Chương III Hệ sinh thái

3.3. Hệ sinh thái Nội Dung 1. Khái niệm HST 2. Thành phần và cấu trúc của HST 3. Dòng vận chuyển năng lượng trong HST 4. Chu trình tuần hoàn vật chất trong HST 5. Khả năng tự điều chỉnh của HST 1. Khái niệm - Năm 1935, A. Tansley đưa ra khái niệm HST: Mặc dù các cơ thể sống có kỳ vọng tách mình ra để dành một sự chú ý đặc biệt, nhưng thực tế các cơ thể sống không thể tách ra khỏi MT xung quanh mà chúng cùng với MT đó làm thành một hệ thống vật lý thống nhất. Những hệ vật lý như thế là những đơn vị cơ bản của tự nhiên, gọi là HST. 1. Khái niệm - Theo O.Dum thì HST là đơn vị chức năng cơ bản của tự nhiên, bao gồm cả sv và phi sv, trong đó các thành phần đều ảnh hưởng qua lại lẫn nhau và chúng đều cần thiết để giữ gìn sự sống ở dạng như đã tồn tại trên trái đất  - Các HST chính: + HST trên cạn: HST rừng, Xa van, hoang mạc, thảo nguyên, đài nguyên + HST nước mặn + HST nước ngọt : HST nước đứng, HST nước chảy 2. Thành phần và cấu trúc của HST 2.1. Thành phần của HST Gồm 2 thành phần: Phần hữu sinh - Về quan hệ dinh dưỡng : gồm 2 thành phần: + Thành phần tự dưỡng: Cây xanh, một số vi khuẩn + Thành phần dị dưỡng: động vật ăn thực vật, động vật ăn thịt, vi sinh vật phân huỷ - Phần vô sinh 2. Thành phần và cấu trúc của HST - Về cơ cấu, HST cũng gồm hai thành phần: + Thành phần vô sinh: Chất vô cơ: C, N2, O2, H2O, CO2, S... Chất hữu cơ: Li pit, Gluxit, prôtít…. Các yếu tố vật lý: nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm, các tia phóng xạ… + Thành phần hữu sinh: Sinh vật sản xuất: Sinh vật tiêu thụ: Sinh vật phân huỷ: 2. Thành phần và cấu trúc của HST 2.2. Cấu trúc của HST - Các HST đều gồm 4 thành phần cơ bản: MT (E), Vật SX (P), Vật TT (C), Vật PH (D) P C1 C2 D 2. Thành phần và cấu trúc của HST - MT: Các nhân tố vậ lý, hóa học bao quanh sv - Vật SX: Vi khuẩn và cây xanh Năng lượng AS mặt trời Enzim của DL - Sinh vật tiêu thụ: Bao gồm các động vật ăn trực tiếp hoặc gián tiếp SVSX - SV phân hủy: Vi khuẩn, nấm 3. Dòng vận chuyển năng lượng trong HST * Đặc điểm chung - Dòng NL đi qua HST tuân theo các qui luật cơ bản của nhiệt động học: + QL về bảo toàn NL: năng lượng không tự nhiên sinh ra cũng không tự nhiên mất đi, nó chỉ chuyển hoá từ dạng này sang dạng khác + QL về chuyển hóa năng lượng:khi năng lượng được chuyển hoá từ dạng này sang dạng khác không bao giờ được bảo toàn 100% mà thường bị hao hụt một lượng nhất định để biến thành nhiệt năng. 3. Dòng vận chuyển.... - NL sử dụng trong các HST tồn tại ở các trạng thái khác nhau: + NL bức xạ (NL ánh sáng) + NL hóa học + NL nhiệt + Động năng - Phần lớn các HST nhận NL từ AS mặt trời dưới 2 dạng: NL bức xạ măt trời và sự phát xạ nhiệt sóng dài của các vật thể nhận AS. 3. Dòng vận chuyển ... - Về mặt trao đổi Nl, người ta chia các HST thành các nhóm sau: + Các HST nhận NL mặt trời, không được tự nhiên bổ sung (HST rừng, đồng cỏ, hồ...) + Các HST nhận Nl mặt trời, được tự nhiên bổ sung (HST cửa sông, HST rừng mưa nhiệt đới..) + Các HST nhận NL mặt trời, được con người bổ sung (HST NN, ao nuôi cá, HST rừng trồng..) + Các HST thành thị, công nghiệp nhận NL từ chất đốt 3. Dòng vận chuyển ... - Trong HST, dòng NL được chuyển hóa dưới dạng vật chất thông qua các chuỗi và lưới thức ăn. Năng lượng khi đi qua mỗi bậc dinh dưỡng tiêu phí hết 80 – 90% thế năng hóa học để chuyển hóa thành nhiệt năng, do đó chuỗi thức ăn không phải là vô hạn. 3. Dòng vận chuyển ... Sơ đồ dồng NL trong chuỗi thức ăn L : Ánh sáng; La: Ánh sáng được TV hấp thụ; Pn: năng suất sơ cấp; P1,2: Năng suất thứ cấp 1,2; Nu: năng lượng không dùng; Na: năng lượng mất do đồng hóa; R: năng lượng mất do hô hấp. L La Pn P1 P2 R Nu Na Nu Na R R R 3. Dòng vận chuyển ...  Nhận xét về dòng năng lượng trong HST - Bất kỳ dòng NL nào cũng có đầu vào là Nl và kết thúc bằng việc chuyển hóa Nl ấy thành nhiệt năng phát tán ra MT xung quanh. - Chuỗi thức ăn càng ngắn hay hay sv càng gần với điểm khởi đầu thì NL thu nhận càng lớn - Các chuỗi thức ăn thường không ổn định mà thay đổi tùy thuộc vào nhu cầu thức ăn của các loài ở các giai đoạn sống khác nhau - Độ dài của chuỗi thức ăn thường không quá 5 -6 mắt xích 4. Chu trình tuần hoàn vật chất trong HST - Các nguyên tố hóa học đi từ MT bên ngoài vào cơ thể sv và lại quay trở lại MT tạo nên một chu trình gọi là chu trình sinh địa hóa. - Về qui mô có 3 loại chu trình: + Chu trình địa hóa: Chu trình vận động của các nguyên tố hóa học giữa các HST (VD: Tuần hoàn nước, không khí, chất trầm tích) 4. Chu trình tuần hoàn... + Chu trình sinh địa hóa: Chu trình vận động của các chất diễn ra trong phạm vi một HST (VD: tiểu tuần hoàn sv) + Chu trình sinh hóa: Chu trình vận động giữa các nguyên tố trong 1 cơ thể sv VD: 4. Chu trình tuần hoàn.... - Về nguồn gốc có 2 loại chu trình: + Chu trình của các chất khí có nguồn gốc trong khí quyển và thủy quyển (chu trình Nitơ, chu trình cacbon, chu trình nước) + Chu trình của các chất lắng đọng (trầm tích) có nguồn dự trữ trong vỏ trái đất (chu trình Lân) - Các chu trình sinh địa hóa điển hình 1) chu trình Cacbon: Sơ đồ chu trình cácbon trong tự nhiên 1 1 1 2 2 2 2 1) Chu trình Cacbon + Bể chứa cácbon: thảm tv trên trái đất và đại dương (tảo, các chất trầm tích) + Sự trả lại cácbon cho khí quyển: hô hấp của sv, phân hủy chất hữu cơ của vsv, hoạt động của núi lửa, đốt cháy nhiên liệu hóa thạch...)  hai quá trình này tương đối cân bằng, làm cho chu trình cacbon tương đối khép kín. 2) Chu trình Nitơ trong tự nhiên T¹o thµnh do löa (4x1021 2) Chu trình Nitơ N khí quyển Cố đinh N (6x1013 ) N hữu cơ N vô cơ N vô cơ N hữu cơ Cố đinh N (6x1014) Phản nitrat hóa (1,5x1014 ) Đại dương Đất liền Trầm tích (4x1021 ) Rửa trôi 3) Chu trình phôt pho: n bãn, chÊt tÈy röa)  ¤ nhiÔm  Sinh vËt S¶n xuÊt  Sinh vËt Tiªu thô   Phètph¸t tõ líp ®¸ mÑ  Xãi mßn  Phètpho P nhân tạo Sv sản xuất Sv tiêu thụ Sv phân hủy P Hòa tan Trầm tích biển P từ lớp đá mẹ Xói mòn Ô nhiễm Phun trào Phân hủy P không tan Mất Mất Sơ đồ chu trình phốt pho trong tự nhiên (Wallace 1986) Hệ thống nước thấm lọc trong đất Mất 3) Chu trình phôt pho: - Nguồn gốc P - Các hình thức trả lại P cho trái đất Quan hệ giữa dòng NL và chu trình THVC - Chu trình tuần hoàn vật chất trong HST hoạt động tuân theo định luật bảo toàn vật chất. Mỗi nguyên tử khi tham gia vào vòng tuần hoàn thường được sử dụng đi và sử dụng lại nhiều lần để xây dựng lên cơ thể sv. - Các phân tử vật chất luôn luôn tồn tại một NL hóa học bên trong nên khi vật chất di chuyển , dòng NL cũng được vận hànhDòng NL và chu trình tuần hoàn vật chất là 2 chức năng cơ bản luôn luôn phối hợp cùng nhau họat động trong 1 HST Quan hệ giữa dòng NL và chu trình THVC 5. Khả năng tự điều chỉnh của HST - HST có khả năng tự bảo vệ, tự phục hồi và tự điều hòa (nội cân bằng tự nhiên): tự lập lại cân bằng giữa các QT trong HST (vật ăn thịt - vật mồi, vật ký sinh- vật chủ), cân bằng giữa các vòng tuần hoàn vc và dòng NL giữa các thành phần trong HST  Cân bằng giữa các vật sx, vật tiêu thụ và vật phân hủy (cân bằng sinh thái) - Sự tự điều chỉnh của HST có giới hạn nhất định, nếu có sự thay đổi vượt quá giới hạn này HST mất khả năng tự điều chỉnh  mất cân bằng st, thậm chí bị phá hủy - Sự tự điều chỉnh của HST là kết quả của sự tự điều chỉnh của từng cơ thể, của từng QT, của QX mỗi khi có một NTST thay đổi.