นิเวศวิทยา

นิเวศวิทยา อ.แนต

นิเวศวิทยา คือ การศึกษาถึงความสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิตที่มีต่อสิ่งแวดล้อม • Ecosystem คือ ความสัมพันธ์ระหว่าง Community กับ Abiotic environment ในพื้นที่ใดๆ และมีปฏิสัมพันธ์ต่อกัน ทำให้เกิดการถ่ายทอดพลังงานและการหมุนเวียนของสารอาหาร ทำให้ระบบเกิดความสมดุล • Biosphere คือ ระบบนิเวศต่างๆทั้งหมดที่อยู่ในโลก

Ecosystem มีองค์ประกอบที่สำคัญ 2 ส่วนคือ 1. โครงสร้างของระบบนิเวศ 2. หน้าที่ของระบบนิเวศ

โครงสร้างของระบบนิเวศโครงสร้างของระบบนิเวศ • Abiotic components คือ สิ่งที่ไม่มีชีวิตใน ecosystem 1.1 Inorganic matter เช่น O2 CO2 H2O N P K Fe Ca 1.2 Organic matter เช่น Protein CBH 1.3 Physical env. เช่น Temp. Light Moisture Pressure

2. Biotic components คือ สิ่งมีชีวิตที่อยู่ใน ecosystem ซึ่งจะมีบทบาทหน้าที่ (niche) แตกต่างกัน

2.1 ผู้ผลิต (Producer) ได้แก่สิ่งมีชีวิตที่สามารถสร้างอาหารเองได้ (autotrophic organisms) มี 2 กลุ่มคือ 2.1.1 Photoautotroph นำพลังงานจากแสงอาทิตย์มาสร้างอาหาร เช่น phytoplankton algae พืช 2.1.2 Chemoautotroph นำพลังงานจากการออกซิเดชัน inorganic matter (H2S, NH3) เช่น Nitrosobacter

2.2 ผู้บริโภค (Consumer)คือสิ่งมีชีวิตที่ไม่สามารถสร้างอาหารได้เอง แบ่งได้ 4 ประเภทคือ 2.2.1 สัตว์กินพืช (Herbivore) ได้แก่ แมลง สัตว์กีบ zooplankton เป็นต้น 2.2.2 สัตว์กินสัตว์ (Carnivore) มีขนาดใหญ่ แข็งแรงกว่าเหยื่อ ได้แก่ เสือ แมว สุนัขป่า สิงโต จระเข้ นกฮูก นกเค้าแมว

2.2.3 สัตว์ที่กินทั้งพืชและสัตว์ (Omnivore) ได้แก่ นกบางชนิด มนุษย์ 2.2.4 ผู้บริโภคซาก (Detritus feeder) กินของเสียจากซากสิ่งมีชีวิตเป็นอาหาร ถ้าเป็นสัตว์จะเรียกว่า Scavenger เช่น กุ้ง ปู หอย แร้ง

ถ้าแบ่งตามลำดับขั้นการกินอาหาร (Trophic level) ยังสามารถแบ่งได้ดังนี้ • ผู้บริโภคปฐมภูมิ (primary consumer) หมายถึงสัตว์กินพืช (Herbivore) • ผู้บริโภคทุติยภูมิ (secondary consumer)หมายถึงสัตว์ที่กินสัตว์กินพืช (carnivore) 3. ผู้บริโภคตติยภูมิ (tertiary consumer) หมายรวมถึงสัตว์ที่กินผู้บริโภคทุติยภูมิ 4. ผู้บริโภคขั้นสูงสุด (top consumer) หมายถึงผู้บริโภคสัตว์ขั้นสุดท้ายของห่วงโซ่อาหาร เช่น มนุษย์

ลำดับขั้นการบริโภค ผู้บริโภคสูงสุด ผู้บริโภคลำดับที่สาม ผู้บริโภคลำดับที่สอง ผู้บริโภคลำดับที่หนึ่ง ผู้ผลิต

2.3 ผู้ย่อยสลาย (Decomposer, saprophyte)มีขบวนการทางสรีรวิทยาที่สามารถสลายสารอินทรีย์ กากอาหารให้เป็นสารโมเลกุลเล็กลง ซึ่งสารที่ได้จากการย่อยสลายจะเป็นสารอนินทรีย์ ได้แก่ แบคที่เรีย รา เป็นต้น

ลักษณะการอยู่ร่วมกันของสิ่งมีชีวิต(symbiosis)ลักษณะการอยู่ร่วมกันของสิ่งมีชีวิต(symbiosis) • 1. ลักษณะการอยู่ร่วมกัน : แบบภาวะที่ต้องพึ่งพา (Mutualism) • เมื่ออยู่ร่วมกันของสิ่งมีชีวิต 2 ชนิด : สิ่งมีชีวิต 1(+) ,สิ่งมีชีวิต 2 (+) • เมื่อแยกจากกันของสิ่งมีชีวิต 2 ชนิด :สิ่งมีชีวิต 1(-),สิ่งมีชีวิต 2 (-) • ลักษณะของความสัมพันธ์ : ต่างฝ่ายต่างได้รับประโยชน์ไม่แยกจากกัน เช่น โปรโตซัวในลำไส้ปลวก

2. ลักษณะการอยู่ร่วมกัน : แบบได้รับประโยชน์ร่วมกัน (Protocooperation) • เมื่ออยู่ร่วมกันของสิ่งมีชีวิต 2 ชนิด :สิ่งมีชีวิต 1(+) ,สิ่งมีชีวิต 2 (+) • เมื่อแยกจากกันของสิ่งมีชีวิต 2 ชนิด :สิ่งมีชีวิต 1(0),สิ่งมีชีวิต 2 (0) • ลักษณะของความสัมพันธ์ : ต่างฝ่ายต่างได้รับประโยชน์ แต่สามารถแยกกันได้ ไม่จำเป็นต้องอยู่ด้วยกันตลอด

3. ลักษณะการอยู่ร่วมกัน : แบบภาวะที่มีการเกื้อกูล (Commensalism) • เมื่ออยู่ร่วมกันของสิ่งมีชีวิต 2 ชนิด : สิ่งมีชีวิต 1(+) ,สิ่งมีชีวิต 2 (0) • เมื่อแยกจากกันของสิ่งมีชีวิต 2 ชนิด :สิ่งมีชีวิต 1(-),สิ่งมีชีวิต 2 (0) • ลักษณะของความสัมพันธ์ : สิ่งมีชีวิต 1 ได้รับประโยชน์ ถ้าแยกกันสิ่งมีชีวิต 1 จะเสียประโยชน์ เช่น เหาฉลามกับปลาฉลาม

4. ลักษณะการอยู่ร่วมกัน : แบบภาวะมีการย่อยสลาย (Saprophytism) • เมื่ออยู่ร่วมกันของสิ่งมีชีวิต 2 ชนิด :สิ่งมีชีวิต 1(+) ,สิ่งมีชีวิต 2 (0) • เมื่อแยกจากกันของสิ่งมีชีวิต 2 ชนิด :สิ่งมีชีวิต 1(-),สิ่งมีชีวิต 2 (0) • ลักษณะของความสัมพันธ์ : สิ่งมีชีวิต 1 ย่อยสลายสิ่งมีชีวิต 2 ให้เน่าเปื่อยผุพัง ถ้าแยกกันฝ่าย 1 จะเสียประโยชน์

5. ลักษณะการอยู่ร่วมกัน : แบบล่าเหยื่อ(Predation) • เมื่ออยู่ร่วมกันของสิ่งมีชีวิต 2 ชนิด :สิ่งมีชีวิต 1(+) ,สิ่งมีชีวิต 2 (-) • เมื่อแยกจากกันของสิ่งมีชีวิต 2 ชนิด :สิ่งมีชีวิต 1(-),สิ่งมีชีวิต 2 (0) • ลักษณะของความสัมพันธ์ : สิ่งมีชีวิต 1 จะกัดกินสิ่งมีชีวิต 2 เป็นอาหารและตายในทันที

6. ลักษณะการอยู่ร่วมกัน : แบบภาวะปรสิต (Parasitism) • เมื่ออยู่ร่วมกันของสิ่งมีชีวิต 2 ชนิด :สิ่งมีชีวิต 1(+) ,สิ่งมีชีวิต 2 (-) • เมื่อแยกจากกันของสิ่งมีชีวิต 2 ชนิด :สิ่งมีชีวิต 1(-),สิ่งมีชีวิต 2 (0) • ลักษณะของความสัมพันธ์ : สิ่งมีชีวิต 1 จะเกาะแย่งเกาะดูดสิ่งมี ชีวิต 2 จึงทำให้เดือดร้อน

7. ลักษณะการอยู่ร่วมกัน : แบบภาวะการแก่งแย่งแข่งขัน (Competition) • เมื่ออยู่ร่วมกันของสิ่งมีชีวิต 2 ชนิด :สิ่งมีชีวิต 1(-) ,สิ่งมีชีวิต 2 (-) • เมื่อแยกจากกันของสิ่งมีชีวิต 2 ชนิด :สิ่งมีชีวิต 1(0),สิ่งมีชีวิต 2 (0) • ลักษณะของความสัมพันธ์ : ต่างฝ่ายต่างเสียประโยชน์เมื่อแยกจากกันจะไม่มีผล เช่น นกแร้งแย่งกันกินซากสัตว์

8. ลักษณะการอยู่ร่วมกัน : แบบภาวะการหลั่งสารยับยั้ง (Antibiosis) • เมื่ออยู่ร่วมกันของสิ่งมีชีวิต 2 ชนิด :สิ่งมีชีวิต 1(0) ,สิ่งมีชีวิต 2 (-) • เมื่อแยกจากกันของสิ่งมีชีวิต 2 ชนิด :สิ่งมีชีวิต 1(0),สิ่งมีชีวิต 2 (0) • ลักษณะของความสัมพันธ์ : สิ่งมีชีวิต 1 หลั่งสารออกมายับยั้ง หรือทำลายสิ่งมีชีวิต 2 (จึงเสียประโยชน์)

9. ลักษณะการอยู่ร่วมกัน : แบบภาวะการกระทบกระเทือน (Amensalism) • เมื่ออยู่ร่วมกันของสิ่งมีชีวิต 2 ชนิด :สิ่งมีชีวิต 1(0) ,สิ่งมีชีวิต 2 (-) • เมื่อแยกจากกันของสิ่งมีชีวิต 2 ชนิด :สิ่งมีชีวิต 1(0),สิ่งมีชีวิต 2 (0) • ลักษณะของความสัมพันธ์ : สิ่งมีชีวิต 1 ไปมีผลกระทบกระเทือนสิ่งมีชีวิต 2 เช่น ต้นหญ้าใต้ต้นไม้ใหญ่

10. ลักษณะการอยู่ร่วมกัน : แบบภาวะไม่เกี่ยวข้องสัมพันธ์ (Neutralism) • เมื่ออยู่ร่วมกันของสิ่งมีชีวิต 2 ชนิด :สิ่งมีชีวิต 1(0) ,สิ่งมีชีวิต 2 (0) • เมื่อแยกจากกันของสิ่งมีชีวิต 2 ชนิด :สิ่งมีชีวิต 1(0),สิ่งมีชีวิต 2 (0) • ลักษณะของความสัมพันธ์ : เป็นการอยู่ร่วมกันในธรรมชาติ ไม่ยุ่งเกี่ยวกัน

หน้าที่ของระบบนิเวศ หน้าที่ของระบบนิเวศ ที่เกิดในระบบนิเวศมี 2 แบบคือ 1. Nutrient cycle ผู้ย่อยสลายจะเปลี่ยน organic เป็น inorganic เพื่อเป็นวัตถุดิบในการสร้างสารอินทรีย์ใหม่ของผู้ผลิต

2. Energy flow คือ การไหลเวียนของพลังงานในรูปของสารอาหารจาก producer ไปยัง consumer ลำดับถัดๆไปโดยการกินกันเป็นทอดๆ การถ่ายทอดพลังงานนี้เรียกว่า food chain เช่นใบไม้ ปู ปลา นก

ห่วงโซ่อาหารแบ่งได้เป็น 3 แบบคือ 1. ห่วงโซ่อาหารแบบผู้ล่าเหยื่อ (predator food chain) เริ่มจากพืชไปยังสัตว์ที่กินพืชและถ่ายทอดต่อไปตามลำดับขั้นของการกิน ข้าว เพลี้ย แมลงปอ นก

2. ห่วงโซ่อาหารที่เริ่มจากซากอินทรีย์ ซึ่งถูกกินต่อด้วย detritus feeder (detritus food chain) เช่น ห่วงโซ่อาหารในป่าชายเลน ซากใบไม้ ปูแสม ปลา นก

3. ห่วงโซ่อาหารที่เริ่มจากซากอินทรีย์ซึ่งถูกกินต่อด้วย decomposer (saprophytic food chain) ซากใบไม้ เห็ด แบคทีเรีย

สายใยอาหาร (food web) เกิดจากแต่ละ food chain มีส่วนร่วมกันในแต่ละลำดับการกินอาหาร พืชน้ำ ปู ปลา นก

ห่วงโซ่อาหาร และสายใยอาหาร (Food Chain & Food Web)

สภาวะแวดล้อมและการอนุรักษ์ทรัพยากรธรรมชาติสภาวะแวดล้อมและการอนุรักษ์ทรัพยากรธรรมชาติ • มลพิษ (Pollution) หมายถึง พิษที่เกิดจากความสกปรก ซึ่งก่อให้เกิดความเสียหายต่อสิ่งแวดล้อมหรือเป็นพิษเป็นภัยต่อสิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศ • ภาวะน้ำเสีย (Water pollution) • 1. DO ต่ำ [Do<3 ppm. น้ำเสีย] • 2. BOD สูง [BOD > 100 mg/ลิตร น้ำเสีย] • 3. pH ต่ำ [pH< 5 น้ำเสีย] • 4. อุณหภูมิสูงกว่า400C น้ำเสีย • 5. คราบน้ำมันเกิน 5 มิลลิกรัม/ลิตร น้ำเสีย • 6. ฟอสเฟตสูงเกิน 15 ppm. น้ำเสีย • 7. มีสารพิษ (ปรอทเกิน 0.005 mg/l ตะกั่วเกิน 0.2 mg/l แคดเมียมเกิน 0.03 mg/l และสารหนูเกิน 0.25 mg/l • 8. มีเชื้อโรค • 9. มีกลิ่นเหม็น สีคล้ำ ขุ่น

บทบาทของแบคทีเรียต่อคุณภาพของน้ำบทบาทของแบคทีเรียต่อคุณภาพของน้ำ • กลิ่นเหม็นในน้ำเน่าเกิดจาก สารอะมีน และก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟต์ (H2S) สีดำของน้ำคลำเกิดจากสารประกอบซัลไฟต์ของโลหะหนัก เช่น เหล็ก ซึ่งตัวการทำให้น้ำเสียคือ aerobic bacteria ส่วนตัวการที่ • ทำให้น้ำมีกลิ่นเหม็น คือ anaerobic bacterial • ภาวะฝนกรด มีสาเหตุเกิจาก ก๊าซ SO2 และ NO2 ทำให้น้ำฝน มี ประมาณ 4.5 – 5.7 มีผลต่อ การเจริญของพืช ต้นอ่อน ปลาตาย โลหะผุกร่อนยางเปื่อยยุ่ย

อนุภาคของโลหะต่อภาวะของอากาศอนุภาคของโลหะต่อภาวะของอากาศ • ตะกั่ว เช่น โรงงานแบตเตอรี่ สี พลาสติก ยาฆ่าแมลง กลั่นน้ำมัน สาเหตุของโรค ตกเลือด ตาบอด อัมพาต โลหิตจาง เซลล์สมองถูกทำลาย • ปรอท เช่น โรงงานผลิตเครื่องสำอาง อุปกรณ์เคมี สาเหตุของโรค กล้ามเนื้อแขนขาเกร็งผิดรูป ปวดกล้ามเนื้อ (มินามาตะ) • แคดเมียม เช่น โรงงานผลิตยางรถยนต์ พลาสติก สี ปุ๋ย แบตเตอรี่ สาเหตุของโรค กระดูกกร่อน ผุ หักง่าย เจ็บปวดกระดูก ท่อไตถูกทำลาย (อิไต – อิไต)

ปฏิบัติการ • ศึกษาสภาพแวดล้อมของแหล่งน้ำ • การหาค่าปริมาณออกซิเจนที่ละลายในน้ำ (Dissolve oxygen) • หาดรรชนีความหลากหลายของแพลงก์ตอน • ลักษณะความหลากหลายของการเกิดแบคทีเรีย

Add 1 ml MnSO4 3 ml NaOH + KI mix Add 3 ml H2SO4 (conc.) 200 ml water add with 3 drops starch solution Titrate with 0.025 M Na2S2O3 sodium thiosulfate

MnSO4 + 2 NaOH  Mn(OH)2 + Na2SO4 (white) 2Mn(OH)2 + O2  2 H2MnO3 (Brown) H2MnO3 + 2H2SO4 + 2KI  MnSO4 + 3H2O + K2SO4 + I2 (Yellow) Starch + I2  Dark blue solution I2+ 2 Na2S2O3  Na2 S4O6 + 2 NaI Dark blue solution ค่า DO ต่ำกว่า 3 mg/l จะทำให้เกิดความเครียด และอาจทำให้สิ่งมีชีวิตในน้ำนั้นตายได้

Species diversity index เก็บตัวอย่างแพลงก์ตอนในแนวดิ่ง ใส่ขวดและดองด้วย 4% ฟอร์มาลิน กระจายแล้วดูดใส่หลอดทดสอบ หลอดละ 1 ml ตรวจดูชนิดและนับจำนวน แล้วมาคำนวณหาค่าดรรชนีความหลากหลาย

Shannon index (applied from Wiener & Weaver) H’ = - ∑ pi log pi Pi = ni /N ni = จำนวนสิ่งมีชีวิตในแต่ละกลุ่มของสิ่งมีชีวิต N = จำนวนสิ่งมีชีวิตทั้งหมดในพื้นที่นั้นๆ

ตัวอย่างการคำนวณ กลุ่มสิ่งมีชีวิต แหล่งน้ำที่ศึกษา 1 2 3 4 1 10 29 91 20 2 11 19 1 20 3 12 14 1 - H’ = - ∑ pi log pi H’1 = - (10/33 log 10/33 + 11/33 log 11/33 + 12/33 log 12/33) H’1 = - (0.3 log 0.3 + 0.33 log 0.33 + 0.36 log 0.36) H’1 = 0.475 H’2 = 0.459 H’3 = 0.482 H’4 = 0.302 สรุป แหล่งน้ำ 1 มีสภาพแวดล้อมดีที่สุดเนื่องจากมีค่าความหลากหลายสูงที่สุด

12. 82 จากการคำนวณ ค่าดรรชนีความหลากหลาย ของแหล่งน้ำ 4 แหล่ง A. H’ = 0.059 B. H’ = 0.485 C. H’ = 0.315 D. H’ = 0.098 • A แหล่งน้ำใดมีความหลากหลายของสิ่งมีชีวิต มากที่สุด • B เขียนสูตรในการหาค่าดรรชนีความหลากหลาย © Kwang

13. • 83 ในการหาค่า DO ของน้ำ • A Standard solution • ที่ใช้ในการ titrate คือ (TT) • B น้ำแป้ง ทำหน้าที่เป็น (TT) © Kwang

14. A B C 84 จากภาพ เมื่อเติม H2SO4ลงในขวด BOD A. ขวดใดมีปริมาณออกซิเจนมากที่สุด (TT) B. สีที่เห็นในขวดเป็นสีของสารใด © Kwang

นิเวศวิทยา