Bài 28. Hệ sinh thái – Tóm tắt Sinh học 12

1. Hệ sinh thái là gì?

Định nghĩa

Hệ sinh thái gồm quần xã sinh vật và môi trường vô sinh của nó (sinh cảnh), trong đó các sinh vật tương tác với nhau và với môi trường tạo nên các chu trình sinh – địa – hoá và sự biến đổi năng lượng. Hệ sinh thái là một hệ thống sinh học hoàn chỉnh, tương đối ổn định.

Các thành phần trong hệ sinh thái không tồn tại độc lập mà liên hoàn với nhau; thay đổi ở thành phần này có thể kéo theo biến đổi ở thành phần khác.

2. Thành phần của hệ sinh thái

2.1 Thành phần vô sinh

Là các yếu tố vô sinh như khí quyển, thuỷ quyển, thổ nhưỡng và địa hình. Cụ thể gồm: ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm, gió, mưa, đất đá, nước cùng các chất hữu cơ và vô cơ.

2.2 Thành phần sinh học

Là quần xã sinh vật, gồm các loài được chia thành ba nhóm chức năng theo vai trò dinh dưỡng và liên kết với nhau bằng chuỗi thức ăn.

Nhóm chức năng	Đặc điểm	Vai trò và ví dụ
Sinh vật sản xuất	Tự dưỡng: dùng năng lượng ánh sáng hoặc năng lượng hoá học để tổng hợp chất hữu cơ từ $\mathrm{CO_2}$ , $\mathrm{H_2O}$	Thực vật xanh, tảo, vi khuẩn quang hợp, vi khuẩn hoá dưỡng; tạo ra chất hữu cơ cho hệ sinh thái
Sinh vật tiêu thụ	Dị dưỡng: lấy chất hữu cơ từ sinh vật khác	Động vật ăn thực vật, động vật ăn thịt, người; chuyển đổi năng lượng giữa các bậc dinh dưỡng
Sinh vật phân giải	Phân giải xác sinh vật và chất thải thành chất vô cơ	Nấm, vi khuẩn; tái tạo chất dinh dưỡng cho môi trường

Hệ sinh thái còn có cấu trúc không gian (phân bố theo tầng, theo độ sâu) và cấu trúc thời gian (biến đổi theo ngày, mùa, năm).

3. Chức năng của hệ sinh thái

Hệ sinh thái thực hiện hai chức năng chính: trao đổi chất và luân chuyển năng lượng.

3.1 Trao đổi chất

Các chất vô cơ được sinh vật sản xuất đồng hoá thành chất hữu cơ; chất hữu cơ được chuyển hoá qua các bậc dinh dưỡng; sinh vật phân giải phân giải xác chết, chất thải trả lại dạng vô cơ cho môi trường. Quá trình đó tạo thành các chu trình sinh – địa – hoá (nước, carbon, nitrogen, phosphorus,...). Vì vậy, vật chất được tuần hoàn gần như khép kín.

3.2 Luân chuyển năng lượng

Quá trình truyền năng lượng trong hệ sinh thái

1.
Năng lượng từ Mặt Trời chiếu tới Trái Đất; sinh vật sản xuất chỉ thu được một phần nhỏ năng lượng đó.
2.
Năng lượng được chuyển thành năng lượng hoá học, tích trữ trong chất hữu cơ của sinh vật sản xuất.
3.
Sinh vật tiêu thụ bậc 1 ăn sinh vật sản xuất, nhận năng lượng từ đó.
4.
Sinh vật tiêu thụ bậc cao hơn ăn sinh vật tiêu thụ bậc thấp hơn, năng lượng tiếp tục được chuyển lên theo chuỗi thức ăn.
5.
Ở mỗi bậc dinh dưỡng, một lượng năng lượng bị thoát ra dưới dạng nhiệt năng; phần còn lại mới đi tiếp.

Đặc điểm của luồng năng lượng

Năng lượng đi theo luồng một chiều: từ Mặt Trời qua các sinh vật rồi thoát ra dạng nhiệt, không được tuần hoàn. Các mối quan hệ dinh dưỡng tạo thành chuỗi thức ăn; nhiều chuỗi thức ăn giao thoa tạo thành lưới thức ăn. Sự phân bố năng lượng, sinh khối hoặc số lượng giữa các bậc dinh dưỡng được biểu diễn bằng tháp sinh thái.

Tháp năng lượng khác tháp số lượng

Tháp năng lượng luôn đứng vững do năng lượng giảm dần qua mỗi bậc dinh dưỡng. Tháp số lượng có thể lộn ngược do chênh lệch kích thước cá thể; chẳng hạn một cây lớn có thể nuôi sống rất nhiều sinh vật tiêu thụ nhỏ. Tháp sinh khối có thể lộn ngược ở hệ sinh thái nước do sinh vật sản xuất nhỏ, sinh sản nhanh.

4. Cân bằng sinh thái

Định nghĩa

Cân bằng sinh thái là trạng thái các thành phần của hệ sinh thái được duy trì tương đối ổn định nhờ khả năng tự điều chỉnh khi có tác động nhẹ.

Mỗi hệ sinh thái có một ngưỡng tự điều chỉnh. Khi tác động vượt quá ngưỡng này, hệ sinh thái mất cân bằng, cấu trúc bị phá vỡ, có thể suy thoái hoặc sụp đổ.

5. Các dạng hệ sinh thái

Theo nguồn gốc, hệ sinh thái gồm hai nhóm: hệ sinh thái tự nhiên (trên cạn: rừng mưa nhiệt đới, sa mạc, savan, thảo nguyên, rừng lá kim, đồng rêu…; dưới nước: nước mặn, nước ngọt) và hệ sinh thái nhân tạo do con người tạo ra.

Tiêu chí	Hệ sinh thái tự nhiên	Hệ sinh thái nhân tạo
Nguồn năng lượng	Chủ yếu từ Mặt Trời	Mặt Trời và năng lượng bổ sung từ con người (phân bón, thức ăn, công chăm sóc)
Thành phần loài	Đa dạng	Ít loài, do con người chọn
Khả năng tự điều chỉnh	Cao, tương đối ổn định	Thấp, dễ mất cân bằng, cần con người duy trì
Ví dụ	Rừng mưa nhiệt đới, hồ tự nhiên, rạn san hô	Ruộng lúa, ao cá, vườn rau, rừng trồng

6. Ý nghĩa và ứng dụng

Bảo vệ và phục hồi hệ sinh thái: bảo vệ rừng đầu nguồn, đất ngập nước, sinh quyển; khôi phục hệ sinh thái suy thoái.
Nông nghiệp bền vững: áp dụng luân canh, xen canh, nuôi trồng tổng hợp để tận dụng hiệu quả chuỗi thức ăn, giảm ô nhiễm môi trường.
Xử lí môi trường: xây dựng hệ sinh thái nhân tạo phục vụ xử lí nước thải, chăn nuôi sinh học.

7. Câu hỏi vận dụng và gợi ý

Câu hỏi 1

Trong một hệ sinh thái rừng có chuỗi thức ăn: lá cây $\longrightarrow$ sâu $\longrightarrow$ chim $\longrightarrow$ đại bàng. Nếu thuốc trừ sâu làm chết sạch sâu, hệ sinh thái sẽ bị ảnh hưởng ra sao?

Gợi ý trả lời

Sâu bị tiêu diệt khiến chim mất nguồn thức ăn, đại bàng cũng giảm do thiếu thức ăn. Bên cạnh đó, sâu có vai trò kiểm soát sinh khối thực vật; khi mất sâu, số lượng cây có thể thay đổi, dẫn đến mất cân bằng sinh thái toàn hệ.

Câu hỏi 2

Vì sao nói năng lượng đi theo luồng một chiều, còn vật chất lại được tuần hoàn trong hệ sinh thái?