Posted by: pearwaleeporn | สิงหาคม 6, 2011

Biomes ม.4

สิ่งมีชีวิต  (organism)  จะดำรงชีวิตอยู่ได้อย่างสมดุลก็ต่อเมื่อ  องค์ประกอบของร่างกายที่ประกอบด้วยอวัยวะ  (organ) ต่างๆ  ทำงานร่วมกันอย่างเป็นระบบ  และต่างก็ทำงานประสานสอดคล้องกัน  นอกจากนี้สมบัติอีกอย่างหนึ่งของสิ่งมีชีวิตที่สำคัญนั้นก็คือ  สามารถแพร่พันธุ์และขยายพันธุ์ให้ลูกและหลานรุ่นต่อๆ  ไปได้  สิ่งมีชีวิตชนิดเดียวกันที่อาศัยอยู่ร่วมกันในแหล่งที่อยู่อาศัยเดียวกันในช่วงเวลาเดียวกัน เรียกว่า  ประชากร  (population)  ดังเช่นภาพแสดงประชากรของช้าง  นอกจากนี้ในแหล่งที่อยู่อาศัยเดียวกันนั้นย่อมมีสิ่งมีชีวิตมากกว่าหนึ่งชนิดอาศัยอยู่ร่วมกันเป็นกลุ่ม  เรียกว่า  กลุ่มสิ่งมีชีวิต  (community)  สิ่งมีชีวิตแต่ละกลุ่มเหล่านี้จะดำรงชีวิตอยู่ได้ในสภาพแวดล้อมเดียวกันนี้อย่างสมดุลก็ต่อเมื่อในสภาพแวดล้อมนั้นมีปัจจัยทางกายภาพที่เอื้ออำนวยต่อการดำรงชีวิตอยู่  เช่น  มีอุณหภูมิ  แสงสว่าง  หรือสภาพภูมิอากาศที่เหมาะสมนอกจากนี้สิ่งมีชีวิตเหล่านี้ต่างก็มีความสัมพันธ์ซึ่งกันและกันภายในกลุ่มเดียวกันและยังมีความสัมพันธ์กับสิ่งมีชีวิตต่างกลุ่มอีกด้วย  ความสัมพันธ์นั้นอาจเป็นในลักษณะของการช่วยเหลือเกื้อกูลกัน  การแก่งแย่งแข่งขันในเรื่องอาหารและที่อยู่อาศัย  หรือเป็นลักษณะของสิ่งมีชีวิตชนิดหนึ่งล่างสิ่งมีชีวิตอีกชนิดหนึ่งเพื่อเป็นอาหาร  เป็นต้น  ลักษณะของความสัมพันธ์ดังที่กล่าวมาทั้งหมดนี้รวมถึงความสัมพันธ์ระหว่างกลุ่มสิ่งมีชีวิตกับสภาพแวดล้อมทางกายภาพที่กลุ่มสิ่งมีชีวิตเหล่านี้อาศัยอยู่เรียกว่า  ระบบนิเวศ  (ecosystem)  ระบบนิเวศในโลกนี้มีหลายระบบด้วยกัน  ทั้งระบบนิเวศบนบกและระบบนิเวศในน้ำ  แต่ไม่ว่าจะเป็นระบบนิเวศใดก็ตามต่างก็รวมกันเป็น  โลกของสิ่งมีชีวิต  หรือ  ไบโอสเฟียร์  (biosphere) 

 ดังที่นักเรียนได้ทราบแล้วว่าในโลกนี้มีบริเวณต่างๆ  ทั้งบนบกและในน้ำรวมทั้งในอากาศที่สิ่งมีชีวิตสามารถแพร่กระจายอยู่ได้  บริเวณต่างๆ  เหล่านี้บางบริเวณก็มีสภาพแวดล้อมที่เหมือนกันและบางบริเวณก็มีสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน  ซึ่งสภาพแวดล้อมดังกล่าวนี้ถูกกำหนดด้วยลักษณะทางภูมิศาสตร์  นอกจากนี้สภาพภูมิศาสตร์ก็ยังเป็นตัวกำหนดกลุ่มสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ในแต่ละพื้นที่ด้วย  นักเรียนสงสัยหรือไม่ว่าสังคมของสิ่งมีชีวิตบนโลกนี้มีการแพร่กระจายในพื้นที่ต่างๆ  เป็นอย่างไร

 1.1  ไบโอม

          ไบโอม  (biomes)  หรือชีวนิเวศ  หมายถึงระบบนิเวศใดก็ตามที่มีองค์ประกอบของปัจจัยทางกายภาพ  เช่น  อุณหภูมิและความชื้น  และปัจจัยทางชีวภาพ  เช่น  พืชและสัตว์ที่คล้ายคลึงกันกระจายอยู่ในเขตภูมิศาสตร์ต่างๆ  กัน  เช่น  ไบโอมทะเลทรายพบได้ที่ทวีปออสเตรเลีย  ทวีปแอฟริกา  และทวีปเอเชีย  ไบโอมทุนดราพบได้ที่ทวีปอเมริกาเหนือ  ยุโรป  และเอเชีย  เป็นต้น  นอกจากนี้พบว่าสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ในไบโอมต่างๆ  นี้  ต้าองมีการปรับตัวให้เข้ากับปัจจัยทางกายภาพในแต่ละเขตภูมิศาสตร์นั้นๆ  ด้วย

          ไบโอมมีทั้งไบโอมบนบกและไบโอมในน้ำ  โดยแพร่กระจายอยู่ตามเขตภูมิศาสตร์ต่างๆ  ในโลกนี้  ดังภาพที่  1-2  ก.  และ  ข.

          1.1.1  ไบโอมบนบก  (terrestrial biomes)

          ใช้เกณฑ์ปริมาณน้ำฝนและอุณหภูมิเป็นตัวกำหนด  ไบโอมบนบกที่มีอยู่ในโลกนี้ที่สำคัญที่จะกล่าวถึง  ได้แก่  ป่าดิบชื้น  ป่าผลัดใบในเขตอบอุ่น  ทุ่งหญ้าเขตอบอุ่น  สะวันนา  ป่าสน  ทะเลทราย  และทุนดรา  เป็นต้น

          ป่าดิบชื้น  (tropical rain forest)

          พบได้ในบริเวณใกล้เขตเส้นศูนย์สูตรของโลกในทวีปอเมริกากลาง  ทวีปอเมริกาใต้  ทวีปแอฟริกา  ทวีปเอเชียตอนใต้  และบริเวณบางส่วนของหมู่เกาะแปซิฟิก  ลักษณะของภูมิอากาศร้อนและชื้น  มีฝนตกตลอดปี  ปริมาณน้ำฝนเฉลี่ย  200-400  เซนติเมตรต่อปี  ในป่าชนิดนี้พบพืชและสัตว์หลากหลายนับพันสปีชีส์  เป็นป่าที่มีความอุดมสมบูรณ์สูงมาก  ดังภาพ  1-3

          ป่าผลัดใบในเขตอบอุ่น  (temperate deciduous forest)

          พบกระจายทั่วไปในเขตละติจูดกลาง  ซึ่งมีปริมาณความชื้นเพียงพอที่ต้นไม้ใหญ่จะเจริญเติบโตได้  โดยมีปริมาณน้ำฝนเฉลี่ย  100  เซนติเมตรต่อปีและมีอากาศค่อนข้างเย็น  ในป่าชนิดนี้ต้นไม้จะทิ้งใบหรือผลัดใบก่อนที่จะถึงฤดูหนาวและจะเริ่มผลิใบอีกครั้งหลังจากฤดูหนาวผ่านพ้นไปแล้ว  ต้นไม้ที่พบมีหลากหลายทั้งไม้ต้น  ไม้พุ่ม  รวมถึงพืชล้มลุก  ดังภาพที่  1-4

          ป่าสน  (coniferous forest)

          ป่าสน ป่าไทกา  (taiga)  และป่าบอเรียล  (boreal)  เป็นป่าประเภทเดียวกันที่มีต้นไม้เขียวชะอุ่มตลอดปี  พบได้ทางตอนใต้ของแคนาดา  ทางตอนเหนือของทวีปอเมริกาเหนือ  ทวีปเอเชีย  และทวีปยุโรป  ในเขตละติจูดตั้งแต่  45-67  องศาเหนือ  ลักษณะของภูมิอากาศมีฤดูหนาวค่อนข้างยาวนาน  อากาศเย็นและแห้ง  พืชเด่นที่พบ  ได้แก่  พืชจำพวกสน  เช่น  ไพน์  (pine)  เฟอ  (pir)  สพรูซ  (spruce)  และ  เฮมลอค  (hemlock)  เป็นต้น  ดังภาพที่  1-5

          ทุ่งหญ้าเขตอบอุ่น  (temperate grassland)

          ทุ่งหญ้าเขตอบอุ่น  หรือที่รู้จักกันในชื่อของทุ่งหญ้าแพรี่  (prairie)  ในตอนกลางของทวีปอเมริกาเหนือ  และทุ่งหญ้าสเตปส์  (steppes)  ของประเทศรัสเซีย  เป็นต้น  สภาพภูมิอากาศมีปริมาณน้ำฝนเฉลี่ย  25-50  เซนติเมตรต่อปี  ทุ่งหญ้าเขตอบอุ่นนี้เหมาะสำหรับการทำการกสิกรรมและปศุสัตว์  เพราะดินมีความอุดมสมบูรณ์สูงมีหญ้านานาชนิดขึ้นอยู่  ส่วนใหญ่พบมีการทำเกษตรกรรมควบคู่ในพื้นที่นี้ด้วย  ดังภาพที่  1-6

          สะวันนา  (savanna)

          สะวันนา  เป็นทุ่งหญ้าที่พบได้ในทวีปแอฟริกา  ทวีปอเมริกาใต้  ทวีปออสเตรเลีย  และพบบ้างทางตะวันออกเฉียงใต้ของทวีปเอเชีย  ลักษณะของภูมิอากาศร้อน  พืชที่ขึ้นส่วนใหญ่เป็นหญ้าและมีต้นไม้ขึ้นกระจายเป็นหย่อมๆ  ในฤดูร้อนมักมีไฟป่าเกิดขึ้นอยู่เสมอๆ  ดังภาพที่  1-7

          ทะเลทราย  (desert)

          ทะเลทราย  พบได้ทั่วไปในโลกในพื้นที่ที่มีปริมาณน้ำฝนเฉลี่ยน้อยกว่า  25  เซนติเมตรต่อปี  ทะเลทรายบางแห่งร้อนมากมีอุณหภูมิเหนือผิวดินสูงถึง  60  องศาเซลเซียสตลอดวันบางแห่งค่อนข้างหนาวเย็น  พืชที่พบในไบโอมทะเลทรายนี้มีการป้องกันการสูญเสียน้ำโดยใบลดรูปเป็นหนาม  ลำต้นอวบเก็บสะสมน้ำ  ทะเลทรายที่รู้จักกันโดยทั่วไปได้แก่  ทะเลทรายซาฮารา  (Sahara)  ในทวีปแอฟริกา  ทะเลทรายโกบี  (Gobi)  ในประเทศจีน  และทะเลทรายโมฮาวี  (Mojave)  ในรัฐแคลิฟอร์เนียของประเทศสหรัฐอเมริกา  ดังภาพที่  1-8

          ทุนดรา  (tundra)

          ทุนดรา  เป็นเขตที่มีฤดูหนาวค่อนข้างยาวนาน  ฤดูร้อนช่วงสั้นๆ  ลักษณะเด่นคือ  ชั้นของดินที่อยู่ต่ำจากผิวดินชั้นบนลงไปจะจับตัวเป็นน้ำแข็งอย่างถาวร  ทุนดราพบทางตอนเหนือของทวีปอเมริกาเหนือและยูเรเชีย  พบพืชและสัตว์อาศัยอยู่น้อยชนิด  ปริมาณน้ำฝนน้อยมาก  ในฤดูร้อนช่วงสั้นๆ  น้ำแข็งที่ผิวหน้าดินจะละลาย  แต่เนื่องจากน้ำไม่สามารถซึมผ่านลงไปในชั้นน้ำแข็งได้จึงท่วมขังอยู่บนผิวดิน  ทำให้ปลูกพืชได้ในระยะสั้นๆ  พืชที่พบจะเป็นพวกไม้ดอกและไม้พุ่ม  นอกจากนี้ยังพบพวกสิ่งมีชีวิตชั้นต่ำ  เช่น  ไลเคนด้วย  ดังภาพที่  1-9

  • พืชเด่นที่พบในไบโอมบนบกแต่ละชนิดได้แก่  อะไรบ้าง
  • ถ้าพิจารณาจากลักษณะของไบโอมบนบกที่ได้กล่าวมาแล้ว  ประเทศไทยพบไบโอมบนบกชนิดใดบ้างและอยู่ในภาคใดของประเทศ

1.1.2  ไปโอมในน้ำ  (aquatic biomes)

ไบโอมในน้ำ  ที่พบเป็นองค์ประกอบหลักในไบโอสเฟียร์นั้นประกอบด้วย  ไบโอมแหล่งน้ำจืด  (freshwater biomes)  และไบโอมแหล่งน้ำเค็ม  (marine biomes)  และพบกระจายอยู่ทั่วเขตภูมิศาสตร์ในโลกนี้  ดังแสดงในภาพที่  1-2  ข.

          แหล่งน้ำจืด

          โดยทั่วไปประกอบด้วยแหล่งน้ำนิ่ง  เช่น  สระ  หนองหรือบึง  และทะเลสาบ  กับแหล่งน้ำไหลซึ่งได้แก่  ธารน้ำไหลและแม่น้ำ  เป็นต้น

          แหล่งน้ำเค็ม

          ประกอบด้วยทะเลสาบ  ทะเล  และมหาสมุทร  ซึ่งพบในปริมาณมากมีถึงร้อยละ  71  ของพื้นที่ผิวโลกและมีความลึกมาก  โดยมีความลึกเฉลี่ยถึง  3,750  เมตร  แหล่งน้ำเค็มจะแตกต่างกับแหล่งน้ำจืดโดยที่มีน้ำขึ้นและน้ำลงเป็นปัจจัยทางกายภาพที่สำคัญ

          นอกจากนี้พบว่ายังมีช่วงรอยต่อระหว่างแหล่งน้ำจืดและแหล่งน้ำเค็มมาบรรจบกันทำให้น้ำบริเวณนั้นเป็นน้ำกร่อยและเกิดเป็น  แหล่งน้ำกร่อย  (estuaries)  ซึ่งมักจะพบตามบริเวณปากแม่น้ำ  การขึ้นลงของกระแสน้ำมีอิทธิพลต่อการเปลี่ยนแปลงค่าความเค็มของน้ำในแหล่งน้ำกร่อยเป็นอย่างมาก  ทำให้ในรอบวันมีการแปรผันของความเค็มของน้ำ  ซึ่งนักเรียนจะได้ศึกษารายละเอียดในเรื่องระบบนิเวศป่าชายเลน

  • ก. การสำรวจระบบนิเวศแหล่งน้ำ

              วัสดุอุปกรณ์

    1. ไม้เมตรหรือตลับเมตร            2. เทอร์มอมิเตอร์

    3. เซคคิดิสก์                         4. ขวดเก็บตัวอย่างน้ำ

    5. ปากคีบ                           6. ถาดพลาสติกสีขาวหรือสีอ่อนๆ  หรือสีสะท้อนแสง

    7. ถุงลากแพลงก์ตอน               8. แว่นขยาย

    9. กล้องจุลทรรศน์                  10. สไลด์หลุมและกระจกปิดสไลด์

    11. แท่งแก้วคนสาร                 12. กระดาษยูนิเวอร์ซับอินดิเคเตอร์

    ศึกษาสภาพทางกายภาพบางประการ

              1. สำรวจสภาพแวดล้อมโดยทั่วไปรอบๆ  บริเวณนั้น  เช่น  ร่มเงา  การไหลของกระแสน้ำ  สภาพของน้ำ  สภาพของแหล่งน้ำ  เช่น  ห้วย  หนอง  คลอง  บึง  แม่น้ำ  ตลอดจนอาคารบ้านเรือนหรือสิ่งก่อสร้างที่อยู่รอบๆ  หรือบริเวณใกล้เคียงแหล่งน้ำนั้น

              2. สังเกต  สี  กลิ่น  สิ่งปนเปื้อนในแหล่งน้ำ

              3. วัดการส่องผ่านของแสงลงสู่แหล่งน้ำ  โดยใช้เซคคิดิสก์  (sechi-disc)  นำเซคคิดิสก์ผูกติดกับเชือกซึ่งทำเครื่องหมายบอกระยะความยาวไว้  หย่อนเซคคิดิสก์ลงในแหล่งน้ำจนกระทั่งถึงจุดที่เริ่มมองไม่เห็นเซคคิดิสก์  อ่านค่าความลึกจากเครื่องหมายบนเส้นเชือก  จากนั้นปล่อยให้เส้นเชือกลงไปอีกเล็กน้อยแล้วค่อยๆ  ยกขึ้นจนเริ่มมองเห็นแผ่นเซคคิดิสก์อีกครั้ง  อ่านค่าความลึกจากเครื่องหมายบนเส้นเชือก  นำค่าที่อ่านได้ทั้ง  2  ครั้งมาหาค่าเฉลี่ย  ซึ่งจะเป็นค่าการส่องผ่านของแสงในแหล่งน้ำนั้น

              4. วัดอุณหภูมิของน้ำนแหล่งน้ำ

                       4.1 วัดอุณหภูมิน้ำที่ผิวน้ำ  โดยใข้เทอร์มอมิเตอร์หย่อนลงในน้ำลึกประมาณ  5-6  เซนติเมตร  อ่านค่าและบันทึกผล

                       4.2 วัดอุณหภูมิน้ำที่ระดับความลึกจากผิวน้ำอย่างน้อย  20  เซนติเมตร  (อาจวัดในระดับที่ลึกกว่า  20  เซนติเมตรตามการออกแบบเพื่อศึกษาได้)  โดยใช้ขวดเก็บตัวอย่างน้ำ  (ดังภาพ)  หย่อนลงไปในน้ำลึก  20  เซนติเมตร  กระตุกเชือกให้ฝาขวดเปิดและให้น้ำไหลเข้าขวดจนเต็มแล้วดึงเชือกและขวดขึ้นมา  รีบหย่อนเทอร์มอมิเตอร์ลงในขวดแล้ววัดอุณหภูมิของน้ำทันที  อ่านค่าและบันทึกผล  (น้ำในขวดเก็บตัวอย่างให้นำไปเทลงในถาดพลาสติกสีขาว  เพื่อศึกษาสิ่งมีชีวิตต่อไป)

              5. วัดความเป็นกรด-เบส  (pH)  ของน้ำ

                       5.1 วัดความเป็นกรด-เบสของน้ำที่ผิวน้ำ  โดยใช้แท่งแก้วคนสารแตะน้ำที่ผิวน้ำมาแตะบนกระดาษยูนิเวอร์ซัลอินดิเคเตอร์  นำไปเทียบกับแถบสีมาตรฐาน  อ่านค่าและบันทึกผล

                       5.2 วัดความเป็นกรด-เบสของน้ำที่ระดับความลึก  20  เซนติเมตร  โดยใช้แท่งแก้วคนสารแตะน้ำในขวดเก็บตัวอย่างน้ำแล้วปฏิบัติเช่นเดียวกับการวัดความเป็นกรด-เบสที่ผิวน้ำ

    หมายเหตุ  :  การวัดอุณหภูมิและความเป็นกรด-เบสควรวัดหลายจุดให้กระจายทั่วบริเวณที่สำรวจ  แต่ละจุดวัดอย่างน้อย  3  ครั้ง  หาค่าเฉลี่ยแล้วบันทึกผล

    แหล่งน้ำจืดและแหล่งน้ำเค็มแตกต่างกัน  อย่างไร

นักเรียนจะเห็นได้ว่าทั้งไบโอมบนบกและไบโอมในน้ำ  จัดได้ว่าเป็นแหล่งรวมของระบบนิเวศทั้งบนบกและในน้ำที่มีขนาดใหญ่ที่สุดที่กระจายอยู่ตามเขตภูมิศาสตร์ต่างๆ  ในโลกนักเรียนทราบหรือไม่ว่ามีระบบนิเวศอะไรบ้างที่ประกอบเป็นไบโอมบนบกและไบโอมในน้ำ

1.2  ความหลากหลายของระบบนิเวศ

          บริเวณต่างๆ  ของผิวโลกมีการแบ่งเขตพื้นที่ออกเป็นทวีปตามลักษณะทางภูมิศาสตร์  ดังนั้นจะเห็นได้ว่าในแต่ละทวีปจะมีลักษณะทางภูมิศาสตร์ที่เฉพาะ  ซึ่งความแตกต่างกันของลักษณะทางภูมิศาสตร์นี้จะมีผลต่อการกำหนดลักษณะของสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ในเขตภูมิศาสตร์นั้นด้วย

          ในระบบนิเวศหนึ่งๆ  จะมีสิ่งมีชีวิตชนิดต่างๆ  อาศัยอยู่  บ้างก็กระจัดกระจาย  บ้างก็อยู่รวมกันเป็นกลุ่ม  สิ่งมีชิตที่อาศัยอยู่ในระบบนิเวศนั้นต้องมีการปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมทางกายภาพและชีวภาพ  นอกจากนี้ระบบนิเวศนั้นๆ  จะอยู่ในสภาวะสมดุลได้ก็ต่อเมื่อมีการถ่ายทอดพลังงานในสิ่งมีชีวิตและมีการหมุนเวียนแลกเปลี่ยนสารกลับคืนสู่ระบบนิเวศ

  • การถ่ายทอดพลังงานในสิ่งมีชีวิตและการหมุ่นเวียนแลกเปลี่ยนสารในระบบนิเวศก่อให้เกิดสภาวะสมดุลทางธรรมชาติได้อย่างไร

1.2.1  การศึกษาระบบนิเวศ

          ระบบนิเวศในโลกนี้สามารถแบ่งออกได้เป็น  2  ระบบตามลักษณะของแหล่งที่อยู่อาศัย  คือ  ระบบนิเวศบนบก  (terrestrial ecosystem)  และระบบนิเวศในน้ำ  (aquatic ecosystem)  วิชาที่ว่าด้วยการศึกษาระบบนิเวศเรียกว่า  นิเวศวิทยา  (Ecology)  ซึ่งเป็นการศึกษาในระดับสิ่งมีชีวิตขึ้นไป

          ระบบนิเวศบนบกและระบบนิเวศในน้ำ  แม้ว่าจะมีลักษณะของแหล่งที่อยู่อาศัยต่างกันแต่พบว่าทั้งสองระบบนี้ต่างก็มีองค์ประกอบของระบบที่เหมือนกันคือ  ประกอบด้วยปัจจัยทางกายภาพและปัจจัยทางชีวภาพ  นักเรียนทราบหรือไม่ว่าปัจจัยทางกายภาพและปัจจัยทางชีวภาพของระบบนิเวศบนบกและระบบนิเวศในน้ำเหมือนหรือแตกต่างกันอย่างไร

กิจกรรมที่  1.1  ระบบนิเวศในท้องถิ่น

          ให้นักเรียนออกแบบสำรวจระบบนิเวศในท้องถิ่นที่นักเรียนอาศัยอยู่  เพื่อนำข้อมูลที่ได้จากการสำรวจนั้นมาวิเคราะห์ว่า  ระบบนิเวศในท้องถิ่นของนักเรียนมีสภาพเป็นอย่างไร  มีสิ่งใดที่นักเรียนคิดว่าเป็นปัญหาที่อาจส่งผลกระทบต่อระบบนิเวศ  และนักเรียนจะมีวิธีการที่จะแก้ไขปัญหานั้นได้อย่างไร  โดยมีแนวทางในการปฏิบัติกิจกรรมดังนี้

          1. นักเรียนร่วมกันเขียนแผนผังและกำหนดขอบเขต  หรือบริเวณที่จะทำการสำรวจระบบนิเวศในท้องถิ่นของนักเรียน  ควรเลือกพื้นที่ที่มีทั้งระบบนิเวศในน้ำและระบบนิเวศบนบก

          2. แบ่งกลุ่มและกำหนดบริเวณที่จะสำรวจสภาพแวดล้อมตามธรรมชาติ  แต่ละกลุ่มเลือกศึกษาระบบนิเวศใดระบบนิเวศหนึ่งเพียงระบบเดียวเท่านั้น  โดยศึกษาทั้งปัจจัยทางกายภาพและปัจจัยทางชีวภาพ

          3. นำข้อมูลที่ได้จากการสำรวจมาวิเคราะห์และอภิปรายผล  ตามประเด็นในรายละเอียดที่ระบุไว้ในกิจกรรม

ก. การสำรวจระบบนิเวศแหล่งน้ำ

วัสดุอุปกรณ์

          1. ไม้เมตรหรือตลับเมตร            2. เทอร์มอมิเตอร์

          3. เซคคิดิสก์                         4. ขวดเก็บตัวอย่างน้ำ

          5. ปากคีบ                           6. ถาดพลาสติกสีขาวหรือสีอ่อนๆ  หรือสีสะท้อนแสง

          7. ถุงลากแพลงก์ตอน               8. ้ฯ่นขยḲา

          9. กล้องจุลทรรศน์                  10. สไลด์หลุมและกระจกปิดสไลด์

          11. แท่งแก้วคนสาร       ĉ12. กระดาษยูนิเวอร์ซัลอินดิเคเตอร์
ศึกษาสภṲพทางกายภาพบาḇประการ

          1. สำรวจสภาพแวดล้อมโดยทั่วไปรอบๆ  บรḴเวำนั้นР เช่น  ร่มเง༲  การไหลของกระཁสน้ำ  สภาพของน้ำ !สภาพของแฯล่งน้ำ  เช่น  ห้วย  หนอง  คลอง  บึง  แม่น้ำ  ตลอดจนอาคารบ้านเรือนหรือสิ่งก่อสร้างที่อยู่รอบๆ  หรือบริเวณใกล้เคียงแหล่งน้ำมัน

          2. สังเกต  สี  กลิ่น  สิ่งปนเปื้อนในแหล่งน้ำ

          3. วัดการส่องผ่านของแสงลงสู่แหล่งน้ำ  โดยใช้เซคคิดิสก์  (sechi-disc)  นำเซคคิดิสก์ผูกติดกับเชือกซึ่งทำเครื่องหมายบอกระยะความยาวไว้แล้ว  หย่อนเซคคิดิสก์ลงในแหล่งน้ำจนกระทั่งถึงจุดที่เริ่มมองไม่เห็นเซคคิดิสก์  อ่านค่าความลึกจากเครื่องหมายบนเส้นเชือก  จากนั้นให้ปล่อยเส้นเชือกลงไปอีกเล็กน้อยแล้วค่อยๆ  ยกขึ้นจนเริ่มมองเห็นแผ่นเซคคิดิสก์อีกครั้ง  อ่านค่าความลึกจากเครื่องหมายบนเส้นเชือก  นำค่าที่อ่านได้ทั้ง  2  ครั้งมาหาค่าเฉลี่ย  ซึ่งจะเป็นค่าการส่องผ่านของแสงในแหล่งน้ำนั้น

          4. วัดอุณหภูมิของน้ำในแหล่งน้ำ

                   4.1 วัดอุณหภูมิน้ำที่ผิวน้ำ  โดยใช้เทอร์มอมิเตอร์หย่อนลงในน้ำลึกประมาณ  5-6  เซนติเมตร  อ่านค่าและบันทึกผล

                   4.2 วัดอุณหภูมิน้ำที่ระดับความลึกจากผิวน้ำอย่างน้อย  20  เซนติเมตร  (อาจวัดในระดับ  ที่ลึกกว่า  20  เซนติเมตรตามการออกแบบเพื่อศึกษาได้)  โดยใช้ขวดเก็บตัวอย่างน้ำ  (ดังภาพ)  หย่อนลงไปในน้ำลึก  20  เซนติเมตร  กระตุกเชือกให้ฝาขวดเปิดและให้น้ำไหลเข้าขวดจนเต็มแล้วดึงเชือกและขวดขึ้นมา  รีบหย่อนเทอร์มอมิเตอร์ลงในขวดแล้ววัดอุณหภูมิของน้ำทันที  อ่านค่าและบันทึกผล  (น้ำในขวดเก็บตัวอย่างให้นำไปเทลงในถาดพลาสติกสีขาว  เพื่อศึกษาสิ่งมีชีวิตในน้ำต่อไป)

          5. วัดความเป็นกรด-เบส  (pH)  ของน้ำ

                   5.1 วัดความเป็นกรด-เบสของน้ำที่ผิวน้ำ  โดยใช้แท่งแก้วคนสารแตะน้ำที่ผิวน้ำมาแตะบนกระดาษยูนิเวอร์ซัลอินดิเคเตอร์  นำไปเทียบกับแถบสีมาตรฐาน  อ่านค่าและบันทึกผล

                   5.2 วัดความเป็นกรด-เบสของน้ำที่ระดับความลึก  20  เซนติเมตร  โดยใช้แท่งแก้วคนสารแตะน้ำในขวดเก็บตัวอย่างน้ำแล้วปฏิบัติเช่นเดียวกับการวัดความเป็นกรด-เบสที่ผิวน้ำ

หมายเหตุ  :  การวัดอุณหภูมิและความเป็นกรด-เบสควรวัดหลายจุดให้กระจายทั่วบริเวณที่สำรวจ  แต่ละจุดวัดอย่างน้อย  3  ครั้ง  หาค่าเฉลี่ยแล้วบันทึกผล

ศึกษาสิ่งมีชีวิตในแหล่งน้ำ

          6. สังเกตสิ่งมีชีวิตบนผิวน้ำ  ทั้งชนิด  จำนวน  ลักษณะและการกระจายของสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิด  บันทึกผล

          7. เก็บตัวอย่างพืชที่ลอยน้ำ  เช่น  สาหร่าย  จอก  และแหน  เป็นต้น  มาล้างในถาดพลาสติกที่มีน้ำสะอาด  สังเกตลักษณะและจำนวนสิ่งมีชีวิตที่ร่วงหล่นอยู่ในถาด  บันทึกผล

          8. ใช้ถุงลากแพลงก์ตอนเก็บตัวอย่างแพลงก์ตอนในน้ำ  โดยค่อยๆ  ลากถุงไปตามผิวน้ำแล้วนำขึ้นมาเทลงในถาดพลาสติกและใช้ถุงลากที่ระดับความลึก  20  เซนติเมตรด้วย  เพื่อศึกษาสิ่งมีชีวิตด้วยตาเปล่าและแว่นขยาย  ดูดน้ำบางส่วนใส่สไลด์หลุ่มเพื่อศึกษาด้วยกล้องจุลทรรศน์  บันทึกลักษณะสิ่งมีชีวิตที่พบ

หมายเหตุ  :  เมื่อนำสิ่งมีชีวิตขึ้นมาศึกษาเสร็จแล้วให้นำกลับคือสู่สิ่งแวดล้อมเดิม

ข. การสำรวจระบบนิเวศบนบก

วัสดุอุปกรณ์

          1. ไม้เมตรหรือตลับเมตร            7. พลั่วขุดดิน

          2. เทอร์มอมิเตอร์                   8. บีกเกอร์ขนาด  100  cm3

          3. แว่นขยาย                        9. แท่งแก้วคนสาร

          4. กรอบนับประชากร              10. กระดาษยูนิเวอร์ซัลอินดิเคเตอร์

          5. ชุดสำรวจสิ่งมีชีวิตในดิน         11. น้ำกลั่น

          6. เครื่องชั่ง

ศึกษาสภาพทางกายภาพบางประการ

1. สำรวจสภาพแวดล้อมโดยทั่วไปรอบๆ  บริเวณนั้น  เช่น  คุณภาพอากาศจากการสัมผัส  การมองเห็นหรือได้กลิ่น  ได้แก่  ฝุ่นละออง  ควัน  เขม่า  กลิ่น  เสียง  กองขยะ  สภาพการจราจร  และสิ่งก่อสร้าง  เป็นต้น

2. สังเกตลักษณะของดินว่าเป็นดินร่วน  ดินทราย  หรือดินเหนียว  และสี  กลิ่น  ความชื้น  ตลอดจนสิ่งปนเปื้อนในดินบริเวณนั้น

3. วัดอุณหภูมิของดิน

          3.1 วัดอุณหภูมิของดินชั้นบน  โดยเสียบเทอร์มอมิเตอร์ลงในดินลึกประมาณ  5-6  เซนติเมตร  อ่านค่าและบันทึกผล

          3.2 วัดอุณหภูมิของดินที่ระดับความลึกอย่างน้อย  20  เซนติเมตร  (อาจลึกกว่า  20  เซนติเมตร  ตามการออกแบบเพื่อศึกษาได้)  โดยขุดดินให้เป็นหลุมกว้าง  20  เซนติเมตร  ยาว  20  เซนติเมตร  ลึกประมาณ  25  เซนติเมตร  เสียบเทอร์มอมิเตอร์เข้าไปในเนื้อดินด้านข้างหลุมที่ระดับความลึก  20  เซนติเมตร  (ดังภาพ)  อ่านค่าและบันทึกผล  (นำดินที่ขุดขึ้นมาตั้งแต่ผิวดินจนถึงระดับ  5  เซนติเมตรและดินที่ความลึก  20  เซนติเมตรแยกใส่ภาชนะเพื่อนำไปศึกษาสิ่งมีชีวิตต่อไป)

4. วัดความเป็นกรด-เบส  (pH)  ของดิน

          4.1 วัดความเป็นกรด-เบสของดินชั้นบน  โดยชั่งดิน  50  กรัมใส่ในบีกเกอร์เติมน้ำกลั่น  50  cm3  คนให้เนื้อดินผสมกับน้ำ  ตั้งทิ้งไว้ให้ตกตะกอนแล้วใช้แท่งแก้วจุ่มน้ำส่วนที่ใสแตะลงบนกระดาษยูนิเวอร์ซัลอินดิเคเตอร์  นำไปเทียบกับแถบสีมาตรฐาน  อ่านค่าและบันทึกผล

          4.2 วัดความเป็นกรด-เบสของดินที่ระดับความลึก  20 เซนติเมตร  โดยปฏิบัติเช่นเดียวกับการวัดความเป็นกรด-เบสของดินชั้นบน

หมายเหตุ  :  การวัดอุณหภูมิและความเป็นกรด-เบส  ควรวัดหลายจุดให้กระจายทั่วบริเวณที่สำรวจแต่ละจุดวัดอย่างน้อย  3  ครั้ง  หาค่าเฉลี่ย  แล้วบันทึกผล

ศึกษาสิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศบนบก

          5. สังเกตชนิด  จำนวน  ลักษณะ  และการกระจายของสิ่งมีชีวิตทั้งพืชและสัตว์บนพื้นดิน  บันทึกผล

          6. ศึกษาสิ่งมีชีวิตในดินโดยใช้อุปกรณ์ชุดสำรวจสิ่งมีชีวิตในดิน  (ดังภาพ)  นำดินชั้นบนที่ขุดในข้อ  3  (ลึกประมาณ  5-6  เซนติเมตร)  วงบนตะแกรงที่มีตาถี่ขนาด  5-10  มิลลิเมตร  แล้ววางตะแกรงบนภาชนะรูปกรวยหรือกรวยกรอง  เปิดไฟทิ้งไว้ประมาณ  24  ชั่วโมง  สิ่งมีชีวิตจะเคลื่อนตัวหนีความร้อนลงสู่ภาชนะ  ศึกษาสิ่งมีชีวิตและบันทึกผล  แล้วนำสิ่งมีชีวิตกลับคืนลงดินตามเดิม

          7. สำรวจชนิด  จำนวน  และลักษณะสิ่งมีชีวิตที่อยู่ใต้ขอนไม้  บนต้นไม้  ก้อนหิน  ในบริเวณนั้นด้วย

          8. หาความหนาแน่นของประชากรสิ่งมีชีวิตในบริเวณนั้น  โดยใช้กรอบนับประชากรขนาด  50  เซนติเมตร  x  50  เซนติเมตรในการศึกษาประชากรสิ่งมีชีวิตบนบก  โดยวางทาบลงบนพื้นที่ศึกษา  นับจำนวนสิ่งมีชีวิตที่พบทั้งพืชและสัตว์ในแต่ละช่องจนครบทั้งกรอบเป็นจำนวนประชากรในพื้นที่  1/4  ตารางเซนติเมตร  สุ่มนับจำนวนประชากรหลายจุดแล้วหาค่าเฉลี่ยและคำนวนค่าความหน่าแน่นของประชากรจากสูตร

 9. วัดความหนาแน่นของเรือนยอดต้นไม้ในบริเวณที่สำรวจ  โดยใช้เดนซิโอมิเตอร์  (densitometer)  ดังนี้

          9.1 กำหนดขนาดพื้นที่ที่ต้องการสำรวจประมาณ  5 เมตร  x  5  เมตร  ใช้เชือกขึงรอบพื้นที่เป็นรูปสี่เหลี่ยมแล้วหาจุดกึ่งกลางของพื้นที่จากเส้นทแยงมุมตัดกัน

          9.2 เริ่มการวัด  โดยยืนที่จุดกึ่งกลางของพื้นที่ถือเดนซิโอมิเตอร์ให้อยู่ในแนวดิ่งเหนือศีรษะ  แล้วมองผ่านเดนซิโอมิเตอร์ขึ้นไป  จัดแหวนโลหะที่แขวนไว้ใต้เดนซิโอมิเตอร์ให้ตรงกับจุดตัดของเครื่องหมายกากบาทที่ด้านบนของท่อ  มองผ่านช่องว่างไปยังเรือนยอดต้นไม้เหนือศีรษะ  สังเกตดูว่าพบส่วนใดส่วนหนึ่งของพืชอยู่บนจุดตัดของเครื่องหมายกากบาทหรือไม่  ถ้าพบให้บันทึกเครื่องหมาย  +  ลงในตารางถ้าไม่พบให้บันทึกเครื่องหมาย

          9.3 เดินออกไปตามเส้นทแยงมุมอีก  1  ก้าว  แล้วสังเกตความหนาแน่นของเรือนยอดตามวิธีการในข้อ  9.2  ทำเช่นนี้ไปทุกก้าวจนครบทั้ง  4  มุมของพื้นที่

          9.4 นำข้อมูลที่บันทึกได้มาคำนวณห่าความหนาแน่นของเรือนยอดต้นไม้บริเวณที่สำรวจ  ด้วยสูตร

ความหนาแน่นของเรือนยอดต้นไม้  =  ผลรวมของจำนวนครั้งที่พบ  (เครื่องหมาย  +)  x  100

                                                          จำนวนครั้งที่สังเกต

10. นักเรียนแต่ละกลุ่มนำข้อมูลจาการสำรวจมาหาความสัมพันธ์และร่วมกันวิเคราะห์อภิปรายผลในประเด็นดังต่อไปนี้

          10.1 สภาพแวดล้อมทางกายภาพโดยรวมของระบบนิเวศในท้องถิ่นที่สำรวจเป็นอย่างไร

          10.2 ความสัมพันธ์ระหว่างสภาพแวดล้อมทางกายภาพกับสิ่งมีชีวิตที่พบในแต่ละบริเวณเป็นอย่างไร

          10.3 ในบริเวณที่ศึกษามีความหลากหลายของสิ่งมีชีวิต  ทั้งปริมาณ  สัดส่วน  และการกระจายเป็นอย่างไร  เหตุใดจึงเป็นเช่นนั้น

          10.4 นอกจากระบบนิเวศในท้องถิ่นของนักเรียนแล้ว  ระบบนิเวศในบริเวณโรงเรียนของนักเรียนเป็นอย่างไร  นักเรียนคิดว่ามีสิ่งใดบ้างที่ดีและมีประโยชน์  มีสิ่งใดบ้างที่เป็นปัญหาและนักเรียนคิดว่าจะมีวิธีดำเนินการจัดการอย่างไร

ค่าความหนาแน่นของประชากร  =  จำนวนประชากร

                                              พื้นที่

 จากการศึกษาในกิจกรรมที่  1.1  จะเห็นได้ว่าระบบนิเวศบนบกและระบบนิเวศในน้ำมีองค์ประกอบทางโครงสร้างหลักที่เหมือนกันคือ  องค์ประกอบทางกายภาพ  และองค์ประกอบทางชีวภาพ

  • องค์ประกอบทางกายภาพของระบบนิเวศบนบก  และระบบนิเวศในน้ำเหมือนหรือแตกต่างกันอย่างไร
  • องค์ประกอบทางชีวภาพของระบบนิเวศบนบกและระบบนิเวศในน้ำ  แบ่งออกได้เป็นกี่ประเภท  อะไรบ้าง

ดังที่นักเรียนทราบมาแล้วว่า  สิ่งมีชีวิตที่พบในระบบนิเวศประกอบด้วยผู้ผลิต  ซึ่งได้แก่สิ่งมีชีวิตที่สามารถสร้างอาหารเองได้  และผู้บริโภคชนิดต่างๆ  ซึ่งได้แก่  สิ่งมีชีวิตที่ไม่สามารถสร้างอาหารเองได้และได้รับอาหารจากการบริโภคสิ่งมีชีวิตอื่นเป็นอาหาร  นอกจากนี้ยังพบว่ามีกลุ่มสิ่งมีชีวิตที่สำคัญอีกกลุ่มหนึ่งในระบบนิเวศ  คือ  ผู้สลายสารอินทรีย์  ซึ่งได้แก่  สิ่งมีชีวิตที่ทำหน้าที่ย่อยสลายซากสิ่งมีชีวิตที่ตายแล้วให้กลายเป็นสารอนินทรีย์กลับคืนสู่ระบบนิเวศต่อไป

  • จากการศึกษาสิ่งมีชีวิตในกิจกรรมที่  1.1  นั้น  ผู้ผลิตได้แก่อะไรบ้าง  ผู้บริโภคสามารถจำแนกออกเป็นกี่ประเภท  อะไรบ้าง
  • ผู้สลายสารอินทรีย์ในระบบนิเวศ  ได้แก่สิ่งมีชีวิตประเภทใดบ้าง

1.2.2 ระบบนิเวศแบบต่างๆ 

ระบบนิเวศในน้ำ

น้ำเป็นทรัพยากรธรรมชาติที่มีความสำคัญยิ่งต่อสิ่งมีชีวิตทุกชนิด  แบ่งออกได้ตามลักษณะแหล่งที่เกิดได้เป็นแหล่งน้ำจืด  แหล่งน้ำกร่อย  และแหล่งน้ำเค็ม  การแบ่งแหล่งน้ำออกเป็นประเภทต่างๆ  นี้นิยมใช้ค่าความเค็มเป็นตัวกำหนด  โดยทั่วไปแหล่งน้ำจืด  (freshwater)  จะมีเกลือน้อยกว่าร้อยละ  0.1  หรือน้อยกว่า  1  0/00  และแหล่งนำแค็ม  (marine)  จะมีเกลือโดยเฉลี่ยประมาณร้อยละ  3.5  หรือ  35  0/00  สำหรับแหล่งน้ำกร่อยจะมีค่าความเค็มอยู่ช่วงกว้างและพบแปรผันในรอบวัน  เนื่องจากมีอิทธิพลของกระแสน้ำขึ้นน้ำลงมาเกี่ยวข้องด้วย  โดยทั่วไปจะมีค่าความเค็มน้อยกว่าค่าความเค็มของแหล่งน้ำเค็ม  และที่ระดับผิวน้ำมักมีค่าความเค็มน้อยกว่าที่ระดับต่ำกว่าลงไป

ระบบนิเวศที่มีแหล่งที่อยู่อาศัยในน้ำตามลักษณะของแหล่งน้ำทั้ง  3  ประเภทดังกล่าวนั้น  เรียกว่า  ระบบนิเวศแหล่งน้ำจืด  ระบบนิเวศแหล่งน้ำเค็ม  และระบนิเวศแหล่งน้ำกร่อย

รู้หรือไม่

          ค่าความเค็ม  (salinity)  คือ  ความเข้มข้นของเกลือที่ละลายในน้ำมีหน่วยวัดเป็นจำนวนกรัมของเกลือทั้งหมดต่อกิโลกรัมของน้ำ  (g/kg)  หรือวัดเป็นหน่วย  ppm  (part per  thousand)  คือส่วนต่อพันส่วนใช้สัญลักษณ์  0/00 

          โดยปกติในน้ำทะเลจะมีเกลือแร่หรือธาตุต่างๆ  ทื่ละลายอยู่และพบมากเรียงตามลำดับ  ได้แก่  โซเดียม  แมกนีเซียม  คลอรีน  กำมะถัน  แคลเซียม  และโพแทสเซียม  เป็นต้น

          ค่าความเค็มของน้ำทะเลจะแปรเปลี่ยนไปตามฤดูกาล  น้ำขึ้นน้ำลง  ปริมาณหยาดน้ำฟ้า  (precipitation)  อัตราการระเหยของน้ำ  ตำแหน่งเส้นรุ้ง  และระยะห่างจากปากแม่น้ำหรือชายฝั่ง

          ระบบนิเวศแหล่งน้ำจืด

          แหล่งน้ำจืดแบ่งได้เป็นแหล่งน้ำนิ่งและแหล่งน้ำไหล  ระบบนิเวศแหล่งน้ำจืดที่เป็นแหล่งน้ำนิ่ง  สามารถแบ่งออกเป็น  บริเวณ  (zone)  ต่างๆ  ได้  3  บริเวณใหญ่ๆ  ดังภาพที่  1-12  ข.

บริเวณชายฝั่ง  (littoral zone)  เป็นบริเวณที่อยู่ติดกับพื้นดินและห่างจากฝั่งไม่มากนักบริเวณนี้จะพบว่าเป็นแหล่งน้ำตื้นๆ  มักจะมีพืชน้ำจำพวกรากหยั่งลึกในดินและพืชที่ลอยน้ำอยู่เป็นจำนวนมาก

บริเวณผิวน้ำ  (limnetic zone)  เป็นบริเวณที่อยู่ถัดออกมาจากชายฝั่ง  มีบริเวณที่มีพื้นที่ผิวของน้ำสัมผัสกับอากาศและได้รับแสงอาทิตย์ที่ส่องลงมากระจายอย่างทั่วถึงพื้นผิวน้ำ

บริเวณน้ำชั้นล่าง  (profundal zone)  เป็นบริเวณของชั้นน้ำที่อยู่ต่ำกว่าระดับผิวน้ำลงไปจนถึงพื้นท้องน้ำ  (benthic zone)  และเป็นบริเวณที่แสงอาทิตย์ส่องลงไปไม่ถึง

  • ในแต่ละบริเวณของแหล่งน้ำจืดในภาพที่  1-12  ข.  จะพบสิ่งมีชีวิตที่เป็นผู้ผลิตและผู้บริโภคชนิดใดบ้าง

นอกจากระบบนิเวศแหล่งน้ำจืดที่เป็นแหล่งน้ำนิ่งแล้ว  ยังมีระบบนิเวศแหล่งน้ำจืดที่เป็นแหล่งน้ำไหล  ซึ่งสามารถแบ่งออกเป็นบริเวณต่างๆ  ที่สำคัญ  2  บริเวณคือ  บริเวณที่เป็นเกาะแก่งหรือบริเวณน้ำไหลเชียว  (rapid zone)  และบริเวณที่เป็นแอ่งน้ำ  (pool zone)  ดังภาพที่  1-13

สิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ในแหล่งน้ำไหลพบว่าต้องมีการปรับตัวเพื่อความอยู่รอดในการดำรงชีวิต  บางชนิดมีรูปร่างเพรียวเพื่อลดความต้านของกระแสน้ำ  เช่น  ปลาบางชนิดที่มีรูปร่างแบนราบไปกับพื้นผิวที่เกาะ  ตัวอ่อนของสัตว์บางชนิด  เช่น  แมลงหนอนปลอกน้ำ  และฟองน้ำจืด  สามารถเกาะติดแน่นกับพื้นผิวที่อาศัยอยู่  สัตว์บางชนิด  เช่น  หายกาบเดียว  พลานาเรีย  เป็นต้น  สามารถปล่อยเมือกเหนียวเพื่อใช้ยึดเกาะ  นอกจากนี้พบว่าปลาบางชนิด  เช่น  ปลาตะเพียนน้ำตก  ปลาซิวน้ำตก  ปลาเวียน  ปลาพวง  และปลาเลียหินจะมีการปรับเปลี่ยนพฤติกรรมโดยการว่ายทวนน้ำอยู่เสมอ  เป็นต้น

  • ระบบนิเวศแหล่งน้ำจืดในท้องถิ่นของนักเรียนเป็นระบบนิเวศแบบใด  และมีความสำคัญต่อชุมชนในท้องถิ่นนั้น  อย่างไร
  • นักเรียนคิดว่ามีปัจจัยใดบ้างที่ส่งผลต่อการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศแหล่งน้ำจืด  และส่งผลกระทบต่อคนที่ใช้ประโยชน์จากระบบนิเวศนั้นอย่างไร  จะมีวิธีการแก้ไขได้อย่างไร

ระบบนิเวศแหล่งน้ำกร่อย

แหล่งน้ำกร่อยเป็นบริเวณที่มีน้ำจืดมาบรรจบกับนำเค็ม  มักพบตามบริเวณปากแม่น้ำ  ปากอ่าว  และช่องแคบ  เป็นต้น  ดังภาพที่  1-14  นอกจากนี้แหล่งน้ำกร่อยยังเป็นบริเวณที่มีความอุดมสมบูรณ์ของธาตุอาหารสูง  ดังนั้นจึงพบสิ่งมีชีวิตหลากหลายชนิดในบริเวณนี้  โดยเฉพาะสัตว์น้ำที่มีค่าทางเศรษฐกิจที่เป็นอาหารของมนุษย์  เช่น  กุ้ง  หอย  ปู  ปลาต่างๆ 

  • เพราะเหตุใดระบบนิเวศแหล่งน้ำกร่อยจึงมีความอุดมสมบูรณ์ของธาตุอาหารสูง  และมีสิ่งมีชีวิตหลากหลายชนิด

ระบบนิเวศแหล่งน้ำเค็ม

แหล่งน้ำเค็ม  ได้แก่  ทะเลและมหาสมุทร  จัดเป็นแหล่งน้ำไหลเนื่องจากมีกระแสคลื่นเกิดขึ้นตลอดเวลา  ระบบนิเวศแหล่งน้ำเค็มเป็นระบบนิเวศที่มีขนาดใหญ่  มีพื้นที่ประมาณ  3  ใน  4  ส่วนของผิวโลก  สามารถแบ่งเขตออกเป็น  2  บริเวณคือ  บริเวณชายฝั่งทะเล  (coastal zone)  และบริเวณทะเลเปิด  (open sea zone)  ดังภาพที่  1-15

          บริเวณชายฝั่งทะเล  เป็นบริเวณที่อยู่ติดกับพื้นดินที่มีความลาดชันน้อยและค่อนข้างอุดมสมบูรณ์  เนื่องจากได้รับอิทธิพลของกระแสน้ำขึ้นน้ำลง  และได้รับธาตุอาหารจากการชะล้างผิวหน้าดินลงสู่แหล่งน้ำ

          บริเวณทะเลเปิด  เป็นบริเวณที่อยู่ห่างออกจากชายฝั่ง  พื้นที่มีความลาดชันเพิ่มขึ้นตามความลึกของน้ำ  สามารถแบ่งออกเป็นเขตต่างๆ  ได้  3  เขต  คือ  เขตที่แสงส่องถึง  เขตที่มีแสงน้อย  และเขตที่ไม่มีแสง

  • จากภาพที่  1-15  ปัจจัยใดบ้างที่มีผลต่อการกระจายของสิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศแหล่งน้ำเค็ม
  • ระบบนิเวศแหล่งน้ำเค็มมีความสำคัญต่อมนุษย์อย่างไร

ดังที่ทราบกันแล้วว่าทะเลและมหาสมุทรเป็นแหล่งทรัพยากรธรรมชาติอันมีค่าทางเศรษฐกิจของโลก  เป็นแหล่งกำเนิดสัตว์น้ำที่เป็นอาหารของมนุษย์มากมายนับพันชนิดดังค่าที่แสดงผลผลิตการประมงในประเทศไทย  ในภาพที่  1-16  นอกจากนี้ทะเลยังมีสัตว์น้ำประเภทอื่นๆ  เช่น  ปะการัง  กัลปังหา  ซีแอนีโมนี  เป็นต้น  ทำให้เกิดความหลากหลายทางชีวภาพของโลกใต้ทะเลและกลายเป็นแหล่งท่องเที่ยวทางธรรมชาติที่สำคัญของมนุษย์อีกด้วย

  • จากภาพที่  1-16  ผลผลิตการประมงในรอบ  10  ปี  (พ.ศ.  2540-2549)  มีแนวโน้มเป็นอย่างไร  เพราะเหตุใดจึงเป็นเช่นนั้น
  • เพราะเหตุใดปริมาณสัตว์น้ำที่จับจากน้ำเค็มกับที่จับจากน้ำจืดจึงแตกต่างกัน  ขึ้นอยู่กับอะไรบ้าง

นอกจากนี้ระบบนิเวศแหล่งน้ำเค็มอาจแบ่งออกตามลักษณะพื้นที่ผิวทางกายภาพได้เป็น  หาดทราย  หาดดิน  และแนวปะการัง  ซึ่งนักเรียนจะได้ศึกษาต่อไป

          เชื่อมโยงโลก  ดาราศาสตร์และอวกาศ

กระแสน้ำขึ้นน้ำลงและคลื่นมีผลต่อการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิตบริเวณชายฝั่งทะเล  กระแสน้ำขึ้นน้ำลงเกิดจากแรงดึงดูดของดวงอาทิตย์และดวงจันทร์  เมื่อดวงอาทิตย์และดวงจันทร์โคจรมาอยู่ในแนวเดียวกันกับโลก  ทำให้ระดับน้ำขึ้นน้ำลงแตกต่างกันมากเรียก  น้ำเกิด  (spring tides)  ตรงกับ  วันขึ้น  15  ค่ำ  และแรม  15  ค่ำ  แต่ถ้าโคจรตั้งฉากกันระดับน้ำขึ้นน้ำลงไม่แตกต่างกันมากเรียก  น้ำตาย  (neap tides)  ตรงกับวันขึ้น  8  ค่ำ  และแรม  8  ค่ำ

หาดทราย  เป็นบริเวณชายฝั่งแต่ระดับน้ำลงต่ำสุดจนถึงระดับน้ำขึ้นที่ละอองน้ำเค็มสาดซัดไปถึงประกอบด้วยพื้นผิวที่มีเม็ดทรายขนาดต่างๆ  กัน  และในพื้นที่แต่ละแห่งจะมีความลาดชันไม่เหมือนกันกระแสน้ำขึ้นน้ำลงเป็นปัจจัยหนึ่งที่ทำให้ความชื้นและอุณหภูมิของหาดทรายต่างกัน  และมีผลต่อการดำรงชีวิตของสิงมีชีวิตบริเวณหาดทราย

สิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่บริเวณหาดทรายมักมีการปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมที่อาศัยดังภาพที่  1-18

  • จากภาพที่  1-18  สิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่บริเวณหาดทรายพบกับปัญหาอะไรบ้าง  และมีการปรับตัวเพื่อการอยู่รอดอย่างไร

หาดหิน  เป็นบริเวณที่ประกอบด้วยโขดหินไม่ราบเรียบ  มีซอกและแอ่งน้ำเป็นที่กำบังคลื่นลมและหลบซ่อนศัตรูของสิ่งมีชีวิต  สภาพของอุณหภูมิ  แสงและความชื้นมีการเปลี่ยนแปลงเมื่อเกิดน้ำขึ้นน้ำลง  เมื่อน้ำลงสัตว์และพืชต้องเผชิญกับการขาดน้ำชั่วขณะ  อุณหภูมิจะสูงขึ้น  แสงมากขึ้น  เมื่อน้ำขึ้นความชื้นเพิ่มขึ้นแต่ปริมาณแสงและอุณหภูมิลดลง

          สิ่งมีชีวิตบริเวณหาดดินมีความทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและความชื้นโดยมีสารพวกคิวทินเคลือบซึ่งช่วยในการรักษาความชื้นและป้องกันการระเหยของน้ำ  บางชนิดมีการปรับตัวเพื่อเก็บน้ำไว้ภายในร่างกาย  เมื่อน้ำลงสิ่งมีชีวิตที่เคลื่อนที่ได้จะไปหลบในซอกหิน  เช่น  ปู  ปลิงทะเล  ส่วนสิ่งมีชีวิตที่เคลื่อนที่ไม่ได้นะมีเปลือกหุ้มที่สามารถเก็บน้ำไว้ภายใน  เช่น  เพรียงหิน  หอยนางรม  ลิ่นทะเล  เป็นต้น

  • สิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่บริเวณหาดหินพบกับปัญหาอะไรบ้างและมีการปรับตัวอย่างไรเพื่อการดำรงชีวิต

แนวปะการัง  (coral reefs)

เป็นระบบนิเวศทางธรรมชาติใต้น้ำที่มีความหลากหลายทางชีวภาพมากที่สุด  อยู่ใกล้บริเวณชายฝั่งทะเลและใช้เป็นดัชนีในการบ่งบอกสภาพแวดล้อมชายฝั่งทะเลบริเวณนั้นได้  เนื่องจากปะการังจะสามารถมีชีวิตอยู่ได้ในบริเวณที่มีน้ำสะอาด  มีออกซิเจนเพียงพอและมีแสงแดดส่งถึง  ดังภาพที่  1-21

รู้หรือไม่

          ปะการังเป็นสัตว์ไม่ใช่พืช  แบ่งเป็น  2  ชนิดตามความสามารถในการสร้างแนวปะการัง  พวกที่สร้างแนวปะการังจะต้องมีสาหร่ายซูแซนเทลลี  (zooxanthellae)  อาศัยในเนื้อเยื่อสาหร่ายพวกนี้เป็นสาหร่ายเซลล์เดียวพวกไดโนแฟลเจลเลต  (dinoflagellate)  ซึ่งจะดึงเอาแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์จากการหายใจของปะการังมาใช้ในการสังเคราะห์ด้วยแสงทำให้ลดปริมารกรดคาร์บอนิกในเนื้อเยื่อของปะการัง  ปะการังจึงสามารถสร้างโครงร่างได้รวดเร็วขึ้น  ทำให้เกิดเป็นแนวปะการังได้  ส่วนปะการังที่ไม่มีสาหร่ายอาศัยร่วมอยู่ด้วยจะไม่มีการสร้างแนวปะการัง  เช่น  ปะการังในที่ลึก

ระบบนิเวศบนบก

          ระบบนิเวศป่าไม้

          เป็นระบบนิเวศบนบกที่มีขนาดใหญ่และจัดว่าเป็นทรัพยากรธรรมชาติที่มีความสำคัญต่อสิ่งมีชีวิตและต่อสมดุลทางธรรมชาติ  เป็นแหล่งรวมของความหลากหลายทางชีวภาพบนพื้นดินที่ใหญ่ที่สุด  ทั้งนี้เพราะว่ามีพืชพรรณและสัตว์ป่านานาชนิดอาศัยอยู่

          ป่าไม้ในประเทศไทยมีหลากหลายชนิด  กระจัดกระจายอยู่ตามพื้นที่ต่างๆ  ทั่วประเทศป่าไม้ที่สำคัญที่รู้จักกันดี  ได้แก่  ป่าไม่ผลัดใบ  (evergreen forest)  และป่าผลัดใบ  (deciduous forest)

          ป่าไม่ผลัดใบ  ได้แก่  ป่าดิบชื้น  ป่าดิบแล้ง  ป่าดิบเขา  ป่าสน  ป่าชายเลน  และป่าพรุ  เป็นต้น  ป่าผลัดใบที่สำคัญ  ได้แก่  ป่าเบญจพรรณ  และป่าเต็งรัง  หรือป่าแดง  เป็นต้น

          ป่าดิบชื้น  (tropical rain forest  หรือ  tropical evergreen forest)  เป็นป่าที่พบในพื้นที่ที่มีฝนตกชุก  เช่น  ทางภาคใต้  ชายฝั่งทะเลภาคตะวันออก  ป่าดิบชื้นมีอุณหภูมิไม่เปลี่ยนมาก  มีความชื้นสูง  พืชเป็นไม้ต้นใบกว้างปกคลุมหนาแน่นไม่มีการผลัดใบทำให้สภาพป่าโดยทั่วไปเขียวครึ้มตลอดปี  พืชในป่าดิบชื้นมีความสูงต่างกันมาก  แบ่งออกได้เป็นหลายระดับ  คือ  ไม้ต้นชั้นบนมีความสูงตั้งแต่  25-40  เมตร  เช่น  ไม้ยาง  ไม้ตะเคียน  ไม้สะยา  ไม้ชั้นกลางมีความสูงตั้งแต่  10-20  เมตร  เช่น  ตีนเป็ดแดง  จิกเขา  และไม้พื้นล่างมีความสูงไม่เกิน  7  เมตร  เช่น  ไม้พุ่ม  ปาล์ม  หวาย  ไผ่  และเถาวัลย์  ดังภาพที่  1-23

          ป่าดิบแล้ง  (dry evergreen forest)  พบทางภาคเหนือและภาคตะวันออกเฉียงเหนือในบริเวณที่ค่อนข้างราบ  มีช่วงที่แห้งแล้งอย่างน้อย  3-4  เดือน  ลักษณะเป็นป่าโปร่ง  พืชเด่นที่พบในเรือนยอดชั้นบน  เช่น  ยางแดง  มะค่าโมง  เคี่ยม  หลุมพอ  กะบาก  ตะเคียนหิน  เป็นต้น  ส่วนพืชในชั้นรองลงมา  เช่น  พลอง  และกระเบาเล็ก  เป็นต้น  ดังภาพที่  1-24

          ป่าดิบเขา  (hill evergreen forest  หรือ  mountain forest)  เป็นป่าที่พบอยู่ในพื้นที่สูงเหนือระดับน้ำทะเล  1,000  เมตรขึ้นไป  พบได้ในเทือกเขาสูงแถบภาคเหนือ  จัดเป็นป่าต้นน้ำลำธาร  ไม้ต้นที่พบ  เช่น  ไม้วงศ์ก่อ  นางพญาเสือโคร่ง  มะขามป้อมดง  อบเชย  กำยาน  สนเขา  จำปีป่า  มณฑาป่า  เป็นต้น  ไม้พื้นล่างที่พบ  ได้แก่  กุหลาบป่า  กล้วยไม้ดิน  ผักกูดและมอสชนิดต่างๆ  ดังภาพที่  1-25

          ป่าสน  (coniferous forest)  พบตามภูเขาสูงในภาคเหนือ  ภาคกลาง  และภาคตะวันออกเฉียงเหนือไม้ต้นที่ขึ้นเป็นพวกที่มีใบเรียวเล็กเหมือนเข็ม  เช่น  พวกสนสองใบ สนสามใบ  พื้นป่ามีไม้พุ่ม  และไม้ล้มลุกเกิดขึ้นน้อย  เพราะดินขาดความอุดมสมบูรณ์  ดินมีความเป็นกรดและขาดธาตุอาหาร  เนื่องจากอัตราการชะล้างสูง  สัตว์ที่พบ  เช่น  แมวป่า  หมาป่า  ชะมด เม่น  อีเห็น  และสัตว์ที่กินเมล็ดของพวกสน  เช่น  กระรอก  และนก  เป็นต้น  ดังภาพที่  1-26

          ป่าชายเลน  (mangrove forest)  เป็นป่าที่ขึ้นตามแนวชายฝั่งทะเลและปากแม่น้ำ ซึ่งลักษณะของน้ำจะเป็นน้ำกร่อย  ในประเทศไทยพบบริเวณชายฝั่งทะเลของอ่าวไทย  และบริเวณชายฝั่งอันดามันด้านตะวันตกของภาคใต้  ป่าชายเลนเป็นป่ารอยต่อระหว่างระบบนิเวศบนบกและระบบนิเวศในน้ำทำให้มีความหลากหลายทางชีวภาพสูง  พรรณในป่าชายเลน  เช่น  โกงกาง  แสม  ลำพู  ตะบูน  เป็นต้น  นอกจากนี้ป่าชายเลนยังมีความสำคัญในแง่เป็นแหล่งอาหาร  แหล่งหลบภัย  แหล่งวางไข่  และเป็นแหล่งอนุบาลตัวอ่อนของสัตว์ทะเลจำพวกกุ้ง  หอย  ปู  ปลา  อีกด้วย  ดังภาพที่  1-27

          ป่าพรุ  (Peat swamp forest)  พบตามที่ลุ่มเป็นป่าที่มีน้ำขังอยู่ตลอดปี  สภาพดินเป็นดินอินทรีย์หรือดินพรุ  ซึ่งเกิดจากการย่อยสลายสารอินทรีย์  น้ำมีความเป็นกรดสูง  ลักษณะของป่าแน่นทึบ  พรรณไม้ที่พบมีทั้งไม้ขนาดใหญ่ขึ้นปะปนกับไม้ขนาดเล็ก  เช่น  หวาย หมากแดง  หลุมพี  เป็นต้น  พบกระจายอยู่ทั้งบนภูเขาสูงและที่ราบชายฝั่งทะเล  ป่าพรุที่มีความสมบูรณ์มากที่สุดพบที่ภาคใต้ของประเทศไทย  คือ  ที่พรุโต๊ะแดง  จังหวัดนราธิวาส  ดังภาพที่  1-28

          ป่าผลัดใบ  ที่สำคัญได้แก่

          ป่าเบญจพรรณ  (mixed deciduous forest)  เป็นป่าโปร่ง  ประกอบด้วยไม้ต้นขนาดใหญ่และขนาดกลางหลายชนิดขึ้นปะปนกัน  พบทุกภาคในประเทศไทยยกเว้นภาคใต้  พื้นดินมักเป็นดินร่วนปนทราย  พรรณไม้หลักที่สำคัญมี  5  ชนิด  ได้แก่  สัก  มะค่า  แดง  ประดู่  และชิงชัน  ขึ้นปะปนกับไผ่และพืชวงศ์หญ้าชนิดอื่นๆ  ดังภาพที่  1-29

รู้หรือไม่

          ป่าเบญจพรรณเป็นป่าที่เรียกชื่อตามพรรณไม้หลักซึ่งมี  5  ชนิดที่พบเป็นไม้เด่นในป่าประเภทนี้  (เบญจ  แปลว่า  ห้า)

          ป่าเต็งรัง  ป่าแดง  และป่าแพะ  (dry dipterocarp forest)  เป็นป่าโปร่งมีต้นไม้ขนาดใหญ่พบในเขตพื้นที่แห้งแล้งของทุกภาค  โดยเฉพาะภาคตะวันออกเฉียงเหนือ  ยกเว้นภาคใต้และภาคตะวันออกแถบจังหวัดจันทบุรีและจังหวัดตราด  พรรณไม้ที่พบ  เช่น  เต็ง  รัง  ไผ่เพ็ก  พะยอม  เหียง  พลวง  ประดู่แดง  มะขามป้อม  เป็นต้น

  • ในท้องถิ่นที่นักเรียนอาศัยอยู่มีป่าไม้ประเภทใดบ้าง  และยังคงความอุดมสมบูรณ์อยู่หรือไม่  อย่างไร

กิจกรรมเสนอแนะ  ศึกษาความหลากหลายของระบบนิเวศในท้องถิ่น

          ให้นักเรียนเลือกสถานที่ที่สามารถศึกษาได้ทั้งระบบนิเวศบนบกและระบบนิเวศในน้ำในการศึกษาความหลากหลายของระบบนิเวศ  โดยศึกษาความสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิตต่างๆ  กับสภาพแวดล้อมในระบบนิเวศนั้น  จากนั้นนำข้อมูลมาอภิปรายร่วมกัน

จากกิจกรรมที่  1.1  ที่ผ่านมา  นักเรียนได้สำรวจระบบนิเวศและศึกษาความหลากหลายของระบบนิเวศในท้องถิ่น  โดยได้ศึกษาทั้งปัจจัยทางกายภาพและปัจจัยทางชีวภาพต่างๆ  กันมาแล้ว  จะเห็นได้ว่าข้อมูลที่นักเรียนสำรวจหรือหามาได้นั้น  ล้วนมีความสัมพันธ์กับสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ในระบบนั้นๆ  ด้วย  นักเรียนทราบหรือไม่ว่า  เพราะเหตุใดปัจจัยทางกายภาพจึงมีอิทธิพลต่อการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิต  นักเรียนจะได้ศึกษาดังต่อไปนี้

1.3 ความสัมพันธ์ในระบบนิเวศ

          สิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ในระบบนิเวศหนึ่งๆ  ย่อมมีความสัมพันธ์ซึ่งกันและกันระหว่างสิ่งมีชีวิตกับสิ่งมีชีวิตด้วยกันเองและระหว่างสิ่งมีชีวิตกับสภาพแวดล้อมที่สิ่งมีชีวิตนั้นอาศัยอยู่สภาพแวดล้อมดังกล่าวนี้  ได้แก่  ปัจจัยทางกายภาพ  เช่น  อุณหภูมิ  แสง  ความชื้น  ความเป็นกรด-เบส  ดิน  และ  แก๊ส  เป็นต้น

          1.3.1 ความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตกับปัจจัยทางกายภาพ

          อุณหภูมิ  มีความสำคัญต่อการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิต  โดยเป็นปัจจัยในการควบคมการเจริญเติบโต  การสืบพันธ์และการแพร่กระจายของสิ่งมีชีวิต  นอกจากนี้อุณหภูมิยังมีผลทำให้สิ่งมีชีวิตมีการปรับตัวทางด้านโครงสร้าง  เช่น  การปรับตัวของหมีขั้วโลก  หรือสัตว์ในเขตหนาวมีขนยาวปกคลุม  มีชั้นไขมันใต้ผิวหนังหนา  และการปรับตัวด้านพฤติกรรม  เช่น  การอพยพของนกนางแอ่นบ้าน  (Hirundo rustica)  โดยนกชนิดนี้พบเห็นได้เกือบทั่วทุกดินแดนของโลก  เช่น  ทวีปยุโรป  แอฟริกา  เอเชีย  อเมริกา  และตอนเหนือของทวีปออสเตรเลีย  ในฤดูหนาวจะย้ายถิ่นลงมาอยู่บริเวณใกล้เส้นศูนย์สูตรในแหล่งหากินที่อบอุ่นและมีอาหารสมบูรณ์กว่า  เป็นต้น

  • ในท้องถิ่นที่นักเรียนอาศัยอยู่  นักเรียนเห็นการปรับตัวของสิ่งมีชีวิตประเภทใดบ้าง
  • ให้นักเรียนยกตัวอย่างอุณหภูมิที่มีผลต่อสิ่งมีชีวิตในด้านอื่นๆ  นอกจากที่กล่าวมาแล้ว  1-2  ตัวอย่าง

แสง  มีความสำคัญต่อสิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศเป็นปัจจัยจำกัดของพืช  โดยเฉพาะอย่างยิ่งพืชที่เจริญในระดับความลึกต่างกันในทะเล  แสงมีผลต่อการสร้างอาหารของพืช  มีผลต่อการสืบพันธุ์ของพืชและสัตว์บางชนิด  เช่น  สัตว์เลี้ยงลูกด้วยน้ำนมและนกในเขตอบอุ่นและเขตหนาว  ระบบสืบพันธุ์ของสัตว์พวกนี้จะขึ้นอยู่กับช่วงเวลาที่ได้รับแสงในแต่ละฤดู  โดยในฤดูใบไม้ร่วงปริมาณแสงที่มีผลต่อวันลดลงทำให้สัตว์เลือดอุ่นมีการผลิตฮอร์โมนเพศที่เกี่ยวข้องกับการสืบพันธุ์เพิ่มขึ้น  สัตว์เลือดอุ่นจะเริ่มมีการผสมพันธุ์ในฤดูใบไม้ร่วงและออกลูกในช่วงฤดูใบไม้ผลิเมื่ออุณหภูมิอุ่นขึ้นและอาหารอุดมสมบูรณ์  นอกจากนี้แสงมีผลต่อการเกิดพฤติกรรมต่างๆ  เช่น  การหุบและบานของดอกไม้  การออกหากินของสัตว์  เป็นต้น

  • ถ้าหากบนโลกนี้ปราศจากแสง  นักเรียนคิดว่าจะเกิดอะไรขึ้นกับสิ่งมีชีวิต
  • แสงมีผลต่อการแพร่กระจายของพืชทะเลอย่างไร

ความชื้น  มีความสำคัญต่อระบบนิเวศ  เนื่องจากเป็นปริมาณน้ำที่มีอยู่ในสภาพแวดล้อมแต่ละแห่ง  และมีปัจจัยที่เป็นตัวกำหนดสภาพแวดล้อม  ความอุดมสมบูรณ์  ลักษณะ  และชนิดของระบบนิเวศนั้นๆ  นอกจากนี้ความชื้นยังมีผลต่อการปรับตัวของสิ่งมีชีวิตบางชนิดอีกด้วย  เช่น หนูแกงการู  (kangaroo rat)  ซึ่งเป็นสัตว์ที่พบอาศัยอยู่ทางตะวันตกเฉียงใต้ของทวีปอเมริกาซึ่งเป็นทะเลทราย  พบว่าโดยปกติจะกินเมล็ดพืชที่แห้งเป็นอาหารเท่านั้นโดยไม่กินน้ำเลยแต่ร่างกายสามารถปรับตัวให้มีชีวิตอยู่รอดได้โดยการได้รับน้ำจากกระบวนการเมแทบอลิซึมของเซลล์และมีการสูญเสียน้ำออกจากร่างกายน้อยมากจากการระเหยของน้ำในระหว่างที่มีการแลกเปลี่ยนแก๊สของร่างกายนั้น  นอกจากนี้พบว่ามีสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ในทะเลทรายอีกหลายชนิดที่มีการปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อม  ดังภาพที่  1-33

  • เพราะเหตุใดความชื้นจึงเป็นตัวกำหนดความอุดมสมบูรณ์  ลักษณะและชนิดของระบบนิเวศ
  • สิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ในทะเลทรายมีการปรับตัวเพื่อป้องกันการสูญเสียน้ำได้อย่างไร

แก๊ส  แก๊สที่สำคัญสำหรับสิ่งมีชีวิตคือ  ออกซิเจน  คาร์บอนไดออกไซด์  และไนโตรเจน  โดยเฉพาะแก๊สออกซิเจนมีความสำคัญในการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิตเกือบทุกชนิด  สิ่งมีชีวิตที่อยู่บนบกจะได้รับแก๊สออกซิเจนอย่างพอเพียง  แต่สิ่งมีที่อยู่ในน้ำแก๊สออกซิเจนจะเป็นปัจจัยจำกัดในการดำรงชีวิตที่สำคัญ

  • แก๊สออกซิจนเป็นปัจจัยจำกัดต่อสิ่งมีชีวิตที่อาศัยในน้ำอย่างไร
  • จากกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงและการหายใจ  แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์และแก๊สออกซิเจนมีบทบาทอย่างไร
  • แก๊สไนโตรเจนมีความสำคัญในระบบนิเวศอย่างไร

รู้หรือไม่

          โป่ง  คือบริเวณที่สัตว์ป่าลงมาใช้ประโยชน์  โดยบริเวณนั้นจะมีแร่ธาตุที่จำเป็นต่อการดำรงชีวิตของสัตว์ป่า  แร่ธาตุที่พบในดินโป่ง  ได้แก่  โซเดียมคลอไรด์  เหล็ก  แมกนีเซียม  โพแทสเซียม  แคลเซียม  กำมะถัน  ฟอสฟอรัส  แมงกานีส  สังกะสี  และทองแดง

          ดิน  เป็นที่อยู่อาศัยและให้แร่ธาตุแก่พืชและสัตว์  องค์ประกอบสำคัญของดินคือ  แร่ธาตุในดิน  อากาศ  ความชื้น  และปริมาณสารอินทรีย์ในดิน  ดังนั้นลักษณะของดินจึงมีอิทธิพลต่อพืชและสัตว์มาก  สัตว์ได้รับแร่ธาตุจากการบริโภคพืชหรือบริโภคแร่ธาตุจากดินโดยตรง  เช่น  สัตว์ป่าได้รับแร่ธาตุจากการกินดินโป่ง  เป็นต้น

  • แร่ธาตุสำคัญที่พืชต้องการในการเจริญเติบโตได้แก่  อะไรบ้าง
  • พืชได้รับธาตุอาหารทางใดบ้าง
  • นอกจากปัจจัยดังกล่าวแล้ว  ยังมีปัจจัยทางกายภาพใดอีกบ้างที่มีผลต่อสิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศ

ความเป็นกรด-เบสของดินและน้ำ  เป็นปัจจัยที่เกิดจากปฏิสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิตกับที่อยู่อาศัยแต่ละแห่ง  ตัวอย่างเช่น  การสลายสารอินทรีย์ของแบคทีเรียและราทำให้บริเวณนั้นมีสภาพของความเป็นกรดสูง  หรือการขับถ่ายของเสียของสิ่งมีชีวิตบางชนิด  เช่น  การขับถ่ายของเสียของสัตว์ปีกซึ่งมีกรดยูริกลงในดินและในน้ำในบริเวณนั้นเป็นเวลานานทำให้บริเวณนั้นมีสภาพ  pH  ค่อนข้างต่ำและเป็นกรด  เป็นต้น

1.3.2 ความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตกับปัจจัยทางชีวภาพ

องค์ประอบในระบบนิเวศแต่ละแห่งประกอบด้วยสิ่งมีชีวิตหลากหลายชนิด  มีการดำรงชีวิตแตกต่างกันทำให้เกิดความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตด้วยกันในหลากหลายรูปแบบ  เช่น  ภาวะพึงพากัน  ภาวะอิงอาศัย  ภาวะปรสิต  เป็นต้น  โดยปกตินิยมใช้สัญลักษณ์แทนความสัมพันธ์แบบต่างๆ  เพื่อให้เข้าใจได้ง่าย  โดย  (+)  แทนการได้ประโยชน์  (-)  แทนการเสียประโยชน์  และ  (0)  แทนการไม่ได้และไม่เสียประโยชน์  ซึ่งนักเรียนสามารถศึกษาความสัมพันธ์ต่างๆ  ได้จากการทำกิจกรรมต่อไปนี้

กิจกรรมที่  1.2  ความสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิตกับปัจจัยทางชีวภาพ

          ให้นักเรียนยกตัวอย่างสิ่งมีชีวิต  หรือนำข้อมูลสิ่งมีชีวิตที่นักเรียนได้ทำการสำรวจใน  กิจกรรม  1.1  มาหารูปแบบความสัมพันธ์แบบต่างๆ  ที่กำหนดให้  ดังต่อไปนี้

รูปแบบของความสัมพันธ์ สัญลักษณ์ ตัวอย่างของสิ่งมีชีวิต
1. ภาวะพึงพากัน (mutualism)    
2. การได้รับประโยชน์ร่วมกัน(protocooperation)    
3. ภาวะอิงอาศัย(commensalisms)    
4. การล่าเหยื่อ(predation)    
5. ภาวะปรสิต(parasitism)    
6. ภาวะแก่งแย่งแข่งขัน(competition)    
  • รูปแบบของความสัมพันธ์แบบภาวะพึงพากันกับการได้รับประโยชน์ร่วมกันต่างกันอย่างไร
  • รูปแบบของความสัมพันธ์แบบการล่าเหยื่อกับภาวะปรสิต  ต่างกันอย่างไร

กิจกรรมเสนอแนะ  ศึกษารูปแบบความสัมพันธ์ของการอยู่ร่วมกันของสิ่งมีชีวิต

          ให้นักเรียนศึกษารูปแบบความสัมพันธ์ของการอยู่ร่วมกันระหว่างสิ่งมีชีวิตกับสิ่งมีชีวิตจากการศึกษาดังต่อไปนี้

          1. ศึกษาโพรโทซัวที่อาศัยอยู่ในลำไส้ปลวก

                   1.1 ใช้ปากคีบดึงส่วนหัวของปลวกให้หลุดออกมาพร้อมกับลำไส้  แล้ววางบนสไลด์

                   1.2 ใช้เข็มเขี่ยส่วนหัวของปลวกทิ้ง  แล้วขยี้บริเวณลำไส้ปลวกที่อยู่บนสไลด์ให้แตกออกมา  จากนั้นหยดน้ำลงสไลด์  1  หยดปิดด้วยกระจกปิดสไลด์  ใช้กระดาษเยื่อพับวางบนกระจกปิดสไลด์  แล้วใช้นิ้วหัวแม่มือกดลงไปเบาๆ  หรือใช้ดินสอบด้านที่มียางลบกดเบาๆ  บนกระจกปิดสไลด์เพื่อให้ชิ้นส่วนลำไส้กระจาย

                   1.3 นำสไลด์ไปส่องดูด้วยกล้องจุลทรรศน์  โดยใช้กำลังขยายต่ำและสูงตามลำดับ

            2. ศึกษาสาหร่ายสีเขียวเซลล์เดียวที่อาศัยอยู่ในเซลล์ไฮดรา

                   2.1 นำหลอดหยดดูดไฮดรา  1  ตัวมาวางบนสไลด์ที่มีหยดน้ำ  1  หยด

                   2.2 ปิดด้วยกระจกปิดสไลด์  แล้วใช้นิ้วหัวแม่มือกดลงไปเบาๆ  หรือใช้ดินสอด้านที่มียางลบเคาะเบาๆ  บนกระจกปิดสไลด์เพื่อให้เซลล์ของไฮดราแตกออกนำไปส่องดูด้วยกล้องจุลทรรศน์

            3. ศึกษาเซลล์สาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงินที่อาศัยอยู่กับแหนแดง

                   3.1 ใช้ปากคีบแหนแดงวางบนสไลด์ที่มีหยดน้ำอยู่  1-2  หยด

                   3.2 ใช้เข็มเขี่ยตรงซอกใบแหนแดง  เพื่อให้สาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงินหลุดออกมาบนสไลด์

                   3.3 ปิดด้วยกระจกปิดสไลด์  แล้วนำไปส่องดูด้วยกล้องจุทลทรรศน์

            4. ศึกษาสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กจากตะไคร่น้ำที่อยู่บนเปลือกไม้

                   4.1 นำเปลือกไม้หรือเศษไม้ผุตามขอนไม้ที่มีตะไคร่น้ำเกาะอยู่  มาแช่ในบีกเกอร์ที่มีน้ำกลั่น  แล้วใช้ปากคีบคีบเปลือกไม้แกว่งเบาๆ  ในน้ำ

                   4.2 ใช้หลอดหยดดูดน้ำในบีกเกอร์นั้น  แล้วหยดลงบนสไลด์  1-2  หยด  ปิดด้วยกระจกปิดสไลด์  นำไปส่องดูด้วยกล้องจุลทรรศน์

  • ความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตทั้ง  4  คู่  จากที่นักเรียนได้ทำกิจกรรมไปแล้วนั้นสิ่งมีชีวิตแต่ละคู่มีความสัมพันธ์แบบใดและต่างฝ่ายต่างได้ประโยชน์หรือเสียประโยชน์อย่างไร

ภาวะแก่งแย่งแข่งขัน  เป็นอีกความสัมพันธ์หนึ่งที่เกิดจากสิ่งมีชีวิตตั้งแต่ส่องสปีชีส์ขึ้นไปอาศัยอยู่ในบริเวณเดียวกันมีความต้องการที่อยู่อาศัย  อาหาร  หรือสภาพแวดล้อมอื่นๆ  ที่เหมือนกัน  เช่น  การแก่งแย่งแข่งขันของพารามีเซียมสองสปีชีส์ต่ออาหาร  จากการเพาะเลี้ยงในห้องปฏิบัติการ  ดังภาพที่  1-35

  • จากภาพที่  1-35  นักเรียนจะอธิบายความสัมพันธ์ของพารามีเซียมทั้งสองสปีชีส์นี้ได้ว่าอย่างไร
  • พารามีเซียมสปีชีส์ใดได้ประโยชน์จากการแก่งแย่งอาหาร  เพราะเหตุใดจึงเป็นเช่นนั้น

ในธรรมชาติมักจะพบการแก่งแย่งแข่งขันของสิ่งมีชีวิตอยู่เสมอ  ดังเช่น  เพรียงทะเลที่เกาะตามโขดหิน  ดังภาพที่  1-36

ตามโขดหินชายทะเลพบว่ามักจะมีอิทธิพลของกระแสน้ำขึ้นล้ำลงเป็นปัจจัยจำกัดของสิ่งมีชีวิตบางชนิด  เช่น  เพรียงทะเล  ซึ่งพบว่าเพรียงทะเลชนิด  Balanus  sp.  มีการแพร่กระจายอยู่บนโขดหิน  ในระดับล่างๆ  ในขณะที่เพรียงทะเลชนิด  Chthamalus  sp.  สามารถปรับตัวและอยู่รอดได้ในระดับช่วงบนๆ  ของโขดหิน  ถ้าหากย้ายเพรียงทะเลชนิด  Balanus  sp.  ไปไว้บนโขดหินระดับเช่นเดียวกับที่เพรียงทะเลชนิด  Chthamalus  sp.  อาศัยอยู่  พบว่าจะถูกแก่งแย่งอาหารและที่อยู่จนในที่สุดก็จะตายและเหลือแต่ชนิด  Chthamalus  sp.  เท่านั้นที่อยู่รอด

  • สิ่งมีชีวิตมีการแก่งแย่งแข่งขันกันเพื่อประโยชน์ในด้านใดบ้าง
  • การแก่งแย่งแข่งขันระหว่างสิ่งมีชีวิตสปีชีส์เดียวกัน  จะเกิดประโยชน์อย่างไร

1.4 การถ่ายทอดพลังงานและการหมุนเวียนสารในระบบนิเวศ

การถ่ายทอดพลังงานแลการหมุนเวียนสารในระบบนิเวศมีความสำคัญต่อสิ่งมีชีวติในระบบนิเวศเป็นอย่างมาก  เพราะสารต่างๆ  ในระบบนิเวศไม่มีการสูญหายแต่มีการหมุนเวียนนำมาใช้ใหม่ในสิ่งมีชีวิตเกิดเป็นวัฏจักร  ทำให้ระบบนิเวศเกิดความสมดุลทางธรรมชาติ  นักเรียนทราบหรือไม่ว่าการถ่ายทอดพลังงานและการหมุนเวียนสารในระบบนิเวศเกิดขึ้นได้อย่างไร

1.4.1 การถ่ายทอดพลังงานในสิ่งมีชีวิต

          ดังที่นักเรียนทราบแล้วว่าสิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศ  แบ่งตามหน้าที่ออกได้เป็นกลุ่มคือ  ผู้ผลิต  ผู้บริโภค  และผู้สลายสารอินทรีย์  สิ่งมีชีวิตเหล่านี้มีความสัมพันธ์ในระบบนิเวศในลักษณะของการกินต่อกันเป็นทอดๆ  ในรูปของโซ่อาหาร  (food chain)  และสายใยอาหาร  (food web)  การกินต่อกันเป็นทอดๆ  นี้ทำให้เกิด  การถ่ายทอดพลังงาน  (energy flow)  ในสิ่งมีชีวิต

คำถามนำ

          ผู้ผลิต  ผู้บริโภค  และผู้สลายสารอินทรีย์ในโซ่อาหาร  มีความสัมพันธ์กันอย่างไร

รู้หรือไม่

          การกินกันเป็นทอดๆ  ในโซ่อาหารของสิ่งมีชีวิต  มีลักษณะเป็นลำดับขั้นของการกิน  เช่น  จากผู้ผลิตไปสู่ผู้บริโภค  จากผู้บริโภคลำดับที่  1  ไปสู่ผู้บริโภคลำดับที่  2  และจากผู้บริโภคลำดับที่  2  ไปสู่ผู้บริโภคลำดับที่  3  เรียกลักษณะการกินเป็นทอดๆ  นี้ว่า  ลำดับขั้นการกินอาหาร  (trophic level)

  • การถ่ายทอดพลังงานในโซ่อาหาร  หรือสายใยอาหาร  มีความสำคัญอย่างไร
  • นักเรียนคิดว่าถ้ามีสารพิษปนเปื้อนอยู่ในผู้ผลิต  สารพิษนี้จะถูกถ่ายทอดไปสู่ผู้บริโภคได้หรือไม่  อย่างไร
  • จากหลักการถ่ายทอดพลังงานในโซ่อาหาร  นักเรียนจะนำไปประยุกต์ใช้ในการรักษาคุณภาพของสิ่งแวดล้อมได้อย่างไร

ในธรรมชาติการกินต่อกันเป็นทอดๆ  ของสิ่งมีชีวิตพบว่ามีความสัมพันธ์เชื่อมโยงกันซับซ้อน  ไม่ได้เป็นลักษณะของโซ่อาหารเดี่ยวๆ  เรียกโซ่อาหารที่มีความซับซ้อนนี้ว่า  สายใยอาหาร  ซึ่งนักเรียนจะศึกษารายละเอียดได้จากกิจกรรมต่อไปนี้

กิจกรรมที่  1.3  โซ่อาหารและสายใยอาหาร

1. ให้นักเรียนพิจารณาภาพสายใยอาหารในระบบนิเวศแห่งหนึ่ง  ดังต่อไปนี้

  • จากภาพสายใยอาหาร  นักเรียนสามารถแยกโซ่อาหารได้ทั้งหมดกี่สาย  อะไรบ้าง

2. ให้นักเรียนเขียนความสัมพันธ์ในรูปแบบของโซ่อาหารและสายใยอาหารในระบบนิเวศบนบก  และระบบนิเวศในน้ำในท้องถิ่น  โดยใช้ข้อมูลที่นักเรียนได้ศึกษาในกิจกรรมที่  1.1 

3. นักเรียนแต่ละกลุ่มนำเสนอโซ่อาหารและสายใยอาหาร  แล้วร่วมกันอภิปรายในประเด็นต่อไปนี้

          3.1 โซ่อาหารหรือสายใยอาหารในระบบนิเวศบนบกและระบบนิเวศในน้ำในท้องถิ่น  มีความซับซ้อนหรือไม่  เพราะเหตุใดจึงเป็นเช่นนั้น

          3.2 จากความสัมพันธ์ในรูปโซ่อาหารและสายใยอาหารที่นักเรียนสำรวจได้บ่งบอกถึงสภาพของระบบนิเวศในท้องถิ่นได้อย่างไร  มีสิ่งใดควรที่ปรับปรุงแก้ไขหรือไม่

          ในระบบนิเวศนอกจากมีโซ่อาหารที่เริ่มต้นจากผู้ผลิตผ่านไปยังผู้บริโภคแล้วนั้น  พบว่ายังมีโซ่อาหารอีกประเภทหนึ่งที่เริ่มจากการย่อยสลายซากพืชและสัตว์ของผู้สลายสารอินทรีย์แล้วผ่านต่อไปยังผู้บริโภคลำดับต่างๆ  เรียกโซ่อาหารและสายใยอาหารสารอินทรีย์ประเภทนี้ว่า  โซ่อาหารและสายใยอาหารดีไทรทัส  (detritus food chain and detritus food web)  หรือ  โซ่อาหารแซโพรไฟติกและสายใยอาหารแซโพรไฟติก  (saprophytic food chain and saprophytic food wed)  ดังภาพที่  1-38

          จากกิจกรรมที่  1.3  จะเห็นได้ว่าโซ่อาหารแต่ละสายมีชนิดและปริมาณของสิ่งมีชีวิตแต่ละลำดับขั้นของการกินมากน้อยต่างกัน  สามารถเขียนความสัมพันธ์แต่ละลำดับขั้นได้ในรูปแบบของพีระมิด  เรียกว่า  พีระมิดทางนิเวศวิทยา  (ecological pyramid)  ซึ่งจำแนกออกได้เป็น  3  แบบคือ

          พีระมิดจำนวน  (pyramid of numbers)

          ใช้จำนวนของสิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศนั้นๆ  มาเขียนเรียงลำดับโดยผู้ผลิตอยู่บริเวณฐานผู้บริโภคลำดับต่างๆ  ก็จะเรียงลำดับ  ต่อขึ้นไป  มีหน่วยเป็นจำนวนต่อตารางเมตร  ดังภาพที่  1-39

          พีระมิดมวลชีวภาพ  (pyramid of biomass) 

          ใช้มวลชีวภาพหรือเนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิตทั้งหมดในรูปของน้ำหนักแห้ง  หน่วยเป็นกรัมต่อตารางเมตร  ในการสร้างพีระมิด  ดังภาพที่ 1-40

          พีระมิดพลังงาน  (pyramid of energy)

          เป็นพีระมิดที่แสดงค่าพลังงานในสิ่งมีชวิตแต่ละชนิด  มีหน่วยเป็นกิโลแคลอรีต่อตารางเมตรต่อปี  ดังภาพ  1-41

  • พีระมิดของระบบนิเวศแบบใดบ้าง  ที่บางครั้งพบว่าหัวกลับโดยมียอดแหลมอยู่ด้านล่าง  เพราะเหตุใดจึงเป็นเช่นนั้น

การกินอาหารของผู้บริโภคตามลำดับขั้นในโซ่อาหาร  ก่อให้เกิดการถ่ายทอดสารและพลังงานในระบบนิเวศ  นักเรียนทราบหรือว่าพลังงานที่สิ่งมีชิวิตในแต่ละลำดับขั้นได้รับนั้นเท่ากันหรือไม่

พลังงานที่สิ่งมีชีวิตแต่ละลำดับขั้นในระบบนิเวศได้รับนั้นจะไม่เท่ากันตามหลักการของลินด์แมน  (Lindman)  กล่าวไว้ว่า  พลังงานที่ได้รับจากผู้ผลิตทุกๆ  100  ส่วน  จะมีเพียง  10  ส่วน  เท่านั้นที่ผู้บริโภคนำไปใช้ในการดำรงชีวิตและการเจริญเติบโต  และพลังงานในผู้บริโภคแต่ละลำดับทุกๆ  100  ส่วนก็จะถูกนำไปใช้ได้แค่  10  ส่วนเช่นกัน  เรียกว่า  กฎสิบเปอร์เซ็นต์  (Law of ten percent)  ดังแสดงในภาพที่  1-42

  • จากภาพพลังงานอีก  90  ส่วน  ในแต่ละลำดับขั้นของผู้บริโภคสูญหายไปไหน

1.4.2 วัฏจักรสารในระบบนิเวศ

แร่ธาตุและสารต่างๆ  ในระบบนิเวศเป็นสิ่งจำเป็นในการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิต  เช่น  คาร์บอน  ไฮโดรเจน  ออกซิเจน  ไนโตรเจน  และฟอสฟอรัส  เป็นต้น  สารต่างๆ  เหล่านี้ล้วนเป็นองค์ประกอบของโมเลกุลที่สำคัญในเซลล์สิ่งมีชีวิต  เรียกว่า  ชีวโมเลกุล  (biomolecules)  เช่นลิพิด  โปรตีน  คาร์โบไฮเดรต  และกรดนิวคลีอิค  ธาตุที่เป็นองค์ประกอบหลักเหล่านี้มีการหมุนเวียนผ่านโซ่อาหารเป็นวัฏจักร  เรียกว่า  วัฏจักรสาร  (material cycle)  เช่น  วัฏจักรน้ำ  วัฏจักรคาร์บอน  วัฏจักรไนโตรเจน  วัฏจักรฟอสฟอรัส  และวัฏจักรกำมะถัน  เป็นต้น

  • ธาตุที่เป็นองค์ประกอบในเซลล์สิ่งมีชีวิตที่เรียกว่าชีวโมเลกุลนั้นมีความสำคัญต่อสิ่งมีชีวิตอย่างไร  และเพราะเหตุใด
  • การหมุนเวียนสารและการถ่ายทอดพลังงานในระบบนิเวศ  เหมือนหรือแตกต่างกันอย่างไร
  • สิ่งมีชีวิตได้รับแร่ธาตุและสารอาหารต่างๆ  โดยวิธีการใดบ้าง

ดังที่นักเรียนทราบมาแล้วว่าน้ำมีความสำคัญต่อสิ่งมีชีวิตทุกชนิด  ปริมาณความชื้นในแต่ละแห่งเป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้เกิดระบบนิเวศชนิดต่างๆ  บนพื้นดินอีกด้วย  น้ำที่ใช้กันอยู่ทุกวันนี้มีการหมุนเวียนเป็นวัฏจักรเช่นเดียวกันเรียกว่า  วัฏจักรน้ำ  (Water cycle)  ซึ่งนักเรียนได้ศึกษารายละเอียดมาแล้วในระดับมัธยมศึกษาตอนต้น

  • การหมุนเวียนของน้ำเกิดจากกระบวนการต่างๆ  ที่สำคัญ  ได้แก่กระบวนการใดบ้าง
  • วัฏจักรน้ำที่เกิดโดยผ่านกระบวนการในสิ่งมีชีวิต  ได้แก่กระบวนการใดบ้าง  และเกี่ยวข้องสัมพันธ์กับกระบวนการที่ไม่ผ่านสิ่งมีชีวิตอย่างไร

วัฏจักรคาร์บอน

          คาร์บอน  เป็นธาตุสำคัญของสารประกอบในร่างกายของสิ่งมีชีวิต  เช่นคาร์โบไฮเดรต  ลิพิด  โปรตีน  เป็นต้น  และยังเป็นองค์ประกอบของสารอนินทรีย์อื่นๆ  ที่มีอยู่ในระบบนิเวศ  เช่น  แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศ  คาร์บอนเป็นธาตุที่มีการหมุนเวียนอยู่ในระบบนิเวศเป็นวัฏจักรเรียกว่า  วัฏจักรคาร์บอน  (carbon cycle)  ดังภาพที่  1-43

  • วัฏจักรคาร์บอนที่เกิดโดยผ่านกระบวนการในสิ่งมีชีวิต  ได้แก่กระบวนการใดบ้าง
  • วัฏจักรคาร์บอนที่เกิดโดยผ่านกระบวนการอื่นๆ  ในชีวิตประจำวัน ได้แก่อะไรบ้าง
  • อธิบายความสัมพันธ์ระหว่างการหมุนเวียนคาร์บอนกับการดำรงชีวิตของพืชและสัตว์
  • วัฏจักรคาร์บอนเกิดการเสียสมดุลได้อย่างไรและมีผลกระทบต่อสภาพแวดล้อมอย่างไร

วัฏจักรไนโตรเจน

          ไนโตรเจนเป็นธาตุสำคัญเพราะเป็นองค์ประกอบของโปรตีนในสิ่งมีชีวิตและพืชยังใช้ไนโตรเจนในรูปของสารประกอบเกลือแอมโมเนียม  เกลือไนไตรท์  และเกลือไนเตรต  เพื่อนำไปสร้างสารประกอบต่างๆ  ภายในเซลล์ได้อีก  ไนโตรเจนมีการหมุนเวียนเป็นวัฏจักร  เรียกว่า  วัฏจักรไนโตรเจน  (nitrogen cycle)  วัฏจักรไนโตรเจนประกอบด้วยกระบวนการที่สำคัญคือ  การตรึงไนโตรเจน  (nitrogen fixation)  การเปลี่ยนสารประกอบไนโตรเจนเป็นแอมโมเนีย  (ammonification)  และการเปลี่ยนเกลือแอมโมเนียมเป็นไนไตรท์และไนเตรต  (nitrification)  และการเปลี่ยนไนเตรตกลับเป็นแก๊สไนโตรเจนในบรรยากาศ  (denitrification)  ดังภาพที่  1-44

เชื่อมโยงกับธรณีวิทยา

          ซากสิ่งมีชีวิตที่ทับถมในสภาพขาดออกซิเจนจะกลายเป็นเชื้อเพลิงฟอสซิล  (fossil fuel)  ได้แก่พวกแก๊สธรรมชาติ  ถ่านหิน  และน้ำมัน  เมื่อนำเชื้อเพลิงฟอสซิลเหล่านี้มาใช้เป็นเชื้อเพลิง  พบว่าจะทำให้เกิดแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์กลับคืนสู่บรรยากาศ

เชื่อมโยงกับเคมี

          ไนเตรตอาจเกิดขึ้นได้จาก  การเกิดฟ้าผ่า  กระแสไฟฟ้าในอากาศทำให้ไนโตรเจนรวมกับออกซิเจนกลายเป็น  ไนโตรเจนออกไซด์  (NO)  เมื่ออยู่ในอากาศไนโตรเจนออกไซด์จะรวมกับออกซิเจนกลายเป็นไนโตรเจนไดออกไซด์  (NO3)  ซึ่งอาจรวมกับไอน้ำในบรรยากาศเกิดเป็นกรดไนตริกขึ้นเมื่อทำปฏิกิริยากับไอออนบวกในดินจะเกิดเกลือไนเตรตพืชจึงนำไปใช้ได้

รู้หรือไม่รู้หรือไม่

          ไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบของกรดอะมิโนกรดนิวคลีอิก  (DNA  และ  RNA)  วิตามิน  และคลอโรฟิลล์  ถ้าพืชขาดไนโตรเจน  จะทำให้ใบแก่มีสีเหลืองซีด  เรียกว่าคลอโรซิส  (chlorosis)  เนื่องจากมีคลอโรฟิลล์น้อยหรือไม่มีเลย

  • จากภาพกระบวนการต่างๆ  ที่สำคัญของวัฏจักรไนโตรเจนเกี่ยวข้องสัมพันธ์กันอย่างไร
  • ถ้าขาดไนโตรเจนแล้วจะมีผลอย่างไรต่อระบบนิเวศ
  • ปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ  เช่นฟ้าผ่า  เกี่ยวข้องกับวัฏจักรไนโตรเจนอย่างไร

วัฏจักรฟอสฟอรัส

          ฟอสฟอรัสเป็นธาตุที่จำเป็นสำหรับเซลล์ทุกชนิดเนื่องจากเป็นส่วนประกอบของกรดนิวคลีอิก  เช่น  กรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก  (deoxyribonucleic acid)  หรือ  ดีเอ็นเอ  (DNA)  ซึ่งเป็นสารพันธุกรรมและเป็นส่วนประกอบของสารพลังงานสูง  เช่น  ATP  (adenosine triphosphate)  นอกจากนี้ฟอสฟอรัสยังเป็นส่วนประกอบสำคัญของกระดูกและฟันในสัตว์มีกระดูกสันหลัง  ฟอสฟอรัสก็เป็นอีกธาตุหนึ่งที่มีการหมุนเวียนอยู่ในระบบนิเวศเป็นวัฏจักร  เรียกว่า  วัฏจักรฟอสฟอรัส  (phosphorus cycle)  ดังภาพที่  1-45

รู้หรือไม่

          ATP  เป็นแหล่งเก็บพลังงานสำคัญภายในเซลล์  เป็นสารประกอบที่มีหมู่ฟอตเฟต  3  หมู่จับกับเบสอะดีนีนและน้ำตาลไรโบส

  • จากภาพแหล่งของฟอสฟอรัสที่สำคัญได้มาจากที่ใดบ้าง
  • วัฏจักรฟอสฟอรัสหมุนเวียนผ่านกระบวนการของสิ่งมีชีวิตอย่างไร
  • สารประกอบฟอสฟอรัสในผู้บริโภคกลายมาเป็นสารประกอบฟอสฟอรัสในน้ำได้อย่างไร
  • สารประกอบฟอสฟอรัสมีความสำคัญต่อสิ่งมีชีวิตอย่างไร

เชื่อมโยงกับธรณีวิทยา

          บ่อน้ำพุร้อน  เป็นทรัพยากรธรรมชาติอีกแหล่งหนึ่งที่เป็นแหล่งกำเนิเของธาตุกำมะถัน  เช่น  บ่อน้ำพุร้อนที่อำเภอฝาง  จังหวัดเชียงใหม่

วัฏจักรกำมะถัน

          กำมะถันเป็นธาตุที่เป็นองค์ประกอบสำคัญของโปรตีนในพืชและสัตว์  โดยเฉพาะอย่างยิ่งกรดอะมิโนที่จำเป็น  เช่น  เมไทโอนีน  และซีสเตอีน  เป็นต้น  ธาตุกำมะถันจะเกี่ยวข้องทั้งในกระบวนการของสิ่งมีชีวิตและสิ่งไม่มีชีวิต  การหมุนเวียนกันเป็นวัฏจักรเช่นเดียวกัน  เรียกว่า  วัฏจักรกำมะถัน  (sulfur cycle)  ดังภาพที่  1-46

  • กำมะถันมีการหมุนเวียนผ่านกระบวนการสิ่งมีชีวิตอย่างไร
  • แหล่งกำเนิดของกำมะถันได้มาจากที่ใดบ้าง
  • กำมะถันที่อยู่ในรูปแบบของแก๊สมีบทบาทที่สำคัญอย่างไรต่อระบบนิเวศและก่อให้เกิดผลกระทบต่อระบบนิเวศ  อย่างไรบ้าง

รู้หรือไม่

          ฝนกรดเป็นฝนที่เกิดจากการมีแก๊สซัลเฟอร์ไดออกไซด์  (SO3)  ในบรรยากาศ  เมื่อรวมกับไอน้ำทำให้กลายเป็นกรดซัลฟิวริก  (H2SO4)

1.5 การเปลี่ยนแปลงแทนที่ของระบบนิเวศ

          ในสภาพแวดล้อมหนึ่งๆ  พบว่าเมื่อกาลเวลาผ่านไปอาจทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของกลุ่มสิ่งมีชีวิตเกิดขึ้น  กลุ่มสิ่งมีชีวิตเดิมที่เคยพบอาจสูญหายไปกลายเป็นอีกกลุ่มหนึ่งขึ้นมาแทนที่  เรียกปรากฏการณ์นี้ว่า  การเปลี่ยนแปลงแทนที่ของระบบนิเวศ  (ecological succession)  ในหัวข้อนี้นักเรียนจะได้ศึกษาขึ้นตอนของการเปลี่ยนแปลงแทนที่ของกลุ่มสิ่งมีชีวิตชนิดหนึ่งว่าเกิดขึ้นได้อย่างไรจากการทำกิจกรรมที่  1.4

คำถามนำ

          หลังจากเกิดภัยธรรมชาติทายระบบนิเวศที่มีอยู่เดิม  นักเรียนคิดว่ะรบบนิเวศแห่งนี้จะฟื้นคืนสภาพได้หรือไม่และกลุ่มสิ่งมีชีวิตจะเปลี่ยนแปลงอย่างไร

กิจกรรมที่  1.4  การเปลี่ยนแปลงแทนที่ของสิ่งมีชีวิต

วัสดุอุปกรณ์

ฟางข้าว  จอก  แหน  ผักตบชวา  หรือหญ้า  อย่างใดอย่างหนึ่งประมาณ  1  กำมือ

บีกเกอร์ขนาด  500  cm3

ชุดตะเกียงแอลกอฮอล์  พร้อมขาตั้งและที่กั้นลม

แท่งแก้วคนสาร

น้ำสะอาด  250  cm3

น้ำจากคู  บึง  หรือบ่อ  หรือจากแหล่งน้ำธรรมชาติ  100  cm3

ผ้าขาวบางพร้อมยางวง

กล้องจุลทรรศน์

สไลด์และกระจกปิดสไลด์

หลอดหยด

วิธีการทดลอง

นำวัสดุ  เช่น  ฟางข้าวแห้ง  จอก ผักตบชวา  หรือหญ้าอย่างใดอย่างหนึ่งมาตัดเป็นชิ้นเล็กๆ  ใส่ลงในบีกเกอร์ประมาณ  1  ใน  5  ส่วน

เติมน้ำสะอาดลงไปในบีกเกอร์ที่มีวัสดุในข้อ  1  ให้น้ำท่วมวัสดุนั้น

นำบีกเกอร์ไปต้นบนชุดตะเกียงแอลกอฮอล์  จนน้ำเดือดประมาณ  15  นาทีแล้วทิ้งไว้ให้เย็น 

ให้หลอดหยดดูดน้ำต้มจากข้อ  3  หยดบนสไลด์แล้วปิดด้วยกระจกปิดสไลด์  นำมาส่องดูสิ่งมีชีวิตด้วยกล้องจุลทรรศน์  บันทึกผล  จากนั้นนำบีกเกอร์ในข้อ  3  ตั้งทิ้งไว้  1  คืน

เติมน้ำจากคู  บึง  หรือบ่อ  ปริมาตร  20  cm3  ลงในบีกเกอร์น้ำต้มจากข้อ  3  แล้วปิดด้วย  ผ้าขาวบาง

นำน้ำจากบีกเกอร์ในข้อ  5  มาส่องดูสิ่งมีชีวิตด้วยกล้องจุลทรรศน์ทุกวันจนครบ  1  สัปดาห์  สังเกตการ์เปลี่ยนแปลงของกลุ่มสิ่งมีชีวิตที่เกิดขึ้น  บันทึกผล

            จากการทดลองนี้นักเรียนสังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงแทนที่เกิดขึ้นอย่างไร

            กลุ่มสิ่งมีชีวิตที่พบมีการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นเป็นระยะๆ  หรือไม่  อย่างไร

            เพราะเหตุใดจึงเกิดการเปลี่ยนแปลงแทนที่เกิดขึ้นในการทดลองนี้

จากกิจกรรมที่  1.4  จะเห็นปรากฏการณ์การเปลี่ยนแปลงแทนที่เกิดขึ้นจากกลุ่มสิ่งมีชีวิตที่นักเรียนสามารถศึกษาได้ในห้องปฏิบัติการในช่วงระยะเวลาสั้นๆ  ซึ่งโดยธรรมชาติแล้วการเปลี่ยนแปลงแทนที่ที่เกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมธรรมชาตินั้นมักจะใช้ระยะเวลานานโดยเมื่อระบบนิเวศหนึ่งๆ  ถูกรบกวนหรือถูกทำลายไปจนเสียสมดุลก็จะเกิดการเปลี่ยนแปลงแทนที่ของกลุ่มสิ่งมีชีวิตใหม่ขึ้นมา  ซึ่งการเปลี่ยนแปลงแทนที่ในสภาพแวดล้อมธรรมชาตินี้จะมี  2  ลักษณะคือ

1. การเปลี่ยนแปลงแทนที่แบบปฐมภูมิ  (primary  succession)  เป็นการเปลี่ยนแปลงแทนที่ที่เริ่มจากบริเวณที่ปราศจากสิ่งมีชีวิตมาก่อน  เช่น  การเปลี่ยนแปลงแทนที่ที่เกิดขึ้นบนก้อนหินหรือหน้าดินที่ถูกเปิดขึ้นใหม่ในการตัดช่องเขาทำถนนจนกระทั่งเกิดสิ่งมีชีวิตพวกมอสและไลเคนขึ้นมาเป็นกลุ่มแรก  เมื่อสิ่งมีชีวิตกลุ่มแรกตายไปก็จะทับถมกลายเป็นชั้นบางๆ  ของดินเกิดขึ้น  จากนั้นก็เริ่มมีกลุ่มสิ่งมีชีวิตกลุ่มที่  2  เช่น  หญ้าหรือพวกวัชพืชป่าเกิดขึ้นแทนที่  เมื่อกลุ่มสิ่งมีชีวิตเหล่านี้ตายไปก็จะทับถมเป้ฯชั้นดินที่หนาขึ้นเรื่อยๆ  และความอุดมสมบูรณ์ของแร่ธาตุในดินก็เริ่มมีมากขึ้นจนทำให้เกิดสิ่งมีชีวิตกลุ่มแล้วกลุ่มเล่าขึ้นมาแทนที่  เช่น  ไม้ล้มลุก  ไม้พุ่ม  จนกระทั่งในที่สุดเกิดเป็นสังคมพืช  ซึ่งประกอบด้วยกลุ่มพืชชนิดต่างๆ  เกิดขึ้นเป็นลำดับกลายเป็นสังคมสมบูรณ์  (climax community)  และมีความสมดุลโดยปกติพบว่าการเปลี่ยนแปลงแทนที่แบบปฐมภูมินี้จะใช้เวลานานมากกว่าจะถึงสภาวะสมดุลอย่างน้อยเป็นเวลาหลายสิบปีขึ้นไป

นอกจากนี้การเปลี่ยนแปลงแทนที่แบบปฐมภูมิอาจเกิดขึ้นในรูปแบบของการเปลี่ยนแปลงจากสภาพแวดล้อมหนึ่งไปเป็นอีกสภาพแวดล้อมหนึ่ง  เช่น  การเปลี่ยนแปลงแทนที่แบบปฐมภูมิในสระน้ำ จนกระทั้งกลายเป็นพื้นดินในที่สุด  ดังภาพที่  1-47

ในท้องถิ่นของนักเรียนมีตัวอย่างของการเปลี่ยนแปลงแทนที่ของสิ่งมีชีวิตที่บริเวณใดบ้าง  และกระบวนการเปลี่ยนแปลงนั้นเป็นอย่างไร

การเปลี่ยนแปลงแทนที่นอกจากเกิดขึ้นในสระน้ำแล้วยังมีบริเวณอื่นใดอีกบ้าง  ให้นักเรียนยกตัวอย่างและบอกถึงกระบวนการเปลี่ยนแปลงดังกล่าว

2. การเปลี่ยนแปลงแทนที่แบบทุติยภูมิ  (secondary succession)  เป็นการเปลี่ยนแปลงแทนที่ที่เกิดขึ้นจากกลุ่มสิ่งมีชีวิตเดิมถูกทำลายไป  แต่ยังคงมีสิ่งมีชีวิตบางชนิดและสารอินทรีย์ที่สิ่งมีชีวิตต้องการเหลืออยู่  เช่น  การเปลี่ยนแปลงแทนที่ในบริเวณที่ถูกไฟไหม้  บริเวณที่เคยหักร้างถางพงเพื่อทำไรแล้วปล่อยให้รกร้างภายหลังหรือป่าที่ถูกตัดโค่น เป็นต้น  ดังภาพที่  1-48

สังคมของสิ่งมีชีวิตในสภาวะสมดุลนี้จะรักษาสภาพเช่นนี้ไว้เป็นเวลายาวนานจนกว่าจะเกิดเหตุการณ์ทำลายสมดุลของสิ่งมีชีวิต  เช่น  พายุรุนแรง  แผ่นดินไหว  ไฟป่า  การถางป่า  และโค่นต้นไม้  เป็นต้น  หลังจากนี้ถ้าปล่อยทิ้งไว้ไม่มีการรบกวนธรรมชาติหรือเกิดการทำลายซ้ำอีกก็จะมีการเปลี่ยนแปลงแทนที่แบบทุติยภูมิ  กระบวนการเปลี่ยนแปลงแทนที่จะเกิดขึ้นต่อเนื่องจนกระทั่งถึงขั้นสุดท้ายของกลุ่มสิ่งมีชีวิต  การเปลี่ยนแปลงแทนที่แบบทุติยภูมิใช้เวลาน้อยกว่าแบบปฐมภูมิ  เนื่องจากดินและสารอินทรีย์ที่พืชต้องการมีพร้อมอยู่แล้วจึงเกิดการเปลี่ยนแปลงได้ทันที

กิจกรรมเสนอแนะ  การเปลี่ยนแปลงแทนที่ในระบบนิเวศ

วัสดุอุปกรณ์

1. อ่างดิน  ถังซีเมนต์กลม  กระบะไม้  หรืออุปกรณ์คล้ายกันที่หาได้ในท้องถิ่นของนักเรียน

2. คู่มือจำแนกสิ่งมีชีวิต

3. แว่นขยาย  หรือกล้องจุลทรรศน์

4. สไลด์และกระจกปิดสไลด์

วิธีการทดลอง

          1. จำลองระบบนิเวศที่นักเรียนต้องการจะศึกษา  เช่น

                   ระบบนิเวศในน้ำ  นำน้ำจากแหล่งธรรมชาติมาใส่ภาชนะที่เตรียมไว้  แล้วนำมาวางกลางแจ้ง  (อาจจะต้องใส่ดินจากริมบ่อด้วย)

                   ระบบนิเวศบนบก  นำกระบะไม้ใส่ดินและเศษใบไม้แห้งทับลงไปข้างบน  รดน้ำวันละครั้ง  หรือวันเว้นวัน  โดยวางไว้กลางแจ้ง

          2. ระบบนิเวศจำลองทั้ง  2  แบบตั้งทิ้งไว้ประมาณ  1  เดือนหรือมากกว่านั้น  และหมั่นตรวจดูเป็นระยะๆ

          3. ตรวจสอบสิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศจำลองว่าสิ่งมีชีวิตชนิดใดเกิดขึ้นบ้างและสังเกตสภาพแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลงไป

          4. บันทึกผลการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้น

หมายเหตุ  :  นักเรียนควรทำกิจกรรมนี้ก่อนล่วงหน้าประมาณ  1  เดือน

         ในแต่ละระบบนิเวศ  ถึงแม้ว่าจะมีกลุ่มสิ่งมีชีวิตชนิดต่างๆ  อยู่ร่วมกันอย่างสมดุล  แต่ก็อาจมีการเปลี่ยนแปลงแทนที่เกิดขึ้นได้  โดยถ้าหากสภาพแวดล้อมในระบบนั้นๆ  ทั้งทางกายภาพและชีวภาพมีการเปลี่ยนแปลงไปจนทำให้ชนิด  ปริมาณ  สัดส่วน  และการกระจายของสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ในพื้นที่นั้นๆ  เปลี่ยนแปลงไปและมีผลทำให้ระบบนิเวศเสียสมดุลจนยากที่จะฟื้นฟุให้กลับมามีสภาพคงเดิม  ดังนั้นในการที่จะรักษาความสมดุลของระบบนิเวศนั้นๆ  ไว้จำเป็นจะต้องมีความรู้ความเข้าใจอย่างถูกต้อง  ซึ่งนักเรียนจะได้ศึกษาต่อไป

1.6 มนุษย์กับทรัพยากรธรรมชาติและสิ่งแวดล้อม

          สิ่งต่างๆ  ที่ปรากฏอยู่ตามธรรมชาติหรือที่เกิดขึ้นเองในธรรมชาติและมนุษย์นำมาใช้ประโยชน์ได้  เรียกว่า  ทรัพยากรธรรมชาติ  (natural resources)  เช่น  อากาศ  น้ำ  ดิน  แสง  ป่าไม้  และแร่ธาตุ  เป็นต้น  นักเรียนทราบหรือไม่ว่าทรัพยากรธรรมชาติให้ประโยชน์กับมนุษย์อย่างไรบ้าง

          1.6.1 ประเภทของทรัพยากรธรรมชาติ

          ทรัพยากรธรรมชาติที่มีอยู่มากมายหลากหลายชนิดมีทั้งที่มีสถานะเป็นของแข็ง  เช่น  ดิน  หิน  แร่  เป็นต้น  หรือที่มีสถานะเป็นของเหลว  เช่น  น้ำ  น้ำมันปิโตรเลียม  และที่มีสถานะเป็นแก๊ส  เช่น  อากาศ  นอกจากนี้บางชนิดก็เป็นสิ่งมีชีวิต  เช่น  มนุษย์  สัตว์ป่า  ป่าไม้  เป็นต้น  และบางชนิดก็เป็นสิ่งที่ไม่มีชีวิต  เช่น  อากาศ  น้ำ  ดิน  เป็นต้น

          นักอนุรักษ์วิทยาได้จำแนกประเภทของทรัพยากรธรรมชาติ  ตามลักษณะของการนำมาใช้ประโยชน์ได้เป็น  3  ประเภท  คือ

          1. ทรัพยากรธรรมชาติที่ใช้ไม่หมดสิ้น  (non-exhausting natural resources)  เป็นทรัพยากรธรรมชาติที่มีอยู่ในปริมาณมากและมีอยู่ทุกหนทุกแห่งในโลกและมีความจำเป็นต่อการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด  ทรัพยากรเหล่านนี้ได้แก่  อากาศ  น้ำ  และแสง  เป็นต้น  ถึงแม้ว่าทรัพยากรธรรมชาติเหล่านี้จะมีอยู่ในปริมาณมาก  แต่ถ้าใช้โดยไม่ระมัดระวังไม่ดูแลรักษาก็จะทำให้ทรัพยากรธรรมชาติเหล่านี้เสื่อมสภาพไป  และนำมาใช้ประโยชน์ได้ไม่เต็มที่

          2. ทรัพยากรธรรมชาติที่ใช้แล้วเกิดทดแทนได้  (renewable natural resources)  เป็นทรัพยากรธรรมชาติที่เมื่อนำมาใช้ประโยชน์แล้วยังสามารถเกิดขึ้นทดแทนในธรรมชาติได้  เช่น  พืช  สัตว์  ป่าไม้  ดิน  เป็นต้น  ซึ่งการเกิดขึ้นมาทดแทนของทรัพยากรเหล่านี้  บางชนิดก็ใช้ระยะเวลาสั้นๆ  เช่น  พืชและสัตว์  แต่บางชนิดการเกิดขึ้นมาทดแทนต้องใช้ระยะเวลานาน  เช่น  การเกิดดิน  เป็นต้น

          3. ทรัพยากรธรรมชาติที่ใช้แล้วหมดไป  (exhausting natural resources)  เป็นทรัพยากรธรรมชาติที่เมื่อนำมาใช้แล้วก็จะหมดไป  เช่น  น้ำมันปิโตรเลียม  แก๊สธรรมชาติ  ถ่านหิน  และแร่  เป็นต้น  ทรัพยากรธรรมชาติเหล่านี้บางชนิดเป็นแหล่งพลังงานที่อำนวยความสะดวกทำให้มนุษย์มีชีวิตความเป็นอยู่ที่ดีขึ้น

          ดังจะเห็นแล้วว่าทรัพยากรธรรมชาติทั้ง  3  ประเภทนี้มีความสำคัญและจำเป็นต่อการดำรงชีวิตของมนุษย์จึงต้องคำนึงถึงการใช้ทรัพยากรธรรมชาติเหล่านี้และมีการดูแลรักษาควบคู่กันไปเพื่อให้เกิดประโยชน์สูงสุดและให้มีใช้อย่างยั่งยืน  ทรัพยากรธรรมชาติแต่ละประเภทมีวิธีการใช้การดูแลรักษาและการอนุรักษ์อย่างไร  นักเรียนจะได้ศึกษาในรายละเอียดต่อไป

กิจกรรมที่  1.5  มนุษย์กับการใช้ทรัพยากรธรรมชาติ

          ให้นักเรียนสำรวจการใช้ทรัพยากรธรรมชาติแต่ละประเภทจากจำนวนสมาชิกในครอบครัวและการประกอบอาชีพของบุคคลในครอบครัว  นำข้อมูลมาวิเคราะห์แล้วร่วมกันอภิปรายในประเด็นต่อไปนี้

1. ในการดำรงชีวิตประจำวันของสมาชิกในครอบครัวของนักเรียน  เกี่ยวข้องกับทรัพยากรธรรมชาติประเภทใดบ้าง  ปริมาณที่ใช้ต่อวันมากน้อยเพียงใด

2. อาชีพของบุคคลในครอบครัวมีความสัมพันธ์กับการใช้ทรัพยากรธรรมชาติประเภทใดบ้าง  ปริมาณการใช้มากน้อยอย่างไร

3. นักเรียนมีข้อเสนอแนะและควรระวังในการดใช้ทรัพยากรประเภทนั้นๆ  อย่างไร  เพื่อประโยชน์ในการใช้อย่างยั่งยืนและจะแนะนำบุคคลในครอบครัวได้อย่างไรบ้าง

4. สรุปและเสนอผลการศึกษา  พร้อมทั้งระบุแนวทางในการแก้ไข  จัดการ  โดยจัดแสดงข้อมูลเผยแพร่ในโรงเรียน

จากกิจกรรมที่  1.5  นักเรียนคงสรุปได้ว่าสิ่งจำเป็นในการดำรงชีวิตของประชากรมนุษย์ล้วนมาจากทรัพยากรธรรมชาติ  เมื่อประชากรมนุษย์มีจำนวนมากขึ้นก็จำเป็นจะต้องแสวงหาทรัพยากรธรรมชาติเพื่อการอุปโภคในปริมาณมากขึ้น  มีการปรับปรุงเทคโนโลยีทางการเกษตรเพื่อเพิ่มผลผลิต  ปรับปรุงคุณภาพผลผลิตสำหรับเลี้ยงประชากรมนุษย์  มีการพัฒนาเทคโนโลยีเพื่อผลิตสิ่งของเครื่องใช้ระดับอุตสาหกรรมมากขึ้น  สังคมของโลกพัฒนาจนเจริญก้าวหน้า  มีการพัฒนาเทคโนยีสื่อสาร  การขนส่ง  ให้สามารถติดต่อกันได้ในเวลานานอันรวดเร็วและมีการแข่งขันทางการค้าและอุตสาหกรรมในระดับโลก

ในขณะเดียวกันทรัพยากรธรรมชาติก็ลดจำนวนลงอย่างมากจากการวิเคราะห์ผลกระทบที่เกิดจากการใช้ทรัพยากรธรรมชาติประเภทต่างๆ  และที่เกิดจากกิจกรรมในการดำรงชีวิตของประชากรมนุษย์  นักเรียนจะพบว่าระบบนิเวศธรรมชาติเกิดการเปลี่ยนแปลงและมีการสะสมของเสียเกิดมลภาวะที่ส่งผลต่อเนื่องถึงสุขภาพอนามัยของมนุษย์เอง

ปัญหาต่างๆ  ที่เกิดกับระบบนิเวศมีสาเหตุหลากหลาย  บางปัญหาเกิดขึ้นในระดับท้องถิ่น  เช่น  น้ำเสียที่เกิดจากกิจกรรมต่างๆ  ในครัวเรือน  อากาศเสียจากโรงงานอุตสาหกรรมในชุมชนเมือง  บางปัญหาส่งผลกระทบระดับประเทศ  เช่น  การใช้พลังงานของคนในประเทศที่อาจนำไปสู่วิกฤติการณ์ทรัพยากรพลังงาน  บางปัญหามีความรุนแรงจนเป็นปัญหาระดับโลกที่ต้องอาศัยความร่วมมือจากประชากรทั้งโลกในการป้องกันแก้ไข  เช่น  ภาวะโลกร้อน  และการทำลายโอโซนในบรรยากาศ  นักเรียนทราบหรือไม่ว่าภาวะโลกร้อนเกิดขึ้นได้อย่างไร

1.6.2 ภาวะโลกร้อน  (global warming)

จากการรวบรวมข้อมูลของนักวิทยาศาสตร์พบว่า  อุณหภูมิเฉลี่ยของบรรยากาศของโลกมีการเปลี่ยนแปลง  ดังภาพที่  1-54

จากการรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับปริมาณแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศ  ในช่วงเวลาใกล้เคียงกันในแต่ละปีพบว่ามีการเปลี่ยนแปลง ดังภาพที่  1-55

            นักเรียนคิดว่าอุณหภูมิเฉลี่ยของบรรยากาศโลกกับปริมาณแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์มีความสัมพันธ์กันหรือไม่  อย่างไร

อากาศในบรรยากาศที่สิ่งมีชีวิตสามารถดำรงชีวิตอยู่ได้  ประกอบด้วยแก๊สไนโตรเจนและแก๊สออกซิเจนเป็นส่วนใหญ่  และยังมีแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์  ไอน้ำและแก๊สอื่นๆ  เล็กน้อย  รังสีจากดวงอาทิตย์บางส่วนที่ส่องมายังโลกจะสะท้อนกลับออกสู่อวกาศก่อนที่จะตกกระทบพื้นผิวโลก  บางส่วนจะถูกบรรยากาศของโลกดูดกลืนไว้  มีเพียงบางส่วนเท่านั้นที่ส่งลงมายังผิวโลก  ซึ่งโลกจะดูดกลืนไว้ได้บางส่วนอีกส่วนหนึ่งจะกลับออกสู่อวกาศโดยการแผ่รังสี  คาร์บอนไดออกไซด์และไอน้ำในอากาศมีสมบัติเก็บกับความร้อนได้  จึงทำให้บรรยากาศของโลกมีอุณหภูมิสูงขึ้นเล็กน้อย  แต่อุณหภูมิของบรรยากาศในช่วงกลางวันและกลางคืนยังไม่แตกต่างกันมากจนเกินไป  จึงยังเหมาะสมที่สิ่งมีชีวิตจะสามารถดำรงชีวิตอยู่ได้ปรากฏการณ์เช่นนี้เป็นปรากฏการณ์ธรรมชาติที่เกิดขึ้นเป็นปกติของโลก  เรียกว่า  ปรากฏการณ์เรือนกระจก  (greenhouse effect)

ปรากฏการณ์เรือนกระจกทำให้เกิดการเก็บกับความร้อนไว้ในบรรยากาศของโลก  มีลักษณะคล้ายกับการเก็บกักความร้อนในเรือนกระจกที่ใช้ปลูกต้นไม้ในประเทศที่มีอากาศหนาวนอกจากแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ที่มีสมบัติเก็บกักความร้อนได้แล้ว  แก๊สมีเทนและออกไซด์ของไนโตรเจนก็มีสมบัติเก็บกักความร้อนได้ดีเช่นกัน  แก๊สเหล่านี้เรียกว่าแก๊สเรือนกระจก  (greenhouse gases)

ปัจจุบันการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล  เช่น  น้ำมันปิโตรเลียมในยานพาหนะ  ในโรงงานอุตสาหกรรม  และการตัดไม้ทำลายป่า  ทำหใปริมาณแก๊สคาร์บอนไดออไซด์ในบรรยากาศเพิ่มขึ้นอย่างมาก  อุณหภูมิของบรรยากาศโลกจึงเพิ่มขึ้นมากกว่าที่ผ่านมาทำให้เกิดภาวะโลกร้อน

            ภาวะโลกร้อนส่งผลต่อสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อมอย่างไร

            นักเรียนคิดว่าเราจะมีวิธีการลดปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ที่กำลังเพิ่มขึ้นในปัจจุบันได้อย่างไร

1.6.3 การทำลายโอโซนในบรรยากาศ

ในช่วง  20  ปีที่ผ่านมา  นักวิทยาศาสตร์สังเกตพบว่าชั้นโอโซนในบรรยากาศที่ปกคลุมโลกมีความหนาลดลงไปมาก  การทำลายโอโซน  (ozone depletion)  ในบรรยากาศกำลังขยายวงกว้างออกไปเรื่อยๆ  ในบางบริเวณ  เช่น  เหนือทวีปแอนตาร์กติกา  พบว่าชั้นโอโซนในบรรยากาศมีความบางกว่าชั้นโอโซนบริเวณอื่นๆ  อย่างมาก

การลดลงของชั้นโอโซนในบรรยากาศจะส่งผลให้รังสีอัลตราไวโอเล็ตจากดวงอาทิตย์ส่งผ่านมายังโลกได้มากขึ้น  รังสีอัลตรไวโอเล็ตประกอบด้วยรังสี  UVA  UVB  และ  UVC  รังสีชนิด  UVC  มีพลังงานมากที่สุดและเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อมบนโลก  เช่น  ทำให้เกิดมะเร็งผิวหนัง  มะเร็งเรตินา  เกิดต้อกระจก  ระบบภูมิคุ้มกันและสารพันธุกรรมถูกทำลาย  พืชเจริญเติบโตช้าลง  วัสดุดต่างๆ  ที่ทำจากการสังเคราะห์จะแตกหักเสียหายง่าย  สีซีดจางเร็ว  เป็นต้น

นักวิทยาศาสตร์พบว่าฺารคลอโรฟลูออโรคาร์บอูĠ (chloroɦluorokarbon  ฯรือ  CFCs) 耠เป็นส๲เหตุสำคัยของการทำลายโอโซน  หลายประเทสจึงมีความร่วมมือกันในระดับนานาชาติเพื่อสร้างมาตรการป้องกันแກ้ไขปัญหาการทำลายโอโซน ဠโดยการลผใช้  CFCs  ในบรรจุภัณฑ์แบบพ่นฉีิ  และเลิกใช้  CFCs  เป็นสึรทำความเย็นในผลิตภัณฑ์หลายชนิด  เช่น  ตู้เย็น  เครื่องปรับอากาศ  เป็นต้น

            นักเรียนจะมีส่วนช่วยในการลดปริมารการใช้สาร  CFCs  ได้อย่างไร

เมื่อวิเคราะห์ปัญหาสิ่งแวดล้อมที่เกิดขึ้นตั้งแต่ระดับท้องถิ่น  ระดับประเทศ  และระดับโลก  จะพบว่าปัญหาสิ่งแวดล้อมมีสาเหตุมาจากกิจกรรมของประชากรมน༸ษย์แต่ละคน  ดังนั๩นการแก้ปัญหาจึงควรཀริ่รจากระดับบุคคลไปสู่การสร้างความร่วมมือในร๰ดับ๗ี่สูงขึ้น 䀠รวมทั้งการสร้างควา๥รู้ความเข้าใจที่ถูกต๋องเกี่ยวกับโḥกและวัฏจักรของสารต่างๆ( ที่หมุปเวียนบนโลกทื่สั踡พันธ์กันอย่างเป็นระบบที่จะนำไปสู่การวาง๡ผนอย่างรอบคอบ  ใช้ทรัพยากรธรรมชาติที่มีอยู่อย่างจำกัดให้ได้ประโยชน์สูงสุดและสร้างความร่วมมือในการพิทักษ์สิ่งแวดล้อม

            ในท้องถิ่นของนักเรียนมีปัญหาสิ่งแวดล้อมหรือไม่  นักเรียนจะเสนอแนวทางแก้ปัญหา  หรือพัฒนาคุณภาพสิ่งแวดล้อมในท้องถิ่นได้อย่างไรบ้าง

แม้ว่าการรักษาสิ่งแวดล้อมและการแก้ปัญหาจะต้องอาศัยความร่วมมือจากหลายฝ่าย  ทั้งในเชิงนโยบาย  เศรษฐกิจ  และการศึกษา  สิ่งที่สำคัญที่สุดสิ่งหนึ่งคือความรู้ความเข้าใจที่ถูกต้องเกี่ยวกับโลกและวัฏจักรของสาร  เช่น  น้ำ  ดิน  อากาศ  ที่สัมพันธ์กันอย่างเป็นระบบ  การลด  ละ  เลิกใช้ทรัพยากรธรรมชาติมากจนเกิดความจำเป็น  ลดการสร้างของเสียที่เป็นสาเหตุหนึ่งของปัญหาสิ่งแวดล้อม  โดยการวางแผนจัดการทรัพยากรธรรมชาติอย่างถูกวิธี  และการจัดการกับขยะของเสีย  เช่น  การลดปริมาณการใช้  (reduce)  การนำกลับมาใช้ใหม่  (reuse)  การนำกลับมาใช้ผลิตใช้ใหม่  (recycle)  รวมทั้งการจัดการขยะที่มีสารเคมี  ขยะที่มีเชื้อโรคปนเปื้อนอย่างถูกต้องตามหลักวิชาการ  จะช่วยฟื้นฟูสภาพทั่วไปและสร้างความยั่งยืนแก่สิ่งแวดล้อมโลกได้ต่อไป

คำถามท้ายบทที่  1

            สภาพทางกายภาพของแหล่งน้ำที่ดีควรมีลักษณะอย่างไร

            เพราะเหตุใดจึงพบพืชที่อยู่ผิวน้ำมากกว่าที่ระดับความลึก  20  เซนติเมตร

            ระบบนิเวศในน้ำมีความสำคัญต่อมนุษย์อย่างไร

            วัฏจักรน้ำในระบบนิเวศแบ่งเป็นกี่แบบ  อะไรบ้าง

            ต้นไม้ใหญ่  1  ต้น  ช่วยให้เกิดการหมุนเวียนสารได้กี่ชนิด  อะไรบ้าง  อธิบายและแสดงวิธีการเกิด  การหมุนเวียนสารให้เห็นด้วย

            ความสัมพันธ์แบบภาวะมีการย่อยสลาย  มีผลดีหรือผลเสียต่อระบบนิเวศอย่างไร

            ถ้าปะการังถูกทำลายจะส่งผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตในทะเลและต่อมนุษย์อย่างไร

            การใช้สารเคมีปราบศัตรูพืชพวกหนอนและแมลง  จะเกิดผลกระทบต่อระบบนิเวศอย่างไร  ควรใช้หรือไม่

            ไนโตรเจนในอากาศเปลี่ยนเป็นปุ๋ยไนเตรตในดินด้วยวิธีใดบ้าง

            ถ้าสภาพความเป็นกรด-เบสของน้ำและดินเปลี่ยนแปลง  จะก่อให้เกิดผลกระทบต่อระบบนิเวศนั้นอย่างไร

            ปัจจัยใดบ้างที่เป็นตัวกำหนดชนิดของป่าไม้แต่ละประเภท

About these ads

ใส่ความเห็น

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Connecting to %s

หมวดหมู่

ติดตาม

Get every new post delivered to your Inbox.

%d bloggers like this: