Tài liệu này là sự nỗ lực của chúng tôi để giới thiệu về các quy luật tương tác giữa các thành phần môi trường trong một hệ sinh thái, tính đa dạng sinh học, diễn thế và sự phụ thuộc lẫn
ĐỊNH NGHĨA SINH THÁI MÔI TRƯỜNG
"Sinh thái môi trường học" là một lĩnh vực trong khoa học môi trường, nghiên cứu mối quan hệ tương tác giữa các cá thể sinh vật, giữa tập thể và cộng đồng với điều kiện môi trường tự nhiên xung quanh Sự tương tác này thay đổi tùy theo thời gian, địa điểm và đối tượng, và được đánh giá qua hai chỉ tiêu chính: tính trội và tính đồng đều của quần thể sinh vật trong hệ sinh thái.
LƯỢC SỬ VỀ SINH THÁI MÔI TRƯỜNG
Khái niệm sinh thái đã được nhà khoa học Hy Lạp Phrastus đề cập từ thế kỷ 3 TCN, với sự chú trọng vào mối quan hệ giữa vật chất sống và không sống Tuy nhiên, thuật ngữ “sinh thái học” chỉ được chính thức sử dụng vào năm 1869 bởi nhà sinh vật học người Đức Ernst Haeckel, người đã đặt nền móng cho môn khoa học này, nghiên cứu mối tương quan giữa động vật và các điều kiện môi trường vô sinh.
Vào những năm giữa thế kỉ 13, nhóm các nhà khoa học của Châu Au và châu
Mỹ đã tiến hành nghiên cứu về thực vật ở cấp độ quần xã, bao gồm sự sắp xếp, cấu trúc và phân bố của các quần xã thực vật Các nhà khoa học Mỹ cũng đã khám phá sự phát triển của các quần xã thực vật và mối tương quan giữa quần xã động vật và thực vật, đánh dấu bước khởi đầu cho nghiên cứu sinh thái học Hiện nay, sinh thái học không chỉ liên quan đến sinh học mà còn mở rộng ra nhiều lĩnh vực khác như nông nghiệp, lâm nghiệp, y học, xã hội học, kinh tế học và du lịch.
Năm 1971, cuốn sách “Cơ sở sinh thái học” của giáo sư Eugene P Odum từ Đại Học Georgia, Mỹ, đã đánh dấu một bước ngoặt quan trọng trong nghiên cứu sinh thái học Tác giả đã nâng cao lý thuyết sinh thái học, và vào thập niên 70, khi ngành môi trường học bắt đầu được công nhận, sinh thái học môi trường cũng đã được hình thành và phát triển mạnh mẽ.
Hiện nay, con người đã nhận thức rõ rằng cả môi trường tự nhiên của động, thực vật và môi trường sống của chính con người đang bị suy thoái nghiêm trọng, với nguyên nhân chính do hoạt động của con người Sinh thái môi trường không chỉ kế thừa các nguyên lý của sinh thái học cổ điển mà còn tập trung vào nghiên cứu mối quan hệ giữa con người và tự nhiên, cũng như tác động của các hoạt động công - nông nghiệp và khai thác tài nguyên đến môi trường Do đó, sinh thái môi trường đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối sinh thái học cổ điển với môi trường học hiện đại.
1.2.1 Tiền đề của việc hình thành những phân môn của sinh thái môi trường
Nhận định của Feibleman (1954) cho rằng "Khi cấu trúc trở nên phức tạp, chức năng tổ hợp sẽ bổ sung những tính trạng mới" là một trong những cơ sở lý thuyết quan trọng cho sự hình thành các phân môn trong sinh thái học.
1.2.2 Các phân môn của sinh thái môi trường
- Căn cứ vào mức độ tổ chức của hệ thống sống có:
Sinh thái môi trường học cá thể;
Sinh thái môi trường học quần thể;
Sinh thái môi trường học quần xã;
Hệ sinh thái môi trường;
- Căn cứ vào mục đích nghiên cứu có:
Sinh thái môi trường cơ bản: Nghiên cứu các khía cạnh của sinh thái môi trường và đưa ra các lý thuyết về môi trường học
Sinh thái môi trường ứng dụng: Ứng dụng các kiến thức lý thuyết vào thực tế để quản lý và cải tạo môi trường
- Căn cứ vào tính chất của môi trường:
Sinh thái môi trường đất,
Sinh thái môi trường nước,
Sinh thái môi trường không khí
- Căn cứ vào tính chất của môi trường nhưng theo một hệ quy chiếu khác:
Sinh thái môi trường rừng,
Sinh thái môi trường biển,
Sinh thái môi trường sông,
Sinh thái môi trường ven biển,
Sinh thái môi trường nông thôn,
Sinh thái môi trường đô thị
- Theo một hệ quy chiếu khác của tính chất môi trường:
Sinh thái môi trường tự nhiên,
Sinh thái môi trường nhân tạo
Có nhiều căn cứ để phân loại các loại hình sinh thái môi trường, bao gồm tính chất của môi trường, các loại môi trường khác nhau và đơn vị môi trường cụ thể.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU MÔI TRƯỜNG SINH THÁI
Nghiên cứu môi trường sinh thái tập trung vào sự tương tác giữa các thành phần của môi trường, trong đó mỗi thành phần đều có mối liên hệ chặt chẽ với nhau Mỗi thành phần này được xem như một môi trường hoàn chỉnh, gọi là môi trường thành phần Khi một môi trường thành phần hoặc một mắt xích trong chuỗi thức ăn bị ảnh hưởng hoặc phá vỡ, năng lượng được giải phóng cũng sẽ bị gián đoạn, dẫn đến sự rối loạn trong hoạt động của toàn bộ hệ sinh thái.
Hình 1.1: Trọng tâm của con người trong môi trường sinh thái
Các hoạt động trao đổi vật chất và năng lượng trong môi trường sinh thái luôn duy trì trạng thái cân bằng động, với các thành phần môi trường có mối quan hệ tương tác chặt chẽ Do đó, việc nghiên cứu chi tiết về các mối tương quan và sự tương tác giữa các yếu tố môi trường là vô cùng cần thiết.
Nghiên cứu môi trường sinh thái cần chú trọng đến tất cả các thành phần của hệ sinh thái, vì các chất ô nhiễm trong một thành phần có khả năng lan truyền sang các thành phần khác một cách dễ dàng.
Hình 1 2: Tương quan giữa các thành phần trong MTST
Nghiên cứu môi trường sinh thái nhằm xác định các yếu tố chủ đạo trong hệ tương tác môi trường, từ đó nhận diện tính đồng nhất và tính trội của chúng.
Sinh vật và con người
MT đất MT không khí Khí hậu định được chiều hướng phát triển của đối tượng cần nghiên cứu, thậm chí cả hệ sinh thái môi trường
Phương pháp nghiên cứu môi trường sinh thái là một lĩnh vực khoa học đa chuyên ngành nhưng có giới hạn, chỉ bao gồm một số ngành học liên quan Trong một số hoàn cảnh nhất định, có thể chọn một ngành học làm nền tảng chủ đạo, trong khi các ngành khác đóng vai trò hỗ trợ Các phương pháp nghiên cứu cổ điển cũng đóng góp quan trọng vào việc hiểu rõ hơn về sinh thái môi trường.
Xác định tính chất của cư dân động thực vật và chất lượng chuỗi năng lượng trong cộng đồng sinh thái là rất quan trọng Điều này bao gồm việc phân tích các hướng phát triển và tương tác giữa các loài, từ đó giúp hiểu rõ hơn về sự đa dạng sinh học và tính bền vững của hệ sinh thái.
Phương pháp xác định kiểu phân bố của cá thể trong quần cư,
Phương pháp đánh giá số lượng cá thể của quần thể trong hệ sinh thái,
Phương pháp khảo sát biến động quần thể trong hệ sinh thái,
Phương pháp xác định chuỗi thức ăn và năng lượng b Các phương pháp nghiên cứu sinh thái môi trường hiện đại
Phương pháp GIS - viễn thám,
Phương pháp mô hình hóa.
ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN MÔI TRƯỜNG LÊN SINH VẬT VÀ CON NGƯỜI - SỰ TƯƠNG TÁC, TÍNH CHỊU ĐỰNG VÀ KHẢ NĂNG THÍCH NGHI 25 1 TÓM LƢỢC VỀ MỘT SỐ ĐỊNH LUẬT
1.4.1 TÓM LƢỢC VỀ MỘT SỐ ĐỊNH LUẬT
1.4.1.1 Định luật lƣợng tối thiểu Để tồn tại và phát triển trong từng điều kiện cụ thể sinh vật đòi hỏi những chất cần thiết E Liebig (1840) nhận thấy rằng tính chống chịu là khâu yếu nhất trong trong dây chuyền các nhu cầu sinh thái của cơ thể Định luật Liebig (1840) (hay còn gọi là “định luật lƣợng tối thiểu”) “Chất có hàm lƣợng tối thiểu điều khiển năng suất, xác định sản lƣợng và tính ổn định của mùa màng theo thời gian”
Các nguyên tắc phụ trợ:
Nguyên tắc hạn chế chỉ áp dụng đúng trong các điều kiện của trạng thái tĩnh, tức là khi dòng năng lượng và vật chất vào đạt được sự cân bằng với dòng ra.
- Nguyên tắc bổ sung: Sinh vật có thể thay một phần yếu tố tối thiểu bằng các yếu tố khác có tính chất tương đương
1.4.1.2 Định luật về sự chống chịu (luật giới hạn sinh thái)
Sự hiện diện và phát triển của các sinh vật tại một khu vực phụ thuộc vào sự kết hợp của nhiều điều kiện môi trường Nếu sinh vật vắng mặt hoặc không phát triển tốt, nguyên nhân có thể do thiếu hụt hoặc thừa thãi một yếu tố nào đó, đạt đến mức giới hạn mà chúng có thể chịu đựng.
Shelford (1913) trong nghiên cứu về định luật tối thiểu của Liebig đã chỉ ra rằng yếu tố giới hạn không chỉ liên quan đến sự thiếu thốn mà còn cả sự dư thừa của các yếu tố Thiếu hụt yếu tố nào đó sẽ tạo ra tối thiểu sinh thái, trong khi sự dư thừa lại dẫn đến tối đa sinh thái Khoảng giữa tối thiểu và tối đa sinh thái được gọi là giới hạn của sự chống chịu Từ đó, ông đã phát triển định luật chống chịu sinh thái.
Năng suất sinh vật phụ thuộc không chỉ vào ngưỡng chịu đựng tối thiểu mà còn cả ngưỡng chịu đựng tối đa đối với liều lượng quá mức của các yếu tố bên ngoài.
Các luận đề bổ sung
- Các sinh vật có thể có sức chống chịu rộng với các yếu tố này nhƣng lại có giới hạn chống chịu hẹp với các yếu tố khác
- Các sinh vật có sức chống chịu lớn đối với tất cả các yếu tố thường có sự phân bố rộng nhất
Nếu một yếu tố sinh thái không được tối ưu cho loài, khả năng chống chịu của loài đó đối với các yếu tố sinh thái khác sẽ bị hạn chế.
Trong thiên nhiên, các sinh vật thường gặp phải tình trạng không đạt được giá trị tối ưu của các yếu tố vật lý, điều này khác biệt so với những gì được xác định trong môi trường phòng thí nghiệm.
- Thời kì sinh sản là thời kì mà nhiều yếu tố môi trường vốn bình thường cũng trở thành yếu tố giới hạn
1.4.2 SỰ TƯƠNG TÁC GIỮA CÁC YẾU TỐ MÔI TRƯỜNG LÊN CÁC CÁ THỂ TRONG HỆ SINH THÁI
1.4.2.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên sự đa dạng về sinh vật trong sinh thái học
Sinh vật đẳng nhiệt (homeotherms) duy trì thân nhiệt ổn định bất chấp sự thay đổi của nhiệt độ môi trường, trong khi sinh vật biến nhiệt (poikilotherms) có thân nhiệt thay đổi theo nhiệt độ xung quanh Động vật nội nhiệt (endotherms) tự điều chỉnh nhiệt độ cơ thể bằng cách sản sinh nhiệt bên trong, ngược lại, động vật ngoại nhiệt (ectotherms) phụ thuộc vào nguồn nhiệt từ môi trường Sự phân loại này không hoàn toàn rõ ràng, vì một số loài như bò sát, cá và côn trùng là động vật ngoại nhiệt nhưng vẫn có khả năng sử dụng nhiệt nội tại để điều chỉnh thân nhiệt trong các giai đoạn sống khác nhau Nhiệt độ môi trường có ảnh hưởng lớn đến sự đa dạng tài nguyên sinh vật.
Sinh vật cần một giới hạn nhiệt độ nhất định để tồn tại và phát triển mạnh mẽ, với khả năng sinh sản lên tới hàng nghìn đến hàng vạn cá thể trong một giờ Tuy nhiên, khi nhiệt độ vượt qua giới hạn này, dù là quá thấp hay quá cao, sẽ dẫn đến nguy cơ chết hàng loạt cho các sinh vật.
Ví dụ: ngưỡng dưới của vi sinh vật Neisseria Ngorrhoeae (cầu khuẩn bệnh lậu) là
Nhiệt độ tối ưu cho sự phát triển của sinh vật là rất quan trọng, với ngưỡng nhiệt độ cho Protozoa là 50 o C, cho tảo Eucaryotic là 56 o C và cho tảo lam là 73 o C Khoảng nhiệt độ tối ưu cho Mesophires dao động từ 20 o C đến 45 o C, trong khi sinh vật hoạt động mạnh mẽ nhất trong khoảng nhiệt độ này Việc hiểu rõ cách tính toán ảnh hưởng của nhiệt độ lên thời gian phát triển của động vật là cần thiết để tối ưu hóa môi trường sống cho chúng.
Động vật máu lạnh, hay còn gọi là động vật biến nhiệt, có thời gian phát triển và số thế hệ hàng năm phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường Khi nhiệt độ cao, tốc độ phát triển của chúng tăng nhanh, dẫn đến thời gian phát triển ngắn hơn Do đó, thời gian phát triển có mối quan hệ tỷ lệ nghịch với tốc độ phát triển Một yếu tố quan trọng khác là "nhiệt độ phát triển hữu hiệu," được xác định bằng hiệu số giữa nhiệt độ môi trường (x) và nhiệt độ bắt đầu phát triển (k) Nếu Y là thời gian phát triển của một thế hệ, thì tích số Y(x-k) sẽ là một hằng số tổng tích ôn (S) của loại động vật đó.
Một số tác giả lại đƣa ra một cách tính khác về thời gian phát triển và tốc độ phát triển:
Và chúng đƣợc biểu diễn trên trục tọa độ Y là hàm luỹ thừa (mũ) và y là hàm logistic (có dạng chữ S) a, b, k là những thông số
1.4.2.2 Ảnh hưởng của nước và độ ẩm a Phân loại sinh vật theo nhu cầu nước
Nước là yếu tố thiết yếu cho sự sống của động, thực vật và vi sinh vật trên trái đất Nguyên lý cơ bản là: nơi nào có nước, nơi đó có sự sống Tuy nhiên, mỗi loài sinh vật lại có nhu cầu về nước khác nhau Dựa vào nhu cầu này, sinh vật có thể được phân chia thành bốn hệ khác nhau.
Thủy sinh vật là những sinh vật có cuộc sống gắn liền với môi trường nước suốt đời Chúng bao gồm các thực vật bậc thấp, có cấu trúc cơ thể chưa hoàn chỉnh, có thể bám vào bề mặt hoặc trôi nổi tự do trong nước.
Popamoreton, Rutia hoặc các sinh vật phù du bao gồm phiêu sinh thực vật
(Phytoplankton) và phiêu sinh động vật (Zooplankton)
Sinh vật ưa ẩm cao (Hydrophil) là những loài sống trong môi trường có độ ẩm rất cao hoặc ở những khu vực có không khí bão hòa hơi nước.
Sinh vật ưa ẩm vừa (Mesophil) là những loài sinh vật có khả năng tồn tại trong điều kiện độ ẩm không quá cao Chúng có thể thích nghi với môi trường cả trong mùa mưa lẫn mùa khô, cho thấy sự linh hoạt trong khả năng chịu đựng của chúng.
- Sinh vật chịu khô: Gồm những sinh vật có thể sống đƣợc trong điều kiện không có nước
Mặt khác, dựa vào ngưỡng chịu ẩm thấp và cao của sinh vật, người ta lại chia ra 2 loại:
- Loại sinh vật hẹp ẩm (Ptenohydric) e 4,45 - 0,207x
- Loại sinh vật rộng ẩm (Euryhydric) b Ảnh hưởng của nước đến thực vật:
Dựa theo nhu cầu nước cũng như lượng mưa hàng năm của thực vật, người ta chia ra các hệ sinh thái thực vật nhƣ sau:
Lƣợng mƣa/năm (mm) Hệ thực vật
Từ 250 – 500 Đồng cỏ Sa van
SINH THÁI MÔI TRƯỜNG HỌC QUẦN THỂ
- Đƣa ra nguyên lý tổng quát nhằm giải thích các mô hình động lực trong môi trường sinh thái
Khám phá sự tương tác giữa các nguyên lý và mô hình cơ học giúp giải thích các quá trình tiến hóa và phát triển của sinh vật Bài viết cũng xem xét các học thuyết sinh học, cũng như thái độ của cá thể đối với cộng đồng sống và hệ sinh thái động.
- Vận dụng các nguyên lý này vào việc quản trị và bảo tồn các quần thể tự nhiên, phục vụ Du lịch sinh thái
Quần thể là tập hợp các cá thể cùng loài sống trong một khu vực và thời điểm nhất định Các nhà sinh thái học thường đo lường quần thể qua mật độ cá thể trên một đơn vị diện tích ở hệ sinh thái trên cạn, hoặc mật độ cá thể trên một đơn vị thể tích trong hệ sinh thái nước, thay vì chỉ dựa vào tổng số lượng hay khối lượng cá thể.
Một quần thể có thể thay đổi kích thước theo 4 cách: sinh sản, tử vong, nhập cư và di cƣ
- Một quần thể “đóng” khi yếu tố sinh sản và tử vong quyết định đến tốc độ biến động của quần thể
- Một quần thể đƣợc gọi là “mở” khi có sự di cƣ và nhập cƣ là quan trọng
- Kích thước quần thể phụ thuộc vào không gian sống của chúng
2.1.2 Một số khái niệm khác
"Kiểu sinh học" đề cập đến nhóm cá thể trong dòng thuần có kiểu gen giống nhau Dòng thuần là thế hệ tiếp theo của cây tự thụ phấn, bao gồm các cá thể mang kiểu gen đồng hợp tử Do đó, dòng thuần có thể được xem như một kiểu sinh học với các cá thể có kiểu gen đồng hợp tử.
Sự tiến hóa sinh học và chọn lọc tự nhiên là quá trình thay đổi hệ thống di truyền, dẫn đến sự tiến hóa của các loài Chọn lọc tự nhiên đóng vai trò quan trọng trong việc bảo tồn những cá thể có khả năng thích ứng tốt nhất với môi trường sống.
Sự hình thành loài mới diễn ra khi quần thể bị phân tách về địa lý do các yếu tố như lũ lụt, bão tố, động đất hoặc sự trôi dạt của lục địa Khi các quần thể này sống cô lập qua nhiều thế hệ, hiện tượng phân ly di truyền sẽ xảy ra, dẫn đến sự khác biệt về gen và hình thành loài mới.
Khu ổ sinh thái bao gồm tất cả các yếu tố sinh học cần thiết cho một loài sinh tồn, phát triển khỏe mạnh và tái sinh sản trong môi trường sinh thái của nó.
Dưới loài: Nhóm sinh vật của loài mang tính chất lãnh thổ lớn nhất là dưới loài
Kích thước lãnh thổ của một loài phụ thuộc vào sự đa dạng của cảnh quan, khả năng vượt qua các chướng ngại địa lý và tính chất mối quan hệ giữa các cá thể trong loài.
- Mỗi quần thể dưới loài chiếm một vùng phân bố riêng
- Các dưới loài khác nhau về mặt hình thái, đặc điểm sinh lý, sinh thái
Quần thể địa lý được hình thành dựa trên các đặc tính khí hậu và cảnh quan của vùng phân bố, dẫn đến sự phân chia thành những quần thể khác nhau Mặc dù có sự khác biệt, các quần thể này vẫn giữ chung hình thái và sinh lý, cho phép chúng có khả năng giao phối với nhau.
Các quần thể địa lý của một loài khác nhau về:
- Khả năng chống chịu với nhiệt độ và sự trao đổi nước
- Khả năng chống chịu với những điều kiện không thuận lợi của môi trường
- Khả năng sinh đẻ, sự tử vong
Sự khác biệt giữa hai quần thể địa lý càng lớn thì điều kiện sống giữa chúng càng khác biệt, dẫn đến việc trao đổi cá thể giữa chúng trở nên hạn chế hơn.
Quần thể sinh thái là tập hợp các cá thể cùng loài sống trong một khu vực nhất định, nơi mà các yếu tố vô sinh tương đối đồng nhất.
- Quần thể sinh thái thường kém ổn định so với quần thể địa lý và giữa các quần thể sinh thái thường chỉ khác biệt một cách tương đối
- Mỗi quần thể đều mang những đặc tính sinh lý, sinh thái nhất định
Quần thể sinh thái khác với quần thể địa lý vì chúng không chiếm trọn vẹn một vùng địa lý mà chỉ tồn tại trong những sinh cảnh đặc trưng, thể hiện sự thích ứng với môi trường sống Sự trao đổi cá thể giữa các quần thể sinh thái là yếu tố quan trọng giúp phục hồi số lượng cá thể, bù đắp cho những cá thể bị tử vong.
Quần thể yếu tố là tập hợp các cá thể cùng loài sống trong một khu vực sinh cảnh nhỏ, đặc biệt trong những môi trường không đồng nhất Chúng có thể được phân chia thành nhiều khu vực khác nhau dựa trên các đặc điểm như thổ nhưỡng, khí hậu và các yếu tố khác.
2.1.4 Sự gia tăng và điều chỉnh cấu trúc, quy mô trong quần thể
Mật độ dân số trong quần thể được định nghĩa là số lượng cá thể trên mỗi đơn vị diện tích Yếu tố này có ảnh hưởng lớn đến sự cạnh tranh giữa các cá thể trong cùng một loài cũng như giữa các loài khác nhau.
Sự phân tán và phân bố của quần thể phụ thuộc vào nhiều điều kiện khác nhau, bao gồm sự vận chuyển, di cư, gió và nước Những yếu tố hữu sinh sẽ được phân bố ở các không gian khác nhau dựa trên những yếu tố này.
Có các kiểu phân bố sau:
Một số các yếu tố tác động lên sự phân bố quần thể
Các yếu tố môi trường như dòng nước, không khí và sự đa dạng của động vật đã hình thành hai mô hình phân bố: ngẫu nhiên và phi ngẫu nhiên Nếu những yếu tố này được coi là nguy cơ, sự kết hợp của chúng sẽ có ảnh hưởng đáng kể đến khả năng phân bố của các loài.
SINH THÁI MÔI TRƯỜNG HỌC QUẦN XÃ
Quần xã là tập hợp các quần thể sinh vật và con người phân bố trong một lãnh thổ, thời gian và không gian nhất định Trong quần xã, các sinh vật và con người tương tác với nhau thông qua mạng thức ăn và dòng năng lượng, tạo nên một cấu trúc nhất định Ngoài ra, còn có sự tương tác giữa sinh vật và các điều kiện môi trường vật lý, diễn ra theo nhiều chiều Mỗi quần xã trải qua quá trình hình thành, phát triển và có thể dẫn đến sự diệt vong.
Thành phần loài trong quần xã, bao gồm số lượng và chủng loại hiện diện, là đặc điểm nổi bật nhất của quần xã sinh vật Sự thay đổi trong thành phần loài thường phản ánh mức độ tác động từ môi trường Những biến động lớn trong môi trường có thể dẫn đến sự tuyệt chủng của các loài nhạy cảm, đồng thời tạo điều kiện cho sự phát triển của các loài có khả năng thích ứng và tận dụng các điều kiện mới để gia tăng sự sinh trưởng.
Cạnh tranh trong quần xã sinh vật xảy ra khi số lượng cá thể của một loài hoặc nhiều loài khác nhau vượt quá nguồn tài nguyên cần thiết để sinh tồn, dẫn đến tình trạng khan hiếm thức ăn Khi đó, các sinh vật sẽ cạnh tranh với nhau để tìm kiếm thức ăn, gây thiệt hại cho nhau trong quá trình này.
Trong một quần xã tồn tại rất nhiều yếu tố:
- Sự tăng trưởng của quần xã
- Không gian sống của quần xã
- Tính ổn định và khả năng phục hồi của quần xã
2.2.2 Đại quần xã sinh vật Đại quần xã đƣợc sử dụng trong phạm vi toàn thế giới để chỉ một quần xã lớn của động vật và thực vật có hình thức sống tương tự hoặc có đặc điểm hình thái học và sự tồn tại ở các điều kiện môi trường tương tự Một đại quần xã sinh vật của một hệ sinh thái có thể bao gồm nhiều loại hình khác nhau
Các nhà sinh thái học phân loại đại quần xã thành chín loại, trong đó có tám loại được phân chia dựa trên vĩ độ và một loại dựa trên độ cao so với mặt biển.
1 Đại quần xã hoang mạc (desert)
2 Đại quần xã rừng mƣa nhiệt đới (tropical rain forest)
3 Đại quần xã trảng cỏ (savanna)
4 Đại quần xã thảo nguyên ôn đới (temperate forest)
5 Đại quần xã đồng cỏ nhiệt đới
6 Đại quần xã taiga (cây lá kim)
7 Đại quần xã đồng rêu Bắc cực
8 Đại quần xã của rừng cây to và trảng cây bụi Địa Trung Hải
9 Đại quần xã ở núi cao
DIỄN THẾ SINH THÁI
Diễn thế sinh thái là quá trình biến đổi liên tục của quần xã sinh vật qua các giai đoạn khác nhau Quá trình này bắt đầu từ một dạng khởi đầu và được thay thế bởi các dạng quần xã khác, cuối cùng dẫn đến một quần xã tương đối ổn định.
Nguyên nhân xảy ra diễn thế sinh thái:
Sự thay đổi mạnh mẽ của điều kiện tự nhiên ảnh hưởng sâu sắc đến các quần xã trong hệ sinh thái, dẫn đến sự biến đổi dần dần ở các cá thể và quần thể, cũng như cấu trúc của quần xã sinh thái.
- Hoạt động sống của quần xã sinh thái và của con người đã tạo nên một diễn thế sinh thái
Diễn thế nguyên sinh bắt đầu từ môi trường không có sinh vật, cần một nhóm sinh vật khởi đầu để hình thành quần thể ban đầu Qua thời gian, quần thể này phát triển thành quần xã khởi đầu, và cuối cùng hình thành hệ sinh thái tiên phong với chuỗi thức ăn và năng lượng Sau một thời gian, hệ sinh thái này sẽ đạt được trạng thái cân bằng và ổn định.
Diễn thế nguyên sinh có 2 loại:
Diễn thế thứ sinh là quá trình xảy ra trong một môi trường đã có quần xã sinh vật ổn định Khi gặp sự cố môi trường như biến đổi khí hậu, sụp đất, hoặc xói mòn, quần xã sinh vật sẽ bị thay đổi cơ bản Những thay đổi này ảnh hưởng đến cấu trúc mạng thức ăn và dòng năng lượng trong hệ sinh thái, dẫn đến sự hình thành quần xã mới và hệ sinh thái khác biệt so với trước đó.
Diễn thế phân hủy là quá trình sinh thái liên quan đến sự phát sinh của các loài sinh vật mới trong quá trình phân hủy xác chết Quá trình này tập trung vào việc phân hủy các chất hữu cơ từ hợp chất phức tạp thành khoáng chất đơn giản hơn, với điểm kết thúc là các khoáng chất Một số nhà sinh thái học phân chia diễn thế phân hủy thành ba loại khác nhau.
Diễn thế tự sinh là quá trình thay đổi của quần xã sinh vật, diễn ra do các yếu tố bên trong và nội lực, nhằm giải quyết những mâu thuẫn trong quần xã.
- Diễn thế bị động: diễn ra khi một loạt các yếu tố bên ngoài tác động vào
- Diễn thế phân hủy: liên quan đến sự nối tiếp của những loài xuất hiện trong quá trình phân hủy các xác chết của sinh vật
Những đặc tính của diễn thế sinh thái:
Nếu điều kiện vật lý không thay đổi đáng kể, khả năng thay thế một quần xã sinh vật bằng một quần xã khác sau khi xảy ra xáo trộn có thể được dự đoán.
Tương tác tự nhiên giữa các loài đã gây ra sự thay đổi trong quá trình diễn thế, ảnh hưởng đến sự ổn định của đỉnh kỳ Tuy nhiên, nhiều khía cạnh của những tương tác này trong các diễn thế vẫn chưa được khám phá, một phần vì sự khó khăn trong việc hiểu rõ cách mà diễn thế sẽ diễn ra trong quần xã đó.
Diễn thế thường làm thay đổi đến tận gốc các chi tiết.
HỆ SINH THÁI MÔI TRƯỜNG – NGUYÊN TẮC VÀ CÁC KHÁI NIỆM
Hệ sinh thái môi trường là một hệ thống bao gồm quần xã sinh vật và con người, tương tác với nhau trong cùng một điều kiện môi trường Sự tương tác này diễn ra liên tục và ảnh hưởng đến sự phát triển của quần xã và sinh cảnh trong toàn bộ hệ sinh thái.
2.4.1 Tổ chức – kết cấu – hoạt động của hệ sinh thái môi trường
Mỗi hệ sinh thái môi trường đều có một không gian và phạm vi lãnh thổ xác định, bao gồm các thành phần vô sinh như đất, nước, không khí, cùng với các thành phần hữu sinh như thực vật, động vật, vi sinh vật và con người.
Hệ sinh thái môi trường cần có đầu vào và đầu ra để tồn tại và hoạt động, trong đó đầu vào bao gồm năng lượng và dòng vật chất, còn đầu ra là sản phẩm và chất thải Dòng vật chất diễn ra qua chuỗi thức ăn, nơi mà vật chất vô cơ và hữu cơ được chuyển từ các bậc dinh dưỡng thấp lên cao Cây xanh, với vai trò sinh vật sản xuất, hấp thụ khoáng chất và năng lượng mặt trời để quang hợp, tạo ra chất hữu cơ cho hệ sinh thái Nhờ đó, cây xanh chuyển đổi quang năng thành hóa năng Sinh vật tiêu thụ cấp 1 ăn thực vật và tích lũy chất hữu cơ, sau đó năng lượng này tiếp tục chuyển sang sinh vật tiêu thụ bậc 2 và bậc 3 Cuối cùng, xác chết của các sinh vật được phân giải bởi sinh vật phân hủy, trả lại khoáng chất cho đất.
Trong hệ sinh thái, các sinh vật thường tổ chức thành các quần thể và quần xã thông qua các hoạt động như kiếm ăn, sinh sản, di cư và nhập cư Chúng có mối quan hệ tương tác với nhau, có thể là tương hỗ như cộng sinh và hội sinh, hoặc cạnh tranh như kí sinh Bên cạnh đó, sinh vật còn tương tác với các yếu tố vô sinh trong môi trường Các hệ sinh thái cũng luôn có mối liên hệ và tương tác với các hệ sinh thái lân cận.
Hoạt động của hệ sinh thái môi trường luôn diễn ra một cách tuyệt đối, trong khi trạng thái đứng yên chỉ là tương đối Quá trình này bao gồm dòng chảy liên tục của vật chất và năng lượng, chuyển đổi từ dạng này sang dạng khác Mặc dù các thành phần trong hệ sinh thái có thể phong phú, vẫn tồn tại một thành phần chủ yếu quyết định sự ổn định tương đối của hệ sinh thái đó.
Hệ sinh thái môi trường là một hệ thống tự điều chỉnh phức tạp, trong đó sự thay đổi của một yếu tố sẽ dẫn đến sự điều chỉnh của nhiều yếu tố khác, nhằm khôi phục trạng thái cân bằng động.
2.4.2 PHÁT TRIỂN VÀ TIẾN HÓA CỦA HỆ MÔI TRƯỜNG Ở môi trường tiền khai, nơi có rất ít thực vật và động vật sinh sống thì bằng chứng về sự tổ chức ở cộng đồng trong môi trường này là không rõ ràng; nhưng với thời gian trôi qua, nhiều loại sinh thái khác nhau bắt đầu xuất hiện với sự tập hợp và liên kết các cá thể với nhau, tụ tập nhiều loài sinh vật khác nhau, các phần của chúng sống bám vào một lớp hoặc một địa tầng cố định, sự kết hợp của chúng vào các chuỗi và mạng lưới thực phẩm, và sự phân chia tạm thời thành những thành phần với quá trình hoạt động hằng ngày hoặc theo mùa khác nhau Theo lý thuyết, nếu hệ sinh thái đó không bị xáo trộn, chúng sẽ trở nên ngày càng tự chủ và kết hợp hơn, và cuối cùng đạt đƣợc trạng thái bền vững ổn định, trong đó cấu trúc của hệ không thay đổi theo thời gian Giai đoạn này đƣợc xem là cao đỉnh và quy trình phát triển của nó là nối tiếp nhau Trong suốt tiến trình nối tiếp đó, hiệu suất hệ sinh thái thường tăng lên, tính đa dạng của sinh vật cũng tăng lên và sự biến đổi môi trường vô sinh cũng gia tăng Vào thời điểm đạt đến cao đỉnh, những thuộc tính này thông thường sẽ đạt được giá trị lớn nhất (một vài thuộc tính có thể đạt mức thấp hơn so với trước khi đạt đến cao đỉnh), và cộng đồng sẽ trở nên tự chủ hơn miễn là các điều kiện môi trường không thay đổi một cách đáng kể
2.4.3 Nội cân bằng của hệ sinh thái môi trường
Cân bằng sinh thái, hay còn gọi là cân bằng thiên nhiên, là trạng thái mà số lượng tương đối của các cá thể trong các quần thể sinh vật trong hệ sinh thái được duy trì ổn định Sự cân đối giữa cung và cầu, cùng với sự hài hòa giữa thành phần vật lý và sinh học, góp phần tạo ra một mối quan hệ ổn định trong toàn bộ hệ sinh thái.
Trong tự nhiên, không có sự ổn định tuyệt đối, mà luôn tồn tại sự thay đổi và phát triển Hệ sinh thái có thể duy trì trạng thái cân bằng động khi các biến đổi không quá lớn, nhưng khi cân bằng bị phá vỡ, một trạng thái mới sẽ được thiết lập Một ví dụ điển hình là sự xâm lấn của bèo lục bình từ Nam Mỹ vào Florida năm 1884, khi chúng phát triển mạnh mẽ và lan rộng, gây cản trở giao thông đường thủy Hiện nay, khoảng 800.000 ha sông ngòi từ Florida đến California bị phủ bởi bèo, đặc biệt nghiêm trọng ở Florida, Texas và Louisiana, với chi phí loại trừ lên đến 11 triệu USD mỗi năm.
Mỗi hệ sinh thái đều có tiêu chuẩn riêng để đánh giá sự cân bằng của chúng Trong hệ sinh thái nông nghiệp, sự cân bằng giữa điều kiện môi trường và cây trồng, vật nuôi cần đảm bảo đa dạng và năng suất cao mà không làm suy thoái môi trường Đối với hệ sinh thái đô thị, sự cân bằng giữa môi trường sống và con người là cần thiết để phát triển hài hòa, đạt tiêu chuẩn về môi trường không khí, nước, chu trình thực phẩm và vệ sinh cộng đồng.
2.4.3.2 Cân bằng sinh thái động tự nhiên và cân bằng sinh thái động nhân tạo
Sự cân bằng trong một hệ sinh thái phụ thuộc vào tác động của các nhân tố sinh thái lên sinh vật và quần thể sinh vật, tạo nên một trạng thái cân bằng động Tuy nhiên, yếu tố con người có ảnh hưởng rất mạnh mẽ và quy mô lớn đến các hệ sinh thái, khi mà con người không chỉ tạo ra mà còn làm biến đổi chúng Hơn nữa, các hoạt động của con người đã dẫn đến sự suy thoái môi trường trên quy mô lớn Do đó, có thể phân chia cân bằng sinh thái thành hai kiểu khác nhau: cân bằng sinh thái động tự nhiên.
Cân bằng sinh thái tự nhiên là trạng thái ổn định của hệ sinh thái dưới ảnh hưởng của các yếu tố sinh thái trong môi trường tự nhiên, không có sự can thiệp của con người Ngược lại, cân bằng sinh thái động nhân tạo xảy ra khi con người can thiệp và điều chỉnh các yếu tố sinh thái để duy trì sự ổn định của hệ sinh thái.
Cân bằng sinh thái động nhân tạo là sự cân bằng bị ảnh hưởng và điều khiển bởi con người Hệ sinh thái nông nghiệp, một ví dụ điển hình, là hệ sinh thái nhân tạo mà con người đã tác động vào thiên nhiên từ rất sớm trong lịch sử Sự khác biệt giữa cân bằng sinh thái tự nhiên và nhân tạo thể hiện rõ qua những ví dụ cụ thể trong thực tiễn.
Hệ thống sông Cửu Long và Biển Hồ có khả năng điều tiết tự nhiên, giúp giảm lưu lượng nước trong mùa lũ và tăng cường lượng nước vào mùa kiệt Điều này tạo ra một hệ sinh thái nước lợ bền vững ở vùng hạ lưu, chịu ảnh hưởng của mặn, và duy trì sự cân bằng động theo thời gian.
Hồ Trị An trên hệ thống sông Sài Gòn - Đồng Nai đóng vai trò quan trọng trong việc điều tiết nguồn nước, giảm thiểu ngập lụt vào mùa mưa và đẩy mặn ra xa hơn vào mùa khô, từ đó tạo ra sự thay đổi môi trường và hình thành hệ sinh thái mới Sự thay đổi này, mặc dù có tác động tiêu cực từ ô nhiễm dầu, nhưng vẫn tạo ra một cân bằng sinh thái tương đối bền vững do sự can thiệp của con người, dẫn đến một hệ sinh thái động nhân tạo Các yếu tố tăng trưởng và suy giảm cũng là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự cân bằng sinh thái trong khu vực này.
