ऊर्जा प्रवाह के मॉडल और पारिस्थितिक पिरामिड

जटिल प्राकृतिक खाद्य जालों और ऊर्जा स्थानांतरण की दरों को सरल गणितीय व आरेखीय रूप में समझने के लिए।

ऊष्मागतिकी के नियमों पर तथा यह मानता है कि ऊर्जा एक ही सीधी रेखा में उत्पादक से उपभोक्ताओं तक बहती है।

श्वसन (Respiration), ऊष्मा विकिरण और अपाच्य वर्ज्य पदार्थों के रूप में।

ई. पी. ओडम (Eugene P. Odum) ने।

यह सौर ऊर्जा को दो पृथक चैनलों—चारण खाद्य शृंखला (GFC) और अपरद खाद्य शृंखला (DFC)—में विभाजित करता है।

क्योंकि प्रकृति में मृत कार्बनिक पदार्थों (अपरद) का प्रवाह चारण मार्ग जितना ही महत्वपूर्ण होता है।

ब्रिटिश पारिस्थितिकीविद् चार्ल्स एल्टन (Charles Elton) ने वर्ष 1927 में (इन्हें 'एल्टोनियन पिरामिड' भी कहते हैं)।

प्रथम पोषण स्तर (प्राथमिक उत्पादक / स्वपोषी)।

शीर्ष परभक्षी या चतुर्थ/पंचम उपभोक्ता।

तीन प्रकार: बायोमास का पिरामिड, संख्या का पिरामिड, और ऊर्जा का पिरामिड।

प्रत्येक पोषण स्तर पर जीवों की कुल व्यक्तिगत संख्या का अनुपात।

सदैव सीधा (Upright) - उत्पादकों की संख्या सर्वाधिक, फिर शाकाहारी और अंत में शीर्ष मांसाहारी कम।

उल्टा (Inverted) - एक बड़े वृक्ष पर आश्रित शाकाहारी पक्षी और उन पर पलने वाले परजीवी जीव संख्या में विशाल होते हैं।

उल्टा (Inverted) - पादप प्लवक (संख्या में अधिक) से ऊपर जाने पर मछलियों की संख्या घटती जाती है।

प्रत्येक पोषण स्तर पर उपस्थित जैविक पदार्थों (जैवभार) का कुल शुष्क भार।

सदैव सीधा (Upright) - वन या घास मैदान में उत्पादक बायोमास सर्वाधिक होता है।

उल्टा (Inverted) - सूक्ष्म पादप प्लवकों का अल्प बायोमास विशालकाय मछलियों के भारी बायोमास को पोषित करता है।

पादप प्लवकों का जीवनकाल अत्यंत अल्प (कुछ दिन) होता है और वे तीव्र गति से विभाजित होकर निरंतर उच्च उत्पादन करते हैं।

सदैव सीधा (Always Upright) - क्योंकि ऊर्जा का ह्रास अनिवार्य है और नीचे से ऊपर जाने पर ऊर्जा घटती है।

ऊष्मागतिकी का द्वितीय नियम (Second Law of Thermodynamics)।

यह एक जीव के एक से अधिक पोषण स्तरों (जैसे सर्वाहारी मानव या पक्षी) पर मौजूद होने के जटिल 'खाद्य जाल' को नहीं दर्शाते।

एक पोषण स्तर से दूसरे पोषण स्तर पर ऊर्जा के स्थानांतरण की प्रतिशत दक्षता।

एक स्तर से अगले स्तर पर केवल 10% ऊर्जा ही बायोमास में बदलती है (बाकी 90% ह्रास)।

(शुद्ध अनुवर्ती उत्पादन / स्वांगीकृत ऊर्जा) × 100।

क्योंकि समतापी जीव शरीर का आंतरिक तापमान बनाए रखने में उपापचयी ऊर्जा का भारी हिस्सा खर्च कर देते हैं।

यह अपरद (मृत कार्बनिक) मार्ग की उपेक्षा करता है और केवल जीवित जीवों के चारण मार्ग पर ध्यान केंद्रित करता है।

श्वसन और सूक्ष्मजीव अपघटन के माध्यम से पर्यावरण में ऊष्मा के रूप में विलीन होने पर।

अस्थाई रूप से द्वितीय पोषण स्तर चौड़ा (असंतुलित) हो सकता है, किंतु चरम पर पुनः सीधा हो जाता है।

अत्यधिक उल्टा (Inverted) - एक पक्षी पर दर्जनों परजीवी कीड़े और उन पर हजारों सूक्ष्मजीव आश्रित होते हैं।

क्योंकि जीवों में जल की मात्रा मौसम और प्रजाति के अनुसार अलग-अलग होने से भ्रामक परिणाम मिल सकते हैं।

पादप प्लवकों का आकार अत्यंत सूक्ष्म होना और उनकी टर्नओवर रेट (उत्पादन गति) का अति-तीव्र होना।

ऊर्जा की कुल मात्रा, कार्यक्षमता और पारितंत्र की उत्पादक सीमा की।

क्योंकि खाद्य जाल में एक जीव एक से अधिक पोषण स्तरों पर भोजन कर सकता है, जिसे पिरामिड नहीं दर्शाते।

प्राथमिक उत्पादक (हरे पौधे, शैवाल)।

पोषण स्तर 3 (द्वितीयक उपभोक्ता) या उससे ऊपर।

वे एक साथ एक से अधिक पोषण स्तरों (जैसे स्तर 2 और स्तर 3 दोनों) पर कार्य करते हैं।

जीवों की अंतर्ग्रहण दक्षता (Ingestion Efficiency) और स्वांगीकरण दक्षता।

क्योंकि वे शरीर गर्म रखने में ऊर्जा नष्ट नहीं करते, जिससे भोजन का बड़ा हिस्सा बायोमास में बदलता है।

J/m²/year अथवा kcal/m²/year।

मछली स्टॉक आकलन, वन संपदा प्रबंधन और जलवायु परिवर्तन के प्रभाव का अनुमान लगाने में।

पारितंत्र पारिस्थितिकी (Ecosystem Ecology)।

यह पता चलता है कि शीर्ष परभक्षियों को बचाने हेतु आधार स्तर (उत्पादकों व शाकाहारियों) का कितना बड़ा क्षेत्रफल चाहिए।

शीर्ष मांसाहारियों की आबादी का अत्यंत विरल (Sparse) होना।

क्योंकि पिरामिड किसी एक विशिष्ट समय (Snapshot) पर लिए गए स्थिर आंकड़े होते हैं।

सौर ऊर्जा का सीमित प्रग्रहण और प्रत्येक चरण का अनिवार्य ह्रास ही पृथ्वी पर जीवन के पिरामिड की सीमा तय करता है।

सौर विकिरण की तीव्रता और तापमान।

स्थलीय वनों में अपरद चैनल ऊर्जा प्रवाह का 90% से अधिक हिस्सा वहन करता है, जबकि जलीय तंत्र में चारण चैनल प्रधान होता है।

यह एक असामान्य या विशिष्ट पिरामिड संरचना है जो अस्थायी हो सकती है।

उत्पादकों के कुल इनपुट और समस्त श्वसन बहिर्वाह के माध्यम से।

ऊर्जा का पिरामिड (क्योंकि यह ऊर्जा के वास्तविक भौतिक नियमों पर आधारित है और कभी उल्टा नहीं होता)।

(स्वांगीकृत ऊर्जा / अंतर्ग्रहण ऊर्जा) × 100।

पादप भोजन में पचने योग्य प्रोटीन व वसा कम तथा अपाच्य सेल्यूलोज व लिग्निन अधिक होने के कारण।

प्रत्येक उच्च पोषण स्तर पर 90% की दर से ह्रास।

समस्त पोषण स्तरों द्वारा कुल संचित और उपयोग की गई ऊर्जा।

जीवों के आकार और संख्या के आधार पर पोषण स्तरों के पिरामिड रूपी संबंधों को पहली बार व्यवस्थित करना।

ब्रह्मांड में कम ग्रेड की ऊष्मा (Low-grade heat) के रूप में विलीन होना।

ऊर्जा एकदिशीय प्रवाहित होकर नष्ट होती है (ऊष्मीय रूप में), जबकि पोषक तत्व अनंत काल तक चक्रित होते रहते हैं।

प्राथमिक उत्पादकों (फसल) से सीधे मानव (शाकाहारी आहार) तक ऊर्जा का अधिकतम उपयोग करने में (मांसाहार की तुलना में ऊर्जा बचत)।

यह कि पृथ्वी का जीवमंडल भौतिक विज्ञान के ऊष्मागतिकी नियमों के पूर्ण नियंत्रण में कार्य करता है।

प्रकृति में ऊर्जा सीमित है, अतः प्रत्येक जीव और मानव को इस एकदिशीय प्रवाह के संतुलन का सम्मान करना चाहिए।

स्थलीय वनों में अपरद चैनल ऊर्जा प्रवाह का 90% से अधिक हिस्सा वहन करता है, जबकि जलीय तंत्र में चारण चैनल प्रधान होता है।

प्रत्येक पोषण स्तर ऊर्जा प्रवाह मार्ग पर एक विशिष्ट पड़ाव को दर्शाता है जहाँ से ऊर्जा आगे हस्तांतरित होती है।

शीततापी जीवों की बहुलता, उच्च पाचन क्षमता और कम उपापचयी ऊष्मा ह्रास।

यह पारितंत्र की कुल वहन क्षमता (Carrying Capacity) और जैवभार उत्पादन की सीमाओं को स्पष्ट रूप से परिभाषित करती है।

वह स्तर पिरामिड के आरेख में चौड़े ब्लॉक के रूप में प्रदर्शित होगा (जैसे बड़े पेड़ों का वन पिरामिड)।

'समग्र प्रकृति एक अंतःसंबंधित और स्व-नियामक महा-तंत्र (गैया) है।'

जीव का श्वसन ह्रास और उसकी समतापी या शीततापी प्रकृति।

यह छोटे आकार के जीवों और विशालकाय वृक्षों/स्तनधारियों के बायोमास या ऊर्जा योगदान को समान महत्व दे देता है।

यह समय के साथ जीवों के तेजी से होने वाले पुनरुत्पादन (टर्नओवर) को नहीं दर्शाता (जैसे जलीय पादप प्लवक)।

क्योंकि यह जीवों की संख्या या भार पर आधारित न होकर विशुद्ध भौतिक ऊर्जा और ऊष्मागतिकी नियमों पर आधारित है।

जब कुल सौर इनपुट और समस्त श्वसन ह्रास पूरी तरह संतुलित होकर पारितंत्र को स्थिर रखते हैं।

वर्ष 1983 में अपनी प्रसिद्ध पाठ्यपुस्तक में (पारितंत्र के दोहरे ऊर्जा चैनलों को स्पष्ट करने हेतु)।

क्योंकि खाद्य जाल बहु-दिशात्मक संचरण दर्शाता है, जबकि पिरामिड केवल सोपानिक (Hierarchical) स्तर दिखाता है।

रासायनिक बंध ऊर्जा उच्च गुणवत्ता वाली होती है, जबकि बिखरी हुई ऊष्मा निम्न गुणवत्ता वाली होती है।

यह सामान्यतः 5 से 20% के बीच विचलन कर सकता है, किंतु औसत 10% ही मानक माना जाता है।

मांसाहारी आहार की तुलना में शाकाहारी आहार अपनाना अधिक ऊर्जा-कुशल और पर्यावरण-अनुकूल है (ट्रॉफिक पिरामिड दक्षता)।

प्रकृति के ऊर्जा संतुलन को समझकर पृथ्वी पर जैव विविधता और मानव जीवन की दीर्घकालिक स्थिरता सुनिश्चित करना।

वर्ष 1927 में अपनी पुस्तक 'एनिमल इकोलॉजी' (Animal Ecology) में।

भोजन के कार्बनिक अणुओं (ग्लूकोज, वसा, प्रोटीन) के रासायनिक बंधों के रूप में।

उत्पादकों की उच्च टर्नओवर दर या परजीवियों की उच्च संख्या/घनत्व को।

ब्रह्मांड में कम ग्रेड की ऊष्मा (Low-grade heat) के रूप में विसर्जन।

पिरामिड की संरचना में विकृति या उल्टापन देखकर उस पर पड़ने वाले मानवीय दबावों का अनुमान लगाकर।

मात्रात्मक पारिस्थितिकी (Quantitative Ecology) और पारितंत्र मॉडलिंग (Ecosystem Modeling)।

जीवों के शरीर में जल की परिवर्तनशील मात्रा से होने वाली त्रुटियों को दूर कर वास्तविक कार्बनिक बायोमास मापना।

केवल 10 J ऊर्जा (प्रत्येक स्तर पर 10% नियम के अनुसार तीन चरणों में ह्रास)।

ऊर्जा की प्रत्येक इकाई बहुमूल्य है, और प्रकृति का प्रत्येक पोषण स्तर जीवन की संपूर्णता बनाए रखने के लिए अनिवार्य है।

Y-आकार मॉडल, क्योंकि यह चारण और अपरद दोनों प्रमुख मार्गों को एक साथ समाहित करता है।

यह आज भी पारितंत्र की ट्रॉफिक संरचना को त्वरित रूप से समझाने का सबसे प्रभावी शिक्षण उपकरण है।

विशिष्ट पोषण स्तरों के बीच ऊर्जा स्थानांतरण और चक्रण की सटीक मात्रात्मक गणना।

विशिष्ट पोषण स्तर की गणना हेतु औसत आहारीय भारांक (Dietary weighting) का उपयोग करके।

यह पारिस्थितिक तंत्र की वहन क्षमता और जैविक सीमा को समझने का एकमात्र वैज्ञानिक आधार है।

ऊष्मागतिकी के नियम (ऊर्जा का ह्रास और एकदिशीय प्रवाह)।

स्थलीय और जलीय पारितंत्रों में कुल जैविक उत्पादन और ट्रॉफिक संबंधों के आकलन हेतु।

जहाँ जीवों के आकार में अत्यधिक विविधता हो या परजीवी खाद्य शृंखला हो।

पारितंत्र की उत्पादकता सीमा, सहनशीलता और मानवजनित दबावों का सटीक आकलन करने में।