วัฏจักรของสารในระบบนิเวศ

          โดยทั่วไปในสภาวะแวดล้อมจะมีแร่ธาตุและสารต่าง ๆ เป็นองค์ประกอบอยู่แล้วตามธรรมชาติ สิ่งมีชีวิตไม่เพียงแต่ใช้ แร่ธาตุและสารจากธรรมชาติ แต่กิจกรรมการดำรงชีวิตก็มีการปล่อย สารบางอย่างกลับคืนสู่ธรรมชาติด้วย วนเวียนกันเป็นวัฏจักร อย่างไรก็ตามถ้าระบบการหมุนเวียนสารหรือวัฏจักรของสารนี้ถูกรบกวน นั่นคือระบบนิเวศถูกรบกวน ย่อมมีผลต่อระบบนิเวศนั้น รวมทั้งส่งผลกระทบต่อระบบนิเวศอื่นๆอีกด้วย

วัฏจักรของคาร์บอน (Carbon Cycle)

            วัฏจักรคาร์บอน  หมายถึง การที่แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์จากกอากาศถูกนำเข้าสู่สิ่งมีชีวิต  หรือออกจากสิ่งมีชีวิตคืนสู่บรรยากาศ  และน้ำอีกหมุนเวียนกันไปเช่นนี้ไม่มีที่สิ้นสุดโดย     แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ในบรรยากาศและน้ำถูกนำเข้าสู่สิ่งมีชีวิต ผ่านกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช (CO2) จะถูกเปลี่ยนเป็นอินทรียสารที่มีพลังงานสะสมอยู่ ต่อมาสารอินทรียสารที่พืชสะสมไว้บางส่วนถูกถ่ายทอดไปยังผู้บริโภคในระบบต่าง ๆ โดยการกิน CO2 ออกจากสิ่งมีชีวิตคืนสู่บรรยากาศและน้ำได้หลายทาง ได้แก่   

1.การหายใจของพืชและสัตว์ เพื่อให้ได้พลังงานออกมาใช้  ทำให้คาร์บอนที่อยู่ในรูปของอินทรีย สารถูกปลดปล่อยออกมาเป็นอิสระในรูปของ CO2   

2.การย่อยสลายสิ่งขับถ่ายของสัตว์ และ ซากพืชซากสัตว์ ทำให้คาร์บอนที่อยู่ในรูปของ อาหารถูกปลดปล่อยออกมาเป็นอิสระในรูปของ CO2

3.การเผ่าไหม้ของถ่านหิน น้ำมัน และคาร์บอเนต เกิดจากการทับถมของ ซากพืชซากสัตว์เป็นเวลานาน

     วัฏจักรฟอสฟอรัส  (Phosphorus  Cycle)

            กระบวนการที่ฟอสฟอรัสถูกหมุนเวียนจากดินสู่ทะเลและจากทะเลสู่ดิน ซึ่งเรียกกระบวนการนี้ว่ากระบวนการการตกตะกอน ฟอสฟอรัสเป็นธาตุที่มีอยู่ในธรรมชาติเพียงน้อยมาและเกิดขึ้นจากการ เปลี่ยนแปลง ของธรณีวิทยา ฟอสฟอรัสนำมาใช้หมุนเวียนระหว่างสิ่งมีชีวิตและสิ่งไม่มีชีวิต ในปริมาณจำกัด ฟอสฟอรัสจะหายไปในห่วงโซ่อาหาร ในลักษณะตกตะกอนของสารอินทรีย์ ไปสู่พื้นน้ำ เช่น ทะเล แหล่งน้ำต่าง   

           อีกส่วนหนึ่งของฟอสฟอรัสจะอยู่ในรูปของสารประกอบ ซึ่งทับถมกันเป็นกองฟอสเฟต รวมทั้งโครงกระดูก เปลือกหอย และซากปะการังใต้ทะเล และมหาสมุทร โพรติสต์ในทะเล ที่สามารถสังเคราะห์ด้วยแสงได้ สามารถนำเอาสารประกอบฟอสเฟตเหล่านี้ไปใช้ได้ ทำให้มีปริมาณแพลงก์ตอนพืชเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว แพลงก์ตอนนพืชเหล่านี้ถูกกิน โดยแพลงก์ตอนสัตว์ และสัตว์อื่นๆ ต่างกินกันต่อๆ ไปตามห่วงโซ่อาหาร ๆฟอสฟอรัสจะถูกถ่ายทอดไป ตามลำดับขั้นเช่นเดีายวกัน จนกระทั่งในที่สุดสิ่งมีชีวิตต่าง ๆ เหล่านั้นตาย หรือขับถ่ายลงน้ำ จะมีจุลินทรีย์บางพวกเปลี่ยนฟอสฟอรัส ให้เป็นสารประกอบ ฟอสเฟตอยู่ในน้ำอีกครั้ง นอกจากนั้นนกทะเลถ่ายออกมามีมูลที่เป็นสารประกอบฟอสฟอรัสปริมาณสูง มูลเหล่านั้นเมื่อลงทะเล จะเป็นอาหารของปลา และสัตว์อื่นๆ ได้เช่นกัน

  วัฏจักรของน้ำ (water cycle)

        หรือชื่อในทางวิทยาศาสตร์ว่า วัฏจักรของอุทกวิทยา(hydrologic cycle) หมายถึงการเปลี่ยนแปลงสถานะของน้ำระหว่าง ของเหลวของแข็ง และ ก๊าซ. ในวัฏจักรของน้ำนี้ น้ำจะมีการเปลี่ยนแปลงสถานะไปกลับ จากสถานะหนึ่งไปยังอีกสถานะหนึ่ง อย่างต่อเนื่อง ไม่มีสิ้นสุด ภายในอาณาจักรของน้ำ(hydrosphere) เช่น การเปลี่ยนแปลงระหว่าง ชั้นบรรยากาศ น้ำพื้นผิวดิน ผิวน้ำ น้ำใต้ดิน และ พืช. กระบวนการเปลี่ยนแปลงนี้ สามารถแยกได้เป็น 4 ประเภทคือ การระเหยเป็นไอ (evaporation) , หยาดน้ำฟ้า (precipitation) , การซึม (infiltration) , และ การเกิดน้ำท่า (runoff).

การระเหยเป็นไอ (evaporation) เป็นการเปลี่ยนแปลงสถานะของน้ำบนพื้นผิวไปสู่บรรยากาศ ทั้งการระเหยเป็นไอ (evaporation) โดยตรง และจากการคายน้ำของพืช (transpiration) ซึ่งเรียกว่า evapotranspiration

หยาดน้ำฟ้า (precipitation) เป็นการตกลงมาของน้ำในบรรยากาศสู่พื้นผิวโลก โดยละอองน้ำในบรรยากาศจะรวมตัวกันเป็นก้อนเมฆ และในที่สุดกลั่นตัวเป็นฝนตกลงสู่ผิวโลก รวมถึง หิมะ และ ลูกเห็บ

การซึม (infiltration) จากน้ำบนพื้นผิวลงสู่ดินเป็นน้ำใต้ดิน อัตราการซึมจะขึ้นอยู่กับประเภทของดิน หิน และ ปัจจัยประกอบอื่นๆ น้ำใต้ดินนั้นจะเคลื่อนตัวช้า และอาจไหลกลับขึ้นบนผิวดิน หรือ อาจถูกกักอยู่ภายใต้ชั้นหินเป็นเวลาหลายพันปี โดยปกติแล้วน้ำใต้ดินจะกลับเป็นน้ำที่ผิวดินบนพื้นที่ที่อยู่ระดับต่ำกว่า ยกเว้นในกรณีของบ่อน้ำบาดาล

วัฏจักรของน้ำ

วัฏจักรของไนโตรเจน (Nitrogen Cycle)

ไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบสำคัญของกรดอะมิโนซึ่งเป็นองค์ประกอบของโปรตีนทุกชนิดในสิ่งมีชีวิต  พืชใช้ไนโตรเจนได้ใน 2 รูป คือแอมโมเนียม (ammonium  หรือ  NH4 +) และไนเตรต (nitrate หรือ NO3 –) และแม้ว่าในบรรยากาศจะประกอบด้วยไนโตรเจนถึง 80% แต่อยู่ในรูปก๊าซไนโตรเจน (N2) ซึ่งพืชไม่สามารถนำมาใช้ได้ ไนโตรเจนสามารถเข้าสู่วัฏจักรไนโตรเจนของระบบนิเวศได้ 2 ทางคือ

1. ฝนชะล้างไนโตรเจนกลายเป็นแอมโมเนียมและไนเตรต ไหลลงสู่ดิน และพืชใช้เป็นธาตุอาหารเพื่อการเจริญเติบโตโดยปฏิกิริยาแอสซิมิเลชั่น (assimilation)

2. การตรึงไนโตรเจน (nitrogen fixation) ซึ่งมีเพียงแบคทีเรียบางชนิดเท่านั้นที่สามารถใช้ก๊าซไนโตรเจนในบรรยากาศเปลี่ยนเป็นไนโตรเจนในรูปที่พืชสามารถนำมาใช้ได้แบคทีเรียพวกนี้มีทั้งที่อยู่ในดินและที่อยู่ในสิ่งมีชีวิต เช่น ไรโซเบียมในปมรากถั่ว  และแบคทีเรียในเฟินน้ำพวกแหนแดง (Azolla) นอกจากนั้นยังมีแบคทีเรียสีเขียวแกมน้ำเงินในน้ำบางชนิด ในปัจจุบันการผลิตปุ๋ยไนโตรเจนใช้ในเกษตรกรรมก็เป็นแหล่งไนโตรเจนสำคัญที่เติมไนโตรเจนสู่ระบบนิเวศ

          ไนโตรเจนเป็นธาตุอาหารสำคัญที่พืชใช้ในโครงสร้างและแมทาบอลิซึม  สัตว์กินพืชและผู้บริโภคลำดับถัดมาได้ใช้ไนโตรเจนจากพืชนี่เองเป็นแหล่งสร้างโปรตีนและสารพันธุกรรม เมื่อพืชและสัตว์ตายลง ผู้ย่อยสลายพวกราและแบคทีเรียสามารถย่อยสลายไนโตรเจนในสิ่งมีชีวิตให้กลับเป็นแอมโมเนียมซึ่งพืชสามารถนำมาใช้ได้ผ่านกระบวนการที่เรียกว่า แอมโมนิฟิเคชัน (ammonification)