thể vì nó ảnh hưởng đến khả năng sinh sản hay tử vong của quần thể. Thành phần tuổi thường được biểu diễn bằng tháp tuổi. Tháp tuổi được thành lập bởi sự xếp chồng lên nhau của các hình chữ nhật có chiều cao bằng nhau, còn chiều dài thì tỉ lệ với số lượng
cá thể trong mỗi lứa. Các cá thể đực và cái được xếp thành hai nhóm riêng ở hai bên đường phân giác của hình tháp, bởi vì sự tử vong không giống nhau ở hai cá thể đực và cái.
Hình 3.2: Ba dạng tháp tuổi chính của con nguời
Người ta có thể đơn giản hóa tháp tuổi thành ba nhóm cá thể khác nhau. Ðó là: cá thể trẻ (tiền sinh sản), trưởng thành (sinh sản), và già (hậu sinh sản).
Tùy theo thành phần của ba nhóm cá thể trên, người ta có thể xếp loại thành quần thể phát triển, quần thể ổn định hay quần thể suy thoái.
Tỉ lệ đực - cái
Ðó là tỉ lệ giữa số cá thể đực và số cá thể cái của một quần thể sinh vật. Theo qui tắc tổng quát thì các loài động vật là đơn phái tức là có con đực và con cái riêng. Nhưng cũng có hiện tượng lưỡng phái và trinh sản thường thấy ở động vật không xương sống.
Ở đa số động vật có xương sống, có một sự thặng dư nhẹ nhàng ở con đực lúc mới sinh (như ở người chẳng hạn). Ðến tuổi trưởng thành tỉ lệ đực cái có thể thiên về con đực hoặc con cái tùy theo nhóm sinh vật và tùy vào nơi ở và các điều kiện khác của môi trường.
3.3. Quần xã sinh vật 3.3.1. Định nghĩa
Quần xã sinh vật là một tập hợp các quần thể phân bố trong một vùng hoặc trong một sinh cảnh nhất định. Ðó là một đơn vị có tổ chức, tức là có một số tính chất đặc biệt không thấy ở mức quần thể và cá thể.
Thuật ngữ quần xã dùng để chỉ một một đơn vị chức năng. Thí dụ quần xã vi sinh vật cố định đạm trong một khu rừng; quần xã động vật có xương sống ăn kiến ở rừng Tây Nguyên.
Quần xã sinh vật là một thể thống nhất nhờ sự chuyển hóa và trao đổi chất tương hỗ. Thuật ngữ này cần đuợc hiểu theo nghĩa rộng và dùng để chỉ các đơn vị thiên nhiên có kích thước khác nhau, từ quần xã một thân cây đến quần xã của một rừng hay đại dương.
3.3.2. Đặc trung của quần xã
3.3.2.1. Sự phân tầng trong quần xã
Quần xã sinh vật bao gồm rất nhiều loài. Các loài này thường chiếm các khoảng không gian khác nhau, tạo nên sự phân tầng trong quần xã sinh vật. Người ta thường phân biệt các tầng sau.
a. Tầng tự dưỡng và tầng dị dưỡng
Tầng tự dưỡng là nơi xảy ra hoạt động quang tổng hợp mạnh của các sinh vật sản xuất. Ðó là tầng mà tán lá phát triển nhất, còn gọi là "tầng xanh", nơi nhận nhiều ánh sáng mặt trời nhất. Còn trao đổi dị dưỡng xảy ra ở dưới, trong đất và trong chất trầm tích, còn gọi là "tầng nâu", nơi tích lũy nhiều chất hữu cơ.
b. Sự phân tầng trên mặt đất của động vật và thực vật
Thảm thực vật có thể phân thành tầng cỏ, tầng cây bụi, tầng tiểu mộc và tầng đại mộc. Rừng dầy nhiệt đới có sự phân tầng phức tạp nhất.
Ðộng vật nhất là chim và các thú nhỏ sống trên cây (Sóc, Khỉ, Chồn bay...) cũng có sự phân tầng nhưng không rõ rệt như sự phân tầng ở thực vật.
c. Sự phân tầng dưới mặt đất của rễ cây
Sự phân tầng này không được rõ ràng lắm. Rễ của các loài cây cắm vào đất với các độ sâu khác nhau.
d. Sự phân tầng trong nước
Sự phân tầng của các thủy sinh vật thấy rõ trong các hồ sâu nhất là trong biển. Các loài tảo biển và các động vật cố định (hàu, balane...) chỉ gặp ở những độ sâu nhất định
3.3.3.1. Sự đa dạng của quần xã
Số lượng loài (species richness)
Số lượng loài là tổng số loài của quần xã trong một hệ sinh thái. Thực tế ít khi đếm được tổng số loài trong một quần xã. Vì vậy người ta thường nghiên cứu một phần của hệ sinh thái, khi đó người ta sử dụng số lượng trung bình của loài, đó là số trung bình các loài có trong mẫu của hệ sinh thái.
Sự hiểu biết về tổng số loài thì tương đối dễ khi nghiên cứu quần xã các cây đại mộc, nhất là ở trong rừng ôn đới. Công việc trở nên khó khăn hơn khi đó là các thực vật nhỏ hay động vật mà sự hiếm hay quá nhiều và việc di chuyển của chúng làm cho việc đếm trở nên khó khăn.
Người ta có thể ước lượng tổng số loài bằng cách sử dụng đường biểu diễn số lượng tích lũy của loài ứng với số lần thu mẫu. Ðường tiệm cận của đường cong này là tổng số loài. Có sự biến thiên đáng kể trong tổng số loài của các quần xã. Nhìn chung thì số lượng loài rất dồi dào ở các quần xã xích đạo và rất ít ở vùng cực. Người ta thấy
có 2.000 cây mộc ở trong rừng mưa của Malaysie (100.000 km2) trong khi toàn bộ
châu Âu chỉ có 100 loài mà thôi. Cũng tương tự , người ta đếm được 488 loài chim cư
trú trong 15km2 rừng mưa Eïquateur (Nam Mỹ) còn các rừng ôn đới chỉ có chừng 20
loài.
Ðóï là số lượng cá thể của mỗi loài trong quần xã. Ở đây, mật độ không phải là thông số tốt để so sánh các quần xã mà các loài có kích thước quá chênh lệch nhau. Do đó sinh khối và trọng lượng khô trên diện tích cho ta một sự ước lượng chính xác hơn về sự phong phú này. Các quần xã thực vật có thể được nghiên cứu bằng cách đánh giá sự phong phú của các loài khác nhau bằng phần trăm diện tích được che phủ bởi các cac thể của mỗi loài.
Sự ưu thế (dominance)
Trong các quần xã, một số loài rất phong phú, tạo thành một tần số cao ; trong khi các loài khác có số lượng rất ít, cho nên chỉ có một tần số thấp trong quần xã.
Sự hiểu biết về độ ưu thế có lợi ích trong việc khảo cứu các quần xã bị chi phối bởi sự ưu thế này. Trong các quần xã đất liền, các cây hiển hoa tạo thành một nhóm ưu thế trong quần xã sinh vật sản xuất sơ cấp và cả của toàn thể sinh vật.
Trong các quần xã thực vật ở vùng Bắc Cực có sự ưu thế rất mạnh, chỉ có một hoặc hai loài tạo thành hơn 90% của tầng đại mộc. Ngược lại có đến hơn 20 loài cây ưu thế ở rừng mưa nhiệt đới.
Sự đa dạng về loài (species diversity)
Ðể mô tả cấu trúc của một quần xã, số lượng loài chưa đủ để biểu diễîn đầy đủ. Thât vậy sự phong phú tương đối về loài cũng tham dự vào, bởi vì chỉ có vài phần trăm loài là thực sự phong phú (có thể được tiểu biểu bởi mật độ sinh khối...). Trái lại, phần lớn còn lại được tạo ra bởi nhiều loài ít phổ biến, hiếm hoặc rất hiếm Trong khi vài loài có vai trò quan trọng trong quần xã thì vài loài hiếm chi phối sự đa dạng của quần xã.
3.3.4. Mối quan hệ trong quần xã
Quan hệ dinh dưỡng
Trong quần xã luôn luôn có hai nhóm sinh vật có kiểu dinh dưỡng khác nhau. Ðầu tiên là nhóm sinh vật tự dưỡng, gồm chủ yếu là cây xanh. Chúng có thể tổng hợp chất hữu cơ từ chất vô cơ của môi trường, được gọi là sinh vật sản xuất, cung cấp thức ăn cho nhóm sinh vật dị dưỡng. Sinh vật dị dưỡng không tự tạo được chất hữu cơ mà phải nhờ vào nhóm trước. Sinh vật dị dưỡng gồm hai nhóm khác nhau. Nhóm thứ nhất là sinh vật tiêu thụ gồm đa số các động vật. Nhóm còn lại là sinh vật phân hủy, gồm vi khuẩn và nấm, có nhiệm vụ phân hủy chất hữu cơ từ xác bã động vật, thực vật và các chất thải thành chất vô cơ trả lại cho môi trường. Ba nhóm sinh vât trên tạo thành chuỗi thức ăn hay chuỗi dinh dưỡng.
Quan hệ cạnh tranh (competition)
Là sự tranh giành nhau nguồn tài nguyên giữa hai sinh vật cùng một loài hoặc thuộc hai loài khác nhau.
Cạnh tranh cùng loài khi các cá thể của một quần thể cùng tranh nhau thức ăn, nước uống, đối tượng sinh dục...
Cạnh tranh khác loài xảy ra khi các cá thể của hai loài khác nhau cùng tranh nhau một nguồn tài nguyên.
Là hiện tượng một sinh vật bắt và ăn một sinh vật khác. Thí dụ thỏ ăn cỏ, thỏ là vật ăn mồi còn cỏ là mồi. Khi sói ăn thỏ thì thỏ là con mồi và sói là vật ăn mồi.
Quan hệ ký sinh (parasitism)
Là hiện tượng một sinh vật sống lợi dụng một sinh vật khác. Trên hay trong cơ thể động thực vật có rất nhiều ký sinh vật.
Có nhiều điểm giống và khác nhau giữa sự ăn mồi và sự ký sinh; trong sự ký sinh, vật ký sinh thường nhỏ hơn vật chủ và không nhất thiết phải giết chết vật chủ, trong khi vật ăn mồi nhất thiết phải giết chết con mồi.
Quan hệ tiết chất cảm nhiễm ở thực vật
Người ta thường phân biệt sự tiết chất kháng sinh ở thực vật bậc thấp như nấm. Thí dụ nấm Penicilium tiết chất penicilin. Ở thực vật bậc cao có hiện tượng tiết chất độc xa nguồn (teletoxie). Thí dụ như cây Artemisia californica tiết ra một chất terpène bay hơi có tác dụng ngăn cản sự nẩy mầm của các hoà bản và các cây nhất niên khác.
Quan hệ hội sinh (commensalism)
Ðây là mối quan hệ đơn giản và bước đầu của sự phát triển quan hệ hai bên cùng có lợi. Thí dụ : điạ y trên cây xoài, mận; dương xỉ, lan trên cây rừng.
Quan hệ hợp tác (cooperation)
Ðó là mối quan hệ hai bên cùng có lợi nhưng không bắt buộc giữa hai loài. Thí dụ : hải quì và tôm ký cư.
Quan hệ cộng sinh (symbiosis)
Ðây là mối quan hệ bắt buộc và có lợi giữa hai loài. Thí dụ rong và nấm trong địa y; vi khuẩn nốt rễ và cây họ đậu; mối và nguyên sinh động vật.
3.4. Hệ sinh thái 3.4.1. Định nghĩa
Hệ sinh thái là đối tượng nghiên cứu của sinh thái học. Tất cả các sinh vật trong cùng một khu vực đều có tác động qua lại với môi trường vật lý bằng các dòng năng lượng tạo nên các cấu trúc dinh dưỡng, sự đa dạng về loài và chu trình tuần hoàn vật chất.
Tất cả tạo thành một thể thống nhất một đơn vị chức năng gọi là hệ sinh thái. Vậy hệ sinh thái là một hệ thống của sinh vật và môi trường trong đó diễn ra các quá trình trao đổi năng lượng và vật chất giữa sinh vật với sinh vật; giữa sinh vật với môi trường.
Một trong những đặc điểm chung nhất của hệ sinh thái là quan hệ tương hỗ của các sinh vật tự dưỡng và sinh vật dị dưỡng. Các sinh vật này và chức năng do chúng đảm nhận có thể tìm thấy trong không gian và thời gian khác nhau. Trong không gian chúng có thể chia thành tầng lớp. Sự trao đổi chất tự dưỡng thường xảy ra mạnh ở tầng trên, "tầng xanh" nơi nhận nhiều ánh sáng mặt trời nhất. Còn sự trao đổi dị dưỡng xảy ra ở tầng dưới, trong lòng đất hay trong các trầm tích, "tầng nâu" là nơi tích lũy nhiều chất hữu cơ.
Chức năng của sinh vật tự dưỡng và dị dưỡng đôi khi cũng phân biệt theo thời gian. Sinh vật dị dưỡng có thể chậm trễ rất nhiều trong việc sử dụng sản phẩm của sinh
vật tự dưỡng. Chỉ một phần rất ít sản phẩm quang hợp được sử dụng ngay ( ăn cỏ và ký sinh), còn phần lớn dưới dạng lá, gỗ và chất dinh dưỡng dự trữ dưới dạng hạt, rễ... sẽ rơi vào lớp mục thực vật và sẽ được tiêu thụ rất lâu sau đó.
Sự phân chia không gian và thời gian của các quá trình dinh dưỡng cho phép chia dòng năng lượng theo hai kiểu: (1) kiểu gặm cỏ là quá trình trực tiếp sử dụng cả cây hay từng phần của cây sống; đó là kiểu xảy ra ở hệ sinh thái đồng cỏ. (2) Kiểu ăn chất hữu cơ mục nát hay ăn các phế liệu là quá trình phân hủy hay tích tụ các vật chất chết, như hệ sinh thái rừng sát.
3.4.2. Cấu trúc
Về mặt chức năng có thể chia các loại sinh vật trong hệ sinh thái thành 3 nhóm:
Sinh vật sản xuất (hay tự dưỡng)
Chủ yếu là thực vật xanh, có khả năng chuyển hóa quang năng thành hóa năng nhờ quá trình quang hợp; năng lượng này tập trung vào các hợp chất hữu cơglucid, protid, lipid, tổng hợp từ các chất khoáng (các chất vô cơ có trong môi trường).
Sinh vật tiêu thụ (cấp 1, 2, 3)
Chủ yếu là động vật. Tiêu thụ các hợp chất hữu cơ phức tạp có sẵn trong môi trường sống.
• Sinh vật tiêu thụ bậc 1: tiêu thụ trực tiếp các sinh vật sản xuất. Chủ yếu là động vật ăn thực vật (cỏ, cây, hoa, trái …). Các động vật, thực vật sống ký sinh trên cây xanh cũng thuộc loại này.
• Sinh vật tiêu thụ bậc 2: ăn các sinh vật tiêu thụ bậc 1. Gồm các động vật ăn thịt, ăn các động vật ăn thực vật.
• Sinh vật tiêu thụ bậc 3: thức ăn chủ yếu là các sinh vật tiêu thụ bậc 2. Đó là động vật ăn thịt, ăn các động vật ăn thịt khác.
Sinh vật phân hủy
Sinh vật phân hủy là những loại vi sinh vật hoặc động vật nhỏ bé hoặc các sinh vật hoại sinh có khả năng phân hủy các chất hữu cơ thành vô cơ. Ngoài ra còn có những nhóm sinh vật chuyển hóa chất vô cơ từ dạng này sang dạng khác (như nhóm vi khuẩn
nitrat hóa chuyển NH4+ thành NO3−). Nhờ quá trình phân hủy, sự khoáng hóa dần dần
mà các chất hữu cơ được thực hiện và chuyển hóa chúng thành chất vô cơ.
Để duy trì chất lượng môi trường hay nói đúng hơn duy trì được cân bằng tự nhiên, cũng như để tất cả các hoạt động của con người đạt hiệu quả tốt nhất, vừa phát triển kinh tế vừa hài hòa với tự nhiên thì việc quy hoạch và quản lý lãnh thổ trên quan điểm sinh thái sẽ là giải pháp hữu hiệu nhất. Theo yêu cầu của con người, các hệ sinh thái tự nhiên có thể được phân thành Hệ sinh thái sản xuất; Hệ sinh thái bảo vệ; Hệ sinh thái đô thị; Hệ sinh thái với mục đích khác (du lịch, giải trí, khai thác mỏ …).
3.4.3. Sự chuyển hóa vật chất trong hệ sinh thái Chuỗi và lưới thức ăn
Trong HST luôn xảy ra sự trao đổi vật chất và năng lượng trong nội bộ quần xã, giữa quần xã và môi trường bên ngoài của nó (sinh cảnh).
Trong chu trình trao đổi vật chất, luôn có các nguyên tố hoá học, muối hoà tan, khí
CO2 và O2 từ sinh cảnh tham gia tạo thành cơ thể sinh vật (Quần xã), đồng thời lại có
bộ phận của quần xã lại chuyển hoá thành sinh cảnh thông qua quá trình phân huỷ xác sinh vật thành những chất vô cơ.
Các thành phần của quần xã liên hệ với nhau bằng quan hệ dinh dưỡng. Quan hệ dinh dưỡng của các loài trong quần xã được thực hiện bằng chuỗi và lưới thức ăn.
+ Chuỗi thức ăn (Foodchain): là một dãy bao gồm nhiều loài sinh vật, mỗi loài là một "mắt xích" thức ăn; mắt xích thức ăn phía trên tiêu thụ mắt xích thức ăn phía dưới và nó lại bị mắt xích thức ăn phía trên tiêu thụ.
Hình 3.3: Sơ đồ chuỗi thức ăn
+ Lưới thức ăn (Foodweb): là phức hợp các chuỗi thức ăn có quan hệ với nhau trong HST. Vì mỗi loài trong quần xã không phải chỉ liên hệ với một chuỗi thức ăn mà có thể liên hệ với nhiều chuỗi thức ăn. Tất cả các chuỗi thức ăn trong quần xã hợp thành lưới thức ăn.
Hình 3.4: Sơ đồ lưới thức ăn
Những mắt xích thức ăn thuộc một nhóm sắp xếp theo các thành phần của chuỗi thức ăn như: Sinh vật sản xuất, sinh vật tiêu thụ bậc 1, bậc 2,... được gọi là các bật dinh dưỡng. Như vây, vật chất trong hệ sinh thái được chuyển hóa, trao đổi thông qua
các các quan hệ dinh dưỡng. Lưới thức ăn càng phức tạp thì mức độ liên hệ giữa các sinh vật trong HST càng chặt chẽ. Điều đó cho thấy rằng để đảm bảo cho 1 HST được