विश्वविद्यालय जीवविज्ञान — वर्ष 1 · Bachelor Year 1

26पारितंत्र और पोषी संरचना

चूना-पत्थर के किसी मैदान में एक सोता इतना निर्मल जल उँड़ेलता है कि उसमें का हर पौधा, हर मछली और हर कछुआ किसी नाव से गिना जा सके। सूर्य का प्रकाश सीलघास पर साल में प्रति वर्ग मीटर $1.7\,$ लाख किलोकैलोरी गिरता है; घास उसका एक प्रतिशत संचित करती है; घास खाने वाले घोंघों और कछुओं को उसका छठा भाग मिलता है; घोंघे खाने वाली मछलियों को फिर उसका दसवाँ; और चोटी पर बैठा अकेला बगुला उसके लाखवें भाग पर जीता है जो जल पर गिरा था। हर पारितंत्र इसी तरह गढ़ा है: ऊर्जा की एक धारा जो एक बार घुसती है, खाने वालों से खाए जाने वालों तक जाती है, और ऊष्मा बनकर निकल जाती है, जबकि वह जो पदार्थ चलाती है उसका पुनर्चक्रण होता है। यह अध्याय पारितंत्र और उसके भागों की परिभाषा देता है, हर जाति के घेरे निकेत की, ऊर्जा जिनसे बहती है उन पोषी स्तरों और आहार जालों की, समूचे का आकार तय करती उत्पादकता की, और उसमें कितनी तरह की चीज़ें रहती हैं यह गिनने के ढंगों की भी।

26.1 पारितंत्र और निकेत

परिभाषा 26.1 (पारितंत्र, जैवस्थल, समुदाय)

कोई पारितंत्र किसी परिभाषित जगह में रहते जीवों का समुच्चय है, साथ में वह भौतिक परिवेश भी जिसे वे घेरते और जिससे वे विनिमय करते हैं: यानी समुदाय (या जैवसंघ) — सारी जातियों की सारी आबादियाँ — और जैवस्थल — मिट्टी, जल, हवा, प्रकाश तथा जलवायु। उसकी सीमाएँ प्रश्न के हिसाब से चुनी जाती हैं: कोई सड़ता लट्ठा, कोई तालाब, कोई वन, कोई महासागरीय द्रोणी, समूचा जैवमंडल। कोई पारितंत्र एक विवृत निकाय है (अध्याय 1): ऊर्जा उससे होकर बहती है, पदार्थ उसके भीतर और उसकी सीमाओं के आरपार चक्र करता है, और उसकी संरचना यही ढर्रा है कि कौन किसे खाता है।

परिभाषा 26.2 (आवास, निकेत)

किसी जाति का आवास वह है जहाँ वह रहती है; उसका निकेत यह है कि वह कैसे रहती है: उन दशाओं का पूरा समुच्चय जिन्हें वह सहती है और उन संसाधनों का जिन्हें वह बरतती है — तापमान, नमी, प्रकाश, भोजन, सक्रियता का समय, घोंसले की जगहें — हर एक एक विमा जिसके साथ वह जाति एक परास घेरती है। मूल निकेत वह परास है जिसे वह अकेली घेर सकती; और साकार निकेत वह भाग जिसे वह स्पर्धियों और परभक्षियों की उपस्थिति में सचमुच घेरती है (अध्याय 27). एक ही निकेत वाली दो जातियाँ एक ही जगह में देर तक साथ नहीं रह सकतीं; साथ रहती जातियों के निकेत भिन्न होते हैं, और समुदाय आपस में बिठाए गए निकेतों का एक समुच्चय है।

दशाओं और संसाधनों के किसी दिक्स्थान में एक आयतन के रूप में निकेत, जिसकी दो विमाएँ बनाई गई हैं। मूल निकेत वह है जिसे कोई जाति घेर सकती; साकार निकेत वह है जो उसके स्पर्धी उसके लिए छोड़ते हैं।

उदाहरण 26.3 (एक ही स्प्रूस में पाँच फुदकी)

कीट खाती छोटी फुदकियों की पाँच जातियाँ एक ही स्प्रूस वन में घोंसले बनाती हैं और वही कीट खाती हैं; ध्यान से देखने पर हर एक पेड़ के अलग भाग में भोजन खोजती है — पेड़ की चोटी, बाहर की नई पत्तियाँ, बीच की शाखाएँ, तना और नीची शाखाएँ, नीचे की ज़मीन — और अलग-अलग ऊँचाइयों तथा समयों पर। उनका आवास एक है; उनके निकेत पाँच हैं, और वन पाँच जातियाँ रखता है जहाँ अकेला भोजन एक ही का सुझाव देता।

26.2 पोषी संरचना

परिभाषा 26.4 (उत्पादक, उपभोक्ता, अपघटक)

किसी पारितंत्र के जीव इस आधार पर कि वे क्या खाते हैं पोषी स्तरों में बाँटे जाते हैं। उत्पादक (स्वपोषी: पौधे, शैवाल, सायनोबैक्टीरिया, रसायन-संश्लेषी बैक्टीरिया) अकार्बनिक से कार्बनिक पदार्थ बनाते हैं; वे पहला स्तर हैं। उपभोक्ता उसे खाते हैं: प्राथमिक उपभोक्ता (शाकाहारी) उत्पादक खाते हैं, द्वितीयक उपभोक्ता (मांसाहारी) शाकाहारी खाते हैं, तृतीयक उपभोक्ता मांसाहारी खाते हैं; सर्वाहारी कई स्तरों पर खाते हैं। अपघटक (बैक्टीरिया, कवक) और अपरदभक्षी (केंचुए, काष्ठजूँ, गोबर-भृंग) हर स्तर के मृत पदार्थ और अपशिष्ट पर जीते हैं, और उसके खनिज मिट्टी तथा जल में लौटा देते हैं ताकि उत्पादक उन्हें फिर ले सकें — वही कड़ी जो पदार्थ का चक्र बंद करती है।

परिभाषा 26.5 (आहार शृंखला, आहार जाल)

कोई आहार शृंखला जीवों का ऐसा क्रम है जिसमें हर एक अपने से पहले वाले को खाता है: घास, टिड्डा, मेंढक, साँप, बाज़। किसी वास्तविक समुदाय में हर जाति कई को खाती है और कई से खाई जाती है, और शृंखलाएँ एक आहार जाल में गुँथ जाती हैं, जिसके तीर खाए जाने वाले से खाने वाले की ओर संकेत करते हैं — यानी ऊर्जा की दिशा में। शृंखलाएँ छोटी होती हैं: शायद ही चार या पाँच कड़ियों से अधिक, और उसका कारण अगला खंड देता है।

किसी निर्मल सोते का सरलीकृत आहार जाल। तीर भोजन से खाने वाले की ओर, ऊर्जा-बहाव की दिशा में संकेत करते हैं; अधिकांश जातियाँ एक से अधिक स्तर पर खाती हैं, और हर चीज़ अपघटकों पर जाकर खत्म होती है।

चूना-पत्थर का एक सोता: भरपूर उजाले में सीलघास और शैवाल की एक उत्पादक परत, और उसके ऊपर वे उपभोक्ता जिनके लिए पहला पारिस्थितिक ऊर्जा-बजट बनाया गया था।

26.3 ऊर्जा का बहाव

परिभाषा 26.6 (उत्पादकता)

किसी पारितंत्र की सकल प्राथमिक उत्पादकता (GPP) वह दर है जिससे उसके उत्पादक प्रकाश-संश्लेषण द्वारा ऊर्जा बाँधते हैं, प्रति इकाई क्षेत्रफल और समय ( $\mathrm{kJ}\,\mathrm{m}^{-2}\,\mathrm{yr}^{-1}$ , या कार्बन अथवा शुष्क पदार्थ के ग्राम); शुद्ध प्राथमिक उत्पादकता (NPP) वह है जो उत्पादकों के अपने श्वसन के बाद बचती है — वह कार्बनिक पदार्थ जो सचमुच बाकी निकाय को उपलब्ध कराया जाता है। द्वितीयक उत्पादकता वह दर है जिससे उपभोक्ता अपने खाए से अपना जैवभार गढ़ते हैं। जैवभार खड़ा भंडार है, यानी किसी क्षण उपस्थित द्रव्यमान; उत्पादकता एक बहाव है, जैवभार एक भंडार, और दोनों का अनुपात आवर्तन-काल है।

प्रमेय 26.7 (दस-प्रतिशत नियम)

किसी एक पोषी स्तर में भोजन के रूप में घुसती ऊर्जा का केवल लगभग दसवाँ भाग — $5\,$ और $20\,\%$ के बीच — अगले स्तर तक उसके भोजन के रूप में पहुँचता है। बाकी या तो खाया नहीं जाता, या स्वांगीकृत नहीं होता (मल बनकर निकल जाता है), या उसी स्तर द्वारा श्वसित हो जाता है। इसलिए उपलब्ध ऊर्जा प्रति स्तर दस गुना गिरती है, और इसीलिए आहार शृंखलाएँ शायद ही चार या पाँच कड़ियों से अधिक होती हैं, और इसीलिए चोटी के परभक्षियों का जैवभार तथा उनकी संख्या छोटी होती है।

आंशिक उपपत्ति. किसी स्तर द्वारा स्वांगीकृत ऊर्जा वह है जो वह खाता है घटा जो वह उत्सर्जित करता है; उसमें से श्वसन वह ले लेता है जो वह स्तर जीने पर खर्च करता है (अध्याय 1), और केवल शेष — उसकी वृद्धि और उसका जनन — खाए जाने के लिए उपलब्ध रहता है। तीनों अंशों में से (खाया गया, स्वांगीकृत, जैवभार में बदला) हर एक एक से कहीं नीचे है: किसी चरागाह पर किसी शाकाहारी के लिए पादप-वृद्धि का लगभग $20\,\%$ खाया जाता है, उसका $50\,\%$ स्वांगीकृत होता है, और उसका $10\,\%$ मांस में बदलता है, यानी $1\,\%$ ; किसी मांसाहारी के लिए, जो अपने शिकार का अधिक खाता और स्वांगीकृत करता है, लगभग $10\,\%$ । यह नियम कोई सिद्धांत नहीं बल्कि एक देखी हुई नियमितता है; उसका मान वही है जो मापें देती हैं। ∎

साक्ष्य. लिंडेमन (1942) ने किसी छोटी झील में प्लवक द्वारा बाँधी ऊर्जा तथा उसके ऊपर हर स्तर पर रखी और श्वसित ऊर्जा नापी, और हर स्तर को लगभग दसवाँ भाग आगे बढ़ाते पाया। ओडम (1957) ने फ़्लोरिडा के किसी सोते का पूरा बजट बनाया: सूर्य-प्रकाश की प्रति वर्ग मीटर प्रति वर्ष $1.7 \times 10^{6}\,\mathrm{kcal}$ में से उत्पादकों ने $20\,800$ बाँधीं (सकल), $12\,000$ श्वसित कीं और $8800$ शुद्ध छोड़ीं; शाकाहारियों ने $3400$ लीं और मांसाहारियों को $380$ बढ़ाईं; मांसाहारियों ने चोटी के मांसाहारियों को $20$ बढ़ाईं। दक्षताएँ $1.2\,\%$ , $16\,\%$ , $11\,\%$ और $5\,\%$ थीं — यानी हर चरण पर दो के गुणक के भीतर दस-प्रतिशत नियम। ∎

किसी सोते का ऊर्जा-बजट (किलोकैलोरी प्रति वर्ग मीटर प्रति वर्ष)। हर स्तर जो पाता है उसका लगभग दसवाँ भाग अगले को बढ़ा देता है; बाकी श्वसन से ऊष्मा बनकर निकल जाता है, और उसका अधिकांश अपघटकों से होकर।

प्रतिज्ञप्ति 26.8 (पिरामिड)

पोषी स्तरों को एक पर एक रखने से एक पिरामिड मिलता है। ऊर्जा का पिरामिड (प्रति स्तर बहाव) हमेशा सीधा होता है: हर स्तर जितना पाया उससे कम ही आगे बढ़ा सकता है। जैवभार का पिरामिड (खड़ा भंडार) आम तौर पर सीधा होता है पर उलटा भी हो सकता है: खुले समुद्र में पादपप्लवक, जो उतनी ही तेज़ी से खाया जाता है जितनी तेज़ी से बढ़ता है, किसी भी क्षण उस प्राणिप्लवक से कम तौलता है जो उस पर जीता है, क्योंकि वह दिनों में आवर्तित होता है जबकि जंतु महीनों टिकते हैं। संख्याओं का पिरामिड किसी भी आकार का हो सकता है: एक बलूत हज़ारों इल्लियाँ पालता है। ऊर्जा ही ईमानदार माप है।

विधि 26.9 (कोई ऊर्जा-बजट बनाना)

GPP नापिए: गैस-विनिमय से (उजाले और अँधेरे में किसी भूखंड या किसी बोतल द्वारा छोड़ी ऑक्सीजन या ली गई $\mathrm{CO_2}$ : उजाला घटा अँधेरा सकल देता है, अकेला उजाला शुद्ध), या फ़सल से (प्रति वर्ष कमाया जैवभार जोड़ जो खाया और गिराया गया)।
हर उपभोक्ता स्तर के लिए ग्रहण (जो वह खाता है), स्वांगीकरण (ग्रहण घटा मल), श्वसन (उसकी ऑक्सीजन-खपत) और उत्पादन (वृद्धि जोड़ संतति $=$ स्वांगीकरण घटा श्वसन) नापिए।
स्तरों के बीच पोषी दक्षता $=$ ऊपरी स्तर का उत्पादन $/$ निचले का उत्पादन। जाँचिए कि हर स्तर का श्वसन जोड़ उत्पादन जोड़ अपघटन उसके स्वांगीकरण के बराबर बैठता है।
साझी इकाइयों में बदलिए ( $\mathrm{kJ}$ , या लगभग $40\,\mathrm{kJ}/\mathrm{g}$ पर कार्बन के ग्राम) और पिरामिड बनाइए; किसी ठहरे पारितंत्र में एक वर्ष में सारे श्वसन का जोड़ GPP के पास आना चाहिए।

उदाहरण 26.10 (चोटी पतली क्यों है)

सवाना का एक वर्ग किलोमीटर साल में लगभग $5000\,\mathrm{t}$ घास बनाता है; चरने वाले उसे $50\,\mathrm{t}$ मृग और भैंसे में बदल देते हैं; और सिंह $2\,\mathrm{t}$ सिंह में — यानी एक-दो जानवर। किसी बाघ को पालने के लिए वन इतना बड़ा होना चाहिए कि सूर्य-प्रकाश का उसका दसवें का दसवें का दसवाँ भाग हर हफ़्ते एक पूरा हिरन बने: यानी प्रति बाघ सौ वर्ग किलोमीटर, और इसीलिए बड़े मांसाहारी दुर्लभ होते हैं, दूर तक घूमते हैं, और आवास सिकुड़ने पर सबसे पहले लुप्त होते हैं।

प्रतिज्ञप्ति 26.11 (जीवोमों की उत्पादकता)

प्रति इकाई क्षेत्रफल शुद्ध प्राथमिक उत्पादकता प्रकाश, तापमान, जल और पोषकों से तय होती है: उष्णकटिबंधी वर्षावन में प्रति वर्ग मीटर प्रति वर्ष $2000\text{ to }3500\,$ ग्राम शुष्क पदार्थ; शीतोष्ण वन और कृषि-भूमि में $600\text{ to }1500\,$ ; घास-मैदान में $200\text{ to }1500\,$ ; टुंड्रा और मरुस्थल में $200\,$ से नीचे; खुले महासागर में लगभग $125\,$ (प्रकाश भरपूर, पोषक दुर्लभ), उत्प्रवाही तटों तथा भित्तियों में $500\text{ to }2500\,$ । महासागर, जो ग्रह का दो-तिहाई है, वैश्विक उत्पादन का लगभग आधा देता है; और वन, जो थल का दसवाँ भाग हैं, थल के उत्पादन का एक-तिहाई। जहाँ जल और पोषक भरपूर हों वहाँ उत्पादकता प्रकाश और गरमी का पीछा करती है; जहाँ न हों वहाँ उन्हीं का।

मुख्य जीवोमों की माध्य शुद्ध प्राथमिक उत्पादकता। जल, गरमी, प्रकाश और पोषकों से तय बीस गुने का एक परास।

किसी सवाना पर चरने वाले: दस लाख जानवरों का एक प्राथमिक-उपभोक्ता स्तर, जो घास की उत्पादकता तय करती वर्षा के पीछे चलता है और अपनी ऊर्जा का दसवाँ भाग पीछे आते परभक्षियों तक पहुँचाता है।

26.4 विविधता गिनना

परिभाषा 26.12 (जाति समृद्धि, विविधता सूचकांक)

किसी समुदाय की जाति समृद्धि $S$ उसमें जातियों की संख्या है। अकेली समृद्धि बहुलता की अनदेखी करती है: सौ बलूत और नौ दूसरे वृक्षों में से हर एक का एक-एक पेड़ रखता कोई जंगल उस जंगल से कम विविध है जिसमें हर एक के दस-दस हों। शैनन सूचकांक

H = -\sum_{i=1}^{S} p_i \ln p_i ,

जहाँ $p_i$ जाति $i$ के प्राणियों का अंश है, समृद्धि और समतुल्यता दोनों के साथ चढ़ता है; जब सारी जातियाँ बराबर बहुल हों तब वह $\ln S$ होता है और जब एक ही हावी हो तब शून्य के पास। समतुल्यता $H/\ln S$ है। विविधता आम तौर पर ध्रुवों से उष्णकटिबंध की ओर, क्षेत्रफल के साथ, पिछले विक्षोभ के बाद बीते समय के साथ, और एक हद तक स्थल की उत्पादकता के साथ चढ़ती है।

विधि 26.13 (किसी समुदाय से नमूने लेना)

जीवों के अनुकूल किसी विधि से नमूने लीजिए (कोष्ठक, जाल, फंदे, अनुप्रस्थ रेखाएँ) और हर जाति के प्राणियों की संख्या दर्ज कीजिए।
मिली जातियों की संख्या को नमूनों (या प्राणियों) की संख्या के सापेक्ष खींचिए: वक्र तेज़ी से चढ़ता है, फिर चपटा हो जाता है; जहाँ वह चपटा हो, वहाँ समृद्धि लगभग पूरी है। समुदायों की तुलना केवल बराबर नमूना-श्रम पर कीजिए।
$H$ और समतुल्यता निकालिए; कोटि–बहुलता आलेख (जातियाँ बहुलता से कोटिबद्ध, लघुगणकीय पैमाने पर) से तुलना कीजिए, जिसकी ढाल प्रभुता दिखाती है।
व्याख्या कीजिए: नीची समतुल्यता किसी हावी जाति या किसी प्रतिबल की ओर संकेत करती है; समय के साथ $H$ का गिरना जैवस्थल में किसी बदलाव की ओर।

उदाहरण 26.14 (दो जंगल)

जंगल A: 100 बलूत और नौ दूसरे वृक्षों में से हर एक का एक; $H = -(0.917\ln 0.917 + 9\times 0.0092\ln 0.0092) = 0.08 + 0.39 = 0.47$ , समतुल्यता $0.47/2.30 = 0.20$ । जंगल B: उन्हीं दस जातियों में से हर एक के दस; $H = \ln 10 = 2.30$ , समतुल्यता 1। वही समृद्धि, पाँच गुनी विविधता।

26.5 अभ्यास

अभ्यास 26.1 ★

किसी तालाब के उदाहरण के साथ पारितंत्र, समुदाय और जैवस्थल की परिभाषा दीजिए।

हल

हल — अभ्यास 26.1.

तालाब का पारितंत्र समुदाय है — उसकी सारी आबादियाँ: शैवाल, जलशाक, घोंघे, कीट-डिंभ, मेंढक, मछलियाँ, बैक्टीरिया — और साथ में जैवस्थल: जल, उसका तापमान, प्रकाश, घुली गैसें तथा खनिज, और कीचड़।

अभ्यास 26.2 ★

आवास को निकेत से, और मूल निकेत को साकार निकेत से अलग कीजिए।

हल

हल — अभ्यास 26.2.

आवास: वह जगह जहाँ कोई जाति रहती है (कोई स्प्रूस वन)। निकेत: वहाँ उसके जीने का ढंग — वह क्या खाती है, कब, पेड़ में कहाँ, क्या सहती है। मूल निकेत: वह परास जिसे वह अकेली घेर सकती; साकार: जो उसके स्पर्धी और परभक्षी उसके लिए छोड़ते हैं।

अभ्यास 26.3 ★

सोते के ऊर्जा-पिरामिड से सूर्य-प्रकाश से सकल उत्पादन तक की दक्षता, और शुद्ध उत्पादन का वह अंश निकालिए जो शाकाहारियों ने लिया।

हल

हल — अभ्यास 26.3.

$20\,800/1.7\times 10^6 = 1.2\,\%$ ; शाकाहारियों ने शुद्ध उत्पादन का $3400/8800 = 39\,\%$ लिया।

अभ्यास 26.4 ★

चारों पोषी समूहों के नाम बताइए और कहिए कि उनमें से कौन पदार्थ का चक्र बंद करता है।

हल

हल — अभ्यास 26.4.

उत्पादक, उपभोक्ता (प्राथमिक, द्वितीयक, तृतीयक), अपघटक, अपरदभक्षी; और अपघटक, जो मृत पदार्थ से खनिज उत्पादकों को लौटाते हैं।

अभ्यास 26.5 ★★

किसी चरागाह की NPP $800\,\mathrm{g}\,\mathrm{m}^{-2}\,\mathrm{yr}^{-1}$ ( $17\,\mathrm{kJ}/\mathrm{g}$ ) है। खरगोश उसका $15\,\%$ खाते हैं, जो खाते हैं उसका $50\,\%$ स्वांगीकृत करते हैं, और जो स्वांगीकृत करते हैं उसका $5\,\%$ खरगोश में बदलते हैं। प्रति हेक्टेयर खरगोश-उत्पादन और NPP-से-खरगोश की पोषी दक्षता निकालिए।

हल

हल — अभ्यास 26.5.

NPP $= 800\times 17 = 13.6\,\mathrm{MJ}/\mathrm{m}^{2}$ ; खाया $2.04\,\mathrm{MJ}$ ; स्वांगीकृत $1.02\,\mathrm{MJ}$ ; खरगोश $51\,\mathrm{kJ}/\mathrm{m}^{2}$ , यानी प्रति हेक्टेयर $510\,\mathrm{MJ}$ ( $17\,\mathrm{kJ}/\mathrm{g}$ पर $30\,\mathrm{kg}$ खरगोश)। दक्षता $51/13\,600 = 0.4\,\%$ ।

अभ्यास 26.6 ★★

समझाइए कि समुद्र में जैवभार का पिरामिड उलटा क्यों हो सकता है पर ऊर्जा का पिरामिड कभी क्यों नहीं।

हल

हल — अभ्यास 26.6.

जैवभार एक भंडार है: जो पादपप्लवक उतनी ही तेज़ी से खाया जाता है जितनी तेज़ी से बढ़ता है उसे कभी जमा होना ही नहीं पड़ता, इसलिए उत्पादकों का खड़ा भंडार उन दीर्घजीवी जंतुओं के भंडार से कम हो सकता है जो उस पर खाते हैं। ऊर्जा एक बहाव है: हर स्तर को जो कुछ कभी मिलेगा वह सब नीचे वाले से मिलता है और उसका एक भाग ऊष्मा बनकर खोना ही पड़ता है, इसलिए बहाव ऊपर की ओर केवल सिकुड़ ही सकता है।

अभ्यास 26.7 ★★

50 A, 30 B, 15 C और 5 D के किसी नमूने के लिए शैनन सूचकांक और समतुल्यता निकालिए। हर एक 25 वाली चार जातियों से तुलना कीजिए।

हल

हल — अभ्यास 26.7.

$p = 0.5, 0.3, 0.15, 0.05$ : $H = -(0.5\ln 0.5 + 0.3\ln 0.3 + 0.15\ln 0.15 + 0.05\ln 0.05) = 0.347 + 0.361 + 0.285 + 0.150 = 1.14$ ; समतुल्यता $1.14/\ln 4 = 0.82$ । हर एक 25 वाली चार: $H = \ln 4 = 1.39$ , समतुल्यता 1.

अभ्यास 26.8 ★★

उजाली और अँधेरी बोतल के किसी प्रयोग में उजाली बोतल की ऑक्सीजन एक दिन में $3\,\mathrm{mg}/\mathrm{L}$ चढ़ती है और अँधेरी बोतल की $1\,\mathrm{mg}/\mathrm{L}$ गिरती है। जल की सकल और शुद्ध उत्पादकता मिलीग्राम ऑक्सीजन प्रति लीटर प्रति दिन में, और कार्बन के ग्राम में निकालिए ( $1\,\mathrm{g}$ $\mathrm{O_2}$ $\approx$ $0.375\,\mathrm{g}$ C)।

हल

हल — अभ्यास 26.8.

शुद्ध $= 3\,\mathrm{mg}$ $\mathrm{O_2}$ प्रति लीटर प्रति दिन; श्वसन $1\,\mathrm{mg}$ ; सकल $3 + 1 = 4\,\mathrm{mg}$ । कार्बन में: सकल $1.5\,\mathrm{mg}$ , शुद्ध प्रति लीटर प्रति दिन $1.1\,\mathrm{mg}$ C.

अभ्यास 26.9 ★★

दस कड़ियों की आहार शृंखलाएँ क्यों नहीं होतीं, और द्वीपों तथा मरुस्थलों की शृंखलाएँ वनों की शृंखलाओं से छोटी क्यों होती हैं?

हल

हल — अभ्यास 26.9.

हर कड़ी दसवाँ भाग रखती है: दस कड़ियाँ प्राथमिक उत्पादन का अरबवाँ भाग छोड़तीं, जो किसी भी क्षेत्रफल पर एक ही जंतु पालने के लिए बहुत कम है। जहाँ उत्पादन नीचा हो (मरुस्थल) या क्षेत्रफल छोटा (द्वीप), वहाँ दसवें-का-दसवाँ कम कड़ियों के बाद ही चुक जाता है; और किसी वन का ऊँचा उत्पादन एक-दो और सँभाल लेता है।

अभ्यास 26.10 ★★★

कोई मनुष्य अनाज सीधे खा सकता है या उसे मवेशियों को खिला सकता है। मवेशियों के लिए $10\,\%$ पोषी दक्षता के साथ, यदि खेत प्रति हेक्टेयर $6\,\mathrm{t}$ अनाज दे और किसी व्यक्ति को साल में $1\,\mathrm{t}$ चाहिए, तो एक व्यक्ति को गोमांस पर बनाम अनाज पर पालने के लिए चाहिए भूमि निकालिए। यह मानव पोषी स्तर और ग्रह की वहन क्षमता के बारे में क्या कहता है?

हल

हल — अभ्यास 26.10.

अनाज: $1\,\mathrm{t}$ के लिए हेक्टेयर का छठा भाग चाहिए। गोमांस: $1\,\mathrm{t}$ गोमांस-ऊर्जा के लिए $10\,\mathrm{t}$ अनाज चाहिए, यानी $1.7$ हेक्टेयर — दस गुनी भूमि। दूसरे स्तर पर खाने में एक स्तर जितनी ऊर्जा पड़ती है; कोई ग्रह अनाज पर अनाज-पले मांस से दस गुना अधिक लोग पाल सकता है, और आहारों भर औसत निकाला गया मानव पोषी स्तर वहन क्षमता का एक बड़ा पद है।

अभ्यास 26.11 ★★★

खुले महासागर की प्रति वर्ग मीटर NPP नीची है पर वह दुनिया के उत्पादन का आधा देता है। दोनों में मेल बिठाइए, और समझाइए कि महासागर की मत्स्यिकी उसके क्षेत्रफल के कुछ ही प्रतिशत में क्यों सिमटी है।

हल

हल — अभ्यास 26.11.

प्रति वर्ग मीटर महासागर एक मरुस्थल है, पर वह ग्रह का दो-तिहाई ढँकता है, इसलिए कोई नीची दर गुणा कोई विशाल क्षेत्रफल कुल का आधा दे देता है। उसका उत्पादन पोषकों से सीमित है, जो उजाले वाले पृष्ठ से नीचे डूब जाते हैं; जहाँ धाराएँ उन्हें वापस ऊपर लाती हैं (तटीय उत्प्रवाह, शेल्फ़), वहाँ उत्पादन दस गुना ऊँचा है, और वहीं, समुद्र के कुछ ही प्रतिशत पर, मछलियाँ और मत्स्यिकी सिमट आती हैं।

अभ्यास 26.12 ★★★

“कोई पारितंत्र सूर्य-प्रकाश को ऊष्मा में बदलने की एक मशीन है, और जीवन उसका उप-उत्पाद।” एक अनुच्छेद में विवेचना कीजिए: ऊर्जा-बहाव बनाम पदार्थ-चक्रण, अपघटक क्या करते हैं, और यह वाक्य क्या छोड़ देता है।

हल

हल — अभ्यास 26.12.

ऊर्जा प्रकाश के रूप में घुसती है, जीवों के कुछ ही स्तरों से गुज़रती है, और पूरी की पूरी ऊष्मा बनकर निकल जाती है: इस अर्थ में पारितंत्र सूर्य-प्रकाश को सचमुच ऊष्मा में बदल देता है, और उसका अधिकांश अपघटकों से होकर जाता है, जो वह सब श्वसित करते हैं जो उपभोक्ताओं ने नहीं किया। पर पदार्थ खर्च नहीं होता: कार्बन, नाइट्रोजन और फ़ॉस्फ़ोरस चक्र करते हैं, जिन्हें वही अपघटक उत्पादकों को लौटा देते हैं, इसलिए निकाय टिका रहता है; और जीव कोई उप-उत्पाद नहीं बल्कि वह संरचना हैं जिससे होकर बहाव संगठित होता है — निकेत, जाल और पिरामिड वही हैं जो ऊर्जा रास्ते में गढ़ती है। यह वाक्य ऊष्मागतिकी पकड़ लेता है और जीवविज्ञान छोड़ देता है।

26.6 समस्या: किसी सोते का बजट

समस्या 26.1

सप्ताहांत समस्या — ओडम का सोता स्तर दर स्तर बनाया हुआ: सूर्य-प्रकाश से घास तक, घास से घोंघे तक, घोंघे से मछली तक, मछली से बगुले तक, साथ में श्वसन और अपघटक, और अंत में हर स्तर पर पोषी दक्षताएँ

कोई सोता प्रति वर्ग मीटर प्रति वर्ष $1.7 \times 10^{6}\,\mathrm{kcal}$ सूर्य-प्रकाश पाता है। उसके उत्पादक $20\,800\,\mathrm{kcal}$ बाँधते हैं (सकल) और $12\,000\,$ श्वसित करते हैं। शाकाहारी $3400\,\mathrm{kcal}$ पादप-पदार्थ खाते हैं, जिसमें से $1500\,$ स्वांगीकृत करते हैं, $1100\,$ श्वसित करते हैं और बाकी को वृद्धि तथा संतति में बदल देते हैं। मांसाहारी $380\,\mathrm{kcal}$ खाते हैं, $300\,$ श्वसित करते हैं और बाकी उत्पन्न करते हैं; चोटी के मांसाहारी $20\,\mathrm{kcal}$ खाते हैं, $14\,$ श्वसित करते हैं और $6\,$ उत्पन्न करते हैं। जो कुछ खाया या श्वसित नहीं हुआ वह अपघटकों को जाता है, जो उसे श्वसित कर देते हैं। $1\,\mathrm{kcal}$ $= 4.18\,\mathrm{kJ}$ और प्रति ग्राम शुष्क जैवभार $10\,\mathrm{kcal}$ लीजिए।

भाग I — उत्पादक।

शुद्ध प्राथमिक उत्पादकता निकालिए।
प्रकाश-संश्लेषण की दक्षता निकालिए: सूर्य-प्रकाश पर सकल उत्पादन। अध्याय 14 के $34\,\%$ से तुलना कीजिए और उन्हें अलग करती तीन हानियाँ गिनाइए।
उत्पादक सकल उत्पादन का कितना अंश श्वसित करते हैं?
शुद्ध उत्पादन का कितना शाकाहारी खाते हैं, और कितना सीधे अपघटकों को जाता है?
NPP को प्रति वर्ग मीटर प्रति वर्ष शुष्क पदार्थ के ग्राम में बताइए और सोते को अध्याय के जीवोमों के बीच रखिए।
प्रति वर्ग मीटर प्रति वर्ष सूर्य-प्रकाश का कितना भाग किसी जीवित जीव से गुज़रे बिना ही सोते से ऊष्मा बनकर निकल जाता है?

भाग II — उपभोक्ता।

शाकाहारियों का उत्पादन और उनकी स्वांगीकरण दक्षता (स्वांगीकृत/खाया) निकालिए।
शाकाहारियों की उत्पादन दक्षता (उत्पादन/स्वांगीकृत) निकालिए।
उत्पादकों से शाकाहारियों तक पोषी दक्षता निकालिए: शुद्ध प्राथमिक उत्पादन पर शाकाहारी उत्पादन।
मांसाहारियों का उत्पादन और शाकाहारी-से-मांसाहारी पोषी दक्षता निकालिए।
मांसाहारी-से-चोटी के मांसाहारी पोषी दक्षता निकालिए।
प्रति वर्ग मीटर प्रति वर्ष कितनी ऊर्जा चोटी के मांसाहारी के अपने ऊतकों तक पहुँचती है? वह सूर्य-प्रकाश का कितना अंश है?
शाकाहारियों से मांसाहारियों तक स्वांगीकरण दक्षता क्यों चढ़ती है?

भाग III — अपघटक और संतुलन।

अपघटकों तक जाता हर बहाव गिनाइए (न खाया गया शुद्ध उत्पादन, शाकाहारियों का मल और उनका न खाया गया उत्पादन, इत्यादि) और उन्हें जोड़िए।
पारितंत्र का कुल श्वसन निकालिए: उत्पादक, शाकाहारी, मांसाहारी, चोटी के मांसाहारी और अपघटक।
उसकी तुलना सकल उत्पादन से कीजिए। इस तुलना का एक वर्ष में सोते के जैवभार के लिए क्या अर्थ है?
सकल उत्पादन का कितना अंश अपघटक श्वसित करते हैं?
चारों स्तरों के उत्पादन के साथ ऊर्जा का पिरामिड बनाइए और दक्षताएँ अंकित कीजिए।

भाग IV — भंडार, आवर्तन और बदलाव। खड़ा जैवभार $800\,\mathrm{g}/\mathrm{m}^{2}$ उत्पादक, $40\,\mathrm{g}/\mathrm{m}^{2}$ शाकाहारी, $10\,\mathrm{g}/\mathrm{m}^{2}$ मांसाहारी और $1.5\,\mathrm{g}/\mathrm{m}^{2}$ चोटी के मांसाहारी है।

हर जैवभार को किलोकैलोरी में बदलिए और जैवभार का पिरामिड बनाइए। क्या वह सीधा है?
हर स्तर का आवर्तन-काल (जैवभार/उत्पादन) निकालिए। कौन सबसे तेज़ आवर्तित होता है, और क्यों?
$2\,\mathrm{kg}$ का कोई बगुला सोते के चोटी-मांसाहारी उत्पादन पर जीता है। उसे कितने वर्ग मीटर चाहिए?
सोते को उर्वरक से समृद्ध किया जाता है और उसका सकल उत्पादन दुगना हो जाता है, पर शाकाहारी और तेज़ नहीं खा सकते। अतिरिक्त उत्पादन का, अपघटकों के श्वसन का, और रात में जल की ऑक्सीजन का क्या होता है?
एक नई मछली लाई जाती है जो शाकाहारियों के अंडे खाती है और उनका उत्पादन आधा कर देती है। मांसाहारियों के उत्पादन और बगुलों की संख्या की, तथा सीलघास की नियति की भविष्यवाणी कीजिए।
समझाइए कि चोटी के मांसाहारी हटाने से सीलघास उतनी ही ऊर्जा के शाकाहारी हटाने की तुलना में कहीं अधिक क्यों बदल जाएगी।
परिणाम बताइए: तीनों स्थानांतरणों में से हर एक पर पोषी दक्षता, सूर्य-प्रकाश से सकल उत्पादन तक की दक्षता, और सूर्य की ऊर्जा का वह अंश जो चोटी के मांसाहारियों तक पहुँचता है।

हल

हल — समस्या 26.1.

1. प्रति वर्ग मीटर प्रति वर्ष $20\,800 - 12\,000 = 8800\,\mathrm{kcal}$ । 2. $1.2\,\%$ । हानियाँ: जो प्रकाश अवशोषित नहीं होता (आधा वर्णक्रम, परावर्तन, जल), भरपूर धूप में संतृप्त या छाया में पड़ी पत्तियाँ, प्रकाश-श्वसन, और पौधों का अपना श्वसन (जो सकल तथा शुद्ध के बीच पहले ही गिना जा चुका)। 3. $12\,000/20\,800 = 58\,\%$ । 4. खाया $3400\,$ ; सीधे अपघटकों को $8800 - 3400 = 5400\,\mathrm{kcal}$ । 5. $8800/10 = 880\,\mathrm{g}/\mathrm{m}^{2}$ : यानी किसी शीतोष्ण वन या किसी धनी घास-मैदान जैसा। 6. $1.7\times 10^6 - 20\,800 = 1.68 \times 10^{6}\,\mathrm{kcal}$ , यानी उसका $98.8\,\%$ : परावर्तित, पारगत, या जल तथा चट्टान द्वारा अवशोषित और फिर ऊष्मा के रूप में विकिरित। 7. उत्पादन $1500 - 1100 = 400\,\mathrm{kcal}$ ; स्वांगीकरण दक्षता $1500/3400 = 44\,\%$ । 8. $400/1500 = 27\,\%$ । 9. $400/8800 = 4.5\,\%$ (जो खाया गया उस $3400\,$ पर गिनें तो $16\,\%$ )। 10. मांसाहारियों का उत्पादन $380 - 300 = 80\,\mathrm{kcal}$ ; दक्षता $80/400 = 20\,\%$ (उन्होंने उत्पन्न $400\,$ में से $380\,$ खाया)। 11. $6/80 = 7.5\,\%$ । 12. $6\,\mathrm{kcal}$ ; $6/1.7\times 10^6 = 3.5 \times 10^{-6}$ , यानी कुछ दस-लाखवें भाग। 13. मांस पाच्य है और खाने वाले के संघटन के पास; और पादप-पदार्थ रेशेदार तथा बहुत हद तक अपाच्य है, इसलिए कोई शाकाहारी अपने ग्रहण का अधिक भाग मल के रूप में खोता है। 14. न खाया गया शुद्ध उत्पादन $5400\,$ ; शाकाहारियों का मल $3400 - 1500 = 1900\,$ ; शाकाहारियों का न खाया गया उत्पादन $400 - 380 = 20\,$ ; मांसाहारियों का मल (स्वांगीकरण नहीं दिया गया; खाया घटा श्वसित घटा उत्पादन $= 0$ लीजिए, यानी सब स्वांगीकृत) और मांसाहारियों का न खाया गया उत्पादन $80 - 20 = 60\,$ ; चोटी के मांसाहारियों का उत्पादन $6\,$ : कुल $7386\,\mathrm{kcal}$ । 15. $12\,000 + 1100 + 300 + 14 + 7386 = 20\,800\,\mathrm{kcal}$ । 16. सकल उत्पादन के बराबर: सोता किसी ठहरी हुई अवस्था में है और साल दर साल कोई जैवभार संचित नहीं करता। 17. $7386/20\,800 = 36\,\%$ (बाकी अधिकांश उत्पादकों का अपना श्वसन है)। 18. उत्पादक $8800\,$ , शाकाहारी $400\,$ , मांसाहारी $80\,$ , चोटी के मांसाहारी $6\,$ ; दक्षताएँ $4.5\,\%$ , $20\,\%$ , $7.5\,\%$ । 19. $8000\,$ , $400\,$ , $100\,$ , $15\,\mathrm{kcal}/\mathrm{m}^{2}$ : सीधा, हर स्तर अपने नीचे वाले का दसवाँ भाग या उससे कम। 20. उत्पादक $8000/8800 = 0.9$ वर्ष; शाकाहारी $400/400 = 1$ वर्ष; मांसाहारी $100/80 = 1.25$ वर्ष; चोटी के मांसाहारी $15/6 = 2.5$ वर्ष। पौधे सबसे तेज़ आवर्तित होते हैं: अल्पजीवी ऊतक, जो लगातार चरा जाता है; और चोटी के मांसाहारी दीर्घजीवी जंतु हैं जिनका भंडार धीरे नवीकृत होता है। 21. $2\,\mathrm{kg}$ का कोई बगुला लगभग $500\,\mathrm{g}$ शुष्क है, यानी $5000\,\mathrm{kcal}$ , और स्वयं तथा अपने बच्चों की जगह भरने के लिए हर साल लगभग उतना ही उत्पादन चाहिए: यानी सोते के $5000/6 \approx 800\,\mathrm{m}^{2}$ — व्यवहार में कहीं अधिक, क्योंकि वह श्वसन भी करता है: प्रति दिन $100\,\mathrm{kcal}$ पर, साल में $36\,500\,\mathrm{kcal}$ का ग्रहण, यानी अपने नीचे वाले स्तर के $6000\,\mathrm{m}^{2}$ (मांसाहारियों का उत्पादन $80\,$ ), और किसी बगुले का क्षेत्र ऐसा ही दिखता है। 22. अतिरिक्त शुद्ध उत्पादन खाया नहीं जाता और अपघटकों को चला जाता है, जिनका श्वसन दुगना हो जाता है; और रात में, बिना किसी प्रकाश-संश्लेषण के, उनकी ऑक्सीजन-माँग जल को ऑक्सीजन से खाली कर सकती है और मछलियाँ मार सकती है — यानी सुपोषण। 23. शाकाहारियों का उत्पादन गिरकर $200\,$ रह जाता है: मांसाहारियों को आधा भोजन मिलता है, उनका उत्पादन $40\,$ की ओर गिरता है, चोटी के मांसाहारियों का 3 की ओर, और बगुले कम हो जाते हैं; और सीलघास, कम चराई जाकर, घनी हो जाती है और उसका अधिक भाग बिना खाए अपघटकों को जाता है। 24. चोटी के मांसाहारियों की ऊर्जा नन्ही है, पर उनका असर मांसाहारियों की संख्या पर है, जो शाकाहारियों को काबू में रखते हैं, जो घास को: उन्हें हटाने से मांसाहारी चढ़ते हैं, शाकाहारी गिरते हैं और घास बढ़ती है — यानी जाल भर एक अनुप्रपात (अध्याय 27); और शाकाहारियों की कुछ किलोकैलोरी हटाने से कुछ किलोकैलोरी के सिवा कुछ नहीं बदलता। 25. उत्पादकों से शाकाहारियों तक $4.5\,\%$ (NPP का; जो खाया गया उसका $16\,\%$ ), शाकाहारियों से मांसाहारियों तक $20\,\%$ , मांसाहारियों से चोटी के मांसाहारियों तक $7.5\,\%$ ; सूर्य-प्रकाश से सकल उत्पादन तक $1.2\,\%$ ; और सूर्य-प्रकाश के कुछ दस-लाखवें भाग चोटी के मांसाहारियों में जाकर खत्म होते हैं।

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