Bài giảng Sinh thái học - Chương 4: Quần xã sinh vật - Trần Thị Thúy Nhàn

47 trang ngocly 2860

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Sinh thái học - Chương 4: Quần xã sinh vật - Trần Thị Thúy Nhàn", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

bai_giang_sinh_thai_hoc_chuong_4_quan_xa_sinh_vat_tran_thi_t.pdf

Nội dung text: Bài giảng Sinh thái học - Chương 4: Quần xã sinh vật - Trần Thị Thúy Nhàn

2/23/2014 TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP. HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC & KĨ THUẬT MÔI TRƢỜNG SINH THÁI HỌC TS. TRẦN THỊ THÚY NHÀN tranthuynhan@gmail.com Copyright © Wondershare Software NỘI DUNG MÔN HỌC Chương 1: Mở đầu; Chương 2: Sinh thái học cá thể; Chương 3: Quần thể sinh vật; Chương 4: Quần xã sinh vật; Chương 5: Hệ sinh thái. Copyright © Wondershare Software Độ đa dạng Sự phong phú về số lƣợng loài trong quần xã Copyright © Wondershare Software 1
2/23/2014 Độ đa dạng Vd (sgk, 112) Bài tập Copyright © Wondershare Software Độ nhiều Số lượng cá thể loài trên 1 đv diện tích hoặc thể tích Copyright © Wondershare Software Độ nhiều Quy ƣớc bậc độ nhiều 1. 0 : không có 2. - : rất ít 3. + : ít 4. ++ : trung bình 5. +++: nhiều 6. * : rất nhiều Copyright © Wondershare Software 2
2/23/2014 Độ thƣờng gặp • Tỷ lệ % số địa điểm lấy mẫu có loài đƣợc xét so với tổng số địa điểm lấy mẫu trong vùng nghiên cứu. Copyright © Wondershare Software Độ thƣờng gặp C=p*100/P p: số lần lấy mẫu của loài đƣợc xét; P: tổng số địa điểm lấy mẫu Loài thƣờng gặp : C> 50% Loài ít gặp : 25%<C<50% Loài ngẫu nhiên : C<25% Copyright © Wondershare Software Tần số • Tỷ lệ % số cá thể 1 loài đối với toàn bộ cá thể của QX trong một lần thu mẫu hay toàn bộ các lần thu mẫu. • Phân biệt độ thƣờng gặp (chỉ số có mặt) với tần số? Copyright © Wondershare Software 3
2/23/2014 Loài ƣu thế • Loài hoặc nhóm loài quyết định số lượng, kích thước, năng suất của QX; • Loài ưu thế sinh thái; • Loài tích cực tham gia vào qt trao đổi vật chất năng lượng giữa QX với MT xung quanh. Copyright © Wondershare Software Loài ƣu thế • Loài bò rừng Bison trong QX đồng cỏ Copyright © Wondershare Software Loài ƣu thế Ở các QX trên cạn TV có hạt thường là loài ưu thế: – SV tự dưỡng; – Nguồn thức ăn cho SVTT1; – Nơi trú ngụ cho nhiều loài động vật. Xem Vd khảo sát QX đồng cỏ (sgk, 110) Copyright © Wondershare Software 4
2/23/2014 Độ ƣa thích Biểu thị cường độ gắn bó của loài với QX  Loài đặc trưng: chỉ có ở 1 QX, là loài thường gặp, có độ nhiều cao, thường là các loài cây có giới han ST hẹp;  Loài ưa thích: có mặt ở nhiều QX, nhưng ưa thích nhất 1 trong các QX trên;  Loài lạc lõng: ngẫu nhiên có mặt trong 1 QX  Loài ngẫu nhiên: có mặt ở nhiều QX, giới hạn ST rộng. Copyright © Wondershare Software Cấu trúc và những tính chất cơ bản của QX (tt) • Một số khái niệm (tt): –Loài ngoại lai, bản địa, đặc hữu –Cấu trúc của sự phân bố cá thể và sự biến động phân bố theo chu kì của QX Copyright © Wondershare Software ??? Loài ngoại lai, bản địa, đặc hữu là gì? Copyright © Wondershare Software 5
2/23/2014 Đặc trƣng về cấu trúc của sự phân bố trong QX • Đặc điểm sự phân tầng • Đặc điểm phân đới • Đặc điểm hoạt động • Đặc điểm quan hệ dinh dưỡng • Đặc điểm sinh sản • Copyright © Wondershare Software ??? Cho ví dụ về sự phân tầng, phân đới? Copyright © Wondershare Software Đặc trƣng về cấu trúc của sự phân bố trong QX • Sự phân tầng ở các thủy vực, biển, đại dương, sự phân tầng ở rừng nhiệt đới • Rừng nhiệt đới có 5 tầng: 2-3 tầng cây gỗ lớn, tầng cây bụi, tầng cỏ và dương xỉ • Ở thủy vực: tầng mặt-tầng tạo sinh, tầng nước sâu – tầng phân hủy Copyright © Wondershare Software 6
2/23/2014 Đặc trƣng về biến đổi cấu trúc phân bố trong QX theo chu kì • Chu kì ngày đêm (ở hầu hết các QX) • Chu kì mùa: ảnh hưởng của nhiệt độ (mùa mưa-mùa khô thay đổi cấu trúc, chức năng QX) • Vùng ôn đới 6 thời kỳ/năm: ngủ đông (mùa Đông), bắt đầu thức dậy (đầu Xuân), thức dậy (giữa Xuân), ngủ hè (đầu Hè), kết thúc mùa hoạt động (cuối Hè) và mùa thu. Copyright © Wondershare Software Sự biến động số lƣợng cá thể trong QX • + Nguyên nhân: – Yếu tố môi trường – Tương tác nội tại xảy ra trong quần thể – Tương tác giữa các cá thể thuộc các loài khác nhau • + Biến động theo chu kì – Sự biến động theo chu kì mùa: sự biến động này tương ứng với sự biến đổi các yếu tố môi trường theo mùa. Copyright © Wondershare Software Sự biến động số lƣợng cá thể trong QX • + Biến động theo chu kỳ nhiều năm: – Ví dụ ở cây rừng • + Biến động không theo chu kỳ: – Sự tăng hoặc giảm số lượng cá thể một cách đột ngột – Nguyên nhân: • Thiên tai • Bệnh dịch • Tác động của con người: • Ô nhiễm môi trường, đốt phá rừng Copyright © Wondershare Software 7
2/23/2014 Cấu trúc và những tính chất cơ bản của QX • Sự liên tục và không liên tục của những vị trí đứng trong QX • Những đặc trưng cơ bản của thảm thực vật (Sgk, NTN Ẩn, tr.118) Copyright © Wondershare Software Sự biến động của QX (sự diễn thế) • Diễn thế nguyên sinh • Diễn thế thứ sinh • Diễn thế phân hủy • Nguyên nhân của sự diễn thế • Đặc điểm của diễn thế • Một số ví dụ về diễn thế Copyright © Wondershare Software ??? • Thế nào là sự diễn thế? • Phân biệt diễn thế nguyên sinh, thứ sinh? Copyright © Wondershare Software 8
2/23/2014 Sự biến động của QX (sự diễn thế) • Sự diễn thế: là sự biến động của QX trong quá trình phát triển. • Song song với qt diễn thế biến đổi khí hậu, đất đai thổ nhưỡng, địa chất Copyright © Wondershare Software Sự biến động của QX (sự diễn thế) • DT nguyên sinh (primary succession): sự diễn thế khởi đầu từ MT có thể coi là trống rỗng, xuất hiện những nhóm SV đầu tiên, QX tiên phong, tiếp theo là 1 dãy QX. • DT này xảy ra chậm, dẫn đến Climax - QX đỉnh cực • Vd: Copyright © Wondershare Software Diễn thế nguyên sinh – Khởi đầu từ môi trường có thể coi là “chỗ trống”. – Trước đó chưa có quần xã nào tồn tại. Ví dụ: – Tảng đá mới trồi lên – Cồn cát ở cửa sông, – Bãi bồi phù sa. – Vùng núi lửa mới phun trào Copyright © Wondershare Software 9
2/23/2014 Diễn thế nguyên sinh • Một số ví dụ về diễn thế nguyên sinh: Đất trống trảng cỏ rậm quần xã trảng cây bụi qx trảng cây gổ lớn qx rừng thưa qx rừng thường xanh (climax). Copyright © Wondershare Software Diễn thế nguyên sinh Diễn thế: • Từ “chỗ trống” sau đó xuất hiện nhóm sinh vật đầu tiên. • QX đó là QX tiên phong • Tiếp sau là một dãy các QX khác thay thế theo tuần tự. • Cuối cùng là một quần xã tương đối ổn định. • Đặc điểm của QX tiên phong và quần xã đỉnh cực phụ thuộc vào điều kiện môi trường cụ thể. • Thời gian dẫn tới cực đỉnh dài, nhiều trăm năm. Copyright © Wondershare Software Quần xã đỉnh cực - Climax • Cân bằng sinh thái giữa QX 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 oxy hoá trong hô hấp; • Các thành phần quần xã có mối liên hệ vững chắc, ổn định. Copyright © Wondershare Software 10
2/23/2014 Trong quần xã rừng cực đỉnh • Giảm về cường độ chiếu sáng, cường độ tia tử ngoại, tốc độ gió, tỉ lệ thoát hơi nước giảm; • Độ ẩm không khí, lượng mùn, lượng mưa tăng; • Độ đa dạng tăng, động vật đất tăng; • Sinh khối đạt cực đại; • Hệ số đa dạng cao; • Ổ sinh thái chuyên hóa hẹp; • Có sự quan hệ ràng buộc chặt tạo thế ổn định vững chắc chống lại tác động của môi trường ngoài. Copyright © Wondershare Software Diễn thế thứ sinh (secondary succession): • Sự diễn thế xuất hiện ở môi trường đã có một QX nhất định; • Nơi đã có quần xã tồn tại trước đó nhưng QX đó bị tiêu diệt; • QX trước đó bị phả hủy do hỏa hoạn, xói mòn hay do tác động của con người • DT xảy ra nhanh không dẫn đến climax. Copyright © Wondershare Software Diễn thế thứ sinh Ví dụ: • Rừng nhiệt đới bị phá hủy • Nước hồ ngập • Cánh đồng mới bị bỏ hoang Copyright © Wondershare Software 11
2/23/2014 Diễn thế thứ sinh DT thứ sinh trong rừng mƣa nhiệt đới: • Rừng nhiệt đới sau khi bị chặt: trảng cỏ phát triển, các cây họ lúa, họ đậu, họ cói: các cây lá nhỏ, cứng, chịu hạn. – nhiều cây gỗ ưa sáng phát triển nhanh nhưng gỗ mềm, cây dây leo phát triển • Tổng số loài ít đi so với ban đầu. Copyright © Wondershare Software Diễn thế thứ sinh Đặc điểm: • Diễn thế xảy ra nhanh so với diễn thế nguyên sinh. • Không dẫn tới đỉnh cực (climax) • Số loài ít đi, độ đa dạng thấp. • Các loài không có giá trị kinh tế cao • Đối với thực vật thường là những loài ưa sáng, chịu hạn, nhiều hạt, thời gian sinh trưởng ngắn chiếm ưu thế. Copyright © Wondershare Software Sự biến động của QX (sự diễn thế) • DT phân hủy (degradative succesion): dưới tác dụng của nhân tố sinh học, MT dần biến đổi theo hướng bị phân hủy dần qua mỗi QX trong qt diễn thế • Vd: DT của QX trên xác 1 loài động vật, hoặc trên 1 thân cây ngã. Copyright © Wondershare Software 12
2/23/2014 Định nghĩa và đặc điểm của vùng đệm • Vùng đệm: vùng chuyển tiếp giữa các quần xã. • Vùng đệm: còn có tên là vùng chuyển tiếp. – Vùng đệm có thể hẹp: vài mét trong qx sinh cảnh địa lý rừng – đồng ruộng. – Vùng đệm có thể rất rộng: vd rừng và vùng đồng cỏ Bắc Mĩ • VD: bìa rừng hay bãi lầy là vùng đệm của QX rừng và qx đồng ruộng. Copyright © Wondershare Software Đặc điểm về loài của vùng đệm: – Vùng đệm ngoài những loài có mặt ở 2 quần xã rừng và quần xã đồng ruộng còn có những loài đặc trưng riêng. – Trong một số trường hợp: số loài ở vùng chuyển tiếp còn nhiều hơn trong quần xã. – Đặc điểm này có tên là hiệu ứng cạnh (edge effect). Copyright © Wondershare Software Chƣơng 5: Hệ sinh thái (10t) 1. Khái niệm, các kiểu HST 2. Sự chuyển hóa vật chất trong HST 3. Chu trình tuần hoàn vật chất 4. Sự chuyển hóa năng lƣợng trong HST và năng suất SH 5. Các kiểu HST chính 6. Sinh thái học và việc quản lý TNTN Copyright © Wondershare Software 13
2/23/2014 Khái niệm • Định nghĩa HST • Những xu hướng trong nghiên cứu STH • Cấu trúc, thành phần, chức năng của HST • Sự tương quan giữa cấu trúc và chức năng trong HST Copyright © Wondershare Software HỆ SINH THÁI • Theo Tansley: “SV và thế giới vô sinh ở xung quanh có quan hệ khăng khít với nhau và thường xuyên có tác động qua lại”. • Webstere: “HST là đơn vị chức năng kiên định của những SV (bao gồm con người) và MT thay đổi diện tích vùng đặc biệt”. Copyright © Wondershare Software HỆ SINH THÁI • HST=QXSV + MT xung quanh + NLMT • Ecosystem Copyright © Wondershare Software 14
2/23/2014 XU HƢỚNG NGHIÊN CỨU STH KHÍ HẬU CON ĐẤT NGƢỜI ĐỘNG VẬT THỰC VẬT Copyright © Wondershare Software Cấu trúc, thành phần của HST • Cấu trúc HST hoàn chỉnh: – Yếu tố vật lý: AS, T, độ ẩm, áp suất, dòng chảy – Yếu tố vô cơ: những nguyên tố, hợp chất hóa học cần thiết cho tổng hợp chất sống (rắn, lỏng, khí); – Chất hữu cơ: là sản phẩm trao đổi vật chất giữa thành phần VS và HS của MT(chất mùn, acid amin, protein, lipid, glucid). Copyright © Wondershare Software Cấu trúc, thành phần của HST • Cấu trúc HST hoàn chỉnh (tt): – SV sản xuất: TV và một số VK, có khả năng tổng hợp các chất hữu cơ từ các chất vô cơ - SV tự dưỡng; – SV tiêu thụ (bậc 1,2,3): ĐV – SV dị dưỡng; – SV phân hủy: nấm và VK, biến chất hữu cơ vô cơ. SV tiêu hóa của HST. VD: HST Copyright © Wondershare Software 15
2/23/2014 Cấu trúc, thành phần của HST • Các HST cần năng lượng từ bên ngoài để hoạt động – Thường là asmt. – Các yếu tố vô cơ cần thiết cho đời sống quần xã (N, P, C ) được sử dụng, tái sử dụng tạo nên một chu trình lưu hành trong quần xã. • Các loài sinh vật trong quần xã: gắn bó bởi quan hệ chủ yếu là quan hệ dinh dưỡng. Copyright © Wondershare Software Cấu trúc, thành phần của HST • Khi chết, xác chúng được phân hủy bởi nấm, vi sinh vật chất vô cơ trả lại môi trường. • Những chất vô cơ này được sử dụng lại, qua quang hợp và nhờ thực vật lại tổng hợp chất hữu cơ nuôi nhóm sinh vật tiêu thụ. • Như vậy, có sự trao đổi vật chất và năng lượng giữa các loài sinh vật và ngoại cảnh, hệ đó trở nên một hệ thống nhất. Copyright © Wondershare Software Chức năng của HST – Trao đổi vật chất và năng lượng để tái tổ hợp những QX thích hợp; – Vd: QT chuyển năng lượng và vật chất từ mặt trời đên TV, ĐV; – Hệ thống phát sinh, biến động, phát triển và tái sản xuất nhờ các dòng vật chất, dòng năng lượng, dòng thông tin và dòng tái sản xuất. Trong đó dòng vật chất là dòng cơ sở. Copyright © Wondershare Software 16
2/23/2014 Các trạng thái của HST • Trang thái ổn định: HST là hệ hở, được đảm bảo vật chất, năng lượng từ bên ngoài. Khi VC, NL thường xuyên đi vào và sản phẩm không ngừng ra khỏi hệ, mật độ sản phẩm của hệ không thay đổi - trang thái ổn đinh; • Trạng thái cân bằng: các qua trình thuận nghịch như nhau, năng lượng tự do không đổi. • Trạng thái bất cân bằng: mọi trạng thái ở ngoài điểm cân bằng. Copyright © Wondershare Software SỰ TRAO ĐỔI VẬT CHẤT TRONG HST Copyright © Wondershare Software SỰ TRAO ĐỔI VẬT CHẤT TRONG HST • Tổng hợp chất hữu cơ: – Quang tổng hợp (photosynthes): Cây xanh: CO2+2H2O as (CH2O)n+O2 Oxy hóa: 2H2O=>4H+O2 Khử: 4H+CO2=CH2O+H2O VK Thiosprilum (đỏ), Chlorobium (lục): CO2+2H2S as (CH2O)n+H2O+S2 2H2O+3O2+2S =>2H2SO4 Copyright © Wondershare Software 17
2/23/2014 SỰ TRAO ĐỔI VẬT CHẤT TRONG HST • Tổng hợp chất hữu cơ: – Hóa tổng hợp (chemosynthes): năng lượng nhận từ oxy hóa chất VC do VK thực hiện • Nitrosomonas & nitrosococcus 2NH3+3O2=>2HNO2+2H2O+138 cal • Nitrobacter: 2HNO2+O2=2HNO3+43,2 cal Copyright © Wondershare Software SỰ TRAO ĐỔI VẬT CHẤT TRONG HST • Sử dụng chất hữu cơ: – Hô hấp hiếu khí (aerobic): C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O+674 cal C2H5OH+02=C2H4O2+H2O+116,2 cal 2NH3+4O2=2HNO3+2H2O+158 cal CH4+2O2=CO2+H2O+220 cal – Hô hấp kị khí (anaerobic): (C6H10O5 )n+n6H2O=3nCH4+3nCO2 – Lên men (frementation): lactobacterium acidophilum, L. lactic, L. plantarum C6H12O6=>2C3H6O3 Copyright © Wondershare Software Sự chuyển hóa vật chất trong HST • Chuỗi và mạng lưới thức ăn • Bậc dinh dưỡng và tháp sinh thái –Bậc dinh dưỡng –Tháp sinh thái Copyright © Wondershare Software 18
2/23/2014 Chuỗi và mạng lưới thức ăn • Chuỗi thức ăn (food chain): sự vận chuyển năng lượng dinh dưỡng từ nguồn đến các SV khác. – Cỏ thỏ cáo hổ SV phân hủy – Xác động vật SV phân hủy • Có 2 dạng lớn: – Nhập cao, xuất thấp của chất HC (HST rừng); – Nhập thấp, xuất cao (thủy vực) Copyright © Wondershare Software Copyright © Wondershare Software Copyright © Wondershare Software 19
2/23/2014 FOOD CHAIN Copyright © Wondershare Software Ứng dụng trong thức tế Dichloro diphenyl Đối tượng Trichloroethane - DDT Môi trường nước 0.000003 ppm Tảo/thực vật trong nước 0.04 ppm (aquatic plants) Cá ăn thực vật 0.5 ppm (herbivorous fish) Các loại cá 2 ppm (carnivorous fish) Chim ăn cá 25 ppm (fish-eating bird species) Copyright © Wondershare Software Nhận xét • Trong chuỗi thức ăn, chất hữu cơ được vận động qua các mắt xích; • Một số chất không bị phân hủy nhanh: chất phóng xạ bền vững, thuốc trừ sâu: chúng có khả năng tích lũy trong cơ thể một lượng khá lớn làm tăng tác dụng của độc tố; Copyright © Wondershare Software 20
2/23/2014 Nhận xét (tt) • Lúc đầu: các chất khó phân hủy thường là các chất ô nhiễm, có nồng độ thấp không độc hại, • Qua chuỗi thức ăn, lượng chất vô hại này (đôi khi với liều lượng rất nhỏ) tích lũy dần trở thành có hại. • Hàm lượng (nồng độ) tăng dần ở bậc dinh dưỡng cao hơn, và trở nên gây độc cho sv. => Đó là hiện tƣợng khuếch đại sinh học trong chuỗi thức ăn. Copyright © Wondershare Software Nhận xét (tt) • Cơ thể sv không những tích lũy chất ô nhiễm trong tự nhiên mà còn lích lũy được cả các chất hữu cơ tổng hợp. • Qua chuỗi thức ăn: SV có vai trò mở rộng và phát tán chất ô nhiễm. • Qua quá trình trao đổi chất: các chất vào cơ thể sv, được đồng hóa vào trong mô và tế bào. Copyright © Wondershare Software Nhận xét (tt) • Nhờ chuỗi thức ăn mà chất ô nhiễm chuyển được từ sv này sv khác; • Cũng nhờ sv mà chất ô nhiễm được lan truyền rất xa đến một nơi khác; • Sv ở cuối chuỗi thức ăn bị tác động mạnh nhất. Copyright © Wondershare Software 21
2/23/2014 LƢỚI THỨC ĂN • Trong thực tế chuỗi thức ăn không tồn tại độc lập mà đan xen vào nhau tạo thành mạng lưới thức ăn (food net, food web) • Lưới thức ăn thể hiện mối quan hệ chặt chẽ giữa các SV trong HST. Copyright © Wondershare Software FOOD WEB Copyright © Wondershare Software Sự chuyển hóa vật chất trong HST Phân biệt: • Chuỗi thức ăn chăn nuôi • Chuỗi thức ăn phế liệu Copyright © Wondershare Software 22
2/23/2014 Sự chuyển hóa vật chất trong HST • Chuỗi và mạng lưới thức ăn • Bậc dinh dưỡng và tháp sinh thái –Bậc dinh dưỡng –Tháp sinh thái Copyright © Wondershare Software BẬC DINH DƢỠNG • Là thứ tự các nhóm SV trong chuỗi thức ăn. • Bậc dinh dưỡng 1 - SV tự dưỡng hay SV sản xuất; • Bậc dinh dưỡng thứ 2 - SVTT bậc 1; • Bậc dinh dưỡng thứ 3 - SVTT bậc 2; • Copyright © Wondershare Software THÁP SINH THÁI • Có 3 loại tháp sinh thái: - Tháp số lƣợng - dựa trên số lượng các cá thể SV ở mỗi bậc dinh dưỡng. - Tháp sinh khối - dựa trên khối lượng tổng số của tất cả các SV trên một đơn vị diện tích hay thể tích ở mỗi bậc dd. - Tháp năng lƣợng - dựa trên số năng lượng được tích lũy trên một đv dt hay tt trong một đv tg ở mỗi bậc dd. Copyright © Wondershare Software 23
2/23/2014 THÁP SINH THÁI • Ƣu điểm, nhƣợc điểm +Tháp số lƣợng dễ xây dựng song ít có giá trị; +Tháp sinh khối có giá trị cao hơn tháp số lượng. Nhưng thành phần hóa học và giá trị năng lượng của chất sống trong các bậc dinh dưỡng khác nhau, tháp sinh khối không chú ý đến thời gian tích lũy sinh khối ở mỗi bậc dd. + Tháp năng lƣợng hoàn thiện nhất. Tuy nhiên xây dựng phức tạp, đòi hỏi nhiều công sức thời gian. Copyright © Wondershare Software Hiệu suất sinh thái (HSST) • HSST là tỷ số phần trăm giữa năng lượng hấp thụ ở bậc dinh dưỡng n so với bậc dinh dưỡng n+1. HSST=A2/A1=A1/PN • Ở bậc sinh vật sản xuất thì HSST chính là hiệu suất quang hợp. Copyright © Wondershare Software Hiệu suất sinh thái của chuỗi thức ăn trong HST rừng Sồi • Cây sồi Côn trùng cánh phấn Chim ăn thịt. Đơn vị tính 106 kcal/ha/năm (Medweeka và cộng sự, 1974) Lá sồi(PN=14,2) Côn trùng (A1=0,49; R=0,38) Chim (A2=0,0045;R=0,083). HSST1=A1/PN=0,49/14,2=3,5% HSST2=A2/A1=0,0045/0,49=0.9% Copyright © Wondershare Software 25
2/23/2014 Hiệu suất sinh thái (HSST) • Khi nghiên cứu về NSSH của hồ Tây, Đặng Ngọc Thanh (1983), đã xác định: – sản lượng sinh vật sơ cấp toàn phần của hồ Tây là 3319 kcal/m2/năm; –HS sản lượng thực tế ở tầng nước mặt dao động: 47-75%. Copyright © Wondershare Software Tháp sinh thái Copyright © Wondershare Software Nhận xét về sản lƣợng và HSST • Ở những hồ nước sâu, lượng dinh dưỡng ở mức nghèo hoặc trung bình, sản lượng sinh vật nổi thường chiến ưu thế; • Đối với HST thủy sinh, hệ số P/I thay đổi từ 11,1% đến 17,4%; đối với các HST trên cạn hệ số này dao động trong khoảng 0,5% đến 15%. Copyright © Wondershare Software 26
2/23/2014 Nhận xét về sản lƣợng và HSST • Đối với các HST có các quần xã sinh vật đang tiến dần đến trạng thái cực đỉnh thì hệ số P/R ≈ 1 và sẽ bằng 1 khi quần xã sinh vật ở trạng thái cực đỉnh (P = R). Copyright © Wondershare Software BÀI TẬP • Hệ sinh thái nhận năng lượng ánh sáng mặt trời là 106 kcal/m2/ngày. Trong đó, 2.5% được dùng để quang hợp; số năng lượng mất do hô hấp (R1) là 90%, sinh vật tiêu thụ cấp 1 tích lũy được 1%, sinh vật tiêu thụ cấp 2 tích lũy được 10%. • Tính giá trị PG, PN, A1, A2. Copyright © Wondershare Software 4 – Sản lượng PG ở svsx: 2.5 x 10 kcal. 3 – PN ở SV cung cấp: 2.5 x 10 kcal. – Ứng với A1 = 25 kcal. – Ứng với A2 = 2.5 kcal. – Nhận xét: sự tiêu phí năng lượng qua mỗi bậc dd. – Nên các chuỗi thức ăn thường có ít bậc dd. Copyright © Wondershare Software 27
2/23/2014 TÍNH HIỆU SUẤT SINH THÁI • BÀI TẬP 1: Một hệ sinh thái được năng lượng mặt trời cung cấp 106 kcal/m2/ngày. Chỉ có 2,5% năng lượng đó được dùng trong quang hợp. Số năng lượng bị mất đi do hô hấp là 90%. Sinh vật tiêu thụ cấp 1 tích lũy được 25 kcal; Sinh vật tiêu thụ cấp 2 tích lũy được 2,5 kcal; Sinh vật tiêu thụ cấp 3 tích lũy được 0,5 kcal. a/ Xác định sản lượng sinh vật toàn phần ở thực vật PG. b/ Xác định sản lượng sinh vật nguyên (thực tế) ở thực vật PN. c/ Vẽ hình tháp sinh thái năng lượng. d/ Tính hiệu suất sinh thái của các SVTT cấp 1,2,3. Copyright © Wondershare Software BÀI TẬP 2: Lập sơ đồ hình tháp sinh thái năng lượng với số liệu như sau: – Sản lượng sinh vật thực SVTT bậc 1: 0,49 x 106 kcal/ha/năm – Hiệu suất sinh thái SVTT bậc 1 là 3,5% – Hiệu suất sinh thái SVTT bậc 2 là 9,2% Copyright © Wondershare Software BÀI TẬP 3: Ở một hệ sinh thái (đơn vị: kcal/m2/ngày) • Sức sản xuất sơ cấp thô: PG =625 • Số năng lượng bị mất đi do hô hấp ở SVSX:60% • Sản lượng sinh khối SVTT bậc 1 tạo ra:100 • Sản lượng sinh vật thực ở SVTT bậc 1 là: 20 • Hiệu suất sinh thái giữa bậc dinh dưỡng cấp 2 và cấp 3 là 10%. • Năng lượng bị mất đi do hô hấp ở SVTT bậc 2 là: 90%. Tính: a/ Sản lượng sinh vật thực ở SVTT bậc 2 ? b/ Hiệu suất sinh thái giữa các bậc dinh dưỡng Copyright © Wondershare Software 28
2/23/2014 • BÀI TẬP 4: Trong một chuỗi thức ăn, sản lượng sinh vật toàn phần của SVTT bậc 1 là A1=2,4x104 Kcal. Hiệu suất sinh thái theo thứ tự của SVTT bậc 1, SVTT bậc 2, SVTT bậc 3 là 6,4%, 5%, 2,6%. Tính sản lượng sinh vật toàn phần của các sinh vật còn lại. Copyright © Wondershare Software BÀI TẬP 5: Sử dụng chuỗi thức ăn sau: • SVSX: PN=2,1.106 calo • SVTT1: A1=1,2.104 calo • SVTT2: A2=1,1.102 calo • SVTT3: A3=0,5.102 calo • Xác định HSST của SVTT1, SVTT2, SVSX. Copyright © Wondershare Software Sự chuyển hóa năng lƣợng trong HST và năng suất sinh học • Khái niệm về dòng năng lƣợng • Khái niệm về hiệu suất sinh thái • Các sản lượng năng suất sinh học (sản lượng sinh thái học) – Năng suất sơ cấp –Năng suất thứ cấp Copyright © Wondershare Software 29
2/23/2014 TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP. HỒ CHÍ MINH SINH THÁI HỌC TRẦN THỊ THÚY NHÀN KHOA CNSH & KTMT tranthuynhan@gmail.com Copyright © Wondershare Software CHƢƠNG 5: HỆ SINH THÁI 1. Năng lƣợng trong hệ sinh thái (HST) – Các dạng năng lượng quan trọng trong HST – Sự tiêu hao năng lượng trong HST; – Mô hình các dòng năng lượng trong HST 2. Năng suất sinh học: – Năng suất sinh học sơ cấp (NSSC) – Năng suất sinh học thứ cấp – Các yếu tố ảnh hưởng đến NSSC 3. Hiệu suất sinh thái (HSST): • Copyright © Wondershare Software Các quy luật nhiệt động học??? Copyright © Wondershare Software 30
2/23/2014 Năng lƣợng trong HST Các quy luật nhiệt động học: –Quy luật thứ nhất: Năng lượng không thể tự sinh ra hoặc tự nhiên mất đi, chỉ chuyển từ trang thái này sang trạng thái khác. - Quy luật thứ hai: Khi năng lượng được chuyển từ dạng này sang dạng khác thì không được bảo toàn 100%. Copyright © Wondershare Software Năng lƣợng trong HST Đơn vị đo năng lƣợng: • Kilogam calori (Kcal) là lượng nhiệt cần để tăng nhiệt độ của 1 lít nước (1kg) lên 1 độ (độ bách phân); • Gam calori (cal) là lượng nhiệt cần để tăng nhiệt độ của 1 gam nước lên 1 độ. Copyright © Wondershare Software Năng lƣợng trong HST Các dạng năng lƣợng quan trọng trong HST: –Năng lƣợng bức xạ –Năng lƣợng hóa học –Năng lƣợng nhiệt –Động năng (Đọc thêm TLTK) Copyright © Wondershare Software 31
2/23/2014 Năng lƣợng trong HST Nguyên nhân tiêu hao năng lƣợng: • Năng lượng mất đi giữa các bậc dinh dƣỡng: Sự biến đổi năng lượng từ dạng này sang dạng khác không được bảo toàn 100%. • Năng lượng mất đi trong bậc dinh dƣỡng: Hydrocacbon + O2 CO2 + H2O + Q Dòng năng lƣợng giảm dần theo các bậc dinh dƣỡng kế tiếp. Copyright © Wondershare Software Tiêu hao năng lƣợng giữa các bậc dinh dƣỡng: Copyright © Wondershare Software Dòng năng lƣợng của HST Năng lƣợng Mặt Trời (RT) NL hấp thụ (HT) NL không sử dụng (KSD1) NL sử dụng cho quang hợp NL phát tán dạng nhiệt (PT) Sức sản xuất sơ cấp thô (SX1/GPP) 1-5% Sức SX sơ cấp nguyên NL mất đi do hô hấp (HH1) (SXN/NPP) Thức ăn cho vật tiêu thụ (NL1) Vật phân hủy tiêu thụ (KSD2) Vật tiêu thụ sử dụng (SD1) Chất thải của vật tiêu thụ (CT1) Sức sản xuất thứ cấp (SX2) NL Copyrightmất đi do© Wondershare hô hấp (HH2) Software 32
2/23/2014 Năng lƣợng trong HST Theo sơ đồ dòng năng lƣợng của HST: • RT= HT+KSD1 • SXN=NL1+KSD2 • SX1=SXN+HH1 • SD1=SX2+HH2 • NL1=SD1+CT1 • NL2=SD2+CT2 • HT=SX1+PT • SD2=SX3+HH3 . . Copyright © Wondershare Software Cân đối năng lƣợng trong HST rừng Sồi ở Anh NL tổng nhận đƣợc 7,3.105 kcal/m2/năm Năng lƣợng hấp thụ 3,3.105 kcal/m2/năm HS: 1,91% Năng suất sơ cấp nguyên 6247 kcal/m2/năm (13110 kg/ha) Cây gỗ, cây bụi Thảm cỏ 921 ĐV ăn TV 29 kg/ha 12160 kg/ha kg/ha Tầng trên mặt đất Chảy theo dòng Rễ 2027 kg/ha 10133 kg/ha nƣớc 311 kg/ha Thân, cành Thân để lại sau chặt Lá 3770 kg/ha 526 kg/ha 5526 kg/ha Lá rụng Phân hủy Tăng trƣởngCopyright © Wondershare Software Các dòng năng lƣợng chính trong HST • Năng lượng từ ánh sáng MT: chỉ 50% được TV hấp thụ qua các cơ chế của quá trình quang hợp, 1-5% - được chuyển hóa thành năng lượng hóa học; • Năng lượng tích lũy trong nguyên liệu thực vật, tham gia vào mạng lưới thức ăn: động vật ăn cỏ => động vật ăn thịt => sinh vật phân hủy; Copyright © Wondershare Software 33
2/23/2014 Các dòng năng lƣợng chính trong HST • Nguyên liệu thực vật không được tiêu thụ tích lũy trong hệ, chuyển sang các SV hoại sinh, hoặc bị rửa trôi. SV sử dụng năng lượng cho hô hấp và giải phóng nhiệt ra khỏi HST; • HST là hệ mở nên nguyên liệu hữu cơ có thể đi vào HST qua động vật nhập cư và dòng chảy đổ vào HST ao hồ. Copyright © Wondershare Software Mô hình đặc trƣng các dòng năng lƣợng đi qua HST Copyright © Wondershare Software Năng suất sinh học • Năng suất sinh học sơ cấp NSSC (primary production) là khối lượng chất hữu cơ sản xuất/đồng hóa được của SV sản xuất. NSSC thô - Gross primary production (P/GPP) NSSC nguyên (ròng) – Net primary production (PN/NPP) Copyright © Wondershare Software 34
2/23/2014 Năng suất sơ cấp nguyên NPP=GPP-R • Phần còn dƣ: sẵn dùng cho bậc dinh dƣỡng tiếp theo; • Phần mà sinh vật sản xuất góp vào cho HST. Copyright © Wondershare Software Năng suất sinh học Copyright © Wondershare Software Năng suất sinh học • Năng suất sinh học thứ cấp (secondary production/assimilation- PS): chỉ khối lượng chất hữu cơ sản xuất được và tồn trữ ở SV tiêu thụ và SV phân hủy, trên thực tế chỉ tính ở SV tiêu thụ. Copyright © Wondershare Software 35
2/23/2014 Năng suất thứ cấp • Năng lượng thực phẩm khi được hấp thụ bởi động vật sẽ được dùng trong các hướng: – Tích lũy cho sự phát triển cơ thể – Oxy hóa hóa học tạo năng lượng qua quá trình hô hấp (R: respiration) – Thải bỏ ra ngoài môi trường : chất bài tiết hay không sử dụng (NU) • Thức ăn=Etp= Năng lượng thứ cấp + R+NU Copyright © Wondershare Software Sinh khối thực vật NSSCN và NSTC của các kiểu HST trên thế giới TT Sinh khối NSSCN NSTC Hệ sinh thái thực vật (g/m2/năm) (kg/ha/năm) (t/ha) 1 Rừng ẩm nhiệt đới 450 2200 152,9 2 Rừng thông ôn đới 350 1300 52 3 Rừng Taiga vùng cực 200 800 31,7 4 Sa mạc cây bụi 7 90 3,9 5 Hệ sinh thái nông nghiệp 10 650 6,4 6 Đầm lầy 150 2000 160 7 Hồ và sông 0,2 250 50 8 Đại dương 0,03 150 73,3 9 Thảo nguyên ôn đới 16 600 88,9 Copyright © Wondershare Software Phân bố NSSC theo các khu vực • Biển khơi và hoang mạc: – NSSC rất thấp, dưới 100g/m2/năm, có thể bằng 0. • Đồng cỏ bán khô cằn, vùng đất nông nghiệp canh tác tạm thời, hồ sâu, rừng ôn đới, vùng ven biển: – sản lượng trung bình: 300g; dao động khoảng 150 – 1000 g/m2/năm. Copyright © Wondershare Software 36
2/23/2014 Phân bố NSSC theo các khu vực (tt) • Rừng mưa, hồ nông, vùng nông nghiệp canh tác thường xuyên: 500 – 1000 g/m2/năm. • Vùng cửa sông, bãi san hô, bãi bồi phù sa: sản lượng cao có thể vượt 2000 g/m2/năm. Copyright © Wondershare Software Phân bố NSSC theo các khu vực (tt) • Miền xích đạo có nhiều hệ sinh thái có năng suất cao; – vùng này có độ ẩm và nhiệt độ thích hợp, – chiếu sáng quanh năm: • Ví dụ: – Bãi san hô, – Vùng triều, – Vùng cửa sông. Copyright © Wondershare Software Nhận xét về NSSH của các kiểu HST: Năng suất sơ cấp: • HST rừng là HST cạn có NSSH cao nhất; • NSSC của các HST nước ngọt phụ thuộc vào mức độ dinh dưỡng của nước; • NSSC của đại dương phụ thuộc rất nhiều vào nhân tố sinh thái hạn định là N và P. Copyright © Wondershare Software 37
2/23/2014 Nhận xét về NSSH của các kiểu HST: Năng suất sơ cấp: • NSSC các HST đồng cỏ vùng khô hạn phụ thuộc nhiều vào lượng mưa hằng năm; • Hiệu suất chuyển đổi năng lượng có sự khác biệt lớn tùy vào bậc dinh dưỡng; • NSSH thứ cấp dưới dạng các loài thú cao nhất ở HST đồng cỏ vùng nhiệt đới, sau đó đến vùng ôn đới và HST rừng; Copyright © Wondershare Software Nhận xét về NSSH của các kiểu HST: Năng suất thứ cấp: • Ở môi trƣờng cạn: – Sinh khối động vật thông thường chỉ chiếm khoảng 1% sinh khối thực vật; – Sinh khối các động vật không xương sống chiếm từ 90-95% tổng sinh khối động vật. Copyright © Wondershare Software Các phƣơng pháp xác định sản lƣợng ban đầu/ năng suất sơ cấp: • Phương pháp thu mẫu định kì • Phương pháp tính số lượng khí oxy • Phương pháp tính số lượng khí cacbonic • Phương pháp xác định độ pH của MT nước • Phương pháp xác định sự tiêu hao NL • Phương pháp đồng vị phóng xạ • Phương pháp xác định diệp lục (Đọc TLTK để biết các PP) Copyright © Wondershare Software 38
2/23/2014 PP TÍNH NĂNG SUẤT 3 • NSSC thô (mgC/m /giờ) = [(O2, LB) – (O2, DB)]*1000*0,375 /PQ*t 3 • NSSC ròng (mgC/m /giờ) = [( O2,LB) – (O2,IB)] *1000 *0,375 /PQ*t 3 • Hô hấp (mgC/m /giờ) = [( O2, IB) – (O2, DB)] *RQ *1000 * 0,375 /t Copyright © Wondershare Software PP TÍNH NĂNG SUẤT Chú thích: – O2, LB: nồng độ DO (mg/l) trong bình sáng (light bottle) – O2, DB: nồng độ DO (mg/l) trong bình tối (dark bottle) – O2, IB: nồng độ DO (mg/l) khởi đầu (initial bottle) – t: số giờ thí nghiệm (giờ) Copyright © Wondershare Software • Để chuyển đổi khối lượng oxy thành cacbon, giá trị oxy tạo ra và tiêu thụ phải được nhân với tỉ lệ: C/O2 =12 mgC/32mgO2 = 0,375. • Với điều kiện quần xã tảo “bình thường” và ánh sáng trung bình, PQ=1,2 và RQ=1 được xem là đặc trưng. Copyright © Wondershare Software 39
2/23/2014 BÀI TẬP TÍNH NĂNG SUẤT SƠ CẤP DO DO Thời gian DO DO ban Điểm bình bình thí bình tối đầu sáng 1 sáng 2 nghiệm S1 7,4 7,75 4,7 24 6,75 S2 6,1 5,45 4,6 24 6,6 S3 6,8 7,1 4,6 24 6,75 Copyright © Wondershare Software DO DO DO Thời gian bình bình bình thí DO ban Điểm sáng 1 sáng 2 tối nghiệm đầu S1 5,2 5,2 3,7 24 4,65 S2 3,4 3,2 3 24 3,35 S3 4,05 3,75 3 24 3,7 Copyright © Wondershare Software Những yếu tố ảnh hƣởng đến NSSC của HST • Thành phần môi trường nước. • Thành phần muối khoáng, dinh dưỡng • Năng lượng mặt trời nhận được • Khả năng thực tế của hệ sinh thái trong việc sử dụng các yếu tố trên. • HST thủy vực: NSSC còn phụ thuộc vào độ sâu, độ trong nước vì ảnh hưởng trực tiếp tới nguồn sáng được chiếu xuống. Copyright © Wondershare Software 40
2/23/2014 Những yếu tố ảnh hƣởng đến NSSC của HST: • Ở đâu không có ánh sáng: thì NSSC do thực vật tạo ra sẽ bằng âm, tại điểm bù trừ bằng O. • Năng suất của rừng cao hơn đồng cỏ: do rừng có sự đa dạng của sinh vật (TV), hiện tượng phân nhiều tầng, tận dụng tốt nguồn sáng, tăng hiệu quả sử dụng NLASMT. • Ở các vùng nhiệt đới và xích đạo có nhiều HST có sản lượng ban đầu cao: đủ độ ẩm, nhiệt độ thích hợp cho SV sinh trưởng và phát triển, được chiếu sang quanh năm. Copyright © Wondershare Software Chu trình tuần hoàn vật chất trong HST • Đại cƣơng về chu trình sinh địa hóa –Chu trình sinh, địa, hóa học của các nguyên tố C, N, P, nước –Các con đường chính của việc hoàn lại vật chất vào chu trình Copyright © Wondershare Software Copyright © Wondershare Software 41
2/23/2014 Nghiên cứu HST • Các kiểu HST chính • Những nhận xét rút ra trong việc nghiên cứu hệ sinh thái • Sinh thái học và việc quản lý nguồn lợi tài nguyên thiên nhiên Copyright © Wondershare Software CÁC KIỂU HST CHÍNH • HST trên cạn: – Rừng Rừng mưa nhiệt đới Rừng sớm rụng ôn đới Rừng tùng bách lạnh ở phía Bắc – Đồng cỏ: nhiệt đới, ôn đới, đc địa cực or lãnh nguyên Bắc cực – Sa mạc: sm nhiệt đới, ôn đới, sm lạnh Copyright © Wondershare Software CÁC KIỂU HST CHÍNH • HST thủy sinh: – HST nước ngọt Đập chứa và hồ nước ngọt Suối nước ngọt và sông Đất ẩm nội địa – HST nước mặn Đại dương Vành đai ven biển Đất ướt ven biển Copyright © Wondershare Software 45
2/23/2014 VAI TRÒ CỦA RỪNG VỚI CON NGƢỜI • Giữ không khí trong lành • Điều hòa nóng lạnh • Điều tiết nước, phong chống lũ lụt, xói mòn • Ngăn gió, chắn gió, chắn cát • Bảo vệ, bổ sung dinh dưỡng cho đất • Bảo vệ đê biển, cải hóa đất chua phèn, . Copyright © Wondershare Software Đặc điểm của hệ sinh thái đô thị Bốn đăc điểm cơ bản: • Là HST mở, luôn có sự thay đổi theo thời gian, không gian về chất lượng và số lượng. HST đô thị mang tính động do sự phát triển của xã hội; • Cấu trúc: HST đô thị tương đối ổn định và đồng nhất. Bao gồm vùng trung tâm, vùng ven nội và vùng ngoài; Copyright © Wondershare Software Đặc điểm của hệ sinh thái đô thị • Bậc dinh dưỡng cuối cùng của HST đô thị là con người. Con người là thành phần ưu thế trong HST, thành phần tạo nên năng lượng thứ cấp cuối cùng, chịu tác động của yếu tố tự nhiên + xã hội; • Yếu tố giới hạn trong HST đô thị là tổ hợp tất cả các yếu tố. Copyright © Wondershare Software 46