BÀI 24: SINH THÁI HỌC QUẦN THỂ
I. KHÁI NIỆM QUẦN THỂ VÀ MỐI QUAN HỆ GIỮA CÁC CÁ THỂ TRONG QUẦN THỂ
1. Khái niệm quần thể
- Là tập hợp các cá thể
cùng loài, cùng sinh sống trong một khoảng không gian và thời gian xác định, có
khả năng sinh sản (hữu tính hoặc vô tính) để tạo ra những thế hệ mới.
- Quần thể là một hệ thống
mở, thường xuyên trao đổi vật chất và năng lượng với môi trường nhằm đảm bảo sự
tồn tại và phát triển.
- Các quần thể trong tự
nhiên thường có xu hướng phát tán cá thể để thích nghi, hình thành nên các quần
thể mới ở những khu vực địa lý phù hợp.
Ví dụ thực tế:
Đàn cò trắng (Egretta garzetta) sinh sống tại khu du lịch Thung Nham
(Ninh Bình) là một quần thể sinh vật vì tập hợp các cá thể cùng loài, cùng sống
tại một địa điểm, thời gian xác định và có khả năng giao phối sinh sản ra đời
con. Ngược lại, cá trong một cái ao không phải là quần thể vì chúng gồm nhiều
loài khác nhau (cá chép, cá rô, cá trắm...) - đây thực chất là một quần xã sinh
vật.
2. Mối quan hệ giữa các cá thể trong quần thể
a. Quan hệ hỗ trợ
- Là mối quan hệ giữa các
cá thể cùng loài hỗ trợ lẫn nhau trong các hoạt động sống như kiếm ăn, tự vệ và
sinh sản.
- Mang lại hiệu ứng nhóm:
giúp nâng cao khả năng sống sót và phát triển của mỗi cá thể so với khi sống
đơn độc.
+ Ở thực vật: các cây sống
thành bụi, rặng giúp chống chịu gió bão tốt hơn và hạn chế mất nước.
+ Ở động vật: các cá thể hỗ
trợ nhau tìm kiếm thức ăn, phát hiện kẻ thù và bảo vệ con non tốt hơn.
Ví dụ thực tế:
Loài chim Mongoose (cầy mangut) khi đi kiếm ăn luôn phân công nhau đứng ở vị
trí cao để cảnh giới chim săn mồi, giúp cả đàn được an toàn và yên tâm tìm kiếm
thức ăn.
b. Quan hệ cạnh tranh
- Xảy ra khi nguồn sống của
môi trường (thức ăn, nước uống, ánh sáng, nơi ở, bạn tình...) bị giới hạn và mật
độ cá thể trong quần thể tăng lên quá cao.
- Biểu hiện ở thực vật: cạnh
tranh ánh sáng và dinh dưỡng dẫn đến hiện tượng tự tỉa thưa tự nhiên (những cây
yếu thế bị chết đi).
- Biểu hiện ở động vật: cạnh
tranh thức ăn, nơi ở gay gắt dẫn đến các hành vi hung hăng, xua đuổi nhau, thậm
chí là ăn thịt đồng loại để sinh tồn.
- Vai trò: Giúp duy trì số
lượng và mật độ cá thể ở mức phù hợp với sức chứa của môi trường, đào thải các
cá thể yếu kém để giữ lại các cá thể thích nghi tốt nhất.
Ví dụ thực tế: Trong
các khu rừng trồng thông lấy gỗ, khi cây lớn lên và tán lá khép kín, những cây
non mọc muộn thiếu ánh sáng sẽ bị còi cọc và tự khô héo, chết đi. Hiện tượng tự
tỉa thưa này giúp giải phóng không gian và dinh dưỡng đất cho những cây thông
khỏe mạnh khác phát triển tốt nhất.
II. CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA QUẦN THỂ
1. Mật độ cá thể
- Là số lượng cá thể của quần
thể trên một đơn vị diện tích (đối với môi trường trên cạn) hoặc thể tích (đối
với môi trường nước).
- Là đặc trưng cơ bản nhất,
ảnh hưởng lớn đến mức độ sử dụng nguồn sống, khả năng sinh sản và tử vong của
các cá thể trong quần thể.
+ Mật độ thấp: nguồn sống dồi
dào, sức sinh sản tăng, tử vong giảm → quần thể tăng nhanh kích thước.
+ Mật độ quá cao: nguồn sống
cạn kiệt, ô nhiễm gia tăng, cạnh tranh gay gắt → quần thể giảm kích thước.
Ví dụ thực tế: Khi
nuôi cá tra trong ao với mật độ quá dày (vượt mức khuyến cáo 15 - 20 con/m²),
lượng oxy hòa tan trong nước bị giảm mạnh, chất thải của cá gây ô nhiễm nguồn
nước, dẫn đến cá dễ bị nhiễm bệnh nấm mang hoặc chết hàng loạt.
2. Kích thước quần thể
- Là số lượng cá thể (hoặc
khối lượng, năng lượng tích lũy) của quần thể tồn tại trong môi trường sinh sống.
- Thường dao động từ kích
thước tối thiểu đến kích thước tối đa:
+ Kích thước tối thiểu: Là
số lượng cá thể ít nhất mà quần thể cần có để duy trì và phát triển. Nếu dưới mức
này, quần thể rất dễ rơi vào trạng thái suy thoái và bị tuyệt diệt (do giảm khả
năng gặp gỡ đực - cái, giao phối cận huyết, suy giảm sức đề kháng).
+ Kích thước tối đa: Là số
lượng cá thể lớn nhất mà quần thể có thể đạt được, phù hợp với sức chứa của môi
trường. Nếu vượt quá mức này, sự cạnh tranh gay gắt sẽ nhanh chóng làm giảm
kích thước quần thể.
Ví dụ thực tế: Loài
Voọc chà vá chân nâu ở bán đảo Sơn Trà (Đà Nẵng) nhờ các dự án bảo tồn nghiêm
ngặt đã khôi phục kích thước quần thể từ mức nguy cấp 180 - 200 cá thể lên hơn
1300 cá thể, giúp loài này vượt qua giới hạn kích thước tối thiểu và phát triển
bền vững.
3. Kiểu phân bố
- Là cách sắp xếp các cá thể
của quần thể trong không gian sinh sống, phụ thuộc vào điều kiện môi trường và
tập tính của loài. Có 3 kiểu phân bố chính:
|
Kiểu
phân bố |
Điều
kiện môi trường |
Đặc
điểm sinh học |
Ý
nghĩa sinh học |
Ví
dụ thực tế |
|
Phân bố theo nhóm
(phổ biến nhất) |
Không đồng đều (chỗ tốt, chỗ xấu) |
Các cá thể quần tụ thành bầy, đàn, bụi |
Hỗ trợ nhau hiệu quả trong kiếm ăn, tự vệ |
Đàn ngựa vằn, bụi tre gai |
|
Phân bố đồng đều |
Đồng đều |
Các cá thể có tính lãnh thổ cao, cạnh tranh gay gắt |
Giảm sự cạnh tranh gay gắt giữa các cá thể |
Đàn chim hải âu làm tổ |
|
Phân bố ngẫu nhiên |
Đồng đều |
Không có sự cạnh tranh gay gắt giữa các cá thể |
Tận dụng tối đa nguồn sống tiềm tàng từ môi trường |
Cây gỗ trong rừng mưa nhiệt đới |
Ví dụ thực tế:
Các loài xương rồng (Carnegiea gigantea) mọc trên sườn đồi thường phân bố
ngẫu nhiên do hạt của chúng được gió thổi tán mát tự do và nảy mầm ở bất kỳ nơi
nào có đủ độ ẩm tối thiểu.
4. Tỉ lệ giới tính
- Là tỉ lệ giữa số lượng cá
thể đực và cá thể cái trong quần thể.
- Thường xấp xỉ tỉ lệ 1 đực
: 1 cái ở giai đoạn trứng/non, nhưng có thể thay đổi tùy thuộc vào đặc điểm của
từng loài, điều kiện môi trường (nhiệt độ, dinh dưỡng) và giai đoạn phát triển.
- Có ý nghĩa quyết định đến
tiềm năng sinh sản của quần thể.
Ví dụ thực tế:
Nhiệt độ ấp trứng quyết định giới tính của loài rùa biển xanh (Chelonia
mydas). Trứng ấp ở nhiệt độ trên 30,3 °C sẽ nở ra hầu hết là rùa cái, trong
khi dưới 28,5 °C chủ yếu nở ra rùa đực.
5. Nhóm tuổi
- Quần thể bao gồm nhiều
nhóm tuổi khác nhau, thường được chia thành 3 nhóm tuổi sinh thái chính: nhóm
tuổi trước sinh sản, nhóm tuổi đang sinh sản và nhóm tuổi sau sinh sản.
- Cấu trúc nhóm tuổi được
biểu diễn sinh động qua các tháp tuổi (tháp dân số):
+ Tháp phát triển (trẻ):
Đáy rộng, đỉnh nhọn → số lượng con non lớn, quần thể đang tăng trưởng mạnh.
+ Tháp ổn định: Số lượng cá
thể ở nhóm tuổi trước sinh sản và đang sinh sản xấp xỉ nhau → kích thước quần
thể duy trì ổn định.
+ Tháp suy thoái (già): Đáy
hẹp, đỉnh rộng → tỉ lệ sinh thấp, quần thể có xu hướng thu hẹp kích thước.
Ví dụ thực tế: Tháp
dân số của đất nước Nhật Bản hiện nay có dạng hình suy thoái (già hóa dân số
nghiêm trọng) với số lượng trẻ em sinh ra rất ít và số lượng người già chiếm tỉ
trọng lớn, gây ra áp lực lớn về lực lượng lao động xã hội.
III. TĂNG TRƯỞNG CỦA QUẦN THỂ SINH VẬT
1. Các kiểu tăng trưởng của quần thể sinh vật
- Tăng trưởng theo tiềm
năng sinh học (Đường cong hình chữ J):
+ Xảy ra trong điều kiện lý
thuyết lý tưởng (nguồn sống dồi dào, không giới hạn; không có kẻ thù, dịch bệnh).
+ Kích thước quần thể tăng
liên tục theo cấp số nhân.
- Tăng trưởng thực tế trong
môi trường bị giới hạn (Đường cong hình chữ S):
+ Xảy ra trong tự nhiên khi
nguồn sống luôn có giới hạn nhất định.
+ Tốc độ tăng trưởng lúc đầu
nhanh, sau đó xuất hiện "điểm uốn" (tăng trưởng chậm lại) và cuối
cùng dao động xung quanh giá trị cân bằng tương ứng với sức chứa tối đa (K) của
môi trường.
Ví dụ thực tế: Khi
một loài cỏ lạ xâm nhập vào một bãi bồi ven sông mới, ban đầu diện tích đất trống
nhiều, chúng tăng trưởng cực kỳ nhanh theo hình chữ J. Sau vài tháng,
khi bãi đất bị phủ kín hoàn toàn, sự cạnh tranh về ánh sáng và diện tích làm tốc
độ mọc mới chậm lại, kích thước quần thể cỏ đi vào trạng thái ổn định (đường
cong chữ S).
2. Các yếu tố ảnh hưởng tới tăng trưởng quần thể
- Sự thay đổi kích thước của
quần thể phụ thuộc vào 4 yếu tố chính:
+ Nhân tố làm tăng kích thước:
Mức sinh sản (B) và Mức nhập cư (I).
+ Nhân tố làm giảm kích thước:
Mức tử vong (D) và Mức xuất cư (E).
- Công thức tính kích thước
quần thể tại thời điểm t (Nₜ):
Nₜ = N₀ + B - D + I - E
(Trong đó N₀ là kích thước ban đầu)
Ví dụ thực tế: Ở
các nước đang phát triển, dù mức tử vong giảm mạnh nhờ y tế tiến bộ, nhưng mức
sinh sản vẫn ở mức cao kết hợp với dòng người nhập cư từ nông thôn ra thành thị
khiến quy mô dân số đô thị tăng lên nhanh chóng.
3. Tăng trưởng của quần thể người
- Dân số loài người (Homo
sapiens) đã có sự bùng nổ mạnh mẽ từ thế kỷ XVIII đến nay nhờ những bước tiến
vượt bậc về y học, khoa học kỹ thuật và nông nghiệp.
- Hậu quả của việc tăng dân
số quá nhanh: cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên, ô nhiễm môi trường nghiêm trọng,
quá tải hệ thống y tế, giáo dục và làm bùng phát dịch bệnh dễ dàng hơn.
Ví dụ thực tế: Sự
gia tăng dân số đô thị quá nhanh tại các thành phố lớn như Hà Nội, TP. Hồ Chí
Minh dẫn đến tình trạng tắc nghẽn giao thông giờ cao điểm, ô nhiễm bụi mịn mịn
PM2.5 vượt ngưỡng cho phép và thiếu hụt không gian công cộng xanh cho người
dân.
IV. CÁC KIỂU BIẾN ĐỘNG SỐ LƯỢNG CÁ THỂ CỦA QUẦN THỂ
1. Biến động theo chu kì
- Là sự biến động số lượng
cá thể xảy ra đều đặn, lặp đi lặp lại theo một chu kỳ thời gian nhất định (chu
kỳ ngày đêm, chu kỳ mùa, hay chu kỳ nhiều năm).
Ví dụ thực tế: Cứ
đến mùa mưa ẩm ướt ở Việt Nam (từ tháng 5 đến tháng 10), quần thể muỗi và các
loài ếch nhái lại tăng lên rất nhanh do có nhiều vũng nước đọng để đẻ trứng,
sau đó số lượng lại giảm mạnh vào mùa khô lạnh.
2. Biến động không theo chu kì
- Là sự tăng hoặc giảm số
lượng cá thể của quần thể một cách đột ngột, bất ngờ do các tác động ngẫu nhiên
của thiên tai, thời tiết cực đoan (lũ lụt, hạn hán, sóng thần, dịch bệnh bùng
phát) hoặc do hoạt động khai thác quá mức của con người.
Ví dụ thực tế: Vụ
cháy rừng lịch sử tại Vườn quốc gia U Minh Thượng vào năm 2002 đã thiêu rụi
hàng ngìn hecta rừng tràm nguyên sinh, làm chết và đẩy hàng triệu cá thể động vật
(thú, chim, bò sát) vào cảnh suy giảm số lượng đột ngột không thể lường trước.
V. ỨNG DỤNG CÁC HIỂU BIẾT VỀ QUẦN THỂ TRONG THỰC TIỄN
1. Trong nông nghiệp
- Điều chỉnh mật độ gieo trồng
và mật độ nuôi thả gia súc, gia cầm, thủy sản ở mức tối ưu để tận dụng tối đa
nguồn sống mà không gây cạnh tranh gay gắt hay bùng phát dịch bệnh.
+ Trồng trọt: Mật độ trồng
thanh long khoảng 900 - 1100 trụ/ha với khoảng cách cây cách cây là 3 - 3,5 m
giúp cây nhận đủ ánh sáng để quang hợp tốt nhất.
+ Chăn nuôi: Áp dụng tỉ lệ
giới tính phù hợp trong chăn nuôi (ví dụ: nuôi gà đẻ trứng chỉ cần tỉ lệ 1 con
trống : 8 - 10 con mái để tiết kiệm chi phí thức ăn mà vẫn đạt hiệu quả thụ
tinh cao).
Ví dụ thực tế: Trong
ao nuôi tôm thẻ chân trắng công nghệ cao, người nuôi thường lắp đặt hệ thống quạt
nước hoạt động liên tục để cung cấp oxy đồng đều, cho phép nâng mật độ nuôi từ
50 con/m² lên 150 con/m² mà không lo tôm bị ngạt hay chậm lớn do thiếu khí.
2. Trong bảo tồn và khai thác tài nguyên sinh vật
- Giúp xác định giới hạn
kích thước tối thiểu của các loài động vật hoang dã nguy cấp để có phương án bảo
tồn nghiêm ngặt (như Sao la, Voọc mông trắng, Sếu đầu đỏ).
- Quy định kích thước mắt
lưới đánh cá, cấm đánh bắt cá trong mùa sinh sản nhằm đảm bảo duy trì kích thước
quần thể thủy hải sản bền vững.
Ví dụ thực tế:
Nhà nước ban hành lệnh cấm khai thác một số loại cá cơm, cá nục ở các vùng vịnh
trong khoảng thời gian từ tháng 4 đến tháng 6 hàng năm, đây là thời kỳ sinh sản
cao điểm của chúng nhằm bảo vệ đàn cá con có cơ hội lớn lên, duy trì nguồn lợi
thủy sản bền vững cho ngư dân.
3. Trong các chính sách xã hội
- Việc nghiên cứu các đặc
trưng dân số (tỉ lệ sinh, tử, nhóm tuổi, tỉ lệ giới tính) giúp các nhà hoạch định
đưa ra các chính sách vĩ mô phù hợp về giáo dục, y tế, nhà ở và kế hoạch hóa
gia đình.
Ví dụ thực tế:
Nhận thấy xu hướng già hóa dân số nhanh chóng, chính phủ Việt Nam hiện nay đã
chuyển hướng chính sách từ "mỗi gia đình chỉ sinh từ 1 đến 2 con"
sang khuyến khích "mỗi cặp vợ chồng nên sinh đủ 2 con" trước tuổi 35
tại các vùng có mức sinh thấp nhằm đảm bảo duy trì nguồn lao động trẻ trong
tương lai.