Mục lục bài họcĐang ở d02-b4
Ecological Succession and Carrying Capacity
Primary versus secondary succession
There is exactly one question that separates them: is there soil?
- Primary succession starts on bare substrate with no soil — new lava flows, land exposed by a retreating glacier, a fresh volcanic island. Pioneer species (lichens, mosses, nitrogen-fixing plants) must first break down rock and build organic matter. Timescale: hundreds to thousands of years.
- Secondary succession starts where a disturbance removed the community but left the soil — abandoned farmland, a burned forest, a flooded field. The seed bank, roots and soil nutrients are still there. Timescale: decades.
A ground fire, however severe it looks, is almost always secondary succession. Soil is not removed by fire.
Carrying capacity
Carrying capacity $K$ is the maximum population size an environment can sustain indefinitely given available food, water, space and waste removal. The logistic model:
$$\frac{dN}{dt} = rN\left(1 - \frac{N}{K}\right)$$Growth is fastest at $N = K/2$, not at low $N$ and not near $K$. When a population overshoots $K$, resources are consumed faster than they regenerate; the result is a die-off, and if the resource base itself was damaged, $K$ afterwards is lower than before. Succession and carrying capacity connect: as succession proceeds, biomass, soil depth and structural complexity rise, so $K$ for most species rises with them.
Diễn thế nguyên sinh hay thứ sinh — chỉ cần hỏi một câu: có đất không?
- Diễn thế nguyên sinh bắt đầu trên nền trơ, chưa có đất: dòng dung nham mới, vùng đất lộ ra khi sông băng rút, đảo núi lửa vừa nhô lên. Loài tiên phong (địa y, rêu, cây cố định đạm) phải phá đá và tích luỹ chất hữu cơ trước đã. Thời gian: hàng trăm tới hàng nghìn năm.
- Diễn thế thứ sinh bắt đầu ở nơi nhiễu loạn đã xoá quần xã nhưng đất vẫn còn: ruộng bỏ hoang, rừng sau cháy, đồng sau lũ. Ngân hàng hạt, bộ rễ và dinh dưỡng trong đất còn nguyên. Thời gian: vài chục năm.
Cháy rừng, dù nhìn tan hoang tới đâu, gần như luôn là diễn thế thứ sinh — lửa không mang đất đi.
Sức chịu tải $K$ là số cá thể tối đa mà môi trường nuôi được lâu dài, xét theo thức ăn, nước, không gian và khả năng xử lý chất thải. Mô hình logistic:
$$\frac{dN}{dt} = rN\left(1 - \frac{N}{K}\right)$$Tốc độ tăng nhanh nhất ở $N = K/2$, không phải lúc quần thể còn ít và cũng không phải lúc sát $K$.
Khi quần thể vượt ngưỡng $K$, tài nguyên bị tiêu nhanh hơn tốc độ tái tạo; hậu quả là một đợt chết hàng loạt. Nếu nền tài nguyên bị hư hại thật sự (đất bị xói, thảm cỏ bị gặm trụi rễ) thì $K$ sau đó còn thấp hơn trước.
Hai khái niệm nối vào nhau: diễn thế càng tiến, sinh khối, tầng đất và độ phức tạp cấu trúc càng tăng, nên $K$ của hầu hết loài cũng tăng theo.
Một quần thể hươu trên đảo có $r = 0{,}25$ mỗi năm và $K = 1200$. Tính $\frac{dN}{dt}$ khi $N = 300$, $N = 600$ và $N = 1100$, rồi giải thích quy luật.
Dùng $\frac{dN}{dt} = rN\left(1 - \frac{N}{K}\right)$.
$N = 300$:
$$0{,}25 \times 300 \times \left(1 - \tfrac{300}{1200}\right) = 75 \times 0{,}75 = \mathbf{56{,}25 \text{ cá thể/năm}}$$$N = 600$:
$$0{,}25 \times 600 \times \left(1 - \tfrac{600}{1200}\right) = 150 \times 0{,}50 = \mathbf{75 \text{ cá thể/năm}}$$$N = 1100$:
$$0{,}25 \times 1100 \times \left(1 - \tfrac{1100}{1200}\right) = 275 \times 0{,}0833 = \mathbf{22{,}9 \text{ cá thể/năm}}$$Quy luật: tốc độ tăng đạt đỉnh đúng tại $N = K/2 = 600$, chứ không phải khi quần thể còn thưa. Ở $N = 300$ có nhiều tài nguyên nhưng ít cá thể sinh sản; ở $N = 1100$ có nhiều cá thể nhưng gần hết tài nguyên. Hai thừa số $N$ và $\left(1 - \frac{N}{K}\right)$ kéo ngược chiều nhau, tích lớn nhất ở giữa.
Ứng dụng thực tế: đây chính là cơ sở của khái niệm sản lượng bền vững tối đa trong quản lý nghề cá — giữ đàn quanh mức $K/2$ thì thu được nhiều nhất mà đàn vẫn tự bù được.
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.