BÀI 29: TRAO ĐỔI VẬT CHẤT VÀ CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ SINH THÁI
I. KHÁI QUÁT TRAO ĐỔI VẬT CHẤT VÀ CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ SINH THÁI
- Chuyển hóa năng lượng:
+ Năng lượng truyền từ môi
trường ngoài (ánh sáng mặt trời) vào quần xã qua sinh vật sản xuất.
+ Năng lượng truyền một
chiều qua các bậc dinh dưỡng rồi giải phóng hoàn toàn ra môi trường dưới dạng
nhiệt (không tuần hoàn).
- Trao đổi vật chất:
+ Vật chất (các nguyên tố
hóa học) được truyền từ môi trường ngoài vào quần xã, qua các bậc dinh dưỡng, rồi
nhờ sinh vật phân giải trả lại môi trường.
+ Quá trình này diễn ra
theo chu trình tuần hoàn khép kín.
II. TRAO ĐỔI VẬT CHẤT TRONG HỆ SINH THÁI
1. Chuỗi thức ăn
- Khái niệm:
Là một dãy gồm nhiều loài sinh vật có quan hệ dinh dưỡng với nhau, trong đó mỗi
loài là một mắt xích. Một mắt xích vừa tiêu thụ mắt xích phía trước, vừa bị mắt
xích phía sau tiêu thụ.
- Phân loại:
Có 2 loại chuỗi thức ăn:
+ Chuỗi khởi đầu bằng sinh vật sản xuất:
Sinh vật sản xuất (tự dưỡng) → Động vật ăn thực vật → Động vật ăn thịt các cấp.
Ví dụ: Cỏ → Chuột → Rắn
→ Diều hâu.
- Chuỗi khởi đầu bằng sinh vật ăn mùn bã hữu
cơ:
Mùn bã hữu cơ (chất hữu cơ phân hủy) → Động vật ăn mùn bã → Động vật ăn thịt
các cấp.
Ví dụ: Giun đất → Gà lôi
→ Cáo → Hổ.
2. Lưới thức ăn
- Khái niệm:
Là tập hợp các chuỗi thức ăn có các mắt xích chung trong hệ sinh thái.
- Ý nghĩa:
Quần xã sinh vật càng đa dạng về thành phần loài thì lưới thức ăn càng phức tạp,
hệ sinh thái càng có tính ổn định và bền vững cao.
3. Bậc dinh dưỡng
- Khái niệm:
Là tập hợp các loài sinh vật có cùng mức dinh dưỡng (cùng vị trí trong chuỗi thức
ăn).
- Phân loại các bậc:
+ Bậc dinh dưỡng cấp 1:
Sinh vật sản xuất (thực vật, tảo, vi khuẩn lam).
+ Bậc dinh dưỡng cấp 2:
Sinh vật tiêu thụ bậc 1 (động vật ăn thực vật).
+ Bậc dinh dưỡng cấp 3:
Sinh vật tiêu thụ bậc 2 (động vật ăn thịt động vật ăn thực vật).
+ Bậc dinh dưỡng cấp cao nhất:
Mắt xích cuối cùng của chuỗi thức ăn.
Ví dụ thực tế: Trong
chuỗi thức ăn: "Cây ngô → Sâu ăn lá → Nhái → Rắn", cây ngô thuộc bậc
dinh dưỡng cấp 1; sâu ăn lá là sinh vật tiêu thụ bậc 1 nhưng thuộc bậc dinh dưỡng
cấp 2; nhái là sinh vật tiêu thụ bậc 2 nhưng thuộc bậc dinh dưỡng cấp 3.
III. DÒNG NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ SINH THÁI
1. Phân bố năng lượng trên Trái Đất
- Nguồn năng lượng chủ yếu:
Bức xạ mặt trời.
- Đặc điểm phân bố:
Phân bố không đều, phụ thuộc vào vĩ độ địa lý, mùa trong năm và thời gian trong
ngày.
- Hiệu suất hấp thụ:
Rất thấp, chỉ khoảng 1% tổng lượng bức xạ chiếu xuống bề mặt Trái Đất được
sinh vật sản xuất hấp thụ để thực hiện quang hợp.
Ví dụ thực tế:
Vùng xích đạo nhận được nhiều ánh sáng mặt trời quanh năm nên có các rừng mưa
nhiệt đới vô cùng xanh tốt với sinh khối cực kỳ lớn, trong khi vùng cực nhận được
rất ít ánh sáng nên hệ sinh thái vô cùng nghèo nàn (đồng rêu hàn đới).
2. Chuyển hóa năng lượng trong hệ sinh thái
- Năng lượng truyền qua các
bậc dinh dưỡng luôn bị hao hụt rất lớn:
+ Khoảng 70% năng lượng
tiêu hao qua hô hấp (tỏa nhiệt, vận động).
+ Khoảng 10% năng lượng
mất đi qua chất thải, xác chết, rụng lá, lột xác.
+ Chỉ có khoảng 10%
năng lượng được tích lũy trong sinh khối ở mỗi bậc dinh dưỡng và truyền lên bậc
tiếp theo.
3. Hiệu suất sinh thái và tháp sinh thái
a. Hiệu suất sinh thái
- Khái niệm:
Là tỉ lệ phần trăm chuyển hóa năng lượng giữa các bậc dinh dưỡng kế tiếp nhau
trong hệ sinh thái.
- Công thức tính hiệu suất sinh thái (H):
H (\%) = \frac{Eₙ⁺₁}{Eₙ} × 100\%
(Trong đó: Eₙ là năng lượng ở bậc dinh dưỡng
cấp n; Eₙ⁺₁ là năng lượng ở bậc dinh dưỡng cấp n+1 kế tiếp).
- Trị số thực tế:
Rất thấp, thường dao động từ 5% đến 20% (trung bình khoảng 10%).
b. Tháp sinh thái
- Khái niệm:
Là đồ thị biểu thị độ lớn của các bậc dinh dưỡng trong hệ sinh thái (về số lượng
cá thể, sinh khối hoặc năng lượng).
|
Loại
tháp sinh thái |
Đơn
vị đo |
Đặc
điểm hình dạng |
|
Tháp số lượng |
Số lượng cá thể / diện tích (hoặc thể tích) |
Có thể có dạng ngược (ví dụ: 1 cây gỗ lớn
nuôi hàng vạn con sâu). |
|
Tháp sinh khối |
Khối lượng chất khô (g/m², kg/ha) |
Có thể bị ngược ở hệ sinh thái dưới nước
(sinh khối tảo nhỏ hơn sinh khối động vật phù du do tảo sinh sản rất nhanh). |
|
Tháp năng lượng |
Năng lượng tích lũy (kcal/m²/năm) |
Luôn luôn có dạng chuẩn (thẳng đứng),
đáy rộng và đỉnh hẹp do năng lượng luôn bị hao hụt qua các bậc. |