Quần xã sinh vật
Nội dung lý thuyết
Các phiên bản khácQUẦN XÃ SINH VẬT
A. KHÁI NIỆM VÀ CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA QUẦN XÃ
I. KHÁI NIỆM QUẦN XÃ
1. Khái niệm
- Quần xã sinh vật là:
+ tập hợp các quần thể sinh vật khác loài,
+ cùng sinh sống trong một khoảng không gian xác định,
+ có quan hệ gắn bó, mật thiết với nhau và với môi trường sống (sinh cảnh).
- Sinh cảnh: nơi ở của quần xã, bao gồm các nhân tố vật lí, hoá học (nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm), các chất vô cơ (đất, nước...).
Ví dụ: quần xã rừng ngập mặn Vườn quốc gia Xuân Thủy – Nam Định
 |
a. Tính ổn định tương đối: Mỗi quần xã có thời gian tồn tại nhất định:
+ Quần xã rừng nhiệt đới: hàng trăm năm.
+ Quần xã trên xác động, thực vật: vài ngày, vài tuần.
b. Tính có biến đổi, do:
+ Quần xã là tập hợp các quần thể khác loài. Mỗi quần thể đều có sự biến động về số lượng cá thể, duy trì sự cân bằng, ổn định.
+ Quần xã luôn có mối tương tác qua lại với môi trường: quần xã làm biến đổi môi trường. Môi trường bị biến đổi lại tác động trở lại làm quần xã biến đổi.
(Sơ đồ cấu trúc động của quần xã)
=> Nếu xét trong một thời gian nhất định thì quần xã có cấu trúc tương đối ổn định, nhưng nếu xét cả một quá trình (thời gian dài) thì quần xã luôn vận động, biến đổi g quần xã có cấu trúc động.
II. CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA QUẦN XÃ
Mỗi quần xã có đặc trưng về thành phần loài (độ đa dạng loài), vai trò của các loài và sự phân bố không gian của các loài trong quần xã.
1. Thành phần loài (độ đa dạng loài - species diversity ): thể hiện thông qua các chỉ tiêu số lượng loài trong quần xã và số lượng cá thể của mỗi loài.
 |
a. Số lượng loài (độ đa dạng - Species richness ): là số lượng các loài khác nhau có mặt trong quần xã.
VD: Quần xã rừng nhiệt đới có độ đa dạng cao hơn quần xã rừng ôn đới.
=> Độ đa dạng cho thấy mức độ ổn định của quần xã.
b. Số lượng cá thể của từng loài trong quần xã (độ phong phú của loài - relative abundance): là tỉ số % về số cá thể của một loài nào đó so với tổng số cá thể của tất cả các loài có trong quần xã.
=> Độ phong phú của loài cho thấy vai trò của loài đó trong quần xã.
+ Công thức: D = ni/N x 100
D: độ phong phú của loài trong quần xã. ni: số lượng cá thể của loài i trong quần xã.
N: số lượng cá thể của tất cả các loài trong quần xã.
+ Độ phong phú của loài thường tỷ lệ nghịch với độ đa dạng loài. Quần xã càng có nhiều loài thì số cá thể trong một loài càng nhỏ.
- Ngoài ra, người ta còn quan tâm đến tần suất xuất hiện (hay độ thường gặp) của loài: tỉ số % của một loài gặp trong các điểm khảo sát so với tổng số điểm được khảo sát.
+ Ví dụ: trong 100 điểm khảo sát, loài i xuất hiện ở 70 điểm g tần suất xuất hiện của loài i là 70/100 = 70%.
+ Tần suất xuất hiện phản ánh giới hạn sinh thái của loài và vai trò của loài trong quần xã.
~ Tần suất xuất hiện thấp ggiới hạn sinh thái hẹp và vai trò không cao.
~ Tần suất xuất hiện cao ggiới hạn sinh thái rộng và vai trò lớn đối với quần xã.
2. Vai trò của các loài trong quần xã: quần xã thường gồm một số kiểu loài sau đây :
a. Loài ưu thế:
- Loài ưu thế là loài có tần suất xuất hiện và độ phong phú cao, sinh khối lớn, đóng vai trò quan trọng chi phối các loài khác trong quần xã (thông qua mối quan hệ dinh dưỡng hoặc ảnh hưởng đến sinh cảnh của quần xã).
VD: Quần xã trên cạn: thực vật có hạt (thức ăn, nơi ở cho các loài khác…)
Quần xã dưới nước: cá, tôm, sinh vật nổi…
b. Loài chủ chốt
+ Là một hoặc một vài loài nào đó (thường là vật ăn thịt đầu bảng) có vai trò kiểm soát và khống chế sự phát triển của các loài khác, duy trì sự ổn định của quần xã.
+ Nếu loài này bị mất khỏi quần xã, cấu trúc của quần xã bị ảnh hưởng rất lớn (bị xáo trộn mạnh, dễ mất cân bằng).
+ Tuy nhiên, loài chủ chốt không nhất thiết phải có số lượng lớn trong quần xã, mà chúng ảnh hưởng đến quần xã thông qua vai trò sinh thái chủ chốt của chúng.
+ Ví dụ: Nhà sinh thái học Robert Paine của trường đại học Washington, đã chuyển loài sao biển Pisaster ochraceous ra khỏi quần xã bãi đá vùng triều.
- Sao biển Pisaster là vật ăn thịt của con trai Mytilus californianus, một loài cạnh tranh cấp cao trong vùng triều.
- Sau khi Paine loại bỏ sao biển Pisaster, các con trai giữ độc quyền trong khu phân bố, loại trừ tất cả các động vật không xương sống khác và tảo ra khỏi vùng mà chúng chiếm đóng.
- Khi sao biển có mặt, khoảng 15 đến 20 loài động vật không xương sống khác và tảo có thể cùng sống trong vùng triều.
- Sau thí nghiệm loại bỏ sao biển, độ đa dạng loài giảm xuống ít hơn 5 loài.
- Vì vậy, sao biển tác động như một loài chủ chốt, thể hiện một ảnh hưởng lên cấu trúc quần xã mà ảnh hưởng này không cân xứng với số lượng của chúng (tuy số lượng nhỏ nhưng ảnh hưởng lớn).
c. Loài đặc trưng
+ Loài chỉ có ở 1 quần xã nhất định
+ Thường có số lượng cá thể lớn hơn các loài khác hoặc có vai trò quan trọng trong quần xã so với các loài khác.
+ Có giới hạn sinh thái hẹp.
Ví dụ: Cá Cóc ở Tam Đảo, cây tràm ở rừng U Minh.
Cọ ở Phú Thọ, chim sâm cầm ở Hồ tây…
3. Sự phân bố của các loài trong không gian (cấu trúc không gian của quần xã): Mỗi quần xã còn có một cấu trúc nhất định là sự phân bố của các quần thể trong không gian (do mỗi loài có một ổ sinh thái đặc trưng về một nhân tố nào đó như ánh sáng, thức ăn...). Có một số kiểu phân bố:
a. Phân bố theo chiều thẳng đứng
- Quần xã thực vật rừng nhiệt đới có 5 tầng:
+ 3 tầng cây gỗ lớn (A1, A2, A3)
+ 1 tầng cây bụi thứ cấp (A4)
+ 1 tầng cỏ, dương xỉ (A5).
- Quần xã thuỷ vực có 2 tầng:
+ Tầng tạo sinh: tầng trên bề mặt có ánh sáng g thực vật phù du quang hợp tạo chất hữu cơ là nguồn thức ăn sơ cấp cho quần xã.
+ Tầng phân huỷ: tầng nước sâu thiếu ánh sáng, diễn ra quá trình phân huỷ các chất.
- Ao nuôi cá thường phân thành 3 tầng:
+ Tầng trên: thực vật phù du, động vật phù du, các loài cá ăn nổi, ăn thực vật như cá mè, cá trắm.
+ Tầng giữa: các loài cá ăn thịt như chép, trôi, rô, quả...
+ Tầng đáy: các loài ăn mùn bã hữu cơ như tôm, cua, ốc, lươn, trạch, trê...
b. Phân bố theo chiều ngang
- Sự phân bố của các loài ở biển:
+ Thềm lục địa gần bờ: tôm, cua, cá nhỏ, san hô...
+ Vùng xa bờ (vùng triều): cá thu, mực, cá nục...
+ Vùng khơi: các loài cá cỡ lớn như cá heo, cá voi, cá mập...
- Sự phân bố theo chiều ngang thường gặp ở những vùng có điều kiện sống thuận lợi, độ ẩm thích hợp, nguồn thức ăn dồi dào.
Ý nghĩa:
+ Giảm sự cạnh tranh giữa các quần thể.
+ Tận dụng tối đa nguồn sống của môi trường
III. MỐI QUAN HỆ SINH THÁI TRONG QUẦN XÃ
1. Quan hệ giữa các quần thể trong quần xã
a. Quan hệ hỗ trợ
|
Dạng quan hệ |
Đặc điểm |
Ví dụ |
|
Cộng sinh (+)/(+) |
- Hai bên đều có lợi. - Cần thiết cho sự tồn tại và phát triển của nhau. |
- Nấm và tảo cộng sinh thành địa y. - Trùng roi trong ruột mối. - Vi khuẩn cố định đạm và cây họ đậu. |
|
Hợp tác (+)/(+) |
- Hai bên đều có lợi. - Không cần thiết cho sự tồn tại và phát triển của nhau. |
- Chim sáo bắt rận cho trâu. - Cá nhỏ ăn thức ăn thừa trong răng cá mập, lươn biển... |
|
Hội sinh (o)/(+) |
- Một loài có lợi. - Loài kia không có lợi và cũng không có hại. |
- Cây phong lan bám trên thân cây gỗ lớn. - Cá ép sống bám vào cá lớn đi nhờ. |
b. Quan hệ đối kháng
* Cạnh tranh (-)/(-):
- Hai loài cạnh tranh với nhau vì một nguồn sống nào đó, kết quả có thể gây hại cho 1 hoặc cho cả 2 quần thể (−/−).
Ví dụ: Cạnh tranh giữa thỏ và cừu cùng ăn cỏ, giữa cú và chồn cùng hoạt động ban đêm và bắt chuột làm thức ăn, các loài cỏ dại cạnh tranh với lúa về muối khoáng và chất dinh dưỡng...
- Sự cạnh tranh mạnh mẽ có thể dẫn tới sự loại trừ ra khỏi khu phân bố một trong hai loài tham gia cạnh tranh, quá trình này được gọi là cạnh tranh loại trừ.
Ví dụ: Ban đầu rừng cây bụi nhỏ, sau đó lim phát tán đến, cạnh tranh hết ánh sáng và loại bỏ các cây bụi (giết chết).
- Để giảm mức độ cạnh tranh, các loài sống trong cùng một khu vực có khuynh hướng phân li các ổ sinh thái (bao gồm không gian sống, nguồn thức ăn và cách khai thác nguồn thức ăn đó).
Ví dụ: + Hai loài trùng cỏ cùng ăn vi sinh vật nhưng phân li về nơi sống: một loài sống ở tầng mặt, một loài sống ở tầng đáy.
+ Ba loài chim sẻ ăn hạt cùng phân bố trên một hòn đảo (đảo 1) có kích thước mỏ khác nhau, sử dụng các loại hạt có kích thước khác nhau. Ở 2 đảo khác, mỗi đảo chỉ có một loài thì kích thước mỏ của chúng khác với kích thước mỏ của các cá thể cùng loài trên đảo 1 (hình 56.5 SGK). (Hai loài có ổ sinh thái giống nhau sống trong cùng một khu vực phân li mạnh mẽ hơn là khi chúng sống khác khu).
* Một số dạng quan hệ khác:
|
Dạng quan hệ |
Đặc điểm |
Ví dụ |
|
Kí sinh/ vật chủ (+)/(-) |
Một loài sống nhờ trên cơ thể loài khác, lấy chất dinh dưỡng từ cơ thể vật chủ. - Kí sinh hoàn toàn: không có khả năng tự dưỡng, sống hoàn toàn bằng chất dinh dưỡng từ vật chủ. - Nửa kí sinh: có khả năng tự dưỡng, vừa lấy chất dinh dưỡng từ vật chủ, vừa tự tổng hợp chất hữu cơ của mình. |
- Giun sán kí sinh trong cơ thể người và động vật. - Cây tầm gửi kí sinh trên các cây thân gỗ lớn. |
|
Ức chế/ cảm nhiễm (o)/(-) |
- Một loài sống bình thường nhưng gây hại cho các loài khác sống xung quanh. |
- Tảo giáp, vi khuẩn lam tiết chất độc gây hại cho các sinh vật thuỷ sinh. - Một số cây (tỏi, hành) tiết chất ức chế hoạt động của vi sinh vật xung quanh. |
|
Vật ăn thịt/con mồi (+)/(-) |
- Loài này sử dụng loài khác làm thức ăn: động vật ăn thực vật, động vật ăn động vật, thực vật bắt sâu bọ. |
- Thỏ, cừu ăn cỏ. - Cáo, hổ ăn thỏ. - Cây nắp ấm bắt ruồi... |
c. Hiện tượng khống chế sinh học
- Quan hệ giữa các quần thể trong quần xã tạo ra hiện tượng khống chế sinh học.
- Khống chế sinh học: số lượng cá thể của quần thể này bị kìm hãm bởi số lượng cá thể của quần thể khác, làm cho số lượng cá thể của mỗi quần thể luôn dao động quanh vị trí cân bằng.
Ví dụ: cây cối xanh tốt => sâu tăng => chim ăn sâu tăng => sâu giảm => chim ăn sâu giảm…
Trên cánh đồng cỏ: Thỏ tăng => cáo tăng => thỏ giảm => cáo giảm…
Ứng dụng:
+ Dùng thiên địch để kiểm soát sâu bệnh hại cây trồng, tránh lạm dụng thuốc trừ sâu hoá học gây ô nhiễm môi trường.
+ Không được tiêu diệt quá mức một loài nào đó sẽ dẫn tới ảnh hưởng tới các loài khác trong quần xã.
2. Quan hệ giữa quần xã và ngoại cảnh
Ngoại cảnh tác động đến quần xã thông qua:
+ Tác động lên các quần thể trong quần xã
+ Tác động lên mối quan hệ nội bộ giữa các quần thể trong quần xã.
Ví dụ: Cỏ => thỏ => cáo. Nếu cỏ chết sẽ làm ảnh hưởng tới thỏ, cáo… Người bắt mèo ăn thịt => chuột tăng phá hoại mùa màng…
Mùa đông giá lạnh => cây cối chết => động vật ăn thực vật chết => động vật ăn động vật bị ảnh hưởng…
==> Thông qua mối quan hệ giữa quần xã và ngoại cảnh, mối quan hệ giữa các quần thể trong quần xã, số lượng cá thể của mỗi quần xã luôn được khống chế ở mức độ phù hợp với khả năng của môi trường, tạo nên sự cân bằng sinh học trong quần xã.
B. DIỄN THẾ SINH THÁI
1. Khái niệm
- Sự thay đổi trong quần xã chủ yếu gồm các thay đổi về thành phần loài và độ phong phú của loài.
- Ví dụ về quá trình thay đổi của một quần xã (sơ đồ cấu trúc động của quần xã).
- Diễn thế sinh thái là quá trình biến đổi tuần tự của các quần xã sinh vật qua các giai đoạn khác nhau, từ dạng khởi đầu được thay thế bằng các quần xã trung gian và cuối cùng thường dẫn đến một quần xã tương đối ổn định trong một thời gian dài (quần xã đỉnh cực).
- Diễn thế sinh thái thường là một quá trình định hướng, có thể dự báo được.
2. Nguyên nhân của diễn thế
a. Nguyên nhân bên ngoài: do các sự cố bất thường như núi lửa, bão, lũ lụt, cháy rừng...
b. Nguyên nhân bên trong:
- Do mối quan hệ tương hỗ giữa quần xã và ngoại cảnh:
+ Quần xã tác động vào môi trường làm cải biến môi trường.
+ Môi trường mới tác động trở lại quần xã => thay thế quần xã này bằng quần xã khác.
(thông thường, loài ưu thế thường làm cho điều kiện môi trường biến đổi mạnh đến mức bất lợi cho chính cuộc sống của mình, nhưng lại thuận lợi cho loài ưu thế khác có sức cạnh tranh cao hơn thay thế. Ví dụ: rừng cây sau sau tạo ra bóng cho lim con mọc, sau đó lim con lớn lên, cạnh tranh ánh sáng với sau sau và loại bỏ sau sau, chỉ còn rừng lim một tầng)
- Do tác động của con người:
+ Tiêu cực: chặt cây, đốt rừng, san lấp các ao, hồ....
+ Tích cực: cải tạo thiên nhiên làm quần xã phong phú hơn.
3. Các loại diễn thế sinh thái
a. Diễn thế nguyên sinh: diễn thế xảy ra ở môi trường mà trước đó chưa hề có mầm mống sinh vật, nơi mà đất chưa được tạo thành, như là một đảo mới được hình thành do núi lửa hoặc vùng đất trước đây bị băng bao phủ.
 |
+ Ban đầu, chỉ có các sinh vật nhân sơ tự dưỡng có thể xuất hiện.
+ Sau đó, nấm và địa y xâm chiếm và tạo nên sự phát triển đất.
+ Khi đất được hình thành, cỏ, cây bụi và các mầm cây mọc lên từ hạt được gió mang đến từ các vùng lân cận.
=> Diễn thế nguyên sinh: quá trình hình thành các quần xã ổn định đầu tiên của trái đất.
Môi trường trống trơn => quần xã tiên phong (địa y, quyết) => các quần xã trung gian (cỏ, cây bụi nhỏ, cây gỗ nhỏ...) => quần xã đỉnh cực (cây gỗ lớn, các động vật phong phú)...
b. Diễn thế thứ sinh:
- Diễn thế thứ sinh xảy ra ở nơi mà một quần xã đã tồn tại nhưng bị tiêu diệt bởi một biến động như bị chặt trắng hoặc cháy rừng, trong khi đất không bị ảnh hưởng nhiều.
 |
+ Các cây cỏ mọc đầu tiên từ các hạt do gió hoặc do động vật nhả hạt.
+ Các cây bụi nhỏ sau đó sẽ thay thế cỏ, và tiếp đó chúng lại bị thay thế bởi rừng cây gỗ lớn.
- VD: rừng thông sau nạn cháy => bãi trống => trảng cỏ => trảng cây bụi => rừng thông non => rừng thông trưởng thành (hoặc rừng cây khác).
=>Mối quan hệ giữa diến thế nguyên sinh và diễn thế thứ sinh: sơ đồ tự vẽ.
4. Ý nghĩa của việc nghiên cứu diễn thế sinh thái
- Nắm được quy luật phát triển của quần xã sinh vật để bảo vệ và sự báo những dạng quần xã thay thế trong tương lai.
- Chủ động điều khiển diễn thế theo hướng có lợi.
- Chủ động xây dựng kế hoạch bảo vệ, khai thác hợp lí nguồn tài nguyên thiên nhiên và kịp thời đề xuất các biện pháp khắc phục những biến đổi bất lợi của môi trường sinh vật và con người.
5. Những xu hướng biến đổi chính trong quá trình diễn thế thiết lập trạng thái cân bằng
- Tăng tính đa dạng loài, giảm số lượng cá thể của mỗi loài (tăng độ đa dạng, giảm độ phong phú).
- Lưới thức ăn phức tạp dần, chuỗi thức ăn mùn bã hữu cơ ngày càng trở nên quan trọng.
- Kích thước và tuổi thọ của các loài tăng.
- Khả năng tích luỹ chất dinh dưỡng tăng, quần xã sử dụng năng lượng ngày càng hoàn hảo...