પરિસ્થિતિકી તંત્રને પ્રકૃતિના એક કાર્યાત્મક એકમ તરીકે કલ્પના કરી શકાય છે, જ્યાં જીવંત સજીવો એકબીજા સાથે અને આસપાસના ભૌતિક વાતાવરણ સાથે પણ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે. પરિસ્થિતિકી તંત્રનું કદ એક નાના તળાવથી લઈને એક મોટા જંગલ અથવા સમુદ્ર સુધી મોટા પ્રમાણમાં બદલાય છે. ઘણા પરિસ્થિતિકીવિદો સમગ્ર જીવમંડલને વૈશ્વિક પરિસ્થિતિકી તંત્ર તરીકે, પૃથ્વી પરના તમામ સ્થાનિક પરિસ્થિતિકી તંત્રોના સંયોજન તરીકે ગણે છે. કારણ કે આ તંત્ર એક સાથે અભ્યાસ કરવા માટે ખૂબ મોટું અને જટિલ છે, તેને બે મૂળભૂત શ્રેણીઓમાં વિભાજિત કરવું અનુકૂળ છે, એટલે કે સ્થળી અને જલીય. જંગલ, ઘાસનું મેદાન અને રણ એ સ્થળી પરિસ્થિતિકી તંત્રના કેટલાક ઉદાહરણો છે; તળાવ, સરોવર, ભીનાભૂમિ, નદી અને મુખત્રિકોણ એ જલીય પરિસ્થિતિકી તંત્રના કેટલાક ઉદાહરણો છે. પાકના ખેતરો અને એક માછલીઘરને પણ માનવનિર્મિત પરિસ્થિતિકી તંત્ર તરીકે ગણી શકાય.

આપણે પહેલા પરિસ્થિતિકી તંત્રની રચના પર નજર કરીશું, જેથી ઇનપુટ (ઉત્પાદકતા), ઊર્જાનું સ્થાનાંતરણ (ખોરાક સાંકળ/જાળ, પોષક તત્ત્વોનું ચક્રીયકરણ) અને આઉટપુટ (અવનતિ અને ઊર્જાનું નુકસાન) ની સરાહના કરી શકાય. આપણે સંબંધો - ચક્રો, સાંકળો, જાળ - પર પણ નજર કરીશું જે સિસ્ટમની અંદર આ ઊર્જા પ્રવાહો અને તેમની આંતરસંબંધના પરિણામે બનાવવામાં આવે છે.

14.1 પરિસ્થિતિકી તંત્ર - રચના અને કાર્ય

પ્રકરણ 13 માં, તમે પર્યાવરણના વિવિધ ઘટકો - અજૈવિક અને જૈવિક પર નજર કરી છે. તમે અભ્યાસ કર્યો કે કેવી રીતે વ્યક્તિગત જૈવિક અને અજૈવિક પરિબળો એકબીજા અને તેમના આસપાસના પર અસર કરે છે. ચાલો આ ઘટકો પર વધુ સંકલિત રીતે નજર કરીએ અને જોઈએ કે પરિસ્થિતિકી તંત્રના આ ઘટકોની અંદર ઊર્જાનો પ્રવાહ કેવી રીતે થાય છે.

જૈવિક અને અજૈવિક ઘટકોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના પરિણામે એક ભૌતિક રચના બને છે જે દરેક પ્રકારના પરિસ્થિતિકી તંત્ર માટે લાક્ષણિક છે. પરિસ્થિતિકી તંત્રની વનસ્પતિ અને પ્રાણી પ્રજાતિઓની ઓળખ અને ગણતરી તેની પ્રજાતિ રચના આપે છે. વિવિધ સ્તરો પર કબજો કરતી વિવિધ પ્રજાતિઓનું ઊભી વિતરણને સ્તરીકરણ કહેવામાં આવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, વૃક્ષો જંગલના ટોચના ઊભા સ્તર અથવા સ્તર પર કબજો કરે છે, ઝાડીઓ બીજા અને ઔષધિઓ અને ઘાસ તળિયાના સ્તરો પર કબજો કરે છે.

જ્યારે તમે નીચેના પાસાઓ પર વિચાર કરો છો ત્યારે પરિસ્થિતિકી તંત્રના ઘટકો એક એકમ તરીકે કાર્ય કરતા જોવા મળે છે:

(i) ઉત્પાદકતા;

(ii) વિઘટન;

(iii) ઊર્જા પ્રવાહ; અને

(iv) પોષક તત્ત્વોનું ચક્રીયકરણ.

જલીય પરિસ્થિતિકી તંત્રની લાક્ષણિકતાઓને સમજવા માટે ચાલો એક નાના તળાવને ઉદાહરણ તરીકે લઈએ. આ એકદમ સ્વ-ટકાઉ એકમ અને એક સરળ ઉદાહરણ છે જે જલીય પરિસ્થિતિકી તંત્રમાં અસ્તિત્વમાં રહેલી જટિલ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓને પણ સમજાવે છે. તળાવ એ એક ઉથળુ પાણીનું શરીર છે જેમાં પરિસ્થિતિકી તંત્રના ઉપરોક્ત ચાર મૂળભૂત ઘટકો સારી રીતે પ્રદર્શિત થાય છે. અજૈવિક ઘટક એ તળાવના તળિયે તમામ ઓગળેલા અકાર્બનિક અને કાર્બનિક પદાર્થો અને સમૃદ્ધ માટીના જમાવ સાથેનું પાણી છે. સૌર ઇનપુટ, તાપમાનનું ચક્ર, દિવસની લંબાઈ અને અન્ય આબોહવા સંબંધી પરિસ્થિતિઓ સમગ્ર તળાવના કાર્યનો દર નિયંત્રિત કરે છે. સ્વયંપોષી ઘટકોમાં ફાયટોપ્લેંકટન, કેટલીક લીલ અને કિનારે જોવા મળતી તરતી, ડૂબેલી અને કિનારાની વનસ્પતિઓનો સમાવેશ થાય છે. ઉપભોક્તાઓને ઝુપ્લેંકટન, મુક્ત તરણ અને તળિયે રહેતા સ્વરૂપો દ્વારા રજૂ કરવામાં આવે છે. વિઘટકો એ ફૂગ, બેક્ટેરિયા અને ફ્લેગેલેટ્સ છે જે ખાસ કરીને તળાવના તળિયે પ્રચુર માત્રામાં હોય છે. આ સિસ્ટમ કોઈપણ પરિસ્થિતિકી તંત્ર અને સમગ્ર જીવમંડલના તમામ કાર્યો કરે છે, એટલે કે, સ્વયંપોષીઓ દ્વારા સૂર્યની વિકિરણ ઊર્જાની મદદથી અકાર્બનિકને કાર્બનિક પદાર્થમાં રૂપાંતરિત કરવું; પરપોષીઓ દ્વારા સ્વયંપોષીઓનો વપરાશ; મૃત પદાર્થનું વિઘટન અને ખનીજીકરણ તેમને સ્વયંપોષીઓ દ્વારા ફરીથી ઉપયોગ માટે મુક્ત કરવા માટે, આ ઘટનાઓ વારંવાર પુનરાવર્તિત થાય છે. ઊંચા પોષક સ્તરો તરફ ઊર્જાની એકદિશીય ગતિ અને તેનું વિખેરવું અને પર્યાવરણમાં ગરમી તરીકે નુકસાન થાય છે.

14.2 ઉત્પાદકતા

કોઈપણ પરિસ્થિકી તંત્રને કાર્ય કરવા અને ટકાવી રાખવા માટે સૌર ઊર્જાનો સતત ઇનપુટ એ મૂળભૂત આવશ્યકતા છે. પ્રાથમિક ઉત્પાદનને વનસ્પતિઓ દ્વારા પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન સમયગાળા દરમિયાન પ્રતિ એકમ ક્ષેત્રફળ દ્વારા ઉત્પાદિત બાયોમાસ અથવા કાર્બનિક પદાર્થની માત્રા તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે. તે વજન (g m^-2) અથવા ઊર્જા (kcal m^-2) ના સંદર્ભમાં વ્યક્ત કરવામાં આવે છે. બાયોમાસ ઉત્પાદનના દરને ઉત્પાદકતા કહેવામાં આવે છે. તે વિવિધ પરિસ્થિતિકી તંત્રોની ઉત્પાદકતાની તુલના કરવા માટે gm^-2 yr^-1 અથવા (kcal m^-2) yr^-1 ના સંદર્ભમાં વ્યક્ત કરવામાં આવે છે. તેને સકલ પ્રાથમિક ઉત્પાદકતા (GPP) અને ચોખ્ખી પ્રાથમિક ઉત્પાદકતા (NPP) માં વિભાજિત કરી શકાય છે. પરિસ્થિતિકી તંત્રની સકલ પ્રાથમિક ઉત્પાદકતા એ પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન કાર્બનિક પદાર્થના ઉત્પાદનનો દર છે. GPP ની નોંધપાત્ર માત્રા શ્વસનમાં વનસ્પતિઓ દ્વારા ઉપયોગમાં લેવાય છે. સકલ પ્રાથમિક ઉત્પાદકતા ઓછા શ્વસન નુકસાન (R), ચોખ્ખી પ્રાથમિક ઉત્પાદકતા (NPP) છે.

GPP - R = NPP

ચોખ્ખી પ્રાથમિક ઉત્પાદકતા એ પરપોષીઓ (શાકાહારીઓ અને વિઘટકો) માટેના વપરાશ માટે ઉપલબ્ધ બાયોમાસ છે. ગૌણ ઉત્પાદકતાને ઉપભોક્તાઓ દ્વારા નવા કાર્બનિક પદાર્થની રચનાના દર તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે.

પ્રાથમિક ઉત્પાદકતા ચોક્કસ વિસ્તારમાં વસવાટ કરતી વનસ્પતિ પ્રજાતિઓ પર આધારિત છે. તે પર્યાવરણીય પરિબળો, પોષક તત્ત્વોની ઉપલબ્ધતા અને વનસ્પતિઓની પ્રકાશસંશ્લેષણ ક્ષમતાની વિવિધતા પર પણ આધારિત છે. તેથી, તે વિવિધ પ્રકારના પરિસ્થિતિકી તંત્રોમાં બદલાય છે. સમગ્ર જીવમંડલની વાર્ષિક ચોખ્ખી પ્રાથમિક ઉત્પાદકતા લગભગ 170 અબજ ટન (સૂકું વજન) કાર્બનિક પદાર્થની છે. આમાંથી, લગભગ 70 ટકા સપાટી પર કબજો હોવા છતાં, મહાસાગરોની ઉત્પાદકતા માત્ર 55 અબજ ટન છે. બાકી, અલબત્ત, જમીન પર છે. મહાસાગરની ઓછી ઉત્પાદકતાનું મુખ્ય કારણ તમારા શિક્ષક સાથે ચર્ચા કરો.

14.3 વિઘટન

તમે કદાચ કૃષિકારના ‘મિત્ર’ તરીકે ઉલ્લેખિત કૃમિ વિશે સાંભળ્યું હશે. આ એટલા માટે છે કારણ કે તેઓ જટિલ કાર્બનિક પદાર્થના વિઘટન તેમજ માટીને છૂટી પાડવામાં મદદ કરે છે. તે જ રીતે, વિઘટકો જટિલ કાર્બનિક પદાર્થને કાર્બન ડાયોક્સાઇડ, પાણી અને પોષક તત્ત્વો જેવા અકાર્બનિક પદાર્થોમાં તોડી પાડે છે અને આ પ્રક્રિયાને વિઘટન કહેવામાં આવે છે. મૃત વનસ્પતિ અવશેષો જેમ કે પાંદડા, છાલ, ફૂલો અને પ્રાણીઓના મૃત અવશેષો, મળ સહિત, ડિટ્રાઇટસ બનાવે છે, જે વિઘટન માટે કાચી સામગ્રી છે. વિઘટનની પ્રક્રિયામાં મહત્વપૂર્ણ પગલાં છે ટુકડાઓમાં વિભાજન, લીચિંગ, કેટાબોલિઝમ, હ્યુમિફિકેશન અને ખનીજીકરણ.

ડિટ્રાઇટીવોર્સ (ઉદા., કૃમિ) ડિટ્રાઇટસને નાના કણોમાં તોડી પાડે છે. આ પ્રક્રિયાને ટુકડાઓમાં વિભાજન કહેવામાં આવે છે. લીચિંગની પ્રક્રિયા દ્વારા, પાણીમાં દ્રાવ્ય અકાર્બનિક પોષક તત્ત્વો માટીના આડા સ્તરમાં નીચે જાય છે અને અનુપલબ્ધ ક્ષાર તરીકે અવક્ષેપિત થાય છે. બેક્ટેરિયલ અને ફૂગના ઉત્સેચો ડિટ્રાઇટસને સરળ અકાર્બનિક પદાર્થોમાં વિઘટિત કરે છે. આ પ્રક્રિયાને કેટાબોલિઝમ કહેવામાં આવે છે.

આકૃતિ 14.1 સ્થળી પરિસ્થિતિકી તંત્રમાં વિઘટન ચક્રનું રેખાકૃતિ નિરૂપણ

એ નોંધવું મહત્વપૂર્ણ છે કે વિઘટનમાં ઉપરોક્ત તમામ પગલાં એકસાથે ડિટ્રાઇટસ પર કાર્ય કરે છે (આકૃતિ 14.1). માટીમાં વિઘટન દરમિયાન હ્યુમિફિકેશન અને ખનીજીકરણ થાય છે. હ્યુમિફિકેશન એક ઘેરા રંગના અસ્ફટિક પદાર્થના સંચય તરફ દોરી જાય છે જેને હ્યુમસ કહેવામાં આવે છે જે સૂક્ષ્મજીવીય ક્રિયા માટે ખૂબ જ પ્રતિરોધક છે અને અત્યંત ધીમી ગતિએ વિઘટનથી પસાર થાય છે. કોલોઇડલ પ્રકૃતિ હોવાને કારણે તે પોષક તત્ત્વોના જથ્થા તરીકે કામ કરે છે. હ્યુમસને કેટલાક સૂક્ષ્મજીવો દ્વારા વધુ નબળું પાડવામાં આવે છે અને ખનીજીકરણ તરીકે ઓળખાતી પ્રક્રિયા દ્વારા અકાર્બનિક પોષક તત્ત્વોની રિલીઝ થાય છે.

વિઘટન મોટે ભાગે ઓક્સિજનની જરૂરિયાતવાળી પ્રક્રિયા છે. વિઘટનનો દર ડિટ્રાઇટસની રાસાયણિક રચના અને આબોહવા પરિબળો દ્વારા નિયંત્રિત થાય છે. ચોક્કસ આબોહવા સંબંધી પરિસ્થિતિમાં, જો ડિટ્રાઇટસ લિગ્નિન અને કાઇટિનમાં સમૃદ્ધ હોય તો વિઘટન દર ધીમો હોય છે, અને જો ડિટ્રાઇટસ નાઇટ્રોજન અને પાણીમાં દ્રાવ્ય પદાર્થો જેમ કે ખાંડમાં સમૃદ્ધ હોય તો ઝડપી હોય છે. તાપમાન અને માટીની ભેજ એ સૌથી મહત્વપૂર્ણ આબોહવા પરિબળો છે જે માટીના સૂક્ષ્મજીવોની પ્રવૃત્તિઓ પર તેમની અસર દ્વારા વિઘટનને નિયંત્રિત કરે છે. ગરમ અને ભેજવાળું વાતાવરણ વિઘટનને પ્રોત્સાહન આપે છે જ્યારે ઓછું તાપમાન અને એનારોબિઓસિસ વિઘટનને અવરોધે છે જેના પરિણામે કાર્બનિક પદાર્થોનું નિર્માણ થાય છે.

14.4 ઊર્જા પ્રવાહ

ઊંડા સમુદ્રના હાઇડ્રો-થર્મલ પરિસ્થિતિકી તંત્ર સિવાય, સૂર્ય પૃથ્વી પરના તમામ પરિસ્થિતિકી તંત્રો માટે ઊર્જાનો એકમાત્ર સ્ત્રોત છે. આપત્તિ સૌર કિરણોત્સર્ગમાંથી તેના 50 ટકા કરતા ઓછા પ્રકાશસંશ્લેષક સક્રિય કિરણોત્સર્ગ (PAR) છે. આપણે જાણીએ છીએ કે વનસ્પતિઓ અને પ્રકાશસંશ્લેષક બેક્ટેરિયા (સ્વયંપોષીઓ), સરળ અકાર્બનિક સામગ્રીમાંથી ખોરાક બનાવવા માટે સૂર્યની વિકિરણ ઊર્જાને સ્થિર કરે છે. વનસ્પતિઓ PAR ના માત્ર 2-10 ટકા કેપ્ચર કરે છે અને ઊર્જાની આ નાની માત્રા સમગ્ર જીવંત વિશ્વને ટકાવી રાખે છે. તેથી, વનસ્પતિઓ દ્વારા કેપ્ચર કરાયેલી સૌર ઊર્જા પરિસ્થિતિકી તંત્રના વિવિધ સજીવો દ્વારા કેવી રીતે વહે છે તે જાણવું ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ છે. બધા સજીવો તેમના ખોરાક માટે ઉત્પાદકો પર, પ્રત્યક્ષ અથવા પરોક્ષ રીતે આધાર રાખે છે. તેથી તમે સૂર્યથી ઉત્પાદકો અને પછી ઉપભોક્તાઓ તરફ ઊર્જાનો એકદિશીય પ્રવાહ શોધો. શું આ થર્મોડાયનેમિક્સના પ્રથમ નિયમ સાથે રાખવામાં આવે છે?

વધુમાં, પરિસ્થિતિકી તંત્રો થર્મોડાયનેમિક્સના બીજા નિયમથી મુક્ત નથી. તેમને તેમને જરૂરી અણુઓને સંશ્લેષિત કરવા માટે, વધતી અવ્યવસ્થા તરફ સાર્વત્રિક વલણનો વિરોધ કરવા માટે ઊર્જાની સતત પુરવઠાની જરૂર છે.

પરિસ્થિતિકી તંત્રમાં લીલા છોડને ઉત્પાદકો કહેવામાં આવે છે. સ્થળી પરિસ્થિતિકી તંત્રમાં, મુખ્ય ઉત્પાદકો ઘાસવાળા અને લાકડાના છોડ છે. તે જ રીતે, જલીય પરિસ્થિતિકી તંત્રમાં ઉત્પાદકો ફાયટોપ્લેંકટન, લીલ અને ઉચ્ચ વનસ્પતિઓ જેવી વિવિધ પ્રજાતિઓ છે.

તમે પ્રકૃતિમાં અસ્તિત્વમાં રહેલી ખોરાક સાંકળો અને જાળ વિશે વાંચ્યું છે. વનસ્પતિઓ (અથવા ઉત્પાદકો) થી શરૂ કરીને ખોરાક સાંકળો અથવા બદલે જાળ એવી રીતે રચવામાં આવે છે કે એક પ્રાણી વનસ્પતિ અથવા બીજા પ્રાણી પર ખોરાક કરે છે અને બદલામાં બીજા માટે ખોરાક છે. આ પરસ્પર અવલંબનને કારણે સાંકળ અથવા જાળ રચાય છે. કોઈપણ ઊર્જા જે સજીવમાં ફસાય છે તે કાયમ માટે તેમાં રહેતી નથી. તેથી, ઉત્પાદક દ્વારા ફસાયેલી ઊર્જા ક્યાં તો ઉપભોક્તા પર પસાર થાય છે અથવા સજીવ મૃત્યુ પામે છે. સજીવનું મૃત્યુ ડિટ્રાઇટસ ખોરાક સાંકળ/જાળની શરૂઆત છે.

બધા પ્રાણીઓ તેમની ખોરાકની જરૂરિયાતો માટે વનસ્પતિઓ (પ્રત્યક્ષ અથવા પરોક્ષ) પર આધાર રાખે છે. તેથી તેમને ઉપભોક્તાઓ અને પરપોષીઓ પણ કહેવામાં આવે છે. જો તેઓ ઉત્પાદકો, વનસ્પતિઓ પર ખોરાક કરે છે, તો તેમને પ્રાથમિક ઉપભોક્તાઓ કહેવામાં આવે છે, અને જો પ્રાણીઓ અન્ય પ્રાણીઓને ખાય છે જે બદલામાં વનસ્પતિઓ (અથવા તેમના ઉત્પાદન) ખાય છે તો તેમને ગૌણ ઉપભોક્તાઓ કહેવામાં આવે છે. તે જ રીતે, તમારી પાસે તૃતીયક ઉપભોક્તાઓ પણ હોઈ શકે છે. દેખીતી રીતે પ્રાથમિક ઉપભોક્તાઓ શાકાહારીઓ હશે. કેટલાક સામાન્ય શાકાહારીઓ સ્થળી પરિસ્થિતિકી તંત્રમાં કીટકો, પક્ષીઓ અને સસ્તન પ્રાણીઓ અને જલીય પરિસ્થિતિકી તંત્રમાં મૉલસ્ક છે.

આ શાકાહારીઓ પર ખોરાક કરતા ઉપભોક્તાઓ માંસાહારીઓ છે, અથવા વધુ સાચી રીતે પ્રાથમિક માંસાહારીઓ (જોકે ગૌણ ઉપભોક્તાઓ). તે પ્રાણીઓ જે ખોરાક માટે પ્રાથમિક માંસાહારીઓ પર આધાર રાખે છે તેમને ગૌણ માંસાહારીઓ તરીકે લેબલ કરવામાં આવે છે. એક સરળ ચરણ ખોરાક સાંકળ (GFC) નીચે દર્શાવેલ છે:

$\begin{aligned} & \text { Grass }—-\rightarrow \ & \text { Goat }—–\rightarrow \quad \text { Man }—–\rightarrow \\ & \text { (Producer) } \ & \text { (Primary Consumer) } \ & \text { (Secondary consumer) } \ & \end{aligned}$

ડિટ્રાઇટસ ખોરાક સાંકળ (DFC) મૃત કાર્બનિક પદાર્થથી