การศึกษาเรื่อง ระบบนิเวศและประชากรศาสตร์ เป็นการศึกษาถึงความสัมพันธ์ของคุณลักษณะประชากรของสิ่งมีชีวิตหนึ่งกับระบบนิเวศที่มันอาศัยอยู่ เพื่อการพยากรณ์ถึงจำนวนประชากร การย้ายถิ่นฐาน การสูญพันธุ์ และการเกิดพันธุ์ใหม่ ซึ่งเรื่อง จะทำให้น้อง ๆ เข้าใจว่าการดำรงอยู่รวมถึงการสูญพันธ์ของสิ่งมีชีวิตนั้นอยู่ภายใต้ขีดจำกัดของระบบนิเวศที่อาศัยอยู่ การที่ทรัพยากรถูกใช้และถูกทำลายลงทุกวันจากฝีมือมนุษย์ สัตว์ โรคต่าง ๆ และปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ ก็ส่งผลต่อภาวะสมดุลของระบบนิเวศและสภาวะความดำรงอยู่ของประชากรในระบบนิเวศนั้นด้วยเช่นกัน

ความหมายและองค์ประกอบของระบบนิเวศ 

นิเวศวิทยา (ecology) มีความหมายว่า การศึกษาเชิงวิทยาศาสตร์ถึงความสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิตชนิดหนึ่งกับสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ และความสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิตชนิดหนึ่งกับสิ่งแวดล้อมของมัน

ระบบนิเวศ (ecosystem) คือ ความสัมพันธ์ระหว่างกลุ่มสิ่งมีชีวิตกับสิ่งแวดล้อม ซึ่งแบ่งออกได้เป็น 2 ระบบคือ

1. ระบบนิเวศบนบก (terrestrial ecosystem) คือ การใช้ชนิดของพืช (plant species) เป็นดัชนีในการแบ่งเขตของระบบนิเวศ อาทิเช่น ระบบนิเวศทุ่งหญ้า และป่าชนิดต่าง ๆ 
2. ระบบนิเวศในน้ำ (aquatic ecosystem) คือ การใช้ความเค็ม (salinity) เป็นดัชนีในการแบ่งเขตของระบบนิเวศ อาทิเช่น ระบบนิเวศน้ำจืด น้ำเค็ม และน้ำกร่อย 

ระบบสิ่งแวดล้อม (environmental system) คือ ระบบย่อยภายในระบบนิเวศ หรือเป็นส่วนหนึ่งของระบบนิเวศ ระบบนิเวศหนึ่งอาจประกอบด้วยหลายระบบย่อย เช่น ระบบนิเวศป่าไม้ ประกอบไปด้วย ระบบ (สิ่งแวดล้อม) น้ำ, ระบบ (สิ่งแวดล้อม) ดิน, ระบบ (สิ่งแวดล้อม) สัตว์ป่า หรือ ระบบ (สิ่งแวดล้อม) พืช

องค์ประกอบของระบบนิเวศ

ระบบนิเวศ ประกอบไปด้วยองค์ประกอบทางสิ่งแวดล้อมที่สำคัญอยู่ 2 ประเภท คือ

1) องค์ประกอบที่เป็นสิ่งที่มีชีวิต (biotic environment) ซึ่งจำแนกออกได้เป็น 2 ประเภท คือ

    1.1) ผู้ผลิต (producers) คือ พืชที่สามารถผลิตอาหารได้เอง (autotrophic organisms) รวมถึงแบคทีเรียบางชนิด โดยใช้แสงอาทิตย์เป็นแหล่งพลังงานในกระบวนการสร้างอาหารหรือสังเคราะห์แสง

    1.2) ผู้บริโภค (consumers) คือ สิ่งมีชีวิตที่ไม่สามารถผลิตอาหารได้เอง (heterotrophic organisms) และบริโภคสิ่งมีชีวิตอย่างอื่นเป็นอาหาร ผู้บริโภคแบ่งออกได้เป็นผู้บริโภคขนาดใหญ่และขนาดเล็ก โดยผู้บริโภคขนาดใหญ่มี 3 กลุ่ม คือ ผู้บริโภคที่กินเฉพาะพืช (herbivores) ผู้บริโภคที่กินเฉพาะสัตว์ (carnivores) และผู้บริโภคที่กินทั้งพืชและสัตว์ (omnivores) ส่วนผู้บริโภคขนาดเล็ก คือ กลุ่มแบคทีเรีย เห็ด จุลินทรีย์ และราที่กินเฉพาะซากพืชซากสัตว์ หรือเรียกอีกชื่อหนึ่งว่า ผู้ย่อยสลายสารอินทรีย์ (decomposer)

2) องค์ประกอบที่เป็นสิ่งที่ไม่มีชีวิต (abiotic environment) คือ สิ่งแวดล้อมทางกายภาพ เช่น พลังงาน สารเคมี พลังงานแสงอาทิตย์ น้ำ ความชื้น กระแสน้ำ รวมถึงสิ่งที่มนุษย์สร้างขึ้นทั้งทางนามธรรมและรูปธรรม เช่น อาคาร สิ่งปลูกสร้างต่าง ๆ รถยนต์ ศิลปวัฒนธรรมประเพณี เป็นต้น

ความสัมพันธ์ของสิ่งแวดล้อมในระบบนิเวศ

การผลิตอาหารในระบบนิเวศ เกิดจากการหมุนเวียนของสารอาหาร (nutrient cycle) หรือ การเคลื่อนย้ายของสารอาหารและพลังงานในระบบนิเวศ โดยมีการหมุนเวียนเป็น “วัฎจักร” ซึ่งแบ่งออกได้เป็น 2 ลักษณะ คือ

1) ห่วงโซ่อาหาร (food chain) การเคลื่อนย้ายพลังงานและสารอาหารในระบบนิเวศผ่านผู้ผลิตและผู้บริโภคในระดับต่าง ๆ โดยการกินกันเป็นทอด ๆ ในลักษณะเป็นเส้นตรง ซึ่งแบ่งได้เป็น 2 ประเภท คือ

    1.1) ห่วงโซ่อาหารแบบจับกิน (grazing food chain) เป็นการกินต่อกันเป็นทอด ๆ เช่น ผลไม้ -> กระรอก -> งู -> นกเหยี่ยว

    1.2) ห่วงโซ่อาหารแบบกินเศษซากอินทรีย์ (detritus food chain) คือ ซากพืชซากสัตว์ถูกกินจากผู้ย่อยสลายสารอินทรีย์ เช่น เห็ด รา แบคทีเรีย จุลินทรีย์ และถูกสัตว์อื่นกินอีกทอดหนึ่ง

2) สายใยอาหารหรือข่ายใยอาหาร (food web) เป็นการเคลื่อนย้ายพลังงานและสารอาหารในระบบนิเวศผ่านผู้ผลิตและผู้บริโภคในลักษณะกินกันเป็นทอด ๆ แบบไม่เป็นเส้นตรง แต่เป็นลักษณะโครงข่ายที่จับกินกันอย่างทับซ้อน เช่น สิ่งมีชีวิตหนึ่งกินสิ่งมีชีวิตอื่นได้หลายชนิด และสิ่งมีชีวิตนั้นอาจถูกกินจากสิ่งมีชีวิตอื่นหลายชนิดด้วยเช่นกัน

ประชากรในระบบนิเวศ

มีการศึกษาและการประเมินและพยากรณ์ปรากฏการณ์ต่าง ๆ ของสิ่งมีชีวิตชนิดหนึ่งในระบบนิเวศเดียวกัน โดยนำหลักการวิทยาศาสตร์มาศึกษาจำนวนประชากร การขยายพันธุ์ โอกาสการสูญพันธุ์ การรอดชีวิต และการเกิดพันธุ์ใหม่ของสิ่งมีชีวิตหนึ่งในอาณาเขตหรือสิ่งแวดล้อมนั้น ๆ จึงเกิดเป็นความสัมพันธ์ที่นำมาศึกษากันเป็นหัวข้อ ระบบนิเวศและประชากรศาสตร์ประชากร (population) คือ จำนวนของสิ่งมีชีวิตชนิดเดียวทั้งหมดที่มีอยู่ในอาณาพื้นที่เดียวกันหรือสิ่งแวดล้อมเดียวกัน ในช่วงเวลาใดเวลาหนึ่ง

ความสำคัญของการศึกษาประชากร

เป็นการศึกษาลักษณะการเกิด การตาย การอพยพ การกระจายตัวของกลุ่มอายุ ความสัมพันธ์ภายในกลุ่ม เช่น การช่วยเหลือเกื้อกูล การแก่งแย่ง และความสัมพันธ์ในรูปแบบต่าง ๆ โดยมีขีดความสามารถของสิ่งแวดล้อมในอาณาเขตนั้น ๆ เป็นตัวกำหนดการเพิ่มลดของจำนวนประชากร ดังนั้นหมายความว่า คุณลักษณะเฉพาะของกลุ่มประชากร ขนาดของจำนวนประชากร (population size) และความหนาแน่นของ ประชากรในระบบนิเวศ (population density) จะตกอยู่ภายใต้อิทธิพลของสิ่งแวดล้อมและประชากรอื่นภายในสิ่งแวดล้อมเดียวกัน

คุณลักษณะของประชากร

คุณลักษณะของประชากร ที่ใช้ในการศึกษา ประชากรในระบบนิเวศ มีดังนี้

  1) ความหนาแน่นของประชากร (population density) คือ จำนวนประชากรในอาณาเขตนั้น ๆ ซึ่งสิ่งมีชีวิตบนบกประเมินโดยใช้เป็นต่อหน่วยพื้นที่ และสิ่งมีชีวิตในน้ำประเมินโดยใช้ต่อหน่วยปริมาตร

  2) การกระจายตัวของประชากร (dispersion) คือ ลักษณะการกระจายตัวของสมาชิกภายในกลุ่มประชากรในอาณาเขตพื้นที่อยู่อาศัยนั้นภายใต้ปัจจัยทางสภาพแวดล้อมที่มีผลต่อลักษณะการกระจายตัว ซึ่งแบ่งออกเป็น 3 รูปแบบ ดังนี้

1. การกระจายตัวแบบกลุ่ม (clumped dispersion) เป็นการกระจายตัวเป็นกระจุกหรือเป็นกลุ่มในลักษณะไม่สม่ำเสมอของจำนวนประชากรทั่วทั้งอาณาเขตบริเวณ ซึ่งพบมากในสัตว์ที่อยู่ร่วมกันเป็นกลุ่มหรือเป็นฝูง โดยมีปัจจัยสิ่งแวดล้อมเป็นตัวกำหนด เช่น แหล่งน้ำและอาหาร 
2. การกระจายตัวแบบสม่ำเสมอ (uniform dispersion) เป็นการกระจายตัวของประชากรอย่างเป็นระเบียบภายใต้ปัจจัยทางทรัพยากรของการดำรงชีวิตที่มีอยู่จำกัด เนื่องจากการมีอยู่อย่างจำกัดของทรัพยากรทำให้สิ่งมีชีวิตต้องจัดระเบียบการอยู่ร่วมกัน เพื่อให้ทุกสิ่งมีชีวิตสามารถเข้าถึงปัจจัยในการดำรงชีวิตได้อย่างทั่วถึง
3. การกระจายแบบสุ่ม (random dispersion) เป็นการกระจายตัวของประชากรที่ปราศจากแบบแผน เพราะการมีปัจจัยทางทรัพยากรของการดำรงชีวิตมีอยู่เพียงพอต่อทุกชีวิต ทำให้ประชากรสามารถอาศัยอยู่ได้ในทุกพื้นที่ของสิ่งแวดล้อม ปราศจากการแก่งแย่งอาหาร หรือ มีการแก่งแย่งแข่งขันไม่สูงมากนัก

3) โครงสร้างอายุประชากร (age structure) คือ ลักษณะการกระจายตัวของอายุของประชากรกลุ่มต่าง ๆ โดยในทาง นิเวศวิทยา แบ่งโครงสร้างของอายุประชากรออกเป็น 3 กลุ่ม ดังนี้

1. วัยก่อนเจริญพันธุ์ (pre-reproduction age) 
2. วัยเจริญพันธุ์ (reproductive age)
3. วัยหลังเจริญพันธุ์ (post-reproductive age)

4) การเติบโตของประชากร (population growth) เป็นการศึกษาการเติบโตของขนาดประชากร ณ ช่วงเวลาหนึ่ง ซึ่งอาจเกิดจากการเกิดใหม่ การตาย การเคลื่อนย้ายถิ่นฐาน และการสืบพันธุ์ ซึ่งการสืบพันธุ์มักเป็นสาเหตุหลักของการเพิ่มขนาดประชากรทางธรรมชาติ ที่สามารถแบ่งรูปแบบการสืบพันธุ์ของประชากรสิ่งมีชีวิตได้ 2 ลักษณะ ดังนี้

1. สืบพันธุ์ครั้งเดียวในช่วงชีวิต (single reproduction) คือ สิ่งมีชีวิตที่เสียชีวิตทันทีหลังการผสมพันธุ์และวางไข่ อาทิเช่น แมลงชีปะขาว ผีเสื้อ
2. สืบพันธุ์ได้หลายครั้งในช่วงชีวิต (multiple reproduction) คือ สิ่งมีชีวิตที่สามารถสืบพันธุ์ได้หลายครั้งในระยะเวลาที่มีชีวิตอยู่

5) รูปแบบการเติบโตของประชากร แบ่งออกเป็น 2 ลักษณะ ได้แก่

1. การเติบโตของประชากรแบบเอกซ์โพเนนเชียล (exponential population growth) เป็นการเพิ่มขนาดประชากรแบบทวีคูณ มักพบได้ในสิ่งมีชีวิตที่มีการสืบพันธุ์แบบครั้งเดียวในชีวิต
2. การเติบโตของประชากรแบบลอจิสติก (logistic population growth) เป็นการเพิ่มขนาดประชากรภายใต้ปัจจัยทางสภาพแวดล้อมและจำนวนทรัพยากรที่จำเป็นต่อการดำรงชีวิต

ปัจจัยควบคุมความสัมพันธ์ของประชากร ระบบนิเวศ และสิ่งแวดล้อม

ภายในระบบนิเวศจะมีปัจจัยที่เป็นตัวควบคุมพฤติกรรมของสิ่งแวดล้อมและสิ่งมีชีวิตในระบบ ได้แก่ปัจจัยดังต่อไปนี้

  1) ปัจจัยจำกัดความสามารถ (limiting factors) และสมรรถนะการยอมมีได้ (carrying capacity) คือ ปัจจัยที่จำเป็นต่อการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิตเกิดการขาดแคลนหรือมีจำนวนจำกัด

  2) ขีดจำกัดความอดทน (tolerance limits) คือ ระดับขีดความสามารถสูงสุดของการดำรงชีวิตอยู่หากระบบนิเวศเกิดการขาดสมดุล ซึ่งเป็นทั้งการมีอยู่มากเกินไปหรือน้อยเกินไป

  3) การสืบลำดับทาง นิเวศวิทยา (ecological succession) คือ การแทนที่ของกลุ่มสิ่งมีชีวิตในสังคมที่มีความเหมาะสมที่สุดและดำรงอยู่ได้ยาวนานที่สุดในระบบนิเวศ 

  4) การปรับตัว (adaptation) คือ การปรับตัวของสิ่งมีชีวิตเพื่อให้สามารถดำรงชีวิตอยู่ได้ในระบบสิ่งแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลง ซึ่งรวมถึงการปรับตัวไม่ได้ของสิ่งมีชีวิตด้วยเช่นกัน

  5) มลพิษ (pollution) คือ สภาวะทางสิ่งแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลงทรุดโทรมลงจากการถูกทำลาย อาทิเช่น มลพิษทางน้ำ มลพิษทางอากาศ มลพิษในดิน ซึ่งส่งผลกระทบต่อการขาดสมดุลของระบบนิเวศและการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิตในระบบสิ่งแวดล้อมนั้น

  6) ความยืดหยุ่นทางชีวภาพ (biological magnification) คือ ความยืดหยุ่นทางชีวภาพของสิ่งที่ชีวิตเมื่อต้องเผชิญกับสภาพแวดล้อมที่เป็นมลพิษหรือในระบบนิเวศที่ขาดสมดุล เช่น ความสามารถในการรับและสะสมสารพิษของสิ่งมีชีวิตที่แตกต่างกัน

  7) ความต้านทานทางสิ่งแวดล้อม (environmental resistance) คือ ความทนทานของสิ่งมีชีวิตในการดำรงอยู่ในสภาพแวดล้อมที่เป็นพิษหรือในระบบนิเวศที่ขาดสมดุล เช่น ปลาบางชนิดสามารถดำรงอยู่ในน้ำเสียได้ แต่บางชนิดไม่สามารถมีชีวิตอยู่ได้

   ดังนั้น สรุปได้ว่าการเข้าใจเรื่อง ระบบนิเวศและประชากรศาสตร์ มีประโยชน์เพื่อให้เข้าใจถึงปัจจัยควบคุมที่มีผลต่อระบบนิเวศ ระบบสิ่งแวดล้อม รวมถึงขนาดประชากร การดำรงอยู่ และการสูญพันธุ์ของสิ่งมีชีวิตหนึ่ง ๆ ซึ่งในบางครั้ง มนุษย์ก็เป็นผู้ทำลายหลักในระบบนิเวศที่ส่งผลให้เกิดสภาพแวดล้อมเป็นพิษหรือระบบนิเวศขาดสมดุล แล้วส่งผลกระทบต่อการดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ เช่น การปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม เกิดภาวะโลกร้อน หรือการตัดไม้ทำลายป่า การก่อให้เกิดมลภาวะจากระบบอุตสาหกรรม ฯลฯ ถึงเวลาแล้วหรือยัง ที่มนุษย์ควรจะหันมาอนุรักษ์สิ่งแวดล้อมและรักษาระบบนิเวศให้มีความสมดุลดังเดิม

ที่มาข้อมูล

• http://human.cmu.ac.th/home/hc/ebook/006103/pdf/006103-09.pdf
• https://ngthai.com/science/30479/ecological-population/
• https://www.scimath.org/lesson-biology/item/7028-2017-05-21-14-25-17
• https://sites.google.com/a/samakkhi.ac.th/rabb-niwes-m-3-10/prachakr-ni-rabb-niwes