1. Kiến thức trọng tâm
Trong hệ sinh thái, vật chất và năng lượng vận động theo hai cách khác nhau: năng lượng truyền theo một chiều và giảm dần, vật chất tuần hoàn theo các chu trình.
Dòng năng lượng trong hệ sinh thái:
- Năng lượng mặt trời được sinh vật sản xuất chuyển hoá thành năng lượng hoá học qua quang hợp.
- Năng lượng truyền từ sinh vật sản xuất qua các bậc dinh dưỡng: tiêu thụ cấp 1, cấp 2, cấp 3. Ở mỗi bậc, phần lớn năng lượng bị tiêu hao cho hô hấp, bài tiết, rơi rụng; chỉ khoảng 10% được chuyển lên bậc dinh dưỡng cao hơn. Đây là hiệu suất sinh thái.
- Do đó, chuỗi thức ăn thường chỉ có 4–5 mắt xích, và sinh khối giảm dần theo bậc dinh dưỡng, tạo thành tháp sinh thái.
Tuần hoàn vật chất:
- Carbon: thực vật hấp thụ để quang hợp; carbon trở lại môi trường qua hô hấp, phân giải xác sinh vật, đốt cháy nhiên liệu hoá thạch.
- Nitrogen: vi khuẩn cố định nitrogen chuyển trong không khí thành dạng cây hấp thụ được; nitrogen đi qua chuỗi thức ăn rồi trở lại đất nhờ vi khuẩn phân giải và vi khuẩn phản nitrate hoá.
- Nước: bốc hơi, ngưng tụ, mưa, thấm vào đất, được sinh vật hấp thụ rồi trả lại qua thoát hơi nước và hô hấp.
2. Ví dụ minh họa
Đồng cỏ có 10 000 kg cỏ khô. Theo quy tắc 10%, lượng sinh khối ở bậc tiêu thụ cấp 1 (trâu, bò) khoảng 1 000 kg, ở bậc tiêu thụ cấp 2 (hổ, sư tử) khoảng 100 kg. Điều này giải thích vì sao động vật ăn thịt lớn luôn ít hơn nhiều so với động vật ăn cỏ.
3. Ghi nhớ
Năng lượng truyền một chiều và giảm dần, chỉ khoảng 10% chuyển lên bậc dinh dưỡng cao hơn. Vật chất tuần hoàn qua các chu trình carbon, nitrogen, nước.