Bài giảng Hệ sinh thái - Bài 2: Nhân tố sinh thái - Lê Thị Thái Hà

GVGD: Lê Thị Thái Hà Bài 2: NHÂN TỐ SINH THÁI Nhiệt độ Nước, độ ẩm Ánh sáng Nhân tố vô sinh trong MT đất 2. ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC NHÂN TỐ SINH THÁI LÊN MÔI TRƯỜNG TRÊN CẠN 2.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên sinh vật • Nhiệt độ là một trong những nhân tố quan trọng nhất vì nó chi phối hoạt động dinh dưỡng của sinh vật điều khiển sự phân bố các loài và các quần xã sinh vật trong sinh quyển. • Sự biến đổi của nhiệt độ môi trường ảnh hưởng tới các đặc điểm hình thái và sinh thái. • Tác động của nhiệt độ lên thực vật: Khi nhiệt độ tăng dần lên trong khoảng 00-300C thì sinh trưởng của thực vật cũng tăng dần theo định luật Vant Hoff. • Nhưng khi nhiệt độ quá thấp hoặc quá cao so với giới hạn nhiệt độ của từng loài sẽ gây rối loạn các quá trình sinh lí trong cơ thể thực vật. 2.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên sinh vật • Nhiệt độ tăng cao (khoảng 500C) thì các chất protid, lipid bị phá hủy làm mất tính bán thấm của tế bào và cây bị chết. Cho nên khả năng chịu nóng tỉ lệ thuận với lượng nước kết hợp và tỉ lệ nghịch với lượng nước tự do. • Khi nhiệt độ hạ thấp thì quá trình hô hấp bị ảnh hưởng. Khi lạnh nước trong gian bào bị đóng băng làm cây chết. Cây non thường chịu lạnh tốt hơn cây già. • Tác động của nhiệt độ lên động vật: Khi nhiệt độ tăng dần tới giới hạn thì tốc độ phát triển của động vật cũng tăng lên. Đối với các loài động vật khác nhau có giới hạn nhiệt độ khác nhau và nhiệt độ thềm hay số 0 sinh học ở mỗi loài động vật là hằng số. -12oC đến 32oC Boreus hiemalis -45oC đến 30oC. sống ở vùng biển Nam cực, chịu nhiệt độ từ -2,5oC đến 2oC Trematomus 20oC đến 27oC. Các loài máu lạnh, hay biến nhiệt 2.2 Ảnh hưởng của nước và độ ẩm lên sinh vật 2.2.Ảnh hưởng của nước và độ ẩm lên sinh vật • Nước: Các loại nước chính bao gồm nước ngọt (nước mưa, nước sông), nước mặn (nước biển), nước lợ. Vai trò của nước rất lớn vì 50-98% khối lượng cơ thể của động vật và thực vật là nước. • Nước là môi trường sống của thủy sinh vật đồng thời là môi trường cho các phản ứng sinh hóa diễn ra trong tế bào của cơ thể sống. • Dưới tác động của nhiệt độ nước luôn bốc hơi từ bề mặt sinh vật có cơ chế ngăn cản sự thoát hơi nước và lấy nước bổ sung từ môi trường. Thủy thực vật: mọc trong nước hay một phần trong nước Nê thực vật: mọc trong bùn hay nơi ẩm ướt Bình thực vật: mọc trên đất trong vung khí hậu được xếp không phải vào lọai khô Can thực vật: mọc ở các nơi thường khô 2.2 Ảnh hưởng của nước và độ ẩm lên sinh vật 2.2 Ảnh hưởng của nước và độ ẩm lên sinh vật 2.2 Ảnh hưởng của nước và độ ẩm lên sinh vật • Độ ẩm của không khí bao hàm 2 khái niệm:  Độ ẩm tuyệt đối là khối lượng hơi nước bão hòa trong một đơn vị không khí.  Độ ẩm tương đối là tỉ số giữa lượng hơi nước thực tế chứa trong không khí. • Mỗi loài sinh vật có giới hạn chịu đựng riêng đối với độ ẩm. • Thực vật lấy nước từ đất qua hệ thống rễ và đến 97% - 99% nước bị thóat ra khỏi bề mặt lá. • Những lòai thực vật sống nơi khô có 3 khuynh hướng thích nghi: Tích nước trong cơ thể dưới dạng củ, rễ hay trong thân. Chống sự thoát hơi nước bằng cách biến lá thành gai, rụng lá trên lá có lớp sáp. Tăng khả năng tìm nguồn nước bằng cách phát triển rễ. • Tác động của nước đối với động vật có 2 nhóm chính sau:  Khi độ ẩm tăng thì sức sinh sản và phát triển của nhóm ĐV ưa ẩm tăng lên, độ tử vong giảm đi. Nếu ẩm độ tăng quá giới hạn thì độ tử vong lại tăng lên. Khi ẩm độ tăng sự sinh sản và phát triển của nhóm ĐV ưa khô cũng tăng, độ tử vong giảm. Nhưng khi độ ẩm tăng quá giới hạn thì độ tử vong tăng còn sức sinh sản và phát triển lại giảm. Đối với động vật khi nơi khô hạn: nước tiểu đặc, phân khô, tuyến mồ hôi kém phát triển, họat động về đêm ngay cả ở trong hang, tạo nước từ các chất hữu cơ trong cơ thể. 2.2 Ảnh hưởng của nước và độ ẩm lên sinh vật Động vật trong nước Động vật ưa ẩm Động vật ưa ẩm vừa Động vật ưa khô 2.2 Ảnh hưởng của nước và độ ẩm lên sinh vật 2.2 Ảnh hưởng của nước và độ ẩm lên sinh vật 2.3 Ảnh hưởng của ánh sáng • Ánh sáng có tầm quan trọng hàng đầu vì nó ảnh hưởng đến hiện tượng quang hợp tức ảnh hưởng đến sản lượng sơ cấp của sinh quyển. • Ảnh hưởng của ánh sáng lên sinh vật là do cường độ và thời gian chiếu sáng. • Cường độ chiếu sáng chi phối quá trình quang hợp, cường độ chiếu sáng thay đổi theo chu kì ngày đêm, mùa và vĩ độ. • Nhu cầu ánh sáng của các loài cây không giống nhau, có cây chịu trảng (ưa sáng) như cây đại mộc, tiểu mộc (bạch đàn, phi lao,bồ đề,). Và cây chịu rợp (ưa bóng) như cây sống dưới tán rừng (lim, ráng, rêu, lan,) • Độ dài chiếu sáng (quang kì) có ảnh hưởng lên sự sinh trưởng và phát hoa của thực vật. • Như cây đậu xanh nếu chiếu sáng liên tục sẽ sinh trưởng nhanh nhưng ra hoa trể tới 60 ngày. • Ở cá hồi thường đẻ trứng vào mùa thu, nếu điều chỉnh thới gian chiếu sáng trong ngày cho giống mùa thu thì cá hồi có thể đẻ vào mùa xuân hoặc hạ. Như vậy việc tăng cường độ chiếu sáng sẽ rút ngắn thời gian phát dục của cá. 2.3 Ảnh hưởng của ánh sáng 2.4 Ảnh hưởng của không khí • Không khí là môi trường sống quan trọng của sinh vật. Nó cung cấp O2 cho sinh vật hô hấp. Có sinh vật lại sử dụng CO2 để làm chất hữu cơ. Áp suất ở gần mặt đất ổn định ở 760mmHg bảo đảm cho sự sống diễn ra bình thường. • Áp suất không khí ở độ cao 5800m chỉ còn khoảng một nửa, lượng oxy giảm làm cho động vật như ngựa, gà, heo phải tăng tần số hô hấp, bị mất nước nhiều, khó phát dục và sinh sản. • Hàm lượng CO2 trong không khí có thể biến đổi nhiều như khi không có gió, ở các thành phố lớn và khu công nghiệp, CO2 có thể tăng đến hàng chục lần. Nếu hàm lượng CO2 tăng quá 0,03% lại làm tăng nhịp thở của động vật, là rối loạn sự trao đổi khí, kìm hãm sinh trưởng và phát dục. Ở những khu công nghiệp nơi có nhiều phương tiện giao thông bằng xăng dầu, không khí bị ô nhiễm bởi lượng khí thải CO2 và khí độc như CH4 , SO2 , CO , NO , các hợp chất clor. 2.5 Ảnh hưởng của gió • Gió là trạng thái chuyển động của không khí. Nhờ sự chuyển động của không khí trên mặt đất mà nhiều sinh vật có thể bay một cách thụ động. Các bào tử động thực vật, quả, hạt, kén, sâu bọ nhỏ, nhện, phát tán nhờ gió. Loài cỏ lăn sống trên cát bãi biển có trái xếp tỏa tròn quanh tâm (cụm quả), khi gió mạnh cụm quả bị tách ra và lăn tròn trên bãi cát. Lăn đến đâu rụng hạt đến đó nhờ vậy mà chúng phân bố rộng trên các bãi biển nhiệt đới. Thực vật thụ phấn nhờ gió vòi nhụy có nhiều lông dài thu nhận hạt, hoa tập trung thành cụm ở ngọn cành dễ dàng cho gió tung hạt phấn cũng như tiếp nhận hạt phấn. Gió nhẹ có tác dụng điều chỉnh thời tiết địa phương. Gió mạnh và bão làm hạn chế sự di chuyển của động vật. Gió mạnh còn làm thay đổi nhiệt độ, độ ẩm làm tăng sự bốc hơi nước và tỏa nhiệt của các sinh vật. Gió mạnh và bão còn làm gãy cành, lay gốc, cây bị tổn thương 2.5 Ảnh hưởng của gió 2.6 Ảnh hưởng của nhân tố vô sinh trong MT đất lên sinh vật • Đất là môi trường sống của nhiều loại sinh vật. Đất là môi trường che chở bảo vệ cho nhiều loài động vật tránh các điều kiện khí hậu khắc nghiệt (quá lạnh, thiếu nước,). Đất vừa là giá thể giữ cho cây đứng vững, vừa cung cấp nước và các chất khoáng cần thiết cho cây. • Đất có vai trò quan trọng trong việc phân bố sinh vật trên mặt đất cũng như theo độ sâu tùy theo cấu tạo của đất, độ thoáng khí, lượng nước và hàm lượng chất khoáng có trong đất. Tùy theo loại đất (đất sét, đất các, đất thịt,) mà có sự phân bố sinh vật khác nhau. • Đất có chứa nhiều nguyên tố khoáng rất cần cho sự sinh trưởng và phát triển bình thường của cây. Có loài cây ưa đất nitrat như cây lá rộng rừng nhiệt đới, rau dền gai,cỏ mần trầu. Cây họ đậu không ưa đất nhiều đạm; cây nghiến, rau trai ưa đất vôi. 2.7 Nhịp điệu sinh học • Nhịp điệu sinh học là sự thích nghi đặc biệt của sinh vật với môi trường sống, là khả năng phản ứng của các sinh vật một cách nhịp nhàng với những thay đổi có tính chu kì của môi trường. • Môi trường sống của mọi sinh vật trên trái đất đều thay đổi có tính chu kì, chủ yếu là chu kì mùa và chu kì ngày. • Các phản ứng qua đông và qua hè đều được chuẩn bị từ khi thời tiết còn chưa lạnh hoặc chưa quá nóng, thức ăn còn phong phú mà nhân tố báo hiệu chủ yếu là sự thay đổi độ dài chiếu sáng trong ngày. Nhân tố này bao giờ cũng diễn ra trước khi có sự biến đổi nhiệt độ, do đó đã dự báo chính xác sự thay đổi mùa. • Nhịp điệu mùa làm cho hoạt động sống tích cực của sinh vật trùng khớp với lúc môi trường có những điều kiện sống thuận lợi nhất. Nhiều động vật có hoạt động sinh dục theo mùa. Đặc tính này được áp dụng khá rộng rãi trong chăn nuôi: ngày dài nhân tạo đã làm cho các trại gà cò thể thúc gà đẻ quanh năm. • Đặc điểm họat động theo chu kì ngày đêm là sự thích nghi sinh học phức tạp với biến đổi theo chu kì ngày đêm của các nhân tố vô sinh. Trong quá trình tiến hóa, sinh vật đã hính thành khả năng phản ứng khác nhau đối với độ dài ngày và cường độ chiếu sáng ở những thời điểm khác nhau trong ngày. • Do đó từ sinh vật đơn bào đến đa bào đều có khả năng đo thời gian như là những "đồng hồ sinh học". Nhiều cây nở hoa vào thời gian xác định như hoa dạ lí hương, hoa mười giờ,hoa phù dung, hoa huỳnh, • Ở động vật cơ chế hoạt động của đồng hồ sinh học có liên quan tới sự điều hòa thần kinh - thể dịch. Sự nhận cảm ánh sáng của tế bào thần kinh, tiếp đó là ảnh hưởng của các tế bào thần kinh đến các tuyến nội tiết làm tiết ra các hormon tác động lên cường độ trao đổi chất. Ở thực vật, các chức năng điều hòa do những chất đặc biệt tiết ra từ tế bào của một loại mô hoặc một cơ quan riêng biệt nào đó. • Nhịp điệu sinh học của sinh vật mang tính di truyền. Những động vật như ong, thằn lằn được nuôi trong điều kiện có độ chiếu sáng ổn định vẫn giữ nhịp điệu ngày đêm như khi sống trong thiên nhiên. Về định lượng các nhân tố sinh thái có hai định luật liên quan: a. Ðịnh luật tối thiểu: • Ðịnh luật này liên quan đến ảnh hưởng của các chất khoáng cần thiết cho cây trồng. Sự tăng trưởng của cây chỉ có thể có trong điều kiện các chất cần thiết phải có đủ liều lượng trong đất. Chính những chất bị thiếu chi phối sản lượng mùa màng. Do đó năng suất của mùa màng tùy thuộc duy nhất vào chất dinh dưỡng hiện diện trong môi trường với liều lượng ít nhất (so với lượng tối ưu). • Ðịnh luật tối thiểu có thể mở rộng sự áp dụng cho các nhân tố sinh thái dưới dạng các định luật cuả các nhân tố hạn chế, có thể được phát biểu như sau: sự thể hiện (tốc độ và qui mô...) cuả tất cả quá trình sinh thái học được chi phối bởi các nhân tố hiện diện với liều lượng ít nhất trong môi trường. • Cần nhấn mạnh là định luật tối thiểu thay đổi trong sự thể hiện cuả nó do nơi có sự tác dộng qua lại cuả các nhân tố sinh thái. Do đó ở thực vật, kẽm thì cần thiết ở nồng độ thấp cho cây mọc trong bóng râm hơn là cây mọc ngoài ánh sáng. Tương tự, côn trùng phát triển trong môi trường khô ráo thì có nhiệt độ gây chết cao hơn các cá thể phát triển trong môi trường ẩm ướt (ở nơi khô, côn trùng chịu nóng giỏi hơn). b. Ðịnh luật chống chịu: • Ðịnh luật tối thiểu chỉ là một trường hợp đặc biệt cuả một nguyên tắc tổng quát hơn gọi là định luật về sự chống chịu, sự rộng lượng. • Theo định luật này thì tất cả nhân tố sinh thái có một khỏang giá trị hay khuynh độ (gradient) mà trong đó các quá trình sinh thái học diễn ra bình thường. Chỉ trong khoảng giá trị đó thì sự sống của một sinh vật hoặc sự xuất hiện cuả một quần xã mới diễn ra được. Có một giới hạn trên và một giới hạn dưới mà vượt khỏi đó thì sinh vật không thể tồn tại được. Trong khoảng chống chịu đó có một trị số tối ưu ứng với sự hoạt động tối đa cuả loài hoặc quần xã sinh vật. Hình 2. Loài rộng và loài hẹp theo định luật về sự chống chịu