Changing soil physicochemical properties, reducing net global warming potential and increasing maize silage yields by one-time high-dose incorporation of vegetable residue in drylands

तकनीकी सारांश: शुष्क भूमि में सब्जी अवशेषों का एकमुश्त उच्च-खुराक समावेश

समस्या विवरण
चीन में सालाना 34 करोड़ टन से अधिक सब्जी अवशेष उत्पन्न होते हैं, जो मुख्य फसलों के पुआल के बाद कृषि अवशेषों का दूसरा सबसे बड़ा स्रोत है। जबकि इन अवशेषों में महत्वपूर्ण पोषक तत्व (N, P, K) और कार्बनिक पदार्थ संचित होते हैं, उनकी उच्च नमी सामग्री (>85%) और कम शुष्क पदार्थ सामग्री (<15%) पारंपरिक खेत समावेश विधियों की दक्षता में बाधा डालती है। व्यापारिक बाजारों और उत्पादन क्षेत्रों में अनुचित निपटान गंभीर पर्यावरणीय प्रदूषण का कारण बनता है। इसके अलावा, लोयस पठार (Loess Plateau), जो कि सब्जी उत्पादन का एक प्रमुख क्षेत्र है, गहन खेती और अपर्याप्त उर्वरक के कारण मृदा क्षरण का सामना कर रहा है, जहाँ वर्तमान पैदावार अक्सर उनकी क्षमता के 60% से कम होती है। अर्ध-शुष्क पारिस्थितिकी तंत्रों में पर्यावरणीय शमन (ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन) और कृषि उत्पादकता के बीच संतुलन बनाने वाले सब्जी अवशेषों के पुनर्चक्रण के लिए इष्टतम रणनीतियों को निर्धारित करने की तत्काल आवश्यकता है।

कार्यप्रणाली
एक दो-वर्षीय क्षेत्रीय प्रयोग (2020-2022) लोयस पठार (गांसु प्रांत, चीन) के अर्ध-शुष्क पारिस्थितिकी तंत्र स्टेशन पर आयोजित किया गया था। इस अध्ययन में परीक्षण फसल के रूप में साइलेज मक्का (Zea mays L.) का उपयोग किया गया और एक रैंडमाइज्ड ब्लॉक डिजाइन का उपयोग किया गया। प्रयोगात्मक उपचारों में निम्नलिखित का फैक्टोरियल संयोजन शामिल था:

• समावेश दर (W): एकमुश्त उच्च-खुराक सब्जी अवशेष अनुप्रयोग के तीन स्तर: W1 (800 t·ha⁻¹), W2 (1600 t·ha⁻¹), और W3 (2400 t·ha⁻¹)।
• समावेश गहराई (D): तीन गहराईयाँ: D1 (10 सेमी), D2 (20 सेमी), और D3 (30 सेमी)।
• नियंत्रण (Control): एक बिना-समावेश उपचार (NW) जहाँ अवशेष संशोधन के बिना ऊपरी मिट्टी की जुताई की गई।

सब्जी अवशेषों में एक स्थानीय व्यापार केंद्र से एकत्र किए गए बेबी कैबेज, फूलगोभी, अजवाइन और एस्परैगस लेट्यूस का मिश्रण शामिल था। 2021 में, मक्का को शून्य-जुताई (no-tillage) की स्थिति में उगाया गया था; 2022 में, रिज-फरो मल्चिंग (ridge-furrow mulching) तकनीक पेश की गई थी।

प्रमुख माप शामिल थे:

• मृदा भौतिक-रासायनिक गुण: तापमान, नमी की मात्रा, pH, रेडॉक्स क्षमता (RP), घुलित कार्बनिक कार्बन (DOC), और अकार्बनिक नाइट्रोजन (NH₄⁺-N, NO₃⁻-N)।
• ग्रीनहाउस गैस (GHG) उत्सर्जन: स्थिर चैंबरों और गैस क्रोमैटोग्राफी का उपयोग करके CO₂, N₂O, और CH₄ प्रवाह की निगरानी की गई।
• जलवायु प्रभाव मेट्रिक्स: नेट ग्लोबल वार्मिंग पोटेंशियल (NGWP) और ग्रीनहाउस गैस तीव्रता (GHGI) की गणना की गई, जिसमें प्रत्यक्ष मृदा उत्सर्जन, कृषि कार्यों से अप्रत्यक्ष उत्सर्जन और अवशेष समावेश से कार्बन पृथक्करण क्षमता को एकीकृत किया गया।
• फसल उत्पादकता: शारीरिक दुग्ध अवस्था (physiological milky stage) पर साइलेज मक्का की बायोमास उपज को मापा गया।
• सांख्यिकीय विश्लेषण: कारकों के महत्व को निर्धारित करने के लिए डेटा का विश्लेषण ANOVA, स्ट्रक्चरल इक्वेशन मॉडलिंग (SEM), पियर्सन सहसंबंध और रैंडम फॉरेस्ट विश्लेषण के माध्यम से किया गया।

मुख्य परिणाम

• मृदा भौतिक-रासायनिक गुण: उच्च-खुराक समावेश ने मृदा स्थितियों को महत्वपूर्ण रूप से बदल दिया। समावेश दर और गहराई दोनों का मृदा तापमान और नमी की मात्रा के साथ सकारात्मक सहसंबंध था। अवशेष समावेश ने मृदा pH में द्वि-चरणीय प्रतिक्रिया (प्रारंभिक वृद्धि के बाद गिरावट) और रेडॉक्स क्षमता में निरंतर कमी उत्पन्न की। DOC और NH₄⁺-N की सांद्रता समावेश के 15-30 दिनों के बाद चरम पर थी और यह खुराक-निर्भर थी, जो नियंत्रण की तुलना में DOC के लिए 4.8 गुना और NH₄⁺-N के लिए 139.9 गुना तक बढ़ गई। इसके विपरीत, NO₃⁻-N संचय समावेश की तीव्रता के विपरीत प्रवृत्ति प्रदर्शित करता है।
• ग्रीनहाउस गैस (GHG) उत्सर्जन: समावेश दर में वृद्धि से CO₂, N₂O, और CH₄ उत्सर्जन में उल्लेखनीय वृद्धि हुई (क्रमशः नियंत्रण के मुकाबले 5.15–12.77, 25.54–70.67, और 0.92–2.24 गुना)। CO₂ उत्सर्जन ने एक त्रि-मोडल (tri-modal) अस्थायी पैटर्न दिखाया, जिसका शिखर 20वें दिन पर था। N₂O उत्सर्जन मुख्य रूप से समावेश गहराई से प्रभावित था, जहाँ निचली दरों (W1, W2) पर गहरी समावेश ने उत्सर्जन को कम किया, लेकिन उच्चतम दर (W3) पर इसे बढ़ा दिया। CH₄ प्रवाह 150 दिनों के बाद धनात्मक से ऋणात्मक (सिंक/सोखने वाला) में बदल गया।
• नेट ग्लोबल वार्मिंग पोटेंशियल (NGWP) और GHGI: बढ़े हुए GHG उत्सर्जन के बावजूद, उच्च-खुराक उपचारों के परिणामस्वरूप नकारात्मक NGWP मान प्राप्त हुए, जो एक शुद्ध कार्बन सिंक प्रभाव का संकेत देते हैं। समावेश दर और NGWP के बीच एक मजबूत नकारात्मक सहसंबंध था (r = -0.91, P < 0.01)। विशाल कार्बनिक कार्बन इनपुट से होने वाले कार्बन पृथक्करण लाभों ने संबंधित उत्सर्जन को प्रभावी ढंग से संतुलित कर दिया।
• फसल की उपज: साइलेज मक्का की उपज समावेश दर के प्रति परवलयिक (parabolic) प्रतिक्रिया दर्शाती है। मध्यम दरें (W1 और W2) उपज में उल्लेखनीय वृद्धि (नियंत्रण के सापेक्ष 112.4% तक) करती हैं, जबकि उच्चतम दर (W3) के कारण उपज में कमी (नियंत्रण से 17.7–41.1% कम) आती है, जिसका कारण माध्यमिक लवणता और अत्यधिक पोषक तत्व संचय है। उपज का समावेश गहराई के साथ सकारात्मक रैखिक संबंध देखा गया।
• इष्टतम रणनीति: 1600 t·ha⁻¹ अनुप्रयोग दर (W2) और 30 सेमी समावेश गहराई (D3) के संयोजन को इष्टतम माना गया। इस उपचार ने कार्बन पृथक्करण और उपज के बीच संतुलन बनाते हुए, उत्पादकता लाभ को अधिकतम किया और पर्यावरणीय प्रभावों को न्यूनतम किया।

महत्व और दावे
यह शोध दावा करता है कि एकमुश्त उच्च-खुराक सब्जी अवशेष समावेश, अपशिष्ट प्रबंधन और मृदा उर्वरता दोनों समस्याओं के समाधान के लिए अर्ध-शुष्क लोयस पठार के लिए एक व्यवहार्य रणनीति है। अध्ययन दर्शाता है कि हालांकि ऐसा समावेश शुरू में GHG उत्सर्जन को उत्तेजित करता है, लेकिन पर्याप्त कार्बन पृथक्करण क्षमता और इसके परिणामस्वरूप होने वाली फसल उत्पादकता में वृद्धि (मध्यम उपचारों में) इन उत्सर्जन को प्रभावी ढंग से संतुलित करती है, जिससे शुद्ध ग्लोबल वार्मिंग पोटेंशियल में कमी आती है।

लेखक का तर्क है कि यह अभ्यास मृदा उर्वरता को बढ़ा सकता है, कृत्रिम उर्वरकों को आंशिक रूप से प्रतिस्थापित कर सकता है और फसल की उपज में सुधार कर सकता है, जिससे सतत संसाधन उपयोग को बढ़ावा मिलता है। हालांकि, वे चेतावनी देते हैं कि अत्यधिक अनुप्रयोग दरें (जैसे, 2400 t·ha⁻¹) मृदा लवणता और उपज में गिरावट का कारण बन सकती हैं, जो इष्टतम दरों और गहराइयों की पहचान करने की आवश्यकता पर बल देती हैं। यह अध्ययन कार्बन पृथक्करण लक्ष्यों और कृषि उत्पादकता के बीच संतुलन बनाने के लिए महत्वपूर्ण अंतर्दृष्टि प्रदान करता है, जो यह सुझाव देता है कि नियंत्रित सब्जी अवशेष समावेश, विशेष रूप से जब इसे रिज-फरो मल्चिंग जैसे कृषि हस्तक्षेपों के साथ जोड़ा जाता है, शुष्क क्षेत्रों के लिए एक सतत प्रबंधन रणनीति का प्रतिनिधित्व करता है। लेखक नोट करते हैं कि मृदा कार्बन संतृप्ति और निरंतर GHG उत्सर्जन के संबंध में इन रणनीतियोंओं के पूर्ण मूल्यांकन के लिए दीर्घकालिक निगरानी आवश्यक है।