Bài 30: Diễn thế sinh thái | Sinh Học 12 | Phần sáu. Sinh thái học và môi trường - Chương VII: Sinh thái học quần xã - Lớp 12 - Kết Nối Tri Thức Với Cuộc Sống

(Trang 161)

YÊU CẦU CẦN ĐẠT

• Nêu được khái niệm diễn thế sinh thái.

• Phân biệt được các dạng diễn thế sinh thái.

• Phân tích được nguyên nhân và tầm quan trọng của diễn thế sinh thái trong tự nhiên và trong thực tiễn.

• Phân tích được diễn thế sinh thái ở một hệ sinh thái tại địa phương. Đề xuất được một số biện pháp bảo tồn hệ sinh thái đó.

• Nêu được một số hiện tượng ảnh hưởng đến hệ sinh thái như: sự ấm lên toàn cầu; sự phì dưỡng; sa mạc hoá. Giải thích được vì sao các hiện tượng đó vừa tác động đến hệ sinh thái, vừa là nguyên nhân của sự mất cân bằng của hệ sinh thái.

I. KHÁI NIỆM VÀ CÁC LOẠI DIỄN THẾ SINH THÁI

1. Khái niệm

Diễn thế sinh thái là quá trình thay đổi dần thành phần loài của quần xã theo thời gian, tương ứng với sự biến đổi của môi trường.

Sự thay đổi thành phần loài theo thời gian dẫn đến sự thay thế tuần tự các dạng quần xã, từ quần xã tiên phong (giai đoạn đầu) biến đổi qua các dạng quần xã trung gian và cuối cùng hình thành nên quần xã tương đối ổn định là quần xã đỉnh cực. Diễn thế sinh thái có tính quy luật và gắn liền với sự thay đổi của các nhân tố vô sinh (điều kiên chiếu sáng, thổ nhưỡng).

Ví dụ: Sau khi núi lửa phun trào trên đảo Krakatau, Indonesia vào năm 1883, toàn bộ hòn đảo bị bao phủ bởi lớp tro bụi núi lửa, nham thạch nguội và hoàn toàn không có sự sống. Các khảo sát ở những năm tiếp theo cho thấy: một số rất ít loài đầu tiên định cư trên đảo gồm vi khuẩn, địa y, tảo,…; năm 1897, quần xã gồm nhiều loài thân cỏ ưu ánh chiếm ưu thế, đất đã có nhiều mùn tích tụ; năm 1906, đã xuất hiện cây thân gỗ, có ưu ánh bị thay thế bằng cỏ ưu bóng; năm 1919, trên đảo đã bắt đầu hình thành quần xã rừng nhiệt đới đặc trưng tương tự như các đảo bên cạnh.

2. Các loại diễn thế sinh thái

Dựa vào điều kiện môi trường khởi đầu, diễn thể sinh thái được chia thành hai loại là diễn thể nguyên sinh và diễn thể thứ sinh (H 30.1).

(a) Diễn thế nguyên sinh

Đá; Địa y; Cỏ, rêu và địa y; Cỏ và cây lâu năm; Cỏ, cây bụi và cây cây ưa sáng; Cây ưa bóng, sồi và hồ đào

Hằng trăm năm

(b) Diễn thế thứ sinh

Cháy; Cỏ và cây hằng năm; Cỏ, cây bụi, thông, sồi và cây cây hạt trần; Rừng sồi và hồ đào trưởng thành

0 năm; 1 - 2 năm; 3 - 4 năm; 5 - 150 năm; Trên 150 năm

Hình 30.1. Các loại diễn thế sinh thái: diễn thể nguyên sinh (a) và diễn thể thứ sinh (b)

(Trang 162)

a) Diễn thế nguyên sinh 

- Diễn thế nguyên sinh là diễn thế bắt đầu từ môi trường trống trơn, nơi không có bất kì loài sinh vật nào sinh sống. Kiểu diễn thế này xảy ra ở những nơi như vùng có đá nham thạch nguội sau khi núi lửa phun trào hoặc trên bề mặt các lớp đá sau khi tan băng vĩnh cửu,...

- Diễn thế nguyên sinh diễn ra trong một thời gian dài. Những loài đầu tiên thích nghi với điều kiện nghèo dinh dưỡng như vi khuẩn, địa y, tảo,... hình thành nên quần xã tiên phong (giai đoạn mở đầu). Tiếp theo là giai đoạn các quần xã tuần tự thay thế nhau (giai đoạn giữa) cho đến khi hình thành quần xã đỉnh cực (giai đoạn cuối) (H 30.1a).

b) Diễn thế thứ sinh

Diễn thế thứ sinh là diễn thế bắt đầu từ nơi quần xã bị tổn hại, có một số loài bị tiêu diệt, trong môi trường đó vẫn còn sinh vật tồn tại và được kế thừa lớp thổ nhưỡng của quần xã trước đó.

Giai đoạn mở đầu của diễn thế thứ sinh diễn ra trên nền thổ nhưỡng khá bằng phẳng và có rất ít cạnh tranh giữa các loài. Môi trường này phù hợp với những loài có khả năng phát tán mạnh, sinh trưởng nhanh, sinh sản nhanh như các loài cỏ ưu sáng.

Trong điều kiện thuận lợi, giai đoạn giữa diễn ra theo xu hướng hình thành quần xã định cư. Do môi trường trước đó đã có quần xã sinh vật tồn tại nên trong điều kiện môi trường thuận lợi, thời gian hình thành quần xã có cấu trúc ổn định ở diễn thế thứ sinh thường nhanh hơn so với diễn thế nguyên sinh, ví dụ như diễn biến thứ sinh diễn ra sau cháy rừng (H 30.1b). Nếu điều kiện bất lợi, lớp đất mùn bề mặt giảm theo thời gian thì diễn thế thứ sinh diễn ra theo hướng suy giảm thành phần loài và môi trường dẫn bất lợi cho sinh vật, kết quả hình thành quần xã suy thoái.

II. NGUYÊN NHÂN VÀ TẦM QUAN TRỌNG CỦA NGHIÊN CỨU DIỄN THẾ

1. Nguyên nhân

Diễn thế sinh thái có thể xảy ra do các nguyên nhân sau:

- Nguyên nhân bên ngoài: Do tác động của các nhân tố vô sinh như núi lửa phun, cháy rừng, hạn hán, lũ lụt,... hoặc do hoạt động của con người như khai thác tài nguyên, xả thải,... gây chết hàng loạt cá thể dẫn đến thay đổi cấu trúc của quần xã. Ví dụ: Diễn thế thứ sinh diễn ra sau cháy rừng U Minh Thượng năm 2002; diễn thế nguyên sinh diễn ra sau núi lửa phun ở đảo Krakatau năm 1883; diễn thế thứ sinh diễn ra ở những vùng khai thác mỏ than lộ thiên ở Quảng Ninh;…

- Nguyên nhân bên trong: Do mối quan hệ tương hỗ giữa quần xã với sinh cảnh và các mối quan hệ sinh thái giữa các loài trong quần xã, đặc biệt là cạnh tranh khác loài. Trong điều kiện môi trường nhất định, sự phát triển mạnh mẽ của loài ưu thế là một trong các

(Trang 163)

yếu tố gây biến đổi điều kiện sống và có thể làm giảm khả năng thích nghi của loài đó. Điều kiện sống thay đổi cũng tạo môi trường phù hợp cho loài mới định cư, phát triển, dần cạnh tranh và thay thế loài ưu thế cũ để trở thành loài ưu thế mới. Quá trình này lặp lại cho đến khi hình thành quần xã đỉnh cực. Ví dụ: Trên nền đá nghèo dinh dưỡng, địa y là loại ưu thế, hoạt động sống và xác của địa y được tích tụ theo thời gian hình thành nên lớp đất mùn phù hợp cho rêu đỉnh cực. Rêu dẫn thích nghi, phát triển, tăng kích thước quần thể, cạnh tranh và dần loại bỏ địa y.

2. Tầm quan trọng của nghiên cứu diễn thế

Những hiểu biết về diễn thế giúp con người giải thích được sự biến đổi của các quần xã trong tự nhiên. Ngoài ra, dựa vào các nghiên cứu về quy luật diễn thế, từ quần xã hiện tại, con người có thể biết được các quần xã từng tồn tại trước đó và dự đoán được sự biến đổi của quần xã trong tương lai. Từ đó, giúp con người giải quyết nhiều vấn đề trong thực tiễn, gồm:

- Đánh giá và dự đoán được hệ quả những tác động của con người lên hệ sinh thái, từ đó đưa ra các kế hoạch xây dựng, khai thác tài nguyên, cải tiến công nghệ,... giúp ngăn chặn diễn thế suy thoái và bảo vệ môi trường sống. Ví dụ: Đánh giá tác động môi trường trước và sau khi xây đập thuỷ điện, hồ chứa nước,... để đưa ra các quyết định hoặc biện pháp ứng phó với các thay đổi bất lợi của hệ sinh thá; cải tiến các công nghệ như khai khoáng, tuyển quặng, kĩ thuật canh tác, xử lí chất thải,... để giảm thiểu tác động ô nhiễm, hủy hoại quần xã; khai thác tài nguyên tái sinh như rừng, thủy sản,... đúng thời điểm, đúng định mức với kĩ thuật hợp lí nhằm duy trì nguồn lợi lâu dài.

- Giúp rút ngắn thời gian hình thành quần xã đỉnh cực trong tái sinh rừng, hồi phụ quần xã suy thoái,... thông qua các tác động can thiệp thành phần loài, cải tạo sinh cảnh,… Ví dụ: Để tăng hiệu quả cải tạo đất ngập mặn ở miền Bắc Việt Nam, các loài trang (Kandelia obovata) hoặc bần (Sonneratia spp.) được lựa chọn là loài tiên phong do khả năng thích nghi với nền đất yếu, sinh trưởng nhanh, tỉ lệ sống cao, giữ phù sa tốt,…. Sau khi nền đất được nâng cao, các loài đước (Rhizophora apiculata), vẹt (Bruguiera spp.) thích nghi hơn để trồng bổ sung.

III. MỘT SỐ HIỆN TƯỢNG ẢNH HƯỞNG BẤT LỢI ĐẾN HỆ SINH THÁI

Loài người hiện tại và tương lai đang phải đối mặt với sự biến đổi bất lợi của môi trường sống như hiện tượng phì dưỡng, sự ấm lên toàn cầu và sa mạc hoá.

Phì dưỡng (phú dưỡng) là hiện tượng môi trường nước thừa chất dinh dưỡng (nitrogen, phosphorus) dẫn đến sự phát triển quá mức của vi sinh vật (vi khuẩn lam, tảo,…) gây độc và suy giảm lượng oxygen trong nước, làm chết hàng loạt động vật thủy sinh (cá, tôm, …). Nguyên nhân chủ yếu gây ra hiện tượng này đến từ dòng nước chứa phân bón dư thừa, nước thải sinh hoạt, nước thải của các ngành chế biến nông, thủy sản và chất thải chăn nuôi chưa được xử lí.

Sự ấm lên toàn cầu là hiện tượng tăng nhiệt độ trung bình của Trái Đất trong thời gian dài. Sự ấm lên của Trái Đất dẫn đến biến đổi khí hậu, thể hiện qua sự thất thường về thời tiết, chu kì mùa và gia tăng các hiện tượng thời tiết cực đoan như hạn hán, bão, lũ lụt, nước biển dâng,... gây mất cân bằng sinh thái trên quy mô toàn cầu. Nguyên nhân gây ra hiện tượng này là do hoạt động sống của con người như chặt phá rừng, phát thải quá nhiều khí nhà kính... dẫn đến tăng hiệu ứng nhà kính làm tăng nhiệt độ của Trái Đất.

(Trang 164)

Sa mạc hóa là quá trình thoái hóa đất ở những vùng khô hạn. Sa mạc hóa dẫn đến suy giảm diện tích rừng, giảm diện tích đất nông nghiệp, gây suy giảm đa dạng sinh vật, mất cân bằng sinh thái. Nguyên nhân gây ra hiện tượng này là do biến đổi khí hậu và hoạt động của con người như canh tác nông nghiệp lạc hậu, chăn thả gia súc mật độ cao, khai thác rừng quá mức,…

Như vậy, những hoạt động của con người là nguyên nhân chính gây ra các hiện tượng trên, làm phá vỡ sự ổn định của vòng tuần hoàn vật chất và dòng năng lượng, suy giảm đa dạng sinh vật, gây mất cân bằng hệ sinh thái và cuối cùng dẫn đến diễn biến theo hướng suy thoái, đe dọa sự tồn tại và phát triển của loài người và các quần xã sinh vật trên Trái Đất. Dựa vào những hiểu biết về diễn thế sinh thái, con người có thể đề xuất các biện pháp nhằm giảm nhẹ, ngăn chặn những hậu quả do các hiện tượng trên gây ra và đưa ra các biện pháp khắc phục hợp lí.