ระบบนิเวศ (ecosystem) เป็นเรื่องของความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิต (organism) กับสิ่งแวดล้อม (environment) หรือแหล่งที่อยู่ (habitat) ตามธรรมชาติ ซึ่งจะเกี่ยวข้องกับวิถีการดำรงชีวิต เช่น การหาอาหาร การกินอาหาร การแข่งขันเพื่อการอยู่รอด การปรับตัวให้เหมาะสมกับสภาพแวดล้อม การพึ่งพากัน และจะต้องมีระบบการรักษาสมดุลระหว่างสิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศ ในแง่ของการถ่ายทอดพลังงานการหมุนเวียนสารในระบบนิเวศ ในระบบนิเวศจะประกอบด้วยปัจจัยทางชีวภาพ ได้แก่ สิ่งมีชีวิตชนิดต่างๆ กับปัจจัยทางกายภาพ ได้แก่ ความชื้น แสงแดด อุณหภูมิ ฯลฯ

ประเภทของระบบนิเวศ  

ถ้าใช้เกณฑ์ลักษณะการเกิด จะแบ่งได้ 2 ประเภท คือ

1. ระบบนิเวศที่เกิดเองตามธรรมชาติ เช่น ระบบนิเวศป่าชายเลน ระบบนิเวศทุ่งหญ้า ฯลฯ

2. ระบบนิเวศที่มนุษย์สร้างขึ้น เช่น ตู้ปลา สวนสาธารณะ ฯลฯ

ถ้าใช้เกณฑ์การหมุนเวียนสารและการถ่ายเทพลังงาน จะแบ่งได้ 3 ประเภท คือ

1. ระบบนิเวศแบบอิสระ (isolated ecosystem) คือ ระบบนิเวศที่ไม่มีทั้งการถ่ายเทพลังงาน และการหมุนเวียนสารอาหาร ระหว่างภายในระบบนิเวศนั้นๆ กับนอกระบบเลย ระบบนิเวศประเภทนี้ ไม่สามารถพบได้ในธรรมชาติ และไม่สามารถสร้างขึ้นได้

2. ระบบนิเวศแบบปิด (closed ecosystem) คือ ระบบนิเวศที่มีเฉพาะการถ่ายเทพลังงานเพียงอย่างเดียว โดยไม่มีถ่ายทอดสารอาหารระหว่างระบบนิเวศด้วยกัน ซึ่งในธรรมชาติจะไม่พบระบบนิเวศประเภทนี้ แต่สามารถสร้างขึ้นได้โดยมนุษย์ เช่น ระบบนิเวศตู้เลี้ยงปลา การที่สิ่งมีชีวิตต่างๆ ที่อยู่ในตู้เลี้ยงปลาสามารถดำรงชีวิตอยู่ได้ เพราะว่าระบบได้รับพลังงานจากดวงอาทิตย์

3. ระบบนิเวศแบบเปิด (open ecosystem) คือ ระบบนิเวศที่มีทั้งการหมุนเวียนสารอาหาร และถ่ายเทพลังงานระหว่างระบบนิเวศด้วยกัน เช่น ระบบนิเวศน้ำจืด ระบบนิเวศป่า หรือระบบนิเวศทุ่งหญ้า เป็นต้น

หน้าที่ของสิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศ

1. ผู้ผลิต (producer) ได้แก่ พืช สาหร่าย สาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน เป็นต้น มีคุณลักษณะดังนี้

- เป็นผู้ที่สามารถสร้างอาหารเองได้ ทั้งด้วยกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง และการสังเคราะห์ทางเคมี (autotrophic organism)

- เป็นผู้ที่สามารถเปลี่ยนสารที่มีพลังงานต่ำให้เป็นสารที่มีพลังงานสูง

- เป็นผู้ที่สามารถเปลี่ยนสารอนินทรีย์ให้เป็นสารอินทรีย์

2. ผู้บริโภค (consumer) มีคุณลักษณะดังนี้

- เป็นผู้ที่ไม่สามารถสร้างอาหารเองได้ ต้องอาศัยอาหารจากผู้ผลิต (heterotrophic organism)

- เป็นผู้ที่เปลี่ยนสารที่มีพลังงานสูงให้เป็นสารที่มีพลังงานต่ำ โดยกระบวนการหายใจระดับเซลล์ (การสลายอาหารเพื่อให้ได้พลังงาน)

เราสามารถแบ่งผู้บริโภคตามการกินอาหารได้ ดังนี้

2.1) herbivore คือ สัตว์กินพืช จัดเป็น primary consumer ที่ได้รับการถ่ายทอดพลังงานจากพืชโดยตรง

2.2) carnivore คือ สัตว์ที่กินสัตว์อื่นเป็นอาหาร โดยที่ไม่กินพืช ได้รับการถ่ายทอดพลังงานจากผู้ผลิตโดยทางอ้อม

2.3) omnivore คือ สัตว์ที่กินทั้งพืชและสัตว์เป็นอาหาร ได้รับพลังงานทั้งโดยตรงและโดยอ้อม

2.4) scavenger/detritivore คือ สัตว์ที่บริโภคซากพืชและสัตว์เป็นอาหาร เป็นกลไกที่ทำให้ซากอินทรีย์แปรสภาพได้เร็วขึ้น

3. ผู้ย่อยสลาย (decomposer) ได้แก่ เห็ด รา เป็นต้น มีคุณลักษณะดังนี้

- เป็นผู้ที่ไม่สามารถสร้างอาหารเองได้

- เป็นผู้ที่ย่อยสลายซากสิ่งมีชีวิต โดยการปล่อยเอนไซม์ออกมาย่อยอินทรียสารให้เป็นอนินทรียสาร แล้วดูดซึมสารเข้าไปใช้เป็นอาหารบางส่วน ที่เหลือผู้ผลิตจะนำไปใช้

- เป็นผู้ที่เปลี่ยนสารอินทรีย์เป็นสารอนินทรีย์

- ไม่มีระบบย่อยอาหาร

กระบวนการของระบบนิเวศ

กระบวนการหลักสองอย่างของระบบนิเวศ คือ การไหลของพลังงานและการหมุนเวียนของสารเคมี การไหลของพลังงาน (energy flow) เป็นการส่งผ่านของพลังงานในองค์ประกอบของระบบนิเวศ ส่วนการหมุนเวียนสารเคมี (chemical cycling) เป็นการใช้ประโยชน์และนำกลับมาใช้ใหม่ของแร่ธาตุภายในระบบนิเวศ อาทิเช่น คาร์บอน และ ไนโตรเจน

พลังงานที่ส่งมาถึงระบบนิเวศทั้งหลายอยู่ในรูปของแสงอาทิตย์ พืชและผู้ผลิตอื่นๆ จะทำการเปลี่ยนพลังงานแสงให้เป็นพลังงานเคมีในรูปของอาหารที่ให้พลังงาน เช่น แป้ง หรือคาร์โบไฮเดรต พลังงานจะไหลต่อไปยังสัตว์โดยการกินพืช และผู้ผลิตอื่นๆ ผู้ย่อยสลายสารที่สำคัญ ได้แก่ แบคทีเรีย และฟังไจ (fungi) ในดิน โดยได้รับพลังงานจากการย่อยสลายซากพืชและซากสัตว์รวมทั้งสิ่งมีชีวิตต่างๆ ที่ตายลงไป

ในการใช้พลังงานเคมีเพื่อทำงาน สิ่งมีชีวิตจะปล่อยพลังงานความร้อนไปสู่บริเวณรอบๆ ตัว ดังนั้น พลังงานความร้อนนี้จึงไม่หวนกลับมาในระบบนิเวศได้อีก ในทางกลับกัน ในการไหลของพลังงานผ่านระบบนิเวศ สารเคมีต่างๆ สามารถนำกลับมาใช้ได้อีกระหว่างสังคมของสิ่งมีชีวิต และสิ่งแวดล้อมที่ไม่มีชีวิต พืชและผู้ผลิตล้วนต้องการธาตุคาร์บอน ไนโตรเจน และแร่ธาตุอื่นๆ ในรูปอนินทรียสารจากอากาศ และดิน

การสังเคราะห์ด้วยแสง (photosynthesis) ได้รวมเอาธาตุเหล่านี้เข้าไว้ในสารประกอบอินทรีย์ อาทิเช่น คาร์โบไฮเดรต และโปรตีน สัตว์ต่างๆ ได้รับธาตุเหล่านี้โดยการกินสารอินทรีย์ เมแทบบอลิซึม (metabolism) ของทุกชีวิตเปลี่ยนสารเคมีบางส่วนกลับไปเป็นสารไม่มีชีวิตในสิ่งแวดล้อมในรูปของสารอนินทรีย์

การหายใจระดับเซลล์ (respiration) เป็นการทำให้โมเลกุลของอินทรียสารแตกสลายออกเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ และน้ำ การหมุนเวียนของสารสำเร็จลงได้ด้วยจุลินทรีย์ที่ย่อยอินทรียสารที่ตายลงและของเสีย เช่น อุจจาระ และเศษใบไม้ ผู้ย่อยสลายเหล่านี้จะกักเก็บเอาธาตุต่างๆ ไว้ในดิน ในน้ำ และในอากาศ ในรูปของสารอนินทรีย์ ซึ่งพืชและผู้ผลิตสามารถนำมาสร้างเป็นสารอินทรีย์ได้อีกครั้ง หมุนเวียนกันไปเป็นวัฏจักร

พัดชา วิจิตรวงศ์