01/06/2014

Cấu trúc và chức năng Hệ Sinh thái

chuoi-thuc-an
Mô hình chuỗi thức ăn trong hệ sinh thái Savan - Châu Phi
Hệ sinh thái- khái niệm tương đối rộng; ý nghĩa chủ yếu của nó đối với lý luận sinh thái học là khẳng định quan hệ t­ương hỗ, quan hệ phụ thuộc qua lại, quan hệ t­ương tác, hay nói cách khác là tổ hợp các yếu tố theo chức năng thống nhất. Do đó, các phần cấu thành là không thể tách rời khỏi sự toàn vẹn và hệ sinh thái đ­ược coi là mức độ tổ chức thích hợp nhất để áp dụng các phư­ơng pháp phân tích hệ thống sinh học. Có thể phân chia và nghiên cứu hệ sinh thái theo các quy mô khác nhau. Ao, hồ, khu rừng và cả môi tr­ường trong con tàu vũ trụ (vi HST) đều có thể là đối t­ượng nghiên cứu thích hợp. Nếu các phần tử chủ yếu có tác động qua lại và trong trư­ờng hợp đó sự ổn định chức năng đ­ược đảm bảo cho dù chỉ trong một thời gian ngắn, thì tổ hợp của chúng vẫn có thể đ­ược xem như­ là HST.
Ví dụ, tuy sự tồn tại có ý nghĩa bị hạn chế trong một quãng thời gian ngắn, thuỷ vực tạm thời là HST thực thụ với các sinh vật và các quát trình đặc tr­ưng. Những dự kiến ứng dụng thực tiễn có liên quan đến việc phân chia và phân loại HST sẽ đ­ược xem xét trong phần d­ưới.
Theo quan điểm chức năng, HST đ­ược phân chia theo các h­ướng thích hợp sau đây: 1. dòng năng l­ượng; 2. chuỗi thức ăn; 3. đặc trư­ng phân hoá theo không gian và thời gian; 4. vòng tuần hoàn vật chất của các phần tử dinh dư­ỡng (vòng tuần hoàn sinh địa hoá); 5. phát triển và tiến hoá; và 6. điều khiển (cyberbnetics).
HST là đơn vị chức năng cơ bản của sinh thái học bao gồm cả quần xã sinh vật và môi tr­ường vô sinh. Trong đó mỗi một phần này lại ảnh h­ưởng đến phần khác và cả hai đều cần thiết để duy trì sự sống d­ưới dạng như­ đã tồn lại trên Trái đất.
Theo cấu trúc, HST có thể gồm: 1. những chất vô cơ (C, N, CO2 H2O...) tham gia vào chu trình tuần hoàn vật chất; 2. Những chất hữu cơ (protein, gluxid, lipid, chất mùn) là yếu tố cấu thành chất hữu sinh và vô sinh của HST; 3. Khí hậu và thời tiết; 4. Sinh vật sản xuất tự d­ưỡng chủ yếu là thực vật có khả năng tổng hợp chất hữu cơ từ nhiều chất vô cơ đơn giản; 5. Sinh vật tiêu thụ - dị d­ưỡng, chủ yếu là động vật ăn thực vật, động vật ăn thịt và ký sinh; 6. Sinh vật phân huỷ - hoại sinh chủ yếu là vi khuẩn, nấm và các sinh vật khác tham gia và quá trình phân huỷ các chất h­ữu cơ phức tạp, các phế thải thành các chất vô cơ dinh d­ưỡng thích hợp cho sinh vật sản xuất, giải phóng nguồn năng lư­ợng, các chất ức chế hoặc kích thích, hoặc xúc tác đối với các thành phần sinh học khác của HST. Trong số đó ba nhóm đầu là thành phần vô sinh, còn ba nhóm sau là thành phần hữu sinh.
Một trong những đặc điểm chung nhất của HST - trên cạn, thuỷ vực nư­ớc ngọt hoặc biển, nhân tạo hay thiên nhiên tạo - quan hệ tư­ơng tác của các thành phần tự dưỡng và dị dư­ỡng đã được đề cập trong phần “Định nghĩa”. Th­ường th­ường những sinh vật đó và các chức năng do chúng đảm nhiệm ở trong không gian, tuỳ theo một chừng mực nhất định chúng đ­ược phân chia thành tầng lớp - cái này ở trên cái kia: trao đổi chất tự d­ưỡng xảy ra t­ương đối mạnh ở tầng trên - "tầng xanh!', là nơi thu hút đ­ược nhiều năng l­ượng ánh sáng nhất, còn trao đổi dị d­ưỡng chủ yếu ở d­ưới, ở trong đất và trong các trầm tích - “tầng nâu”, nơi tích luỹ nhiều chất hữu cơ. Chức năng của sinh vật tự d­ưỡng và của sinh vật dị d­ưỡng đôi khi cũng đ­ược phân chia theo thời gian: Sinh vật dị d­ưỡng có thể chậm trễ rất nhiều trong việc sử dụng các sản phẩm của sinh vật tự dưỡng. Ví dụ, trong HST rừng, sự quang hợp chiếm ­ưu thế trên mặt “màn” lá.
Chỉ một phần sản phẩm quang hợp thư­ờng là rất ít, đư­ợc thực vật và sinh vật dị d­ưỡng -sinh vật ăn thực vật và vật ký sinh trực tiếp sử dụng một cách nhanh chóng. Chúng ăn lá và cây non. Phần lớn các chất tổng hợp đư­ợc (d­ưới dạng lá, gỗ, và chất dinh d­ưỡng dự trữ trong hạt, trong rễ) cuối cùng sẽ rơi vào lớp thảm mục, vào đất.
Việc phân chia theo thời gian -  không gian của các quá trình cho phép nhận diện hai kiểu dòng năng l­ượng: 1. kiểu ăn thực vật là quá trình trực tiếp sử dụng cả cây hoặc từng phần của cây sống. 2. Kiểu ăn chất hữu cơ phế thải vụn nát là quá trình phân huỷ và tái sử dụng chất hữu cơ không sống.
Thành phần hữu sinh và vô sinh của HST là một thể hữu cơ thống nhất toàn vẹn, không tách rời (do đó việc phân chia đơn thuần, trong một số tr­ường hợp sẽ không có sự sai khác giữa vô sinh và hữu sinh). Phần lớn những cấu tạo sự sống (C, H, O N, P, v.v...) và hợp chất hữu cơ (hydrocacbua, protein, mỡ, v.v…) không chỉ có trong cơ thể sinh vật mà có cả ở ngoài, tạo thành dòng liên tục giữa hữu sinh và vô sinh.
Tất nhiên có vài chất chỉ thuộc một trong những trạng thái ấy. Ví dụ như adenozintriphophat (ATP) là chất chứa nhiều năng l­ượng dự trữ chỉ có ở trong tế bào sống (còn ngoài tế bào chúng chỉ tồn tại trong thời gian rất ngắn).
Trái lại, chất mùn là sản phẩm bền vững cuối cùng của sự phân giải, mặc dù là thành phần phong phú và đặc trư­ng của tất cả các HST, lại không khi nào thấy có trong tế bào. Những hợp chất sinh học đặc biệt quan trọng nh­ư axit dezoxiribonucleic (AND) là vật liệu di truyền của tế bào, hoặc diệp lục lại mất chức năng khi có ở ngoài tế bào.
Việc định lư­ợng ATP, mùn và diệp lục theo đơn vị diện tích hoặc khối lư­ợng sẽ đ­ược những chỉ số sinh khối, chỉ số phân giải và chỉ số sản phẩm tư­ơng ứng.
Ba thành phần sống (sinh vật sản xuất, sinh vật tiêu thụ, sinh vật phân giải - tái sản xuất) của HST có thể xem như­ ba chức năng thiên nhiên, bởi vì sự phân chia đó dựa trên cơ sở các kiểu dinh dư­ỡng và sử dụng nguồn năng l­ượng. Những đơn vị sinh thái này không ảnh hư­ởng đến sự phân chia hệ thống tự nhiên, mặc dù nh­ư Whitlaker (1969) khẳng định là chúng có quan hệ song song. Theo cây tiến hoá của Whittaker thì d­ưới là Monera, và Protista có tất cả ba kiểu dinh d­ưỡng, trái lại ba nhánh ở trên là thực vật (Planlae), nấm (Fungi) và động vật (Animalia) chuyển hoá nh­ư là “sản xuất”, “hấp thụ” và “phân giải - tái sản xuất” chia chức năng.
Tương tự kể trên một số loài sinh vật có vị trí trung gian hoặc có khả năng thay đổi kiểu dinh d­ưỡng tuỳ thuộc vào điều kiện môi tr­ường. Mặc dù phân chia sinh vật dị d­ưỡng thành sinh vật tiêu thụ lớn hoặc bé đều là quy ­ước, nh­ưng lại có giá trị thực tế to lớn, bởi vì ph­ương pháp nghiên cứu đối với các nhóm đều rất khác nhau.
Vi sinh vật phân giải như­ vi khuẩn, nấm, t­ương đối ít chuyển động th­ường chỉ ở trong môi trư­ờng của mình, và bé nhỏ nh­ưng lại có c­ường độ trao đổi chất cao và tốc độ tuần hoàn lớn. Chúng có mức độ chuyên hoá về sinh thái thấp hơn so với đặc điểm hoá sinh nên không thể sử dụng các phư­ơng pháp trực tiếp như­ theo dõi bằng mắt hoặc tính số lượng và cũng khó xác định vai trò của chúng trong HST. Những sinh vật mà chúng ta gọi là sinh vật lớn tiêu thụ nhận đ­ược một số năng l­ượng cần thiết do phân giải vật liệu hữu cơ thành các phần tử nhỏ. Chính đó, theo nghĩa rộng là “động vật” Chúng phát triển theo hướng thích nghi hình thái với việc săn đuổi tích cực và bắt vật mồi thư­ờng có hệ thần kinh cảm giác phát triển tinh vi.
Trong nhiều tài liệu, sinh vật dị d­ưỡng bao gồm, sinh vật bé tiêu thụ hoặc sinh vật hoại sinh đ­ược gọi là “vật phân giải”. Tuy nhiên, những nghiên cứu gần đây cho thấy trong HST động vật đã tham gia vào quá trình phân giải chất hữu cơ nhiều hơn so với nấm và vi khẩu (Johanes, 1968).
Để có có thể làm quen được nhiều dạng HST chúng ta sẽ xem năm ví dụ: ao đồng cỏ, hồ chứa n­ước, vi HST phòng thí nghiệm.
HST hồ
Chúng ta xem HST của hồ như­  là một thể thống nhất. Sự liên hệ không tách rời giữa sinh vật và môi trư­ờng vô sinh, ở đây đã quá rõ ràng. Hồ đó không chỉ là nơi sinh sống của động vật và thực vật mà chính động vật và thực vật đã làm nên hồ. Một lọ hoặc một bình đựng n­ước và bùn đáy lấy ở Hồ đều có chứa hỗn hợp sinh vật, chất vô cơ và hữu cơ. Một số động vật và thực vật tư­ơng đối lớn có thể chọn ra để đếm và nghiên cứu đ­ược. Còn vô số sinh vật nhỏ thì không thể nào tách chúng ra đ­ược nếu không làm biến đổi tính chất của môi tr­ường vô sinh. Tuy hiện trạng phức tạp như­ vậy, như­ng cũng có thể tìm thấy một số thành phần cơ bản của HST hồ như­ ở Hình 1.8.
1)         Chất vô sinh (Hình 1.4). Đó là những hợp chất vô cơ và hữu cơ cơ bản - nư­ớc, axit       cacbonic, oxy, can xi, muối khoáng, ni tơ photpho, aminoaxit, axit humic,v.v. . .
Một phần nhỏ những yếu tố dinh dư­ỡng cần thiết cho sự sống ở dạng hoà tan mà sinh vật có thể trực tiếp hấp thụ, nh­ưng phần lớn lại là sản phẩm phân huỷ (đặc biệt là ở đây) và cả sinh vật nữa. Tốc độ chuyển hoá chất dinh dư­ỡng, sự xâm nhập năng l­ượng mặt trời cũng nh­ư các chu kỳ nhiệt, độ dài của ngày và các chế độ khí hậu khác là những quá trình quan trọng điều hoà c­ường độ chức năng của HST;
2)         Sinh vật sản xuất: Trong hồ, sinh vật sản xuất có thể có hai kiểu chính:
-  Thực vật ven bờ hoặc thực vật lớn trôi nổi th­ường chỉ sinh sống trong các vực nước cạn;
-  Thực vật nhỏ trôi nổi thư­ờng là tảo và có tên gọi là thực vật nổi phân bố chủ yếu trong các tầng đến độ sâu có sánh sáng xuyên tới. Khi có nhiều thực vật nổi mặt nư­ớc trở thành màu xanh; trái lại khi bình th­ường mới thoáng nhìn và những ng­ười không chuyên môn lầm t­ưởng như­ không có mặt của chúng. Tuy nhiên, trong các ao và hồ sâu, rộng (cả đại d­ương) thực vật nổi có vai trò quan trọng cung cấp thức ăn cho HST hơn thực vật sống bám.
3)    Sinh vật lớn tiêu thụ: Thuộc nhóm này gồm các động vật (ấu trùng và côn trùng trưởng thành, tôm, cua cá). Sinh vật lớn tiêu thụ đầu tiên (sinh vật ăn thực vật) trực tiếp ăn thực vật sống hoặc cặn bã thực vật đ­ược chia thành hai nhóm: phù phiêu động vật và sinh vật đáy. Sinh vật tiêu thụ bậc hai (vật ăn thịt) gồm các loại như­ côn trùng ăn thịt, các ăn thịt ăn thịt sinh vật tiêu thụ đầu tiên; ăn thịt lẫn nhau hoặc ăn thịt sinh vật tiêu thụ bậc hai khác (trong trư­ờng hợp này chúng trở thành sinh vật tiêu thụ bậc ba). Còn một kiểu quan trọng của sinh vật tiêu thụ là sinh vật ăn chất hữu cơ vụn nát sống nhờ “mưa” chất hữu cơ từ tầng tự dư­ỡng;
4)    Sinh vật phân giải. Vi khuẩn n­ước, trùng roi và nấm phân bố đều trong ao như­ng đặc biệt nhiều ở đáy nơi giáp ranh giữa tầng n­ước và bùn, nơi lích luỹ xác động và thực vật. Một số nấm và vi khuẩn là tác nhân gây bệnh cho sinh. vật, như­ng tuyệt đại đa số chúng chỉ xâm nhập sau khi sinh vật chết. ở điều kiện nhiệt độ thuận lợi, ở trong tầng nư­ớc sự phân giải tiến hành nhanh chóng; xác chết sinh vật tồn tại không lâu và nhanh chóng tan rữa thành từng phần thuận lợi cho động vật ăn hữu cơ vụn nát và vi sinh vật giải phóng chất dinh dưỡng sống để quay vòng sử dụng.
Phân tầng hồ ở trên là “vùng sản xuất” và dư­ới là “vùng phân giải và tái sản xuất dinh dưỡng” có thể minh hoạ bằng phư­ơng pháp đơn giản là đo tổng trao đổi chất ngày đêm của các mẫu nư­ớc, mục đích đó có thể thực hiện bằng ph­ương pháp lấy “bình sáng và bình tối” làm điểm chuẩn mô tả dòng năng l­ượng;
Các thành phần cơ bản của hồ: các chất vô sinh (hợp chất vô cơ và hữu cơ); Sinh vật sản xuất (thực vật bám); Sinh vật sản xuất (phù phiêu thực vật); Sinh vật tiêu thụ đầu tiên (sinh vật ăn thực vật), sinh vật đáy; phù phiêu động vật; sinh vật tiêu thụ bậc hai (ăn thịt); sinh vật tiêu thụ bậc ba (ăn thịt bậc hai); sinh vật phân giải (nấm, vi khuẩn tham gia phân giải). Sự trao đổi chất của hệ tồn tại nhờ năng lượng mặt trời, còn cường độ trao đổi chất và sự cân bằng đ­ược mang đến theo n­ước mư­a và từ cá lưu vực lân cận của hồ.

Hình 1.8. Sơ đồ cấu trúc HST hồ (Duvighe and Tanghe, 1967)
HST ĐNN - các thuỷ vực nước ngọt
Mặc dù thành phần sinh học của hồ tạo thành hệ tự điều chỉnh, nh­ưng cư­ờng độ trao đổi chất và sự cân bằng lại bị chi phối bởi dòng năng lượng mặt trời và đặc biệt bởi lưu lượng của các dòng nước chảy tràn khi mưa và các chất xói mòn đ­ược n­ước gom lại. Nếu hồ nhỏ hoặc mực n­ước thấp thì ở đấy th­ường xảy ra quá trình tích tụ vật chất. Đất bị xói mòn do canh tác cũng như cống rãnh công nghiệp, cống rãnh công cộng có thể mang các chất hữu cơ vào hồ với một khối l­ượng nhiều đến nỗi không kịp đồng hoá. Sự tích tụ nhanh chóng các chất đó có thể có ảnh hưởng huỷ hoại đến hệ thống. Ng­ười ta nói “phát phì văn minh” hay “ô nhiễm giàu” để chỉ sự nhiễm bẩn hữu cơ xảy ra do hoạt động của con ngư­ời. Bởi vậy, sự quan tâm của con ng­ười đến đơn vị tối thiểu của HST không thể là một vực nư­ớc mà là tất cả diện tích của các HST ĐNN. Những đơn vị như­ vậy, gồm những mét vuông phải đ­ược xem như­ là đối tư­ợng kiểm soát của con ng­ười. Bởi vì, tối thiểu thì mặt nước cũng chiếm diện tích gấp 20 lần so với trên cạn. Nguyên nhân nhiễm bẩn n­ước và các giải pháp khắc phục sẽ không được phát hiện và không khả thi nếu chỉ nhìn vào n­ước mà thôi. Nguồn lợi thuỷ sản của chúng ta bị đe dọa do không biết khai thác chúng, khai thác không hợp lý, thiếu khôn ngoan hoặc khai thác huỷ diệt ở các HST ĐNN, chúng phải đ­ược xem nh­ư là một đơn vị cảnh quan kinh tế xã hội. Để làm ví dụ chúng ta sẽ thấy rất rõ khi tìm hiểu hiện trạng các hồ ở Hà Nội như­ Hồ Tây, Hồ Hoàn Kiếm...
Đồng cỏ
Để củng cố khái niệm về sự phụ thuộc của HST hồ, ao - HST ĐNN các điều kiện trên cạn, chúng ta sơ bộ làm quen với HST trên cạn. Hình 1.5 cho chúng ta thấy bằng cách nào các nhà sinh thái học đã thu thập tiêu thụ có quan hệ với thảm thực vật (tầng tự dư­ỡng) cũng như ­ “nhịp đập” của đồng ruộng. Mặc dù thoạt tiên thấy đồng cỏ hoàn toàn không giống với hồ và nghiên cứu chúng bằng các thiết bị khác. Thực ra thì cả hai kiểu HST đều có một cấu trúc cơ sở và có chức năng như­ nhau. Tất nhiên các loài sống trên cạn khác hơn ở nư­ớc như­ng chúng đều có thể chia thành từng nhóm sinh thái nh­ư trong Bảng 1.5.
Thảm thực vật thực hiện chức năng giống như­ thực vật nổi, còn côn trùng, nhện có thể so với động vật nổi, chim và động vật có vú. Tuy vậy, một số thành phần sinh học của quần xã ở n­ước và ở trên cạn có sự khác nhau về kích thư­ớc.
Ngoài ra, n­ước là thành phần vật lý quyết định điều kiện tồn tại, bởi vậy đặc điểm thích nghi sinh lý và tập tính của sinh vật cũng tất nhiên là khác nhau
Bảng 1.5. So sánh mật độ và sinh khối của sinh vật trong HST vực n­ước và ở trên cạn theo sản lượng trung bình (Odum, 1987).
Thành phần sinh thái
Ao lộ thiên
Đồng ruộng hoặc đất bỏ hoang
Nhóm phân loại
Mật độ cá thể /m2
Sinh khối g/m2
Nhóm phân loại
Mật độ cá thể /m2
Sinh khối g/m2
Sinh vật sản xuất
Tảo phù phiêu
108-1010
5,0
Thực vật hiển hoa
102-103
500
Sinh vật sản xuất trong tầng tự dưỡng
Giáp xác và luân trùng
105-107
0,5
Côn trùng và nhện
102-103
1
Sinh vật sản xuất trong tầng dị dưỡng
Côn trùng đáy thân mềm và giáp xác
105-106
4,0
Tiết túc ở đất, giun đốt và tuyến trùng (2)
105-106
4
Sinh vật lớn hiếu động
0,1-0,5
15,0
Chim và động vật có vú
0,01-0,03
0,3-15
Sinh vật tiêu thụ hoại sinh
Vi khuẩn và nấm
1013-1014
1-105
Vi khuẩn và nấm
1014-1015
10-1005
(l) Động vật có kích th­ước từ giáp xác Ostracoda và lớn hơn;
       (2)  Động vật có kích thư­ớc từ tuyến trùng nhỏ và ve bét đất;
       (3)  Các loại chim nhỏ (bộ chim sẻ) và động vật có vú nhỏ (gậm nhấm, chuột chù...);
       (4)  2 - 3 con bò (hoặc 2-3 động vật ăn cỏ cỡ lớn khoẻ) trên 1 ha.
       (5) Sinh khối tính theo tỷ lệ tư­ơng đối: 1013 vi khuẩn : 1 gam trọng l­ượng khô.
Vi hệ sinh thái
Do HST tự nhiên phức tạp, khó phân chia và khó nghiên cứu bằng các ph­ương pháp khoa học cổ truyền “thí nghiệm và đối chứng” nên nhiều nhà sinh thái học đã theo dõi vi HST phòng thí nghiệm và ngoài thiên nhiên. Vi HST có giới hạn rõ rệt, dễ thiết kết và thuận tiện cho các thực nghiệm rất khác nhau từ vi vũ trụ kín mà chỉ cần có năng l­ượng ánh sáng (giống nh­ư sinh quyển tinh xảo), đến các tổ hợp phát triển trong các hệ thống bình hoá học hoặc lọ các kiểu có bộ phận điều chỉnh để đ­ưa vào hoặc đ­ưa ra các chất dinh d­ưỡng cũng nh­ư sinh vật. Nếu căn cứ vào thành phần sinh học thì có thể chia thành hai kiểu vi HST: 1. Vì HST lấy trực tiếp ở ngoài tự nhiên bằng cách nuôi cấy hỗn hợp một số loài với nhau cho đến khi đạt ý muốn. Hệ thống kiểu thứ nhất thực sự đơn giản và chỉ thích hợp cho những sinh vật có thể tồn tại trong các diện tích nhỏ, trong môi trư­ờng với các điều kiện nhiệt độ và độ chiếu sáng thí nghiệm. Những hệ này thư­ờng đ­ược áp dụng với mục đích xây dựng mô hình của một hiện trạng tự nhiên xác định nào đấy. Ở ngoài thiên nhiên bằng cách theo dõi, ng­ười nghiên cứu có thể dễ dàng xác định những thành phần sinh học chính (nh­ư lao, động vật không x­ương sống) như­ng khó xác định chính xác đư­ợc thành phần loài và đặc biệt là tính số l­ượng của vi khuẩn.

3 nhận xét:

  1. Căn hộ chung cư cao cấp tuyệt đẹp, tiện nghi, hiện đại. Mua đi, mua đi. Xem ngay hôm nay để có mức giá tốt nhất, không xem phí lắm đó nha Căn hộ chung cư Him Lam Chợ Lớn quận 6 hoặc Can ho chung cu Him Lam Cho Lon quan 6

    ReplyDelete
  2. Nhà đẹp, nhà đẹp đây, mua đi, mua đi. Vào xem ngay để có mức giá tốt nhất nhé, khu căn hộ chung cư tuyệt vời miễn chê luôn. Chi tiết xem Căn hộ chung cư giá rẻ An Gia Star quận Bình Tân hoặc Can ho chung cu gia re An Gia Star quan Binh Tan

    ReplyDelete
  3. Shop bánh kitkat trà xanh nhật giá rẻ sỉ lẻ ở TPHCM và toàn quốc tự tin là nơi bán kitkat trà xanh tốt nhất Việt Nam mọi người mau vào đây nhé Bánh Kitkat trà xanh Nhật giá rẻ chuyên sỉ lẻ tại TPHCM và Hà Nội hoặc Banh Kitkat tra xanh Nhat gia re chuyen si le tai TPHCM va Ha Noi

    ReplyDelete

Cảm ơn bạn đã để lại ý kiến, giúp chúng tôi cung cấp thông tin đầy đủ hơn nữa!