Tuần hoàn vật chất và dòng năng lượng trong hệ sinh thái

 TUẦN HOÀN VẬT CHẤT VÀ DÒNG NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ SINH THÁI1. Tuần hoàn vật chấtChu trình tuần hoàn không ngừng các nguyên tố hoá học và các nguyên tố dinh dưỡng từ môi trường vào cơ thể và từ cơ thể ra môi trường gọi là chu trình sinh-địa-hoáVật chất vận động trong chu trình có từ 2 nguồn dự trữ- Nguồn “dự trữ” có một khối lượng lớn, khối lượng các chất này thường xuyên ở trong sinh quyển. Nhưng chúng chu chuyển rất chậm và thường không liên hệ lắm đối với sinh vật. - Nguồn dự trữ thứ hai có khối lượng nhỏ hơn nhiều, gọi là nguồn “trao đổi” là nguồn có những chất trao đổi thường xuyên giữa sinh vật với môi trường xung quanh. Có hai loại chu trình: Chu trình các chất khí: có nguồn dự trữ trong khí quyển hoặc trong thủy quyển, như chu trình đạm (chu trình Nitơ (N2)), chu trình đioxyt Cacbon (CO2) và nước (H2O).Chu trình lắng đọng (trầm tích): có nguồn gốc dự trữ nằm trong vỏ quả đất, hoặc trong các lớp trầm tích, điển hình là chu trình phốt pho (lân- dạng hợp chất của PO4-3) hoặc lưu huỳnh (pyrit FeS2; CaSO4; Na2SO4...). Chu trình vật chất trong hệ sinh thái hoạt động tuân theo định luật bảo toàn vật chất. Mỗi nguyên tử khi tham gia vào vòng tuần hoàn thường được sử dụng đi và sử dụng lại nhiều lần để xây dựng lên cơ thể động thực vật. - Các nguyên tố đa lượng - Các nguyên tố vi lượng Cơ thể sinh vật cần khoảng 35 - 40 nguyên tố hóa họcChu trình Nitơ: (N ) Chu trình Phốtpho (P): 2. Sự trao đổi năng lượng trong hệ sinh tháiCó 4 dạng quan trọng nhất - Năng lượng bức xạ mặt trời - Năng lượng hóa học - Năng lượng nhiệt - Động năng Quy luật thứ nhất: Năng lượng không tự nhiên sinh ra hoặc mất đi, mà chỉ chuyển từ dạng này sang dạng khác. Ví dụ: năng lượng ánh sáng chuyển qua năng lượng hóa học qua quá trình quang hợp. - Quy luật thứ hai: Khi năng lượng chuyển từ dạng này sang dạng khác không được bảo toàn 100 % mà thường bị mất đi một số năng lượng nhiệt nhất định. Trong quá trình biến đổi sinh học từ nguyên liệu thực vật thành nguyên liệu động vật thì một phần lớn số năng lượng bị hao phí. Các HST tồn tại và phát triển một cách bền vững là nhờ nguồn năng lượng vô tận của Mặt Trời- Số năng lượng giảm dần từ mắt xích này sang mắt xích kế tiếpNăng lượng trong HST trải qua 1 trong 3 quá trình- Đi qua hệ sinh thái bởi mạng lưới thức ăn - Tích lũy trong hệ sinh thái - Đi ra khỏi hệ sinh thái: Dạng nhiệt/sản phẩm nguyên liệu- Cứ mỗi lần chuyển đổi năng lượng có một phần lớn bị mất đi, mức tiêu thụ lý thuyết tới 90 %. Chuỗi thức ăn không thể kéo dài:+) Thường là 4-5 bậc đối với các hệ trên cạn +)̀ Khoảng 6-7 bậc đối với các hệ ở dưới nước +)̀ Tháp năng lượng bao giờ cũng có dạng hình tháp chuẩn.3. Năng suất ở các hệ sinh thái- Sơ cấpKhối lượng chất hữu cơ do sinh vât SX tạo ra/diện tích/thời gian-Thứ cấpKhối lượng chất hữu cơ do sinh vât tiêu thụ và phân hủy tạo ra /diện tích /thời gian Năng suất trong nông nghiệp: Là khối lượng chất khô hay sinh khối thu hoạch được (sản phẩm mà còn người sử dụng) ở một thời điểm nhất định. - Sinh khối: Tổng khối lượng mà sinh vật sản xuất ra từ một đơn vị diện tích trong một đơn vị thời gianSinh khối đồng thời là năng suất nếu sản lượng từ lúc tích lũy đến khi thu hoạch không bị sử dụng. Định nghĩa năng suất: “Năng suất là suất biểu diễn bằng dòng năng lượng trên một đơn vị diện tích trong một đơn vị thời gian”.4) Chu trình các chất dinh dưỡng vùng nhiệt đớiCó thể gọi sự vận chuyển các nguyên tố cần thiết cho sự sống (các nguyên tố sinh học) và các hợp chất vô cơ từ cơ thể ra môi trường và từ môi trường vào cơ thể là chu trình các chất dinh dưỡng - Chu trình này chịu ảnh hưởng nhiều của khí hậu +) Sự phân bố các chất hữu cơ và chất dinh dưỡng 	Màût âáútC hæîu cåÂaûmÄN ÂÅÏINHIÃÛT ÂÅÏI40%60%94%94%6%C hæîu cåÂaûm58%42%94%25%75% H×nh. Sù ph©n phèi cña c¸c bon h÷u c¬ tÝch tô trong c¸c hÖ sinh th¸i rõng «n ®ãi (A) vµ nhiÖt ®íi (B)(A)(B) C¸c m« sèng trªn mÆt ®Êt Rõng nhiÖt ®íi Rõng «n ®íiChÊt h÷u c¬ trong ®Êt50%50%80 - 90%10 - 20%+) Tính chất của chu trình Ở vùng ôn đới: Tốc độ phân hủy các hợp chất hữu cơ diễn ra từ từ, Sản phẩm phân hủy: dạng sản phẩm trung gian ⇒ Tái tổng hợp tạo nên hợp chất cao phân tử gọi là mùn Chu trình dinh dưỡng có tính chất vật lý Ở vùng nhiệt đới: Các hợp chất hữu cơ bị phân giải nhanh, mạnh và triệt để Sản phẩm phân hủy: Các chất vô cơ Chu trình đinh dưỡng có tính chất sinh học Quá trình Feralit hóa: Quá trình rửa trôi các kim loại kiềm và kiềm thổ (K+ , Ca++) → đất chua Các quá trình tích tụ sắt nhôm, làm cho đất nhiệt đới thường chua hơn so với đất ở vùng ôn đới. Nhiệt độ âm vào mùa đông: góp phần tiêu diệt các vi sinh vật, nấm và côn trùng gây hại, có thể coi đây là thời gian nghỉ của đất. Khi rừng nhiệt đới bị tàn phá: Đất bị tước mất khả năng tự bảo vệ, quay vòng các chất dinh dưỡng. Trong điều kiện nhiệt ẩm cao, lượng mưa lớn ⇒ các quá trình xói mòn và rữa trôi làm cho đất bị phá vỡ kết cấu, bạc màu, Mất khả năng sản xuất sau một thời gian canh tác ngắn ngủi. Do đó, trong quá trình sản xuất nông - lâm nghiệp ở vùng nhiệt đới, cần mô phỏng các hệ sinh thái tự nhiên, mà điển hình là hệ sinh thái rừng mưa nhiệt đới Rừng ôn đới khi bị tàn phá đi còn lưu lại một phần lớn các chất dinh dưỡng và các chất hữu cơ trong đất, cấu trúc đất cũng được duy trì 5. Sự phát triển của hệ sinh thái Xu hæåïng chung cuía diãùn thãú laì tæì hãû sinh thaïi treí khäng äøn âënh tiãún tåïi hãû sinh thaïi giaì äøn âënh, våïi sæû thêch nghi vaì sæû phán hoïa cao cuía caïc chuíng quáön sinh váût. Vãö màût nàng læåüng: - Caïc hãû sinh thaïi treí thæåìng coï nàng suáút cao, tyí lãû giæîa nàng suáút quang håüp trãn sinh khäúi låïn. - Hãû sinh thaïi giaì nhu cáöu hä háúp ngang bàòng quang håüp (P), tæïc laì tyí säú (P: R) = 1. Chuäùi thæïc àn Chuäùi thæïc àn åí caïc hãû sinh thaïi treí thæåìng âån giaín vaì thàóng, theo kiãøu cuía chuäùi thæïc àn âäöng coí: Thæûc váût - âäüng váût àn coí - âäüng váût àn thët. Traïi laûi, åí caïc hãû sinh thaïi giaì, chuäùi thæïc àn thæåìng phán nhaïnh phæïc taûp vaì chuí yãúu gäöm caïc sinh váût àn phãú liãûu (Caïc vi sinh váût phán giaíi cháút hæîu cå).Vãö màût cáúu truïc : Caïc hãû sinh thaïi treí êt âa daûng vãö loaìi, cáúu truïc âån giaín, êt phán hoïa táöng taïn Váût säúng coï kêch thæåïc khäng låïn, chu kyì säúng ngàõn vaì âån giaín Hãû sinh thaïi giaì phong phuï vãö loaìi, cáúu truïc khäng gian phæïc taûp, phán táöng våïi sinh caính vaì sinh váût caính giæîa caïc táöng khaïc biãût Váût säúng låïn, chu trçnh säúng daìi vaì phæïc taûpHãû sinh thaïi treí: Chu trçnh caïc cháút khoaïng khäng kheïp kên, täúc âäü trao âäøi giæîa caïc thaình pháön hæîu sinh vaì vä sinh cao Täúc âäü tàng træåíng vaì sinh saín cuía caïc loaìi nhanh, nàng suáút do säú læåüng quyãút âënh Hãû sinh thaïi giaì chu trçnh caïc cháút khoaïng kheïp kên, täúc âäü trao âäøi tháúpTäúc âäü tàng træåíng vaì sinh saín cuía caïc loaìi cháûm, nàng suáút chuí yãúu do cháút læåüng quyãút âënh Hãû sinh thaïi treí Tênh äøn âënh tháúp, êt thêch nghi våïi caïc âiãöu kiãûn ngoaûi caính báút låüi. Quan hãû kyï sinh vaì àn nhau giæîa caïc loaìi cao. Hãû sinh thaïi giaì tênh äøn âënh cao dãù thêch nghi våïi âiãöu kiãn ngoaûi caính. Quan hãû cäüng sinh vaì häù sinh giæîa caïc loaìi phaït triãøn maûnhÂàûc âiãøm hãû sinh thaïi näng nghiãûp : Laì hãû sinh thaïi treí, våïi taïc âäüng cuía con ngæåìi, duy trç cho tyí säú (P: B) cao. Traïi våïi quy luáût tæû nhiãn Thaình pháön loaìi âån giaín, tháûm chê âäüc canh, thuáön nháút vãö di truyãönSäú læåüng âäüng váût giaím, nhæng säú læåüng cän trung gàûm nháúm tàng Tênh äøn âënh tháúp, bë thiãn tai, dëch bãûnh âe doüa Chiãún læåüc giaíi quyãútMä taí thaình pháön vaì cáúu truïc: Âäüc canh âæåüc thay thãú bàòng phæång phaïp luán canh, träöng xen, träöng gäúi Mä phoíng chuäùi thæïc àn phán huíy: Sæí duûng phán hæîu cå, kãút håüp träöng troüt våïi chàn nuäi Sæí duûng âáúu tranh sinh hoüc: Cáy bäü âáûu, Giäúng chëu sáu bãûnh, Âáúu tranh sinh hoüc trong phoìng træì sáu bãûnhXin caûm ônNuNaNuNaRRt0RPnD1D2L- L: ¸nh s¸ng; La-¸nh s¸ng chiếu đến thùc vËt.- Pn & D1,2 : N¨ng suÊt s¬ cÊp vµ n¨ng suÊt thø cÊp (N¨ng l­îng hãa häc) Nu: N¨ng l­îng kh«ng dïng (lắng động hay xuất ra khỏi hệ) Na: N¨ng l­îng mÊt do ®ång ho¸: “§éng n¨ng” (dïng cho c¸c ho¹t ®éng, vÝ dô sù co c¬ ë §V, chất bài tiết...) R: N¨ng l­îng mÊt do h« hÊp to: Năng lượng nhiệt bị mấtLa1 1,50,3D1D23000150015LPnLaKcal/cm2/ngày2 Năng suÊt s¬ cÊp vµ sinh khèi cña mét sè hÖ sinh th¸i chñ yÕuHÖ sinh th¸iNăng suÊt chÊt kh« thuÇn (g/m2/năm)Sinh khèi chÊt kh«(kg/m2)Giíi h¹nBình qu©nGiíi h¹nBình qu©nRõng nhiÖt ®íi1000 - 500020006 - 8045ĐÇm lÇy800 - 400020003 - 5012Rõng «n ®íi600 - 300013006 - 20030Đång cá nhiÖt ®íi200 - 20007000,2 - 154Ruéng c©y trång100 - 40006500,4 - 11Đång cá «n ®íi150 - 15005000,2 - 51,5еi nguyªn10 - 4001400,1 - 30,6Nöa hoang m¹c10 - 250700,1 - 20,7Hoang m¹c0 - 1030,0 - 0,20,02Hãy chọn câu trả lời đúng trong các câu sau: (mỗi câu 5đ)Thành phần cấu trúc hệ sinh thái gồm: A) Sinh vật sản xuất, sinh vật tiêu thụ, sinh vật phân hủyB) Các chất hữu cơ và vô cơD) Các loài sinh vật các chất vô cơ và hữu cơ . C) Các loài sinh vật, các chất hữu cơ và vô cơ, các yếu tố khí hậuCaâu 1:Ñaùp aùn 1Các hệ thống sau đây đều không phải là hệ sinh thái, NGOẠI TRỪ: A) Hệ gồm: Môi trường (E) + Thực vật B) Hệ gồm: Môi trường (E) + Động vật C) Hệ gồm: Môi trường (E) + Động vật + Vi sinh vật . D) Hệ gồm: Môi trường (E) + Thực vật + Vi sinh vật Caâu 2:Ñaùp aùn 2Hệ sinh thái là tổ hợp của một quần xã sinh vật với môi trường vật lý mà quần xã đó tồn tại, trong đó các các sinh vật tương tác với nhau và với môi trường để tạo nên các chu trình vật chất và sự chuyển hóa năng lượng.(Theo Cở sở sinh thái học của Vũ Trung Tạng)I. Khái niệm về hệ sinh thái (HST)Sahara dessert Great Barrier reefHST tự nhiênHST trên cạnHST dưới nướcRừng mưa nhiệt đớiSa mạcHoang mạcSa van đồng cỏThảo nguyênRừng lá rộng ôn đớiRừng thông phương BắcĐồng rêu hàn đớiNước mặnNước ngọtVen biểnBiển khơiNước đứngNước chảy