Quần thể là bậc tổ chức sống đầu tiên mà ở đó bắt đầu xuất hiện những tính chất mà một cá thể riêng lẻ không thể có: mật độ, tỉ lệ giới tính, cấu trúc tuổi, kiểu phân bố, kích thước. Một con thỏ không có mật độ, cũng chẳng có tỉ lệ giới tính. Đó là lí do sinh thái học quần thể luôn bắt đầu bằng việc học cách mô tả một tập hợp cá thể bằng những con số đếm được.
Quần thể sinh vật là tập hợp các cá thể cùng một loài, cùng sinh sống trong một khoảng không gian xác định, vào một thời gian nhất định, có khả năng sinh sản tạo ra thế hệ mới.
Bốn dấu hiệu trên phải có đủ. Đề thi thường ra dạng chọn tập hợp nào là quần thể, và bẫy nằm ở dấu hiệu thứ nhất: các con cá trong một hồ, các cây cỏ ven bờ ruộng, các loài chim trong một khu rừng đều là tập hợp của nhiều loài nên không phải quần thể. Ngược lại, các cây thông nhựa trên một quả đồi, đàn voi trong một khu bảo tồn thì đúng là quần thể.
| Đặc trưng | Nội dung | Ý nghĩa sinh thái |
|---|---|---|
| Tỉ lệ giới tính | Tỉ lệ giữa số cá thể đực và số cá thể cái trong quần thể, thường xấp xỉ 1 : 1 nhưng thay đổi theo loài, theo lứa tuổi và điều kiện sống | Quyết định trực tiếp tiềm năng sinh sản của quần thể; là căn cứ để điều chỉnh tỉ lệ đực cái trong chăn nuôi |
| Nhóm tuổi và tháp tuổi | Ba nhóm: trước sinh sản, đang sinh sản, sau sinh sản; xếp chồng lên nhau thành tháp tuổi | Cho phép dự đoán xu hướng phát triển của quần thể trong tương lai gần |
| Kiểu phân bố cá thể | Ba kiểu: theo nhóm, đồng đều, ngẫu nhiên | Phản ánh mức đồng nhất của môi trường và mức cạnh tranh giữa các cá thể |
| Mật độ cá thể | Số cá thể trên một đơn vị diện tích hay thể tích của môi trường sống | Đặc trưng quan trọng nhất vì nó chi phối mức sinh sản, mức tử vong và mức sử dụng nguồn sống |
| Kích thước quần thể | Tổng số cá thể, hoặc tổng khối lượng, hoặc tổng năng lượng tích luỹ trong các cá thể của quần thể | Dao động giữa mức tối thiểu và mức tối đa đặc trưng cho loài |
Ba kiểu phân bố, ba hoàn cảnh khác nhau. Phân bố theo nhóm là kiểu phổ biến nhất, gặp khi môi trường không đồng nhất và các cá thể có xu hướng tụ họp để hỗ trợ nhau. Phân bố đồng đều gặp khi môi trường đồng nhất nhưng cạnh tranh giữa các cá thể gay gắt, ví dụ cây thông trong rừng trồng hoặc chim hải âu làm tổ trên bãi. Phân bố ngẫu nhiên gặp khi môi trường đồng nhất và các cá thể không cạnh tranh gay gắt.
Mật độ khác kích thước quần thể. Kích thước là tổng số cá thể; mật độ là số cá thể chia cho diện tích hay thể tích. Hai quần thể có cùng kích thước 6 000 cá thể nhưng một quần thể sống trên 2 ha, quần thể kia trên 30 ha thì mật độ chênh nhau mười lăm lần và điều kiện sống hoàn toàn khác nhau. Công thức nối hai đại lượng: kích thước bằng mật độ nhân với diện tích.
Kích thước tối thiểu và tối đa. Kích thước tối thiểu là số cá thể ít nhất mà quần thể cần có để duy trì và phát triển. Xuống dưới mức đó, cơ hội gặp nhau giữa cá thể đực và cá thể cái giảm, giao phối gần tăng làm vốn gene nghèo đi, sự hỗ trợ giữa các cá thể suy giảm, và quần thể dễ đi tới diệt vong. Kích thước tối đa là giới hạn cuối cùng mà nguồn sống của môi trường còn nuôi nổi; vượt qua mức này thì cạnh tranh gay gắt, mức tử vong và mức xuất cư tăng lên kéo số lượng xuống.
Kích thước quần thể thay đổi theo bốn yếu tố, tóm gọn trong một phép cộng trừ: kích thước cuối kì = kích thước đầu kì + số sinh ra − số chết đi + số nhập cư − số xuất cư.
Tầng đáy của tháp là nhóm tuổi trước sinh sản, tức lực lượng sẽ bước vào sinh sản trong thời gian tới. Vì thế quy tắc đọc rất gọn: đáy rộng thì tương lai đông, đáy hẹp thì tương lai thưa. Chỗ hay nhầm là đọc theo đỉnh tháp, trong khi đỉnh là nhóm sau sinh sản, nhóm không còn đóng góp vào số lượng đời sau.
| Tiêu chí | Tăng trưởng theo tiềm năng sinh học (chữ J) | Tăng trưởng thực tế (chữ S) |
|---|---|---|
| Điều kiện giả định | Nguồn sống vô hạn, không gian không giới hạn, không dịch bệnh, không kẻ thù | Nguồn sống có hạn, không gian giới hạn, có dịch bệnh và kẻ thù |
| Mức sinh sản và tử vong | Mức sinh sản đạt tối đa, mức tử vong tối thiểu và không đổi | Mức sinh sản giảm dần, mức tử vong tăng dần khi mật độ tăng |
| Dạng đồ thị | Đường cong chữ J, dốc lên ngày càng đứng, không có giới hạn trên | Đường cong chữ S, dốc dần rồi thoải ra, tiến tới đường nằm ngang K |
| Nơi bắt gặp | Chỉ gặp trong thời gian ngắn: vi khuẩn trong môi trường nuôi cấy mới, loài ngoại lai vừa xâm nhập nơi ở mới | Là kiểu tăng trưởng của hầu hết quần thể trong tự nhiên |
Nút thắt của cả mục này nằm ở chỗ vì sao đường cong thực tế bẻ ngang. Khi mật độ còn thấp, mỗi cá thể có thừa thức ăn và chỗ ở nên quần thể tăng gần như theo tiềm năng sinh học. Mật độ càng lên cao thì nguồn sống chia cho mỗi cá thể càng ít, cạnh tranh cùng loài gay gắt lên, mức sinh sản giảm còn mức tử vong và mức xuất cư tăng. Tới mức sức chứa K thì mức sinh sản xấp xỉ mức tử vong, số lượng cá thể ngừng tăng và dao động quanh K. Đây chính là cơ chế điều chỉnh số lượng cá thể của quần thể, và nó hoạt động qua chính sự cạnh tranh cùng loài chứ không cần một lực nào từ bên ngoài.
Số lượng cá thể của quần thể trong tự nhiên không đứng yên mà biến động quanh một giá trị trung bình, theo hai dạng:
Cần phân biệt hai nhóm nhân tố gây biến động. Nhóm không phụ thuộc mật độ gồm các nhân tố vô sinh như nhiệt độ, độ ẩm, lũ lụt: chúng tác động như nhau dù quần thể đông hay thưa. Nhóm phụ thuộc mật độ gồm các nhân tố hữu sinh như thức ăn, kẻ thù, dịch bệnh, cạnh tranh cùng loài: mật độ càng cao thì tác động càng mạnh, và chính nhóm này giữ vai trò điều chỉnh số lượng quần thể về quanh mức cân bằng.
| Quan hệ hỗ trợ | Quan hệ cạnh tranh | |
|---|---|---|
| Xảy ra khi nào | Mật độ phù hợp, nguồn sống còn đủ cho các cá thể | Mật độ quá cao, nguồn sống trở nên thiếu hụt |
| Biểu hiện | Hiện tượng liền rễ ở cây thông, cây sống theo nhóm chịu gió tốt hơn; chó rừng đi săn theo đàn; bồ nông xếp hàng bắt cá; đàn trâu rừng vây quanh con non khi bị tấn công | Thực vật tự tỉa thưa khi trồng dày; động vật tranh giành thức ăn, nơi ở, bạn tình; một số loài có hiện tượng ăn thịt đồng loại khi quá đói |
| Ý nghĩa với quần thể | Bảo đảm quần thể tồn tại ổn định, khai thác tối ưu nguồn sống, tăng khả năng sống sót và sinh sản — gọi là hiệu quả nhóm | Duy trì số lượng và sự phân bố cá thể ở mức phù hợp với nguồn sống, nhờ đó bảo đảm sự tồn tại lâu dài của quần thể |
Điểm dễ hiểu sai nhất: cạnh tranh cùng loài không làm quần thể suy vong. Nó chỉ khiến một số cá thể chết hoặc phải đi nơi khác, còn quần thể thì được giữ ở mức số lượng mà môi trường nuôi nổi. Nói cách khác, cạnh tranh cùng loài là cơ chế tự điều chỉnh, không phải là mối đe doạ.