Trao đổi vật chất & chuyển hóa năng lượng trong hệ sinh thái
Dòng năng lượng & dòng vật chất, chuỗi – lưới thức ăn, bậc dinh dưỡng, hiệu suất sinh thái và tháp sinh thái
Năng lượng cung cấp cho sinh vật trên Trái Đất chủ yếu từ ánh sáng mặt trời. Sinh vật sản xuất hấp thụ quang năng, qua quang hợp chuyển thành hóa năng trong chất hữu cơ; các sinh vật khác dùng chất hữu cơ này để sống.
| Tiêu chí | Dòng năng lượng | Dòng vật chất |
|---|---|---|
| Hướng | Chuyển hóa một chiều | Lưu chuyển tuần hoàn |
| Đầu vào | Quang năng (ánh sáng) | Chất vô cơ từ môi trường |
| Đầu ra | Nhiệt năng tỏa ra môi trường | Chất vô cơ trả lại môi trường |
| Tái sử dụng | Không tái sử dụng được | Được tái sử dụng liên tục |
Chuỗi thức ăn là một dãy các loài có quan hệ dinh dưỡng với nhau; mỗi loài là một mắt xích, tiêu thụ mắt xích phía trước và bị mắt xích phía sau tiêu thụ.
▸ Hai loại chuỗi thức ăn
• Loại 1 – khởi đầu bằng sinh vật sản xuất (vai trò chính trong chuyển hóa vật chất, năng lượng):
• Loại 2 – khởi đầu bằng sinh vật ăn mùn bã hữu cơ (sử dụng chất hữu cơ thải ra từ chuỗi loại 1, giúp khép kín vòng tuần hoàn vật chất):
Lưới thức ăn là tập hợp các chuỗi thức ăn được kết nối với nhau bằng những mắt xích chung.
Mắt xích chung là loài tham gia vào nhiều chuỗi thức ăn khác nhau (có thể ăn nhiều loài và/hoặc bị nhiều loài ăn).
| Đặc điểm | Giải thích |
|---|---|
| Tính phức tạp | Quần xã càng nhiều loài → lưới thức ăn càng phức tạp (nhiều chuỗi, nhiều mắt xích chung) |
| Tính ổn định | Lưới thức ăn càng phức tạp → cấu trúc quần xã càng ổn định |
▸ Độ phức tạp của lưới thức ăn thay đổi theo
| Yếu tố | Xu hướng |
|---|---|
| Vĩ độ | Vĩ độ thấp (xích đạo, nhiệt đới) → nhiều loài → lưới phức tạp. Vĩ độ cao (ôn đới, hàn đới) → ít loài → lưới đơn giản |
| Đại dương – bờ | Từ khơi đại dương (thưa) vào bờ (đa dạng) → lưới càng phức tạp |
| Tuổi quần xã | Quần xã trưởng thành có lưới phức tạp hơn quần xã trẻ (mới hình thành) |
| Chuỗi thức ăn nước – cạn | Chuỗi thức ăn dưới nước dài hơn trên cạn: sinh vật thủy sinh phần lớn biến nhiệt nên ít mất năng lượng cho điều hòa thân nhiệt → hiệu suất cao hơn → chuỗi dài hơn |
Bậc dinh dưỡng của một loài là vị trí của loài đó trong chuỗi thức ăn, cho biết tương quan về năng lượng của loài so với các loài khác.
| Bậc dinh dưỡng | Thành phần |
|---|---|
| Bậc DD cấp 1 | Sinh vật sản xuất (tự dưỡng) |
| Bậc DD cấp 2 | Sinh vật tiêu thụ bậc 1 (động vật ăn thực vật) |
| Bậc DD cấp 3 | Sinh vật tiêu thụ bậc 2 (động vật ăn thịt bậc 1) |
| Bậc DD cấp $n$ | Sinh vật tiêu thụ bậc $(n-1)$ |
Bức xạ mặt trời chiếu vào Trái Đất chỉ khoảng 50% xuống được bề mặt, trong đó chỉ khoảng 1% được sinh vật sản xuất dùng để quang hợp – nhưng cũng đủ tạo ra khoảng 150 tỉ tấn chất hữu cơ mỗi năm.
▸ Năng lượng ở mỗi bậc dinh dưỡng
Tại mỗi bậc dinh dưỡng, năng lượng được phân thành: hô hấp (thất thoát dưới dạng nhiệt), tích lũy sinh khối, thất thoát qua vật chất rơi rụng (lá rụng, lông rụng, lột xác) và chất thải (phân, nước tiểu); chỉ một phần nhỏ được truyền lên bậc cao hơn.
| Đặc điểm dòng năng lượng | Giải thích |
|---|---|
| Giảm dần qua các bậc DD | Phần lớn năng lượng bị thất thoát khi truyền giữa các bậc |
| Không tuần hoàn | Chuyển hóa một chiều, cuối cùng tỏa ra môi trường dưới dạng nhiệt, không tái sử dụng |
Hiệu suất sinh thái là tỉ lệ phần trăm chuyển hóa năng lượng giữa các bậc dinh dưỡng trong hệ sinh thái.
Trong đó $E_{n+1}$ là năng lượng tích lũy ở bậc dinh dưỡng cao hơn, $E_n$ là năng lượng tích lũy ở bậc thấp hơn. Trung bình $H \approx 10\%$ (quy tắc 10%), thực tế dao động khoảng $5 - 20\%$.
Tháp sinh thái là biểu đồ hình tháp thể hiện số lượng, sinh khối hoặc năng lượng của các sinh vật ở mỗi bậc dinh dưỡng. Đáy tháp là bậc DD cấp 1 (sinh vật sản xuất).
| Loại tháp | Căn cứ | Dạng tháp |
|---|---|---|
| Tháp số lượng | Số lượng cá thể ở mỗi bậc DD | Có thể có dạng tháp ngược |
| Tháp sinh khối | Khối lượng sinh vật ở mỗi bậc DD | Có thể có dạng tháp ngược |
| Tháp năng lượng | Năng lượng tích lũy ở mỗi bậc DD (kcal/m²/năm) | Luôn có dạng chuẩn (đáy rộng, đỉnh hẹp) |
Hiệu suất sinh thái $\approx 10\%$ · Bậc DD cấp 1 $=$ sinh vật sản xuất
Số lượng & sinh khối có thể NGƯỢC, năng lượng LUÔN CHUẨN
▸ Lỗi thường gặp
| Sai | Đúng |
|---|---|
| Năng lượng tuần hoàn trong HST | Năng lượng chuyển hóa một chiều, chỉ vật chất tuần hoàn |
| Bậc DD cấp 1 = SVTT bậc 1 | Bậc DD cấp 1 $=$ sinh vật sản xuất |
| Mọi tháp đều có dạng chuẩn | Chỉ tháp năng lượng luôn chuẩn |
| Vẽ mũi tên chuỗi thức ăn ngược | Mũi tên từ sinh vật bị ăn → sinh vật ăn |
Cùng luyện Bài 29 – Trao đổi vật chất & chuyển hóa năng lượng!
27 câu: 22 trắc nghiệm · 2 đúng/sai · 3 tự luận
Tuyệt vời!

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
