Dòng năng lượng trong hệ sinh thái và hiệu suất sinh thái

I. DÒNG NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ SINH THÁI

Năng lượng chủ yếu cung cấp cho trái đất là ánh sáng mặt trời. Các hệ sinh thái được nuôi sống bằng nguồn năng lượng vô tận của mặt trời.

Tuy vậy, khi năng lượng đi vào hệ sinh thái, thực vật cũng chỉ đồng hóa được một lượng rất nhỏ, trung bình từ 0,2 đến 0,5% để tạo nên sản lượng sơ cấp thô (PG), còn phần lớn bị phản xạ trở lại, hoặc biến đổi thành nhiệt để hâm nóng môi trường xung quanh, hoặc để thực vật thoát hơi nước 

Năng lượng được truyền từ bậc dinh dưỡng thấp lên 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%.

Năng lượng được truyền một chiều từ sinh vật sản xuất qua các bậc dinh dưỡng tới môi trường.

Do năng lượng mất mát quá lớn nên xích thức ăn trong các hệ sinh thái không thể kéo dài, thường 4 – 5 bậc đối với các hệ sinh thái trên cạn và 6 – 7 bậc đối với các hệ sinh thái ở nước, cũng vì vậy tháp năng lượng bao giờ cũng có hình tháp chuẩn, nghĩa là năng lượng của con mồi bao giờ cũng thỏa mãn 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

II. HIỆU SUẤT SINH THÁI

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 %) 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 về hiệu suất sinh thái, ví dụ, C4/C3, C3/PN,…

Hiệu suất sinh thái luôn nhỏ hơn 100% (chỉ khoảng 10%)

Hiệu suất quang hợp: 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 con người sử dụng từ một loài so với loài có mắc xích phía trước.

Năng lượng toàn phần: 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 % năng lượng của một loài trong chuỗi chuyển sang bậc dinh dưỡng kế tiếp. Nói khác đi năng lượng thực tế của một bậc dinh dưỡng cũng là năng lượng toàn phần của bậc dinh dưỡng kế tiếp.

              Q toàn phần = Q SV thực + Q mất đi do hô hấp, bài tiết.

Cách tính hiệu suất sinh thái (HSST):

Ví dụ:

Biết năng lượng mặt trời chiếu xuống một hệ sinh thái là 9.10⁹ kcal. Năng lượng của sinh vật sản xuất là 45 × 10⁸ kcal. Năng lượng sinh vật tiêu thụ bậc 1 là 45.10⁷ kcal, của sinh vật tiêu thụ bậc 2 là 9.10⁷ kcal. Biết hiệu suất sinh thái của sinh vật tiêu thụ bậc 3 là 10%. Xác định:

1) Hiệu suất quang hợp của sinh vật sản xuất.

2) Hiệu suất sinh thái của sinh vật tiêu thụ bậc 1, bậc 2.

3) Năng lượng bị mất đi do hô hấp và bài tiết, khi chuyển hóa từ sinh vật tiêu thụ bậc 2 sang bậc 3.

Gợi ý trả lời:

1) Hiệu suất quang hợp: $\frac{{45 \times {{10}^8}}}{{9 \times {{10}^9}}} \times 100\%  = 50\% $

2) Hiệu suất sinh thái của sinh vật tiêu thụ bậc 1:  $\frac{{45 \times {{10}^7}}}{{45 \times {{10}^8}}} \times 100\%  = 10\% $

    Hiệu suất sinh thái của sinh vật tiêu thụ bậc 2: $\frac{{9 \times {{10}^7}}}{{45 \times {{10}^7}}} \times 100\%  = 20\% $

3) Năng lượng bị tiêu hao do bài tiết, hô hấp: ${9.10^7} \times (100\%  - 20\% ) = {81.10^6}Kcalo$