Hệ sinh thái là gì? Các đặc trưng cơ bản của hệ sinh thái sinh vật
Hệ sinh thái là gì?
Hệ sinh thái là một phức hợp thống nhất của quần xã sinh vật với môi trường vật lý xung quanh, trong đó có sự tương tác giữa các sinh vật với nhau và giữa sinh vật với môi trường thông qua chu trình vật chất và dòng năng lượng.
- Ví dụ về hệ sinh thái: một cánh rừng, một cánh đồng, một cái hồ,…
- Cấu trúc của hệ sinh thái bao gồm 4 thành phần:
- Môi trường: chất vô cơ, chất hữu cơ, các yếu tố vật lý như nhiệt độ, ánh sáng,…
- Sinh vật sản xuất
- Sinh vật tiêu thụ
- Sinh vật phân hủy
- Phân biệt: hệ sinh thái tự nhiên (vd. ao hồ) và hệ sinh thái nhân tạo (vd. bể nuôi cá).
Đặc trưng cơ bản của hệ sinh thái
Vòng tuần hoàn vật chất
Trong hệ sinh thái, vật chất đi từ môi trường ngoài vào cơ thể các sinh vật, rồi từ sinh vật này sang sinh vật kia theo chuỗi thức ăn, rồi lại từ các sinh vật phân hủy thành các chất vô cơ đi ra môi trường (còn gọi là vòng tuần hoàn sinh-địa-hóa).
Có nhiều chu trình đã được xây dựng: chu trình nước, carbon, nitơ, photpho,…Ví dụ chu trình carbon hữu cơ tự nhiên ở hình dưới. Con người đã can thiệp vào chu trình carbon tự nhiên thông qua 2 cách chính: đốt các nhiên liệu (than, dầu mỏ, củi, gỗ) và phá rừng, một con đường làm tăng lượng CO2 thải vào khí quyển và một con đường làm giảm “bể” hấp thụ CO2.
Hình. Sơ đồ chu trình carbon hữu cơ
Dòng năng lượng
Nguồn năng lượng cung cấp cho các hệ sinh thái từ bức xạ Mặt trời. Năng lượng này khi đến được Trái đất chỉ có khoảng 50% đi vào hệ sinh thái, số còn lại chuyển thành nhiệt năng (phản xạ).
Sinh vật sản xuất (thực vật) chỉ sử dụng 1% tổng năng lượng tiếp nhận này để chuyển sang dạng hóa năng dự trữ dưới dạng chất hữu cơ nhờ quá trình quang hợp:
Tiếp tục, cứ qua mỗi bậc dinh dưỡng (SV sản xuất > SV tiêu thụ 1 > SV tiêu thụ 2 >…) chỉ 10% năng lượng được tích lũy và chuyển cho bậc tiếp theo; 90% thất thoát dưới dạng nhiệt. Như vậy, theo chuỗi thức ăn, càng lên cao năng lượng tích lũy càng giảm (hệ số 0,1) (Hình dưới).
Khi động vật và thực vật chết, phần năng lượng dưới dạng chất hữu cơ ở cơ thể chúng được vi sinh vật phân hủy sử dụng và 90% thất thoát dạng nhiệt.
* Như vậy, tổng năng lượng Mặt trời cung cấp cho thực vật quang hợp hầu như thoát vào môi trường dưới dạng nhiệt ® dòng năng lượng trong hệ sinh thái không tuần hoàn.
Sơ đồ dòng năng lượng hệ sinh thái đồng cỏ (E.U = đơn vị năng lượng)
Sự tiến hóa của hệ sinh thái
Theo thời gian, hệ sinh thái có quá trình phát sinh và phát triển để đạt được trạng thái ổn định lâu dài – tức trạng thái đỉnh cực (climax). Quá trình này gọi là sự diễn thế sinh thái. Nếu không có những tác động ngẫu nhiên thì diễn thế sinh thái là một quá trình định hướng, có thể dự báo được.
Thường phân biệt các dạng diễn thế sau:
- diễn thế sơ cấp (hay nguyên sinh) – từ một môi trường trống
- diễn thế thứ cấp – ở môi trường đã có sẵn một quần xã nhất định
- diễn thế phân hủy – môi trường biến đổi theo hướng bị phân hủy dần dần.
Cân bằng sinh thái
Cân bằng sinh thái là một trạng thái mà ở đó số lượng cá thể của các quần thể ở trạng thái ổn định, hướng tới sự thích nghi cao nhất với điều kiện môi trường. Ví dụ: ở một điều kiện thuận lợi nào đó, sâu bọ phát triển mạnh làm số lượng chim sâu cũng tăng theo. Khi số lượng chim sâu tăng quá nhiều thì số lượng sâu bọ bị giảm đi nhanh chóng.
Các hệ sinh thái tự nhiên đều có khả năng tự điều chỉnh để đạt trạng thái cân bằng. Cân bằng sinh thái được thiết lập sau khi có tác động bên ngoài là cân bằng mới, khác với cân bằng ban đầu.
Có hai cơ chế chính để hệ sinh thái Thực hiện sự tự điều chỉnh:
- Điều chỉnh đa dạng sinh học của quần xã (số loài, số cá thể trong các quần thể)
- Điều chỉnh các quá trình trong chu trình-địa -hóa giữa các quần xã.
Tuy nhiên mỗi hệ sinh thái chỉ có khả năng tự thiết lập cân bằng trong một phạm vi nhất định của tác động. Khi cường độ tác động quá lớn, vượt ra ngoài giới han, hệ ̣sinh thái sẽ bị mất cân bằng, dẫn đến biến đổi, suy thoái, thâm chí hủy diệt.
Ví dụ: các con sông, ao hồ tự nhiên khi nhân những lượng nước thải trong phạm vi nhất định có khả năng phân hủy chất thải để phục̣ hồi laị trạng thái chất lượng nước – gọi là quá trình tự làm sạch. Nhưng khi các nguồn thải quá nhiều, khả năng tự điều chỉnh không còn, nước sông, hồ sẽ bi ̣ô nhiêm.
Hệ sinh thái có tính đa dạng sinh học càng cao thì khả năng tự thiết lập cân bằng càng lớn.
Những tác động của con người lên cân bằng các hệ sinh thái tự nhiên
Con người tác động vào cân bằng sinh thái thông qua các hoạt động sống và phát triển:
- Săn bắn và đánh bắt quá mức; săn bắt các loài động vật quý hiếm làm suy giảm nhanh số lượng cá thể một số loài nhất định;
- Chặt phá rừng tự nhiên lấy gỗ, lấy đất canh tác và xây dựng công trình (độ thị, khu công nghiệm) làm mất nơi cư trú của động thực vật.
- Đưa vào môi trường tự nhiên quá nhiều các chất thải từ sinh hoạt, sản xuất; dẫn đến phá vỡ cân bằng các hệ sinh thái tự nhiên, gây ô nhiễm môi trường. Ví dụ: phát thải nhiều CO2 > hiệu ứng nhà kính > ấm lên toàn cầu > nước biển dâng > biến mất các hệ sinh thái rừng ngập mặn.
- Trong sản xuất công nghiệp, đưa vào các hệ sinh thái tự nhiên các hợp chất nhân tạo mà sinh vật không có khả năng phân huỷ (ví dụ dioxin); trong nông nghiệp, lai tạo và đưa vào tự nhiên các loài sinh vật mới làm thay đổi cân bằng sinh thái tự nhiên.
- Các hoạt động phát triển cơ sở hạ tầng, công trình xây dựng ngăn cản các chu trình tuần hoàn tự nhiên. Ví dụ: đắp đập, xây nhà máy thủy điện, phá rừng đầu nguồn,… làm ngăn cản chu trình nước. ….
Xem thêm:
