Nhân tố sinh thái là mọi yếu tố của môi trường tác động lên sinh vật, chia thành hai nhóm: nhân tố vô sinh (nhiệt độ, ánh sáng, nước, độ mặn, đất…) và nhân tố hữu sinh (các sinh vật khác, kể cả con người). Giới hạn sinh thái (giới hạn chịu đựng) là khoảng giá trị của một nhân tố mà trong đó sinh vật sống được; ra ngoài giới hạn trên hoặc dưới, sinh vật chết. Ví dụ quen thuộc trong sách Sinh học 12: cá rô phi ở Việt Nam sống được từ khoảng 5,6°C đến 42°C, phát triển tốt nhất trong khoảng 20–35°C.
Hai nhóm nhân tố sinh thái
| Nhóm | Gồm những gì | Ví dụ tác động |
|---|---|---|
| Vô sinh | Nhiệt độ, ánh sáng, nước, độ ẩm, gió, độ mặn, độ pH, khí oxy, chất khoáng trong đất, địa hình | Cây trên núi cao thấp lùn vì gió và lạnh; cá nước ngọt chết khi nước nhiễm mặn |
| Hữu sinh | Thức ăn, kẻ săn mồi, đối thủ, ký sinh trùng, mầm bệnh, loài hỗ trợ, con người | Chuột tăng khi rắn giảm; cây non chết vì thiếu nấm rễ giúp hút khoáng |
Con người thường được tách thành một nhóm riêng trong sách giáo khoa vì tác động quá lớn: chặt rừng, đắp đập, bón phân, thải khí, đưa loài đi khắp nơi. Ngoài ra, các nhân tố không tác động riêng lẻ: nhiệt độ cao làm nước bay hơi nhanh, ảnh hưởng tới độ ẩm; ánh sáng mạnh làm nhiệt tăng.
Giới hạn sinh thái: đọc biểu đồ hình chuông
Đặt một nhân tố (ví dụ nhiệt độ) lên trục ngang, mức sống sót hay mức sinh trưởng của sinh vật lên trục dọc, ta thường được một đường cong hình chuông. Trên đường cong có những vùng có tên riêng:
- Giới hạn dưới và giới hạn trên: hai điểm ngoài cùng, vượt qua là sinh vật chết.
- Khoảng thuận lợi: đoạn giữa, sinh vật sống khoẻ nhất, sinh trưởng và sinh sản tốt nhất.
- Khoảng chống chịu: hai đoạn nằm giữa khoảng thuận lợi và giới hạn — sinh vật vẫn sống nhưng bị ức chế: chậm lớn, đẻ ít, dễ bệnh.
- Điểm cực thuận: giá trị ở đỉnh chuông, tốt nhất cho sinh vật.
Với cá rô phi: dưới 5,6°C hoặc trên 42°C là chết; từ 20 đến 35°C là khoảng thuận lợi; hai đoạn 5,6–20°C và 35–42°C là khoảng chống chịu. Đây là lý do người nuôi cá rô phi ở miền Bắc phải lo chống rét cho cá vào những đợt rét đậm.
Ví dụ giới hạn nhiệt của vài sinh vật
| Sinh vật | Khoảng chịu nhiệt (xấp xỉ) | Ghi chú |
|---|---|---|
| Cá rô phi (Việt Nam) | 5,6 – 42°C | Số liệu sách Sinh học 12 |
| San hô tạo rạn | Thường khoảng 18 – 30°C | Nước ấm hơn mức quen thuộc kéo dài vài tuần là bắt đầu tẩy trắng |
| Vi khuẩn ở suối nước nóng | Có nhóm sống trên 80°C | Sinh vật ưa nhiệt |
| Cây lúa | Ngưỡng dưới khoảng 12–15°C cho sinh trưởng | Rét đậm làm mạ chết, lúa trổ bông gặp lạnh bị lép |
Các con số này chỉ để hình dung; giới hạn thực tế còn phụ thuộc giống, tuổi, thời gian tiếp xúc và các nhân tố khác cùng lúc.
Liebig và định luật tối thiểu
Giữa thế kỷ 19, nhà hoá học người Đức Justus von Liebig nghiên cứu phân bón cho cây trồng. Ông nhận thấy năng suất không phụ thuộc vào tổng lượng dinh dưỡng, mà bị chặn bởi chất nào thiếu nhất so với nhu cầu. Bón thêm thật nhiều đạm cũng vô ích nếu đất thiếu kali. Ý tưởng này thường được gọi là định luật tối thiểu Liebig (nhà nông học Carl Sprengel đã nêu ý tương tự trước đó, nên đôi khi gọi là định luật Sprengel – Liebig).
Hình ảnh hay dùng để minh hoạ là chiếc thùng gỗ ghép từ nhiều thanh dài ngắn khác nhau: nước chỉ đổ đầy tới thanh thấp nhất. Mỗi thanh là một chất dinh dưỡng; thanh ngắn nhất là nhân tố giới hạn.
Ví dụ ngoài tự nhiên: ở nhiều hồ nước ngọt, photpho là nhân tố giới hạn sự phát triển của tảo. Nước thải giàu photpho đổ vào, tảo bùng nổ. Ở nhiều vùng biển khơi, sắt lại là thanh ngắn nhất cho tảo phù du.
Shelford và định luật giới hạn chịu đựng
Năm 1913, nhà sinh thái người Mỹ Victor Shelford mở rộng ý của Liebig: không chỉ thiếu mới hại, mà thừa cũng hại. Mỗi sinh vật có một khoảng chịu đựng với mỗi nhân tố, có cả mức tối thiểu lẫn tối đa. Quá nhiều nước làm rễ cây thối; quá nhiều ánh sáng làm cây ưa bóng cháy lá; quá nhiều đạm làm cây lốp, dễ sâu bệnh. Đây chính là cơ sở của đường cong hình chuông ở trên.
Sinh vật hẹp và sinh vật rộng
Các nhà sinh thái dùng tiền tố "hẹp" và "rộng" để mô tả khoảng chịu đựng:
- Hẹp nhiệt: chỉ chịu được khoảng nhiệt hẹp, như san hô tạo rạn, nhiều loài cá vùng cực. Rộng nhiệt: chịu được dao động lớn, như cá chép, nhiều loài côn trùng ôn đới.
- Hẹp muối: cá nước ngọt thuần tuý, đa số cá biển khơi. Rộng muối: cá đối, cá chẽm, cua, tôm sú — những loài sống ở cửa sông, nơi độ mặn thay đổi theo triều.
Một nguyên tắc rút ra từ quan sát: loài có giới hạn rộng với nhiều nhân tố thường phân bố rộng; loài có giới hạn hẹp với một nhân tố quan trọng thường chỉ có ở một số nơi. Ngoài ra, ở giai đoạn sinh sản, trứng và con non thường có giới hạn chịu đựng hẹp hơn con trưởng thành — đó là thời điểm sinh vật nhạy cảm nhất.
Sinh vật đối phó với nhân tố bất lợi thế nào
Khi nhân tố môi trường dịch ra vùng chống chịu, sinh vật có nhiều cách thích nghi:
- Thay đổi hình thái: cây vùng khô có lá nhỏ, lá biến thành gai, lớp sáp dày; cây ưa bóng có lá to, mỏng, màu xanh đậm.
- Thay đổi sinh lý: động vật máu nóng giữ thân nhiệt; cá vùng lạnh có protein chống đông máu.
- Thay đổi tập tính: thằn lằn phơi nắng buổi sáng, trốn vào bóng râm buổi trưa; nhiều loài chim di cư khi mùa lạnh tới.
- Thích nghi tạm thời: cây rụng lá mùa khô, một số động vật giảm hoạt động khi điều kiện khắc nghiệt.
Những loài không thích nghi được buộc phải di chuyển hoặc biến mất khỏi vùng đó. Đây là lý do khi khí hậu ấm lên, nhiều loài được ghi nhận dịch dần lên cao hơn trên sườn núi hoặc về phía cực.
Góc nhìn hôm nay: giới hạn sinh thái trong đời sống
Khái niệm này có mặt trong nhiều việc hằng ngày. Nhà nông chọn giống lúa chịu mặn cho vùng ven biển là chọn giới hạn chịu đựng phù hợp. Người nuôi bể cá đo nhiệt độ, độ pH, amoniac là giữ cá trong khoảng thuận lợi. Khi nuôi bể cá cảnh, luôn nhớ: không thả cá, ốc, cây thuỷ sinh ra sông hồ, vì một số loài có giới hạn chịu đựng rộng có thể sống sót ngoài tự nhiên và trở thành loài xâm lấn.
Bài tập đơn giản tại nhà cùng người lớn: gieo hạt đậu xanh trong ba hộp, đặt ở chỗ tối, chỗ sáng vừa và chỗ nắng gắt; hoặc tưới ít, vừa, nhiều. Sau một tuần, so chiều cao và màu lá — bạn sẽ thấy đường cong hình chuông hiện ra.
Đọc thêm: bài Môi trường và các nhân tố sinh thái trong Sinh học 12; chương về nhân tố giới hạn trong Fundamentals of Ecology của Odum.
Câu hỏi thường gặp
Nhân tố sinh thái là gì?
Nhân tố sinh thái là các yếu tố của môi trường tác động lên sinh vật. Chúng chia thành nhân tố vô sinh (nhiệt độ, ánh sáng, nước, độ mặn, đất) và nhân tố hữu sinh (các sinh vật khác và con người).
Giới hạn sinh thái là gì?
Giới hạn sinh thái là khoảng giá trị của một nhân tố mà trong đó sinh vật tồn tại được, từ giới hạn dưới đến giới hạn trên. Bên trong có khoảng thuận lợi (sống tốt nhất) và khoảng chống chịu (sống nhưng bị ức chế).
Giới hạn nhiệt độ của cá rô phi là bao nhiêu?
Theo sách Sinh học 12, cá rô phi ở Việt Nam có giới hạn dưới khoảng 5,6°C và giới hạn trên khoảng 42°C. Khoảng thuận lợi từ 20°C đến 35°C.
Định luật tối thiểu Liebig là gì?
Định luật nói rằng sự sinh trưởng bị giới hạn bởi chất dinh dưỡng thiếu nhất so với nhu cầu, không phải bởi tổng lượng dinh dưỡng. Hình ảnh minh hoạ là chiếc thùng gỗ chỉ chứa nước tới thanh thấp nhất.
Định luật Shelford khác định luật Liebig thế nào?
Liebig nhấn vào sự thiếu hụt: chất thiếu nhất giới hạn sinh trưởng. Shelford (1913) bổ sung rằng thừa cũng gây hại: mỗi nhân tố có cả giới hạn dưới và giới hạn trên mà sinh vật chịu được.
