I. Sinh quyển và khu sinh học

1. Khái niệm sinh quyển

Sinh quyển là cấp tổ chức sống lớn nhất, bao gồm toàn bộ các hệ sinh thái trên Trái Đất.

Vì sao sinh quyển là một hệ sinh thái thống nhất:

1. Mỗi hệ sinh thái được duy trì nhờ quá trình trao đổi vật chất và năng lượng giữa quần xã với môi trường;
2. Các yếu tố khí hậu (nhiệt độ, lượng mưa) và sự lưu chuyển các chất trong không khí, đất và nước tác động lên những khu vực địa lí rộng lớn trên quy mô toàn cầu;
3. Do đó tất cả các hệ sinh thái trên Trái Đất không tồn tại rời rạc mà được gắn kết chặt chẽ với nhau thông qua các nhân tố vô sinh, hình thành nên hệ sinh thái lớn nhất là sinh quyển.

Đặc điểm: Với vai trò là một hệ sinh thái, sinh quyển là một cấu trúc hoàn chỉnh có khả năng tự điều chỉnh, trong đó sinh vật và sinh cảnh tương tác hai chiều ở trạng thái cân bằng động.

Hệ quả quan trọng: Thay đổi môi trường ở một địa điểm bất kì trên Trái Đất đều có thể tác động đến môi trường toàn cầu.

2. Khái niệm khu sinh học và đặc điểm của một số khu sinh học

a) Khái niệm khu sinh học

Khu sinh học (biome) là một khu vực lớn trên Trái Đất có các đặc điểm tương tự về khí hậu và có cùng một loại thảm thực vật đặc trưng.

Phân loại:

Ý nghĩa nghiên cứu: Sinh quyển được cấu thành từ các khu sinh học. Các khu sinh học thể hiện sự phân bố và đa dạng sinh vật trên Trái Đất. Dựa vào đặc điểm đặc trưng của mỗi khu, các nhà sinh thái học có thể đánh giá trạng thái hiện tại của từng khu (ổn định, phát triển hay suy thoái), từ đó đưa ra biện pháp phù hợp để bảo vệ, phục hồi, bảo tồn, phát triển và khai thác hợp lí nguồn tài nguyên sinh vật.

b) Đặc điểm của một số khu sinh học trên cạn

Rừng nhiệt đới (gồm rừng mưa nhiệt đới và rừng cận nhiệt đới): nhiệt độ trung bình năm từ $25 – 29^\circ\mathrm{C}$.

Hệ động vật rừng nhiệt đới: rất đa dạng với hàng triệu loài, từ thú lớn (gấu, báo, hổ) đến động vật không xương sống (côn trùng, vắt, giun đất).

Rừng rụng lá ôn đới:

c) Đặc điểm của khu sinh học dưới nước

Khu sinh học nước ngọt: nước ngọt là nước có độ mặn dưới 1‰.

Khu sinh học nước mặn: phân vùng rõ rệt theo hai chiều:

• Chiều ngang: vùng ven bờ và vùng khơi;
• Chiều thẳng đứng: tầng nước mặt, tầng giữa và tầng đáy.

3. Các biện pháp bảo vệ sinh quyển và khu sinh học

Sinh quyển (gồm các khu sinh học) là môi trường sống cho con người và mọi sinh vật trên Trái Đất. Do đó, bảo vệ sinh quyển là nhiệm vụ cấp thiết liên quan đến sự tồn tại và phát triển của con người hiện tại và tương lai.

Cần thực hiện song song hai nhóm biện pháp:

Nhóm 1 – Giảm thiểu sự tác động có hại của con người:

• Giảm tiêu thụ nguyên liệu (nước, gỗ, kim loại); tiết kiệm và tái chế nguyên liệu;
• Sử dụng hiệu quả năng lượng, tăng cường sử dụng năng lượng tái tạo (điện gió, điện mặt trời);
• Giảm phát thải khí nhà kính, phân loại và xử lí rác thải, giảm xả thải chất độc hại ra môi trường.

Nhóm 2 – Bảo tồn và cải tạo sinh quyển, khu sinh học theo hướng phát triển bền vững:

• Trồng rừng, bảo vệ đa dạng sinh vật;
• Thành lập các khu dự trữ sinh quyển;
• Phục hồi các hệ sinh thái tự nhiên.

Điều kiện để các biện pháp trên đạt hiệu quả:

1. Tuyên truyền nâng cao ý thức bảo vệ môi trường cho cá nhân và cộng đồng;
2. Nhà nước cần có chính sách, pháp luật chặt chẽ và thực thi nghiêm túc các luật về bảo vệ đa dạng sinh vật, khai thác tài nguyên, kiểm soát xả thải;
3. Thúc đẩy hợp tác giữa các quốc gia và các tổ chức quốc tế như UNESCO (Tổ chức Giáo dục, Khoa học và Văn hoá của Liên hợp quốc), WWF (Quỹ Quốc tế Bảo vệ Thiên nhiên) nhằm trao đổi thông tin, nghiên cứu khoa học và kinh nghiệm bảo tồn; đồng thời cùng thực hiện các công ước, nghị định thư, chương trình bảo vệ môi trường trên toàn thế giới.

II. Chu trình sinh – địa – hoá

1. Khái niệm

Chu trình sinh – địa – hoá là sự tuần hoàn vật chất qua các dạng khác nhau giữa sinh vật và môi trường.

Chu trình mô tả sự luân chuyển của các nguyên tố liên quan đến sự sống, chủ yếu là các nguyên tố dinh dưỡng (C, N, P, Ca, S…).

Hai quá trình quan trọng trong chu trình:

2. Một số chu trình sinh – địa – hoá

Trong sinh quyển có nhiều chu trình sinh – địa – hoá, trong đó ba chu trình quan trọng là chu trình carbon, chu trình nitrogen và chu trình nước.

a) Chu trình carbon

Vai trò của carbon: Carbon hình thành nên bộ khung phân tử của tất cả các loại chất hữu cơ cấu tạo nên cơ thể sống.

Các bước của chu trình:

Kết quả (trả lời câu hỏi mở đầu): Lượng $\mathrm{CO_2}$ chuyển từ vật chất lắng đọng vào chu trình lớn hơn lượng $\mathrm{CO_2}$ chuyển thành sinh khối, khiến lượng $\mathrm{CO_2}$ trong khí quyển tăng lên → gia tăng hiệu ứng nhà kính → tăng nhiệt độ trung bình trên Trái Đất.

Ý nghĩa và vận dụng: Chu trình carbon ảnh hưởng đến khí hậu toàn cầu thông qua tỉ lệ khí $\mathrm{CO_2}$ trong khí quyển. Biện pháp chống biến đổi khí hậu: giảm sử dụng nhiên liệu hoá thạch, tăng sử dụng năng lượng tái tạo, bảo vệ và tăng diện tích rừng.

b) Chu trình nitrogen

Vai trò của nitrogen: là thành phần cấu tạo của protein và nucleic acid.

Dạng tồn tại: Nitrogen tồn tại chủ yếu trong khí quyển ở dạng khí nitrogen ($\mathrm{N_2}$).

Các quá trình chính:

Nguồn cung cấp trong hệ sinh thái tự nhiên: Nguồn $\mathrm{NH_4^+}$ chủ yếu cho quần xã đến từ quá trình cố định đạm, cùng một lượng nhỏ $\mathrm{NO_2^-}$ được hình thành nhờ sấm sét.

Tác động của con người: Để tăng năng suất cây trồng, con người sản xuất một lượng lớn phân đạm từ khí nitrogen. Việc sử dụng phân đạm không hợp lí trong thời gian dài dẫn đến:

• Suy thoái đất nông nghiệp;
• Lượng phân đạm dư thừa bị rửa trôi ra sông, hồ → gây hiện tượng phú dưỡng;
• Một phần $\mathrm{NO_3^-}$ thấm xuống tầng đất sâu → gây ô nhiễm nguồn nước ngầm.

Ý nghĩa và vận dụng: Chu trình nitrogen ảnh hưởng đến đa dạng sinh vật, năng suất cây trồng, tính chất của đất, mức độ ô nhiễm môi trường nước. Biện pháp: sử dụng phân bón vi sinh, bón phân đạm hợp lí.

c) Chu trình nước

Phân bố nước: Nước dạng lỏng có nhiều nhất ở đại dương; một lượng lớn nước đóng băng ở hai cực của Trái Đất.

Các bước của chu trình:

1. Nước bốc hơi hình thành mây và gây mưa;
2. Phần lớn nước mưa ở lục địa chảy theo chiều trọng lực đến các vùng trũng tạo ra ao, hồ và hình thành dòng chảy lớn (sông) đổ ra đại dương;
3. Một phần nước mưa bốc hơi và một phần thấm xuống đất hình thành nước ngầm;
4. Thực vật trên cạn hấp thụ nước từ đất và bốc hơi qua quá trình thoát hơi nước; mọi sinh vật đều hấp thụ và bài thải nước trong suốt quá trình sống.

Vai trò của thảm thực vật: làm giảm tác động rửa trôi của nước, phân tán dòng chảy, tạo điều kiện cho nước thấm từ từ vào đất → tăng lượng nước lưu trữ trong đất và tăng lượng nước ngầm.

Tác động của con người: Chặt phá rừng, sử dụng lượng lớn nước cho sinh hoạt và sản xuất, xả thải nhiều chất thải độc hại vào môi trường nước. Hậu quả: tăng lượng nước bề mặt, suy giảm nước ngầm, ô nhiễm nguồn nước, lũ lụt, xói mòn đất, sa mạc hoá và suy giảm đa dạng sinh vật.

Ý nghĩa và vận dụng: Chu trình nước ảnh hưởng đến đặc điểm thổ nhưỡng, sự phân bố và đa dạng sinh vật, năng suất nông nghiệp. Biện pháp: sử dụng hiệu quả nước ngầm, bảo vệ rừng, trồng rừng ngập mặn để bảo vệ nguồn nước, chống xói mòn, hạn chế lũ lụt, khắc phục hiện tượng nước biển dâng.

Cô Nguyễn Ngọc Châu

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Sinh Học THPT

Trình độ: Cử nhân Sư phạm Sinh học, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ AT sinh học, Ngoại ngữ B1

Kinh nghiệm: 9+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Trần Phú