Chuyên đề Sinh thái: quần thể, quần xã, hệ sinh thái và bài tập có đáp án

Sáng hôm ấy, cả lớp tôi lội bùn ở rừng ngập mặn Cần Giờ lúc thủy triều xuống.
Thầy giáo phát cho mỗi nhóm một khung gỗ một mét vuông, đặt xuống bãi bùn rồi bảo: "Đếm đi — có bao nhiêu con cua, bao nhiêu con cáy, bao nhiêu cây đước con trong ô này?"
Nhóm tôi đếm được 7 con cua, 3 cây đước con và vô số dấu chân chim.
Ô bên cạnh, nhóm bạn đếm được 11 con cua nhưng không có cây đước con nào.
Thầy chỉ cười: "Hai ô đất cách nhau có mười bước chân, vì sao số cua lại khác nhau? Vì sao chỗ này có đước con, chỗ kia không?"
Câu trả lời nằm ở cả một chuyên đề: sinh thái học.
Một con cua không sống một mình — nó sống trong một quần thể cua, quần thể ấy sống cùng quần thể cá, quần thể đước trong một quần xã, và tất cả cùng chia sẻ nước, bùn, ánh sáng, thức ăn trong một hệ sinh thái.
Bài viết này sẽ đi từ ô vuông một mét ấy ra tới cả hành tinh: từ quần thể, quần xã, hệ sinh thái, tới chu trình vật chất, diễn thế và đa dạng sinh học.
Đọc xong, bạn không chỉ thuộc định nghĩa mà còn tính được quần thể tăng bao nhiêu con mỗi ngày, năng lượng đi qua chuỗi thức ăn còn lại bao nhiêu, và tránh được những cái bẫy mà đề thi rất thích giăng.

1. Quần thể — khi một loài sống chung một chỗ

Quần thể là tập hợp các cá thể cùng loài, cùng sống trong một khoảng không gian và thời gian xác định, có khả năng giao phối với nhau để sinh ra thế hệ sau.
Đàn cua trong bãi bùn Cần Giờ là một quần thể; rừng đước ở đó là một quần thể khác.
Muốn mô tả một quần thể, người ta dùng ba con số: kích thước, mật độ và tỉ lệ giới tính.
Kích thước quần thể (N) là tổng số cá thể của quần thể tại một thời điểm.
Mật độ là số cá thể trên một đơn vị diện tích hay thể tích: mật độ = N : diện tích.
Ví dụ: 500 cây đước trên 2 ha thì mật độ là 500 : 2 = 250 cây/ha.
Tỉ lệ giới tính là tỉ lệ giữa số cá thể đực và số cá thể cái — con số này quyết định quần thể sinh sản nhanh hay chậm.

Kích thước quần thể không đứng yên — nó thay đổi theo bốn quá trình: sinh sản làm tăng, tử vong làm giảm, nhập cư làm tăng, xuất cư làm giảm.
Công thức nhớ: ΔN = (số sinh ra + số nhập cư) − (số chết đi + số xuất cư).
Nếu ΔN dương, quần thể tăng; nếu ΔN âm, quần thể giảm; nếu ΔN bằng 0, quần thể ổn định.
Khi môi trường còn rộng rãi, thức ăn dồi dào, quần thể tăng trưởng theo hàm mũ: số cá thể nhân đôi sau những khoảng thời gian bằng nhau.
Vi khuẩn là ví dụ kinh điển: một vi khuẩn cứ 20 phút lại phân đôi một lần, nên sau 2 giờ, từ 100 vi khuẩn ban đầu sẽ có 100 × 2⁶ = 6.400 tế bào.
Cách tính số tế bào con sau mỗi lần phân bào có trong bài công thức tính số tế bào con sau nguyên phân — một tế bào sinh dưỡng qua 5 lần nguyên phân cho 2⁵ = 32 tế bào con.
Nhưng tăng trưởng hàm mũ không kéo dài mãi.
Khi quần thể đông lên, thức ăn cạn dần, nơi ở chật chội, dịch bệnh xuất hiện — tốc độ tăng trưởng chậm lại rồi dừng ở một mức gọi là sức chứa của môi trường (K).
Đó là tăng trưởng logistic, mô tả bằng công thức dN/dt = rN(1 − N/K), trong đó r là tốc độ tăng trưởng riêng, N là kích thước hiện tại, K là sức chứa.
Khi N còn nhỏ so với K, quần thể tăng nhanh; khi N tiến gần tới K, tốc độ tăng tiến về 0 và quần thể dao động quanh K.
Ví dụ: quần thể có r = 0,1/ngày, N = 200, K = 1.000 thì tốc độ tăng trưởng là 0,1 × 200 × (1 − 200 : 1.000) = 20 × 0,8 = 16 cá thể/ngày.

Các cá thể trong quần thể không đứng đều như quân cờ — chúng phân bố theo ba dạng.
Phân bố theo nhóm là phổ biến nhất: cá sống thành đàn, cây đước mọc thành cụm nơi đất tốt, chim làm tổ thành bầy — vì sống gần nhau giúp chống kẻ thù và tìm bạn tình dễ hơn.
Phân bố đều gặp ở những loài cạnh tranh gay gắt về lãnh thổ: chim cánh cụt làm tổ cách nhau đều đặn, cây thông trong rừng trồng thẳng hàng.
Phân bố ngẫu nhiên là hiếm nhất: các cá thể xuất hiện ở đâu cũng được, không theo quy luật — thường gặp ở cây trong rừng mưa nhiệt đới, nơi hạt rơi đâu mọc đó.
Ngoài ra, kích thước quần thể còn biến động theo mùa và theo chu kì: quần thể muỗi tăng vọt vào mùa mưa, quần thể thỏ và linh miêu dao động ngược pha nhau theo chu kì vài năm — thỏ nhiều thì linh miêu nhiều, linh miêu nhiều thì thỏ giảm, rồi linh miêu lại giảm theo.

2. Quần xã — sáu kiểu "sống chung" của các loài

Quần xã là tập hợp nhiều quần thể khác loài cùng sống trong một không gian và thời gian, có mối quan hệ gắn bó với nhau.
Rừng ngập mặn Cần Giờ là một quần xã: đước, cua, cá, chim, vi khuẩn cùng sống trong đó.
Các loài trong quần xã quan hệ với nhau theo sáu kiểu chính — học thuộc bảng dưới đây là bạn đã nắm nửa chương:

Dấu "+" nghĩa là có lợi, "−" nghĩa là có hại, "0" nghĩa là không lợi không hại.
Cạnh tranh xảy ra khi hai loài cùng cần một nguồn sống có hạn: thức ăn, nơi ở, ánh sáng.
Nguyên lí loại trừ cạnh tranh của Gause nói rằng hai loài có ổ sinh thái giống hệt nhau không thể cùng tồn tại ổn định — loài yếu hơn sẽ bị loại bỏ hoặc phải đổi sang ổ sinh thái khác.
Đó là lý do hai loài chim cùng ăn một loại hạt trên một hòn đảo thường ăn hạt có kích thước khác nhau.
Vật ăn thịt – con mồi là mối quan hệ "kẻ ăn – kẻ bị ăn": vật ăn thịt được lợi, con mồi bị hại.
Số lượng hai quần thể dao động ngược pha nhau: con mồi tăng trước, vật ăn thịt tăng sau; con mồi giảm, vật ăn thịt giảm theo.
Kí sinh giống vật ăn thịt ở chỗ một bên lợi một bên hại, nhưng khác ở chỗ vật kí sinh sống bám trên hoặc trong cơ thể vật chủ, hút chất dinh dưỡng mà thường không giết chết vật chủ ngay.
Cộng sinh là quan hệ hai bên cùng có lợi và bắt buộc phải có nhau: tảo quang hợp tạo chất hữu cơ, nấm hút nước và muối khoáng — tách nhau ra, cả hai đều chết.
Vi khuẩn Rhizobium trong nốt sần rễ cây họ Đậu cố định nitơ từ không khí cho cây, cây cung cấp chất hữu cơ cho vi khuẩn — nhờ đó mà đất trồng đậu ngày càng tốt lên.
Hội sinh thì nhẹ nhàng hơn: cá ép bám vào cá mập để đi nhờ và ăn thức ăn thừa, cá mập chẳng được gì cũng chẳng mất gì.
Ức chế – cảm nhiễm là kiểu một loài vô tình gây hại cho loài khác: cây bạch đàn, cây thông tiết ra chất hóa học làm hạt cây khác không nảy mầm được quanh gốc mình.

3. Hệ sinh thái — ai ăn ai, năng lượng đi đâu

Hệ sinh thái gồm quần xã sinh vật và sinh cảnh của nó — tức là môi trường vô sinh xung quanh.
Một ao cá, một cánh rừng, một bãi bùn ngập mặn đều là những hệ sinh thái.
Hệ sinh thái có hai thành phần: vô sinh (ánh sáng, nhiệt độ, nước, đất, không khí) và hữu sinh (sinh vật sản xuất, sinh vật tiêu thụ, sinh vật phân giải).
Sinh vật sản xuất là cây xanh, tảo — chúng quang hợp, biến năng lượng ánh sáng thành chất hữu cơ.
Sinh vật tiêu thụ là động vật ăn thực vật (bậc 1), động vật ăn động vật (bậc 2, bậc 3...).
Sinh vật phân giải là vi khuẩn, nấm — chúng phân hủy xác chết thành chất vô cơ, trả lại cho đất và nước.
Không có sinh vật phân giải, Trái Đất sẽ ngập trong xác chết và chất dinh dưỡng không bao giờ quay về được.

Chuỗi thức ăn là dãy các loài liên hệ với nhau bằng quan hệ "ăn – bị ăn": cỏ → châu chấu → ếch → rắn → diều hâu.
Mỗi mắt xích là một bậc dinh dưỡng: cỏ ở bậc 1, châu chấu bậc 2, ếch bậc 3, rắn bậc 4.
Trong tự nhiên, một loài thường ăn nhiều loài khác và bị nhiều loài khác ăn, nên các chuỗi thức ăn đan chéo nhau thành lưới thức ăn.
Lưới thức ăn càng phức tạp, hệ sinh thái càng ổn định — mất một loài, các loài khác vẫn còn đường ăn khác.
Năng lượng đi qua chuỗi thức ăn theo một chiều, từ ánh sáng mặt trời vào cây xanh, rồi qua các bậc dinh dưỡng, cuối cùng thất thoát ra môi trường dưới dạng nhiệt.
Ở mỗi bậc, chỉ khoảng 10% năng lượng được chuyển lên bậc tiếp theo — phần còn lại mất đi qua hô hấp, bài tiết và xác chết.
Ví dụ: cỏ tích lũy 10.000 kcal/m²/năm thì châu chấu chỉ nhận được khoảng 1.000 kcal, ếch nhận 100 kcal, rắn nhận 10 kcal.
Chính vì vậy mà chuỗi thức ăn hiếm khi dài quá 5–6 bậc: càng lên cao, năng lượng càng ít, không đủ nuôi thêm bậc nữa.

Tháp sinh thái là hình vẽ thể hiện số lượng, sinh khối hoặc năng lượng của các bậc dinh dưỡng.
Tháp số lượng đếm số cá thể: một cây cổ thụ nuôi hàng nghìn con sâu, số sâu lại nuôi hàng trăm con chim — tháp này có thể bị đảo ngược.
Tháp sinh khối cân khối lượng: ở hệ sinh thái trên cạn, sinh khối giảm dần từ dưới lên trên; nhưng ở hệ sinh thái nước, tảo có sinh khối nhỏ nhưng sinh sản rất nhanh nên tháp có thể bị đảo ngược.
Tháp năng lượng thì không bao giờ đảo ngược: năng lượng luôn giảm dần qua các bậc dinh dưỡng vì mỗi bậc chỉ giữ lại khoảng 10%.
Muốn kiểm tra nhanh các phép chia tỉ lệ năng lượng như 10.000 × 10% × 10%, bạn có thể dùng máy tính Casio online để đối chiếu với kết quả tính tay của mình.

4. Chu trình vật chất — không có gì mất đi, chỉ đổi chỗ

Năng lượng đi một chiều, nhưng vật chất thì đi vòng tròn.
Các nguyên tố như cacbon, nitơ, nước liên tục di chuyển từ môi trường vô sinh vào cơ thể sinh vật, qua các bậc dinh dưỡng, rồi trở lại môi trường — đó là chu trình sinh – địa – hóa.

Chu trình cacbon bắt đầu khi cây xanh quang hợp, lấy khí CO₂ từ không khí để tạo chất hữu cơ.
Chất hữu cơ đi qua chuỗi thức ăn, rồi trở lại khí quyển dưới dạng CO₂ nhờ hô hấp của sinh vật và hoạt động phân giải của vi khuẩn, nấm.
Một phần cacbon bị chôn vùi hàng triệu năm thành than đá, dầu mỏ — khi con người đốt chúng, CO₂ lại được giải phóng ồ ạt.
Đó là nguyên nhân chính làm tăng CO₂ trong khí quyển và gây hiệu ứng nhà kính, làm Trái Đất nóng lên.

Chu trình nitơ phức tạp hơn vì nitơ trong không khí (N₂) chiếm tới 78% thể tích khí quyển nhưng thực vật không dùng trực tiếp được.
Vi khuẩn cố định nitơ — như Rhizobium trong nốt sần rễ cây họ Đậu hay vi khuẩn lam — biến N₂ thành NH₃, rồi thành muối amôn.
Vi khuẩn nitrat hóa biến muối amôn thành nitrit rồi nitrat (NO₃⁻) để cây hấp thụ.
Khi sinh vật chết đi, vi khuẩn amôn hóa biến chất hữu cơ thành amôn.
Cuối cùng, vi khuẩn phản nitrat hóa biến nitrat trở lại thành N₂, trả nitơ về khí quyển — khép kín vòng tuần hoàn.
Con người làm phân đạm, đốt nhiên liệu cũng đưa thêm nitơ vào chu trình, gây thừa nitơ, làm phú dưỡng ao hồ: tảo nở hoa, cá chết hàng loạt.

Chu trình nước là vòng tuần hoàn của nước: nước bay hơi từ biển, hồ, đất và thoát hơi qua lá cây, ngưng tụ thành mây, mưa xuống đất, một phần chảy ra sông biển, một phần thấm xuống thành nước ngầm.
Rừng đóng vai trò điều hòa chu trình này: tán cây giữ nước mưa, rễ cây giữ đất, hơi nước từ lá làm mát không khí.
Chặt rừng bừa bãi làm nước mưa chảy tràn, gây lũ lụt mùa mưa và hạn hán mùa khô.

5. Diễn thế sinh thái — quần xã cũng có "tuổi thơ" và "tuổi già"

Diễn thế sinh thái là quá trình thay đổi dần thành phần loài của quần xã theo thời gian, tương ứng với sự biến đổi của môi trường.
Nói đơn giản: quần xã cũng lớn lên, thay đổi và già đi như một con người.
Có hai loại diễn thế, phân biệt bằng điểm khởi đầu.
Diễn thế nguyên sinh bắt đầu từ nơi chưa từng có sinh vật: đá trơ sau núi lửa phun, bãi cát mới bồi, hồ nước mới hình thành.
Những sinh vật đầu tiên đến đây gọi là quần xã tiên phong — thường là địa y, tảo, rêu, vì chúng không đòi hỏi nhiều về đất, sống được trên đá trơ.
Địa y chết đi tạo thành lớp mùn mỏng, rêu mọc lên, rồi cây thân thảo, cây bụi, cuối cùng là cây gỗ — đất ngày càng dày, quần xã ngày càng đa dạng.
Diễn thế thứ sinh bắt đầu từ nơi đã từng có quần xã nhưng bị phá hủy một phần: rừng bị cháy, đồng ruộng bỏ hoang, ao hồ bị lấp.
Vì đất và hạt giống, rễ cây vẫn còn trong đất nên diễn thế thứ sinh diễn ra nhanh hơn nhiều so với diễn thế nguyên sinh.
Một khu rừng bị cháy có thể tự tái sinh trong vài chục năm, trong khi diễn thế nguyên sinh trên đá trơ cần hàng trăm năm mới thành rừng.
Cả hai loại diễn thế đều kết thúc ở quần xã đỉnh cực — quần xã ổn định, cân bằng với môi trường, đa dạng loài cao nhất.
Nguyên nhân gây diễn thế có hai nhóm: nguyên nhân bên ngoài (núi lửa, cháy rừng, lũ lụt, hoạt động của con người) và nguyên nhân bên trong — chính là mối quan hệ cạnh tranh giữa các loài trong quần xã.
Nguyên nhân bên trong mới là cơ chế chính khiến các loài thay thế nhau một cách tuần tự, theo quy luật: loài đến trước làm thay đổi môi trường, tạo điều kiện cho loài đến sau thay thế mình.

6. Đa dạng sinh học — kho báu đang vơi dần

Đa dạng sinh học là sự phong phú của sinh giới, gồm ba cấp độ.
Đa dạng gen là sự khác nhau về gen trong cùng một loài: càng nhiều alen, quần thể càng có khả năng thích nghi khi môi trường thay đổi.
Một cơ thể có kiểu gen dị hợp 3 cặp gen AaBbDd tạo ra 2³ = 8 loại giao tử — càng nhiều loại giao tử, đời con càng đa dạng.
Cách tính số loại giao tử có trong bài công thức tính số loại giao tử.
Đa dạng gen còn thể hiện ở cấp độ phân tử: một gen có tổng số nuclêôtit N = 3.000, trong đó A = 600 thì G = (3.000 − 2 × 600) : 2 = 900, số liên kết hiđrô H = 2 × 600 + 3 × 900 = 3.900.
Cách tính chi tiết có trong bài công thức tính số nuclêôtit của gen.
Đa dạng loài là số lượng loài trong một khu vực: rừng mưa nhiệt đới có hàng nghìn loài trên một hecta, sa mạc chỉ có vài chục loài.
Đa dạng hệ sinh thái là sự phong phú của các hệ sinh thái: rừng, biển, sông, hồ, đầm lầy, đồng cỏ — mỗi hệ sinh thái là một "ngôi nhà" khác nhau của sinh giới.
Đa dạng sinh học đang suy giảm nhanh vì bốn nguyên nhân chính: mất nơi sống do chặt rừng, khai thác quá mức, ô nhiễm môi trường và biến đổi khí hậu.
Mỗi năm, hàng nghìn loài biến mất trước khi con người kịp đặt tên cho chúng.
Bảo vệ đa dạng sinh học là bảo vệ chính con người: rừng cho gỗ, thuốc, nước sạch; biển cho cá; hệ sinh thái điều hòa khí hậu và làm sạch không khí.
Việt Nam đã lập vườn quốc gia Cúc Phương từ năm 1962 — vườn quốc gia đầu tiên của cả nước — và đến nay cả nước có hơn 30 vườn quốc gia cùng nhiều khu dự trữ thiên nhiên, khu dự trữ sinh quyển được UNESCO công nhận.
Biện pháp bảo vệ gồm: bảo vệ tại chỗ (lập khu bảo tồn, vườn quốc gia), bảo vệ chuyển chỗ (vườn thực vật, vườn thú, ngân hàng gen), ban hành luật và Sách Đỏ, trồng rừng, phục hồi hệ sinh thái đã suy thoái.

7. Sáu bài toán sinh thái — tính từng bước, kiểm chứng từng con số

Ví dụ 1: Tăng trưởng hàm mũ của vi khuẩn.
Một quần thể vi khuẩn ban đầu có 100 tế bào, cứ 20 phút lại nhân đôi một lần.
Hỏi sau 2 giờ, quần thể có bao nhiêu tế bào?
Giải: Thời gian 2 giờ = 120 phút.
Số lần nhân đôi là 120 : 20 = 6 lần.
Số tế bào sau 6 lần nhân đôi là 100 × 2⁶ = 100 × 64 = 6.400 tế bào.
Đáp số: 6.400 tế bào.
Kiểm chứng: sau 1 giờ (3 lần nhân đôi) có 100 × 8 = 800 tế bào, sau 2 giờ gấp 8 lần nữa là 800 × 8 = 6.400 — khớp.

Ví dụ 2: Tăng trưởng logistic — quần thể tăng nhanh cỡ nào?
Một quần thể cá có tốc độ tăng trưởng riêng r = 0,1/ngày, kích thước hiện tại N = 200 cá thể, sức chứa môi trường K = 1.000 cá thể.
Tính tốc độ tăng trưởng của quần thể lúc này.
Giải: Áp dụng công thức dN/dt = rN(1 − N/K).
Thay số: dN/dt = 0,1 × 200 × (1 − 200 : 1.000).
Tính trong ngoặc: 1 − 0,2 = 0,8.
Vậy dN/dt = 20 × 0,8 = 16 cá thể/ngày.
Đáp số: quần thể tăng 16 cá thể mỗi ngày.
Kiểm chứng: khi N = 500 (bằng K : 2), tốc độ là 0,1 × 500 × 0,5 = 25 cá thể/ngày — nhanh nhất; khi N tiến tới 1.000, tốc độ tiến về 0 — đúng quy luật logistic.

Ví dụ 3: Biến động số lượng quần thể qua một năm.
Một quần thể cá đầu năm có 2.000 cá thể.
Trong năm, có 400 cá thể sinh ra, 100 cá thể chết đi, 50 cá thể nhập cư và 150 cá thể xuất cư.
Tính kích thước quần thể cuối năm.
Giải: Áp dụng ΔN = (sinh + nhập cư) − (tử + xuất cư).
ΔN = (400 + 50) − (100 + 150) = 450 − 250 = +200 cá thể.
Kích thước cuối năm là 2.000 + 200 = 2.200 cá thể.
Đáp số: 2.200 cá thể, quần thể tăng 200 cá thể trong năm.

Ví dụ 4: Năng lượng qua các bậc dinh dưỡng.
Một đồng cỏ có sinh vật sản xuất tích lũy 10.000 kcal/m²/năm.
Biết hiệu suất sinh thái giữa các bậc dinh dưỡng là 10%.
Tính năng lượng ở bậc châu chấu, ếch và rắn trong chuỗi cỏ → châu chấu → ếch → rắn.
Giải: Châu chấu (bậc 2) nhận 10.000 × 10% = 1.000 kcal/m²/năm.
Ếch (bậc 3) nhận 1.000 × 10% = 100 kcal/m²/năm.
Rắn (bậc 4) nhận 100 × 10% = 10 kcal/m²/năm.
Đáp số: châu chấu 1.000 kcal, ếch 100 kcal, rắn 10 kcal.
Kiểm chứng: năng lượng ở bậc rắn chỉ bằng 10 : 10.000 = 0,1% năng lượng ban đầu — 99,9% đã thất thoát qua hô hấp, bài tiết và xác chết.

Ví dụ 5: Mật độ quần thể và dạng phân bố.
Người ta đếm được 500 cây đước trên diện tích 2 ha rừng ngập mặn.
Tính mật độ cây đước và cho biết dạng phân bố của chúng.
Giải: Mật độ = số cá thể : diện tích = 500 : 2 = 250 cây/ha.
Đước mọc thành cụm ở những nơi đất bùn tốt, gần mép nước — đó là phân bố theo nhóm, dạng phân bố phổ biến nhất trong tự nhiên.
Đáp số: mật độ 250 cây/ha, phân bố theo nhóm.

Ví dụ 6: Đa dạng di truyền trong quần thể.
Một cơ thể có kiểu gen AaBbDd.
Tính số loại giao tử mà cơ thể này tạo ra và giải thích ý nghĩa của con số đó đối với đa dạng di truyền.
Giải: Cơ thể dị hợp 3 cặp gen, mỗi cặp cho 2 loại giao tử.
Số loại giao tử là 2³ = 8 loại: ABD, ABd, AbD, Abd, aBD, aBd, abD, abd.
Mỗi loại giao tử có tỉ lệ bằng nhau là (1/2)³ = 1/8.
Đáp số: 8 loại giao tử.
Ý nghĩa: càng nhiều cặp gen dị hợp, số loại giao tử càng nhiều, đời con càng đa dạng về tổ hợp gen — đó chính là nguồn nguyên liệu cho chọn lọc tự nhiên và là nền tảng của đa dạng gen trong quần thể.

8. Sáu cái bẫy đề thi hay giăng — và cách né

Lỗi 1: Nhầm quần thể với quần xã.
Quần thể chỉ gồm các cá thể CÙNG LOÀI, quần xã gồm NHIỀU LOÀI khác nhau.
"Đàn cá chép trong ao" là quần thể; "ao cá với cá chép, cá rô, rong, ốc" mới là quần xã.
Cách tránh: đọc đề thấy "cùng loài" thì nghĩ quần thể, thấy "nhiều loài" thì nghĩ quần xã.

Lỗi 2: Cho rằng tăng trưởng hàm mũ kéo dài mãi.
Trong tự nhiên không có quần thể nào tăng theo hàm mũ mãi mãi — thức ăn, nơi ở và dịch bệnh luôn giới hạn nó ở sức chứa K.
Cách tránh: thấy đề cho K hoặc hỏi về giới hạn tăng trưởng thì dùng ngay công thức logistic dN/dt = rN(1 − N/K).

Lỗi 3: Nhầm cộng sinh với hội sinh.
Cộng sinh là cả hai cùng có lợi VÀ bắt buộc phải có nhau (địa y, Rhizobium – cây họ Đậu).
Hội sinh chỉ một bên có lợi, bên kia không lợi không hại, và không bắt buộc (cá ép – cá mập).
Cách tránh: hỏi "tách nhau ra có chết không?" — chết thì là cộng sinh, không chết thì là hội sinh.

Lỗi 4: Cho rằng tháp sinh khối luôn có đáy rộng.
Chỉ tháp năng lượng mới LUÔN có đáy rộng.
Tháp sinh khối ở hệ sinh thái nước có thể đảo ngược vì tảo sinh khối nhỏ nhưng sinh sản nhanh.
Tháp số lượng cũng có thể đảo ngược (một cây nuôi hàng nghìn con sâu).
Cách tránh: nhớ câu "năng lượng thì không bao giờ đảo ngược, số lượng và sinh khối thì có thể".

Lỗi 5: Nhầm diễn thế nguyên sinh với diễn thế thứ sinh.
Nguyên sinh bắt đầu từ nơi CHƯA TỪNG có sinh vật (đá trơ, bãi cát mới) và diễn ra rất chậm.
Thứ sinh bắt đầu từ nơi ĐÃ TỪNG có quần xã (rừng bị cháy, ruộng bỏ hoang) và diễn ra nhanh hơn vì đất còn đó.
Cách tránh: hỏi "chỗ này trước đây có sinh vật chưa?" — chưa có thì nguyên sinh, có rồi thì thứ sinh.

Lỗi 6: Nhầm vai trò của vi khuẩn nitrat hóa và vi khuẩn phản nitrat hóa.
Vi khuẩn nitrat hóa biến amôn thành nitrat (NO₃⁻) để cây hấp thụ — có lợi cho cây.
Vi khuẩn phản nitrat hóa làm ngược lại: biến nitrat thành N₂ trả về khí quyển — làm mất đạm của đất.
Cách tránh: "nitrat hóa" là TẠO nitrat, "phản nitrat hóa" là PHÁ nitrat.

9. Tự luyện 5 câu — làm rồi mới lật đáp án

Câu 1. Một quần thể có kích thước N = 500 cá thể, sức chứa môi trường K = 2.000 cá thể, tốc độ tăng trưởng riêng r = 0,2/năm. Tốc độ tăng trưởng của quần thể lúc này là bao nhiêu cá thể/năm?
A. 50 cá thể/năm
B. 75 cá thể/năm
C. 100 cá thể/năm
D. 150 cá thể/năm
→ Đáp án: B. Giải thích: Áp dụng công thức dN/dt = rN(1 − N/K) = 0,2 × 500 × (1 − 500 : 2.000) = 100 × (1 − 0,25) = 100 × 0,75 = 75 cá thể/năm. Đáp án A (50) là kết quả khi quên nhân với (1 − N/K) rồi chia đôi — sai. Đáp án C (100) là rN = 0,2 × 500, tức là quên nhân với hệ số (1 − N/K) — sai vì quần thể đã đạt 1/4 sức chứa nên tốc độ phải giảm. Đáp án D (150) không có cơ sở nào từ công thức.

Câu 2. Trong chuỗi thức ăn cỏ → thỏ → cáo, cỏ tích lũy 50.000 kJ/m²/năm. Biết hiệu suất sinh thái giữa các bậc là 10%. Năng lượng cáo nhận được là bao nhiêu?
A. 50 kJ/m²/năm
B. 500 kJ/m²/năm
C. 5.000 kJ/m²/năm
D. 50.000 kJ/m²/năm
→ Đáp án: B. Giải thích: Thỏ (bậc 2) nhận 50.000 × 10% = 5.000 kJ, cáo (bậc 3) nhận 5.000 × 10% = 500 kJ/m²/năm. Đáp án A (50 kJ) là kết quả khi nhân thêm một lần 10% nữa — sai vì chỉ có hai lần chuyển năng lượng từ cỏ tới cáo. Đáp án C (5.000 kJ) là năng lượng của thỏ, không phải của cáo. Đáp án D (50.000 kJ) là năng lượng của cỏ — sai vì năng lượng thất thoát 90% ở mỗi bậc.

Câu 3. Vi khuẩn Rhizobium sống trong nốt sần rễ cây họ Đậu, cố định nitơ cho cây và nhận chất hữu cơ từ cây. Đây là mối quan hệ nào?
A. Kí sinh
B. Cộng sinh
C. Hội sinh
D. Ức chế – cảm nhiễm
→ Đáp án: B. Giải thích: Cả hai bên đều có lợi và bắt buộc phải có nhau: cây có nitơ để sinh trưởng, vi khuẩn có chất hữu cơ để sống — đó là cộng sinh. Đáp án A (kí sinh) sai vì kí sinh là một bên lợi, một bên hại; ở đây cây không bị hại mà còn được lợi. Đáp án C (hội sinh) sai vì hội sinh chỉ một bên có lợi, bên kia không lợi không hại; ở đây cả hai đều có lợi. Đáp án D (ức chế – cảm nhiễm) sai vì không có bên nào bị hại.

Câu 4. Diễn thế nguyên sinh bắt đầu từ môi trường nào sau đây?
A. Đất đã có sẵn sinh vật và chất dinh dưỡng
B. Nơi chưa từng có sinh vật như đá trơ, bãi cát mới bồi
C. Đồng ruộng bỏ hoang sau thu hoạch
D. Rừng bị cháy nhưng hạt và rễ cây vẫn còn trong đất
→ Đáp án: B. Giải thích: Diễn thế nguyên sinh khởi đầu từ môi trường trống trơn, chưa từng có sinh vật — ví dụ đá trơ sau núi lửa phun hay bãi cát mới bồi. Đáp án A sai vì đất đã có sinh vật là điều kiện của diễn thế thứ sinh. Đáp án C sai vì đồng ruộng bỏ hoang đã từng có quần xã — đó là diễn thế thứ sinh. Đáp án D sai vì rừng bị cháy còn hạt và rễ trong đất cũng là diễn thế thứ sinh, diễn ra nhanh hơn nhiều.

Câu 5. Loại tháp sinh thái nào LUÔN có dạng đáy rộng, đỉnh hẹp, không bao giờ bị đảo ngược?
A. Tháp số lượng
B. Tháp sinh khối
C. Tháp năng lượng
D. Tháp tuổi
→ Đáp án: C. Giải thích: Tháp năng lượng luôn có đáy rộng vì năng lượng giảm dần qua các bậc dinh dưỡng — mỗi bậc chỉ giữ lại khoảng 10% nên bậc trên không bao giờ có nhiều năng lượng hơn bậc dưới. Đáp án A (tháp số lượng) sai vì tháp này có thể đảo ngược: một cây cổ thụ nuôi hàng nghìn con sâu. Đáp án B (tháp sinh khối) sai vì ở hệ sinh thái nước, sinh khối tảo nhỏ hơn sinh khối động vật ăn tảo do tảo sinh sản nhanh. Đáp án D (tháp tuổi) không phải là tháp sinh thái trong chương trình này.

10. Năm câu hỏi học sinh hay hỏi nhất về sinh thái

Vì sao chuỗi thức ăn hiếm khi dài quá 5–6 bậc dinh dưỡng? Vì năng lượng thất thoát khoảng 90% ở mỗi bậc. Từ 10.000 kcal ở cây xanh, tới bậc 5 chỉ còn khoảng 1 kcal — không đủ nuôi thêm một bậc nữa. Chuỗi càng dài, năng lượng ở đỉnh càng ít, vật ăn thịt ở bậc cao nhất thường có số lượng rất ít và dễ tuyệt chủng.

Quần xã đỉnh cực có phải là "đích đến" vĩnh viễn của diễn thế không? Không hẳn. Quần xã đỉnh cực là trạng thái cân bằng tương đối với môi trường hiện tại, nhưng nếu môi trường thay đổi lớn — khí hậu biến đổi, núi lửa phun, con người can thiệp — diễn thế lại bắt đầu. Diễn thế là quá trình liên tục, không có điểm dừng tuyệt đối.

Vì sao rừng mưa nhiệt đới đa dạng loài hơn sa mạc? Vì rừng mưa nhiệt đới có khí hậu ấm áp, ẩm ướt quanh năm, ánh sáng dồi dào và cấu trúc nhiều tầng (tán, thân, mặt đất) tạo ra nhiều ổ sinh thái khác nhau. Sa mạc khô nóng, ít nước, ít ổ sinh thái nên ít loài sống được.

Cộng sinh và hợp tác khác nhau như thế nào? Cả hai đều là quan hệ hai bên cùng có lợi (+/+). Khác nhau ở chỗ cộng sinh là bắt buộc — tách nhau ra cả hai đều chết (địa y, Rhizobium – cây họ Đậu); hợp tác thì không bắt buộc — tách nhau ra cả hai vẫn sống được, chỉ kém thuận lợi hơn (chim sáo ăn ve trên lưng trâu, cá hề sống cùng hải quỳ).

Bảo vệ đa dạng sinh học có ích gì cho con người? Rất nhiều: rừng cung cấp gỗ, thuốc, nước sạch và điều hòa khí hậu; biển cung cấp cá và hải sản; các loài hoang dã là nguồn gen để lai tạo giống mới chống sâu bệnh, hạn hán. Mất một loài có thể làm sụp đổ cả một mắt xích trong lưới thức ăn — và con người cũng nằm trong lưới đó.

Kết luận: từ một gốc đước nhìn ra cả hành tinh

Trở lại ô vuông một mét ở bãi bùn Cần Giờ.
7 con cua, 3 cây đước con, dấu chân chim — ba con số nhỏ ấy chứa cả một chuyên đề: quần thể cua tăng hay giảm phụ thuộc vào sinh, tử, nhập cư, xuất cư; đước con mọc được hay không phụ thuộc vào cạnh tranh ánh sáng và nước mặn; chim đến hay không phụ thuộc vào lưới thức ăn có đủ cua để ăn hay không.
Và tất cả lại phụ thuộc vào chu trình nước, chu trình nitơ, vào diễn thế của cả khu rừng, vào việc con người có giữ được đa dạng sinh học hay không.
Sinh thái học dạy ta một điều đơn giản mà sâu sắc: không có sinh vật nào sống một mình.
Muốn làm tốt bài kiểm tra, hãy nhớ ba công thức (ΔN, logistic, hiệu suất 10%), một bảng (sáu mối quan hệ), một quy tắc (năng lượng một chiều, vật chất đi vòng tròn) và làm lại 5 câu tự luyện cho đến khi đúng cả 5 câu không cần nhìn đáp án.

Ôn tập theo dàn ý dưới đây, mỗi mục tự kể lại được bằng lời của mình là bạn đã nắm chắc chuyên đề:

• Quần thể: kích thước, mật độ, tăng trưởng hàm mũ và logistic, ba dạng phân bố, biến động số lượng
• Quần xã: sáu mối quan hệ giữa các loài và ví dụ đặc trưng của từng loại
• Hệ sinh thái: thành phần vô sinh và hữu sinh, chuỗi và lưới thức ăn, ba loại tháp sinh thái, hiệu suất 10%
• Chu trình vật chất: chu trình cacbon, chu trình nitơ (cố định, nitrat hóa, phản nitrat hóa), chu trình nước
• Diễn thế sinh thái: nguyên sinh và thứ sinh, quần xã tiên phong, quần xã đỉnh cực
• Đa dạng sinh học: ba cấp độ, nguyên nhân suy giảm, biện pháp bảo vệ và ví dụ ở Việt Nam
• Bài toán: tăng trưởng hàm mũ, logistic, biến động quần thể, năng lượng qua bậc dinh dưỡng, mật độ, đa dạng di truyền
• Lỗi sai: quần thể – quần xã, cộng sinh – hội sinh, tháp sinh khối – tháp năng lượng, diễn thế nguyên sinh – thứ sinh

Làm được như vậy, chuyên đề sinh thái sẽ thực sự là của bạn — và lần sau đứng trước một bãi bùn, bạn sẽ không chỉ thấy cua và cây, mà thấy cả một hệ sinh thái đang vận hành.