Mục lục bài họcĐang ở d02-b3
← AP Environmental Science
0/36 bài đã học xong
Chương 2 · Unit 2 — The Living World: Biodiversity · Bài 3/4 của chương · bài 7/36 của AP Environmental Science

Island Biogeography, the Species-Area Effect and Fragmentation

Đảo sinh học, hiệu ứng diện tích và phân mảnh sinh cảnh
← Mục lục bài học
Lý thuyết · English

The species-area relationship

Across islands, forest patches and reserves, the number of species rises with area following a power law:

$$S = cA^{z}, \qquad z \approx 0{,}25$$

The exponent matters more than the constant. Because $z$ is well below $1$, species number does not fall in proportion to area lost — but it does fall predictably. With $z = 0{,}25$, cutting a reserve to $\frac{1}{16}$ of its area halves its species number, and cutting it to $\frac{1}{10\,000}$ leaves only a tenth of the original richness.

Island biogeography: two axes

MacArthur and Wilson explained island richness as a dynamic equilibrium between immigration and extinction. Two variables set that equilibrium:

  • Size — larger islands support larger populations, so extinction rate is lower.
  • Distance from the mainland — nearer islands receive more colonists, so immigration rate is higher.

Therefore a large, near island holds the most species and a small, far island the fewest. A habitat fragment surrounded by farmland or highway behaves exactly like an island.

Edge effects and the loss of core

Fragmentation does its damage even when no area at all is lost. Conditions near an edge differ from the interior: more light, more wind, drier soil, higher temperature, more nest predators and more invasive plants. Species that require interior conditions survive only in the core. Splitting one patch into four multiplies edge and can destroy nearly half the core while the map still shows the same total hectares.

Giải thích tiếng Việt

Quan hệ loài — diện tích đúng với đảo thật, với mảnh rừng và với khu bảo tồn, theo một hàm luỹ thừa:

$$S = cA^{z}, \qquad z \approx 0{,}25$$

Số mũ quan trọng hơn hằng số. Vì $z$ nhỏ hơn $1$ nhiều, số loài không giảm tỉ lệ thuận với diện tích mất đi — nhưng giảm theo một quy luật đoán trước được. Với $z = 0{,}25$, thu khu bảo tồn còn $\frac{1}{16}$ diện tích thì số loài còn một nửa; thu còn $\frac{1}{10\,000}$ thì số loài còn một phần mười.

Lý thuyết đảo sinh học của MacArthur và Wilson giải thích số loài trên đảo là một cân bằng động giữa nhập cưtuyệt chủng. Hai biến quyết định cân bằng đó:

  • Diện tích — đảo lớn nuôi được quần thể lớn nên tỉ lệ tuyệt chủng thấp hơn.
  • Khoảng cách tới đất liền — đảo gần nhận được nhiều cá thể di cư tới nên tỉ lệ nhập cư cao hơn.

Suy ra: đảo to và gần giữ nhiều loài nhất, đảo nhỏ và xa ít loài nhất. Một mảnh sinh cảnh bị ruộng lúa hay đường cao tốc vây quanh hành xử y hệt một hòn đảo.

Hiệu ứng viền và cái lõi bị mất. Phân mảnh gây hại ngay cả khi không mất một mét vuông nào. Vùng sát viền có điều kiện khác hẳn bên trong: nhiều sáng hơn, nhiều gió hơn, đất khô hơn, nóng hơn, nhiều kẻ ăn trứng chim và nhiều cây ngoại lai hơn. Loài đòi điều kiện nội vùng chỉ sống được ở phần lõi. Chẻ một mảnh thành bốn làm chiều dài viền tăng vọt và có thể xoá gần một nửa phần lõi, trong khi bản đồ vẫn ghi đúng bấy nhiêu hecta.

Diện tích sinh cảnh A (ha) Số loài S S = cA^z (z ≈ 0,25) A = 625 ha · S = 40 A = 10 000 ha · S = 80 Mất 93,75% diện tích chỉ mất 50% số loài — nhưng dốc đứng nằm ở phía mảnh nhỏ.
Đường cong loài — diện tích không phải đường thẳng. Đoạn dốc đứng nằm ở phía diện tích nhỏ: mất những hecta cuối cùng đắt hơn nhiều so với mất những hecta đầu tiên. Đó là lý do một khu bảo tồn $625$ ha vẫn giữ được một nửa số loài của khu $10\,000$ ha — nhưng cũng là lý do việc bảo vệ mảnh nhỏ cuối cùng lại là việc quan trọng nhất.
Ví dụ — dùng S = cA^z để dự đoán mất loài

Một vườn quốc gia $10\,000$ ha có $80$ loài chim rừng. Kế hoạch phát triển sẽ để lại một mảnh rừng $625$ ha. Lấy $z = 0{,}25$, hãy dự đoán số loài còn lại và số loài mất đi.

Giải.

Bước 1 — lập tỉ số để triệt tiêu hằng số $c$:

$$\frac{S_{2}}{S_{1}} = \left(\frac{A_{2}}{A_{1}}\right)^{z} = \left(\frac{625}{10\,000}\right)^{0{,}25} = \left(\frac{1}{16}\right)^{0{,}25}$$

Bước 2 — tính luỹ thừa: $16^{0{,}25} = \sqrt{\sqrt{16}} = \sqrt{4} = 2$, nên tỉ số bằng $\frac{1}{2}$.

Bước 3 — số loài còn lại:

$$S_{2} = 80 \times \tfrac{1}{2} = \mathbf{40 \text{ loài}}$$

Bước 4 — số loài mất: $80 - 40 = \mathbf{40}$ loài, tức mất $50\%$ số loài.

Đọc kết quả cho đúng: dự án lấy đi $93{,}75\%$ diện tích mà chỉ mất $50\%$ số loài. Nghe như một trao đổi có lợi, nhưng con số này là cân bằng dài hạn, không phải hậu quả tức thì — số loài sẽ trôi dần xuống $40$ qua nhiều thập kỷ, hiện tượng gọi là món nợ tuyệt chủng. Và $40$ loài mất đi sẽ là những loài vùng phân bố hẹp nhất, tức những loài đặc hữu.

lõi 64 ha 1 mảnh 100 ha viền 100 m ăn vào mọi cạnh 4 mảnh 25 ha — vẫn 100 ha lõi chỉ còn 36 ha Tổng diện tích không mất một mét vuông nào, lõi mất 44%.
Cùng $100$ ha, hai câu chuyện khác nhau. Mảnh vuông $1000 \times 1000$ m với viền ăn sâu $100$ m còn lõi $800 \times 800 = 64$ ha. Chẻ thành bốn mảnh $500 \times 500$ m thì mỗi lõi chỉ còn $300 \times 300 = 9$ ha, tổng $36$ ha. Mất $44\%$ lõi mà tổng diện tích không đổi — đây chính là con số mà báo cáo tác động môi trường chỉ nhìn tổng hecta sẽ bỏ sót hoàn toàn.
Bẫy hay mất điểm — Bẫy đắt nhất: coi “tổng diện tích không đổi”“không có tác động”. Một con đường chỉ chiếm $1\%$ diện tích khu bảo tồn vẫn có thể xoá gần $10\%$ phần lõi, vì nó sinh thêm hai đường viền dài suốt chiều ngang khu. Cách chặn: gặp đề phân mảnh thì luôn tính lõi, đừng dừng ở diện tích. Vẽ hình chữ nhật, trừ chiều rộng viền vào cả bốn cạnh của từng mảnh rồi mới cộng lại.
Phải nhớ — $S = cA^{z}$ với $z \approx 0{,}25$: diện tích còn $\frac{1}{16}$ thì số loài còn một nửa. Đảo to và gần giữ nhiều loài nhất. Phân mảnh giết bằng hiệu ứng viền — luôn tính diện tích lõi, không chỉ tổng diện tích.

Đọc xong rồi — làm thử ngay

Bài tập của chương Unit 2 — The Living World: Biodiversity gồm 14 câu trắc nghiệm và 4 đề tự luận. Đáp án hiện ngay khi chọn, miễn phí.

Làm bài tập chương →