पारिस्थितिकी प्रणालियों (Ecosystems)

• लिंडमैन का 10% नियम: एक पोषी स्तर से अगले उच्च स्तर तक ऊर्जा के स्थानांतरण के दौरान, केवल $10\%$ ऊर्जा संरक्षित होती है और नए पशु बायोमास में परिवर्तित होती है; शेष **$90\%$ चयापचय गर्मी और अपशिष्ट के रूप में नष्ट हो जाता है।
• ट्रॉफिक स्तरों की गणना:
1. ट्रॉफिक स्तर 1 (पौधे / उत्पादक): $20,000\text{ Joules}$
2. ट्रॉफिक स्तर 2 (टिड्डा / प्राथमिक उपभोक्ता): $20,000 \times 10\% = \mathbf{2,000\text{ Joules}}$
3. पोषी स्तर 3 (मेंढक/द्वितीयक उपभोक्ता): $2,000 \times 10\% = \mathbf{200\text{ Joules}}$
4. पोषी स्तर 4 (साँप/तृतीयक उपभोक्ता): $200 \times 10\% = \mathbf{20\text{ Joules}}$
5. पोषी स्तर 5 (बाज/चतुर्थक उपभोक्ता): $20 \times 10\% = \mathbf{2\text{ Joules}}$!.
• केवल $2\text{ Joules}$ ऊर्जा बाज़ तक पहुँचती है।

• ऊर्जा का पिरामिड हमेशा सीधा क्यों होता है:
थर्मोडायनामिक्स के पहले और दूसरे नियम और लिंडमैन के 10% नियम के अनुसार, एक पारिस्थितिकी तंत्र में ऊर्जा का प्रवाह पूरी तरह से यूनिडायरेक्शनल होता है।
प्रत्येक क्रमिक ट्रॉफिक स्तर पर, लगभग $90\%$ ऊर्जा श्वसन गर्मी और शारीरिक रखरखाव कार्य के रूप में खो जाती है।
इसलिए, उच्च ट्रॉफिक पर ऊर्जा उपलब्ध होती है स्तर पिछले निचले स्तर की ऊर्जा से हमेशा कम होता है। इसे कभी भी उलटा नहीं किया जा सकता है। किसी भी समय स्थायी बायोमास क्योंकि वे ज़ोप्लांकटन द्वारा तेजी से उपभोग किए जाते हैं, फिर भी उनकी तीव्र प्रजनन दर मछली के बड़े स्थायी बायोमास को बनाए रखती है।

• खाद्य शृंखला: एक एकल, रैखिक, अशाखित आहार मार्ग जो एक जीव से दूसरे जीव में ऊर्जा के हस्तांतरण को दर्शाता है।
• खाद्य वेब: एक पारिस्थितिक समुदाय के भीतर कई परस्पर जुड़ी खाद्य शृंखलाओं का एक जटिल, आपस में जुड़ा हुआ नेटवर्क।
• अधिक स्थिरता क्यों?
एक साधारण खाद्य श्रृंखला में, यदि एक प्रजाति समाप्त हो जाती है (उदाहरण के लिए, खरगोश बीमारी से मर जाते हैं), तो आश्रित शिकारी (बाज़) का सामना करना पड़ता है भुखमरी।
एक जटिल खाद्य जाल में, वैकल्पिक भोजन मार्ग होते हैं: शिकारी चूहों, छिपकलियों, या गिलहरियों को खाने के लिए स्विच करता है।
जनसंख्या स्वाभाविक रूप से संतुलित होती है, जिससे पूरे पारिस्थितिकी तंत्र का पतन रुक जाता है।

• पारिस्थितिकी भूमिका: डीकंपोजर (बैक्टीरिया, सैप्रोफाइटिक कवक) मृत पौधों और जानवरों के शवों और कार्बनिक अपशिष्टों को तोड़ने के लिए बाह्य कोशिकीय हाइड्रोलाइटिक एंजाइमों का स्राव करते हैं, जटिल मैक्रोमोलेक्यूल्स को सरल अकार्बनिक खनिजों (नाइट्रोजन, फास्फोरस, पोटेशियम, कार्बन) में परिवर्तित करते हैं जो मिट्टी और वायुमंडल में वापस आ जाते हैं।
• यदि डीकंपोजर गायब हो गए:
1. पृथ्वी की सतह अविभाज्य लाशों, मृत पेड़ों और जानवरों के कचरे के पहाड़ों के नीचे ढक जाएगी।
2. जैव-भू-रासायनिक पोषक तत्वों का चक्रण पूरी तरह से रुक जाएगा: मिट्टी में खनिज तत्व समाप्त हो जाएंगे।
3. हरे पौधे मिट्टी में पोषक तत्वों की कमी के कारण भूखे रह जाएंगे, प्रकाश संश्लेषण समाप्त हो जाएगा, और पृथ्वी पर सारा जीवन नष्ट हो जाएगा.

• स्वपोषी (निर्माता):
1. सूर्य के प्रकाश (प्रकाश संश्लेषण) या रासायनिक ऊर्जा का उपयोग करके सरल अकार्बनिक कच्चे माल ($\text{CO}_2, \text{H}_2\text{O}$) से अपने स्वयं के जैविक भोजन को संश्लेषित करने में सक्षम जीव।
उदाहरण: हरे पौधे (नीम, गेहूं), सायनोबैक्टीरिया, फाइटोप्लांकटन।
• हेटरोट्रॉफ़्स (उपभोक्ता):
1. ऐसे जीव जो अपना भोजन स्वयं संश्लेषित नहीं कर सकते और उन्हें पोषण के लिए प्रत्यक्ष या अप्रत्यक्ष रूप से उत्पादकों पर निर्भर रहना पड़ता है।
उदाहरण: पशु (हिरण, बाघ, मानव), कवक।

• अजैविक घटक: पर्यावरण के निर्जीव भौतिक और रासायनिक कारक जो जीवित जीवों के अस्तित्व, व्यवहार और प्रजनन को प्रभावित करते हैं।
• तीन श्रेणियाँ:
1. जलवायु कारक: सूरज की रोशनी, तापमान, वर्षा, हवा, वायुमंडलीय आर्द्रता।
2. एडाफिक कारक: मिट्टी की संरचना, मिट्टी की बनावट, मिट्टी की नमी, और pH.
3. अकार्बनिक और कार्बनिक पदार्थ: पानी, घुलनशील ऑक्सीजन, कार्बन डाइऑक्साइड, नाइट्रोजन, खनिज, और कार्बनिक ह्यूमस।

• लिंडमैन के 10% कानून के अनुसार, प्रत्येक पर गर्मी के रूप में लगभग $90\%$ ऊर्जा नष्ट हो जाती है पोषी स्थानांतरण चरण।
• $4$ या $5$ स्थानांतरण के बाद, ऊर्जा का शेष अंश इतना छोटा (प्रारंभिक उत्पादक ऊर्जा का $0.01\%$ से $0.001\%$) है कि यह उच्च शीर्ष शिकारियों की व्यवहार्य आबादी की चयापचय आवश्यकताओं और शिकार जीवन शैली को बनाए रखने के लिए **अपर्याप्त है।
• इसलिए, ऊर्जा की कमी शारीरिक रूप से खाद्य श्रृंखला की लंबाई को सीमित करती है।

• जैव आवर्धन: खाद्य श्रृंखला के प्रत्येक क्रमिक पोषण स्तर पर विषाक्त, गैर-बायोडिग्रेडेबल रासायनिक प्रदूषकों (जैसे कीटनाशकों या भारी धातुओं) की एकाग्रता में प्रगतिशील वृद्धि की घटना।
• डीडीटी उदाहरण:
1. डीडीटी के निशान एक झील में बह जाते हैं ($0.000003\text{ ppm}$)।
2. फाइटोप्लांकटन डीडीटी को अवशोषित करते हैं, इसे केंद्रित करते हैं $0.04\text{ ppm}$.
3. छोटी मछलियाँ टन प्लवक का उपभोग करती हैं, $0.5\text{ ppm}$.
जमा करती हैं 4. बड़ी शिकारी मछलियाँ $2.0\text{ ppm}$.
जमा करती हैं 5. मछली खाने वाले पक्षी (ईगल, पेलिकन) $25\text{ ppm}$ (दस लाख गुना आवर्धन!) का विषाक्त स्तर जमा करते हैं, जिससे अंडों का छिलका पतला हो जाता है और जनसंख्या विनाशकारी हो जाती है क्रैश.