Tổng Nhiệt Hữu Hiệu Là một khái niệm quan trọng trong sinh thái học và nông nghiệp, đặc biệt khi nghiên cứu về sự phát triển của động vật biến nhiệt và thực vật. Nó giúp chúng ta dự đoán được thời gian phát triển của sinh vật trong điều kiện môi trường khác nhau.
I. Lý Thuyết Tổng Nhiệt Hữu Hiệu
1. Định nghĩa tổng nhiệt hữu hiệu
- Tổng nhiệt hữu hiệu là một hằng số nhiệt, biểu thị lượng nhiệt cần thiết để một động vật biến nhiệt hoàn thành một chu kỳ hoặc một giai đoạn phát triển cụ thể.
- Ngưỡng nhiệt phát triển: Đây là nhiệt độ tối thiểu mà dưới đó sinh vật không thể phát triển. Mỗi loài có một ngưỡng nhiệt phát triển riêng. Ví dụ, sâu khoang có ngưỡng nhiệt phát triển là 10°C, trong khi cóc là 6°C.
2. Công thức tính tổng nhiệt hữu hiệu
Công thức tính tổng nhiệt hữu hiệu là:
S = (T – C) x D
Trong đó:
- S: Tổng nhiệt hữu hiệu (độ .ngày)
- T: Nhiệt độ môi trường trung bình (°C)
- C: Ngưỡng nhiệt phát triển (°C) – hằng số cho mỗi loài/giai đoạn
- D: Thời gian phát triển (ngày)
Vì tổng nhiệt hữu hiệu là một hằng số, ta có thể so sánh thời gian phát triển ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau:
S1 = S2 = S3… ⇔ (T1 – C) x D1 = (T2 – C) x D2 = (T3 – C) x D3…
3. Tính số thế hệ trung bình trong một năm
Số thế hệ trung bình (n) được tính bằng:
n = Thời gian (ngày) / D
Trong đó D là thời gian phát triển của một thế hệ (ngày).
4. Tính tổng nhiệt thời kỳ thành thục
- Tổng nhiệt thời kì thành thục = Tổng nhiệt thời kì sinh trưởng x Tuổi thành thục
- Tổng nhiệt thời kì sinh trưởng = T x D
Trong đó: T là nhiệt độ môi trường (°C); D là thời gian sinh trưởng (ngày)
II. Bài Tập Vận Dụng Về Tổng Nhiệt Hữu Hiệu
Bài 1: Một loài ruồi ở đồng bằng sông Hồng có tổng nhiệt hữu hiệu cho một chu kì sống là 170°C, thời gian sống trung bình là 10 ngày.
a. Tính ngưỡng nhiệt của loài ruồi đó, biết rằng nhiệt độ trung bình ngày trong năm ở vùng này là 25°C.
b. Thời gian sống trung bình của loài ruồi đó ở đồng bằng sông Cửu Long là bao nhiêu? Biết nhiệt độ trung bình ngày trong năm của đồng bằng sông Cửu Long là 27°C.
Hướng dẫn trả lời
a. Áp dụng công thức: Q = (T – C).D, ta có: 170 = (25 – C).10
Vậy ngưỡng nhiệt phát triển của loài ruồi là 8°C.
b. Thời gian sống ở đồng bằng sông Cửu Long: 170 = (27 – 8).D => D = 170 / 19 ≈ 8.95 ngày
Bài 2: Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ lên các giai đoạn phát triển khác nhau của sâu đục thân lúa, thu được bảng số liệu sau:
| Trứng | Sâu | Nhộng | Bướm | |
|---|---|---|---|---|
| D (ngày) | 7,8 | 37,8 | 9,4 | 2 – 3 |
| S (°ngày) | 79,2 | 495,7 | 98,6 | 32,3 |
Giai đoạn sâu non thường có 5 tuổi với thời gian phát triển như nhau. Bướm trưởng thành lập tức đẻ trứng vào ngày thứ 2 hoặc thứ 3 (sau khi giao phối). Ngày 20/3/2007 qua điều tra phát hiện sâu đục thân lúa ở cuối tuổi 2. Nhiệt độ trung bình là 24,6°C.
a. Xác định ngưỡng nhiệt phát triển ở mỗi giai đoạn.
b. Xác định vào khoảng ngày, tháng nào sâu non 1 tuổi xuất hiện ở vùng nói trên?
c. Xác định vào khoảng ngày, tháng nào xuất hiện bướm ở vùng nói trên?
Lời giải
a. Theo công thức tính S = (T – C) x D => C = T – S / D.
Thay số vào ta được:
| Trứng | Sâu | Nhộng | Bướm | |
|---|---|---|---|---|
| D (ngày) | 7,8 | 37,8 | 9,4 | 2 – 3 |
| S (°ngày) | 79,2 | 495,7 | 98,6 | 32,3 |
| S/D | 10,1538 | 13,1138 | 10,4894 | 10,9333 |
Từ đó suy ra:
Bảng tính ngưỡng nhiệt phát triển của sâu đục thân lúa ở các giai đoạn khác nhau
b. Thời gian phát triển của sâu non là 37,8 ngày. Sâu có 5 ngày tuổi nên thời gian phát triển 1 tuổi là 37,8 : 5 = 7,56 ngày.
Ngày 20/3/2007 phát hiện sâu non ở cuối tuổi thứ 2. Vậy thời gian xuất hiện sâu non 1 tuổi là trước đó 2 x 7,56 = 15,12 (ngày), tức là vào khoảng ngày 5/3/2007.
c. Để phát triển hết giai đoạn sâu non cần 3 x 7,56 = 22,68 (ngày).
Thời gian phát triển nhộng là 9,4 ngày.
Vậy để bắt đầu giai đoạn bướm cần: 22,68 + 9,4 = 32,08 (ngày).
Bướm xuất hiện vào khoảng ngày 21 – 22/4/2007.
Bài 3: Cá mè nuôi ở miền Bắc có tổng nhiệt thời kỳ sinh trưởng là 8,250 (độ/ngày) và thời kỳ thành thục là 24,754 (độ/ngày).
a. Nhiệt độ trung bình nước ao hồ miền Bắc là 25°C. Hãy tính thời gian sinh trưởng và tuổi thành thục của cá mè nuôi ở miền Bắc.
b. Cá mè nuôi ở miền Nam có thời gian sinh trưởng là 12 tháng, thành thục vào 2 tuổi, Hãy tính tổng nhiệt hữu hiệu của thời kỳ sinh trưởng và thời kỳ thành thục (biết nhiệt độ là 27,2°C).
Lời giải
a. Theo công thức: S = S1 x a (1) S1 = T x D (2)
Từ công thức (1) suy ra a = S : S1 = 24750 : 8250 = 3 (năm).
Từ công thức (2) suy ra D = S1 : T = 8250 : 25 = 330 (ngày) = 11 (tháng).
Vậy cá mè nuôi ở miền Bắc có thời gian sinh trưởng là 11 tháng và tuổi thành thục là 3 tuổi.
b. Thay các giá trị vào công thức (2) ta có: S1 = 27,2 x 12 x 30 = 9792 (độ/ngày).
Thay các giá trị vào công thức (1) ta có: S = 9792 x 2 = 19584 (độ/ngày).
Bài 4: Ở cao nguyên nhiệt độ trung bình ngày là 20°C, một loài sâu hại quả cần 90 ngày để hoàn thành cả chu kì sống của mình, nhưng ở vùng đồng bằng nhiệt độ trung bình ngày cao hơn ở vùng trên 3°C thì thời gian cần để hoàn thành chu trình sống của sâu là 72 ngày.
a. Hãy tính nhiệt độ ngưỡng phát triển của sâu.
b. Nếu nhiệt độ môi trường giảm xuống 18°C thì sâu cần bao nhiêu ngày để hoàn thành chu kì sống của mình?
Lời giải
a. 90.(20 – k) = 72.(23 – k)
Ta có nhiệt độ ngưỡng phát triển k = 8°C
Tổng nhiệt cần cho sự phát triển của sâu: T = 90.(20 – 8) = 1080
b. Số ngày cần cho sự phát triển của sâu ở điều kiện nhiệt độ trung bình 18°C là:
(ngày) = 135 ngày
Bài 5: Trong những tháng xuân hè, một loài sâu hại quả hoàn thành được mấy thế hệ? Giả sử ngưỡng nhiệt phát triển của nó là 10°C, còn tổng nhiệt hữu hiệu cần cho một chu kì phát triển là 637,5°C/ngày và nhiệt độ trung bình ngày trong các tháng được ghi ở bảng dưới đây
| Tháng | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Nhiệt độ (°C) | 17 | 20 | 23,5 | 27 | 28,7 | 28,8 |
Lời giải
- Tổng nhiệt trong tháng xuân hè là:
30[(17 – 10) + (20 -10) + (23,5 -10) + (27 -10) + (28,7 -10) + (28,8 – 10)] = 2550°C
- Số thế hệ sâu xuất hiện trong 6 tháng là:
2550 : 637,5 = 4 (thế hệ)
Bài 6: Tổng nhiệt hữu hiệu cho các giai đoạn sống của sâu khoang như sau: Trứng 56°/ngày; sâu 311°/ngày; nhộng 188°/ngày; bướm 28,3°/gày. Biết nhiệt độ trung bình ở nơi sâu khoang sống là 23,6°C. Ngưỡng nhiệt phát triển của sâu khoang là 10°C.
a. Xác định thời gian phát triển ở từng giai đoạn.
b. Xác định số thế hệ trung bình của sâu khoang trong một năm.
Lời giải
a. Áp dụng công thức: D= S/(T-C)
-
Giai đoạn trứng: D = 56/(23,6 – 10) ≈ 4,12 ngày
-
Giai đoạn sâu: D = 311/(23,6 – 10) ≈ 22,87 ngày
-
Giai đoạn nhộng: D = 188/(23,6 – 10) ≈ 13,82 ngày
-
Giai đoạn bướm: D = 28,3/(23,6 – 10) ≈ 2,08 ngày
b. Số thế hệ sâu khoang cổ trong một năm:
-
Tổng nhiệt hữu hiệu của một thế hệ: 56 + 311 + 188 + 28,3 = 583,3 (độ/ngày)
-
Tổng nhiệt hữu hiệu trung bình trong một năm đối với sự phát triển của các thế hệ sâu khoang cổ là:
(23,6 – 10) x 365 ngày = 4964 (độ/ngày).
- Số thế hệ/năm của sâu khoang cổ là: 4964 / 583,3 ≈ 8,51 thế hệ
Thông qua các bài tập trên, bạn có thể hiểu rõ hơn về cách áp dụng công thức và lý thuyết về tổng nhiệt hữu hiệu vào thực tế, đặc biệt trong việc dự đoán và quản lý sự phát triển của các loài sinh vật.
