วิทยาศาสตร์ ม.3 เล่ม 1 หน่วยที่ 2

หน่วยการเรียนรู้ท่ี 2 ระบบนิเวศ

ระบบนิเวศ ระบบนิเวศ ประชากรในระบบนิเวศ การถ่ายทอดพลงั งาน วฏั จักรของสาร ในระบบนิเวศ

ระบบนเิ วศ

ความหมายของระบบนิเวศ • กลมุ่ สิ่งมีชีวติ ท้งั พชื สตั ว์ และจุลินทรียท์ ี่อาศยั อยบู่ ริเวณเดียวกนั มีความสมั พนั ธก์ นั ระหวา่ งสิ่งมีชีวติ กบั สิ่งมีชีวิต และ ระหวา่ งสิ่งมีชีวิตกบั ส่ิงไม่มีชีวิต อยา่ งเป็นระบบ • โลกเป็นระบบนิเวศท่ีมีขนาดใหญ่ ที่สุดเรียกวา่ โลกของสิ่งมีชีวติ (biosphere)

โครงสร้างของระบบนเิ วศ กลุ่มส่ิงมีชีวติ (community): กล่มุ ของส่ิงมีชีวติ ต่างๆ ที่อาศยั อยภู่ ายในระบบนิเวศ ซ่ึงอาจมีหน่ึงชนิดหรือมากกวา่ หน่ึง ชนิดข้ึนไปกไ็ ด้ โครงสร้างของ แหล่งท่ีอยู่ (habitat): บริเวณที่มีส่ิงมีชีวิตอาศยั อยู่ ระบบนิเวศ เช่น บริเวณทุ่งหญา้ ในหนองน้า เป็นตน้ ส่ิงแวดล้อม (environment): องคป์ ระกอบท่ีไม่มีชีวิต ซ่ึงมี ความสมั พนั ธ์และเกี่ยวขอ้ งกบั ระบบนิเวศ เช่น อากาศ แสง น้า ดิน แร่ธาตุ เป็นตน้

ประเภทของระบบนิเวศ การแบ่งประเภทของระบบนิเวศ โดยใชแ้ หลง่ ที่อยเู่ ป็นเกณฑ์ ระบบนิเวศ ระบบนิเวศบนบก (terrestrial ecosystem): ระบบนิเวศในนา้ (aquatic ecosystem): ระบบนิเวศท่ีกล่มุ สิ่งมีชีวติ ภายในระบบ ระบบนิเวศที่กล่มุ สิ่งมีชีวติ ภายในระบบ อาศยั อยใู่ นแหลง่ น้าตา่ งๆ เช่น ระบบนิเวศ อาศยั อยบู่ นพ้ืนดิน เช่น ระบบนิเวศทุ่งหญา้ ในสระ ระบบนิเวศในทะเล เป็นตน้ ระบบนิเวศบนขอนไม้ เป็นตน้

การแบ่งประเภทของระบบนิเวศ โดยใชอ้ งคป์ ระกอบภายในระบบนิเวศเป็นเกณฑ์ ระบบนิเวศน้าจืด ระบบนิเวศน้าเคม็ ระบบนิเวศป่ าไม้ ระบบนิเวศป่ าชายเลน

องค์ประกอบของระบบนิเวศ องค์ประกอบทางกายภาพ (physical component) องคป์ ระกอบท่ีเป็นส่ิงไม่มีชีวติ ซ่ึงมีส่วนสาคญั ท่ีทาใหเ้ กิดความสมดุลของระบบนิเวศ • สารอนินทรีย์ เช่น ธาตุคาร์บอน ไฮโดรเจน ออกซิเจน ไนโตรเจน • สารอินทรีย์ เช่น คาร์โบไฮเดรต โปรตีน ไขมนั • สภาพแวดลอ้ มทางกายภาพ เช่น แสง อุณหภูมิ ความช้ืน แกส๊ ตา่ งๆ เป็นตน้

องค์ประกอบทางชีวภาพ (biological component) องคป์ ระกอบท่ีเป็นสิ่งมีชีวิตทุกชนิดที่อาศยั อยใู่ นระบบนิเวศน้นั ซ่ึงแต่ละชนิดมี บทบาทแตกต่างกนั ผู้ผลิต คือ สิ่งมีชีวิตท่ีสามารถสร้างอาหารเพื่อการดารงชีวิตไดเ้ อง ไดแ้ ก่ พืช และ จุลินทรียบ์ างชนิด ซ่ึงเป็นจุดเริ่มตน้ ของพลงั งานในระบบนิเวศ

ผู้บริโภค คือ ส่ิงมีชีวิตท่ีไม่สามารถสร้างอาหารไดเ้ อง จึงตอ้ งบริโภคส่ิงมีชีวิตอ่ืน เพ่ือดารงชีวิต ผบู้ ริโภคพืช ผบู้ ริโภคสตั ว์ ผบู้ ริโภคท้งั พืชและสตั ว์ ผบู้ ริโภคซากสตั ว์

ผู้ย่อยสลาย คือ สิ่งมีชีวิตที่ไม่สามารถสร้างอาหารไดเ้ อง ดารงชีวิตไดด้ ว้ ยการยอ่ ย สลายซากสิ่งมีชีวติ ใหเ้ ป็นสารอินทรีย์ เช่น จุลินทรีย์ เห็ด รา เป็นตน้

ความสัมพนั ธ์ระหว่างส่ิงมชี ีวติ ในระบบนิเวศ ความสัมพนั ธ์ระหว่างผู้ผลติ ผู้บริโภค และผู้ย่อยสลายในระบบนิเวศ ผผู้ ลิต เป็ นอาหาร ผบู้ ริโภคสตั ว์ ยอ่ ยสลาย ตาย ผบู้ ริโภคพชื ตาย ตาย ผยู้ อ่ ยสลาย เป็ นอาหาร

ภาวะการได้ประโยชน์ร่วมกนั (protocooperation) ส่ิงมีชีวติ ท้งั สองฝ่ ายต่างไดป้ ระโยชนด์ ว้ ยกนั ท้งั คู่ เช่น เพล้ียกบั มด ผ้ึงกบั ดอกไม้ เป็ นตน้

ภาวะพงึ่ พา (mutualism) ส่ิงมีชีวิตท้งั สองฝ่ ายไดป้ ระโยชนร์ ่วมกนั แต่ท้งั สองฝ่ ายจะตอ้ งอยรู่ ่วมกนั ตลอดเวลา หากแยกกนั อยอู่ ีกฝ่ ายจะไม่สามารถดารงชีวิตอยไู่ ด้ เช่น ไลเคน แบคทีเรียในปมรากถว่ั โปรโตซวั ในลาไสป้ ลวก เป็นตน้

ภาวะองิ อาศัย (commensalism) ส่ิงมีชีวติ ฝ่ ายหน่ึงไดร้ ับประโยชน์ ส่วนอีกฝ่ ายไม่ไดแ้ ละไม่เสียประโยชน์ หากแยก กนั อยู่ ตา่ งฝ่ ายกย็ งั สามารถดารงชีวติ อยไู่ ดต้ ามปกติ เช่น เถาวลั ยท์ ่ีเกาะบนตน้ ไม้ เหาฉลามกบั ฉลาม เพรียงบนตวั สตั วน์ ้า เป็นตน้

ภาวะปรสิต (parasitism) ส่ิงมีชีวติ ฝ่ ายหน่ึงไดร้ ับประโยชน์ คือ ผอู้ าศยั (parasite) แตอ่ ีกฝ่ ายหน่ึงเสียประโยชน์ คือ ผถู้ ูกอาศยั (host) เช่น พยาธิในร่างกายมนุษย์ เห็บบนตวั สุนขั กาฝากบนตน้ ไม้ เป็นตน้

ภาวะแข่งขนั (competition) ส่ิงมีชีวติ แข่งขนั กนั เพ่อื แยง่ ชิงส่ิงท่ีตอ้ งการ ซ่ึงอาจจะทาใหเ้ กิดประโยชนก์ บั ท้งั สองฝ่ าย เช่น สุนขั แยง่ อาหารกนั ตน้ ไมแ้ ยง่ กนั รับแสง เป็นตน้

ภาวะล่าเหยื่อ (predation) ส่ิงมีชีวิตฝ่ ายหน่ึงไดร้ ับประโยชน์ จากการเป็นผลู้ า่ (predator) อีกฝ่ ายหน่ึงเสีย ประโยชนจ์ ากการเป็นผถู้ กู ล่า (prey) เช่น เหยย่ี วจบั หนู งูกินกบ สิงโตลา่ มา้ ลาย วาฬลา่ แมวน้า เป็นตน้

การถ่ายทอดพลงั งานในระบบนิเวศ

การถ่ายทอดพลงั งานในระบบนเิ วศ • ผูผ้ ลิต สามารถดูดกลืนพลงั งานแสงจากดวงอาทิตยม์ าใชใ้ นกระบวนการสังเคราะห์ ดว้ ยแสง เพ่ือสร้างอาหารได้ • ผูบ้ ริโภค ไม่สามารถสร้างอาหารเองไดจ้ ึงตอ้ งบริโภคสิ่งมีชีวิตอื่นเพ่ือนาพลงั งานจาก อาหารที่บริโภคมาใชใ้ นการดารงชีวิต • การบริโภคท่ีตอ่ เนื่องกนั เป็นทอดๆ ทาใหเ้ กิด การถา่ ยทอดพลงั งานระหวา่ งส่ิงมีชีวิต เรียกวา่ โซ่อาหาร • ส่ิงมีชีวิตในโซ่อาหารที่เก่ียวพนั กบั โซ่อาหารอื่น มากกวา่ 1 โซ่อาหาร ซ่ึงจะเกิดความสมั พนั ธ์ ที่ซบั ซอ้ น เรียกวา่ สายใยอาหาร

โซ่อาหาร • พืชใชค้ ลอโรฟิ ลลเ์ ป็นตวั ดูดกลืนพลงั งานแสง เพื่อนามาใชใ้ นกระบวนการสงั เคราะห์ ดว้ ยแสง • สตั วไ์ ม่สามารถสร้างอาหารไดเ้ อง จึงถือเป็นผบู้ ริโภค – ผบู้ ริโภคลาดบั ท่ีหน่ึง คือ ผบู้ ริโภคที่กินผผู้ ลิตเป็นอาหาร – ผบู้ ริโภคลาดบั ที่สอง คือ ผบู้ ริโภคท่ีกินผบู้ ริโภคลาดบั ที่หน่ึงเป็นอาหาร – ผบู้ ริโภคลาดบั สูงสุด คือ ผบู้ ริโภคท่ีอยปู่ ลายสุดของโซ่อาหาร ผผู้ ลิต ผบู้ ริโภคลาดบั ท่ีสอง ผบู้ ริโภคลาดบั ท่ีหน่ึง ผบู้ ริโภคลาดบั สูงสุด

• การถ่ายทอดพลงั งานในโซ่อาหารสู่ผบู้ ริโภคแต่ละลาดบั ข้นั จะเป็นเพยี ง 10% ของ พลงั งานท่ีเขา้ มา ส่วนอีก 90% จะสูญสลายไปในรูปของพลงั งานอื่นๆ • อาหารท่ีสัตวก์ ินเขา้ ไปไม่ไดเ้ ปลี่ยนเป็นเน้ือเยอื่ ท้งั หมด ส่วนหน่ึงถูกเผาผลาญไปเป็น พลงั งานท่ีใชใ้ นการเคล่ือนไหวและทากิจกรรม จึงมีอาหารเพียงบางส่วนเท่าน้นั ที่ถูก นาไปใชใ้ นการสร้างเน้ือเยอ่ื ซ่ึงมวลของเน้ือเยอ่ื ที่ถูกสร้างจากอาหารส่วนน้ี เรียกวา่ มวลชีวภาพ (biomass) ผบู้ ริโภคลาดบั สูงสุด 1 Kg ผบู้ ริโภคลาดบั ท่ี 2 10 Kg ผบู้ ริโภคลาดบั ท่ี 1 100 Kg ผผู้ ลิต 1,000 Kg

สายใยอาหาร • โซ่อาหารแตล่ ะโซ่อาจมีความสมั พนั ธ์กบั โซ่อาหารอื่นๆ ซ่ึงเกิดเป็นสายใยอาหาร • สายใยอาหารของกลุ่มส่ิงมีชีวิตที่มีความสลบั ซับซอ้ นมาก แสดงว่าผบู้ ริโภคมีทางเลือก ในการกินอาหารไดห้ ลายทาง ส่งผลใหก้ ลุ่มส่ิงมีชีวติ น้นั มีความมนั่ คงในการดารงชีวิต

พรี ะมดิ การถ่ายทอดพลงั งาน พรี ะมดิ จานวน แสดงใหเ้ ห็นจานวนของส่ิงมีชีวิตในแตล่ ะลาดบั ข้นั ของโซ่อาหารต่อหน่วยพ้นื ที่หรือ ปริมาตร

พรี ะมดิ มวลชีวภาพ แสดงใหเ้ ห็นปริมาณหรือมวลของส่ิงมีชีวติ ในแตล่ ะลาดบั ข้นั ของโซ่อาหาร

พรี ะมิดพลงั งาน แสดงอตั ราการถ่ายทอดพลงั งานในหน่วยของพลงั งานต่อหน่วยพ้นื ที่ ซ่ึงพีระมิดจะมี ลกั ษณะฐานกวา้ งแลว้ เรียวไปหายอด

ประชากรในระบบนิเวศ

ขนาดของประชากร การศึกษาขนาดหรือลกั ษณะความหนาแน่นของประชากรในแต่ละแหล่งท่ีอยหู่ น่ึงๆ สามารถศึกษาไดจ้ ากการอพยพเขา้ การอพยพออก การเกิด และการตายของกลมุ่ ส่ิงมีชีวิต • ประชากรท่ีมีขนาดคงที่ แสดงวา่ อตั ราการเกิดรวมกบั อตั ราการอพยพเขา้ เท่ากบั อตั ราการตายรวมกบั อตั ราการอพยพออก

• ประชากรมีขนาดเพม่ิ ขนึ้ แสดงวา่ อตั ราการเกิดรวมกบั อตั ราการอพยพเขา้ มีค่า มากกวา่ อตั ราการตายรวมกบั อตั ราการอพยพออก • ประชากรมีขนาดลดลง แสดงวา่ อตั ราการเกิดรวมกบั อตั ราการอพยพเขา้ มีค่านอ้ ย กวา่ อตั ราการตายรวมกบั อตั ราการอพยพออก

ปัจจัยทมี่ ผี ลต่อการเปลย่ี นแปลงของประชากร การเปล่ียนแปลงอตั ราการเกิด อตั ราการตาย อตั ราการอพยพเขา้ และอตั ราการอพยพออก เกิดจากปัจจยั ท้งั ภายในและภายนอก ตวั อยา่ งเช่น การเปล่ียนแปลงของสภาพแวดล้อม: กิจกรรมต่างๆ ของมนุษย์: ตวั อยา่ งเช่น สภาพแวดลอ้ มท่ีไม่มีการเปลี่ยนแปลง การทาไร่เลื่อนลอย หรือการถางป่ าเพื่อ หรื อเกิดการเปลี่ยนแปลงรวดเร็ วและ ทาฟาร์ มเล้ียงสัตว์หรื อเพ่ือการเกษตร รุนแรง อาจทาให้จานวนประชากร เป็ นการทาลายท่ีอยู่อาศยั ของสิ่งมีชีวิต ลดลงได้ บางชนิดในธรรมชาติ

จานวนผู้ล่า: การที่ผลู้ ่ามีจานวนเพ่ิม ทรั พยากรท่ีมีอยู่อย่ างจากัด: มากข้ึน ในขณะท่ีเหย่ือยังคงมี บางคร้ังสิ่งมีชีวิตกอ็ าจจาเป็นตอ้ ง จานวนเท่าเดิมหรื อเพ่ิมข้ึนเพียง ต่อสู้เพ่ือแย่งชิงทรัพยากรท่ีมีอยู่ เล็กน้อย ทาให้เหยื่อมีโอกาสถูกล่า อย่างจากดั ซ่ึงอาจทาให้เกิดการ และลดจานวนลงอยา่ งรวดเร็ว ลม้ ตายลงได้

ก า ร เ จ ริ ญ เ ติ บ โ ต อ ย่ า ง ร ว ด เ ร็ ว : การแพร่ ระบาดของศัตรู ธรรมชาติ: พืชหรื อส่ิ งมีชี วิตบางชนิดท่ีมีการ ศัตรู ธรรมชาติท่ีเพิ่มจานวนอย่าง เจริญเติบโตอยา่ งรวดเร็ว จะทาให้ รวดเร็ วมี ผลกระทบต่อจานวน เกิดความหนาแน่นในแหลง่ ท่ีอยู่ ประชากรของสิ่งมีชีวติ บางชนิด

การสารวจองค์ประกอบภายในระบบนิเวศ การสารวจลกั ษณะทางกายภาพ เป็ นการสารวจเพ่ือเก็บรวบรวมขอ้ มูลของส่ิงไม่มีชีวิตทางดา้ นสภาพแวดลอ้ ม เช่น แสงสวา่ ง อุณหภูมิ ค่าความเป็นกรด-เบส ความช้ืน ปริมาณแร่ธาตุ เป็นตน้

การสารวจลกั ษณะทางชีวภาพ เป็ นการสารวจเพื่อเก็บรวบรวมขอ้ มูลของสิ่งมีชีวิต โดยพิจารณาจากชนิด จานวน และความหนาแน่นของสิ่งมีชีวิตต่อพ้ืนท่ีที่สารวจ ซ่ึงอาศยั การสังเกตและเก็บ ตวั อยา่ ง หรือการนบั จานวนประชากรโดยใชก้ ารสุ่มจากบางบริเวณ และนามาวิเคราะห์เพ่ือ ประเมินผล

วฏั จกั รของสาร

วฏั จกั รคาร์บอน • ผผู้ ลิตสามารถดึงแกส๊ คาร์บอนไดออกไซดใ์ นอากาศ มาใชใ้ นกระบวนการสงั เคราะห์ดว้ ยแสง • ผบู้ ริโภคไดร้ ับคาร์บอนจากอาหารที่กินเขา้ ไป • ผยู้ อ่ ยสลายจะไดร้ ับคาร์บอนจากกระบวนการยอ่ ยสลายอินทรียสาร • สิ่งมีชีวิตปล่อยคาร์บอนคืนสู่ธรรมชาติโดยการหายใจออก ซ่ึงผูผ้ ลิตสามารถนากลบั ไปใช้ ไดอ้ ีกคร้ัง

วฏั จกั รไนโตรเจน • พืชสามารถตรึงไนโตรเจนได้ จากอากาศและในดินเพอื่ นาไป สร้างโปรตีน • เม่ือสัตวก์ ินพชื จะไดร้ ับ ไนโตรเจนในรูปโปรตีนจากพชื • เม่ือพชื และสัตวต์ ายจะถูก ยอ่ ยสลายเป็นเกลือแอมโมเนีย ซ่ึงบางส่วนถูกแบคทีเรีย ในดินเปลี่ยนเป็ นไนเตรต • ไนเตรตจะถูกเปลี่ยนเป็น แกส๊ ไนโตรเจน คืนสู่อากาศ และถูกนากลบั มาใชใ้ หม่

• ปมรากของพืชตระกลู ถวั่ เกิดจาก • แอนาบีนาท่ีอยรู่ ่วมกบั แหนแดง แบคทีเรียไรโซเบียมซ่ึงสามารถ สามารถตรึงไนโตรเจนจาก ตรึงไนโตรเจนจากอากาศและ อากาศได้ โดยจะเปล่ียนใหเ้ ป็น ในดินได้ สารประกอบไนโตรเจน

วฏั จกั รฟอสฟอรัส • พชื นาฟอสฟอรัสจากธรรมชาติที่ละลายน้า ไปใชแ้ ละเกบ็ สะสมไวใ้ นเซลล์ • เมื่อสัตวก์ ินพชื จะไดร้ ับฟอสฟอรัสผา่ นกระบวนยอ่ ยสลายสารอาหาร • เม่ือพชื และสัตวต์ าย แร่ธาตุจะกลบั ลงสู่ดิน พชื จะนาฟอสฟอรัสไปใชใ้ นการเจริญเติบโตต่อไป • การหมุนเวยี นของฟอสฟอรัสท่ีเกิดข้ึนในทะเลเกิดจากการทบั ถมของซากปะการัง เปลือกหอย และโครงกระดูกสัตว์ ท่ีผา่ นกระบวนการสึกกร่อนตามธรรมชาติ

วฏั จักรนา้ • ไอน้าที่ลอยตวั ข้ึนสู่บรรยากาศเกิดจากน้าจากแหลง่ ตา่ งๆ ระเหยกลายเป็ นไอ รวมท้งั จาก การคายน้าของพชื การหายใจของสิ่งมีชีวิต และของเหลวจากการขบั ถา่ ย • ไอน้าที่รวมกันจะมีลักษณะร้อนช้ืน เม่ือลอยสูงข้ึนไปปะทะกับอากาศเยน็ ด้านบน บางส่วนจะถูกควบแน่นกลายเป็นหยดน้าขนาดเลก็ ในรูปของเมฆ • เม่ือหยดน้ามีขนาดใหญข่ ้ึน จะตกลงมาเป็นฝนและถกู กกั เกบ็ ไวต้ ามแหลง่ น้าตา่ งๆ

สรุปทบทวนประจาหน่วยการเรียนรู้ที่ 2 • ระบบนิเวศ คือ กลุ่มสิ่งมีชีวิตไม่วา่ จะเป็น พชื สัตว์ และจุลินทรียท์ ่ีอาศยั อยใู่ นบริเวณ เดียวกนั และมีความสมั พนั ธ์เก่ียวขอ้ งกนั เป็นระบบ • ผผู้ ลิต คือ สิ่งมีชีวติ ท่ีสามารถสร้างอาหารเพ่ือใชใ้ นการดารงชีวติ ไดเ้ อง ซ่ึงเป็น จุดเร่ิมตน้ ของพลงั งานในระบบนิเวศ • ผบู้ ริโภค คือ ส่ิงมีชีวิตที่ไม่สามารถสร้างอาหารไดเ้ อง จึงตอ้ งบริโภคสิ่งมีชีวติ ชนิดอ่ืน • ผยู้ อ่ ยสลาย คือ ส่ิงมีชีวิตท่ีไม่สามารถสร้างอาหารไดเ้ อง ดารงชีวิตดว้ ยการยอ่ ยสลาย ซากของสิ่งมีชีวิต ใหก้ ลายเป็นสารอินทรีย์ • ส่ิงมีชีวิตในระบบนิเวศ มีความสัมพนั ธเ์ ก่ียวขอ้ งกนั โดยการถา่ ยทอดพลงั งานในรูปของ โซ่อาหารและสายใยอาหาร • การเปลี่ยนแปลงขนาดของประชากรเป็นผลมาจากอตั ราการเกิด อตั ราการตาย อตั ราการ อพยพเขา้ และอตั ราการอพยพออกของส่ิงมีชีวติ • น้า คาร์บอน ไนโตรเจน และฟอสฟอรัส มีการหมุนเวยี นเป็นวฏั จกั รในระบบนิเวศ ทา ใหร้ ะบบนิเวศอยใู่ นภาวะสมดุล