การหมุนเวียนของสารและแร่ธาตุ

          การหมุนเวียนของสารและธาตุอาหารในระบบนิเวศ

       สิ่งจำเป็นในการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศ ได้ แก่ แร่ธาตุและสารต่างๆ ในระบบนิเวศ เช่น แก๊สออกซิเจน แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ ไนโตรเจน ฟอสฟอรัส น้ำ ซึ่งสารเหล่านี้มีสิ่งมีชีวิต สามารถนำมาใช้ในกระบวนการดำรงชีวิต และขณะเดียวกันผลที่เกิดจากการใช้สารบางชนิดก่อให้เกิดสารใหม่ที่สิ่งมีชีวิตชนิดอื่นนำไปใช้ได้ ทำให้ปริมาณสารในระบบนิเวศค่อนข้างคงที่และสมดุลในธรรมชาติ เนื่องจากมีการหมุนเวียนสารโดยมีการใช้สารบางอย่าง แล้วปลดปล่อยสารบางอย่างกลับคืนสู่ธรรมชาติ ทำให้เกิดการหมุนเวียนสารในระบบนิเวศเรียกว่า วัฏจักร ซึ่งมีหลายชนิด

1. วัฏจักรน้ำ ศึกษาการหมุนเวียนของน้ำในระบบนิเวศจากรูปต่อไปนี้

รูปแสดงวัฏจักรน้ำ

จากรูป การหมุนเวียนของน้ำในระบบนิเวศมี 2 แบบ คือ

1.1 การหมุนเวียนน้ำโดยไม่ผ่านสิ่งมีชีวิต เริ่มจากน้ำตามแหล่งน้ำต่างๆ เช่น แม่น้ำ ทะเล น้ำในดิน ได้รับความร้อนจากดวงอาทิตย์แล้วเกิดการระเหยเป็นไอน้ำขึ้นสู่บรรยากาศ เมื่อกระทบกับความเย็นในบรรยากาศจะควบแน่นเป็นละอองน้ำ แล้วเกิดการรวมตัวกันเป็นกลุ่มเมฆ ตกลงมาเป็นฝน ลูกเห็บ หรือ หิมะสู่สิ่งแวดล้อมต่อไป

1.2 การหมุนเวียนโดยผ่านสิ่งมีชีวิต เริ่มจากสิ่งมีชีวิตกินน้ำแล้วขับถ่ายออกมาในรูปปันสาวะการหายใจของสัตว์ การคายน้ำของพืช การสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช ซึ่งระเหยเป็นไอน้ำขึ้นสุ่บรรยากาศเปลี่ยนไปเป็นก้อนเมฆและตกลงมาเป็นฝนคืนกลับให้พืชและสัตว์ต่อไป

2 .วัฏจักรคาร์บอน ศึกษาการหมุนเวียนของธาตุคาร์บอนในระบบนิเวศจากรูปต่อไปนี้

รูปแสดงวัฏจักรคาร์บอน

      การหมุนเวียนของธาตุคาร์บอนในระบบนิเวศมีผู้ผลิตคือพืชเป็นสิ่งสำคัญ โดยพืชใช้ธาตุคาร์บอนที่อยู่ในรูปของแก๊สคารืบอนไดออกไซด์ในการสร้างอาหารด้วยการสังเคราะห์ด้วยแสง เมื่อสัตว์กินพืช คาร์บอนจะเข้าไปสะสมในเนื้อเยื่อ เมื่อพืชและสัตว์ตาย ผู้สลายสารอินทรีย์จะย่อยสลายซากพืชซากสัตว์ และการเผาไหม้เชื้อเพลิงจะได้แก๊สคารืบอนไซด์กลับคืนสู่บรรยากาศ นอกจากนี้แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศสามารถละลายน้ำได้ ทำให้พืชน้ำใช้เป็นวัตถุดิบในการสังเคราะห์ด้วยแสง เมื่อคาร์บอนไดออกไซด์รวมตัวกับน้ำบางส่วนจพได้สารประกอบไฮโดรเจนคารืบอเนต ในน้ำโดยแหล่งน้ำตามธรรมชาติจะมีแคลเซียมละลายอยู่ด้วยเสมอ ซึ่งจะสามารถทำปฏิกิริยากับสารประกอบไฮโดรเจนคาร์บอเนตได้และทำให้เกิดหินปูนขึ้นและหินปูนก็สลายให้คารืบอนบอเนตได้ เมื่ออยู่ในสภาวะเป็นกรด

3. วัฏจักรไนโตรเจน ไนโตรเจนเป็นธาตุที่พบในรูปของแก๊สไนโตรเจน ในอากาศซึ่งมีแก๊สไนโตรเจน ประมาณร้อยละ 78 โดยปริมาตร นอกจากนี้จะพบไนโตรเจนในรูปของโปรตีนในสัตว์ พืช และปุ๋ย ซึ่งอยู่ในดินน้ำตามธรรมชาติ และในปัสสาวะ สัตวืจะมีสารประกอบของไนโตรเจนออกมากับปัสสาวะ การหมุนเวียนของธาตุไนดตรเจนในระบบนิเวศศึกษาได้จากรูปต่อไปนี้

รูปแสดงวัฏจักรไนโตรเจน

การหมุนเวียนของธาตุไนโตรเจนเริ่มตันที่พืช พืชจะใช้สารประกอบของธาตุไนโตรเจนที่อยู่ในรูปไนเตรตนำไปสร้างโปรตีนในพืช เมื่อสัตว์กินพืชจะเปลี่ยนไนโตรเจนไปเป็นโปนตีนในสัตวื ซ่งเป็นองค์ประกอบของเนื้อเยื่อในร่างกาย บางส่วนนำไปเผาผลาญเพื่อให้พลังงาน และสัตว์จะขับถ่ายขอเงเสียออกจากร่างกายทางปัสสาวะในรูปกระยูริก ไนดตรเจนจึงกลับเข้าสู่ธรรมชาติ เมื่อสัตว์ตาย ตามลำดับ ซึ่งพืชนำสารประกอบไนเตรตบางส่วนไปใช้เป็นปุ๋ย บางส่วนจะถูกดีไนตริไอิงแบคทีเรียเปลี่ยนกลับไปเป็นแก๊สไนโตรเจนและไดไนโตรเจนมอนอกไซด์ ในธรรมชาติจะมีแบคทีเรียอีกชนิดหนึ่งคือไนโตรเจนฟิกซึงแบคทีเรีย ซึ่งอาศัยอยู่ที่ปมรากพืชตระกูลถั่วสามารถตรึงแก๊สไนโตรเจนในบรรยากาศแล้วเปลี่ยนเป็นป๋ยไนเตรตสำหรับพืชใช้ในการเจริฐเติบโต ส่วนซากสัตว์น้ำที่ตายมาทับทมกันกลายเป็นปิโตรเลียม การเผาไหม้ปิโตรเลียมในโรงงานอุตสาหกรรมจะทำให้เกิดแก๊สไนโตรเจนไดออกไซด์กลับคืนสู่บรรยากาศได้อีก นักเรียนจะเห็นความสัมพันธ์ที่ซับซ้อนในสายใยอาหาร ซึ่งมีการหมุนเวียนของสารในธรรมชาติโดยสิ่งมีชีวิตดังนี้

รูปแสดงการหมุนเวียนสารโดยสิ่งมีชีวิต

         จากรูป แสดงว่าผู้ผลิตคือพืชสีเขียวเท่านั้น นอกจากจะให้อาหารแล้วยังให้แก๊สออกซิเจนเพื่อใช้ในการหายใจของสัตว์ เมื่อผู้บริโภคหายใจจะให้พลังงานและปล่อยแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ออกมาซึ่งพืชนำไปใช้เป็นวัตถุดิบในการสังเคราะห์ด้วยแสง เมื่อผู้บริโภคและผู้ผลิตตายลงจะเป็นซากอินทรีย์ แล้วถูกผู้สลายสารอินทรีย์ย่อยสลายไปเป็นสารอนินทรีย์ ซึ่งผู้ผลิตสามารถนำไปใช้ในการเจริญเติบโตได้อีก


 ที่มา
https://sites.google.com/site/science0152/18