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IGNOU MZO-007 Solved Question Paper PDF
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IGNOU MZO-007 Previous Year Solved Question Paper in Hindi
Q1. (a) पारिस्थितिकी तंत्र की आधारभूत संरचना और कार्यों का वर्णन करें जो सभी पारिस्थितिकी तंत्रों में समान हैं। 5 (b) व्याख्या करें कि एक पारिस्थितिकी तंत्र में ऊर्जा का प्रवाह एकदिशीय क्यों होता है। ऊष्मागतिकी के नियमों के संदर्भ में अपने उत्तर का समर्थन करें। 5
Ans. (a) सभी पारिस्थितिकी तंत्रों में, चाहे वे एक छोटा तालाब हों या एक विशाल जंगल, एक समान आधारभूत संरचना और कार्य होते हैं।
आधारभूत संरचना:
- अजैविक घटक (Abiotic Components): इनमें गैर-जीवित भौतिक और रासायनिक कारक शामिल होते हैं जैसे सूर्य का प्रकाश, तापमान, पानी, मिट्टी, वायुमंडलीय गैसें और पोषक तत्व। ये जीवन के लिए आवश्यक आधार प्रदान करते हैं।
- जैविक घटक (Biotic Components): इनमें जीवित जीव शामिल होते हैं, जिन्हें उनके पोषण संबंधी भूमिका के आधार पर वर्गीकृत किया जाता है:
- उत्पादक (Producers): स्वपोषी, मुख्य रूप से हरे पौधे और शैवाल, जो प्रकाश संश्लेषण के माध्यम से सौर ऊर्जा को रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं।
- उपभोक्ता (Consumers): परपोषी, जो अन्य जीवों को खाते हैं। इनमें शाकाहारी (प्राथमिक उपभोक्ता), मांसाहारी (द्वितीयक और तृतीयक उपभोक्ता) और सर्वाहारी शामिल हैं।
- अपघटक (Decomposers): जैसे बैक्टीरिया और कवक, जो मृत जैविक पदार्थों को तोड़ते हैं और पोषक तत्वों को पुनर्चक्रित करके पारिस्थितिकी तंत्र में वापस लाते हैं।
सामान्य कार्य:
- ऊर्जा प्रवाह (Energy Flow): ऊर्जा सूर्य से उत्पादकों में और फिर उपभोक्ताओं के माध्यम से विभिन्न पोषी स्तरों में प्रवाहित होती है।
- पोषक चक्र (Nutrient Cycling): कार्बन, नाइट्रोजन और फास्फोरस जैसे आवश्यक पोषक तत्व जैविक और अजैविक घटकों के बीच लगातार पुनर्चक्रित होते रहते हैं।
- उत्पादकता (Productivity): यह जैविक पदार्थ या बायोमास के उत्पादन की दर है। प्राथमिक उत्पादकता उत्पादकों द्वारा और द्वितीयक उत्पादकता उपभोक्ताओं द्वारा होती है।
- समस्थापन (Homeostasis): यह नकारात्मक प्रतिक्रिया तंत्र के माध्यम से एक स्थिर आंतरिक संतुलन बनाए रखने की पारिस्थितिकी तंत्र की क्षमता है।
(b) एक पारिस्थितिकी तंत्र में ऊर्जा का प्रवाह एकदिशीय (unidirectional) होता है क्योंकि यह ऊष्मागतिकी के दो मूलभूत नियमों का पालन करता है।
1. ऊष्मागतिकी का पहला नियम (ऊर्जा संरक्षण का नियम): यह नियम कहता है कि ऊर्जा को न तो बनाया जा सकता है और न ही नष्ट किया जा सकता है, इसे केवल एक रूप से दूसरे रूप में परिवर्तित किया जा सकता है। पारिस्थितिकी तंत्र में, सौर ऊर्जा उत्पादकों द्वारा रासायनिक ऊर्जा (भोजन) में परिवर्तित की जाती है। जब एक जीव दूसरे को खाता है, तो यह रासायनिक ऊर्जा स्थानांतरित हो जाती है। ऊर्जा नष्ट नहीं होती, बल्कि रूपांतरित होती है।
2. ऊष्मागतिकी का दूसरा नियम (एन्ट्रॉपी का नियम): यह नियम कहता है कि जब भी ऊर्जा रूपांतरित होती है, तो इसका कुछ हिस्सा अनुपयोगी रूप, आमतौर पर ऊष्मा (heat) , में बदल जाता है और प्रणाली में अव्यवस्था (एन्ट्रॉपी) बढ़ जाती है।
- जब उत्पादक प्रकाश संश्लेषण करते हैं, तो वे पूरी सौर ऊर्जा को ग्रहण नहीं कर पाते।
- जब एक शाकाहारी एक पौधे को खाता है, तो पौधे में संग्रहीत ऊर्जा का केवल एक छोटा सा अंश (लगभग 10%) उसके शरीर के ऊतकों में परिवर्तित होता है। ऊर्जा का एक बड़ा हिस्सा चयापचय गतिविधियों जैसे श्वसन, गति और शरीर के तापमान को बनाए रखने में ऊष्मा के रूप में नष्ट हो जाता है।
- यह प्रक्रिया प्रत्येक पोषी स्तर पर दोहराई जाती है। प्रत्येक स्थानांतरण पर, उपलब्ध उपयोगी ऊर्जा की मात्रा घट जाती है, और ऊष्मा के रूप में ऊर्जा का क्षय होता है।
चूंकि ऊष्मा के रूप में नष्ट हुई ऊर्जा को उत्पादकों द्वारा पुन: उपयोग नहीं किया जा सकता है, इसलिए ऊर्जा पारिस्थितिकी तंत्र के माध्यम से वापस प्रवाहित नहीं हो सकती है। यह केवल उत्पादकों से उपभोक्ताओं तक और फिर अपघटकों तक एक ही दिशा में प्रवाहित हो सकती है, जिससे निरंतर सौर ऊर्जा की आपूर्ति की आवश्यकता होती है। यही कारण है कि ऊर्जा प्रवाह एकदिशीय है, जबकि पोषक तत्व चक्रीय रूप से प्रवाहित होते हैं।
Q2. (a) जलीय चक्र की मुख्य घटनाओं की गणना करें और बताएं कि मानवीय गतिविधियां इनमें से प्रत्येक घटना को कैसे बाधित करती हैं। 5 (b) बायोम को परिभाषित करें। उन प्रमुख कारकों की व्याख्या करें जो उनके वितरण और वर्गीकरण को निर्धारित करते हैं। 5
Ans. (a) जलीय चक्र (Hydrological Cycle) , जिसे जल चक्र भी कहा जाता है, पृथ्वी की सतह पर, नीचे और ऊपर पानी की निरंतर गति है। इसकी मुख्य घटनाएँ और उन पर मानवीय प्रभाव इस प्रकार हैं:
मुख्य घटनाएँ:
- वाष्पीकरण (Evaporation): सूर्य की गर्मी से सतह के जल (महासागर, झीलें, नदियाँ) का जलवाष्प में बदलना।
- वाष्पोत्सर्जन (Transpiration): पौधों की पत्तियों से जलवाष्प का वायुमंडल में निकलना।
- संघनन (Condensation): ऊंचाई पर जलवाष्प का ठंडा होकर छोटी बूंदों में बदलना, जिससे बादलों का निर्माण होता है।
- वर्षण (Precipitation): जब बादल जल की बूंदों से संतृप्त हो जाते हैं, तो पानी वर्षा, बर्फ, या ओलों के रूप में पृथ्वी पर वापस गिरता है।
- अपवाह (Runoff): वर्षा का जल जो भूमि की सतह पर बहकर नदियों और झीलों में चला जाता है।
- अंतःस्यंदन (Infiltration): जल का भूमि में रिसना और भूजल के रूप में जमा होना।
मानवीय गतिविधियों से व्यवधान:
- वनोन्मूलन (Deforestation): पेड़ों को काटने से वाष्पोत्सर्जन कम हो जाता है, जिससे स्थानीय वर्षा पैटर्न बदल सकता है। यह अंतःस्यंदन को भी कम करता है और सतही अपवाह और मिट्टी के कटाव को बढ़ाता है।
- शहरीकरण (Urbanization): कंक्रीट और डामर जैसी अभेद्य सतहों का निर्माण अंतःस्यंदन को रोकता है और सतही अपवाह को तेजी से बढ़ाता है, जिससे शहरी बाढ़ का खतरा बढ़ जाता है।
- कृषि (Agriculture): सिंचाई के लिए भूजल और सतही जल का अत्यधिक उपयोग जलभृतों (aquifers) को खाली कर देता है और नदियों के प्रवाह को कम करता है।
- बांधों का निर्माण (Dam Construction): बांध नदियों के प्राकृतिक प्रवाह को बदलते हैं, वाष्पीकरण की दर को बढ़ाते हैं और नीचे की ओर तलछट के प्रवाह को रोकते हैं।
- जलवायु परिवर्तन (Climate Change): जीवाश्म ईंधन जलाने से वैश्विक तापमान बढ़ता है, जिससे वाष्पीकरण की दर तेज होती है, वर्षा पैटर्न में बदलाव (कहीं सूखा, कहीं बाढ़) और ग्लेशियरों का पिघलना होता है, जो वर्षण और अपवाह को प्रभावित करता है।
(b) बायोम (Biome) एक बड़ा भौगोलिक क्षेत्र है जो अपनी विशिष्ट जलवायु, वनस्पतियों और जीवों की विशेषता रखता है। यह एक बड़े पैमाने पर पारिस्थितिकी तंत्र है, जिसे प्रमुख रूप से वहाँ पाई जाने वाली प्रमुख वनस्पति के प्रकार द्वारा परिभाषित किया गया है। उदाहरणों में उष्णकटिबंधीय वर्षावन, रेगिस्तान, टुंड्रा और घास के मैदान शामिल हैं।
बायोम के वितरण और वर्गीकरण को निर्धारित करने वाले प्रमुख कारक निम्नलिखित हैं:
1. जलवायु (Climate): यह बायोम के वितरण को नियंत्रित करने वाला सबसे महत्वपूर्ण कारक है। जलवायु के दो मुख्य घटक हैं:
- तापमान (Temperature): तापमान पौधों की वृद्धि, चयापचय दर और पानी की उपलब्धता (बर्फ के रूप में) को सीधे प्रभावित करता है। अक्षांश और ऊंचाई के साथ तापमान बदलता है, जिससे विभिन्न बायोम बनते हैं (जैसे, ध्रुवों पर टुंड्रा और भूमध्य रेखा पर उष्णकटिबंधीय वन)।
- वर्षा (Precipitation): पानी की मात्रा और मौसमी वितरण यह निर्धारित करता है कि किस प्रकार के पौधे जीवित रह सकते हैं। उच्च वर्षा वाले क्षेत्र वनों का समर्थन करते हैं, जबकि कम वर्षा वाले क्षेत्र घास के मैदानों या रेगिस्तानों को जन्म देते हैं।
2. अक्षांश (Latitude): भूमध्य रेखा से ध्रुवों की ओर जाने पर, सूर्य की किरणों का कोण बदलता है, जिससे तापमान और सौर ऊर्जा की तीव्रता कम हो जाती है। यह एक स्पष्ट अक्षांशीय बायोम पैटर्न बनाता है, जैसे भूमध्यरेखीय वर्षावन, फिर समशीतोष्ण वन, फिर टैगा (बोरियल वन), और अंत में आर्कटिक टुंड्रा।
3. ऊंचाई (Altitude): ऊंचाई बढ़ने से तापमान कम हो जाता है और वर्षा पैटर्न बदल सकता है। यह अक्षांशीय परिवर्तन के समान एक “ऊंचाई बायोम” पैटर्न बनाता है। एक ऊंचे पहाड़ पर चढ़ना अक्षांश में ध्रुवों की ओर यात्रा करने के समान है, जहाँ तलहटी में पर्णपाती वन, फिर शंकुधारी वन, और फिर अल्पाइन टुंड्रा मिल सकता है।
4. अन्य कारक:
- मृदा का प्रकार (Soil Type): मृदा की संरचना और पोषक तत्व सामग्री यह प्रभावित करती है कि कौन से पौधे उग सकते हैं।
- स्थलाकृति (Topography): पहाड़ की ढलान, दिशा (सूर्य के सम्मुख या नहीं), और जल निकासी पैटर्न स्थानीय जलवायु (माइक्रोक्लाइमेट) बनाते हैं जो वनस्पति को प्रभावित करते हैं।
Q3. (a) जनसंख्या के आकार और घनत्व, फैलाव पैटर्न, जन्म दर और मृत्यु दर के विशेष संदर्भ में जनसंख्या की प्रमुख विशेषताओं की व्याख्या करें। 5 (b) चर्चा करें कि उत्तरजीविता वक्र (प्रकार I, II और III) जनसंख्या में विभिन्न मृत्यु दर पैटर्न का प्रतिनिधित्व कैसे करते हैं, प्रत्येक के लिए उपयुक्त उदाहरण दें। 5
Ans. (a) एक जनसंख्या (Population) एक ही प्रजाति के व्यक्तियों का एक समूह है जो एक निश्चित भौगोलिक क्षेत्र में रहते हैं और परस्पर क्रिया करते हैं। जनसंख्या की कुछ प्रमुख विशेषताएँ होती हैं जो व्यक्तिगत जीवों में नहीं पाई जाती हैं:
- जनसंख्या आकार और घनत्व (Population Size and Density):
- जनसंख्या आकार (N): यह एक जनसंख्या में व्यक्तियों की कुल संख्या है।
- जनसंख्या घनत्व: यह प्रति इकाई क्षेत्र या आयतन में व्यक्तियों की संख्या है (उदाहरण के लिए, 100 पेड़ प्रति हेक्टेयर)। यह संसाधनों के लिए प्रतिस्पर्धा और सामाजिक अंतःक्रियाओं के बारे में जानकारी देता है।
- फैलाव पैटर्न (Dispersion Patterns): यह किसी क्षेत्र में व्यक्तियों का स्थानिक वितरण है।
- गुच्छेदार (Clumped): व्यक्ति समूहों में पाए जाते हैं। यह सबसे आम पैटर्न है, जो संसाधनों के असमान वितरण या सामाजिक व्यवहार के कारण होता है (जैसे, मछलियों का झुंड)।
- समान (Uniform): व्यक्ति एक दूसरे से समान दूरी पर होते हैं, जो अक्सर प्रादेशिक व्यवहार या संसाधनों के लिए तीव्र प्रतिस्पर्धा का परिणाम होता है (जैसे, घोंसला बनाने वाले पेंगुइन)।
- यादृच्छिक (Random): व्यक्तियों का स्थान स्वतंत्र और अप्रत्याशित होता है। यह तब होता है जब संसाधन समान रूप से वितरित होते हैं और व्यक्तियों के बीच कोई मजबूत आकर्षण या प्रतिकर्षण नहीं होता है (जैसे, हवा से बिखरे बीजों वाले पौधे)।
- जन्म दर (Natality): यह प्रति इकाई समय में जनसंख्या में जन्मों की संख्या है। यह जनसंख्या की वृद्धि क्षमता को इंगित करता है।
- मृत्यु दर (Mortality): यह प्रति इकाई समय में जनसंख्या में मौतों की संख्या है। यह जनसंख्या में कमी के कारकों को दर्शाता है।
जन्म दर और मृत्यु दर का संतुलन, आप्रवासन (immigration) और उत्प्रवासन (emigration) के साथ मिलकर, समय के साथ जनसंख्या के आकार में परिवर्तन को निर्धारित करता है।
(b) उत्तरजीविता वक्र (Survivorship Curves) एक ग्राफ है जो एक ही समय में पैदा हुए व्यक्तियों के समूह (cohort) के जीवित बचे लोगों की संख्या को आयु के विरुद्ध दर्शाता है। यह एक प्रजाति के जीवन इतिहास और मृत्यु दर पैटर्न को दर्शाता है। तीन मुख्य प्रकार हैं:
- प्रकार I (Type I):
- पैटर्न: इस वक्र में, प्रारंभिक और मध्य जीवन में मृत्यु दर बहुत कम होती है, और अधिकांश मौतें बुढ़ापे में होती हैं। यह एक उत्तल (convex) वक्र है।
- विशेषताएँ: यह उन प्रजातियों की विशेषता है जो कम संख्या में संतान पैदा करती हैं लेकिन उनकी व्यापक देखभाल (parental care) करती हैं, जिससे उनकी युवावस्था में जीवित रहने की संभावना बढ़ जाती है। इन्हें अक्सर K-रणनीतिकार (K-strategists) कहा जाता है।
- उदाहरण: मनुष्य, हाथी, और अन्य बड़े स्तनधारी।
- प्रकार II (Type II):
- पैटर्न: इस वक्र में, मृत्यु दर जीव के पूरे जीवनकाल में अपेक्षाकृत स्थिर रहती है। इसका मतलब है कि किसी भी उम्र में मरने की संभावना लगभग समान है। यह एक सीधी विकर्ण रेखा है।
- विशेषताएँ: यह उन प्रजातियों में देखा जाता है जहाँ मृत्यु का कारण उम्र पर कम और शिकार या बीमारी जैसे यादृच्छिक घटनाओं पर अधिक निर्भर करता है।
- उदाहरण: कई पक्षी प्रजातियाँ, छिपकलियाँ, और छोटे स्तनधारी जैसे कृंतक।
- प्रकार III (Type III):
- पैटर्न: इस वक्र में, युवावस्था (लार्वा, अंडे, शिशु) में मृत्यु दर बहुत अधिक होती है, लेकिन जो व्यक्ति इस प्रारंभिक, जोखिम भरी अवधि से बच जाते हैं, उनकी वयस्कता में जीवित रहने की संभावना बहुत अधिक होती है। यह एक अवतल (concave) वक्र है।
- विशेषताएँ: यह उन प्रजातियों की विशेषता है जो बड़ी संख्या में संतान पैदा करती हैं लेकिन उनकी कोई या बहुत कम देखभाल करती हैं। इन्हें अक्सर r-रणनीतिकार (r-strategists) कहा जाता है।
- उदाहरण: सीप (oysters), समुद्री कछुए, अधिकांश कीड़े, मछलियाँ और कई पौधे जो बड़ी संख्या में बीज पैदा करते हैं।
ये वक्र विभिन्न प्रजातियों द्वारा अपनाई गई विभिन्न जीवन रणनीतियों और उनके पर्यावरण के साथ उनकी अंतःक्रिया को समझने में मदद करते हैं।
Q4. (a) जैविक और अजैविक कारकों के संदर्भ में जनसंख्या वृद्धि की सीमाओं की व्याख्या करें। अपने उत्तर का समर्थन करने के लिए उपयुक्त उदाहरण दें। 5 (b) उपयुक्त उदाहरणों के साथ अंतराजातीय और अंतरजातीय अंतःक्रियाओं के बीच अंतर करें और संक्षेप में उनके पारिस्थितिक महत्व की व्याख्या करें। 5
Ans. (a) कोई भी जनसंख्या अनिश्चित काल तक तेजी से नहीं बढ़ सकती है। पर्यावरण में मौजूद विभिन्न कारक इसकी वृद्धि को सीमित करते हैं, जो उस पर्यावरण की वहन क्षमता (carrying capacity, K) को निर्धारित करते हैं। इन सीमित कारकों को दो मुख्य श्रेणियों में बांटा गया है:
1. जैविक कारक (Biotic Factors): ये जीवित जीवों से संबंधित कारक हैं। वे अक्सर घनत्व-निर्भर (density-dependent) होते हैं, जिसका अर्थ है कि उनका प्रभाव जनसंख्या घनत्व बढ़ने के साथ बढ़ता है।
- प्रतिस्पर्धा (Competition): जब जनसंख्या का घनत्व बढ़ता है, तो भोजन, पानी, स्थान और साथियों जैसे सीमित संसाधनों के लिए प्रतिस्पर्धा तीव्र हो जाती है, जिससे वृद्धि दर धीमी हो जाती है।
- परभक्षण (Predation): उच्च घनत्व वाली शिकार जनसंख्या अधिक शिकारियों को आकर्षित कर सकती है, जिससे शिकार की मृत्यु दर बढ़ जाती है। उदाहरण: लिंक्स (शिकारी) और स्नोशू खरगोश (शिकार) की जनसंख्या में चक्रीय उतार-चढ़ाव।
- परजीविता और रोग (Parasitism and Disease): परजीवी और रोगजनक घनी आबादी में अधिक आसानी से फैलते हैं, जिससे मृत्यु दर बढ़ जाती है।
2. अजैविक कारक (Abiotic Factors): ये पर्यावरण के गैर-जीवित घटक हैं। वे अक्सर घनत्व-स्वतंत्र (density-independent) होते हैं, जिसका अर्थ है कि वे जनसंख्या को उसके घनत्व की परवाह किए बिना प्रभावित करते हैं।
- जलवायु और मौसम (Climate and Weather): चरम मौसम की घटनाएँ जैसे सूखा, बाढ़, अत्यधिक ठंड या गर्मी, जनसंख्या के एक बड़े हिस्से को मार सकती हैं। उदाहरण: एक कठोर सर्दी हिरणों की आबादी को कम कर सकती है, चाहे उनका घनत्व कुछ भी हो।
- प्राकृतिक आपदाएँ (Natural Disasters): ज्वालामुखी विस्फोट, भूकंप, और जंगल की आग जैसी घटनाएँ जनसंख्या को नाटकीय रूप से कम कर सकती हैं।
- पोषक तत्वों की उपलब्धता (Nutrient Availability): मिट्टी या पानी में आवश्यक पोषक तत्वों की कमी पौधों और जानवरों की वृद्धि को सीमित कर सकती है।
जैविक और अजैविक कारक मिलकर एक जनसंख्या को उसकी वहन क्षमता के आसपास नियंत्रित करते हैं, जिससे पारिस्थितिकी तंत्र में संतुलन बना रहता है।
(b) पारिस्थितिक अंतःक्रियाएँ जीवों के बीच और उनके पर्यावरण के साथ संबंध हैं। इन्हें दो मुख्य प्रकारों में वर्गीकृत किया जा सकता है:
1. अंतराजातीय अंतःक्रिया (Intraspecific Interaction): यह एक ही प्रजाति के व्यक्तियों के बीच होने वाली अंतःक्रिया है।
- विवरण: ये अंतःक्रियाएँ अक्सर संसाधनों, क्षेत्र और साथियों के लिए होती हैं। यह सहकारी (जैसे, झुंड में शिकार करना) या प्रतिस्पर्धी (जैसे, नर हिरणों के बीच लड़ाई) हो सकती है।
- उदाहरण:
- प्रतिस्पर्धा: एक ही जंगल में दो शेर क्षेत्र (territory) के लिए लड़ रहे हैं।
- सहयोग: मधुमक्खियाँ एक छत्ते में भोजन इकट्ठा करने और लार्वा की देखभाल करने के लिए मिलकर काम करती हैं।
2. अंतरजातीय अंतःक्रिया (Interspecific Interaction): यह विभिन्न प्रजातियों के व्यक्तियों के बीच होने वाली अंतःक्रिया है।
- विवरण: ये अंतःक्रियाएँ समुदाय की संरचना को आकार देती हैं। ये लाभकारी (+), हानिकारक (-), या तटस्थ (0) हो सकती हैं।
- उदाहरण:
- परभक्षण (+/-): एक शेर (शिकारी) एक ज़ेबरा (शिकार) का शिकार करता है।
- सहजीविता/पारस्परिकता (+/+): मधुमक्खियाँ फूलों से पराग प्राप्त करती हैं और बदले में उनका परागण करती हैं।
- परजीविता (+/-): एक जूँ (परजीवी) मनुष्य के सिर पर रहकर खून चूसती है (मेजबान)।
- प्रतिस्पर्धा (-/-): एक ही घास के मैदान में शेर और लकड़बग्घे एक ही शिकार (जैसे, ज़ेबरा) के लिए प्रतिस्पर्धा करते हैं।
पारिस्थितिक महत्व:
- जनसंख्या विनियमन: दोनों प्रकार की अंतःक्रियाएँ, विशेष रूप से प्रतिस्पर्धा और परभक्षण, जनसंख्या के आकार को नियंत्रित करने में मदद करती हैं, उन्हें उनकी वहन क्षमता से अधिक होने से रोकती हैं।
- सामुदायिक संरचना: अंतरजातीय अंतःक्रियाएँ यह निर्धारित करती हैं कि एक समुदाय में कौन सी प्रजातियाँ सह-अस्तित्व में रह सकती हैं और उनकी सापेक्ष बहुतायत क्या होगी।
- विकासवादी बल: ये अंतःक्रियाएँ प्राकृतिक चयन के लिए एक शक्तिशाली चालक हैं। उदाहरण के लिए, शिकारी-शिकार संबंध सह-विकास (co-evolution) को जन्म दे सकते हैं, जहाँ शिकारी बेहतर शिकार करने के लिए और शिकार बेहतर बचने के लिए अनुकूलित होते हैं।
Q5. (a) जैव विविधता को परिभाषित करें। आनुवंशिक, प्रजाति और पारिस्थितिकी तंत्र विविधता की अवधारणाओं का संक्षिप्त वर्णन करें। 5 (b) बताएं कि जैव विविधता का क्षरण कैसे वैश्विक जलवायु परिवर्तन और स्थानीय पर्यावरणीय गिरावट में योगदान देता है, उपयुक्त उदाहरणों के साथ। 5
Ans. (a) जैव विविधता (Biodiversity) , या जैविक विविधता, पृथ्वी पर जीवन की विविधता और परिवर्तनशीलता को संदर्भित करती है। यह जीवन के सभी रूपों, उनके द्वारा बनाए गए पारिस्थितिक परिसरों और उनमें निहित आनुवंशिक जानकारी की पूरी श्रृंखला को समाहित करती है। जैव विविधता को आम तौर पर तीन स्तरों पर मापा जाता है:
- आनुवंशिक विविधता (Genetic Diversity): यह एक ही प्रजाति के भीतर जीनों की विविधता को संदर्भित करता है। एक प्रजाति के भीतर उच्च आनुवंशिक विविधता इसे पर्यावरणीय परिवर्तनों, बीमारियों और अन्य दबावों के अनुकूल होने की अधिक क्षमता प्रदान करती है।
- उदाहरण: कुत्तों की विभिन्न नस्लें (जैसे जर्मन शेफर्ड, बीगल) एक ही प्रजाति, Canis lupus familiaris , के भीतर आनुवंशिक विविधता का परिणाम हैं। इसी तरह, चावल की हजारों किस्में आनुवंशिक विविधता का प्रतिनिधित्व करती हैं।
- प्रजाति विविधता (Species Diversity): यह एक विशेष क्षेत्र या पारिस्थितिकी तंत्र में विभिन्न प्रजातियों की संख्या (समृद्धि) और उनकी सापेक्ष बहुतायत (समानता) को संदर्भित करता है। एक पारिस्थितिकी तंत्र जिसमें कई प्रजातियाँ समान रूप से वितरित होती हैं, उसे अधिक विविध माना जाता है।
- उदाहरण: एक उष्णकटिबंधीय वर्षावन में सैकड़ों विभिन्न पेड़ प्रजातियाँ हो सकती हैं, जो एक मोनोकल्चर वृक्षारोपण (जैसे, देवदार का जंगल) की तुलना में बहुत अधिक प्रजाति विविधता दर्शाती है, जिसमें केवल एक ही प्रजाति होती है।
- पारिस्थितिकी तंत्र विविधता (Ecosystem Diversity): यह एक भौगोलिक स्थान में विभिन्न प्रकार के आवासों, जैविक समुदायों और पारिस्थितिक प्रक्रियाओं की विविधता को संदर्भित करता है। इसमें विभिन्न पारिस्थितिकी तंत्रों की विविधता शामिल है।
- उदाहरण: एक देश में जंगलों, घास के मैदानों, आर्द्रभूमियों, रेगिस्तानों, मैंग्रोव और प्रवाल भित्तियों जैसे विभिन्न पारिस्थितिकी तंत्रों की उपस्थिति उच्च पारिस्थितिकी तंत्र विविधता का संकेत है।
(b) जैव विविधता का क्षरण सीधे तौर पर वैश्विक जलवायु परिवर्तन और स्थानीय पर्यावरणीय गिरावट में योगदान देता है, जिससे एक दुष्चक्र बनता है।
वैश्विक जलवायु परिवर्तन में योगदान:
- कार्बन सिंक का विनाश: वन, विशेष रूप से उष्णकटिबंधीय वर्षावन, विशाल कार्बन सिंक हैं जो वायुमंडल से CO2 को अवशोषित और संग्रहीत करते हैं। वनोन्मूलन (जो प्रजाति और पारिस्थितिकी तंत्र विविधता का क्षरण है) न केवल इस सिंक को नष्ट करता है, बल्कि पेड़ों को जलाने या सड़ने से संग्रहीत कार्बन को वापस वायुमंडल में छोड़ता है, जिससे ग्रीनहाउस गैस सांद्रता बढ़ जाती है। उदाहरण: अमेज़ॅन वर्षावन का विनाश।
- महासागरीय अम्लीकरण और प्रवाल विरंजन: महासागर भी एक प्रमुख कार्बन सिंक हैं। फाइटोप्लांकटन (प्रजाति विविधता) CO2 को अवशोषित करते हैं। जब प्रवाल भित्तियाँ (उच्च प्रजाति विविधता वाले पारिस्थितिकी तंत्र) प्रदूषण और बढ़ते तापमान के कारण नष्ट हो जाती हैं, तो वे न केवल तटीय सुरक्षा खो देते हैं बल्कि एक महत्वपूर्ण समुद्री पारिस्थितिकी तंत्र भी खो देते हैं जो कार्बन चक्र में भूमिका निभाता है।
स्थानीय पर्यावरणीय गिरावट में योगदान:
- मृदा अपरदन और मरुस्थलीकरण: विविध वनस्पति आवरण मिट्टी को बांधता है और पानी को अवशोषित करता है। जब जंगलों को काटा जाता है या घास के मैदानों को अत्यधिक चराया जाता है (जैव विविधता का क्षरण), तो मिट्टी हवा और पानी से अपरदन के प्रति संवेदनशील हो जाती है, जिससे भूमि बंजर हो जाती है और मरुस्थलीकरण होता है।
- जल चक्र का विघटन: वन वाष्पोत्सर्जन के माध्यम से जल चक्र को विनियमित करने में मदद करते हैं। वनोन्मूलन से स्थानीय वर्षा पैटर्न में कमी आ सकती है, जिससे सूखा पड़ सकता है। उदाहरण: आर्द्रभूमि (wetlands) जैसे पारिस्थितिकी तंत्र जल को शुद्ध करते हैं और बाढ़ को नियंत्रित करते हैं; उनका विनाश जल की गुणवत्ता को खराब करता है और बाढ़ के जोखिम को बढ़ाता है।
- परागणकर्ताओं का नुकसान: मधुमक्खियों, तितलियों और अन्य कीड़ों (प्रजाति विविधता) के नुकसान का कृषि पर सीधा प्रभाव पड़ता है। परागणकर्ताओं के बिना, कई फसलें फल या बीज पैदा नहीं कर सकतीं, जिससे खाद्य सुरक्षा को खतरा होता है और स्थानीय अर्थव्यवस्था को नुकसान होता है।
इस प्रकार, जैव विविधता का संरक्षण न केवल नैतिक रूप से महत्वपूर्ण है, बल्कि यह जलवायु स्थिरता और मानव कल्याण के लिए आवश्यक पारिस्थितिकी तंत्र सेवाओं को बनाए रखने के लिए भी महत्वपूर्ण है।
Q6. (a) पारंपरिक पारिस्थितिक ज्ञान को परिभाषित करें और जैव विविधता संरक्षण में इसकी भूमिका की व्याख्या करें। 5 (b) भारत और विदेश से केस स्टडी के संदर्भ में, पर्यावरणीय तनावों को दूर करने में आवास बहाली और सतत संसाधन प्रबंधन के महत्व पर चर्चा करें। 5
Ans. (a) पारंपरिक पारिस्थितिक ज्ञान (Traditional Ecological Knowledge – TEK) ज्ञान, प्रथाओं और विश्वासों का एक संचयी निकाय है, जो अनुकूली प्रक्रियाओं द्वारा विकसित होता है और सांस्कृतिक प्रसारण के माध्यम से पीढ़ियों से चला आ रहा है। यह जीवित प्राणियों के एक-दूसरे के साथ और उनके पर्यावरण के साथ संबंधों के बारे में होता है। यह स्वदेशी और स्थानीय समुदायों द्वारा अपने पर्यावरण के साथ घनिष्ठ संपर्क के माध्यम से सदियों से विकसित किया गया है।
जैव विविधता संरक्षण में TEK की भूमिका:
- सतत संसाधन उपयोग: TEK में अक्सर संसाधनों की कटाई के लिए नियम और प्रथाएं शामिल होती हैं जो उनके अति-दोहन को रोकती हैं। उदाहरण के लिए, शिकार या मछली पकड़ने के मौसम, कोटा और तरीकों पर पारंपरिक नियम यह सुनिश्चित करते हैं कि प्रजातियों की आबादी स्वस्थ बनी रहे।
- इन-सीटू संरक्षण (In-situ Conservation): कई संस्कृतियों में पवित्र उपवन (Sacred Groves) की अवधारणा है, जो जंगल के ऐसे हिस्से हैं जिन्हें आध्यात्मिक कारणों से अछूता छोड़ दिया जाता है। ये उपवन दुर्लभ और स्थानिक प्रजातियों के लिए प्राकृतिक अभयारण्य के रूप में कार्य करते हैं, प्रभावी रूप से जैव विविधता का संरक्षण करते हैं।
- कृषि-जैव विविधता का रखरखाव: पारंपरिक किसान अक्सर फसल की कई स्थानीय किस्मों (landraces) को उगाते हैं। यह आनुवंशिक विविधता फसलों को बीमारियों और जलवायु परिवर्तन के प्रति अधिक लचीला बनाती है, जबकि आधुनिक कृषि अक्सर मोनोकल्चर पर निर्भर करती है।
- पारिस्थितिक संकेतकों का ज्ञान: स्थानीय समुदाय अक्सर पौधों के फूलने या जानवरों के व्यवहार में परिवर्तन जैसे प्राकृतिक संकेतों का उपयोग मौसम के पैटर्न, संसाधन उपलब्धता और पारिस्थितिक स्वास्थ्य की भविष्यवाणी करने के लिए करते हैं। यह ज्ञान अनुकूली प्रबंधन रणनीतियों के लिए महत्वपूर्ण है।
- औषधीय पौधों का ज्ञान: TEK औषधीय गुणों वाले पौधों की पहचान और उपयोग का एक विशाल भंडार है, जो संरक्षण के लिए प्रोत्साहन प्रदान करता है और आधुनिक चिकित्सा के लिए संभावित सुराग देता है।
संक्षेप में, TEK संरक्षण के लिए एक समग्र और समय-परीक्षित दृष्टिकोण प्रदान करता है जो आधुनिक वैज्ञानिक तरीकों का पूरक हो सकता है।
(b) पर्यावरणीय तनाव, जैसे प्रदूषण, जलवायु परिवर्तन और निवास स्थान का विनाश, पारिस्थितिकी तंत्र के स्वास्थ्य और मानव कल्याण के लिए गंभीर खतरे पैदा करते हैं। आवास बहाली (Habitat Restoration) और सतत संसाधन प्रबंधन (Sustainable Resource Management) इन तनावों को दूर करने के लिए दो महत्वपूर्ण रणनीतियाँ हैं।
महत्व:
- पारिस्थितिकी तंत्र सेवाओं की पुनर्प्राप्ति: बहाली और सतत प्रबंधन खोई हुई पारिस्थितिकी तंत्र सेवाओं, जैसे स्वच्छ हवा और पानी, परागण, और जलवायु विनियमन, को वापस लाने में मदद करते हैं।
- जैव विविधता का संरक्षण: ये रणनीतियाँ प्रजातियों को उनके निवास स्थान प्रदान करके और संसाधनों के अति-दोहन को रोककर विलुप्त होने से बचाने में मदद करती हैं।
- जलवायु परिवर्तन शमन और अनुकूलन: वनों और आर्द्रभूमियों को पुनर्स्थापित करना कार्बन सिंक को बढ़ाता है (शमन)। स्वस्थ पारिस्थितिकी तंत्र, जैसे मैंग्रोव, समुदायों को जलवायु परिवर्तन के प्रभावों, जैसे तूफान और समुद्र-स्तर में वृद्धि, से बचाने में मदद करते हैं (अनुकूलन)।
- स्थानीय आजीविका का समर्थन: सतत प्रबंधन यह सुनिश्चित करता है कि संसाधन भविष्य की पीढ़ियों के लिए उपलब्ध रहें, जिससे वन उत्पादों, मछली पालन और पर्यटन पर निर्भर समुदायों का समर्थन होता है।
केस स्टडी:
- भारत – संयुक्त वन प्रबंधन (Joint Forest Management – JFM): 1980 के दशक में शुरू हुई, JFM एक ऐसी प्रणाली है जहाँ स्थानीय समुदाय और वन विभाग निम्नीकृत वन भूमि के प्रबंधन और संरक्षण के लिए मिलकर काम करते हैं। समुदाय सुरक्षा प्रदान करते हैं और बदले में, उन्हें लकड़ी के अलावा अन्य वन उत्पादों (non-timber forest products) का हिस्सा मिलता है। इसने भारत के कई हिस्सों में वन आवरण को सफलतापूर्वक बहाल किया है और स्थानीय आजीविका में सुधार किया है।
- विदेश – कोस्टा रिका में पुनर्वनीकरण (Reforestation in Costa Rica): 20वीं सदी के मध्य में कोस्टा रिका में वनों की कटाई की दर दुनिया में सबसे अधिक थी। 1990 के दशक में, सरकार ने पारिस्थितिकी तंत्र सेवाओं के लिए भुगतान (Payments for Ecosystem Services – PES) नामक एक अभिनव कार्यक्रम शुरू किया। इस कार्यक्रम के तहत, भू-मालिकों को अपने जंगलों को संरक्षित करने या निम्नीकृत भूमि पर पेड़ लगाने के लिए वित्तीय प्रोत्साहन दिया जाता था। इस नीति के परिणामस्वरूप, कोस्टा रिका ने अपने वन आवरण को दोगुना कर दिया है, जो आवास बहाली और सतत नीति का एक वैश्विक मॉडल बन गया है।
ये मामले दर्शाते हैं कि सामुदायिक भागीदारी और नवीन नीतियों के साथ आवास बहाली और सतत प्रबंधन पर्यावरणीय गिरावट को उलटने और एक स्थायी भविष्य बनाने में अत्यधिक प्रभावी हो सकते हैं।
Q7. निम्नलिखित पर संक्षिप्त नोट्स लिखें: 5+5 (a) विषाक्त पदार्थों की क्रिया की विधि (b) वाहित मल और औद्योगिक अपशिष्टों का प्रबंधन
Ans. (a) विषाक्त पदार्थों की क्रिया की विधि (Mode of action of toxicants)
विषाक्त पदार्थों की क्रिया की विधि उस विशिष्ट जैव रासायनिक या शारीरिक प्रक्रिया को संदर्भित करती है जिसके द्वारा एक रासायनिक पदार्थ किसी जीव में हानिकारक प्रभाव डालता है। विभिन्न विषाक्त पदार्थ विभिन्न तंत्रों के माध्यम से कार्य करते हैं:
- एंजाइम अवरोध (Enzyme Inhibition): कई विषाक्त पदार्थ एंजाइमों की सक्रिय साइट से जुड़कर उन्हें अवरुद्ध कर देते हैं, जिससे आवश्यक चयापचय पथ बाधित हो जाते हैं। उदाहरण: ऑर्गेनोफॉस्फेट कीटनाशक एसिटाइलकोलिनेस्टरेज़ (acetylcholinesterase) नामक एंजाइम को रोकते हैं, जो तंत्रिका आवेग संचरण के लिए महत्वपूर्ण है। इसके अवरोध से तंत्रिका तंत्र का अति-उत्तेजना और पक्षाघात होता है।
- कोशिका झिल्ली विघटन (Cell Membrane Disruption): कुछ पदार्थ कोशिका झिल्लियों की संरचनात्मक अखंडता को नुकसान पहुँचाते हैं। वे झिल्ली के लिपिड या प्रोटीन के साथ परस्पर क्रिया कर सकते हैं, जिससे पारगम्यता बढ़ जाती है और कोशिका की मृत्यु हो जाती है। डिटर्जेंट और कुछ विलायक इस तरह से कार्य करते हैं।
- डीएनए के साथ हस्तक्षेप (Interference with DNA): कुछ विषाक्त पदार्थ, जिन्हें म्यूटाजेन (mutagens) कहा जाता है, सीधे डीएनए की संरचना को बदल सकते हैं, जिससे उत्परिवर्तन होता है। यदि ये उत्परिवर्तन कोशिका वृद्धि को नियंत्रित करने वाले जीनों में होते हैं, तो वे कैंसर का कारण बन सकते हैं (ऐसे पदार्थों को कार्सिनोजेन कहा जाता है)। उदाहरण: बेंजो[a]पाइरीन (तम्बाकू के धुएं में पाया जाता है)।
- तंत्रिका-विषाक्तता (Neurotoxicity): ये विषाक्त पदार्थ विशेष रूप से तंत्रिका तंत्र को लक्षित करते हैं। वे न्यूरोट्रांसमीटर के रिलीज, ग्रहण या टूटने में हस्तक्षेप कर सकते हैं, या आयन चैनलों को अवरुद्ध कर सकते हैं। उदाहरण: सीसा (Lead) तंत्रिका विकास में बाधा डालता है, और टेट्रोडोटॉक्सिन (पफरफिश में) सोडियम चैनलों को अवरुद्ध करके पक्षाघात का कारण बनता है।
- अंतःस्रावी विघटन (Endocrine Disruption): अंतःस्रावी विघटनकारी रसायन (EDCs) शरीर के हार्मोनल सिस्टम में हस्तक्षेप करते हैं। वे प्राकृतिक हार्मोन की नकल कर सकते हैं, उन्हें अवरुद्ध कर सकते हैं, या उनके उत्पादन और चयापचय को बदल सकते हैं। उदाहरण: डीडीटी और पीसीबी प्रजनन, विकास और व्यवहार को प्रभावित कर सकते हैं।
विषाक्त पदार्थों का प्रभाव उनकी क्रिया की विधि के साथ-साथ जैव संचयन (bioaccumulation) और जैव आवर्धन (biomagnification) जैसी प्रक्रियाओं से भी बढ़ जाता है।
(b) वाहित मल और औद्योगिक अपशिष्टों का प्रबंधन (Management of sewage and industrial wastes)
वाहित मल (sewage) और औद्योगिक अपशिष्टों का उचित प्रबंधन सार्वजनिक स्वास्थ्य की रक्षा करने और पर्यावरण प्रदूषण, विशेष रूप से जल प्रदूषण, को रोकने के लिए महत्वपूर्ण है। दोनों के लिए अलग-अलग दृष्टिकोणों की आवश्यकता होती है।
वाहित मल का प्रबंधन (Sewage Management): नगरपालिका के अपशिष्ट जल, या वाहित मल, का उपचार आमतौर पर एक सीवेज ट्रीटमेंट प्लांट (STP) में कई चरणों में किया जाता है:
- प्राथमिक उपचार (Primary Treatment): यह एक भौतिक प्रक्रिया है। इसमें, वाहित मल को बड़े टैंकों में रखा जाता है जहाँ भारी ठोस पदार्थ (स्लज) नीचे बैठ जाते हैं और हल्के पदार्थ जैसे तेल और ग्रीस ऊपर तैरते हैं। इन पदार्थों को हटा दिया जाता है।
- द्वितीयक उपचार (Secondary Treatment): यह एक जैविक प्रक्रिया है। प्राथमिक उपचार से प्राप्त तरल में सूक्ष्मजीवों (बैक्टीरिया, प्रोटोजोआ) को मिलाया जाता है। ये सूक्ष्मजीव वातन (aeration) की उपस्थिति में घुले हुए कार्बनिक पदार्थों का उपभोग और अपघटन करते हैं।
- तृतीयक उपचार (Tertiary Treatment): यह एक उन्नत चरण है जो हमेशा आवश्यक नहीं होता है। इसका उद्देश्य द्वितीयक उपचार के बाद भी बचे हुए प्रदूषकों, विशेष रूप से नाइट्रोजन और फास्फोरस जैसे पोषक तत्वों को हटाना है। इसमें रासायनिक वर्षा, निस्पंदन और कीटाणुशोधन (जैसे क्लोरीनीकरण या यूवी विकिरण) शामिल हो सकते हैं। उपचारित जल को फिर नदियों या झीलों में छोड़ा जा सकता है।
औद्योगिक अपशिष्टों का प्रबंधन (Industrial Wastes Management): औद्योगिक अपशिष्ट अक्सर अत्यधिक विषैले होते हैं और उनमें भारी धातु, अम्ल, या विशिष्ट कार्बनिक यौगिक हो सकते हैं, इसलिए उन्हें विशेष उपचार की आवश्यकता होती है।
- प्रक्रिया-विशिष्ट उपचार: उपचार विधि अपशिष्ट की प्रकृति पर निर्भर करती है। इसमें उदासीनीकरण (neutralization) (अम्लीय या क्षारीय अपशिष्टों के लिए), अवक्षेपण (precipitation) (भारी धातुओं को हटाने के लिए), और ऑक्सीकरण-अपचयन शामिल हो सकते हैं।
- अपशिष्ट न्यूनीकरण (Waste Minimization – 3R): सबसे प्रभावी रणनीति कम करना (Reduce), पुन: उपयोग करना (Reuse), और पुनर्चक्रण करना (Recycle) है। उद्योगों को अपनी प्रक्रियाओं को संशोधित करने के लिए प्रोत्साहित किया जाता है ताकि कम से कम अपशिष्ट उत्पन्न हो।
- भस्मीकरण (Incineration): उच्च तापमान पर खतरनाक कार्बनिक अपशिष्टों को जलाना उन्हें कम खतरनाक पदार्थों में बदल सकता है, हालांकि इससे वायु प्रदूषण हो सकता है जिसे नियंत्रित करने की आवश्यकता होती है।
- सुरक्षित लैंडफिल (Secure Landfills): जिन खतरनाक अपशिष्टों का उपचार नहीं किया जा सकता है, उन्हें विशेष रूप से डिजाइन किए गए लैंडफिल में दफनाया जाता है जिनमें अभेद्य लाइनर और लीचेट संग्रह प्रणाली होती है ताकि भूजल का संदूषण रोका जा सके।
IGNOU MZO-007 Previous Year Solved Question Paper in English
Q1. (a) Describe the basic structure and functions common to all ecosystems. 5 (b) Explain why the flow of energy in an ecosystem is unidirectional. Support your answer with reference to the laws of thermodynamics. 5
Ans. (a) All ecosystems, whether a small pond or a vast forest, share a common basic structure and a set of universal functions. Basic Structure:
- Abiotic Components: These include the non-living physical and chemical factors such as sunlight, temperature, water, soil, atmospheric gases, and nutrients. They provide the essential foundation for life.
- Biotic Components: These include all living organisms, which are categorized based on their nutritional role:
- Producers (Autotrophs): Primarily green plants and algae that convert solar energy into chemical energy through photosynthesis.
- Consumers (Heterotrophs): Organisms that feed on other organisms. These include herbivores (primary consumers), carnivores (secondary and tertiary consumers), and omnivores.
- Decomposers (Saprotrophs): Organisms like bacteria and fungi that break down dead organic matter, recycling nutrients back into the ecosystem.
Common Functions:
- Energy Flow: Energy flows from the sun to producers, and then through various trophic levels via consumers.
- Nutrient Cycling: Essential nutrients like carbon, nitrogen, and phosphorus are continuously recycled between the biotic and abiotic components.
- Productivity: This is the rate of generation of organic matter or biomass. Primary productivity is by producers, and secondary productivity is by consumers.
- Homeostasis: This is the ability of an ecosystem to maintain a stable internal balance through negative feedback mechanisms.
(b) The flow of energy in an ecosystem is
unidirectional
because it adheres to two fundamental laws of thermodynamics.
1. First Law of Thermodynamics (Law of Conservation of Energy):
This law states that energy can neither be created nor destroyed, only transformed from one form to another. In an ecosystem, solar energy is converted into chemical energy (food) by producers. When one organism eats another, this chemical energy is transferred. The energy is not lost, but its form is changed.
2. Second Law of Thermodynamics (Law of Entropy):
This law states that whenever energy is transformed, some part of it is converted into a less useful form, typically
heat
, and the disorder (entropy) of the system increases.
- When producers photosynthesize, they do not capture all the solar energy available.
- When a herbivore eats a plant, only a small fraction (about 10%) of the energy stored in the plant is converted into its own body tissues. A large portion of the energy is lost as heat during metabolic activities like respiration, movement, and maintaining body temperature.
- This process is repeated at each trophic level. At every transfer, the amount of available useful energy decreases, and energy is lost as heat.
Because the energy lost as heat cannot be re-utilized by producers to make food, energy cannot flow backward through the ecosystem. It can only flow in one direction—from producers to consumers and then to decomposers, necessitating a constant supply of solar energy. This is why energy flow is unidirectional, whereas nutrients flow in cycles.
Q2. (a) Enumerate the main events of the hydrological cycle and explain how human activities disrupt each of these events. 5 (b) Define biomes. Explain the major factors that determine their distribution and classification. 5
Ans. (a) The hydrological cycle , also known as the water cycle, is the continuous movement of water on, above, and below the surface of the Earth. Its main events and the human impacts on them are as follows: Main Events:
- Evaporation: The conversion of surface water (oceans, lakes, rivers) into water vapor by the sun’s heat.
- Transpiration: The release of water vapor from plant leaves into the atmosphere.
- Condensation: The cooling of water vapor at high altitudes into tiny droplets, forming clouds.
- Precipitation: When clouds become saturated with water droplets, the water falls back to Earth as rain, snow, sleet, or hail.
- Runoff: Precipitation water that flows over the land surface into rivers and lakes.
- Infiltration: The seepage of water into the ground, replenishing groundwater.
Disruption by Human Activities:
- Deforestation: Cutting down trees reduces transpiration , which can alter local rainfall patterns. It also decreases infiltration and increases surface runoff and soil erosion.
- Urbanization: The construction of impervious surfaces like concrete and asphalt prevents infiltration and rapidly increases surface runoff , leading to a higher risk of urban flooding.
- Agriculture: Excessive withdrawal of groundwater and surface water for irrigation depletes aquifers and reduces river flows.
- Dam Construction: Dams alter the natural flow of rivers, increase the rate of evaporation from reservoirs, and trap sediment, affecting downstream ecosystems.
- Climate Change: Burning fossil fuels increases global temperatures, leading to faster evaporation rates, shifts in precipitation patterns (droughts in some areas, floods in others), and melting of glaciers, which affects precipitation and runoff .
(b) A
biome
is a large-scale geographical area characterized by its distinct climate, vegetation, and animal life. It is a large-scale ecosystem, defined primarily by the dominant type of vegetation found there. Examples include tropical rainforests, deserts, tundra, and grasslands.
The major factors that determine the distribution and classification of biomes are:
1. Climate:
This is the most important factor controlling the distribution of biomes. The two main components of climate are:
- Temperature: Temperature directly affects plant growth, metabolic rates, and the availability of water (as ice). Temperature varies with latitude and altitude, creating different biomes (e.g., tundra at the poles and tropical forests at the equator).
- Precipitation: The amount and seasonal distribution of water determine what types of plants can survive. Areas with high precipitation support forests, while areas with low precipitation give rise to grasslands or deserts.
2. Latitude:
As one moves from the equator towards the poles, the angle of the sun’s rays changes, leading to decreased temperature and solar energy intensity. This creates a clear latitudinal pattern of biomes, such as equatorial rainforests, then temperate forests, then taiga (boreal forests), and finally Arctic tundra.
3. Altitude:
Increasing altitude leads to a decrease in temperature and can alter precipitation patterns. This creates an “altitudinal biome” pattern similar to the latitudinal one. Ascending a tall mountain is ecologically similar to traveling towards the poles in latitude, where one might find deciduous forests at the base, then coniferous forests, and then alpine tundra at the top.
4. Other Factors:
- Soil Type: The composition and nutrient content of the soil influence which plants can grow.
- Topography: Mountain slopes, direction (sun-facing or not), and drainage patterns create local climates (microclimates) that affect vegetation.
Q3. (a) Explain the key characteristics of a population, with special reference to population size and density, dispersion patterns, natality and mortality. 5 (b) Discuss how survivorship curves (Type I, II and III) represent different mortality patterns in population, giving suitable examples for each. 5
Ans. (a) A population is a group of individuals of the same species that live in a defined geographic area and interact with one another. A population has several key characteristics that are not found in individual organisms:
- Population Size and Density:
- Population Size (N): This is the total number of individuals in a population.
- Population Density: This is the number of individuals per unit area or volume (e.g., 100 trees per hectare). It gives information about competition for resources and social interactions.
- Dispersion Patterns: This is the spatial distribution of individuals within an area.
- Clumped: Individuals are found in groups. This is the most common pattern, caused by patchy resource distribution or social behavior (e.g., a school of fish).
- Uniform: Individuals are evenly spaced from one another, often a result of territorial behavior or intense competition for resources (e.g., nesting penguins).
- Random: The location of individuals is independent and unpredictable. This occurs when resources are uniformly distributed and there are no strong attractions or repulsions between individuals (e.g., plants with wind-dispersed seeds).
- Natality (Birth Rate): This is the number of births in a population per unit of time. It indicates the reproductive potential of the population.
- Mortality (Death Rate): This is the number of deaths in a population per unit of time. It reflects the factors causing a decrease in the population.
The balance of natality and mortality, along with immigration and emigration, determines the change in population size over time.
(b) Survivorship curves are graphs that plot the number of survivors in a cohort (a group of individuals born at the same time) against age. They illustrate the life history and mortality patterns of a species. There are three main types:
- Type I:
- Pattern: In this curve, mortality is very low in early and middle life, and most deaths occur in old age. It is a convex curve.
- Characteristics: This is typical of species that produce few offspring but provide extensive parental care, increasing their survival chances through youth. They are often called K-strategists .
- Examples: Humans, elephants, and other large mammals.
- Type II:
- Pattern: In this curve, the mortality rate is relatively constant throughout the organism’s lifespan. This means the probability of dying is roughly the same at any age. It is a straight diagonal line.
- Characteristics: This is seen in species where the cause of death is less dependent on age and more on random events like predation or disease.
- Examples: Many bird species, lizards, and small mammals like rodents.
- Type III:
- Pattern: In this curve, mortality is extremely high among the young (larvae, eggs, infants), but individuals who survive this initial, risky period have a much higher chance of surviving into adulthood. It is a concave curve.
- Characteristics: This is characteristic of species that produce a very large number of offspring but provide little or no parental care. They are often called r-strategists .
- Examples: Oysters, sea turtles, most insects, fish, and many plants that produce a large number of seeds.
These curves help in understanding the different life strategies adopted by various species and their interaction with their environment.
Q4. (a) Explain the limits of population growth with reference to biotic and abiotic factors. Support your answer with suitable examples. 5 (b) Differentiate between intraspecific and interspecific interactions with suitable examples and briefly explain their ecological significance. 5
Ans. (a) No population can grow exponentially forever. Various factors in the environment limit its growth, determining the carrying capacity (K) of that environment. These limiting factors are divided into two main categories: 1. Biotic Factors: These are factors related to living organisms. They are often density-dependent , meaning their effect increases as population density increases.
- Competition: As population density grows, competition for limited resources like food, water, space, and mates becomes more intense, slowing the growth rate.
- Predation: A high-density prey population may attract more predators, leading to increased mortality for the prey. Example: The cyclical fluctuations in the populations of lynx (predator) and snowshoe hare (prey).
- Parasitism and Disease: Parasites and pathogens spread more easily in dense populations, causing increased mortality.
2. Abiotic Factors:
These are non-living components of the environment. They are often
density-independent
, meaning they affect the population regardless of its density.
- Climate and Weather: Extreme weather events like droughts, floods, extreme cold, or heat can kill a large fraction of a population. Example: A harsh winter can reduce a deer population, regardless of its density.
- Natural Disasters: Events like volcanic eruptions, earthquakes, and wildfires can dramatically reduce populations.
- Nutrient Availability: A lack of essential nutrients in the soil or water can limit the growth of plants and animals.
Together, biotic and abiotic factors regulate a population around its carrying capacity, maintaining a balance in the ecosystem.
(b) Ecological interactions are the relationships between organisms and their environment. They can be classified into two main types:
1. Intraspecific Interaction:
This is an interaction that occurs between individuals of the
same species
.
- Description: These interactions are often for resources, territory, and mates. They can be cooperative (e.g., hunting in a pack) or competitive (e.g., fights between male deer).
- Examples:
- Competition: Two lions fighting for territory in the same pride.
- Cooperation: Bees in a hive working together to gather food and care for larvae.
2. Interspecific Interaction:
This is an interaction that occurs between individuals of
different species
.
- Description: These interactions shape community structure. They can be beneficial (+), harmful (-), or neutral (0).
- Examples:
- Predation (+/-): A lion (predator) hunts a zebra (prey).
- Mutualism (+/+): Bees get nectar from flowers and, in return, pollinate them.
- Parasitism (+/-): A louse (parasite) lives on a human head (host) and feeds on its blood.
- Competition (-/-): Lions and hyenas compete for the same prey (e.g., zebras) in a savanna.
Ecological Significance:
- Population Regulation: Both types of interactions, especially competition and predation, help regulate population sizes, preventing them from exceeding their carrying capacity.
- Community Structure: Interspecific interactions determine which species can coexist in a community and their relative abundances.
- Evolutionary Force: These interactions are a powerful driver of natural selection. For instance, predator-prey relationships can lead to co-evolution, where predators adapt to hunt better and prey adapt to escape better.
Q5. (a) Define biodiversity. Briefly describe the concepts of genetic, species and ecosystem diversity. 5 (b) Explain how biodiversity loss contributes to global climate change and local environmental degradation, with suitable examples. 5
Ans. (a) Biodiversity , or biological diversity, refers to the variety and variability of life on Earth. It encompasses the full range of all life forms, the ecological complexes they form, and the genetic information they contain. Biodiversity is generally measured at three levels:
- Genetic Diversity: This refers to the variety of genes within a single species . High genetic diversity within a species gives it a greater capacity to adapt to environmental changes, diseases, and other pressures.
- Example: The different breeds of dogs (e.g., German Shepherd, Beagle) are a result of genetic diversity within a single species, Canis lupus familiaris . Similarly, the thousands of varieties of rice represent genetic diversity.
- Species Diversity: This refers to the number of different species (richness) and their relative abundance (evenness) in a particular area or ecosystem. An ecosystem with many species that are evenly distributed is considered more diverse.
- Example: A tropical rainforest may have hundreds of different tree species, showing much higher species diversity than a monoculture plantation (e.g., a pine forest) which has only one.
- Ecosystem Diversity: This refers to the variety of different types of habitats, biological communities, and ecological processes in a geographic location. It includes the diversity of different ecosystems.
- Example: The presence of different ecosystems such as forests, grasslands, wetlands, deserts, mangroves, and coral reefs within a country is an indication of high ecosystem diversity.
(b) The loss of biodiversity directly contributes to global climate change and local environmental degradation, creating a vicious cycle.
Contribution to Global Climate Change:
- Destruction of Carbon Sinks: Forests, especially tropical rainforests, are massive carbon sinks that absorb and store CO2 from the atmosphere. Deforestation (which is a loss of species and ecosystem diversity) not only destroys this sink but also releases the stored carbon back into the atmosphere when trees are burned or decay, increasing greenhouse gas concentrations. Example: The destruction of the Amazon rainforest.
- Ocean Acidification and Coral Bleaching: Oceans are also a major carbon sink. Phytoplankton (species diversity) absorb CO2. When coral reefs (ecosystems with high species diversity) are destroyed due to pollution and rising temperatures, they not only lose coastal protection but also a vital marine ecosystem that plays a role in the carbon cycle.
Contribution to Local Environmental Degradation:
- Soil Erosion and Desertification: A diverse vegetation cover binds the soil and absorbs water. When forests are cleared or grasslands are overgrazed (loss of biodiversity), the soil becomes vulnerable to erosion by wind and water, leading to land degradation and desertification.
- Disruption of Water Cycles: Forests help regulate the water cycle through transpiration. Deforestation can lead to a decrease in local rainfall patterns, causing droughts. Example: Ecosystems like wetlands purify water and control floods; their destruction degrades water quality and increases flood risk.
- Loss of Pollinators: The loss of bees, butterflies, and other insects (species diversity) has a direct impact on agriculture. Without pollinators, many crops cannot produce fruit or seeds, threatening food security and damaging local economies.
Thus, conserving biodiversity is not just an ethical imperative but is also critical for maintaining the ecosystem services essential for climate stability and human well-being.
Q6. (a) Define Traditional Ecological Knowledge and explain its role in biodiversity conservation. 5 (b) Discuss the importance of habitat restoration and sustainable resource management in addressing environmental stressors, with reference to case studies from India and abroad. 5
Ans. (a) Traditional Ecological Knowledge (TEK) is a cumulative body of knowledge, practices, and beliefs, evolving by adaptive processes and handed down through generations by cultural transmission, about the relationship of living beings with one another and with their environment. It is developed by indigenous and local communities over centuries of close contact with their environment. Role of TEK in Biodiversity Conservation:
- Sustainable Resource Use: TEK often includes rules and practices for harvesting resources that prevent their overexploitation. For example, traditional rules on hunting or fishing seasons, quotas, and methods ensure that species populations remain healthy.
- In-situ Conservation: Many cultures have the concept of Sacred Groves , which are patches of forest left untouched for spiritual reasons. These groves act as natural sanctuaries for rare and endemic species, effectively conserving biodiversity.
- Maintenance of Agrobiodiversity: Traditional farmers often cultivate multiple local varieties (landraces) of crops. This genetic diversity makes crops more resilient to diseases and climate change, whereas modern agriculture often relies on monocultures.
- Knowledge of Ecological Indicators: Local communities often use natural cues, such as the flowering of plants or changes in animal behavior, to predict weather patterns, resource availability, and ecological health. This knowledge is crucial for adaptive management strategies.
- Knowledge of Medicinal Plants: TEK is a vast repository of knowledge on the identification and use of plants with medicinal properties, providing an incentive for conservation and potential leads for modern medicine.
In essence, TEK provides a holistic and time-tested approach to conservation that can complement modern scientific methods.
(b) Environmental stressors, such as pollution, climate change, and habitat destruction, pose severe threats to ecosystem health and human well-being.
Habitat Restoration
and
Sustainable Resource Management
are two critical strategies to address these stressors.
Importance:
- Recovery of Ecosystem Services: Restoration and sustainable management help bring back lost ecosystem services, such as clean air and water, pollination, and climate regulation.
- Conservation of Biodiversity: These strategies help protect species from extinction by providing them with their habitats and preventing the overexploitation of resources.
- Climate Change Mitigation and Adaptation: Restoring forests and wetlands enhances carbon sinks (mitigation). Healthy ecosystems, such as mangroves, help protect communities from the impacts of climate change, like storms and sea-level rise (adaptation).
- Support for Local Livelihoods: Sustainable management ensures that resources remain available for future generations, supporting communities that depend on forest products, fisheries, and tourism.
Case Studies:
- India – Joint Forest Management (JFM): Initiated in the 1980s, JFM is a system where local communities and the Forest Department work together to manage and protect degraded forest lands. The communities provide protection and, in return, receive a share of non-timber forest products. This has successfully restored forest cover in many parts of India and improved local livelihoods.
- Abroad – Reforestation in Costa Rica: In the mid-20th century, Costa Rica had one of the highest deforestation rates in the world. In the 1990s, the government introduced an innovative program called Payments for Ecosystem Services (PES) . Under this program, landowners were given financial incentives to preserve their forests or to plant trees on degraded land. As a result of this policy, Costa Rica has doubled its forest cover, becoming a global model for habitat restoration and sustainable policy.
These cases demonstrate that habitat restoration and sustainable management, when combined with community participation and innovative policies, can be highly effective in reversing environmental degradation and building a sustainable future.
Q7. Write short notes on the following : 5+5 (a) Mode of action of toxicants (b) Management of sewage and industrial wastes
Ans. (a) Mode of action of toxicants The mode of action of a toxicant refers to the specific biochemical or physiological process by which a chemical substance exerts a harmful effect on an organism. Different toxicants act through different mechanisms:
- Enzyme Inhibition: Many toxicants work by binding to the active site of enzymes and blocking them, thereby disrupting essential metabolic pathways. Example: Organophosphate pesticides inhibit the enzyme acetylcholinesterase, which is vital for nerve impulse transmission. Its inhibition leads to over-stimulation of the nervous system and paralysis.
- Cell Membrane Disruption: Some substances damage the structural integrity of cell membranes. They can interact with the lipids or proteins of the membrane, causing increased permeability and cell death. Detergents and some solvents act in this way.
- Interference with DNA: Some toxicants, known as mutagens , can directly alter the structure of DNA, causing mutations. If these mutations occur in genes that control cell growth, they can lead to cancer (such substances are called carcinogens ). Example: Benzo[a]pyrene (found in tobacco smoke).
- Neurotoxicity: These toxicants specifically target the nervous system. They can interfere with the release, reuptake, or breakdown of neurotransmitters, or block ion channels. Example: Lead impairs nerve development, and tetrodotoxin (in pufferfish) causes paralysis by blocking sodium channels.
- Endocrine Disruption: Endocrine-disrupting chemicals (EDCs) interfere with the body’s hormonal system. They can mimic natural hormones, block them, or alter their production and metabolism. Example: DDT and PCBs can affect reproduction, development, and behavior.
The effect of toxicants is also magnified by processes like
bioaccumulation
(buildup in an individual) and
biomagnification
(concentration up the food chain).
(b)
Management of sewage and industrial wastes
Proper management of sewage and industrial wastes is crucial for protecting public health and preventing environmental pollution, especially water pollution. The two require different approaches.
Sewage Management:
Municipal wastewater, or sewage, is typically treated in a Sewage Treatment Plant (STP) in several stages:
- Primary Treatment: This is a physical process. Sewage is held in large tanks where heavy solids (sludge) settle to the bottom and lighter materials like oil and grease float to the top. These are removed.
- Secondary Treatment: This is a biological process. The liquid from primary treatment is mixed with microorganisms (bacteria, protozoa) which consume and decompose the dissolved organic matter in the presence of aeration.
- Tertiary Treatment: This is an advanced stage that is not always necessary. Its purpose is to remove remaining pollutants, especially nutrients like nitrogen and phosphorus, that persist after secondary treatment. It may involve chemical precipitation, filtration, and disinfection (e.g., chlorination or UV radiation). The treated water can then be released into rivers or lakes.
Industrial Wastes Management:
Industrial wastes are often highly toxic and may contain heavy metals, acids, or specific organic compounds, thus requiring specialized treatment.
- Process-Specific Treatment: The treatment method depends on the nature of the waste. It may include neutralization (for acidic or alkaline wastes), precipitation (to remove heavy metals), and oxidation-reduction .
- Waste Minimization (The 3Rs): The most effective strategy is to Reduce, Reuse, and Recycle . Industries are encouraged to modify their processes to generate minimal waste.
- Incineration: Burning hazardous organic wastes at high temperatures can convert them into less harmful substances, although this can cause air pollution that needs to be controlled.
- Secure Landfills: Hazardous wastes that cannot be treated are disposed of in specially designed landfills with impermeable liners and leachate collection systems to prevent groundwater contamination.
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