I. Khái niệm và cấu trúc hệ sinh thái
Hệ sinh thái bao gồm quần xã sinh vật và sinh cảnh của quần xã (môi trường vô sinh của quần xã). Trong hệ sinh thái, các sinh vật trong quần xã luôn luôn tác động lẫn nhau và tác động qua lại với các thành phần vô sinh của sinh cảnh. Nhờ các tác động qua lại đó mà hệ sinh thái là một hệ thống sinh học hoàn chỉnh và tương đối ổn định.
Hệ sinh thái biểu hiện chức năng của một tổ chức sống
Hệ sinh thái biểu hiện chức năng của một tổ chức sống, qua sự trao đổi vật chất và năng lượng giữa các sinh vật trong nội bộ quần xã và giữa quần xã với sinh cảnh của chúng. Trong đó, quá trình "đồng hóa" - tổng hợp các chất hữu cơ, sử dụng năng lượng mặt trời do các sinh vật tự dưỡng trong hệ sinh thái thực hiện và quá trình "dị hóa" do các sinh vật phân giải chất hữu cơ thực hiện.
Các thành phần cấu trúc hệ sinh thái
Một hệ sinh thái bao gồm 2 thành phần cấu trúc: thành phần vô sinh là môi trường vật lí (sinh cảnh) và thành phần hữu sinh là quần xã sinh vật.
- Thành phần vô sinh:
+ Các chất vô cơ: nước, điôxit cacbon, ôxi, nitơ, phốtpho...
+ Các chất hữu cơ: prôtêin, gluxit, vitamin, hoocmôn...
+ Các yếu tố khí hậu: ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm, khí áp...
- Thành phần hữu sinh:
Sinh vật sản xuất: đó là những loài sinh vật có khả năng quang hợp và hóa tổng hợp, tạo nên nguồn thức ăn cho mình và để nuôi các loài sinh vật dị dưỡng.
Sinh vật tiêu thụ: gồm các loài động vật ăn thực vật, sau là những loài động vật ăn thịt.
Sinh vật phân hủy: nhóm này gồm các vi sinh vật sống dựa vào sự phân hủy các chất hữu cơ có sẵn. Chúng tham gia vào việc phân giải vật chất để trả lại cho môi trường những chất ban đầu.
II. Các kiểu hệ sinh thái
Các hệ sinh thái tự nhiên
Các hệ sinh thái trên cạn:
Các hệ sinh thái trên cạn chủ yếu gồm hệ sinh thái rừng nhiệt đới, sa mạc và hoang mạc, sa van đồng cỏ, thảo nguyên, rừng lá rộng ôn đới, rừng thông phương Bắc, đồng rêu hàn đới.
Các hệ sinh thái dưới nước:
- Các hệ sinh thái nước mặn (bao gồm cả vùng nước lợ), điển hình ở vùng ven biển là các vùng ngập mặn, cỏ biển, rạn san hô và hệ sinh thái vùng biển khơi.
- Các hệ sinh thái nước ngọt được chia ra thành các hệ sinh thái nước đứng (ao, hồ...) và hệ sinh thái nước chảy (sông, suối).
Các hệ sinh thái nhân tạo
Các hệ sinh thái nhân tạo như đồng ruộng, hồ nước, rừng trồng, thành phố... đóng vai trò hết sức quan trọng trong cuốc sống của con người.
Trong nhiều hệ sinh thái nhân tạo, ngoài nguồn năng lượng sử dụng giống như các hệ sinh thái tự nhiên, để có hiệu quả sử dụng cao, người ta bổ sung thêm cho hệ sinh thái một nguồn vật chất và năng lượng khác, đồng thời thực hiện các biện pháp cải tạo hệ sinh thái.
Hệ sinh thái nông nghiệp cần bón thêm phân, tưới nước và diệt cỏ dại. Hệ sinh thái rừng cần các biện pháp tỉa thưa. Hệ sinh thái ao hồ nuôi tôm cá cần loại bỏ các loài tảo độc và các dữ...
Những điểm giống nhau và khác nhau giữa hệ sinh thái tự nhiên và hệ sinh thái nhân tạo
- Giống:
Đều có những đặc điểm chung về thành phần cấu trúc, bao gồm thành phần vật chất vô sinh và thành phần hữu sinh. Thành phần vật chất vô sinh là môi trường vật lí (sinh cảnh) và thành phần hữu sinh là quần xã sinh vật. Các sinh vật trong quần xã luôn luôn tác động lẫn nhau và tác động qua lại với các thành phần vô sinh của sinh cảnh.
- Khác:
Hệ sinh thái nhân tạo có thành phần loài ít, do đó tính ổn định của hệ sinh thái thấp, dễ bị dịch bệnh. Hệ sinh thái nhân tạo nhờ được áp dụng các biện pháp canh tác và kĩ thuật hiện đại nên sinh trưởng của các cá thể nhanh, năng suất sinh học cao, ...
III. Trao đổi vật chất trong quần xã sinh vật
Chuỗi thức ăn
Là một dãy gồm nhiều loài sinh vật có quan hệ dinh dưỡng với nhau. Mỗi loài là một mắt xích. Trong một chuỗi, một mắt xích vừa có nguồn thức ăn là mắt xích phía trước vừa là nguồn thức ăn của mắt xích phía sau.
Có 2 loại chuỗi thức ăn:
+ Chuỗi thức ăn mở đầu bằng cây xanh → động vật ăn thực vật → động vật ăn động vật
Cây ngô → sâu ăn lá ngô → nhái → rắn hổ mang → diều hâu
+ Chuỗi thức ăn mở đầu bằng chất hữu cơ bị phân giải → sinh vật phân giải mùn, bã hữu cơ → động vật ăn sinh vật phân giải → các động vật ăn động vật khác
Lá, cành khô → mối → nhện → thằn lằn
Chuỗi thức ăn thứ 2 là hệ quả của chuỗi thức ăn thứ nhất.
Trong tự nhiên, chuỗi thức ăn thứ 2 thường đóng vai trò ưu thế. Những chất bài tiết của động vật và mảnh vụn xác động thực vật thường bị phân giải.
Hai chuỗi thức ăn hoạt động đồng thời, song tùy nơi, tùy lúc mà 1 trong 2 chuỗi trở thành ưu thế. Ví dụ, trên đồng cỏ Mộc Châu vào mùa xuân hè, cỏ dồi dào, non tơ làm thức ăn cho trâu, bò và các loài côn trùng ăn cỏ. Vào mùa đông khô lạnh, cỏ cằn cỗi, úa vàng, chuỗi thức ăn khởi đầu bằng mùn bã sinh vật trở nên ưu thế hơn
Lưới thức ăn
Lưới thức ăn trong một quần xã gồm nhiều chuỗi thức ăn có nhiều mắt xích chung.
Quần xã sinh vật càng đa dạng về thành phần loài thì lưới thức ăn trong quần xã càng phức tạp
Bậc dinh dưỡng
Trong 1 lưới thức ăn, tập hợp các loài sinh vật có cùng mức dinh dưỡng hợp thành một bậc dinh dưỡng.
Trong quần xã có nhiều bậc dinh dưỡng:
Bậc dinh dưỡng cấp 1 (sinh vật sản xuất): sinh vật tự dưỡng
Bậc dinh dưỡng cấp 2 (sinh vật tiêu thụ bậc 1): động vật ăn sinh vật sản xuất
Bậc dinh dưỡng câp 3 (sinh vật tiêu thụ bậc 2): động vật ăn sinh vật tiêu thụ bậc 1
Bậc dinh dưỡng cấp 4, cấp 5 (sinh vật tiêu thụ bậc 3, bậc 4)
Bậc dinh dưỡng cấp cao nhất: bậc cuối cùng trong chuỗi thức ăn.
IV. Tháp sinh thái
Là độ lớn của các bậc dinh dưỡng được xác định bằng số lượng cá thể, sinh khối hay năng lượng ở mỗi bậc dinh dưỡng
Có 3 loại tháp sinh thái:
Tháp số lượng: được xây dựng trên số lượng cá thể sinh vật ở mỗi bậc dinh dưỡng.
Tháp sinh khối: được xây dựng dựa trên khối lượng tổng số của tất cả các sinh vật trên 1 đơn vị diện tích hay thể tích ở mỗi bậc dinh dưỡng.
Tháp năng lượng: là hoàn thiện nhất, được xây dựng trên số năng lượng được tích luỹ trên 1 đơn vị diện tích hay thể tích trong 1 đơn vị thời gian ở mỗi bậc dinh dưỡng.
