Bài 45: Dòng Năng Lượng Trong Hệ Sinh Thái Và Hiệu Suất Sinh Thái

I. Lí thuyết về dòng năng lượng trong hệ sinh tháI và hiệu suất sinh tháI

1. Dòng năng lượng trong hệ sinh tháI

1.1 Phân bố năng lượng trên Trái đất

- Mặt trời cung cấp năng lượng chủ yếu cho sự sống trên Trái Đất.

- Vai trò của thành phần tia sáng:

• Sinh vật sản xuất chỉ sử dụng được tia nhìn thấy. Quang hợp chỉ sử dụng được 0,2 - 0,5% tổng lượng bức xạ chiếu trên trái đất để tổng hợp chất hữu cơ.
• Tia hồng ngoại chủ yếu để tạo nhiệt.
• Tia tử ngoại giúp chuyển hóa tiền vitamin D thành vitamin D giúp cho quá trình chuyển hóa canxi trong cơ thể động vật.

- Ánh sáng mặt trời phân bố không đồng đều trên bề mặt Trái Đất:

• Càng lên cao ánh sáng càng mạnh.
• Vùng xích đạo có ánh sạng mạnh hơn vùng ôn đới.
• Mùa hè ánh sáng mạnh hơn mùa đông

1.2 Dòng năng lượng trong hệ sinh thái

Trong hệ sinh thái, quang năng của ánh sáng mặt trời được chuyển hóa thành hóa năng tích lũy trong các hợp chất hữu cơ thông qua quá trình quang hợp của sinh vật sản xuất. Nhờ quá trình hô hấp tế bào, hóa năng trong chất hữu cơ được chuyển hóa thành ATP cho hoạt động sống và nhiệt năng. Năng lượng trong hệ sinh thái được chuyển hóa từ quang năng → hóa năng → nhiệt năng (hình 1).

Đặc điểm của dòng năng lượng trong hệ sinh thái:

• Trong chu trình dinh dưỡng, năng lượng được truyền từ bậc dinh dưỡng thấp lên bậc dinh dưỡng cao.
• Càng lên cao thì năng lượng càng giảm (hình 2) do bị thất thoát qua nhiều cách:

- Hô hấp

- Các bộ phận rơi rụng, chất thải…

• Năng lượng trong hệ sinh thái chỉ được truyền một chiều từ sinh vật sản xuất qua các bậc dinh dưỡng rồi trở về môi trường dưới dạng nhiệt và do đó năng lượng chỉ được sinh vật sử dụng một lần (không tái sử dụng).

2. Hiệu suất sinh thái

Từ sự chuyển hóa và mất mát năng lượng qua các bậc dinh dưỡng, chúng ta có khái niệm “Hiệu suất sinh thái”. Hiệu suất sinh thái là tỉ lệ % chuyển hóa năng lượng giữa các bậc dinh dưỡng trong hệ sinh thái.

Công thức:

Trong đó:

eff: hiệu suất sinh thái (%)

Ci+1: năng lượng ở bậc dinh dưỡng thứ i+1

Ci: năng lượng ở bậc dinh dưỡng thứ i (liền trước bậc dinh dưỡng i+1)

Ở mỗi bậc dinh dưỡng có thường có:

• 70% năng lượng tiêu hao qua hô hấp.
• 10% năng lượng tiêu hao do rơi rụng và chất thải.
• 10% năng lượng được tích lũy lại trong cơ thể sinh vật ở bậc dinh dưỡng đó.

⇒ 10% năng lượng được truyền lên bậc dinh dưỡng cấp trên.

Hiệu suất sinh thái ở các bậc dinh dưỡng thường rất nhỏ nên mỗi chuỗi thức ăn không thể có quá nhiều loài sinh vật. Chuỗi thức ăn trên cạn thường có từ 4 - 5 mắt xích, chuỗi thức ăn dưới nước thường có từ 6 - 7 mắt xích.

II. Bài tập luyện tập về Dòng Năng Lượng Trong Hệ Sinh Thái Và Hiệu Suất Sinh Thái của hệ thống trường Nguyễn Khuyến - Lê Thánh Tông

Câu 1: Các phát biểu đúng về vai trò của ánh sáng đối với sinh vật là

1. tia hồng ngoại tham gia vào sự chuyển hóa vitamin ở động vật.
2. điều kiện ánh sáng không ảnh hưởng đến hình thái thực vật.
3. ánh sáng nhìn thấy tham gia vào quá trình quang hợp của thực vật.
4. tia tử ngoại chủ yếu tạo nhiệt sưởi ấm cho cơ thể.

Câu 2: Các chuỗi thức ăn trên cạn thường có ít mắt xích là do

1. sự tích lũy phần lớn năng lượng ở mỗi mắt xích thức ăn (bậc dinh dưỡng) của dòng năng lượng.
2. nguồn thức ăn từ mắt xích phía trước là hữu hạn.
3. sự hao phí năng lượng qua mỗi bậc dinh dưỡng là rất lớn.
4. trong hệ sinh thái, tính đa dạng không cao.

Câu 3: Vai trò của các tia sáng nhìn thấy được là

1. tổng hợp vitamin D.
2. gây đột biến gen.
3. tạo nguồn nhiệt sưởi ấm.
4. giúp cây xanh tổng hợp chất hữu cơ.

Câu 4: Trong quần xã, nhóm loài sinh vật nào sau đây có năng lượng tích lũy cao nhất?

1. Động vật ăn cỏ.
2. Động vật ăn thịt.
3. Sinh vật tự dưỡng.
4. Sinh vật ăn các chất mùn bã hữu cơ.

Câu 5: Hiệu suất sinh thái là

1. sự mất năng lượng qua các bậc dinh dưỡng.
2. phần trăm chuyển hoá năng lượng giữa các bậc dinh dưỡng.
3. phần trăm số lượng cá thể giữa các bậc dinh dưỡng.
4. hiệu số năng lượng giữa các bậc dinh dưỡng.

Câu 6: Giải thích nào dưới đây không hợp lí về sự thất thoát năng lượng rất lớn qua mỗi bậc dinh dưỡng?

1. Phần lớn năng lượng được tích vào sinh khối.
2. Phần lớn năng lượng bị tiêu hao qua hô hấp, tạo nhiệt cơ thể.
3. Một phần năng lượng mất qua chất thải (phân, nước tiểu...).
4. Một phần năng lượng mất qua các phần rơi rụng (lá rụng, lột xác...).

Câu 7: Phát biểu nào sau đây đúng khi nói về dòng năng lượng khi đi qua các bậc dinh dưỡng trong chuỗi thức ăn?

1. Chỉ sử dụng 1 lần.
2. Được sử dụng 2 lần.
3. Được sử dụng tối thiểu 2 lần.
4. Được sử dụng lặp đi lặp lại nhiều lần.

Câu 8: Khi xét đến dòng năng lượng trong hệ sinh thái, thì phát biểu nào sau đây không đúng?

1. Năng lượng được truyền từ bậc dinh dưỡng thấp lên bậc dinh dưỡng cao.
2. Càng lên bậc dinh dưỡng cao thì dòng năng lượng càng giảm.
3. 90% năng lượng được truyền lên bậc dinh dưỡng trên.
4. Trong mỗi dòng năng lượng, năng lượng chỉ được sử dụng 1 lần.

Câu 9: Mỗi bậc dinh dưỡng năng lượng bị tiêu hao do hô hấp, tạo nhiệt của cơ thể sinh vật là bao nhiêu phần trăm?

1. Khoảng 20%
2. Khoảng 80%
3. Khoảng 10%
4. Khoảng 70%.

Câu 10: Sản lượng sinh vật thực của cây xanh là 12×106 kcal, thỏ tích luỹ được 7,8 ×105 kcal. Hiệu suất sinh thái của sinh vật tiêu thụ bậc 1 là

1. 7%
2. 6,5%
3. 8%
4. 8,5%

Câu 11: Theo quy luật hình tháp sinh thái thì bậc dinh dưỡng có năng lượng càng lớn khi bậc dinh dưỡng đó

1. càng gần sinh vật sản xuất.
2. có kích thước càng nhỏ.
3. càng xa sinh vật sản xuất.
4. có kích thước càng lớn.

Câu 12: Ở cỏ chứa 1,49 x 106 calo năng lượng khi bò ăn vào chuyển hoá được 1,19x105 calo năng lượng, vậy hiệu suất sinh thái của bò là

1. 7,99%.
2. 9,78%.
3. 79,8%.
4. 100%.

Câu 13: Khi nói về dòng năng lượng trong hệ sinh thái, có bao nhiêu phát biểu sau đây đúng?

1. Ở mỗi bậc dinh dưỡng, năng lượng chủ yếu bị mất đi do hoạt động hô hấp của sinh vật.
2. Trong chu trình dinh dưỡng, năng lượng truyền từ bậc dinh dưỡng thấp lên bậc dinh dưỡng cao.
3. Trong hệ sinh thái, năng lượng được truyền theo một chiều từ sinh vật sản xuất qua các bậc dinh dưỡng rồi trả về môi trường.
4. Thực vật đóng vai trò quan trọng trong việc truyền năng lượng từ môi trường vô sinh vào chu trình dinh dưỡng.

1. 2.
2. 3.
3. 4.
4. 1.

Câu 14: Ở một hệ sinh thái hồ, sản lượng toàn phần ở sinh vật sản xuất là 2015 kcal/m2/năm. Hiệu suất sinh thái ở sinh vật tiêu thụ bậc I là 12,5%, tổng sản lượng ở sinh vật tiêu thụ bậc 2 là 27,2 kcal/m2/năm. Hiệu suất sinh thái ở sinh vật tiêu thụ bậc 2 là

1. 1,35%.
2. 10,8%.
3. 12,5%.
4. 9,8%.

Câu 15: Khi nghiên cứu ở 4 loài sinh vật thuộc 1 chuỗi thức ăn trong một quần xã, người ta thu được số liệu dưới đây:

Loài

Số cá thể trong quần thể

(cá thể)

Khối lượng trung bình mỗi cá thể

(g/cá thể)

Bình quân năng lượng trên một đơn vị khối lượng (calo/g)

1

50000

0,2

1

2

25

20

2

3

2500

0,004

2

4

25

600 000

0,5

Thứ tự sắp xếp đúng của các loài trong chuỗi thức ăn là

1. 1 → 3 → 2 → 4.
2. 4 → 1 → 2 → 3.
3. 4 → 2 → 1 → 3.
4. 3 → 2 → 1 → 4.

Câu 1: Hướng dẫn giải:

- Phương án đúng là C.

+ A sai vì tia hồng ngoại có vai trò chủ yếu là tạo nhiệt.

+ B sai vì thực vật có hình thái thay đổi phù hợp với điều kiện ánh sáng.

+ D sai vì tia tử ngoại có vai trò chủ yếu là chuyển hóa vitamin D.

Câu 2: Hướng dẫn giải:

- Phương án đúng là C vì sự hao phí năng lượng rất lớn khi truyền qua các bậc dinh dưỡng (do hô hấp, rơi rụng, chất thải…) nên càng lên cao năng lượng tích lũy càng ít. Vì vậy số lượng mắt xích trong một chuỗi thức ăn không thể quá dài.

Câu 3: Hướng dẫn giải:

- Phương án đúng là D vì tia sáng nhìn thấy cung cấp năng lượng cho quá trình quang hợp, giúp tổng hợp các chất vô cơ trong môi trường thành chất hữu cơ trong cây xanh.

Câu 4: Hướng dẫn giải:

- Phương án đúng là C vì sinh vật tự dưỡng là bậc dinh dưỡng đầu tiên, có năng lượng tích lũy lớn. Các loài khác thuộc bậc dinh dưỡng cao hơn nên năng lượng đã bị giảm nhiều do thất thoát bằng nhiều cách.

Câu 5: Hướng dẫn giải:

- Phương án đúng là B.

Câu 6: Hướng dẫn giải:

- Phương án đúng là A vì chỉ một phần năng lượng (khoảng 10%) được tích lũy lại bậc dinh dưỡng đó. Phần tiêu hao lớn nhất do quá trình hô hấp tỏa nhiệt (khoảng 70% năng lượng).

Câu 7: Hướng dẫn giải:

- Phương án đúng là A vì năng lượng truyền từ môi trường vào quần xã dưới dạng quang năng (ánh sáng mặt trời), năng lượng từ quần xã trở về môi trường dưới dạng nhiệt năng (do quá trình hô hấp tỏa nhiệt). Các loài sinh vật không thể sử dụng nhiệt năng cho quá trình sống của mình. Vì vậy năng lượng chỉ dùng 1 lần rồi mất đi dưới dạng nhiệt, không thể tái sử dụng.

Câu 8: Hướng dẫn giải:

- Phương án đúng là C vì ở mỗi bậc dinh dưỡng có khoảng 70% năng lượng tiêu hao qua hô hấp, 10% năng lượng tiêu hao do rơi rụng và chất thải, 10% được tích lũy lại bậc dinh dưỡng đó. Nên chỉ có khoảng 10% năng lượng được truyền lên cho bậc dinh dưỡng trên.

Câu 9: Hướng dẫn giải:

- Phương án đúng là D.

Câu 10: Hướng dẫn giải:

- Phương án đúng là B

Thỏ là sinh vật tiêu thụ bậc 1.

Eff = Cthỏ : Ccây xanh = 7,8x105 : 12x106 = 0,065 = 6,5%

Câu 11: Hướng dẫn giải:

- Phương án đúng là A vì các bậc dinh dưỡng càng nằm ở phía đầu của chuỗi thức ăn thì năng lượng tích lũy càng nhiều, các bậc dinh dưỡng càng nằm ở phía cuối chuỗi thức ăn thì năng lượng càng giảm do bị thất thoát nhiều lần.

Câu 12: Hướng dẫn giải:

- Phương án đúng là A

Eff = Cbò : Ccỏ = 1,19x105 : 1,49x106 = 0,0799 = 7,99%

Câu 13: Hướng dẫn giải:

- Phương án đúng là C.

Câu 14: Hướng dẫn giải:

- Phương án đúng là B.

Ta có sơ đồ sau:

Sản lượng ở sinh vật tiêu thụ bậc 1 = 2015 × 12,5% = 251,875 kcal/m2/năm

- Hiệu suất sinh thái SVTT2 = = 10,8%

Câu 15: Hướng dẫn giải:

- Phương án đúng là B vì trong các loài của chuỗi thức ăn, năng lượng tích lũy giảm dần từ bậc dinh dưỡng thấp lên bậc dinh dưỡng cao.

Ta có:

Tổng năng lượng ở mỗi loài

=

Số cá thể

×

khối lượng TB mỗi cá thể

×

Bình quân năng lượng trên đơn vị khối lượng

⇒ Tổng năng lượng tích lũy ở mỗi loài

+ Loài 1 = 50000 × 0,2 × 1 = 10000 calo

+ Loài 2 = 25 × 20 × 2 = 1000 calo

+ Loài 3 = 2500 × 0,004 × 2 = 20 calo

+ Loài 4 = 25 × 600 000 × 0,5 = 7500000 calo

⇒ Theo chiều giảm dần của năng lượng tích lũy, thứ tự phù hợp của các loài trong chuỗi thức ăn là: 4 → 1 → 2 → 3.

GIÁO VIÊN BIÊN SOẠN: NGUYỄN QUANG VŨ

ĐƠN VỊ: TRƯỜNG TH - THCS - THPT LÊ THÁNH TÔNG