Chất khí Kr
thức ăn thừa, chuyển chúng thành các yếu tố MT
tin. Quan hệ dinh dưỡng giữa các thành phần trên trong HST được thực hiện thơng qua chuỗi thức ăn.Cĩ 2 chuỗi thức ăn: chuỗi thức ăn thực vật và chuỗi thức ăn phân hủy.Tập hợp các chuỗi thức ăn cùng tồn tại trong một HST tạo thành mạng hoặc lưới thức ăn.
HST cĩ khả năng tự duy trì và tự điều chỉnh để giữ nguyên tính ổn định của mình.HST khơng tĩnh, nhưng luơn luơn duy trì tính ổn định . Chúng duy trì và tự điều chỉnh tính ổn định của mình nhờ 3 cơ chế: điều chỉnh tốc độ dịng năng lượng đi qua hệ; điều chỉnh tốc độ chuyển hĩa vật chất ben trong hệ và điều chỉnh bằng tính đa dạng sinh học của hệ. Tốc độ chuyển hĩa vật chất bên trong HST được điều chỉnh bằng tốc độ phân hủy xác động thực vật, tốc độ của vịng tuần hồn sinh địa hĩa. Nhờ các cơ chế trên, các HST tự nhiên duy trì tính ổn định trong suốt một quá trình lâu dài trước các thay đổi của MT và tự nhiên.
3.4. Dịng năng lượng và năng suất sinh học của hệ sinh thái
3.4.1. Dịng năng lượng
Các HST ở cạn tồn tại và phát triển chủ yếu nhờ nguồn năng lượng vơ tận
của mặt trời. Sự biến đổi của năng lượng mặt trời thành hĩa năng trong quá trình quang hợp là điểm khởi đầu của dịng năng lượng trong các HST. Bức xạ mặt trời gồm gần như tồn bộ các bước sĩng ngắn và 98% là các bước sĩng từ 0,15-3,0 m. Khi bức xạ mặt trời tới mặt đất, được mặt đất hấp thụ một phần, cịn một phần bị phản xạ trở lại khí quyển ở dạng bức xạ sĩng ngắn và được định lượng bằng chỉ số Albedo.
3.4.2. Năng suất sinh học của hệ sinh thái
Nguồn năng lượng duy trì các hoạt động bình thường của các HST là năng lượng Mặt trời và năng lượng bên trong lịng Trái đất.Sự phân bố năng lượng Mặt Trời tới Trái đất được trình bày ở sơ đồ hình 3.2.
Theo sơ đồ này chỉ cĩ một phần rất nhỏ _< 1% năng lượng Mặt trời tạo nên nguồn năng lượng cho sự hoạt động của HST.
Phân bố của dịng năng lượng sinh thái trong một bậc của chuỗi thức ăn cĩ dạng hình như sau:
ND - Năng lượng khơng tiêu hĩa P - Năng lượng được tiêu hĩa
E - Năng lượng bị bài tiết G - Năng lượng tăng trưởng
I = ND + R + E + G G/I <_ 10% năng lượng đầu vào
Theo sơ đồ, dịng năng lượng sinh thái theo chuỗi thức ăn ngày càng bé đi do bị phát tán vào MT xung quanh. Sự thu nhỏ của dịng năng lượng sinh thái theo sự phát triển của chuổi thức ăn, tạo nên tháp sinh thái hoặc tháp năng lượng sinh thái. Mơ hình về tháp năng lượng sinh thái cĩ thể lấy theo ví dụ tháp sinh thái của ao, hồ VN của Tác giả Vũ Trung Tạng
Hình 3.3: Tháp sinh thái của ao hồ Việt Nam
Năng suất sinh học của HST là khả năng chuyển hĩa năng lượng Mặt trời hoặc năng lượng chứa trong thức ăn ban đầu thành sinh khối.
3.5. Chu trình tuần hồn sinh địa hĩa
Dịng năng lượng đi qua HST chỉ theo một chiều, khơng hồn nguyên. Ngược lại, vật chất tham gia tạo thành các cơ thể sống luơn vận động, biến đổi trong nhiều chu trình từ các cơ thể sống vào MT vật lý khơng sống và ngược lại. Chu trình này được gọi là chu trình sinh địa hĩa.(xem hình 3.4)
Như vậy, chu trình sinh địa hĩa là chu trình vận động cĩ tính chất tuần hồn của vật chất trong sinh quyển từ mơi trường bên ngồi chuyển vào trong cơ thể sinh vật, rồi từ cơ thể sinh vật lại chuyển trở lại MT.
Hình 3.4: Sơ đồ tổng quát chu trình sinh địa hĩa tự nhiên của Trái đất
Chu trình tuần hồn sinh địa hĩa là vịng tuần hồn khép kín về vật chất và vịng tuần hồn hở về năng lượng, được biểu diễn bằng sơ đồ tổng quát ở hình vẽ trên(hình 3.4)
Chu trình sinh địa hĩa của các nguyên tố hĩa học được chia làm 2 loại: - Chu trình sinh địa hĩa chủ yếu : C,P,N,S, nước.
- Các chu trình cịn lại là chu trình thứ yếu. Chu trình cacbon.
Chu trình cacbon bắt đầu từ phản ứng quang hợp của thực vật, thực hiện dưới tác động của ánh sáng Mặt trời với chất xúc tác là các hạt diệp lục( clorophyll) và kết thúc bằng việc tạo ra các hợp chất hữu cơ theo phản ứng:
Ánh sáng Mặt Trời
CO2 + H2O --- C6H12O6 + O2 + Q Clorophyll
Trong phản ứng quang hợp trên,Q là năng lượng sơ cấp thơ chứa trong sinh khối thực vật, cĩ giá trị bằng 674 kcal/kg, tồn tại dưới dạng năng lượng liên kết H- C-O của cacbuahydro C6H12O6. Cùng với việc tổng hợp C6H12O6, quá trình quang hợp cịn tạo ra oxy cần thiết để duy trì sự sống trên Trái đất.(xem hình 3.5)
Bảng 3.2: Cacbon trong sinh quyển (tỷ tấn)(Bolin et al, 1979)
- - Khí quyển - - Nước đại dương - -Trong trầm tích - - Cơ thể sinh vật - - Nhiên liệu hĩa thạch - + Tổng cacbon hữu cơ
- + Tổng cacbon vơ cơ - - 692 - 35.000 - >10.000.000 - 3.432 (đang sống 529 và chết 2840) - >5.000 - 8.432 - 10.035.692 Chu trình Nitơ
Chu trình Nitơ cĩ vai trị quan trọng trong đời sống của Trái đất, vì N là nguyên tố cấu thành nên các prơtit, axit amin, AND,ARN (xem hình 3.6)
Hình 3.6: Chu trình Nitơ tự nhiên trên Trái Đất
Photpho là thành phần quan trọng của chất nguyên sinh. Hàm lượng photpho trong cơ thể thường lớn so với MT bên ngồi. Trong tự nhiên phtopho chứa nhiều trong các loại đá, đặc biệt là apatit.
Chu trình P thường bắt đầu từ việc khai thác các muối photpho trong thạch quyển dưới dạng photphat (apatit và photphorit), sau khi tham gia vào sự chuyển hĩa trong sinh quyển cuối cùng quay trở về thủy quyển và thạch quyển.
Chu trình nước
Chu trình nước bao gồm việc bốc hơi nước từ các đại dương, tạo ra mưa, các dịng chảy mặt, ngầm và kết thúc ở các đại dương. Chu trình nước cĩ vai trị cực kỳ quan trọng trong đời sống của Trái đất ở các khía cạnh: tạo ra nguồn nước ngọt cho động thực vật và con người, thực hiện sự tái phân bố nhiệt độ bề mặt Trái đất, vận động dịng chuyển dịch của khơng khí và nước trên Trái đất.
3.6. Sự tăng trưởng và tự điều chỉnh của sinh vật
Các quần thể sinh vật luơn biến động về số lượng cá thể
Gọi N là lượng cá thể của quần thể tại thời điểm t
Nn là số lượng cá thể sinh trong khoảng thời gian t Nm là số lượng cá thể chất trong khoảng thời gian t