Bài 1: Định nghĩa và tổng quan  về sinh thái học

SINH THÁI HỌC CƠ BẢN (BASIC ECOLOGY) Giáo viên phụ trách: TS. Phạm Đức Toàn Viện NC Công nghệ Sinh học và Môi trường Trường Đại học Nông Lâm Tp. Hồ Chí Minh Email: phamductoan@hcmuaf.edu.vn Điện thoại: 0918386966 BÀI 1: ĐỊNH NGHĨA VÀ TỔNG QUAN  VỀ SINH THÁI HỌC  1. Định nghĩa về sinh thái học  Thuật ngữ sinh thái học (Ecology) bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp: Oikos và logos, oikos là nhà hay nơi ở và logos là khoa học hay học thuật  Theo nghĩa hẹp thì sinh thái học là khoa học nghiên cứu về “nhà”, “nơi ở” của sinh vật  Hoặc rộng hơn, sinh thái học là khoa học nghiên cứu mối quan hệ giữa sinh vật hoặc một nhóm hay nhiều nhóm sinh vật với môi trường xung quanh Sinh thái học là môn khoa học nghiên cứu về sự phân bố và sinh sống của những sinh vật sống và các tác động qua lại giữa các sinh vật và môi trường sống của chúng Các chủ đề mà các nhà sinh thái học quan tâm như đa dạng sinh học, sự phân bố, sinh khối, số lượng cá thể, quần thể của các sinh vật, cũng như sự cạnh tranh giữa chúng bên trong và giữa các hệ sinh thái  Môi trường sống của một sinh vật hàm chứa:  Tổng hòa các nhân tố vật lý như khí hậu, thời tiết, tốc độ gió, nhiệt độ, ánh sáng, địa lý được gọi là ổ sinh thái  Các sinh vật khác sinh sống trong cùng ‘ổ sinh thái’  Các hệ sinh thái thường được nghiên cứu ở nhiều cấp độ khác nhau từ cá thể và các quần thể cho đến các hệ sinh thái và sinh quyển. Sinh thái học là môn khoa học đa ngành, nghĩa là dựa trên nhiều ngành khoa học khác nhau. 2. Các khái niệm cơ bản về sinh thái học 2.1 Sinh vật và môi trường 2.1.1 Sinh vật Sinh vật và môi trường có quan hệ khăng khít với nhau và thường xuyên tác động qua lại lẫn nhau. Sinh vật gồm có:  Các nhóm thực vật: thực vật bậc thấp, bậc cao  Vi khuẩn, nấm, địa y  Động vật: có xương sống, không xương sống, có vú, không có vú Sự khác nhau giữa động vật và thực vật  Thực vật tổng hợp được chất hữu cơ từ CO2 và H2O bằng năng lượng mặt trời  Động vật chỉ có thể dùng chất hữu cơ có sẵn lấy từ động vật và thực vật khác  Ngoài ra động vật còn có cơ quan di chuyển, có hệ thần kinh, các giác quan mà ở thực vật không có 2.1.2 Môi trường  Môi trường bao gồm tất cả những gì xung quanh sinh vật, tất cả các yếu tố vô sinh và hữu sinh có tác dụng trực tiếp hoặc gián tiếp lên sự sinh sống, phát triển và sinh sản của sinh vật  Môi trường được chia ra các thành phần như  Thạch quyển – Môi trường đất  Thuỷ quyển – Môi trường nước  Khí quyển – Môi trường không khí  Thạch quyển – Môi trường đất Thành phần và tính chất của thạch quyển tương đối ổn định và ảnh hưởng đến sự sống của sinh vật trên trái đất  Thuỷ quyển – Môi trường nước Đại dương, sông ngòi, ao hồ, nước ngầm, băng tuyết, hơi nước. Thuỷ quyển đóng vai trò duy trì sự sống và cân bằng khí hậu trên trái đất. Không có nước không có sự sống  Khí quyển – Môi trường không khí Đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong việc duy trì sự sống của sinh vật và quyết định tính chất khí hậu và thời tiết trái đất Về mặt sinh học thì tổng hòa thạch quyển, thủy quyển và khí quyển được gọi là môi trường sinh quyển Sinh quyển bao gồm các thành phần hữu sinh và thành phần vô sinh có quan hệ chặt chẽ và tương tác phức tạp với nhau  Nhân tố vô sinh Bao gồm tất cả các nhân tố không phải sự sống của thiên nhiên có ảnh hưởng đến cơ thể sinh vật như khí hậu, nhiệt độ, không khí, độ ẩm, ánh sáng, tốc độ gió, hướng gió, các nhân tố về thổ dưỡng, thuỷ văn, khí tượng, lưu tốc dòng chảy.  Nhân tố hữu sinh Bao gồm các sinh vật và mọi tác động của chúng lên cơ thể sinh vật. Và yếu tố con người bao gồm mọi tác động trực tiếp của con người lên cơ thể sinh vật  Sự ảnh hưởng của các yếu tố hữu sinh lên đời sống sinh vật ở nhiều mức độ khác nhau  Các cá thể sống ở tự nhiên trong cùng một điều kiện, nơi sinh sống có thể có những kiểu quan hệ với nhau tuỳ theo mức độ mà có những cách gọi khác nhau:  Cạnh tranh  Cộng sinh  Ký sinh  Vật ăn thịt và con mồi 2.2 Quần thể sinh vật  Tập hợp tất cả các cá thể của cùng một loài và cùng sống chung trong một nơi gọi là quần thể sinh vật.  Quần thể là một nhóm cá thể của một loài, khác nhau về kích thước, độ tuổi, giới tính… phân bổ trong vùng phân bổ của loài, chúng tự giao phối với nhau để tạo nên cá thể mới. Đặc trưng của quần thể sinh vật  Mỗi quần thể có sự phân bổ theo không gian những cá thể của nó  Mỗi quần thể đều có cấu trúc về thành phần tuổi, về tỷ lệ giới tính riêng  Mỗi quần thể có đặc trưng riêng về tốc độ tăng trưởng, về kích thước hay số lượng và sự biến động về số lượng cá thể theo thời gian  Một đặc trưng nữa của quần thể là sự biến động số lượng cá thể theo mùa và theo thời gian nhiều năm  Tồn tại và phát triển trong các điều kiện môi trường nhất định 2.3 Quần xã sinh vật Quần xã sinh vật là tổ hợp quần thể của ít nhất hai loài phân bổ trong một nơi sinh sống nhất định Các đặc trưng của quần xã sinh vật  Cấu trúc thành phần loài và số lượng cá thể của từng loài  Cấu trúc về không gian tức là sự phân bổ theo không gian của các sinh vật trong quần xã  Cấu trúc về dung lượng  Theo thời gian các quần xã đều có sự biến đổi 2.4 Hệ sinh thái  Mỗi quần xã sinh vật, nó bao gồm nhiều quần thể sinh vật cùng với khu vực sống của quần xã thường tạo thành một hệ thống tương đối ổn định và hoàn chỉnh được gọi là hệ sinh thái  Hệ sinh thái = Quần xã sinh vật + môi trường Các hệ sinh thái được xếp vào 3 nhóm  Nhóm hệ sinh thái trên cạn - hệ sinh thái rừng, - hệ sinh thái ruộng lúa v.v...  Nhóm hệ sinh thái nước ngọt - hệ sinh thái ao, hồ, kênh mương, - sông, suối, các cửa sông v.v...  Nhóm hệ sinh thái nước mặn - hệ sinh thái biển, - hệ sinh thái gần bờ, xa bờ v.v... Cấu trúc hệ sinh thái: Mỗi một hệ sinh thái bao giờ cũng có 2 bộ phận cấu thành đó là  thành phần sống hay gọi là giới hữu sinh - sinh vật như thực vật, - động vật, - vi sinh vật  và thành phần vô sinh - các yếu tố thời tiết, khí hậu, ánh sáng - đất đai, thổ nhưỡng Thành phần sống hay giới hữu sinh gồm có  Sinh vật sản xuất  Sinh vật tiêu thụ Ví dụ:  Loài ăn cỏ – vật tiêu thụ bậc 1: là sinh vật chỉ ăn cây cỏ  Loài ăn thịt – vật tiêu thụ bậc 2, 3, ...n là sinh vật tiêu thụ chỉ ăn các loài động vật  Loài ăn tạp – vật tiêu thụ bậc 1 hoặc bậc 2, 3, …n là loài ăn cả cây cỏ và động vật  Vật phân huỷ các vsv phân hủy xác thực vật, động vật Thành phần vô sinh  Các yếu tố hóa học bao gồm các hợp chất vô cơ và hữu cơ  Các yếu tố vật lý bao gồm nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm, gió … tham gia vào vòng tuần hoàn vật chất. 3. Đối tượng nghiên cứu của sinh thái học Nghiên cứu tất cả các mối quan hệ giữa sinh vật và môi trường:  Đơn vị: Nguyên tử - Phân tử - Tế bào - Mô - Cơ quan - Cá thể - Quần thể -Quần xã - Hệ sinh thái  Đối tượng: Cá thể, Quần thể, Quần xã, Hệ sinh thái. Các nghiên cứu của sinh thái học  Nghiên cứu đặc điểm của các nhân tố môi trường ảnh hưởng đến đời sống của các sinh vật và sự thích nghi của chúng với các điều kiện ngoại cảnh khác nhau  Nghiên cứu nhịp điệu sống của cơ thể liên quan đến các chu kỳ ngày đêm và các chu kỳ địa lý của quả đất và sự thích ứng của các sinh vật  N/c điều kiện hình thành quần thể, những đặc điểm cơ bản và mối quan hệ trong nội bộ quần thể (như phân bố, mật độ, sinh trưởng, sinh sản, tử vong…) giữa quần thể với môi trường thể hiện trong sự biến động và điều chỉnh số lượng cá thể.  Nghiên cứu các đặc điểm cấu trúc của các quần xã, mối quan hệ giữa trong nội bộ quần thể khác nhau, quá trình biến đổi của các quần xã theo không gian và thời gian qua các loại hình diễn thế (succession).  Nghiên cứu sự chuyển hoá vật chất và năng lượng trong quần xã, giữa quần xã và ngoại cảnh, thể hiện trong các chuỗi và lưới thức ăn, các bậc dinh dưỡng và sự hình thành những hình tháp sinh thái về số lượng và năng lượng.  Nghiên cứu những nhân tố vô cơ cần thiết cho sinh vật, tham gia vào chu trình sinh địa hoá trong thiên nhiên; từ đó xác định rõ mối tương quan trong hệ sinh thái để nghiên cứu năng suất sinh học của các hệ sinh thái khác nhau.  Nghiên cứu cấu trúc của sinh quyển gồm những vùng địa lý sinh vật lớn trên trái đất, cung cấp những hiểu biết tương đối đầy đủ về thế giới của chúng ta.  Ứng dụng các kiến thức về sinh thái học vào việc tìm hiểu tài nguyên thiên nhiên, phân tích những sai lầm của con người trong việc sử dụng lãng phí tài nguyên, làm ô nhiễm môi trường và những hậu quả tai hại; từ đó đề ra các biện pháp phục hồi tài nguyên sinh vật, bảo vệ môi trường đáp ứng nhu cầu cần thiết cho sản xuất, sinh hoạt, thẩm mĩ, nghỉ ngơi…và giữ cân bằng sinh thái.  Thông qua các kiến thức về sinh thái học đóng góp tích cực vào công việc giáo dục dân số 4. Mối quan hệ giữa sinh thái học với các lĩnh vực khác  Sinh thái học là môn khoa học cơ bản trong sinh vật học, nó cung cấp những nguyên tắc, khái niệm cho việc nghiên cứu sinh thái học các nhóm ngành phân loại riêng lẻ như sinh thái học động vật, sinh thái học thực vật  Sinh thái học có liên hệ chặt chẽ với các lĩnh vực khác như thổ nhưỡng, khí tượng và địa lý tự nhiên, vì sinh thái học sử dụng kiến thức và kết quả nghiên cứu về khí hậu, đất đai 5. Phương pháp nghiên cứu sinh thái học Phương pháp nghiên cứu của sinh thái học gồm  Nghiên cứu thực địa (hay ngoài trời) là những quan sát, ghi chép, đo đạc, thu mẫu  Nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành trong phòng thí nghiệm hay bán tự nhiên  Và phương pháp mô phỏng: Tất cả những kết quả của 2 phương pháp nghiên cứu trên là cơ sở cho phương pháp mô phỏng hay mô hình hoá, dựa trên công cụ là toán học và thông tin được xử lý 6. Ý nghĩa của sinh thái học  Cũng như các khoa học khác, những kiến thức của sinh thái học đã và đang đóng góp to lớn cho nền văn minh của nhân loại trên cả hai khía cạnh lý luận và thực tiễn  Cùng với các lĩnh vực khác trong sinh học, sinh thái học giúp chúng ta ngày càng hiểu biết sâu sắc về bản chất của sự sống trong mối tương tác với các yếu tố của môi trường, cả hiện tại và quá khứ, trong đó bao gồm cuộc sống và sự tiến hoá của con người Trong cuộc sống, sinh thái học đã có những thành tựu to lớn được con người ứng dụng vào những lĩnh vực như:  Nâng cao năng suất vật nuôi và cây trồng trên cơ sở cải tạo các điều kiện sống của chúng.  Hạn chế và tiêu diệt các dịch hại, bảo vệ đời sống cho vật nuôi, cây trồng và đời sống của cả 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 sự khai thác bền vững.  Bảo vệ và cải tạo môi trường sống cho con người và các loài sinh vật sống tốt hơn.  Sinh thái học giờ đây là cơ sở khoa học, là phương thức cho chiến lược phát triển bền vững của xã hội con người đang sống trên hành tinh