1. การถ่ายทอดพลังงานและการหมุนเวียนสารในระบบนิเวศ พลังงานและสารทั้งหลายในระบบนิเวศ ไม่มีสูญหายไปไหนแต่มีการถ่ายทอดและหมุนเวียน ผ่านปัจจัยทางกายภาพและปัจจัยทางชีวภาพ เพื่อให้ระบบนิเวศเกิดดุลยภาพได้ การถ่ายทอดพลังงานและการหมุนเวียนสารในระบบนิเวศจะเกิดขึ้นผ่านกระบวนการ “ห่วงโซ่อาหาร” ( Food chain )

2. ห่วงโซ่อาหาร ( Food chain ) ความสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิตในลักษณะการกินเป็นทอดๆที่เป็นลำดับขั้น ( Trophic level ) โดยการแสดงความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตผู้ถูกกินกับสิ่งมีชีวิตผู้กินด้วย “สัญลักษณ์ลูกศร” ที่หันปลายลูกศรเข้าหาสิ่งมีชีวิตผู้กินเสมอ ห่วงโซ่อาหารสามารถแบ่งได้เป็น 3 ประเภทโดยใช้เกณฑ์สิ่งมีชีวิตที่เป็นลำดับขั้นแรกในห่วงโซ่อาหาร ได้แก่ ...

3. 1. ห่วงโซ่อาหารผู้ผลิต ( Grazing food chain ) - ห่วงโซ่อาหารที่เริ่มต้นด้วยสิ่งมีชีวิตที่เป็นลำดับขั้นการกินแรกสุด คือ “ผู้ผลิต” ( Producer ) เช่น พืชหรือสาหร่ายที่สามารถสังเคราะห์ด้วยแสงได้ แล้วส่งถ่ายพลังงานและสารไปยังสิ่งมีชีวิต “ผู้บริโภค” ( Consumer ) ลำดับขั้นต่างๆ เช่น ... หญ้า ( ผู้ผลิต ) กวาง ( ผู้บริโภคลำดับที่ 1) สุนัขป่า ( ผู้บริโภคลำดับที่ 2)

4. 2. ห่วงโซ่อาหารปรสิต ( Parasite food chain ) - ห่วงโซ่อาหารที่เริ่มต้นด้วยสิ่งมีชีวิตที่เป็นลำดับขั้นการกินแรกสุด คือ “สิ่งมีชีวิตผู้ถูกอาศัย” ( Host ) แล้วส่งถ่ายพลังงานและสารไปยังสิ่งมีชีวิตที่เป็น “ปรสิต” เช่น ... สุนัข ( ผู้ถูกอาศัย ) เห็บสุนัข ( ปรสิต )

5. 3. ห่วงโซ่อาหารซากอินทรีย์ ( Detritus food chain ) - ห่วงโซ่อาหารที่เริ่มต้นด้วย “ซากอินทรีย์” เช่น ซากพืชหรือซากสัตว์ แล้วส่งถ่ายพลังงานและสารไปยังสิ่งมีชีวิต “ผู้ย่อยสลาย” ( Decomposer ) เช่น ... ซากใบไม้แห้ง ( ซากอินทรีย์ ) เห็ดทรัฟเฟิล ( ผู้ย่อยสลาย ) หมูป่า ( ผู้บริโภค )

6. พีระมิดทางนิเวศวิทยา ( Ecological pyramid ) การแสดงความสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิตในแต่ละลำดับขั้นการกินของห่วงโซ่อาหารในรูปของกราฟพีระมิดซึ่งมี 3 ชนิด ได้แก่ ... 1. พีระมิดแสดงจำนวน ( Pyramid of Numbers ) 2 . พีระมิดแสดงมวลชีวภาพ ( Pyramid of Biomass ) 3 . พีระมิดแสดงพลังงาน ( Pyramid of Energy )

7. 1. พีระมิดแสดงจำนวน ( Pyramid of Numbers ) - ใช้แสดง จำนวนของสิ่งมีชีวิตในแต่ละลำดับขั้นการกินของห่วงโซ่อาหารต่อหน่วยพื้นที่ของระบบนิเวศหนึ่งๆ โดยสิ่งมีชีวิตผู้ผลิตอยู่ที่ฐานของพีระมิด - โดยทั่วไปแล้วสิ่งมีชีวิตผู้ผลิตจะมีจำนวนมากกว่าสิ่งมีชีวิตผู้บริโภค และสิ่งมีชีวิตผู้บริโภคลำดับขั้นสูงขึ้นไปจะมีจำนวนลดลง

8. - แต่ก็มีกรณีที่ สิ่งมีชีวิตผู้ผลิตมีจำนวนน้อยกว่าสิ่งมีชีวิตผู้บริโภค เช่น ระบบนิเวศของต้นไม้ใหญ่ 1 ต้นที่มีสัตว์บนต้นไม้มากมาย - ตัวอย่างเช่น พีระมิดแสดงจำนวนสิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศทะเล ( ซ้าย )

9. 2. พีระมิดแสดงมวลชีวภาพ ( Pyramid of Biomass ) - ใช้แสดง มวลแห้งของสิ่งมีชีวิตในแต่ละลำดับขั้นการกินของห่วงโซ่อาหารต่อหน่วยพื้นที่ของระบบนิเวศหนึ่งๆ โดยสิ่งมีชีวิตผู้ผลิตอยู่ที่ฐานของพีระมิด - ส่วนมากสิ่งมีชีวิตผู้ผลิตจะมีมวลชีวภาพมากที่สุด อย่างเช่น พีระมิดแสดงมวลชีวภาพในระบบนิเวศบนบก

10. - แต่ก็มีกรณีที่ สิ่งมีชีวิตผู้ผลิตมีมวลชีวภาพรวมน้อยกว่ามวลชีวภาพรวมของสิ่งมีชีวิตผู้บริโภคขั้นสูง เช่น พีระมิดแสดงจำนวนมวลชีวภาพในทะเลที่แพลงก์ตอนพืชมีมวลชีวภาพรวมน้อยกว่าปลาฉลาม - หรือสิ่งมีชีวิตผู้ผลิตอาจจะ มีมวลชีวภาพน้อยเนื่องจากประกอบด้วยน้ำเป็นสัดส่วนที่มาก เช่น ผลแตงโม

11. 3. พีระมิดแสดงพลังงาน ( Pyramid of Energy ) - ใช้แสดง ปริมาณพลังงานสะสมของสิ่งมีชีวิตในแต่ละลำดับขั้นการกินของห่วงโซ่อาหารต่อหน่วยพื้นที่ของระบบนิเวศหนึ่งๆต่อเวลา 1 ปี โดยสิ่งมีชีวิตผู้ผลิตอยู่ที่ฐานของพีระมิดเช่นกัน - สิ่งมีชีวิตผู้ผลิตจะมีพลังงานสะสมมากกว่าสิ่งมีชีวิตผู้บริโภคในระบบนิเวศนั้นเสมอ

12. - จากพีระมิดแสดงพลังงานของสิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศพบว่า พลังงานสะสมในสิ่งมีชีวิตที่เป็นผู้กินจะมีค่าประมาณร้อยละ 10 ของสิ่งมีชีวิตผู้ถูกกิน ซึ่งก็คือ พลังงานสะสมจากสิ่งมีชีวิตผู้ถูกกินที่ถ่ายทอดให้แก่สิ่งมีชีวิตผู้กิน ตามกฎที่เรียกว่า “ กฎร้อยละสิบ ” ( Ten percent law )

13. - พลังงานสะสมของสิ่งมีชีวิตผู้กินอีกร้อยละ 90 จะสูญเสียไปกับ ส่วนที่รับประทานและย่อยไม่ได้ของสิ่งมีชีวิตผู้ถูกกิน การแผ่รังสีความร้อนของสิ่งมีชีวิตผู้กิน รวมกิจกรรมของสิ่งมีชีวิตผู้กิน

14. วัฏจักรของสารในระบบนิเวศ ( Material cycle ) สารต่างๆในระบบนิเวศ เช่น น้ำ , ธาตุคาร์บอน , ธาตุไนโตรเจน , ธาตุฟอสฟอรัส , ธาตุกำมะถัน ฯลฯ ล้วนมีความสำคัญต่อการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิตทั้งสิ้น ซึ่งสารเหล่านี้มีการหมุนเวียนในระบบนิเวศอยู่ตลอดเวลา การหมุนเวียนสารเป็นวัฏจักรในระบบนิเวศจะมี หลักการ 2 ประการ คือ การเปลี่ยนแปลงสถานะของสาร และ การทำปฏิกิริยาเคมีเพื่อให้เกิดสารใหม่

15. 1. วัฏจักรของน้ำ - เป็นการหมุนเวียนของ “น้ำ” ( H 2 O ) ที่อาศัยกระบวนการต่อไปนี้ ... 1. การที่ไอน้ำในบรรยากาศกลั่นตัวตกลงมาบนพื้นโลกเป็น “หยาดน้ำฟ้า” ( Precipitation ) เช่น ฝน , หิมะ , ลูกเห็บ 2. การที่น้ำสะสมและไหลเวียนไปยังส่วนต่างๆบนแผ่นเปลือกโลก เช่น แหล่งน้ำจืดผิวดิน , แหล่งน้ำแข็ง , แหล่งน้ำเค็ม รวมทั้งแหล่งน้ำบาดาล 3. การที่น้ำจากแหล่งต่างๆบนพื้นผิวโลก ได้รับความร้อนจากดวงอาทิตย์จนระเหยกลายเป็นไอน้ำ

16. 4 . การนำน้ำเข้าสู่ร่างกายของสิ่งมีชีวิตเพื่อนำไปใช้ในดำรงชีวิต เช่น การดื่มน้ำของสัตว์ , การดูดน้ำในดินด้วยรากพืช ฯลฯ - หากการหมุนเวียนของน้ำในระบบนิเวศนั้น ไม่ผ่านสิ่งมีชีวิตจะถือเป็น “วัฏจักรของน้ำระยะสั้น” ส่วน การหมุนเวียนของน้ำในระบบนิเวศ ผ่านสิ่งมีชีวิตหรือกระบวนการของสิ่งมีชีวิตจะถือเป็น “วัฏจักรของน้ำระยะยาว” 5 . การที่สิ่งมีชีวิตปล่อยน้ำทั้งส่วนที่เหลือจากการใช้และที่เกิดจากปฏิกิริยาเคมีภายในสิ่งมีชีวิต เช่น การขับถ่ายปัสสาวะของสัตว์ , การคายน้ำผ่านทางปากใบของพืช ฯลฯ

18. 2. วัฏจักรของธาตุคาร์บอน - ธาตุคาร์บอน ( C ) เป็นธาตุที่เป็น ส่วนประกอบของสารอินทรีย์ เช่น โปรตีน , คาร์โบไฮเดรต , ไขมัน ฯลฯ รวมทั้ง สารอนินทรีย์อื่นๆ เช่น ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ , สารประกอบคาร์บอนเนต 1. ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ( CO 2 ) ในบรรยากาศจะถูกเปลี่ยนมาเป็นสารประกอบคาร์โบไฮเดรตโดยกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช 2. สารอินทรีย์ทั้งหลาย เช่น สารประกอบคาร์โบไฮเดรต ฯลฯ จะถูกถ่ายทอดไปยังสิ่งมีชีวิตอื่น เช่น สัตว์ ด้วยกระบวนการห่วงโซ่อาหาร

19. 3. สิ่งมีชีวิตทั้งหลายจะนำเอาสารอินทรีย์ไปใช้ใน กระบวนการหายใจระดับเซลล์เพื่อสร้างพลังงาน แล้วปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกสู่บรรยากาศ 4. เมื่อสิ่งมีชีวิตทั้งหลายตายลงก็จะกลายเป็น “ซากอินทรีย์” สะสมในชั้นดินและหินในรูปของสารประกอบไฮโดรคาร์บอน , ธาตุคาร์บอน ( C ) หรือสารประกอบคาร์บอเนต ( CO 3 2- ) 5. มนุษย์ขุดเอา สารประกอบไฮโดรคาร์บอนและธาตุคาร์บอนมาทำปฏิกิริยาเผาไหม้เพื่อให้พลังงาน แล้วปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ , ก๊าซคาร์บอนมอนออกไซด์ และเขม่า ขึ้นสู่บรรยากาศจำนวนมาก

21. 3. วัฏจักรของธาตุไนโตรเจน - ธาตุไนโตรเจน ( N ) เป็นธาตุที่เป็น ส่วนประกอบของสารอินทรีย์ เช่น โปรตีน , สารพันธุกรรม , ของเสียต่างๆ รวมทั้ง สารอนินทรีย์อื่น เช่น สารประกอบแอมโมเนียม , สารประกอบไนเตรต ซึ่งพืชต้องการมาก 1. ก๊าซไนโตรเจน ( N 2 ) ในบรรยากาศจะถูกเปลี่ยนมาเป็นสารประกอบแอมโมเนียม ( NH 4 + ) และสารประกอบไนเตรต ( NO 3 - ) โดยแบคทีเรียที่ตรึงก๊าซไนโตรเจนได้ เช่น Rhizobium sp. 2. พืชนำสารประกอบแอมโมเนียมและสารประกอบไนเตรตไปใช้ประโยชน์

22. 3. สารที่มีธาตุไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบ เช่น โปรตีน , สารพันธุกรรม ฯลฯ จะถูกถ่ายทอดไปยังสิ่งมีชีวิตอื่น เช่น สัตว์ ด้วยกระบวนการห่วงโซ่อาหาร 4. สัตว์ขับถ่ายของเสียต่างๆในรูปของแอมโมเนีย , ยูเรีย , กรดยูริกซึ่งมีธาตุไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบลงสู่ดิน 5. สารประกอบแอมโมเนียม ( NH 4 + ) และสารประกอบไนเตรต ( NO 3 - ) ในดินจะถูกเปลี่ยนเป็นก๊าซไนโตรเจน ( N 2 ) ขึ้นสู่บรรยากาศโดยแบคทีเรียที่กระบวนการดีไนตริฟิเคชั่น ( Denitrification )

24. 4. วัฏจักรของธาตุฟอสฟอรัส - ธาตุฟอสฟอรัส ( P ) เป็นธาตุที่เป็น ส่วนประกอบของสารอินทรีย์ เช่น สารพันธุกรรม , สารพลังงานสูง ATP , กระดูก รวมทั้ง สารอนินทรีย์อื่น เช่น สารประกอบฟอสเฟต ซึ่งพืชต้องการมาก 1. การไหลของน้ำบนผิวโลกจะชะเอาสารประกอบฟอสเฟต ( PO 4 3- ) ไปสะสมที่บริเวณพื้นท้องทะเล จนนานเข้าก็อัดแน่นกลายเป็น “หินฟอสเฟต” 2. หินฟอสเฟตบางส่วน จะถูกการยกตัวของแผ่นเปลือกโลกยกขึ้นมา แล้วถูกฝนชะล้างให้ผุพังพร้อมกับผสมกับซากอินทรีย์จนกลายเป็นดิน

25. 3. พืชนำเอาสารประกอบฟอสเฟตจากดินไปใช้ในการดำรงชีวิต เช่น การสังเคราะห์สารพันธุกรรม หรือ สารพลังงานสูง ATP 4. สัตว์จะได้รับธาตุฟอสเฟต จากสารประกอบอินทรีย์ซึ่งได้มาจากกระบวนการห่วงโซ่อาหาร แล้วนำไปใช้ในการดำรงชีวิตเช่นเดียวกับพืช แต่สัตว์มีกระดูกสันหลังจะนำสารประกอบฟอสเฟตบางส่วนไปสร้างเป็นโครงร่างแข็งภายใน 5. ซากอินทรีย์ทั้งหลายจะถูกย่อยสลายโยสิ่งมีชีวิตผู้ย่อยสลายเพื่อให้เกิดสารประกอบฟอสเฟตลงสู่ดินอีกครั้ง

27. การเปลี่ยนแปลงแทนที่ของระบบนิเวศ ( Succession ) การเปลี่ยนแปลงของกลุ่มสิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศหนึ่งๆเมื่อกาลเวลาผ่านไป โดยกลุ่มสิ่งมีชีวิตจะสูญหายไปและกลุ่มสิ่งมีชีวิตใหม่จะเข้ามาแทนที่ การเปลี่ยนแปลงแทนที่ของระบบนิเวศจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อ มีการรบกวนสมดุลของระบบนิเวศ ซึ่งมี 2 ประเภท ได้แก่ ...

28. 1. การเปลี่ยนแปลงแทนที่แบบปฐมภูมิ - เป็นการเปลี่ยนแปลงแทนที่ที่เริ่มจากบริเวณที่ปราศจากสิ่งมีชีวิตมาก่อน เช่น หน้าดินเปิดขึ้นใหม่ แล้วจึงมี “สิ่งมีชีวิตผู้บุกเบิก” ( Pioneer species ) เข้ามาเจริญเติบโต เช่น มอสส์ , ไลเคนส์ - เมื่อมอสส์และไลเคนส์เจริญมากจะเกิดภาวะแก่งแย่งแข่งขัน จนตายไปแล้วทิ้งซากอินทรีย์เอาไว้เป็นทรัพยากรแก่กลุ่มสิ่งมีชีวิตกลุ่มต่อไปได้เจริญต่อ

29. - เมื่อกลุ่มสิ่งมีชีวิตหลายกลุ่มตายลงไปก็จะเพิ่มธาตุอาหารให้แก่ดินบริเวณให้อุดมสมบูรณ์มากขึ้นเรื่อยๆ จนกระทั่งเอื้ออำนวยให้เกิด “กลุ่มสิ่งมีชีวิตขั้นสูงสุด” ( Climax community ) นั่นก็คือกลุ่มพืชประจำในแต่ละชีวนิเวศ ทำให้ระบบนิเวศเกิดสภาพสมดุล “ สิ่งมีชีวิตบุกเบิก” “ กลุ่มสิ่งมีชีวิตขั้นสูงสุด”

30. 0 ปี 500 ปี - การเปลี่ยนแปลงแทนที่แบบนี้จะ ใช้เวลายาวนานมาก กว่าระบบนิเวศจะอยู่ในสภาพสมดุล

31. - ในบางกรณีการเปลี่ยนแปลงแทนที่แบบปฐมภูมิจะสามารถเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อมไปโดยสิ้นเชิง เช่น การเปลี่ยนแปลงแทนที่ในสระน้ำจนกลายเป็นพื้นดิน

32. 2. การเปลี่ยนแปลงแทนที่แบบทุติยภูมิ - เป็นการเปลี่ยนแปลงแทนที่ที่เริ่มจากบริเวณที่ๆมีการทำลายล้างสิ่งมีชีวิตกลุ่มเดิมไปก่อนด้วยวิธีการต่างๆ เช่น ไฟป่า หรือการทำเกษตร แล้วจึงมีสิ่งมีชีวิตบุกเบิกเจริญขึ้นมา

33. - การเปลี่ยนแปลงแทนที่แบบนี้จะ เริ่มต้นจากที่ๆมีความอุดมสมบูรณ์ของแร่ธาตุในดินหลังจากการทำลายล้าง ซึ่งจะใช้เวลาแทนที่ด้วยกลุ่มสิ่งมีชีวิตขั้นสูงสุด รวดเร็วกว่า การเปลี่ยนแปลงแทนที่แบบปฐมภูมิ