Dòng năng lượng trong hệ sinh thái và hiệu suất sinh thái là hai phần kiến thức quan trọng trong phần Hệ sinh thái. Phần lý thuyết này rất hay và áp dụng trong thực tế và thường được đề cập trong các kỳ thi THPT Quốc Gia. Cùng VUIHOC tổng hợp toàn bộ lý thuyết liên quan và các dạng bài tập kèm hướng dẫn chi tiết để đi thi đạt kết quả cao nhất nhé!
1. Dòng năng lượng trong hệ sinh thái
1.1. Phân bố năng lượng trên Trái Đất
- Mặt trời là nguồn cung cấp năng lượng chủ yếu cho sự sống trên Trái Đất. Ánh sáng mặt trời phân bố không đều trên bề mặt Trái Đất:
+ Càng lên cao lớp không khí càng mỏng nên cường độ ánh sáng càng mạnh. Vùng xích đạo có tia sáng chiếu thẳng góc nên ánh sáng mạnh hơn vùng ôn đới. Càng xa vùng xích đạo, cường độ ánh sáng càng yếu, ngày càng kéo dài.
+ Ánh sáng còn thay đổi theo mùa trong năm: Mùa hè ánh sáng mạnh và ngày kéo dài hơn, mùa đông ngược lại.
Năng lượng ánh sáng phụ thuộc vào thành phần tia sáng:
+ Tia sáng có bước sóng dài chủ yếu tạo nhiệt.
+ Sinh vật sản xuất chỉ sử dụng được những tia sáng nhìn thấy được [chiếm khoảng 50% tổng lượng bức xạ] cho quá trình quang hợp.
+ Quang hợp chỉ sử dụng khoảng 0,2% - 0,5% tổng năng lượng bức xạ chiếu trên Trái Đất để tổng hợp các hợp chất hữu cơ.
1.2. Đặc điểm dòng năng lượng trong hệ sinh thái
Năng lượng được truyền từ bậc dinh dưỡng thấp đến bậc dinh dưỡng cao. Càng lên bậc dinh dưỡng cao hơn thì năng lượng càng giảm do một phần năng lượng bị thất thoát [hô hấp, tạo nhiệt mất khoảng 70%; chất thải động vật, các bộ phận rơi rụng khoảng 10%] chuyển lên bậc dinh dưỡng cao khoảng 10%.
Trong hệ sinh thái, năng lượng được truyền một chiều từ sinh vật sản xuất qua các bậc dinh dưỡng, tới môi trường; còn vật chất được trao đổi qua chu trình dinh dưỡng.
1.3. Sơ đồ dòng năng lượng trong hệ sinh thái
Do năng lượng mất mát quá lớn nên xích thức ăn trong các hệ sinh thái không thể kéo dài, thường từ 4 – 5 mắt xích đối với các hệ sinh thái trên cạn và 6 – 7 mắt xích đối với các hệ sinh thái ở nước. Vì vậy tháp năng lượng bao giờ cũng có hình tháp chuẩn, nghĩa là năng lượng của con mồi bao giờ cũng đáp ứng đủ nhu cầu dinh dưỡng của vật ăn thịt đến mức dư thừa. Điều này có thể thấy được ở sơ đồ dưới đây:
Xích thức ăn: PN →→ C1 →→ C2 →→ C3 →→ C4
Đầu vào [%]: 100 →→ 10 →→ 1,0 →→ 0,1 →→ 0,01
2. Hiệu suất sinh thái là gì?
Hiệu suất sinh thái là tỉ lệ phần trăm chuyển hóa năng lượng giữa các bậc dinh dưỡng trong hệ sinh thái. Tỉ số [tính bằng tỉ lệ %] năng lượng của bậc dinh dưỡng này so với một bậc dinh dưỡng bất kỳ hoặc so với nguồn vào của bức xạ mặt trời cho ta khái niệm hiệu suất sinh thái, ví dụ, C4/C3, C3/PN,...
Hiệu suất sinh thái luôn nhỏ hơn 100% [chỉ khoảng 10%]
3. Các công thức liên quan đến dòng năng lượng trong hệ sinh thái và ví dụ
- Hiệu suất sinh thái
Hiệu suất sinh thái có thể được biểu diễn bằng công thức sau:
$eff = \frac{Ci +1}{Ci} \times 100%$
Trong đó: eff là hiệu suất sinh thái [tính bằng %], Ci là bậc dinh dưỡng thứ i, Ci+1 là bậc dinh dưỡng thứ i+1 sau bậc Ci.
Hoặc:
- Hiệu suất quang hợp: Hay còn gọi là sản lượng sinh vật sơ cấp, là tỉ lệ phần trăm năng lượng mặt trời được dùng để tổng hợp chất hữu cơ tính trên tổng số năng lượng mặt trời chiếu xuống hệ sinh thái.
- Hiệu suất khai thác: Tỉ lệ phần trăm năng lượng chứa trong chất hữu cơ mà con người sử dụng từ một loài so với loài có mắt xích phía trước.
- Năng lượng toàn phần: Là nguồn năng lượng chứa trong cơ thể các sinh vật của một loài nào đó trong hệ sinh thái.
- Năng lượng thực tế: Tỉ lệ phần trăm năng lượng của một loài trong chuỗi thức ăn chuyển sang bậc dinh dưỡng kế tiếp. Nói theo cách khác, năng lượng thực tế của một bậc dinh dưỡng cũng là năng lượng toàn phần của bậc dinh dưỡng kế tiếp.
Q toàn phần [Năng lượng toàn phần] = Q SV thực + Q mất đi do hô hấp, bài tiết.
\>>>Nắm trọn kiến thức Sinh học 12 cùng thầy cô VUIHOC ngay