Giáo án Bài 29. Trao đổi vật chất và chuyển hoá năng lượng trong hệ sinh thái

HS nhận biết dòng năng lượng đi từ sinh vật sản xuất qua các sinh vật tiêu thụ, từ đó xác định nhiệm vụ học tập của bài.

GV mô tả ruộng lúa: cây lúa là sinh vật sản xuất; sâu ăn lá lúa; chim sẻ ăn sâu; diều hâu ăn chim sẻ. HS trả lời: (1) Các sinh vật trên liên hệ với nhau theo quan hệ nào? (2) Năng lượng tích luỹ trong cây lúa có được truyền hết cho sâu không? Vì sao? (3) Năng lượng ở diều hâu đến từ đâu?

• Các loài liên hệ dinh dưỡng theo một dãy: lúa → sâu → chim sẻ → diều hâu, năng lượng và vật chất truyền theo chiều này.
• Không truyền hết: một phần năng lượng bị tiêu hao qua hô hấp và thoát ra dưới dạng nhiệt, chỉ một phần được tích luỹ vào cơ thể sâu.
• Năng lượng ở diều hâu có nguồn gốc từ cây lúa, qua các bậc trung gian.
• Nhiệm vụ học tập: tìm hiểu chuỗi thức ăn, bậc dinh dưỡng, hiệu suất sinh thái và quy luật truyền năng lượng.

HS nêu được khái niệm chuỗi thức ăn, bậc dinh dưỡng và xác định được bậc dinh dưỡng của từng loài trong chuỗi và lưới thức ăn.

HS làm việc nhóm 4 theo kĩ thuật khăn trải bàn với Phiếu học tập số 1. Mỗi HS đọc một trong bốn sinh vật (cỏ, thỏ, cáo, vi khuẩn phân giải) trong sách và ghi vào ô của mình; sau đó cả nhóm thống nhất chuỗi thức ăn và xác định bậc dinh dưỡng. Nhóm trả lời: (1) Chuỗi thức ăn là gì? (2) Bậc dinh dưỡng được xác định theo tiêu chí nào? (3) Trong một lưới thức ăn, một loài có thể thuộc nhiều bậc dinh dưỡng không?

• Chuỗi thức ăn: dãy sinh vật liên hệ dinh dưỡng theo chiều truyền vật chất và năng lượng.
• Bậc dinh dưỡng: vị trí của sinh vật theo nguồn thức ăn trong chuỗi hoặc lưới.
• Ví dụ: cỏ (bậc 1) → thỏ (bậc 2) → cáo (bậc 3); vi khuẩn phân giải tham gia phân huỷ xác sinh vật, góp phần vào dòng năng lượng nhưng không nằm trong dãy ăn – bị ăn theo chiều thẳng như trên.
• Trong lưới thức ăn, một loài có thể thuộc nhiều bậc khác nhau vì nó ăn nhiều nguồn thức ăn khác nhau.
• Kết luận HS ghi vào vở: năng lượng đi một chiều qua các bậc và thoát dần dưới dạng nhiệt, không tuần hoàn như nguyên tố.

HS nêu được khái niệm hiệu suất sinh thái, tính được hiệu suất giữa các bậc dinh dưỡng và giải thích được vì sao tháp năng lượng có dạng giảm dần.

HS làm việc cặp đôi với Phiếu học tập số 2. Số liệu: bậc sản xuất tích luỹ 10000 kJ, bậc 1 (sinh vật tiêu thụ bậc 1) tích luỹ 1000 kJ, bậc 2 tích luỹ 80 kJ, cùng diện tích và thời gian. HS tính hiệu suất giữa bậc 1 và bậc sản xuất, giữa bậc 2 và bậc 1, sau đó so sánh với hiệu suất giữa bậc 2 và bậc sản xuất. HS trả lời: (1) Hiệu suất sinh thái là gì? (2) Có nên coi 10% là hằng số cho mọi hệ sinh thái không? (3) Vì sao phải dùng cùng đơn vị, cùng khoảng thời gian và cùng đại lượng khi tính?

• Khái niệm: hiệu suất sinh thái là tỉ lệ năng lượng tích luỹ ở bậc sau so với bậc trước, tính trong cùng khoảng xét.
• Bậc 1 so bậc sản xuất: $\dfrac{1000}{10000}\times 100\% = 10\%$.
• Bậc 2 so bậc 1: $\dfrac{80}{1000}\times 100\% = 8\%$.
• Bậc 2 so bậc sản xuất: $\dfrac{80}{10000}\times 100\% = 0{,}8\%$, cho thấy không thể gán mọi bậc đều bằng 10%.
• Kết luận: 10% chỉ là quy tắc minh hoạ, không phải hằng số cho mọi hệ; hiệu suất phải tính cùng đơn vị, khoảng thời gian và đại lượng.
• Tháp năng lượng (cùng diện tích và thời gian) có dạng giảm dần từ bậc sản xuất lên các bậc trên.

HS vận dụng khái niệm, công thức và cách phân biệt năng lượng với sinh khối, số cá thể để giải các bài tập trắc nghiệm và tính toán.

HS làm việc cá nhân với bài tập tương tác trên trang bài học NeoEdu, sau đó chữa theo nhóm 4. Các câu hỏi: (1) Chuỗi thức ăn được hiểu đúng như thế nào? A. thứ tự các loài theo số cá thể; B. dãy sinh vật liên hệ dinh dưỡng theo chiều truyền vật chất/năng lượng; C. thứ tự các loài theo kích thước cơ thể. (2) Bậc dinh dưỡng được hiểu đúng như thế nào? A. vị trí cố định theo tuổi cơ thể; B. vị trí chỉ dựa vào tổng sinh khối loài; C. vị trí theo nguồn thức ăn trong chuỗi/lưới. (3) Năng lượng mất thành nhiệt sẽ tuần hoàn về sinh vật sản xuất như một nguyên tố. Đúng hay sai? (4) Hai bậc cùng diện tích và thời gian tích luỹ 4000 kJ và 400 kJ. Hiệu suất là? A. 0,1%; B. 1000%; C. 10%. (5) Bậc trước 2000 kJ, bậc sau 150 kJ. Hiệu suất phần trăm bằng bao nhiêu? (6) Từ sơ đồ dòng năng lượng có số liệu cây 10000 kJ, sâu nhận 800 kJ, hiệu suất cây → sâu bằng bao nhiêu %? (7) Vì sao tháp sinh khối có thể đảo nhưng tháp năng lượng vẫn có dạng giảm dần?

• Câu 1: Đáp án B. Chuỗi thức ăn là dãy sinh vật liên hệ dinh dưỡng theo chiều truyền vật chất và năng lượng.
• Câu 2: Đáp án C. Bậc dinh dưỡng là vị trí theo nguồn thức ăn trong chuỗi hoặc lưới.
• Câu 3: Sai. Năng lượng thoát dần dưới dạng nhiệt, hệ cần đầu vào năng lượng mới; vật chất mới có chu trình tuần hoàn.
• Câu 4: Đáp án C. $\dfrac{400}{4000}\times 100\% = 10\%$; không đảo tử và mẫu số.
• Câu 5: $\dfrac{150}{2000}\times 100\% = 7{,}5\%$.
• Câu 6: $\dfrac{800}{10000}\times 100\% = 8\%$.
• Câu 7: Tảo có sinh khối tức thời nhỏ nhưng tái tạo nhanh, cung cấp sản lượng lớn trong thời gian ngắn, nên tháp sinh khối có thể đảo; động vật có sinh khối tồn lâu hơn. Năng lượng tích luỹ theo cùng thời gian vẫn giảm dần vì bị hô hấp tiêu hao và không được đồng hoá hết.

HS vận dụng hiệu suất sinh thái để giải thích cơ sở khoa học của việc rút ngắn chuỗi thức ăn và giảm thất thoát năng lượng trong sản xuất và đời sống.

GV nêu tình huống: một gia đình nuôi cá trong ao và trồng rau, có hai phương án: (A) dùng thức ăn từ cây trồng cho cá, rồi dùng cá làm thức ăn cho đàn vịt; (B) dùng cây trồng trực tiếp làm thức ăn cho người và vịt. HS thảo luận nhóm 4 và trả lời: (1) Phương án nào có chuỗi thức ăn ngắn hơn, vì sao? (2) Dựa vào hiệu suất khoảng 10% để ước lượng, phương án nào tận dụng được nhiều năng lượng hơn? (3) Hãy đề xuất một việc làm cụ thể ở gia đình hoặc địa phương để giảm thất thoát năng lượng trong thức ăn.

• Phương án B có chuỗi thức ăn ngắn hơn, ít bậc trung gian hơn nên ít thất thoát năng lượng qua hô hấp và tỏa nhiệt.
• Ước lượng minh hoạ: nếu hiệu suất khoảng 10% cho mỗi bậc thì nguồn năng lượng qua hai bậc chỉ còn khoảng 1% so với cây trồng, nên phương án B tận dụng được nhiều năng lượng hơn. Kết quả chỉ mang tính minh hoạ, không phải số liệu cố định.
• Đề xuất ví dụ: chế biến và ăn hết thức ăn đã nấu, không lãng phí thức ăn, ưu tiên thực phẩm thực vật trong khẩu phần ăn hằng ngày (đây là mức đề xuất ở tầm học sinh, không mở rộng sang kiến thức ngoài bài).