ระบบนิเวศ
ระบบนิเวศ (Ecosystem) เป็นโครงสร้างความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตต่าง ๆ กับบริเวณแวดล้อมที่สิ่งมีชีวิตเหล่านี้ดำรงชีวิตอยู่ ระบบนิเวศนั้นเป็นแนวคิด (concept) ที่นักนิเวศวิทยาได้นำมาใช้ในการมองโลกส่วนย่อย ๆ ของโลกเพื่อที่จะได้เข้าใจความเป็นไปบนโลกนี้ได้ดีขึ้น
ระบบนิเวศหนึ่งๆนั้นประกอบด้วยบริเวณที่สิ่งมีชีวิตดำรงอยู่และกลุ่มประชากรที่มีชีวิตอยู่ในบริเวณดังกล่าว พืชและโดยเฉพาะสัตว์ต่าง ๆ ก็ต้องการบริเวณที่อยู่อาศัยที่มีขนาดอย่างน้อยที่สุดที่เหมาะสม ทั้งนี้เพื่อว่าการมีชีวิตอยู่รอดตลอดไป ยกตัวอย่างเช่น สระน้ำแห่งหนึ่งเราจะพบสัตว์และพืชนานาชนิด ซึ่งสามารถปรับตัวให้เข้ากับบริเวณน้ำที่มันอาศัยอยู่โดยมีจำนวนแตกต่างกันไปตามแต่ชนิด สระน้ำนั้นดูเหมือนว่าจะแยกจากบริเวณแวดล้อมอื่น ๆ ด้วยขอบสระ แต่ตามความเป็นจริงแล้วปริมาณน้ำในสระสามารถเพิ่มขึ้นได้ โดยน้ำฝนที่ตกลงมา ในขณะเดียวกันกับที่ระดับผิวน้ำก็จะระเหยไปอยู่ตลอดเวลา น้ำที่ไหลเข้ามาเพิ่มก็จะพัดพาเอาแร่ธาตุและชิ้นส่วนต่าง ๆ ของพืชที่เน่าเปื่อยเข้ามาในสระตัวอ่อนของยุงและลูกกบตัวเล็ก ๆ อาศัยอยู่ในสระน้ำ แต่จะไปเติบโตบนบก นกและแมลงซึ่งมีถิ่นที่อยู่นอกสระก็จะมาหาอาหารในสระน้ำ การไหลเข้าของสารและการสูญเสียสารเช่นนี้จึงทำให้สระน้ำเป็นระบบเปิดระบบหนึ่ง หากมีแร่ธาตุไหลเข้ามาเพิ่มขึ้น ก็จะทำให้การเจริญเติบโตของพืชเพิ่มมากขึ้น เช่น ไฟโตแพลงตันหรือพืชน้ำที่อยู่ก้นสระ ปริมาณสัตว์จึงเพิ่มมากขึ้นด้วย เพราะมีอาหารอุดมสมบูรณ์ แต่เมื่อปริมาณสัตว์เพิ่ม ปริมาณของพืชที่เป็นอาหารก็จะค่อย ๆ น้อยลง ทำให้ปริมาณสัตว์ค่อย ๆ ลดตามลงไปด้วยเนื่องจากอาหารมีไม่พอ ดังนั้นสระน้ำจึงมีความสามารถในการที่จะควบคุมตัวของมัน(Self-regulation) เองได้ กล่าวคือ จำนวนและชนิดของสิ่งมีชีวิตทั้งหลายที่อยู่ในสระน้ำจะมีจำนวนคงที่ ซึ่งเราเรียกว่ามีความสมดุล สระน้ำนี้ จึงเป็นหน่วยหนึ่งของธรรมชาติที่เรียกว่า "ระบบนิเวศ" (Ecosystem) ซึ่งกล่าวได้ว่าระบบนิเวศหนึ่ง ๆ นั้น เป็นโครงสร้างที่เปิดและมีความสามารถในการควบคุมตัวของมันเอง ประกอบไปด้วยประชากรต่าง ๆ ของสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อมที่ไร้ชีวิต ระบบนิเวศเป็นระบบเปิดที่มีความสัมพันธ์กับบริเวณแวดล้อมโดยมีการแลกเปลี่ยนสาร และพลังงาน ดังนั้นจึงมีความสัมพันธ์กับระบบนิเวศอื่น ๆ ที่อยู่ใกล้ตัวชุมชนที่มีชีวิตและสิ่งแวดล้อมที่ใช้ชีวิตนั้นรวมกันเป็นระบบนิเวศ
ระบบนิเวศอาจมีขนาดใหญ่ระดับโลก คือ ชีวาลัย (biosphere) ซึ่งเป็นบริเวณที่ห่อหุ้มโลกอยู่และสามารถมีขบวนการต่าง ๆ ของชีวิตเกิดขึ้นได้หรืออาจมีขนาดเล็กเท่าบ่อน้ำแห่งหนึ่ง โลกของเราจัดเป็นระบบนิเวศที่ใหญ่ที่สุด เรียกว่า โลกของสิ่งมีชีวิตหรือชีวภาค (biosphere) ซึ่งรวมระบบนิเวศหลากหลายระบบ และระบบนิเวศเล็กๆ เช่น ทุ่งหญ้า สระน้ำ ขอนไม้ผุ ระบบนิเวศ จำแนกได้เป็น ระบบนิเวศตามธรรมชาติ ได้แก่ ระบบนิเวศบนบก เช่น ป่าไม้ บึง ทุ่งหญ้า ทะเลทราย ระบบนิเวศน้ำ เช่น แม่น้ำลำคลอง ทะเล หนอง บึง มหาสมุทร ระบบนิเวศอีกประเภทหนึ่งคือ ระบบนิเวศที่มนุษย์สร้างขึ้น ได้แก่ ระบบนิเวศ ชุมชนเมือง แหล่งเกษตรกรรม อุตสาหกรรม เป็นต้น
แม้ว่าระบบนิเวศบนโลกจะมีความหลากหลาย แต่โครงสร้างหรือองค์ประกอบภายในระบบนิเวศ แต่ละชนิดจะประกอบด้วยส่วนสำคัญ 2 ส่วน คือ
1. องค์ประกอบที่ไม่มีชีวิต (Abiotic Components) อันได้แก่ปัจจัยต่าง ๆ โดยเฉพาะเรื่องของพลังงาน (energy) ปัจจัยที่เกี่ยวกับสภาพภูมิอากาศ (climatic factors) เช่น อุณหภูมิ (temperature) ความชื้น (humidity) ปริมาณน้ำฝน (precipitation) ฯลฯ ปัจจัยเกี่ยวกับดิน (edaphic factors) และอื่นๆ ย่อมมีองค์ประกอบในขั้นรายละเอียดที่แตกต่างกันไปจึงส่งผลให้สภาพความเป็นไปในแต่ละแห่งแตกต่างกันไปด้วย
จำแนกได้เป็น 3 ส่วน คือ
1.1 อนินทร์ย์สาร (Inorganic Substance) เช่น คาร์บอน คาร์บอนไดออกไซด์ ฟอสฟอรัส ไนโตรเจน น้ำ ออกซิเจน ฯลฯ 1.2 อินทรียสาร (Organic Substance) เช่น คาร์โบไฮเดรต โปรตีน ไขมัน ฮิวมัส ฯลฯ
1.3 สภาพแวดล้อมทางกายภาพ (Physical Environment) เช่น แสง อุณหภูมิ อากาศ ความชื้น ความเป็นกรดด่าง ฯลฯ
2. องค์ประกอบที่มีชีวิต (Biotic Components) ได้แก่ มนุษย์ สัตว์ พืช จุลินทรีย์ และสิ่งมีชีวิตทุกชนิด จำแนกตามหน้าที่ได้ 3 ชนิด คือ
2.1 ผู้ผลิต (Producer)
2.2 ผู้บริโภค (Consumer)
2.3 ผู้ย่อยสลาย (Decomposer)
โครงสร้างของกลุ่มสิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศ แบ่งได้ 3 พวก คือ
1. ผู้ผลิต (Producer) หมายถึงสิ่งมีชีวิตที่สามารถสร้างอาหารได้เอง โดยกระบวนการสังเคราะห์แสง (Photosynthesis) ได้แก่ พืชสีเขียว แพลงตอนพืช แบคทีเรียบางชนิด ฯลฯ สิ่งมีชีวิตเหล่านี้จะมีรงควัตถุสีเขียว คือ คลอโรฟิลล์ เพื่อรับพลังงานแสงอาทิตย์มาใช้ร่วมกับคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ
พวกผู้ผลิตจัดว่ามีความสำคัญมากเพราะเป็นส่วนที่ เริ่มต้นเชื่อมต่อระหว่างส่วนประกอบที่ไม่มีชีวิตและส่วนประกอบที่มีชีวิต อื่นๆในระบบนิเวศ โดยการสร้างและสะสมอาหารขึ้นมาจากแร่ธาตุและสารประกอบโมเลกุลเล็ก รวมทั้งพลังงานจากแสงอาทิตย์ซึ่งสิ่งมีชีวิตพวกอื่น ๆ ในระบบนิเวศไม่สามารถใช้สิ่งเหล่านี้ได้โดยตรงในการเจริญเติบโต
2. ผู้บริโภค (Consumer) หมายถึงสิ่งมีชีวิตที่ไม่สามารรถสร้างอาหารเองได้ แต่ได้รับอาหารจากการกินสิ่งมีชีวิตอื่น สิ่งมีชีวิตที่มีบทบาทเป็นผู้บริโภค คือ พวกสัตว์ต่าง ๆ จำแนกเป็น 3 ชนิด ตามลำดับขั้นการบริโภค คือ
2.1 ผู้บริโภคปฐมภูมิ (Primary Consumer) เป็นสิ่งมีชีวิตที่กินพืชเป็นอาหารอย่างเดียว เรียกว่า ผู้บริโภคพืช (Herbivores) ได้แก่ กระต่าย วัว ควาย ช้าง ม้า ปลาที่กินพืชเล็ก ๆ ฯลฯ
2.2 ผู้บริโภคทุติยภูมิ (Secondary Consumer) เป็นสิ่งมีชีวิตที่กินสัตว์ด้วยกันเป็นอาหาร Carnivores) เช่น งู เสือ นกฮูก นกเค้าแมว จรเข้ ฯลฯ
2.3 ผู้บริโภคตติยภูมิ (Tertiary Consumer) ได้แก่ สิ่งมีชีวิตที่กินทั้งพืช และสัตว์เป็นอาหาร เรียกว่า Omnivore เช่น คน หมู สุนัข ฯลฯ
นอกจากนี้ยังอาจมีผู้บริโภคอันดับต่อไปได้อีกตามลำดับขั้นของการบริโภค ผู้บริโภคขั้นสุดท้ายเรียก ผู้บริโภคขั้นสูงสุด (Top Consumer) หมายถึง สิ่งมีชีวิตที่อยู่ในระดับขั้นการกินสูงสุด ซึ่งก็คือสัตว์ที่ไม่ถูกกินโดยสัตว์อื่น ๆ ต่อไป เป็นสัตว์ที่อยู่ในอันดับสุดท้ายของการถูกกินเป็นอาหาร เช่น มนุษย์ เป็นต้น
3. ผู้ย่อยสลาย (Decomposer) หมายถึง สิ่งมีชีวิตที่สร้างอาหารเองไม่ได้ แต่จะได้อาหารโดยการสร้างเอนไซม์ออกมาย่อยสลายซากของสิ่งมีชีวิต ของเสีย กากอาหาร ให้เป็นสารที่มีโมเลกุลเล็กลงแล้วจึงดูดซึมไปใช้บางส่วน ส่วนที่เหลือจะปล่อยออกสู่ระบบนิเวศ ซึ่งผู้ผลิตสามารถนำไปใช้สร้างอาหารต่อไป สิ่งมีชีวิตที่มีบทบาทเป็นผู้ย่อยสลายส่วนใหญ่ ได้แก่ แบคทีเรีย เห็ด รา ฯลฯ สิ่งมีชีวิตกลุ่มนี้มีบทบาทสำคัญอย่างมากในระบบนิเวศเพราะทำให้เกิดการหมุนเวียนของสาร
1. ระบบนิเวศบนบก (Terrestrial Ecosystems) เป็นระบบนิเวศที่ปรากฏอยู่บนพื้นดินซึ่งแตกต่างกันไปโดยใช้ลักษณะเด่นของพืชเป็นหลักแบ่ง ซึ่งขึ้นกับปัจจัยสำคัญ 2 ประการ คือ อุณหภูมิและปริมาณน้ำฝน ทำให้พืชพรรณต่างๆ แตกต่างกัน ระบบนิเวศบนบกนั้นพอแบ่งออกได้ดังนี้
1.1 ระบบนิเวศป่าไม้ (Forest Ecosystem) เป็นระบบนิเวศที่พื้นที่ส่วนใหญ่ปกคลุมไปด้วยป่าไม้ สามารถแบ่งย่อยออกไปได้ดังนี้
1) ระบบนิเวศป่าไม้เขตร้อน ได้แก่ ระบบนิเวศป่าเบญจพรรณ ป่าเต็งรัง ป่าดิบชื้น ป่าดิบแล้ง ป่าดิบเขา เป็นต้น
2) ระบบนิเวศป่าไม้เขตอบอุ่น ได้แก่ ระบบนิเวศป่าผลัดใบเขตอบอุ่น ป่าเมอดิเตอร์เรเนียน
3) ระบบนิเวศป่าไม้เขตหนาว ได้แก่ระบบนิเวศป่าสน
4) ระบบนิเวศป่าชายฝั่ง (ป่าชายเลน ป่าชายหาด ป่าโขดหิน)
1.2 ระบบนิเวศน์ทุ่งหญ้า (Grassland Ecosystem) เป็นระบบนิเวศที่มีพืชตระกูลหญ้าเป็นพืชเด่น แบ่งได้ดังนี้
1) ระบบนิเวศน์ทุ่งหญ้าเขตร้อน ได้แก่ ระบบนิเวศทุ่งหญ้าซาวันนา โดยมีทุ่งหญ้าที่กว้างใหญ่ที่สุดในโลกที่รูจักกันในนามทุ่งหญ้าซาฟารี
2) ระบบนิเวศน์ทุ่งหญ้าเขตอบอุ่น ได้แก่ ระบบนิเวศทุ่งหญ้าแพรรี่, ทุ่งหญ้าสเตปป์
3) ระบบนิเวศน์ทุ่งหญ้าเขตหนาว ทุ่งหญ้าทุนดรา
1.3 ระบบนิเวศน์ทะเลทราย (Desert Ecosystem) เป็นพื้นที่ที่มีปริมาณฝนตกน้อยกว่าปริมาณการระเหยน้ำ แต่บางพื้นที่อาจมีฝนตกบ้างเล็กน้อยก็จะมีหญ้าเขตแห้งแล้งงอกงามได้ ได้แก่
1) ระบบนิเวศน์ทะเลทรายเขตร้อน ทะเลทรายเขตอบอุ่น
2)ระบบนิเวศนทุ่งหญ้ากึ่งทะเลทรายเขตร้อน ทุ่งหญ้ากึ่งทะเลทรายเขตร้อน
2. ระบบนิเวศทางน้ำ (Aquatic Ecosystems) เป็นระบบนิเวศในแหล่งน้ำต่าง ๆ ของโลก ซึ่งโครงสร้างหลัก คือ น้ำนั่นเอง แบ่งออกได้ดังนี้
2.1 ระบบนิเวศน้ำจืด (Fresh water Ecosystem) เป็นระบบที่น้ำเป็นน้ำจืด อาจแบ่งย่อยเป็น
2.1.1 ระบบนิเวศน้ำนิ่ง เช่น หนอง บึง ทะเลสาบน้ำจืด เป็นต้น
2.1.2 ระบบนิเวศน้ำไหล เช่น ลำธาร ห้วย แม่น้ำ เป็นต้น
2.2 ระบบนิเวศน้ำกร่อย (Estuarine Ecosystem) เป็นระบบนิเวศที่เกิดขึ้นตรงรอยต่อระหว่างน้ำจืดกับน้ำเค็ม มักเป็นบริเวณที่เป็นปากแม่น้ำต่าง ๆ จะมีตะกอนมากจึงมีป่าไม้กลุ่มป่าชายเลนขึ้นจึงเรียกว่าระบบนิเวศป่าชายเลน แต่บางพื้นที่อาจเป็นแอ่งน้ำขนาดใหญ่ เช่น ทะเลสงขลาตอนกลางก็จะมีลักษณะเป็นทะเลสาบน้ำกร่อยมีพืชน้ำสลับกับป่าโกงกาง
2.3 ระบบนิเวศน้ำเค็ม (Marine Ecosystem) เป็นระบบนิเวศที่มีน้ำเป็นน้ำเค็ม โดยปกติจะมีความเค็มประมาณพันละ 35 มีทั้งที่เป็นทะเลปิดและทะเลเปิด เนื่องจากเป็นห้วงน้ำขนาดใหญ่ จึงนิยมแบ่งออกเป็นระบบนิเวศย่อยตามความลึกของน้ำอีกด้วย คือ
2.3.1 ระบบนิเวศชายฝั่ง (Coastal Ecosystem) เป็นบริเวณที่ตกอยู่ภายใต้อิทธิพลของน้ำขึ้นน้ำลง สิ่งมีชีวิตต้องปรับตัวให้เข้ากับสภาพการเปลี่ยนแปลงของระดับน้ำดังกล่าว มีระบบย่อย 2 ประเภท คือ ระบบนิเวศโขดหินชายฝั่ง และ ระบบนิเวศชายหาด
2.3.2 ระบบนิเวศน้ำตื้น เป็นระบบนิเวศที่นับจากระบบนิเวศชายฝั่งลงไปจนถึงน้ำลึก 200 เมตร
2.3.3 ระบบนิเวศทะเลลึก เป็นระบบนิเวศที่นับต่อเนื่องจากความลึก 200 เมตรลงไปถึงท้องทะเล ส่วนนี้มักเป็นบริเวณที่แสงแดดส่องลงไปไม่ถึง ดังนั้นจึงขาดแคลนผู้ผลิตของระบบ สัตว์น้ำต่าง ๆ จึงมีจำนวนน้อยและใช้ชีวิตโดยรอซากสิ่งชีวิตอื่นที่ตายจากด้านบนแล้ว
1. แสง
ยังมีความสัมพันธ์ต่อพฤติกรรมการออกหากินของสัตว์ต่างๆ สัตว์ส่วนใหญ่จะออกหากินเวลากลางวันแต่ก็มีสัตว์อีกหลายชนิดที่ออกหากินเวลากลางคืนเช่น ค้างคาว นกฮูก เป็นต้น
ยังมีความสัมพันธ์ต่อพฤติกรรมการออกหากินของสัตว์ต่างๆ สัตว์ส่วนใหญ่จะออกหากินเวลากลางวันแต่ก็มีสัตว์อีกหลายชนิดที่ออกหากินเวลากลางคืนเช่น ค้างคาว นกฮูก เป็นต้น
2. อุณหภูมิ
สิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดจะดำรงชีวิตอยู่ได้ในอุณหภูมิประมาณ 10 – 30 องศาเซลเซียส ในที่ที่มีอุณหภูมิสูงมากหรืออุณหภูมิต่ำมากจะมีสิ่งมีชีวิตอาศัยอยู่น้อยทั้งชนิดและจำนวน หรืออาจไม่มีสิ่งมีชีวิตอยู่ได้เลย เช่น แถบขั้วโลก และบริเวณทะเลทราย ในแหล่งน้ำที่อุณหภูมิไม่ค่อยเปลี่ยนแปลง
แต่สิ่งมีชีวิตก็มีการปรับตัว เช่น ในบางฤดูกาลมีสัตว์และพืชหลายชนิดต้องพักตัวหรือจำศีล เพื่อหลีกเลี่ยงการเปลี่ยนแปลงดังกล่าว สัตว์ประเภทอพยพไปสู่ถิ่นใหม่ที่มีอุณหภูมิเหมาะสมเป็นการชั่วคราวในบงฤดู เช่น นกนางแอ่นอพยพจากประเทศจีน มาหากินในประเทศไทยในช่วงฤดูหนาว และอาจเลยไปถึงมาเลเซียราวเดือนกันยายนทุกปี
สิ่งมีชีวิตจะมีรูปร่างลักษณะหรือสีที่สัมพันธ์กับอุณหภูมิของแหล่งที่อยู่เฉพาะแตกต่างกันไปด้วย เช่น สุนัข ในประเทศที่มีอากาศหนาว จะเป็นพันธุ์ที่มีขนยาวปุกปุย แต่ในแถบร้อนจะเป็นพันธุ์ขนเกรียน ต้นไม้เมืองหนาวก็มีความเฉพาะ เช่น ป่าสน จะอยู่ในเขตหนาวแตกต่างจากพืชในป่าดิบชื้นในเขตร้อน
สิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดจะดำรงชีวิตอยู่ได้ในอุณหภูมิประมาณ 10 – 30 องศาเซลเซียส ในที่ที่มีอุณหภูมิสูงมากหรืออุณหภูมิต่ำมากจะมีสิ่งมีชีวิตอาศัยอยู่น้อยทั้งชนิดและจำนวน หรืออาจไม่มีสิ่งมีชีวิตอยู่ได้เลย เช่น แถบขั้วโลก และบริเวณทะเลทราย ในแหล่งน้ำที่อุณหภูมิไม่ค่อยเปลี่ยนแปลง
แต่สิ่งมีชีวิตก็มีการปรับตัว เช่น ในบางฤดูกาลมีสัตว์และพืชหลายชนิดต้องพักตัวหรือจำศีล เพื่อหลีกเลี่ยงการเปลี่ยนแปลงดังกล่าว สัตว์ประเภทอพยพไปสู่ถิ่นใหม่ที่มีอุณหภูมิเหมาะสมเป็นการชั่วคราวในบงฤดู เช่น นกนางแอ่นอพยพจากประเทศจีน มาหากินในประเทศไทยในช่วงฤดูหนาว และอาจเลยไปถึงมาเลเซียราวเดือนกันยายนทุกปี
สิ่งมีชีวิตจะมีรูปร่างลักษณะหรือสีที่สัมพันธ์กับอุณหภูมิของแหล่งที่อยู่เฉพาะแตกต่างกันไปด้วย เช่น สุนัข ในประเทศที่มีอากาศหนาว จะเป็นพันธุ์ที่มีขนยาวปุกปุย แต่ในแถบร้อนจะเป็นพันธุ์ขนเกรียน ต้นไม้เมืองหนาวก็มีความเฉพาะ เช่น ป่าสน จะอยู่ในเขตหนาวแตกต่างจากพืชในป่าดิบชื้นในเขตร้อน
3. แร่ธาตุ
แร่ธาตุต่างๆ จะมีอยู่ในอากาศที่ห่อหุ้มโลก อยู่ในดินและละลายอยู่ในน้ำ แร่ธาตุที่สำคัญได้แก่ ออกซิเจน คาร์บอน ไนโตรเจน ฟอสฟอรัส โพแทสเซียม และแร่ธาตุอื่นๆ เป็นสิ่งจำเป็นที่ทุกชีวิตต้องการในกระบวนการดำรงชีพ แต่สิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดต้องการแร่ธาตุเหล่านี้ในปริมาณที่แตกต่างกัน และระบบนิเวศแต่ละระบบจะมีแร่ธาตุต่างๆ เป็นองค์ประกอบในปริมาณที่แตกต่างกัน
แร่ธาตุต่างๆ จะมีอยู่ในอากาศที่ห่อหุ้มโลก อยู่ในดินและละลายอยู่ในน้ำ แร่ธาตุที่สำคัญได้แก่ ออกซิเจน คาร์บอน ไนโตรเจน ฟอสฟอรัส โพแทสเซียม และแร่ธาตุอื่นๆ เป็นสิ่งจำเป็นที่ทุกชีวิตต้องการในกระบวนการดำรงชีพ แต่สิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดต้องการแร่ธาตุเหล่านี้ในปริมาณที่แตกต่างกัน และระบบนิเวศแต่ละระบบจะมีแร่ธาตุต่างๆ เป็นองค์ประกอบในปริมาณที่แตกต่างกัน
4. ความชื้น
ความชื้นในบรรยากาศจะแตกต่างกันไปในแต่ละภูมิภาคของโลกและยังเปลี่ยนเแปลงไปตามฤดูกาล ความชื้นมีผลต่อการระเหยของน้ำออกจากร่างกายของสิ่งมีชีวิต ทำให้จำกัดชนิดและการกระจายของสิ่งมีชีวิตในแหล่งที่อยู่ด้วย ในเขตร้อนจะมีความชื้นสูง เนื่องจากมีฝนตกชุกและสม่ำเสมอ และจะมีความอุดมสมบูรณ์ จึงมีความหลากหลายของชนิดและปริมาณของสิ่งมีชีวิตมากกว่าในเขตอบอุ่นหรือเขตหนาว
ความชื้นในบรรยากาศจะแตกต่างกันไปในแต่ละภูมิภาคของโลกและยังเปลี่ยนเแปลงไปตามฤดูกาล ความชื้นมีผลต่อการระเหยของน้ำออกจากร่างกายของสิ่งมีชีวิต ทำให้จำกัดชนิดและการกระจายของสิ่งมีชีวิตในแหล่งที่อยู่ด้วย ในเขตร้อนจะมีความชื้นสูง เนื่องจากมีฝนตกชุกและสม่ำเสมอ และจะมีความอุดมสมบูรณ์ จึงมีความหลากหลายของชนิดและปริมาณของสิ่งมีชีวิตมากกว่าในเขตอบอุ่นหรือเขตหนาว
1. ความสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิตกับสิ่งแวดล้อม
ความสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิตกับสิ่งแวดล้อมในระบบนิเวศ แบ่งออกได้เป็น ๒ ลักษณะ คือ
1. เป็นความผูกพัน พึ่งพากัน หรือส่งผลต่อกันระหว่างสิ่งมีชีวิตด้วยกันเอง
2. เป็นความเกี่ยวข้องสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตกับสิ่งไม่มีชีวิตที่แวดล้อมมันอยู่
ซึ่งลักษณะความสัมพันธ์ทั้ง 2 ประการนี้ จะเกิดขึ้นพร้อมๆ กัน และมีอยู่ในทุกระบบนิเวศและความสำคัญของความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตกับสิ่งแวดล้อมก็คือ การถ่ายทอดพลังงานและการแลกเปลี่ยนสสารซึ่งเป็นความสัมพันธ์ที่เป็นไปตามกฎเกณฑ์อย่างมีระเบียบภายในระบบ ทำให้ระบบอยู่ในภาวะที่สมดุลนั้นคือ การดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิตจะได้พลังงานโดยตรงมาจากดวงอาทิตย์ซึ่งพลังงาน จากดวงอาทิตย์จะถูกตรึงไว้ในชีวะบริเวณด้วยขบวนการสังเคราะห์แสงของพืชสี เขียว ทำให้มีการเจริญเติบโตและเป็นอาหารให้กับสัตว์ ขณะเดียวกันตลอดระยะเวลาของการเติบโตของพืชสีเขียว มันก็จะปล่อยก๊าซออกซิเจนที่เป็นประโยชน์ต่อกระบวนการหายใจของพืชและสัตว์ นี่คือตัวอย่างของการถ่ายทอดพลังงานและการแลกเปลี่ยนสสารระหว่างสิ่งมีชีวิต กับสิ่งแวดล้อมในระบบนิเวศ
2. ความสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิตต่างชนิดกัน
ความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตต่างชนิดกัน เป็นความสัมพันธ์ที่เกิดขึ้นในลักษณะต่างๆ ดังนี้
1. ภาวะการเป็นผู้อาศัย เป็นความสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิต ๒ ชนิดที่อาศัยอยู่ร่วมกันฝ่ายผู้อาศัยเป็นผู้ได้รับประโยชน์ ผู้ที่ให้อาศัยเป็นผู้เสียประโยชน์ เช่น ต้นกาฝาก ซึ่งเกิดบนต้นไม้ใหญ่ มีรากพิเศษที่เจาะลงไปยังท่อน้ำและท่ออาหารของต้นไม้เพื่อดูดน้ำและธาตุอาหารหรือสัตว์ประเภทหมัด เรือด เห็บ ปลิง ทาก เหา ไร เป็นต้น
2. การล่าเหยื่อ เป็นการอยู่ร่วมกันของสิ่งมีชีวิตที่ชีวิตหนึ่งต้องตกเป็นอาหารของอีกชีวิตหนึ่ง เช่น กวางเป็นอาหารของสัตว์ ปลาเป็นอาหารของมนุษย์ ซึ่งสิ่งมีชีวิตล่าชีวิตอื่นเป็นอาหาร เรียกว่า ผู้ล่า และชีวิตทีต้องตกเป็นอาหารนั้น เรียกว่า เหยื่อ
3. การได้ประโยชน์ร่วมกัน เป็นการอยู่ร่วมกันระหว่างสิ่งมีชีวิต ๒ ชนิด ที่ต่างฝ่ายต่างได้รับประโยชน์กันและกัน แต่ไม่จำเป็นต้องอยู่ด้วยกันตลอดเวลา นั่นคือบางครั้งอาจอยู่ด้วยกัน บางครั้งก็อาจแยกใช้ชีวิตอยู่ตามลำพังได้ เช่น นกเอี้ยงกับควาย การที่นกเอี้ยงเกาะอยู่บนหลังควายนั้นมันจะจิกกินเห็บให้กับควาย ขณะเดียวกันก็จะส่งเสียงเตือนภัยให้กับความเมื่อมีศัตรูมาทำอันตรายควาย
4. ภาวะแห่งการเกื้อกูล เป็นความสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิต ๒ ชนิด ที่ฝ่ายหนึ่งได้ประโยชน์ ส่วนอีกฝ่ายไม่เสียประโยชน์ แต่ก็ไม่ได้ประโยชน์อย่างเช่น กล้วยไม้ป่า ที่เกาะอยู่ตามเปลือกของต้นไม้ใหญ่ในป่า อาศัยความชื้นและธาตุอาหารจากเปลือกไม้ แต่ก็ไม่ได้ชอนไชรากเข้าไปทำอันตรายกับลำต้นของต้นไม้ ต้นไม้จึงไม่เสียผลประโยชน์ แต่ก็ไม่ได้ประโยชน์จากการเกาะของกล้วยไม้นั้น
5. ภาวะที่ต้องพึ่งพากันและกัน เป็นการอยู่ร่วมกันของสิ่งมีชีวิต ๒ ชนิด ที่ไม่สามารถมีชีวิตอยู่ได้ ถ้าแยกจากกัน เช่นไลเคน ซึ่งประกอบด้วยราและสาหร่าย สาหร่ายนั้นสามารถสร้างอาหารได้เอง แต่ต้องอาศัยความชื้นจากราและราก็ได้อาหารจากสาหร่าย
6. ภาวะของการสร้างสารปฎิชีวนะ เป็นการอยู่ร่วมกันของสิ่งมีชีวิตที่ฝ่ายหนึ่งไม่ได้รับประโยชน์ แต่อีกฝ่ายหนึ่งต้องเสียประโยชน์เกิดขึ้นเนื่อง
7. ภาวะการกีดกัน เป็นภาวะที่การดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิต ไปมีผลต่อการอยู่รอดของสิ่งมีชีวิตอีกชนิดหนึ่ง เช่น ต้นไม้ใหญ่บังแสงไม่ให้ส่องถึงไม้เล็กที่อยู่ข้างล่าง ทำให้ไม้เล็กไม่อาจเติบโตได้
8. ภาวะของการแข่งขัน เป็นความสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิต ๒ ชีวิต ซึ่งอาจเป็นชนิดเดียวกันหรือต่างชนิดกัน ที่มีความต้องการที่อยู่อาศัยหรืออาหารอย่างเดียวกันในการดำรงชีวิตและปัจจัยดังกล่าวนั้นมีจำกัด
9. ภาวะการเป็นกลาง เป็นการอยู่ร่วมกันของสิ่งมีชีวิต ๒ ชีวิตใน ชุมชนเดียวกันแต่ต่างดำรงชีวิตเป็นอิสระแก่กันโดยไม่ให้และไม่เสียประโยชน์ต่อกัน
10. ภาวะการย่อยสลาย เป็นการดำรงชีวิตของพวกเห็ดรา บัคเตรีที่มีชีวิตอยู่ด้วยการหลั่งสารเอนไซม์ออกมานอกร่างกาย เพื่อย่อยซากสิ่งมีชีวิตให้เป็นรูปของเหลว แล้วดูดซึมเข้าสู่ร่างกาย ในรูปของเหลว
การถ่ายทอดพลังงาน ดวงอาทิตย์นับเป็นแหล่งพลังงานที่ใหญ่และสำคัญที่สุดของระบบนิเวศโลก โดยได้รับพลังงานในรูปของการแผ่รังสี แต่รังสีทั้งหมดที่ส่งมาจากดวงอาทิตย์นั้น จะผ่านบรรยากาศของโลกลงมาเพื่อใช้ในการสังเคราะห์แสงเพียงประมาณ 1% เท่านั้น
ผู้ผลิตในระบบนิเวศจำพวกที่ทำหน้าที่สร้างอินทรีย์วัตถุ จะเป็นพวกแรกที่ได้รับพลังงานจากดวงอาทิตย์เพื่อนำมาใช้ในการสังเคราะห์แสง ผู้ผลิตเหล่านี้ได้แก่พืชชนิดต่างๆ นี้ จะเปลี่ยนพลังงานแสงให้เป็นพลังงานเคมี แล้วนำพลังงานเคมี นี้ไปสังเคราะห์สารประกอบ ที่มีโครงสร้างอย่างง่าย คือ คาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ให้เป็นสารประกอบที่มีโครงสร้างซับซ้อนและมีพลังงานสูง คือ คาร์โบไฮเดรต (CH 2n)
พลังงานที่ผู้ผลิตรับไว้ได้จากดวงอาทิตย์ และเปลี่ยนไปอยู่ในรูปของสารอาหารนี้จะมีการถ่ายทอดไปตามลำดับขั้น ของการกินอาหารภายในระบบนิเวศ คือ ผู้บริโภคจะได้รับพลังงานจากผู้ผลิต โดยการกินต่อกันเป็นทอด ๆ ในแต่ละลำดับขั้นของการถ่ายทอดพลังงานนี้ พลังงานจะค่อย ๆ ลดลงไปในแต่ละลำดับเรื่อย ๆ ไปเนื่องจากได้สูญเสียออกไปในรูปของความร้อน การรับพลังงานจากดวงอาทิตย์ โดยผู้ผลิตเป็นจุดแรกที่มีความสำคัญยิ่งต่อระบบนิเวศนั้น ระบบนิเวศใดรับพลังงานไว้ได้มากย่อมแสดงให้เห็นว่าระบบนิเวศนั้นมีความอุดมสมบูรณ์มาก การเคลื่อนย้ายหรือถ่ายทอดพลังงานในระบบนิเวศในรูปของอาหารจากผู้ผลิตไปสู่ผู้บริโภค และจากผู้บริโภคไปสู่ผู้บริโภคอันดับต่อไปเป็นลำดับขั้นมีลักษณะเป็น "ลูกโซ่อาหาร" หรือ "ห่วงโซ่อาหาร" (food chain) ในสภาพธรรมชาติจริง ๆ แล้ว การกินกันอาจไม่ได้เป็นไปตามลำดับที่แน่นอน เช่นที่กล่าวมาเพราะผู้ล่าชนิดหนึ่งอาจจะล่าเหยื่อได้หลายชนิดและขณะเดียวกันนี้ อาจจะตกเป็นเหยื่อของผู้ล่า เนื่องจากทุก ๆ ลำดับขั้นของการถ่ายทอดจะมีพลังงานสูญไปในรูปของความร้อนประมาณ 80-90% ดังนั้นลำดับของการกินในลูกโซ่อาหารนี้จึงมีจำนวนจำกัด โดยปกติจะสิ้นสุดในลำดับสี่ถึงห้าเท่านั้นลูกโซ่อาหาร สายใดมีลักษณะสั้นก็จะยิ่งมีประสิทธิภาพดีเท่านั้นเพราะมีพลังงานรั่วไหลไปจากลูกโซ่ได้น้อย เช่นชนิดอื่น ๆ อีกหลายชนิดเช่นกัน การถ่ายทอดพลังงาน จึงมีความซับซ้อนมากขึ้น และสัมพันธ์เกี่ยวโยงกัน ไปมาในลักษณะ "ข่ายใยอาหาร" หรือ "สายใยอาหาร" (food web)
สิ่งมีชีวิตทุกชนิดใช้พลังงานและสารอาหารจากสิ่งแวดล้อมเพื่อการดำรงชีวิต จึงเกิดการถ่ายทอดพลังงาน เกิดเป็นความเกี่ยวข้องเชื่อมโยงกันของสิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศ ซึ่งแบ่งออกได้เป็น 2 ระดับคือ ห่วงโซ่อาหาร และสายใยอาหาร
เป็นการถ่ายทอดพลังงานในรูปอาหารจากสิ่งมีชีวิตอันดับหนึ่งไปอันดับสองโดยใช้ลูกศรแทนการถ่ายทอดพลังงานหรือการกิน หัวลูกศรจะชี้ไปทางที่พลังงานถูกถ่ายทอดไป เช่นจากผู้ผลิตไปยังผู้บริโภคอันดับที่หนึ่ง
ห่วงโซ่อาหารแบ่งเป็น 4 แบบ คือ
1. ห่วงโซ่อาหารแบบผู้ล่า (Predator chain or Grazing food chain) เริ่มจากผู้ผลิตคือพืช ตามด้วยผู้บริโภคอันดับต่างๆ การถ่ายทอดพลังงานจึงประกอบด้วย ผู้ล่า (Predator) และเหยื่อ (Prey)
2. ห่วงโซ่อาหารแบบปรสิต (Parasitic chain) เริ่มจากผู้ถูกอาศัย (Host) ถ่ายทอดพลังงานไปยังปรสิต (Parasite) และต่อไปยังปรสิตอันดับสูงกว่า (Hyperparasite) โดยภายในห่วงโซ่นี้จะใช้การเกาะกินซึ่งกันและกัน
3. ห่วงโซ่อาหารแบบเศษอินทรีย์ (Detritus chain) เริ่มจากซากพืชหรือซากสัตว์ (Detritus) หรือสิ่งที่ไม่มีชีวิตถูกผู้บริโภคซากพืชซากสัตว์กัดกิน และผู้บริโภคซากอาจถูกกินต่อโดยผู้บริโภคสัตว์ อีกทอด
4. ห่วงโซ่อาหารแบบผสม (Mixed chain) เป็นการถ่ายทอดพลังงานระหว่างสิ่งมีชีวิตหลายๆ ประเภท อาจมีทั้งแบบผู้ล่า และปรสิต เช่น จากผู้ผลิตไปยังผู้บริโภคพืช และไปยังปรสิตเป็นต้น
ประเภทของห่วงโซ่อาหาร ห่วงโซ่อาหารที่สำคัญมี 2 ประเภท คือ
1. Grazing food chain เป็นห่วงโซ่อาหารที่เริ่มจากพืช (ที่ยังมีชีวิต) ผ่านไปยังสัตว์อื่น ๆ ตามลำดับขั้นการถ่ายทอดพลังงานและสารอาหาร มี 2 ลักษณะย่อย คือ
1.1 ห่วงโซ่อาหารแบบจับกิน เป็นห่วงโซ่อาหารที่มีลักษณะฝ่ายหนึ่งเป็นผู้ล่า (predator) ส่วนอีกฝ่ายเป็นผู้ถูกล่าหรือเหยื่อ (prey) เป็นลักษณะะที่พบเห็นได้ง่ายทั่วไป
1.2 ห่วงโซ่อาหารแบบปรสิต เป็นห่วงโซ่ที่ฝ่ายหนึ่งเป็นแหล่งพึ่งพิงและอีกฝ่ายเป็นผู้อาศัยซึ่งได้อาหาร+พลังงานจากแหล่งพึ่งพิงนั่นเอง
2. Detritus food chain (ห่วงโซ่อาหารแบบเศษอินทรีย์) เป็นห่วงโซ่ที่เริ่มต้นสารอินทรีย์ที่ได้จากการย่อยสลายซากของสิ่งมีชีวิตโดยผู้ย่อยสลาย หรือ ใช้เศษอินทรีย์ต่าง ๆ เป็นอาหาร แล้วส่งต่อไปยังสิ่งมีชีวิตอื่นตามลำดับขั้นการบริโภค มักพบมากในน้ำ
สายใยอาหาร (Food web) หมายถึง การถ่ายทอดพลังงานเคมีในรูปอาหารระหว่างสิ่งมีชีวิตหลายๆ ชนิดมารวมกัน ทำให้เกิดการถ่ายทอดพลังงานที่ซับซ้อน การถ่ายทอดพลังงานในระบบนิเวศ จะไหลไปในทิศทางเดียว คือ เริ่มต้นจากผู้ผลิตไปยังผู้บริโภค ขณะเดียวกันก็มีการสูญเสียพลังงานออกไปในแต่ละลำดับ ไม่มีการเคลื่อนกลับเป็นวัฏจักร จึงกล่าวได้ว่า การถ่ายทอดพลังงานในระบบนิเวศไม่เป็นวัฏจักร (Non - cyclic)
และเป็นการรวมกันของห่วงโซ่อาหารหลายๆ ชุด อย่างซับซ้อน (Complex food chain) เพราะบางครั้งสิ่งมีชีวิตชนิดหนึ่งกินจะสามารถกินอาหารได้หลายอย่าง และในเวลาเดียวกันยังเป็นอาหารให้กับสิ่งมีชีวิตอื่นอีกหลายชนิด ห่วงโซ่อาหารจึงเชื่อมโยงเป็นใยแมงมุม และการถ่ายทอดพลังงานระหว่างสิ่งมีชีวิตก็มีความซับซ้อนขึ้นด้วย และมีโอกาสถ่ายทอดได้หลายทิศทาง เช่นสายใยอาหารในน้ำ
ถ้ากลุ่มสิ่งมีชีวิตในสายใยอาหารมีความสมดุลนั่นคือ สิ่งมีชีวิตที่เป็นผู้ผลิต ได้แก่พืช สาหร่ายสีเขียว และไดอะตอม ควรจะมีปริมาณมากที่สุด ห่วงโซ่อาหารจึงจะสมดุล
สิ่งมีชีวิตบางชนิด จัดเป็นผู้บริโภคได้หลายอันดับ เช่น ถ้าปลากินสาหร่ายสีเขียว ปลาจะเป็นผู้บริโภคอันดับแรก แต่ถ้าปลากินไรน้ำ ปลาจะเป็นผู้บริโภคอันดับสอง เพราะไรน้ำกินได้อะตอมมาก่อน
ถ้าผู้บริโภคชนิดใดชนิดหนึ่งมีปริมาณเปลี่ยนแปลงไปอย่างกระทันหัน ไม่ว่าจะเป็นการเพิ่มขึ้นหรือลดลงอย่างมาก จะทำให้สมดุลในสายใยอาหารเปลี่ยนไป และส่งผลต่อสมดุลของระบบนิเวศตามมา
การหมุนเวียนของแร่ธาตุและการถ่ายทอดพลังงานเป็นหัวใจสำคัญของระบบนิเวศทำให้ระบบนิเวศคงอยู่ได้ การหมุนเวียนของแร่ธาตุเป็นวัฏจักรจากสิ่งแวดล้อมเข้าสู่สิ่งมีชีวิตและจากสิ่งมีชีวิตถูกปลดปล่อยออกสู่สิ่งแวดล้อมอีก หมุนเวียนสับเปลี่ยนกันไป การหมุนเวียนของธาตุอาหารนี้เกิดขึ้นจากการทำงานร่วมกันระหว่างกระบวนการทางชีวภาพ การะบวนการทางกายภาพ และกระบวนการทางเคมีที่เกิดขึ้นทั้งในสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อม ทำให้แร่ธาตุเกิดการหมุนเวียนอยู่ในระบบนิเวศได้จึงเรียกว่า การหมุนเวียนทางชีวธรณีเคมี หรือ วัฏจักรชีวธรณีเคมี (Biogeochemical Cycle)
1.วัฏจักรของน้ำ (Hydrologic Cycle in Ecosystem)
น้ำเป็นปัจจัยสำคัญในการดำรงชีวิตของมนุษย์ และเป็นองค์ประกอบที่สำคัญของสิ่งมีชีวิตทั้งหลาย น้ำมีอยู่ในโลกทั้งหมดราว 1,350 ล้านลูกบาศก์กิโลเมตร ประมาณร้อยละ 1 ของน้ำจำนวนนี้จะอยู่ในทะเลสาบ แม่น้ำลำคลอง และใต้ดิน ปริมาณน้ำจำนวนหนึ่งจะถูกส่งผ่านไปมาในบรรยากาศ น้ำที่ถูกส่งเข้าสู่บรรยากาศจะตกลงเป็นฝนหรือหิมะในปริมาณใกล้เคียงกัน ปริมาณน้ำทั้งหมดจะอยู่ในทะเลมหาสมุทร ร้อยละ 97 อยู่ใต้ดิน ร้อยละ 0.6 อยู่ในดิน ร้อยละ 0.2 อยู่ในลักษณะของน้ำแข็ง ร้อยละ 2.1 และอยู่ในลักษณะของไอน้ำที่ลอยอยู่ในบรรยากาศ ร้อยละ 0.001 วัฏจักรของน้ำจำเป็นต่อสิ่งมีชีวิตมากเพราะน้ำเป็นตัวละลายที่ดี จึงนำแร่ธาตุที่จำเป็นเข้าสู่พืช เพื่อสร้างเป็นสารอาหารให้แก่สิ่งมีชีวิต การทราบวัฏจักรของน้ำจึงมีประโยชน์ในด้านการอนุรักษ์สิ่งมีชีวิต และสภาพแวดล้อม
2. วัฏจักรของคาร์บอน (Carbon Cycle)
สิ่งมีชีวิตทุกชนิดต้องการธาตุคาร์บอน (C) เพราะเป็นธาตุหลักในสารประกอบอินทรีย์ทุกชนิด คาร์บอนหมุนเวียนระหว่างสิ่งมีชีวิตและสิ่งไม่มีชีวิตในรูปของคาร์บอนไดออกไซด์ ในบรรยากาศซึ่งมีอยู่ประมาณร้อยละ 0.04 และในน้ำซึ่งอยู่ในรูปของคาร์บอนไดออกไซด์อิสระ หรือรูปของไบคาร์บอเนตคาร์บอนที่อยู่ในอากาศจะอยู่ในรูปของคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2 ) โดยคาร์บอนไดออกไซด์ จะถูกพืชนำไปสร้างเป็นสารอาหาร โดยกระบวนการสังเคราะห์แสง ซึ่งจะถูกถ่ายทอดไปยังสัตว์โดยการกิน ในที่สุดทั้งพืชและสัตว์จะปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ออกสู่บรรยากาศด้วยการหายใจ และบางส่วนที่ยังคงอยู่ในรูปของเนื้อเยื่อพืชและสัตว์ จะมีการหมุนเวียนกลับสู่บรรยากาศใหม่หลังจากพืชและสัตว์ตายและมีการย่อยสลายเกิดขึ้น นอกจากนี้บางส่วนที่ไม่ย่อยสลายก็ทับถมกันเป็นเวลานาน กลายเป็นถ่านหิน น้ำมันและก๊าซ เมื่อมนุษย์นำมาใช้เกิดการเผาไหม้ก็จะได้คาร์บอนไดออกไซด์คืนสู่บรรยากาศ นอกจากนี้ยังได้จากการระเบิดของภูเขาไฟเป็นครั้งคราวอีกด้วย
3.วัฏจักรของไนโตรเจน (Nitrogen Cycle)
ธาตุไนโตรเจนเป็นธาตุที่จำเป็นในการสร้างโปรโตปลาสซึม ของสิ่งมีชีวิต โดยจะเป็นส่วนประกอบหลักของโปรตีน ในบรรยากาศมีก๊าซไนโตรเจน ประมาณร้อยละ 78 แต่สิ่งมีชีวิตไม่สามารถนำมาใช้ได้โดยตรง แต่จะใช้ได้เมื่ออยู่ในสภาพของสารประกอบ แอมโมเนีย ไนไตรท์และไนเตรท ไนโตรเจนในบรรยากาศ จึงต้องเปลี่ยนรูปให้อยู่ในสภาพที่สิ่งมีชีวิต ส่วนใหญ่จะใช้ได้
วัฏจักรนี้จึงประกอบด้วยขบวนการตรึงไนโตรเจน (Nitrogen Fixation) ขบวนการสร้างแอมโมเนีย (Ammonification) ขบวนการสร้างไนเตรด (Nitrification) และขบวนการสร้างไนโตรเจน (Denitrification) ขบวนการเหล่านี้จะต้องอาศัยแบคทีเรีย จุลินทรีย์อื่นๆ จำนวนมาก จึงทำให้เกิดสมดุลของวัฏจักรไนโตรเจน นอกจากจะถูกตรึง โดยสิ่งมีชีวิตแล้ว ไนโตรเจนในบรรยากาศ ยังถูกตรึงจากธรรมชาติอีกด้วย เป็นต้นว่าเมื่อเกิดฟ้าแลบขึ้นมา ไนโตรเจนในท้องฟ้าจะเปลี่ยนแปลงทางเคมี ฟิสิกส์ ก่อให้เกิดสารประกอบไนเตรดขึ้นมา จากนั้นจะถูกน้ำฝนชะพาลงสู่พื้นดินต่อไป
4 .วัฏจักรฟอสฟอรัส (Phosphorus Cycle)
ฟอสฟอรัส เป็นธาตุที่จำเป็นต่อการดำรงชีพของสิ่งมีชีวิต เพราะเป็นองค์ประกอบของ DNA, RNA และ ATP ฟอสฟอรัสเป็นธาตุที่อยู่ในธรรมชาติน้อยมาก และเกิดขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงทางธรณีวิทยา เช่น แผ่นดินไหว ภูเขาไฟระเบิด ด้วยเหตุนี้ฟอสฟอรัสจึงถูกใช้หมุนเวียนอยู่ระหว่างสิ่งมีชีวิตและไม่มีชีวิตในปริมาณที่จำกัด ดังนั้นฟอสฟอรัส จึงเป็นปัจจัยที่จำกัดจำนวนสิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศหลายชนิด ฟอสฟอรัสส่วนใหญ่จะอยู่ในรูปของหินฟอสเฟตหรือแร่ฟอสเฟต เมื่อถูกกัดกร่อนโดยน้ำและกระแสลมปะปนอยู่ในดิน แล้วถูกน้ำชะล้างให้อยู่ในรูปที่ละลายน้ำได้ ซึ่งพืชสามารถนำไปใช้และ ถ่ายทอดไปในระบบนิเวศตามห่วงโซ่อาหาร เมื่อตายลงก็จะถูกย่อยสลายด้วยพอสฟาไท ซึ่งแบคทีเรีย (Phosphatizing Bacteria) ให้อยู่ในรูปที่ละลายน้ำได้ ส่วนนี้นอกจากพืชนำไปใช้โดยตรงแล้ว ยังถูกกระบวนการชะล้างพัดพาลงสู่ทะเล มหาสมุทรปะปนอยู่ในดินตะกอนทั้งทะเลลึกและตื้น และถูกสิ่งมีชีวิตเล็ก ๆ ในทะเลนำมาใช้ถ่ายทอดไปตามห่วงโซ่อาหารจนถึงปลาขนาดใหญ่และนกทะเล เมื่อสัตว์พวกนี้ตายลงเกิดการสะสมเป็นแหล่งสะสมชนิดกัวโน (Guano) ซึ่งเกิดจากการสะสมตัวของมูลนกและกระดูกนกเช่นเดียวมูลค้างคาว ธาตุไนโตรเจนที่เกิดร่วมอยู่ด้วยในมูลสัตว์เหล่านี้ละลายน้ำได้ดีมากจึงถูกพัดพาไปหมด คงเหลือไว้แต่ธาตุฟอสฟอรัสที่สลายตัวยาก นำมาใช้ไม่ได้ จากนั้นจะเริ่มวัฏจักรใหม่อีกปัจจุบันฟอสฟอรัสมีส่วนทำให้เกิดมลภาวะทางน้ำได้ เนื่องจากผงซักฟอกซึ่งมีฟอสเฟต เป็นส่วนผสม เมื่อปล่อยลงสู่แม่น้ำลำธาร ทำให้พืชน้ำเจริญเติบโตอย่างรวดเร็ว ซึ่งทำให้เกิดปัญหาแก่แหล่งน้ำมากขึ้น
5.วัฏจักรซัลเฟอร์(Sulfur Cycle)
ซัลเฟอร์ หรือกำมะถันเป็นธาตุที่สำคัญในการเจริญเติบโตและเมตาโบลิซัม ของสิ่งมีชีวิตดังนั่นถ้าขาดกำมะถันจะไม่สามารถมีชีวิตอยู่ได้ กำมะถันที่พบในธรรมชาติจะอยู่ในสภาพของแร่ธาตุและในสภาพของสารประกอบหลายชนิด เช่น ไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H2S) และซัลเฟต (SO42-) สารประกอบอินทรีย์ในพืชและสัตว์จะถูกย่อยสลายเป็นไฮโดรเจนซัลไฟต์ โดยปฏิกิริยาของแบคทีเรียและถูกเปลี่ยนต่อจนกลายเป็นซัลเฟต ซึ่งพืชจะนำกลับไปใช้ได้กำมะถันในซากของพืชและสัตว์บางส่วนจะถูกสะสมและถูกตรึงไว้ในถ่านหิน และน้ำมันปิโตรเลียม เมื่อมีการนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงเกิดการเผาไหม้ได้ก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2) เมื่อก๊าซนี้อยู่ในบรรยากาศจะรวมตัวกับละอองน้ำตกลงมาเป็นเม็ดฝนของกรดกำมะถันหรือกรดซัลฟิวริก (H2SO4) ซึ่งจะกัดและทำให้ สิ่งก่อสร้างต่าง ๆ สึกกร่อนและเป็นอันตรายต่อการหายใจของคน
วัฏจักรต่าง ๆ เหล่านี้เป็นวัฏจักรที่สำคัญในการรักษาสมดุลธรรมชาติ (Balance of Nature) ยังมีวัฏจักรอื่น ๆ อีกหลายอย่างในธรรมชาติ แต่ละวัฏจักรก็มีระบบภาวะธำรงดุลของตนเอง ถ้าส่วนใดส่วนหนึ่งของระบบถูกทำลายไปก็จะส่ง ผลกระทบไปยังวัฏจักรอื่น ๆ ทำให้สมดุลธรรมชาติเสียหาย การที่สารต่าง ๆ มีการหมุนเวียนกลับคืนสู่ธรรมชาติ ทำให้ปริมาณสารที่มีอยู่ในธรรมชาติไม่หมดสิ้นไป ทำให้มีอยู่ในปริมาณที่สมดุลกับสิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศนั้น ๆ ดุลธรรมชาติจึงเป็นปรากฏการณ์ที่เกี่ยวกับความสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิตด้วยกันกับสิ่งไม่มีชีวิตในธรรมชาติ
สิ่งมีชีวิตซึ่งเป็นองค์ประกอบหนึ่งในแต่ละระบบนิเวศย่อมเกิดขึ้นหรืออาศัยอยู่ในสภาพแวดล้อมที่เหมาะสม ดังนั้นจึงมีปัจจัยหลายประการที่เป็นสิ่งกำหนดลักษณะของระบบนิเวศ ปัจจัยสำคัญ ได้แก่
1.อุณหภูมิ เป็นเครื่องกำหนดชนิดของพืชและสัตว์ว่ามีชนิดใดอยู่บ้าง เพราะอุณหภูมิมีอิทธิพลต่อการเปลี่ยนแปลงของออกซิเจนในน้ำ การเปลี่ยนแปลงรูปพรรณสัณฐานและสรีระวิทยาของสิ่งมีชีวิต การอพยพของสัตว์ การแพร่กระจายของพืชและสัตว์ในพื้นที่ต่าง ๆ และควบคุมชนิดของไข่ และอัตราส่วนเพศในสัตว์บางชนิด
2. น้ำและความชื้น พืชและสัตว์ มีการถ่ายเทไอน้ำให้กับอากาศอยู่เสมอ บริเวณที่อากาศมีความชื้นต่ำ ร่างกายจะมีการถ่ายเทน้ำให้กับอากาศมากขึ้น ส่วนพืชจะมีการถ่ายเทน้ำให้กับอากาศอยู่เสมอ ระบบนิเวศที่มีความชื้นมากมักจะมีพืชและสัตว์อาศัยอย่างหนาแน่นทำให้มีโอกาส ประสานสัมพันธ์ในการถ่ายทอดวัตถุธาตุและพลังงานให้แก่กันได้มากขึ้น
3. แสงสว่าง มีความสำคัญต่อการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่เป็นแสงสว่างจากดวงอาทิตย์ ซึ่งมีความสำคัญต่อระบบนิเวศ เพราะทำให้การถ่ายเทวัตถุธาตุต่าง ๆ อิทธิพลของแสงสว่างที่มีต่อสิ่งมีชีวิต เช่น คุณภาพแสงมีผลต่อการงอกของเมล็ด ช่วงแสงมีผลต่อการเจริญเติบโตและการสืบพันธุ์ของพืชหลายชนิด ความเข้มแสงมีผลต่อการสังเคราะห์แสง
4. ดิน เป็นที่รวมของธาตุอาหารต่าง ๆ เช่น แคลเซียม ไนเตรท ฟอสฟอรัส และยังเป็นแหล่งปุ๋ยธรรมชาติ คือ เมื่อสิ่งมีชีวิตตายลงก็จะถูกย่อยสลายกลายเป็นฮิวมัส เพิ่มความอุดมสมบูรณ์แก่ดิน ดินที่มีลักษณะความสมบูรณ์หรือมีธาตุอาหารแตกต่างกันย่อมมีผลต่อพืชและสัตว์ที่อาศัยดินนั้นดำรงชีวิตอยู่ในแง่ของชนิด จำนวน การแพร่กระจาย การเจริญเติบโต เช่น บริเวณดินเค็มก็จะมีพืชพวกทนเค็มขึ้นอยู่
5. ไฟป่า มีทั้งผลดีและผลเสียต่อสิ่งมีชีวิต ผลเสียคือ เป็นอันตรายโดยตรงต่อสิ่งมีชีวิต ทำลายแหล่งอาหารและที่อยู่อาศัย สร้างผลเสียหายต่อสิ่งแวดล้อมอื่น ๆ เช่น ดิน น้ำ อันจะส่งผลถึงการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิต ส่วนผลดีของไฟป่าคือ ช่วยเพิ่มธาตุอาหารบางชนิดให้พืชช่วยเร่งการงอกของเมล็ดพืชบางชนิด
6. ความเป็นกรดเป็นด่าง มีความสำคัญต่อกระบวนการหายใจและระบบการทำงานของเอนไซม์ ภายในร่างกาย ซึ่งเป็นตัวการที่สำคัญมาก เพราะตัวความเป็นกรดหรือด่างเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยก็อาจเป็นอันตรายได้ นอกจากนี้ยังมีความ สำคัญต่อการเจริญเติบโตของพืชด้วย
7. การแย่งชิง เป็นการแย่งชิงกันระหว่างสิ่งมีชีวิตชนิดเดียวกันหรือต่างชนิดกัน เนื่องจากมีความต้องการปัจจัยพื้นฐานเหมือนกันแต่มีจำนวนจำกัด หรือมีไม่เพียงพอที่จะทำให้สิ่งมีชีวิตดำรงอยู่ได้เป็นปกติ เช่น การแย่งชิงน้ำ อาหาร แสงสว่าง ที่อยู่อาศัย เช่น การที่พืชสองชนิดขึ้นอยู่ใกล้เคียงกันจะแก่งแย่งกันครอบครองพื้นที่ทำให้ทั้งสองฝ่ายไม่เจริญเติบโตเท่าที่ควร บางครั้งฝ่ายที่อ่อนแอกว่าจะถูกแก่งแย่งจนตายไป
8. การกินซึ่งกันและกัน เป็นการที่สิ่งมีชีวิตหนึ่งกินสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ เป็นอาหารมีผลต่อการควบคุมจำนวนของสัตว์ในแต่ละระบบนิเวศเพื่อให้เกิดความสมดุล ระบบนิเวศที่ขาดความสมดุลในเรื่องการกินซึ่งกันและกัน มีผลทำให้เกิดปัญหา เช่น ไร่ข้าวโพดมีตั๊กแตนมากินและทำลายข้าวโพดเสียหาย ถ้าไม่มีสัตว์อื่นมากินตั๊กแตน ก็จะทำให้ตั๊กแตนแพร่พันธุ์ได้รวดเร็ว เกิดเสียสมดุลทางธรรมชาติ
9. มลภาวะ เป็นปัจจัยที่เข้ามามีบทบาทในการเปลี่ยนแปลงหรือกำหนดลักษณะของสิ่งมีชีวิตและไม่มีชีวิตในระบบนิเวศ การเกิดมลภาวะก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อมหรือระบบนิเวศที่ไม่พึงประสงค์ ซึ่งเกิดจากกิจกรรมของมนุษย์เป็นส่วนใหญ่
ระบบนิเวศแต่ละแห่งอาจมีการสูญเสียธาตุอาหารออกไปนอกระบบได้โดยมีสาเหตุใหญ่ ๆ มาจาก 5 ประการ
1. สูญเสียโดยมนุษย์ กิจกรรมบางอย่างเป็นการทำให้ธาตุอาหารสูญเสียไปจากระบบนิเวศเป็นอันมาก เช่น การทำไม้ การทำเกษตรกรรม
2. สูญเสียไปโดยสัตว์ โดยธรรมชาติธาตุอาหารที่สัตว์บริโภคเข้าไปจะหมุนเวียนกลับคืนสู่ระบบนิเวศได้อีก แต่สัตว์บางชนิดมีการอพยพออกจากระบบนิเวศ จึงเท่ากับเป็นการนำธาตุอาหารออกไปจากระบบนิเวศ
3. สูญเสียไปโดยลม ระบบนิเวศที่เป็นที่โล่งมักถูกลมพัดพาออกไปได้ง่าย และไปสะสมอยู่ในระบบนิเวศที่มีสิ่งกีดขวางลม เช่น ป่าที่มีต้นไม้ใหญ่หนาแน่น ธาตุอาหารที่อยู่ในฝุ่นละอองจึงถูกเคลื่อนย้ายออกไปนอกระบบนิเวศ
4. สูญเสียไปโดยน้ำ น้ำเป็นตัวการนำธาตุอาหารออกไปจากระบบนิเวศได้ 2 วิธี วิธีแรก โดยการกัดเซาะ (Erosion) โดยพัดพาเอาดินและวัตถุหน้าดินบางอย่างไหลบ่าออกไปนอกระบบนิเวศ วิธีที่สอง โดยการซึม จากผิวดินลงไปข้างล่าง และชะล้างเอาธาตุอาหารไปสะสมอยู่ดินชั้นล่าง ที่พืชไม่สามารถดูดกลับมาใช้ในระบบนิเวศได้อีก
5. สูญเสียไปโดยขบวนการระเหิด เป็นรูปแบบหนึ่งของขบวนการแปรสภาพของธาตุอาหารในดินไปเป็นแก๊ส ที่พืชใช้ประโยชน์ไม่ได้ และอาจถูกเคลื่อนย้ายออกไปนอกระบบ เช่น ธาตุไนโตรเจน อยู่ในดินที่อากาศถ่ายเทได้ดี จะมีปฏิกิริยาบางอย่างเกิดขึ้น ทำให้กลายเป็นก๊าซ
การเปลี่ยนแปลงระบบนิเวศ(Ecological Succession) คือ การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในระบบนิเวศ เช่น มีสิ่งมีชีวิตใหม่เกิดขึ้น เกิดชุมชนใหม่ มีการเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อมทางกายภาพ ซึ่งจะทำให้เกิดการเปลี่ยนชนิดของสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ ในชุมชนแห่งนั้นไปด้วย โดยการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวต้องใช้เวลาในการก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงพอสมควร การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้มีสาเหตุสำคัญพอสรุปได้ 4 ประการ คือ
1.ปัจจัยการเปลี่ยนแปลงทางธรณีวิทยา (Geological Cycle) อาจทำให้เกิดธารน้ำแข็งภูเขาไฟระเบิด แผ่นดินไหว คลื่นสึนามิ ล้วนเป็นสาเหตุให้ดุลธรรมชาติในกลุ่มสิ่งมีชีวิตเสียไป
2. ปัจจัยจากการเปลี่ยนแปลงของภูมิอากาศอย่างรุนแรง ทำให้เกิดภัยวิบัติต่าง ๆ เช่น ไฟป่า น้ำท่วม พายุทอร์นาโด (Tonado) พายุเฮอริเคน (Hericanes) ทำให้สภาพแวดล้อมแปรเปลี่ยนไป สิ่งมีชีวิตถูกทำลายไปแล้วเกิดการเปลี่ยนแปลงแทนที่ขึ้นใหม่
3. ปัจจัยจากการกระทำของมนุษย์ (Human Factor) ได้แก่ การตัดไม้ทำลายป่า การทำไร่เลื่อนลอย ภาวะมลพิษที่เกิดจากโรงงานอุตสาหกรรม การสร้างเขื่อนหรือฝายกั้นน้ำและอื่น ๆ ซึ่งมีผลทำให้สภาพแวดล้อมแปรเปลี่ยนไป ดุลธรรมชาติถูกทำลาย เกิดโรคระบาด แมลงศัตรูพืชระบาดทำให้สิ่งมีชีวิตล้มตาย จึงเกิดการเปลี่ยนแปลแทนที่ของกลุ่มสิ่งมีชีวิตขึ้นใหม่อีก
4. ปฏิกิริยาของสิ่งมีชีวิตที่มีต่อแหล่งที่อยู่อาศัย เป็นผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงแทนที่ เพราะกลุ่มสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ ทำให้สิ่งแวดล้อมบริเวณนั้น เช่น อุณหภูมิ ความเข้มข้นของแสง ความชื้น ความเป็นกรด ด่างของพื้นดินหรือแหล่งน้ำและอื่น ๆ เปลี่ยนไปทีละเล็กละน้อยจนในที่สุดไม่เหมาะสมต่อสิ่งมีชีวิตกลุ่มเดิม เกิดการเปลี่ยนแปลงแทนที่โดยกลุ่มสิ่งมีชีวิตใหม่ที่เหมาะสมกว่า
การปรับเปลี่ยนของระบบนิเวศ มี 2 ชนิด คือ
1. การเปลี่ยนแปลงแทนที่ขั้นปฐมภูมิ (Primary Succession) เป็นการเปลี่ยนแปลงแทนที่ในแหล่งที่ไม่เคยปรากฏสิ่งมีชีวิตใด ๆ มาก่อน เช่น บริเวณภูเขาไฟระเบิดใหม่ การเกิดแหล่งน้ำใหม่
2. การเปลี่ยนแปลงแทนที่ขั้นทุติยภูมิ (Secondary Succession) เป็นการเปลี่ยนแปลงแทนที่ในแหล่งที่เคยมีสิ่งมีชีวิตดำรงอยู่ก่อนแล้วแต่ถูกทำลายไป จึงมีการเปลี่ยนแปลงแทนที่ขึ้นใหม่เพื่อกลับเข้าสู่สภาพสมดุล เช่น บริเวณที่เคยเป็นป่าถูกบุกเบิกเป็นไร่นา แล้วละทิ้งกลายเป็นทุ่งหญ้าในภายหลัง ต่อมามีไม้ล้มลุก ไม้พุ่ม ไม้ใหญ่เข้าแทนที่ตามลำดับจนกลายเป็นป่าไม้อีกครั้งหนึ่ง
การรักษาระบบนิเวศให้คงสภาพมีจุดประสงค์เพื่อรักษาสภาพกับดุลของธรรมชาติเพื่อประโยชน์ของมนุษย์เอง พอสรุปได้ดังนี้
1. ด้านการพักผ่อนหย่อนใจ สภาพของธรรมชาติที่อยู่ในภาวะสมดุลย่อมก่อให้เกิดทัศนียภาพที่สวยงาม มีความร่มรื่น เป็นแหล่งพักผ่อนหย่อนใจได้ดี
2. คุณค่าทางด้านการสร้างแหล่งที่อยู่อาศัย (Habitat) ระบบนิเวศที่อยู่ในธรรมชาติจะเป็นแบบอย่างให้มนุษย์จำลองระบบนิเวศขึ้นมาใหม่ เช่น ความร่มรื่นของอุทยานแห่งชาติเขาใหญ่กับสภาพที่มนุษย์ปรับปรุงขึ้นมาที่สวนพฤกษศาสตร์พุแค ความแตกต่างของสถานที่สองแห่งนี้จะเห็นได้ชัดระหว่างธรรมชาติล้วน ๆ กับป่าที่มนุษย์ปรับปรุงตกแต่งขึ้น
3. ทางการศึกษาสภาวะแวดล้อม สภาพของระบบนิเวศหรือองค์ประกอบแต่ละส่วนของระบบนิเวศ สามารถใช้เป็นเครื่องบ่งชี้สภาพแวดล้อมและการเปลี่ยนแปลงของสภาพแวดล้อมได้ เช่น การคดงอของหางลูกกบ เป็นเครื่องบ่งชี้ว่าเกิดจากยากำจัดศัตรูพืชและจากการเปลี่ยนแปลงของภูมิอากาศ การม้วนของใบพืชบางชนิดเกิดเนื่องจากได้รับซัลเฟอร์ไดออกไซด์ซึ่งเป็นมลสารในอากาศ
4. ทางการวิจัยด้านวิทยาศาสตร์ การวิจัยทางวิทยาศาสตร์บางครั้งต้องใช้ตัวอย่างที่เหมาะสม เช่น หอยทากชนิดหนึ่งมีระบบประสาทที่ง่ายและน่าสนใจเป็นอย่างยิ่งสำหรับนักประสาทวิทยา
5. คุณค่าทางด้านการอนุรักษ์ การเปลี่ยนแปลงระบบนิเวศ ธรรมชาติที่มีความอุดมสมบูรณ์สูง ให้เสื่อมโทรมก่อให้เกิดความหวาดกลัวในหมู่มนุษย์ เนื่องจากเมื่อเกิดการเปลี่ยนแปลงแล้วเป็นการยากที่จะทำให้กลับมามีสภาพดังเดิม และการเปลี่ยนแปลงอาจก่อให้เกิดผลกระทบอย่างรุนแรงต่อมนุษย์ เช่น การทำลายป่า การถมคลอง หนอง บึง ทำให้เกิดความแห้งแล้ง น้ำท่วม น้ำป่าไหลหลากอย่างรวดเร็ว ดังนั้นการรักษาระบบนิเวศให้คงสภาพตามธรรมชาติ หรือก่อให้เกิดความ สมดุลอย่างเสมอจะอำนวยประโยชน์ให้แก่มนุษย์อย่างมากมายแนวความคิดในเรื่องของนิเวศพัฒนาจึงเกิดขึ้น
ระบบนิเวศมีทั้งที่เกิดขึ้นมาเองตามธรรมชาติและระบบนิเวศที่มนุษย์สร้างขึ้นมาในภายหลัง เป็นที่น่าสังเกตว่าระบบนิเวศที่มนุษย์สร้างขึ้นมานั้นบางระบบสามารถดำรงอยู่ได้ด้วยตัวเองต้องพึ่งพาระบบนิเวศอื่นอยู่เสมอ เช่น ระบบนิเวศเมืองต้องอาศัยสารอาหาร วัตถุดิบการผลิต จากที่อื่นเสมอ
เปรียบเทียบโครงสร้างและลักษณะของระบบนิเวศธรรมชาติ (Natural Ecosystem) กับระบบนิเวศที่มนุษย์สร้างขึ้น (Man-made Ecosystem)
ระบบนิเวศธรรมชาติ (สระน้ำ หนองน้ำ ทุ่งหญ้า ป่าไม้ ฯลฯ) | ระบบนิเวศที่มนุษย์สร้างขึ้น (บ้านเรือน โรงงานอุตสาหกรรม สวนสาธารณะ ฯลฯ) |
1. แหล่งพลังงาน : ดวงอาทิตย์ 2. ปล่อยออกซิเจน ใช้คาร์บอนไดออกไซด์ 3. สร้างสารประกอบอินทรีย์จากสารอนินทรีย์ 4. ลดภาวะความเป็นพิษจากสารมลพิษ 5. ควบคุมและคงสภาพระบบนิเวศเดิม 6. ก่อให้เกิดความสงบเงียบ 7. รักษาความงามตามธรรมชาติให้คงอยู่ (ถ้าไม่ถูกทำลายอย่างฉับพลัน) 8. สร้างความอุดมสมบูรณ์ให้กับพื้นดิน 9. ควบคุมปริมาณ และคุณภาพของต้นน้ำ 10. เป็นแหล่งอาศัยของสัตว์ป่า | 1. แหล่งพลังงาน : น้ำมันเชื้อเพลิง ถ่านหิน ฯลฯ 2. ปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ ใช้ออกซิเจน 3. บริโภคสารประกอบอินทรีย์ 4. เพิ่มปริมาณของเสีย ซึ่งจำเป็นต้องกำจัด โดยเทคนิคเฉพาะทาง 5. ทำลายสภาพเดิมของระบบนิเวศ 6. เพิ่มมลพิษทางเสียง 7. ทำลายสภาพแวดล้อมให้เลวลง (ถ้าไม่ป้องกันและควบคุมที่เหมาะสม) 8. ทำลายความอุดมสมบูรณ์ของดิน 9. ทำลายปริมาณ และคุณภาพของต้นน้ำ 10. ทำลายแหล่งอาศัยของสัตว์ป่า |
องค์ประกอบในระบบนิเวศต่างมีบทบาทหรือหน้าที่ของตนเอง ซึ่งสามารถสร้างความสัมพันธ์ที่จะอยู่ร่วมกับสิ่งต่างๆ ได้ ความสัมพันธ์จะกระทำร่วมกันจนเป็นกลุ่มเล็กและกลุ่มใหญ่ สุดท้ายก็จะแสดงเอกลักษณะของระบบนั้นๆ ภายในระบบนั้นจะมีสิ่งแวดล้อมอยู่หลายๆ ประเภท ดังนั้นในระบบนิเวศจึงมีระบบย่อยหลายๆ ระบบ เช่น ระบบนิเวศป่าไม้ ประกอบด้วยระบบ(สิ่งแวดล้อม)น้ำ, ระบบ(สิ่งแวดล้อม)ดิน, ระบบ(สิ่งแวดล้อม)สัตว์ป่า, ระบบ(สิ่งแวดล้อม)พืช ฯลฯ ในทางปฏิบัติแล้วระบบนิเวศมักใช้เหมือนหรือแทนกันได้กับคำว่าระบบสิ่งแวด ล้อมบางกรณีจะใช้คำเฉพาะร่วมกับระบบนิเวศก็จะทำให้เข้าใจได้เลยว่าเป็นระบบ สิ่งแวดล้อม เช่น ระบบนิเวศเมือง ระบบนิเวศป่าไม้ ทำให้เข้าใจได้ว่าเป็นระบบสิ่งแวดล้อมของเมืองหรือป่าไม้
สิ่งมีชีวิตกับสิ่งแวดล้อมที่อยู่โดยรอบในฐานะที่เป็นองค์ประกอบและทำหน้าที่อย่างใดอย่างหนึ่งในระบบนิเวศ การที่สิ่งมีชีวิตทำหน้าที่เป็นองค์ประกอบของระบบนิเวศนี้ เรียกว่า “Ecological Niches” นอกจากสิ่งมีชีวิตจะทำหน้าที่ในการดำรงลักษณะทางรูปธรรมอยู่ในระบบนิเวศหรือสิ่งแวดล้อมแล้ว ยังทำหน้าที่รับส่งธาตุและพลังงานในสิ่งแวดล้อมตอบสนองต่อสิ่งแวดล้อมทางกายภาพและต่อชีวบริเวณด้วย
1. สิ่งมีชีวิตมีภาระต่อสิ่งแวดล้อม
1. ภาระของสิ่งมีชีวิตต่อสิ่งแวดล้อมเดียวกันย่อมต่างกัน สิ่งมีชีวิตต่างชนิดกันย่อมมีภาระหน้าที่ต่อสิ่งแวดล้อมต่างกัน แม้จะอาศัยอยู่ในถิ่นที่อยู่ (Habitat) เดียวกัน แต่สิ่งมีชีวิตต่างชนิดกันอาจอาศัยอยู่ในระบบนิเวศที่คล้ายกันและมีภาระหน้าที่ต่อสิ่งแวดล้อมคล้ายกันได้ เช่น ม้าลายในแอฟริกา จิงโจ้ในออสเตรเลีย ต่างอยู่ในระบบนิเวศทุ่งหญ้า
2. ลักษณะความสัมพันธ์บางอย่างคล้ายกัน การกระทำหรือถูกกระทำของสิ่งมีชีวิตต่อสิ่งแวดล้อมในระบบนิเวศที่สำคัญจะมีลักษณะคล้ายคลึงกัน เช่น นกกินปรสิตที่อยู่บนสัตว์อื่นในแอฟริกากับนกกระยางจะจับแมลงที่อยู่ใกล้ช้าง
3. การกำหนดลักษณะความสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิตกับสิ่งแวดล้อมทางกายภาพ เช่น แสงแดด ความชื้น ธาตุอาหารในดิน ฯลฯ จะเป็นปัจจัยกำหนดลักษณะความสัมพันธ์หรือภาระของสิ่งมีชีวิตต่อสิ่งแวดล้อม เช่น ในดินที่ชื้นพวกหนอนหรือไส้เดือนจะช่วยผสานองค์ประกอบต่าง ๆ ของดิน ทำให้เกิดฮิวมัส ส่วนในดินที่แห้งหนอนหรือไส้เดือนเกิดไม่ได้ก็มีมดเข้าไปทำรังอาศัยอยู่
การเรียนรู้เกี่ยวกับ Ecological Niches จะช่วยให้เกิดความระมัดระวังในการเปลี่ยนแปลงหรือนำสิ่งแปลกปลอมเข้าไปในระบบนิเวศ เช่น การเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อมทางกายภาพ อาจทำให้สิ่งมีชีวิตเปลี่ยนถิ่นที่อยู่หรือเปลี่ยนนิสัยการกินอาหาร สิ่งมีชีวิตจะกระทำต่อสิ่งแวดล้อมทั้งเป็นผู้ให้และผู้รับไปพร้อมกันนั่นคือ สิ่งมีชีวิตจัดว่าเป็นตัวประกอบ (Element) ที่สำคัญของระบบนิเวศอย่างหนึ่ง ซึ่งจะต้องทำหน้าที่ทั้งเป็นผู้ให้และผู้รับที่สมดุลกัน การเพิ่มประชากรของสิ่งมีชีวิตใด ๆ มากเกินไป ย่อมทำให้ระบบนิเวศหรือสิ่งแวดล้อมขาดสมดุล (วินัย วีระวัฒนานนท์ และ บานชื่น สีพันผ่อง, 2537)
2. ความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตกับสิ่งแวดล้อมทางธรรมชาติ
สิ่งแวดล้อมทั้งหลายไม่ว่าจะอาศัยที่ใดก็ตามจะต้องมีความสัมพันธ์กับสภาพแวด ล้อมนั้นไม่เคยปรากฏว่าสิ่งมีชีวิตใดในธรรมชาติจะอยู่ได้โดยลำพังเพียงตัว เดียว สิ่งมีชีวิตทั้งมวลต่างก็มีความเกี่ยวข้องกัน ร่วมมือกัน พึ่งพากัน อยู่ร่วมกัน มีการแลกเปลี่ยนกัน เป็นสิ่งแวดล้อมให้แก่กัน ควบคุมสมดุลของจำนวนระหว่างชนิด ความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตกับสิ่งแวดล้อมนี้ ทำให้มีการจัดตัวเป็นแบบแผนเฉพาะและมีการทำงานอย่างมีระบบเกิดขึ้น ซึ่งแตกต่างไปจากชุมชนหรือกลุ่มสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ แบบแผนของชุมชนหรือกลุ่มสิ่งมีชีวิตที่แตกต่างกันนี้เรียก “Pattern of Diversity” มีดังนี้
1. Stratification Pattern เป็นแบบแผนของชุมชน หรือกลุ่มสิ่งมีชีวิตที่มีการกระจายของสิ่งมีชีวิตอยู่ทั่วไปในลักษณะเป็นแนวตั้ง (Vertical Layering) เช่น ต้นไม้ที่มีระดับขนาดแตกต่างกันไป ในพวกไม้ยืนต้น ไม้พุ่มและไม้ล้มลุก
2. Zonation Pattern เป็นแบบแผนของชุมชนหรือกลุ่มสิ่งมีชีวิตที่มีการกระจายของสิ่งมีชีวิตต่อเนื่องลดหลั่นกันไป เนื่องจากความแตกต่างกันของระดับความอดทนที่มีต่อสภาพแวดล้อมที่แปรเปลี่ยนไปทีละน้อย ทำให้เกิดเป็นเขตต่างๆ ขึ้น
3. Activity Pattern แบบแผนของชุมชน หรือกลุ่มสิ่งมีชีวิตแบบนี้ เกิดจากการตอบสนองต่อสภาพแวดล้อม การทำกิจกรรมอย่างใดอย่างหนึ่งของสิ่งมีชีวิต สิ่งมีชีวิตบางพวกออกหากินเวลากลางคืน บางพวกก็ออกหากินในเวลากลางวัน ซึ่งทั้งสองพวกนี้จะมีความไวคนละช่วงเวลา (Periodicity) ทำให้แบบแผนของชุมชนหรือกลุ่มสิ่งมีชีวิตเปลี่ยนแปลงไปตามช่วงเวลา
4. Food Web Pattern เป็นแบบแผนของชุมชนของสิ่งมีชีวิตที่เกิดจากความสัมพันธ์เชิงอาหาร (Food Relationship) ในลักษณะที่ซับซ้อนหรือที่เรียกว่า “สายใยอาหาร” ซึ่งมีผลดีและให้ประโยชน์ในการถ่ายทอดพลังงาน และรักษาสมดุลของธรรมชาติ
5. Reproductive Pattern เป็นแบบแผนของชุมชนหรือกลุ่มสิ่งมีชีวิตที่เป็นผลสืบเนื่องมาจากกระบวนการสืบพันธุ์
6. Social Pattern เป็นแบบแผนของชุมชนของสิ่งมีชีวิตที่เกิดจากการรวมฝูงกัน เช่น โขลงช้าง ฝูงลิง
7. Coactive Pattern เป็นแบบแผนของชุมชน หรือกลุ่มสิ่งมีชีวิตที่เกิดจากความสัมพันธ์ในการอยู่ร่วมกันของสิ่งมีชีวิตที่มีการกระทบกระทั่งกันซึ่งมีหลายรูปแบบ เช่น ภาวะพึ่งพากัน ภาวะอิงอาศัย การแข่งขัน และ Antibiosis
8. Stochastic Pattern เป็นแบบแผนของชุมชนหรือกลุ่มสิ่งมีชีวิตที่เกิดจากการพัดพาของกระแสลม กระแสน้ำ เช่น แพลงตอน แมงกะพรุน จอก แหน ผักตบชวา มะพร้าว เป็นต้น ซึ่งมีการผันแปรตลอดเวลา ทำให้มีแบบแผนไม่แน่นอน ขึ้นอยู่กับแรงธรรมชาติ
3. การแพร่กระจายของพืชและสัตว์
ในแต่ละส่วนของโลกพบว่ามีชนิดและปริมาณของพืชและสัตว์แตกต่างกัน ทั้งนี้เพราะสภาพแวดล้อมไม่เหมือนกัน เช่น บริเวณป่าดิบชื้น ป่าผลัดใบ ป่าสน ทุ่งหญ้า ทะเลทราย แม่น้ำ ทะเลสาบ ทะเลและมหาสมุทร ในแต่ละบริเวณนี้สิ่งมีชีวิตต้องปรับตัวให้เหมาะสมกับสิ่งแวดล้อม ทำให้ระบบการดำรงชีวิตแตกต่างกันไป พวกที่ปรับตัวไม่เหมาะสมก็ตายไปหรือย้ายถิ่นฐานกระจายออกไปสู่บริเวณอื่นๆ ต่อไป จึงทำให้เกิดการแพร่กระจายของพืชและสัตว์ แต่เนื่องจากสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดยังไม่มีความสมบูรณ์ด้วยตนเอง จึงไม่พบพืชและสัตว์ชนิดหนึ่งชนิดใดในทุกส่วนของโลกได้ นอกจากนี้ยังมีปัจจัยอื่นๆ ที่ควบคุมการแพร่กระจายของพืชและสัตว์ เช่น สภาพการแบ่งแยกทางภูมิศาสตร์ เป็นสิ่งกีดขวางที่สำคัญต่อการแพร่กระจายของประชากร สำหรับพืชและสัตว์บกจะมีเทือกเขาสูง แม่น้ำ ทะเลและมหาสมุทร เป็นสิ่งกีดขวางการแพร่กระจายสำหรับสัตว์น้ำในทะเลและมหาสมุทร สิ่งกีดขวางการแพร่กระจายคือ กระแสน้ำ อุณหภูมิของมวลน้ำ ในสัตว์บางชนิดที่สามารถเดินทางได้ไกล เช่น นก ก็ยังมีมหาสมุทรเป็นสิ่งกีดกั้นการแพร่กระจายอยู่
4. การปรับตัวของสิ่งมีชีวิต
การปรับตัว หมายถึง การที่สิ่งมีชีวิตมีการเปลี่ยนแปลงหรือการปรับลักษณะของตนเพื่อให้เหมาะสมที่จะอยู่รอดและแพร่พันธุ์ได้ในสภาพแวดล้อมนั้นๆ การปรับตัวของสิ่งมีชีวิตเป็นผลมาจากการคัดเลือกโดยธรรมชาติ รูปแบบการปรับตัวอาจสรุปได้เป็น 3 แบบ คือ
1. การปรับตัวทางรูปร่างลักษณะหรือทางสัณฐาน (Morphological Adaptation) เป็นการปรับลักษณะ รูปร่างและอวัยวะภายนอกของสิ่งมีชีวิต เช่น ต้นโกงกางที่อยู่ตามป่าชายเลน มีรากค้ำจุนช่วยให้ไม่ล้มง่าย ผักกระเฉดมีทุ่นช่วยในการลอยตัว
2. การปรับตัวทางสรีระวิทยา (Physiological Adaptation) เป็นการปรับหน้าที่การทำงานของอวัยวะ เช่น นกทะเลมีต่อมขับเกลือ (Nasal Gland) สำหรับขับเกลือส่วนเกินออกนอกร่างกาย สัตว์เลือดอุ่นมีต่อมเหงื่อ สำหรับขับเหงื่อระบายความร้อน
3. การปรับตัวทางพฤติกรรม (Behavior Adaptation) เป็นการปรับการดำรงชีวิต เช่น การพันหลักของตำลึง หรือ การออกหากินกลางคืน การจำศีลของสัตว์ เพื่อหลบเลี่ยงสิ่งแวดล้อมที่ไม่เหมาะสม
1.ความสมดุลในธรรมชาติ
สมดุลทางธรรมชาติ เป็นภาวะการณ์ทางธรรมชาติของระบบนิเวศใดก็ตามที่ระบบความสัมพันธ์ระหว่างองค์ประกอบเป็นไปอย่างสมบูรณ์ หมายความว่า บรรดาสิ่งมีชีวิตทั้งหลายในระบบนิเวศจะต้องทำหน้าที่ครบถ้วน 3 กลุ่ม คือ มีทั้งผู้ผลิต ผู้บริโภคและผู้ย่อยสลาย ในส่วนของสิ่งไม่มีชีวิตเองก็ทำหน้าที่สนับสนุนอย่างต่อเนื่องไม่ขาดหาย ความสมดุลทางธรรมชาติมีความแตกต่างกันไปตามความแตกต่างของระบบนิเวศ ซึ่งในธรรมชาติระบบนิเวศจะมีการเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา การเปลี่ยนแปลงนี้อาจเป็นไปโดยธรรมชาติหรือโดยมนุษย์ก็ได้ ลักษณะการเปลี่ยนแปลงเป็นไปได้ 2 แบบ คือ แบบกระทันหัน และ แบบค่อยเป็นค่อยไป การเปลี่ยนแปลงระบบนิเวศโดยธรรมชาติแบบกระทันหัน ทำให้ระบบนิเวศเสียสมดุลและมีผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิต ทำให้ตายหรือสูญพันธุ์ไปได้ง่าย เช่น การเกิดไฟไหม้ป่า อุทกภัย การเกิดโรคระบาด ฯลฯ สำหรับการเปลี่ยนแปลงแบบค่อยเป็นค่อยไปตามธรรมชาติ เป็นการเปลี่ยนแปลงอย่างช้า ๆ ก่อให้เกิดอันตรายต่อมนุษย์และสิ่งสิ่งมีชีวิตอื่นน้อยมาก แต่เมื่อระยะเวลานานเข้าการเปลี่ยนแปลงจะมีมากขึ้น จะเกิดผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตอย่างเด่นชัดขึ้น เช่น ทุ่งนา หรือไร่ร้าง จะมีการเปลี่ยนแปลงเป็นทุ่งหญ้าและพืชพวกไม้พุ่มในเวลาต่อมา จนในที่สุดหากไม่มีสิ่งแวดล้อมภายนอกมารบกวนก็จะกลายเป็นป่าที่สมบูรณ์ได้ ดังนั้นสิ่งมีชีวิตจะต้องสามารถปรับตัวให้เข้ากับสิ่งแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลงได้
การสูญเสียความสมดุลในระบบนิเวศหากเกิดโดยธรรมชาติ ระบบนิเวศจะช่วยแก้ไขได้ด้วยตัวเอง แต่ถ้าเกิดจากมนุษย์จะแก้ไขได้ยากมาก เมื่อมนุษย์เพิ่มจำนวนมากขึ้นอย่างรวดเร็ว มีการพัฒนาวิถีชีวิตมากขึ้นด้วยเทคโนโลยี ทำให้ความเป็นอยู่สุขสบายมากขึ้นมนุษย์จึงได้ชื่อว่า “เป็นตัวการทำลายระบบนิเวศมากที่สุด”
สาเหตุที่ทำให้ระบบนิเวศเสียความสมดุล
1. การเพิ่มประชากร ทำให้ความต้องการใช้ที่ดินทำการเกษตรมากขึ้น โดยเฉพาะเขตร้อน ประชากรจะบุกเบิกป่าใหม่ ๆ เพื่อใช้พื้นที่ทำไร่เลื่อนลอยทำให้ดิน ป่าไม้ สภาวะแวดล้อมเสียหายปีละจำนวนมาก
2. การเกษตรสมัยใหม่ การเกษตรในปัจจุบันมุ่งเพื่อการค้ามากขึ้น มีการใช้ปุ๋ยและยาฆ่าแมลงจำนวนมาก สารเหล่านี้จะตกค้างในดิน และอาจถูกชะล้างลงสู่แหล่งน้ำ ทำให้มีผลต่อชีวิตสัตว์ในดินและในน้ำ
3. การขยายตัวของเมือง การเพิ่มประชากรทำให้ความต้องการที่อยู่อาศัยเพิ่มขึ้น เมืองขยายตัวอย่างรวดเร็ว ทำให้พื้นที่การเกษตรถูกใช้ไปเพื่อสร้างตึก ศูนย์การค้า ถนน ระบบนิเวศเปลี่ยนไป การถ่ายเทของเสียจากเมือง ก่อให้เกิดมลพิษของน้ำและอากาศ
4. การอุตสาหกรรม การพัฒนาอุตสาหกรรมทำให้ทรัพยากรถูกใช้เป็นวัตถุดิบมากยิ่งขึ้น กระบวนการผลิตทำให้มีของเสีย เช่น น้ำเสีย ไอเสีย ซึ่งส่งผลกระทบต่อการเปลี่ยนแปลงระบบนิเวศในบริเวณที่โรงงานอุตสาหกรรมตั้งอยู่และบริเวณใกล้เคียง
ความสมดุลของระบบนิเวศเป็นเรื่องสำคัญยิ่งต่อการพัฒนาในบุคปัจจุบัน เพราะการพัฒนาที่ขาดความเข้าใจในเรื่องระบบนิเวศจะทำให้ระบบนิเวศเสียสมดุล และจะส่งผลกระทบในทางลบมาสู่มนุษยชาติเอง
0 ความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น