1. Môi trường và nhân tố sinh thái
Môi trường sống là nơi sinh sống của sinh vật, bao gồm tất cả các nhân tố vô sinh và hữu sinh xung quanh sinh vật, có ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp đến sự tồn tại, sinh trưởng, phát triển và sinh sản của sinh vật. Các loại môi trường chủ yếu: môi trường nước, môi trường đất, môi trường trên cạn và môi trường sinh vật.
Nhân tố sinh thái là từng yếu tố riêng lẻ trong môi trường có ảnh hưởng đến đặc điểm hình thái, sinh lí, tập tính và sự phân bố của sinh vật. Các nhân tố sinh thái được chia làm hai nhóm chính.
- Nhân tố vô sinh: không do sinh vật tạo ra, gồm ánh sáng, nhiệt độ, nước, độ ẩm, gió, thổ nhưỡng và các yếu tố hoá học (như pH, oxygen hoà tan, độ muối).
- Nhân tố hữu sinh: do sinh vật khác tạo ra, gồm quan hệ trong loài, quan hệ liên loài; con người là nhân tố hữu sinh đặc biệt vì có khả năng tác động mạnh đến môi trường.
Nhân tố giới hạn là nhân tố sinh thái khi ở mức quá thấp hoặc quá cao sẽ kìm hãm sự sinh trưởng, phát triển và phân bố của sinh vật.
2. Nhân tố vô sinh
- Ánh sáng: cường độ ánh sáng ảnh hưởng đến cường độ quang hợp (thực vật ưa sáng, ưa bóng; động vật hoạt động ban ngày, ban đêm); phổ ánh sáng ảnh hưởng đến quang hợp và sinh trưởng; chu kì sáng ảnh hưởng đến sinh sản, ra hoa ở thực vật và di cư ở một số động vật.
- Nhiệt độ: ảnh hưởng đến hoạt động của enzyme, trao đổi chất và tốc độ sinh trưởng. Động vật có thể là hằng nhiệt hoặc biến nhiệt; sinh vật có thể có phạm vi chịu đựng nhiệt độ rộng hoặc hẹp. Sinh vật thích nghi bằng nhiều cách như ngủ đông, thay lông, di cư theo mùa.
- Nước: là thành phần chính của tế bào và môi trường cho phản ứng sinh hoá. Thiếu nước làm sinh vật bị rối loạn hoạt động sống, thậm chí chết. Theo nhu cầu nước, thực vật chia thành nhóm thuỷ sinh, ưa ẩm, chịu hạn; cây chịu hạn thích nghi bằng rễ dài hút nước sâu, lá biến thành gai, thân mọng nước dự trữ nước.
- Độ ẩm: ảnh hưởng đến thoát hơi nước ở thực vật, hô hấp qua da ở lưỡng cư, nảy mầm của bào tử và sự phát triển của vi sinh vật.
- Gió: ảnh hưởng đến thoát hơi nước, sự thụ phấn của cây thụ phấn nhờ gió và sự phát tán quả, hạt. Cây sống ở vùng gió mạnh thường có tán thấp, lá nhỏ, vỏ dày.
- Thổ nhưỡng, đất đá: cung cấp nước, chất khoáng và chỗ bám rễ. Thành phần cơ giới của đất cùng pH quyết định loài thực vật có thể phân bố.
- Yếu tố hoá học trong nước: độ muối, nồng độ oxygen hoà tan và pH quyết định sự phân bố của sinh vật thuỷ sinh.
3. Nhân tố hữu sinh
3.1 Quan hệ trong loài
- Hỗ trợ: các cá thể cùng loài sống thành nhóm, đàn để dễ kiếm ăn, chống kẻ thù và sinh sản, ví dụ đàn cá, tổ ong, hiện tượng liền rễ ở thông.
- Cạnh tranh: các cá thể tranh giành thức ăn, nơi sống, ánh sáng, bạn tình. Ở thực vật xuất hiện hiện tượng tự tỉa thưa; ở động vật có hiện tượng phân chia lãnh thổ. Cạnh tranh tạo sức ép chọn lọc, giúp loài thích nghi và tiến hoá.
3.2 Quan hệ liên loài
| Dạng quan hệ | Ý nghĩa | Ví dụ |
|---|---|---|
| Cạnh tranh | Cả hai loài đều bị hại | Cỏ dại tranh nước, dinh dưỡng với cây lúa |
| Ăn thịt và bị ăn thịt | Loài săn mồi có lợi, loài mồi bị hại | Sư tử săn linh dương; bọ rùa ăn rệp vừng |
| Kí sinh | Loài kí sinh có lợi, vật chủ bị hại | Giun sán sống trong ruột người; dây tơ hồng sống trên cây khác |
| Hội sinh | Một loài có lợi, loài kia không bị ảnh hưởng | Cá ép bám theo cá mập; phong lan bám trên thân cây gỗ |
| Hợp tác | Cả hai loài đều có lợi nhưng không bắt buộc | Chim sáo và trâu |
| Cộng sinh | Cả hai loài đều có lợi, bắt buộc | Vi khuẩn Rhizobium và cây họ Đậu; tảo và nấm trong địa y |
| Ức chế – cảm nhiễm | Một loài bị hại, loài kia không bị ảnh hưởng | Tảo giáp nở hoa tiết chất độc làm chết cá, tôm; một số cây tiết chất ức chế cây lân cận |
4. Các quy luật tác động của nhân tố sinh thái
- Tác động tổng hợp: các nhân tố sinh thái tác động đồng thời và ảnh hưởng lẫn nhau; sự thay đổi một nhân tố có thể làm thay đổi tác động của nhân tố khác.
- Tác động không đồng đều: cùng một nhân tố tác động khác nhau lên các chức năng sống, các giai đoạn phát triển của cơ thể và lên các loài khác nhau.
- Tác động qua lại: môi trường tác động lên sinh vật, sinh vật cũng làm biến đổi môi trường.
4.1 Định luật về nhân tố giới hạn
Sự sinh trưởng và phát triển của sinh vật bị giới hạn bởi nhân tố có mức độ nhỏ nhất so với nhu cầu của sinh vật, chứ không phải bởi tổng số lượng các nhân tố.
Ví dụ: khi bón đầy đủ đạm, lân, kali và tưới đủ nước nhưng cây vẫn còi cọc vì đất thoát nước kém gây úng, thì yếu tố thoát nước chính là nhân tố giới hạn.
- 1.Quan sát hiện tượng sinh vật kém phát triển và xác định các triệu chứng bất thường.
- 2.Kiểm tra các nhân tố: nước, chất dinh dưỡng, ánh sáng, nhiệt độ, thoát nước để tìm yếu tố quá thấp hoặc quá cao.
- 3.Khắc phục nhân tố giới hạn, sau đó theo dõi phản ứng của sinh vật để điều chỉnh.
4.2 Giới hạn sinh thái (quy luật chịu đựng)
Giới hạn sinh thái là khoảng giá trị xác định của một nhân tố sinh thái mà trong khoảng đó sinh vật có thể tồn tại và phát triển. Giới hạn sinh thái có giới hạn dưới và giới hạn trên (điểm gây chết); ngoài giới hạn này sinh vật sẽ chết.
Trong giới hạn sinh thái có khoảng thuận lợi (sinh vật sống tốt nhất, có điểm cực thuận) và khoảng chống chịu (hoạt động sống của sinh vật bị ức chế). Loài có giới hạn sinh thái rộng đối với nhiều nhân tố thường phân bố rộng; loài có giới hạn sinh thái hẹp thường phân bố hẹp.
Ổ sinh thái của một loài là không gian sinh thái mà ở đó tất cả các nhân tố sinh thái của môi trường nằm trong giới hạn sinh thái cho phép loài đó tồn tại và phát triển lâu dài.
5. Ý nghĩa và ứng dụng
- Nông nghiệp: căn cứ định luật nhân tố giới hạn để phát hiện và bổ sung kịp thời yếu tố đang thiếu; bón phân cân đối; cải tạo đất, tưới tiêu hợp lí; dùng nhà kính, nhà lưới để kiểm soát nhiệt độ, ẩm, ánh sáng và hạn chế sâu bệnh.
- Chăn nuôi: chọn giống phù hợp với khí hậu địa phương; điều chỉnh nhiệt độ, độ ẩm và thông gió trong chuồng trại; xử lí chất thải để giảm mùi hôi và dịch bệnh.
- Nuôi trồng thuỷ sản: kiểm soát nhiệt độ, pH, oxygen hoà tan, độ muối của nước ao; làm sạch đáy ao và xử lí nước trước khi thả nuôi.
- Bảo vệ môi trường: duy trì cân bằng các nhân tố sinh thái, hạn chế ô nhiễm, bảo vệ môi trường sống của các loài quý hiếm, nguy cấp.
6. Ví dụ minh hoạ
Một chủ vườn bón nhiều phân đạm, tưới đủ nước, đất thoát nước tốt nhưng lúa vẫn còi cọc, lá nhỏ, cây yếu. Hãy giải thích và đề xuất cách khắc phục.
Lời giải
Theo định luật về nhân tố giới hạn, khi yếu tố đạm đã đầy đủ thì yếu tố khác (lân, kali hoặc mật độ gieo trồng gây thiếu ánh sáng) đang ở mức thấp và là nhân tố giới hạn. Cần phân tích đất, bón phân cân đối đạm - lân - kali, kiểm soát mật độ gieo trồng để cây nhận đủ ánh sáng.
Ao nuôi cá tra nước ngọt bị nước biển xâm nhập, cá chết hàng loạt. Hãy giải thích bằng quy luật chịu đựng.
Lời giải
Cá tra sống ở nước ngọt chỉ chịu được độ muối rất thấp. Khi độ muối tăng cao vượt quá ngưỡng tối đa chịu đựng, cơ thể cá bị sốc, rối loạn trao đổi chất và chết. Vì vậy cần ngăn nước biển xâm nhập, kiểm soát độ muối trong biên độ chịu đựng của cá.
7. Câu hỏi vận dụng
Phân biệt nhân tố sinh thái vô sinh và nhân tố sinh thái hữu sinh. Cho ví dụ minh hoạ.
Gợi ý trả lời
Nhân tố vô sinh là các yếu tố phi sinh học như ánh sáng, nhiệt độ, nước, gió; nhân tố hữu sinh là tác động từ sinh vật khác như quan hệ trong loài, quan hệ liên loài và sự tác động của con người.
Trong ao nuôi tôm, khi nồng độ oxygen hoà tan xuống quá thấp, tôm nổi đầu và chết. Hãy giải thích bằng định luật về nhân tố giới hạn và đề xuất biện pháp khắc phục.
Gợi ý trả lời
Oxygen hoà tan trở thành nhân tố giới hạn khi xuống dưới mức tối thiểu chịu đựng. Biện pháp: sục khí, thay nước, xử lí đáy ao, giảm mật độ thả nuôi và hạn chế cho ăn quá mức.
Tại sao nhiều loài thực vật ở sa mạc có lá biến thành gai và bộ rễ rất dài?
Gợi ý trả lời
Đó là thích nghi với nhân tố nước và nhiệt độ khắc nghiệt: lá dạng gai làm giảm diện tích bốc thoát hơi nước; rễ dài giúp hút nước ở tầng sâu; nhiều loài còn có thân mọng nước để dự trữ nước.