Endogenous Ca-driven phosphorus immobilization by sugarcane filter mud biochar: 21-month evidence from an acidic citrus soil

महान मृदा बचाव: कचरे से खजाना बनाना

एक ऐसे बगीचे की कल्पना करें जहाँ मिट्टी इतनी खट्टी हो गई है कि यह एक निचोड़े हुए नींबू की तरह है। कई फलों के बागों में, कुछ उर्वरकों के वर्षों के उपयोग ने धरती को बहुत अधिक अम्लीय (acidic) बना दिया है। यह अम्लता एक चिपचिपे जाल की तरह काम करती है, जो फास्फोरस को बांध लेती है—जो पौधों को मजबूत बनाने के लिए एक महत्वपूर्ण पोषक तत्व है—ताकि पौधे इसे खा न सकें। किसान, इस बात से चिंतित कि उनके पेड़ भूखे मर रहे हैं, अक्सर जमीन पर और भी अधिक उर्वरक डाल देते हैं, जिससे मिट्टी और भी अधिक खट्टी हो जाती है और अतिरिक्त पोषक तत्व नदियों में बहकर प्रदूषण फैलाते हैं। यह एक दुष्चक्र है।

अब, एक अलग तरह की समस्या की कल्पना करें: चीनी उद्योग हर साल "फिल्टर मड" (filter mud) नामक कचरे का एक विशाल पहाड़ बनाता है। आमतौर पर, यह लैंडफिल में जाता है, जिससे बदबू आती है और जमीन प्रदूषित होती है। लेकिन यहाँ एक मोड़ है: यह कीचड़ वास्तव में एक खजाने का पिटारा है। इसमें प्राकृतिक रूप से कैल्शियम प्रचुर मात्रा में होता है, एक ऐसा खनिज जो फास्फोरस को पकड़ने में माहिर है। वैज्ञानिक लंबे समय से सोच रहे थे कि क्या वे बिना किसी अतिरिक्त रसायन के मिट्टी को ठीक करने के लिए इस "अंतर्निहित" कैल्शियम का उपयोग कर सकते हैं। यह पूछने जैसा है कि, "क्या हम इंजन को ठीक करने के लिए नए पुर्जे खरीदने के बजाय, पहले से ही एक टूटी हुई कार के अंदर मौजूद स्पेयर पार्ट्स का उपयोग कर सकते हैं?" यह अध्ययन उसी प्रश्न की गहराई में जाता है, और परीक्षण करता है कि क्या हम इस औद्योगिक कचरे को एक 'सुपर-फर्टिलाइजर' में बदल सकते हैं जो मिट्टी को साफ भी करे और पौधों को पोषण भी दे।

---

प्रयोग: गन्ने के कीचड़ के साथ 21 महीने की यात्रा

शोधकर्ताओं ने एक साहसिक विचार का परीक्षण करने का निर्णय लिया: क्या होगा यदि हम उस गन्ने के फिल्टर मड को लें, उसे चारकोल जैसे पदार्थ (बायोचार) में भूनें, और इसे उर्वरक के साथ मिलाकर एक "स्मार्ट" मृदा संशोधन (soil amendment) बनाएँ? उन्होंने इसे काम करने के लिए किसी भी अतिरिक्त रसायन को नहीं मिलाया; वे पूरी तरह से उस कैल्शियम पर निर्भर रहे जो पहले से ही कीचड़ के अंदर मौजूद था।

सेटअप
उन्होंने चीन की एक फैक्ट्री से गन्ने का फिल्टर मड लिया और उसे कम ऑक्सीजन वाले ओवन में 500°C पर गर्म किया। इस प्रक्रिया ने कीचड़ को एक छिद्रपूर्ण, स्पंज जैसी संरचना वाले बायोचार में बदल दिया। फिर उन्होंने इस बायोचार को मानक संयुक्त उर्वरक (जिसमें नाइट्रोजन, फास्फोरस और पोटेशियम होता है) के साथ मिलाकर छोटे दाने बनाए। उन्होंने विभिन्न व्यंजनों (recipes) का परीक्षण किया, जिसमें उनके नए बायोचार मिश्रण के साथ सामान्य उर्वरक को 20% से लेकर 100% तक बदला गया।

उन्होंने अम्लीय मिट्टी से भरे गमलों में युवा मंदारिन (mandarin) के पेड़ लगाए और 21 महीनों तक उन्हें देखा—जो पौधों के प्रयोग के लिए बहुत लंबा समय है! उन्होंने अपने नए मिश्रण की तुलना दो नियंत्रण समूहों (controls) से की: एक जहाँ उन्होंने नियमित उर्वरक की पूरी मात्रा का उपयोग किया, और दूसरा जहाँ उन्होंने 30% कम उर्वरक का उपयोग किया (यह देखने के लिए कि क्या बायोचार उस कमी को पूरा कर सकता है)। उन्होंने अपने निष्कर्षों की जांच एक अलग फील्ड स्टडी के माध्यम से भी की, जो बहुत अधिक अम्लीय मिट्टी पर आधारित थी, ताकि यह देखा जा सके कि क्या परिणाम वास्तविक दुनिया में भी कायम रहते हैं।

बड़ी खोज: "जादुई स्पंज"
परिणाम उत्साहजनक थे। सबसे अच्छा नुस्खा वह निकला जहाँ उर्वरक के 40% हिस्से को गन्ने के बायोचार से बदल दिया गया था।

यहाँ क्या हुआ:

• पौधों के लिए अधिक भोजन: भले ही उन्होंने रासायनिक उर्वरक का 30% कम उपयोग किया, लेकिन 40% बायोचार वाले मिश्रण वाले पेड़ों की पत्तियों में फास्फोरस का स्तर उतना ही था जितना कि पूर्ण उर्वरक खुराक पाने वाले पेड़ों में था। वास्तव में, कम उर्वरक वाले समूह की तुलना में मिट्टी में उपलब्ध फास्फोरस की मात्रा 38.7% बढ़ गई।
• कम प्रदूषण: आमतौर पर, जब आप उर्वरक डालते हैं, तो इसका बहुत सा हिस्सा बारिश के साथ बह जाता है। लेकिन यह बायोचार मिश्रण एक ढाल की तरह काम करता है। इसने मिट्टी से बाहर निकलने वाले फास्फोरस को 22.0% से 37.7% तक कम कर दिया। इसने पानी को रोकने की क्षमता भी बढ़ाई, जिससे मिट्टी की जल धारण क्षमता लगभग 40% बढ़ गई।
• "सीक्रेट सॉस": यह कैसे काम किया? शोधकर्ताओं ने सूक्ष्मदर्शी (microscope) के नीचे दानों का बारीकी से निरीक्षण किया। उन्होंने पाया कि गन्ने के कीचड़ के भीतर मौजूद कैल्शियम ने फास्फोरस के साथ प्रतिक्रिया की और एक विशेष, अस्थायी खनिज बनाया जिसे अमॉर्फस कैल्शियम फॉस्फेट (ACP) कहा जाता है।

उपमा: "स्लो-रिलीज़ कैंडी"
सामान्य उर्वरक को एक बच्चे को एक साथ दी जाने वाली बड़ी कैंडी बार की तरह समझें। वे इसे तेजी से खाते हैं, उन्हें शुगर रश मिलता है, और फिर वे थक जाते हैं। अतिरिक्त चीनी हर जगह फैल जाती है।
हालाँकि, गन्ने का बायोचार एक स्लो-रिलीज़ कैंडी की तरह काम करता है। कीचड़ के अंदर मौजूद कैल्शियम फास्फोरस को पकड़ता है और उसे एक ढीली, "मेटास्टेबल" पकड़ (जैसे हाथ में कैंडी पकड़ी हुई हो लेकिन बहुत कसकर नहीं) में रखता है। जब पेड़ की जड़ें भूखी होती हैं और थोड़ा एसिड छोड़ती हैं, तो पकड़ बस इतनी ढीली हो जाती है कि थोड़ा सा फास्फोरस मुक्त हो सके। पेड़ खाता है, मिट्टी साफ रहती है, और फास्फोरस बहकर दूर नहीं जाता।

उन्होंने क्या खारिज किया
वैज्ञानिकों ने यह पता लगाने के लिए बहुत सावधानी बरती कि किस प्रकार का खनिज बना है। उन्होंने कैल्शियम और फास्फोरस के अनुपात को मापा और पाया कि यह लगभग 1.08 था।

• उन्होंने यह खारिज कर दिया कि यह हाइड्रॉक्सीएपेटाइट (एक बहुत कठोर, स्थायी चट्टान जैसा खनिज जिसका अनुपात 1.67 है) था।
• उन्होंने बीटा-ट्राइकैल्शियम फॉस्फेट (एक अन्य कठोर खनिज जिसका अनुपात 1.5 है) को भी खारिज कर दिया।
  चूंकि अनुपात कम था, इसलिए वे सुझाव देते हैं कि यह अमॉर्फस कैल्शियम फॉस्फेट (ACP) है। यह एक नरम, अधिक लचीला खनिज है जो तब घुल सकता है जब पौधे को इसकी आवश्यकता होती है, बजाय इसके कि यह हमेशा के लिए लॉक होकर रह जाए।

दीर्घकालिक प्रमाण
अधिकांश अध्ययन केवल कुछ महीनों तक चलते हैं, लेकिन यह 21 महीने तक चला। टीम ने छह बार मिट्टी की जाँच की। अच्छी खबर? लाभ कम नहीं हुए। मिट्टी कम अम्लीय बनी रही, पेड़ स्वस्थ रहे, और फास्फोरस जड़ क्षेत्र में ही रहा। यहाँ तक कि बहुत अधिक अम्लीय मिट्टी (pH 4.91) के साथ एक अलग फील्ड टेस्ट में भी, यही रुझान दिखाई दिया, हालांकि प्रभाव थोड़े कम थे, जो एक नियंत्रित पॉट से बड़े खेत में जाने पर सामान्य है।

निष्कर्ष
यह अध्ययन बताता है कि हमें अपनी अम्लीय मिट्टी को ठीक करने के लिए महंगे रसायनों को खरीदने की आवश्यकता नहीं है। चीनी उद्योग के पास पहले से ही भारी मात्रा में मौजूद एक अपशिष्ट उत्पाद (सालाना 60-100 मिलियन टन) का उपयोग करके, हम एक ऐसा उर्वरक बना सकते हैं जो:

1. मिट्टी की अम्लता को ठीक करता है।
2. पोषक तत्वों को थामे रखता है ताकि वे नदियों को प्रदूषित न करें।
3. पौधों को धीरे-धीरे और निरंतर पोषण देता है, ठीक उसी समय जब उन्हें इसकी आवश्यकता होती है।

यह एक जीत-जीत की स्थिति है: चीनी उद्योग के पास अपने कचरे का उपयोग करने का एक तरीका है, और किसानों के पास अपनी फसल उगाने का एक स्मार्ट, स्वच्छ तरीका है। हालांकि शोधकर्ता स्वीकार करते हैं कि व्यावसायिक स्तर पर पूरी तरह आश्वस्त होने के लिए उन्हें और अधिक दीर्घकालिक फील्ड परीक्षणों की आवश्यकता है, लेकिन 21 महीने के प्रमाण मजबूत हैं: प्रकृति के अपने घटक ही हमारे पास सबसे अच्छे समाधान हो सकते हैं।