Mobility risk and desorption irreversibility of glyphosate and aminomethylphosphonic acid in highly weathered tropical soils of Sri Lanka

तकनीकी सारांश: श्रीलंका की अत्यधिक अपक्षयित उष्णकटिबंधीय मृदाओं में ग्लाइफोसेट और एएमपीए (AMPA) की गतिशीलता जोखिम और विसोषण अपरिवर्तनीयता (Desorption Irreversibility)

समस्या विवरण
ग्लाइइफोसेट (GLY) और उसका प्राथमिक मेटाबोलाइट, एमिनोमिथाइलफॉस्फोनिक एसिड (AMPA), विश्व स्तर पर व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं, फिर भी खनिज-समृद्ध, अपक्षयित उष्णकटिबंधीय मृदाओं में उनके पर्यावरणीय क्षय व्यवहार का पर्याप्त अध्ययन नहीं किया गया है। जबकि इलाइट और स्मेक्टाइट जैसे खनिजों से प्रधान समशीष्ण (temperate) मृदाओं के लिए व्यापक डेटा उपलब्ध है, काओलिनाइट, गिब्साइट और उच्च आयरन/एल्युमीनियम (Fe/Al) ऑक्साइड सामग्री वाली उष्णकटिबंधीय मृदाओं के संबंध में एक महत्वपूर्ण ज्ञान अंतराल मौजूद है। इसके अलावा, पारंपरिक गतिशीलता जोखिम सूचकांक (जैसे, $K_{OC}$, GUS) इन वातावरणों के लिए अपर्याप्त हो सकते हैं क्योंकि वे अक्सर सोखना-विसोषण हिस्टेरेसिस (sorption-desorption hysteresis) को ध्यान में रखने में विफल रहते हैं—जो कि अधिशोषण (adsorption) और विसोषण (desorption) समोच्छ (isotherms) के बीच गैर-सहयोग (non-coincidence) को दर्शाता है। यह हिस्टेरेसिस कीटनाशकों के स्थायित्व, जैव उपलब्धता और भूजल संदूषण के जोखिम को प्रभावित करता है। श्रीलंका में, जहाँ चाय और रबर के बागानों में ग्लाइफोसेट का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, गीले-क्षेत्र (wet-zone) की चाय बागान मृदाओं में विशिष्ट गतिशीलता जोखिमों को समझना वाणिज्यिक उत्पादों के लिए संभावित अवशेष परिवहन और पर्यावरणीय सुरक्षा के आकलन हेतु अत्यंत महत्वपूर्ण है।

कार्यप्रणाली
इस अध्ययन ने श्रीलंका के 15 गीले-क्षेत्र के चाय बागान मृदाओं में GLY और AMPA के सोखना-विसोषण हिस्टेरेसिस का लक्षण वर्णन किया।

• नमूनाकरण (Sampling): ट्रांसेक्ट सैंपलिंग का उपयोग करके चाय के बागानों के A हॉरिजन (10 सेमी गहराई) से मिश्रित मृदा नमूने एकत्र किए गए।
• विशेष लक्षण (Characterization): मृदा के भौतिक-रासायनिक गुणों जैसे pH, कार्बनिक कार्बन (OC), मिट्टी की मात्रा और ICP-MS के माध्यम से कुल Fe, Al, Ca, और Mg सांद्रता का विश्लेषण किया गया।
• प्रयोगात्मक डिजाइन: OECD 106 दिशानिर्देशों के अनुसार 27±2°C पर 1:5 मृदा-से-विलयन अनुपात के साथ बैच इक्विलिब्रियम प्रयोग आयोजित किए गए।
  • काइनेटिक्स (Kinetics): अधिशोषण और विसोषण दरों की निगरानी 24 घंटों तक की गई।
  • आइसोथर्म्स (Isotherms): 5 से 150 mg L⁻¹ की सांद्रता सीमा का उपयोग करके एकल-बिंदु फ्रुंडलिच (Freundlich) आइसोथर्म बनाए गए।
• विश्लेषण: LC-MS/MS का उपयोग करके अवशिष्ट ग्लाइफोसेट और AMPA की मात्रा निर्धारित की गई।
• मॉडलिंग: डेटा को स्यूडो-फर्स्ट-ऑर्डर (PFO) और स्यूडो-सेकंड-ऑर्डर (PSO) काइनेटिक मॉडल (रैखिक और गैर-रैखिक) और फ्रुंडलिच/लैंगमुइर (Freundlich/Langmuir) आइसोथर्म मॉडल में फिट किया गया।
• जोखिम मूल्यांकन: अध्ययन ने पारंपरिक गुस्ताफसन ग्राउंडवाटर युबिक्विटी स्कोर (GUS) का उपयोग करके गतिशीलता का मूल्यांकन किया और दो नवीन सूचकांक पेश किए: हिस्टेरेसिस कंट्रोल इंडेक्स (HCI) और सामान्यीकृत गतिशीलता जोखिम सूचकांक ($MRIn,100$)।
• सांख्यिकी: मृदा संबंधी कारकों (pedological drivers) की पहचान करने के लिए क्लस्टर विश्लेषण, पियर्सन सहसंबंध, हीटमैप और पार्शियल लीस्ट स्क्वायर्स रिग्रेशन (PLSR) का उपयोग किया गया।

प्रमुख परिणाम

• अधिशोषण दक्षता: अधिशोषण तीव्र था, जो 24 घंटों के भीतर साम्यावस्था (equilibrium) तक पहुँच गया। 15 में से 12 मृदा नमूनों में, GLY के लिए अधिशोषण 98.4% से अधिक और AMPA के लिए 96.5% से अधिक था। शेष तीन नमूनों में कम अधिशोषण देखा गया (क्रमशः 75.6% और 82.3%)।
• विसोषण अपरिवर्तनीयता (Desorption Irreversibility): विसोषण उल्लेखनीय रूप से धीमा और आंशिक था, जो अधिकांश मृदाओं में 24 घंटों के भीतर साम्यावस्था तक पहुँचने में विफल रहा। एक मजबूत प्रतिलोम संबंध देखा गया: उच्च अधिशोषण वाली मृदाओं में सबसे कम विसोषण देखा गया।
• हिस्टेरेसिस पैटर्न: महत्वपूर्ण हिस्टेरेसिस देखा गया।
  • धनात्मक हिस्टेरेसिस: GLY के लिए 73% और AMPA के लिए 27% मृदाओं ने धनात्मक हिस्टेरेसिस दिखाया, जो एकता से अधिक Hysteresis Index (HI) मानों द्वारा इंगित किया गया (अधिशोषण > विसोषण)।
  • ऋणात्मक/क्रॉसओवर हिस्टेरेसिस: एक क्रॉसओवर पैटर्न देखा गया जहाँ कम सांद्रता पर विसोषण आइसोथर्म, अधिशोषण आइसोथर्म से अधिक हो गया लेकिन उच्च लोडिंग पर अभिसरण (converge) हुआ, जो सांद्रता-निर्भर अपरिवर्तनीयता को दर्शाता है।
• काइनेटिक और आइसोथर्म मॉडलिंग: अधिशोषण स्यूडो-सेकंड-ऑर्डर (PSO) काइनेटिक मॉडल और फ्रुंडलिच आइसोथर्म का पालन करता है, जो विषम सतहों पर एक हाइब्रिड कीमिसॉर्प्शन (chemisorption) प्रक्रिया का सुझाव देता है। विसोषण काइनेटिक्स को गैर-रैखिक PSO मॉडल द्वारा सबसे अच्छी तरह वर्णित किया गया।
• मृदा संबंधी चालक (Pedological Drivers):
  • धनात्मक सहसंबंध: वितरण गुणांक ($K_d$) ने Fe सामग्री, Al सामग्री, मिट्टी की मात्रा, कार्बनिक कार्बन और नमी के साथ मजबूत धनात्मक सहसंबंध दिखाया।
  • ऋणात्मक सहसंबंध: मृदा pH और $K_d$ के बीच एक तीव्र नकारात्मक सहसंबंध पाया गया। क्षारीय स्थितियाँ सतह के डीप्रोटोनेशन को बढ़ावा देती हैं, जिससे धातु ऑक्साइड बाइंडिंग साइटों के लिए प्रतिस्पर्धा बढ़ जाती है और अधिशोषण कम हो जाता है।
  • सर्फेक्टेंट प्रभाव: सांख्यिकीय विश्लेषण (ANOVA, Tukey, Dunnett) ने पुष्टि की कि वाणिज्यिक सर्फेक्टेंट ने संदर्भ मानक की तुलना में ग्लाइफोसेट फॉर्मूलेशन के अधिशोषण व्यवहार को महत्वपूर्ण रूप से नहीं बदला।
• जोखिम वर्गीकरण:
  • उच्च जोखिम: क्षारीय, रेतीली बनावट वाली मृदाएं जिनमें कम Fe/Al ऑक्साइड सामग्री है, बहुत उच्च गतिशीलता जोखिम ($MRIn,100 = 100$) प्रदर्शित करती हैं।
  • निम्न जोखिम: अम्लीय, खनिज-समृद्ध, उच्च-मिट्टी वाली उष्णकटिबंधीय मृदाएं दोनों यौगिकों को प्रभावी ढंग से स्थिर (immobilize) करती हैं ($MRIn,100 < 0.02$), जिसके परिणामस्वरूप कम जैव उपलब्धता होती है।

प्रमुख योगदान

1. नवीन जोखिम सूचकांक: इस अध्ययन ने HCI और $MRIn,100$ को पेश किया। ये सूचकांक हिस्टेरेसिस व्यवहार, विसोषण क्षमता और खनिज बफरिंग क्षमता को एक एकीकृत ढांचे में एकीकृत करते हैं, जो उष्णकटिबंधीय मृदाओं के लिए पारंपरिक गतिशीलता सूचकांकों की सीमाओं को संबोधित करते हैं।
2. उष्णकटिबंधीय मृदा विशिष्टता: यह शोध काओलिनाइट/ऑक्साइड-प्रधान अत्यधिक अपक्षयित उष्णकटिबंधीय मृदाओं में GLY और AMPA के व्यवहार के लिए महत्वपूर्ण डेटा प्रदान करता है, जो समशीष्ण मृदाओं (temperate soils) पर केंद्रित मौजूदा साहित्य के विपरीत है।
3. यांत्रिक अंतर्दृष्टि (Mechanistic Insight): यह अध्ययन पुष्टि करता है कि Fe और Al सतहों पर इनर-स्फीयर कॉम्प्लेक्सेशन (inner-sphere complexation) ही देखे गए हिस्टेरेसिस और अपरिवर्तनीयता को चलाने वाली प्राथमिक प्रक्रिया है।

महत्व और दावे
यह शोध दावा करता है कि उष्णकटिबंधीय कृषि प्रणालियों में ग्लाइफोसेट के पर्यावरणीय भाग्य की भविष्यवाणी समशीष्ण मृदाओं से प्राप्त मॉडलों का उपयोग करके सटीक रूप से नहीं की जा सकती है। लेखक तर्क देते हैं कि विशिष्ट खनिज विज्ञान (उच्च Fe/Al ऑक्साइड) और अम्लता श्रीलंकन चाय बागान मृदाओं में ग्लाइफोसेट के मजबूत स्थिरीकरण की ओर ले जाती है, जिससे गतिशीलता जोखिम और जैव उपलब्धता कम हो जाती है। हालाँकि, अध्ययन यह भी रेखांकित करता है कि उसी क्षेत्र की क्षारीय, रेतीली मृदाएं महत्वपूर्ण गतिशीलता जोखिम पैदा करती हैं। हिस्टेरेसिस अपरिवर्तनीयता को स्पष्ट करके और $MRIn,100$ सूचकांक पेश करके, यह अध्ययन स्थल-विशिष्ट पर्यावरणीय जोखिमों के मूल्यांकन के लिए एक अधिक सूक्ष्म उपकरण प्रदान करता है, यह सुझाव देते हुए कि अत्यधिक अपक्षयित उष्णकटिबंधीय मृदाओं में, यदि मृदा अम्लीय और खनिज-समृद्ध बनी रहती है, तो भूजल संदूषण का जोखिम आमतौर पर कम होता है।