Lâm nghiệp - Sinh vật bắt mồi ăn thịt

1 6.5. Sinh vật bắt mồi ăn thịt 1. Quan hệ SVBM ăn thịt-con mồi 2. Mô hình bắt mồi ăn thịt 3. Sự thích ứng chức năng hay số lượng (Functional vs. numeric response) 4. Độ bền vững của mô hình vật ăn thịt- con mồi. Hai vấn đề lớn: 1. Vật ăn thịt hạn chế quần thể con mồi dưới sức chứa môi trường K . Con mồi (bét) Vật ăn thịt − − 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 Tháng M ậ t đ ộ q u ầ n t h ể 2. Quần thể vật ăn thịt và con mồi tăng hay giảm theo vòng quy luật. Mèo rừng = Bắt mồi Thỏ = Con mồi 2 Vòng quan hệ vật ăn thịt – con mồi: 1. Vật ăn thịt ăn con mồi và làm giảm số lượng của chúng. 2. Vật ăn thịt bị đói nên giảm số lượng. 3. Do có ít vật ăn thịt hơn nên con mồi có tỷ lệ sông sót cao hơn do đó quần thể con mồi lại tăng lên. 4. Quần thể con mồi tăng lại tạo điều kiện để vật ăn thịt tăng lên. Và cứ tiếp tục như vậy Mô hình Lotka-Volterra: Tóm tắt 1. Con mồi gia tăng theo hàm số mũ khi thiếu vắng vật ăn thịt. 2. Ăn thịt tỷ lệ thuận với sức sinh sản của con mồi và vật ăn thịt. (bắt gặp ngẫu nhiên). 3. Quần thể vật ăn thịt tăng lên theo số lượng con mồi. Tỷ lệ chết phụ thuộc vào mật độ con mồi. R = kích thước quần thể con mồi (“tài nguyên”) P = kích thước quần thể vật bắt mồi ăn thịt r = Tỷ lệ tăng trưởng theo hàm số mũ của con mồi (exponential growth rate of the prey) c = Hiệu lực bắt mồi của vật ăn thịt (capture efficiency of the predators) cRPrR dt dR  cRPrR dt dR  Tỷ lệ thay đổi của quần thể con mồi Tỷ lệ tăng trưởng tiềm năng của con mồi Lượng con mồi bị vật ăn thịt ăn 3 Vật ăn thịt (VAT): a = Hiệu lực thay đổi con mồi thành VAT d = tỷ lệ chết của VAT dPacRP dt dP  Tốc độ thay đổi của quần thể VAT Mức biến đổi thành VAT của con mồi Tỷ lệ chết của VAT • Con mồi tiến tới trạng thái cân bằng khi dR/dt = 0 – Trạng thái cân bằng (equilibrium – state) – Quần thể ở trạng thái cân bằng không thay đổi • Sự ổn định của quần thể con mồi phụ thuộc vào kích thước quần thể vật ăn thịt. cRPrR dt dR  0 c r P   • Quần thể vật ăn thịt tiến tới trạng thái cân bằng khi dP/dt = 0 • Quần thể VAT ổn định phụ thuộc vào kích thước quần thể con mồi. dPacRP dt dP  0 ac d R   • Đường đẳng khuynh (Isocline) – Quần thể không thay đổi • Số lượng VAT không đổi nếu R = d/ac • Số lượng con mồi không đổi nếu P = r/c. R = kích thước quần thể con mồi (“tài nguyên”) P = kích thước quần thể vật ăn thịt r = Tỷ lệ tăng trưởng của con mồi c = Hiệu lực bắt mồi của vật ăn thịt a = Hiệu lực con mồi thành VAT 4 Số lượng con mồi (R) Số lượng VAT (P) c r P   ac d R   VAT có số lượng không đổi khi: Con mồi ổn định khi: Số lượng con mồi (R) Số lượng VAT (P) d/ac r/c Đường đẳng khuynh của CON MỒI c r P   Con mồi ổn định khi: Con mồi tăng Con mồi giảm Số lượng CON MỒI phụ thuộc vào quần thể VAT Số lượng con mồi (R) Số lượng VAT (P) d/ac VAT đẳng khuynh ac d R   VAT ổn định khi: Số lượng VAT phụ thuộc vào quần thể con mồi VAT tăng VAT giảm Số lượng con mồi (R) Số lượng VAT (P) d/ac r/c Điểm cân bằng equilibrium c r P   ac d R   5 S ố l ư ợ n g V A T ( P ) Số lượng CON MỒI (R) S ố l ư ợ n g V A T h a y C O N M Ồ I Thời gian Một vòng con mồi Con mồi Vật ăn thịt Sự thay đổi số lượng CON MỒI có thể gây ra 2 loại phản ứng: Phản ứng chức năng (Functional response) – Mối quan hệ giữa cá thể vật ăn thịt với mật độ con mồi. Phản ứng lượng (Numeric response) – thay đổi số lượng quần thể VAT ứng với khả năng kiếm mồi. Mô hình Lotka-Volterra: ăn thịt (tiêu thụ) con mồi tỷ lệ thuận với khả năng có con mồi (cRP) – Type I mô hình chức năng (functional response) – VAT không bao giờ được thõa mãn – Không hạn chế tốc độ sinh trưởng của VAT Sinh khối cỏ g/m2 T ố c đ ộ ă n c ỏ 6 Type II functional response – tỷ lệ ăn thịt con mồi mới đầu tăng, nhưng sau đó VAT bão hòa (giới hạn trên của sức tiêu diệt con mồi). Mật độ con mồi (CoM) L ư ợ n g c o n m ồ i b ị ă n t h ịt Type III functional response – sức ăn thịt con mồi thấp khi mật độ con mồi thấp, sau đó tăng lên, rồi đạt giới hạn trên. Tại sao có type III functional response? – Khi mật độ thấp, con mồi có cơ hội ẩn náu, nhưng khi mật độ cao hơn dẫn tới thiếu chỗ ẩn nấp. – VAT ngày càng có khả năng bắt mồi tốt hơn khi có nhiều con mồi. – VAT có thể thay đổi loài con mồi khi mật độ con mồi cao hay thấp. Mật độ quần thể con mồi S ố l ư ợ n g c o n m ồ i b ị ă n T ỷ l ệ c o n m ồ i b ị ă n 7 Sự thay đổi số lượng (phản ứng số) do • Sinh trưởng của quần thể – (Thông thường đa số quần thể VAT sinh trưởng chậm) • Sự nhập cư – Quần thể VAT có thể bị hấp dẫn bởi sự bùng nổ số lượng con mồi. mèo Chó sói Thỏ hoang C o n m ồ i tr ê n 1 0 0 h a V ậ t ă n th ịt trê n 1 0 0 h a Năm Mối quan hệ dạng chu kỳ VAT-CoM có thể không bền – Loài bắt mồi lợi hại có thể làm tuyệt giống con mồi (CoM). – Một khi quần thể vượt quá điểm cân bằng có thể không còn sức để quay trở về điểm cân bằng nữa. – Có thể sự dao động nẫu nhiên khiến cho 1 loài hoặc cả 2 loài bị tuyệt diệt. 8 Các yếu tố thúc đẩy sự bền vững của mối quan hệ VAT-CoM 1. Vật ăn thịt không lợi hại (con mồi thoát nạn) – Vật ăn thịt không hiệu quả (giá trị c thấp) cho phép nhiều con mồi sống sót – Nhiều con mồi sống tạo điều kiện nguồn sinh sống cho nhiều vật ăn thịt 2. Các yếu tố bên ngoài hạn chế quần thể – Tỷ lệ VAT chết (d ) cao – Tỷ lệ tăng trưởng CoM (r) thấp 3. Có nguồn thức ăn khác cho VAT – Giảm áp lực tới quần thể con mồi CoM 4. Có nơi ẩn náu khỏ bị ăn thịt khi mật độ con mồi thấp – Ngăn cản quần thể con mồi giảm xuống quá thấp. 5. Phản ứng thay đổi số lượng nhanh của VAT khi quần thể con mồi thay đổi. • Thí nghiệm của Huffaker về sự chung sống giữa VAT-CoM • 2 loài ve bét, loài ăn thịt và con mồi 9 • Bắt đầu thí nghiệm – VAT săn đuổi dẫn tới nguy cơ tuyệt chủng con mồi, sau đó tự VAT cũng bị tuyệt diệt • Đưa rào cản phân tách tạo điều kiện để VAT và CoM cùng chung sống. Nơi ẩn náu khỏi bị ăn thịt cho phép VAT và CoM cùng chung sống S ố l ư ợ n g c o n m ồ i Chu kỳ 1 Chu kỳ 2 Chu kỳ 2 S ố lư ợ n g v ậ t ă n th ịt Con mồi Ăn thịt Mật độ quần thể con mồi Tốc độ sinh trưởng trên đầu cá thể K ro Sự bùng nổ số lượng con mồi (“dịch CoM) cRP rR dt dR Đường cong sinh trưởng của quần thể Tỷ lệ chết trên đầu cá thể K Type III đối với VAT )(predation dt dR  rR Mật độ quần thể con mồi 10 Tình trạng bền vững của mối quan hệ VAT-CoM Dưới điểm A – Tỷ lệ sinh > Tỷ lệ chết; Quần thể gia tăng số lượng A Tại điểm A – Điểm cân bằng bền vững; quần thể tăng khi ở dưới điểm A và sẽ giảm khi ở trên điểm A A Giữa điểm A & B – VAT làm giảm quần thể trở về điểm A A B 11 Điểm cân bằng không bền (Unstable equilibrium) – Điểm cân bằng mà quần thể chuyển sang điểm cân bằng mới, khác trước khi bị nhiễu loạn môi trường Điểm B – Điểm cân bằng không bền; dưới điểm B, hoạt động ăn thịt đẩy quần thể về điểm A; trên điểm B, VAT có hiệu lực bắt mồi thấp, quần thể giảm xuống điểm C B Giữa điểm B & C – VAT có hiệu lục thấp con mồi tăng tới điểm C B Điểm C – Cân bằng bền vững B 12 • Hệ VAT-CoM có nhiều trạng thái bền vững khác nhau. • Giảm số lượng VAT có thể dẫn tới dịch con mồi Tỷ lệ sinh Tỷ lệ chết