Physicochemical Characterization of Cassava Peel-Derived Biodegradable Hydrogel for Agricultural Soil Amendment

धान के खेत की मिट्टी की कल्पना एक प्यासे स्पंज के रूप में करें जिसे लगातार निचोड़ा जा रहा है। दुनिया के कई हिस्सों में, किसान दोहरी मुसीबत का सामना करते हैं: या तो बारिश पर्याप्त नहीं होती, या मिट्टी इतनी रेतीली या ढीली होती है कि वह मिलने वाले पानी को रोक नहीं पाती। जब पानी जमीन के माध्यम से सीधे बह जाता है, तो वह पौधों के लिए बने भोजन (पोषक तत्वों) को भी अपने साथ बहा ले जाता है, जिससे फसलें भूखी और सूखी रह जाती हैं। इसे ठीक करने के लिए, वैज्ञानिक मिट्टी में मिलाने के लिए एक "जादुई स्पंज" की तलाश कर रहे थे। आमतौर पर, ये स्पंज सिंथेटिक रसायनों से बने होते हैं जो एक सुपर-एब्जॉर्बेंट डायपर की तरह काम करते हैं, पानी को सोख लेते हैं और उसे धीरे-धीरे छोड़ते हैं। लेकिन समस्या यह है कि वे रासायनिक स्पंज टूटते नहीं हैं। वे हमेशा के लिए जमीन में बने रहते हैं, जिससे वे संभावित रूप से प्रदूषण में बदल सकते हैं। तो, बड़ा सवाल यह है: क्या हम प्रकृति के अपने कचरे से एक ऐसा स्पंज बना सकते हैं जो पानी पिए, पौधों को खिलाए और काम पूरा होने पर खुशी-खुशी गायब हो जाए?

यही वह खोज है जिसे करने के लिए तंजानिया के शोधकर्ताओं की एक टीम ने ठान लिया था। उन्होंने तय किया कि वे कसावा के छिलकों (cassava peels)—जो किसानों द्वारा जड़ को खाद्य पदार्थ के रूप में संसाधित करने के बाद बचा हुआ छिलका है—को फेंकने के बजाय उसका उपयोग करेंगे। इसके बजाय, उन्होंने पूछा: क्या इन छिलकों को एक बायोडिग्रेडेबल हाइड्रो जेल में बदला जा सकता है? एक हाइड्रो जेल को एक छोटे, अदृश्य पानी रोकने वाले जाल के रूप में समझें। शोधकर्ता यह देखना चाहते थे कि क्या वे कसावा की खाल से एक ऐसा जाल तैयार कर सकते हैं जो बारिश को सोख ले, उसे मिट्टी में रोक कर रखे ताकि चावल की जड़ें उसे पी सकें, और फिर धीरे-धीरे मिट्टी में वापस घुल जाए, जिससे पौधों के लिए थोड़ा अतिरिक्त भोजन भी पीछे रह जाए। वे केवल अनुमान नहीं लगा रहे थे; वे बिल्कुल सटीक रूप से मापना चाहते थे कि यह छिलका-स्पंज कितना पानी रख सकता है, यह कितनी तेजी से पानी छोड़ेगा, और प्रकृति इसे कितनी जल्दी खा जाएगी।

कसावा छिलका स्पंज

टीम ने तंजानिया के एक स्थानीय पसंदीदा "मकोमोज़ी" (Mkombozi) किस्म के कसावा से शुरुआत की। उन्होंने अपना स्पंज बनाने के लिए किसी फैंसी रसायन का उपयोग नहीं किया; इसके बजाय, उन्होंने एक ऐसी प्रक्रिया का उपयोग किया जो बहुत गाढ़े, स्टार्च वाले पुडिंग बनाने जैसा लगता है। उन्होंने ताजे छिलकों को लिया, उन्हें धोया, धूप में सुखाया और बारीक पाउडर में पीस लिया। फिर, उन्होंने इस पाउडर को पानी के साथ मिलाया और इसे गर्म किया। इस गर्मी ने छिलकों के अंदर के स्टार्च को एक जेल में बदल दिया, जिसे उन्होंने फिर से सुखाकर छोटे-छोटे दाने बना दिए। यह आलू के छिलकों के ढेर को एक चिपचिपे पेस्ट में बदलने और फिर उन्हें छोटे कंकड़ों के रूप में बेक करने जैसा है जो मिट्टी में दफनाने के लिए तैयार हैं।

यह कितना पानी पी सकता है?

वैज्ञानिकों ने सबसे पहले यह जानना चाहा कि यह नया स्पंज कितना प्यासा है? उन्होंने सूखे दानों को पानी में डाला और उन्हें फूलते हुए देखा। परिणाम थोड़े आश्चर्यजनक थे यदि आप एक बहुत शक्तिशाली रासायनिक स्पंज की उम्मीद कर रहे थे। कसावा छिलके का हाइड्रो जेल 1 ग्राम सूखे जेल के लिए लगभग 0.1375 ग्राम पानी सोख सकता है। इसे समझने के लिए, यह कोई विशाल पानी का गुब्बारा नहीं है; यह एक घने, भारी स्पंज की तरह है जो पानी की मध्यम मात्रा को थामे रखता है। हालांकि, शोधकर्ताओं का सुझाव है कि धान के खेतों के लिए यह वास्तव में एक अच्छी बात हो सकती है। बाढ़ वाले खेतों में, एक स्पंज जो बहुत अधिक फैलता है, वह बिखर सकता है। यह मजबूत और स्थिर रहा, एक विश्वसनीय छोटे जलाशय की तरह काम करता जो तुरंत घुलता नहीं है।

धीमी गति से छोड़ने वाला जादू

एक बार जब स्पंज पानी से भर गया, तो टीम यह देखना चाहती थी कि यह इसे कितने समय तक बनाए रखता है। उन्होंने गीले दानों को एक नियंत्रित कमरे में रखा और एक सप्ताह (168 घंटे) तक उनकी जांच की। हाइड्रो जेल ने अपना सारा पानी एक साथ नहीं छोड़ा। इसके बजाय, इसने एक धीरे-धीरे टपकने वाले नल की तरह काम किया। एक सप्ताह के दौरान, इसने अवशोषित पानी को धीरे-धीरे छोड़ा। 168 घंटों के अंत तक, इसने सारा पानी छोड़ दिया था। यह सुझाव देता है कि यदि आप इसे खेत में डालते हैं, तो यह कम पानी वाले समय के दौरान अंतर को पाटने में मदद कर सकता है, जिससे चावल की जड़ों को अचानक बाढ़ और सूखे के बजाय निरंतर पानी मिलता रहे।

पौधों के लिए एक बोनस स्नैक

यहाँ कहानी और भी दिलचस्प हो जाती है। शोधकर्ताओं ने महसूस किया कि यह केवल एक पानी का स्पंज नहीं था; यह एक 'स्नैक पैक' भी था। क्योंकि हाइड्रो जेल कसावा के छिलकों से बना था, इसलिए यह स्वाभाविक रूप से पोषक तत्वों से भरपूर था। जब उन्होंने इसका परीक्षण किया, तो पाया कि इसमें शामिल था:

• पोटेशियम: 10.647 मिलीग्राम/ग्राम (सबसे प्रचुर मात्रा में मौजूद पोषक तत्व)
• नाइट्रोजन: 7.37 मिलीग्राम/ग्राम
• फास्फोरस: 0.933 मिलीग्राम/ग्राम

खेती की दुनिया में, पोटेशियम चावल के पौधों के लिए एक बॉडीगार्ड की तरह है, जो उन्हें उनके पानी को नियंत्रित करने और बीमारियों से लड़ने में मदद करता है। इन पोषक तत्वों को जेल के भीतर समाहित करके, हाइड्रो जेल एक "स्लो-रिलीज़ फर्टिलाइजर" (धीरे-धीरे पोषक तत्व छोड़ने वाली खाद) के रूप में कार्य करता है। जैसे-जैसे जेल टूटता है और पानी छोड़ता है, यह इन पोषक तत्वों को धीरे-धीरे मिट्टी में भी छोड़ता है, जिससे पौधे बिना इस जोखिम के बढ़ते हैं कि वे बहुत जल्दी बह जाएँ।

महान गायब होना

अंतिम परीक्षण यह देखना था कि क्या स्पंज वास्तव में गायब हो जाएगा, या यह जमीन में पत्थर की तरह पड़ा रहेगा। टीम ने दानों को मिट्टी में दबाया और एक महीने तक हर पांच दिन में उनकी जांच की। परिणाम प्रभावशाली था: 30 दिनों के बाद, हाइड्रो जेल ने अपने वजन का 82.5% खो दिया था। यह अनिवार्य रूप से मिट्टी के सूक्ष्मजीवों द्वारा खाया जा रहा था और हानिरहित कार्बनिक पदार्थ में टूट रहा था। सिंथेटिक स्पंजों की तुलना में, जो वर्षों तक टिके रह सकते हैं, यह एक बड़ी जीत है। कसावा छिलके के हाइड्रो जेल ने साबित कर दिया कि यह अपना काम कर सकता है और फिर मिट्टी में वापस लौट सकता है, जिससे प्रदूषण के बजाय मिट्टी के स्वास्थ्य में वृद्धि होती है।

इसका क्या अर्थ है

पेपर यह निष्कर्ष निकालता है कि कसावा के छिलकों को हाइड्रो जेल में बदलना एक आशाजनक विचार है। यह एक ऐसी सामग्री बनाता है जो पानी को थामे रखती है, पौधों को खिलाती है, और जल्दी से टूट जाती है। हालांकि यह सुपर-स्ट्रॉन्ग रासायनिक स्पंज की तुलना में उतना पानी नहीं रोक पाता है, लेकिन इसकी स्थिरता और धीरे-धीरे पोषक तत्व पहुँचाने की इसकी क्षमता इसे तंजानिया जैसे स्थानों में चावल की खेती के लिए एक आदर्श उम्मीदवार बनाती है। शोधकर्ताओं का सुझाव है कि यह तो बस शुरुआत है; अगला कदम इस लैब-निर्मित स्पंज को वास्तविक खेतों में ले जाना है ताकि यह देखा जा सके कि क्या यह वास्तव में किसानों को कम पानी के साथ अधिक चावल उगाने में मदद कर सकता है। फिलहाल, विज्ञान दिखाता है कि रसोई के कचरे का एक साधारण उत्पाद कृषि के लिए अधिक टिकाऊ भविष्य की कुंजी हो सकता है।