Biodiversity, Succession and Disruption

Đa dạng sinh học, diễn thế và xáo trộn hệ sinh thái

Lý thuyết · English

Diversity is two things at once

Richness is how many species are present; evenness is how equally individuals are spread among them. A community of four species with $25$ individuals each is more diverse than one where a single species holds $85$ of $100$, even though richness is identical. Simpson's index combines both:

$$D=1-\sum\left(\frac{n}{N}\right)^2$$

where $n$ is the number of individuals of one species and $N$ the total. $D$ runs from $0$ to just under $1$; higher means more diverse. High diversity makes a community more resilient, because if conditions change, some species are likely to cope.

Succession

Primary — starts on bare rock with no soil (new lava, retreating glacier). Pioneer species, typically lichens, break down rock and their remains build the first soil. Very slow, centuries.
Secondary — starts after a disturbance that leaves the soil behind (fire, abandoned field). Seeds and roots survive, so recovery takes decades rather than centuries.

The single distinguishing question is: is there soil at the start?

Disruption

Invasive species arrive without their usual predators, parasites and competitors, so growth is briefly exponential and native species are displaced.
Eutrophication — fertiliser runoff feeds an algal bloom; the algae die, decomposers multiply and consume the dissolved oxygen, and fish suffocate. Note that the oxygen is used by the decomposers, not the algae.
Habitat fragmentation cuts one population into small ones, where drift and inbreeding take hold.
Climate change shifts ranges polewards and upslope, and pulls apart timings that used to match — a bird arriving when its prey has already peaked.

Giải thích tiếng Việt

Đa dạng gồm hai thành phần

Độ giàu loài là có bao nhiêu loài; độ đồng đều là cá thể được chia đều giữa các loài tới mức nào. Một quần xã bốn loài mỗi loài $25$ cá thể thì đa dạng hơn quần xã cũng bốn loài nhưng một loài chiếm $85$ trên $100$ — dù độ giàu loài y hệt nhau. Chỉ số Simpson gộp cả hai:

$$D=1-\sum\left(\frac{n}{N}\right)^2$$

với $n$ là số cá thể của một loài và $N$ là tổng số cá thể. $D$ chạy từ $0$ tới gần $1$, càng lớn càng đa dạng. Đa dạng cao làm quần xã chống chịu tốt hơn, vì khi điều kiện đổi thì khả năng có loài nào đó trụ được sẽ cao hơn.

Diễn thế sinh thái

Diễn thế nguyên sinh — bắt đầu trên đá trần, chưa có đất (dung nham mới, nơi sông băng vừa rút). Loài tiên phong, thường là địa y, phá vỡ đá và xác của chúng tạo lớp đất đầu tiên. Rất chậm, tính bằng thế kỷ.
Diễn thế thứ sinh — bắt đầu sau một xáo trộn vẫn chừa lại đất (cháy rừng, ruộng bỏ hoang). Hạt và rễ còn sống trong đất nên phục hồi tính bằng chục năm.

Câu hỏi phân biệt duy nhất: lúc bắt đầu đã có đất chưa?

Xáo trộn hệ sinh thái

Loài ngoại lai xâm hại tới nơi mới mà không mang theo thiên địch, ký sinh và đối thủ cạnh tranh quen thuộc, nên tăng trưởng theo hàm mũ một thời gian và đẩy loài bản địa ra rìa.
Phú dưỡng — phân bón trôi xuống nước nuôi tảo nở hoa; tảo chết, vi sinh vật phân giải bùng lên và tiêu thụ hết oxi hoà tan, cá chết ngạt. Chú ý: oxi bị vi sinh vật phân giải dùng, không phải tảo dùng.
Chia cắt sinh cảnh cắt một quần thể lớn thành nhiều quần thể nhỏ, nơi phiêu bạt di truyền và giao phối cận huyết phát huy tác dụng.
Biến đổi khí hậu đẩy vùng phân bố về phía cực và lên cao, đồng thời làm lệch những nhịp vốn khớp nhau — chim di cư tới nơi thì con mồi đã qua đỉnh sinh sản.

Ví dụ — so hai quần xã bằng chỉ số Simpson

Quần xã A có $4$ loài, mỗi loài $25$ cá thể. Quần xã B cũng có $4$ loài, số cá thể lần lượt là $85$, $5$, $5$, $5$. Tính $D$ cho mỗi quần xã và giải thích ý nghĩa.

Giải.

Bước 1 — quần xã A. $N=100$, mỗi loài có $n/N=0,25$.

$$D_A=1-4\times(0,25)^2=1-4\times0,0625=1-0,25=0,75$$

Bước 2 — quần xã B. $N=100$; loài lớn cho $(0,85)^2=0,7225$, ba loài nhỏ mỗi loài cho $(0,05)^2=0,0025$.

$$D_B=1-\left(0,7225+3\times0,0025\right)=1-0,73=0,27$$

Bước 3 — đọc kết quả. Độ giàu loài giống hệt nhau ($4$ loài) nhưng $D_A=0,75$ so với $D_B=0,27$. Toàn bộ khác biệt đến từ độ đồng đều: ở B, hai cá thể bắt ngẫu nhiên gần như chắc chắn cùng thuộc loài chiếm ưu thế.

Bước 4 — nối sang sinh thái. Nếu một dịch bệnh tấn công loài chiếm ưu thế, quần xã B mất gần hết cá thể và cấu trúc lưới thức ăn sụp theo, còn quần xã A vẫn còn ba phần tư số cá thể. Con số $D$ vì thế là một ước lượng cho khả năng chống chịu, không chỉ là một phép tính.

Bẫy hay mất điểm — Đề đưa hai quần xã cùng số loài rồi hỏi cái nào đa dạng hơn, và phương án bẫy là "bằng nhau, vì cùng $4$ loài". Đếm loài mới là một nửa định nghĩa; nửa còn lại là độ đồng đều. Cũng nhớ trừ khỏi $1$: quên bước đó thì con số ra ngược chiều, quần xã nghèo nàn lại thành ra "cao điểm".

Phải nhớ — Đa dạng = độ giàu loài + độ đồng đều, đo bằng $D=1-\sum(n/N)^2$. Diễn thế nguyên sinh bắt đầu từ đá trần, thứ sinh bắt đầu khi vẫn còn đất. Trong phú dưỡng, oxi cạn là do vi sinh vật phân giải, không phải do tảo.

Đọc xong rồi — làm thử ngay

Bài tập của chương Unit 8 — Ecology gồm 14 câu trắc nghiệm và 4 đề tự luận. Đáp án hiện ngay khi chọn, miễn phí.

Làm bài tập chương →

← Bài trướcResponses to the Environment and Behaviour Hết bài rồi →Thi thử tổng hợp