Chu Trình Sinh Địa Hóa Là Gì? Vai Trò, Ý Nghĩa Và Bài Tập

Hãy cùng VUIHOC điểm qua kiến thức bài 44 chu trình sinh địa hóa và sinh quyển nhé.

1. Trao đổi vật chất qua chu trình sinh địa hóa

1.1. Khái niệm chu trình sinh địa hóa

Chu trình sinh địa hoá là chu trình trao đổi các chất trong tự nhiên: các chất từ môi trường ngoài đi vào cơ thể, qua các bậc dinh dưỡng rồi từ cơ thể sinh vật quay trở lại môi trường.

1.2. Một chu trình sinh địa hóa gồm các phần nào?

Một chu trình sinh địa hoá gồm có các giai đoạn: tổng hợp các chất, tuần hoàn vật chất trong tự nhiên, phân giải và lắng đọng một phần vật chất trong đất, trong nước.

1.3. Sơ đồ tổng quát về chu trình trao đổi vật chất trong tự nhiên

2. Ý nghĩa và vai trò của chu trình sinh địa hóa

Chu trình sinh địa hóa biểu thị mối liên hệ của vật chất trong sinh quyển. Chu trình sinh địa hóa có vai trò trong duy trì sự cân bằng về vật chất trong sinh quyển, chứ không phải duy trì sự cân bằng vật trong quần thể, quần xã hay hệ sinh thái vì:

• Quần thể và quần xã chưa có sự tham gia của các yếu tố vô sinh.

• Hệ sinh thái tuy đã có sự tham gia của các yếu tố vô sinh nhưng nó không đảm bảo được tất cả vật chất nó hấp thu từ môi trường cuối cùng nó trả lại hoàn toàn 100% cho môi trường mà nó có thể thất thoát sang một hoặc một vài hệ sinh thái khác.

• Sinh quyển là cái to lớn nhất bao gồm tất cả các hệ sinh thái trên trái đất nên đảm bảo chắc chắn không có sự thất thoát vật chất được.

3. Các loại chu trình sinh địa hóa

3.1. Chu trình Cacbon

Cacbon là nguyên tố thiết yếu cho mọi sinh vật sống. Cacbon tham gia vào thành phần cấu trúc của cacbohidrat, chất tiền thân để hình thành nên các hợp chất hữu cơ thiết yếu khác trong cơ thể như protein, lipit, các loại vitamin,...

Cacbon trong sinh quyển tồn tại dưới dạng khí CO₂ và cacbonat trong đá vôi.

Một phần Cacbon không tiếp tục trao đổi trong vòng tuần hoàn mà lắng đọng trong môi trường đất, môi trường nước như: dầu hoả, than đá,…

Cacbon đi vào chu trình sinh địa hóa dưới dạng CO₂ (cacbon dioxit).

Thực vật lấy CO2, nước và muối khoáng từ đất để tạo ra chất hữu cơ đầu tiên (Glucozo) thông qua quá trình quang hợp. Động vật ăn cỏ sử dụng nguồn thức ăn là thực vật rồi chính chúng lại là nguồn thức ăn cho các động vật ăn thịt bậc cao hơn. Nhờ đó, cacbon được trao đổi trong quần xã thông qua chuỗi và lưới thức ăn.

Khi sử dụng các chất hữu cơ để tạo ra năng lượng cho hoạt động của cơ thể (hô hấp) hoặc phân hủy các hợp chất chứa cacbon, sinh vật thải ra CO₂ và nước trả lại cho môi trường.

Các con đường có thể đưa cacbon trở lại môi trường vô cơ:

• Hô hấp của động, thực vật và vi sinh vật.

• Quá trình vi sinh vật phân giải..

• Sự đốt cháy nhiên liệu trong các hoạt động công nghiệp.

Trong hàng triệu năm nay, hàm lượng CO₂ là khá ổn định trong khí quyển. Tuy nhiên trong khoảng hơn 200 năm trở lại đây, nồng độ CO₂ trong bầu khí quyển hiện nay đang tăng lên đáng kể do các hoạt động đốt cháy nhiên liệu hóa thạch và thu hẹp diện tích rừng phục vụ cho các mục đích công nghiệp. Sự gia tăng hàm lượng CO₂ gây ra nhiều tác động xấu cho Trái Đất như bức xạ nhiệt không thoát được vào vũ trụ làm nhiệt độ trên Trái Đất tăng, dẫn đến băng tan, mực nước biển dâng cao dẫn đến nguy cơ xâm lấn, chìm các vùng đất thấp cũng như các thành phố ven biển.

Đăng ký ngay để được các thầy cô ôn tập và tổng hợp kiến thức Sinh học 12

3.2. Chu trình Nitơ

Nitơ chiếm 79% thể tích khí quyển và là 1 khí loại trơ.

Thực vật chỉ hấp thụ Nitơ dưới dạng muối NH₄+ (amôn), NO₃- (nitrat) và dùng chúng làm nguyên liệu để  tạo ra các hợp chất chứa gốc amin.

Các muối NH₄+ (amôn), NO₃- (nitrat) được hình thành trong tự nhiên bằng các con đường vật lí (điện và quang hóa), hóa học và sinh học. Trong đó con đường sinh học đóng vai trò quan trọng nhất, đa số muối của Nitơ được tổng hợp ra bằng con đường này (do vi khuẩn cố định đạm sống tự do trong đất hoặc vi khuẩn cố định đạm sống cộng sinh có khả năng cố định Nitơ tự do (N₂) trong không khí).

Trong đất, một ví dụ điển hình về trường hợp cộng sinh để cố định Nitơ là giữa vi khuẩn nốt sần với các cây họ đậu. Ngoài ra, trong nước cũng có một số loài có khả năng cố định Nitơ như một số khuẩn lam sống tự do hoặc cộng sinh với bèo hoa dâu.

Nitơ được lưu chuyển trong hệ sinh thái qua chuỗi và lưới thức ăn.

Thông qua hoạt động phân giải chất hữu cơ của vi khuẩn, nấm, Nitơ từ xác sinh vật được giải phóng trở lại trong đất.

Ngoài ra, quá trình phản nitrat của vi khuẩn phản nitrat hóa cũng trả lại 1 phần lượng Nitơ phân tử cho khí quyển.

3.3. Chu trình nước

Nước là thành phần quan trọng không thể thiếu của cơ thể và chiếm tỉ lệ lớn khối lượng của cơ thể sinh vật. Mọi sinh vật đều cần nước để sống và phát triển bình thường thông qua quá trình trao đổi nước liên tục giữa cơ thể và môi trường. Quá trình trao đổi nước xảy ra giữa cơ thể và môi trường sống.

Nước trong tự nhiên luôn luôn vận động tạo thành chu trình nước toàn cầu, không những đóng vai trò điều hòa khí hậu cho cả Trái Đất mà còn cung cấp nước cho sự phát triển của toàn bộ sinh giới.

Lượng nước rơi xuống bề mặt lục địa theo mưa rất ít, một phần thấm xuống các mạch nước ngầm dưới lòng đất, một phần tích lũy trong ao hồ, sông, suối,…

⅔ lượng nước rơi xuống lại bốc hơi trở lại bầu khí quyển thông qua hiện tượng nước bốc hơi và thoát hơi nước ở lá cây.

Nước trên Trái Đất phân bố không đều, vùng có nhiều nước, vùng không có nước trong thời gian dài. Một số nơi nhiều nước nhưng nước đó lại không sử dụng được do vấn đề ô nhiễm. Vậy nên tiết kiệm nước và giữ nguồn nước sạch là nhiệm vụ của mọi người, mọi quốc gia.

4. Sinh quyển 

Tập hợp sinh vật và các nhân tố môi trường vô sinh trên Trái Đất hoạt động như một hệ sinh thái lớn nhất được gọi là sinh quyển.

Sinh quyển bao gồm tất cả sinh vật sống trong các lớp đất, trong nước và trong không khí của Trái Đất. Trong sinh quyển, sinh vật và các nhân tố vô sinh liên quan mật thiết, chặt chẽ với nhau qua các chu trình sinh địa hóa, hình thành nên hệ thống tự nhiên trên toàn cầu.

Sinh quyển dày xấp xỉ 20 km, bao gồm các lớp đất đá dày khoảng vài chục mét (địa quyển), lớp không khí cao 6-7 km (khí quyển) và lớp nước đại dương sâu đến 10-11 km (thuỷ quyển).

Các hệ sinh thái rất lớn đặc trưng cho khí hậu và đất đai của một vùng địa lý xác định được gọi là các khu sinh học (biôm). Sinh quyển gồm nhiều khu sinh học (biôm) khác nhau. Mỗi khu có những đặc điểm về khí hậu, địa lý và thành phần sinh vật khác nhau, bao gồm các khu sinh học trên cạn, khu sinh học biển và khu sinh học nước ngọt.

- Các khu sinh học trên cạn như: rừng thông phương bắc, rừng rậm nhiệt đới, đồng rêu đới lạnh,...

- Các khu sinh học nước ngọt như: khu nước chảy (có sự luân chuyển của dòng nước như sông, suối) và khu nước đứng (không hoặc ít có sự luân chuyển của dòng nước như ao, hồ).

- Các khu sinh học nước biển:

• Phân theo chiều thẳng đứng như: sinh vật nổi, động vật đáy,...

• Phân theo chiều ngang như: vùng ven bờ và vùng khơi.

5. Một số bài tập trắc nghiệm về chu trình sinh địa hóa 

Câu 1: Vi khuẩn cộng sinh trong nốt sần cây họ đậu liên quan đến chu trình nào?

A. Chu trình Cacbon

B. Chu trình Nitơ

C. Chu trình nước

D. Chu trình Photphop

→ Đáp án đúng là B.

Giải thích: Vi khuẩn nốt sần cộng sinh với cây họ đậu thực hiện quá trình cố định Nitơ, tham gia vào chu trình Nitơ.

Câu 2: Hiện tượng hiệu ứng nhà kính là kết quả của:

A. Giảm nồng độ O₂

B. Làm thủng tầng ozon

C.Tăng nồng độ CO₂

D. Tăng nhiệt độ khí quyển

→ Đáp án đúng là C.

Giải thích: Nồng độ CO₂ tăng do các hoạt động đốt cháy nhiên liệu, khí thải công nghiệp tạo một lớp rào chắn ngăn bức xạ nhiệt thoát ra, từ đó gây nên hiện tượng hiệu ứng nhà kính.

Câu 3: Trong một hệ sinh thái, nhóm sinh vật nào dưới đây sẽ làm chậm tốc độ tuần hoàn vật chất của các nguyên tố?

A. Động vật

B. Vi tảo và rong rêu

C. Thực vật bậc cao

D. Vi sinh vật

→ Đáp án đúng là A.

Giải thích: 

• Trong chu trình tuần hoàn vật chất, vật chất từ môi trường được đi vào quần xã nhờ hoạt động quang hợp của sinh vật sản xuất. Nếu sinh vật sản xuất không bị động vật ăn thì xác của thực vật sẽ được phân giải bởi vi sinh vật phân giải và trả lại các hợp chất vô cơ cho môi trường. → Nếu không được động vật ăn thì chu trình tuần hoàn vật chất sẽ diễn ra nhanh hơn.

• Vi sinh vật làm nhiệm vụ phân giải các hợp chất hữu cơ thành hợp chất vô cơ để trả lại cho môi trường nên vi sinh vật làm tăng tốc độ của chu trình tuần hoàn vật chất.

• Thực vật (hoặc cả rong, rêu, vi tảo...) làm nhiệm vụ tổng hợp chất hữu cơ từ chất vô cơ nên sinh vật sản xuất có vai trò mở đầu chu trình tuần hoàn vật chất.

•  Nếu không có sinh vật sản xuất và không có sinh vật phân giải thì không có chu trình tuần hoàn vật chất. Nhưng nếu không có động vật thì chu trình tuần hoàn vật chất vẫn diễn ra và thậm chí còn diễn ra với tốc độ nhanh hơn khi có mặt động vật.

Câu 4: Chu trình nước:

A. Chỉ liên quan tới nhân tố vô sinh của hệ sinh thái.

B. Không có ở sa mạc.

C. Là một phần của chu trình tái tạo vật chất trong hệ sinh thái.

D. Là một phần của tái tạo năng lượng trong hệ sinh thái.

→ Đáp án đúng là C.

Giải thích: 

• Chu trình nước là một chu trình sinh địa hóa tái tạo lại vật chất trong hệ sinh thái. 

• Chu trình nước: Nước mưa rơi xuống mặt đất, một phần thấm xuống các mạch nước ngầm, một phần tích lũy trong ao, hồ, sông, suối,… Nước mưa quay trở lại bầu khí quyển dưới dạng nước thông qua hoạt động thoát hơi nước qua khí khổng của lá cây và bốc hơi nước trên mặt đất.

Câu 5: Chu trình Nitơ:

A. Liên quan tới các yếu tố sinh thái vô sinh của hệ sinh thái. 

B. Là quá trình tái sinh một phần về mặt năng lượng trong hệ sinh thái.

C. Là quá trình tái sinh một phần về mặt vật chất trong hệ sinh thái. 

D. Là quá trình tái sinh hoàn toàn về mặt vật chất trong hệ sinh thái.

→ Đáp án đúng là C.

Giải thích: Chu trình Nitơ: 

• Các muối NH₄+ (amôn), NO₃- (nitrat) được hình thành trong tự nhiên bằng các con đường vật lí (điện và quang hóa), hóa học và sinh học. Trong đó con đường sinh học đóng vai trò quan trọng nhất, đa số muối của Nitơ được tổng hợp ra bằng con đường này.

• Nitơ được lưu chuyển trong hệ sinh thái qua chuỗi và lưới thức ăn.

• Thông qua hoạt động phân giải chất hữu cơ của vi khuẩn, nấm, Nitơ từ xác sinh vật được giải phóng trở lại trong đất.

• Ngoài ra, quá trình phản Nitrat của vi khuẩn phản Nitrat hóa cũng trả lại 1 phần lượng Nitơ phân tử cho khí quyển.

Câu 6: Chu trình Cacbon trong sinh quyển là: 

A. Quá trình vi sinh vật phân giải mùn bã hữu cơ trong đất. 

B. Quá trình tái sinh toàn bộ vật chất của hệ sinh thái.

C. Quá trình tái sinh một phần về mặt vật chất trong hệ sinh thái. 

D. Quá trình tái sinh một phần về mặt năng lượng trong hệ sinh thái.

→ Đáp án đúng là C.

Giải thích: Chu trình Cacbon: Cacbon đi vào chu trình dưới dạng Cacbon Điôxit (CO₂). Sinh vật sản xuất lấy CO₂ và nước để tạo ra chất hữu cơ đầu tiên thông qua quá trình quang hợp, Cacbon được trao đổi trong quần xã qua chuỗi và lưới thức ăn. Hoạt động hô hấp và phân hủy các hợp chất chứa Cacbon, sinh vật trả lại CO₂ và nước cho môi trường.

Câu 7: Bản chất  của chu trình sinh địa hóa là con đường tuần hoàn vật chất:

A. Giữa hệ sinh thái với môi trường.

B. Giữa quần thể với sinh cảnh của nó. 

C. Trong nội bộ quần xã sinh vật

D. Từ môi trường vào cơ thể sinh vật và quay trở lại môi trường.

→ Đáp án đúng là D.

Giải thích: Chu trình sinh địa hóa là vòng tuần hoàn các chất vô cơ từ môi trường ngoài vào cơ thể sinh vật qua các bậc dinh dưỡng rồi lại trở lại môi trường.

Câu 8: Phát biểu nào sau đây không đúng khi nói về chu trình sinh địa hóa trong hệ sinh thái?

A. Chu trình sinh địa hóa là sự tuần hoàn vật chất giữa cơ thể sinh vật và môi trường, diễn ra trong đất và chịu sự biến đổi về mặt hóa học.

B. Các chu trình sinh địa hóa được chia thành 2 nhóm chính: chu trình các chất khí và chu trình các chất lắng đọng

C. Chu trình sinh địa hóa xảy ra theo con đường từ môi trường bên ngoài vào cơ thể sinh vật thông qua các bậc dinh dưỡng mà không có chiều ngược lại.

D. Chu trình sinh địa hóa trong hệ sinh thái là sự trao đổi liên tục của các nguyên tố hóa học giữa quần xã sinh vật và môi trường, duy trì sự cân bằng về vật chất trong sinh quyển.

→ Đáp án đúng là C.

Giải thích: Chu trình sinh địa hóa không chỉ diễn ra theo chiều từ môi trường vào cơ thể mà còn diễn ra theo chiều ngược lại từ cơ thể ra môi trường.

Câu 9: Trong chu trình sinh địa hóa, một phần vật chất không tiếp tục vận chuyển trong vòng tuần hoàn mà lắng đọng trở thành nguồn dự trữ. Phần vật chất đó không lắng đọng trong

A. Than đá, dầu mỏ.

B. Trầm tích hữu cơ dưới đáy ao hồ, đáy biển.

C. Băng ở 2 cực. 

D. Mùn bã hữu cơ.

→ Đáp án đúng là D.

Giải thích: Mùn bã hữu cơ sau đó tiếp tục được đi vào chu trình vật chất tiếp theo nên không thể được coi là phần vật chất lắng đọng.

Câu 10: Tác nhân tự nhiên quan trọng nhất trong việc biến Nitơ khí quyển thành Nitơ hữu dụng cho thực vật hấp thụ là

A. Địa y và bèo dâu

B. Vi khuẩn lam và các vi khuẩn cố định đạm trong đất. 

C. Các vi khuẩn dị dưỡng phân hủy các chất hữu cơ trong đất.

D. Vi khuẩn Nitrat hóa hoặc vi khuẩn phản Nitrat hóa.

→ Đáp án đúng là B

Giải thích: Vi khuẩn lam và các vi khuẩn cố định đạm trong đất có khả năng chuyển hóa N2 trong không khí thành NO3- hoặc NH4+ là dạng mà thực vật có thể hấp thụ được.

Trên đây là toàn bộ những thông tin cần thiết liên quan đến chu trình sinh địa hóa. Đây là một phần rất quan trọng trong chương trình ôn thi và đòi hỏi các em phải nắm thật chắc Chúc các em ôn tập tốt. Ngoài ra, em có thể truy cập ngay Vuihoc.vn để xem thêm các bài giảng sinh 12 hoặc liên hệ trung tâm hỗ trợ để nhận thêm bài giảng và chuẩn bị được kiến thức tốt nhất cho kỳ thi THPT quốc gia sắp tới nhé!

Bài viết tham khảo thêm:

Hệ sinh thái là gì

Diễn thế sinh thái