Sinh thái học trong bồi dưỡng học sinh giỏi và tốt nghiệp THPT

MỤC LỤC

Quần thể và quá trình hình thành quần thể 1. Khái niệm

Quá trình hình thành quần thể

- Những cá thể không thích nghi được với điều kiện sống mới của môi trường sẽ bị tiêu diệt hoặc phải di cư đi nơi khác. - Giữa các cá thể cùng loài gắn bó chặt chẽ với nhau thông qua các mối quan hệ sinh thái dần dần hình thành quần thể ổn định, thích nghi với điều kiện ngoại cảnh.

Các mối quan hệ giữa các cá thể trong quần thể 1. Quan hệ hỗ trợ

Khi điều kiện dinh dưỡng được cải thiện, cá sớm khôi phục lại kích thước quần thể của mình. Kí sinh cùng loài hay ăn đồng loài là những trường hợp đặc biệt, ít gặp, song không dẫn đến sự tiêu diệt loài mà ngược lại, duy trì sự tồn tại của loài và làm cho loài phát triển hưng thịnh.

Những đặc trưng cơ bản của quần thể

    Khi kích thước quần thể vượt quá mức tối đa sẽ có những bất lợi sau: Quan hệ hỗ trợ giữa những cá thể trong quần thể giảm, quan hệ cạnh tranh tăng; Khả năng truyền dịch bệnh tăng → sự phát sinh các ổ dịch dẫn đến chết hàng loạt; Mức ô nhiễm môi trường cao và mất cân bằng sinh học. Khi kích thước quần thể giảm xuống dưới mức tối thiểu sẽ có những bất lợi sau: Quan hệ hỗ trợ giữa những cá thể trong quần thể giảm: tự vệ, kiếm ăn..; Mức sinh sản giảm: khả năng bắt cặp giữa đực và cái thấp, số lượng cá thể sinh ra ít, đặc biệt dễ xảy ra giao phối gần.

    Hình 2.1: Các dạng tháp tuổi  A- Quần thể trẻ; B- Quần thể ổn định;
    Hình 2.1: Các dạng tháp tuổi A- Quần thể trẻ; B- Quần thể ổn định;

    Biến động số lượng cá thể

    Sự tăng trưởng số lượng cá thể theo hàm logic (tiềm năng thực tế)

    - Quần thể có số lượng cá thể mới tăng thêm cao nhất khi quần thể có kích thước trung bình, khi đó không chỉ quần thể sinh sản có kích thước đáng kể mà môi trường còn rất nhiều khoảng trống và có nhiều nguồn sống. Ngược lại, chọn lọc nhằm duy trì các đặc điểm lịch sử đời sống giúp tối đa hóa sự thành đạt sinh sản trong môi trường không quá đông đúc (mật độ cá thể thấp) được gọi là chọn lọc không phụ thuộc mật độ - chọn lọc r .(đẻ nhiều nhưng ít chăm sóc).

    Quần xã và các đặc trưng cơ bản của quần xã 1. Khái niệm

    Các đặc trưng cơ bản của quần xã

    + Loài đặc trưng của quần xã là loài thuộc một trong hai trường hợp sau: Loài chỉ có quần xã này mà không có ở quần xã khác (trong trường hợp này còn được gọi là loài đặc hữu, ví dụ cá cóc Tam Đảo là loài đặc trưng của quần xã vùng núi Tam Đảo, cây tràm là loài đặc trưng của quần xã rừng tràm U Minh); hoặc là loài có số lượng nhiều hơn hẳn và có vai trò quan trọng so với các loài khác trong quần xã (trong trường hợp này chúng có thể là loài ưu thế). Độ đa dạng của một quần xã – mức độ đa dạng về loại sinh vật khác nhau cấu tạo nên quần xã – bao gồm 2 thành phần: Độ giàu loài (số lượng các loài khác nhau trong quần xã) và độ phong phú tương đối của mỗi loài (tỷ lệ cá thể của mỗi loài trên tổng số các cá thể có trong quần xã.

    Hai mô hình phổ biến của tổ chức quần xã và ý nghĩa thực tiễn 1. Mô hình từ dưới lên

    Mô hình từ trên xuống

    Vật ăn thịt là sinh vật chủ yếu khống chế tổ chức quần xã, trong đó vật ăn thịt hạn chế động vật ăn cỏ, động vật ăn cỏ hạn chế thực vật, sự hấp thu chất dinh dưỡng từ đất của thực vật ảnh hưởng đến hàm lượng của chúng ở trong đất. Các nhà sinh thái học áp dụng mô hình từ trên xuống để cải tạo chất lượng nước của các hồ bị ô nhiễm → kiểm soát sinh học: thay đổi mật độ của SV tiêu thụ ở bậc dinh dưỡng cao để điều chỉnh bậc dinh dưỡng thấp hơn.

    Sự biến động của quần xã sinh vật 1. Diễn thế sinh thái

    Nguyên nhân của diễn thế sinh thái

    Hoạt động mạnh mẽ của nhóm loài ưu thế sẽ làm thay đổi điều kiện sống, từ đó tạo cơ hội cho nhóm loài khác có khả năng cạnh tranh cao hơn trở thành loài ưu thế mới. Sự thay đổi môi trường vật lí, nhất là thay đổi khí hậu, thường gây nên những biến đổi sâu sắc về cấu trúc của quần xã.

    Tầm quan trọng của việc nghiên cứu diễn thế

    Trong số các loài sinh vật, nhóm loài ưu thế đóng vai trò quan trọng nhất trong diễn thế. Trên vùng bị huỷ diệt của tự nhiên, quần xã sinh vật mới dần dần được hình thành và phát triển.

    Hệ sinh thái 1. Khái niệm

      - Hệ sinh thái trên cạn: đặc trưng bởi các thảm thực vật do chúng chiếm sinh khối lớn và có ảnh hưởng lớn tới điều kiện khí hậu địa phương, ví dụ như hệ sinh thái rừng thông, hệ sinh thái thảm cỏ, hệ sinh thái rừng mưa nhiệt đới… Hệ sinh thái rừng mà đặc biệt là hệ sinh thái rừng mưa nhiệt đới có vai trò rất quan trọng đối với các hệ sinh thái khác trên Trái Đất. Để duy trì hệ sinh thái và đạt hiệu quả sử dụng cao, con người bổ sung thêm vào hệ sinh thái nhân tạo một nguồn vật chất và năng lượng, đồng thời thực hiện các biện phấp cải tạo hệ sinh thái: tưới nước, bón phân, nhổ cỏ, tỉa thưa, loại bỏ các loài tảo độc và cá dữ….

      Hình 2.4: Lưới thức ăn trong HST nước ngọt
      Hình 2.4: Lưới thức ăn trong HST nước ngọt

      Tháp sinh thái

      - Sản lượng sinh vật thứ cấp là lượng chất sống tích lũy ở mỗi bậc dinh dưỡng của sinh vật tiêu thụ, trong một khoảng thời gian nhất định và trên một đơn vị diện tích của hệ sinh thái. Trong phạm vi toàn sinh quyển, các nhà khoa học đã tính được rằng, cứ chuyển từ bậc dinh dưỡng thấp sang bậc dinh dưỡng liền kề thì năng lượng bị mất đi 90%, tức là chỉ tích tụ ở bậc sau khoảng 10%.

      Chu trình sinh địa hóa

        + Cacbon trở lại môi trường vô cơ: dưới dạng CO2, được tạo ra trong các quá trình như hô hấp của sinh vật, quá trình phân giải chất hữu cơ của sinh vật phân giải, các hoạt động: đun nấu, công nghiệp, giao thông vận tải, qua các đại địa chất, núi lửa…. + Giai đoạn hình thành đạm trong tự nhiên: Sinh vật phân giải (vi khuẩn, nấm…) phân giải xác sinh vật thành các hợp chất đạm; Một số vi khuẩn sống trong môi trường, cộng sinh trong rễ cây họ đậu, vi khuẩn lam cộng sinh trong lá bèo dâu…cố định nitơ tự do thành các dạng đạm; Các tia lửa điện (sấm, chớp) cố định nitơ trong không khí thành đạm; Bón phân.

        Hình 2.6: Chu trình nitơ trong tự nhiên
        Hình 2.6: Chu trình nitơ trong tự nhiên

        Các hoạt động bảo vệ môi trường và phục hồi hệ sinh thái của con người Bên cạnh những việc làm hằng ngày của mỗi cá nhân như thu gom và phân loại rác

        + Trồng và bảo vệ rừng góp phần hạn chế dòng chảy bề mặt giúp nước ngấm xuống các mạch nước ngầm nhiều hơn, đồng thời hạn chế nhiều tác hại như lũ quét, xói mòn đất. + Phân giải và lắng đọng: Photpho phân giải từ xác sinh vật cùng với một lượng lớn hòa tan trong nước lắng đọng xuống đất, nhất là trong các trầm tích biển.

        Thực trạng của vấn đề

        Nội dung Sinh thái học trong đề thi HSG và TN THPT

        + Phong hóa quặng photpho: Quặng photpho bị phong hóa chuyển thành dạng photphat hòa tan (PO43-), nhờ đó thực vật hấp thu được. + Trao đổi photpho trong quần xã sinh vật: Photpho từ cơ thể thực vật được trao đổi trong quần xã thông qua chuỗi và lưới thức ăn.

        Khó khăn của học sinh khi trả lời các câu hỏi liên quan đến vi khuẩn

        Sinh thái học nếu HS không được giảng dạy và ôn tập hiệu quả sẽ gây khó khăn cho HS khi làm bài thi.

        Sau khi tham khảo các đề thi và đáp án chi tiết các câu hỏi VD và VDC liên quan đến nội dung Sinh thái, bạn thấy thế nào?

        Biện pháp tiến hành giải quyết vấn đề

        • Luyện tập hiệu quả câu hỏi

          Ở giai đoạn quần xã đỉnh cực (cuối diễn thế), sự phát triển cực đại của thảm thực vật phía trên cùng với tỉ lệ các cây thân gỗ kích thước lớn, tuổi thọ cao tăng dần làm lượng lớn nitrogen tồn tại dưới dạng các chất hữu cơ trong thảm thực vật  Giảm nhẹ lượng nitrogen có trong đất ở cuối diễn thế nguyên sinh. Khi hàm lượng chất dinh dưỡng trong môi trường thấp, thì tỉ lệ rễ/chồi cao (tăng sinh trưởng rễ để có thể khai thác được nguồn dinh dưỡng ít ỏi trong đất); Khi hàm lượng chất dinh dưỡng trong môi trường cao, thì tỉ lệ rễ/chồi ở mức trung bình (sinh trưởng rễ và chồi cân bằng nhau); Khi môi trường càng giàu dinh dưỡng thì tỉ lệ rễ/chồi có xu hương giảm đi.

          Sai. Khối lượng cơ thể của các loài thú ăn cỏ kích thước lớn có thể gấp gần 100000 lần so với khối lượng cơ thể của các loài thú ăn cỏ có kích thước nhỏ

          Đúng, thời điểm tính sinh khối của tháp A là mùa đông, vì thời điểm mùa đông là thời điểm các nhân tố sinh thái không thuận lợi cho sinh trưởng của sinh vật, cường độ ánh sáng yếu dẫn đến nhiệt độ môi trường nước thấp, khả năng sinh trưởng của thực vật phù du chậm nên sinh khối ít. Đúng, thời điểm tính sinh khối của tháp B là mùa xuân (hoặc mùa hè) (thời điểm các nhân tố sinh thái thuận lợi cho sinh trưởng của sinh vật), cường độ ánh sáng tăng dẫn đến nhiệt độ môi trường nước tăng lên thuận lợi cho quá trình quang hợp nên sinh khối của thực vật phù du tăng cao hơn hẳn so với mùa đông do đó tháp sinh thái có dạng đáy rộng.

          Câu 16: Hình bên thể hiện một lưới thức ăn điển hình bao gồm các loài: sinh vật sản
          Câu 16: Hình bên thể hiện một lưới thức ăn điển hình bao gồm các loài: sinh vật sản

          Để bảo tồn một loài sinh vật cú nguy cơ tuyệt chủng, ta cần phải hiểu rừ về cơ chế sinh thái có thể dẫn đến sự biến mất hoàn toàn của loài đó. Tổng cộng 1012 loài chim có

          • Trong bồi dưỡng học sinh giỏi, giáo viên trao đổi kiến thức lý thuyết với học sinh, sau đó cùng phân tích các câu hỏi, liên hệ với kiến thức lý thuyết đã học, giúp học sinh nâng

            Ví dụ đề thi cũ ra các dạng biểu đồ, đồ thị thì giáo viên có thể từ đó ước chừng số liệu ra các bảng, cho học sinh vẽ lại đồ thị; Đề thi cho các hình ảnh giáo viên có thể miêu tả lại hình ảnh; Đề thi cho các thí nghiệm hoặc các công trình nghiên cứu khoa học, giáo viên có thể dẫn dắt bằng lý thuyết và yêu cầu các em lên ý tưởng về thiết kế thí nghiệm hoặc đặt ra các giả thiết khoa học… Giáo viên nên đổi mới hình thức ra đề để tăng tính hứng thú cho học sinh khi làm đề thay vì phải rập khuôn nhớ quá nhiều kiến thức lý thuyết và phải ngồi chép lại trong bài thi. Với việc sử dụng tài liệu này vào bồi dưỡng học sinh giỏi: đội tuyển học sinh giỏi trường THPT chuyên Nguyễn Chí Thanh và đội tuyển HSG tỉnh Đăk Nông tham gia thi chọn học sinh giỏi Quốc gia (năm 2018-2023), đội tuyển học sinh giỏi trường THPT chuyên Lê Quý Đôn (Bà Rịa – Vũng Tàu) thi chọn học sinh giỏi Quốc gia (2022- 2023), chúng tôi nhận thấy đó mang lại hiệu quả rừ rệt.