Lý thuyết Sinh thái học quần xã (Sinh 12 Cánh diều Bài 22)

Với tóm tắt lý thuyết Sinh 12 Bài 22: Sinh thái học quần xã hay nhất, ngắn gọn sẽ giúp học sinh lớp 12 nắm vững kiến thức trọng tâm, ôn luyện để học tốt môn Sinh học 12.

Lý thuyết Sinh thái học quần xã (Sinh 12 Cánh diều Bài 22)

TRẮC NGHIỆM ONLINE

I. KHÁI NIỆM QUẦN XÃ SINH VẬT

- Khái niệm: Quần xã sinh vật là một tập hợp các quần thể sinh vật khác loài, cùng sống trong một không gian nhất định, giữa chúng có mối quan hệ chặt chẽ với nhau và với môi trường, tạo thành một cấu trúc tương đối ổn định, có khả năng tự điều chỉnh.

Quần xã sinh vật đầm lầy

- Quần xã sinh vật được hình thành trong một quá trình lịch sử, có cấu trúc ổn định tương đối với các đặc trưng cơ bản về thành phần loài, sự phân bố của các loài trong không gian, mối quan hệ dinh dưỡng giữa các loài.

- Quần xã sinh vật và môi trường có sự trao đổi chất và chuyển hoá năng lượng.

Các loài trong quần xã có tác động qua lại với nhau cũng như tác động qua lại với môi trường. Các mối tương tác này tạo nên sự cân bằng và giúp quần xã tăng trưởng, đảm bảo quần xã là một tổ chức tương đối ổn định và thích nghi với môi trường sống.

Sơ đồ minh hoạ cấu trúc của quần xã sinh vật

→ Quần xã sinh vật lại được coi là một cấp độ tổ chức của sự sống vì:

- Cấu tạo theo nguyên tắc thứ bậc: Vừa có những đặc điểm của các cấp độ tổ chức thấp hơn, vừa có những đặc trưng cơ bản của quần xã mà các cấp độ tổ chức thấp hơn không có được như chỉ số đa dạng và phong phú, phân bố trong không gian,…

- Là hệ thống mở: Các loài trong quần xã có tác động qua lại với nhau cũng như tác động qua lại với môi trường thông qua sự trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng, tạo thành một cấu trúc tương đối ổn định.

- Có khả năng tự điều chỉnh tạo trạng thái cân bằng động của quần xã.

- Liên tục tiến hóa: Cấu trúc về thành phần loài, cấu trúc không gian của quần xã có thể thay đổi (diễn thế sinh thái).

II. CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA QUẦN XÃ

1. Đặc trưng về thành phần loài

- Đặc trưng về thành phần loài được biểu thị qua số lượng các loài sinh vật trong quần xã.

- Mức độ thay đổi thành phần loài cho biết tính ổn định, biến động hay suy thoái của quần xã. Thông thường các quần xã ổn định có số lượng loài lớn.

- Quần xã sinh vật thường đặc trưng bởi ba nhóm loài: loài ưu thế, loài đặc trưng và loài chủ chốt.

+ Loài ưu thế: Đóng vai trò quan trọng trong quần xã do có số lượng cá thể nhiều, sinh khối lớn và mức hoạt động mạnh, chi phối các loài sinh vật khác cũng như môi trường. Ví dụ: Các cây thuộc họ Đước thường là loài chiếm ưu thế trong quần xã rừng ngập mặn.

Cây họ Đước trong hệ sinh thái rừng ngập mặn

+ Loài đặc trưng: Là loài chỉ có ở một quần xã nào đó hoặc ở đó chúng có số lượng nhiều, tạo nên sự khác biệt so với các loài khác. Ví dụ: Voọc mông trắng là loài đặc trưng chỉ có ở Việt Nam; dừa nước là loài đặc trưng của miền Tây Nam Bộ.

Voọc mông trắng là loài đặc trưng chỉ có ở Việt Nam

+ Loài chủ chốt: Có số lượng (sinh khối) ít nhưng hoạt động mạnh, chi phối các loài khác trong quần xã thông qua việc kiểm soát chuỗi thức ăn. Vai trò của loài chủ chốt trong quần xã rất quan trọng vì chúng có khả năng khống chế không cho một loài nào đó phát triển quá mức. Ví dụ: Các loài ăn thịt như sư tử, hổ, báo,... thường là các loài chủ chốt của các quần xã trên cạn.

Sư tử, hổ, báo,… là những loài chủ chốt trong quần xã rừng mưa nhiệt đới

+ Ngoài ba nhóm loài kể trên, trong quần xã sinh vật còn những nhóm loài khác, ví dụ như loài thứ yếu (đóng vai trò thay thế loài ưu thế khi nhóm loài này suy vong), loài ngẫu nhiên (loài có sự xuất hiện và độ phong phú thấp) và loài ngoại lai.

2. Đặc trưng về độ đa dạng và phong phú của quần xã sinh vật

- Độ đa dạng và phong phú của quần xã sinh vật được đánh giá dựa trên số lượng các loài khác nhau và tỉ lệ số cá thể mỗi loài trên tổng số cá thể trong quần xã (độ phong phú tương đối của loài).

- Độ đa dạng và phong phú của quần xã thể hiện sự biến động, ổn định hay suy thoái của quần xã: Một quần xã ổn định thường có số lượng loài nhiều và độ phong phú tương đối của mỗi loài cao và ngược lại.

Quần xã 1 có độ đa dạng cao hơn quần xã 2

- Mức độ đa dạng và phong phú của quần xã phụ thuộc vào các nhân tố hữu sinh như sự cạnh tranh giữa các loài và mức độ thay đổi của các nhân tố vô sinh của môi trường như nhiệt độ, độ ẩm,...

- Độ đa dạng và phong phú của quần xã sinh vật thường thay đổi theo xu hướng giảm dần từ vĩ độ thấp đến vĩ độ cao, từ chân núi lên đỉnh núi, từ bờ đến khơi xa, từ tầng nước mặt đến tầng đáy sâu. Sự khác biệt này là do sự thay đổi có tính quy luật của các nhân tố sinh thái.

Độ đa dạng và phong phú của quần xã sinh vật giảm dần từ chân núi lên đỉnh núi

3. Đặc trưng về cấu trúc không gian của quần xã

- Do sự phân bố không đồng đều của các nhân tố sinh thái, nên sự phân bố của các loài trong không gian cũng khác nhau.

- Sự phân bố thường có xu hướng giúp giảm bớt mức độ cạnh tranh giữa các loài sinh vật và nâng cao hiệu quả của việc sử dụng nguồn sống trong môi trường.

- Có hai kiểu phân bố của các loài trong không gian: theo chiều ngang và theo chiều thẳng đứng.

a. Phân bố theo chiều ngang

- Theo chiều ngang, các quần xã sinh vật phân bố theo những vành đai tương ứng với những thay đổi của môi trường.

- Ví dụ:

+ Trong khu rừng, các loài cây gỗ nhỏ, cây bụi ưa sáng tập trung ở phía ngoài (bìa rừng), các loài cây gỗ lớn lại tập trung ở sâu phía trong.

+ Sự phân bố khác nhau của các loài thực vật, động vật từ đỉnh núi, sườn núi đến chân núi.

Cấu trúc theo phương ngang của các loài thực vật từ đỉnh núi, sườn núi đến chân núi

+ Sự phân bố của các loài thực vật trong quần xã sinh vật rừng ngập mặn.

Mô hình thể hiện sự phân bố của quần xã sinh vật rừng ngập mặn theo chiều ngang

b. Phân bố theo chiều thẳng đứng

- Theo chiều thẳng đứng, các loài sinh vật phân tầng theo các tầng tương ứng với điều kiện sinh thái và nơi có nguồn sống phù hợp.

- Ví dụ:

+ Sự phân bố của các quần thể thực vật trong một kiểu rừng mưa nhiệt đới: Rừng mưa nhiệt đới thường phân thành nhiều tầng, trong đó các cây ưa sáng tạo thành ba tầng cây gỗ (tầng vượt tán, tầng tán rừng và tầng dưới tán), các cây ưa bóng tạo thành tầng cây bụi và cỏ. Sự phân tầng của thực vật kéo theo sự phân tầng của động vật. Nhiều loài chim, côn trùng sống trên tán các cây cao; khỉ, vượn, sóc sống leo trèo trên cành cây; một số loài ăn cỏ như hươu, nai sống trên mặt đất.

Cấu trúc không gian theo phương thẳng đứng của một kiểu rừng mưa nhiệt đới

+ Sự phân bố theo tầng ở các hồ nước: tầng mặt (bèo, tảo lam, trùng roi,…); tầng giữa (chủ yếu là các loài tôm, cá); tầng đáy (nhiều loài động vật không xương sống: cua, ốc, trai,… và vi sinh vật: vi khuẩn, vi nấm,…).

Cấu trúc không gian theo phương thẳng đứng của một hồ nước ngọt

+ Ở biển, các sinh vật biển phân bố theo các tầng nước khác nhau: Vùng biển khơi mặt (độ sâu < 200 m là nơi sinh sống của cỏ biển), san hô, tôm, cá ngừ, sứa, rùa,… Vùng biển khơi trung: độ sâu từ khoảng 200 – 1000 m), những loài sống ở đây thường là giáp xác như tôm, cua,… Vùng khơi sâu (độ sâu từ khoảng 1000 - 4000 m) là nơi sinh sống của mực, sao biển, bạch tuộc, cá rắn viper,… Vùng biển khơi sâu thẳm (độ sâu từ 4000 – 6000 m) là nơi sinh sống của sâu biển, nhím biển,…

Cấu trúc không gian theo phương thẳng đứng của một vùng biển

4. Đặc trưng về cấu trúc chức năng dinh dưỡng

Theo cấu trúc và chức năng dinh dưỡng, các loài trong quần xã sinh vật được chia thành ba nhóm, với các chức năng dinh dưỡng khác nhau:

Hoạt động chức năng của các nhóm loài trong quần xã

- Sinh vật sản xuất:

+ Là những sinh vật có khả năng sử dụng năng lượng ánh sáng hoặc hóa học để chuyển hóa CO₂ thành chất hữu cơ.

+ Ví dụ: các loài thực vật, tảo, vi khuẩn quang hợp, vi khuẩn hóa tự dưỡng,…

+ Sinh vật sản xuất trực tiếp hoặc gián tiếp cung cấp nguồn dinh dưỡng (năng lượng) cho các sinh vật khác trong quần xã.

- Sinh vật tiêu thụ:

+ Là những sinh vật không có khả năng chuyển hóa CO₂ thành chất hữu cơ, chúng sử dụng các chất hữu cơ có sẵn từ các sinh vật khác.

+ Sinh vật tiêu thụ thường là các loài động vật, được chia thành các nhóm: nhóm ăn sinh vật sản xuất, nhóm ăn thịt và nhóm ăn tạp.

+ Ví dụ: hổ, báo, châu chấu, thỏ,...

- Sinh vật phân giải:

+ Là những sinh vật sử dụng chất dinh dưỡng từ xác của các sinh vật khác (mùn bã hữu cơ) làm nguồn dinh dưỡng.

+ Ví dụ: nấm, vi khuẩn phân giải,...

- Các nhóm sinh vật trong quần xã với chức năng dinh dưỡng khác nhau đã giúp vật chất và năng lượng được luân chuyển liên tục trong quần xã sinh vật và giữa quần xã sinh vật với môi trường, giúp quần xã tồn tại và phát triển ổn định.

Trao đổi chất và chuyển hoá năng lượng trong quần xã sinh vật (mũi tên màu vàng) và giữa quần xã sinh vật với môi trường (mũi tên màu xanh)

III. QUAN HỆ SINH THÁI GIỮA CÁC LOÀI TRONG QUẦN XÃ

- Căn cứ vào kiểu tương tác giữa các loài trong quần xã, người ta phân chia các mối quan hệ khác loài thành hai nhóm: quan hệ hỗ trợ (cộng sinh, hợp tác, hội sinh) và quan hệ đối địch (cạnh tranh, sinh vật này ăn sinh vật khác, kí sinh – vật chủ, ức chế - cảm nhiễm).

1. Quan hệ hỗ trợ

- Trong quan hệ hỗ trợ, các loài sinh vật đều có lợi hoặc ít nhất một loài có lợi còn loài kia không bị hại.

- Quan hệ hỗ trợ bao gồm:

Mối quan hệ	Đặc điểm	Ví dụ
Cộng sinh	Là mối quan hệ giữa hai hay nhiều loài sinh vật chung sống thường xuyên với nhau, trong đó các loài tham gia đều có lợi.	Sự cộng sinh giữa vi khuẩn Rhizobium và cây họ Đậu; nấm, vi khuẩn lam/tảo lục đơn bào cộng sinh trong địa y; vi khuẩn phân giải cellulose sống cộng sinh trong đường tiêu hóa của động vật ăn cỏ;…
Hợp tác	Là mối quan hệ giữa các cá thể của hai hay nhiều loài, trong đó các loài tham gia đều có lợi. Các loài tham gia hợp tác chỉ kết hợp với nhau trong khoảng thời gian ngắn.	Sự hợp tác giữa cò ruồi và trâu; chim hút mật và thực vật; cá mập và cá xỉa răng;…
Hội sinh	Là mối quan hệ giữa các cá thể của hai hay nhiều loài, trong đó các cá thể của một loài được hưởng lợi nhưng các cá thể của loài khác không được hưởng lợi gì.	Sự hội sinh giữa phong lan sống bám trên cây gỗ lớn; cá ép sống bám trên cá lớn;…

Quan hệ hỗ trợ giữa các loài sinh vật

2. Quan hệ đối kháng

- Trong quan hệ đối kháng, ít nhất một loài bị hại hoặc cả hai loài đều bị hại.

- Quan hệ đối kháng gồm:

Mối quan hệ	Đặc điểm	Ví dụ
Cạnh tranh	Là mối quan hệ trong đó các loài sinh vật cạnh tranh nguồn dinh dưỡng, nơi ở. Trong mối quan hệ này, các loài đều bị ảnh hưởng bất lợi.	Sự cạnh tranh về nguồn sống giữa cây trồng và cỏ; linh cẩu và sư tử cạnh tranh nhau nguồn thức ăn; canh tranh thức ăn giữa thỏ và cừu;…
Sinh vật này ăn sinh vật khác	Là mối quan hệ trong đó một loài sinh vật sử dụng loài sinh vật khác làm thức ăn. Trong mối quan hệ này, loài ăn thịt có lợi còn loài con mồi bị hại.	Trâu ăn cỏ; chim ăn côn trùng; nắp ấm bắt mồi; cá ăn thực vật thủy sinh;…
Kí sinh	Là mối quan hệ trong đó một loài sinh vật sống kí sinh trên cơ thể của các loài khác (vật chủ), loài kí sinh sử dụng các chất dinh dưỡng của cơ thể vật chủ để sinh trưởng, phát triển và có thể làm vật chủ chết dần. Trong mối quan hệ này, loài kí sinh được lợi còn vật chủ bị hại.	Giun, sán sống kí sinh ở người và động vật; rận, chấy sống trên da động vật; nấm kí kí sinh trên cơ thể côn trùng; cây tầm gửi, tơ hồng kí sinh trên cây thân gỗ;…
Ức chế - cảm nhiễm	Là mối quan hệ khi một loài sinh vật trong quá trình sống đã tạo ra chất độc gây hại cho các loài sinh vật khác. Trong mối quan hệ này, loài bị ảnh hưởng bởi chất độc là loài bị hại còn loài tạo ra chất độc không có lợi, cũng không có hại.	Hiện tượng tảo nở hoa (tảo phát triển quá mức) làm các loài động vật thủy sinh như tôm, cua, cá bị chết; cây tỏi, thông đỏ, vân sam,… tiết ra chất ức chế các vi sinh vật sống xung quanh;…

Quan hệ đối kháng giữa các loài sinh vật

IV. MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUẦN XÃ SINH VẬT VÀ BIỆN PHÁP BẢO VỆ

- Sự tồn tại và phát triển của quần xã sinh vật chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố bao gồm các yếu tố vô sinh như bão, lũ lụt, hạn hán, cháy rừng; hữu sinh như loài ngoại lai và con người.

1. Ảnh hưởng của loài ngoại lai

- Khái niệm: Loài ngoại lai là loài xuất hiện và phát triển ở khu vực vốn không phải là môi trường sống tự nhiên của chúng.

- Tác động: Khi nhập vào môi trường mới, nếu điều kiện sinh thái phù hợp, loài ngoại lai có thể cạnh tranh, lấn át các loài bản địa, làm thay đổi cấu trúc dinh dưỡng và ảnh hưởng đến độ đa dạng của quần xã và dẫn đến hình thành một trạng thái cân bằng mới.

- Ví dụ: Ở Việt Nam có 4 loài vi sinh vật, 9 loài động vật và 6 loài thực vật được xác định là loài ngoại lai xâm hại, trong đó có rùa tai đỏ, cá dọn bể, ốc bươu vàng, cây mai dương, cây ngũ sắc và bèo tây.

Một số loài ngoại lai xâm hại ở Việt Nam

+ Cây bèo tây (lục bình): Cây bèo tây là loài di nhập vào Việt Nam, chúng đã thích nghi và phát triển khắp từ miền Bắc vào miền Nam, từ các thủy vực nước ngọt đến vùng nước lợ và trở thành loài ưu thế nếu không có sự kiểm soát của con người. Cây bèo tây làm mức nước hạ thấp và gây tắc nghẽn các kênh tưới tiêu chảy vào cánh đồng; ngăn chặn ánh sáng mặt trời và nguồn oxygen có vai trò thiết yếu đối với đời sống thủy sinh bên dưới;…

+ Ốc bươu vàng: Việc nhập nội ốc bươu vàng vào Việt Nam đã ảnh hưởng không tốt đến các loài bản địa. Ốc bươu vàng có khả năng sinh trưởng phát triển nhanh, cạnh tranh với các loài ốc bản địa đồng thời sử dụng nhiều loài cây khác nhau như rau, bèo, thậm chí cả lá lúa làm thức ăn. Ốc bươu vàng đã bùng phát và trở thành loài ưu thế. Sự bùng phát của ốc bươu vàng không những làm suy giảm cấu trúc quần xã sinh vật bản địa mà còn gây thiệt hại cho nền nông nghiệp Việt Nam.

+ Rùa tai đỏ: Rùa tai đỏ có khả năng cạnh tranh mạnh vì có những đặc điểm như trưởng thành sớm, sinh sản mạnh, cạnh tranh thức ăn, nơi đẻ trứng. Khi thoát ra tự nhiên, rùa tai đỏ sẽ cạnh tranh thức ăn, giao phối với rùa bản địa, dẫn đến lấn áp, ức chế hoặc tiêu diệt các loài sinh vật bản địa, đưa đến phá vỡ cân bằng sinh thái.

+ Cây mai dương: Cây mai dương gây xâm hại đất nông nghiệp vì chúng phát triển nhanh và làm đất bạc màu, tắc nghẽn dòng chảy, cản trở đi lại… Đồng thời, gây ảnh hưởng đến thực vật, động vật, mất cân bằng sinh thái vì hầu như không có động, thực vật nào khác sinh sống tại nơi cây này phát triển. Bên cạnh đó, cây mai dương chứa chất Mimosin (loại axit amin có thể gây độc) ảnh hưởng xấu đến hệ sinh thái, gây ô nhiễm nguồn nước khi phân huỷ…

2. Ảnh hưởng của con người

- Hoạt động của con người như chuyển đổi đất rừng, săn bắt quá mức, sử dụng phân bón hóa học bừa bãi và xả thải gây ô nhiễm môi trường,… đã làm mất môi trường sống và suy giảm đa dạng sinh học của các quần xã.

Tàn phá rừng gây ảnh hưởng lớn đến các quần xã sinh vật

3. Biện pháp bảo vệ quần xã

Để bảo vệ quần xã sinh vật có hiệu quả, cần thực hiện đồng thời các nhóm giải pháp sau đây:

- Xây dựng các khu bảo tồn thiên nhiên, vườn quốc gia.

- Bảo vệ rừng và cấm săn bắt động vật hoang dã.

- Bảo vệ và phục hồi các loài động vật, thực vật quý hiếm.

- Xây dựng kế hoạch để khai thác và sử dụng hợp lí nguồn tài nguyên đất, rừng, biển.

- Tích cực phòng chống cháy rừng.

- Sử dụng phân bón vi sinh, phân bón hữu cơ thay thế cho phân bón hóa học.

- Sử dụng biện pháp kiểm soát sinh học để thay thế thuốc hóa học.

- Thực hiện các nghiên cứu khảo nghiệm trước khi nhập nội giống cây trồng, vật nuôi.

- Bảo vệ các loài sinh vật bản địa trước sự xâm lấn của loài ngoại lai.

Xây dựng các khu bảo tồn thiên nhiên là một trong những biện pháp bảo vệ quần xã

V. THỰC HÀNH: TÌM HIỂU ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA QUẦN XÃ TRONG TỰ NHIÊN

1. Cơ sở khoa học

- Các quần xã sinh vật, ví dụ như vườn trường, vườn cây ăn quả,… là những quần xã sinh vật ổn định. Do vậy, có thể tìm hiểu, đánh giá được đặc trưng cơ bản của quần xã như cấu trúc chứng năng dinh dưỡng của các loài sinh vật.

2. Các bước tiến hành

a. Chuẩn bị

- Vật liệu, thiết bị: giấy, bút, kính lúp, thiết bị ghi hình.

b. Tiến hành

- Bước 1. Xác định khu vực tiến hành nghiên cứu.

- Bước 2. Quan sát, chụp ảnh các loài sinh vật trong khu vực nghiên cứu và hoàn thành bảng 22.1.

c. Báo cáo

- Tổng hợp kết quả thực nghiệm.

- Báo cáo kết quả thực nghiệm theo mẫu ở bài 1.

TRẮC NGHIỆM ONLINE

Xem thêm tóm tắt lý thuyết Sinh học lớp 12 Cánh diều hay khác:

• Lý thuyết Sinh 12 Bài 20: Môi trường sống và các nhân tố sinh thái

• Lý thuyết Sinh 12 Bài 21: Sinh thái học quần thể

• Lý thuyết Sinh 12 Bài 23: Hệ sinh thái

• Lý thuyết Sinh 12 Bài 24: Chu trình sinh - địa - hoá và Sinh quyển

• Lý thuyết Sinh 12 Bài 25: Sinh thái học phục hồi và bảo tồn

• Lý thuyết Sinh 12 Bài 26: Phát triển bền vững

Xem thêm các tài liệu học tốt lớp 12 hay khác:

• Giải sgk Sinh học 12 Cánh diều
• Giải Chuyên đề Sinh 12 Cánh diều
• Giải SBT Sinh học 12 Cánh diều
• Giải lớp 12 Cánh diều (các môn học)
• Giải lớp 12 Kết nối tri thức (các môn học)
• Giải lớp 12 Chân trời sáng tạo (các môn học)

---