ઉત્પાદકતા (productivity) (વનસ્પતિશાસ્ત્ર)

January, 2004

ઉત્પાદકતા (productivity) (વનસ્પતિશાસ્ત્ર) : એકમ ક્ષેત્રફળ અને એકમ સમયમાં સજીવો દ્વારા થતું ઉત્પાદન. ઉત્પાદન-પરિસ્થિતિવિજ્ઞાન (production-ecology) લીલી વનસ્પતિઓ, તૃણાહારીઓ (herbivorous) અને માંસાહારીઓ (carnivorous) દ્વારા થતી ઉત્પાદનલક્ષી પ્રક્રિયાઓ અને ઉત્પાદકતા સાથે સંકળાયેલું વિજ્ઞાન છે. આ પ્રકારનો અભ્યાસ સંપદાઓ(resources)ના પ્રબંધમાં મૂળભૂત અગત્ય ધરાવે છે. માનવ-કલ્યાણ અર્થે નવપ્રસ્થાન પામેલા ઇન્ટરનૅશનલ બાયૉલૉજિકલ પ્રોગ્રામ (IBP) દ્વારા ભૌમિક, મીઠા જળના અને દરિયાઈ નિવસનતંત્રોની ઉત્પાદકતા અને વૈશ્વિક સ્તરે તેના સંરક્ષણ ઉપર વિસ્તૃત સંશોધનો થઈ રહ્યાં છે.

સજીવોના વજનના સંદર્ભે [જેને જૈવભાર (biomass) કહે છે] કોઈ પણ ક્ષણે ઉત્પાદનનું પરિમાપન (estimation) કરવું સરળ હોય છે. કોઈ એક નિશ્ચિત ક્ષણે નિવસનતંત્રમાં રહેલા જૈવભારને ઊભો પાક (standing crop) કહે છે. કુલ જૈવભારને અનુલક્ષીને કાર્બનિક દ્રવ્યના પુનર્નિમાણના દરને કુલ વિક્રય (turnover) કહે છે. કેટલીકવાર ફૉસ્ફરસ જેવાં કેટલાંક તત્વો માટે પ્લવકો(planktons)-માંથી પાણીમાં પ્રતિકલાકે અંશત: પાછા ફરવાના દરને કુલ વિક્રયનો દર કહે છે. કુલ વિક્રયની નીચેના સૂત્ર દ્વારા ગણતરી કરવામાં આવે છે :

જ્યાં T = કુલવિક્રય, B = જૈવભાર, Bmax = વર્ષ દરમિયાન મહત્તમ જૈવભાર, Bmin = વર્ષ દરમિયાન લઘુતમ જૈવભાર.

પ્રાથમિક ઉત્પાદકતા : તે ઉત્પાદકોની પ્રકાશસંશ્લેષી અને રસાયણ-સંશ્લેષી (chemosynthetic) સક્રિયતા દ્વારા કાર્બનિક પદાર્થો-સ્વરૂપે સંચિત થતી સૌર ઊર્જાનો દર છે. તેના બે પ્રકાર છે :

(1) કુલ પ્રાથમિક ઉત્પાદકતા [gross primary productivity (GPP)] – તે માપન-સમય દરમિયાન શ્વસનમાં વપરાતા કાર્બનિક દ્રવ્યના જથ્થા સહિતનો પ્રકાશસંશ્લેષણનો કુલ દર છે. તેને કુલ પ્રકાશસંશ્લેષણ (total photosynthesis) અથવા કુલ સ્વાંગીકરણ (total assimilation) પણ કહે છે અને તેનું માપન કાં તો ક્લૉરોફિલ દ્રવ્ય/ગ્રા. શુષ્ક વજન/એકમ ક્ષેત્રફળ કે સ્થાપિત કાર્બન ડાયૉક્સાઇડનો જથ્થો/ગ્રા. ક્લૉરોફિલ/કલાકને અનુલક્ષીને કરી શકાય છે.

(2) ચોખ્ખી પ્રાથમિક ઉત્પાદકતા [net primary productivity (NPP)] – કુલ સ્વાંગીકરણ(અથવા કુલ પ્રાથમિક ઉત્પાદન)નો કેટલોક ભાગ શ્વસન અને વનસ્પતિદેહની જાળવણીમાં વપરાય છે; બાકીનો ભાગ સંચિત થાય છે અને વૃદ્ધિ અને વિકાસમાં ઉપયોગમાં લેવાય છે. આમ, ચોખ્ખી પ્રાથમિક ઉત્પાદકતા માપન સમય દરમિયાન શ્વસનમાં અને વિવિધ દેહધાર્મિક પ્રક્રિયામાં થતા સંચિત કાર્બનિક દ્રવ્યના વપરાશ બાદ વનસ્પતિ-પેશીમાં કાર્બનિક દ્રવ્યના થતા સંચયનો દર છે. તેને ર્દષ્ટ પ્રકાશસંશ્લેષણ (apparent photosynthesis) કે ચોખ્ખું સ્વાંગીકરણ (net assimilation) પણ કહે છે. (ચોખ્ખું સ્વાંગીકરણ = કુલ ઉત્પાદન-શ્વસન). ચોખ્ખું પ્રાથમિક ઉત્પાદન મહત્વની પરિસ્થિતિવિદ્યાકીય લાક્ષણિકતા છે, કારણ કે તે ઉપભોક્તા સજીવ માટે મહત્તમ પ્રાપ્ય ઊર્જાસ્રોત દર્શાવે છે અને સમગ્ર સામુદાયિક આહારજાળ(community fedweb)નું નિયમન કરે છે. પ્રાણીઓમાં આવો તફાવત જોવા મળતો નથી, કારણ કે અંતર્ગૃહીત ખોરાકનું અંશત: સ્વાંગીકરણ થાય છે અને બાકીનાનું ઉત્સર્જન થાય છે. સ્વાંગીકૃત ખોરાક ચોખ્ખા ઉત્પાદનને સમકક્ષ છે. કુદરતમાં ઉપભોક્તાઓ (consumers) અથવા વિષમપોષીઓ (heterotrophs) દ્વારા ચોખ્ખા ઉત્પાદનનો કેટલોક ભાગ સતત નિકાલ પામ્યાં કરે છે અને કેટલોક ભાગ મૃત્યુ પામે છે. આમ, પ્રાણીઓમાં ચોખ્ખું ઉત્પાદન શોધવું સરળ નથી; પરંતુ સમુદાયમાં રહી જતા ભાગને ચોખ્ખું સામુદાયિક ઉત્પાદન [net community production (NCP)] કહે છે. આમ, ચોખ્ખું સામુદાયિક ઉત્પાદન વિષમપોષીઓ દ્વારા બિનવપરાયેલ કાર્બનિક દ્રવ્યના સંચયનો દર છે. તે ચોખ્ખા પ્રાથમિક ઉત્પાદનમાંથી વિષમપોષીઓએ કરેલા કાર્બનિક દ્રવ્યના વ્યય(consumption)ની બાદબાકી છે અને સામાન્યત: કિગ્રા. ઉત્પાદન મી.-2 એકમસમય-1 માપવામાં આવે છે. તે એકમસમય દિવસ, માસ, વૃદ્ધિ-ઋતુ કે વર્ષ દ્વારા અભિવ્યક્ત કરાય છે.

દ્વિતીયક ઉત્પાદકતા : તે ઉપભોક્તાની વિવિધપોષી-કક્ષાઓ(trophic levels)એ થતો ઊર્જાનો સંચય છે. તૃણાહારીઓ દ્વિતીયક પોષી-કક્ષામાં અને માંસભક્ષીઓ તૃતીય અને તે પછીની પોષી-કક્ષામાં આવે છે. ઉપભોક્તાઓ કાર્બનિક ખોરાક લે છે અને તેના કેટલાક ભાગનું ઉત્સર્જન કરે છે. સ્વાંગીકરણ દ્વારા પ્રાપ્ય બધી જ ઊર્જાનો વૃદ્ધિ, વિકાસ અને પ્રજનનમાં ઉપયોગ થતો નથી; પરંતુ ઊર્જાનો મોટો જથ્થો શ્વસન, શરીરની ઉષ્માની જાળવણી અને ખોરાકગ્રહણ જેવી નિત્યક્રમની ક્રિયાઓમાં વપરાય છે. પ્રાણી-પેશીઓમાં સંચિત થતી બાકીની ઊર્જાને ચોખ્ખું દ્વિતીયક ઉત્પાદન [net secondary production] કહે છે. આમ, દ્વિતીયક ઉત્પાદનને કુલ અને ચોખ્ખા ઉત્પાદન તરીકે વર્ગીકૃત કરી શકાતું નથી. ઉષ્ણરુધિરવાળાં (warm-blooded) પ્રાણીઓ (~ 70 %) કરતાં શીતરુધિરવાળાં (cold-blooded) પ્રાણીઓ(~30 %)ની સ્વાંગીકરણ-ક્ષમતા ઘણી ઓછી હોય છે. શીતરુધિરવાળાં પ્રાણીઓનું પોષણ-મૂલ્ય (maintenance cost) ઓછું હોવાને કારણે તેઓ ઉષ્ણરુધિરવાળાં પ્રાણીઓ કરતાં દ્વિતીયક ઉત્પાદન બાબતે વધારે ક્ષમતા ધરાવે છે. દ્વિતીયક ઉત્પાદકતા સામાન્યત: એક સજીવમાંથી બીજા સજીવમાં ગતિમાન રહે છે, જ્યારે પ્રાથમિક ઉત્પાદકતા સ્વસ્થાને (in situ) રહે છે.

અપરદહારીઓ (detrivorous) અને વિઘટકો બધાં જ પોષી-ઘટકોના મૃત કાર્બનિક અવશેષો ઉપર જીવે છે. અપરદપથ પર ઊર્જાનું વહન થાય છે અને તેના કેટલાક ભાગનું પુનશ્ચક્રણ (recycling) થાય છે. આ પુનશ્ચક્રણ સૂક્ષ્મજીવોની વૃદ્ધિની ઊંચી ક્ષમતાને લીધે અપરદ કે મૃતભક્ષી (saprovorous) પોષી-કક્ષામાં વધારે ઉત્પાદન થાય છે. ભૌમિક નિવસનતંત્રમાં વિષમપોષી ઉત્પાદકતા મોટેભાગે મૃતભક્ષીઓને કારણે હોય છે; જ્યારે જલીય નિવસનતંત્રમાં દ્વિતીય ઉત્પાદકતા આહાર-શૃંખલા(food chain)માં અનેક કડીઓ (links) સાથે વધારે સંબંધિત હોય છે.

અન્ન ઉત્પાદનના મૂલ્યાંકન માટે ઉત્પાદકતાનાં ત્રણ મૂળભૂત પાસાંઓના આંતરસંબંધો મહત્વના છે, જે આ પ્રમાણે છે :

(1) સ્થિતશસ્ય : કોઈ એક આપેલા સમયે સ્થિતશસ્ય કે સ્થિત-જૈવભાર(standing biomass)નો નિશ્ચિત વિસ્તારની ઉત્પાદકતા સાથે સંબંધ નથી. કોઈ એક ક્ષણે નિવસનતંત્રમાં સજીવોની સંખ્યા કે તેમના વજન દ્વારા તેની ઉત્પાદકતાનું પરિમાપન થઈ શકતું નથી, કારણ કે તેમની ઉત્પત્તિની સાથે સાથે તેમનો ઉપભોગ થાય છે; દા. ત., ઢોરો દ્વારા ચરાતા ફળદ્રૂપ ઘાસના મેદાનનો સ્થિતશસ્ય બિનચરાણ છતાં ઓછા ફળદ્રૂપ ઘાસના મેદાન કરતાં માપન-સમયે ઘણો ઓછો હોઈ શકે. જો સજીવો મોટા હોય અને અમુક નિશ્ચિત સમય સુધી જીવંત દ્રવ્યનો કોઈ વપરાશ થતો ન હોય અને તેનો સંચય થતો હોય [દા. ત., કૃષ્ટ શસ્ય (cultivated crop)] તેમની ચોખ્ખી પ્રાથમિક ઉત્પાદકતા સ્થિતશસ્યની માહિતી ઉપરથી પ્રાપ્ત કરી શકાય છે. ઉત્પાદકતા માપવા માટે સ્થિતશસ્ય (જૈવભાર) શુષ્ક વજન ગ્રા.મી.2 દ્વારા સામાન્યત: દર્શાવાય છે.

ઘાસચારો, ખોરાક અને બળતણ ઉપરાંત, નિવસનતંત્રનું સ્થિતશસ્ય ઘણાં સજીવો માટે રહેઠાણ આપે છે. જંગલમાં વૃક્ષો ઘણાં પ્રાણીઓ અને પક્ષીઓને આશ્રય આપે છે અને આબોહવાકીય પરિવર્તનો લાવવામાં મહત્વનો ભાગ ભજવે છે. આમ, વાનસ્પતિક જૈવભાર જેટલો વધારે તેટલો જ આશ્રિત પ્રાણીઓનો જૈવભાર વધારે હોય છે.

(2) જૈવદ્રવ્યનું નિષ્કાસન (removal) : મનુષ્યને ખોરાકનો પુરવઠો પૂરો પાડવા નિવસનતંત્રમાંથી જૈવિક દ્રવ્યના થતા નિષ્કાસનને ઉત્પાદન (field) કહે છે. ઉપરાંત, સજીવોનું નિષ્કાસન સ્થળાંતર અને કાર્બનિક નિક્ષેપો(organic deposits)ની નિકાસ (withdrawal) દ્વારા થાય છે. આહારશૃંખલામાં શ્વસન દરમિયાન વ્યય પામતી કેટલીક ઊર્જા-સ્વરૂપે, અને બિનઉપયોગી વનસ્પતિ અને પ્રાણી-અવશેષો-સ્વરૂપે થતા જૈવ દ્રવ્યના નિષ્કાસન કરતાં પોષકદ્રવ્યો અને અભિગામીઓ (migrants) વધારે પ્રમાણમાં પૂરાં પાડવામાં આવે તો નિવસનતંત્રના સ્વનિયંત્રણની જાળવણી થાય છે. આમ, નિવસનતંત્રમાં બધા જ ઘટકોમાં યોગ્ય સંતુલન એવી રીતે જળવાવું જોઈએ જેથી સામુદાયિક વિક્ષેપ પડ્યા સિવાય કાપેલી ફસલની વસ્તીની વિપુલતાનું સમાયોજન(adjustment)  સંતુલન થાય.

(3) ઉત્પાદનદર (production rate) : નિશ્ચિત વિસ્તારમાં વૃદ્ધિની પ્રક્રિયાઓના દરને ઉત્પાદન-દર કહે છે. નિશ્ચિત સમયમાં ઉત્પાદનના દરને ઉત્પાદકતા કહે છે. નિશ્ચિત વિસ્તારમાં આપેલા સમયનો સ્થિતસસ્ય તે વિસ્તારની ઉત્પાદકતાનું પરિમાણ નથી. ઉત્પાદકતાનું વાસ્તવિક પરિમાણ ખોરાકના ઉત્પાદનના દર દ્વારા નક્કી થાય છે અને તેથી આપેલા સમયે હાજર સજીવોની સંખ્યાની ગણતરી કે વજન દ્વારા ઉત્પાદકતાનું નિર્ધારણ થતું નથી. જૈવભારના પુનરાવર્તિત માપન દ્વારા લગભગ (approximate) ઉત્પાદકતા પ્રાપ્ત કરી શકાય છે. મોટે ભાગે પારિભાષિક શબ્દ ઉત્પાદકતા અને પદ (phrase) ઉત્પાદન-દર અરસપરસ વાપરી શકાય છે. ઉત્પાદનનો અર્થ સંચિત કાર્બનિક દ્રવ્યનો જથ્થો થાય છે; જેમાં સમય-તત્વ હંમેશાં ધારી લેવામાં આવે છે.

મકાઈ અને શેરડી જેવી C4-વનસ્પતિઓમાં ચોખ્ખી ઉત્પાદકતા ઘઉં કે ડાંગર જેવી C3-વનસ્પતિઓની ચોખ્ખી ઉત્પાદકતા કરતાં વધારે હોય છે, કારણ કે C3-વનસ્પતિઓમાં પ્રકાશ-શ્વસન (photorespiration) દ્વારા થતા વ્યયને પરિણામે ચોખ્ખી ઉત્પાદકતામાં ઘટાડો થાય છે.

વિવિધ નિવસનતંત્રોની ઉત્પાદકતા : વિવિધ પ્રકારનાં નિવસનતંત્રોનું પ્રાથમિક ઉત્પાદન જુદું જુદું હોય છે. પ્રાથમિક ઉત્પાદનના દરનો આધાર ઉત્પાદક ઘટક ઉપર રહેલો છે, જેનાં પ્રકૃતિ અને કદ વિવિધ નિવસનતંત્રમાં બદલાતાં રહેતાં હોય છે. જોકે ઉત્પાદકનું કદ ઉત્પાદકતાનું નિર્ધારણ કરતું નથી, પરંતુ તેનો આધાર નિવસનતંત્રમાં વિકિરણી (radiant) ઊર્જાના સ્થાપનના દર ઉપર રહેલો છે. વિપુલ વસ્તી ધરાવતાં વિશાળકાય વૃક્ષોના અસ્તિત્વનો અર્થ એવો નથી થતો કે તળાવ [જ્યાં ઉત્પાદકો મુખ્યત્વે સૂક્ષ્મ વનસ્પતિ-પ્લવકો(phytoplanktons)-સ્વરૂપે જોવા મળે છે] કરતાં જંગલ પ્રાથમિક ઉત્પાદન બાબતે વધારે ક્ષમતા ધરાવે છે. આ ઉપરાંત પ્રાથમિક ઉત્પાદનનો દર ભૌતિક પરિબળો અને તંત્રને બહારથી પ્રાપ્ત થતી ઊર્જાની સહાય ઉપર આધાર રાખે છે. આવી ઊર્જા-સહાયમાં વર્ષા-જંગલ(rain forest)માં પવન; નદીના મુખપ્રદેશ(esturary)માં ભરતી-ઊર્જા; કૃષ્ટ (cultivated) શસ્યમાં જીવાશ્મ-ઇંધન (fossil-fuel) અને પ્રાણી અથવા માનવ કાર્ય-ઊર્જાનો સમાવેશ થાય છે.

ભૌતિક પરિબળો અનૂકળ હોય અને તંત્રની બહારથી ઊર્જા સહાયને લીધે પોષણ-મૂલ્યમાં ઘટાડો થાય ત્યારે નૈસર્ગિક અને સંવર્ધિત નિવસનતંત્રોમાં ઉત્પાદનના દર ઊંચા હોય છે. મુખ્ય નિવસનતંત્રોનું ચોખ્ખું પ્રાથમિક ઉત્પાદન આકૃતિ 1માં દર્શાવવામાં આવેલ છે :

આકૃતિ 1 : ચોખ્ખા પ્રાથમિક ઉત્પાદનનો વાર્ષિક સરેરાશ દર. સ્તંભ પછીની સંખ્યા કિલોકૅલરી મી.-2 વર્ષ-1 અને કૌંસમાં દર્શાવેલ સંખ્યા વિસ્તાર 106 કિમી.2 સૂચવે છે.

પૃથ્વીનું કુલ ક્ષેત્રફળ 510 × 106 કિમી.2 છે, જે પૈકી 149 × 106 કિમી.2નો વિસ્તાર ભૂમિ દ્વારા અને 361 × 106 સમુદ્ર દ્વારા રોકાયેલો છે. ભૂમિનું ચોખ્ખું ઉત્પાદન ઘણું વધારે છે, જે 3,285 કિલોકૅલરી મી.2 વર્ષ1 છે અને સમુદ્રનું સરેરાશ મૂલ્ય 698 કિલોકૅલરી મી.2 વર્ષ1 જેટલું છે. ઉષ્ણકટિબંધીય જંગલો(9,000 કિલોકૅલરી મી.2 વર્ષ1)ની ઉત્પાદકતા સમશીતોષ્ણ જંગલો(5,850 કિલોકૅલરી મી.2 વર્ષ1)ની ઉત્પાદકતા કરતાં લગભગ બેગણી થવા જાય છે. કળણ-(swamp)ભૂમિ (9,000 કિલોકૅલરી મી.2 વર્ષ1)ના ઉત્પાદનનો દર ઊંચો હોય છે. ખુલ્લા મહાસાગરો અને રણો, ખંડીય છાજલી (continental shelf), પ્રવાલખડકો (coral reesh), ઉત્પ્રવાહ-(upwelling) વિસ્તારો અને મુખપ્રદેશો જેવા સમુદ્ર-ભૂમિ અંતરાપૃષ્ઠ (interface) પ્રદેશોની તુલનામાં ઘણાં ઓછાં ઉત્પાદક હોય છે.

આમ, પૃથ્વીનો ઘણો મોટો ભાગ (80 %) ઓછું ઉત્પાદન આપે છે, કારણ કે પાણી (રણની તૃણભૂમિઓ) અને/અથવા પોષકતત્વો (દા. ત., ખુલ્લા મહાસાગરો) મુખ્ય સીમિત પરિબળો તરીકે કાર્ય કરે છે. મુખપ્રદેશો અને પ્રવાલખડકો જૈવપરિમંડળ(biosphere)ના મહત્તમ ઉત્પાદન આપતા પ્રદેશો અને રણો લઘુતમ ઉત્પાદન આપતા પ્રદેશો છે.

ભૌમિક નિવસનતંત્રનું કુલ પ્રાથમિક ઉત્પાદન લગભગ 130 × 1012 ટન શુષ્ક દ્રવ્ય/વર્ષ જેટલું થાય છે. કૃષ્ટ વિસ્તારોમાં 15 × 1012 ટન વર્ષ-1 જેટલું અને જંગલોમાં 48.7 × 1012 ટન વર્ષ-1 થાય છે.

ઉષ્ણકટિબંધીય કળણભૂમિઓ સૌથી વધારે ઉત્પાદક ભૌમિક નિવસનતંત્રો છે અને ભૂમિની સપાટીનો 1.3 % જેટલો વિસ્તાર રોકતી હોવા છતાં કુલ ઉત્પાદકતામાં 5.5 % જેટલો ફાળો આપે છે. જંગલો પછી સવાના બીજા ક્રમમાં આવતો વનસ્પતિસમૂહનો પ્રકાર છે અને પૃથ્વીની કુલ ઉત્પાદકતામાં આશરે 30 % જેટલો ફાળો આપે છે. દુનિયાનાં વિવિધ ભૌમિક નિવસનતંત્રોની કુલ પ્રાથમિક ઉત્પાદકતા સારણી 1માં આપવામાં આવેલી છે :

સારણી 1 : દુનિયાનાં વિવિધ ભૌમિક નિવસનતંત્રોની કુલ પ્રાથમિક ઉત્પાદકતા

ક્રમ નિવસનતંત્રનો ક્ષેત્રફળ વિસ્તાર

વાર્ષિક પ્રાથમિક

ઉત્પાદન

પ્રકાર 106 કિમી.2 % 1012 ટન %
 1. જંગલો 31.3 21.0 48.7 36.6
 2. સમશીતોષ્ણ વનસ્થળો

(woodlands)

2.0 1.3 3.0 2.3
 3. શૅપરૅલ (chaparral),

વન્ય ઝાડીપ્રદેશ (maquis),

ઝાડીઝાંખરાં (brush)

2.5 1.7 2.0 1.5
 4. સવાના 22.5 15.1 39.3 29.6
 5. સમશીતોષ્ણ તૃણભૂમિ 12.5 8.4 9.8 7.3
 6. ઉત્તરધ્રુવીય અને ઉચ્ચ

પર્વતીય (alpine) ટુંડ્ર

9.5 6.4 2.1 1.6
 7. રણ અને અર્ધ-રણ

(semi-desert) બીડ

21.0 14.1 3.0 2.3
 8. અતિરણ 9.0 6.0 0.13 0.1
 9. સ્થાયી હિમ (perpetual ice) 15.5 10.4 0.0 0.0
10. સરોવરો અને ઝરણાં 2.0 1.3 0.8 0.6
11. કળણભૂમિઓ (swamps) 3.5 2.3 8.75 6.6
12. કૃષ્ટ ભૂમિ 16.0 10.7 15.0 11.3
13. માનવ-વિસ્તાર 2.0 1.3 0.4 0.3
કુલ 149.3 100 233.0 100

 

ઉપર્યુક્ત માહિતીને આધારે પૃથ્વીની સરેરાશ કુલ ઉત્પાદકતા 8.1 ટન હેક્ટર-1 વર્ષ-1 જેટલી થાય છે.

ભરત પંડિત

બળદેવભાઈ પટેલ