Lesson 07 — Hệ sinh thái

Bộ công cụ tương tác cho hệ sinh thái: tháp năng lượng theo quy tắc 10%, máy tính "bao nhiêu cỏ cho 1 kg thịt", lưới thức ăn động (xoá loài để xem hậu quả), và mô phỏng chu trình carbon dưới tác động đốt nhiên liệu.

1. Tháp năng lượng — quy tắc ~10%

Chọn năng lượng cố định ở sinh vật sản xuất (bậc 1) và hiệu suất truyền giữa các bậc. Tháp tự thu hẹp lên trên theo cấp số nhân.

Thử: leo mỗi bậc dinh dưỡng — mất ~90% năng lượng; qua 2 bậc chỉ còn 1%: vì sao chuỗi thức ăn hiếm khi quá 4-5 bậc.

Năng lượng bậc 1 (kJ/m²/năm):

Hiệu suất truyền (%): η = 10%

Bậc 1 → 5: tỉ lệ còn = 0.01% Số bậc khả thi (≥1 kJ/m²/năm) = 5

2. Máy tính "bao nhiêu thực vật cho 1 kg thịt?"

Kéo 2 thanh: hiệu suất chuyển hóa mỗi bậc (5–25%) và số bậc giữa thực vật và thịt bạn ăn. Bậc 0 = ăn thực vật trực tiếp; bậc 1 = ăn động vật ăn thực vật (bò, heo); bậc 2 = ăn động vật ăn động vật (cá ngừ, cá hồi).

Hiệu suất chuyển (%): η = 10%

Số bậc giữa cây và thịt: bậc = 1 (vd ăn bò)

Khối lượng thịt muốn có (kg):

Thực vật cần = 10 kg Hiệu quả tương đối = 10× so với ăn trực tiếp

3. Lưới thức ăn — xoá loài để xem hậu quả

Click vào 1 loài để "xoá" nó khỏi hệ. Viz tự kiểm tra: loài nào còn nguồn thức ăn, loài nào bị đứt chuỗi (đổi sang nét đứt + làm mờ). Click lại để hồi sinh.

Cỏ và Cây bụi (xanh đậm) là sinh vật sản xuất — gốc của lưới. Đại bàng (đỏ) là tiêu thụ đỉnh. Click loài nào tuỳ ý.

Loài còn sống: 7/7 Loài bị mất nguồn: 0

4. Chu trình carbon — đốt nhiên liệu hóa thạch

Chu trình tự nhiên: quang hợp lấy CO₂ ⇄ hô hấp + phân giải trả CO₂. Cân bằng → khí quyển ổn định. Kéo thanh "đốt nhiên liệu" để xem CO₂ khí quyển thay đổi theo thời gian (mô phỏng 50 năm).

Tốc độ đốt nhiên liệu (Gt C/năm): = 10 Gt C/năm

Hấp thụ thêm của đại dương + cây (Gt C/năm): = 5 Gt C/năm

Tích lũy ròng = 5 Gt C/năm CO₂ sau 50 năm = 420 ppm (bắt đầu 280 ppm tiền công nghiệp)

5. Bảng tổng hợp NPP các hệ sinh thái

Hệ sinh thái	NPP (g khô/m²/năm)	Yếu tố giới hạn chính	Ghi chú
Đầm lầy ven biển	~2,500	—	Cao nhất nói chung
Rừng nhiệt đới ẩm	~2,200	—	Cao nhất trên cạn
Rừng ôn đới	~1,200	Mùa đông	Có lá rụng
Đồng cỏ	~600	Mưa	Phù hợp chăn thả
Đại dương ven bờ	~360	Chất khoáng	Giàu N, P từ sông
Đại dương mở	~125	N, P, Fe	"Sa mạc nước" — nhưng diện tích lớn
Sa mạc	~3–90	Nước	Chuỗi ngắn (~3 bậc)

Đại dương mỗi m² nghèo nhưng tổng diện tích lớn (71% Trái Đất) → tổng NPP biển ≈ tổng NPP cạn. Đó là lý do phytoplankton biển đóng góp ~50% O₂ ta thở.