Drought increases soil nitrous oxide emissions and nitrogen availability under plant cover in arable soils

जिस हवा में हम सांस लेते हैं, उसमें जलवायु की कहानी का एक मौन, अदृश्य खिलाड़ी मौजूद है: नाइट्रस ऑक्साइड। जबकि कार्बन डाइऑक्साइड अक्सर ग्रह को गर्म करने में अपनी भूमिका के लिए सुर्खियों में रहती है, यह दूसरी गैस, अणु दर अणु, गर्मी को रोकने में कहीं अधिक शक्तिशाली है। यह मिट्टी से निकलती है, जो मुख्य रूप रूप से सूक्ष्मजीवों द्वारा नाइट्रोजन को तोड़ने की प्रक्रिया का एक उपोत्पाद है, जो पौधों के जीवन के लिए एक आवश्यक पोषक तत्व है। किसान फसलों को उगाने में मदद करने के लिए खेतों में नाइट्रोजन मिलाते हैं, लेकिन जब वह नाइट्रोजन मिट्टी में बिना उपयोग के पड़ा रहता है, तो सूक्ष्मजीव उसे नाइट्रस ऑक्साइड में बदल सकते हैं, जो फिर वायुमंडल में तैरने लगता है। दशकों से, वैज्ञानिकों ने समझा है कि पानी इस प्रक्रिया में एक बड़ी भूमिका निभाता है। जब मिट्टी गीली होती है, तो ऑक्सीजन कम होती है, और सूक्ष्मजीव एक ऐसे मोड में स्विच कर जाते हैं जिससे इस गैस का उत्पादन अधिक होता है। जब मिट्टी सूखी होती है, तो यह प्रक्रिया आमतौर पर धीमी हो जाती है, और उत्सर्जन गिर जाता है। लेकिन जैसे-जैसे जलवायु बदल रही है, उत्तरी यूरोप जैसे स्थानों में अधिक बार और तीव्र गर्मियों के सूखे की स्थिति पैदा हो रही है, एक नया प्रश्न उभरा है: क्या यह सरल नियम अभी भी लागू होता है जब पौधे उस सूखी मिट्टी में बढ़ रहे हों?

हेलसिंकी विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं की एक टीम ने एक ग्रीनहाउस के भीतर एक नियंत्रित दुनिया बनाकर इसका उत्तर देने का प्रयास किया। वे देखना चाहते थे कि जब मिट्टी सूख जाती है, तो जीवित पौधों की उपस्थिति नाइट्रस ऑक्साइड की कहानी को कैसे बदल देती है। उन्होंने एक रिसर्च फार्म से ली गई मिट्टी वाले गमलों को भरा और एक सरल प्रयोग स्थापित किया। कुछ गमलों को पूरी तरह से खाली छोड़ दिया गया, जो बिना वनस्पति वाली मिट्टी का प्रतिनिधित्व करते थे। अन्य में जई (ओट्स) बोई गई थी, जो एक सामान्य फसल है। उन जई वाले कुछ गमलों में एक दूसरा पौधा भी था, या तो इटालियन रायग्रास या अल्फाल्फा, यह देखने के लिए कि क्या विभिन्न पौधों के संयोजन अंतर पैदा करते हैं। इनमें से आधे गमलों को नम रखा गया, जो एक सामान्य बढ़ते मौसम का अनुकरण करते हैं, जबकि आधे गमलों को सूखने दिया गया ताकि सूखे का अनुकरण किया जा सके। शोधकर्ताओं ने लगभग छह सप्ताह तक बारीकी से निगरानी की, यह मापते हुए कि मिट्टी से कितना नाइट्रस ऑक्साइड निकला, साथ ही उन्होंने यह भी ट्रैक किया कि पौधों ने कितना नाइट्रोजन अवशोषित किया और मिट्टी में बचे हुए नाइट्रोजन का क्या हुआ।

परिणामों ने पौधों, सूखे और उत्सर्जन के बीच के संबंध में एक आश्चर्यजनक मोड़ का खुलासा किया। बिना पौधों वाले गमलों में, सूखी मिट्टी बिल्कुल वैसी ही व्यवहार कर रही थी जैसी अपेक्षित थी: पानी की कमी ने सूक्ष्मजीवों को धीमा कर दिया, और नाइट्रस ऑक्साइड के निकलने की मात्रा नाटकीय रूप से गिर गई, जो नम मिट्टी की तुलना में लगभग 80 प्रतिशत कम थी। हालांकि, पौधों वाले गमलों में कहानी पूरी तरह से अलग थी। जब मिट्टी सूख गई, तो पौधों ने गैस को बाहर निकलने से नहीं रोका; इसके बजाय, वनस्पतियों वाली मिट्टी से होने वाला उत्सर्जन वास्तव में बढ़ गया, जो नम स्थितियों की तुलना में दो से चार गुना अधिक हो गया। यह एक विरोधाभासी निष्कर्ष था, जो बताता है कि जीवित जड़ों की उपस्थिति मौलिक रूप से बदल देती है कि मिट्टी पानी की कमी के प्रति कैसे प्रतिक्रिया करती है।

यह समझने के लिए कि ऐसा क्यों हुआ, शोधकर्ताओं ने मिट्टी के रसायन विज्ञान को गहराई से देखा। उन्होंने पाया कि सूखी, खाली मिट्टी में, नाइट्रोजन बस वहीं पड़ा रहता था, अप्रयुक्त और लॉक होकर। लेकिन पौधों वाली सूखी मिट्टी में, कुछ अलग हुआ। पौधे नाइट्रोजन लेना जारी रखते हैं, लेकिन सूखे ने शायद उस तरीके को भी बदल दिया जिससे सूक्ष्मजीव इसे संसाधित करते हैं, जिससे नाइट्रेट नामक नाइट्रोजन के एक विशिष्ट रूप का संचय हुआ। भले ही पौधे अभी भी बढ़ रहे थे और पोषक तत्वों को ले रहे थे, लेकिन अतिरिक्त नाइट्रेट और पौधों की जड़ों से निकलने वाले कार्बन के संयोजन ने सूक्ष्मजीवों के लिए अधिक नाइट्रस ऑक्साइड बनाने के लिए एक आदर्श स्थिति (परफेक्ट स्टॉर्म) बना दी। पौधों ने गैस बनने से नहीं रोका था; उन्होंने अनजाने में इस गैस के बढ़ने के लिए ईंधन प्रदान किया था जब पानी गायब हो गया।

अध्ययन ने यह भी जांचा कि क्या पौधों के प्रकार से कोई फर्क पड़ता है। उन्होंने अकेले उगने वाली जई की तुलना रायग्रास या अल्फाल्फा के साथ मिश्रित जई से की। हालांकि विभिन्न पौधों ने मिट्टी से नाइट्रोजन खींचने में मामूली भिन्नता दिखाई, लेकिन समग्र पैटर्न वही रहा: किसी भी वनस्पति आवरण ने खाली मिट्टी की तुलना में उत्सर्जन को कम किया, लेकिन सूखे के कारण वनस्पतियों वाले सभी उपचारों में उत्सर्जन बढ़ गया। शोधकर्ताओं ने उल्लेख किया कि अल्फाल्फा, जो हवा से अपना नाइट्रोजन स्वयं स्थिर कर सकता है, इस अल्पकालिक प्रयोग में घास से बहुत अलग व्यवहार नहीं करता है, क्योंकि पौधे अभी भी युवा थे और उनकी जटिल जड़ प्रणाली पूरी तरह से स्थापित नहीं हुई थी। प्रमुख कारक केवल वनस्पति की उपस्थिति बनाम खाली जमीन थी, और गीली से सूखी स्थिति में बदलाव था।

ये निष्कर्ष इस धारणा को चुनौती देते हैं कि सूखा हमेशा कम उत्सर्जन की ओर ले जाता है। जबकि सूखी, खाली मिट्टी वास्तव में नाइट्रस ऑक्साइड के निकलने को दबा देती है, वही सूखी स्थितियां उत्सर्जन में उछाल ला सकती हैं यदि पौधे मौजूद हों। शोधकर्ताओं का सुझाव है कि ऐसा इसलिए होता है क्योंकि पौधे मिट्टी को कार्बन के साथ जीवित रखते हैं, और सूखा नाइट्रेट के संचय का कारण बनता है जिसे सूक्ष्मजीव फिर गैस में परिवर्तित करते हैं। इसके भूमि प्रबंधन के लिए महत्वपूर्ण निहितार्थ हैं। यदि किसी खेत को सूखे के दौरान खाली छोड़ दिया जाता है, तो यह कम गैस उत्सर्जित कर सकता है, लेकिन जैसे ही बारिश फिर से होगी, संचित नाइट्रेट एक बड़े स्पंदन (पल्स) के रूप में निकल सकता है। इसके विपरीत, पौधों को बढ़ने देना, सूखे के दौर में भी, उस नाइट्रोजन को पौधे के बायोमास में लॉक करने में मदद करता है, जिससे मिट्टी में इसके संचय को रोका जा सकता है। अध्ययन का सुझाव है कि अच्छे पौधों के विकास को बनाए रखना नाइट्रस ऑक्साइड के स्तर को कम रखने की एक प्रमुख रणनीति है, न केवल गीले मौसम के दौरान, बल्कि विशेष रूप से तब जब मौसम शुष्क हो जाता है।

प्रयोग 39 दिनों की अवधि में संचालित किया गया था, जो एक पौधे या मिट्टी के पारिस्थित तंत्र के जीवन में अपेक्षाकृत कम समय है। शोधकर्ताओं ने स्वीकार किया कि ये परिणाम विकास के शुरुआती चरणों को दर्शाते हैं और जैसे-जैसे पौधे परिपक्व होते हैं और उनकी जड़ प्रणालियाँ अधिक जटिल होती हैं, गतिशीलता बदल सकती है। उन्होंने यह भी नोट किया कि जबकि उनके नियंत्रित ग्रीनहाउस वातावरण ने उन्हें सूखे और पौधों के आवरण के प्रभावों को अलग करने की अनुमति दी, वास्तविक दुनिया के खेत हवा, तापमान के उतार-चढ़ाव और अन्य चरों के अधीन होते हैं जो परिणाम को बदल सकते हैं। फिर भी, डेटा एक ऐसी प्रक्रिया की स्पष्ट तस्वीर प्रदान करता है जिसे पहले अनदेखा किया गया था: पौधे केवल मिट्टी में निष्क्रिय रूप से नहीं बैठे होते; वे सक्रिय रूप से रासायनिक वातावरण को नया आकार देते हैं, और ऐसा करके, वे सूखे को उत्सर्जन के दमनकर्ता से बदलकर एक ट्रिगर में बदल सकते हैं।

व्यापक सबक संतुलन का है। कृषि फसलों को खिलाने के लिए नाइट्रोजन के प्रबंधन पर निर्भर है, लेकिन वही नाइट्रोजन शक्तिशाली ग्रीनहाउस गैसों का एक स्रोत भी है। अध्ययन इस बात पर प्रकाश डालता है कि समाधान केवल सूखे के दौरान खेतों को खाली छोड़ने में नहीं है, न ही यह मानने में है कि सूखी मिट्टी हमेशा उत्सर्जन से सुरक्षित आश्रय स्थल होती है। इसके बजाय, स्वस्थ, बढ़ते हुए वनस्पति की उपस्थिति एक बफर के रूप में कार्य करती है, जो उस नाइट्रोजन को सोख लेती है जो अन्यथा गैस में परिवर्तित होने के लिए मिट्टी में प्रतीक्षा कर रहा होता। यह सुनिश्चित करके कि फसलें अच्छी तरह से स्थापित हों और पानी के तनाव के तहत भी बढ़ती रहें, किसान अंततः जब बारिश वापस आती है तो नाइट्रस ऑक्साइड के बड़े, अचानक रिलीज के जोखिम को कम करने में सक्षम हो सकते हैं। यह कार्य मिट्टी के बारे में हमारी समझ में एक नया स्तर जोड़ता है, यह दिखाते हुए कि पौधे की जड़ों और सूखी मिट्टी के बीच की अंतःक्रिया रसायन विज्ञान का एक जटिल नृत्य है जो यह निर्धारित करता है कि कितनी गर्मी रोकने वाली गैस हमारे वायुमंडल में निकलती है।