Bài học

Bài tập sinh thái học và hệ sinh thái

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em tính được năng lượng truyền qua nhiều bậc dinh dưỡng của một lưới thức ăn hội tụ (một loài nhận năng lượng từ nhiều chuỗi khác nhau), đọc được một đường tăng trưởng quần thể để xác định giai đoạn tăng nhanh nhất, và phân loại đúng mối quan hệ giữa các loài trong quần xã — nối lại nội dung ba khoá Sinh thái học cá thể-quần thể-quần xã và Hệ sinh thái-sinh quyển vào cùng dạng câu hỏi đề thi hay dùng: cho một lưới thức ăn hoặc một bảng số liệu, rồi hỏi nhiều ý liên tiếp trên cùng dữ kiện đó.

Nhắc lại công thức và khái niệm

Hiệu suất sinh thái: năng lượng ở một bậc dinh dưỡng chỉ còn khoảng $10\%$ so với bậc liền trước — đây là một mức TRUNG BÌNH, không phải hằng số tuyệt đối đúng ở mọi cặp bậc dinh dưỡng, nhưng đủ dùng để ước lượng khi đề không cho số liệu thực nghiệm chi tiết hơn. Khi một loài nhận năng lượng từ NHIỀU chuỗi thức ăn hội tụ về nó, sản lượng của loài đó bằng TỔNG năng lượng nhận được qua từng đường, tính riêng rồi cộng lại — không phải chỉ tính theo một đường duy nhất.

**Hiệu suất sinh thái**: năng lượng ở một bậc dinh dưỡng chỉ còn khoảng $10\%$ so với bậc liền trước — đây là một mức TRUNG BÌNH, không phải hằng số tuyệt đối đúng ở mọi cặp bậc dinh dưỡng, nhưng đủ dùng để ước lượng khi đề không cho số liệu thực nghiệm chi tiết hơn. Khi một loài nhận năng lượng từ NHIỀU chuỗi thức ăn hội tụ về nó, sản lượng của loài đó bằng TỔNG năng lượng nhận được qua từng đường, tính riêng rồi cộng lại — không phải chỉ tính theo một đường duy nhất.

Tăng trưởng quần thể: đường tăng trưởng theo tiềm năng sinh học (không giới hạn, dạng chữ J) chỉ xảy ra khi nguồn sống dồi dào; tăng trưởng thực tế bị giới hạn bởi sức chứa môi trường $K$ , cho đường cong chữ S — tốc độ tăng chậm dần khi quần thể tiến gần $K$ , và tốc độ tăng tuyệt đối (số cá thể thêm mỗi năm) đạt cực đại khi quần thể ở khoảng giữa, gần $K/2$ .

**Tăng trưởng quần thể**: đường tăng trưởng theo tiềm năng sinh học (không giới hạn, dạng chữ J) chỉ xảy ra khi nguồn sống dồi dào; tăng trưởng thực tế bị giới hạn bởi sức chứa môi trường $K$, cho đường cong chữ S — tốc độ tăng chậm dần khi quần thể tiến gần $K$, và tốc độ tăng tuyệt đối (số cá thể thêm mỗi năm) đạt cực đại khi quần thể ở khoảng giữa, gần $K/2$.

Bảy kiểu quan hệ giữa các loài trong quần xã, chia hai nhóm: hỗ trợ (cộng sinh — cả hai loài đều có lợi và phụ thuộc chặt vào nhau; hợp tác — cả hai có lợi nhưng không bắt buộc; hội sinh — một loài có lợi, loài kia không lợi không hại) và đối kháng (cạnh tranh — cả hai cùng cần một nguồn sống, cả hai đều bị hại phần nào; kí sinh — một loài sống bám và lấy chất dinh dưỡng từ loài kia; ức chế – cảm nhiễm — một loài tiết chất gây hại cho loài khác mà không thu lợi trực tiếp; sinh vật này ăn sinh vật khác — quan hệ vật ăn thịt/con mồi hoặc vật chủ/vật kí sinh lớn).

**Bảy kiểu quan hệ giữa các loài** trong quần xã, chia hai nhóm: hỗ trợ (cộng sinh — cả hai loài đều có lợi và phụ thuộc chặt vào nhau; hợp tác — cả hai có lợi nhưng không bắt buộc; hội sinh — một loài có lợi, loài kia không lợi không hại) và đối kháng (cạnh tranh — cả hai cùng cần một nguồn sống, cả hai đều bị hại phần nào; kí sinh — một loài sống bám và lấy chất dinh dưỡng từ loài kia; ức chế – cảm nhiễm — một loài tiết chất gây hại cho loài khác mà không thu lợi trực tiếp; sinh vật này ăn sinh vật khác — quan hệ vật ăn thịt/con mồi hoặc vật chủ/vật kí sinh lớn).

Mỗi bậc chỉ còn khoảng một phần mười bậc liền trước — đây là lý do một lưới thức ăn hiếm khi có quá bốn, năm bậc dinh dưỡng trong tự nhiên.

Bài tập mẫu — lưới thức ăn hội tụ và đọc đường tăng trưởng

Ví dụ

Tính sản lượng của một loài nhận năng lượng từ hai chuỗi thức ăn

1
Một lưới thức ăn đồng cỏ gồm hai chuỗi: Cỏ $\to$ Châu chấu $\to$ Ếch $\to$ Rắn, và Cỏ $\to$ Chuột $\to$ Rắn. Sản lượng của cỏ là $500\,000$ kcal/m²/năm. Hiệu suất sinh thái trung bình giữa các bậc dinh dưỡng liên tiếp trong hệ sinh thái này là $10\%$ . Tính sản lượng của rắn, biết rắn nhận năng lượng từ cả hai chuỗi thức ăn trên.
Một lưới thức ăn đồng cỏ gồm hai chuỗi: Cỏ $\to$ Châu chấu $\to$ Ếch $\to$ Rắn, và Cỏ $\to$ Chuột $\to$ Rắn. Sản lượng của cỏ là $500\,000$ kcal/m²/năm. Hiệu suất sinh thái trung bình giữa các bậc dinh dưỡng liên tiếp trong hệ sinh thái này là $10\%$. Tính sản lượng của rắn, biết rắn nhận năng lượng từ cả hai chuỗi thức ăn trên.
2
Cỏ $\to$ Châu chấu $\to$ Ếch $\to$ Rắn, qua ba bậc chuyển hoá liên tiếp: $500\,000\times 0{,}1\times 0{,}1\times 0{,}1=500$ kcal/m²/năm.
Cỏ $\to$ Châu chấu $\to$ Ếch $\to$ Rắn, qua ba bậc chuyển hoá liên tiếp: $500\,000\times 0{,}1\times 0{,}1\times 0{,}1=500$ kcal/m²/năm.
3
Cỏ $\to$ Chuột $\to$ Rắn, qua hai bậc chuyển hoá liên tiếp: $500\,000\times 0{,}1\times 0{,}1=5000$ kcal/m²/năm.
Cỏ $\to$ Chuột $\to$ Rắn, qua hai bậc chuyển hoá liên tiếp: $500\,000\times 0{,}1\times 0{,}1=5000$ kcal/m²/năm.
4
Vì rắn ăn cả ếch lẫn chuột — hai nguồn thức ăn độc lập — sản lượng của rắn bằng TỔNG năng lượng nhận được qua cả hai đường: $500+5000=5500$ kcal/m²/năm.
Vì rắn ăn cả ếch lẫn chuột — hai nguồn thức ăn độc lập — sản lượng của rắn bằng TỔNG năng lượng nhận được qua cả hai đường: $500+5000=5500$ kcal/m²/năm.
5
Vậy sản lượng của rắn trong hệ sinh thái này là $5500$ kcal/m²/năm — chủ yếu đến từ đường qua chuột (chiếm $5000/5500\approx 91\%$ ), vì đường này ngắn hơn (ít bậc chuyển hoá hơn) nên thất thoát năng lượng ít hơn đường qua châu chấu và ếch.
Vậy sản lượng của rắn trong hệ sinh thái này là $5500$ kcal/m²/năm — chủ yếu đến từ đường qua chuột (chiếm $5000/5500\approx 91\%$), vì đường này ngắn hơn (ít bậc chuyển hoá hơn) nên thất thoát năng lượng ít hơn đường qua châu chấu và ếch.

Ví dụ

Đọc một đường tăng trưởng quần thể để xác định giai đoạn tăng nhanh nhất

1
Một quần thể cá được thả nuôi trong hồ có sức chứa môi trường ước tính $K=10\,000$ con. Số lượng cá thể quan sát qua các năm: Năm 1: 500 con; Năm 2: 1200 con; Năm 3: 2800 con; Năm 4: 6500 con; Năm 5: 9200 con; Năm 6: 9800 con. Quần thể này tăng trưởng theo kiểu nào, và giai đoạn nào có số cá thể tăng thêm nhiều nhất?
Một quần thể cá được thả nuôi trong hồ có sức chứa môi trường ước tính $K=10\,000$ con. Số lượng cá thể quan sát qua các năm: Năm 1: 500 con; Năm 2: 1200 con; Năm 3: 2800 con; Năm 4: 6500 con; Năm 5: 9200 con; Năm 6: 9800 con. Quần thể này tăng trưởng theo kiểu nào, và giai đoạn nào có số cá thể tăng thêm nhiều nhất?
2
Năm 1 $\to$ 2: $1200-500=700$ . Năm 2 $\to$ 3: $2800-1200=1600$ . Năm 3 $\to$ 4: $6500-2800=3700$ . Năm 4 $\to$ 5: $9200-6500=2700$ . Năm 5 $\to$ 6: $9800-9200=600$ .
Năm 1$\to$2: $1200-500=700$. Năm 2$\to$3: $2800-1200=1600$. Năm 3$\to$4: $6500-2800=3700$. Năm 4$\to$5: $9200-6500=2700$. Năm 5$\to$6: $9800-9200=600$.
3
Số cá thể tăng thêm mỗi năm tăng dần rồi giảm dần (700, 1600, 3700, rồi 2700, 600) — không tăng đều mãi như đường tiềm năng sinh học chữ J, mà chậm lại rõ rệt khi quần thể tiến gần $K=10\,000$ . Đây là đường tăng trưởng thực tế dạng chữ S, bị giới hạn bởi sức chứa môi trường.
Số cá thể tăng thêm mỗi năm tăng dần rồi giảm dần (700, 1600, 3700, rồi 2700, 600) — không tăng đều mãi như đường tiềm năng sinh học chữ J, mà chậm lại rõ rệt khi quần thể tiến gần $K=10\,000$. Đây là đường tăng trưởng thực tế dạng chữ S, bị giới hạn bởi sức chứa môi trường.
4
Mức tăng lớn nhất là $3700$ con, xảy ra ở giai đoạn Năm 3 sang Năm 4 — đúng lúc quần thể đi qua khoảng $N\approx 5000$ , xấp xỉ $K/2=5000$ , khớp với lý thuyết tăng trưởng chữ S: tốc độ tăng tuyệt đối đạt cực đại khi quần thể ở khoảng giữa sức chứa môi trường.
Mức tăng lớn nhất là $3700$ con, xảy ra ở giai đoạn Năm 3 sang Năm 4 — đúng lúc quần thể đi qua khoảng $N\approx 5000$, xấp xỉ $K/2=5000$, khớp với lý thuyết tăng trưởng chữ S: tốc độ tăng tuyệt đối đạt cực đại khi quần thể ở khoảng giữa sức chứa môi trường.
5
Vậy quần thể tăng trưởng theo đường chữ S (tăng trưởng thực tế, bị giới hạn bởi $K$ ), và giai đoạn tăng nhanh nhất là từ Năm 3 sang Năm 4, khi quần thể ở gần $K/2$ .
Vậy quần thể tăng trưởng theo đường chữ S (tăng trưởng thực tế, bị giới hạn bởi $K$), và giai đoạn tăng nhanh nhất là từ Năm 3 sang Năm 4, khi quần thể ở gần $K/2$.

Đường cong bẻ cong rõ nhất quanh năm 3-4, đúng nơi quần thể đi qua khoảng một nửa sức chứa môi trường

K

— nơi tốc độ tăng tuyệt đối lớn nhất theo mô hình tăng trưởng chữ S.Đường cong bẻ cong rõ nhất quanh năm 3-4, đúng nơi quần thể đi qua khoảng một nửa sức chứa môi trường $K$ — nơi tốc độ tăng tuyệt đối lớn nhất theo mô hình tăng trưởng chữ S.

Sai lầm thường gặp

Hiệu suất sinh thái $10\%$ là một con số TRUNG BÌNH để ước lượng, không phải một định luật vật lý đúng tuyệt đối cho mọi hệ sinh thái hay mọi cặp bậc dinh dưỡng — thực tế nó dao động khá rộng tuỳ hệ sinh thái và tuỳ loài. Khi đề cho hẳn số liệu thực nghiệm (ví dụ sản lượng đo được ở hai bậc liên tiếp), dùng đúng số liệu đó để tính hiệu suất riêng, đừng mặc định luôn là $10\%$ nếu đề đã cho dữ kiện khác.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Tóm tắt

Bài này khép lại phần Sinh thái học của chương trình: một lưới thức ăn hội tụ chỉ cần cộng năng lượng từng đường lại, một đường tăng trưởng chỉ cần đọc mức tăng thêm mỗi giai đoạn để nhận ra dạng chữ J hay chữ S, và bảy kiểu quan hệ giữa các loài chỉ cần hỏi đúng một câu: bên nào có lợi, bên nào không, hai loài có cùng cần một nguồn sống hay không.

Một mẹo đọc nhanh bảy kiểu quan hệ: nếu cả hai loài cùng có lợi, hỏi tiếp chúng có PHỤ THUỘC CHẶT vào nhau hay không (phụ thuộc chặt là cộng sinh, không bắt buộc là hợp tác); nếu chỉ một bên có lợi, hỏi bên kia có bị hại hay không (không hại là hội sinh, có hại và sống bám là kí sinh); nếu không bên nào có lợi trực tiếp nhưng có bên bị hại, đó là ức chế – cảm nhiễm; nếu cả hai đều bị ảnh hưởng bất lợi vì tranh giành, đó là cạnh tranh.

Bài cuối cùng của khoá học chuyển sang luyện đề tổng hợp đúng cấu trúc đề thi thật, cùng chiến lược làm bài và ba bẫy hay gặp nhất khi trộn nhiều chủ đề vào một câu hỏi.