đại học quốc gia hà nội
trường đại học khoa học tự nhiên


GS. TS. Vũ Trung Tạng
Hướng dẫn giáo viên THPT
thực hiện chương trình Sinh thái học 12 cải cách
Những vấn đề mới và khó trong sinh thái học 12, Nâng cao


Hà Nội, 8 - 2006
Mở đầu
Những vấn đề mới và khó nằm rải rác trong các chương, các bài, nhưng tập trung chính trong các chương sau:
Quần thể sinh vật (bài 51, 52, 53).
Quần xã sinh vật (bài 55,56,57,58).
Hệ sinh thái (bài 60, 61,62).
Sinh quyển (bài 63 và bài 64 ).
BàI 48
Các khái niệm về nơi sống, sinh cảnh và ổ sinh thái.
Nơi sống (Habitat) là một phần của môi trường, một không gian mà ở đó một sinh vật hay một quần thể, quần xã sinh vật sinh sống với các yếu tố vô sinh và hữu sinh của phần môi trường ấy.
Sinh cảnh (Biotop) là đơn vị nhỏ nhất của nơi sống, ở đấy có sự đồng nhất tương đối của các loài động vật, thực vật, vi sinh vật và những điều kiện của môi trường vật lí.
ổ sinh thái là một không gian sinh thái (hay siêu không gian) mà các nhân tố môi trường của nó quyết định đến sự tồn tại và phát triển ổn định của cá thể loài theo thời gian.
Mô tả khái niệm về ổ sinh thái
Hai vấn đề cơ bản nhất:
Sinh vật chịu sự chi phối hay sống phụ thuộc vào các nhân tố môi trường bằng những phản ứng thích nghi, trong đó cơ thể có những biến đổi về các đặc điểm hình thái, sinh lí và tập tính sinh thái.
Trong quá trình tiến hoá, sinh vật không chỉ thích nghi một cách bị động với các nhân tố môi trường mà còn chủ động phản ứng lại làm cho môi trường biến đổi để giảm nhẹ tác động của môi trường lên đời sống.
Bài 49 và 50
Đó là mối tác động 2 chiều, thể hiện sự thống nhất biện chứng giữa cơ thể và môi trường.
Sống trong các tổ chức càng cao (quần thể, quần xã), sức cải tạo môi trường của sinh vật càng mạnh, trong nhiều trường hợp sinh vật làm cho môi trường biến dạng cực lớn, ví dụ, sự hình thành đất, sự thành tạo các rạn san hô trong các đại dương v.v.
Công thức tổng quát về kích thước quần thể:
Nt = N0 + B - D + I - E không chỉ chỉ ra mối phụ thuộc về số lượng của quần thể với các yếu tố thành tạo mà chính mỗi yếu tố là những nguyên nhân điều chỉnh kích thước quần thể, trong đó mức sinh sản và mức tử vong là bản tính vốn có của bất kì quần thể nào.
Kích thước quần thể với những cực trị của nó: Kích thước tối thiểu đặc trưng cho loài, kích thước tối đa phù hợp với sức chứa của môi trường.

Bài 53 Kích thước QT
Khái niệm về mức sinh sản và mức tử vong, mức xuất cư và nhập cư cũng như các khái niệm về tốc độ sinh sản và tử vong riêng tức thời là những kiến thức rất cơ bản để hiểu sự gia tăng số lượng của quần thể, trong đó đề cập đến mối quan hệ b - d = r như một hệ số gia tăng hay tốc độ tăng trưởng riêng tức thời về số lượng của quần thể.
Mức sống sót của quần thể được xem là "chiến lựơc sống còn" của các loài.

Sự tăng trưởng kích thước quần thể được mô tả trong 2 điều kiện:
Điều kiện môi trường lớ tu?ng (hay theo ti?m nang sinh h?c c?a lo�i).



Điều kiện môi trường bị giới hạn (môi trường thực tế).
.
BàI 54
Biến động số lượng là sự tăng, giảm số lượng cá thể của quần thể. Khi số lượng đạt đến K, số lượng cá thể của quần thể sẽ dao động quanh giá trị cân bằng.
Sức chứa của môi trường cũng không ổn định, phụ thuộc vào chính tốc độ tái sản xuất của các thành phần cấu tạo nên nguồn sống và những điều kiện của môi trường vô sinh và hữu sinh, đảm bảo cho sự tái sản xuất đó.
Biến động
số lượng cá thể của quần thể
Ngoài kiểu biến động không theo chu kỳ mà con người không kiểm soát được, những dạng biến động theo chu kỳ, nhiều khi rất tuần hoàn, bao giờ cũng phù hợp với những nhân tố thiên văn biến đổi chặt chẽ theo chu kỳ.
Biến động số lượng cá thể của quần thể được xem là tiêu điểm sinh thái, ở đó phản ảnh những đặc tính sinh học của quần thể:
Sự sinh trưởng của cá thể.
Mức sinh sản của quần thể.
Mức tử vong của quần thể.
Nguồn năng lượng cấp cho quần thể thông qua thức ăn.
Các dạng biến động số lượng và
cơ chế điều chỉnh số lượng
Khi nguồn thức ăn suy giảm:
- Xảy ra sự biến dị (hay sự phân li) kích thước của các cá thể trong quần thể: một bộ phận sinh trưởng bình thường, một bộ phận khác sinh trưởng chậm, một bộ phận khác nữa trở nên còi cọc.
- Do đó, dãy tuổi sinh sản lần đầu của các cá thể trong quần thể bị kéo dài.
- Sản phẩm sinh dục giảm cả về số lượng và chất lượng. Sức sống của con non sinh ra kém. Do đó, mức sinh sản của quần thể giảm.
- Mức tử vong của con non và con già đều gia tăng.
Chung lại, số lượng cá thể của quần thể giảm.
BàI 55 - KháI niệm và các đặc trưng cO B?N C?A Qu?N X�

"Quần xã sinh vật là m?t t?p hợp các quần thể sinh v?t khác loài sống trong một sinh cảnh xác định, trong đó các loài tương tác với nhau và với môi trường để tồn tại và phát triển một cách ổn định theo thời gian"

Khái niệm

Trong khái niệm này cần nhấn mạnh đến những tập hợp quần thể khác loài.
Quần xã không chỉ gồm những nhóm sinh vật có hoạt động chức năng khác nhau (tự dưỡng, dị dưỡng) mà còn gồm các loài có cùng hoạt động chức năng, nhưng lại thuộc các dạng sống khác nhau hay thuộc các nhóm phân loại khác nhau: thực vật, động vật, vi sinh vật....
Quần xã còn được coi là môi trường tồn tại, phân hoá và tiến hoá của các loài:
i) Do phải chia sẻ không gian và nguồn thức ăn có giới hạn trong một sinh cảnh nên các loài phát triển theo hướng biến đổi về hình thái, các đặc tính sinh lí và tập tính sinh thái.
ii) Những mối quan hệ xuất hiện trong quần xã được coi là động lực chính dẫn đến hiện tượng phân hoá và tiến hoá của các loài, đồng thời là những nhân tố kiểm soát và khống chế số lượng của các lòai trong QX :
+ Quan hệ cạnh tranh giữa các loài.
+ Quan hệ con mồi - vật ăn thịt và vật chủ - vật ký sinh.
+ Quan hệ cộng sinh của các loài - một trong những mối tương tác dương quan trọng.
Mối quan hệ giữa số loài và số lượng các thể của mỗi loài là mối quan hệ nghịch biến.
Khi số loài tăng lên, mối quan hệ sinh học giữa các loài trở nên căng thẳng, do đó, chúng phải phân hoá về ổ sinh thái, kéo theo là những biến đổi của các đặc điểm hình thái, sinh lý và sinh thái, cũng như các mối quan hệ giữa các loài.
Tính đa dạng về loài trong quần xã thay đổi một cách có quy luật (theo vĩ độ địa lý, trạng thái phát triển của quần xã).
Những đặc trưng cơ bản của quần xã
Cần chú ý:Mối quan hệ cạnh tranh: Những điều kiện để dẫn đến một loài này chiến thắng một loài khác và những điều kiện dẫn đến sự chung sống của các loài trong quần xã.
Mối quan hệ giữa con mồi - vật dữ giúp cho việc giải thích cân bằng sinh học trong tự nhiên.
Cả 2 mối quan hệ trên là một trong những động lực quan trọng dẫn đến sự phân hoá và tiến hoá của các loài.
Bài 56 Các mối quan hệ sinh học trong QX
BàI 57 mối quan hệ dinh dưỡng
Mối quan hệ dinh dưỡng là mối quan hệ sinh học quan trọng và bao trùm nhất trong quần xã.
Cần chú ý:
Sự hình thành các chuỗi thức ăn khác nhau với sự khởi đầu từ các vật liệu khác nhau.
Sự khác nhau của bậc dinh dưỡng trong một xích thức ăn và trong quần xã sinh vật: trong một xích thức ăn, bậc dinh dưỡng là một loài nào đó, còn trong quần xã là một nhóm loài cùng đứng trong một mức năng luợng hay cùng sử dụng những loại thức ăn cũng ở cùng mức năng lượng (sinh vật tự dưỡng hay sinh vật dị dưỡng cấp một, d? du?ng c?p 2, c?p 3...).
BàI 57
Những điều kiện nào làm cho các tháp số lượng cũng như tháp sinh khối của sinh vật sống trong tầng nước không có dạng chuẩn.
Sự khác nhau của tháp sinh thái trong chuỗi thức ăn và trong quần xã sinh vật: trong chuỗi thức ăn đơn nhất, các bậc dinh dưỡng sau bao giờ cũng nhỏ hơn bậc trước kề liền, trong khi đó, ở quần xã sinh vật có thể có nhóm dị dưỡng nào đó sử dụng không chỉ một nguồn thức ăn nên sản lượng của nó có thể lớn hơn bậc trước kề liền.
Nhìn tổng thể, các nhóm sinh vật càng ở cuối bậc dinh dưỡng có tổng sản lượng đều nhỏ so với những nhóm loài đứng ở bậc dinh dưỡng trước nó.
BàI 58 diễn thế sinh thái
Diễn thế sinh thái là quá trình phát triển tiến hoá của quần xã sinh vật hay cao hơn là sự phát triển tiến hoá của hệ sinh thái.
Diễn thế thường là quá trình định hướng, con người có thể biết trước và dự báo được, trừ những biến động gây ra bởi các nhân tố ngẫu nhiên (cháy, lụt, bão, khai thác bừa bãi của con người.).
Diễn thế thực chất là s? giải quyết những mâu thuẫn xuất hiện giữa các loài sinh vật với nhau và giữa quần xã sinh vật với môi trường trong quá trình phát triển để đạt được trạng thái cân bằng ổn định trong những điều kiện môi trường cụ thể.
Phân loại diễn thế:
- Nếu dựa vào "giá thể" thì ta có: diễn thế nguyên sinh xảy ra trên môi trường chưa từng có một quần xã nào tồn tại, còn diễn thế thứ sinh xảy ra trên môi trường từng tồn tại một quần xã sinh vật, nhưng đã bị hủy diệt.
- Nếu dựa vào sự tổng hợp vật chất (P) và phân hủy vật chất (R), người ta còn chia ra diễn thế tự dưỡng (P/R > 1) và diễn thế dị dưỡng (P/R<1).
Cần chú ý:
Vai trò của nhóm loài sinh vật ưu thế như một động lực gây ra sự thay đổi của môi trường vật lí để đưa đến diễn thế của quần xã cả khi điều kiện khí hậu khá ổn định.
Các nhân tố môi trường vật lí là tác nhân khởi động, quy định tốc độ và phạm vi diễn thế của quần xã sinh vật.
Diễn thế là s? giải quyết các mâu thuẫn nội tại vốn có trong quần xã sinh vật và giữa quần xã với môi trường trong quá trình phỏt tri?n thông qua sự biến đổi của hàng loạt các chỉ số sinh thái.
BàI 60 hệ sinh thái
"Hệ sinh thái là tập hợp quần xã sinh vật với môi trường vật lí của nó, trong đó sinh vật tương tác với nhau và với môi trường để tạo nên các chu trình sinh địa hóa và sự biến đổi của năng lượng".
Hệ sinh thái trở thành một đơn vị thiên nhiên hoàn chỉnh và bao giờ cũng là một hệ động lực mở, tự điều chỉnh, tương tự như một cơ thể sống.
Hệ sinh thái là một hệ động lực mở, tự điều chỉnh, khác hẳn với hệ thống không sống:
BàI 61 chu trình sinh địa hoá
Cần chú ý:
Nhấn mạnh đến 4 điều sau trong khái niệm về chu trình sinh địa hoá:
Sự trao đổi không ngừng của các chất và các nguyên tố hoá học giữa quần xã sinh vật với môi trường.
Các chất dinh dưỡng trong cơ thể sinh vật luôn được đổi mới thông qua xích thức ăn.
Vật chất được sử dụng lặp đi lặp lại.
Vi sinh vật hoại sinh có th? xem là cầu nối giữa quần xã sinh vật với môi trường với tư cách vừa là kẻ kết thúc chu trình vật chất vừa là kẻ mở đầu cho một chu trình mới.
Phân biệt sự khác nhau giữa chu trình các chất khí và chu trình các chất lắng đọng:












Đối với các chu trình riêng lẻ cần lồng ghép những vấn đề thực tiễn rất sôi động hiện nay như : nước, sự suy thoái nguồn nước và tiết kiệm nước, sự gia tăng hiệu ứng nhà kính, sự hủy hoại tầng ôzon, vấn đề cải tạo đất bạc mầu v.v.
BàI 62 Dòng năng lượng trong hệ sinh thái
Năng lượng là dạng tồn tại cơ bản của mọi vật chất, nó không tự hình thành, không tự mất đi mà chỉ biến đổi từ dạng này sang dạng khác.
Mọi vật thể trên hành tinh đều tiếp nhận nguồn năng lượng vô tận của Mặt Trời. Đối với sinh vật thì chỉ có sinh vật mang mầu mới có khả năng cố định được năng lượng dưới dạng hoá năng chứa trong cơ thể để từ đó chuyển cho các sinh vật dị dưỡng và phần lớn mất đi dưới dạng nhiệt.
Phân biệt năng lượng của môi trường và năng lượng trong hệ sinh thái.
Năng lượng của môi trường tồn tại dưới dạng sóng ánh sáng trực tiếp và năng lượng nhiệt sóng dài thoát ra từ các vật thể sau khi tiếp nhận bức xạ Mặt Trời.
Dòng năng lượng đi vào hệ sinh thái được mô tả thông qua hình vẽ từ Odum, vừa phản ảnh đầy đủ nội dung vừa rất trực giác, dễ giảng đối với giáo viên, dễ lĩnh hội đối với học sinh.
Dòng năng lương đi qua hệ sinh thái: PG-Năng lượng sơ cấp thô, R-Hô hấp của sinh vật, PN- Năng lượng sơ cấp tinh, NU - Năng lượng không được sử dụng, NA- Năng lượng không được đồng hoá, C1,C2- Năng lượng chứa trong mô động vật ăn cỏ và động vật ăn thịt, Ô tròn là sự phân huỷ vật chất bởi vi sinh vật.
R
BàI 63
"Tập hợp các quần xã sinh vật trên cạn và dưới nước với môi trường vô sinh của chúng hoạt động như một hệ sinh thái được gọi là sinh quyển".
Đó là một màng sống rất mỏng bao lấy bề mặt hành tinh với độ cao đến 6000-7000m, đến độ sâu 2-3 dặm dưới mặt đất (xuống càng sâu, số lượng càng ít và gồm những loài kị khí và chịu nhiệt) và trên 11.000m dưới đáy đại dương.
Khái niệm về sinh quyển
"Do tính không đồng nhất về điều kiện sống, trên bề mặt hành tinh hình thành các hệ sinh thái cực lớn. Đó là các khu sinh học" (Biom)
Định dạng các khu sinh học dựa vào dạng sống của thực vật ở trạng thí đỉnh cực, tương ứng với điều kiện đất đai và khí hậu (chủ yếu là chế độ chiếu sáng hay thời kì sinh dưỡng của thực vật, nhiệt độ và lượng mưa) của một vùng địa lí xác định.
Khu sinh học
Khu sinh học gồm hai nhóm lớn:
Các khu sinh học trên cạn, với tiêu chí phân chia:
Vị trí địa lí, đặc điểm địa mạo, địa hình (độ cao so với mực nước biển).
Nền thổ nhưỡng với những đặc tính lý hoá học của đất.
Các điều kiện khí hậu: nhiệt độ, lượng mưa và độ ẩm, cùng với điều đó là chế độ chiếu sáng - quyết định đến thời kì sinh dưỡng của thực vật.
Dạng thực vật ở trạng thái cao đỉnh và những động vật đi kèm.
Từ những tiêu chí trên, ta có:
Đồng rêu (Tundra).
Rừng lá kim (Taiga).
Rừng lá rộng rụng theo mùa và rừng hỗn tạp ôn đới Bán cầu Bắc.
Rừng ẩm thường xanh nhiệt đới.
Những khu sinh học khác đặc trưng cho các vùng địa lý có những điều kiện khí hậu chuyển tiếp hay giao thoa giữa những vùng lớn nêu trên, chẳng hạn, các khu sinh học đồng cỏ (ôn đới và nhiệt đới), các savan cây bụi, các hoang mạc..
Các khu sinh học dưới nước: dựa vào sự khác biệt về độ muối Natri clorua (NaCl), thủy quyển được chia ra các dạng:
Các thủy vực nội địa, gồm:
Nước chảy (sông suối)
Nước đứng (ao, hồ).
Dạng trung gian giữa nước chảy và nước đứng là hồ chứa.
Biển và đại dương: chiếm 71% bề mặt hành tinh. Khi dựa vào nền đáy và độ sâu của khối nước biển và đại dương, chia thành các tỉnh khác nhau với những đặc tính sau đây:
Độ sâu đáy và tầng nước.
Điều kiện môi trường vô sinh (chủ yếu là các yếu tố hải văn),
Thành phần các loài động thực vật và vi sinh vật.
Năng suất sinh học vùng nước, trong đó thềm lục địa đóng vai trò bậc nhất trong sản xuất và đời sống con người.
BàI 64

Tài nguyên thiên nhiên và sự suy thoái tài nguyên thiên thiên
Trong số các dạng khoáng sản, nhiều kim loại đã bị khai thác đến cạn kiệt hoặc sắp cạn kiệt trong khi nhu cầu của công nghiệp ngày một tăng và chưa thể có những chất thay thế. Điều đó đòi hỏi mọi quốc gia phải biết tiết kiệm bằng con đường tái sử dụng và tái chế.
Tài nguyên tái sinh không phải là vô tận khi con người khai thác quá mức và khai thác bằng các phương pháp hủy diệt.

Vấn đề dân số và sức ép dân số lên
tài nguyên thiên thiên
Khoảng 10.000 năm trước CN dân số thế giới mới có 5 triệu người. Sau 1500 năm con số đó lên đến 500 triệu.
Dân số bùng nổ vào thời kì hậu công nghiêp, nhất là ở các nước đang phát ttriển. Theo dự báo phải sau 150 năm nữa, tức là vào năm 2150, dân số toàn thế giới mới bước vào trạng thái ổn định.
Sự gia tăng dân số kéo theo là sự tăng nhu cầu của con người và tăng lượng xả thải, "con người sinh thái" trở nên "nặng" hơn. Điều đó tạo ra sức ép ngày càng lớn lên tài nguyên và môi trường.

Vấn đề quản lý tài nguyên cho
phát triển bền vững
Nội dung chính của phát triển bền vững tập trung vào các mục đích chính sau đây:
Giảm đến mức thấp nhất sự khánh kiệt tài nguyên không tái sinh trên cơ sở tiết kiệm, sử dụng lại và tái chế các nguyên vật liệu; khai thác và sử dụng hợp lí các dạng tài nguyên có khả năng phục hồi (đất, nước và sinh vật).
Bảo tồn đa dạng sinh học, bao gồm trong đó bảo tồn các loài, các nguồn gen và các hệ sinh thái, nhất là những hệ sinh thái có sức sản xuất cao mà con người sống dựa vào và những hệ sinh thái nhạy cảm với tác động của các nhân tố môi trường.
Bảo vệ sự trong sạch của môi trường đất, nước và không khí.
Kiểm soát được sự gia tăng dân số, nâng cao chất lượng cuộc sống vật chất và tinh thần cho con người, trong đó con người sống bình đẳng với nhau về quyền lợi và nghĩa vụ, đồng thời con người sống hài hoà với thế giới tự nhiên.
Xin chân thành cảm ơn!