Các nhân tố sinh thái và quần thể sinh vật |
|
Gs Huỳnh Thu Hòa - Võ Văn Bé |
Trong sinh thái học, người ta
khảo cứu các mối quan hệ qua lại giữa
sinh vật và môi trường, đồng thời người
ta cũng khảo cứu sự thích nghi của loài,
quần thể, quần xã và sự thích nghi với môi
trường của chúng. Sự tiếp cận thực
nghiệm về hai khái niệm trên là bước cơ
bản trong sinh thái học, dẫn tới việc xác
định các đặc tính của môi trường
sống cuả sinh vật. Các đặc tính này có
thể được khảo cứu nhờ vào các thông
số lý, hóa (vô sinh) và hữu sinh cuả môi trường,
được gọi là các nhân tố sinh thái. Người ta có thể nghiên
cứu các nhân tố chính yếu của một hệ
sinh thái trên một cơ thể đơn độc,
trên một quần thể của loài xác định.
Người ta cũng có thể phân tích ảnh hưởng
của các nhân tố trên cho cả một quần xã
sinh vật. I. CÁC NHÂN TỐ SINH THÁI
Ta có nhiều cách để phân
loại các nhân tố sinh thái: - Các nhân tố vô sinh (khí hậu,
cấu tạo hóa học của đất, nước...
) và các nhân tố hữu sinh (kí sinh, ăn mồi,
cộng sinh...). - Các nhân tố độc lập
với mật độ và các nhân tố phụ
thuộc vào mật độ. - Sự phân loaüi không gian dựa vào
đặc tính môi trường: + Nhân tố khí hậu: nhiệt
độ, không khí, ánh sáng, mưa... + Nhân tố thổ nhưỡng: pH,
thành phần cơ giới... + Nhân tố thủy sinh: dòng
chảy, chất hòa tan... - Phân loại theo thời gian:
ảnh hưởng của sự biến thiên theo năm,
mùa hay ngày đêm (tính chu kỳ). Các nhân tố sinh thái không
bao giờ tác động riêng lẻ mà luôn tác động
kết hợp với nhau. Nhân tố sinh thái nào cũng
có thể trở thành nhân tố hạn chế trong không
gian hoặc thời gian. Bất kể ở mức
độ tổ chức nào (cá thể, quần thể,
hay quần xã sinh vật) người ta cũng phải
khảo cứu ảnh hưởng của các nhân
tố sinh thái riêng biệt của mỗi môi trường.
Các thông số này là những thông số lý, hóa hay sinh
học có tác động trực tiếp lên sinh
vật. Thực nghiệm cho thấy
rằng tất cả các nhân tố sinh thái vào lúc này
hay lúc khác trong những điều kiện địa
phương đều có thể tác động như
là các nhân tố hạn chế. Nếu xem xét một nhân
tố nào đó, tùy theo điều kiện không gian và
thời gian, nhân tố đó có thể xuống dưới
một trị số tối thiểu không thể đáp
ứng được yêu cầu cuả một loài hay
một quần xã. Ðể phát triển trong một sinh
cảnh, tất cả các sinh vật đều cần
có những điều kiện về nhiệt độ,
thức ăn, muối khoáng... Nhân tố nào ở
gần mức tối thiểu nhất sẽ là nhân
tố giới hạn. Về định lượng
các nhân tố sinh thái có hai định luật liên
quan: a. Ðịnh luật tối
thiểu Ðịnh luật này liên quan
đến ảnh hưởng của các chất khoáng
cần thiết cho cây trồng. Sự tăng trưởng
của cây chỉ có thể có trong điều kiện
các chất cần thiết phải có đủ
liều lượng trong đất. Chính những
chất bị thiếu chi phối sản lượng mùa
màng. Do đó năng suất của mùa màng tùy
thuộc duy nhất vào chất dinh dưỡng hiện
diện trong môi trường với liều lượng
ít nhất (so với lượng tối ưu). Ðịnh luật tối
thiểu có thể mở rộng sự áp dụng cho các
nhân tố sinh thái dưới dạng các định
luật cuả các nhân tố hạn chế, có thể
được phát biểu như sau: sự thể
hiện (tốc độ và qui mô...) cuả tất
cả quá trình sinh thái học được chi
phối bởi các nhân tố hiện diện với
liều lượng ít nhất trong môi trường. Cần nhấn mạnh là
định luật tối thiểu thay đổi trong
sự thể hiện cuả nó do nơi có sự tác
dộng qua lại cuả các nhân tố sinh thái. Do đó
ở thực vật, kẽm thì cần thiết ở
nồng độ thấp cho cây mọc trong bóng râm hơn
là cây mọc ngoài ánh sáng. Tương tự, côn trùng
phát triển trong môi trường khô ráo thì có
nhiệt độ gây chết cao hơn các cá thể phát
triển trong môi trường ẩm ướt (ở nơi
khô, côn trùng chịu nóng giỏi hơn). b. Ðịnh luật chống
chịu Ðịnh luật tối
thiểu chỉ là một trường hợp đặc
biệt cuả một nguyên tắc tổng quát hơn
gọi là định luật về sự chống
chịu, sự rộng lượng. Theo định luật này thì tất cả nhân tố sinh thái có một khỏang giá trị hay khuynh độ (gradient) mà trong đó các quá trình sinh thái học diễn ra bình thường. Chỉ trong khoảng giá trị đó thì sự sống của một sinh vật hoặc sự xuất hiện cuả một quần xã mới diễn ra được. Có một giới hạn trên và một giới hạn dưới mà vượt khỏi đó thì sinh vật không thể tồn tại được. Trong khoảng chống chịu đó có một trị số tối ưu ứng với sự hoạt động tối đa cuả loài hoặc quần xã sinh vật. Khoảng chịu đựng đối với mỗi nhân tố thay đổi tùy loài. Nó xác định biên độ sinh thái học cuả loài. Biên độ dao động này càng rộng khi khoảng chịu đựng các nhân tố sinh thái cuả loài càng lớn. Ðiều này cũng áp dụng được cho quần thể hay quần xã sinh vật. Có loài rộng hay hẹp đối với một nhân tố nào đó. Thí dụ: loài rộng nhiệt (eurythermes), rộng muối (euryhalines), loài hẹp nhiệt (stenothermes) hay hẹp muối (stenohalines).
Hình 2. Loài rộng và loài hẹp theo định luật về sự chống chịu II. QUẦN THỂ
SINH VẬT VÀ CÁC ÐẶC TRƯNG Quần thể sinh vật là
một nhóm cá thể cuả cùng một loài sinh vật
sống trong một khoảng không gian xác định. Thí
dụ quần thể tràm ở rừng U Minh; quần
thể Dơi Quạ ở Sóc Trăng. Một quần thể là
một đơn vị sinh thái học với những
tính chất riêng biệt. Ðó là tính chất liên quan
đến cả nhóm sinh vật chứ không cho từng
cá thể riêng lẻ. Ðó là mật độ, tỉ
lệ sinh sản và tử vong, sự phát tán sự phân
bố các lứa tuổi, tỉ lệ đực cái, tăng
trưởng... là các tính chất cuả tập thể
không riêng cho cá thể. Một trong các đặc tính
đáng chú ý nhất của quần thể tự nhiên
là tính ổn định tương đối cuả
chúng. Thật vậy, khi nghiên cứu các quần
thể trong môtü thời gian tương đối dài
người ta thấy rằng các quần thể thường
không thay đổi lớn lắm. Tuy nhiên vẫn có
những biến động về số lượng cá
thể xoay quanh một trị số trung bình được
chi phối bởi các nhân tố môi trường. Suy cho cùng thì sự ổn
định tương đối cuả quần
thể là do khả năng sinh sản tiềm tàng
cuả chúng. Darwin đã tính toán là loài voi, động
vật tăng trưởng chậm và sinh sản ít;
vậy mà từ một cặp voi ban đầu có
thể cho ra 19 triệu voi con cháu sau 750 năm, nếu như
tất cả voi con sinh ra đều đạt tuổi
trưởng thành và có khả năng sinh sản như
nhau. Một con ruồi cái đẻ 120 trứng mỗi
lứa, chỉ một năm sau một cặp ruồi có
thể tạo ra 5.598 tỉ con (Ramade, 1984). Các thí dụ trên cho thấy
vai trò của cơ chế thiên nhiên trong việc điều
hòa số lượng cá thể của mỗi loài theo
khả năng của môi trường. a. Ðịnh nghĩa Mật độ cuả
quần thể là số lượng cá thể trên
một đơn vị đo lường( diện tích
hoặc thể tích). Ðơn vị đo lường
chủ yếu là diện tích được chọn sao
cho phù hợp với kích thước hay số lượng
cuả sinh vật. Do đó, người ta thường
sử dụng số dân/km2; số cây đại
mộc/ha rừng; số tiết túc/m2 lá cây mục;
số vi sinh vật/cm3 nước... Người ta cũng
có thể dùng sinh khối để diễn tả
mật số. Thí dụ số kg cá/m2 ao nuôi hay
trọng lượng sóc/km2 rừng cây. Sinh vật có kích thước nhỏ thường phong phú hơn sinh vật có kích thuớc lớn. Hình 3. Tương
quan giữa kích thước cơ thể và mật
độ của động vật vùng ôn đới b. Hai loại mật độ Cần phân biệt mật
độ thô, tức là tỉ lệ giữa số lượng
của tất cả các cá thể (hay sinh khối)
với tổng diện tích; mật độ sinh thái
học là tỉ lệ giữa số cá thể với
diện tích thực sự sử dụng được.
Như đối với loài người thì mật
độ sinh thái học được tính trên
diện tích đất canh tác được. Trường
hợp Ai Cập chẳng hạn, vào năm 1984, mật
độ thô là 43,5 người/km2, còn mật độ
sinh thái học là 1.533 người/km2. Mỗi loài sinh vật có
một mật độ tối đa và tối
thiểu trong tự nhiên. Giới hạn trên cuả
số lượng cá thể được xác định
bởi dòng năng lượng đi vào hệ sinh thái.
Thí dụ như số lượng thức ăn
cần thiết trên đơn vị diện tích và trên
đơn vị thời gian cho động vật.
Giới hạn dưới tuy không được rõ nét,
là xác suất gặp cá thể khác phái cần cho
việc sinh sản. Mật độ quần
thể còn thay đổi tùy thuộc vào các nhân tố
khác, chủ yếu là vị trí cuả nó trong chuỗi
dinh dưỡng. Mật độ càng thấp ở các
quần thể chiếm vị trí càng cao cuả
chuỗi. c. Xác định số lượng
cá thể Việc xác định số
lượng cá thể tuy thuộc vào đặc tính
cuả sinh vật. Trường hợp các sinh vật có
đời sống cố định thì đơn
giản. Ðó là trường hợp cuả thực
vật, động vật không xương sống có
đời sống cố định như hàu, san hô...
Còn trường hợp các loài động vật khác,
nhất là các loài di trú thì khó khăn hơn nhiều. Một cách tổng quát thì không
thể đếm một cách tuyệt đối số
lượng cá thể cuả quần thể, ngoại
trừ trường hợp loài người. Cho nên người
ta phải ước lượng với phương pháp
sao cho sự ước lượng này gần với
sự thật nhất. - Ðếm trực tiếp: áp
dụng đối với các động vật lớn
như: sư tử, linh dương, cọp, beo... Người
ta còn dùng không ảnh hay chụp hình bằng hồng
ngoại (sử dụng ban đêm). - Phương pháp lấy
mẫu với dụng cụ thích hợp cho từng
đối tượng sinh vật. - Phương pháp đánh dấu và bắt lại. Ðể xác địnhsố lượng N cá thể của một quần thể, người ta bắt và đánh dấu T cá thể rồi thả chúng. Một thời gian sau người ta thực hiện một đợt bắt nữa được n cá thể ttrong đó có t cá thể được đánh dấu. Do đó ước lượng cuả N sẽ là: Thí dụ: T = 1000; n = 200 ; t = 20
Thì N = 10.000 cá thể Phương pháp này đòi hỏi
một số điều kiện. Chẳng hạn như
các cá thể có đánh dấu cần phải
được phân bố đều trong quần
thể và cùng bị bắt với xác suất như
nhau. Sự tử vong phải giống nhau và không
mất các dấu. Hơn nữa quần thể phải
được xem như ổn định giữa hai
lần bắt. a. Tháp tuổi Thành phần tuổi của quần thể thể hiện đặc tính chung cuả biến động số lượng quần 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 cuả 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 cuả hình tháp, bởi vì sự tử vong không giống nhau ở hai cá thể đực và cái. Hình 4. Tháp tuổi của Nai Odocoileus hemionus Hình 5. Ba dạng tháp
tuổi chính yếu của con nguời
|
|||||||||||||