પાક-દેહધર્મવિદ્યા

પાક–દેહધર્મવિદ્યા : પેશીરચના અને તેને અનુરૂપ ચયાપચયની આંતરિક પ્રક્રિયાનો પરસ્પર સંબંધ તથા બીજના સ્ફુરણથી માંડી તબક્કાવાર વૃદ્ધિ અને વિકાસ દ્વારા નવા બીજના નિર્માણ સુધીની તમામ આંતરિક પ્રક્રિયાઓનું જ્ઞાન. માનવીની ખોરાક અને કપડાંની પ્રાથમિક જરૂરિયાત વનસ્પતિ પૂરી પાડે છે. કોલસો, ખનિજ-તેલ, ગૅસ વગેરે વનસ્પતિના અશ્મીભૂત સ્તરોને આભારી છે. પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયા દ્વારા વનસ્પતિ હવામાંનો અંગારવાયુ વાપરી વાતાવરણમાં પ્રાણવાયુની વૃદ્ધિ કરે છે, જે સજીવના શ્વસન માટે અનિવાર્ય છે. માનવ આદિની ખોરાકની જરૂરિયાત મુખ્યત્વે ખેતીના પાકોમાંથી મળે છે, જેમાં કાર્બોદિત પદાર્થના 66 % અને નત્રલ (proteins) પદાર્થના અંદાજે 50 % માત્ર 15થી 20 પ્રકારના ખેતીના પાકોમાંથી મળે છે. પ્રાણિજ ખાદ્ય સામગ્રીમાંથી મળતી ચરબી અને નત્રલ પદાર્થોનો આધાર પણ આડકતરી રીતે વનસ્પતિ પર જ છે (ઇવાન્સ-1979). ખાદ્ય સામગ્રી ત્રિકોણ(food triangle)નો મૂળભૂત પાયો ખેતીના પાકો જ છે. આમ, ભૂખમરામાંથી માનવ-સંસ્કૃતિને ઉગારનાર ખેતીના પાકો કલ્યાણકારી છે.

ખાદ્ય સામગ્રી સજીવના બંધારણ (structure) માટેના મૂળભૂત પદાર્થો તથા જીવનજરૂરી ચયાપચયની પ્રક્રિયા માટેની ઊર્જા પૂરી પાડે છે. આ ઊર્જાસંચયનો સ્રોત તે સૂર્યમાંથી અવિરતપણે પૃથ્વી ઉપર કિરણો દ્વારા મળતી સૌરશક્તિ છે. વનસ્પતિમાં મુખ્યત્વે પર્ણમાંનાં હરિતકણો, પાણી તેમજ અંગારવાયુની ઉપસ્થિતિમાં પ્રકાશસંશ્લેષણ દ્વારા સૌરશક્તિનું સૂકા વજનના ઉત્પાદન તરીકે રૂપાંતર થાય છે અને પ્રાણવાયુ ઉપલબ્ધ બને છે. વનસ્પતિની દેહધાર્મિક પ્રક્રિયાઓનું આ મુખ્ય જમા પાસું છે.

વનસ્પતિની આંતરિક પ્રક્રિયાઓ અને બાહ્ય સ્વરૂપ પરસ્પરાવલંબી છે. તે થકી વનસ્પતિનાં મૂળ, પ્રકાંડ, પર્ણ, પુષ્પ કે પુષ્પવિન્યાસ, ફળ તથા બીજ જેવાં વિવિધ અંગોને અનુરૂપ કોષ/પેશીસંરચના-(anatomy)નું નિર્માણ થાય છે. તેમાં મુખ્યત્વે બીજાંકુરણ, વૃદ્ધિ અને વિકાસ, મૂળ દ્વારા જમીનમાંથી પાણી તેમજ અન્ય રાસાયણિક દ્રવ્યોનું શોષાવું, મૂળની અગ્રકલિકાથી પ્રકાંડ અને પર્ણની અગ્રકલિકા સુધી તે દ્રવ્યોનું વહન; એક જગ્યાએ નિર્માણ થયેલ દ્રવ્યનું અન્ય દિશામાં વહન; બાષ્પોત્સર્જન; ચયાપચય (શ્વસન અને પ્રકાશસંશ્લેષણ), ફૂલ બેસવાં તેમજ ફળ અને બીજ બંધાવાની પ્રક્રિયાનો સમાવેશ થાય છે. આ દરેક પ્રક્રિયા અગત્યની છે. પરંતુ તેમાં વૃદ્ધિ અને વિકાસ તથા પ્રકાશસંશ્લેષણ પાક-ઉત્પાદકતા સંબંધે ખાસ અગત્ય ધરાવે છે. આ તમામ પ્રક્રિયાઓ સજીવના આનુવંશિક ગુણધર્મો અને વાતાવરણનાં પરિબળોને અધીન હોય છે. કૃષિ-ઉત્પાદનવૃદ્ધિના હેતુ માટે દેહધર્મવિદ્યાનો ઉપયોગ તે જ આ મૂળભૂત વિદ્યાશાખાનું વ્યાવહારિક મહત્વ છે.

ડૉક્ટર બોલ્સે (1915) કપાસની ઉત્પાદનક્ષમતા પર અસર કરતાં પરિબળોનો અભ્યાસ કર્યો. ત્યારથી પાક-દેહધર્મવિદ્યાના કૃષિક્ષેત્રે પાક-ઉત્પાદનલક્ષી ઉપયોગ અર્થે પગરણ મંડાયાં. ત્યારબાદ લંડન ખાતે સને 1924માં મળેલ ઇમ્પીરિયલ બૉટેનિકલ કૉંગ્રેસમાં ડૉ. બોલ્સ અને અન્ય વૈજ્ઞાનિકોએ તે સમયે પ્રવર્તમાન ઉત્પાદનલક્ષી ખેતપદ્ધતિઓનું સર્વેક્ષણ કરી દેહધર્મવિદ્યાનાં વિવિધ પાસાંઓનું પાક-ઉત્પાદકતા પરનું મહત્વ પ્રસ્થાપિત કર્યું. પાક-દેહધર્મવિદ્યામાં વૃદ્ધિ અને વિકાસનો દર, છોડનું સૂકું વજન, પર્ણનો ઘેરાવો (leaf area) તેમજ સુપાચ્ય દ્રવ્યોના વહનનો ચોખ્ખો દર (net assimilation rate) જેવાં વિવિધ પાસાંઓનો અભ્યાસ કરી તે દ્વારા પાક-ઉત્પાદકતાના પ્રકાશ-સંશ્લેષણક્ષમતા પરના અવલંબનનો સવિસ્તર ઉલ્લેખ કરવામાં આવ્યો. આ ઉપરાંત પાક-જીવનચક્રના વિવિધ તબક્કા દરમિયાન વાતાવરણનાં પરિબળોની દેહધાર્મિક પ્રક્રિયાઓ દ્વારા પાક-ઉત્પાદનક્ષમતા પર થતી ચોક્કસ અસરને પણ પ્રાધાન્ય આપવામાં આવ્યું.

પાક-દેહધર્મવિદ્યાનાં વિવિધ પાસાંઓમાં મુખ્યત: નીચે દર્શાવેલ પરિમાણોનો સમાવેશ થાય છે :

પાકની વૃદ્ધિ અને વિકાસનો દર : દેહધાર્મિક પ્રક્રિયાઓને મુખ્યત્વે ત્રણ તબક્કામાં વહેંચી શકાય :

1.  બીજાંકુરણથી કૂંપળનો ઉગાવો (lag phase)
2.  વાનસ્પતિક વૃદ્ધિ (exponential phase)
3.  પ્રજનનીય વૃદ્ધિ (stationary phase)

પાકમાં થતી દેહધાર્મિક પ્રક્રિયાઓનો આધાર તેનાં વિવિધ પાસાંઓમાં છોડનાં વિવિધ અંગો-મૂળ, પર્ણ, પ્રકાંડ, ફળ, બીજ વગેરેમાંની ક્રિયાઓ છે. પાકનાં જીવનચક્રના પ્રત્યેક તબક્કા દરમિયાન નિયત સમયે આ દેહધાર્મિક પ્રક્રિયાઓનો દર ફેરફારવાળો વધતો / ઘટતો જોવા મળે છે.

પાક-વૃદ્ધિદર : પાકમાં જુદાં જુદાં અંગોમાં અલગ અલગ વૃદ્ધિદરને કારણે સામાન્ય અંગ્રેજી ‘S’ આકારનો વૃદ્ધિદર જોવા મળે છે. પાકમાં બીજાંકુરણથી કૂંપળ પ્રસ્થાપિત થાય તે સમય દરમિયાન તેના વૃદ્ધિદરમાં (સૂકા વજનમાં)  પહેલાં એક કે બે અઠવાડિયાં સુધી ખાસ વધારો જોવા મળતો નથી. (તબક્કો 1). કૂંપળો ફૂટતાંની સાથે જ પ્રકાંડ અને પર્ણનો વિકાસ શરૂ થાય છે અને આ સતત પ્રક્રિયા હોઈ છોડ એકદમ વધતો જોવા મળે છે. (તબક્કો – 2). ફળની બેસવાની તેમજ બીજ બંધાવાની પ્રક્રિયા સમયે પ્રકાંડ અને પર્ણના સૂકા વજનમાં કાંઈક અંશે ઘટાડો થતો હોવાથી પાકમાં કાપણી પહેલાંની અવસ્થા સુધી વૃદ્ધિદર એકસરખો રહેતો જોવા મળે છે. (તબક્કો 3)

પાક-વૃદ્ધિદરનું વિશ્લેષણ : છોડના સૂકા વજન અને પર્ણના ઘેરાવાનું સમયાંતરે / દર અઠવાડિયે અવલોકન કરી વિશ્લેષણ કરવામાં આવે છે. અન્ય દેહધાર્મિક પ્રક્રિયાઓનું વિશ્લેષણ પ્રસ્થાપિત કરેલ સમીકરણોના ઉપયોગથી કરવામાં આવે છે.

વૃદ્ધિવિકાસનાં પાસાંઓ : સાપેક્ષ વૃદ્ધિદર (relative growth rate) : ચોક્કસ સમય દરમિયાન પ્રારંભિક અને અંતિમ તબક્કે છોડના સૂકા વજનમાં થતો ફેરફાર નિર્દિષ્ટ કરે છે.

RGR : 1/w × dw / dt

સાપેક્ષ વૃદ્ધિદર અને પાચક દ્રવ્યોના વહનનો ચોખ્ખો દર એકબીજા પર આધારિત છે. આ બંને પાસાંઓના અભ્યાસથી વનસ્પતિની સૂકા વજનની ઉત્પાદનક્ષમતાનો અંદાજ મેળવી શકાય.

પાક-વૃદ્ધિદર (crop growth rate) : પ્રતિએકમ-વિસ્તારમાં પાકમાં ચોક્કસ સમયગાળા દરમિયાન જોવા મળતો સૂકા વજનનો વૃદ્ધિદર. તેના દ્વારા પાકની ઉત્પાદનક્ષમતાનો અંદાજ કાઢી શકાય છે.

CGR : 1/p ×  dw / dt

પર્ણ-વિસ્તારઆંક (leaf area index) : એકમ-વિસ્તાર અને ઊભા પાકનાં પર્ણ-વિસ્તારનો ગુણોત્તર, જે દ્વારા પાકમાં પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયાઓનો અંદાજ કરી શકાય.

LAI : LA/P

પર્ણ-વિસ્તાર-ગુણોત્તર (leaf area ratio) છોડદીઠ પર્ણનો વિસ્તાર અને છોડના કુલ સૂકા વજનનો ગુણોત્તર, તે દ્વારા ચોક્કસ સમયે પાકમાં પર્ણની ભરપૂરતાનો અંદાજ કાઢી શકાય.

LAR : LA/w

પર્ણ-વિસ્તારની સમયમર્યાદા (leaf-area duration) : પાકની વૃદ્ધિવિકાસની વિવિધ અવસ્થાઓ (વાનસ્પતિક તથા પ્રજનનીય) દરમિયાન એકમ-વિસ્તાર દીઠ પર્ણ-વિસ્તારનું સાતત્ય અને તેની મહત્તમ સ્થિતિ પ્રદર્શિત કરે છે. બીજા અર્થમાં જોઈએ તો સંપૂર્ણ ઋતુ દરમિયાન પર્ણ દ્વારા શોષવામાં આવતા સૂર્યપ્રકાશનું પ્રમાણ કે જેનો પાકનાં ઉત્પાદન સાથે સીધો સંબંધ પ્રસ્થાપિત થયેલ છે.

LAD : (LA₂LA₁) (T₂T₁) / 2

પાચક દ્રવ્યોના વહનનો ચોખ્ખો દર (net assimilation rate) : એકમ પૂર્ણવિસ્તારદીઠ પ્રકાશસંશ્લેષિત પાચક દ્રવ્યોનો ચોખ્ખો વહનદર. આ દ્રવ્યોમાં જમીનમાંથી મૂળ દ્વારા શોષાયેલ ખનિજદ્રવ્યનું પ્રમાણ નહિવત્ હોય છે.

NAR : 1/LA ×  dw/dt

સૂકા વજનની સમયમર્યાદા (dry weight durataion) : પર્ણ-વિસ્તારની સમયમર્યાદાની જેમ એકમવિસ્તારદીઠ પાકની જુદી જુદી અવસ્થાના સમય દરમિયાન તેના છોડના સૂકા વજનનું સાતત્ય અને તેની પાક-ઉત્પાદકતા સાથેની મહત્તા દર્શાવે છે.

DWd : (DW_{2 –}  DW₁) (T₂ – T₁)₂

ઉપર્યુક્ત બધાં સૂત્રોમાં DW : છોડનું સૂકું વજન; LA : પર્ણનો વિસ્તાર P : પર્ણનો જમીન પરનો સાપેક્ષ વિસ્તાર ; T : સમય.

પાક-દેહધર્મવિદ્યાનાં ઉપર્યુક્ત પાસાંઓ દ્વારા પાકનું બાહ્ય સ્વરૂપ તેમજ કેટલેક અંશે આંતિરક જીવરાસાયણિક પ્રક્રિયાઓના અભ્યાસથી પાકની ઉત્પાદનક્ષમતા વિશે ખ્યાલ મેળવી શકાય છે.

પાકનાં જીવનચક્રની વિવિધ અવસ્થાઓ દરમિયાન તેના જુદા જુદા ભાગોમાં સમયોચિત સૂકા વજનની વહેંચણીની તેની ઉત્પાદનક્ષમતા ઉપર સીધી અસર જોવા મળે છે.

બીજની વૃદ્ધિ, વિભેદીકરણ (differntiation) અને વિકાસ જમીનમાંનાં ભેજ (પાણી) અને પોષકતત્વ (નત્રલ તત્વ) પર આધારિત છે. આ ઉપરાંત વાતાવરણનાં અન્ય પરિબળોની અસર તો ખરી જ. અગાઉ નમૂનારૂપ આલેખમાં નિર્દિષ્ટ કરેલ સતત વધતો જતો પાક- વૃદ્ધિદર પાકની ઉત્પાદનક્ષમતા જાણવા અને સમજવા માટેનું ધ્યાનાકર્ષક અને અગત્યનું પાસું છે. એક અંદાજ પ્રમાણે મોટાભાગના પાકોમાં દરરોજ 200 કિગ્રા. પ્રતિહેક્ટર પાક-વૃદ્ધિદર સામાન્ય છે, જે મકાઈ અને અન્ય કેટલાક પાકોમાં 300 કિગ્રા. કે તેથી વધુ પ્રમાણમાં જોવા મળે છે.

આમ પાકમાં જીવનચક્ર દરમિયાન તેનાં વિવિધ અંગોની વૃદ્ધિ અને વિસ્તારનું ચોક્કસ સમયે થતું પૃથક્કરણ પાકની ઉત્પાદનક્ષમતાની લાક્ષણિકતા સમજવામાં અગત્યનું પાસું છે.

વૃદ્ધિના તબક્કા : ઘઉં અને ડાંગરના પાકમાં પ્રાથમિક વૃદ્ધિના તબક્કા હેઠળ કુલ નવ જેટલી પાકની મુખ્ય અવસ્થાઓનો સમાવેશ કરેલ છે. તેમાં વાનસ્પતિક વૃદ્ધિ બીજાંકુરણથી માંડી ધ્વજપર્ણની ફૂટ સુધીના ચાર તબક્કા તેમજ પ્રજનનીય વૃદ્ધિના પુષ્પવિન્યાસ બેસવાથી દાણા પાકવા સુધીના પાંચ તબક્કા આવરી લેવામાં આવ્યા છે. ઉપરાંત આ બંને પાકમાં નવ પ્રાથમિક અવસ્થાઓ સામે સાઠ જેટલા દ્વિતીય કક્ષાના વૃદ્ધિ-તબક્કા નક્કી કરેલ છે.

જુવાર અને મકાઈના પાકમાં પણ વાનસ્પતિક અને પ્રજનનીય – એમ બંનેના મળી કુલ નવ પ્રાથમિક દેહધાર્મિક તબક્કાઓ નક્કી કરવામાં આવ્યા છે. આ જ પ્રમાણે મગફળી અને કપાસના વાનસ્પતિક વૃદ્ધિના ઓછામાં ઓછા ત્રણ અને નવ પ્રજનનીય તબક્કાઓ નક્કી કરવામાં આવેલ છે.

આમ, પાક-દેહધર્મવિદ્યાના લાંબા ગાળાના અભ્યાસ પરથી કૃષિઆબોહવાકીય વિસ્તારને અનુરૂપ પાકની કેવી જાત હોવી જોઈએ તે માટેના ‘આદર્શ પાક’ના નમૂના તૈયાર કરવામાં આવ્યા છે. આવા નમૂનારૂપ પાકનાં વાવેતરનું આયોજન કરવામાં આવે તો નિ:શંક પાક- ઉત્પાદકતા (એકમ-વિસ્તારમાં ઉત્પાદન) વધારી શકાય. એક તરફ જ્યારે જગતભરમાં અંદાજે માત્ર 3.00 % જમીન પર જ ખેતી થાય છે તેમજ શહેરીકરણની હરણફાળને કારણે પ્રતિદિન ખેતીની જમીન ઘટતી જાય છે અને બીજી તરફ વસ્તી વધતી જાય છે ત્યારે ભાવિ પેઢી માટે અન્ન અંગેની ઘેરી બનતી જતી સમસ્યાને પહોંચી વળવા એકમ-વિસ્તારદીઠ પાક-ઉત્પાદનક્ષમતા વધારવી જરૂરી છે. તેમાં પાક-દેહધર્મવિદ્યા નિ:શંક મહત્વનો ભાગ ભજવી શકે છે.

પરેશ હરિપ્રસાદ ભટ્ટ