Môi trường và sinh thái học quần thể

Phần sinh thái học quần thể thường có 2–3 câu ở phần I (giới hạn sinh thái, đặc trưng quần thể, kiểu tăng trưởng), hay kèm đồ thị, và một câu trả lời ngắn tính mật độ, kích thước quần thể hoặc ước lượng số cá thể bằng phương pháp đánh dấu – bắt lại.

Kiến thức trọng tâm

Môi trường và nhân tố sinh thái

• Môi trường sống gồm tất cả các nhân tố bao quanh sinh vật, ảnh hưởng tới sự tồn tại, sinh trưởng, phát triển và sinh sản của sinh vật. Các loại môi trường: trên cạn, nước, đất, sinh vật.
• Nhân tố sinh thái là những nhân tố môi trường có tác động tới sinh vật: vô sinh (ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm, gió, pH, chất khoáng) và hữu sinh (các sinh vật khác, trong đó con người là nhân tố hữu sinh có tác động mạnh nhất).
• Các nhân tố tác động tổng hợp lên sinh vật (thay đổi nhân tố này kéo theo thay đổi nhân tố khác); mỗi nhân tố tác động không đồng đều lên các giai đoạn phát triển và các chức năng sống khác nhau.

Giới hạn sinh thái và ổ sinh thái

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. Ngoài giới hạn này, sinh vật sẽ chết.

• Khoảng thuận lợi: sinh vật sống tốt nhất, thực hiện các chức năng sống tối ưu. Khoảng chống chịu: hoạt động sinh lí bị ức chế.
• Loài có giới hạn sinh thái rộng với nhiều nhân tố thường phân bố rộng. Cơ thể còn non, cơ thể đang sinh sản thường có giới hạn sinh thái hẹp hơn.
• Ổ sinh thái của một loài là "không gian sinh thái" mà ở đó mọi nhân tố sinh thái đều nằm trong giới hạn sinh thái cho phép loài tồn tại và phát triển lâu dài. Nơi ở chỉ là địa điểm cư trú. Hai loài có ổ sinh thái trùng nhau càng nhiều thì cạnh tranh càng gay gắt.

Quần thể và các mối quan hệ trong quần thể

Quần thể là tập hợp các cá thể cùng loài, cùng sinh sống trong một khoảng không gian xác định, ở một thời điểm nhất định, có khả năng sinh sản tạo thế hệ mới.

• Quan hệ hỗ trợ: sống thành bầy, đàn, nhóm giúp kiếm ăn, chống kẻ thù, sinh sản hiệu quả hơn (hiệu quả nhóm); cây sống gần nhau giảm thoát hơi nước, chống gió tốt hơn.
• Quan hệ cạnh tranh: xảy ra khi mật độ quá cao, nguồn sống không đủ; giúp duy trì số lượng và phân bố cá thể ở mức phù hợp (ví dụ hiện tượng tự tỉa thưa ở thực vật).

Các đặc trưng cơ bản của quần thể

Kích thước và tăng trưởng quần thể

Kích thước quần thể sau một khoảng thời gian:

($B$: số cá thể sinh ra, $D$: tử vong, $I$: nhập cư, $E$: xuất cư). Nếu bỏ qua di cư, tốc độ tăng trưởng $r = b - d$ (mức sinh trừ mức tử).

• Đường cong J: môi trường không bị giới hạn (nguồn sống dồi dào, không gian rộng), quần thể tăng theo tiềm năng sinh học. Gặp ở loài kích thước nhỏ, vòng đời ngắn, sinh sản nhanh (vi khuẩn, tảo, côn trùng) trong thời gian ngắn.
• Đường cong S: môi trường bị giới hạn; tăng chậm lúc đầu, nhanh nhất khi kích thước khoảng $\dfrac K2$, rồi chậm dần và ổn định quanh sức chứa $K$.

Biến động số lượng cá thể

• Theo chu kì: ngày đêm, mùa (nhiều loài côn trùng tăng mạnh vào mùa mưa ấm), nhiều năm (số lượng thỏ và linh miêu ở rừng phương Bắc dao động theo chu kì khoảng 9 – 10 năm).
• Không theo chu kì: do thiên tai, cháy rừng, hoạt động khai thác của con người.
• Nhân tố không phụ thuộc mật độ (khí hậu, thời tiết) và nhân tố phụ thuộc mật độ (cạnh tranh, dịch bệnh, vật ăn thịt, kí sinh). Quần thể luôn có xu hướng tự điều chỉnh về trạng thái cân bằng phù hợp với nguồn sống.
• Ứng dụng: khai thác hợp lí (không khai thác quá mức, đánh bắt cá thể lớn, giữ cá thể non), bảo tồn loài có kích thước quần thể nhỏ, phòng trừ sinh vật gây hại bằng cách hạn chế nguồn sống hoặc dùng thiên địch.

Dạng bài thường gặp trong đề thi

Dạng 1: Giới hạn sinh thái

Xem lời giải

1. Loài sống được phải có giới hạn bao trọn khoảng 12 – 30 °C: loài A (10 – 40 °C) thỏa mãn; loài B chết khi trên 28 °C; loài C chết khi dưới 18 °C. Chỉ loài A sống lâu dài được.
2. Biên độ: A $40 - 10 = 30$; B $26$; C $27$ °C → loài A có giới hạn rộng nhất nên dễ phân bố rộng nhất (xét riêng nhân tố nhiệt độ).

Dạng 2: Mật độ và kích thước quần thể

Xem lời giải

1. $N_1 = 1200 \times (1 + 0{,}12 - 0{,}08 - 0{,}02) = 1200 \times 1{,}02 = 1224$ cá thể.
2. Mật độ đầu năm $\dfrac{1200}{40} = 30$ con/ha; cuối năm $\dfrac{1224}{40} = 30{,}6$ con/ha.
3. Quần thể tăng $2\%$ một năm.

Dạng 3: Ước lượng kích thước bằng phương pháp đánh dấu – bắt lại

Lần 1 bắt $M$ cá thể, đánh dấu rồi thả; lần 2 bắt $C$ cá thể, trong đó có $R$ cá thể mang dấu. Nếu các cá thể đã hòa trộn ngẫu nhiên và không có sinh, tử, di cư đáng kể giữa hai lần bắt:

Xem lời giải

Tỉ lệ cá có dấu ở lần bắt thứ hai $\dfrac{30}{150}$ bằng tỉ lệ cá có dấu trong cả hồ $\dfrac{120}{N}$:

$$N = \frac{120 \times 150}{30} = 600 \text{ con}$$

Dạng 4: Tăng trưởng theo tỉ lệ không đổi

Xem lời giải

$N_3 = 2000 \times (1 + 0{,}1)^3 = 2000 \times 1{,}331 = 2662$ cá thể. Tăng trưởng theo tỉ lệ không đổi chỉ kéo dài được khi nguồn sống còn dồi dào; khi gần sức chứa, quần thể chuyển sang tăng chậm theo đường cong S.

Lỗi thường gặp

Mẹo làm bài

Tự kiểm tra nhanh

1. Một loài cá sống được trong khoảng nhiệt độ 5 – 38 °C. Khoảng này gọi là gì? Ở 4 °C cá sẽ thế nào?

Xem đáp án

Đó là giới hạn sinh thái về nhiệt độ của loài. Ở 4 °C (ngoài giới hạn dưới) cá sẽ chết nếu kéo dài.

2. Một quần thể có 300 cá thể trên 1,5 ha. Tính mật độ quần thể.

Xem đáp án

$\dfrac{300}{1{,}5} = 200$ cá thể/ha.

3. Lần 1 bắt và đánh dấu 80 con chuột, lần 2 bắt 100 con, có 16 con mang dấu. Ước lượng kích thước quần thể.

Xem đáp án

$N = \dfrac{80 \times 100}{16} = 500$ con.

4. Đúng hay sai: khi kích thước quần thể giảm xuống dưới mức tối thiểu, quần thể dễ rơi vào trạng thái suy giảm và diệt vong.

Xem đáp án

Đúng. Số cá thể quá ít làm giảm khả năng gặp nhau để sinh sản, giảm hỗ trợ giữa các cá thể, tăng giao phối gần.