Tìm hiểu tổng quát về hệ sinh thái. Điểm khác biệt của hệ sinh thái với các hệ thống vật chất khác có trong tự nhiên là gì? Bạn có nghĩ một bể cá trong nhà cũng là một hệ sinh thái không? Tất cả sẽ có trong nội dung bài viết chi tiết dưới đây của chúng tôi.

 

1.1. Khái niệm hệ sinh thái

 Là tổ hợp của một quần xã sinh vật với môi trường vật lý mà quần xã đó tồn tại, trong đó các sinh vật tương tác với nhau và với môi trường để tạo nên chu trình vật chất và sự chuyển hóa năng lượng. Hệ sinh thái đồng thời là một bộ phận cấu trúc của hệ sinh thái toàn cầu hay còn gọi là sinh quyển.

1.2. Điểm khác biệt của hệ sinh thái với các hệ thống vật chất khác có trong tự nhiên

 Hệ sinh thái luôn là một hệ động lực hở và tự điều chỉnh, bởi vì trong quá trình tổn tại và phát triển, hệ phải tiếp nhận cả nguồn vật chất và năng lượng từ môi trường. Điều này làm cho hệ sinh thái hoàn toàn khác biệt với các hệ thống vật chất khác có trong tự nhiên.

Do là một hệ động lực cho nên hoạt động của hệ tuân theo các định luật thứ nhất và thứ hai của nhiệt động học. Định luật thứ nhất cho rằng, năng lượng không tự sinh ra và cũng không tự mất đi mà chỉ chuyển từ dạng này sang dạng khác, còn định luật thứ hai có thể phát biểu dưới nhiều cách, song trong sinh thái học cho rằng, năng lượng chỉ có thể truyền từ dạng đậm đặc sang dạng khuếch tán, ví dụ, nhiệt độ chỉ có thể truyền từ vật nóng sang vật lạnh, chứ không có quá trình ngược lại khi không có các thiết bị khác hỗ trợ.

Bản thân hệ sinh thái hoàn chỉnh và toàn vẹn như một cơ thể, cho nên tồn tại trong tự nhiên, hệ sinh thái cũng có một giới hạn sinh thái xác định. Trong giới hạn đó, khi chịu một tác động vừa phải từ bên ngoài, hệ sẽ phản ứng theo hướng thích nghi bằng cách sắp xếp lại các cách thức liên kết trong nội khu bị tác động và toàn thể hệ thống sao cho phù hợp với môi trường thông qua những “mối liên kết ngược” để duy trì sự ổn định trong điều kiện môi trường biến động. Tất cả những biến đổi trong hệ xảy ra như trong một “hộp đen” mà kết quả tổng hợp của nó là “sự trả lời” (hay “đầu ra”) tương ứng với những tác động “đầu vào” lên hệ thống. Trong sinh thái học người ta gọi đó là quá trình “nội cân bằng”.

 Một hệ sinh thái điển hình được cấu trúc bởi các thành phần sau đây:

• Sinh vật sản xuất
• Sinh vật tiêu thụ
• Sinh vật phân hủy
• Các chất vô cơ (CO2, O2, H2O, CaCO3,…)
• Các chất hữu cơ (protein, lipit, gluxit, vitamin, enzym, …)
• Các yếu tố khí hậu (nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm, lượng mưa …)

Thực chất, 3 thành phần đầu chính là quần xã sinh vật, còn 3 thành phần sau là môi trường vật lý mà quần xã đó tồn tại và phát triển.

2.1. Sinh vật sản xuất

 Là những sinh vật tự dưỡng (autotrophy), gồm các loài thực vật có màu và một số nấm, vi khuẩn có khả năng quang hợp hoặc hóa tổng hợp. Chúng là thành phần không thể thiếu được trong bất kỳ hệ sinh thái nào. Nhờ hoạt động quang hợp và hóa tổng hợp của chúng mà nguồn thức ăn ban đầu được tạo thành để nuôi sống, trước tiên chính những sinh vật sản xuất, sau đó, nuôi sống cả thế giới sinh vật còn lại, trong đó kể cả con người.

2.2. Sinh vật tiêu thụ

 Là những sinh vật dị dưỡng (heterotrophy) như tất cả các loài động vật và những vi sinh vật không có khả năng quang hợp và hóa tổng hợp, nói một cách khác, chúng tồn tại được là dựa vào nguồn thức ăn ban đầu do các sinh vật tự dưỡng tạo ra.

2.3. Sinh vật phân hủy 

 Là tất cả các vi sinh vật dị dưỡng, sống hoại sinh. Trong quá trình phân hủy các chất, chúng tiếp nhận nguồn năng lượng hóa học để tồn tại và phát triển, đồng thời giải phóng các chất từ các hợp chất phức tạp ra môi trường dưới dạng những khoáng chất đơn giản hoặc các nguyên tố hóa học ban đầu tham gia vào chu trình (như CO2, O2, N2,..). 

Từ bản chất là sinh vật dị dưỡng nên các vi sinh vật tham gia vào thành phần cấu trúc của hệ sinh thái cũng được xem là sinh vật tiêu thụ, còn các loài động vật trong hệ sinh thái lại được xem là sinh vật phân hủy. Khác với vi sinh vật, động vật tham gia vào quá trình phân hủy các chất ở giai đoạn thô, giai đoạn trung gian, còn vi sinh vật phân hủy các chất ở giai đoạn cuối cùng, giai đoạn khoáng hóa. Cho nên, trong điều kiện môi trường xác định, một hệ có mặt sinh vật sản xuất, yếu tố tham gia vào quá trình quang hợp, và có mặt vi sinh vật hoại sinh thì đó là một hệ sinh thái.

 

3.1. Các hệ sinh thái tự nhiên

 Vườn quốc gia Cúc Phương: là một bộ phận rất nhỏ của khu sinh học rừng mưa nhiệt đới, ở độ cao trung bình 300-400m so với mực nước biển trong đai khí hậu nhiệt đới gió mùa Đông nam Châu Á. Rừng quốc gia Cúc Phương có cấu trúc về thành phần loài, sự phân hóa trong không gian, cũng như cấu trúc về các mối quan hệ sinh học và những hoạt động chức năng rất đa dạng và phức tạp.

Ảnh tại vườn quốc gia Cúc Phương. Nguồn ảnh: Internet

Hồ tự nhiên: là một ví dụ điển hình cho các hệ sinh thái ở nước. Tất nhiên, cũng như các hệ sinh thái trên cạn, hồ nhận nguồn vật chất từ bên ngoài do sự bào mòn mặt đất sau các trận mưa,… và năng lượng từ bức xạ mặt trời.

Ảnh: Hồ Ba Bể. Nguồn ảnh: Internet

3.2. Các hệ sinh thái nhân tạo

Các hệ sinh thái nhân tạo tức là những hệ do con người tạo ra. Chúng cũng rất đa dạng về kích cỡ, về cấu trúc, … lớn như các hồ chứa, đồng ruộng, nương rẫy canh tác, các thành phố, đô thị,… và nhỏ như những hệ sinh thái thực nghiệm (một bể cá cảnh, một hệ sinh thái trong ống nghiệm…). Nhiều hệ có cấu trúc đa dạng chẳng kém các hệ sinh thái tự nhiên (như thành phố, hồ chứa…), song cũng có những hệ có cấu trúc đơn giản, trong đó, quần xã sinh vật với loài ưu thế được con người lựa chọn cho mục đích sử dụng của mình, ví dụ như đồng ruộng, nương rẫy,… Những hệ như thế thường không ổn định. Sự tồn tại và phát triển của chúng hoàn toàn dựa vào sự chăm sóc của con người. Khi không có sự can thiệp của con người, hệ sẽ suy thoái và nhanh chóng được thay thế bằng một hệ tự nhiên khác ổn định hơn.

Ảnh: Bể cá cảnh. Nguồn ảnh: Internet 

Các hệ sinh thái hay toàn sinh quyển tồn tại và phát triển một cách bền vững là nhờ nguồn năng lượng mặt trời. Sự biến đổi năng lượng mặt trời thành hóa năng trong quá trình quang hợp là điểm khởi đầu của dòng năng lượng trong các hệ sinh thái. Năng lượng mặt trời được truyền xuống hành tinh bằng các dòng bức xạ ánh sáng. Năng lượng bức xạ được biến đổi từ dạng nguyên khai sang hóa năng nhờ quá trình quang hợp của sinh vật sản xuất, rồi từ hóa năng sang cơ năng và nhiệt năng trong trao đổi chất của tế bào ở các nhóm sinh vật tiêu thụ, phù hợp hoàn toàn với các quy luật về nhiệt động học. Những biến đổi xảy ra liên tiếp như thế là chìa khóa của chiến lược năng lượng của cơ thể cũng như của hệ sinh thái. Tổng năng lượng rơi xuống hệ sinh thái thì chỉ khoảng 50% đóng vai trò quan trọng đối với sự tiếp nhận của sinh vật sản xuất, tức là phần năng lượng chủ yếu thuộc phổ nhìn thấy. Nhờ nguồn năng lượng này, thực vật thực hiện quá trình quang hợp để tạo ra nguồn thức ăn sơ cấp, khởi đầu cho xích thức ăn.

 Sự phát triển của hệ sinh thái còn được gọi là “diễn thế sinh thái” (ecological succession). Diễn thế sinh thái là quá trình biến đổi của hệ sinh thái từ trạng thái khởi đầu qua các giai đoạn chuyển tiếp để đạt được trạng thái ổn định cuối cùng, tồn tại lâu dài theo thời gian. Đó là trạng thái đỉnh cực (climax).

Đỉnh cực (climax): Một hệ sinh thái hay một quần xã trong quá trình diễn thế nếu không bị những yếu tố hủy hoại tác động vào thì cuối cùng cũng sẽ đạt được trạng thái ổn định. Ở giai đoạn này, những quần thể quan trọng cũng ổn định, mức sinh-tử, cả dòng năng lượng và sinh khối đều nằm trong trạng thái cân bằng. Cần nhớ rằng, quần xã đạt đỉnh cực không tĩnh mà nó vẫn biến đổi một cách rất chậm chạp và những biến đổi đó sẽ xảy ra nhanh nếu môi trường, cả môi trường vật lý và sinh học có những biến động lớn.