- Chọn lọc tự nhiờn của mụi trường tạo ra điều kiện cho sự phỏt triển chiếm ưu thế của cỏ
3.5.Dũng năng lượng và năng suất sinh học của hệ sinh thỏi
Cỏc HST ở cạn tồn tại và phỏt triển chủ yếu nhờ nguồn năng lượng vụ tận của Mặt Trời. Sự biến đổi của năng lượng Mặt Trời thành hoỏ năng trong quỏ trỡnh quang hợp là điểm khởi đầu của dũng năng lượng trong cỏc HST. Bức xạ Mặt Trời gồm gần như toàn bộ cỏc bước súng ngắn và 98% là cỏc bước súng từ 0,15 - 3,0 àm (1àm = 10-6cm). Dải súng này bao gồm một phần của phổ nhỡn thấy được (0,4 - 0,7 àm) và trờn thực tế, độ phỏt xạ Mặt Trời cực đại vào khoảng 0,5 àm. Một mặt khỏc, bề mặt Trỏi Đất hoạt động như một nguồn chiếm ưu thế của năng lượng súng dài và đa số bức
xạ được phỏt xạ trong dóy từ 4,0 - 5,0 àm. Khi bức xạ Mặt Trời tới Mặt Đất, được Mặt Đất hấp thụ một phần cũn một phần bị phản xạ trở lại khớ quyển ở dạng bức xạ súng ngắn và được định lượng bằng chỉ số Albedo. Chỉ số này được tớnh bằng % phần bức xạ được phản xạ vào khớ quyển so với tổng bức xạ tới mặt Đất.
Bảng 9: Sự phỏt tỏn năng lượng bức xạ Mặt Trời (%) trong sinh quyển (Hunbert, 1971)
Cỏc dạng biến đổi %
Phản xạ trở lại 30,0
Biến đổi trực tiếp thành nhiệt 46,0
Làm bốc hơi nước và mưa 23,0
Tạo giú, súng, dũng 0,2
Quang hợp của thực vật 0,8
Số lượng và cường độ chiếu sỏng thay đổi theo ngày và đờm, theo mựa cũng như mụi trường là cỏc chựm bức xạ phải vượt qua. Khi năng lượng Mặt Trời xõm nhập vào HST, nú biến đổi từ dạng nguyờn khai sang dạng hoỏ năng nhờ quỏ trỡnh quang hợp của sinh vật sản xuất, rồi từ hoỏ năng sang cơ năng và nhiệt năng trong trao đổi chất ở tế bào của cỏc nhúm sinh vật tiờu thụ, phự hợp với cỏc quy luật về nhiệt động học. Những biến đổi xảy ra liờn tiếp như thế là chỡa khoỏ của chiến lược năng lượng của cơ thể cũng như của hệ sinh thỏi (Vũ Trung Tạng, 2000).
* Dũng năng lượng đi qua hệ sinh thỏi (HST).
Cú thể núi, thực vật là sinh vật duy nhất cú khả năng "đỏnh cắp lửa Mặt Trời" để làm nờn những kỳ tớch trờn Trỏi Đất: Nguồn thức ăn ban đầu và dưỡng khớ (O2). Đõy là những điều kiện tối cần thiết cho sự ra đời và phỏt triển hưng thịnh của mọi sự sống, trong đú cú con người. Tuy nhiờn, khi đi qua HST năng lượng Mặt Trời phải qua một trong ba quỏ trỡnh: Nú cú thể đi qua HST bởi chuỗi thức ăn; nú cú thể tớch luỹ trong HST dưới dạng năng lượng hoỏ học, trong nguyờn liệu động vật và thực vật; Nú cú thể đi khỏi HST ở dạng nhiệt hoặc sản phẩm thu hoạch, sản phẩm nguyờn liệu.
Bức xạ Dũng
năng lượng Năng lượng
Hoỏ học Mặt Trời Sinh vật sản xuất Nhiệt năng Sinh vật tiờu thụ, phõn huỷ Nhiệt năng Cơ năng
Một vấn đề đặt ra là năng lượng Mặt Trời sẽ như thế nào khi đi qua HST. Nhiều nghiờn cứu đó khẳng định rằng năng lượng sẽ giảm dần từ bậc dinh dưỡng này đến bậc dinh dưỡng kế tiếp. Điều đú xảy ra do 2 nguyờn nhõn: Năng lượng mất đi giữa cỏc bậc dinh dưỡng và năng lượng mất đi trong mỗi bậc dinh dưỡng.
Thực vật trừ một số rất ớt cỏc cõy được gieo trồng trong điều kiện tối ưu cú thể chuyển hoỏ bức xạ Mặt Trời thành dạng hoỏ năng đạt 5 - 7 %, cũn tuyệt đại bộ phận cỏc HST núi chung và HST nụng nghiệp núi riờng chỉ cú thể chuyển hoỏ được 1% năng lượng Mặt Trời. Ước tớnh cụ thể hiệu quả trung bỡnh của sản xuất Thế giới trờn quy mụ lớn chỉ đạt 0,5% mà trong số này mất 0,25% sử dụng cho quỏ trỡnh chuyển hoỏ và tăng trưởng, cộng với sự thoỏi hoỏ nhiệt. Phần hữu hiệu cho sản xuất chỉ cũn 0,025%. (Hỡnh 15) minh hoạ cỏc mức năng lượng qua một HST mà bức xạ Mặt Trời chuyển đổi thành hoỏ năng ở cõy xanh, tớnh trong trường hợp bỡnh quõn 0,5%.
Hỡnh 14. Dũng năng lượng đi qua hệ sinh thỏi theo kcal/m2/ngày
Qua hỡnh 14 cho thấy, từ 14.400 kcal bức xạ Mặt Trời cung cấp cho HST, qua cỏc phõn đoạn của chuỗi thức ăn, cuối cựng đến động vật ăn thịt chỉ cũn tớch luỹ được 0,15 kcal (xấp xỉ 0,0001 năng lượng bức xạ ban đầu). Như vậy, khỏc với vật chất, năng lượng được biến đổi và chuyển vận theo dũng qua chuỗi thức ăn rồi thoỏt ra khỏi hệ dưới dạng nhiệt. Do vậy, năng lượng chỉ được sử dụng một lần trong khi vật chất lại được sử dụng lặp đi lặp lại.
* Năng suất sinh học của hệ sinh thỏi
Năng suất sinh học của hệ sinh thỏi là khả năng chuyển húa năng lượng mặt trời hoặc năng lượng chứa trong thức ăn ban đầu thành sinh khối. Năng suất sinh học gồm năng suất sơ cấp thụ và năng suất sơ cấp tinh.
Năng suất sơ cấp thụ là năng lượng MT được thực vật quang hợp chuyển húa thành cỏc chất hữu cơ chứa trong cơ thể và năng lượng để duy trỡ cuộc sống.
Năng suất sơ cấp tinh là năng lượng mặt trời đó được thực vật tổng hợp và chứa trong cỏc chất hữu cơ.