हमारा पर्यावरण : पारिस्थितिक तंत्र में ऊर्जा का प्रवाह

पर्यावरण में जीवित (जैविक) और निर्जीव (अजैविक) घटकों के बीच निरंतर अंतर्संबंध होता है।

• जैविक घटक:
• पौधे, जानवर, सूक्ष्मजीव (जीवाणु, कवक)।
• ये भोजन, प्रजनन और सुरक्षा जैसी मूलभूत आवश्यकताओं के लिए एक-दूसरे पर निर्भर करते हैं।
• अजैविक घटक:
• मिट्टी, हवा, पानी, सूर्य का प्रकाश, तापमान, आर्द्रता।
• ये जीवों के जीवन और विकास को सीधे प्रभावित करते हैं।

निर्भरता के आधार:

1. सजीव घटकों के बीच निर्भरता:

• मुख्यतः भोजन संबंधों पर आधारित।
• अध्ययन के तरीके: खाद्य श्रृंखला, खाद्य जाल, पारिस्थितिक पिरामिड।

1. सजीव और निर्जीव घटकों के बीच निर्भरता:

• पौधों और जंतुओं के जीवन पर मिट्टी, हवा, पानी, जलवायु, मौसम आदि का प्रभाव।
• अध्ययन के तरीके: पदार्थों का चक्र (जैसे कार्बन चक्र, नाइट्रोजन चक्र)।

ऊर्जा का प्रवाह:

• ऊर्जा का प्रवाह इन दोनों आधारों के सम्मिलित स्वरूप में होता है।
• यह पारिस्थितिक तंत्र की कार्यप्रणाली का एक मूलभूत पहलू है।

महत्व:

• ये प्रारूप (खाद्य श्रृंखला, खाद्य जाल, पिरामिड, चक्र) किसी क्षेत्र विशेष के जीवों और उनके पर्यावरण के बीच संबंधों को समझने में मदद करते हैं।
• ये अनुमान लगाने और विभिन्न क्षेत्रों का तुलनात्मक अध्ययन करने में सहायक होते हैं।

पारिस्थितिक तंत्र (Ecosystem):

• यह प्रकृति के घटकों में अंतर्संबंध के कारण अपने आप संचालित एक व्यवस्था है।
• इसमें जैविक और अजैविक घटक एक-दूसरे से जुड़े होते हैं और एक-दूसरे को प्रभावित करते हैं।
• यह व्यवस्था निरंतर एक जैसी नहीं रहती, प्राकृतिक और मानवीय हस्तक्षेप से इसमें बदलाव आते रहते हैं।

'Ecosystem' शब्द का प्रयोग:

• सबसे पहले 1935 में ए. जी. टेंसले ने किया था।
• टेंसले के अनुसार: "पर्यावरण का अध्ययन उसके सभी जैविक और अजैविक घटकों के अंतर्संबंधों के आधार पर बनी एक व्यवस्था अर्थात 'पारिस्थितिक तंत्र' के रूप में किया जाना चाहिए।"

पारिस्थितिक तंत्र का अध्ययन:

• किसी क्षेत्र विशेष के जैविक समुदाय के साथ अजैविक घटकों के अंतर्संबंध और उनमें होने वाले परिवर्तनों का विस्तृत अध्ययन।
• उदाहरण: एक पेड़, बगीचा, खेत, तालाब, गुफा, जंगल, समुद्र, या यहाँ तक कि एक कोशिका भी पारिस्थितिक तंत्र हो सकती है।

पारिस्थितिकी (Ecology):

• यूनानी शब्द 'ईको' (घर) और 'लोगास' (अध्ययन) से बना है।
• अर्नेस्ट हेकल (1866): ने 'Ecology' शब्द का प्रयोग प्रकृति को एक घर की व्यवस्था के रूप में समझाने के लिए किया।
• परिभाषा (1869): "पारिस्थितिकी पौधों और जंतुओं का एक-दूसरे से तथा उनके वातावरण से संबंधों का अध्ययन है।"

धान के खेत का पारिस्थितिक तंत्र (उदाहरण):

• उत्पादक: धान के पौधे (प्रकाश संश्लेषण द्वारा सौर ऊर्जा को रासायनिक ऊर्जा में बदलते हैं)।
• उपभोक्ता: धान के पौधों को खाने वाले जीव (प्राथमिक उपभोक्ता), उन्हें खाने वाले जीव (द्वितीयक उपभोक्ता), आदि।
• जैविक घटक: धान के पौधे, विभिन्न प्रकार के कीट, पक्षी, मेंढक, साँप, चूहे, गिलहरी, मनुष्य आदि।
• अजैविक घटक: मिट्टी, पानी, सूर्य का प्रकाश, हवा, तापमान।
• यह एक पूर्ण पारिस्थितिक तंत्र का उदाहरण है जहाँ सभी घटक एक-दूसरे से जुड़े हुए हैं।

खाद्य श्रृंखला और खाद्य जाल:

• खाद्य श्रृंखला: जीवों का एक अनुक्रम जिसमें एक जीव दूसरे जीव को खाता है, और ऊर्जा का प्रवाह एक दिशा में होता है (जैसे: घास → हिरण → शेर)।
• खाद्य जाल: कई खाद्य श्रृंखलाओं का एक जटिल नेटवर्क जो एक पारिस्थितिक तंत्र में मौजूद होता है। यह दर्शाता है कि एक जीव कई अलग-अलग खाद्य स्रोतों का उपभोग कर सकता है और कई अलग-अलग शिकारियों द्वारा खाया जा सकता है। खाद्य जाल पारिस्थितिक तंत्र की स्थिरता को बढ़ाता है।

पोषक स्तर (Trophic Levels):

• खाद्य श्रृंखला या खाद्य जाल में जीवों के पोषण के आधार पर विभिन्न स्तर।
• प्रथम पोषक स्तर: उत्पादक (हरे पौधे, शैवाल) - ये सूर्य के प्रकाश से अपना भोजन स्वयं बनाते हैं।
• द्वितीय पोषक स्तर: प्राथमिक उपभोक्ता (शाकाहारी) - ये उत्पादकों को खाते हैं (जैसे: चूहा, खरगोश, गिलहरी)।
• तृतीय पोषक स्तर: द्वितीयक उपभोक्ता (मांसाहारी) - ये प्राथमिक उपभोक्ताओं को खाते हैं (जैसे: साँप, मेंढक)।
• चतुर्थ पोषक स्तर: तृतीयक उपभोक्ता (उच्च मांसाहारी) - ये द्वितीयक उपभोक्ताओं को खाते हैं (जैसे: बाज, उल्लू)।
• सर्वाहारी: वे जीव जो पौधों और जानवरों दोनों को खाते हैं (जैसे: मनुष्य, भालू)। इन्हें विभिन्न पोषक स्तरों पर रखा जा सकता है।
• अपमार्जक (Scavengers): मृत जीवों और अपशिष्ट पदार्थों को खाते हैं (जैसे: कौआ, तिलचट्टा)।
• अपघटक (Decomposers): मृत कार्बनिक पदार्थों को सरल अकार्बनिक पदार्थों में तोड़ते हैं (जैसे: जीवाणु, कवक)। ये हर पोषक स्तर पर कार्य करते हैं और पोषक तत्वों को पर्यावरण में वापस छोड़ते हैं।

पोषक स्तरों में संबंध:

• एक पोषक स्तर के जीवों के समुदाय में भोजन, पानी आदि संसाधनों के लिए प्रतिस्पर्धा होती है।
• एक पोषक स्तर के जीवों की उससे पहले वाले पोषक स्तर के जीवों पर भोजन संबंधी निर्भरता होती है।
• किसी पोषक स्तर के जीव समुदाय की अगले पोषक स्तर द्वारा संख्या पर नियंत्रण संबंधी निर्भरता होती है।

पारिस्थितिक पिरामिड (Ecological Pyramids):

• पारिस्थितिक तंत्र में विभिन्न पोषक स्तरों पर जीवों की संख्या, जीव भार या ऊर्जा के मात्रात्मक अध्ययन को दर्शाने के लिए उपयोग किए जाने वाले ग्राफिकल प्रतिनिधित्व।
• इन्हें चार्ल्स एल्टन ने 1927 में अपनी पुस्तक 'एनिमल इकोलॉजी' में प्रस्तुत किया था।
• पिरामिड का आधार चौड़ा होता है और शीर्ष एक बिंदु होता है, जो दर्शाता है कि निचले स्तर पर अधिक मात्रा होती है और ऊपरी स्तरों पर कम होती जाती है।

1. जीव संख्या के पिरामिड (Pyramid of Numbers):

• यह प्रत्येक पोषक स्तर पर जीवों की संख्या को दर्शाता है।
• सीधा पिरामिड: अधिकांश पारिस्थितिक तंत्रों में, उत्पादकों की संख्या सबसे अधिक होती है और जैसे-जैसे हम उच्च पोषक स्तरों की ओर बढ़ते हैं, जीवों की संख्या घटती जाती है।
• उदाहरण: धान का खेत: 100000 धान के पौधे → 1000 चूहे → 50 साँप → 5 बाज।
• [IMAGE: TODO: Upright pyramid of numbers (rice field)]
• उल्टा पिरामिड: कुछ मामलों में, प्राथमिक उत्पादकों की संख्या कम हो सकती है, लेकिन उन पर निर्भर उपभोक्ताओं की संख्या अधिक हो सकती है।
• उदाहरण: एक पेड़ का पारिस्थितिक तंत्र: 1 पेड़ (उत्पादक) → कई पक्षी (प्राथमिक उपभोक्ता) → कई परजीवी (द्वितीयक उपभोक्ता)।
• [IMAGE: TODO: Inverted pyramid of numbers (tree)]
• स्पिंडल आकार का पिरामिड: कुछ पारिस्थितिक तंत्रों में, मध्यवर्ती पोषक स्तरों पर जीवों की संख्या अधिक हो सकती है।
• उदाहरण: जंगल का पिरामिड (प्रति हेक्टेयर)।
• [IMAGE: TODO: Spindle shaped pyramid of numbers (forest)]

2. जीव भार के पिरामिड (Pyramid of Biomass):

• यह प्रत्येक पोषक स्तर पर जीवों के कुल शुष्क भार (biomass) को दर्शाता है।
• प्राथमिक उत्पादन (Primary Production): सौर ऊर्जा से प्रकाश संश्लेषण द्वारा कार्बनिक यौगिकों का बनना और उनका संग्रह।
• कुल प्राथमिक उत्पादन: प्रति इकाई जमीनी क्षेत्र के समूचे पौधों का किसी निश्चित समय पर लिया गया भार। यही उत्पादकों का सम्मिलित जीव भार भी कहलाता है।
• सीधा पिरामिड: अधिकांश स्थलीय पारिस्थितिक तंत्रों में, उत्पादकों का जीव भार सबसे अधिक होता है और उच्च पोषक स्तरों की ओर घटता जाता है।
• उदाहरण: जंगल, धान का खेत/चरागाह।
• [IMAGE: TODO: Upright pyramid of biomass (forest, rice field)]
• उल्टा पिरामिड: जलीय पारिस्थितिक तंत्रों में, फाइटोप्लैंकटन (उत्पादक) का जीव भार कम हो सकता है, लेकिन उन पर निर्भर ज़ूप्लैंकटन (प्राथमिक उपभोक्ता) का जीव भार अधिक हो सकता है।
• उदाहरण: जलीय पारिस्थितिक तंत्र।
• [IMAGE: TODO: Inverted pyramid of biomass (aquatic ecosystem)]

3. ऊर्जा के पिरामिड (Pyramid of Energy):

• यह प्रत्येक पोषक स्तर पर ऊर्जा की कुल मात्रा को दर्शाता है।
• हमेशा सीधा: ऊर्जा का पिरामिड हमेशा सीधा होता है क्योंकि ऊर्जा का प्रवाह एकदिशीय होता है और प्रत्येक पोषक स्तर पर ऊर्जा का ह्रास होता है।
• ऊर्जा प्रवाह का नियम (10% नियम):
• पौधे सौर ऊर्जा का लगभग 1% भाग प्रकाश संश्लेषण द्वारा रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं।
• प्राथमिक उपभोक्ता अपने द्वारा खाए गए भोजन की ऊर्जा का लगभग 10% ही अपने जीव भार में परिवर्तित कर पाते हैं। शेष ऊर्जा श्वसन, उपापचयी क्रियाओं और अपशिष्ट पदार्थों के रूप में ऊष्मा के रूप में नष्ट हो जाती है।
• यह 10% ऊर्जा ही अगले पोषक स्तर के लिए उपलब्ध होती है।
• इसलिए, उच्च पोषक स्तरों पर ऊर्जा की मात्रा लगातार कम होती जाती है।

• ऊर्जा ह्रास:
• प्रत्येक पोषक स्तर पर, ऊर्जा का एक बड़ा हिस्सा (लगभग 90%) श्वसन, जैविक क्रियाओं और ऊष्मा के रूप में पर्यावरण में निकल जाता है।
• अपशिष्ट पदार्थों में भी ऊर्जा होती है, लेकिन वह उस जीव के काम नहीं आती और अपघटकों द्वारा चक्रीकृत होती है।

• खाद्य श्रृंखला की लंबाई: ऊर्जा के लगातार ह्रास के कारण, खाद्य श्रृंखलाओं में आमतौर पर 3-5 से अधिक पोषक स्तर नहीं होते हैं, क्योंकि उच्च स्तरों तक बहुत कम ऊर्जा पहुँच पाती है।

खाद्य श्रृंखला और खाद्य जाल में ऊर्जा का प्रवाह:

• खाद्य श्रृंखला: ऊर्जा के प्रवाह का एक मार्ग।
• खाद्य जाल: ऊर्जा के प्रवाह के कई मार्गों को दर्शाता है।
• ऊर्जा का प्रवाह एक ही दिशा में होता है (एकदिशीय)। उत्पादकों द्वारा उपयोग की गई ऊर्जा पुनः सौर ऊर्जा में परिवर्तित नहीं होती।

पोषक चक्र (Nutrient Cycles):

• पृथ्वी पर पाए जाने वाले विभिन्न तत्वों (जैसे कार्बन, नाइट्रोजन, ऑक्सीजन, जल) का पर्यावरण (वायुमंडल, जलमंडल, स्थलमंडल) और जीवधारियों के बीच चक्रीय प्रवाह।
• ये तत्व जीवधारियों के शरीर निर्माण और विभिन्न जैविक क्रियाओं के लिए आवश्यक होते हैं।
• पदार्थों का चक्रीकरण ऊर्जा के प्रवाह के विपरीत चक्रीय होता है।

कार्बन चक्र (Carbon Cycle):

• कार्बन प्रकृति में ठोस, द्रव और गैस तीनों अवस्थाओं में पाया जाता है।
• वायुमंडल में कार्बन डाइऑक्साइड (

\(CO_2\) ) के रूप में मौजूद होता है।

• चक्र की प्रक्रिया:

1. प्रकाश संश्लेषण: हरे पौधे वायुमंडल से

\(CO_2\) लेकर सूर्य के प्रकाश की उपस्थिति में कार्बनिक खाद्य पदार्थ (ग्लूकोज) बनाते हैं।

1. उपभोग: जन्तु पौधों को खाकर कार्बनिक पदार्थों को अपने शरीर में लेते हैं।
2. श्वसन: पौधे और जन्तु दोनों श्वसन क्रिया द्वारा

\(CO_2\) को वायुमंडल में छोड़ते हैं।

1. अपघटन: मृत पौधों और जन्तुओं के शरीर तथा अपशिष्ट पदार्थों का सूक्ष्मजीवों (जीवाणु, कवक) द्वारा अपघटन होता है, जिससे

\(CO_2\) पुनः वायुमंडल में मुक्त होती है।

1. जीवाश्म ईंधन: कुछ कार्बनिक पदार्थ लाखों वर्षों में कोयला, पेट्रोलियम जैसे जीवाश्म ईंधन में बदल जाते हैं।
2. दहन: जीवाश्म ईंधनों के दहन से बड़ी मात्रा में

\(CO_2\) वायुमंडल में वापस आती है।

1. महासागर: महासागर भी कार्बन के बड़े भंडार हैं, जहाँ

\(CO_2\) पानी में घुल जाती है और समुद्री जीवों द्वारा उपयोग की जाती है।

• महत्व: कार्बन चक्र पृथ्वी पर जीवन के लिए आवश्यक कार्बन की उपलब्धता सुनिश्चित करता है और जलवायु को नियंत्रित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।

अन्य पोषक चक्र:

• नाइट्रोजन चक्र: वायुमंडलीय नाइट्रोजन का स्थिरीकरण, अमोनिकरण, नाइट्रीकरण, डीनाइट्रीकरण और पुनः वायुमंडल में वापसी।
• जल चक्र: जल का वाष्पीकरण, संघनन, वर्षण और भूजल तथा सतही जल के रूप में प्रवाह।
• फॉस्फोरस चक्र, सल्फर चक्र आदि भी पारिस्थितिक तंत्र में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।

अपघटकों की भूमिका:

• अपघटक (जीवाणु, कवक) मृत कार्बनिक पदार्थों को तोड़कर पोषक तत्वों को मिट्टी और पानी में वापस छोड़ते हैं।
• ये पोषक तत्व फिर से उत्पादकों द्वारा उपयोग किए जाते हैं, जिससे चक्र पूरा होता है।
• अपघटक पोषक चक्रों को बनाए रखने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।

मनुष्य अपनी विभिन्न गतिविधियों से पारिस्थितिक तंत्र पर गहरा प्रभाव डालता है, जिससे अक्सर असंतुलन पैदा होता है।

1. कार्बन चक्र में हस्तक्षेप:

• जीवाश्म ईंधनों का अत्यधिक उपयोग: कोयला, पेट्रोलियम, प्राकृतिक गैस के दहन से वायुमंडल में कार्बन डाइऑक्साइड (

\(CO_2\) ) की मात्रा में अत्यधिक वृद्धि हुई है।

• वनोन्मूलन: पेड़ों की कटाई से

\(CO_2\) का अवशोषण कम होता है, जिससे वायुमंडल में \(CO_2\) का स्तर बढ़ता है।

• परिणाम: ग्रीनहाउस प्रभाव में वृद्धि, वैश्विक तापन (Global Warming) और जलवायु परिवर्तन।

2. खाद्य श्रृंखला/खाद्य जाल में हस्तक्षेप:

• कीटनाशकों और रसायनों का उपयोग:
• फसलों को कीटों से बचाने के लिए कीटनाशी, कवकनाशी, शाकनाशी आदि का उपयोग।
• कुछ रसायन जल्दी अपघटित हो जाते हैं, लेकिन कुछ लंबे समय तक मिट्टी में बने रहते हैं।
• ये रसायन मित्र जीवों को भी नुकसान पहुँचाते हैं और फसलों द्वारा अवशोषित होकर खाद्य श्रृंखला में प्रवेश कर जाते हैं।
• जैव आवर्धन (Biomagnification): इन रसायनों की सांद्रता खाद्य श्रृंखला के उच्च पोषक स्तरों पर बढ़ती जाती है, जिससे मनुष्यों और पशुओं में गंभीर बीमारियाँ हो सकती हैं।
• उदाहरण: DDT का खाद्य श्रृंखला में प्रवेश।
• नई प्रजातियों का प्रवेश:
• गैर-देशी प्रजातियों (जैसे जलकुंभी) का पारिस्थितिक तंत्र में प्रवेश स्थानीय जीवों की आबादी पर नकारात्मक प्रभाव डाल सकता है।
• ये नई प्रजातियाँ संसाधनों के लिए प्रतिस्पर्धा कर सकती हैं या स्थानीय प्रजातियों का शिकार कर सकती हैं।
• शिकार और अति-दोहन: कुछ प्रजातियों का अत्यधिक शिकार या दोहन उनकी आबादी को कम कर सकता है या उन्हें विलुप्त कर सकता है, जिससे खाद्य जाल में असंतुलन पैदा होता है।

3. अजैविक घटकों पर प्रभाव:

• प्रदूषण: वायु, जल और मृदा प्रदूषण से अजैविक घटकों की गुणवत्ता खराब होती है, जिससे जीवों के जीवन पर नकारात्मक प्रभाव पड़ता है।
• मिट्टी की उर्वरता में कमी: रसायनों के अत्यधिक उपयोग से मिट्टी के भौतिक और रासायनिक गुण बदल सकते हैं, जिससे उसकी उर्वरता कम हो जाती है।

4. जैव विविधता पर प्रभाव:

• मानवीय हस्तक्षेप से कई प्रजातियों के आवास नष्ट हो रहे हैं, जिससे जैव विविधता का नुकसान हो रहा है।
• जैव विविधता का नुकसान पारिस्थितिक तंत्र की स्थिरता को कम करता है।

समाधान और संरक्षण:

• सतत कृषि पद्धतियाँ: एक से अधिक फसलों को उगाना, पेड़ों को लगाना, जैविक खेती को बढ़ावा देना।
• रसायनों का न्यूनतम उपयोग: विशेषज्ञों की सलाह से और केवल आवश्यक होने पर ही कीटनाशकों का उपयोग।
• पर्यावरण शिक्षा और जागरूकता: लोगों को पर्यावरण संरक्षण के महत्व के बारे में शिक्षित करना।
• संसाधनों का विवेकपूर्ण उपयोग: प्राकृतिक संसाधनों का इस तरह से उपयोग करना कि वे भविष्य की पीढ़ियों के लिए भी उपलब्ध रहें।