สายใยอาหารและพลวัตของห่วงโซ่อาหาร

ความสัมพันธ์แบบผู้ล่า-เหยื่อเชื่อมโยงสิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศเข้าด้วยกันเป็นสายใยอาหาร ซึ่งเป็นช่องทางที่พลังงานและสสารไหลเวียน และการเปลี่ยนแปลงในระดับหนึ่งสามารถส่งผลกระทบต่อเนื่องไปทั่วทั้งเครือข่ายได้

Definition

สายใยอาหารและพลวัตของห่วงโซ่อาหารอธิบายถึงเครือข่ายปฏิสัมพันธ์ในการกินอาหารระหว่างสิ่งมีชีวิต และการไหลเวียนของพลังงานที่เกิดขึ้น รวมถึงการควบคุมความอุดมสมบูรณ์ในแต่ละระดับโภชนาการในระบบนิเวศ

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมโครงสร้างและพลวัตของความสัมพันธ์ในการกินอาหาร: ระดับโภชนาการและห่วงโซ่อาหาร, สถาปัตยกรรมเครือข่ายของสายใยอาหาร, ประสิทธิภาพการถ่ายทอดพลังงานและพีระมิดของผลผลิต, และการควบคุมระบบนิเวศจากบนลงล่างโดยผู้ล่า หรือจากล่างขึ้นบนโดยทรัพยากร ซึ่งรวมถึงการล่าแบบคีย์สโตน, ทรอฟิกแคสเคด, และผลที่ตามมาจากการกำจัดผู้บริโภคระดับสูงสุด

Core questions

• ความสัมพันธ์ในการกินอาหารถูกจัดระเบียบเป็นระดับโภชนาการและสายใยอาหารได้อย่างไร?
• พลังงานถูกถ่ายทอดจากระดับโภชนาการหนึ่งไปยังอีกระดับหนึ่งอย่างมีประสิทธิภาพเพียงใด?
• ระบบนิเวศถูกควบคุมจากบนลงล่างเทียบกับจากล่างขึ้นบนเมื่อใด?
• ทรอฟิกแคสเคดส่งผลกระทบของผู้ล่าผ่านระบบนิเวศได้อย่างไร?

Key theories

การไหลของพลังงานพลวัตทางโภชนาการ

พลังงานที่เข้าสู่ระบบนิเวศในรูปของผลผลิตปฐมภูมิจะถูกถ่ายทอดขึ้นไปตามระดับโภชนาการโดยมีการสูญเสียจำนวนมากในแต่ละขั้นตอน ดังนั้นมีเพียงส่วนน้อยเท่านั้นที่ไปถึงผู้บริโภคสูงสุด ซึ่งจำกัดความยาวของห่วงโซ่อาหารและชีวมวลของระดับที่สูงขึ้น

ทรอฟิกแคสเคดและการควบคุมจากบนลงล่าง

ผู้ล่าสามารถควบคุมระบบนิเวศจากบนลงล่างได้ และการกำจัดผู้ล่าอาจทำให้สัตว์กินพืชหรือผู้ล่าขนาดกลางเพิ่มจำนวนขึ้นในลักษณะของแคสเคด ซึ่งจะจัดระเบียบความอุดมสมบูรณ์และความหลากหลายของระดับโภชนาการที่ต่ำกว่าใหม่

Mechanisms

ผู้ผลิตจะตรึงพลังงานที่ส่งต่อไปยังผู้บริโภคเมื่อถูกกิน; เนื่องจากการหายใจ, การขับถ่าย, และการบริโภคที่ไม่สมบูรณ์ทำให้พลังงานส่วนใหญ่สูญเสียไปในการถ่ายทอดแต่ละครั้ง ประสิทธิภาพทางนิเวศวิทยาจึงมักจะอยู่ที่ประมาณร้อยละสิบ ซึ่งจำกัดจำนวนระดับโภชนาการ ผู้ล่าลดจำนวนหรือเปลี่ยนแปลงพฤติกรรมของเหยื่อ ซึ่งส่งผลกระทบต่อทรัพยากรของเหยื่ออีกทอดหนึ่ง; เมื่อผลกระทบเหล่านี้แพร่กระจายลงไปตามห่วงโซ่อาหาร จะเกิดทรอฟิกแคสเคด โดยความรุนแรงขึ้นอยู่กับการเชื่อมโยงของสายใย, การกินได้หลายอย่าง, และการมีอยู่ของสิ่งมีชีวิตที่มีปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่ง

Clinical relevance

ความเข้าใจเรื่องสายใยอาหารเป็นข้อมูลสำคัญในการจัดการประมงและการจัดการผู้ล่า, การอนุรักษ์ผู้ล่าสูงสุด, การคาดการณ์ผลที่ตามมาจากการสูญเสียสิ่งมีชีวิต, และการควบคุมศัตรูพืชโดยใช้ชีววิธี นี่คือบริบททางการศึกษา ไม่ใช่คำแนะนำในการจัดการ

History

เอลตันได้อธิบายห่วงโซ่อาหารและพีระมิดของจำนวนสิ่งมีชีวิตในปี 1927 และลินเดอมันน์ได้ทำการวัดปริมาณการไหลของพลังงานผ่านระดับโภชนาการในปี 1942 การทดลองเกี่ยวกับผู้ล่าคีย์สโตนของเพนในปี 1960 ได้เผยให้เห็นการควบคุมจากบนลงล่าง และเอสเตสกับคณะได้บันทึกการลดระดับโภชนาการที่แพร่หลายจากการสูญเสียผู้บริโภคสูงสุด

Debates

การควบคุมจากบนลงล่างเทียบกับจากล่างขึ้นบน

ความสำคัญสัมพัทธ์ของการควบคุมโดยผู้ล่าเทียบกับการควบคุมโดยปริมาณทรัพยากรแตกต่างกันไปในแต่ละระบบ และนักนิเวศวิทยาถกเถียงกันว่าเมื่อใดและที่ใดที่แต่ละปัจจัยมีอิทธิพลเหนือกว่า โดยระบบนิเวศจำนวนมากได้รับอิทธิพลจากทั้งสองปัจจัยที่ทำงานพร้อมกัน

Key figures

• Charles Elton
• Raymond Lindeman
• Robert Paine
• James Estes

Seminal works

• lindeman1942
• paine1966
• estes2011

Frequently asked questions

ทำไมห่วงโซ่อาหารจึงมักจะสั้น?

เนื่องจากพลังงานเพียงประมาณร้อยละสิบในระดับโภชนาการหนึ่งเท่านั้นที่ถูกส่งต่อไปยังระดับถัดไป จึงมีพลังงานไม่เพียงพอที่จะรองรับหลายระดับ ซึ่งจำกัดห่วงโซ่อาหารส่วนใหญ่ไว้ที่สี่หรือห้าข้อต่อ

ทรอฟิกแคสเคดคืออะไร?

ทรอฟิกแคสเคดเกิดขึ้นเมื่อการเปลี่ยนแปลงจำนวนประชากรของผู้ล่าสูงสุดส่งผลกระทบต่อเนื่องลงมาในสายใยอาหาร โดยเปลี่ยนแปลงจำนวนประชากรของสิ่งมีชีวิตที่อยู่ต่ำกว่าสองระดับขึ้นไปทางอ้อม