Sinh thai

Đại học Yersin Đà Lạt

SINH THÁI HỌC
MÔI TRƯỜNG

Hoàng Thị Tố Loan

3/2007
PHẦN I
SINH THÁI HỌC
KHÁI NIỆM SINH THÁI HỌC
CÁC NHÂN TỐ SINH THÁI
QUẦN THỂ
QUẦN XÃ
HỆ SINH THÁI

PHẦN II
MÔI TRƯỜNG
CON NGƯỜI VÀ MÔI TRƯỜNG
BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN
PHẦN III

TÀI LIỆU THAM KHẢO
Sinh thái môi trường học cơ bản - GSTS Lê Huy Bá và Lâm Minh Triết – 2000
Sinh thái môi trường ứng dụng - GSTS Lê Huy Bá và Lâm Minh Triết – 2000
Sinh thái và môi trường – PTS Nguyễn Văn Tuyên – 1998
Môi trường và con người - PGSVăn Thái và ctv– 1999
Leture of Basic and Applied Tropical Ecology – Dr. Stephen Elliott – 1996
Fundamental Ecology - E.P.Odum – 1972
Human development report 2004 – UNDP.
Thông tin trên các websites
CHƯƠNG I
KHÁI NIỆM CHUNG VỀ SINH THÁI HỌC
Lược sử và khái niệm sinh thái học
Quy luật tác động của các nhân tố sinh thái
Ảnh hưởng các nhân tố vô sinh lên cơ thể sinh vật và sự thích nghi của sinh vật
Khái niệm
SINH THÁI HỌC LÀ GÌ?
oikos + logos = ecology
Sinh thái học là khoa học về các cơ thể sống trong “ngôi nhà của nó” (Heckel E. ,1869)
Odum (1971): Khoa học về quan hệ qua lại giữa sinh vật/ nhóm sinh vật với môi trường xung quanh
Ricklefs (1976) Sinh thái học là bộ môn nghiên cứu cá thể, quần thể, quần xã trong mối quan hệ tương hỗ với môi trường xung quanh với các nhân tố lý, hoá và sinh học.
Groxzinxki (1980): Sinh thái học là khoa học nghiên cứu mối quan hệ tương hỗ giữa sinh vật và môi trường xung quanh.
Sinh thái học là môn khoa học về cấu trúc và chức năng của thiên nhiên, nghiên cứu và ứng dụng các quy luật hình thành và hoạt động của tất cả các hệ sinh học.
Sinh thái học là khoa học tổng hợp bao gồm nhiều môn khoa học khác nhau: sinh học, hoá học, vật lý, toán học, địa lý, xã hội học….
SINH THÁI HỌC
Lược sử

Thời kỳ xã hội nguyên thuỷ:
+ kiến thức về động thực vật xung quanh để sinh tồn
+ công cụ: biến đổi môi sinh
Aristote, Hipocrat…: các công trình nghiên cứu đều có liên quan đến sinh thái
1900: môn khoa học sinh thái học tách ra độc lập.
Cuối thế kỷ 18: nghiên cứu các yếu tố ngoại cảnh; mối quan hệ động vật-thực vật
Nửa đầu thế kỷ 19: nghiên cứu địa lý thực vật
Sau”Nguồn gốc các loài” (Darwin, 1895): nghiên cứu quần thể và cá thể
Hiện nay: là môn khoa học toàn cầu, các nghiên cứu quan hệ giữa điều kiện ngoại cảnh và sinh vật; cải tạo môi trường theo hướng có lợi cho con người.
Hiện nay sinh thái học gồm: cổ sinh thái học, sinh thái học ứng dụng, sinh thái học tập tính, thực vật, động vật….do được sự hỗ trợ của các ngành khoa học khác như sinh lý, toán học, địa lý…
SINH THÁI HỌC
ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
Tất cả mối quan hệ tương hỗ giữa sinh vật và môi trường xung quanh (sinh học môi trường) (E.P.Odum, 1983)
Theo thuyết tiến hoá chọn lọc tự nhiên (Darwin): sinh thái học nghiên cứu lịch sử đời sống của các loai thực vật, động vật…=> sinh thái học cá thể hay tự sinh thái (Autoecologia).
Thế kỷ 19, sinh thái học nghiên cứu ở mức độ tổ chức cao hơn: quần xã, hệ sinh thái => tổng sinh thái (synecologia) : nghiên cứu các phức hợp động thưc vật và những đặc trưng cấu trúc, chức năng của phức hệ được hình thành dưới tác động của môi trường.
SINH THÁI HỌC
CẤU TRÚC SINH THÁI HỌC
SINH THÁI HỌC
CẤU TRÚC SINH THÁI HỌC
SINH THÁI HỌC
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu thực nghiệm: tiến hành trong phòng thí nghiệm hay môi trường bán tự nhiên nhằm tìm hiểu các chỉ số hoạt động chức năng của cơ thể hay tập tính của sinh vật dưới tác động của 1 hay 1 số yếu tố môi trường độc lập
Nghiên cứu thực địa: quan sát, ghi chép, đo đạc, thu mẫu…và số liệu được xử lý bằng phương pháp thống kê.
Kết quả thực nghiệm và thực địa được dùng cho phương pháp mô phỏng và mô hình hóa trên máy tính dựa trên các tính toán toán học.
SINH THÁI HỌC
Ý NGHĨA VÀ VAI TRÒ CỦA SINH THÁI HỌC
Nâng cao năng suất cây trồng, vật nuôi trên cơ sở cải tạo môi trường sống của chúng
Hạn chế và tiêu diệt các địch hại cho đời sồn cây trồng, vật nuôi và con người.
Thuần hoá và di giống các loài sinh vật
Khai thác hợp lý tài nguyên thiên nhiên, duy trì đa dạng sinh học và phát triển tài nguyên cho khai thác bền vững
Bảo vệ và cải tạo môi trường sống cho con người và các loài sinh vật.
=> Cơ sở khoa học, phương thức phát triển bền vững xã hội
SINH THÁI HỌC
CHƯƠNG II: CÁC NHÂN TỐ SINH THÁI
Nhân tố vô sinh:
Khí hậu: ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm
Nước
Không khí
Thổ nhưỡng
Nhân tố hữu sinh:
Tất cả sinh vật: vi sinh vật, nấm, thực vật, động vật
Con người
Môi trường: tổng hợp các yếu tố bên ngoài có ảnh hưởng đến sinh vật
SINH THÁI HỌC
QUY LUẬT TÁC ĐỘNG CÁC NHÂN TỐ SINH THÁI
Đặc tính tác động của nhân tố sinh thái:
Bản chất của nhân tố tác động
Cường độ tác động
Tần số tác động
Thời gian tác động
Liều lượng tác động: minimum, optimum, maximum
Tác động lên sinh vật theo 3 hướng:
Loại trừ sinh vật khỏi nơi phân bố
ảnh hưởng số lượng quần thể: sinh sản, tử vong, di cư, nhập cư
Hình thành các đặc điểm thích nghi mới

SINH THÁI HỌC
QUY LUẬT CƠ BẢN CỦA SINH THÁI HỌC
Định luật lượng tối thiểu (E. Liebig, 1840):
“chất có hàm lượng tối thiểu điều khiển năng suất, xác định đại lượng và tính ổn định của mùa màng theo thời gian”
Mở rộng: sự thể hiện tất cả các quá trình sinh thái học được chi phối bởi nhân tố hiện diện với liều lượng ít nhất trong môi trường.
Nguyên tắc bổ trợ:
Nguyên tắc hạn chế: Định luật lượng tối thiểu chỉ đúng khi các điều kiện trong trạng thái tĩnh
Nguyên tắc bổ sung: các yếu tố có sự tương hỗ.
SINH THÁI HỌC
QUY LUẬT CƠ BẢN CỦA SINH THÁI HỌC
Đinh luật về sự chống chịu (quy luật giới hạn sinh thái)
Shelford (1913): “năng suất của sinh vật không chỉ liên hệ với sức chịu đựng tối thiểu về liều lượng mà còn liên hệ với liều tối đa của một nhân tố nào đó từ bên ngoài”
Giới hạn tối thiểu -tối đa : biên độ sinh thái/ giới hạn sinh thái.
Ví dụ: cá rô phi Tilapia morambica: 5,6-420C/300C
Đinh luật về sự chống chịu - Nhận xét
Sinh vật có giới hạn rộng với nhân tố này nhưng lại có giới hạn hẹp với nhân tố khác
Sịnh vật có giới hạn sinh thái rộng với nhiều nhân tố sinh thái => phân bố rộng
Giới hạn sinh thái khác nhau với những loài gần nhau
Khi sinh vật trong điều kiện không thích với 1 nhân tố ST thì giới hạn ST vói các nhân tố bị thu lại
Các sinh vật ở thời kỳ non, sinh sản có giới hạn sinh thái hẹp hơn các cá thể khác
SINH THÁI HỌC
SINH THÁI HỌC
Quy luật tác động tổng hợp của các nhân tố sinh thái
Môi trường bao gồm nhiều nhân tố sinh thái
Sự biến đổi của một nhân tố sinh thái này có thể dẫn đến sự thay đổi về lượng và có khi về chất của nhân tố sinh thái khác và sinh vật chịu ảnh hưởng của các thay đổi đó.
Các nhân tố sinh thái gắn bó chặt chẽ với nhau thành tổ hợp sinh thái.
SINH THÁI HỌC
QUY LUẬT CƠ BẢN CỦA SINH THÁI HỌC
Quy luật tác động không đồng đều của các nhân tố sinh thái
‘Các nhân tố sinh thái có ảnh hưởng khác nhau lên chức phận của cơ thể sống. Nhân tố cực thuân cho quá trình này nhưng có hại hoặc nguy hiểm cho quá trình khác.’
SINH THÁI HỌC
QUY LUẬT CƠ BẢN CỦA SINH THÁI HỌC
Quy luật tác động qua lại giữa sinh vật và môi trường
Trong mối quan hệ qua lại giữa sinh vật và môi trường, không những môi trường tác động lên sinh vật mà sinh vật cũng ảnh hưởng đến các nhân tố của môi trường và làm thay đổi tính chất của nhân tố đó.
SINH THÁI HỌC
Ảnh hưởng của nhân tố vô sinh lên sinh vật và sự thích nghi của chúng:
Nhiệt độ
Nước
Ánh sáng
Không khí
Đất

SINH THÁI HỌC
NHIỆT ĐỘ
Ý nghĩa: tác động trực tiếp/ gián tiếp đến sinh trưởng, phát triển, phân bố cá thể, quần thể và quần xã sinh vật
Sinh vật thích nghi:
Trao đổi nhiệt: Biến nhiệt và đẳng nhiệt
>520C: protein biến tính
<-4,50C: dung môi đóng băng
Hình thái
Sinh lý: tốc độ tiêu hoá, trao đổi khí
Phát triển, sinh sản, đình dục, ngủ đông, ngủ hè
VD: ruồi quả Ceratilis capitata
t=26oC, độ ẩm = 70%: vòng đời = 20 ngày
t=19,5oC: vòng đời = 41,9 ngày
Tập tính: di cư
Phân bố
SINH THÁI HỌC
NƯỚC là một nhân tố sinh thái
Ý nghĩa:
Thành phần tế bào sống
Tham gia quá trình sống: quang hợp, trao đổi khoáng và chất dinh dưỡng, trao đổi nhiệt
tham gia phản ứng hoá học trong cơ thể và la dung môi
Môi trường sống của nhiều loài sinh vật
Các dạng nước trong khí quyển: mù, sương, mưa, tuyết
Độ ẩm:
Tương đối
Tuyệt đối
NƯỚC là một nhân tố sinh thái

Đặc điểm cơ bản của nước:
Độ đậm đặc
Lượng oxy hoà tan
Nhiệt độ nước
Ánh sáng
Độ mặn
SINH THÁI HỌC
NƯỚC là một nhân tố sinh thái
Thích nghi của thực vật
Thực vật ở nước: thân dài, mảnh, lá mỏng; mô khí phát triển; sinh sản vô tính/ hạt giữ khả năng nảy mầm lâu
Thực vật ưa ẩm: lỗ khí luôn mở, tầng kitin mỏng, áp suất thấm lọc yếu
Thực vật chịu hạn:
Cây mọng nước: xương rồng (Câctceae), bỏng (Crassulacaceae)…
Cây lá cứng: họ cói Cyperaceae
Thực vật trung sinh: kích thước lá trung bình, tầng cutin mỏng, co nhiều lỗ khí, có thể chịu hạn ở mức độ nhất định
SINH THÁI HỌC
NƯỚC là một nhân tố sinh thái
Thích nghi của động vật
4 nhóm động vật: sống trong nước, ưa ẩm, ưa ẩm vừa phải, ưa khô.
Trao đổi nước:
Lấy nước: uống, hấp thụ qua da, ăn thức ăn chứa nước, sử dụng nước trao đổi chất
Thải nước: bài tiết, qua da, hô hấp
Chống mất nước: cấu tạo cơ thể, dùng nước trao đổi chất, tập tính
Tập tính
Phân bố địa lý
SINH THÁI HỌC
SINH THÁI HỌC
Ảnh hưởng tổng hợp của nhiệt độ và độ ẩm
SINH THÁI HỌC
ÁNH SÁNG LÀ MỘT NHÂN TỐ SINH THÁI
Ý nghĩa: yếu tố điều chỉnh và giới hạn đối với sinh vật.
Thành phần ánh sáng:
SINH THÁI HỌC
ÁNH SÁNG LÀ MỘT NHÂN TỐ SINH THÁI
Tác động ánh sáng đến thực vật
Chi phối quang hợp- sản lượng sơ cấp toàn cầu
Nảy mầm: quá trình hô hấp của hật cảm ứng với cường độ và chế độ ánh sáng
hình thái cây: thân, tán, tính hướng quang, tỉa cành tự nhiên, vỏ, rễ
Đặc điểm lá:
vị trí lá so với tia sáng tới: nghiêng/ vuông góc
Hình thái giải phẫu lá: phần ngọn/ ưa sáng có tầng kitin dày, gân lá nhiều, màu nhạt, ít diệp lục >< lá dưới to bản, mỏng, màu lục thẫm, nhiều diệp lục
Sinh lý: quang hợp, thoát hơi nước
Cây ngày ngắn/ cây ngày dài
SINH THÁI HỌC
ÁNH SÁNG LÀ MỘT NHÂN TỐ SINH THÁI
Tác động ánh sáng đến động vật
Động vật ưa sáng: chịu giới hạn rộng với độ dài bước sóng, cường độ và thời gian chiếu sáng >< động vật ưa tối
Ảnh hưởng của bước sóng:
Vùng hồng ngoại: tác dụng nhiệt; ảnh hưởng tính quang hướng động
Tịa tử ngoại (tạo gốc tự do, làm đứt liên kết hoá học): làm chết, biến đổi bộ máy di truyền; biến đổi tiền vitamin A, D thành vitamin
Vùng khả kiến: ảnh hưởng đến mùa sinh sản
Ảnh hưởng của cường độ chiếu sáng: tăng cường độ chiếu sáng => sinh vật thành thục sớm hơn
Ánh sáng là tín hiệu điều chỉnh chu kỳ sống: Chu kỳ ngày đêm, mùa
SINH THÁI HỌC
SINH THÁI HỌC
KHÔNG KHÍ LÀ MỘT NHÂN TỐ SINH THÁI
Ý nghĩa:
CO2- quang hợp
O2 – hô hấp
Gió:
thụ phấn, phán tán
gió mạnh: thoát hơi nước gây khô hạn; cây không thụ phấn được; lêch tán cây; bay lớp đất bề mặt
SINH THÁI HỌC
ĐẤT LÀ MỘT NHÂN TỐ SINH THÁI
Ý nghĩa: đất là môi trường sống của sinh vật sống trên cạn
Nhân tố vật lý, khoáng và chất hữu cơ của đất ảnh hưởng đến sinh trưởng, phát triển của thực vật
SINH THÁI HỌC
SINH VẬT LÀ MỘT NHÂN TỐ SINH THÁI



SINH THÁI HỌC



CHƯƠNG III
QUẦN THỂ SINH VẬT
SINH THÁI HỌC
QUẦN THỂ SINH VẬT
KHÁI NIỆM
MẬT ĐỘ QUẦN THỂ
THÀNH PHẦN TUỔI VÀ GIỚI TÍNH
SỰ PHÂN BỐ CÁ THỂ
SỰ SINH TRƯỞNG CỦA QUẦN THỂ
BIẾN ĐỘNG SỐ LƯỢNG CÁ THỂ


SINH THÁI HỌC
QUẦN THỂ - Khái niệm
ĐỊNH NGHĨA: Quần thể là một nhóm cá thể của một loài (hặc một nhóm khác nhau, nhưng có thể trao đổi về thông tin di truyền), sống trong một khoảng không gian xác định, co những dặc trưng của nhóm, chứ khong phải của từng cá thể riêng biệt (E.P. Odum, 1971).
ĐẶC TRƯNG:
Mật độ
Thành phần tuổi và giới tính
Sự phân bố cá thể
Tỉ lệ sinh sản và tử vong
Biến động số lượng cá thể trong quần thể
Phân loại quần thể
- Loài
- Dưới loài (cùng lãnh thổ địa lý)
- Quần thể địa lý (cùng khí hậu, cảnh quan)
- Quần thể sinh thái (cùng sinh cảnh, yếu tố ngoại cảnh thống nhất)
- Quần thể yếu tố (khu vực nhỏ)
SINH THÁI HỌC
QUẦN THỂ- MẬT ĐỘ QUẦN THỂ
Định nghĩa: Mật độ quần thể là số lượng của các cá thể trên một đơn vị không gian sống(thể tích/ diên tích). Mật độ thương tính bằng số lượng hay sinh khối sinh vật/ đơn vị không gian sống.
Phân loại:
Mật độ thô: tỉ lệ số lượng hay sinh khối sinh vật/ tổng diện tích hay thể tích quần thể.
Mật độ sinh học: tỉ lệ số lượng hay sinh khối sinh vật/ diện tích sử dụng
VD: Việt nam, 1992: mật độ thô = 212 người/km2; mật độ sinh học = 1000 người/km2
Mật độ quần thể biến động theo chu kỳ và phụ thuộc vào nguồn thức ăn, mức độ lan truyền vật ký sinh, xác suất gặp nhau giữa cá thể đực cái.
SINH THÁI HỌC
QUẦN THỂ- MẬT ĐỘ QUẦN THỂ
Cách tính mật độ:
Trực tiếp: đếm trực tiếp số lượng cá thể bằng cách quan sát hoặc đánh bắt.
đếm trực tiếp: đối vóii sinh cảnh trống, sinh vật lớn
tính theo dải: áp dụng chim, thú, lưỡng the, bò sát. Đếm cá thể làoi nghiên cứu trên 1 lộ trình gọi là dải tính nằm trên 1 sinh cảnh co điều kiện ngoại cảnh giống nhau
Tính theo ô thí điểm: thuỷ sinh vật, côn trùng. Tính mật độ trên 1 số ô thí điểm  suy ra mật độ chung.
Phương phắt thả và bắt lại:
Giả sử quần thể có N cá thể; bắt X cá thể và đánh đấu
Sau thời gian t, bắt n cá thể, có x cá thể bị đánh dấu
X/N = x/n => N= X.n/x
Điều kiện: không có sự biến động số lượng giữa những lần bắt
Việc bắt cá thể không làm thay đổi tập tính
X,x phải đủ lớn
Gián tiếp:
Dựa vào các dấu hiệu gián tiếp (số hang, dấu chân, phân).
Áp dụng với động vật nhanh nhẹn, số lượng ít
SINH THÁI HỌC
QUẦN THỂ- THÀNH PHẦN TUỔI VÀ GIỚI TÍNH
Cấu trúc tuổi: phản ánh tính thích ứng của quần thể, đảm bảo cho quần thể tồn tại trong những điều kiện cụ thể, ảnh hưởng đến tỷ lệ sinh sản và tử vong.
Trong sinh thái học: tuổi biểu thị theo giai đoạn phát triển:
SINH THÁI HỌC
QUẦN THỂ- THÀNH PHẦN TUỔI VÀ GIỚI TÍNH
Hình tháp nhóm tuổi:

- Xu hướng phát triển của quần thể
- Với nhiều quần thể, năng suất sinh học được xác định bởi tháp tuổi



Ví du:
Tháp sinh thái của quần thể
chuột đồng (Microtuss agrestis)
SINH THÁI HỌC
QUẦN THỂ- THÀNH PHẦN TUỔI VÀ GIỚI TÍNH
Thành phần giới tính: mang đặc tính thích ứng của mối quan hệ tương tác giữa quần thể và môi trường
Theo cơ chế di truyền: tỉ lệ giới tính = 1:1
Thực tế: tỉ lệ giới tính phụ thuộc mật độ, số lượng cá thể  điều chỉnh số lượng cá thể.
Thành phần giới tính được chia thành 3 bậc:
Thành phần giống bậc I: tỉ lệ giới tính của trứng đã thụ tinh (1:1)
Thành phần giống bậc II: tỉ lệ giới tính của trứng mới nở hoặc con non
Thành phần giống bậc III: tỉ lệ giới tính của cá thể trưởng thành  có liên hệ trực tiếp đến tập tính sinh dục và tiềm năng sinh sản. Ở động vật, sự mất cân bằng giới tính quyết định tính dơn thê/ đa thê
SINH THÁI HỌC
QUẦN THỂ- SỰ PHÂN BỐ CÁ THỂ
Sự phân bố cá thể trong quần thể:Sự phân bố không gian giữa các cá thể trong sinh cảnh, biểu hiện mối quan hệ giữa các cá thể trong quần thể về dinh dưỡng, vi khí hậu, sinh sản…
Các kiểu phân bố:
Phân bố đều:
Cá thể cạnh tranh gay gắt
Môi trường nhân tạo
Tận dụng các nguồn sống trong quần thể
SINH THÁI HỌC
QUẦN THỂ- SỰ PHÂN BỐ CÁ THỂ
Các kiểu phân bố:
Phân bố ngẫu nhiên:
Môi trường có tính thuần nhất cao
Các cá thể không có tập tính sống tập trung
VD: động vật ăn thịt
Phân bố nhóm:
Các cá thể tập trung theo nhóm, các nhóm phân bố ngẫu nhiên, là cách thích ứng với sự phân bố không đều của các nhân tố sinh thái
Phát huy tác dung có lợi của đời sồng bầy đàn
SINH THÁI HỌC
QUẦN THỂ- SỰ PHÂN BỐ CÁ THỂ
Cách xác định kiểu phân bố:
N: số lần thu mẫu
x: số lượng cá thể mỗi lần thu mẫu
m: giá trị trung bình của n lần thu mẫu
Phương sai: s2
s2 = (x-m)2 /(n-1)
s2 = 0: phân bố đều
s2 = m: phân bố ngẫu nhiên
s2 > 0: phân bố theo nhóm
SINH THÁI HỌC
QUẦN THỂ- SỰ PHÂN BỐ CÁ THỂ
Quy luật quần tụ (nguyên tắc Allee, 1949):
“Độ quần tụ đem lại cực thuận cho khả năng sống và sự sinh trưởng cho quần thể, nó thay đổi tùy theo loài và phụ thuộc vào điều kiện ngoại cảnh”
(+) hiệu ứng nhóm: tạo điều
kiện sống sót cho cả nhóm
nói chung: tạo được vi khí
hậu, bảo vệ, tìm thức ăn,
sinh sản…
(-) hiệu ứng bầy đàn: gia
Tăng cạnh tranh về dinh
dưỡng, không gian sống
SINH THÁI HỌC
QUẦN THỂ- SỰ PHÂN BỐ CÁ THỂ
Sự cách ly và chiếm cứ vùng sống:
Sự cách ly: một số cá thể tách khỏi quần thể.
Nếu khu vực được bảo vệ tích cực thì gọi lãnh thổ
cách ly sinh thái và tạo thành những nòi mới.
Cách ly địa lý do tác động điều kiện ngoại cảnh, co thể tạo nên loài phụ/ hình thành loài mới
(+) giảm sự cạnh tranh trong những thời kỳ nguy kịch
(+) tạo mối quan hệ giữa các quần thể, tránh giao phối đồng huyết, điều chỉnh, phân bố số lượng cá thể, mở rộng khu vực phân bố.
SINH THÁI HỌC
QUẦN THỂ - Sự sinh trưởng của quần thể
Sự sinh trưởng của quần thể: sự gia tăng số lượng hay kích thước quần thể theo thời gian
Sự sinh trưởng của quần thể gồm 2 động lực đối lập nhau:
Sự sinh sản - Sự nhập cư
Sự tử vong - Sự di cư
Hệ số sinh trưởng (r) = dN/Ndt (N: số lượng cá thể)
Chỉ số gia tăng I= dN/dt
Ở các loài, r là hằng số đặc trưng cho loài (r = tỷ lệ sinh sản - tỷ lệ tử vong)
VD: chuột cống: r = 5,4
người: r = 0,0055
r<0: quần thể giảm sút về số lượng
r=0: quần thể không tăng trưởng
r>0: quần thể tăng trưởng

SINH THÁI HỌC
QUẦN THỂ - Sự sinh trưởng của quần thể
TỶ LỆ SINH SẢN:
Tần số xuất hiện cá thể mới của sinh vật, không phụ htuộc vào phương thức sinh sản.
Tỷ lệ sinh sản tối đa (tiềm năng/ tuyệt đối/ sinh lý):sự hình thành tối đa các cá thể con theo lý thuyết trong điều kiện lý tưởng.
-> So sánh với tỉ lệ sinh sản thực tế
Dự đoán tốc độ gia tăng của quần thể
Tỷ lệ sinh sản sinh thái: sự gia tăng cá thể trong điều kiện thực tế; phụ thuộc vào độ lớn quần thể và yếu tố môi trường.
TỶ LỆ TỬ VONG:
Là số cá thể chết di trong một khoảng thời gian trên tổng số cá thể của quần thể trong một khoảng thời gian.
Tỷ lệ tử vong lý thuyết: chết sinh lý; xác định tuổi thọ tiềm tàng
Tỷ lệ tử vong thực tế (sinh thái): tỷ lệ chết trong điều kiện môi trường thực tế
SINH THÁI HỌC
QUẦN THỂ - Sự sinh trưởng của quần thể
TỈ LỆ SỐNG SÓT
Tỷ lệ sống sót là kết quả của tỷ lệ sinh sản và tử vong.
Tỷ lệ sống sót = 1- tỷ lệ tử vong <1
Tỷ lệ sống sót biểu thị bằng tuổi thọ quần thể (tuổi thọ tối đa và sinh thái) và được biểu diễn dạng đường cong sống sót
SINH THÁI HỌC
QUẦN THỂ - Sự sinh trưởng của quần thể

SINH THÁI HỌC
QUẦN THỂ - Sự sinh trưởng của quần thể
Đồ thị sự sinh trưởng:
r= dN/Ndt  dN/dt = rN (1)
Lấy tích phân (1)  Nt= Noert
=> Sinh trưởng không giới hạn
Verhuln( 1854): sinh trưởng quần thể có giới hạn
Pearl (1925): đưa vào đường cong lý thuyết hệ số điều chỉnh:
dN/dt = r.N(k-N)/k
=> Nt=N0. ert(k-N)/k
(k-N)/k : hệ số điều chỉnh môi trường
k: số lượng cá thể cực đại đạt được trong 1 giới hạn nào đó
Sự sinh trưởng không có giới hạn
dN/dt = r  N  (K-N)/K
SINH THÁI HỌC
QUẦN THỂ- BIẾN ĐỘNG SỐ LƯỢNG CÁ THỂ
Các dạng biến động:
Biến động theo chu kỳ: có sự lặp lại theo thời gian (tần số, biên độ biến động)
thiếu thức ăn-> di cư về phía Nam-> trở về riêng lẻ
Biến động theo mùa: để thích nghi với những biến đổi môi trường theo mùa.
Số lượng tăng lên trong mùa sinh sản; đặc biệt sinh vật có thời gian sinh sản ngắn và chu kỳ sống ngắn
Biến động số lượng theo năm (hàng năm/ nhiều năm): Do các yếu tố ngoài quần thể hoặc do các yếu tố nội tại của quần thể

SINH THÁI HỌC
QUẦN THỂ- BIẾN ĐỘNG SỐ LƯỢNG CÁ THỂ
Các dạng biến động:
Biến động không theo chu kỳ:
Biến động số lượng không đều xung quanh 1 giá trị trung bình sau 1 thời gian ngắn: động vật ăn thịt không sống theo bầy đàn, số lượng cá thể không quá cao hoặc quá thấp
VD: diệc xám ở nước Anh: số lượng giảm về mùa đông và phục hồi sau 1-2 năm
Đột biến về số lượng: số lượng cá thể dột ngột tăng/ giảm. Nguyên nhân rất đa dạng như môi trường đặc biệt thuận lợi, không có đối thủ cạnh tranh…
VD: Thỏ châu Úc
1859: trại chăn nuôi ở Victoria: 12 đôi thỏ
1862: thỏ tràn ngập vùng Queensland + phía Nam Úc
1900: số lượng thỏ = vài trăm triệu con trên khắp nước Úc
Biến động số lượng không theo chu kỳ
SINH THÁI HỌC
QUẦN THỂ- BIẾN ĐỘNG SỐ LƯỢNG CÁ THỂ
Trạng thái cân bằng của quần thể: trạng thái số lượng cá thể ổn định; có sự cân bằng số lượng cá thể sinh ra và chết đi.
Hình thức điều hoà quần thể: điều hoà mật độ quần thể
Điều hoà khắc nghiệt: xảy ra khi quần thể tăng nhanh. Biểu hiện ở sự ăn thịt, tỉa thưa.
Điều hoà mềm dẻo: xảy ra khi quần thể tăng cao. Biểu hiện ở sự thay đổi trạng thái sinh lý, khả năng sinh sản, tập tính => giảm số lượng cá thể
=> trạng thái cân bằng của quần thể là kết quả mối quan hệ trong nội bộ quần thể và giữa quần thể với điều kiện ngoại cảnh
SINH THÁI HỌC
QUẦN THỂ- BIẾN ĐỘNG SỐ LƯỢNG CÁ THỂ
Nguyên nhân:
Nhân tố vô sinh: không phụ thuộc vào mật độ quần thể: khí hậu, nguồn thức ăn, nơi làm tổ…. Tác dụng lên sinh lý, sức sống
Nhân tố sinh học: phụ thuộc mật độ như mật độ vật tiêu thụ, vật ký sinh, sự cạnh tranh. Tác động lên sức sinh sản, và ổn định số lượng cá thể xung quanh một giá trị cực thuận, đảm bảo quần thể ở mức cân bằng
SINH THÁI HỌC
CHƯƠNG IV
QUẦN XÃ SINH VẬT
Khái niệm
Đặc điểm của quần xã:
Thành phần của quần xã
Các chỉ số cấu trúc quần xã
Cấu trúc quần xã
Diễn thế sinh thái



SINH THÁI HỌC
QUẦN XÃ SINH VẬT-KHÁI NIỆM
Định nghĩa:
Quần xã (QX) là tập hợp các quần thể sinh vật cùng sống trong một sinh cảnh nhất định, được hình thành trong quá trình lịch sử lâu dài, có liên hệ với nhau do những đặc trưng chung của sinh thái học mà các thành phần của quần xã không có.
QX là một đơn vị chức năng và là một thể thống nhất nhờ quan hệ trao đổi chất và năng lượng


SINH THÁI HỌC
QUẦN XÃ - ĐẶC ĐIỂM CỦA QUẦN XÃ
Thành phần của QX:
Số lượng loài: tổng số lượng các loài trong quần xã. Số lựong loài xác định bằng cách nghiên cứu một phần cuả QX và sử dụng số lượng trung bình cuả loài, đó là số trung bình các loài có trong mẫu của QX hoặc ước lượng tổng số loài bằng cách sử dụng đường biểu diễn số lượng tích lũy cuả loài ứng với số lần thu mẫu. Ðường tiệm cận của đường cong này là tổng số loài.
Số lượng loài rất dồi dào ở các quần xã xích đạo và rất ít ở vùng cực.
VD: Rừng mưa cuả Malaysie (100.000 km2): 2.000 cây mộc; Toàn bộ châu Âu chỉ có 100 loài
rừng mưa Eïquateur (Nam Mỹ,15 km2): 488 loài chim; các rừng ôn đới: ~ 20 loài.

SINH THÁI HỌC
QUẦN XÃ - ĐẶC ĐIỂM CỦA QUẦN XÃ
Thành phần của QX:
Sự phong phú của loài: số lượng cá thể của từng loài. Thông số để xác định là sinh khối hoặc diện tích che phủ

Loài ưu thế sinh thái: loài quyết định bản chất và chức năng QX do số lượng hoặc cỡ lớn của nó

Sự đa dạng loài: số lượng loài có vai trò quan trọng trong quần xã


SINH THÁI HỌC
QUẦN XÃ SINH VẬT- Các chỉ số cấu trúc
Chỉ số ưu thế C (Simpson,1949): xác định mức độ ưu thế của loài nào đó
C= (ni/N)2
ni : giá trị của loài (số lựong, sinh khối, sản lượng…)
N: tổng giá trị vai trò của quần xã
Chỉ số thân thuộc q (Sorenson, 1948):
q= 2c/(a+b)
a: số lần lấy mẫu chỉ có loài A
b: số lần lấy mẫu chỉ có loài B
c: số lần lấy mẫu có cả loài A và B
Chỉ số đa dạng loài: 2 cách:
Cách 1: chỉ sử dụng chỉ số cuả số lượng loài trong trường hợp các mẫu có kích thước như nhau.
Cách 2: tỉ số giữa số lượng loài S và tổng số cá thể N.
+ Chỉ số cuả Meinhinick: d= S/N
+ Chỉ số cuả Sorenson : d = (S - 1)/logN

SINH THÁI HỌC
QUẦN XÃ SINH VẬT- Các chỉ số cấu trúc

Chỉ số Shannon - Wienner về tổng sự đa dạng
H= (ni/N)log2(ni/N)
ni/N = Pi : xác suất gặp được loài ở hạng i.
Chỉ số này phù hợp trong việc so sánh các quần xã vì nó tương đối độc lập với kích thước cuả mẫu.
Chỉ số cân bằng (đồng phân) e:
e = H/log S (0 < e <1)
e → 0: đa số các cá thể thuộc một loài
e → 1: mỗi loài trong tổng số loài có số lượng cá thể bằng nhau.


SINH THÁI HỌC
QUẦN XÃ SINH VẬT- Cấu trúc
Tính chất phân tầng
Mối quan hệ sinh thái
Quần xã đệm-hiệu ứng biên


SINH THÁI HỌC
QUẦN XÃ SINH VẬT- Cấu trúc
Tính chất phân tầng
Nguyên nhân: sự phân bố không đồng đều các nhân tố sinh thái đặc biệt các nhân tố vật lý
Ý nghĩa: giảm cạnh tranh về không gian sống; tăng cường khả năng sưử dụng nguồn sống
Các kiểu phân tầng:
+ Phân tầng theo chiều thẳng đứng: các nhân tố sinh thái phân bố theo chiều cao như ánh sáng, độ ẩm, độ mặn (hệ sinh thái cạn), áp suất thuỷ tĩnh (hệ sinh thái nước mặn)…
VD: sự phân tầng của rừng nhiệt đới
+ Phân tầng theo chiều ngang: các sinh vật phân bố thành các vành đai đồng tâm.
VD: ao hồ, biển, đai dương
SINH THÁI HỌC
Mối quan hệ dinh dưỡng
Quan hệ giữa động vật và thực vật:
Thực vật là thức ăn, nơi ở, nơi sinh sản của động vật
Động vật giúp thụ phấn, phát tán hạt, ăn sâu hại
Thích nghi của thực vật (tự vệ): vỏ dày, nhựa đắng, độc, miễn dịch…
Quan hệ cạnh tranh:
Cạnh tranh cùng loài:cạnh tranh về nước uống, thức ăn, đối tượng sinh dục
Cạnh tranh khác loài: các loài khác nhau có chung nhu cầu sinh thái.
Quan hệ cạnh tranh đóng vai trò chủ yếu trong mối quan hệ khác loài và có ảnh hưởng đến:
Sự biến động số lượng
Sự phân bố địa lý và nơi ở
Sự phân hoá về mặt hình thái
SINH THÁI HỌC
QUẦN XÃ SINH VẬT- Mối quan hệ dinh dưỡng
Quan hệ vật ăn thịt- con mồi:
Là quan hệ giữa động vật ăn
thịt và động vật khác
Vật ăn thịt có ảnh hưởng đến
số lượng con mồi. Vật ăn thịt
bắt mồi yếu, bệnh -> tác dụng
chọn lọc
Vật ăn thịt thuộc nhóm rộng
thực: ít bị lệ thuộc loại mồi
Vật ăn thịt thuộc nhóm hẹp thực: lệ thuộc vào số lượng vật mồi
Mật độ con mồi thấp ->số lượng vật ăn thịt giảm-> số lượng con mồi hồi phục => hiện tựong vật ăn thịt nhịn ăn trước mùa sinh sản
Ảnh hưởng đến sự cân bằng sinh học
Ảnh hưởng đến sự trao đổi các cá thể trong các sinh cảnh khác nhau => trao đổi vật chất di truyền tạo ưu thế lai
Tạo nên những đặc điểm thích nghi ở cả vật ăn thịt và con mồi

SINH THÁI HỌC
QUẦN XÃ SINH VẬT-
Mối quan hệ dinh dưỡng
Quan hệ vật ký sinh - vật chủ:
Là quan hệ giữa loài này (vật ký sinh) sống nhờ vào mô hoặc thức ăn được tiêu hoá của loài khác (vật chủ)
Vật ký sinh không giết chết ngay vật chủ mà làm cơ thể vật chủ yếu dần đi Vật ăn thịt thuộc nhóm rộng thực: ít bị lệ thuộc loại mồi
Vật ký sinh không có đời sống tự do; chuyên hoá hẹp với 1 hoặc 1 số vật chủ nhất định
Vật ký sinh có tiềm năng sinh học cao hơn vật chủ
Tỉ lệ nhiễm vật ký sinh của vật chủ phụ thuộc vào loài, tuổi, giới tính, nơi phân bố và mùa
=> Áp dụng trong bảo vệ thực vật
SINH THÁI HỌC
QUẦN XÃ SINH VẬT- Mối quan hệ dinh dưỡng
Quan hệ ức chế - cảm nhiễm:
Là quan hệ trong đó loài này ức chế sự phát triển hoặc sinh sản của loài kia bằng cách tiết vào môi trường những chất độc
rễ thực vật tiết ra Phytonxit ức chế sự phát triển các thực vật khác
Nấm penicilin tiết kháng sinh
Quan hệ cộng sinh:
Là quan hệ hợp tác giữa 2 loài sinh vật trong đó cả 2 bên đều có lợi song mỗi bên chỉ có thể sống, phát triển và sinh sản được dựa vào sự hợp tác của bên kia.
Sự cộng sinh giữa thực vật và nấm/ vi khuẩn:
Tảo + nấm = địa y
rễ cây họ đậu + vi khuẩn cố định đạm = nót sần rễ đậu
Sự cộng sinh giữa động vật và thực vật: san hô + tảo sợi
Sự cộng sinh giữa động vật và động vật:
Hải quỳ (Adamsia) + cua (Eupagurus)
Kiến + ấu trùng bướm
SINH THÁI HỌC
QUẦN XÃ SINH VẬT- Mối quan hệ dinh dưỡng
Quan hệ hợp tác:
Tương tự như quan hệ cộng sinh, song hai loài không nhất thiết phải có với mỗi loài; khi sống tách riêng chúng vẫn tồn tại được.
Sáo + trâu
hệ rễ và hệ vi sinh vật
Quan hệ hội sinh:
Là quan hệ giữa 2 loài sinh vật trong đó chỉ 1 bên có lợi còn bên kia không có lợi và cũng không có hại gì
Địa y sử dụng cây làm giá thể
Sâu bọ sống trong tổ kiến mối
Cá bám vào rùa để phát tán
SINH THÁI HỌC
QUẦN XÃ SINH VẬT- Cấu trúc
Quần xã đệm-hiệu ứng biên
QX đệm là quần thể chuyển tiếp giữa 2 hay nhiều quần xã.
Các đặc điểm của QX đệm:
Thành phần loài đa dạng, gồm những loài ở các quần xã kế cận
QX đệm thường là nơi con người bắt đầu để cư trú, khai thác.
Hiệu ứng biên: tăng cao tính đa dạng về loài, mật độ



SINH THÁI HỌC
QUẦN XÃ SINH VẬT- Cấu trúc
Tính ổn định của QX:
Cấu trúc ổn định theo thời gian. Thời gian ổn định khác nhau ở các quần xã khác nhau
Quần xã ổn định: tồn tại vài trăm năm
QX chu kỳ: tồn tại vài ngày
Trạng thái tồn tại của QX là trạng thái động

SINH THÁI HỌC
QUẦN XÃ SINH VẬT- Sự diễn thế
Sự diễn thế: sự biến động của quần xã trong quá trình phát triển của nó. Diễn thế là sự biến đổi tuần tự của quần xã qua các giai đoạn khác nhau cùng với quá trình biến đổi khí hậu, thỗ nhưỡng và địa chất.
Tính chất của diễn thế:
Diễn biến theo một xu hướng xác định nên có thể dự đoán được
Sự thay đổi môi trường vật lý quyết định đặc điểm của diễn thế
Các loại diễn thế:
Diễn thế nguyên sinh
Diễn thế thứ sinh
Diễn thế phân hủy
Nguyên nhân:
Tác động của ngoại cảnh: đào thải các sinh vật kém thích nghi thông qua cạnh tranh, sinh sản, tử vong, phát tán, du nhập
Tác động của quần xã lên ngoại cảnh:quuần xẫ biến đổi môi trường thành sinh cảnh mới
SINH THÁI HỌC
QUẦN XÃ SINH VẬT- Sự diễn thế
Diễn thế nguyên sinh: khởi đầu từ một môi trường ‘trống’
Quá trình diễn thế:
Quần xã đầu tiên: quần xã tiên phong
↓
Dãy quần xã chuyển tiếp
↓
Quần xã ổn định: quần xã đỉnh cực

VD: Rừng ngập mặn Cà Mau:
Quần xã tiên phong quần xã cây chịu mặn
(mắm biển, bần) (đước, vẹt)
quần xã hỗn hợp  quần xã cây tràm
(vẹt chiếm ưu thế )
Quần xã tiên phong
Diễn thế
SINH THÁI HỌC
SINH THÁI HỌC
QUẦN XÃ SINH VẬT- Sự diễn thế
Quần xã đỉnh cực:
Cân bằng sinh thái giữa quần xã và ngoại cảnh
Ổn định trong thời gian tương đối dài
Sinh khối đạt mức cực đại, hệ số đa dạng cao nhất
Lượng chất hữu cơ tích lũy ngang bằng với lượng chất hữu cơ bị õy hoá trong hô hấp
Các thành phần quần xã có mối liên hê vững chắc, ổn định
SINH THÁI HỌC
QUẦN XÃ SINH VẬT- Sự diễn thế
Diễn thế thứ sinh: xuất hiện khi ở môi trường đã có 1 quần xã nhất định
Nguyên nhân: quần xã ban đầu bị huỷ hoại do thay đổi khí hậu, hỏa hoạn, xói mòn, dich hại, tác động của con người
Diễn thế thứ sinh không dẫn đến một quần xã đỉnh cực (disclimax)
Ví dụ: rừng Hữu Lũng, sông Thương
Quần xã nguyên sinh: rừng Lim
↓ tác động con người
Rừng sau sau
↓
Trảng cây gỗ
↓
Trảng cây bụi
↓
Trảng cỏ
SINH THÁI HỌC
QUẦN XÃ SINH VẬT- Sự diễn thế
Diễn thế phân hủy:
Diễn ra trong thời gian ngắn
Xuất hiện trên xác động vật hay cây đổ. Mỗi giai đoạn phân huỷ ứng với một giai đoạn phân hủy và oxy hóa mới.
Diễn thế phân huỷ không dẫn đến một quần xã đỉnh cực
Ví dụ: diễn thế phân huỷ trên xác động vật
Xác động vật - bốc mùi thối → ruồi dòi Lucilla + ruồi phân Sarcophaga → cánh cứng (bộ ăn da) + bướm (ấu trùng dùng mỡ động vật) – protein xã chết phân hủy mạnh→ ruồi Piophila (ruồi phó mát) → cánh cứng – xác khô→ mọt ăn hạt (tyroglyphus, attagenus) – xác chỉ còn gân→ Cánh cứng (Ptinus)
CHỈ THỊ SINH HỌC
Khái niệm: Là các loài sinh vật mà sự hiện diện và thay đổi số lượng các loài chỉ thị cho sự ô nhiễm hay xáo trộn của môi trường. Các loài này thường có tính mẫn cảm cao với các điều kiện sinh lý, sinh hoá
Tại sao dùng sinh vật để làm vật chỉ thị môi trường?
Một số loài có nhu cầu riêng biệt với hàm lượng nhất định các chất dinh dưỡng hoặc ỗy hoà tan…(indicator species)
Sinh vật có thể tồn tại được trong môi trường bị ô nhiễm nhưng bị biến đổi về số lượng, tăng trưởng, tập tính…(stressor)
Sinh vật tích luỹ chất ô nhiễm và có những phản ứng khác nhau đối với từng chất ô nhiễm (biological indicator)
Ứng dụng của chỉ thị môi trường
Đánh giá sinh thái; đặc biệt là các khu vực cần bảo tồn
Đánh giá môi trường; chỉ thị sự ô nhiễm; cung cấp các thông số môi trường, phục vụ cho công tác quản lý môi trường.
Xác định yếu tố chính gây ảnh hưởng đến môi trường nhằm xây dựng chiến lược ưu tiên quản lý và xử lý môi trường
Đánh giá hiệu quả các chính sách môi trường
Làm bản đồ về sự mẫn cảm môi trường
Phân loại chỉ thị sinh vật môi trường
Tính chất mẫn cảm: chỉ thị dặc trưng cho các điều kiện môi trường, dùng để dự đoán môi trường
Các công cụ thăm dò: các loài xuất hiện tự nhiên trong môi trường dùng để đo sự phản ứng của loài với sự biến đổi môi trường (biến động nhóm tuổi, sinh sản, kích thước quần thể, tập tính…)
Các công cụ khai thác: các loài chỉ thị cho sự xáo trộn hay ô nhiễm môi trường
Các công cụ tích luỹ sinh học: các loài tích luỹ các chất hoá học trong mô
Các sinh vật thử nghiệm: các sinh vậtdùng trong phòng thí nghiệm để xác định sự hiệ diện hay nồng độ các chất ô nhiễm
Chỉ số sinh học
Chỉ số môi trường/ chỉ số sinh học: các chỉ số dùng để quan trắc chất lượng môi trường dựa trên tính mẫn cảm của sinh vật với sự biến đổi của môi trường
1964, Woodiwiss tính toán 1 chỉ thị sinh học bằng cách cân trọng lượng các sinh vật có sự mẫn cảm với sự ô nhiễm chất hữu cơ
Chỉ số sinh học được dùng để đánh giá mực độ ô nhiễm chất hữu cơ theo thang 0-15 (0: bị ô nhiễm nặng; 15: không bị ô nhiễm)
Các đặc điểm của sinh vật chỉ thị
Dễ phân loại
Dễ thu mẫu
Phân bố toàn cầu
Có các dẫn liệu tự sinh thái học phong phú
Có tầm kinh tế quan trọng (bao gồm có lợi và có hại)
Có sự tích luỹ chất ô nhiễm do liên quan đến sự phân bố
Dễ nuôi cấy trong phòng thí nghiệm
Có tính biến dị thấp về mặt di truyền và vai trò trong quần xã
Các thông số sinh vật chỉ thị
Tảo:
Sinh vật phù du, có khả năng tự dưỡng, sử dụng C dạng Co2/ CO32+ + phosphat + nitơ + vi lượng
Phát triển mạnh trong điều kiện nước ấm, giầu chất hữu cơ Nitơ và photpho từ nguồn nước thải sinh hoạt, công nghiệp thực phẩm, phân bón
Có sức chịu đựng với các chất hữu cơ, đồng nhưng không chỉ thị được cho môi trường ô nhiễm thuốc trừ sâu, kim loại nặng
 Tảo là sinh vật chỉ thị để đánh giá chất lượng nước tự nhiên
Động vật nguyên sinh (Protozoa): dễ thu mẫu và thích nghi cao trong môi trường giàu hữu cơ
Các thông số sinh vật chỉ thị
Thực v