02__ระบบนิเวศ

ระบบนเิ วศ (Ecosystem) อ.ดร.สทุ ธริ ักษ์ อ้วนศิริ 1 สาขาวชิ าเคมี คณะวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภฏั หมบู่ า้ นจอมบึง

ระบบนิเวศ (Ecosystem) ------- > หมายถึง ความสัมพันธ์ของส่ิงมีชีวิต ในแหล่ง ที่อยู่อาศัย ณ ท่ีใดท่ี หน่งึ ความสมั พนั ธ์มี 2 ลักษณะ คือ 1. ความสมั พันธ์ระหว่างส่งิ มีชีวิตกับสงิ่ ไมม่ ีชวี ติ 2. ความสมั พนั ธร์ ะหว่างส่ิงมชี วี ิตกบั สิง่ มชี วี ติ โดยความสัมพนั ธ์น้มี ีการถา่ ยทอดพลงั งานและสารอาหาร ในบริเวณ น้นั ๆ สูส่ ง่ิ แวดลอ้ ม 2

1. องคป์ ระกอบในระบบนิเวศ องคป์ ระกอบในระบบนิเวศ ประกอบด้วย 2 ส่วน ไดแ้ ก่ 1. องคป์ ระกอบทีไ่ มม่ ีชีวติ ( Abiotic Component) ได้แก่ 1.1 อนินทรียสาร เช่น ไนโตรเจน คารบ์ อนไดออกไซด์ ออกซเิ จน นา้ และคารบ์ อน 1.2 อินทรียสาร เช่น คาร์โบไฮเดรต โปรตีน ไขมัน ฯลฯ 1.3 สภาพแวดลอ้ มทางกายภาพ เช่น อุณหภูมิ แสง ความเปน็ กรด เปน็ ด่าง ความเค็มและ ความชน้ื 3

2. ส่วนประกอบทม่ี ชี วี ติ (Biotic Component) ไดแ้ ก่ 2.1 ผูผ้ ลิต (producer) มี 2 ประเภท คือ 1. สังเคราะห์อาหารเองได้ ส่วนใหญ่มีการสังเคราะห์แสงเพราะมี คลอโรฟลิ ไดแ้ ก่ พืชสเี ขียว แพลงคต์ อนพืช (phytoplankton) แตบ่ างพวกมีการสงั เคราะห์ เคมี (Chemosynthesis) โดยไม่ตอ้ งใช้คลอโรฟิล เชน่ แบคทีเรียบางพวก 2. ไม่สามารถสังเคราะหอ์ าหารเองได้ ผ้ผู ลติ บางพวกสามารถกนิ สตั ว์ไดเ้ พราะตอ้ งการ น้าธาตุไนโตรเจนไปสร้างเน้ือเยื่อ พืชพวกน้ี ได้แก่ ต้นหม้อข้าวหม้อแกงลิง กาบหอยแครง สาหร่ายข้าวเหนยี ว สว่ นใหญ่ถือวา่ ท้าหนา้ ท่ีเป็นผผู้ ลติ ผู้ผลิตน้ีมีความส้าคัญมาก เพราะเป็นส่วนเริ่มต้นและเชื่อมต่อ ระหว่างสว่ นประกอบท่ีไมม่ ชี วี ติ กบั สว่ นทมี่ ีชีวติ อื่น ๆ ในระบบนเิ วศ 4

5

2.2 ผู้บริโภค (consumer) คือ ส่ิงมีชีวิตที่ไม่สามารถสร้างอาหารเองได้ จ้าเป็นต้องบริโภค ผู้ผลิต หรือ ผู้บริโภค ด้วยกันเองเป็นอาหาร แบ่งเป็นกลุ่มย่อย ได้ดังน้ี แบง่ ได้เปน็ - ผู้บรโิ ภคปฐมภูมิ หรือ ผู้บริโภคลาดับท่ี 1(primary consumer) เปน็ สิ่งมีชีวิตทก่ี ินพืชเป็นอาหาร เช่น กระต่าย วัว ควาย และปลาท่ีกินพืช เล็ก ๆ ฯลฯ - ผู้บรโิ ภคทตุ ยิ ภมู ิ หรือ ผบู้ รโิ ภคลาดบั ที่ 2 (secondary consumer) เป็นสัตว์ท่ีได้รับอาหารจากการกินเนื้อสัตว์ท่ี กินพืชเป็นอาหาร เช่น เสือ สนุ ัขจิง้ จอก ปลากินเนือ้ ฯลฯ - ผู้บรโิ ภคตติยภูมิ หรอื ผบู้ รโิ ภคลาดับที่ 3 (tertiary consumer) เปน็ พวกที่กนิ ทง้ั สัตว์กินพืช และสัตว์กินสัตว์ นอกจากน้ียังได้แก่สิ่งมีชีวิตท่ี อยู่ในระดบั ข้นั การกนิ สงู สุดซึง่ หมายถงึ สัตวท์ ไ่ี มถ่ ูกกนิ โดยสตั ว์อื่น ๆ ต่อไป เป็นสัตว์ ท่อี ยูใ่ นอนั ดบั สุดทา้ ยของการถูกกินเปน็ อาหาร เช่น มนษุ ย์ 6

นอกจากนยี้ ังสามารถแบ่งเปน็ กลุ่มย่อย ไดด้ ังน้ี - สิ่งมีชวี ติ ทก่ี ินพืชเป็นอาหาร (Herbivore) เช่น ววั ควาย กระตา่ ย และปลาท่กี ินพชื เล็กๆ ฯลฯ - สง่ิ มชี วี ติ ทก่ี ินสัตว์อน่ื เป็นอาหาร (Carnivore) เชน่ เสือ สุนัข กบ สุนขั จิ้งจอก ฯลฯ - ส่ิงมีชีวิตท่ีกินทั้งพืช และสัตว์ (Omnivore) ซึ่งเป็นล้าดับ การ กนิ สูงสดุ เชน่ มนุษย์ นกบางชนิด 7

2.3 ผ้ยู ่อยสลาย (decomposer) เปน็ พวกทีผ่ ลติ อาหารเองไม่ได้ ตอ้ งอาศยั ซากของ ส่ิงมีชีวิต อ่นื เปน็ อาหาร โดยการย่อยสลาย ซากสง่ิ มชี วี ิต ใหเ้ ป็นสารอินทรีย์ได้ เช่นเห็ดท้าการย่อยสลายขอนไม้ได้แก่ รา (Fungi) กบั แบคทีเรยี (Bacteria) ด้ารงชีวิตโดยการปล่อยเอนไซม์ออกมายอ่ ยอนิ ทรีย์สารท่อี ยใู่ นซาก พืชซากสตั ว์ให้เปน็ อนนิ ทรีย์สาร แลว้ ดูดซมึ ส่วนทเ่ี ปน็ อนนิ ทรยี ส์ ารเขา้ ไปใช้ เป็นอาหาร บางสว่ นจะเหลอื ไว้ใหผ้ ูผ้ ลิตนา้ ไปใช้ ผู้ย่อยสลายจงึ เป็นผทู้ ่แี ปรสภาพ สารอาหารจากสารประกอบอนิ ทรีย์ ใหเ้ ป็น สารอนนิ ทรยี ์ เพอื่ ใหผ้ ผู้ ลิตสามารถ นา้ ไปใชใ้ นการสงั เคราะหส์ ารอาหารได้ เปน็ สว่ นส้าคัญท้าให้สารอาหารหมุนเวียน เป็นวฏั จกั ร สิ่งมชี ีวติ ชนิดนี้จึงไมม่ รี ะบบยอ่ ยอาหาร 8

2. ห่วงโซ่อาหาร (Food Chain) หมายถึง ความสัมพันธ์ของส่ิงมีชีวิตในเรื่องของการกินต่อกันเป็นทอด ๆ จากผู้ผลิตสู่ผู้บริโภค ท้าให้มีการถ่ายทอดพลังงานในอาหารต่อเน่ืองเป็น ล้าดบั จากการกนิ ต่อกัน เปน็ ลาดับเช่ือมโยงเส้นตรงในสายใยอาหารโดย เรม่ิ จากพืชและตอ่ ด้วยสัตวก์ ินพชื จากนัน้ จะเกดิ การกนิ เป็นทอดๆ ห่วงโซ่อาหารแตกต่างจากสายใยอาหาร เพราะสายใยมีเครือข่าย ความสัมพันธ์การกินที่ซับซ้อน แต่ห่วงโซ่มีเส้นทางการกินเพียงอย่างเดียว เปน็ เส้นตรงเท่าน้ัน ตัววัดท่ัวไปท่ีใช้บอกจ้านวนโครงสร้างเชิงอาหารของสายใยอาหาร คือ ความยาวห่วงโซ่อาหาร ในรูปแบบง่ายที่สุด ความยาวของห่วงโซ่อาหาร คือ จ้านวนเช่ือมโยงระหว่างผู้บริโภคกับฐานของสายใย และความยาวโซ่ เฉลยี่ ของสายใยทงั้ หมด คือ ค่าเฉลี่ยเลขคณิตของความยาวห่วงโซ่ท้ังหมดใน สายใยอาหาร 9

จากแผนภาพ จะสงั เกตเห็นวา่ การกนิ ต่อกนั เปน็ ทอด ๆ ในห่วงโซ่ อาหารน้ี เร่ิมตน้ ที่ ตน้ ข้าว ตามด้วยตก๊ั แตนมากินใบของตน้ ขา้ ว กบมากิน ตัก๊ แตน และ เหยี่ยวมากนิ กบ ซ่ึงจากล้าดับขัน้ ในการกนิ ตอ่ กันน้ี สามารถ อธบิ ายไดว้ ่า 10

ต้นขา้ ว ---- > นบั เปน็ ผู้ผลิตในหว่ งโซอ่ าหารนี้ เนือ่ งจากต้นข้าว เปน็ พืช ซึง่ สามารถสร้างอาหารไดเ้ องโดยใชก้ ระบวนการสงั เคราะหด์ ว้ ยแสง ตั๊กแตน ---- > นบั เปน็ ผบู้ รโิ ภคล้าดับท่ี 1 เนื่องจาก ตก๊ั แตนเปน็ สัตว์ ลา้ ดับแรกทบี่ รโิ ภคข้าวซง่ึ เปน็ ผู้ผลิต กบ ---- > นับเปน็ ผู้บรโิ ภคลา้ ดบั ท่ี 2 เนอ่ื งจาก กบจบั ต๊กั แตนกนิ เปน็ อาหาร หลังจากทต่ี กั๊ แตนกนิ ต้นขา้ วไปแลว้ เหย่ียว ---- > เป็นผบู้ ริโภคล้าดับสดุ ทา้ ย เน่อื งจาก เหยี่ยวจบั กบกนิ เปน็ อาหาร และในโซ่อาหารนไ้ี ม่มสี ตั วอ์ น่ื มาจบั เหยยี่ วกนิ อีกทอดหนึ่ง 11

ในการเขียนห่วงโซ่อาหาร ให้เขยี นโดยเริม่ จากผผู้ ลิต อย่ทู าง ด้านซา้ ย และตามด้วยผบู้ รโิ ภคลา้ ดบั ที่ 1, ผู้บริโภคล้าดับท่ี 2, ผ้บู รโิ ภค ล้าดบั ที่ 3 ต่อไปเรื่อย ๆ จนถงึ ผบู้ รโิ ภคลา้ ดับสดุ ท้าย และเขยี นลกู ศร แทนการถ่ายทอดพลังงานจากสง่ิ มชี ีวติ หนึง่ ไปยังอีก สิง่ มีชวี ิตหนึง่ หรือ เขยี นใหห้ วั ลูกศรชไ้ี ปทางผูล้ า่ และปลายลกู ศรหนั ไปทางเหย่ือ 12

3. สายใยอาหาร (Food Wed) หมายถึง ห่วงโซ่อาหารหลาย ๆ ห่วงโซ่ ท่ีมีความคาบเก่ียวหรือสัมพันธ์กัน น่นั คือ ในธรรมชาติการกนิ ต่อกนั เป็นทอด ๆ ในโซ่อาหาร จะมีความซับซ้อนกันมาก ขนึ้ คือ มีการกนิ กันอยา่ งไมเ่ ปน็ ระเบยี บ 13

ตวั อย่างสายใยอาหาร จากแผนภาพสายใยอาหารด้านบน จะสังเกตเห็นได้ว่า ต้นข้าวท่ีเป็น ผผู้ ลติ ในระบบนเิ วศนน์ ั้น สามารถถกู สัตว์หลายประเภทบริโภคได้ คอื วัว ตั๊กแตน ไก่ และ ผ้ึง และ สัตว์ท่ีเป็นผู้บริโภคล้าดับที่ 1 เหล่านั้น ก็สามารถจะเป็นเหย่ือ ของสัตว์อ่ืน และ ยังเป็นผู้บริโภคสัตว์อื่น ได้เช่นกัน อาทิเช่น ไก่ สามารถจะ บริโภคตก๊ั แตนได้ และในขณะเดยี วกนั ไก่ก็มโี อกาสทีจ่ ะถกู งู บริโภคได้เช่นกนั 14

4. การถา่ ยทอดพลังงานในโซ่อาหาร การถ่ายทอดพลังงานในโซ่อาหารอาจแสดงในในลักษณะของ สามเหล่ียมพีระมิดของสิ่งมีชีวิต (ecological pyramid) แบ่ง ได้ 3 ประเภทตามหน่วยท่ีใช้วัดปรมิ าณของล้าดบั ขั้นในการกิน 1. พีระมิดจานวนของส่งิ มชี ีวิต (pyramid of number) 2. พีระมดิ มวลของสงิ่ มีชวี ิต (pyramid of mass) 3. พรี ะมดิ พลงั งาน (pyramid of energy) 15

1. พรี ะมิดจานวนของสิง่ มชี ีวติ (pyramid of number) แสดงจ้านวนส่ิงมีชีวิตเป็นหน่วยตัวต่อพื้นที่ โดยท่ัวไปพีระมิดจะมีฐาน กว้าง ซึ่งหมายถึง มีจ้านวนผู้ผลิตมากที่สุด และจ้านวน ผู้บริโภคล้าดับต่างๆ ลดลงมา แต่การวดั ปริมาณพลังงานโดยวิธีนี้ อาจมีความคลาดเคลื่อนได้เน่ืองจาก สิ่งมีชีวิตไม่ว่าจะเป็นเซลล์เดียว หรือหลายเซลล์ ขนาดเล็กหรือขนาดใหญ่ เช่น ไส้เดือน จะนับเป็นหน่ึงเหมือนกันหมด แต่ความเป็นจริงนั้นในแง่ปริมาณ พลังงานที่ได้รับหรืออาหารที่ผู้บริโภคได้รับจะมากกว่าหลายเท่า ดังน้ันจึงมีการ พัฒนารูปแบบในรปู ของพรี ะมิดมวลของสงิ่ มีชีวิต 16

พรี ะมดิ จ้านวนของสง่ิ มีชีวิต 17

2. พรี ะมิดมวลของสิ่งมชี วี ติ (pyramid of mass) แสดงปริมาณของสิ่งมีชีวิตในแต่ละล้าดับขั้นของการกินโดยใช้มวล รวมของน้าหนักแห้ง (dry weight) ของสิ่งมีชีวิตต่อพ้ืนที่แทนการนับ จ้านวนพีระมิดแบบนี้มีความแม่นย้ามากกว่าแบบที่ 1 แต่ในความเป็นจริง จ้านวนหรือมวล ของส่ิงมีชีวิต มีการเปลี่ยนแปลงตามช่วงเวลา เช่น ตาม ฤดูกาลหรือ ตามอัตราการเจรญิ เติบโต ปจั จัยเหล่าน้ี จงึ เปน็ ตัวแปร ที่ส้าคัญ อย่างไรก็ดีถึงแม้มวลท่ีมากข้ึนเช่นต้นไม้ใหญ่ จะผลิตเป็นสารอาหารของ ผู้บริโภคได้มากแต่ก็ยังน้อยกว่าท่ีผู้บริโภคได้จาก สิ่งมีชีวิตเล็ก ๆ เช่น สาหร่ายหรือแพลงก์ตอน ท้ังๆที่มวล หรือปริมาณของสาหร่ายหรือแพลงก์ ตอนน้อยกว่ามาก ดังน้ัน จึงมีการพัฒนาแนวความคิดในการแก้ปัญหานี้ โดยในการเสนอรปู ของพรี ะมิดพลังงาน (pyramid of energy) 18

พรี ะมิดมวลของส่งิ มีชวี ิต 19

3. พรี ะมดิ พลงั งาน (pyramid of energy) เป็นพีระมิดแสดงปริมาณพลังงานของแต่ละล้าดับช้ันของการกินซ่ึงจะมี คา่ ลดลงตามลา้ ดบั ขนั้ ของการโภค 20

ในระบบนิเวศ ท้ังสสารและแร่ธาตุต่างๆ จะถูกหมุนเวียนกันไปภายใต้ เวลาท่ีเหมาะสม และมีความสมดุล ซ่ึงกันและกันวนเวียนกันเป็นวัฏจักรที่ เรียกว่า วัฏจักรของสสาร (matter cycling) ซ่ึงเปรียบเสมือนกลไกส้าคัญ ที่เชื่อมโยงระหว่างสสารและพลังงานจากธรรมชาติสู่ส่ิงมีชีวิตแล้วถ่ายทอด พลังงานในรูปแบบของการกินต่อกันเป็นทอด ๆ ผลสุดท้ายวัฏจักรจะสลายใน ขั้นตอนท้ายสุดโดยผู้ย่อยสลายกลับคืนสู่ธรรมชาติ วัฏจักรของสสารที่มี ความสา้ คญั ตอ่ สมดลุ ของระบบนิเวศ ได้แก่ วัฏจักรของน้า วัฏจักรของไนโตรเจน วัฏจักรของคาร์บอนและ วฏั จกั รของฟอสฟอรสั 21

วฏั จกั รน้า 22

วฏั จักรไนโตรเจน 23

วฏั จักรคารบ์ อน 24

วฏั จักรฟอสฟอรสั 25

กจิ กรรม - ให้นักศกึ ษาเขยี นสายใยอาหารในส่งิ แวดลอ้ มตา่ งๆ พรอ้ ม ทง้ั ระบวุ า่ สิ่งใดเปน็ ผูผ้ ลิต ผ้บู รโิ ภคล้าดับท่ี 1 2 และ 3 และผู้ ยอ่ ยสลาย - นา้ เสนอหน้าชนั้ เรยี นและร่วมกันอภปิ ราย 26