นิเวศวิทยา (ecology) เป็นสาขาหนึ่งของวิชาชีววิทยา ที่กล่าวถึงความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตกับสิ่งแวดล้อม

การศึกษานิเวศวิทยา การศึกษานิเวศวิทยา นิเวศวิทยาเป็นวิชาที่ต้องใช้ความรู้พื้นฐานทางชีววิทยา โดยเฉพาะสรีรวิทยา พันธุศาสตร์ วิวัฒนาการและพฤติกรรม การศึกษาทางนิเวศวิทยานิยมแบ่งออกเป็น 4 ระดับ คือ

1. นิเวศวิทยาเชิงสรีรวิทยา (physiological ecology หรือ organismal ecology) เป็นการศึกษาเรื่องการปรับตัวของสิ่งมีชีวิตให้เหมาะสมในสภาพแวดล้อมที่มันดำรงชีวิตอยู่ในนั้น

2. นิเวศวิทยาเชิงประชากร (population ecology) เป็นการศึกษาการแพร่กระจายและขนาดของประชากรสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิด และการเปลี่ยนแปลงขนาดของประชากรของสิ่งมีชีวิตเหล่านั้น

3. นิเวศวิทยาเชิงสังคมสิ่งมีชีวิต (community ecology) เป็นการศึกษาเกี่ยวกับโครงสร้างสังคมสิ่งมีชีวิตในด้านความหลากหลาย ความสัมพันธ์เชิงอาหาร ความสัมพันธ์ระหว่าง ประชากร และปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อโครงสร้างสังคมสิ่งมีชีวิต

4. นิเวศวิทยาเชิงระบบนิเวศ (ecosystem ecology) เป็นการศึกษาเกี่ยวกับกระบวนการต่างๆ ที่เกิดขึ้นในระบบนิเวศโดยเฉพาะการถ่ายทอดพลังงาน และวัฏจักรสารอาหาร ต่างๆ ภายในระบบนิเวศ

ประชากร

ความหมายของประชากรในทางนิเวศวิทยา หมายถึง กลุ่มของสิ่งมีชีวิตชนิดเดียวกันที่อาศัยอยู่ในบริเวณ เดียวกันในช่วงเวลาใดเวลาหนึ่ง ตัวอย่างเช่น ประชากรของต้นโกงกางบริเวณปากแม่น้ ากันตรังในเดือนตุลาคม 2548 และประชากรของนกเป็ดน้ำในเขตห้ามล่าสัตว์ป่าทะเลน้อย จังหวัดพัทลุง ในปีพ.ศ. 2548 ตัวอย่าง ดังกล่าวเน้นประชากรที่เป็นชนิดเดียวกันไม่นับรวมกับประชากรของสิ่งมีชีวิตกลุ่มอื่นๆและต้องมีการระบุเวลาและสถานที่แน่นอน

1. โครงสร้างของประชากร (population structure) จะมีลักษณะเฉพาะของประชากรซึ่งมีความสำคัญ ดังนี้

1.1 ขนาดของประชากร (population size) หมายถึง จำนวนสมาชิกทั้งหมดที่มีอยู่ในประชากรนั้น เช่น มะม่วง 50 ต้น ช้าง 150 เชือก หรือปลา 50,000 ตัว

1.2 ความหนาแน่นของประชากร (population density) ความหนาแน่นเป็นอัตราระหว่างจ านวนของประชากรต่อพื้นที่หรือ ปริมาตรที่สิ่งมีชีวิตอาศัยอยู่ มีหน่วยเป็นตัวต่อตารางเมตร หรือตัวต่อลูกบาศก์เมตร ปัจจัยที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความ หนาแน่นของประชากร คือ การเกิด (natality) การตาย (mortality) การอพยพเข้า (immigration) และการอพยพออก (emigration) ความหนาแน่นของประชากรเปลี่ยนแปลงเพิ่มขึ้นเมื่อมีการเกิดและการอพยพเข้ามาของประชากร และความหนาแน่น ของประชากรลดลง เมื่อมีการตายและการอพยพออก การหาความหนาแน่นของประชากรทำได้หลายวิธี เช่น การสุ่มตัวอย่าง

การสุ่มตัวอย่าง เป็นวิธีนับจำนวนประชากรในพื้นที่เล็กๆ แล้วประมาณจำนวนประชากรทั้งหมด แบ่งออกเป็น 2 วิธี คือ

1.2.1 การใช้แปลงสุ่มตัวอย่าง (sampling plots หรือ quadrat sampling method) โดยกำหนดขนาดของควอดแดร็ท (quadrat) แล้วนับจำนวนประชากรสิ่งมีชีวิตที่ศึกษาทั้งหมดในควอดแดร็ท จากนั้นนำผลไปประเมินค่าจาก พื้นที่ทั้งหมดที่เราศึกษารูปร่างลักษณะของควอดแดร็ทอาจจะมีรูปร่างเป็นสี่เหลี่ยม หกเหลี่ยม วงกลม ซึ่งขึ้นอยู่กับลักษณะของพื้นที่และตัวอย่างที่ใช้ศึกษา

ตัวอย่าง

การหาประชากรหอยเสียบ บริเวณชายหาดแหลมสน  จังหวัดระยอง เมื่อวันที่ 20 พ.ค. 2541 โดยการวางกรอบไม้นับประชากรขนาด 0.25 ตารางเมตร จำนวน 40 กรอบไม้ ในพื้นที่  100 ตารางเมตร เมื่อนับจำนวนทั้งหมดพบว่ามีหอยเสียบทั้งสิ้น 600 ตัว จงหาจำนวนหอยเสียบทั้งหมด

กรอบไม้นับประชากร จำนวน 40 กรอบ มีหอยเสียบทั้งสิ้น 600 ตัว

ดังนั้น 1 กรอบไม้นับจำนวนประชากรในพื้นที่ 0.25  ตารางเมตร = 600/40 = 15 ตัว

1 ตารางเมตร = 15 x 1/0.25 = 60 ตัว

มีหอยเสียบทั้งสิ้น = 60 x 100    = 6,000 ตัว

ในการหาประชากรสัตว์โดยการจับสัตว์มาทำเครื่องหมายแล้วปล่อยต้องตั้งอยู่บนสมมติฐาน 3 ข้อ ดังนี้

1) การจับสัตว์ทั้งหมดที่ทำเครื่องหมายและไม่ทำเครื่องหมาย ต้องเก็บอย่างสุ่มตัวอย่าง

2) อัตราการตายของสัตว์ที่ทำเครื่องหมายและไม่ทำ เครื่องหมายต้องเท่ากัน

3) สัตว์ที่ทำเครื่องหมายต้องไม่หนีไปจากบริเวณที่ศึกษา

1.3 การกระจายของประชากร (population dispersion หรือ population distribution) หมายถึง การกระจายตัวของ สมาชิกในประชากรในบริเวณใดบริเวณหนึ่ง แบ่งออกเป็น 3 แบบ คือ
1.3.1 การกระจายแบบกลุ่ม (clumped distribution)
1.3.2 การกระจายแบบสม่ำเสมอ (uniform distribution)
1.3.3 การกระจายแบบสุ่ม (random distribution)
1.4 โครงสร้างอายุของประชากร (age structure) หมายถึงจำนวนหรือสัดส่วนของกลุ่มสมาชิกที่มีอายุต่างๆกันในประชากร ซึ่งมีผลต่อการเปลี่ยนแปลงประชากรในกลุ่ม ทำให้สามารถทำนายประชากรในอนาคตได้ ในทางนิเวศวิทยามักจะแบ่งโครงสร้างอายุได้เป็น 3 กลุ่มใหญ่ๆ คือ (ปรีชา สุวรรณพินิจและนงลักษณ์ สุวรรณพินิจ, 2546, หน้า 898)

1.4.1 วัยก่อนเจริญพันธุ์ (prereproductive age) คือ สมาชิกของประชากร ที่อยู่ในระยะก่อนการสืบพันธุ์หรือยังสืบพันธุ์ ไม่ได้

1.4.2 วัยเจริญพันธุ์ (reproductive age) คือ สมาชิกของประชากรที่อยู่ในระยะสืบพันธุ์ได้

1.4.3 วัยหลังเจริญพันธุ์ (postreproductive age) คือ สมาชิกของประชากรที่ไม่สืบพันธุ์อีกแล้ว

ถ้าเรานำจำนวนสมาชิกที่มีอายุในกลุ่มต่างๆ มาเขียนแผนภาพเพื่อแสดงสัดส่วนของแต่ละกลุ่มอายุในแต่ละประชากร เรียก แผนภาพนี้ว่าปิรามิดอายุ (age pyramid) ปิรามิดอายุของประชากรมี 3 แบบดังนี้

ปิรามิดแบบที่ 1 เป็นปิรามิดแบบฐานกว้าง เช่น ประชากรของเคนยา ฐานซึ่งเป็นวัยก่อนเจริญพันธุ์กว้างมาก ในขณะที่วัยเจริญพันธุ์น้อยลงในอนาคตแม้ว่าวัยหลังการเจริญพันธุ์จะมีการตายไปบ้าง แต่เมื่อถึงวัยเจริญพันธุ์แล้วก็ยังมีจำนวนมาก พบได้ในประเทศที่กำลังพัฒนา

ปิรามิดแบบที่ 2 เป็นปิรามิดรูประฆัง เช่น ประชากรของ สหรัฐอเมริกา ฐานกว้างพอประมาณ วัยเจริญพันธุ์มีไม่มากไม่น้อยจนเกินไป ดังนั้นประชากรมีแนวโน้มเพิ่มขึ้นอย่างช้าๆ

ปิรามิดแบบที่ 3 เป็นปิรามิดฐานแคบหรือรูปแจกัน เช่น ประชากรของอิตาลี ฐานค่อนข้างแคบในขณะที่วัยเจริญพันธุ์มีจำนวนมากขึ้นเล็กน้อยและหลังวัยเจริญพันธุ์มีประชากรใกล้เคียงกับฐาน ดังนั้นประชากรมีแนวโน้มคงที่

1.5 กราฟการอยู่รอด (survivorship curve) การอยู่รอดของสมาชิกในแต่ช่วงอายุมีความสำคัญต่อการเพิ่มหรือการลดจำนวนประชากร นักนิเวศวิทยาสามารถศึกษาสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดในแต่ละช่วงอายุตั้งแต่เกิดจนตาย ว่าช่วงไหนมีอัตราการตายสูง หรือ ต่ำ การศึกษาติดตามสิ่งมีชีวิตเริ่มต้นจากจำนวน 1,000 ตัวหรือ 500 ตัว แล้วนำมาเขียนกราฟการอยู่รอด ซึ่งเป็นกราฟแสดงจำนวนสมาชิกของประชากรที่อยู่รอด โดยเฉลี่ยในแต่ละช่วงอายุตลอดอายุไขของสิ่งมีชีวิตชนิดใดชนิดหนึ่ง กราฟการอยู่รอด โดยทั่วไปมี 3 แบบ ( c ) ( a ) ( b )

1.5.1 กราฟแบบที่ Ⅰ กราฟรูปโค้ง (convex curve) ในช่วงอายุน้อยๆ จะมีอัตราการตาย ค่อนข้างต่ำอัตราการตายจะค่อยๆสูงขึ้นเมื่อสิ่งมีชีวิตชนิดนี้มีอายุมากขึ้นและจะสูงมากเมื่อสิ่งมีชีวิตแก่ตัวลง ดังนั้นจะเห็นว่าอัตราการอยู่รอดของสิ่งมีชีวิตตามกราฟแบบที่ 1 จึงค่อนข้างสูง ได้แก่ การอยู่รอดของมนุษย์หรือสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมขนาดใหญ่

1.5.2 กราฟแบบที่ Ⅱ กราฟเส้นตรง อัตราการตายหรืออัตราการอยู่รอดค่อนข้างคงที่ตลอดอายุไข กราฟแบบนี้จะพบในสิ่งมีชีวิตพวกพืชล้มลุกสัตว์ที่ไม่มีกระดูกสันหลังหลายชนิด เช่น ไฮดรา ไส้เดือนดินและสัตว์ที่มีกระดูกสันหลังบางชนิด เช่น กิ้งก่า สัตว์ฟันแทะ เป็นต้น

1.5.3 กราฟแบบที่ Ⅲ กราฟรูปเว้า (concave curve) ของอายุประชากรที่เกิดจะมีอัตรา การตายสูงมาก ทำให้อัตราการอยู่รอดต่ำ ดังนั้นจะพบสัตว์พวกนี้มักจะออกลูกคราวละมากๆเพื่อเป็นการทดแทนจำนวนลูกที่ต้องตายไปกว่าจะเจริญเติบโตเป็นตัวเต็มวัย

1.6 การเติบโตของประชากร (population growth) เป็นการเปลี่ยนแปลงขนาดของประชากรไม่ว่าจะเป็นการเพิ่มขึ้นหรือการลดลงของประชากร ประชากรมีการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา ถ้าสภาพแวดล้อมเหมาะสมก็จะมีการเพิ่มของจำนวนประชากร และในทำนองเดียวกันถ้าสภาวะแวดล้อมไม่เหมาะสมประชากรก็จะลดจำนวนลง

1.7 ปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อขนาดของประชากร (population limiting factor) การเปลี่ยนแปลงขนาดของประชากรถูก ควบคุมด้วยปัจจัยกลุ่มใหญ่ๆ 2 กลุ่ม คือ

1.7.1 ปัจจัยที่ขึ้นกับความหนาแน่น (density dependent factor) เป็นปัจจัยทางชีวภาพซึ่งจำเป็นสำหรับการดำรงชีวิต เช่น อาหาร การแก่งแย่งแข่งขันในเรื่องของอาหารที่มีอยู่จะรุนแรงมากขึ้น เมื่อความหนาแน่นประชากรมีมากขึ้น ตัวอย่างของการแก่งแย่งอาหารในดินของพืชที่อยู่ร่วมกันเป็นจำนวนมากจะมีผลต่อการสร้างเมล็ดของพืชเหล่านั้น ทeให้ไม่สามารถแพร่พันธุ์ได้ นอกจากนี้ยังพบการสร้างอาณาเขตของสัตว์ พื้นที่ว่างที่จะใช้ทำรังหรือในการกินอาหารจะเป็นปัจจัยในการแก่งแย่งอาหาร ถ้าประชากรหนาแน่นการแข่งขันจะยิ่งสูงขึ้นเป็นสาเหตุที่ทำให้สิ่งมีชีวิตที่ไม่สามารถแข่งขันได้ ถูกกำจัด ออกไป หรือไม่สามารถสืบพันธุ์ได้

1.7.2 ปัจจัยที่ไม่ขึ้นกับความหนาแน่น (density independent factor) เป็นปัจจัยทางกายภาพ เช่น อุณหภูมิ ความชื้น พายุ การระเบิดของภูเขาไฟ ตัวอย่างสาเหตุการตายของกวางในฤดูหนาวและมีหิมะปกคลุมทำให้กวางขาดอาหาร เมื่ออุณหภูมิต่ำมากๆทำให้กวางต้องการพลังงานเพิ่มขึ้น ในขณะที่หิมะหนากลับทำให้หาอาหารได้ยากขึ้น ในขณะเดียวกันนั้น ปัจจัยที่ขึ้นกับความหนาแน่นคืออาหารก็เข้ามามีบทบาทความหนาแน่นของประชากรกวางสูงอาหารหายากทำให้กวางต้องตายไป

สังคมสิ่งมีชีวิต

สังคมสิ่งมีชีวิต (community) หมายถึง การอยู่ร่วมกันของประชากรสิ่งมีชีวิตในบริเวณใดบริเวณหนึ่งในธรรมชาติ ประชากรสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดจะมีความสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน

1. ภาวะเป็นกลาง (Neutralism 0/0) เป็นความสัมพันธ์ที่สิ่งมีชีวิตต่างฝ่ายต่างอยู่โดยไม่ได้รับประโยชน์และไม่เสียประโยชน์ต่อกัน เช่น กระต่ายกับไส้เดือน

2. ภาวะการแข่งขัน (Competition -/-) เป็นความสัมพันธ์ที่สิ่งมีชีวิตชนิดเดียวกันหรืออาจต่างชนิดมีการแข่งขันเพื่อแย่งชิงปัจจัยในการดำรงชีวิต โดยต่างฝ่ายต่างเสียประโยชน์จากการต่อสู้ เช่น ฝูงสุนัขแย่งถิ่นที่อยู่อาศัย การต่อสู้ของสัตว์เพื่อการผสมพันธุ์

3. ภาวะอะเมนลิซึม (Amenlism 0/-) เป็นภาวะที่ฝ่ายหนึ่งไม่ได้รับประโยชน์หรือเสียประโยชน์ แต่อีกฝ่ายเสียประโยชน์ เช่น ต้นไม้ใหญ่บังแสงต้นไม้เล็ก

4. ภาวะการล่าเหยื่อ (Predation +/-) เป็นภาวะที่ฝ่ายหนึ่งเป็นผู้ล่า (Predator) ซึ่งเป็นฝ่ายได้ประโยชน์และอีกฝ่ายหนึ่งเป็นผู้ถูกล่า (Prey) ซึ่งเป็นฝ่ายเสียประโยชน์ เช่น นกกินแมลง และเสือล่ากวางเป็นอาหาร

5. ภาวะอิงอาศัย หรือภาวะมีการเกื้อกูล (Commensalism +/0) เป็นความสัมพันธ์ที่ฝ่ายหนึ่งได้ประโยชน์ อีกฝ่ายหนึ่งไม่ได้ไม่เสียประโยชน์ เช่น เหาฉลามคอยเก็บกินเศษอาหารจากปลาฉลาม

6. ภาวะการได้ประโยชน์ร่วมกัน (Protocooperation +/+) เป็นความสัมพันธ์ที่ทั้งสองฝ่ายต่างก็ได้ประโยชน์ เช่น ผึ้งได้น้ำหวานจากดอกไม้และช่วยดอกไม้ในการผสมพันธุ์เกสรและนกเอี้ยงที่อาศัยกินแมลงบนผิวหนังควายช่วยลดปริมาณปรสิตของควาย

7. ภาวะพึ่งพากัน (Mutualism +/+) เป็นภาวะที่ทั้งสองฝ่ายได้ประโยชน์ร่วมกันโดยที่ไม่สามารถแยกกันอยู่ได้ เช่น ไลเคน (Lichen) ซึ่งเป็นการอยู่ร่วมกันระหว่างรากับสาหร่ายบนต้นไม้ใหญ่ โดยสาหร่ายได้ความชื้นจากราส่วนราก็ได้รับอาหารที่สาหร่ายสร้างขึ้นและโพรโตซัวในลำไส้ปลวกที่ได้อาหารจากการที่ปลวกกินไม้และป็นตัวช่วยให้ปลวกสามารถย่อยไม่ได้

8. ภาวะปรสิต (Paratism +/-) เป็นความสัมพันธ์ที่สิ่งมีชีวิตบางชนิดดำรงชีวิตแบบปรสิต (Parasite) โดยอยู่อาศัยประโยชน์จากร่างกายของสิ่งมีชีวิตชนิดอื่น (Host) ซึ่งเป็นฝ่ายเสียประโยชน์

9. ภาวะมีการย่อยสลาย (Saprophytism +/-) สิ่งมีชีวิตฝ่ายที่ได้ประโยชน์จะมีการหลั่งเอนไซม์ออกมานอกเซล์ เพื่อย่อยซากแล้วดูดซึมสารอาหารที่ได้ไปใช้ประโยชน์ สิ่งมี่ชีวิตเหล่านี้ เรียกว่าผู้ย่อยสลาย (Decomposer) เช่น เห็ด รา ที่ขึ้นตามตอไม้ผุๆ

10. ภาวะมีการหลั่งสารห้ามการเจริญ (Antibiosis 0/-) เป็นภาวะที่สิ่งมีชีวิตชนิดหนึ่งหลั่งสารที่มีผลยับยั้งการ เจริญเติบโตของสิ่งมีชีวิตอีกชนิดหนึ่ง เช่น ราเพนิซิลเลียม (Penicillium) สร้างสารแอนติไบโอติก (antibiotics) ชื่อเพนนิซิลิน (Penicillin) ออกมายับยั้งการเจริญของแบคทีเรีย สาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน (Microcystis sp.) สร้างสารเคมีชื่อ ไฮดรอกซิลเอมีน (Hydroxylamine) ลงสู่น้ำมีผลทำให้น้ำมีความเป็นพิษต่อสิ่งมีชีวิตชนิดอื่นๆ

วิถีชีวิตของสิ่งมีชีวิตเเละการเเบ่งปันทรัพยากร

วิถีชีวิตของสิ่งมีชีวิตเหล่านั้นวิถีชีวิตที่สำคัญเกี่ยวข้องกับเรื่องของอาหาร (throphic niche) ซึ่งเป็นบทบาทหน้าที่ของมันในสังคมที่เกี่ยวข้องกับการถ่ายทอดพลังงาน เช่น เป็นผู้ผลิตหรือผู้ย่อยสลาย เป็นสัตว์กินพืชหรือสัตว์กินสัตว์และวิถีชีวิตที่สำคัญอีกอย่าง หนึ่งคือวิถีชีวิตที่เกี่ยวข้องกับที่อยู่อาศัย (habitat niche) เช่น อาศัยอยู่บนบกหรือในน้ าอาศัยอยู่บนดินหรือบนต้นไม้ วิถีชีวิต แบ่งออกเป็น 2 แบบใหญ่

1. วิถีชีวิตพื้นฐาน (fundamental niche) หมายถึง วิถีชีวิตที่สิ่งมีชีวิตสามารถใช้ปัจจัยต่างๆได้เต็มที่เท่าที่ต้องการตามธรรมชาติของสิ่งมีชีวิตนั้นๆ

2. วิถีชีวิตเกิดจริง (realized niche) หมายถึง วิถีชีวิตที่สิ่งมีชีวิตสามารถใช้ปัจจัยต่างๆได้จริงในธรรมชาติ การที่สิ่งมีชีวิตชนิดต่างๆมีวิถีชีวิตคล้ายคลึงกันทำให้เกิดการแก่งแย่งปัจจัยกัน ยิ่งวิถีชีวิตใกล้กันมากเท่าไรการแก่งแย่งจะสูงตามไปด้วย ถ้าจะให้สิ่งมีชีวิตที่มีความต้องการปัจจัยต่างๆคล้ายกันมาอยู่ร่วมกันในบริเวณเดียว สิ่งมีชีวิตเหล่านั้นต้องปรับตัวในการใช้ปัจจัยต่างๆแตกต่างกันออกไปบ้าง ทำให้ชีวิตของมันไม่ซ้อนทับกัน (overlap) การแบ่งสรรใช้ปัจจัยต่างๆเพื่อลดการแก่งแย่งแข่งขันระหว่างกัน เรียกว่าการแบ่งปันทรัพยากร (resource parititioning)

อิธิพลของความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิต

โครงสร้างของสังคมสิ่งมีชีวิตประกอบด้วยจำนวนชนิดของสิ่งมีชีวิต จำนวนของสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิด รูปแบบและโครงสร้างของสังคมพืช โครงสร้างที่เกี่ยวกับอาหาร ปัจจัยที่เป็นตัวกำหนดโครงสร้างสังคมสิ่งมีชีวิตแต่ละบริเวณมีหลายปัจจัย เช่น ขนาดของพื้นที่ความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตในสังคมสิ่งมีชีวิตนั้นๆ

การเปลี่ยนแปลงแทนที่ของสังคมสิ่งมีชีวิต

สังคมสิ่งมีชีวิตในแต่ละบริเวณหรือในแต่ละพื้นที่จะเกิดการเปลี่ยนแปลงได้จากสังคมสิ่งมีชีวิตหนึ่งไปเป็นอีกแบบหนึ่ง การเปลี่ยนแปลงอาจเกิดตามฤดูกาลหรือเกิดขึ้นเมื่อถูกรบกวนจากปัจจัยบางอย่าง การเปลี่ยนแปลงดังกล่าวเป็นการ เปลี่ยนแปลงแทนที่ (succession) แบ่งออก เป็น 2 แบบ

1. การเปลี่ยนแปลงแทนที่ปฐมภูมิ (primary succession) เป็นการเปลี่ยนแปลงแทนที่ของสังคมสิ่งมีชีวิตที่เกิดขึ้นในบริเวณที่ยังไม่เคยมีสิ่งมีชีวิตอาศัยอยู่ก่อน

2. การเปลี่ยนแปลงแทนที่ทุติยภูมิ (secondary succession) เป็นการเปลี่ยนแปลงแทนที่ที่เกิดขึ้นในบริเวณที่เดิมเคยมีสิ่งมีชีวิตอยู่ก่อนแล้วถูกทำลายไปจึงเกิดการเปลี่ยนแปลงแทนที่ของสังคมสิ่งมีชีวิตอีกครั้งหนึ่ง เช่น พื้นที่ป่าถูกทำลายเป็นพื้นที่โล่ง ต่อมามีต้นหญ้าขึ้นแล้วเปลี่ยนเป็นไม้พุ่มและในเวลาต่อมาก็กลับเป็นป่าในที่สุด

ระบบนิเวศ (Ecosystem)

ระบบนิเวศ (Ecosystem) คือ ความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตและสิ่งไม่มีชีวิตที่อยู่ร่วมกันในสิ่งแวดล้อมและระบบความสัมพันธ์ระหว่างกลุ่มของสิ่งมีชีวิตกับแหล่งที่อยู่อาศัย ความสัมพันธ์กันของระบบนิเวศ รวมถึงการถ่ายทอดพลังงานระหว่างสิ่งมีชีวิตและการหมุนเวียนของน้ำและแร่ธาตุต่างๆซึ่งจำเป็นต่อการดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิต เช่น คาร์บอน ไนโตรเจน ฟอสฟอรัสและซัลเฟอร์

ระบบนิเวศบนพื้นโลก ระบบนิเวศบนพื้นโลกแบ่งออกเป็น 2 ระบบใหญ่ คือ

1. ระบบนิเวศภาคพื้นดิน ประกอบด้วยสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่บนบก รวมถึงสัตว์ปีก สัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำและสิ่งไม่มีชีวิต โดยมีปัจจัยที่กำหนดความหลากหลายของระบบ คือ อุณหภูมิความชื้นและลักษณะดิน ระบนิเวศภาคพื้นดินมีหลายแบบ มีสำคัญ 4 แบบดังนี้

1.1 ระบบนิเวศแบบทะเลทราย

1.2 ระบบนิเวศแบบทุ่งหญ้า

1.3 ระบบนิเวศป่าไม้ แบ่งได้อีก 2 แบบย่อย คือ ป่าไม้ผลัดใบ และป่าไม้ไม่ผลัดใบ

1.4 ระบบนิเวศแบบทุนดรา อยู่บริเวณทุ่งหิมะแถบขั้วโลก อุณหภูมิต่ำมากพื้นดินปกคลุมด้วยน้ำแข็งตลอดไป

2. ระบบนิเวศภาคพื้นน้ำ ความหลากหลายจะถูกกำหนดด้วยปัจจัยของปริมาณออกซิเจนอุณหภูมิและแสงอาทิตย์ที่สามารถส่องผ่านสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ในแหล่งน้ำจะมีความแตกต่างกัน คือ สิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ที่บริเวณผิวน้ำได้แก่ กุ้ง ปู ปลา ส่วนที่ระดับความลึกลงไปซึ่งมีอุณหภูมิต่ำและปริมาณออกซิเจนน้อย เช่น หอยสองฝา แบคทีเรีย รา เป็นต้น ระบบ นิเวศประเภทนี้ ได้แก่

2.1 ระบบนิเวศน้ำจืด แบ่งได้อีก 2 ประเภท คือ น้ำนิ่ง น้ำไหล

2.2 ระบบนิเวศน้ำเค็ม

โครงสร้างของระบบนิเวศ ประกอบด้วยส่วนที่มีชีวิตและ ส่วนที่ไม่มีชีวิต ซึ่งในการศึกษาจะวิเคราะห์ข้อมูลเกี่ยวกับชนิด ปริมาณ สัดส่วน การกระจาย

ก. ส่วนที่มีชีวิต(Biotic component) ได้แก่ พืช สัตว์ และมนุษย์ ซึ่งแบ่งตามลำดับขั้นในการบริโภค (tropic lev el) ได้เป็น 3 ระดับ คือ

(1) ผู้ผลิต (producers) ส่วนมากคือพืชที่สังเคราะห์แสงได้ และสิ่งมีชีวิตที่ผลิตอาหารเองได้ (autotroph) เช่น แบคทีเรียบางชนิด

(2) ผู้บริโภค (consumers) คือสิ่งมีชีวิตที่ไม่สามารถสร้างอาหารเองได้ด้วยตนเอง (heterotroph) ดำรงชีวิต อยู่ด้วยการกินสิ่งมีชีวิตอื่น ได้แก่สัตว์ต่างๆซึ่งแบ่งเป็นขั้นๆ ดังนี้

ผู้บริโภคขั้นที่ 1

: สัตว์กินพืช (herbivores)

: สัตว์กินสัตว์ (carnivores)

: สัตว์กินทั้งสัตว์และพืช (omnivores)

(3) ผู้ย่อยสลาย (decomposers) ได้แก่ รา แบคทีเรีย/จุลินทรีย์ อาศัยอาหารจากสิ่งมีชีวิตอื่นที่ตายไปแล้ว โดยการย่อยสลายสารประกอบเชิงซ้อนเหล่านั้น (อินทรียสาร) เสียก่อนแล้ว ชจึงดูดซึมส่วนที่ย่อยสลายได้ไปใช้เป็นสารอาหารบางส่วน ส่วนที่เหลือจะปลดปล่อยออกไปสู่ดินเป็นประโยชน์แก่ผู้ผลิตต่อไป โครงสร้างของระบบนิเวศ

ข. ส่วนที่ไม่มีชีวิต (Abiotic component) ได้แก่ ส่วนที่ไม่มีชีวิต แบ่งออกเป็น

1. อนินทรียสาร เช่น คาร์บอน คาร์บอนไดออกไซด์ ไนโตรเจน ฟอสฟอรัส โพตัสเซียม น้ำและออกซิเจน เป็นต้น

2. อินทรียสาร เช่น โปรตีน คาร์โบไฮเดรต ไขมัน ฮิวมัส เป็นต้น สารอินทรีย์เหล่านี้เป็นสิ่งจำเป็นต่อชีวิต

3. สภาพแวดล้อมทางกายภาพ เช่น แสง อุณหภูมิ ความชื้น อากาศ ความเป็นกรด-ด่าง ความเค็ม ความชื้น ที่อยู่ อาศัย เป็นต้น

การถ่ายทอดพลังงาน

การถ่ายทอดพลังงาน องค์ประกอบของระบบนิเวศทั้งส่วนที่มีชีวิตและไม่มีชีวิตเกี่ยวข้องกับการถ่ายทอดพลังงานและสารอาหาร โดยเมื่อมีการกินต่อกันเป็นทอดๆการถ่ายทอดพลังงานจะลดลงไปตามล้าดับขั้นของการกิน (Trophic level) ที่สูงขึ้น โดยจะลดลงประมาณร้อยละ 90 ทุกๆ ครั้งที่เปลี่ยนล าดับขั้นของการกิน โดยจะเหลือพลังงานเพียงร้อยละ 10 ทำให้ผู้บริโภคในลำดับขั้นสูงๆจึงต้องบริโภคอาหารมากขึ้นเพื่อให้เพียงพอกับความต้องการพลังงาน พลังงานที่ลดลงไปส่วนใหญ่จะสูญเสียไปในรูปของความร้อนแต่สารอาหารจะยังคงมีอยู่เท่าเดิม การลดลงของพลังงานในแต่ละลำดับขั้นของการกินเรียกว่า กฎ 10 เปอร์เซ็นต์ (Ten percent law)

แสดงให้เห็นว่าพลังงานแสงจากอาทิตย์ที่ให้ต่อ ระบบนิเวศ 1,000,000 จูล ถ่ายทอดให้ผู้ผลิตได้ 10,000 จูล ถึงผู้บริโภคปฐมภูมิ 1,000 จูล ผู้บริโภคทุติยภูมิ 100 จูล ถึงผู้บริโภคตติยภูมิ 10 จูล

วัฏจักรชีวธรณีเคมี ในการดำรงชีวิตในระบบนิเวศ นอกจากการถ่ายทอดพลังงานแล้วยังมีสารต่างๆที่จำเป็นต่อการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิต จะมีการเปลี่ยนรูปและเคลื่อนย้ายหมุนเวียนอยู่ในบริเวณต่างๆของเปลือกโลกเป็นวัฏจักรแบบที่เรียกว่าวัฏจักรชีวธรณีเคมี (biogeochemical cycle) ในธรรมชาติสารจะเคลื่อนย้ายหมุนเวียนอยู่ระหว่างสิ่งมีชีวิตและสิ่งไม่มีชีวิต การเคลื่อนย้ายหมุนเวียนของสารจะเกี่ยวข้องเป็น 3 ประเภทใหญ่ๆ คือ
2.1 วัฏจักรน้ำ (water cycle)

2.2 วัฏจักรสารอาหารที่อยู่ในสถานะแก๊ส หรือวัฏจักรแก๊ส (gaseous)

2.3 วัฏจักรสารอาหารที่อยู่ในสภาวะตกตะกอนหรือวัฏจักรการตกตะกอน (sedimentary cycle)

วัฏจักรแก๊ส เป็นวัฏจักรของสารส่วนใหญ่อยู่ในรูปของแก๊สที่มีแหล่งสะสมที่สำคัญอยู่ในอากาศและอยู่ในสารละลายในแหล่งน้ำทั้งน้ำจืดและน้ำเค็ม เช่น วัฏจักรของออกซิเจน วัฏจักรของคาร์บอน วัฏจักรของไนโตรเจน

วัฏจักรการตกตะกอน ของสารส่วนใหญ่อยู่ในดินตะกอนใต้ท้องน้ำใต้ท้องทะเลหรือหินตามภูเขา เช่น วัฏจักรของฟอสฟอรัส การเคลื่อนย้ายในช่วงเวลาสั้นๆไปได้ไม่ไกล

วัฏจักรของน้ำ (water cycle) น้ำเป็นสารประกอบที่พบในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตถึง 90 เปอร์เซ็นต์ขององค์ประกอบทั้งหมด น้ำเป็นตัวกลาง มีคุณสมบัติเป็นตัวทำละลาย เป็นที่อยู่อาศัยของสิ่งมีชีวิต น้ำจึงเป็น สิ่งจำเป็นอย่างยิ่งต่อการดำรงของสิ่งมีชีวิต วัฏจักรของน้ำในระบบนิเวศเกิดจากกระบวนการระเหย การคายน้ำ การตกกลับมาของน้ำในอากาศ เช่น ฝน หิมะ ลูกเห็บ การระเหยของน้ำในทะเลและมหาสมุทรจะมากกว่าการตกกลับลงมาทำให้น้ำในอากาศส่วนหนึ่งถูกพัดพามาตกยังพื้นดิน น้ำจากพื้นแผ่นดินและน้ำใต้ดินที่จะมีกระบวนการต่างๆพัดพาลงสู่ทะเลมหาสมุทร ทำให้น้ำมีการหมุนเวียนอยู่บนโลกต่อไป