Bài 27. Thực hành: Tìm hiểu cấu trúc dinh dưỡng của quần xã trong tự nhiên – Tóm tắt Sinh học 12

1. Khái niệm và các bậc dinh dưỡng

Định nghĩa

Cấu trúc dinh dưỡng của quần xã là cách sắp xếp các nhóm sinh vật theo mối quan hệ dinh dưỡng (ai ăn ai) và sự vận chuyển năng lượng, chất dinh dưỡng từ môi trường qua các sinh vật.

Cấu trúc dinh dưỡng được thể hiện qua các yếu tố nối tiếp nhau: chuỗi thức ăn $\to$ lưới thức ăn $\to$ tháp sinh thái. Để phân loại, sinh vật được xếp vào các bậc dinh dưỡng sau:

Chú giải các bậc dinh dưỡng

Sinh vật sản xuất (SVSX): bậc dinh dưỡng 1. Gồm cây xanh, tảo, vi khuẩn quang hợp...; tự tổng hợp chất hữu cơ từ chất vô cơ lấy vào.
Sinh vật tiêu thụ bậc 1 (SVT1): bậc dinh dưỡng 2. Là động vật ăn thực vật (châu chấu, sâu bọ, ốc).
Sinh vật tiêu thụ bậc 2 (SVT2): bậc dinh dưỡng 3. Ăn động vật ăn thực vật (bọ ngựa, chim sâu, ếch nhỏ).
Sinh vật tiêu thụ bậc cao (SVTBC): các bậc dinh dưỡng tiếp sau. Thường có kích thước lớn, số lượng ít, dễ bị tác động khi quần xã biến đổi.
Sinh vật phân giải (SVP): gồm chủ yếu là vi khuẩn, nấm; phân giải xác sinh vật và chất thải thành chất vô cơ trả lại môi trường để SVSX tái sử dụng. Bên cạnh chuỗi thức ăn mở đầu bằng sinh vật sản xuất còn có chuỗi thức ăn mở đầu bằng mùn bã hữu cơ (ví dụ: mùn bã $\to$ giun đất $\to$ gà).

2. Quy trình tìm hiểu cấu trúc dinh dưỡng tại thực địa

Các bước tiến hành

1.
Chọn địa điểm và chuẩn bị: chọn vùng sinh sống có đa dạng loài (đồng cỏ, bãi cây bụi, ruộng trũng...); chuẩn bị dụng cụ ghi chép (sổ, bút, máy ảnh, la bàn, thước dây, kính lúp).
2.
Quan sát và thu thập thông tin: xác định các loài thực vật, động vật tại chỗ; ghi chép đặc điểm nhận dạng, thời điểm quan sát, môi trường sống.
3.
Phân loại vai trò dinh dưỡng: căn cứ nguồn dinh dưỡng để chia các loài vào SVSX, SVT (bậc 1, bậc 2, bậc cao) hay SVP.
4.
Xác định quan hệ "ai ăn ai": dùng quan sát trực tiếp hoặc tra cứu thức ăn để nối các loài thành chuỗi.
5.
Dựng sơ đồ: vẽ chuỗi thức ăn cụ thể; gộp các chuỗi có chung loài để tạo lưới thức ăn; xác định các bậc dinh dưỡng, rồi sắp xếp vào tháp sinh thái.
6.
Nhận xét, kết luận: nêu được loài nào có nhiều nguồn thức ăn, loài nào bị nhiều loài săn, quần xã ở mức ổn định ra sao.

Hai cách biểu diễn cốt lõi

Chuỗi thức ăn: quan hệ dinh dưỡng theo một đường thẳng: $\text{SVSX} \longrightarrow \text{SVT1} \longrightarrow \text{SVT2} \longrightarrow \text{SVTBC}$ .
Lưới thức ăn: tập hợp nhiều chuỗi thức ăn chồng chéo lên nhau, phản ánh đúng thực tế trong tự nhiên, nơi một loài vừa ăn nhiều loài khác, vừa bị nhiều loài khác ăn.

3. Bảng so sánh

3.1 Các bậc dinh dưỡng

Bậc dinh dưỡng	Nhóm sinh vật	Vai trò và nguồn dinh dưỡng	Ví dụ trong tự nhiên
1	Sinh vật sản xuất	Tự dưỡng: dùng năng lượng ánh sáng (hoặc hoá học) và chất vô cơ làm nguyên liệu để tổng hợp chất hữu cơ	Cỏ, cây bụi, tảo, vi khuẩn quang hợp
2	SVT bậc 1	Dị dưỡng: ăn SVSX	Châu chấu, sâu bướm, ốc
3	SVT bậc 2	Dị dưỡng: ăn SVT bậc 1	Bọ ngựa, ếch đồng, chim sâu
4 trở lên	SVT bậc cao	Dị dưỡng: ăn các bậc tiêu thụ nhỏ hơn	Rắn, chim cò, chim diều hâu, hổ
–	Sinh vật phân giải	Hoại sinh: phân giải xác sinh vật, chất thải thành chất vô cơ trả lại môi trường	Nấm, vi khuẩn hoại sinh

3.2 Chuỗi thức ăn và lưới thức ăn

Tiêu chí	Chuỗi thức ăn	Lưới thức ăn
Hình thức dòng chảy	Một chiều, tuyến tính	Nhiều chuỗi chồng chéo, nhiều nhánh (dòng năng lượng vẫn một chiều)
Quan hệ của loài	Mỗi loài (thường) chỉ ăn một loài	Một loài có thể ăn nhiều loài và bị nhiều loài ăn
Tần suất trong tự nhiên	Ít gặp, mang tính giản lược	Rất phổ biến, phản ánh cấu trúc thật
Ý nghĩa sinh thái	Nhìn thấy một đường năng lượng đơn giản	Thể hiện khả năng điều tiết, chống chịu của quần xã

4. Ý nghĩa và ứng dụng

Giúp nhận ra vai trò của từng nhóm sinh vật: nếu mất SVSX thì mất nguồn năng lượng ban đầu; nếu mất SVP thì chất dinh dưỡng không được tái sinh để SVSX sử dụng.
Từ đó biết cách bảo vệ sự cân bằng của quần xã: hạn chế săn bắt loài đứng đầu, không làm ô nhiễm môi trường sống, duy trì đa dạng sinh học.
Có thể ứng dụng trong quản lí đất nông nghiệp, vườn sinh học, sinh thái nông nghiệp để chọn loài bổ sung hoặc loại bỏ trong sinh học phòng trừ.

5. Ví dụ minh hoạ và bài tập

Ví dụ 1

Tại một bãi cỏ, ta xác định được các loài: cỏ mềm, châu chấu, ếch đồng, rắn, đại bàng và nấm đất. a) Hãy dựng một chuỗi thức ăn từ năm loài động vật và thực vật đã cho (không lấy nấm đất). b) Nếu chỉ mô tả chuỗi trên, tại sao chưa đủ mô tả cấu trúc dinh dưỡng thực của quần xã?

Lời giải · 2 bước

a) Một chuỗi có thể viết:

\text{Cỏ} \longrightarrow \text{Châu chấu} \longrightarrow \text{Ếch đồng} \longrightarrow \text{Rắn} \longrightarrow \text{Đại bàng}.

Bước 2

b) Vì trong tự nhiên, đại bàng không chỉ ăn rắn mà còn ăn chim, chuột; châu chấu còn bị chim sâu ăn; rắn còn ăn chuột... Sự chồng chéo đó tạo thành lưới thức ăn, mới phản ánh đúng đa dạng mối liên hệ dinh dưỡng của quần xã.

Ví dụ 2

Giả sử một thảm cỏ có SVSX dự trữ năng lượng là $20\,000$ kJ. Biết hiệu suất chuyển năng lượng giữa các bậc dinh dưỡng là $10\,\%$ của bậc trước. Tính năng lượng đến bậc rắn trong chuỗi: cỏ $\longrightarrow$ sâu $\longrightarrow$ ếch $\longrightarrow$ rắn, và nhận xét chiều biến thiên.

Lời giải · 2 bước

Tính năng lượng lần lượt:

N_{\text{sâu}}=20\,000\cdot 10\,\%=2\,000\ \text{kJ},

N_{\text{ếch}}=2\,000\cdot 10\,\%=200\ \text{kJ},

N_{\text{rắn}}=200\cdot 10\,\%=20\ \text{kJ}.

Bước 2

Nhận xét: năng lượng giảm mạnh qua từng bậc dinh dưỡng. Điều này giải thích vì sao sinh vật ở các bậc cao có số lượng cá thể ít, sinh khối nhỏ và chuỗi thức ăn trong tự nhiên ít khi quá dài.

Câu hỏi 1 (Tự luyện)

Cho sơ đồ thực địa ở một ruộng trũng: lúa, châu chấu, chim sâu, rắn, đại bàng, vi khuẩn đất.

a)
Hãy xác định bậc dinh dưỡng của từng loài trong chuỗi: lúa $\longrightarrow$ châu chấu $\longrightarrow$ chim sâu $\longrightarrow$ rắn $\longrightarrow$ đại bàng.
b)
Vi khuẩn đất đóng vai trò gì trong cấu trúc dinh dưỡng này?
c)
Nếu đại bàng bị loại bỏ, điều gì có thể xảy ra với quần thể rắn và chim sâu trong thời gian đầu? Vì sao?

Gợi ý trả lời

a)
Lúa: bậc 1; châu chấu: bậc 2; chim sâu: bậc 3; rắn: bậc 4; đại bàng: bậc 5.
b)
Vi khuẩn đất thuộc nhóm SVP: phân giải chất hữu cơ còn thừa thành chất vô cơ để cây lúa tái sử dụng, duy trì vòng tuần hoàn chất.
c)
Quần thể rắn có thể tăng trước mắt do giảm áp lực bị đại bàng ăn; chim sâu có xu hướng giảm trong thời gian đầu vì rắn (loài ăn chim sâu) tăng lên. Lí do: đại bàng là bậc tiêu thụ đứng sau rắn trong chuỗi, khi đại bàng bị loại bỏ thì số lượng rắn tăng, dẫn đến áp lực săn mồi lên chim sâu tăng. Tuy nhiên qua thời gian dài, quần thể rắn tăng cao có thể làm giảm mạnh các bậc dưới, phá vỡ cân bằng.

Nhớ nhanh