पारिस्थितिक जल विज्ञान (इकोहाइड्रोलोजी)

पारिस्थितिक जल विज्ञान (ग्रीक सेοἶκος, oikos, "घर (घरेलू)";ὕδωρ, हाइडर, "पानी" और-λογία -लोजिआ) पानी और पारिस्थितिकी के बीच की अन्योन्यक्रिया का अध्ययन करने वाला अंतर्विषयक क्षेत्र है। यह अन्योन्यक्रिया नदियों और झीलों जैसे जलपिंड के भीतर या भूमि, वन, रेगिस्तान और अन्य स्थलीय पारितंत्रों में घटित हो सकती है। वाष्पोत्सर्जन और संयंत्र पानी का उपयोग, जीवाश्म का अपने जलीय पर्यावरण से अनुकूलन, धारा प्रवाह और प्रणाली पर वनस्पति के प्रभाव तथा पारिस्थितिक प्रक्रियाओं और जलीय चक्र के बीच प्रतिक्रिया, ये पारिस्थितिक जल विज्ञान के अनुसंधान के क्षेत्र हैं।

महत्वपूर्ण संकल्पनाएं

जलीय चक्र पृथ्वी की सतह के ऊपर और नीचे जल की सतत गतिविधि को दर्शाता है। अनेक बिंदुओं पर यह प्रवाह पारिस्थितिकी प्रणालियों से बदल जाता है। वातावरण को अधिकतर जल प्रवाह पौधों के वाष्पोत्सर्जन से प्राप्त होता है। वनस्पति आवरण भूमि की सतह के ऊपर से बहते जल को प्रभावित करता है जबकि नदी की वाहिकाएं उनके भीतर की वनस्पति से आकार प्राप्त करते हैं।
पारिस्थितिक जल वैज्ञानिक स्थलीय और जलीय प्रणालियों दोनों का अध्ययन करते हैं। स्थलीय पारितंत्रों में (जैसे कि जंगल, रेगिस्तान और बड़े मैदान), वनस्पति की अन्योन्यक्रिया, भूमि की सतह, वडोस क्षेत्र और भूजल मुख्य आकर्षण बिंदु हैं। जलीय पारितंत्रों (जैसे कि नदियां, नाले, झीलें और आर्द्रभूमि) में इस बात पर बल दिया जाता है किस तरह जल रसायन, भू-आकृति विज्ञान और जल विज्ञान उनकी संरचना और कार्य को प्रभावित करते हैं।

वनस्पति और जल बल

पारिस्थितिक जल विज्ञान में एक मौलिक संकल्पना यह है कि पौधे का शरीर विज्ञान सीधे पानी की उपलब्धता से जुड़ा हुआ है। जहां पर्याप्त जल होता है जैसे कि वर्षावन में, वहां पौधों की वृद्धि पोषक तत्वों की उपलब्धता पर अधिक निर्भर होती है। हालांकि, अफ़्रीकी चारागाह जैसे अर्द्ध-शुष्क क्षेत्रों में वनस्पति का प्रकार और वितरण सीधे ही पानी की उस मात्रा से संबंधित होता है जो पौधे मिट्टी से निकाल सकते हैं। जब पर्याप्त मिट्टी पानी उपलब्ध नहीं होता तो जल-बलित स्थिति उत्पन्न होती है। पानी के दबाव अधीन पौधों में अनेक प्रतिक्रियाओं के माध्यम से वाष्पोत्सर्जन और प्रकाश संश्लेषण दोनों का क्षय होता है साथ ही सरंध्र भी बंद होते हैं। कैनोपी जल प्रवाह और कार्बन डाइऑक्साइड के प्रवाह में कमी का आसपास की जलवायु और मौसम पर प्रभाव पड़ सकता है।

मिट्टी की नमी की गतिकी

आम तौर पर वडोस क्षेत्र या ज़मीन के नीचे मिट्टी के असंतृप्त भाग में मौजूद पानी की मात्रा का वर्णन करने के लिए मिट्टी की नमी शब्द का प्रयोग किया जाता है। चूंकि महत्वपूर्ण जैविक प्रक्रियाओं के लिए पौधे इस पानी पर निर्भर करते हैं, मिट्टी की नमी पारिस्थितिक जल विज्ञान के अध्ययन का अभिन्न अंग है। मिट्टी की नमी को आम तौर पर जलीय तत्व,  या संतृप्ति,  के रूप में वर्णित किया जाता है। ये शब्द  समीकरण के माध्यम से संरध्रता,  से संबंधित हैं। समय के साथ मिट्टी की नमी में आए परिवर्तन को मिट्टी की नमी की गतिकी के रूप में जाना जाता है।

सामयिक और स्थानिक विचार

पारिस्थितिक जल विज्ञान संबंधी सिद्धांत सामयिक (समय) और स्थानिक (स्थान) संबंधों को भी महत्व देता है। समयानुसार पारितंत्र के विकास में विशेष रूप से वर्षण घटनाओं में, जल विज्ञान एक महत्वपूर्ण कारक हो सकता है। उदाहरण के लिए, भूमध्य परिदृश्य में शुष्क गर्मी और बरसाती सर्दियां होती हैं। अगर वनस्पति गर्मी के मौसम में उत्पन्न होती है तो अक्सर पानी के तनाव का अनुभव होता है भले ही साल भर में कुल वर्षा ठीक मात्रा में हुई हो. इन क्षेत्रों में पारितंत्र इस प्रकार विकसित हुए हैं ताकि सर्दियों में जब जल सुलभ होता है तब अधिक पानी की मांग करने वाले घास को और गर्मियों में जब जल की कमी होती है तब सूखा-अनुकूलित पेड़ों को सहारा मिले.

पारिस्थितिक जल विज्ञान का संबंध पौधों के स्थानिक वितरण के पीछे जलीय कारकों से भी है। पौधों में इष्टतम अंतर और स्थानिक संगठन कम से कम आंशिक रूप से जल की उपलब्धता से निर्धारित होता है। अच्छी तरह जल-पालित क्षेत्रों की तुलना में मिट्टी में अल्प नमी वाले पारितंत्रों में पेड़ दूर दूर स्थित होते हैं।

एक बिंदु पर जल संतुलन

एक परिदृश्य में एक बिंदु पर जल का संतुलन पारिस्थितिक जल विज्ञान का मौलिक समीकरण है। जल संतुलन दर्शाता है कि मिट्टी में प्रवेश करने वाले पानी की मात्रा मिट्टी से निकलने वाले एवं मिट्टी में संग्रहीत पानी की मात्रा में आए परिवर्तन के बराबर होनी चाहिए. जल संतुलन के मुख्य चार घटक हैं: वर्षण का मिट्टी में प्रवेश, वाष्पन-उत्सर्जन, पौधों की पहुंच से परे मिट्टी की गहराई में पानी का रिसाव और ज़मीन की सतह से पानी का अपवाह. निम्न समीकरण द्वारा इसका वर्णन किया गया है:
मूल क्षेत्र में निहित पानी की कुल मात्रा समीकरण की बायीं ओर इंगित है। वनस्पति के लिए सुलभ इस पानी की मात्रा मिट्टी की संरध्रता  इसकी संतृप्ति () से गुणन और पौधे के मूल () की गहराई के समान है। विभेदक समीकरण  से पता चलता है कि किस प्रकार समय बीत जाने के बाद मिट्टी की संतृप्ति बदलती है। दायीं ओर वर्षा की दर (), अवरोधन (), अपवाह (), वाष्पन-उत्सर्जन () और रिसाव () दिए गए हैं। ये प्रति दिन मिलीमीटर में दिए गए हैं (मिमी/दिन). अपवाह, वाष्पीकरण और रिसाव सभी एक निश्चित समय पर मिट्टी की संतृप्ति पर अत्याधिक निर्भर करते हैं।
समीकरण को हल करने के लिए, मिट्टी की नमी के कार्य के रूप में वाष्पन-उत्सर्जन की दर ज्ञात होनी चाहिए. आम तौर पर इसे वर्णन करने वाले नमूने के अनुसार एक निश्चित संतृप्ति के बाद वाष्पीकरण उपलब्ध धूप जैसे जलवायु के कारकों पर ही निर्भर होगा. इस बिंदु के नीचे पहुंचने पर मिट्टी की नमी वाष्पन-उत्सर्जन को नियंत्रित करती है और यह कम होने लगती है जब तक कि मिट्टी उस बिंदु तक न पहुंच जाए जहां वनस्पति के लिए और पानी निकालना सुकर न हो. मिट्टी के इस स्तर को आम तौर पर "स्थायी शिथिलन बिंदु" कहा जाता है। यह शब्द भ्रामक है क्योंकि कई पादप प्रजातियां वास्तव में "शिथिल" नहीं होती हैं।