ระดับโภชนาการในระบบนิเวศ: ผู้ผลิต ผู้บริโภค และผู้ย่อยสลาย

สิ่งมีชีวิตต้องการพลังงานเพื่อดำเนินกระบวนการพื้นฐานทั้งหมด เช่น การเจริญเติบโต การหายใจ การสืบพันธุ์ การมีปฏิสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อม และอื่นๆ พวกมันได้รับพลังงานนี้ผ่านทางสารอาหารแต่สิ่งมีชีวิตไม่ได้ได้รับพลังงานที่จำเป็นในวิธีเดียวกันทั้งหมด ขึ้นอยู่กับวิธีการที่พวกมันได้รับอาหารและเปลี่ยนรูปพลังงาน พวกมันจึงถูกแบ่งออกเป็นผู้ผลิตผู้บริโภคและผู้ย่อยสลายจากการจำแนกประเภทนี้ จึงเกิด ความสัมพันธ์ในการกินอาหาร ขึ้นมา ซึ่งเรียกว่าความสัมพันธ์ทางโภชนาการหรือระดับโภชนาการด้วยความสัมพันธ์เหล่านี้ การไหลเวียนของสสารและพลังงานจึงเกิดขึ้น รับประกันการจัดหาและการหมุนเวียนของสารที่จำเป็นต่อการดำรงชีวิตบนโลก

เมื่อเราเข้าใจความแตกต่างทั้งหมดเหล่านี้แล้ว เรามานิยามระดับโภชนาการ ให้ชัดเจนกันดีกว่า ระดับโภชนาการคือกลุ่มสิ่งมีชีวิตต่างๆ ที่ประกอบกันเป็นระบบนิเวศโดยแบ่งตามวิธีการที่พวกมันได้รับอาหารและแหล่งพลังงานที่พวกมันใช้ กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ มันอธิบายถึงตำแหน่งที่สิ่งมีชีวิตนั้นๆ ครอบครองอยู่ในห่วงโซ่อาหารหรือใยอาหารขึ้นอยู่กับว่ามันผลิตอาหารเอง กินสิ่งมีชีวิตอื่น หรือกินซากและสารอินทรีย์ที่เน่าเปื่อย

กล่าวอีกนัยหนึ่ง ระดับโภชนาการช่วยให้เราสามารถจัดระเบียบและจำแนกสิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศตามบทบาทของพวกมันในการไหลเวียนของสสารและพลังงานด้วยวิธีนี้ เราสามารถศึกษาขั้นตอนการดูดซึมสารอาหารในธรรมชาติได้อย่างชัดเจนยิ่งขึ้น ทั้งใน ระบบนิเวศ บนบกและในน้ำและเข้าใจว่าแต่ละกลุ่มพึ่งพาซึ่งกันและกันอย่างไร

การกำหนดระดับโภชนาการ

สิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดที่ประกอบกันเป็นชุมชนชีวภาพจะถูกจัดกลุ่มตามระดับโภชนาการ โดยพิจารณาจากชนิดของอาหารที่พวกมันต้องการและแหล่งที่มาของสสารที่พวกมันได้รับ แต่ละระดับของระบบนี้แสดงถึงกลุ่มสิ่งมีชีวิตที่ได้รับสสารและพลังงานในลักษณะที่คล้ายคลึงกัน ก่อให้เกิดเป็นขั้นบันไดพลังงานที่ไล่ระดับจากพลังงานแสงอาทิตย์ไปจนถึงผู้ล่าขนาดใหญ่และผู้ย่อยสลาย

ในห่วงโซ่อาหารอย่างง่าย ผู้ผลิตจะอยู่ในระดับโภชนาการแรก ผู้บริโภคขั้นต้นอยู่ในระดับที่สอง ผู้บริโภคขั้นรองอยู่ในระดับที่สาม และต่อไปเรื่อยๆ จนถึงผู้บริโภคระดับสูงกว่าผู้ย่อยสลายจะทำหน้าที่ย่อยสลายซากอินทรีย์ในทุกระดับ ทำให้วัฏจักรของสสารในระบบนิเวศ ครบวงจร

ประเภทของระดับโภชนาการในระบบนิเวศ

แม้ว่าแผนผังระดับโภชนาการพื้นฐานจะแยกแยะระหว่างผู้ผลิตผู้บริโภคและผู้ย่อยสลายแต่ภายในแต่ละกลุ่มก็ยังมีการแบ่งย่อยออกไปอีกตามบทบาทเฉพาะที่พวกมันมีและประเภทของอาหารที่พวกมันบริโภค การจำแนกประเภทนี้ช่วยให้เข้าใจถึงองค์ประกอบทางนิเวศวิทยาของแหล่งที่อยู่อาศัยใดๆ ได้อย่างละเอียดมากขึ้น

ระดับแรก (ผู้ผลิต)

ในระดับนี้ เราพบสิ่งมีชีวิตที่สามารถผลิตอาหารได้เอง นั่นคือ สิ่งมีชีวิต ผู้ผลิตหรือออโตโทรฟสิ่งมีชีวิตเหล่านี้สามารถดึงพลังงานจากแหล่งพลังงานหลักคือ ดวงอาทิตย์ ได้โดยตรง สิ่งมีชีวิตออโตโทรฟมีความสามารถพิเศษในการใช้คาร์บอนไดออกไซด์ น้ำ แร่ธาตุอื่นๆ และแสงแดด เพื่อสังเคราะห์สารประกอบอินทรีย์ของตัวเอง (ส่วนใหญ่เป็นคาร์โบไฮเดรต) ผ่านกระบวนการสังเคราะห์แสง พืช สาหร่ายและจุลินทรีย์สังเคราะห์แสงหลายชนิดอยู่ในกลุ่มนี้ อาหารที่พวกมันผลิตได้สามารถนำไปใช้โดยตรงหรือโดยอ้อมโดยสิ่งมีชีวิตอื่นๆ ในระบบนิเวศ

สิ่งมีชีวิตผู้ผลิตเป็นสิ่งมีชีวิตในระดับโภชนาการต่ำสุดและเป็นรากฐานที่สิ่งมีชีวิตในระดับที่สูงกว่าสร้างขึ้น พวกมันเป็นสิ่งมีชีวิตเพียงชนิดเดียวที่สามารถดักจับพลังงานแสงอาทิตย์และเปลี่ยนเป็นพลังงานเคมีที่เก็บไว้ในพันธะของโมเลกุลอินทรีย์ได้โดยผ่านกระบวนการสังเคราะห์แสง หากปราศจากการเปลี่ยนแปลงขั้นต้นนี้ สิ่งมีชีวิตอื่นๆ ก็จะไม่มีพลังงานที่จำเป็นต่อการดำรงชีวิตของพวกมัน

ประเภทของผู้ผลิตแบบออโตโทรฟิก

ในกลุ่มผู้ผลิต สามารถแบ่งออกได้เป็นสองกลุ่มหลักตามแหล่งพลังงานที่ใช้ในการสังเคราะห์สารอินทรีย์:

• ผู้สังเคราะห์แสงสิ่งเหล่านี้เรียกว่าสิ่งมีชีวิต สิ่งมีชีวิตสังเคราะห์แสงซึ่งทำการสังเคราะห์แสงโดยใช้ แสงแดด เป็นแหล่งพลังงาน พวกมันใช้แสงแดดในสภาพแวดล้อมบนบกและในน้ำ ซึ่งรวมถึงต้นไม้ ไม้พุ่ม และพืชล้มลุก ตะไคร่น้ำ และมากมาย จุลินทรีย์สังเคราะห์แสง.
• เครื่องสังเคราะห์ทางเคมีพวกมันเป็นสิ่งมีชีวิตที่สร้างอาหารเองได้และทำหน้าที่... การสังเคราะห์ทางเคมีโดยใช้พลังงานจากปฏิกิริยาเคมีอนินทรีย์คายความร้อน ซึ่งเรียกกันว่า... สิ่งมีชีวิตเคมีลิโทโทรฟิก. มากมาย แบคทีเรีย จุลินทรีย์เหล่านี้จัดอยู่ในกลุ่มนี้ โดยจะได้รับพลังงานจากการออกซิไดซ์สารอนินทรีย์ (เช่น แอมโมเนีย ซัลไฟด์ หรือเหล็กที่ถูกรีดิวซ์) และเปลี่ยนพลังงานนั้นให้เป็นสารอินทรีย์ ซึ่งเป็นการปิดวงจรทางชีวธรณีเคมีที่สำคัญ

ใน ระบบนิเวศบนบกผู้ผลิตที่เห็นได้ชัดที่สุดคือพืชพรรณบนบก (ต้นไม้ ไม้พุ่ม หญ้า) ใน ระบบนิเวศ ทางน้ำสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กที่สังเคราะห์แสงได้ เช่นแพลงก์ตอนพืช มีความสำคัญอย่างยิ่ง โดยเป็นพื้นฐานของห่วงโซ่อาหารในน้ำทะเลและน้ำจืดหลายแห่ง

ระดับที่สอง (ผู้บริโภค)

ในระดับนี้ เราจะพบผู้บริโภคขั้นต้นกลุ่มนี้ประกอบด้วยสิ่งมีชีวิตทั้งหมดที่ได้รับสารอาหารโดยตรงจากผู้ผลิต กล่าวคือ พวกมันกินส่วนต่างๆ ของพืชเช่น ใบ ดอก ผล หรือเมล็ด พวกมันยังถูกเรียกว่าสัตว์กินพืช ผู้บริโภคเป็นสิ่งมีชีวิต ที่ต้องพึ่งพาอาหารจากสิ่งมีชีวิตอื่น (heterotrophs ) กล่าว คือ พวกมันสร้างสารอินทรีย์ของตัวเองจากสารอินทรีย์ของสิ่งมีชีวิตอื่นๆ ซึ่งเป็นเหตุผลที่พวกมันถูกเรียกว่าผู้บริโภค แม้ว่าพวกมันจะสร้างสารในร่างกายของตัวเองได้ แต่พวกมันไม่ใช่ผู้ผลิตขั้นต้นเนื่องจากพวกมันต้องพึ่งพาสารที่ผลิตโดยสิ่งมีชีวิตที่สร้างอาหารเองได้ (autotrophs) มาก่อน

ผู้บริโภคขั้นต้นได้รับสสารและพลังงานจากระดับโภชนาการแรก (ผู้ผลิต) และในทางกลับกัน ก็สามารถเป็นแหล่งของสารอินทรีย์สำหรับผู้บริโภคอื่นๆ ที่กินพวกมันเป็นอาหาร ในระบบนิเวศบนบก ผู้บริโภคขั้นต้นรวมถึงสิ่งมีชีวิตทุกชนิด ตั้งแต่แมลงกินพืช ขนาดเล็กไป จนถึงสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมกินพืชขนาดใหญ่ เช่น กวาง วัว หรือยีราฟ ในระบบนิเวศทางน้ำ สิ่งมีชีวิตแพลง ก์ตอนสัตว์ หลายชนิด กินแพลงก์ตอนพืชเป็นอาหาร และถือเป็นผู้บริโภคขั้นต้นเช่นกัน

การจำแนกประเภทผู้บริโภค

นอกจากระดับผู้บริโภคขั้นต้นแล้ว ยังมีระดับย่อยอื่นๆ อีก ขึ้นอยู่กับประเภทของอาหารที่พวกเขากินและตำแหน่งของพวกเขาในห่วงโซ่อาหาร

ระดับที่สาม (ผู้บริโภคระดับรอง)

กลุ่มนี้ประกอบด้วยผู้บริโภคระดับสองซึ่งกินผู้บริโภคระดับหนึ่งโดยตรง พวกมันถูกเรียกว่าสัตว์กิน เนื้อด้วยเช่นกัน แม้ว่าบางชนิดอาจเป็นสัตว์กินทั้งพืชและสัตว์ ผู้บริโภคระดับสองมีความแตกต่างกันในประเภทของเหยื่อที่พวกมันกิน ขนาด และวิธีการล่าเหยื่อ

• ลอส สิงโต y กรีส พวกมันล่าม้าลาย อิมพาลา กวาง และสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมขนาดกลางอื่นๆ เพื่อเป็นอาหาร
• ลา งูโดยทั่วไป พวกมันกินสัตว์ฟันเล็ก สัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำ และไข่นกเป็นอาหาร
• หลาย นกแร็พเตอร์นกบางชนิด เช่น เหยี่ยว นกฮูก และนกอินทรี กินงูและกิ้งก่าเป็นอาหาร ในขณะที่นกขนาดเล็กหลายชนิดกินตัวอ่อนผีเสื้อและไส้เดือนดิน
• ลา แมงมุม พวกมันจับแมลงขนาดเล็ก เช่น แมลงวันและผีเสื้อกลางคืน
• ในทะเล สัตว์บางชนิด เช่น ฉลาม และแน่นอน ปลาวาฬฟันพวกมันกินปลาขนาดเล็กและสิ่งมีชีวิตในทะเลชนิดอื่นๆ เป็นอาหาร

สิ่งมีชีวิตเหล่านี้จัดอยู่ในระดับโภชนาการที่สามเนื่องจากได้รับพลังงานจากผู้บริโภคขั้นต้น และอาจเป็นอาหารของสัตว์นักล่าที่ใหญ่กว่าได้อีกด้วย

ระดับที่สี่ (ผู้บริโภคระดับอุดมศึกษาขึ้นไป)

ในระบบนิเวศหลายแห่ง มีการยอมรับระดับโภชนาการที่สี่ซึ่งประกอบด้วย ผู้บริโภคระดับ ที่สามหรือสูงกว่า พวกมันกินผู้บริโภคระดับที่สอง และในบางกรณีก็กินผู้บริโภคระดับแรกด้วย พวกมันเป็นสัตว์นักล่า ขนาดใหญ่ ที่อยู่บนสุดของห่วงโซ่อาหารหลายชนิด และด้วยเหตุนี้จึงถูกเรียกว่า สัตว์ นักล่าระดับสูงสุดหรือ ผู้ ล่าชั้นยอด

ผู้บริโภคเหล่านี้สามารถกินได้ทั้งสัตว์กินพืช (ผู้บริโภคขั้นต้น) และสัตว์กินเนื้อ (ผู้บริโภคขั้นรอง) ในบางระบบนิเวศ ผู้บริโภคขั้นที่สี่ซึ่งกินผู้บริโภคขั้นที่สามยังคงสามารถแยกแยะได้ แม้ว่าจะพบได้น้อยลงเนื่องจาก การสูญเสียพลังงานที่เกิดขึ้นในแต่ละห่วงโซ่อาหาร

ผู้บริโภคเฮเทอโรโทรฟิกประเภทอื่นๆ

นอกจากการจำแนกประเภทพื้นฐานเป็นผู้บริโภคขั้นต้น ขั้นรอง และขั้นที่สามแล้ว ยังมีกลุ่มผู้บริโภคอื่นๆ ที่มีบทบาทสำคัญในระบบนิเวศอีกด้วย:

• สัตว์กินเนื้อสิ่งมีชีวิตเหล่านี้กินทั้งพืชและสัตว์เป็นอาหาร พวกมันอยู่ในระดับห่วงโซ่อาหารหลายระดับพร้อมกัน เนื่องจากสามารถกินทั้งผู้ผลิตและผู้บริโภคอื่นๆ ได้ ตัวอย่างคลาสสิกได้แก่... เนื้อหมู, หลาย นก และ y มนุษย์.
• Saprophagous o detritivoresพวกมันกินซากอินทรีย์หรือซากเน่าเปื่อยเป็นอาหาร พวกมันอาจเป็น:
  • สัตว์กินซากหรือสัตว์เก็บกินซากพวกมันกินซากและเศษซากของสัตว์ที่ตายแล้ว ตัวอย่างเช่น: แร้ง, แร้ง, ไฮยีน่า และตัวอ่อนของแมลงจำนวนมาก
  • coprophagousพวกมันกินมูลของสัตว์อื่นเป็นอาหาร เช่น สัตว์บางชนิด แมลงวัน y ด้วง.
  • ผู้ย่อยสลายหลักพวกมันกินเศษซากพืชหรือสัตว์ที่แตกหักโดยตรง เช่น ไส้เดือนดิน.
  • ผู้กินซากพืชขั้นที่สองพวกมันกินซากอินทรีย์ขั้นต้นอื่นๆ เป็นอาหาร จึงทำให้พวกมันถูกจัดอยู่ในระดับโภชนาการที่สูงขึ้นเล็กน้อยภายในห่วงโซ่อาหาร
• บุคคลที่น่ารังเกียจ y ซึ่งกันและกันสิ่งมีชีวิตบางชนิดกินสิ่งมีชีวิตอื่นโดยไม่ฆ่าพวกมัน เช่น ปรสิต หรือสร้างความสัมพันธ์ที่เป็นประโยชน์ร่วมกัน (ภาวะพึ่งพาอาศัยกัน) แม้ว่าพวกมันจะไม่ปรากฏให้เห็นในแผนภาพระดับโภชนาการอย่างง่ายเสมอไป แต่พวกมันก็เป็นส่วนสำคัญของห่วงโซ่อาหารเช่นกัน

ระดับตัดขวาง (ผู้ย่อยสลาย)

ผู้ย่อยสลายตามชื่อของมันบ่งบอก ทำหน้าที่ย่อยสลายเศษซากเช่นซากพืช ซากสัตว์ มูลสัตว์ ใบไม้ร่วง ฯลฯ เพื่อรับพลังงานที่จำเป็นต่อการดำรงชีวิต ในระดับนี้ เราพบเชื้อราและแบคทีเรีย เป็นหลัก ซึ่งจะย่อยสลายสารอินทรีย์ของสิ่งมีชีวิตที่ตายแล้วให้กลายเป็นสารแร่ธาตุอย่างง่าย

เชื้อราขนาดเล็กส่วนใหญ่เป็น สิ่งมีชีวิตที่กินซากพืช ซากสัตว์ได้แก่เห็ดหูหนูเห็ดชนิดต่างๆราขนมปังและเห็ดทั่วไปจากการย่อยสลาย ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ จะถูกปล่อย สู่ชั้นบรรยากาศ และแร่ธาตุต่างๆ เช่น แคลเซียม โพแทสเซียม ฟอสฟอรัส ไนโตรเจน และธาตุอื่นๆ ที่เป็นส่วนประกอบของเนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิตเหล่านั้น จะถูกปล่อยลงสู่ดินและน้ำ ด้วยวิธีนี้ วัฏจักรของสารอาหารและก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จึงสมบูรณ์ และธาตุต่างๆ ก็จะกลับคืนสู่ผู้ผลิตและดำเนินต่อไปเป็นวัฏจักร

ออกซิเจนเป็นองค์ประกอบสำคัญอีกอย่างหนึ่งสำหรับสิ่งมีชีวิต โดยถูกปล่อยออกมาจากผู้ผลิตในระหว่างกระบวนการสังเคราะห์แสง และถูกดูดซึมโดยผู้ผลิต ผู้บริโภค และผู้ย่อยสลายในระหว่างการหายใจระดับเซลล์ ผู้ย่อยสลายเป็นส่วนสำคัญในการรักษาความต่อเนื่องของวัฏจักรทางชีวธรณีเคมีเพราะหากปราศจากผู้ย่อยสลาย สารอินทรีย์ก็จะยังคงติดอยู่และไม่สามารถถูกดูดซึมกลับเข้าไปใหม่โดยสิ่งมีชีวิตผู้ผลิตได้ สารอาหารที่มีอยู่ก็จะค่อยๆ หายไป และพร้อมกับนั้น ผู้ผลิตและสิ่งมีชีวิตผู้บริโภคทั้งหมดก็จะสูญพันธุ์ไปด้วย

สัตว์ต่างๆ เช่นแร้งเหยี่ยวไฮยีน่าและสัตว์กินซากอื่นๆ แม้จะเป็นผู้บริโภค แต่ก็ช่วยผู้ย่อยสลายด้วยการกำจัดซากสัตว์ เนื่องจากพวกมันกินเฉพาะเนื้อสัตว์ที่ตายแล้วเท่านั้น นี่เป็นอีกกลไกหนึ่งที่ทำให้สารอาหารหมุนเวียนไปตามระดับห่วงโซ่อาหารในระบบนิเวศ

ความสัมพันธ์ทางโภชนาการและห่วงโซ่อาหาร

ความสัมพันธ์ทางโภชนาการอธิบายถึงการส่งผ่านสสารและพลังงานจากสิ่งมีชีวิตหนึ่งไปยังอีกสิ่งมีชีวิตหนึ่งภายในระบบนิเวศ ความสัมพันธ์เหล่านี้สามารถแสดงได้ด้วยห่วงโซ่อาหาร (เชิงเส้น) หรือใยอาหาร (ซับซ้อนกว่า) ในห่วงโซ่อาหาร สิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดถือเป็นส่วนเชื่อมโยงและลูกศรแสดงทิศทางการถ่ายโอนพลังงานและสสาร โดยจะถ่ายโอนจากแหล่งอาหารไปยังผู้บริโภคเสมอ

อย่างไรก็ตาม ในธรรมชาติ เรามักไม่พบห่วงโซ่อาหารที่เป็นเส้นตรงอย่างเคร่งครัด ผู้ผลิตเพียงรายเดียวอาจถูกบริโภคโดยสัตว์กินพืชหลายชนิด ซึ่งในทางกลับกันก็อาจถูกล่าโดยสัตว์กินเนื้อหลายชนิด ความเชื่อมโยงที่หลากหลายเหล่านี้ก่อให้เกิดสายใยอาหารซึ่งสะท้อนให้เห็นถึงความซับซ้อนที่แท้จริงของความสัมพันธ์ในการกินในระบบนิเวศได้ดีกว่า

นอกจากนี้ ยังสามารถจำแนกประเภทของห่วงโซ่อาหารได้ตามประเภทของทรัพยากรเริ่มต้น:

• โซ่ล่าเหยื่อพวกเขาเริ่มจากผู้ผลิต ไปจนถึงสัตว์กินพืช และต่อด้วยสัตว์กินเนื้อในระดับต่างๆ
• ห่วงโซ่ของปรสิตในระบบเหล่านี้ ผู้ผลิตและผู้บริโภคต่างถูกปรสิตโดยสิ่งมีชีวิตที่ได้รับสารอาหารจากพวกมันโดยไม่ฆ่าพวกมันในทันที
• ห่วงโซ่อาหารของสัตว์กินซากกระบวนการนี้เริ่มต้นจากซากอินทรีย์ที่ตายแล้ว และดำเนินต่อไปด้วยสิ่งมีชีวิตหลากหลายชนิดที่ย่อยสลายและเปลี่ยนแปลงซากอินทรีย์เหล่านั้น จนกระทั่งถึงจุลินทรีย์ย่อยสลายขั้นสุดท้าย

การไหลของพลังงาน

ไม่ใช่สิ่งมีชีวิตทุกชนิดที่มีความสามารถในการดักจับพลังงานจากแสงอาทิตย์และเปลี่ยนมันให้เป็นพลังงานเคมีในรูปของอาหาร ผู้ผลิตเท่านั้นที่เป็นสิ่งมีชีวิตที่สามารถเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ให้เป็นสารอินทรีย์ และนำไปใช้ประโยชน์แก่สิ่งมีชีวิตชนิดอื่นๆ ในระบบนิเวศ ได้ จากผู้ผลิต พลังงานจะไหลไปในทิศทางเดียวสู่ผู้บริโภคและผู้ย่อยสลายที่ประกอบกันเป็นห่วงโซ่อาหาร

การไหลเวียนของพลังงานทางชีวภาพหมายถึงการถ่ายโอนพลังงานเคมีที่มีอยู่ในอาหารจากระดับโภชนาการที่ต่ำกว่า ซึ่งเป็นที่อยู่ของผู้ผลิต ไปสู่ระดับโภชนาการที่สูงกว่า ซึ่งเป็นที่อยู่ของผู้บริโภค แตกต่างจากสสาร พลังงานจะไม่กลับคืนสู่จุดเริ่มต้น แต่จะสลายตัวเป็นความร้อนในการถ่ายโอนแต่ละครั้ง ตามกฎของอุณหพลศาสตร์

พลังงานไม่ได้ถูกนำกลับมาใช้ใหม่ (ตามกฎ 10%)

ปริมาณพลังงานที่ถ่ายทอดจากระดับโภชนาการหนึ่งไปยังอีกระดับหนึ่งคิดเป็นเพียงประมาณ10%ของพลังงานที่มีอยู่ในระดับก่อนหน้า ปรากฏการณ์นี้เรียกว่ากฎ 10%และเป็นข้อจำกัดที่สำคัญต่อจำนวนและขนาดของสิ่งมีชีวิตที่สามารถเป็นส่วนหนึ่งของห่วงโซ่อาหารได้ พลังงานที่เหลืออีก 90% ไม่ได้ถูกถ่ายทอดไปยังระดับถัดไป แต่สูญเสียไปส่วนใหญ่ในรูปของความร้อนและผ่านกิจกรรมต่างๆ เช่น การเคลื่อนไหว การหายใจ การสืบพันธุ์ และการขับถ่าย

ด้วยเหตุนี้ พลังงานจึงต่างจากสสารตรงที่ไม่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ ภายในระบบนิเวศ จำเป็นต้องมีการป้อนพลังงานจากภายนอกอย่างต่อเนื่อง (จากดวงอาทิตย์) เพื่อให้สิ่งมีชีวิตดำรงอยู่ได้ เนื่องจากหน้าที่นี้กระทำโดยผู้ผลิตซึ่งดักจับพลังงานแสงอาทิตย์ สิ่งมีชีวิตเหล่านี้จึงได้รับการยอมรับว่าเป็นเสาหลักของชุมชนและระบบนิเวศ

เนื่องจากการสูญเสียพลังงานเหล่านี้ จำนวนระดับโภชนาการในห่วงโซ่อาหารส่วนใหญ่จึงมักมีจำกัด โดยทั่วไปไม่เกินห้าระดับนี่เป็นเหตุผลว่าทำไมจึงมีสัตว์นักล่าขนาดใหญ่น้อยกว่าสัตว์กินพืช และทำไมพีระมิดโภชนาการจึงแคบลงไปทางด้านบน

พีระมิดโภชนาการ: พลังงาน ชีวมวล และจำนวน

เพื่อแสดงโครงสร้างของระดับโภชนาการในรูปแบบกราฟิก จึงมีการใช้ พีระมิดโภชนาการซึ่งเป็นแบบจำลองในรูปทรงสามเหลี่ยมหรือขั้นบันได โดยแต่ละระดับโภชนาการจะถูกแทนด้วยพื้นที่ที่สัดส่วนกับตัวแปรทางนิเวศวิทยาเฉพาะ เช่นพลังงานที่มีอยู่มวลชีวภาพหรือ จำนวน ของสิ่งมีชีวิต

• พีระมิดพลังงานพวกเขาแสดงให้เห็น การไหลของพลังงาน จากระดับหนึ่งไปสู่อีกระดับหนึ่ง แต่ละขั้นแสดงถึงผลผลิตสุทธิของแต่ละระดับโภชนาการ เนื่องจากกฎ 10% พีระมิดเหล่านี้ พวกมันไม่เคยกลับหัวพลังงานที่สะสมอยู่ในระดับหนึ่งจะมากกว่าพลังงานที่สะสมอยู่ในระดับถัดไปเสมอ
• พีระมิดชีวมวล: เป็นตัวแทนของ ปริมาณชีวมวล เส้นนี้ปรากฏอยู่ทุกระดับห่วงโซ่อาหาร ณ เวลาใดเวลาหนึ่ง ความกว้างของเส้นนี้เป็นสัดส่วนกับมวลรวมของสิ่งมีชีวิตในแต่ละระดับ ในระบบนิเวศทางน้ำ เส้นนี้อาจปรากฏกลับหัว เนื่องจากแพลงก์ตอนพืชขยายพันธุ์ได้อย่างรวดเร็ว และมวลชีวภาพในทันทีของมันอาจน้อยกว่ามวลชีวภาพของผู้บริโภค
• พีระมิดแห่งตัวเลข: ระบุ จำนวนบุคคล ในแต่ละระดับ บางครั้งอาจมีการใช้งานน้อยลง เนื่องจากอาจให้มุมมองที่ไม่สมบูรณ์ (ตัวอย่างเช่น ต้นไม้ต้นเดียวสามารถเป็นแหล่งอาหารของสัตว์กินพืชได้หลายชนิด)

ในแผนภาพทั้งหมดนี้ ระดับแรกของผู้ผลิตจะแสดงด้วยฐานที่กว้างที่สุด เนื่องจากเป็นแหล่งรวมพลังงานและชีวมวลที่มีอยู่มากที่สุด ส่วนระดับที่สูงขึ้นไปจะแคบลงเนื่องจากการสูญเสียพลังงานสะสมและจำนวนสิ่งมีชีวิตที่สามารถดำรงอยู่ได้ในแต่ละระดับมีจำนวนน้อยลง

วัสดุสามารถนำกลับมารีไซเคิลได้

สสารที่สิ่งมีชีวิตใช้มาจากดินอากาศและน้ำในทุกความสัมพันธ์ทางโภชนาการ นอกเหนือจากพลังงานแล้ว สสารยังถูกถ่ายทอดจากระดับหนึ่งไปยังอีกระดับหนึ่ง แต่แตกต่างจากพลังงาน สสารจะถูกนำกลับมาใช้ใหม่ อย่างต่อเนื่อง ภายในระบบนิเวศ

สิ่งนี้เกิดขึ้นได้ด้วยกระบวนการต่างๆ เช่นการสังเคราะห์แสงและการหายใจซึ่งหมุนเวียนธาตุต่างๆ เช่น ออกซิเจน ไฮโดรเจน และคาร์บอน ระหว่างอากาศ น้ำ และสิ่งมีชีวิต และด้วยกิจกรรมของจุลินทรีย์ย่อยสลายซึ่งหมุนเวียนสารแร่ธาตุอื่นๆ กลับคืนสู่ดินและน้ำ สารเหล่านี้สามารถนำไปใช้ใหม่โดยผู้ผลิตได้อีกครั้ง จึงเป็นการปิดวงจรของสสาร

จุลินทรีย์ย่อยสลายและจุลินทรีย์สร้างแร่ธาตุมีบทบาทสำคัญในการหมุนเวียนนี้ พวกมันเปลี่ยนสารอินทรีย์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพให้เป็นสารอนินทรีย์อย่างง่าย (เกลือแร่) ที่รากพืชและสิ่งมีชีวิตสังเคราะห์แสงในน้ำสามารถดูดซึมได้อีกครั้ง ดังนั้น ในขณะที่การไหลของพลังงานเป็นไปในทิศทางเดียวและเปิดกว้างการไหลของสสารกลับเป็นวัฏจักรและปิดภายในระบบนิเวศ

ความสำคัญทางนิเวศวิทยาของระดับห่วงโซ่อาหาร

ในสาขานิเวศวิทยา การดำรงอยู่ของผู้ผลิตผู้บริโภคและผู้ย่อยสลายในพื้นที่ใดพื้นที่หนึ่งนั้นมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการรักษาสมดุลทางนิเวศวิทยาแม้ในพื้นที่ที่มีความหลากหลายทางชีวภาพต่ำ กลุ่มสิ่งมีชีวิตบางกลุ่มก็ยังต้องพึ่งพาอาศัยกลุ่มอื่นเพื่อเข้าถึงพลังงานและสารอาหารที่จำเป็น

หากไม่มีผู้ผลิต (โดยหลักคือพืชและสิ่งมีชีวิตที่สร้างอาหารเองได้) สิ่งมีชีวิตผู้บริโภคก็จะไม่สามารถหาอาหารกินได้ และด้วยเหตุนี้จึงไม่สามารถดำรงอยู่ได้ ในทำนองเดียวกัน หากไม่มีผู้ย่อยสลาย สารอินทรีย์ก็จะสะสมโดยไม่ย่อยสลาย และสารอาหารก็จะคงอยู่เช่นนั้น ทำให้พืชไม่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ ระดับโภชนาการแสดงให้เห็นถึงความพร้อมของอาหารและพลังงานในระบบนิเวศที่กำหนด ความซับซ้อนของห่วงโซ่อาหาร และความสัมพันธ์ที่พึ่งพาอาศัยกัน อย่างแน่นแฟ้น ระหว่างสิ่งมีชีวิตต่างๆ

การทำความเข้าใจระดับห่วงโซ่อาหารยังช่วยให้เราเข้าใจว่าเหตุใดความปั่นป่วนต่างๆ เช่น การหายไปของชนิดพันธุ์หลัก การเข้ามาของชนิดพันธุ์ต่างถิ่น หรือมลภาวะ จึงสามารถทำลายห่วงโซ่อาหารได้ การเปลี่ยนแปลงที่สำคัญใดๆ ที่ฐานของพีระมิด (ผู้ผลิต) หรือในกลุ่มผู้ล่าระดับสูงสุด สามารถส่งผลกระทบต่อเนื่องไปยังระบบนิเวศทั้งหมดได้

กล่าวโดยสรุป ระดับโภชนาการช่วยอธิบายว่าสิ่งมีชีวิตมีการจัดระเบียบในระบบนิเวศอย่างไร พลังงานและสสารหมุนเวียนอย่างไร และทำไมสิ่งมีชีวิตทุกชนิด ตั้งแต่แบคทีเรียที่ย่อยสลายไปจนถึงผู้ล่าขนาดใหญ่ จึงมีบทบาททางนิเวศวิทยาที่ไม่อาจทดแทนได้ในการรักษาสิ่งมีชีวิตบนโลก