การถ่ายทอดพลังงานในระบบนิเวศ (Energy flow) ผู้บริโภคล าดับที่ 2 ผู้บริโภคล าดับที่ 1 ผู้ย่อยสลายอินทรียสาร ดวงอาทิตย์ ผู้ผลิต • คือ การถ่ายทอดพลังงานตามล าดับขั้นของสิ่งมีชีวิตในรูปของโซ่อาหาร (Food Chain) และสายใยอาหาร (Food Web) จากกระบวนการสังเคราะห์แสง (Photosynthesis) ของกลุ่มผู้ผลิตที่น าพลังงานจากดวงอาทิตย์มาใช้สร้างพลังงานเคมีในรูป ของอาหาร เช่น แป้ง และน้ าตาล โดยพลังงานดังกล่าวจะถูกถ่ายทอดไปยังผู้บริโภคล าดับต่อไป จนถึงผู้ย่อยสลายในท้ายที่สุด ความร้อน ความร้อน ความร้อน
การถ่ายทอดพลังงานในระบบนิเวศ (Energy flow) โซ่อาหาร (food chain) • การกินต่อกันเป็นทอดๆ ของสิ่งมีชีวิต ที่เรียกว่า ล าดับขั้นการกินอาหาร (trophic level) โดยจะเริ่มจากผู้ผลิตไปจนถึง ผู้บริโภคอันดับต่างๆ ผู้บริโภคล าดับที่สูงสุด เหยี่ยว ผู้บริโภคล าดับที่ 3 งู ผู้บริโภคล าดับที่ 2 หนู ผู้บริโภคล าดับที่ 1 ตั๊กแตน ผู้ผลิต พืช • สิ่งมีชีวิตในโซ่อาหารที่เกี่ยวพันกับโซ่อาหารอื่นมากกว่า 1 โซ่อาหาร ซึ่งจะเกิดความสัมพันธ์ที่ซับซ้อน เรียกว่า สายใยอาหาร
การถ่ายทอดพลังงานในระบบนิเวศ (Energy flow) สายใยอาหาร (food web) • เป็นความสัมพันธ์ของโซ่อาหารหลายๆ โซ่อาหารมารวมกัน โดยระบบนิเวศที่มีสายใยอาหารที่ซับซ้อนมากเท่าไร ยิ่งท าให้ ระบบมีเสถียรภาพสูงตาม เนื่องจากมีโอกาสที่จะเสียสมดุลได้น้อย ถ้าหากมีสิ่งมีชีวิตใดสูญหายไป ก็ยังคงมีสิ่งมีชีวิตอื่น ทดแทนได้ ผู้บริโภคล าดับสุดท้าย หรือผู้บริโภคขั้นสูงสุด เป็นสิ่งมีชีวิตที่จะไม่ถูกกิน โดยสิ่งมีชีวิตชนิดอื่น ๆ ผู้บริโภคล าดับที่ 2 เป็นสิ่งมีชีวิตที่กินผู้บริโภคล าดับที่ 1 เป็นอาหาร ผู้บริโภคล าดับที่ 1 เป็นสิ่งมีชีวิตที่กินผู้ผลิตเป็นอาหาร อาจเรียกว่า ผู้บริโภคพืช
การถ่ายทอดพลังงานในระบบนิเวศ (Energy flow) พีระมิดจ านวน (pyramid of number) • แสดงสัดส่วนจ านวนสิ่งมีชีวิตในโซ่อาหารหนึ่งๆ ซึ่งพิจารณาจากจ านวนของสิ่งมีชีวิตต่อหน่วยพื้นที่ มีหน่วยเป็นจ านวนต่อตารางเมตร • มักมีลักษณะของพีระมิดเป็นแบบฐานกว้าง • บางโซ่อาหารที่ผู้ผลิตมีขนาดใหญ่และมีปริมาณน้อย ฐานของพีระมิดในโซ่อาหารแบบนี้จะมักจะแคบ ผู้ผลิต ผู้บริโภคปฐมภูมิ ผู้บริโภคทุติยภูมิ ผู้บริโภคตติยภูมิ หนอนผีเสื้อ 1,000 ตัว นกกระจอก 10 ตัว เหยี่ยว 1 ตัว ต้นโอ๊ก 1 ต้น
การถ่ายทอดพลังงานในระบบนิเวศ (Energy flow) พีระมิดมวลชีวภาพ (pyramid of biomass) • แสดงสัดส่วนมวลชีวภาพรวม (dry weight) ของสิ่งมีชีวิตในโซ่อาหารหนึ่งๆ มีหน่วยเป็นน้ าหนักแห้งต่อพื้นที่หรือปริมาตร เช่น กรัมต่อตารางเมตร • มักมีลักษณะของพีระมิดเป็นแบบฐานกว้าง (ยกเว้น พีระมิดของแพลงค์ตอนในน้ า) ผู้ผลิต ผู้บริโภคพืช ผู้บริโภคสัตว์ ผู้บริโภคล าดับสูงสุด 1.5 g/m2 1.2 g/m2 45 g/m2 800 g/m2 ผู้บริโภคพืช ผู้บริโภคสัตว์ ผู้บริโภคล าดับสูงสุด ผู้ผลิต 432 g/m2 85 g/m2 37 g/m2 12 g/m2
การถ่ายทอดพลังงานในระบบนิเวศ (Energy flow) พีระมิดพลังงาน (pyramid of energy) • พลังงานที่ถ่ายทอดไปตามล าดับขั้นการกินอาหาร (trophic level) เป็นไปตามกฏ 10 % (law of ten percent) • พลังงานส่วนใหญ่จะสูญเสียไปในรูปของความร้อนจากกระบวนการเมแทบอลิซึม • มักมีลักษณะของพีระมิดเป็นแบบฐานกว้างความเข้มข้นของยาฆ่าแมลงที่เพิ่มขึ้น 10 kcal 100 kcal 1,000 kcal 10,000 kcal ความร้อน ความร้อน ความร้อน
การถ่ายทอดพลังงานในระบบนิเวศ (Energy flow) ปรากฏการณ์การเพิ่มขยายทางชีวภาพ (biomagnification) • การถ่ายทอดสารพิษต่างๆ เช่น ปรอท ตะกั่ว แคดเมียม DDT ไปในแต่ละล าดับขั้นของการกินต่อกันเป็นทอดๆ ของสิ่งมีชีวิต ในสายใยอาหารเป็นแบบทวีคูณ โดยสารพิษจะเพิ่มมากขึ้นตามล าดับชั้นของการกินต่อกันเป็นทอด ซึ่งสารพิษจะมีความ เข้มข้นสูงที่สุดในร่างกายของผู้บริโภคล าดับสุดท้าย
วัฏจักรของสารในระบบนิเวศ (nutrient cycling) วัฏจักรน้ า (water cycle) การควบแน่นของน้ า (condensation) การระเหยของน้ า (evaporation) กลั่นตัวเป็นฝนตกลงสู่พื้นโลก (precipitation) น้ าบางส่วนไหลลงสู่ แหล่งน้ าธรรมชาติ (runoff) น้ าบางส่วนซึมลงในดินกลายเป็นน้ าในชั้นดิน (percolation)
วัฏจักรของสารในระบบนิเวศ (nutrient cycling) วัฏจักรไนโตรเจน (nitrogen cycle) NO− 3 NH+ 4 N2 1 2 3 4 1 การตรึงไนโตรเจน (nitrogen fixation) คือ การเปลี่ยนแก๊สไนโตรเจน (N2 ) ในอากาศ ให้อยู่ในรูปของแอมโมเนียม (NH4 +) หรือไน เตรต (NO3 −) ที่พืชสามารถน าไปใช้ได้ โดย อาศัยไรโซเบียม (ℎ) ในปมรากถั่ว หรือแอนาบีนา () ในแหนแดง 2 ก ระบวนกา รแอมโมนิฟิเคชัน (ammonification) คือ เป็นกระบวนการ เปลี่ยนไนโตรเจนในซากสิ่งมีชีวิต และของ เสียจากการขับถ่าย (แอมโมเนีย; NH3 ) ให้ อยู่ในรูปของแอมโมเนียม โดยอ าศัย แบคทีเรียกลุ่ม ammonifying bacteria 3 ก ร ะ บ ว น ก า ร ไ น ต ริ ฟิ เ ค ชั น (nitrification) คือ เป็นกระบวนการเปลี่ยน แอมโมเนียมเป็นไนไตรท์ (NO2 −) และไนเตรต (NO3 −) โ ด ย อ า ศั ย แ บ ค ที เ รี ย ก ลุ่ ม nitrifying bacteria 4 ก ร ะ บ ว น ก า ร ดีไ น ต ริ ฟิ เ ค ชั น (denitrification) คื อ ก ร ะ บ ว น ก า ร เปลี่ยนไนเตรตกลับไปเป็นแก๊สไนโตรเจน ออกสู่บรรยากาศ โดยแบคทีเรียในดิน กลุ่ม denitrifying bacteria
วัฏจักรของสารในระบบนิเวศ (nutrient cycling) วัฏจักรไนโตรเจน (nitrogen cycle) ไนโตรเจน (N) • เป็นองค์ประกอบหลักของโปรตีน และกรดนิวคลีอิกในสิ่งมีชีวิต • แก๊สไนโตรเจน (N2 ) ในบรรยากาศมีประมาณร้อยละ 78 ซึ่งพืชไม่สามารถน ามาใช้ได้โดยตรง • พืชใช้ไนโตรเจนในรูปของสารประกอบเกลือแอมโมเนียม เกลือไนไตรท์ และเกลือไนเตรต • เป็นธาตุอาหารหลักที่พืชใช้ในการเจริญเติบโต