पारिस्थितिकी तंत्र जैविक उत्पादकता

2024 लेखक: Henry Conors | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-02-12 07:39

हर साल, लोग ग्रह के संसाधनों को अधिक से अधिक कम कर रहे हैं। यह आश्चर्य की बात नहीं है कि हाल ही में एक विशेष बायोकेनोसिस कितने संसाधन प्रदान कर सकता है, इसका आकलन बहुत महत्वपूर्ण हो गया है। आज, प्रबंधन का एक तरीका चुनते समय पारिस्थितिकी तंत्र की उत्पादकता निर्णायक महत्व की है, क्योंकि कार्य की आर्थिक व्यवहार्यता सीधे उत्पादन की मात्रा पर निर्भर करती है जिसे प्राप्त किया जा सकता है।

आज वैज्ञानिक जिन मुख्य प्रश्नों का सामना कर रहे हैं वे हैं:

• कितनी सौर ऊर्जा उपलब्ध है और पौधों द्वारा कितनी मात्रा में आत्मसात किया जाता है, इसे कैसे मापा जाता है?
• किस प्रकार के पारिस्थितिक तंत्र सबसे अधिक उत्पादक हैं और सबसे अधिक प्राथमिक उत्पादन करते हैं?
• स्थानीय और वैश्विक स्तर पर प्राथमिक उत्पादन को कौन से कारक सीमित करते हैं?
• वह दक्षता क्या है जिसके साथ पौधे ऊर्जा परिवर्तित करते हैं?
• दक्षता में क्या अंतर हैंआत्मसात, स्वच्छ उत्पादन और पर्यावरण दक्षता?
• पारिस्थितिक तंत्र बायोमास की मात्रा या स्वपोषी जीवों के आयतन में किस प्रकार भिन्न हैं?
• लोगों को कितनी ऊर्जा उपलब्ध है और हम कितना उपयोग करते हैं?

हम इस लेख के ढांचे के भीतर कम से कम आंशिक रूप से उनका उत्तर देने का प्रयास करेंगे। सबसे पहले, आइए बुनियादी अवधारणाओं से निपटें। तो, एक पारिस्थितिकी तंत्र की उत्पादकता एक निश्चित मात्रा में कार्बनिक पदार्थों के संचय की प्रक्रिया है। इस काम के लिए कौन से जीव जिम्मेदार हैं?

स्वपोषी और विषमपोषी

हम जानते हैं कि कुछ जीव अकार्बनिक अग्रदूतों से कार्बनिक अणुओं को संश्लेषित करने में सक्षम हैं। उन्हें ऑटोट्रॉफ़्स कहा जाता है, जिसका अर्थ है "स्व-खिला"। दरअसल, पारिस्थितिक तंत्र की उत्पादकता उनकी गतिविधियों पर निर्भर करती है। स्वपोषी को प्राथमिक उत्पादक भी कहा जाता है। ऐसे जीव जो साधारण अकार्बनिक पदार्थों (पानी, CO2) से जटिल कार्बनिक अणुओं का उत्पादन करने में सक्षम होते हैं, अक्सर पौधों के वर्ग से संबंधित होते हैं, लेकिन कुछ जीवाणुओं में समान क्षमता होती है। वह प्रक्रिया जिसके द्वारा वे कार्बनिक पदार्थों का संश्लेषण करते हैं, प्रकाश रासायनिक संश्लेषण कहलाती है। जैसा कि नाम से पता चलता है, प्रकाश संश्लेषण के लिए सूर्य के प्रकाश की आवश्यकता होती है।

हमें रसायनसंश्लेषण नामक मार्ग का भी उल्लेख करना चाहिए। कुछ स्वपोषी, मुख्य रूप से विशिष्ट जीवाणु, अकार्बनिक पोषक तत्वों को सूर्य के प्रकाश तक पहुंच के बिना कार्बनिक यौगिकों में परिवर्तित कर सकते हैं। रसायन संश्लेषी के कई समूह हैंसमुद्र और ताजे पानी में बैक्टीरिया, और वे हाइड्रोजन सल्फाइड या सल्फर की उच्च सामग्री वाले वातावरण में विशेष रूप से आम हैं। क्लोरोफिल-असर वाले पौधों और फोटोकैमिकल संश्लेषण में सक्षम अन्य जीवों की तरह, केमोसिंथेटिक जीव ऑटोट्रॉफ़ हैं। हालांकि, पारिस्थितिकी तंत्र की उत्पादकता बल्कि वनस्पति की गतिविधि है, क्योंकि यह वह है जो 90% से अधिक कार्बनिक पदार्थों के संचय के लिए जिम्मेदार है। केमोसिंथेसिस इसमें बहुत छोटी भूमिका निभाता है।

इस बीच, कई जीव दूसरे जीवों को खाकर ही अपनी जरूरत की ऊर्जा प्राप्त कर सकते हैं। उन्हें हेटरोट्रॉफ़ कहा जाता है। सिद्धांत रूप में, इनमें सभी समान पौधे (वे तैयार कार्बनिक पदार्थ भी "खाते हैं"), जानवर, रोगाणु, कवक और सूक्ष्मजीव शामिल हैं। विषमपोषी को "उपभोक्ता" भी कहा जाता है।

पौधों की भूमिका

एक नियम के रूप में, इस मामले में "उत्पादकता" शब्द का तात्पर्य पौधों की एक निश्चित मात्रा में कार्बनिक पदार्थों को संग्रहीत करने की क्षमता से है। और यह आश्चर्य की बात नहीं है, क्योंकि केवल पौधे जीव ही अकार्बनिक पदार्थों को कार्बनिक पदार्थों में परिवर्तित कर सकते हैं। उनके बिना, हमारे ग्रह पर ही जीवन असंभव होगा, और इसलिए इस स्थिति से पारिस्थितिकी तंत्र की उत्पादकता पर विचार किया जाता है। सामान्य तौर पर, प्रश्न अत्यंत सरल है: तो पौधे कितने कार्बनिक पदार्थ जमा कर सकते हैं?

कौन से बायोकेनोज़ सबसे अधिक उत्पादक हैं?

अजीब बात है, लेकिन मानव निर्मित बायोकेनोज़ सबसे अधिक उत्पादक होने से बहुत दूर हैं। इस संबंध में बड़ी उष्णकटिबंधीय नदियों के जंगल, दलदल, सेल्वाबहुत आगे हैं। इसके अलावा, ये बायोकेनोज हैं जो भारी मात्रा में विषाक्त पदार्थों को बेअसर करते हैं, जो मानव गतिविधि के परिणामस्वरूप फिर से प्रकृति में प्रवेश करते हैं, और हमारे ग्रह के वातावरण में निहित 70% से अधिक ऑक्सीजन का उत्पादन भी करते हैं। वैसे, कई पाठ्यपुस्तकें अभी भी बताती हैं कि पृथ्वी के महासागर सबसे अधिक उत्पादक "ब्रेडबास्केट" हैं। ताज्जुब है, लेकिन यह कथन सच्चाई से बहुत दूर है।

महासागर विरोधाभास

क्या आप जानते हैं कि समुद्र और महासागरों के पारिस्थितिक तंत्र की जैविक उत्पादकता की तुलना किससे की जाती है? अर्ध-रेगिस्तान के साथ! बायोमास की बड़ी मात्रा को इस तथ्य से समझाया जाता है कि यह पानी का विस्तार है जो ग्रह की अधिकांश सतह पर कब्जा कर लेता है। इसलिए आने वाले वर्षों में सभी मानव जाति के लिए पोषक तत्वों के मुख्य स्रोत के रूप में समुद्र के बार-बार उपयोग की भविष्यवाणी शायद ही संभव हो, क्योंकि इसकी आर्थिक व्यवहार्यता बेहद कम है। हालांकि, इस प्रकार के पारिस्थितिकी तंत्र की कम उत्पादकता किसी भी तरह से सभी जीवित चीजों के जीवन के लिए महासागरों के महत्व को कम नहीं करती है, इसलिए उन्हें यथासंभव सावधानी से संरक्षित करने की आवश्यकता है।

आधुनिक पर्यावरणविदों का कहना है कि कृषि भूमि की संभावनाएं समाप्त होने से कोसों दूर हैं, और भविष्य में हम उनसे अधिक प्रचुर मात्रा में फसल प्राप्त कर सकेंगे। चावल के खेतों पर विशेष उम्मीदें लगाई जाती हैं, जो अपनी अनूठी विशेषताओं के कारण भारी मात्रा में मूल्यवान कार्बनिक पदार्थ पैदा कर सकते हैं।

जैविक प्रणालियों की उत्पादकता के बारे में बुनियादी जानकारी

समग्र पारिस्थितिकी तंत्र उत्पादकताएक विशेष बायोकेनोसिस में प्रकाश संश्लेषण और कार्बनिक पदार्थों के संचय की दर से निर्धारित होता है। कार्बनिक पदार्थ का वह द्रव्यमान जो प्रति इकाई समय में निर्मित होता है, प्राथमिक उत्पादन कहलाता है। इसे दो तरह से व्यक्त किया जा सकता है: या तो जूल में, या पौधों के शुष्क द्रव्यमान में। सकल उत्पादन इसकी मात्रा है जो पौधों के जीवों द्वारा समय की एक निश्चित इकाई में, प्रकाश संश्लेषण प्रक्रिया की एक स्थिर दर पर बनाई जाती है। यह याद रखना चाहिए कि इस पदार्थ का एक हिस्सा स्वयं पौधों की महत्वपूर्ण गतिविधि में जाएगा। शेष कार्बनिक पदार्थ पारिस्थितिकी तंत्र की शुद्ध प्राथमिक उत्पादकता है। यह वह है जो हेटरोट्रॉफ़ को खिलाने के लिए जाती है, जिसमें आप और मैं शामिल हैं।

क्या प्राथमिक उत्पादन की कोई "ऊपरी सीमा" है?

संक्षेप में, हाँ। आइए एक नज़र डालते हैं कि सिद्धांत रूप में प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया कितनी कुशल है। याद रखें कि पृथ्वी की सतह तक पहुंचने वाले सौर विकिरण की तीव्रता स्थान पर अत्यधिक निर्भर है: अधिकतम ऊर्जा वापसी भूमध्यरेखीय क्षेत्रों की विशेषता है। जैसे-जैसे यह ध्रुवों के पास पहुंचता है, यह तेजी से घटता जाता है। सौर ऊर्जा का लगभग आधा हिस्सा बर्फ, बर्फ, महासागरों या रेगिस्तानों से परावर्तित होता है और वातावरण में गैसों द्वारा अवशोषित होता है। उदाहरण के लिए, वायुमंडल की ओजोन परत लगभग सभी पराबैंगनी विकिरणों को अवशोषित कर लेती है! पौधों की पत्तियों पर पड़ने वाले प्रकाश का केवल आधा ही प्रकाश संश्लेषण अभिक्रिया में उपयोग होता है। तो पारिस्थितिक तंत्र की जैविक उत्पादकता सूर्य की ऊर्जा के एक नगण्य हिस्से को परिवर्तित करने का परिणाम है!

द्वितीयक उत्पादन क्या है?

तदनुसार द्वितीयक उत्पाद कहलाते हैंएक निश्चित अवधि के लिए उपभोक्ताओं (अर्थात उपभोक्ताओं) की वृद्धि। बेशक, पारिस्थितिकी तंत्र की उत्पादकता बहुत कम हद तक उन पर निर्भर करती है, लेकिन यह बायोमास है जो मानव जीवन में सबसे महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि माध्यमिक जीवों की गणना प्रत्येक ट्राफिक स्तर पर अलग से की जाती है। इस प्रकार, पारिस्थितिक तंत्र उत्पादकता के प्रकारों को दो प्रकारों में विभाजित किया जाता है: प्राथमिक और द्वितीयक।

प्राथमिक और द्वितीयक उत्पादन का अनुपात

जैसा कि आप अनुमान लगा सकते हैं, बायोमास का कुल पौधों के द्रव्यमान का अनुपात अपेक्षाकृत कम है। यहां तक कि जंगल और दलदल में भी यह आंकड़ा शायद ही कभी 6.5% से अधिक होता है। समुदाय में जितने अधिक शाकाहारी पौधे होंगे, कार्बनिक पदार्थों के संचय की दर उतनी ही अधिक होगी और विसंगति उतनी ही अधिक होगी।

जैविक पदार्थों के बनने की दर और मात्रा के बारे में

सामान्य तौर पर, प्राथमिक उत्पत्ति के कार्बनिक पदार्थों के गठन की सीमित दर पूरी तरह से पौधों के प्रकाश संश्लेषक उपकरण (PAR) की स्थिति पर निर्भर करती है। प्रकाश संश्लेषण दक्षता का अधिकतम मूल्य, जो प्रयोगशाला स्थितियों में प्राप्त किया गया था, PAR मान का 12% है। प्राकृतिक परिस्थितियों में, 5% का मान अत्यधिक उच्च माना जाता है और व्यावहारिक रूप से ऐसा नहीं होता है। ऐसा माना जाता है कि पृथ्वी पर सूर्य के प्रकाश का अवशोषण 0.1% से अधिक नहीं होता है।

प्राथमिक उत्पादन वितरण

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि पूरे ग्रह में प्राकृतिक पारिस्थितिकी तंत्र की उत्पादकता बेहद असमान है। हर साल बनने वाले सभी कार्बनिक पदार्थों का कुल द्रव्यमानपृथ्वी की सतह लगभग 150-200 बिलियन टन है। याद रखें कि हमने ऊपर महासागरों की उत्पादकता के बारे में क्या कहा था? तो, इस पदार्थ का 2/3 भाग भूमि पर बनता है! जरा सोचिए: जलमंडल के विशाल, अविश्वसनीय आयतन भूमि के एक छोटे से हिस्से की तुलना में तीन गुना कम कार्बनिक पदार्थ बनाते हैं, जिसका एक बड़ा हिस्सा रेगिस्तान है!

संचित कार्बनिक पदार्थों का 90% से अधिक किसी न किसी रूप में विषमपोषी जीवों के भोजन के रूप में उपयोग किया जाता है। सौर ऊर्जा का केवल एक छोटा अंश मिट्टी के ह्यूमस (साथ ही तेल और कोयले के रूप में जमा होता है, जो आज भी बन रहे हैं)। हमारे देश के क्षेत्र में, प्राथमिक जैविक उत्पादन में वृद्धि 20 सेंटीमीटर प्रति हेक्टेयर (आर्कटिक महासागर के पास) से लेकर काकेशस में 200 सेंटीमीटर प्रति हेक्टेयर तक होती है। मरुस्थलीय क्षेत्रों में, यह मान 20 c/ha से अधिक नहीं होता है।

सिद्धांत रूप में, हमारी दुनिया के पांच गर्म महाद्वीपों पर, उत्पादन की तीव्रता व्यावहारिक रूप से समान है, लगभग: दक्षिण अमेरिका में, उत्कृष्ट जलवायु परिस्थितियों के कारण वनस्पति डेढ़ गुना अधिक शुष्क पदार्थ जमा करती है। वहां प्राकृतिक और कृत्रिम पारितंत्रों की उत्पादकता अधिकतम होती है।

लोगों को क्या खिलाता है?

हमारे ग्रह की सतह पर लगभग 1.4 बिलियन हेक्टेयर खेती वाले पौधों के पौधे हैं जो हमें भोजन प्रदान करते हैं। यह ग्रह पर सभी पारिस्थितिक तंत्रों का लगभग 10% है। अजीब तरह से पर्याप्त है, लेकिन परिणामी उत्पादों का केवल आधा हिस्सा सीधे मानव भोजन में जाता है। बाकी सब कुछ पालतू भोजन के रूप में उपयोग किया जाता है और जाता हैऔद्योगिक उत्पादन की जरूरतें (खाद्य उत्पादों के उत्पादन से संबंधित नहीं)। वैज्ञानिक लंबे समय से अलार्म बजा रहे हैं: हमारे ग्रह के पारिस्थितिक तंत्र की उत्पादकता और बायोमास प्रोटीन के लिए मानवता की 50% से अधिक जरूरतों को पूरा नहीं कर सकते हैं। सीधे शब्दों में कहें, तो दुनिया की आधी आबादी लंबे समय से प्रोटीन भुखमरी की स्थिति में रहती है।

बायोकेनोज़-रिकॉर्ड धारक

जैसा कि हम पहले ही कह चुके हैं, भूमध्यरेखीय वनों की विशेषता उच्चतम उत्पादकता है। जरा सोचिए: ऐसे बायोकेनोसिस के एक हेक्टेयर पर 500 टन से अधिक सूखा पदार्थ गिर सकता है! और यह सीमा से बहुत दूर है। ब्राजील में, उदाहरण के लिए, एक हेक्टेयर वन प्रति वर्ष 1200 से 1500 टन (!) कार्बनिक पदार्थ पैदा करता है! जरा सोचिए: प्रति वर्ग मीटर में दो सेंटीमीटर तक कार्बनिक पदार्थ होते हैं! उसी क्षेत्र में टुंड्रा में, 12 टन से अधिक नहीं बनते हैं, और मध्य बेल्ट के जंगलों में - 400 टन के भीतर। उन हिस्सों में कृषि उद्यम सक्रिय रूप से इसका उपयोग करते हैं: चीनी के रूप में एक कृत्रिम पारिस्थितिकी तंत्र की उत्पादकता गन्ने का खेत, जो प्रति हेक्टेयर 80 टन तक शुष्क पदार्थ जमा कर सकता है, कहीं और भौतिक रूप से ऐसी पैदावार पैदा नहीं कर सकता है। हालाँकि, ओरिनोको और मिसिसिपी की खाड़ी, साथ ही चाड के कुछ क्षेत्र, उनसे बहुत कम भिन्न हैं। यहां, एक वर्ष के लिए, पारिस्थितिक तंत्र प्रति हेक्टेयर क्षेत्र में 300 टन तक पदार्थ "बाहर" देता है!

परिणाम

इस प्रकार उत्पादकता का मूल्यांकन प्राथमिक पदार्थ के आधार पर किया जाना चाहिए। तथ्य यह है कि द्वितीयक उत्पादन इस मूल्य के 10% से अधिक नहीं है, इसके मूल्य में बहुत उतार-चढ़ाव होता है, और इसलिए एक विस्तृत विश्लेषणयह सूचक बस असंभव है।