ระบบนิเวศ

ระบบนิเวศ

ระบบนิเวศ คือกลุ่มอินทรีย์ (พืช สัตว์และจุลินทรีย์) ร่วมกับองค์ประกอบอชีวนะของสิ่งแวดล้อมของพวกมัน (เช่น อากาศ น้ำและดินอนินทรีย์) ซึ่งมีปฏิสัมพันธ์กันเป็นระบบถือว่า ส่วนประกอบชีวนะและอชีวนะเชื่อมกันผ่านวัฏจักรสารอาหารและการถ่ายทอดพลังงาน ระบบนิเวศนิยามเป็นเครือข่ายปฏิสัมพันธ์ระหว่างอินทรีย์ด้วยกันและระหว่างอินทรีย์กับสิ่งแวดล้อม ระบบนิเวศมีขนาดเท่าใดก็ได้ แต่ปกติครอบคลุมพื้นที่เฉพาะจำกัดแม้นักวิทยาศาสตร์บางส่วนกล่าวว่า ทั้งโลกก็เป็นระบบนิเวศหนึ่งด้วย

พลังงาน น้ำ ไนโตรเจนและดินอนินทรีย์เป็นอีกส่วนประกอบอชีวนะของระบบนิเวศ พลังงานซึ่งถ่ายทอดผ่านระบบนิเวศได้มาจากดวงอาทิตย์เป็นหลัก โดยทั่วไปเข้าสู่ระบบผ่านการสังเคราะห์ด้วยแสง ซึ่งกระบวนการนี้ยังจับคาร์บอนจากบรรยากาศด้วย สัตว์มีบทบาทสำคัญในการเคลื่อนของสสารและพลังงานผ่านระบบนิเวศ โดยการกินพืชและสัตว์อื่น นอกจากนี้ สัตว์ยังมีอิทธิพลต่อปริมาณพืชและชีวมวลจุลินทรีย์ที่มีอยู่ ตัวสลายสารอินทรีย์ปลดปล่อยคาร์บอนกลับสู่บรรยากาศและเอื้อการเกิดวัฏจักรสารอาหารโดยการแปลงสารอาหารที่สะสมอยู่ในชีวมวลตายกลับสู่รูปที่พร้อมถูกพืชและจุลินทรีย์อื่นใช้ โดยการย่อยสลายสารอินทรีย์ตายในธรรมชาติแล้วมีสาร 60 ชนิด ในจำนวน 96 ชนิด หมุนเวียนผ่านเข้าไปในอินทรีย์

ระบบนิเวศมีทั้งปัจจัยภายนอกและภายในควบคุม ปัจจัยภายนอก เช่น ภูมิอากาศ วัสดุกำเนิด (parent material) ซึ่งสร้างดินและภูมิลักษณ์ ควบคุมโครงสร้างโดยรวมของระบบนิเวศและวิธีที่สิ่งต่าง ๆ เกิดในนั้น แต่ปัจจัยดังกล่าวไม่ได้รับอิทธิพลจากระบบนิเวศ ปัจจัยภายนอกอื่นรวมเวลาและชีวชาติศักยะ (potential biota) ระบบนิเวศเป็นสิ่งพลวัต คือ อยู่ภายใต้การรบกวนเป็นระยะและอยู่ในกระบวนการฟื้นตัวจากการรบกวนในอดีตบางอย่าง ระบบนิเวศในสิ่งแวดล้อมคล้ายกันที่ตั้งอยู่ในส่วนของโลกต่างกันสามารถมีลักษณะต่างกันมากเพราะมีชนิดต่างกัน การนำชนิดต่างถิ่นเข้ามาสามารถทำให้เกิดการเลื่อนอย่างสำคัญในการทำหน้าที่ของระบบนิเวศ ปัจจัยภายในไม่เพียงควบคุมกระบวนการของระบบนิเวศ แต่ยังถูกระบบนิเวศควบคุมและมักอยู่ภายใต้วงวนป้อนกลับ (feedback loop) เช่นกัน ขณะที่ทรัพยากรป้อนเข้าปกติถูกกระบวนการภายนอก เช่น ภูมิอากาศและวัสดุกำเนิด ควบคุม แต่การมีทรัพยากรเหล่านี้ในระบบนิเวศถูกปัจจัยภายใน เช่น การผุสลายตัว การแข่งขันรากหรือการเกิดร่ม ควบคุม ปัจจัยภายในอื่นมีการรบกวน การสืบทอด (succession) และประเภทของชนิดที่มี แม้มนุษย์อยู่ในและก่อให้เกิดผลภายในระบบนิเวศ แต่ผลลัพธ์รวมใหญ่พอมีอิทธิพลต่อปัจจัยภายนอกอย่างภูมิอากาศ

ความหลากหลายทางชีวภาพ (biodiversity) เช่นเดียวกับการรบกวนและการสืบทอด มีผลต่อการทำหน้าที่ของระบบนิเวศ ระบบนิเวศให้สินค้าและบริหารต่าง ๆ ที่มนุษย์ต้องการ หลักการการจัดการระบบนิเวศเสนอว่า แทนที่จะจัดการชนิดหนึ่งเพียงชนิดเดียว ควรจัดการทรัพยากรธรรมชาติที่ระดับระบบนิเวศด้วย การจำแนกระบบนิเวศเป็นหน่วยเอกพันธุ์ทางระบบนิเวศ (ecologically homogeneous unit) เป็นขั้นตอนสำคัญสู่การจัดการระบบนิเวศอย่างสัมฤทธิ์ผล แต่ไม่มีวิธีทำวิธีใดวิธีหนึ่งที่ตกลงกัน

กระบวนการระบบนิเวศ

การถ่ายทอดพลังงาน

คาร์บอนและพลังงานซึ่งรวมอยู่ในเนื้อเยื่อพืช (การผลิตปฐมภูมิสุทธิ) ถูกสัตว์บริโภคขณะพืชยังมีชีวิต หรือยังไม่ถูกกินเมื่อเนื้อเยื่อพืชตายและกลายเป็นซากสลาย ในระบบนิเวศบนดิน การผลิตปฐมภูมิสุทธิราว 90% ถูกตัวสลายสารอินทรีย์สลาย ส่วนที่เหลือไม่ถูกสัตว์บริโภคขณะยังมีชีวิตแล้วเข้าสู่ระบบโภชนาการที่มีพืชเป็นฐาน ก็ถูกบริโภคหลังตายแล้วแล้วเข้าระบบโภชนาการที่มีซากสลายเป็นฐาน ในระบบในน้ำ สัดส่วนชีวมวลพืชที่ถูกสัตว์กินพืชบริโภคมีสูงกว่ามาก ในระบบโภชนาการ อินทรีย์สังเคราะห์ด้วยแสงเป็นผู้ผลิตปฐมภูมิ อินทรีย์ที่บริโภคเนื้อเยื่อของผู้ผลิตปฐมภูมิ เรียก ผู้บริโภคปฐมภูมิ ผู้บริโภคลำดับที่หนึ่ง หรือผู้ผลิตทุติยภูมิ คือ สัตว์กินพืช สัตว์ที่กินผู้บริโภคปฐมภูมิ คือ สัตว์กินเนื้อ เป็นผู้บริโภคทุติยภูมิหรือผู้บริโภคลำดับที่สอง ผู้ผลิตและผู้บริโภคเหล่านี้ประกอบเป็นระดับโภชนาการ ลำดับการบริโภค ตั้งแต่พืชถึงสัตว์กินพืช ถึงสัตว์กินเนื้อ ก่อเป็นโซ่อาหาร ระบบจริงซับซ้อนกว่านี้มาก โดยทั่วไปอินทรีย์จะกินอาหารมากกว่าหนึ่งรูป และอาจกินที่ระดับโภชนาการมากกว่าหนึ่งระดับ สัตว์กินเนื้ออาจจับเหยื่อบางส่วนซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของระบบโภชนาการที่มีพืชเป็นฐาน และบางส่วนซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของระบบโภชนาการที่มีซากสลายเป็นฐาน เช่น นกกินทั้งตั๊กแตนซึ่งเป็นสัตว์กินพืช และไส้เดือนดินซึ่งบริโภคซากสลาย ระบบจริงที่มีบรรดาความซับซ้อนเหล่านี้ ก่อสายใยอาหารแทนโซ่อาหาร

การผุสลายตัว

คาร์บอนและสารอาหารที่อยู่ในสารอินทรีย์ที่ตายแล้วจะโดนแบ่งกลุ่มด้วยกระบวนการที่เรียกว่าการสลายตัว สารอาหารที่ได้จากการสลายตัวนั้นสามารถนำกลับมาใช้ได้สำหรับพืชและจุลินทรีย์และอีกส่วนหนึ่งจะกลายเป็นคาร์บอนไดออกไซด์กลับสู่ชั้นบรรยากาศเพื่อใช้ในการสังเคราะห์แสง หากไม่มีการสลายตัวจะมีสารอินทรีย์ที่ตายแล้วและสารอาหารการสะสมอยู่ในระบบและก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศก็จะหมดไป ประมาณ 90 % ของอัตราการผลิตปฐมภูมิสุทธิ(Net Primary Productivity : NPP)จะมาจากผู้ย่อยสลายโดยตรง

กระบวนการย่อยสลายสามารถแบ่งออกเป็น 3 ประเภท

• การกระจายตัวและการเปลี่ยนแปลงทางเคมีของวัตถุที่ตายแล้วเมื่อมีน้ำไหลผ่านสารอินทรีย์ที่ตายแล้ว มันจะละลายและกลายเป็นองค์ประกอบของน้ำซึ่งเป็นสิ่งมีชีวิตที่อยู่ในดิน หรือสิ่งที่อยู่นอกเหนือจากสิ่งที่มีในระบบนิเวศ ใบไม้ที่เพิ่งผลัดใบและสัตว์ที่เพิ่งตายเป็นส่วนที่ทำให้ความเข้มข้นของน้ำเพิ่มมากขึ้นและรวมถึงน้ำตาล กรดอะมิโน และแร่ธาตุ การชะล้างที่สำคัญจะเกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมที่เปียกและความสำคัญจะลดลงเมื่อชะล้างที่แห้งแล้ง

• กระบวนการการแยกชิ้นส่วนโดยการทำให้อินทรีย์วัตถุแตกแล้วกลายเป็นชิ้นส่วนเล็กๆซึ่งทำให้เห็นบริเวณที่จุลินทรีย์กระจายตัว แต่สำหรับใบไม้สดจุลินทรีย์ไม่สามารถเข้าถึงได้เนื่องจากผิวหรือเปลือกไม้และองค์ประกอบเซลล์จะถูกปกป้องไว้ด้วยผนังเซลล์ สำหรับสัตว์ที่เพิ่งตายจะโดนครอบคลุมด้วยโครงกระดูกแข็ง โดยกระบวนการแยกนี้หากชิ้นส่วนที่แตกสามารถผ่านชั้นที่มีการปกป้องนี้ได้ก็จะสามารถช่วยเร่งการย่อยสลายของจุลินทรีย์ได้ดีขึ้น การล่าซากชิ้นส่วนของสัตว์ก็เพื่อนำไปเป็นอาหารเพื่อการดำรงชีพ ซึ่งเปรียบเสมือนเป็นวงจรที่ใช้ทดสอบความคงตัวและวงจรของชิ้นส่วนวัตถุที่ตายแล้วในสภาพแวดล้อมที่เปียกและแห้ง

• การเปลี่ยนแปลงทางเคมีของสารอินทรีย์ที่ตายส่วนใหญ่จะได้จากแบคทีเรียและการกระทำของเชื้อราเป็นหลัก โดยเส้นใยราจะสร้างเอนไซม์เพื่อสามารถแทรกผ่านโครงสร้างภายนอกของวัตถุอินทรีย์ของพืชที่ตายแล้วได้ อีกทั้งผลิตเอนไซม์เพื่อสลายลิกนินซึ่งช่วยให้มันสามารถผ่านไปยังทั้งสองเซลล์และไปยังไนโตรเจนที่อยู่ในลิกนิน เชื้อราสามารถแลกเปลี่ยนคาร์บอนและไนโตรเจนผ่านเส้นใยที่มีโครงสร้างเป็นร่างแหดังนั้นจึงแตกต่างจากแบคทีเรียและไม่ขึ้นอยู่กับทรัพยากรที่มีอยู่ในบริเวณดังกล่าว

การจัดการระบบนิเวศ

การจัดการระบบนิเวศ จะเกิดขึ้นเมื่อมีการจัดการทรัพยากรธรรมชาติ ที่มีในระยยนิเวศมากกว่า 1 ชนิด F. Stuart Chapin ได้นิยามไว้ว่า “การประยุกต์ใช้ศาสตร์ทางนิเวศวิทยาในการจัดการทรัพยากรเพื่อส่งเสริมความยั่งยืนของระบบนิเวศในระยะยาวและ การส่งมอบสินค้าและบริการของระบบนิเวศที่สำคัญ”  Norman Christensen และ coauthors นิยามว่า “การจัดการเป้าหมายอย่างชัดเจน ดำเนินการตามนโยบาย ระเบียบการ การปฏิบัติและสามารถปรับตัวได้จากการตรวจสอบและกระบวนการที่จำเป็นเพื่อรักษาโครงสร้างของระบบนิเวศและการวิจัยบนพื้นฐานความเข้าใจที่ดีที่สุดของเรามีปฏิสัมพันธ์ทางนิเวศวิทยา” และ Peter Brussard และ colleaguesนิยามว่า “การจัดการพื้นที่ที่มีความหลากหลายแบบนิเวศบริการและชีวภาพ มีเก็บทรัพยากรเพื่อที่มนุษย์ใช้อย่างเหมาะสมและการดำรงชีวิตที่ยั่งยืน”

แม้ว่าคำจำกัดความของการจัดการระบบนิเวศจะมีมากมาย ได้มีการกำหนดหลักการเพื่อรองรับคำนิยามเหล่านี้ไว้ว่า หลักการพื้นฐานคือการพัฒนาอย่างยั่งยืนในระยะยาวของการผลิตสินค้าและนิเวศบริการ “การพัฒนาอย่างยั่งยืนเป็น  สิ่งที่จำเป็นสำหรับการจัดการ ไม่ใช่ของแถม” นอกจากนี้ยังต้องมีเป้าหมายที่ชัดเจนเกี่ยวกับทางโคจรในอนาคตและพฤติกรรมของระบบการจัดการ ข้อกำหนดสำคัญอื่น ๆ รวมถึงความเข้าใจนิเวศวิทยาเสียงของระบบ,รวมถึงการเชื่อมโยง,การเปลี่ยนแปลงของระบบนิเวศและในบริบทที่เป็นระบบแบบฝังตัว หลักการที่สำคัญอื่น ๆ รวมถึงความเข้าใจเกี่ยวกับบทบาทของมนุษย์เป็นส่วนประกอบของระบบนิเวศและการจัดการที่เหมาะสม ในขณะที่การจัดการระบบนิเวศที่ สามารถนำมาใช้เป็นส่วนหนึ่งของแผนเพื่อการอนุรักษ์ป่าก็ยังสามารถนำมาใช้ใน การจัดการระบบนิเวศ เช่น ระบบนิเวศเกษตร

ภัยคุกคามจากมนุษย์ที่มีต่อระบบนิเวศ

ขณะที่ประชากรมนุษย์เติบโตขึ้นเพื่อทำต้องการทรัพยากรที่กำหนดในระบบนิเวศและผลกระทบของรอยเท้าทางนิเวศของมนุษย์ ทรัพยากรธรรมชาติสามารถทำลายได้และใช้ได้อย่างมากมายผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมจากการกระทำของมนุษย์ล้วนเป็นกระบวนการหรือวัสดุที่ได้มาจากการกระทำของมนุษย์ จะส่งผลให้คุณภาพของอากาศและน้ำถูกทำลายมากยิ่งขึ้น รวมถึงการทำการประมงที่มากเกินไปทำให้ศัตรูพืชและโรคระบาทจะขยายพื้นที่มากยิ่งขึ้นเกินการควบคุม และการตัดไม่ทำลายป่าจะก่อให้เกิดน้ำท่วมรุนแรง จากรายงานพบว่าประมาณ 40-50% ของโลกในส่วนที่เป็นชั้นน้ำแข็งได้เปลี่ยนแปลงไปเป็นอย่างมากซึ่งความเสื่อมโทรมนี้ล้วนเกิดจากการกระทำของมนุษย์ และอีก 66% เป็นการทำประมงมากเกินไปของมนุษย์ ในปัจจุบันปริมาณของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เพิ่มขึ้นกว่า 30% ตั้งแต่มีการทำอุตสาหกรรมต่างๆและในช่วง 2000 ปีที่ผ่านมามีสายพันธุ์ของนกกว่า 25% ที่สูญพันธ์ไป ทำให้สังคมมีการตระหนักถึงผลกระทบมากยิ่งขึ้นจึงก่อให้เกิดนิเวศบริการที่มีไม่จำกัด อย่างไรก็ตามภัยคุกคามส่วนใหญ่มักเกิดจากการกระทำของมนุษย์จึงจำเป็นจะต้องพิจารณาถึงความยั่งยืนของระบบนิเวศในระยะยาวและเพิ่มบทบาทในการเพิ่มที่อยู่อาศัยของมนุษย์เพื่อเป็นกฎในการกระทำการทางเศรษฐกิจ เพื่อเพิ่มเหตุในการตัดสินใจในการทำธุรกิจซึ่งมักจะขึ้นอยู่กับค่าใช้จ่ายที่มนุษย์ได้เลือกใช้ เป็นอีกหนึ่ความท้าท้ายของการกำหนดมูลค่าทางเศรษฐกิจให้กับธรรมชาติอย่างต่อเนื่อง เช่น ธนาคารความหลากหลายทางชีวภาพ เป็นต้น จะเป็นส่วนที่ช่วยให้เกิดการเปลี่ยนแปลงการเรียนรู้อีกสาขาวิชาหนึ่งเพื่อช่วยในการจัดการสภาพแวดล้อม ความรับผิดชอบต่อสังคม โอกาศทางธุรกิจและรวมไปถึงอนาคตของเราเอง

ระบบนิเวศ (ecosystem) หมายถึง  ความสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิตในแหล่งที่อยู่อาศัย ณ ที่ใดที่หนึ่ง  ความสัมพันธ์มี  2 ลักษณะ  คือ ความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตกับสิ่งไม่มีชีวิตและระหว่างสิ่งมีชีวิตกับสิ่งมีชีวิตด้วยกันเอง โดยมีการถ่ายทอดพลังงานและสารอาหารในบริเวณนั้นๆ สู่สิ่งแวดล้อม              การศึกษานิเวศวิทยา (ecology) จึงเป็นศาสตร์แขนงหนึ่งว่าด้วยการศึกษาสิ่งมีชีวิตในแหล่งอาศัย รวมถึง การศึกษาด้านความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตกับสิ่งแวดล้อมที่สิ่งมีชีวิตอาศัยอยู่  ความสัมพันธ์ทั้งสองลักษณะนี้ เชื่อมโยงเกี่ยวข้องกัน  และเกิดขึ้นพร้อมๆกันต้องพึ่งพาอาศัยกันและกันไม่สามารถอยู่ได้เพียงลำพังโดยไม่เกี่ยวข้องกับองค์ประกอบต่างๆ  ความสัมพันธ์ภายในระบบนิเวศนั้น  มีความสมดุลอยู่แล้วโดยธรรมชาติ   ยกเว้นว่าจะมีสิ่งใดมารบกวนระบบทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงต่างๆขึ้น  แต่ก็มีการปรับตัวมาเหมือนเดิมได้ใหม่ยกเว้นกรณีที่สิ่งที่มารบกวนนั้น ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างรุนแรง ระบบนั้นก็จะถูกทำลายลงได้                                                        องค์ประกอบของระบบนิเวศ

ระบบนิเวศบนโลกถึงแม้จะมีความหลากหลาย แต่ก็มีโครงสร้างที่คล้ายคลึงกัน คือ ประกอบไปด้วยส่วนสำคัญ 2 ส่วน คือ                      1. ส่วนประกอบที่ไม่มีชีวิต (abiotic component ) ประกอบด้วย                          อนินทรียสาร ได้แก่ ไนโตรเจน คาร์บอนไดออกไซด์ ออกซิเจน น้ำ และคาร์บอน                          อินทรียสาร ได้แก่ คาร์โบไฮเดรต โปรตีน ไขมัน ฯลฯ                          สภาพแวดล้อมทางกายภาพ ได้แก่ อุณหภูมิ แสง ความเป็นกรด เป็นด่าง  ความเค็มและความชื้น                      2. ส่วนประกอบที่มีชีวิต  (biotic component) ได้แก่                          ผู้ผลิต (producer)                          ผู้บริโภค (consumer)                          ผู้ย่อยสลาย (decomposer)  ผู้ผลิต (producer) คือ สิ่งมีชีวิตที่สามารถนำพลังงานจากแสงอาทิตย์มาสังเคราะห์อาหารขึ้นได้เองด้วยแร่ธาตุและสสารที่มีอยู่ตามธรรมชาติ ได้แก่ พืชสีเขียว แพลงค์ตอนพืช และแบคทีเรียบางชนิด  ผู้บริโภค (consumer) คือ สิ่งมีชีวิตที่กินสิ่งมีชีวิตอื่นๆเป็นอาหาร   แบ่งได้เป็น              - สิ่งมีชีวิตที่กินพืชเป็นอาหาร (herbivore) เช่น วัว ควาย กระต่าย                และปลาที่กินพืชเล็กๆ ฯลฯ              - สิ่งมีชีวิตที่กินสัตว์อื่นเป็นอาหาร  (carnivore) เช่น เสือ สุนัข กบ สุนัขจิ้งจอก ฯลฯ              - สิ่งมีชีวิตที่กินทั้งพืช และสัตว์ ซึ่งเป็นลำดับการกินสูงสุด  (omnivore) เช่น มนุษย์  ผู้ย่อยสลาย  (decomposer) เป็นพวกย่อยสลายซากสิ่งมีชีวิตให้เป็นสารอินทรีย์ได้              ความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตทั้ง 3 กลุ่มในระบบนิเวศ  จะมีการถ่ายเทพลังงานเป็นทอดจากผู้ผลิตสู่ผู้บริโภค การไหลเวียน  การถ่ายทอดพลังงานเป็นทอดๆ นี้ เรียกว่า ห่วงโซ่อาหาร (food chain)