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एक पोषक चक्र जैविक और अकार्बनिक पदार्थों की गति और विनिमय को जीवित पदार्थ के उत्पादन में वापस संदर्भित करता है। प्रक्रिया को खाद्य वेब मार्गों द्वारा नियंत्रित किया जाता है जो कार्बनिक पदार्थों को अकार्बनिक पोषक तत्वों में विघटित करते हैं। पारिस्थितिक तंत्र के भीतर पोषक चक्र होते हैं।
प्रकृति में पोषक चक्रों को जैव-भू-रासायनिक चक्र कहा जाता है क्योंकि तत्व चक्रीय रूप से पर्यावरण से जीवित जीवों में और वापस पर्यावरण में जाते हैं।
पारिस्थितिक तंत्र क्लोज-लूप रीसाइक्लिंग का वर्णन करते हैं जहां बायोमास के विकास में पोषक तत्वों की मांग उस प्रणाली में आपूर्ति से अधिक हो जाती है। सामग्री की वृद्धि और विनिमय दरों में क्षेत्रीय और स्थानिक अंतर मौजूद हैं, जहां कुछ पारिस्थितिक तंत्र पोषक तत्व ऋण (सिंक) में हो सकते हैं और अन्य के पास अतिरिक्त आपूर्ति (स्रोत) होगी। ये अंतर भूवैज्ञानिक इतिहास और स्थलाकृति द्वारा लाए गए हैं।
एक खाद्य वेब में, एक लूप या एक चक्र को एक या एक से अधिक लिंक के निर्देशित अनुक्रम के रूप में परिभाषित किया जाता है जो एक ही प्रजाति से शुरू और समाप्त होता है। उदाहरण के लिए, समुद्र में, बैक्टीरिया का प्रोटोजोआ द्वारा शोषण किया जाता है जैसे कि हेटरोट्रॉफ़िक माइक्रोफ्लैगलेट्स जो तब सिलिअट्स द्वारा शोषण किया जाता है। इस चराई गतिविधि के बाद उन पदार्थों का उत्सर्जन होता है जिनका उपयोग बैक्टीरिया द्वारा किया जाता है ताकि सिस्टम का संचालन एक बंद सर्किट हो।
सेल्युलोज का एंजाइमेटिक पाचन पारिस्थितिक पुनर्चक्रण का एक उदाहरण है। सेलूलोज़, जो पृथ्वी पर सबसे प्रचुर मात्रा में कार्बनिक यौगिकों में से एक है, पौधों में मुख्य पॉलीसेकेराइड है जहां यह कोशिका की दीवारों का निर्माण करता है। सेल्यूलोज को नीचा दिखाने वाले एंजाइम प्राकृतिक पौधों की सामग्री के पारिस्थितिक पुनर्चक्रण में भाग लेते हैं। विभिन्न पारिस्थितिक तंत्रों में कूड़े के पुनर्चक्रण की अलग-अलग दरें हो सकती हैं।
निम्नलिखित के रूप में उपयोग किए जाने के बाद रासायनिक तत्वों को लगातार पुनर्नवीनीकरण किया जाता है:
प्रत्येक तत्व का अपना पोषक चक्र होता है और प्रत्येक चक्र का एक अनूठा मार्ग होता है जिसमें जलाशय, विनिमय पूल और निवासी समय शामिल होते हैं।
जलाशय - एक ऐसा क्षेत्र जहाँ तत्व अपनी उच्चतम सांद्रता में होता है और कुछ समय के लिए रखा और संग्रहीत किया जाता है। उदाहरण के लिए, कोयला या जीवाश्म ईंधन कार्बन के भंडार हैं।
एक्सचेंज पूल - जब तत्वों को थोड़े समय के लिए रखा जाता है। उदाहरण के लिए, पौधे और जानवर इन तत्वों को अपने सिस्टम में अस्थायी रूप से उपयोग करते हैं और उन्हें वापस पर्यावरण में छोड़ देते हैं।
निवासी समय - किसी स्थान पर किसी तत्व के रुकने का समय।
ऊर्जा पृथ्वी के पारिस्थितिक तंत्र के माध्यम से सीधे प्रवाहित होती है, आमतौर पर सूर्य के प्रकाश के रूप में प्रवेश करती है और गर्मी के रूप में बाहर निकलती है। हालांकि, जीवित जीवों को बनाने वाले रासायनिक घटक अलग हैं: वे पुनर्नवीनीकरण हो जाते हैं।
कार्बन डाइऑक्साइड और मीथेन कार्बन यौगिकों के उदाहरण हैं जो वातावरण में घूमते हैं और वैश्विक जलवायु को प्रभावित करते हैं। प्रकाश संश्लेषण और श्वसन की प्रक्रियाओं के माध्यम से, कार्बन को जीवित जीवों और पारिस्थितिकी तंत्र के निर्जीव घटकों के बीच भी परिचालित किया जाता है।
पर्यावरण में जैविक घटकों के माध्यम से कार्बन की गति 'तेज' कार्बन चक्र है। पौधे और अन्य जीव जो प्रकाश संश्लेषण में सक्षम हैं, अपने पर्यावरण से कार्बन डाइऑक्साइड प्राप्त करते हैं और इसका उपयोग जैविक पदार्थों के निर्माण के लिए करते हैं। पौधे, जानवर और डीकंपोजर जैसे बैक्टीरिया और कवक, श्वसन द्वारा कार्बन डाइऑक्साइड को वायुमंडल में लौटाते हैं।
पर्यावरण में अजैविक तत्वों जैसे चट्टानों, मिट्टी और महासागरों के माध्यम से कार्बन की गति धीमी कार्बन चक्र बनाती है। इन अजैविक तत्वों के माध्यम से कार्बन की गति में 200 मिलियन वर्ष तक का समय लग सकता है।
चूंकि नाइट्रोजन-फिक्सिंग बैक्टीरिया जैसे जीव जीवित रहने के लिए आवश्यक जैविक अणुओं को संश्लेषित करने के लिए नाइट्रोजन का उपयोग करते हैं, वायुमंडलीय नाइट्रोजन को पहले जलीय और मिट्टी के वातावरण में नाइट्रोजन-फिक्सिंग बैक्टीरिया द्वारा अमोनिया में बदलना पड़ता है। फिर बैक्टीरिया द्वारा अमोनिया को नाइट्राइट और नाइट्रेट में बदल दिया जाता है। पौधे अपनी जड़ों के माध्यम से अमोनियम (NH4-) और नाइट्रेट को अवशोषित करके मिट्टी से नाइट्रोजन प्राप्त करते हैं। फिर नाइट्रेट और अमोनियम का उपयोग कार्बनिक यौगिकों के उत्पादन के लिए किया जाता है। पशु तब पौधों का उपभोग करते हैं और इस प्रकार कार्बनिक यौगिकों में नाइट्रोजन प्राप्त करते हैं। जब अन्य जानवर इन जानवरों को खाते हैं तो जैविक रूप में नाइट्रोजन को खाद्य श्रृंखला में स्थानांतरित कर दिया जाता है। फिर डीकंपोजर ठोस अपशिष्ट और मृत या सड़ने वाले पदार्थ को विघटित करके अमोनिया को मिट्टी में वापस कर देते हैं। नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया अमोनिया को नाइट्राइट और नाइट्रेट में बदल देते हैं। डिनाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया फिर नाइट्राइट और नाइट्रेट को नाइट्रोजन में बदल देते हैं, नाइट्रोजन को वापस वायुमंडल में छोड़ देते हैं।
फास्फोरस एक आवश्यक पोषक तत्व है जो पौधों और जानवरों के विकास के लिए भी आवश्यक है। कोशिका विकास में इसकी महत्वपूर्ण भूमिका होती है और यह अणुओं का एक प्रमुख घटक है जो एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट (एटीपी), डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक एसिड (डीएनए), और लिपिड जैसे ऊर्जा को संग्रहीत करता है।
वर्षा जल के संपर्क में आने पर चट्टानें समय के साथ फॉस्फेट आयन और अन्य खनिज छोड़ती हैं। यह अकार्बनिक फॉस्फेट तब मिट्टी और पानी में वितरित किया जाता है। पौधे तब मिट्टी से अकार्बनिक फॉस्फेट लेते हैं, और फिर इन पौधों को जानवरों द्वारा खाया जा सकता है। फॉस्फेट को तब डीएनए जैसे कार्बनिक अणुओं में शामिल किया जाता है, और जब पौधे या जानवर मर जाते हैं और सड़ जाते हैं, तो कार्बनिक फॉस्फेट मिट्टी में वापस आ जाता है। मिट्टी में बैक्टीरिया तब कार्बनिक पदार्थों को फॉस्फेट के रूप में तोड़ देते हैं जो पौधों द्वारा अवशोषित होते हैं। यह एक प्रक्रिया भी है जिसे खनिजकरण कहा जाता है। मिट्टी में फास्फोरस तब जलमार्गों और महासागरों में समाप्त हो सकता है और समय के साथ तलछट में शामिल किया जा सकता है।
सल्फर अपने प्राकृतिक रूप में और इस रूप में एक ठोस है; यह अवसादी चक्र तक ही सीमित है। इसे भौतिक प्रक्रियाओं जैसे हवा, पानी द्वारा कटाव और ज्वालामुखी विस्फोट जैसी भूवैज्ञानिक घटनाओं द्वारा ले जाया जा सकता है। इसे अपने यौगिकों जैसे सल्फर डाइऑक्साइड, सल्फ्यूरिक एसिड, सल्फेट के लवण, या कार्बनिक सल्फर के माध्यम से वर्षा और नदियों द्वारा समुद्र और वायुमंडल, भूमि और महासागरों में वापस ले जाया जा सकता है।
पौधे और जानवर दोनों ही वातावरण के माध्यम से ऑक्सीजन के चक्रण में भूमिका निभाते हैं। जैसा कि आप जानते हैं, मनुष्यों सहित कई जानवरों के लिए ऑक्सीजन महत्वपूर्ण है। हम ऑक्सीजन में सांस लेते हैं, और हमारे शरीर इसका उपयोग सेलुलर श्वसन नामक प्रक्रिया के दौरान ऊर्जा बनाने के लिए करते हैं। यह प्रक्रिया कार्बन डाइऑक्साइड को अपशिष्ट उत्पाद के रूप में छोड़ती है, जिसे हम सांस छोड़ते हैं। प्रकाश संश्लेषण के दौरान पौधे कार्बन डाइऑक्साइड लेते हैं, जिसमें वे भोजन और ऑक्सीजन बनाते हैं। ऑक्सीजन निकलती है, और चक्र फिर से शुरू होता है।
जीवन के लिए सबसे महत्वपूर्ण मानदंड पानी है। कार्बन चक्र की तरह, जल चक्र जीवित चीजों, पृथ्वी और वायुमंडल के बीच पानी को स्थानांतरित करने की प्रक्रिया है। पृथ्वी पर मौजूद जल निकायों जैसे झीलों, नदियों और महासागरों से पानी वाष्पित हो जाता है। जल वाष्प बादलों में संघनित होता है और वर्षा बनाता है जो पृथ्वी पर पानी लौटाता है। पृथ्वी पर, कुछ पानी उन झीलों और महासागरों में वापस आ जाता है जिनसे इसकी उत्पत्ति हुई थी, और कुछ भूजल का निर्माण करते हुए जमीन में समा जाते हैं। जीवित जीव, जैसे पौधे और जानवर, पानी का उपभोग करते हैं। चक्र को जारी रखते हुए पानी फिर से वाष्पित हो जाता है।
कुछ वैज्ञानिकों का तर्क है कि पारिस्थितिकी तंत्र पूर्ण पुनर्चक्रण में सक्षम है। पूर्ण पुनर्चक्रण का अर्थ है कि 100% अपशिष्ट पदार्थ अनिश्चित काल के लिए पुनर्गठित होने में सक्षम है। अन्य वैज्ञानिक इस विचार का विरोध करते हुए दावा करते हैं कि तकनीकी कचरे के लिए पूर्ण पुनर्चक्रण संभव नहीं है।
जैविक खेती में पारिस्थितिक पुनर्चक्रण बहुत आम है। पारिस्थितिक तंत्र पुनर्चक्रण का संचालन करने वाले जैविक फार्म अधिक प्रजातियों का समर्थन करते हैं, इसलिए, एक अलग खाद्य वेब संरचना होती है। पारिस्थितिक पुनर्चक्रण कृषि मॉडल नीचे दिए गए सिद्धांतों का पालन करता है:
1. पदार्थ का एक रूप से दूसरे रूप में परिवर्तन - पोषक चक्र पदार्थ के विभिन्न विशिष्ट रूपों में परिवर्तन की अनुमति देता है जो विभिन्न जीवों में उस तत्व के उपयोग को सक्षम बनाता है।
2. तत्वों का एक स्थान से दूसरे स्थान पर स्थानांतरण - पोषक चक्र तत्वों को एक स्थान से दूसरे स्थान पर स्थानांतरित करने की अनुमति देते हैं। कुछ तत्व उन क्षेत्रों में अत्यधिक केंद्रित होते हैं जो अधिकांश जीवित जीवों के लिए दुर्गम होते हैं, जैसे कि वातावरण में नाइट्रोजन। पोषक चक्र इन तत्वों को मिट्टी जैसे अधिक सुलभ स्थानों पर स्थानांतरित करने की अनुमति देते हैं।
3. पारितंत्र की कार्यप्रणाली - पोषक चक्र पारिस्थितिक तंत्र के कामकाज में सहायता करते हैं। पारिस्थितिकी तंत्र, जिसे ठीक से काम करने के लिए संतुलन की स्थिति की आवश्यकता होती है, पोषक चक्रों के माध्यम से संतुलन की स्थिति में बहाल हो जाती है।
4. तत्वों का भंडारण - पोषक चक्र तत्वों के भंडारण की सुविधा प्रदान करते हैं। पोषक चक्र के माध्यम से ले जाने वाले तत्व अपने प्राकृतिक जलाशयों में जमा हो जाते हैं और जीवों को कम मात्रा में छोड़े जाते हैं जो उपभोग योग्य होते हैं।
5. जीवों, सजीवों और निर्जीवों को जोड़ना - पोषक चक्र सजीवों को सजीवों से, सजीवों को निर्जीवों से तथा निर्जीव जीवों को निर्जीव जीवों से जोड़ते हैं। यह आवश्यक है क्योंकि सभी जीव एक दूसरे पर निर्भर हैं और जीवित जीवों के अस्तित्व के लिए महत्वपूर्ण हैं। ये जीव पोषक तत्वों के प्रवाह से जुड़े होते हैं जो पोषक चक्रों द्वारा निर्मित होते हैं।
6. पदार्थों के प्रवाह को नियंत्रित करें - पोषक चक्र पदार्थों के प्रवाह को नियंत्रित करते हैं। चूंकि पोषक चक्र विभिन्न क्षेत्रों से गुजरते हैं, तत्वों के प्रवाह को नियंत्रित किया जाता है क्योंकि प्रत्येक क्षेत्र में एक विशेष माध्यम और दर होती है जिस पर तत्वों का प्रवाह माध्यम की चिपचिपाहट और घनत्व से निर्धारित होता है। इसलिए, पोषक चक्र में तत्व चक्र के भीतर अलग-अलग दरों पर प्रवाहित होते हैं और यह उन चक्रों में तत्वों के प्रवाह को नियंत्रित करता है।
