Hệ sinh thái, năng lượng và bảo vệ môi trường

Lưới thức ăn và chuỗi thức ăn

Chuỗi thức ăn là một dãy các loài sinh vật, trong đó mỗi loài ăn loài đứng trước và là thức ăn của loài đứng sau. Mỗi mắt xích trong chuỗi là một bậc dinh dưỡng. Chuỗi thức ăn luôn bắt đầu từ sinh vật sản xuất (bậc dinh dưỡng cấp 1), tiếp theo là sinh vật tiêu thụ bậc 1 (cấp 2), tiêu thụ bậc 2 (cấp 3), và cứ thế tiếp tục. Như vậy, sinh vật tiêu thụ bậc n thuộc bậc dinh dưỡng cấp n + 1. Bậc dinh dưỡng của một loài được xác định theo vị trí của nó trong chuỗi. Loài ăn trực tiếp sinh vật sản xuất là tiêu thụ bậc 1. Sinh vật tiêu thụ bậc 1 không tự tổng hợp chất hữu cơ mà lấy chất hữu cơ từ sinh vật khác. Trong chuỗi có nhiều mắt xích, loài đứng cuối chuỗi là sinh vật tiêu thụ bậc cao nhất. Khi xét cả lưới, bậc dinh dưỡng cao nhất của một loài được hiểu theo chuỗi dài nhất mà loài đó tham gia. Lưới thức ăn là tập hợp nhiều chuỗi thức ăn có mắt xích chung, đan xen với nhau trong một quần xã. Một loài thường tham gia vào nhiều chuỗi khác nhau và có thể đứng ở nhiều bậc dinh dưỡng khác nhau, nên không thể hiểu mỗi loài chỉ thuộc một chuỗi. Khi đếm số chuỗi, cần đi lần lượt từ sinh vật sản xuất đến sinh vật tiêu thụ cuối cùng qua tất cả các đường nối có thể. Quần xã càng đa dạng về thành phần loài thì số mối quan hệ dinh dưỡng càng nhiều và lưới thức ăn càng phức tạp. Trong diễn thế nguyên sinh, số loài và số mối quan hệ dinh dưỡng tăng dần nên lưới thức ăn ngày càng phức tạp. Các loài trong chuỗi và lưới có quan hệ dinh dưỡng (ăn – bị ăn), không phải quan hệ cạnh tranh. Khi loài ăn thịt kiểm soát số lượng con mồi ở mức nhất định, đó là hiện tượng khống chế sinh học. Một loài ăn được nhiều loài khác có thể khống chế số lượng của nhiều loài. Tuy nhiên, không nên kết luận một loài là duy nhất khống chế một loài khác khi vẫn còn loài khác cùng ăn loài đó. Khi số lượng cá thể của một loài thay đổi, ảnh hưởng sẽ lan truyền qua các mối quan hệ ăn – bị ăn, làm thay đổi số lượng các loài có liên hệ trực tiếp hoặc gián tiếp với nó. Ảnh hưởng gián tiếp có thể không xảy ra chắc chắn, nên chỉ nên nói là có thể tăng hoặc giảm. Khi thả thêm một loài ăn loài đang bùng phát, chuỗi thức ăn có thể được kéo dài thêm một bậc dinh dưỡng. Loài mới này ăn loài thuộc bậc dưới chứ không ăn trực tiếp các chất vô cơ như nitrat hay phôtphat. Chuỗi có bậc dinh dưỡng từ thấp đến cao, ví dụ: sinh vật a (sản xuất) → sinh vật b (cấp 2) → sinh vật c (cấp 3) → sinh vật d (cấp 4). Sinh vật ăn sinh vật sản xuất luôn thuộc bậc dinh dưỡng cấp 2. Các cặp dễ nhầm:

• Chuỗi thức ăn — một dãy mắt xích nối tiếp nhau; lưới thức ăn — nhiều chuỗi đan xen.
• Bậc dinh dưỡng — vị trí của loài trong chuỗi; cấp dinh dưỡng — cách gọi tương đương, cấp = bậc + 1 đối với sinh vật tiêu thụ.
• Quan hệ dinh dưỡng — ăn và bị ăn; quan hệ cạnh tranh — hai loài cùng dùng chung nguồn sống.

Bảo vệ đa dạng sinh học

Đa dạng sinh học được duy trì khi con người giữ được môi trường sống tự nhiên và số lượng loài. Các hoạt động góp phần bảo vệ gồm: xây dựng khu bảo tồn thiên nhiên, bảo vệ các loài có nguy cơ tuyệt chủng, xử lí chất thải công nghiệp trước khi thải ra môi trường. Trồng rừng phòng hộ ven biển giúp giữ đất, chống xói mòn và tạo môi trường sống cho sinh vật, nên có vai trò bảo vệ đa dạng sinh học. Ngược lại, khai thác quá mức nguồn lợi tự nhiên và phá hủy hệ sinh thái làm suy giảm đa dạng sinh học. Các hoạt động điển hình gồm khai thác cạn kiệt thủy sản, khai thác quá mức san hô làm đồ mĩ nghệ, chặt và đốt rừng tự nhiên, và tăng cường khai thác rừng nguyên sinh. Các khái niệm cần nắm:

• Khu bảo tồn thiên nhiên — vùng được pháp luật bảo vệ để giữ nguyên hệ sinh thái và các loài sinh vật.
• Loài có nguy cơ tuyệt chủng — loài có số lượng cá thể giảm mạnh, cần được ưu tiên bảo vệ.

Sinh vật phân giải

Sinh vật phân giải là nhóm sinh vật phân hủy chất hữu cơ có trong xác sinh vật, chất thải và các sản phẩm thải thành các chất vô cơ như \mathrm{CO_2}, \mathrm{H_2O} và muối khoáng, trả lại cho môi trường. Vai trò chủ yếu trong việc chuyển hóa này thuộc về vi khuẩn phân giải. Các chất vô cơ sinh ra từ quá trình phân giải được thực vật hấp thụ để tổng hợp lại chất hữu cơ, nhờ đó vật chất được tuần hoàn trong hệ sinh thái. Nấm hoại sinh là sinh vật phân giải điển hình, sống nhờ phân giải chất hữu cơ có nguồn gốc từ xác sinh vật. Các nhóm dễ nhầm:

• Sinh vật phân giải — phân hủy xác và chất hữu cơ thành chất vô cơ.
• Sinh vật sản xuất — thực vật, tự tổng hợp chất hữu cơ từ chất vô cơ.
• Sinh vật tiêu thụ — động vật ăn thực vật hoặc ăn động vật, lấy chất hữu cơ từ sinh vật khác.

Sinh vật sản xuất

Sinh vật sản xuất là sinh vật tự tổng hợp chất hữu cơ từ chất vô cơ, chủ yếu nhờ quang hợp. Điển hình là thực vật, tảo và vi khuẩn quang tự dưỡng. Sinh vật sản xuất chuyển năng lượng ánh sáng Mặt Trời thành năng lượng hóa học trong chất hữu cơ, nhờ đó đưa năng lượng từ môi trường vô sinh vào quần xã. Vì vậy, đây là nhóm đóng vai trò mở đầu cho các chuỗi thức ăn. Cây ngô, cây lúa và cây rau mác đều là thực vật quang hợp, thuộc nhóm sinh vật sản xuất trong hệ sinh thái đồng ruộng. Động vật như sâu ăn lá lúa không tự tổng hợp chất hữu cơ mà phải lấy từ cây, nên thuộc nhóm sinh vật tiêu thụ, không phải sinh vật sản xuất. Cần ghi nhớ: cây xanh và tảo quang hợp là sản xuất, còn động vật ăn thực vật hay ăn động vật đều là tiêu thụ.

Dòng năng lượng trong hệ sinh thái

Năng lượng đi vào hệ sinh thái từ Mặt Trời qua quang hợp của sinh vật sản xuất. Sau đó, năng lượng được truyền theo một chiều qua các bậc dinh dưỡng, từ sinh vật sản xuất lên sinh vật tiêu thụ bậc cao, rồi cuối cùng thoát ra môi trường dưới dạng nhiệt. Năng lượng không quay trở lại như vật chất. Khác với năng lượng, vật chất được tuần hoàn trong hệ sinh thái qua chu trình dinh dưỡng. Vì vậy không nên nhầm lẫn giữa dòng năng lượng (một chiều) và chu trình vật chất (tuần hoàn). Ở mỗi bậc dinh dưỡng, chỉ khoảng 10% năng lượng nhận từ bậc liền kề phía dưới được tích lũy vào sinh khối của bậc đó. Khoảng 90% còn lại bị tiêu hao qua hô hấp và thải bỏ dưới dạng chất thải. Vì vậy số bậc dinh dưỡng trong chuỗi thường không quá nhiều.

• Hiệu suất sinh thái — tỉ lệ phần trăm sinh khối (hoặc năng lượng) của bậc sau so với bậc trước: H = \frac{B_{n+1}}{B_n}\cdot 100\%.

Trên thực tế, tỉ lệ này có thể lệch khỏi 10% tùy theo số liệu sinh khối đo được ở từng thời điểm và điều kiện môi trường, nên khi tính toán cần dựa trên số liệu cụ thể.

Các khu sinh học trên Trái Đất

Khu sinh học là tập hợp các hệ sinh thái trên cạn có điều kiện khí hậu và quần xã sinh vật đặc trưng, phân bố theo vĩ độ. Mỗi khu sinh học có kiểu thảm thực vật và động vật thích nghi với khí hậu của vùng đó. Rừng mưa nhiệt đới (rừng âm thường xanh nhiệt đới) phân bố ở vùng nhiệt đới, nơi có khí hậu nóng ẩm quanh năm và lượng mưa lớn. Các vùng ôn đới có bốn mùa rõ rệt và nhiệt độ thấp hơn vùng nhiệt đới, còn vùng cận Bắc Cực và Bắc Cực có khí hậu rất lạnh, không phù hợp với rừng mưa nhiệt đới.

• Khu sinh học nhiệt đới — nóng ẩm, đa dạng sinh học cao.
• Khu sinh học ôn đới — bốn mùa rõ, nhiệt độ trung bình.
• Khu sinh học Bắc Cực — rất lạnh, thực vật nghèo nàn.

Phòng chống dịch COVID-19

Dịch viêm đường hô hấp cấp do chủng mới của virut Corona lây chủ yếu qua giọt bắn đường hô hấp và qua tiếp xúc với bề mặt, bàn tay nhiễm virut. Các biện pháp phòng tránh nhằm cắt đường lây này. Các biện pháp chính gồm: đeo khẩu trang đúng cách, rửa tay thường xuyên và đúng cách, hạn chế đưa tay lên mắt, mũi và miệng, và thực hiện khai báo y tế khi có triệu chứng như ho, sốt. Cả bốn biện pháp này đều góp phần ngăn ngừa lây nhiễm.

Nhân tố sinh thái

Nhân tố sinh thái là các yếu tố của môi trường tác động đến đời sống sinh vật, gồm nhân tố vô sinh (ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm, gió, …) và nhân tố hữu sinh (các sinh vật khác tác động lên nhau). Một số loài chim di cư định hướng đường bay dựa vào vị trí của Mặt Trời và các ngôi sao, tức là dựa vào tín hiệu ánh sáng. Nhiệt độ và độ ẩm chủ yếu ảnh hưởng đến sinh trưởng, trao đổi chất và phân bố của sinh vật, không phải tín hiệu để định hướng đường bay. Gió có thể ảnh hưởng đến việc bay nhưng không phải là căn cứ định hướng.