Nội dung chính Sinh học 12 chân trời Bài 25: Hệ sinh thái

BÀI 25: HỆ SINH THÁI

I. KHÁI QUÁT HỆ SINH THÁI

1. Khái niệm hệ sinh thái

- Hệ sinh thái là một hệ thống sinh học gồm quần xã sinh vật và sinh cảnh.

- Hệ sinh thái là một hệ mở, có khả năng tự điều chỉnh để duy trì trạng thái cân bằng ổn định.

2. Các thành phần cấu trúc của hệ sinh thái

Mỗi hệ sinh thái được cấu trúc từ hai thành phần:

Thành phần hữu sinh, bao gồm:

- Sinh vật sản xuất: gồm thực vật và một số vi sinh vật có khả năng tự dưỡng.

- Sinh vật tiêu thụ: 

+ Sinh vật tiêu thụ bậc 1: động vật ăn thực vật.

+ Sinh vật tiêu thụ bậc 2, bậc 3,...: động vật ăn động vật khác.

- Sinh vật phân giải: chủ yếu là vi khuẩn, nấm, giun đất,... → khép kín vòng tuần hoàn sinh học.

Thành phần vô sinh, bao gồm:

- Các chất vô cơ: nước, carbon dioxide, oxygen,...

- Các chất hữu cơ: protein, carbohydrate,...

- Yếu tố khí hậu: ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm, gió,...

3. Các kiểu hệ sinh thái chủ yếu trên Trái Đất

a. Các hệ sinh thái tự nhiên

- Hệ sinh thái tự nhiên được hình thành và phát triển theo quy luật tự nhiên, nhận năng lượng từ ASMT.

- Hệ sinh thái tự nhiên gồm:

+ Hệ sinh thái trên cạn.

+ Hệ sinh thái dưới nước.

b. Các hệ sinh thái nhân tạo

- Con người đã cải tạo thiên nhiên và xây dựng nên các hệ sinh thái nhân tạo.

- Hệ sinh thái nhân tạo nhận năng lượng ASMT và các nguồn vật chất, năng lượng khác do con người bổ sung để duy trì trạng thái ổn định và thu được sản phẩm phục vụ đời sống con người.

II. TRAO ĐỔI VẬT CHẤT VÀ CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ SINH THÁI

1. Trao đổi vật chất trong hệ sinh thái

a. Chuỗi thức ăn

- Chuỗi thức ăn là một dãy gồm nhiều loài sinh vật có quan hệ dinh dưỡng với nhau, trong đó loài này là thức ăn của loài khác và loài khác lại là thức ăn của loài tiếp theo.

+ Chuỗi thức ăn khởi đầu bằng sinh vật tự dưỡng.

+ Chuỗi thức ăn khởi đầu bằng sinh vật sử dụng mùn bã hữu cơ.

- Trong chuỗi thức ăn, mỗi loài sinh vật là một mắt xích.

b. Lưới thức ăn

- Tập hợp nhiều chuỗi thức ăn trong hệ sinh thái tạo thành lưới thức ăn, trong đó một số loài sinh vật là mắt xích chung cho nhiều chuỗi thức ăn.

- Hệ sinh thái càng đa dạng về thành phần loài và nhiều loài đa thực thì lưới thức ăn càng trở nên phức tạp và tính ổn định càng cao.

c. Bậc dinh dưỡng

- Trong hệ sinh thái, các sinh vật cùng tiêu thụ một loại thức ăn tương tự nhau sẽ được xếp vào cùng một bậc dinh dưỡng.

+ Bậc dinh dưỡng cấp 1: sinh vật sản xuất hoặc các sinh vật sử dụng mùn bã hữu cơ.

+ Bậc dinh dưỡng cấp 2: sinh vật tiêu thụ bậc 1.

+ Bậc dinh dưỡng cấp 3: sinh vật tiêu thụ bậc 2.

Tiếp theo là các bậc dinh dưỡng cấp 4, 5,...

2. Chuyển hóa năng lượng trong hệ sinh thái

a. Sự phân bố năng lượng ánh sáng trên Trái Đất

- Ánh sáng mặt trời phần bố trên bề mặt Trái Đất không đồng đều giữa các vùng:

+ Vùng gần xích đạo ánh sáng mạnh hơn vùng xa xích đạo.

+ Càng lên cao ánh sáng mặt trời cành mạnh.

+ Cường độ và thời gian chiếu sáng thay đổi theo ngày đêm, theo mùa trong năm.

-  Năng lượng đi vào hệ sinh thái, thực vật chỉ sử dụng 0,2% - 0,5% tổng lượng bức xạ chiếu trên Trái Đất để tổng hợp các chất hữu cơ (sản lượng sơ cấp thô).

b. Hiệu suất sinh thái

- Trong hệ sinh thái, năng lượng chuyển từ bậc dinh dưỡng thấp lên bậc dinh dưỡng cao thường rất thấp.

- Hiệu suất sinh thái là phần trăm giữa năng lượng được tích lũy ở bậc dinh dưỡng cao so với bậc dinh dưỡng thấp hơn.

- Trong hệ sinh thái, sản phẩm hữu cơ được sinh ra trong một khoảng thời gian, trên một đơn vị diện tích cụ thể được gọi là năng suất sinh học (sản lượng sinh học).

+ Sản lượng sơ cấp: được tạo ra ở sinh vật sản xuất → một phần sản lượng sơ cấp thô được sử dụng, phần còn lại là sản lượng sơ cấp tinh được tích lũy làm thức ăn cho sinh vật dị dưỡng.

+ Sản lượng thứ cấp: được hình thành bởi các sinh vật dị dưỡng, chủ yếu là động vật → sinh vật có bậc dinh dưỡng càng cao thì tổng năng lượng càng nhỏ.

c. Tháp sinh thái

- Tháp sinh thái là biểu đồ hình tháp, mô tả định lượng mối quan hệ dinh dưỡng giữa các bậc dinh dưỡng trong quần xã.

- Có ba loại tháp sinh thái:

+ Tháp số lượng được xây dựng dựa trên số lượng cá thể sinh vật ở mỗi bậc dinh dưỡng.

+ Tháp sinh khối được xây dựng dựa trên khối lượng tổng số của tất cả các sinh vật trên một đơn vị diện tích hoặc thể tích ở mỗi bậc dinh dưỡng.

+ Tháp năng lượng được xây dựng dựa trên số năng lượng được tích lũy trên một đơn vị diện tích hoặc thể tích, trong một đơn vị thời gian ở mỗi bậc dinh dưỡng.

- Tháp năng lượng là tháp hoàn thiện nhất vì phản ánh chính xác quy luật chuyển hóa năng lượng trong hệ sinh thái.

III. CHU TRÌNH SINH – ĐỊA – HÓA

1. Khái niệm chu trình sinh – địa – hóa

- Chu trình sinh – địa – hóa là sự tuần hoàn vật chất qua các dạng khác nhau giữa sinh vật và môi trường trong hệ sinh thái.

- Chu trình sinh – địa – hóa gồm các giai đoạn:

+ Các chất vô cơ từ môi trường được chuyển vào cơ thể sinh vật sản xuất.

+ Các chất vô cơ được truyền qua các bậc dinh dưỡng.

+ Các chất vô cơ từ cơ thể sinh vật truyền trả lại môi trường.

- Chu trình sinh – địa – hóa duy trì sự cân bằng vật chất trong sinh quyển.

2. Một số chu trình sinh – địa – hóa

a. Chu trình nước

- Vai trò: 

+ Điều hòa khí hậu.

+ Cung cấp nước cho sự phát triển của sinh giới.

- Hiện nay, nước bị ô nhiễm và suy thoái do các hoạt động của con người. Nguồn nước không phải là vô hạn và đang bị suy giảm nghiêm trọng.

→ Tiết kiệm nước và bảo vệ nguồn nước sạch là nhiệm vụ của mọi ngành, mọi quốc gia và của mỗi người.

b. Chu trình carbon

- Carbon đi vào chu trình dưới dạng carbon dioxide (CO₂).

- Thực trạng hiện nay: nồng độ khí CO₂ tăng đáng kể do các hoạt động của con người gây nên biến đổi khí hậu toàn cầu.

c. Chu trình nitrogen

- Chu trình nitrogen bao gồm nhiều công đoạn: sự cố định đạm, sự ammonium hóa, nitrite hóa, nitrate hóa và phản nitrate.

- Trong chu trình, các muối (NO₃^-) và muối (NH₄⁺) được sinh vật sản xuất hấp thụ và đồng hoá thành chất hữu cơ trong cơ thể. Chất hữu cơ chứa nitrogen được chuyển qua các nhóm sinh vật tiêu thụ. Nitrogen phân tử được trả lại môi trường nhờ các nhóm sinh vật phân giải.

IV. SỰ BIẾN ĐỘNG CỦA HỆ SINH THÁI

1. Diễn thế sinh thái

a. Khái niệm diễn thế sinh thái

- Diễn thế sinh thái là quá trình biến đổi tuần tự của các quần xã sinh vật xảy ra tại một địa điểm xác định theo thời gian tương ứng với sự biến đổi của môi trường.

b. Các dạng diễn thế sinh thái

c. Nguyên nhân của diễn thế sinh thái

- Nguyên nhân từ bên ngoài: sự thay đổi của môi trường, các hiện tượng bất thường (bão lụt, cháy, hạn hán) và hoạt động của con người → làm thay đổi cấu trúc của quần xã.

- Nguyên nhân bên trong: sự cạnh tranh gay gắt giữa các loài trong quần xã, trong đó nhóm loài ưu thế đóng vai trò quan trọng nhất trong diễn thế sinh thái.

d. Tầm quan trọng của diễn thế sinh thái trong tự nhiên và trong thực tiễn

- Trong tự nhiên: các yếu tố cấu trúc, những mối quan hệ giữa các loài trong quần xã, giữa quần xã với môi trường đều bị thay đổi → quần xã thiết lập được trạng thái cân bằng, tồn tại và phát triển một cách ổn định theo thời gian.

- Trong thực tiễn:

+ Dự đoán được xu hướng phát triển của quần xã sinh vật.

→ Chủ động xây dựng kế hoạch trong việc bảo vệ và khai thác hợp lí các nguồn tài nguyên thiên nhiên.

+ Kịp thời đề xuất các biện pháp khắc phục những biến đổi bất lợi của môi trường, sinh vật và con người.

2. Một số hiện tượng ảnh hưởng đến hệ sinh thái

a. Sự ấm lên toàn cầu

- Ấm lên toàn cầu là hiện tượng nhiệt độ trung bình của không khí và các đại dương trên Trái Đất tăng lên.

- Ảnh hưởng: gây ra sa mạc hóa mở rộng, cháy thảm thực vật và sóng nhiệt.

→ Mất cân bằng sinh thái, giảm đa dạng sinh học.

b. Sự phì dưỡng

- Phú dưỡng (phì dưỡng) là hiện tượng ao hồ bị dư thừa chất dinh dưỡng như nitrate và phosphate từ các loại phân bón hoặc nước cống rãnh thải vào môi trường nước.

- Ảnh hưởng: làm cho môi trường thiếu dưỡng khí → mất cân bằng hệ sinh thái và dẫn đến suy giảm hệ sinh thái (chủ yếu hệ sinh thái ven bờ và dưới nước).

c. Sa mạc hóa

- Sa mạc hóa là quá trình đất bị thoái hóa.

- Ảnh hưởng: làm mất môi trường sống của nhiều loài sinh vật → Mất cân bằng sinh thái, giảm đa dạng sinh học.

- Nguyên nhân: 

+ Biến đổi khí hậu → nhiệt độ không khí tăng lên và hạn hạn diễn ra thường xuyên.

+ Một số hoạt động của con người: phá rừng, sử dụng nhiều phân bón, thuốc trừ sâu,...

V. SINH QUYỂN

1. Khái niệm sinh quyển

- Sinh quyển là một cấp độ tổ chức sống lớn nhất trên Trái Đất.

2. Một số biện pháp bảo vệ sinh quyển

- Quản lí và bảo vệ tốt các nguồn tài nguyên (đất, nước, khoáng sản, năng lượng, sinh vật và rừng,...), sử dụng hợp lí và duy trì lâu dài cho các thế hệ sau.

- Phát triển bền vững trong các khu dự trữ sinh quyển và bảo tồn các Vườn quốc gia, khu di sản, các khu bảo tồn thiên nhiên,... tạo điều kiện cho phát triển kinh tế.

3. Các khu sinh học chính trên Trái Đất

a. Khái niệm khu sinh học

- Các hệ sinh thái rất lớn đặc trưng cho đất đai và khí hậu của một vùng địa lí xác định gọi là các khu sinh học (biological zone).

b. Các khu sinh học

- Các khu sinh học trên cạn: Rừng nhiệt đới, sa mạc, savan, thảo nguyên.

- Các khu sinh học dưới nước: 

+ Khu sinh học nước ngọt: sông, suối, hồ, đầm.

+ Khu sinh học nước mặn: gồm vịnh nông ven bờ, biển và đại dương.

c. Các biện pháp bảo vệ tài nguyên sinh học của các khu sinh học

- Xây dựng hệ thống khu bảo tồn: vườn quốc gia, khu dự trữ tự nhiên, khu bảo tồn loài - sinh cảnh, khu bảo vệ cạnh quản → bảo vệ các khu sinh học.

- Thành lập các cơ sở bảo tồn đa dạng sinh học, cơ sở cứu hộ các loài hoang dã, cơ sở lưu trữ giống sinh vật và cơ sở lưu trữ, bảo quản nguồn gene và mẫu di truyền.

- Tổ chức các hoạt động nâng cao nhận thức về bảo vệ tài nguyên sinh học cho cộng đồng cũng như các ngành, các cấp.

- Tăng cường hợp tác quốc tế về bảo tồn tài nguyên sinh học và biến đổi khí hậu của Trái Đất.

- Sử dụng tài nguyên sinh học một cách bền vững, ngăn chặn nạn đánh bắt, buôn bán tiêu thụ bất hợp phát các loài sinh vật hoang dã, nguy cấp, quý, hiếm.

- Có các chiến lược quản lí phù hợp nguồn tài nguyên sinh học, môi trường sống thông qua việc áp dụng giải pháp mang tính hài hòa, tối ưu các mục tiêu sử dụng.