Giáo án Bài 31. Sinh quyển, khu sinh học và chu trình sinh – địa – hoá

Huy động hiểu biết sẵn có của HS về nơi có sự sống trên Trái Đất và dẫn dắt HS vào khái niệm sinh quyển.

GV đặt câu hỏi: "Sự sống có mặt ở những đâu trên Trái Đất? Có phải chỉ có trên mặt đất có cây không? Vì sao chúng ta nói sự sống được "bao bọc" trong một lớp nhất định?" HS trả lời cá nhân, sau đó ghi lại bằng 1 câu ngắn vào vở.

Kết luận ban đầu của HS: sự sống có mặt ở đất liền, trong nước (biển, sông, hồ) và trong khí quyển gần mặt đất, tức là không chỉ giới hạn ở khu vực có cây. Từ đó HS nhận ra cần một khái niệm bao quát toàn bộ phần Trái Đất có sự sống, dẫn đến khái niệm sinh quyển.

Nêu được khái niệm sinh quyển và khu sinh học; giải thích được khu sinh học gắn với khí hậu và quần xã đặc trưng, ranh giới giữa các khu không cố định.

HS hoạt động theo nhóm 4 người, làm việc với SGK và Phiếu học tập số 1 (phần A và B). Nhiệm vụ: (1) Phát biểu khái niệm sinh quyển và khu sinh học theo cách của mình. (2) Nêu hai ví dụ khu sinh học trên cạn và giải thích vì sao khu trên cạn được xác định theo nhiệt độ và độ ẩm. (3) Nêu điều kiện riêng của khu sinh học biển và nước ngọt. (4) Giải thích vì sao ranh giới khu sinh học không phải vạch bất biến. Dùng kĩ thuật "Khăn trải bàn": mỗi HS ghi ý kiến riêng vào ô của mình, sau đó thống nhất ý chung vào ô giữa.

Khái niệm đúng: sinh quyển là phần Trái Đất có sự sống cùng các hệ sinh thái; khu sinh học là hệ sinh thái quy mô lớn gắn khí hậu và quần xã đặc trưng. Khu trên cạn được phân chia chủ yếu theo nhiệt độ và độ ẩm (ví dụ: rừng mưa nhiệt đới nóng ẩm, sa mạc khô nóng). Biển và nước ngọt gắn với điều kiện riêng như độ mặn, ánh sáng, dòng chảy, chất dinh dưỡng. Ranh giới khu sinh học không phải vạch bất biến vì khí hậu và quần xã thay đổi dần theo không gian và thời gian, các khu có thể chuyển tiếp với nhau.

Mô tả được đường đi của carbon, nitrogen và nước; phân biệt vai trò của sinh vật và kho vô sinh; giải thích được vì sao không phải mọi cây dùng trực tiếp $\mathrm{N_2}$ trong khí quyển.

Chia lớp thành 3 nhóm chuyên sâu theo kĩ thuật Mảnh ghép: nhóm A tìm hiểu chu trình carbon, nhóm B chu trình nitrogen, nhóm C chu trình nước. Mỗi nhóm hoàn thành Phiếu học tập số 2 (phần tương ứng) và vẽ sơ đồ trên giấy A3. Yêu cầu chung: nêu các quá trình chính, xác định sinh vật tham gia, xác định kho vô sinh (khí quyển, đất, trầm tích, nước). Sau đó HS ghép lại thành nhóm mới gồm mỗi chuyên gia một nhóm để chia sẻ.

Chu trình carbon: $\mathrm{CO_2}$ được thực vật quang hợp cố định thành chất hữu cơ; sinh vật hô hấp và phân giải xác chết, chất thải trả $\mathrm{CO_2}$ về khí quyển; đốt cháy nhiên liệu hóa thạch đưa carbon về khí quyển; một phần carbon được lưu trong kho trầm tích. Chu trình nitrogen: vi sinh vật cố định $\mathrm{N_2}$ thành dạng sinh học được; vi sinh vật nitrate hóa biến đổi tiếp; cây đồng hóa nitrate hoặc ammonium; vi sinh vật phản nitrate hóa trả một phần $\mathrm{N_2}$ về khí quyển tùy điều kiện. Chu trình nước: bốc hơi, thoát hơi, ngưng tụ, mưa, dòng chảy và thấm. Kết luận: không phải mọi cây dùng trực tiếp $\mathrm{N_2}$ không khí; cây chủ yếu hấp thu dạng nitrate và ammonium do vi sinh vật cố định và chuyển hóa.

Vận dụng được khái niệm và chu trình để giải bài tập trắc nghiệm, ghép khái niệm, đúng–sai và tính toán; nêu được cách lập luận.

HS làm việc cặp đôi, hoàn thành các câu sau. Câu 1: Sinh quyển được hiểu đúng như thế nào? A. chỉ lớp khí quyển sinh vật hít thở; B. phần Trái Đất có sự sống cùng các hệ sinh thái; C. chỉ phần đất có cây, không có biển. Câu 2: Khu sinh học được hiểu đúng như thế nào? A. mỗi ô mẫu nhỏ dùng thống kê sinh vật; B. một quần thể cùng loài trong một địa phương; C. hệ sinh thái quy mô lớn gắn khí hậu và quần xã đặc trưng. Câu 3: Ghép thuật ngữ với nội dung: Sinh quyển, Khu sinh học, Chu trình sinh–địa–hóa với các nội dung tương ứng. Câu 4: Đúng hay sai: "Mọi cây xanh trực tiếp dùng $\mathrm{N_2}$ không khí làm nguồn nitrogen như nhau." Câu 5: Carbon từ cây trở lại khí quyển trực tiếp qua quá trình nào? A. Chỉ hấp thu nitrate; B. Hô hấp tạo $\mathrm{CO_2}$; C. Chỉ cố định $\mathrm{CO_2}$ trong quang hợp. Câu 6: Kho mô hình nhận 120 đơn vị C, mất 90 trong cùng thời gian. Tăng ròng bao nhiêu đơn vị C?

Đáp án: Câu 1: B (phần Trái Đất có sự sống cùng các hệ sinh thái). Câu 2: C (hệ sinh thái quy mô lớn gắn khí hậu và quần xã đặc trưng). Câu 3: Sinh quyển – phần Trái Đất có sự sống cùng các hệ sinh thái; Khu sinh học – hệ sinh thái quy mô lớn gắn khí hậu và quần xã đặc trưng; Chu trình sinh–địa–hóa – vận chuyển nguyên tố qua sinh vật và các kho vô sinh. Câu 4: Sai (phần lớn cây hấp thu nitrate/ammonium; $\mathrm{N_2}$ cần được vi sinh vật phù hợp cố định). Câu 5: B (hô hấp oxy hóa chất hữu cơ thải $\mathrm{CO_2}$; quang hợp là dòng cố định carbon theo chiều ngược lại). Câu 6: $120-90=30$ đơn vị C; đây là lượng tăng ròng trong kho, không phải tạo mới nguyên tố.

Vận dụng chu trình nitrogen và chu trình carbon để giải thích hiện tượng thực tế; biết nêu giới hạn kết luận và cách kiểm tra bằng dữ liệu.

Tình huống: Một hộ dân bón dư đạm cho ruộng ở phía trên, nước mưa chảy xuống ao nuôi cá phía dưới và sau vài tuần nước ao có màu xanh đậm, cá có dấu hiệu yếu. HS làm việc nhóm 4 hoàn thành Phiếu học tập số 2 (phần Vận dụng) và trả lời: (1) Vì sao bón dư nitrogen có thể ảnh hưởng đến ao phía dưới? (2) Quá trình nào làm tiêu thụ oxy trong ao? (3) Nêu hai dữ liệu cần thu thập để kiểm tra xem tảo tăng có phải do nguồn bón phân hay không. Bài này có thể giao tiếp về nhà để HS tìm thêm ví dụ về tác động của con người đến chu trình carbon.

Đáp án mẫu: (1) Dòng chảy mang đạm xuống ao làm tăng dinh dưỡng, tảo và thực vật quang hợp phát triển mạnh; khi tảo chết và bị phân giải, vi sinh vật tiêu thụ nhiều $\mathrm{O_2}$, có thể gây phú dưỡng và hại hệ sinh thái ao. (2) Quá trình phân giải xác tảo và hô hấp của sinh vật tiêu thụ $\mathrm{O_2}$ trong nước. (3) Dữ liệu cần thu: nồng độ nitrate/ammonium trong nước ao theo thời gian, và mật độ tảo hoặc lượng $\mathrm{O_2}$ hòa tan; cần so sánh với ao đối chứng không chịu ảnh hưởng dòng chảy. Kết luận cần thận trọng: không suy ra mọi tảo tăng đều do cùng một nguồn. Ý thức: con người làm thay đổi dòng và kho các chất nhưng không phá bảo toàn nguyên tố; nên bón phân đúng liều để giảm rủi ro.