Tìm hiểu quá trình trao đổi vật chất trong hệ sinh thái

Quá trình trao đổi vật chất trong hệ sinh thái là sự chuyển đổi và tái tạo các nguồn tài nguyên giữa các sinh vật và môi trường sống. Qua quá trình dinh dưỡng, sinh vật tiếp nhận và trao đổi chất dinh dưỡng, cùng với sự phân hủy và tái sinh của vật chất trong môi trường. Điều này duy trì cân bằng và sự tồn tại của hệ sinh thái. Chúng ta cùng tìm hiểu chi tiết quá trình này qua bài viết sau đay nhé:

1. Trao đổi vật chất trong quần xã sinh vật

1.1 Chuỗi thức ăn 

Chuỗi thức ăn gồm nhiều loài sinh vật có quan hệ dinh dưỡng với nhau và mỗi loài là một mắc xích của chuỗi. Trong một chuỗi, một mắc xích vừa có nguồn thức ăn là mắc xích phía trước, vừa là nguồn thức ăn cho mắc xích phía sau.

Ví dụ: Cỏ→Thỏ→Cáo→Vi sinh vật

Trong hệ sinh thái có 2 loại chuỗi thức ăn:

• Chuỗi thức ăn bắt đầu bằng sinh vật sản xuất.
• Chuỗi thức ăn bắt đầu bằng sinh vật phân giải mùn bã hữu cơ.

1.2 Lưới thức ăn

Trong quần xã, một loài sinh vật có thể là mắt xích chung của nhiều chuỗi thức ăn, tạo thành lưới thức ăn. Quần xã càng đa dạng về thành phần loài thì lưới thức ăn càng phức tạp.

1.3 Bậc dinh dưỡng

Trong một lưới thức ăn, tất cả các loài có cùng mức dinh dưỡng hợp thành một bậc dinh dưỡng. Có nhiều bậc dinh dưỡng: 

• Bậc dinh dưỡng cấp 1(sinh vật sản xuất) gồm những sinh vật tổng hợp chất hữu cơ từ chất vô cơ của môi trường.
• Bậc dinh dưỡng cấp 2:(sinh vật tiêu thụ bậc1) gồm các động vật ăn sinh vật sản xuất.
• Bậc dinh dưỡng cấp 3(sinh vật tiêu thụ bậc 2) gồm các động vật ăn thịt, chúng ăn sinh vật tiêu thụ bậc 1.

Bậc dinh dưỡng được xác định bằng số lượng cá thể, sinh khối hoặc năng lượng. 

2. Tháp sinh thái

Tháp sinh thái bao gồm nhiều hình chữ nhật xếp chồng lên nhau.

Trong tháp sinh thái hình chữ nhật dưới cùng biểu thị độ lớn của bậc dinh dưỡng thấp nhất. Hình chữ nhật trên cùng biểu thị độ lớn của bậc dinh dưỡng cao nhất.

Các loại tháp sinh thái:

• Tháp số lượng xây dựng dựa trên số lượng cá thể sinh vật ở mỗi bậc dinh dưỡng.
• Tháp sinh khối xây dựng dựa trên khối lượng tổng số tất cả sinh vật trên 1 đơn vị diện tích hay thể tích ở mỗi bậc dinh dưỡng.
• Tháp năng lượng là hoàn thiện nhất , được xây dựng dựa trên năng lượng được tích lũy trên 1 đơn vị diện tích hay thể tích , trong 1đơn vị thời gian ở mỗi bậc dinh dưỡng.

Tháp năng lượng bao giờ cũng có dạng chuẩn (đáy lớn, đỉnh nhỏ).

3. Trao đổi vật chất qua chu trình sinh địa hóa

Chu trình sinh địa hóa là chu trình trao đổi các chất trong tự nhiên theo con đường từ môi trường ngoài truyền vào cơ thể sinh vật,qua các bậc dinh dưỡng rồi từ cơ thể sinh vật truyền trở lại môi trường.

Một chu trình sinh địa hóa bao gồm:

• Tổng hợp các chất.
• Tuần hoàn vật chất trong tự nhiên.
• Phân giải và lắng đọng một phần vật chất trong đất và nước. 

4. Một số chu trình sinh địa hóa

4.1 Chu trình cacbon

Cacbon là nguyên tố cần thiết cho mọi sinh vật sống, là thành phần cấu tạo của các chất sống. Cacbon đi vào chu trình dưới dạng cacbon dioxit (CO2) thông qua quang hợp. 

Khí CO2 thải vào bầu khí quyển qua hô hấp của sinh vật , sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải, núi lửa … Nồng độ CO2 trong bầu khí quyển đang tăng lên gây thêm nhiều thiên tai trên trái đất là nguyên nhân gây hiệu ứng nhà kính làm trái đất nóng dần lên.

Một phần Cacbon không trao đổi trực tiếp theo vòng tuần hoàn mà lắng đọng trong môi trường : than đá, dầu mỏ….

4.2 Chu trình Nitơ

Nitơ chiếm tới gần 79% thể tích khí quyển và là khí trơ. Thực vật hấp thụ nitơ dưới dạng muối như muối amôn (NH4+), nitrat (NO3-).

Các muối trên được hình thành trong tự nhiên bằng con đường vật lí, hóa học và sinh học.

Nitơ từ xác sinh vật trở lại môi trường đất, nước thông qua hoạt động phân giải chất hữu cơ của vi khuẩn, nấm…

Hoạt động phản Nitrat của vi khuẩn trả lại một lượng Nitơ phân tử (N2) cho đất, nước và bầu khí quyển.

4.3 Chu trình nước

Nước là thành phần không thể thiếu và chiếm phần lớn khối lượng cơ thể sinh vật.

Nước trên trái đất luôn luôn chuyển theo vòng tuần hoàn. Nước mưa rơi xuống chảy trên mặt đất, một phần thẩm thấu xuống các mạch nước ngầm, còn phần lớn được tích lũy trong các đại dương, sông, hồ và phụ thuộc nhiều vào thảm thực vật

Nguồn nước không phải là vô tận, nguồn nước đang bị suy giảm nghiêm trọng, chúng ta cần phải bảo vệ nguồn nước sạch.

5. Sinh quyển

Sinh quyển gồm toàn bộ sinh vật sống trong các lớp đất, nước và không khí của Trái Đất

Sinh quyển gồm nhiều khu sinh học (biôm), mỗi khu có những đặc điểm về địa lí, khí hậu và thành phần sinh vật khác nhau, bao gồm các khu sinh học trên cạn, khu sinh học nước ngọt, sinh học biển 

Đi từ Bắc cực xuống xích đạo, có 4 nhóm hệ Biôm Sinh học là: (1) Đồng rêu; (2) Rừng lá kim; (3) Thảo nguyên, rừng lá rộng ôn đới, rừng Địa Trung Hải, (4) Rừng nhiệt đới, savan, hoang mạc và sa mạc.

6. Dòng năng lượng trong hệ sinh thái 

6.1 Phân bố năng lượng trên trái đất 

Mặt trời cung cấp năng lượng chủ yếu cho sự sống trên trái đất.

Năng lượng ánh sáng phụ thuộc vào thành phần tia sáng. 

Sinh vật sản xuất sử dụng những tia nhìn thấy được(khoảng 50% tổng lượng bức xạ) để quang hợp. Quang hợp cũng chỉ sử dụng khoảng 0.2% đến 0.5% tổng lượng bức xạ chiếu trên trái đất.

6.2 Dòng năng lượng trong hệ sinh thái

Trong chu trình dinh dưỡng, năng lượng được truyền từ bậc dinh dưỡng thấp lên bậc dinh dưỡng cao.

Càng lên bậc dinh dưỡng cao thì năng lượng càng giảm do bị thất thoát dần qua nhiều cách.

Dòng năng lượng trong hệ sinh thái bắt nguồn từ môi trường được sinh vật sản xuất hấp thụ và biến đổi thành năng lượng hóa học qua quá trình quang hợp, sau đó năng lượng truyền qua các bậc dinh dưỡng và cuối cùng năng lượng truyền trở lại môi trường.

CHÚ Ý: 

• Năng lượng được truyền theo một chiều từ mặt trời → sinh vật sản xuất → sinh vật tiêu thụ và cuối cùng trở về môi trường dưới dạng nhiệt.
• Vật chất được luân chuyển trong hệ sinh thái thông qua chu kỳ tuần hoàn vật chất.

7. Hiệu suất sinh thái

Hiệu suất sinh thái là tỉ lệ % chuyển hóa năng lượng giữa các bậc sinh dưỡng trong hệ sinh thái. 

Phần lớn năng lượng trong hệ sinh thái bị tiêu hao qua hô hấp (tạo nhiệt,vận động cơ thể,…chiếm khoảng 70%) chất thải và các phần rơi rụng chiếm khoảng 10%, năng lượng truyền lên bậc dinh dưỡng cao hợn khoảng 10% , năng lượng tích lũy sản sinh ra chất sống khoảng 10%.

8. Các loại tài nguyên thiên nhiên 

• Tài nguyên không tái sinh: tài nguyên hữu hạn, không tự khôi phục lại được, sẽ mất đi hoặc biến đổi sau khi sử dụng như nhiên liệu hóa thạch, kim loại, phi kim
• Tài nguyên tái sinh: có thể tự duy trì , tự bổ sung hoặc tự khôi phục lại 1 cách liên tục khi được quản lí 1 cách hợp lí: không khí sạch, đất, nước sạch, đa dạng sinh học.
• Tài nguyên vĩnh cửu: nguồn tài nguyên vô hạn, có thể tự tái tạo liên tục: năng lượng mặt trời, gió, sóng, thủy triều.

Nguyên tắc sử dụng hợp lí tài nguyên là “hình thức sử dụng vừa thoả mãn các nhu cầu hiện tại của con người để phát triển xã hội, vừa đảm bảo duy trì lâu dài các tài nguyên cho thế hệ con cháu mai sau”.

9. Các hình thức ô nhiễm môi trường 

• Ô nhiễm không khí.
• Ô nhiễm đất.
• Ô nhiễm nguồn nước.
• Ô nhiễm hóa chất độc hại.
• Ô nhiễm do vi sinh vật.
• Ô nhiễm tiếng ồn,…..

⇒ Biên pháp khắc phục:

• Sử dụng bền vững tài nguyên đất, rừng, nước, tài nguyên biển.
• Duy trì đa dạng sinh học.
• Bảo vệ môi trường.

10. Bài tập trắc nghiệm về quá trình trao đổi vật chất trong hệ sinh thái 

Câu 1: Tháp sinh thái nào luôn có dạng chuẩn?

1. Tháp số lượng.
2. Tháp năng lượng.
3. Tháp sinh khối.
4. Tất cả các tháp trên.

Câu 2: Một chuỗi thức ăn gồm các thành phần sau:

1. Sinh vật tiêu thụ, sinh vật dị dưỡng, sinh vật phân giải.
2. Sinh vật sản xuất, sinh vật tự dưỡng, sinh vật phân giải.
3. Sinh vật sản xuất, sinh vật tiêu thụ, sinh vật phân giải.
4. Sinh vật phân giải, sinh vật tiêu thụ, sinh vật dị dưỡng.

Câu 3: Trong một chuỗi thức ăn trên cạn khởi đầu bằng cây xanh, mắt xích có sinh khối lớn nhất là sinh vật

1. Tiêu thụ bậc một.
2. Sản xuất.
3. Tiêu thụ bậc ba.
4. Tiêu thụ bậc hai.

Câu 4: Khi xây dựng chuỗi và lưới thức ăn trong quần xã sinh vật, người ta căn cứ vào

1. Mối quan hệ sinh sản giữa các loài sinh vật trong quần xã.
2. Mối quan hệ dinh dưỡng giữa các loài sinh vật trong quần xã.
3. Vai trò của các loài sinh vật trong quần xã.
4. Mối quan hệ về nơi ở của các loài sinh vật trong quần xã.

Câu 5: Theo vĩ độ, rừng rụng lá ôn đới (rừng lá rộng rụng theo mùa) là khu sinh học phân bố ở vùng nào?

1. Ôn đới.
2. Nhiệt đới.
3. Bắc Cực.
4. Cận Bắc Cực.

Câu 6: Trong chu trình cacbon, CO2 trong tự nhiên từ môi trường ngoài vào cơ thể sinh vật nhờ quá trình:

1. Hô hấp của sinh vật.
2. Quang hợp của cây xanh.
3. Khuếch tán.
4. Phân giải chất hữu cơ.

Câu 7: Nitơ trong đất được rễ cây hấp thụ ở dạng nào?

1. NH4+ và NO3- .
2. N2.
3. NO2.
4. NH3.

Câu 8: Khi nói về chu trình cacbon, phát biểu nào sau đây không đúng?

1. Không phải tất cả lượng cacbon của quần xã sinh vật được trao đổi liên tục theo vòng tuần hoàn kín
2. Trong quần xã, hợp chất cacbon được trao đổi thông qua chuỗi và lưới thức ăn.
3. Khí CO2 trở lại môi trường hoàn toàn do hoạt động hô hấp của động vật.
4. Cacbon từ môi trường ngoài vào quần xã sinh vật chủ yếu thông qua quá trình quang hợp.

Câu 9: Trong chu trình sinh địa hóa, nitơ từ trong cơ thể sinh vật truyền trở lại môi trường không khí dưới dạng nitơ phân tử (N2) thông qua hoạt động của nhóm sinh vật nào trong các nhóm sau đây?

1. Vi khuẩn phản nitrat hóa.
2. Động vật đa bào.
3. Vi khuẩn cố định nitơ.
4. Cây họ đậu.

Câu 10: Hệ sinh thái  bền vững nhất khi

1. Sự chênh lệch về sinh khối giữa các bậc dinh dưỡng lớn nhất.
2. Nguồn dinh dưỡng giữa các bậc chênh lệch nhau tương đối ít .
3. Sự chênh lệch về sinh khối giữa các bậc dinh dưỡng tương đối lớn.
4. Nguồn dinh dưỡng giữa các bậc chênh lệch nhau ít nhất.

Câu 11: Hiệu suất sinh thái là tỉ lệ phần trăm (%)

1. Năng lượng được tích tụ ở một bậc dinh dưỡng cần đánh giá so với năng lượng tích tụ ở một bậc bất kỳ trước nó.
2. Năng lượng được tích luỹ ở bậc dinh dưỡng thấp so với bậc dinh dưỡng cao liền kề.
3. Năng lượng được tích luỹ ở bậc dinh dưỡng so với năng lượng đầu vào của chuỗi thức ăn.
4. Năng lượng đầu vào so với đầu ra cuối cùng.

Câu 12: Sinh vật nào trong chuỗi thức ăn tiếp nhận năng lượng từ môi trường vô sinh?

1. Sinh vật sản xuất.
2. Sinh vật tiêu thụ bậc 1.
3. Sinh vật phân giải.
4. Sinh vật tiêu thụ bậc 2.

Câu 13: Đặc điểm nào sau đây là đúng khi nói về dòng năng lượng trong hệ sinh thái?

1. Sinh vật đóng vai trò quan trọng nhất trong việc truyền năng lượng từ môi trường vô sinh vào chu trình dinh dưỡng là các sinh vật phân giải như vi khuẩn, nấm.
2. Trong hệ sinh thái, năng lượng được truyền một chiều từ vi sinh vật qua các bậc dinh dưỡng tới sinh vật sản xuất rồi trở lại môi trường.
3. Ở mỗi bậc dinh dưỡng, phần lớn năng lượng bị tiêu hao qua hô hấp, tạo nhiệt, chất thải, … chỉ có khoảng 10% năng lượng truyền lên bậc dinh dưỡng cao hơn.
4. Năng lượng được truyền trong hệ sinh thái theo chu trình tuần hoàn và được sử dụng trở lại

Câu 14: Trong hệ sinh thái, khi chuyển từ bậc dinh dưỡng thấp lên bậc dinh dưỡng cao liền kề, trung bình trong sinh quyển năng lượng mất đi khoảng 90%. Phần lớn năng lượng bị tiêu hao do:

1. Các bộ phận rơi rụng ở cây xanh như cành, lá, rễ.
2. Mất năng lượng trong các hoạt động như lột xác, đẻ con ở động vật.
3. Hô hấp, tạo nhiệt ở cơ thể sinh vật.
4. Mất đi qua các chất thải như phân, chất bài tiết.

Câu 15: Kiểu sinh thái nào sau đây có đặc điểm: năng lượng mặt trời là năng lượng đầu vào chủ yếu, được cung cấp thêm một phần vật chất và có số lượng loài hạn chế?

1. Hệ sinh thái biển.
2. Hệ sinh thái thành phố.
3. Hệ sinh thái rừng mưa nhiệt đới.
4. Hệ sinh thái nông nghiệp.

Câu 16: Tài nguyên nào sau đây là tài nguyên tái sinh?

1. Dầu lửa.
2. Khí đốt thiên nhiên.
3. Tài nguyên nước.
4. Năng lượng gió.

Câu 17: Tài nguyên nào không phải là tài nguyên tái sinh?

1. Tài nguyên nước.
2. Tài nguyên sinh vật.
3. Khí đốt thiên nhiên.
4. Tài nguyên đất.

Câu 18: Tác nhân chủ yếu gây ô nhiễm môi trường là do

1. Núi lửa phun nham thạch gây nhiều bụi bặm.
2. Dịch bệnh mà chết nhiều người hay động vật.
3. Hoạt động của con người gây ra.
4. Thiên tai lũ lụt tạo điều kiện cho nhiều loài vi sinh vật gây bệnh phát triển.

Câu 19: Biện pháp nào có tác dụng lớn tới sự cân bằng sinh thái?

1. Sử dụng có hiệu quả các nguồn tài nguyên.
2. Phục hồi và trồng rừng mới.
3. Kiểm soát và giảm thiểu các nguồn chất thải gây ô nhiễm.
4. Bảo vệ các loài sinh vật.

Trên đây là tổng hợp kiến thức về quá trình trao đổi vật chất trong hệ sinh thái nhằm giúp các em học sinh cũng cố thêm kiến thức và có thêm nguồn tài liệu ôn tập về chuyên đề. Chúc các em học tập tốt. 

Giáo viên biên soạn: Nguyễn Thị Thùy Linh

Đơn vị: Trường THCS-THPT Nguyễn Khuyến