การถ่ายทอดพลังงานในระบบนิเวศ

โซ่อาหาร (food chain)

เป็นการเคลื่อนย้ายพลังงาน และธาตุอาหารในระบบนิเวศ ผ่านผู้ผลิต ผู้บริโภคในระดับต่างๆ โดยการกินกันเป็นทอดๆ ในลักษณะเป็นเส้นตรง กล่าวคือ สิ่งมีชีวิตชนิดหนึ่งกินสิ่งมีชีวิตชนิดอื่นเพียงชนิดเดียวเท่านั้น โซ่อาหารแบ่งออกเป็น 2 แบบ คือ

1. โซ่อาหารแบบจับกิน (Grazing Food chain) เป็นโซ่อาหารที่เริ่มต้นที่พืชผ่านไปยังสัตว์กินพืชและสัตว์กินสัตว์ตามลำดับ ตัวอย่างนี้พบได้ทั่วไปในชุมชนป่า หรือชุมชนมหาสมุทร ตัวอย่าง เช่น

พืชผัก ——> แมลงกินพืช —–> กบ ——-> งู ——-> เหยี่ยว

2. โซ่อาหารแบบกินเศษอินทรีย์ (Detritus food chain) เป็นโซ่อาหารที่เริ่มจากสารอนินทรีย์จากซากของสิ่งมีชีวิตถูกย่อยสลายด้วยผู้ย่อยสลาย ซึ่งส่วนใหญ่เป็นพวกจุลินทรีย์และจะถูกกินโดยสัตว์และต่อไปยังผู้ล่าอื่นๆ

โซ่อาหาร

สายใยอาหาร (food web)

ในระบบของโซ่อาหารในระบบของการถ่ายทอดจะถ่ายทอดโดยตรงจากชีวิตหนึ่งไปสู่อีกชีวิตหนึ่ง เนื่องจากสิ่งมีชีวิตหนึ่งอาจกินอาหารหลายชนิด หลายระดับและเหยื่อชนิดเดียวกันก็อาจถูกสิ่งมีชีวิตหลายชนิดกิน ลักษณะดังกล่าวได้เกิดความซับซ้อนกันในระบบของโซ่อาหารซึ่งเรียกว่า สายใยอาหาร (food web) ซึ่งสายใยอาหารจะประกอบด้วย โซ่อาหารหลายสายที่เชื่อมโยงกันอันแสดงถึงความสัมพันธ์อันสลับซับซ้อนของสิ่งมีชีวิตในชุมชนของระบบนิเวศ ซึ่งยิ่งสายใยอาหารมีความสลับซับซ้อนมากเพียงใด ก็ได้แสดงให้เห็นถึงระบบนิเวศที่มีระบบความสมดุลสูง อันเนื่องมาจากมีความหลากหลายของชีวิตในระบบ

สายใยอาหาร

การถ่ายทอดพลังงานในโซ่อาหาร การถ่ายทอดพลังงานในโซ่อาหารอาจแสดงในในลักษณะของสามเหลี่ยมพีรามิดของสิ่งมีชีวิต (ecological pyramid)แบ่ง ได้ 3 ประเภทตามหน่วยที่ใช้วัดปริมาณของลำดับขั้นในการกิน

1. พีรามิดจำนวนของสิ่งมีชีวิต (pyramid of number) แสดงจำนวนสิ่งมีชีวิตเป็นหน่วยตัวต่อพื้นที่ โดยทั่วไปพีระมิดจะมีฐานกว้าง ซึ่งหมายถึง มีจำนวนผู้ผลิตมากที่สุด และจำนวน ผู้บริโภคลำดับต่างๆ ลดลงมา แต่การวัดปริมาณพลังงานโดยวิธีนี้ อาจมีความคลาดเคลื่อนได้เนื่องจากสิ่งมีชีวิตไม่ว่าจะเป็นเซลล์เดียว หรือหลายเซลล์ ขนาดเล็กหรือขนาดใหญ่ เช่น ไส้เดือน จะนับเป็นหนึ่งเหมือนกันหมด แต่ความเป็นจริงนั้นในแง่ปริมาณพลังงานที่ได้รับหรืออาหารที่ผู้บริโภคได้รับจะมากกว่าหลายเท่า ดังนั้นจึงมีการพัฒนารูปแบบในรูปของพิรามิดมวลของสิ่งมีชีวิต

pyramid of number

2. พีรามิดมวลของสิ่งมีชีวิต (pyramid of mass) โดยพิรามิดนี้แสดงปริมาณของสิ่งมีชีวิตในแต่ละลำดับขั้นของการกินโดยใช้มวลรวมของน้ำหนักแห้ง (dry weight) ของสิ่งมีชีวิตต่อพื้นที่แทนการนับจำนวนพีรามิดแบบนี้มีความแม่นยำมากกว่าแบบที่ 1 แต่ในความเป็นจริงจำนวนหรือมวล ของสิ่งมีชีวิต มีการเปลี่ยนแปลงตามช่วงเวลา เช่น ตามฤดูกาลหรือ ตามอัตราการเจริญเติบโต ปัจจัยเหล่านี้ จึงเป็นตัวแปร ที่สำคัญ อย่างไรก็ดีถึงแม้มวลที่มากขึ้นเช่นต้นไม้ใหญ่ จะผลิตเป็นสารอาหารของผู้บริโภคได้มากแต่ก็ยังน้อยกว่าที่ผู้บริโภคได้จาก สิ่งมีชีวิตเล็กๆ เช่น สาหร่ายหรือแพลงก์ตอน ทั้งๆที่มวล หรือปริมาณของสาหร่ายหรือแพลงก์ตอนน้อยกว่ามาก ดังนั้น จึงมีการพัฒนาแนวความคิดในการแก้ปัญหานี้ โดยในการเสนอรูปของพีรามิดพลังงาน (pyramid of energy)

pyramid of mass

3. พีรามิดพลังงาน (pyramid of energy) เป็นปิรามิดแสดงปริมาณพลังงานของแต่ละลำดับชั้นของการกินซึ่งจะมีค่าลดลงตามลำดับขั้นของการโภค

pyramid of energy

ที่มาของภาพ : http://www.gang_diary.th.gs/web-g/a-tiam/page6.html

ในระบบนิเวศน์ ทั้งสสารและแร่ธาตุต่างๆ จะถูกหมุนเวียนกันไปภายใต้เวลาที่เหมาะสมและมีความสมดุลซึ่งกัน และกัน วนเวียนกันเป็นวัฏจักรที่เรียกว่าวัฏจักรของสสาร (matter cycling) ซึ่งเปรียบเสมือนกลไกสำคัญ ที่เชื่อมโยงระหว่าง สสาร และพลังงานจากธรรมชาติสู่สิ่งมีชีวิตแล้วถ่ายทอดพลังงานในรูปแบบของการกินต่อกันเป็นทอดๆ ผลสุดท้ายวัฏจักรจะสลายใน ขั้นตอนท้ายสุดโดยผู้ย่อยสลายกลับคืนสู่ธรรมชาติ วัฏจักรของสสารที่มีความสำคัญต่อสมดุลของระบบนิเวศ ได้แก่ วัฏจักรของน้ำ วัฏจักรของไนโตรเจน วัฏจักรของคาร์บอนและ วัฏจักรของฟอสฟอรัส

วัฏจักรของน้ำ

สิ่งแวดล้อมในระบบนิเวศ

ระบบนิเวศ  (ecosystem)  หมายถึง  ระบบที่มีความสัมพันธ์กันของกลุ่มสิ่งมีชีวิต พร้อมทั้งสภาพแวดล้อม

ที่ไม่มีชีวิตด้วย เช่น  อุณหภูมิ  แสง  ความชื้น  ในพื้นที่ใดพื้นที่หนึ่ง  ซึ่งความสัมพันธ์นั้นหมายถึง  การอาศัยอยู่ร่วมกัน ของสิ่งมีชีวิตและสิ่งไม่มีชีวิตในบริเวณหนึ่งนั่นเอง     ดังนั้นในบริเวณใดๆที่มีสิ่งมีชีวิตและสิ่งไม่มีชีวิตมีความสัมพันธ์กันเพื่อให้เกิดการแลกเปลี่ยนสารและถ่ายทอดพลังงาน

ระหว่างกัน  เรียกว่า  ระบบนิเวศ  (ecosystem)

องค์ประกอบของระบบนิเวศ  (ecosystem  componet)  
   องค์ประกอบระบบนิเวศสามารถแบ่งออกเป็น  2  หมวดใหญ่ๆ  ได้ดังนี้ 

1)  ส่วนประกอบที่ไม่มีชีวิต  (abiotic  component)  เป็นส่วนประกอบในระบบนิเวศที่ไม่มีชีวิต 

เป็นส่วนสำคัญที่ทำให้เกิดความสมดุลของระบบนิเวศขึ้นมา  โดยมีความสัมพันธ์และเกี่ยวข้องกับการดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิต ถ้าขาดองค์ประกอบที่ไม่มีชีวิตนี้สิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศก็ไม่สามารถอยู่ได้  โดยแบ่งออกเป็น  3  ประเภท คือ 

 -  อนินทรีย์สาร  เป็นสารที่ได้จากธรรมชาติและเป็นส่วนประกอบที่เป็นแร่ธาตุพื้นฐานของสิ่งมีชีวิตเพื่อสร้างเนื้อเยื่อและอวัยวะต่างๆ  เช่น  ธาตุคาร์บอน  ไฮโดรเจน  น้ำ  ออกซิเจน  ไนโตรเจน  ฟอสฟอรัส  เป็นต้น  ซึ่งส่วนใหญ่ ่อยู่ในรูปของสารละลาย  สิ่งมีชีวิตสามารถนำไปใช้ได้ทันที 

    -  อินทรีย์สาร  เป็นสารที่ได้จากสิ่งมีชีวิต  เช่น  คาร์โบไฮเดรต  โปรตีน  ฮิวมัส  เป็นต้น  เกิดจากการเน่าเปื่อยผุพังของสิ่งมีชีวิต  โดยการย่อยสลายของจุลินทรีย์  ทำให้เป็นธาตุอาหารของพืชอีกครั้ง 

   -  สภาพแวดล้อมทางกายภาพ  เช่น  แสงสว่าง  อุณหภูมิ  ความชื้น  ความเป็นกรด-เบส  ความเค็มเป็นต้น 

สภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน ทำให้การดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศนั้นแตกต่างกันออกไป

2)  ส่วนประกอบที่มีชีวิต  (biotic  component)  ได้แก่  พืช  สัตว์ รวมทั้งสิ่งมีชีวิตขนาดเล็ก และสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวซึ่งช่วยทำให้ระบบนิเวศทำงานได้อย่างเป็นปกติ โดยแบ่งออกตามหน้าที่ของสิ่งมีชีวิตได้เป็น  3  ประเภท  คือ

   -  ผู้ผลิต  (producer)  คือ  สิ่งมีชีวิตที่สามารถสร้างอาหารเองได้โดยการสังเคราะห์ด้วยแสง  ได้แก่ พืชสีเขียว  แพลงก์ตอนพืช  และแบคทีเรียบางชนิด  ผู้ผลิตมีความสำคัญมากเพราะเป็นจุดเริ่มต้นที่เชื่อมต่อระหว่างสิ่งไม่มีชีวิตและสิ่งที่มีชีวิตอื่นๆในระบบนิเวศ 

   -  ผู้บริโภค  (consumer)  คือ  สิ่งมีชีวิตที่ไม่สามารถสร้างอาหารขึ้นเองได้  แต่ได้รับธาตุอาหารจากการกินสิ่งมีชีวิต อื่นอีกทอดหนึ่ง พลังงานและแร่ธาตุจากอาหารที่สิ่งมีชีวิตกิน จะถูกถ่ายทอดสู่ผู้บริโภค  ซึ่งแบ่งตามลำดับของการกินอาหารได้  ดังนี้ 

   -  ผู้บริโภคปฐมภูมิ  (primary  consumers)  เป็นสิ่งมีชีวิตที่กินพืชเป็นอาหาร  (herbivore)  โดยตรง  

เช่น  ปะการัง  เม่นทะเล  กวาง  กระต่าย  วัว  เป็นต้น 

ผู้บริโภคทุติยภูม  (secondary  consumers)  เป็นสิ่งมีชีวิตพวกสัตว์กินเนื้อ  (carnivore)  หมายถึง

สัตว์  ที่กินสัตว์กินพืช  หรือผู้บริโภคปฐมภูมิเป็นอาหาร  เช่น  ปลาไหลมอเรย์  ปลาสาก  นก  งู  หมาป่า  เป็นต้น 

   -  ผู้บริโภคตติยภูมิ  (tertiary  consumers)  เป็นสิ่งมีชีวิตที่กินทั้งสัตว์กินพืชและสัตว์กินสัตว์หรือพวกที่กินทั้งพืชและสัตว์เป็นอาหาร  (omnivore)  เช่น  ปลาฉลาม 

เต่า  เสือ  คน  เป็นต้น

    - ผู้ย่อยสลาย  (decomposer)  คือ  สิ่งมีชีวิตที่ไม่สามารถสร้างอาหารเองได้  แต่อาศัยอาหารจากสิ่งมีชีวิตชนิดอื่น โดยการสร้างน้ำย่อย  ออกมาย่อยสลายแร่ธาตุต่างๆในส่วนประกอบของซากสิ่งมีชีวิตให้เป็นสารโมเลกุลเล็กๆ แล้วจึงดูดซึมอาหารผ่านเยื่อหุ้มเซลล์เข้าไปใช้  เช่น  แบคทีเรีย  เห็ด  รา  เป็นต้น 

     ระบบนิเวศ มีคุณสมบัติที่สำคัญอีกประการหนึ่ง คือ มีกลไกในการปรับสภาวะตนเองเพื่อให้อยู่ในสภาวะสมดุล  โดยการที่ส่วนประกอบของระบบนิเวศทำให้เกิดการหมุนเวียนและถ่ายทอดสารอาหารผ่านสิ่งมีชีวิตซึ่งได้แก่ ผู้ผลิต  ผู้บริโภค  และผู้ย่อยสลายนั่นเอง  ถ้าระบบนิเวศนั้นได้รับพลังงานอย่างเพียงพอ  และไม่มีอุปสรรคขัดขวางวัฏจักรของธาตุอาหาร  ก็จะทำให้เกิด ภาวะสมดุล  (equilibrium)  ในระบบนิเวศนั้น  ทำให้ระบบนิเวศนั้นมีความคงตัว  ทั้งนี้เพราะการผลิตอาหารสมดุลกับการบริโภคภายในระบบนิเวศนั้น  การปรับสภาวะตัวเองนี้  ทำให้การผลิตอาหาร และการเพิ่มจำนวนของสิ่งมีชีวิตอื่นๆในระบบนั้นมีความพอดีกัน กล่าวคือจำนวนประชากรชนิดใดๆ ในระบบนิเวศจะไม่สามารถเพิ่มจำนวนอย่างไม่มีขอบเขตได้

ระบบนิเวศ

         สิ่งแวดล้อม คือ สรรพสิ่งที่อยู่รอบตัวเราแบ่งออกเป็น  2  ประเภท  คือ
         1. สิ่งแวดล้อมทางชีวภาพ ได้แก่ มนุษย์  สัตว์  พืช  และสิ่งมีชีวิตขนาดเล็ก
         2. สิ่งแวดล้อมทางกายภาพ ได้แก่ สิ่งแวดล้อมตามธรรมชาติ คือ ดิน นํ้า ป่าไม้ อากาศ แสง ฯลฯ และสิ่งมี                  ชีวิตที่มนุษย์สร้างขึ้นได้แก่ สิ่งก่อสร้าง โบราณสถาน ศิลปกรรม  ขนบธรรมเนียมประเพณี  และ                            วัฒนธรรม  เป็นต้น สิ่งมีแวดล้อมแต่ละบริเวณจะมีความแตกต่างกันไปตามสภาพภูมิศาสตร์ และสภาพ                ภูมิอากาศทำให้มีกลุ่มสิ่งมีชีวิต (community) อาศัยอยู่ในแต่ละบริเวณ แตกต่างกันไปด้วย


ระบบนิเวศแหล่งนํ้าจืด

          พื้นที่ประเทศไทยมีแหล่งนํ้าจืดกระจายอยู่ทั่วไป มีทั้งสภาพธรรมชาติและที่คนสร้างขึ้นได้แก่ 
 แม่น้ำา  ลำคลอง  หนอง  บึง  สระนํ้าจืด  ทะเลสาบ  อ่างเก็บนํ้าต่างๆในแหล่งนํ้าจืดจะอุดมสมบูรณ์ไปด้วยแร่ธาตุและอินทรียสารต่างๆที่สิ่งมีชีวิตต้องอาศัยในกิจกรรมทุกอย่าง ในระบบนิเวศนี้จึงเป็นแหล่งที่อยุ่ของสัตว์นํ้า  สิ่งมีชีวิตขนาดเล็กนานาชนิดเป็นจำนวนมากและพืชนํ้าซึ่งมีทั้งพวกที่เคลื่อนที่ไปตามกระแสนํ้า พวกที่ลอยอยู่ผิวนํ้า  และพวกที่มีโครงสร้างยึดเกาะกับวัตถุหรือพื้นผิวใต้นํ้า  ระบบนิเวศแหล่งนํ้าจืดจึงเป็นแหล่งดำรงชีพของสิ่งมีีชีวิตเกือบทุกชนิด ทั้งเป็นแหล่งที่อยู่และประกอบอาชีพที่สำคัญของมนุษย์ด้วย

         ระบบนิเวศทะเล

            ระบบนิเวศนี้ประกอบด้วยชายฝั่งทะเลซึ่งมีทั้งหาดชายและหาดหิน  ชายหาดเป็นบริเวณที่ถูกนํ้าทะเลซัดขึ้นมาตลอดเวลา  พื้นที่ผิวของหาดทรายและหาดหินจะเปียกและแห้งสลับกันในช่วงวันหนึ่งๆ ที่เป็นเวลานํ้าขึ้นนํ้าลง ทำให้อุณหภูมิหนึ่งๆ ของบริเวณดังกล่าวแตกต่างกันไปด้วย  นอกจากนี้นํ้าทะเลมีสารประกอบพวกเกลือละลายอยู่หลายชนิด  สัตว์ที่อาศัยอยู่ในทะเลจึงต้องมีการปรับสภาพทางสรีระสำหรับการดำรงชีพอยู่ในนํ้าเค็มด้วย
            จากฝั่งทะเลออกไปจะเป็นบริเวณไหล่ทวีป  ทะเล  และมหาสมุทร  ซึ่งเป็นแหล่งที่มีสิ่งมีชีวิตอาศัยอยู่เป็นจำนวนมาก   นับเป็นแหล่งอาหารแหล่งใหญ่ที่สุดของสิ่งมีชีวิต  ประกอบด้วย  แพลงก์ตอนพืช  แพลงก์ตอนสัตว์นานาชนิด  หญ้าทะเล  สาหร่ายทะเล ที่สัตว์นํ้าพวกกุ้ง  หอย  ปู  ปลา  พะยูน  ปลาวาฬ  โลมา  และอื่นๆ อาศัยเป็นอาหารในการเจริญเติบโต

           ระบบนิเวศป่าชายเลน

              ป่าชายเลนเป็นป่าบริเวณชายฝั่งทะเลและปากแม่นํ้าของประเทศในเขตร้อน  ประเทศไทยมีป่าชายเลนหลายแห่งแถบจังหวัดชายทะเลในภาคใต้และภาคตะวันออก
              ป่าชายเลนมีสภาพแวดล้อมที่ต่างจากป่าบกหลายอย่าง ได้แก่  สภาพดิน  ดินบริเวณนี้เป็นดินเลนซึ่งเกิดจากการทับถมของตะกอนบริเวณปากแม่นํ้า  ความแตกต่างของความเป็นกรด-เบส  ความสมบูรณ์ของดินบบบริเวณป่าชายเลนซึ่งวัดจากปริมาณไนโตรเจน  ฟอสฟอรัสและโพแทสเซียม  นอกจากนี้ยังมีความแตกต่างของระดับนํ้าทะเลในช่วงต่างๆ ของแต่ละวันด้วยสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่บริเวณป่าชายเลนจะต้องปรับตัวให้ดำรงชีพอยู่ได้ในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกันในแต่ละช่วงวัน

             ระบบนิเวศป่าไม้

                 ป่าไม้เป็นทรัพยากรธรรมชาติที่สำคัญยิ่งของประเทศเป็นแหล่งรวมพันธุ์ไม้และสัตว์ต่างๆ เป็นแหล่งต้นนํ้าลำธาร  ช่วยควบคุมอุณหภูมิ  ผลิตแก๊สออกซิเจน  และใช้คาร์บอนไดออกไซด์  ทำให้ฝนตกตามฤดูกาล  ช่วยกำบังลมพายุ  ลดความรุนแรงของนํ้าป่าและการพังทลายของหน้าดินที่เกิดจากกระแสนํ้าไหลบ่า  ช่วยรักษาความชุ่มชื้นของผิวดินและอากาศ  ตลอดจนเป็น
แหล่งสะสมปุ๋ยธรรมชาติ  ลักษณะของป่าไม้และสังคมสิ่งมีชีวิตในป่าของประเทศไทยมีหลากหลาย เช่น ป่าดิบชื้น  ป่าสนเขา  ป่าพรุ  เ็ป็นต้น