นิเวศวิทยา Ecology

1. นิเวศวิทยาEcology ฐปน ชื่นบาล ภาควิชาชีววิทยา คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยแม่โจ้

2. Ecology มาจากภาษากรีก ‘oikos’ = บ้านหรือที่อยู่อาศัย ‘logos’ = วิชาหรือวิทยาศาสตร์

3. ความหมาย • นิเวศวิทยาเป็นวิชาที่กล่าวถึงสิ่งมีชีวิต (organism) กับสิ่งแวดล้อม (environment) หรือทุกสิ่งทุกอย่างที่อยู่รอบ ๆ สิ่งมีชีวิตนั้น ๆ ไม่ว่าจะเป็นสิ่งมีชีวิตด้วยกันหรือสิ่งไม่มีชีวิต

4. สังคม (Community) หมายถึงประชากร (Population) ของสิ่งมีชีวิตทั้งพืชและสัตว์ที่พบในเนื้อที่แห่งใดแห่งหนึ่ง เช่น สังคมของป่าผลัดใบ หรือสังคมทุ่งนา เป็นต้น • ประชากร (Population) หมายถึง กลุ่มของสมาชิกของสิ่งมีชีวิตในสปีชีส์เดียวกัน ที่พบในเนื้อที่แห่งใดแห่งหนึ่ง เช่น ประชากรของแมลงหวี่ในขวดเพาะเลี้ยง หรือประชากรของกวางป่าในเขาใหญ่ • ที่อยู่อาศัย (Habitat) คือสถานที่เฉพาะในธรรมชาติที่จะพบพืชหรือสัตว์แต่ละชนิด • Niche หน้าที่ที่สิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดครอบครองในสังคม เช่นทำหน้าที่เป็นผู้ผลิต หรือผู้บริโภค

5. บทบาทของวิชานิเวศวิทยาบทบาทของวิชานิเวศวิทยา • วิชานิเวศวิทยามีการคลอบคลุมเนื้อหากว้างขวางมาก และเข้าไปมีบทบาทในทุกสาขาวิชาของวิทยาศาสตร์ประยุกต์ เช่น - นิเวศวิทยาป่าไม้ (forest ecology) - นิเวศวิทยาสัตว์ป่า (wildlife ecology) - นิเวศวิทยาทุ่งหญ้า (range ecology) - นิเวศวิทยามนุษย์ (human ecology) etc.

6. บทบาทการวางแผนการใช้ทรัพยากรบทบาทการวางแผนการใช้ทรัพยากร • การนำวิชานิเวศวิทยามาใช้วางแผนการใช้ทรัพยากรให้ถูกต้องตามหลักอนุรักษ์ เพื่อให้ได้มาซึ่งสังคมที่มีเสถียรภาพ - ต้องเป็นสังคมที่สร้างความเสียหายแก่ระบบนิเวศน้อยที่สุด - ต้องเป็นสังคมที่อนุรักษ์ไว้ซึ่งแร่ธาตุ พลังงาน และทรัพยากร อื่น ๆ ให้ได้มากที่สุด คือต้องใช้ปัจจัยในโลกอย่างประหยัดที่สุด - ประชากรที่เพิ่มขึ้นจะต้องมีอัตราส่วนสมดุลกับที่ตายไปหรือ สมดุลกับความสามารถของทรัพยากรและปัจจัยสิ่งแวดล้อมที่จะ รองรับได้

7. - เป็นสังคมที่สมาชิกแต่ละหน่วยอยู่ด้วยความพอใจโดยไม่ถูกบีบบังคับ

8. การศึกษานิเวศวิทยา Organism Population Community Ecosystem Biome Ecosphere

10. ระบบนิเวศ • หน่วยการทำงานที่สำคัญที่สุด แสดงความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดของสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อม โดยการลำดับขั้นการกินแบบต่าง ๆ ตลอดจนการหมุนเวียนของสารแร่ธาตุ และการถ่ายทอดพลังงานจนทำให้เกิดองค์ประกอบของสิ่งมีชีวิต เป็นระบบที่มีลักษณะต่าง ๆ กัน

12. องค์ประกอบของระบบนิเวศองค์ประกอบของระบบนิเวศ • ส่วนประกอบที่ไม่มีชีวิต (Abiotic Components) แบ่งได้ 3 ประเภท 1.1 อนินทรียสาร (Inorganic substance) องค์ประกอบที่สำคัญในสิ่งมีชีวิต เช่น C N P ซึ่งเกี่ยวข้องกับการหมุนเวียนของแร่ธาตุในวัฎจักรชีวธรณีเคมี (Biogeochemical cycle)

13. 1.2อินทรียสาร (Organic compound) สารอินทรีย์ที่จำเป็นต่อสิ่งมีชีวิต เช่น โปรตีน คาร์โบไฮเดรต ไขมัน 1.3 ภูมิอากาศ (Climate) ปัจจัยจำกัด (Limiting factor) เช่น อุณหภูมิ แสง ความชื้น เป็นต้น

14. ปัจจัยจำกัด (Limiting Factors) • กำหนดเฉพาะปัจจัยสิ่งแวดล้อมที่ไม่มีชีวิต ซึ่งได้แก่ปัจจัยทางเคมี-ฟิสิกส์ (Physiochemical Factors) ผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตอย่างมาก คือ เป็นตัวจำกัดการเจริญเติบโตการดำรงชีวิต และการแพร่กระจาย

15. Liebig’s Law of the Minimum • สิ่งมีชีวิตทุกชนิดต้องการแร่ธาตุและสภาวะแวดล้อมที่จำเป็นต่อการดำรงชีวิตในอัตราส่วนที่ไม่เท่ากัน แต่ความต้องการนี้จะมีค่าใกล้เคียงกับค่าต่ำสุดที่แต่ละสปีชีส์จะสามารถดำรงชีวิตอยู่ได้ ซึ่งถ้าต่ำไปกว่านี้ก็จะทำให้สิ่งมีชีวิตนั้นตายไป • ต่อมาพบว่าปริมาณของแร่ธาตุอาหารและปัจจัยจำกัดที่มากเกินไป ก็เป็นสาเหตุให้สิ่งมีชีวิตตายเช่นเดียวกัน Limit of Tolelanceกลายเป็นกฏ Shelford’s Law of Tolerance

17. หลักเกณฑ์ทั่วไปของ Law of Tolerance 1. สิ่งมีชีวิตอาจทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงของปัจจัยจำกัดชนิดหนึ่งได้ในช่วงที่กว้าง และอาจทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงของปัจจัยจำกัดอีกอย่างหนึ่งในช่วงที่แคบ 2. สิ่งมีชีวิตชนิดใดที่มีความทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงของปัจจัยจำกัดทุกปัจจัยได้ในช่วงที่กว้าง จะสามารถแพร่กระจายได้กว้าง 3. ปัจจัยจำกัดแต่ละปัจจัยจะมีความสัมพันธ์กันโดยตรง เช่น หญ้าบางชนิดถ้าปริมาณของไนโตรเจนไม่เพียงพอ จะมีผลต่อความทนทานของการขาดน้ำ

18. 2. ส่วนประกอบที่มีชีวิต (Biotic components) 2.1 จำแนกตามการสร้างอาหาร 2.1.1 สิ่งมีชีวิตที่สร้างอาหารได้เอง (Autotrophic organism) : Photosynthesis/Chemosynthesis) 2.1.2สิ่งมีชีวิตที่ไม่สามารถสร้างอาหารได้เอง (Heterotrophic organism)

19. 2.2 จำแนกตามการกินอาหารหรือถ่ายทอดพลังงาน (tropic niche) 2.2.1 ผู้ผลิต (Producer) 2.2.2 ผู้บริโภค (Consumer) Herbivore Carnivore Omnivore Scavenger

20. 3. ผู้ย่อยอินทรียสาร รา แบคทีเรีย

21. ประเภทของระบบนิเวศ • ระบบนิเวศอิสระ(Isolated ecosystem) ระบบนิเวศที่ไม่มีการถ่ายทอดพลังงานและสารอาหารในระบบนิเวศกับ สิ่งแวดล้อมภายนอก • ระบบนิเวศปิด (Closed ecosystem) ระบบนิเวศที่มีการถ่ายทอดพลังงาน แต่ไม่มีการถ่ายทอดสารอาหารใน ระบบนิเวศกับสิ่งแวดล้อมภายนอก เช่น อ่างเลี้ยงปลา

22. ระบบนิเวศเปิด (Opened ecosystem) ระบบนิเวศที่มีการถ่ายเทพลังงานและสารอาหารภายในและภายนอก ระบบนิเวศ ระบบนิเวศไม่สมบูรณ์ ระบบนิเวศที่ขาดองค์ประกอบข้อหนึ่งข้อใดไป เช่นระบบนิเวศใน ทะเลลึกมาก ๆ (Abyssal ecosystem) จะมีผู้บริโภค ระดับต่าง ๆ และผู้ย่อยสลาย แต่จะไม่มีผู้ผลิต

23. การถ่ายทอดพลังงานในระบบนิเวศการถ่ายทอดพลังงานในระบบนิเวศ • การถ่ายทอดพลังงานในระบบนิเวศ อาศัยขบวนการที่สำคัญ 3 ขบวนการ คือ 1. การสังเคราะห์แสง/การผลิต การเปลี่ยนพลังงานจากดวงอาทิตย์เป็นพลังงานเคมีในรูปสารอาหาร ในเนื้อเยื่อผู้ผลิต 6 CO2 + 12 H2O 6(CH2O) + 6H2O + 6O2

24. 2. การหายใจ ขบวนการให้พลังงานจากการ Oxidation ของสิ่งมีชีวิต มี 3 แบบ คือ 2.1 การหายใจที่ใช้ก็าซออกซิเจนเป็นตัวรับอิเล็คตรอน (Aerobic Respiration) 2.2 การหายใจที่ใช้สารอนินทรีย์เป็นตัวรับอิเล็คตรอน (Anaerobic Respiration) 2.3การหายใจที่ใช้สารอินทรีย์เป็นตัวรับอิเล็คตรอน (Fermentation)

25. 3. การย่อยสลาย การสลายซากสิ่งมีชีวิตให้กลับไปสู่สภาพที่ผู้ผลิตจะใช้ได้

26. พลังงานในระบบนิเวศ SUN Radiant energy Producer Heat Chemical Energy Consumer and Decomposer Heat Mechanical Energy

27. แบบแผนการถ่ายทอดพลังงานแบบแผนการถ่ายทอดพลังงาน Food Chain : ลูกโซ่อาหาร 3 แบบ • แบบจับกิน (Grazing food chain) พืช ผู้บริโภคขั้นที่ 1ผู้บริโภคขั้นที่ 2 • แบบเศษอินทรีย์ (Detritus food chain) เศษใบไม้ปู กุ้ง หอยปลา นก

28. 3. แบบพาราสิต (Parasitic food chain) นกไรนกโปรโตซัว

35. อัตราการผลิตในระบบนิเวศอัตราการผลิตในระบบนิเวศ 1. อัตราการผลิตปฐมภูมิรวม GPP อัตราการสังเคราะห์แสงทั้งหมด + สารอินทรีย์ที่ใช้ในการหายใจ ภายในช่วงเวลาที่วัด 2. อัตราการผลิตปฐมภูมิสุทธิ NPP อัตราการเก็บสะสมพลังงานในรูปสารอินทรีย์ในพืช ซึ่งหักปริมาณสาร อินทรีย์ที่ใช้ในการหายใจแล้ว

36. 3. อัตราการผลิตทุติยภูมิ อัตราการเก็บสะสมพลังงานในรูปสารอินทรีย์ระดับผู้บริโภค 4. อัตราการผลิตสุทธิของชุมชน อัตราการเก็บสะสมอินทรียสารที่เหลือจากการใช้โดยผู้บริโภคแล้วใน ช่วงเวลาหนึ่งที่กำหนดให้

37. โครงสร้างลำดับขั้นบริโภคและปิรามิดนิเวศโครงสร้างลำดับขั้นบริโภคและปิรามิดนิเวศ ปิรามิดนิเวศ ปิรามิดของจำนวน (Pyramid of number) ปิรามิดของมวล (Pyramid of biomass) ปิรามิดของพลังงาน (Pyramid of energy)