पारितंत्र (Ecosystem)

पारितंत्र के चार प्रमुख प्रकार्यात्मक घटक होते हैं: उत्पादकता, अपघटन, ऊर्जा प्रवाह तथा पोषक चक्रण।

A. पारितंत्र की उत्पादकता (Productivity):

जैवभार (Biomass) या कार्बनिक पदार्थ के उत्पादन की दर को उत्पादकता कहते हैं। इसे $\text{g/m}^2/\text{year}$ अथवा $\text{kcal/m}^2/\text{year}$ में मापा जाता है।

• 1. प्राथमिक उत्पादकता (Primary Productivity): प्रकाश-संश्लेषण द्वारा पादपों द्वारा प्रति इकाई क्षेत्रफल में एक निश्चित समयावधि में उत्पादित जैवभार की मात्रा।
  • सकल प्राथमिक उत्पादकता (Gross Primary Productivity - GPP): प्रकाश-संश्लेषण के दौरान कार्बनिक पदार्थ के निर्माण की कुल दर।
  • शुद्ध प्राथमिक उत्पादकता (Net Primary Productivity - NPP): उत्पादकों द्वारा अपनी श्वसन क्रिया (Respiration - $R$) में उपभोग करने के बाद बची हुई कुल उपलब्ध जैवभार ऊर्जा: $$NPP = GPP - R$$ यह शुद्ध प्राथमिक उत्पादकता (NPP) ही शाकाहारियों (उपभोक्ताओं) एवं अपघटकों के भोजन हेतु उपलब्ध होती है।
• 2. द्वितीयक उत्पादकता (Secondary Productivity): उपभोक्ताओं (शाकाहारी व मांसाहारी जीवों) द्वारा नए कार्बनिक पदार्थ के निर्माण की दर।
• जीवमंडल की वार्षिक उत्पादकता: संपूर्ण जीवमंडल की कुल वार्षिक शुद्ध प्राथमिक उत्पादकता लगभग 170 अरब टन (170 Billion Tons) शुष्क भार है। पृथ्वी का लगभग 70% भाग समुद्र होने के बावजूद महासागरों की वार्षिक उत्पादकता केवल 55 अरब टन (लगभग 32%) है, जबकि शेष 115 अरब टन उत्पादकता स्थल (जमीन) से प्राप्त होती है।

B. अपघटन प्रक्रम (Decomposition):

अपघटक (जीवाणु एवं कवक) मृत कार्बनिक पदार्थों (अपरद / Detritus - मृत पत्तियां, छाल, पुष्प, जंतुओं के मृत अवशेष व मल-मूत्र) को अकार्बनिक तत्वों ($CO_2, H_2O$ तथा पोषक तत्वों) में विखंडित करते हैं। अपघटन के 5 मुख्य चरण हैं:

1. खंडन (Fragmentation): अपरदाहारी (Detritivores) जैसे केंचुआ (Earthworm) अपरद को खाकर छोटे-छोटे कणों में तोड़ देते हैं, जिससे पृष्ठीय क्षेत्रफल बढ़ जाता है।
2. निक्षालन (Leaching): जल-विलेय अकार्बनिक पोषक तत्व मृदा के संस्तर (Horizon) में नीचे चले जाते हैं और लवणों के रूप में अनुपलब्ध होकर अवक्षेपित हो जाते हैं।
3. अपचयन (Catabolism): जीवाणु तथा कवक के एंजाइम अपरद को सरल अकार्बनिक पदार्थों में विखंडित करते हैं।
4. ह्युमीफिकेशन (Humification): इसके फलस्वरूप एक गहरे रंग के क्रिस्टल-विहीन (अमोर्फस / Amorphous) पदार्थ का निर्माण होता है जिसे ह्यूमस (Humus) कहते हैं। ह्यूमस के गुण: यह सूक्ष्मजीवों की क्रिया के प्रति अत्यधिक प्रतिरोधी होता है, इसका अपघटन अत्यंत धीमी दर से होता है, यह कोलाइडल प्रकृति का होता है और पोषक तत्वों के विशाल भंडार (Reservoir of nutrients) का कार्य करता है।
5. खनिजीभवन (Mineralization): कुछ सूक्ष्मजीवों द्वारा ह्यूमस का और आगे अपघटन किया जाता है जिससे अकार्बनिक पोषक तत्व ($N, P, K, Ca$) मृदा में मुक्त हो जाते हैं।

अपघटन को प्रभावित करने वाले कारक:
• यदि अपरद में काइटिन तथा लिग्निन प्रचुर हो तो अपघटन बहुत धीमा होता है; यदि अपरद में नाइट्रोजन तथा शर्करा प्रचुर हो तो अपघटन तीव्र होता है।
• गर्म तथा नम वातावरण अपघटन को तीव्र करता है, जबकि निम्न तापमान तथा अवायवीयता अपघटन को धीमा करती है।

सूर्य सभी पारितंत्रों (गहरे समुद्र के जलतापीय तंत्रों को छोड़कर) हेतु ऊर्जा का एकमात्र स्रोत है।

• आपतित कुल सौर विकिरण का 50% से कम भाग प्रकाश-संश्लेषणात्मक सक्रिय विकिरण (PAR - Photosynthetically Active Radiation) होता है।
• पादप इस PAR का केवल 2 से 10 प्रतिशत भाग ही प्रकाश-संश्लेषण में प्रग्रहण (Capture) करते हैं। इसी सूक्ष्म ऊर्जा से संपूर्ण जीव जगत संचालित होता है।
• पारितंत्र ऊष्मागतिकी के दोनों नियमों का पालन करता है:
  • प्रथम नियम: ऊर्जा का केवल रूपांतरण होता है।
  • द्वितीय नियम: पारितंत्र में सुव्यवस्था बनाए रखने हेतु ऊर्जा का निरंतर निवेश आवश्यक है, क्योंकि प्रत्येक स्तर पर श्वसन द्वारा ऊष्मा का ह्रास (एन्ट्रॉपी वृद्धि) होता है।

लिंडेमान का 10% ऊर्जा स्थानांतरण नियम (Lindeman's 10% Law, 1942):

रेमंड लिंडेमान के अनुसार: 'जब ऊर्जा एक पोषण स्तर (Trophic level) से अगले उच्च पोषण स्तर में स्थानांतरित होती है, तो केवल लगभग 10% ऊर्जा ही संचित होती है; शेष 90% ऊर्जा उपापचय (श्वसन) एवं ऊष्मा के रूप में पर्यावरण में नष्ट हो जाती है।' इसीलिए किसी भी खाद्य शृंखला में प्रायः 4 या 5 से अधिक पोषण स्तर नहीं होते, क्योंकि शीर्ष मांसाहारी तक पहुंचते-पहुंचते ऊर्जा की मात्रा नगण्य रह जाती है।

खाद्य शृंखला के प्रकार:

1. चराई खाद्य शृंखला (Grazing Food Chain - GFC): सजीव पादपों (उत्पादक) से प्रारंभ होती है।
   घास (उत्पादक) $\rightarrow$ बकरी (प्राथमिक उपभोक्ता / शाकाहारी) $\rightarrow$ मनुष्य (द्वितीयक उपभोक्ता / मांसाहारी)।
   जलीय पारितंत्रों में ऊर्जा प्रवाह का मुख्य माध्यम GFC ही है।
2. अपरद खाद्य शृंखला (Detritus Food Chain - DFC): मृत कार्बनिक पदार्थों (अपरद) से प्रारंभ होती है और अपघटकों (जीवाणु व कवक) तक जाती है।
   मृत पत्तियां $\rightarrow$ केंचुआ (अपरदाहारी) $\rightarrow$ चिड़िया $\rightarrow$ बाज।
   स्थलीय पारितंत्रों में ऊर्जा का एक बहुत बड़ा भाग GFC की अपेक्षा DFC के माध्यम से प्रवाहित होता है।

पारिस्थितिक पिरामिड किसी खाद्य शृंखला में विभिन्न पोषण स्तरों के जीवों के मध्य संख्या, जैवभार अथवा संचित ऊर्जा का आरेखीय निरूपण है (चार्ल्स एल्टन, 1927)। पिरामिड का आधार उत्पादक स्तर ($T_1$) को तथा शीर्ष सर्वोच्च मांसाहारी ($T_4$) को दर्शाता है।

1. संख्या का पिरामिड (Pyramid of Numbers):

• सीधा (Upright): घास के मैदान तथा तालाब में उत्पादकों (घास/शैवाल) की संख्या सर्वाधिक होती है और उच्च पोषण स्तरों में जीवों की संख्या घटती जाती है (लाखों घास $\rightarrow$ हजारों टिड्डे $\rightarrow$ सैकड़ों मेंढक $\rightarrow$ कुछ सांप)।
• उल्टा (Inverted): एकल वृक्ष पारितंत्र में — एक बड़ा ओक या बरगद का पेड़ (उत्पादक = 1) $\rightarrow$ उस पर आश्रित फलभक्षी पक्षी (सैकड़ों) $\rightarrow$ पक्षियों के शरीर पर रहने वाले परजीवी जूं व पिस्सू (हजारों)।

2. जैवभार का पिरामिड (Pyramid of Biomass):

• सीधा (Upright): अधिकांश स्थलीय पारितंत्रों (घास के मैदान व वनों) में उत्पादकों का कुल शुष्क भार शाकाहारियों व मांसाहारियों से कहीं अधिक होता है।
• उल्टा (Inverted): समुद्री एवं जलीय पारितंत्रों में जैवभार का पिरामिड सदैव उल्टा होता है!
  कारण: उत्पादक पादपप्लवक (Phytoplankton) सूक्ष्मदर्शीय होते हैं और उनका तात्कालिक शुष्क भार बहुत कम होता है, जबकि उन पर आश्रित बड़ी मछलियों और व्हेल का जैवभार बहुत अधिक होता है (यद्यपि पादपप्लवकों की जनन दर व टर्नओवर अत्यंत तीव्र होता है)।

3. ऊर्जा का पिरामिड (Pyramid of Energy):

ऊर्जा का पिरामिड सदैव सीधा (Always Upright) होता है, यह कभी भी उल्टा नहीं हो सकता!

कारण: ऊष्मागतिकी के द्वितीय नियम तथा 10% ऊर्जा नियम के अनुसार, जब ऊर्जा एक पोषण स्तर से अगले पोषण स्तर में जाती है, तो प्रत्येक स्तर पर श्वसन द्वारा ऊर्जा का एक बड़ा भाग ($90\%$) ऊष्मा के रूप में खो जाता है। अतः किसी भी उच्च पोषण स्तर में अपने से निचले पोषण स्तर की तुलना में ऊर्जा सदैव कम ही होती है (उदा. पादप $10,000\text{ J} \rightarrow$ शाकाहारी $1,000\text{ J} \rightarrow$ प्राथमिक मांसाहारी $100\text{ J} \rightarrow$ शीर्ष मांसाहारी $10\text{ J}$)।

पारिस्थितिक अनुक्रमण (Ecological Succession): किसी निश्चित क्षेत्र में समय के साथ जैविक समुदाय की प्रजाति संरचना में होने वाले क्रमिक, पूर्वानुमेय (Predictable) तथा दिशात्मक परिवर्तन को पारिस्थितिक अनुक्रमण कहते हैं।

• मूल अन्वेषक जाति (Pioneer Species): किसी नग्न (बंजर) क्षेत्र पर सर्वप्रथम आक्रमण कर बसने वाली प्रथम प्रजाति।
• क्रमक समुदाय (Seral Stages): अनुक्रमण के दौरान क्रमिक रूप से परिवर्तित होने वाले मध्यवर्ती समुदाय।
• चरम समुदाय (Climax Community): अंतिम स्थायी एवं संतुलित समुदाय जो पर्यावरण के साथ पूर्ण साम्यावस्था में होता है (प्रायः समोद्भिद वन / Mesic forest)।
• प्राथमिक बनाम द्वितीयक अनुक्रमण: प्राथमिक अनुक्रमण उस स्थान पर प्रारंभ होता है जहाँ पहले कभी कोई सजीव नहीं रहा (नग्न चट्टान, नया लावा, नव-निर्मित तालाब) — यह प्रक्रिया अत्यंत धीमी होती है (सैकड़ों से हजारों वर्ष)। द्वितीयक अनुक्रमण उस क्षेत्र में होता है जहाँ पहले जीवन था किंतु किसी कारण (आग, बाढ़, वनों की कटाई) से नष्ट हो गया — चूंकि यहाँ मृदा व बीज पहले से उपस्थित होते हैं, अतः यह तीव्र होता है।

अनुक्रमण के दो प्रमुख प्रकार:

1. जलारंभी अनुक्रमण (Hydrarch Succession): जल-मग्न क्षेत्रों (जैसे तालाब) में प्रारंभ होता है।
   क्रम: पादपप्लवक अवस्था $\rightarrow$ जलमग्न पादप अवस्था (वेलिसनेरिया, हाइड्रिला) $\rightarrow$ जलमग्न मुक्त प्लावी अवस्था (कमल, जलकुंभी) $\rightarrow$ नरकुल-अनूप अवस्था (Reed-swamp / टाइफा) $\rightarrow$ कच्छ-शाद्वल अवस्था (Marsh-meadow) $\rightarrow$ झाड़ी अवस्था $\rightarrow$ चरम वन समुदाय (समोद्भिद अवस्था / Mesic)। अतः यह अत्यधिक जलीय अवस्था से समोद्भिद (मध्यम नमी) अवस्था में बदल जाता है।
2. मरुआरंभी अनुक्रमण (Xerarch Succession): अत्यधिक शुष्क क्षेत्रों (जैसे नग्न चट्टान) पर प्रारंभ होता है।
   क्रम: क्रस्टोज लाइकेन (मूल अन्वेषक — अम्ल स्रावित कर चट्टान का अपक्षय करते हैं) $\rightarrow$ फोलिओज लाइकेन $\rightarrow$ मॉस $\rightarrow$ शाकीय पादप $\rightarrow$ झाड़ियां $\rightarrow$ चरम समोद्भिद वन (Mesic forest)। अतः जलारंभी एवं मरुआरंभी दोनों ही अनुक्रमण अंततः मध्यम जल दशाओं (समोद्भिद / Mesic conditions) की ओर ही अग्रसर होते हैं।

पोषक चक्रण—फास्फोरस चक्र (Phosphorus Cycle):

पोषक तत्वों की वह मात्रा जो किसी समय मृदा में उपस्थित होती है, 'खड़ी अवस्था' (Standing state) कहलाती है। फास्फोरस जीवों में न्यूक्लिक अम्लों, एटीपी (ऊर्जा अणु), कोशिका झिल्ली (फॉस्फोलिपिड), अस्थियों तथा दांतों का प्रमुख घटक है।

• भंडार (Reservoir): फास्फोरस का मुख्य प्राकृतिक भंडार चट्टानें (Rocks) हैं, जिनमें यह फॉस्फेट खनिजों के रूप में पाया जाता है। यह एक अवसादी चक्र (Sedimentary Cycle) है।
• चक्रण का मार्ग: चट्टानों के अपक्षय (Weathering) से फॉस्फेट मृदा घोल में घुल जाता है $\rightarrow$ पादप जड़ें इसे अवशोषित करती हैं $\rightarrow$ शाकाहारी व मांसाहारी जंतु इसे ग्रहण करते हैं $\rightarrow$ जीवों की मृत्यु तथा अपशिष्ट पदार्थों पर अपरद जीवाणु कार्य कर फॉस्फेट को पुनः मृदा में मुक्त कर देते हैं।
• कार्बन चक्र और फास्फोरस चक्र में अंतर:
  1. कार्बन का गैसीय आदान-प्रदान वायुमंडल में बहुत अधिक होता है, जबकि फास्फोरस का श्वसन द्वारा कोई गैसीय निकास वायुमंडल में नहीं होता।
  2. वर्षा द्वारा वायुमंडल से फास्फोरस का निवेश नगण्य होता है, जबकि कार्बन का वायुमंडलीय निवेश बहुत अधिक होता है।

पारितंत्र सेवाएं (Ecosystem Services - Robert Costanza):

रॉबर्ट कोस्टान्जा एवं सहयोगियों (1997) ने प्रकृति की जीवन-समर्थक सेवाओं (शुद्ध वायु, परागण, बाढ़ नियंत्रण, पोषक चक्रण आदि) का औसत मूल्य प्रति वर्ष 33 ट्रिलियन अमेरिकी डॉलर (US $33 Trillion/year) आकलित किया, जो संपूर्ण विश्व के कुल सकल राष्ट्रीय उत्पाद (GNP - ~US $18 Trillion) का लगभग दोगुना है! कुल लागत में: मृदा निर्माण (Soil formation) का योगदान लगभग 50%, मनोरंजन व पोषक चक्रण का लगभग 10-10%, तथा जलवायु नियमन व वन्यजीव आवास का योगदान लगभग 6-6% है।