🌿 Sinh học 12 · Sinh thái 1 · Giới hạn sinh thái là đường cong, ổ sinh thái có nhiều trục (điều kiện và nguồn sống, nuôi ghép), và quan hệ giữa các loài đọc bằng cặp dấu cùng ba kiểu kết cục của cạnh tranh
Chuyên đề gom phần sinh thái học thành ba nguyên lí kiểm tra được. Một, giới hạn sinh thái là đường cong chứ không phải một con số: ba điểm (giới hạn dưới…
LUKATO AI · SINH HỌC 12 · SINH THÁI HỌC
Sinh học · Sinh thái · Giới hạn sinh thái, ổ sinh thái, quan hệ giữa các loài
Ba cách nhìn một quần xã : giới hạn sinh thái là một đường cong, ổ sinh thái có nhiều trục, và quan hệ giữa hai loài đọc được bằng cặp dấu
Chuyên đề này gom phần sinh thái học thành ba nguyên lí kiểm tra được. Thứ nhất, giới hạn sinh thái là một đường cong chứ không phải một con số : ba điểm (giới hạn dưới, cực thuận, giới hạn trên) chia khoảng giá trị của một nhân tố thành vùng thuận lợi, hai vùng chống chịu và vùng ngoài giới hạn; độ rộng, độ cao và vị trí cực thuận là ba thông số độc lập. Thứ hai, ổ sinh thái có nhiều trục : có trục điều kiện như pH hay nhiệt độ, có trục nguồn sống như thức ăn hay nơi làm tổ; hai loài trùng nhau trên trục điều kiện thì chỉ nói rằng chúng cùng sống được ở một nơi, còn trùng trên trục nguồn sống mới sinh ra cạnh tranh, nên nuôi ghép hay trồng xen là chọn các loài trùng điều kiện nhưng khác nguồn sống. Thứ ba, quan hệ giữa hai loài đọc được bằng cặp dấu của tác động qua lại (cộng, trừ hoặc không): cộng cộng là hỗ trợ cả hai phía, cộng không là hội sinh, cộng trừ là ăn thịt, kí sinh hoặc ăn thực vật, trừ trừ là cạnh tranh, trừ không là ức chế cảm nhiễm; còn kết cục dài hạn của cạnh tranh thì phụ thuộc cường độ, có thể là cùng tồn tại, loại trừ hoặc phụ thuộc điều kiện đầu. Mọi số liệu do bài tự đặt để minh họa; bài không chép lại một đề thi cụ thể.
Vùng chống chịu không phải vùng chết Loài mẫu có cực thuận pH 7 và sống được từ 5 đến 9, nhưng chỉ đoạn từ 6,46 đến 7,54 mới đạt 80% mức tối đa; ở pH 6 loài vẫn sinh trưởng được 42% mức tối đa
Trùng điều kiện khác trùng nguồn sống Loài 3 và loài 4 trùng giới hạn pH tới 0,98 nhưng chỉ trùng thức ăn 0,3, nên hiệu quả nuôi ghép 100,5; loài 2 và loài 3 trùng thức ăn 0,99 nên hiệu quả chỉ 1,1
Cùng dấu trừ trừ, kết cục khác nhau Hai hệ số cạnh tranh cùng bằng −0,6 cho hai loài cùng tồn tại ở 0,625 mức khi sống riêng; chỉ cần một hệ số đổi thành −1,2 thì loài kia bị loại hẳn
01
Khái niệm lõi
Từ đường cong giới hạn đến ổ sinh thái nhiều trục, và từ cặp dấu đến kết cục của hai loài
Hãy hình dung một người chủ ao đang nhìn máy đo pH. Số đo 7 làm cá khỏe, số đo 6 làm cá chậm lớn nhưng vẫn sống, số đo 4 làm cá chết. Nhiều người học nhớ máy móc “mỗi loài có một giới hạn sinh thái” rồi vấp khi đề cho một đồ thị và hỏi vùng nào là chống chịu, vấp khi hai loài trùng nhau một phần mà không biết có cạnh tranh hay không, hoặc vấp khi gặp một cặp loài mà không biết đặt tên cho quan hệ. Bài này không dạy thêm một mẹo mà dạy cách nhìn qua ba việc. Một là giới hạn là đường cong: với mỗi nhân tố sinh thái, mức sinh trưởng của loài đi lên từ giới hạn dưới, đạt cực đại ở cực thuận rồi đi xuống về giới hạn trên; vùng gần cực thuận là vùng thuận lợi, hai vùng ở hai bên là vùng chống chịu, ngoài hai giới hạn là vùng sinh vật không tồn tại được. Hai là ổ sinh thái có nhiều trục: mỗi loài có giới hạn riêng cho từng nhân tố, tập hợp các giới hạn ấy là ổ sinh thái; hai loài có thể trùng giới hạn pH mà không tranh nhau thứ gì, vì cạnh tranh chỉ sinh ra khi dùng chung nguồn sống bị giới hạn. Ba là cặp dấu: viết tác động của loài này lên loài kia bằng một dấu cộng, trừ hoặc không, ta được sáu cặp và mỗi cặp ứng với một tên gọi trong sách giáo khoa.
1 · Ba điểm, ba vùng Giới hạn dưới, cực thuận, giới hạn trên; vùng thuận lợi, hai vùng chống chịu, vùng ngoài giới hạn
2 · Ba thông số độc lập Vị trí cực thuận, độ rộng giới hạn và độ cao của đường cong không buộc vào nhau
3 · Ổ sinh thái nhiều trục Trục điều kiện (pH, nhiệt độ) và trục nguồn sống (thức ăn, nơi làm tổ)
4 · Phân li ổ sinh thái Trùng điều kiện nhưng khác nguồn sống thì giảm cạnh tranh và nuôi ghép được
5 · Cặp dấu Sáu cặp dấu cho sáu tên quan hệ; kết cục của cạnh tranh phụ thuộc cường độ
Độ trùng giữa hai ổ sinh thái trên một trục nguồn sống, với tỉ lệ sử dụng nguồn thứ k của hai loài là p và q:
O=\dfrac{\sum_{k}p_{k}\,q_{k}}{\left(\sum_{k}p_{k}^{2}\right)^{1/2}\left(\sum_{k}q_{k}^{2}\right)^{1/2}}
Hiệu quả nuôi ghép của một cặp loài, với G là mức sinh trưởng của mỗi loài ở điều kiện của ao và O là độ trùng thức ăn:
E=(G_{1}+G_{2})\,(1-O)
Mô hình dấu của hai loài, với e12 là tác động của loài 2 lên loài 1 và e21 là tác động của loài 1 lên loài 2:
\dfrac{dn_{1}}{dt}=r\,n_{1}\,(1-n_{1}+e_{12}\,n_{2}),\qquad \dfrac{dn_{2}}{dt}=r\,n_{2}\,(1-n_{2}+e_{21}\,n_{1})
Ba nguyên lí cần nhớ (1) Giới hạn sinh thái là khoảng giá trị của một nhân tố mà sinh vật tồn tại và phát triển ổn định; mức sinh trưởng là đường cong có cực thuận, vùng thuận lợi ở gần cực thuận, hai vùng chống chịu ở hai bên và hai điểm giới hạn ngoài cùng; độ rộng giới hạn, độ cao và vị trí cực thuận là ba thông số độc lập. (2) Ổ sinh thái là không gian sinh thái nhiều chiều gồm trục điều kiện và trục nguồn sống; hai loài trùng trên trục điều kiện chỉ cùng sống được ở một nơi, trùng trên trục nguồn sống mới cạnh tranh; phân li ổ sinh thái là khác nhau ở trục nguồn sống để cùng tồn tại. (3) Quan hệ giữa hai loài gọi tên theo cặp dấu: (cộng, cộng) là cộng sinh hoặc hợp tác, (cộng, không) là hội sinh, (cộng, trừ) là ăn thịt con mồi, kí sinh hoặc sinh vật này ăn sinh vật khác, (trừ, trừ) là cạnh tranh, (trừ, không) là ức chế cảm nhiễm, (không, không) là không tác động; dấu cho hướng tác động, còn kết cục dài hạn phụ thuộc cường độ và điều kiện đầu.
02
Hệ thống khái niệm
Tám khái niệm cần phân biệt
Giới hạn sinh thái, ba điểm và ba vùng Giới hạn sinh thái là khoảng giá trị xác định của một nhân tố sinh thái mà trong khoảng đó sinh vật tồn tại và phát triển ổn định. Trên đường cong có ba điểm: giới hạn dưới, cực thuận (mức sinh trưởng cao nhất) và giới hạn trên. Chúng chia trục thành vùng thuận lợi ở quanh cực thuận, hai vùng chống chịu ở hai bên và vùng ngoài giới hạn. Ví dụ: loài mẫu có giới hạn pH từ 5 đến 9 và cực thuận 7. Điều kiện: nói về một nhân tố cụ thể, các nhân tố khác giữ ổn định. Bẫy hay gặp: coi mọi chỗ ngoài cực thuận là vùng chết.
Vùng chống chịu Trong vùng chống chịu sinh vật vẫn sống nhưng sinh trưởng và sinh sản giảm, càng gần giới hạn càng giảm và đến giới hạn thì không còn tồn tại được. Vùng này rộng hơn vùng thuận lợi rất nhiều. Ví dụ: ở pH 6, loài mẫu chỉ đạt 42% mức tối đa nhưng vẫn sống. Điều kiện: nằm giữa giới hạn và vùng thuận lợi. Bẫy hay gặp: tưởng sinh vật ở vùng chống chịu không sinh sản được, hoặc cho rằng nó chết ngay khi rời cực thuận.
Ba thông số độc lập của đường cong Một đường cong giới hạn được xác định bởi vị trí cực thuận, độ rộng giới hạn (khoảng cách từ giới hạn dưới đến giới hạn trên) và độ cao (mức sinh trưởng cực đại). Ba thông số này đổi độc lập: loài có giới hạn hẹp vẫn có thể cao, loài có giới hạn rộng vẫn có thể thấp, và cực thuận có thể lệch về một phía. Ví dụ: hai loài cùng cực thuận 7 nhưng một loài sống từ 6 đến 8, loài kia từ 4 đến 10. Điều kiện: so cùng một nhân tố. Bẫy hay gặp: cho rằng giới hạn rộng thì sinh trưởng cao hơn.
Loài rộng và loài hẹp theo một nhân tố Loài có giới hạn rộng đối với một nhân tố gọi là rộng theo nhân tố đó (rộng nhiệt, rộng muối, rộng pH), loài có giới hạn hẹp gọi là hẹp; loài rộng thường phân bố rộng hơn và chịu được biến động môi trường tốt hơn, loài hẹp là chỉ thị tốt cho điều kiện nơi sống. Ví dụ: loài rộng 6 đơn vị pH vẫn sinh trưởng được ở pH 6, loài hẹp 2 đơn vị thì không. Điều kiện: rộng hay hẹp là tương đối và tính riêng từng nhân tố. Bẫy hay gặp: gọi một loài là rộng nói chung dù nó chỉ rộng theo một nhân tố.
Ổ sinh thái Ổ sinh thái của một loài là không gian sinh thái mà ở đó các điều kiện môi trường bảo đảm cho loài tồn tại và phát triển ổn định lâu dài; nó gồm nơi ở và cách sống của loài. Có thể hình dung đó là một hình hộp nhiều chiều, mỗi chiều là giới hạn của một nhân tố hay một nguồn sống. Ví dụ: một loài cá có giới hạn pH, giới hạn nhiệt độ và khẩu phần thức ăn riêng. Điều kiện: nhiều nhân tố tác động đồng thời. Bẫy hay gặp: đồng nhất ổ sinh thái với nơi ở; nơi ở chỉ là một phần của ổ.
Trục điều kiện và trục nguồn sống, độ trùng và cạnh tranh Trục điều kiện (pH, nhiệt độ, độ mặn) là những thứ loài chịu đựng nhưng không bị loài khác dùng hết; trục nguồn sống (thức ăn, nơi làm tổ, ánh sáng) là những thứ có hạn và có thể bị dùng hết. Hai loài trùng nhau trên trục điều kiện chỉ nói chúng cùng sống được ở một nơi; trùng nhau trên trục nguồn sống thì tranh nhau nguồn ấy. Độ trùng O tính từ tỉ lệ sử dụng: O bằng 0 là không dùng chung gì, O bằng 1 là dùng y hệt nhau. Ví dụ: loài 3 và loài 4 có O về pH bằng 0,98 mà O về thức ăn chỉ 0,3. Bẫy hay gặp: thấy trùng giới hạn là kết luận cạnh tranh.
Phân li ổ sinh thái và nuôi ghép Phân li ổ sinh thái là hai loài chia nhau nguồn sống (ăn tầng khác, ăn mồi khác kích cỡ, kiếm ăn lúc khác) để giảm cạnh tranh và cùng tồn tại; nuôi ghép và trồng xen vận dụng đúng điều đó: chọn các loài cùng sống tốt ở một điều kiện nhưng khác nguồn sống. Hiệu quả nuôi ghép tăng khi tổng sinh trưởng lớn và độ trùng nguồn sống nhỏ. Ví dụ: ao có loài ăn thực vật nổi, loài ăn động vật nổi và loài ăn động vật đáy. Điều kiện: các loài chịu được điều kiện của ao. Bẫy hay gặp: ghép các loài ăn giống nhau vì chúng cùng sống được ở ao.
Quan hệ giữa các loài bằng cặp dấu Quan hệ hỗ trợ gồm cộng sinh và hợp tác (hai bên cùng lợi, cộng cộng) và hội sinh (một bên lợi, bên kia không lợi không hại, cộng không). Quan hệ đối kháng gồm cạnh tranh (hai bên cùng bị hại, trừ trừ), kí sinh, ăn thịt con mồi và sinh vật này ăn sinh vật khác (một bên lợi, một bên hại, cộng trừ), và ức chế cảm nhiễm (một bên bị hại, bên kia không lợi không hại, trừ không). Cộng sinh khác hợp tác ở chỗ cộng sinh là bắt buộc, thiếu nhau thì không sống được. Ví dụ: địa y là cộng sinh, cá ép bám cá lớn là hội sinh, tảo nở hoa tiết độc làm hại cá là ức chế cảm nhiễm. Kết cục của cạnh tranh có ba kiểu: cùng tồn tại, loại trừ, hoặc phụ thuộc điều kiện đầu. Bẫy hay gặp: nghĩ dấu cộng luôn có nghĩa là quần thể tăng.
03
Phòng thực hành A
Đường cong giới hạn sinh thái: ba điểm, ba vùng và ba thông số độc lập
Phòng chạy một loài sống trong nước có độ pH khác nhau; đường cong mức sinh trưởng theo pH do bài tự đặt và có dạng lệch hay cân đối tùy vị trí cực thuận trong khoảng giới hạn. Sáu nút đặt sẵn các trạng thái để so sánh. Năm thanh trượt đổi pH cực thuận từ 4,5 đến 8,5 với bước 0,5, khoảng từ cực thuận xuống giới hạn dưới (dL) và khoảng từ cực thuận lên giới hạn trên (dR) mỗi khoảng từ 1 đến 3 với bước 0,5, mức sinh trưởng cực đại trong bốn giá trị 40, 60, 80 và 100, và pH đem thử từ 4 đến 10. Hình trên vẽ đường cong: nền xanh là vùng thuận lợi (từ 80% mức cực đại trở lên), nền cam là hai vùng chống chịu, nền đỏ là ngoài giới hạn; chấm vàng là cực thuận, vạch xanh dương đứt là pH đang thử. Hình dưới chia mọi giá trị cho mức cực đại để so riêng hình dạng với một loài mẫu nét đứt xám. Dưới hình là tám ô số: ba điểm giới hạn, độ rộng, vùng thuận lợi, hai vùng chống chịu, mức cực đại, kết quả tại pH đang thử, hình dạng và đánh giá. Bảng cuối kiểm tám điều bằng hai cách: vị trí cực thuận theo giá trị đặt và theo tìm kiếm vàng, mức cực đại theo giá trị đặt và theo đường cong, độ rộng theo dL cộng dR và theo hai điểm đường cong bắt đầu dương tìm bằng chia đôi, hai biên vùng thuận lợi theo chia đôi và theo quét lưới nội suy, sinh trưởng tại pH đang thử theo công thức lũy thừa và theo công thức mũ lôgarit, tổng sinh trưởng theo hàm Bê-ta đóng và theo tích phân Simpson, và vùng của pH đang thử theo hai biên và theo tỉ lệ so với mức cực đại; mọi hàng phải khớp. Phòng chỉ xét một nhân tố và một loài mẫu, nên nó cho thấy quy luật chứ không thay cho số đo thật.
Đoán trước khi chọn Mặc định: pH cực thuận 7, dL = 2, dR = 2, mức cực đại 80, đem thử pH 6. (1) Ba điểm giới hạn là bao nhiêu? (2) Độ rộng giới hạn bằng bao nhiêu? (3) Vùng thuận lợi (từ 80% mức cực đại) kéo từ đâu đến đâu và rộng bao nhiêu? (4) Ở pH 6 loài thuộc vùng nào và sinh trưởng bao nhiêu phần trăm mức cực đại? (5) Bấm nút giới hạn hẹp (dL = dR = 1): vùng thuận lợi rộng bao nhiêu và ở pH 6 loài ra sao? (6) Bấm nút giới hạn rộng (dL = dR = 3): ở pH 6 loài sinh trưởng bao nhiêu phần trăm? (7) Bấm nút lệch phải (cực thuận 5, dL = 1, dR = 3): ba điểm ở đâu và đuôi dài về phía nào? (8) Bấm nút cao nhưng hẹp (mức cực đại 100): so với nút giới hạn hẹp, độ rộng giới hạn và vùng thuận lợi có đổi không? (9) Bấm nút dời cực thuận (5,5): ở pH 6 loài thuộc vùng nào, sinh trưởng bao nhiêu phần trăm?