นิเวศวิทยา
คำว่านิเวศวิทยา เริ่มใช้ในจดหมายเหตุของ Henry Thoreau ตั้งแต่ปี ค.ศ. 1858 ต่อมา Reiter ได้นำคำนี้มาใช้ในผลงานของเขาซึ่งพิมพ์ไว้เป็นหลักฐานในปี ค.ศ. 1865 โดยนิเวศวิทยา มาจากรากศัพท์เดิมในภาษากรีก จากคำว่า oikos ซึ่งแปลว่าบ้านหรือที่อยู่อาศัย ผสมกับคำว่า logos ซึ่งแปลว่าการศึกษา รวมเป็น oecology และต่อมาได้เขียนตามหลักภาษาอังกฤษว่า ecology ใช้เรียกศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับการศึกษาในด้านความสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิตกับที่อยู่อาศัย แม้ว่าวิชานิเวศวิทยาได้แยกตัวออกมาจากวิชาชีววิทยาแล้วก็ตามแต่ก็ยังไม่เป็นที่รู้จักและสนใจกันเท่าที่ควรจนกระทั่งในปี ค.ศ.1866 นักสัตววิทยาท่านหนึ่งคือ Ernst Haeckel ได้หยิบยกเอาคำนี้ขึ้นมาใช้และให้คำนิยามไว้ว่า "นิเวศวิทยาเป็นการศึกษาที่เกี่ยวกับการใช้ประโยชน์สิ่งต่าง ๆ อย่างประหยัดของธรรมชาติ คือการศึกษาสังเกตความสัมพันธ์ทั้งมวลของสัตว์กับสิ่งแวดล้อมที่เป็นอินทรียวัตถุ และอนินทรียวัตถุ" จากคำนิยามนี้จึงเป็นการกำหนดแนวทางการศึกษาทางนิเวศวิทยาแก่นักวิทยาศาสตร์ที่สนใจในแนวดังกล่าว จึงยกย่องให้ Haeckel เป็นบิดาแห่งวิชานิเวศวิทยาและเป็นผู้ก่อตั้งศาสตร์ทางด้านนี้
Charles Elton (1927)"นิเวศวิทยา คือวิทยาการด้านประวัติศาสตร์ของธรรมชาติที่เกี่ยวข้องกับสังคมศาสตร์และเศรษฐศาสตร์ของสัตว์"
Shelford (1911) "นิเวศวิทยา คือวิทยาการด้านสังคม"
E. P. Odum (1971) "นิเวศวิทยา คือการศึกษาทางโครงสร้างและหน้าที่ของธรรมชาติ"
H. J. Oosting (1956) "นิเวศวิทยา คือการศึกษาเกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตที่มีส่วนสัมพันธ์กับสภาพแวดล้อมของมัน"
Kimmins (1987) กล่าวว่าป่ามิใช่เป็นเพียงการมีต้นไม้มายืนร่วมกันแต่ยังประกอบด้วย (1) ต้นไม้ (2) วัตถุสารที่ต้นไม้และสัตว์ใช้เป็นที่ยึดเหนี่ยว ธาตุอาหารและความชื้น (3) พันธุ์ไม้อื่นๆ ที่มาร่วมกระทำกันก่อให้เกิดร่มเงาต่อกัน แก่งแย่งกัน อาศัยประโยชน์ต่อกัน หรือทำลายกัน (4) สัตว์ที่ใช้อาหารจากพืช อาศัยประโยชน์และให้ประโยชน์ต่อพืช (5) จุลินทรีย์ที่ได้และให้ประโยชน์โดยตรงและโดยอ้อมต่อต้นไม้ (6) ดินและบรรยากาศรวมถึงไฟป่าและความชื้นซึ่งมีผลโดยตรงต่อสิ่งมีชีวิตทุกชีวิตในป่า
Tansley (1935) นักนิเวศวิทยาชาวอังกฤษเป็นคนแรกที่เรียก ecological system นี้ว่า ecosystem ที่แปลว่า ระบบนิเวศ แต่ความจริงแล้ว แนวความคิดเรื่องระบบนิเวศได้เกิดขึ้นมาก่อนหน้า Tansley เป็นเวลาช้านาน เพียงแต่เรียกชื่อแตกต่างกันไป เช่น เรียกว่า microcosm หรือ biosystem เป็นต้น สำหรับนักนิเวศวิทยาชาวรัสเซียนิยมเรียกระบบนิเวศว่า biogeocoenoses หรือ biocoenosis คำว่า ecosystem ของ Tansley เป็นคำที่กะทัดรัดและเป็นที่ยอมรับกัน จึงเป็นที่นิยมใช้กันตั้งแต่นั้นมา การยอมรับระบบนิเวศว่าเป็นหน่วยพื้นฐานอย่างหนึ่งในการศึกษาวิชานิเวศวิทยา นับเป็นประโยชน์และถือเป็นก้าวสำคัญต่อการศึกษา และพัฒนาการในด้านนี้ให้เจริญก้าวหน้าต่อ มาอย่างรวดเร็ว
โดยทั่วไปแล้วการศึกษาระบบนิเวศหนึ่งๆ นั้นจะต้องศึกษาถึงลักษณะโครงสร้าง (structure) และหน้าที่ (function) ต่างๆ ของระบบนิเวศนั้นซึ่งจะมีความแตกต่างกันไปตามความสลับซับซ้อนของแต่ละระบบนิเวศซึ่งไม่เหมือนกัน
องค์ประกอบของระบบนิเวศวิทยา
องค์ประกอบของระบบนิเวศนั้นมีทั้งสิ่งที่มีชีวิตและสิ่งที่ไม่มีชีวิต รวมถึงสิ่งแวดล้อมที่เกี่ยวข้องผสมเข้าด้วยกัน โดยมีการกระจายอย่างได้สัดส่วนของปริมาณสิ่งต่างๆ เหล่านั้น ระบบนิเวศต่างๆ ที่ปรากฏอยู่บนโลกทั้งที่อยู่บนพื้นดินหรือในน้ำ ต่างมีขนาดและขอบเขตบริเวณที่แตกต่างกันออกไป แต่องค์ประกอบสำคัญของระบบนิเวศทุกระบบจะมีลักษณะไม่แตกต่างกันมากนัก ระบบนิเวศหนึ่งๆ จะประกอบไปด้วยส่วนประกอบต่างๆ ที่มีความสัมพันธ์เกี่ยวเนื่องกันระหว่างองค์ประกอบของระบบนิเวศทั้งสิ่งที่มีชีวิตและสิ่งที่ไม่มีชีวิต ดังนี้
1.องค์ประกอบของสิ่งมีชีวิต
สิ่งที่มีชีวิตประกอบด้วยส่วนที่สามารถปรุงอาหารเองได้ เรียกว่า autotrophic component โดยหลักการแล้วสามารถใช้พลังงานแสงอาทิตย์ (บางประเภทใช้ความร้อน) ปรุงอาหารจากสาร อนินทรีย์ สร้างสารอินทรีย์ขึ้น ได้แก่ พืชสีเขียวทุกชนิดทั้งเล็กและใหญ่ รวมทั้งสาหร่ายสีเขียว (blue-green algae) บักเตรี และบักเตรีที่ปรุงอาหารได้ (photosynthetic bacteria) ส่วนสิ่งแวดล้อมที่มีชีวิตอีกประเภทหนึ่ง ได้แก่พวก heterotrophs เป็นพวกที่บริโภคพืชสีเขียวหรือพวก autotrophs เป็นผู้ผลิตขึ้น ได้แก่พวกสัตว์กินพืช (herbivore) ตั้งแต่ขนาดเล็กถึงขนาดใหญ่ และอาจหมายถึงพวกสัตว์ที่กินสัตว์ด้วยกัน (carnivore) มนุษย์กินสัตว์เป็นขั้นสุดท้าย ซึ่งเรียกว่า top carnivore การบริโภคแบบต่อเนื่องในลักษณะดังกล่าวก็คือห่วงโซ่อาหาร (food chain) ซึ่งหมายถึงการบริโภคอย่างมีขั้นตอนจากระดับหนึ่งไปสู่อีกระดับหนึ่งไม่มีความยุ่งยากหรือสลับซับซ้อน เช่น แพลงค์ตอนปรุงอาหารได้เอง ปลาเล็กกินแพลงค์ตอน ปลาใหญ่กินปลาเล็ก และมนุษย์กินปลาใหญ่ เป็นต้น บางครั้งอาจไม่เป็นไปตามลำดับแต่มีความสลับซับซ้อนมากขึ้น เรียกว่าใยอาหาร (food web)
ส่วนประกอบที่มีชีวิตซึ่งจำแนกออกเป็นประเภทต่างๆ ตามลักษณะกิจกรรมในระบบนิเวศหนึ่งๆ มีดังนี้
1.1.ผู้ผลิต (producer organism) หรือพวก autotrophs ได้แก่ สิ่งมีชีวิตที่สามารถสังเคราะห์ อาหารขึ้นได้ด้วยตัวเอง ซึ่งมีเพียงพืชสีเขียวที่มีสารคลอโรฟิลล์ในตัวเองและสามารถตรึงพลังงานแสงอาทิตย์มาทำปฏิกิริยาทางเคมีร่วมกับวัตถุดิบในธรรมชาติ คือ ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และธาตุอาหารที่ละลายน้ำให้กลายเป็นสารมวลชีวภาพหรือสารประกอบอินทรีย์เคมีในรูปต่างๆ ดังนั้นกลุ่มผู้ผลิตจึงเป็นพื้นฐานสำคัญในการเชื่อมโยงระหว่างสิ่งมีชีวิตต่างๆ กับส่วนประกอบอื่นที่ไม่มีชีวิตในแต่ละระบบนิเวศ
1.2.ผู้บริโภค (consumer organism) หรือพวก herbivore และ carnivore ได้แก่สิ่งมีชีวิตอื่น ๆ ที่ไม่สามารถสังเคราะห์อาหารขึ้นได้ด้วยตัวเอง แต่จะบริโภคอาหารเพื่อให้ได้รับสารอาหารและพลังงานจากสิ่งมีชีวิตอื่นๆ อีกทอดหนึ่งในลักษณะที่มีระดับชั้นการกินอาหาร (trophic level) และถ่ายเทเป็นทอดๆ ผ่านไปในระบบนิเวศทำให้เกิดการไหลของพลังงานและสารในระบบ ผู้บริโภคสามารถแบ่งตามลำดับขั้นได้ดังนี้
1.2.1 ผู้บริโภคระดับปฐมภูมิ (primary consumer) ได้แก่ สัตว์ที่กินพืชเป็นอาหาร (herbivores) สามารถนำเอาพลังงานที่อยู่ในรูปเนื้อเยื่อพืชมาใช้ได้ ได้แก่ แมลงต่างๆ เป็นต้น
1.2.2 ผู้บริโภคระดับทุติยภูมิ (secondary consumer) ได้แก่ สัตว์ที่กินสัตว์ (carnivore) ซึ่งส่วนใหญ่จะมีขนาดใหญ่หรือแข็งแรงกว่าเหยื่อร่างกายมีพัฒนาเพื่อเหมาะแก่การล่า เช่น มีเขี้ยวเล็บแหลมคม มีพิษ ได้แก่ เสือ สิงโต งู และเหยี่ยว เป็นต้น
1.2.3 ผู้บริโภคระดับตติยภูมิ (tertiary consumer) หมายถึง สัตว์กินสัตว์ที่กินสัตว์อีกทีหนึ่ง (top carnivore) หรือเป็นพวกที่สามารถกินสิ่งมีชีวิตที่อยู่ในลำดับขั้นของอาหารได้มากกว่าหนึ่งลำดับขั้น คือ อาจกินได้ทั้งพืชและสัตว์ (omnivore) หลายชนิดก็ได้
1.2.4 ผู้ย่อยสลาย (decomposer) เป็นสิ่งมีชีวิตพวก heterotrophic organism ที่สามารถย่อยสลายซากสารอินทรีย์ของสิ่งที่ตายแล้วให้เน่าเปื่อย และเปลี่ยนกลับไปเป็นสารอิสระหรือสารอนินทรีย์กลับคืนสู่สภาพแวดล้อมได้ ผู้ย่อยสลาย ได้แก่ พวกแบคทีเรียหรือเห็ดราต่างๆ เป็นต้น ผู้ย่อยสลายนับว่ามีความสำคัญยิ่งต่อระบบนิเวศ เพราะมีหน้าที่เป็นผู้ทำลายซากสิ่งมีชีวิตที่ตายแล้วไม่ให้มีปริมาณมากเกินไป และยังเป็นผู้ที่ทำให้มีสารอินทรีย์กลับกลายเป็นสารอิสระหรือสาร อนินทรีย์ซึ่งเป็นการทำให้เกิดการถ่ายเทสารกลับสู่สิ่งแวดล้อม กล่าวคือ ผู้ย่อยสลายจะเป็นสิ่งมีชีวิตที่เชื่อมต่อระหว่างองค์ประกอบที่มีชีวิต (biotic components) กับองค์ประกอบที่ไม่มีชีวิต (abiotic components) ในระบบนิเวศนั่นเอง
การนำเอาขั้นการกินอาหารที่ระดับต่างๆ ของสิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศมาสร้างเป็นกราฟแท่งรูปทรงปิรามิด โดยที่มีระดับของผู้ผลิตอยู่ตรงฐานของปิรามิดถัดขึ้นไปเป็นผู้บริโภคอันดับหนึ่งและปลายสุดจะเป็นผู้บริโภคอันดับที่สูงกว่าเรียกกราฟแท่งเหล่านี้ว่าปิรามิดทางนิเวศวิทยา (ecological pyramid) ซึ่งจะสามารถแบ่งปิรามิดออกได้เป็น 3 ประเภท คือ
ปิรามิดของจำนวน (pyramid of number) บอกถึงจำนวนของสิ่งมีชีวิตในแต่ละระดับขั้นการกินอาหาร เกิดขึ้นได้หลายรูปแบบในธรรมชาติตามสภาพแว.2คล้อม รูปแบบที่ผู้ผลิตขนาดเล็ก ผู้บริโภคในลำดับต่อๆไป ส่วนใหญ่เป็นพวกสัตว์กินเนื้อ เมื่อผู้ผลิตมีขนาดใหญ่จะสามารถรองรับผู้บริโภคได้เป็นจำนวนมาก แต่เมื่อมีปรสิตเข้ามาเกี่ยวข้อง ปิรามิดจะมีลักษณะคว่ำหัวลงได้เนื่องจากมีปรสิตที่เข้าเบียนจำนวนมากนั่นเอง
ปิรามิดของมวลชีวภาพ (pyramid of biomass) บอกถึงขนาดของน้ำหนักแห้งของแต่ละระดับขั้นอาหาร โดยทั่วไปถ้าขนาดของสิ่งมีชีวิตที่ระดับการกินต่างๆ ไม่แตกต่างกันจนเกิน ไปปิรามิดของมวลชีวภาพนั้นมักจะเป็นรูปฐานกว้างปลายเล็ก ซึ่งจะแตกต่างจากปิระมิดของจำนวนเมื่อเป็นสิ่งมีชิวิตชนิดเดียวกัน
ปิรามิดพลังงาน (pyramid of energy) บอกถึงอัตราการถ่ายเทพลังงานของแต่ละระดับขั้นอาหารซึ่งเป็นแสดงถึงการส่งพลังงานผ่านทางห่วงโซ่อาหาร โดยขนาดและอัตราการเผาผลาญของสิ่งมีชีวิตแต่ละตัวจะไม่มีอิทธิพลต่อรูปร่างปิรามิดของพลังงาน
2.องค์ประกอบที่ไม่มีชีวิต (abiotic components)
สิ่งไม่มีชีวิตประกอบด้วยส่วนประกอบที่อยู่ในรูปของธาตุ สารประกอบและของผสม รวมทั้งสภาพแวดล้อมทางกายภาพ ลักษณะต่างๆ ตามธรรมชาติองค์ประกอบที่ไม่มีชีวิตมีดังนี้
2.1 สารที่อยู่ในสิ่งแวดล้อม (abiotic substance) แบ่งออกเป็น
กลุ่มอินทรีย์สาร (organic substance) ได้แก่ คาร์โบไฮเดรต โปรตีน ไขมัน และ ฮิวมัส รวมทั้งซากพืชซากสัตว์ต่างๆ ที่ยังไม่สลายตัว
กลุ่มอนินทรีย์สาร (inorganic substance) ได้แก่ ธาตุและสารประกอบในธรรมชาติทุกชนิดได้แก่ คาร์บอน ไนโตรเจน ออกซิเจน คาร์บอนไดออกไซด์ น้ำในธรรมชาติ ดิน หิน และแร่ธาตุต่างๆ
2.2 สภาพแวดล้อมอื่นๆ ได้แก่ อุณหภูมิ ความชื้น แสงสว่าง ฯลฯ
สภาพทางกายภาพ ได้แก่ พลังงานความร้อนจากดวงอาทิตย์ ซึ่งเป็นองค์ประกอบ พื้นฐานสำคัญที่สุดที่เป็นต้นกำเนิดของส่วนประกอบต่างๆ ข้างต้นรวมทั้งสภาวะทางกายภาพอื่นๆ ที่เกี่ยวข้อง เช่น ภาวะอุณหภูมิ และความกดดัน ตลอดจนความชื้นของอากาศ กระแสน้ำในมหาสมุทร เป็นต้น
หน้าที่ของระบบนิเวศ
Odum et al. (1962) ได้แบ่งหน้าที่ที่สำคัญของระบบนิเวศออกเป็น 3 ประเภทคือ
1. การถ่ายทอดพลังงานภายในและระหว่างระดับชีวิตต่างๆ ในระบบนิเวศ
2. การหมุนเวียนของสารและแร่ธาตุต่างๆ ในระบบนิเวศ
3. กลไกการควบคุมสิ่งมีชีวิตด้วยปัจจัยแวดล้อม
ความต้องการแสงสว่างของพืชและการเปลี่ยนแปลงสภาวะแวดล้อมจากการกระทำของสิ่งมีชีวิต เช่น การตรึงไนโตรเจนด้วยจุลินทรีย์บางชนิด เป็นต้น การจำแนกทำนองนี้ทำให้สะดวกต่อการศึกษาหน้าที่ของระบบนิเวศยิ่งขึ้น อย่างไรก็ตามโครงสร้างของระบบที่แตกต่างกันย่อมมีผลให้อัตราการถ่ายทอด การสะสมพลังงาน การหมุนเวียนของสารและแร่ธาตุอาหารผิดแปลกแตกต่างกันไปอีกด้วย (นิวัติ, 2541)
1.การถ่ายทอดพลังงานภายในและระหว่างระดับชีวิตในระบบนิเวศ
เริ่มต้นจากการถ่ายทอดพลังงานจากดวงอาทิตย์ในรูปของพลังงานแสง (photo energy) พืชสีเขียวจะตรึงพลังงานจากแสงมาแปรสภาพเป็นแป้ง และน้ำตาลสะสมในรูปมวลชีวภาพของพืช จากนั้นพลังงานบางส่วนในพืชจะสูญเสียไปในกระบวนการการหายใจ บางส่วนจะถ่ายทอดผ่าน ผู้บริโภคและจุลินทรีย์ในดิน ทุกขั้นตอนที่มีการถ่ายทอดพลังงานผ่านระดับชีวิตจะเกิดการสูญเสียพลังงานไปจากระบบนิเวศในรูปของความร้อน การถ่ายเทวัตถุและพลังงานทำให้ระบบนิเวศมีการเคลื่อนไหวถ่ายเท เช่น การดูดซับแสงโดยพื้นดินและพื้นน้ำทำให้เกิดบริเวณที่ร้อนและเย็นขึ้นจึงทำให้
5.3) พืชที่ต้องการน้ำปริมาณน้อย เป็นพืชที่ทนความแห้งแล้งได้ดี เหมาะสำหรับปลูกในที่ที่ปริมาณฝนตกน้อย ขาดแคลนน้ำ หรือในที่ที่เป็นดินร่วนปนทรายซึ่งอุ้มน้ำได้ไม่ดี เช่น มันสำปะหลัง ป่านศรนารายณ์ กระบองเพชร เป็นต้น
5.4) พืชที่มีระบบรากพิเศษ คือ พืชที่มีส่วนประกอบบางส่วน เปลี่ยนแปลงหน้าที่ไปดูดซึมความชื้นในอากาศไปใช้ประโยชน์ได้ ทำให้พืชสามารถทนความแห้งแล้งได้ดี เช่น กล้วยไม้ สกุลต่างๆ เป็นต้น
2.3 อุณหภูมิ (Temperature) อุณหภูมิ เป็นปัจจัยหนึ่งที่มีความสำคัญต่อการเจริญเติบโตและพัฒนาการของพืช และมีผลต่อขบวนการต่างๆ ของพืช เช่น ขบวนการหายใจ ขบวนการสังเคราะห์แสงและการคายน้ำของพืช เป็นต้น พืชแต่ละชนิดมีความต้องการอุณหภูมิสูงต่ำแตกต่างกันออกไป โดยทั่วไปเราแบ่งพืชออกเป็น 2 ประเภท ดังนี้
1) พืชเมืองหนาวเป็นพืชที่ต้องการอุณหภูมิในการเจริญเติบโตอยู่ระหว่าง 15 – 20 องศาเซลเซียส เช่น แอปเปิล พลับ ท้อ สตรอเบอรี่ มันฝรั่ง ข้าวบาเลย์ ข้าวสาลี เป็นต้น แต่ถ้านำพืชเหล่านี้มาปลูกในท้องถิ่นที่มีอากาศร้อน จะทำให้เกิดอาการใบไหม้ เนื่องจากมีการคายน้ำมากหรือเกิดการแข็งตัวของโปรโตพลาสซึมในเซลล์ใบพืช
2) พืชเมืองร้อน เป็นพืชที่ต้องการอุณหภูมิในการเจริญเติบโตระหว่าง 20 – 40 องศาเซลเซียส เช่น มะม่วง เงาะ ทุเรียน มังคุด ขนุน ส้ม มะขาม ข้าว ข้าวโพด ข้าวฟ่าง หางนกยูง ราชพฤกษ์ ขี้เหล็ก สัก เป็นต้น พืชเหล่านี้ถ้านำไปปลูกในอุณหภูมิต่ำกว่านี้ จะทำให้พืชชะงักการเจริญเติบโตหรือตายได้ เนื่องจากอุณหภูมิที่ลดลง
2.4 แสงสว่าง (Light) แสงสว่างที่ได้จากดวงอาทิตย์ จัดเป็นแหล่งพลังงานที่สำคัญสำหรับสิ่งมีชีวิตทุกชนิด เพราะแสงสว่างเป็นปัจจัยควบคุมสภาพแวดล้อมที่สำคัญ ได้แก่ อุณหภูมิ การหมุนเวียนของอากาศ การเกิดลมและฝน เป็นต้น สำหรับพืช แสงสว่างจัดเป็นพลังงานที่พืชนำไปใช้ในขบวนการสังเคราะห์แสง เพื่อสร้างแป้งและน้ำตาล นอกจากแสงจะมีผลโดยตรงต่อขบวนการสังเคราะห์แสง ซึ่งเป็นขบวนการ รากฐานเพื่อให้ได้มาซึ่งพลังงาน และเป็นแหล่งของสารประกอบขั้นต้น เพื่อน ามาสังเคราะห์เป็น สารประกอบอินทรีย์ในพืช อันเป็นปัจจัยโดยตรงในการควบคุมการเจริญเติบโตของพืชแล้ว แสง ยังควบคุมขบวนการรากฐานของการเจริญเติบโตในระดับต่าง ๆ จนได้ผลรวมออกมาในรูปการ เจริญและเปลี่ยนแปลงทางด้านโครงสร้าง นอกจากนี้ แสงยังมีอิทธิพลต่อปรากฏการณ์ต่าง ๆ ใน การเจริญเติบโตของพืชด้วย เช่น การงอกของเมล็ด การพักตัวของเมล็ด การออกดอก แสงสว่างมีความสำคัญต่อการเจริญเติบโตของพืช ดังนี้
1) แสงมีความสำคัญต่อพืชที่ขยายพันธุ์ด้วยเมล็ด
2) แสงมีอิทธิพลต่อกำรสร้างผลผลิตพืช
3) คุณภาพของแสง
4) ความเข้มของแสง
2.5 อากาศ (Air) อากาศ คือ กลุ่มก๊าซชนิดต่ำงๆ ที่อยู่ในบรรยากาศทั่วไปและในดิน ซึ่งมีอิทธิพลต่อการเจริญเติบโตของพืชและจุลินทรีย์ชนิดต่างๆ อากาศในดินส่วนใหญ่ประกอบด้วย ก๊าซออกซิเจน ไนโตรเจน และคาร์บอนไดออกไซด์ ส่วนก๊าซอื่นๆ มีปะปนอยู่บ้างเล็กน้อย รากพืชใช้ก๊าซออกซิเจนที่อยู่ในดินในการหายใจ ถ้าในดินมีก๊าซออกซิเจนไม่เพียงพอจะทำให้รากพืชไม่เจริญเติบโต มีผลโดยตรงต่อการดูดน้ำและแร่ธาตุอาหารพืช ส่วนก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในดิน ถ้ามีมากเกินไปก็จะเป็นพิษต่อพืช รากพืชดูดน้ำและธาตุอาหารได้น้อยลงเช่นกัน พืชใช้ก๊าซออกซิเจนเป็นวัตถุดิบสำคัญต่อกระบวนการหายใจและใช้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ เป็นตัวสำคัญในกระบวนการสังเคราะห์แสงหรือการปรุงอาหารของพืช เพื่อให้ได้แป้งและน้ำตาล ในขณะที่ลมพัด โมเลกุลของก๊าซออกซิเจน คาร์บอนไดออกไซด์ และโมเลกุลของน้ำจะเคลื่อนที่เข้าและออกทางปากใบพืช ทำให้เกิดขบวนการและปฏิกิริยาต่างๆ ในพืช เช่น การหายใจ การคายน้ำ การสังเคราะห์แสงของพืช ทำให้พืชเจริญเติบโตได้ดีกว่าพืชที่ปลูกอยู่ในที่ลมสงบ นอกจากนี้ ลมยังช่วยการผสมเกสรของพืชได้เป็นอย่างดี และช่วยทำให้เมล็ดปลิวกระจายไปกับสายลม เป็นวิธีการหนึ่งที่ทำให้มีการกระจายพันธุ์พืชได้เป็นอย่างดี แต่ในบางครั้งลมก็มีโทษก็พืชเช่นกัน บางครั้งเมื่อเกิดพายุความแรงของลมทำให้ต้นไม้โค่นล้ม เสียหาย และยังเป็นปัจจัยการแพร่กระจายเชื้อโรคของพืชได้ เช่น รา สามารถฟุ้งกระจายไปในระยะไกล ก็ให้เกิดความเสียกายต่อพืชได้
2.6 แร่ธาตุอาหารเป็นสิ่งจำเป็นสำคัญการเจริญเติบโตและพัฒนาการของพืช เนื่องจากแร่ธาตุอาหารเป็นส่วนประกอบของอาหาร เป็นส่วนประกอบของสารอินทรีย์ในขบวนการ สังเคราะห์แสงและการหายใจ และเป็นส่วนประกอบของน้ำย่อยในกิจกรรมการสังเคราะห์แสงและ การหายใจ หลักเกณฑ์ที่ใช้ในการพิจารณาว่าแร่ธาตุใดจัดเป็นแร่ธาตุอาหารของพืช คือ
1) ธาตุนั้นต้องมีความจำเป็นต่อการเจริญเติบโตและพัฒนาการ และการสืบพันธุ์ ของพืช ถ้าขาดธาตุหนึ่งธาตุใด จะทำให้การเจริญเติบโตและพัฒนาการ และการสืบพันธุ์ไม่สมบูรณ์
2) ความต้องการธาตุแต่ละธาตุต้องมีขอบเขตจ ากัด และไม่สามารถทดแทนกันได้
3) ธาตุเหล่านั้นต้องมีผลโดยตรงต่อการเจริญเติบโตและพัฒนาการ และไม่เป็น สาเหตุที่ไม่ททำให้ธาตุชนิดอื่น เกิดความเหมาะสม หรือเป็นอันตรายต่อพืช
แร่ธาตุอาหารของพืช มีอยู่ด้วยกัน 16 ชนิด ได้แก่ คาร์บอน ไฮโดรเจน ออกซิเจน ไนโตรเจน ฟอสฟอรัส โปแตสเซียม แมกนีเซียม แมงกานีส เหล็ก ทองแดง กำมะถัน โมลิบดีนัม สังกะสี คลอรีน โบรอน แคลเซียม นอกจากนี้ วิทยาการสมัยใหม่ ยังค้นพบว่า ยังมีอีกหลายธาตุที่ มีความจำเป็นต่อการเจริญเติบโตและพัฒนาการของพืชเช่นกัน แต่ไม่ถูกจัดไว้ในบัญชีรายชื่อแร่ ธาตุอาหาร เช่น นิเกิล เป็นต้น กลุ่มของรายชื่อแร่ธาตุอาหารที่ระบุข้างต้นนี้ อาจแบ่งออกได้เป็น 2 กลุ่ม คือ
1) ธาตุอาหารที่พืชต้องการในปริมาณมาก หรือธาตุอาหารหลัก มี 10 ธาตุ เรียกว่า Macronutrients ได้แก่ คาร์บอน ไฮโดรเจน ออกซิเจน ไนโตรเจน ฟอสฟอรัส โปแตสเซียม แมกนีเซียม เหล็ก แคลเซียม กำมะถัน
2) ธาตุอาหารที่พืชต้องการในปริมาณน้อย หรือธาตุอาหารรอง มี 6 ธาตุ เรียกว่า Micronutrients ได้แก่ แมงกานีส ทองแดง โมลิบดีนัม สังกะสี คลอรีน โบรอน อย่างไรก็ตาม การพิจารณาว่าธาตุอาหารพืชใด จัดอยู่ในกลุ่มธาตุอาหารหลักหรือธาตุ อาหารรอง จะต้องพิจารณาจากพืชแต่ละชนิดเป็นสำคัญ เนื่องจากวิทยาการสมัยใหม่ กลับพบว่า ธาตุอาหารพืชบางชนิด อาจเป็นธาตุอาหารรองในพืชชนิดหนึ่ง แต่อาจเป็นธาตุอาหารหลักในพืช อีกชนิดหนึ่งก็ได้ คาร์บอน ไฮโดรเจน และออกซิเจน (Carbon, C; Hydrogen, H, O) ; Oxygen ธาตุอาหารหลักทั้ง 3 นี้ เป็นองค์ประกอบของทุกสารประกอบ โดยประกอบกัน เป็นสารประกอบ hydrocarbon และทุกเซลล์ของพืช โดยเป็นส่วนต่าง ๆ ในระดับเซล ธาตุทั้ง 3 พืช มักไม่ขาดแคลน เพราะสามารถแสวงหาได้เอง จากอากาศ (สังคม,2558)