Đăng nhậpDùng miễn phí

Sinh học 12 · Phần sáu: Sinh thái học và môi trường – Chương 7. Sinh thái học quần xã

Bài 31. Sinh quyển, khu sinh học và chu trình sinh – địa – hoá

Trái Đất là một hệ sinh thái khổng lồ: sự sống tồn tại ở những tầng nào, vì sao có sự khác biệt giữa rừng mưa và hoang mạc, và các nguyên tố hoá học đi theo những vòng tuần hoàn nào để nuôi sống muôn loài.

Nhớ nhanh

1. Sinh quyển

Định nghĩa

Sinh quyển là toàn bộ sinh vật sống trên Trái Đất cùng với môi trường sống của chúng (các lớp đất, nước, không khí có sự sống); sinh quyển là hệ sinh thái lớn nhất của Trái Đất.

Phạm vi sinh quyển
  • Phần khí quyển: tầng đối lưu thấp, nơi có đủ không khí, độ ẩm và nhiệt độ cho côn trùng bay, chim chuyền cành, bào tử nấm phát tán.
  • Phần thuỷ quyển: từ biển sâu, đại dương đến ao, hồ, sông, suối.
  • Phần thạch quyển: lớp đất và lớp vỏ phong hoá mỏng ở bề mặt lục địa.

Tuy chỉ là một lớp mỏng bao quanh Trái Đất, sinh quyển có cấu trúc liên hoàn giữa ba phần, tạo thành một hệ thống thống nhất. Hệ này có khả năng tự điều chỉnh ở một mức độ nào đó, nhưng hoạt động của con người như phá rừng, đốt nhiên liệu, thải chất gây ô nhiễm đã làm mất cân bằng, dẫn đến biến đổi khí hậu và suy giảm đa dạng sinh học.

2. Khu sinh học

Định nghĩa

Khu sinh học (biome) là quần xã sinh vật lớn, tương đối ổn định, phân bố trên một vùng rộng lớn có điều kiện khí hậu giống nhau, với kiểu thực vật và động vật đặc trưng cho vùng đó.

Lưu ý

Yếu tố quyết định sự khác biệt giữa các khu sinh học chủ yếu là khí hậu, đặc biệt là nhiệt độ trung bình và lượng mưa; đất đai và địa hình góp phần làm khác biệt thêm.

Khu sinh họcĐiều kiện khí hậuSinh vật đặc trưng
Rừng mưa nhiệt đớiNóng ẩm quanh năm, mưa nhiềuCây cao nhiều tầng tán; đa dạng sinh học rất cao
Rừng lá rộng rụng lá ôn đớiÔn đới, bốn mùa rõ rệtCây rụng lá vào mùa đông (sồi, phong, dẻ)
Rừng lá kimÔn đới lạnh, mùa đông dàiThông, tùng; động vật có lông dày dự trữ mỡ
XavanMùa mưa và mùa khô rõ rệtĐồng cỏ rộng, cây gỗ thưa; động vật ăn cỏ lớn
Hoang mạcKhô hạn, mưa rất ít, nhiệt độ ngày–đêm chênh lệch mạnhXương rồng, thực vật chịu hạn; bò sát, động vật hoạt động ban đêm
Thảo nguyênMưa vừa phải, chưa đủ cho rừngCỏ chiếm ưu thế; bò rừng, linh dương di cư theo mùa mưa
Đồng rêu (tundra)Rất lạnh, có lớp băng vĩnh cửu dưới mặt đấtThực vật thấp (rêu, địa y, cây bụi); động vật có lông và lớp mỡ dày
Phân bố theo vĩ độ và theo độ cao
  • Theo vĩ độ: từ xích đạo về mỗi cực, nhìn chung lần lượt gặp rừng mưa nhiệt đới, (xavan, hoang mạc), thảo nguyên và rừng lá rộng ôn đới, rừng lá kim, đồng rêu, rồi vùng băng.
  • Theo độ cao: từ chân núi lên đỉnh núi, thực vật thay đổi thành các đai cao, tương ứng với việc nhiệt độ giảm dần.

3. Chu trình sinh – địa – hoá

Định nghĩa

Chu trình sinh – địa – hoá là quá trình tuần hoàn trao đổi các nguyên tố hoá học giữa cơ thể sinh vật (bể sinh học) với các bể vô cơ: khí quyển, thuỷ quyển, thạch quyển.

Vai trò của các chu trình
  • Duy trì sự cân bằng và ổn định của môi trường toàn cầu.
  • Cung cấp liên tục nguyên tố cần thiết cho sinh vật.
  • Điều hoà khí hậu, chất lượng nước và độ phì của đất.
Phân loại chu trình.
  • Chu trình khí: bể chứa chính nằm ở khí quyển hoặc đại dương, như chu trình carbon, nitrogen, oxygen.
  • Chu trình trầm tích: bể chứa chính nằm ở đá và trầm tích, như chu trình phosphorus, sulfur.

3.1 Chu trình nước

Các bước chính
  1. 1.
    Bốc hơi: nước biển, hồ, sông bốc hơi; cây xanh thoát hơi nước qua lá.
  2. 2.
    Hơi nước ngưng tạo thành mây.
  3. 3.
    Mưa, tuyết rơi xuống đất và biển.
  4. 4.
    Nước chảy mặt, ngấm xuống tầng nước ngầm rồi trở lại biển.
Lưu ý

Năng lượng Mặt Trời là động lực chính của chu trình nước; nhờ đó nhiệt độ và lượng mưa được điều hoà, nước ngọt cung cấp cho sinh vật trên cạn.

3.2 Chu trình carbon

Các bước chính
  1. 1.
    Sinh vật sản xuất hút CO2\mathrm{CO_2} từ khí quyển và CO2\mathrm{CO_2} hoà tan trong nước để quang hợp.
  2. 2.
    Sinh vật tiêu thụ lấy carbon qua chuỗi thức ăn.
  3. 3.
    Hô hấp của sinh vật và quá trình phân giải xác chết, chất thải giải phóng trả CO2\mathrm{CO_2}.
  4. 4.
    Đốt nhiên liệu hoá thạch, nung vôi, núi lửa phun trào làm tăng CO2\mathrm{CO_2}.
  5. 5.
    Đại dương trao đổi CO2\mathrm{CO_2} với khí quyển; một phần carbon lắng đọng thành trầm tích (đá vôi) hoặc được tích trữ lâu dài trong than đá, dầu mỏ, khí đốt.
Lưu ý

Phương trình quang hợp rút gọn:

6CO2+6H2O→aˊnh saˊngC6H12O6+6O2.6\mathrm{CO_2}+6\mathrm{H_2O}\xrightarrow{\text{ánh sáng}}\mathrm{C_6H_{12}O_6}+6\mathrm{O_2}.

Đốt nhiên liệu hoá thạch làm tăng nhanh CO2\mathrm{CO_2} trong khí quyển, gây hiệu ứng nhà kính và biến đổi khí hậu toàn cầu.

3.3 Chu trình nitrogen

Các bước chính
  1. 1.
    Cố định đạm: vi khuẩn cố định đạm (như Rhizobium sống trong nốt sần rễ cây họ Đậu, Azotobacter tự do) và sét đánh chuyển N2\mathrm{N_2} thành các hợp chất chứa nitrogen mà cây dùng được.
  2. 2.
    Amoni hoá: vi sinh vật phân giải xác chết, chất thải thành NH4+\mathrm{NH_4^+}.
  3. 3.
    Nitrate hoá: vi khuẩn nitrate hoá (Nitrosomonas, Nitrobacter) chuyển NH4+\mathrm{NH_4^+} thành NO2−\mathrm{NO_2^-}, rồi tiếp tục chuyển NO2−\mathrm{NO_2^-} thành NO3−\mathrm{NO_3^-}.
  4. 4.
    Đồng hoá: rễ cây hấp thu NH4+\mathrm{NH_4^+} và NO3−\mathrm{NO_3^-}; động vật lấy nitrogen qua thức ăn.
  5. 5.
    Phản nitrate hoá: vi khuẩn kị khí chuyển NO3−\mathrm{NO_3^-} trở lại N2\mathrm{N_2} bay vào khí quyển.
Quá trìnhChiều chuyển hoáThực thể chính
Cố định đạmN2→NH3\mathrm{N_2}\rightarrow\mathrm{NH_3} hoặc NO3−\mathrm{NO_3^-}Vi khuẩn cố định đạm, sét đánh
Amoni hoáChất hữu cơ →NH4+\rightarrow\mathrm{NH_4^+}Vi sinh vật phân giải
Nitrate hoáNH4+→NO2−→NO3−\mathrm{NH_4^+}\rightarrow\mathrm{NO_2^-}\rightarrow\mathrm{NO_3^-}Vi khuẩn nitrate hoá
Phản nitrate hoáNO3−→N2\mathrm{NO_3^-}\rightarrow\mathrm{N_2}Vi khuẩn kị khí
Ví dụ 1

Phân tích đường đi của nitrogen trong một vụ trồng cây lạc (họ Đậu) từ đất đến cơ thể cây rồi quay lại đất.

Lời giải

Rhizobium trong nốt sần rễ lạc cố định N2\mathrm{N_2} thành NH3\mathrm{NH_3} cung cấp trực tiếp cho cây; ngoài ra cây hấp thu NH4+\mathrm{NH_4^+} và NO3−\mathrm{NO_3^-} (do vi khuẩn nitrate hoá tạo ra) từ đất để tổng hợp amino acid, protein. Động vật ăn cây lạc sẽ nhận nitrogen. Khi cây chết, vi sinh vật phân giải trả NH4+\mathrm{NH_4^+} về đất; một phần bị vi khuẩn kị khí khử thành N2\mathrm{N_2}. Nhờ vậy nitrogen được tuần hoàn chứ không bị mất hẳn.

Lưu ý

Phân đạm bón thừa bị nước mưa rửa tràn gây phú dưỡng hoá ao hồ: tảo phát triển đột ngột, khi chết làm tiêu hao oxygen, cá chết.

3.4 Chu trình phosphorus

Các bước chính
  1. 1.
    Phong hoá đá giải phóng ion PO43−\mathrm{PO_4^{3-}} vào đất và nước.
  2. 2.
    Rễ cây hấp thu phosphate; nguyên tố đi theo chuỗi thức ăn.
  3. 3.
    Phân hủy xác chết, chất thải trả phosphate về đất.
  4. 4.
    Phosphate bị rửa trôi ra biển, một phần lắng đọng tạo trầm tích; sau thời gian rất dài, trầm tích lại nâng lên thành đá.
Lưu ý

Khác với carbon và nitrogen, phosphorus không có dạng khí quan trọng trong khí quyển, nên chu trình của nó diễn ra chậm, chủ yếu giữa đất – nước – sinh vật – trầm tích.

4. Ý nghĩa và ứng dụng

5. Câu hỏi vận dụng

Câu hỏi 1 (Câu 1.)

Vì sao từ xích đạo đến vùng cực, khu sinh học thay đổi từ rừng mưa nhiệt đới sang rừng lá kim rồi đến tundra?

Gợi ý trả lời

Từ xích đạo về cực, nhiệt độ trung bình và lượng bức xạ giảm, mùa lạnh kéo dài, lượng mưa thay đổi. Chỉ những sinh vật thích nghi với điều kiện đó mới tồn tại (ví dụ cây lá kim lá hình kim giảm thoát hơi nước, chịu lạnh; đồng rêu chỉ có cây thấp), nên các khu sinh học thay đổi theo vĩ độ.

Câu hỏi 2 (Câu 2.)

Tại sao đốt nhiên liệu hoá thạch được xem là mối lo về biến đổi khí hậu toàn cầu?

Gợi ý trả lời

Carbon tích trữ lâu dài trong nhiên liệu hoá thạch bị giải phóng nhanh vào khí quyển dưới dạng CO2\mathrm{CO_2}, vượt khả năng hấp thu của thực vật và đại dương. CO2\mathrm{CO_2} giữ lại bức xạ nhiệt của Trái Đất, làm tăng hiệu ứng nhà kính, gây nóng lên toàn cầu.

Câu hỏi 3 (Câu 3.)

Nước thải chứa nhiều phosphate từ phân bón và chất tẩy rửa chảy xuống hồ lân cận. Dự đoán diễn biến của hồ và giải thích.

Gợi ý trả lời

Hồ bị phú dưỡng: phosphate dư làm tảo, thực vật nổi phát triển bùng nổ; tảo chết bị vi sinh vật phân giải làm cạn oxygen hoà tan, cá và động vật thuỷ sinh chết, nước hồ ô nhiễm, có mùi.

Gặp bài khó? Chụp ảnh để CEAO giảiAI giải từng bước, đề kiểm tra theo bài, thẻ ghi nhớ. Đăng ký miễn phí.
Thử ngay