụ nổi bật. Tảo đơn bào cư trú bên trong các mô của san hô và tiến hành quang hợp. Sản phảm sơ cấp từ đó được chứa trong cơ thể động vật cung cấp nguồn thức ăn quan trọng cho động vật.
Hình 3.4: Sự phân vùng ở hệ sinh thái đầm nước mặn
Hình 3.5: Số lượng các loài có quan hệ với độ mặn
Cạnh tranh là một ví dụ khác về hiện tượng sinh học cấu tạo nên hệ sinh thái. Cạnh tranh là cuộc đấu tranh giành thức ăn, không gian hoặc các nhu cầu sinh thái khác giữa hai sinh vật. Ví dụ, đối với rạn san hô ngầm cuộc cạnh tranh diễn ra rất khốc liệt. Cạnh tranh ánh sáng khiến san hô phát triển tác dụng như những tấm
hấp thụ năng lượng mặt trời (hình 3.6). Cạnh tranh về không gian giữa các rạn san hô khác nhau làm tiết ra các độc tố tấn công lẫn nhau, phát triển nhanh và sẵn sàng lấp trống.
Hình 3.6: Các dạng phát triển san hô ngầm ở Vịnh ả Rập
Có nhiều nhân tố đóng vai trò quan trọng trong cấu trúc hệ sinh thái, do đó hiểu thấu tất cả các quá trình hoạt động trong hệ sinh thái là rất khó khăn. Trên thực tế, đây là một mạng rắc rối của nhiều tương tác khác nhau mà mới chỉ có một vài điều được làm sáng tỏ.
Để minh hoạ sự phức tạp của mối tương tác đa chiều ở vùng ven biển, chúng ta xem xét vòng đời của một số loài động vật không xương sống và cá. Vòng đời của các động vật gồm nhiều giai đoạn mà mỗi loài phải trải qua từ khi sinh ra, trưởng thành cho đến lúc chết đi. Một vài loài tôm (như tôm hùm chẳng hạn) lấy vùng cửa sông và vùng nước lợ như là một phần cuộc sống của chúng. Những loài này sống dựa vào thực vật và các loài giáp xác nhỏ, giun và nhiều loại ấu trùng. Mặc dù hầu hết các loài đều là các sinh vật biển đã trưởng thành, vùng cửa sông vẫn thực hiện hai chức năng cơ bản của nó là (i) cung cấp các thức ăn thích hợp trong suốt quá trình lớn lên của sinh vật và (ii) bảo vệ chúng khỏi các loài săn mồi. Vòng đời của một con tôm được minh hoạ trong hình 3.7. Tôm hồng có nhiều ở vịnh Mêhicô, đẻ trứng ở vùng xa bờ, nơi có độ sâu khoảng 30-50m. Ấu trùng tôm di chuyển theo dòng nước về hướng đất liền trong khoảng từ 3-4 tuần, trong thời gian này ấu trùng cũng trải qua một loạt các giai đoạn phát triển và sẽ dài khoảng 1,5cm. Ấu trùng tôm di chuyển vào lạch và ở vùng cửa sông chúng lớn rất nhanh đạt kich thước thương mại chỉ trong vòng 2-4 tháng, trước khi quay lại biển để
hoàn thành vòng đời của mình. Trong thời gian sống ở vùng cửa sông chúng phải tìm nơi trú ẩn, trốn tránh những sinh vật săn mồi trong các bãi tảo biển hay giữa các đám rễ cây đước và tảo lớn ở vùng nước nông. Những vật săn mồi lớn hơn như cá chỉ vàng cũng không thể vào những nơi ở này và không dễ gì phát hiện ra con mồi của chúng trong môi trường nước đục hoặc che phủ dầy đặc. Năng suất cấp một cao từ vùng đầm nước mặn, thực vật phù du cửa sông, tảo biển, tảo lớn rừng ngập mặn tạo ra nguồn cung cấp thức ăn dồi dào.
Trong ví dụ này, ta có thể lần lượt xem xét các nhân tố nhự sự săn mồi, nhân tố sinh sản, các nhân tố vật lý của dòng nước, độ sâu và chất dinh dưỡng hiện có tạo ra năng suất cấp một cao.
Hình 3.7: Vòng đời khái quát của tôm.
Sự tương tác giữa các thành phần ở vùng ven biển không bị hạn chế ở dải ven biển và vùng nội địa. Một số tương tác có thể xảy ra trên diện rộng hơn, phần lớn là do sự di trú của các loài chim biển và rùa biển. Nhiều loài chim biển là loài chim di trú hoàn toàn hoặc một phần, nghĩa là chúng qua đông ở một nơi và đẻ trứng vào mùa hè tại một nơi khác.
Khoảng cách di trú của các loài chim này thường rất lớn. Loài hải âu lớn mỗi năm hai lần có thể bay vượt qua Đại Tây Dương từ Nam tới Bắc và ngược lại, với quãng đường dài khoảng 10.000 km. Trong quá trình di trú tới hoặc rời khỏi nơi cư trú đông và đẻ trứng, nhiều loài chim biển buộc phải nghỉ dọc đường. Trên thực tế, hành trình di trú hay đường bay qua các vùng đất ngập nước hay cửa sông. Trên thực tế, hành trình di trú hay đường bay của các loài chim nước đều bám theo các dải bờ biển. Tại các điểm dừng chân, các loài chim nghỉ ngơi sau một chuyến
đi dài mệt nhọc và tốn nhiều năng lượng. Chúng cũng cần phục hồi dự trữ năng lượng. Các điểm dừng chân này rất quan trọng đối với sự sống còn của các quần thể chim này. Rùa biển cũng có chặng di cư rất dài từ nơi tìm kiếm thức ăn tới nơi làm tổ.
Nếu những điểm dừng chân chính, nơi sinh sản hoặc trú đông bị quấy rầy hoặc thu hẹp do sự phát triển và hoạt động của con người thì chắc chắn sẽ gây ảnh hưởng tới các quần thể chim biển vì chúng phụ thuộc gần như hoàn toàn vào các khu vực này. Công ước Ramsar (tên của một một vùng thuộc Iran nơi ký kết công ước vào năm 1931) cố gắng bảo vệ những địa điểm này, những nơi mà một thời kỳ trong năm là nơi trú chân cho một số lượng rất lớn quần thể chim di trú (1%) thuộc một loài riêng. Những địa điểm này thường là các dải ven biển hoặc các vùng đất ngập nước ngọt.