Bài giảng Sinh thái học - Chương 4: Quần thể sinh vật - Đào Thanh Sơn

Nội dung text: Bài giảng Sinh thái học - Chương 4: Quần thể sinh vật - Đào Thanh Sơn

1. Chƣơng 4: QUẦN THỂ SINH VẬT Đào Thanh Sơn Khoa Môi trƣờng và Tài nguyên Đại hoc Bách Khoa TP. HCM
2. CHƢƠNG 4: QUẦN THỂ SINH VẬT 4.1. KHÁI NIỆM CHUNG 4.2. MỐI QUAN HỆ GIỮA CÁC CÁ THỂ TRONG QUẦN THỂ 4.3. NHỮNG ĐẶC TRƢNG CƠ BẢN CỦA QUẦN THỂ 4.4. SỰ BIẾN ĐỘNG SỐ LƢỢNG CÁ THỂ CỦA QUẦN THỂ 4.5. SINH THÁI ỨNG DỤNG
3. 4.1. KHÁI NIỆM CHUNG Những cá thể trong quần thể có khả năng giao phối với nhau (trừ những loài sinh sản vô tính hay trung sinh). Mỗi quần thể có một tập hợp gen tạo thành một cơ sở di truyền chung, thể hiện ở từng cá thể của quần thể; mỗi cá thể có một kiểu gen khác nhau và giao phối tự do. Tính di truyền của quần thể có liên quan đến đặc tính ST của quần thể (khả năng thích ứng, tính chống chịu, tính thích nghi về sinh sản, ) trên cơ sở đó quần thể có khả năng sinh sản, tạo thành những thế hệ để duy trì nòi giống.
4. 4.1. KHÁI NIỆM CHUNG Quá trình hình thành quần thể là quá trình của mối quan hệ giữa tập hợp các cá thể của quần thể với điều kiện ngoại cảnh. Những cá thể của một quần thể nào đó vì không thích nghi đƣợc với sự biến đổi các điều kiện MT bắt buộc phải phát tán đi nơi khác hoặc sẽ bị tiêu diệt. Ở đó sẽ thu hút các cá thể của những loài nào đó, thích nghi đƣợc với điều kiện cụ thể mới của MT, sử dụng đƣợc các nguồn sống mới, chúng sẽ thành một quần thể mới.
5. 4.2.1. Quan hệ hỗ trợ giữa các cá thể trong quần thể Quan hệ hỗ trợ thể hiện qua hiệu quả nhóm: Hiệu quả nhóm là hiện tƣợng nảy sinh ra khi nhiều cá thể của cùng một loài sống chung với nhau trong một khu vực có diện tích hay thể tích hợp lý và có nguồn sống đầy đủ. (video clip – bird migration)
6. 4.2.3. Mối quan hệ giao tiếp giữa những cá thể trong quần thể Mối quan hệ giao tiếp giữa những cá thể trong quần thể có ý nghĩa quan trọng trong việc duy trì tổ chức bầy, đàn. Phƣơng tiện giao tiếp đƣợc gọi là “ngôn ngữ”. “Ngôn ngữ” ở ĐV rất đa dạng gồm nhiều hình thức: (1) Liên hệ bằng yếu tố hóa học (bằng pheromon, các chất dẫn dụ sinh học); (2) Liên hệ bằng thị giác (qua màu sắc, tƣ thế); (3) Liên hệ bằng thính giác (tiếng kêu, tiếng hót); và (4) Liên hệ bằng xúc giác (động tác kích thích). Video clip on Monkey
7. 4.3.1. Cấu trúc thành phần giới tính hay tỷ lệ đực cái Thành phần giới tính là tỷ lệ giữa cá thể đực và cá thể cái. Đây là cơ cấu quan trọng mang đặc tính thích ứng đảm bảo hiệu quả sinh sản của quần thể trong những điều kiện thay đổi của MT. Tỷ lệ này thƣờng xấp xỉ 1:1 4.3.2. Cấu trúc thành phần các nhóm tuổi Tỷ lệ về số lƣợng các nhóm tuổi trong quần thể có tầm quan trọng trong việc quần thể khai thác nguồn sống của MT, đặc biệt những nhóm tuổi có sức sinh sản mạnh đã quyết định khả năng sinh sản của quần thể ở từng thời điểm. Từ đó cho thấy hình ảnh của sự phát triển của quần thể trong tƣơng lai.
8. 4.3.2. Cấu trúc thành phần các nhóm tuổi Hình tháp tuổi ở người và động vật Ba dạng tháp đặc trƣng ở ngƣời 90 65 45 15 6 A B C
9. 4.3.2. Cấu trúc thành phần các nhóm tuổi Ví dụ: Ở quần thể chuột cộc Ondatra zibethica khi bị săn bắt triệt để qua nhiều năm, thành phần tuổi của quần thể bao gồm 85% cá thể non và 15% cá thể trƣởng thành (cá thể non trội). Nếu quần thể không bị bắt thì cá thể non chiếm 52% tƣơng ứng với cá thể trƣởng thành là 48%, cũng nhƣ trƣờng hợp chim trĩ. Điều này chứng tỏ sự giảm sút số lƣợng cá thể do săn bắt đã đẩy mạnh khả năng sinh sản của những cá thể còn lại trong quần thể đó. Hình tháp tuổi ở thực vật Trong thực tế việc nghiên cứu thành phần tuổi ở TV còn rất ít. Vì phƣơng pháp định tuổi ở những cây vừa sinh sản hữu tính vừa sinh sản vô tính cho đến nay vẫn chƣa giải quyết đƣợc. Ở ngành lâm nghiệp tuổi cây gỗ đƣợc xác định bằng đƣờng kính của thân cây ở một độ cao nhất định. Đƣờng kính của thiết diện thân càng lớn, tuổi của cây càng cao.
10. 4.3.2. Cấu trúc thành phần các nhóm tuổi Động vật có chu kỳ sống dài Có những đặc điểm nhƣ nhiều nhóm tuổi (tuổi thọ trung bình của quần thể cao), phát dục chậm, tỷ lệ sinh sản thấp, tỷ lệ tử vong thấp nên hàng năm số lƣợng cá thể của quần thể dao động nhỏ. Song khả năng phục hồi của quần thể lại quá chậm. Ví dụ: voi (châu Á) có tuổi thọ trung bình 50–70 tuổi, tuổi trƣởng thành sinh dục 8–12 năm, 4 năm đẻ 1 lứa, và thƣờng là 1 con. Do đó đàn voi sẽ phục hồi rất chậm nếu tử vong nhiều.
11. 4.3.3. Sự phân bố cá thể trong quần thể * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * Đồng đều Ngẫu nhiên Theo nhóm
12. 4.3.4. Mật độ quần thể 4.3.4.1. Đại cương Mật độ quần thể xác định bởi số lƣợng SV của quần thể trên đơn vị diện tích hay thể tích. Số lƣợng SV có thể tính bằng số lƣợng cá thể, khối lƣợng SV, khối lƣợng khô hay calo. Đối với những loài SV cùng một cỡ lớn thƣờng đƣợc tính bằng số luợng cá thể. Đối với những loài có kích thƣớc khác nhau nhiều thì mật độ quần thể thƣờng đƣợc tính bằng khối lƣợng SV tƣơi hay khối lƣợng khô gọi là sinh khối. Số calo nói lên năng lƣợng bao hàm trong quần thể.
13. 4.3.4. Mật độ quần thể 4.3.4.2. Một số nguyên tắc xác định mật độ quần thể Đối với động vật Quan sát trực tiếp: Là đếm trực tiếp các cá thể của quần thể trên khu vực nghiên cứu (có thể là nhƣ ô thí điểm, hoặc diện tích thí điểm theo dải) hay đánh bắt chúng. Có 2 trƣờng hợp: Những khu vực trống trải: Thảm TV thấp không có cây cao và cây to che khuất, có thể đếm trự tiếp hay chụp ảnh từ máy bay. Những khu vực không trống trải: Có địa hình và thảm TV hạn chế tầm nhìn, trong trƣờng hợp này chọn ô thí điểm hay dải thí điểm.
14. 4.3.4. Mật độ quần thể Ô thí điểm: Thƣờng áp dụng đối với thủy SV, giun, sâu bọ, và áp dụng vào những MT không thuận tiện cho phƣơng pháp tính theo dải. Nội dung bao gồm việc tính số lƣợng cá thể hay sinh khối của quần thể ở một số điểm trên vùng phân bố của quần thể. Ô thí điểm thƣờng có kích thƣớc phụ thuộc vào cỡ lớn, tập tính và số lƣợng cá thể cần đƣợc xác định mật độ, số lƣợng cá thể càng lớn thì diện tích ô thí điểm càng bé đi. Nói chung ô thí điểm càng nhiều thì càng chính xác. Các ô thí điểm cần phân bố đồng đều trên toàn sinh cảnh (nhất thiết ô thí điểm phải ở trên cùng sinh cảnh). Nếu sinh cảnh là một đám ruộng thì ô thí điểm có thể phân bố theo bàn cờ, rắn bò, hay chéo góc.
15. 4.3.4. Mật độ quần thể Thƣờng sử dụng phƣơng pháp chia ô. Cụ thể cần xác định những ô thí điểm ở những vị trí điển hình của khu vực nghiên cứu sao cho ô thí điểm ấy đại diện cho mật độ quần thể cây nghiên cứu. Xác định các ô thí điểm bằng cách đóng cọc hay chọn một số cây mốc. Từ mốc đó đóng 3 cọc khác, chăng dây làm thành một hình vuông.
16. 4.3.4. Mật độ quần thể Đối với TV thủy sinh có kích thƣớc nhỏ, ngƣời ta là những ô mẫu 1m2 và đếm số cá thể của loài trong 1m2 đó. Theo Harper và White (1974) thì việc nghiên cứu mật độ cây và sự biến động số lƣợng cá thể của quần thể TV là khó vì ngay cả đến khái niệm cá thể TV nhiều khi còn phải thống nhất. Tỷ lệ sinh thô hay tỷ suất sinh toàn phần: số sinh ứng với tổng số lƣợng cá thể của quần thể.
17. 4.3.5. Sức sinh sản của quần thể Sức sinh sản cá thể của một loài gọi là hệ số sinh sản hoặc hệ số sinh trƣởng là số lƣợng trứng hay số lƣợng con do một cá thể sinh ra trong một lứa. Hệ số sinh sản phụ thuộc vào mức độ trứng và con đẻ ra đƣợc bảo vệ nhiều hay ít. Trong thực tế hệ số sinh sản này không cố định mà phụ thuộc vào điều kiện môi trƣờng.
18. 4.3.5. Sức sinh sản của quần thể Sức sinh sản của quần thể cái đƣợc biểu thị bằng công thức B.G.I. Ogan: p.j r.x p: thời kỳ giữa 2 lần đẻ j: tuổi bắt đầu sinh dục r: số trứng/số con trung bình 1 lần đẻ x: số lần đẻ trứng/ đẻ con trong đời sống.
19. 4.3.5. Sức sinh sản của quần thể Mật độ quần thể Mật độ quần thể ảnh hƣởng rõ rệt đến sức sinh sản của quần thể, biểu hiện cụ thể là đến tập tính sinh hoạt (ảnh hƣởng thần kinh) và gián tiếp qua điều kiện sống (nguồn sống). Ví dụ: Voi châu Phi bình thƣờng trƣởng thành sinh dục ở tuổi 11 hay 12 và 4 năm đẻ 1 lần, nhƣng nếu mật độ quần thể tăng lên thì trƣởng thành từ tuổi 18 và 7 năm đẻ 1 lần.
20. 4.3.6. Tỷ lệ tử vong của quần thể Ảnh hƣởng của các nguyên nhân gây tử vong kể trên đã tác động đến những cá thể đực, cái, đến các cá thể thuộc những lứa tuổi khác nhau, tạo nên tỷ lệ tử vong của cả quần thể. Ví dụ: Ở nhiều loài gặm nhấm, móng guốc, cá thể đực do hoạt động nhiều hơn nên chết nhiều hơn. Ở nhiều loài về đầu mùa sinh dục, cá thể đực hoạt động mạnh hơn cá thể cái nên tỷ lệ tử vong cao hơn. Nhƣng sau khi đẻ, cá thể cái lại chết nhiều hơn. 4.3.5.2. Tỷ lệ tử vong của những nhóm tuổi khác nhau cũng khác nhau Ở nhiều loài ĐV phần lớn tỷ lệ tử vong xảy ra ở giai đoạn trứng và con non, chỉ có một số sống đến độ tuổi trƣởng thành. Ở TV tỷ lệ tử vong ở giai đoạn con non cũng rất lớn.
21. 4.3.7. Sự sinh trƣởng của quần thể 4.3.7.2. Hệ số sinh trưởng của quần thể theo tiềm năng sinh học hay đường cong lý thuyết Đứng về phƣơng diện lý thuyết nếu nguồn sống của quần thể là vô tận và diện tích cƣ trú của quần thể là không giới hạn. Có nghĩa là mọi điều kiện ngoại cảnh và kể cả nội tại của quần thể đều thuận lợi cho sự sinh trƣởng của quần thể (thậm chí không có cả sự tử vong), thì quần thể sinh trƣởng theo tiềm năng sinh học khi ấy ta có: dN/dt = r*N hay 1/N*dN/dt = r
22. 4.3.7. Sự sinh trƣởng của quần thể 4.3.7.3. Sự sinh trưởng thực tế hay đường cong logic Thực chất đƣờng cong lý thuyết là không thực tế. Vì trong thực tế số lƣợng cá thể của quần thể không thể phát triển không giới hạn vì lẽ: Hệ số r thƣờng không phải là một hằng số, bởi lẽ sức sinh sản của quần thể phụ thuộc vào điều kiện môi trƣờng. Ví dụ: Mọt gạo Sitophilus oryzae khi t = 290C thì r = 39,6 cá thể/năm, khi t = 230C thì r = 22,4 cá thể/năm, còn t0 = 39,50C thì r chỉ còn là 6,2 cá thể/năm.
23. 4.3.8. Sự phát tán của quần thể Ví dụ: Loài thỏ (Lepus timidus) hàng năm có khoảng 1% cá thể phát tán ra khỏi quần thể. Ở chim bạc má lớn (Parus major) hàng năm trung bình chỉ có 1/3 con non ở lại.
24. 4.4.1. Biến động số lƣợng cá thể theo chu kỳ đều Biến động số lƣợng theo chu kỳ mùa Biến động số lƣợng theo chu kỳ có tần số nhiều năm
25. SINH THÁI ỨNG DỤNG Ô nhiễm các thủy vực; Mất lớp đất màu mỡ; Suy thoái nguồn nƣớc cấp; Mặn hóa; Sa mạc hóa; Mất các loài hoang dã.