Calcium silicate effects on wheat phosphorus nutrition depend on phosphorus-source chemistry
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि गेहूं के फास्फोरस पोषण को बढ़ाने में कैल्शियम सिलिकेट संशोधनों की प्रभावकारिता फास्फोरस स्रोत के रासायनिक रूप पर अत्यधिक निर्भर है, जहाँ संशोधन मुख्य रूप से बल्क फास्फेट रिलीज के बजाय पादप- और राइजोस्फीयर-मध्यस्थ तंत्रों के माध्यम से हाइड्रोक्सीएपेटाइट या घुलनशील KH2PO4 के रूप में फास्फोरस की आपूर्ति होने पर विकास और अवशोषण को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ाता है।
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पौधों को बढ़ने के लिए फास्फोरस की आवश्यकता होती है, जो एक ऐसा पोषक तत्व है जिसे वे आमतौर पर मिट्टी से एक घुले हुए रसायन के रूप में खींचते हैं। लेकिन कई खेतों में, यह महत्वपूर्ण तत्व बंद अवस्था में होता है, जो मिट्टी के कणों से इस तरह चिपका रहता है कि जड़ें आसानी से वहां तक नहीं पहुँच पातीं। किसान अक्सर इसे ठीक करने के लिए उर्वरक मिलाते हैं, फिर भी उस डाले गए फास्फोरस का एक बड़ा हिस्सा अंततः फिर से फंस जाता है, जिससे अतिरिक्त लागत के बावजूद फसलें भूखी रह जाती हैं। वैज्ञानिक लंबे समय से ऐसे तरीकों की तलाश कर रहे हैं कि कैसे पौधों को भारी मात्रा में नए उर्वरक पर निर्भर किए बिना इन जिद्दी, बंद पड़े भंडारों तक पहुँचने में मदद की जाए। एक आशाजनक सहायक सिलिकॉन है, जो रेत और चट्टानों में पाया जाने वाला एक सामान्य तत्व है, जिसे गेहूं जैसी कई घास और अनाज वाली फसलें सक्रिय रूप से ग्रहण करती हैं। हालांकि सिलिकॉन को पौधों के तनों को मजबूत करने और उन्हें तनाव का सामना करने में मदद करने के लिए जाना जाता है, लेकिन फास्फोरस पोषण में सुधार करने की इसकी क्षमता पिछले अध्ययनों में मिली-जुली रही है, जो कभी मदद करती है तो कभी बिल्कुल कुछ नहीं करती।
इजराइल के कृषि अनुसंधान संगठन के शोधकर्ताओं की एक टीम यह समझने के लिए आगे बढ़ी कि सिलिकॉन की मदद इतनी भिन्न क्यों होती है। उन्हें संदेह था कि उत्तर उस फास्फोरस के विशिष्ट रासायनिक रूप में छिपा है जिसे पौधे खाने की कोशिश कर रहे हैं। इसका परीक्षण करने के लिए, उन्होंने साफ रेत से भरे गमलों में गेहूं उगाया, जो एक तटस्थ माध्यम है जिससे वे ठीक से नियंत्रित कर सकते थे कि पौधों को कौन से पोषक तत्व प्राप्त हो रहे हैं। उन्होंने गेहूं को चार अलग-अलग प्रकार के फास्फोरस दिए: एक अत्यधिक घुलनशील रूप जो तुरंत घुल जाता है, एक रूप जो लोहे (आयरन) से बंधा हुआ है, एक रूप जो कैल्शियम से बंधा हुआ है, और बिना किसी अतिरिक्त फास्फोरस के। इन चारों परिदृश्यों में से प्रत्येक के लिए, उन्होंने आधे गमलों में कैल्शियम-सिलिकेट का मिश्रण डाला, जबकि अन्य आधे गमलों में केवल कैल्शियम का उपचार दिया ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि कोई भी प्रभाव सिलिकॉन से आया है, न कि केवल कैल्शियम से।
परिणामों से पता चला कि सिलिकॉन एक एकल, सार्वभौमिक बूस्टर के रूप में कार्य नहीं करता है। इसके बजाय, इसका प्रभाव पूरी तरह से फास्फोरस के स्रोत की रासायनिक प्रकृति पर निर्भर करता है। जब गेहूं को कैल्शियम-बद्ध फास्फोरस खिलाया गया था, जो आमतौर पर जड़ों के लिए बहुत कठिन होता है, तो सिलिकॉन के जुड़ाव ने पौधे के प्रदर्शन को बदल दिया। बिना सिलिकॉन के, गेहूं संघर्ष कर रहा था, जिससे बहुत कम पत्ती और जड़ का द्रव्यमान (मास) पैदा हुआ। सिलिकॉन के साथ, पौधे तेजी से बढ़े, जिससे ऊपरी पत्तेदार विकास में 85 प्रतिशत और जड़ के द्रव्यमान में 86 प्रतिशत की वृद्धि हुई। इन पौधों ने अपने तनों में 56 प्रतिशत अधिक फास्फोरस भी जमा किया। ऐसा लगा कि सिलिकॉन ने गेहूं को भोजन के उस स्रोत को खोलने में मदद की जो पहले पहुंच से बाहर था।
इसके विपरीत, जब गेहूं को घुलनशील फास्फोरस खिलाया गया था, जो पहले से ही पकड़ने में आसान है, तो सिलिकॉन ने पौधों को बड़ा होने में मदद की, जिससे शूट बायोमास (ऊपरी द्रव्यमान) में 65 प्रतिशत की वृद्धि हुई। हालांकि, जड़ों की प्रतिक्रिया अलग थी; पौधों ने लंबी जड़ प्रणाली विकसित की लेकिन जरूरी नहीं कि अधिक जड़ वजन भी जोड़ा। जब गेहूं को लोहे-बद्ध फास्फोरस खिलाया गया था, तो पौधे पहले से ही फल-फूल रहे थे और अच्छी वृद्धि कर रहे थे, भले ही वे सिलिकॉन के बिना थे। सिलिकॉन जोड़ने से इस समूह में आकार में कोई महत्वपूर्ण वृद्धि नहीं हुई, लेकिन इसने पौधों की पत्तियों में लोहे और मैंगनीज की मात्रा में भारी वृद्धि की। बिना किसी अतिरिक्त फास्फोरस वाले गमलों पर, सिलिकॉन का विकास पर लगभग कोई प्रभाव नहीं पड़ा।
यह समझने के लिए कि मिट्टी में क्या हो रहा था, शोधकर्ताओं ने बिना किसी पौधों के एक अलग प्रयोग चलाया, जिसमें उन्होंने रेत और फास्फोरस खनिजों को सिलिकॉन मिश्रण के साथ मिलाया ताकि यह देखा जा सके कि क्या केवल रसायन विज्ञान ही अधिक पोषक तत्वों को मुक्त कर रहा है। उन्होंने पाया कि परिणाम उम्मीद के विपरीत थे। सिलिकॉन मिश्रण ने वास्तव में पानी के pH को बढ़ा दिया और घुले हुए फास्फोरस की मात्रा को नाटकीय रूप से कम कर दिया, कुछ मामलों में 98 प्रतिशत तक। इसका मतलब यह था कि सिलिकॉन केवल खनिजों को घोलकर जड़ों के पीने के लिए पानी में पोषक तत्वों की बाढ़ नहीं ला रहा था। इसके बजाय, सिलिकॉन फास्फोरस को मिट्टी के घोल में और भी कसकर बांध रहा था।
यह निष्कर्ष स्वयं पौधे की अधिक सक्रिय भूमिका की ओर संकेत करता है। चूंकि सिलिकॉन ने बल्क वॉटर (मुख्य जल) में फास्फोरस को मुक्त नहीं किया, इसलिए कैल्शियम-बद्ध फास्फोरस समूह में देखी गई जबरदस्त वृद्धि जड़ की सतह पर होने वाले परिवर्तनों से आई होगी। शोधकर्ताओं ने देखा कि सिलिकॉन-उपचारित गेहूं ने एक बड़ी, मोटी जड़ प्रणाली विकसित की, जिसमें अधिक मिट्टी का अन्वेषण करने के लिए मोटी जड़ें थीं। ऐसा प्रतीत होता है कि सिलिकॉन ने गेहूं को उसकी अपनी जड़ संरचना और शायद उसकी जड़ों के आसपास के तत्काल वातावरण को बदलने में मदद की, जिससे वह रासायनिक विघटन के बजाय जैविक माध्यमों से कठिन कैल्शियम-बद्ध फास्फोरस तक पहुँच सका। यह अध्ययन दर्शाता है कि सिलिकॉन कोई जादुई गोली नहीं है जो हर स्थिति में एक समान काम करती है; बल्कि, यह एक विशिष्ट उपकरण के रूप में कार्य करता है जो गेहूं के विभिन्न प्रकार के फास्फोरस के साथ होने वाली अंतःक्रिया को बदल देता है, और केवल तभी एक बंद पोषक स्रोत को एक व्यवहार्य खाद्य आपूर्ति में बदल देता है जब पौधे की जीव विज्ञान और मिट्टी का रसायन विज्ञान आपस में मेल खाते हों।
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