Phosphorylated Sugarcane Bagasse Based Poly (AA-Co-AM) Hydrogel for dual water retention and Controlled NPK Release to enhance drought resilience in Lupine

दुनिया के शुष्क कोनों में, खेती एक निरंतर दोहरी मार का सामना कर रही है। फसलों को जीवित रहने के लिए पानी की आवश्यकता होती है, फिर भी उन्हें पानी देने की प्रक्रिया अक्सर उन आवश्यक पोषक तत्वों को बहा ले जाती है जिनकी उन्हें बढ़ने के लिए जरूरत होती है। पारंपरिक उर्वरक, जो नाइट्रोजन, फास्फोरस और पोटेशियम की आपूर्ति करते हैं, अक्सर बड़े झटकों (बर्स्ट) में लगाए जाते हैं जिन्हें पौधे तेजी से अवशोषित नहीं कर पाते। अतिरिक्त पोषक तत्व मिट्टी में बहकर जलमार्गों को प्रदूषित कर देते हैं, या हवा में वाष्पित हो जाते हैं, जिससे ऊर्जा और धन दोनों की बर्बादी होती है। साथ ही, सूखा पड़ने के दौरान मिट्टी स्वयं नमी को थामे रखने के लिए संघर्ष करती है, जिससे जड़ें प्यासी रह जाती हैं भले ही जमीन नम दिखाई दे। वैज्ञानिक लंबे समय से एक ऐसे पदार्थ की तलाश में रहे हैं जो इन दोनों समस्याओं को एक साथ हल कर सके: एक ऐसा पदार्थ जो मिट्टी में पानी को रोकने के लिए स्पंज की तरह काम करे और समय के साथ पौधों की जड़ों को धीरे-धीरे पोषक तत्व छोड़ता रहे। आदर्श रूप से, ऐसा पदार्थ अपना काम करने के बाद प्राकृतिक रूप से विघटित भी हो जाना चाहिए, न कि दशकों तक धरती पर पड़े रहने वाले सिंथेटिक प्लास्टिक कचरे को पीछे छोड़ना चाहिए।

मिस्र के नेशनल रिसर्च सेंटर के शोधकर्ताओं की एक टीम ने एक नया समाधान विकसित किया है जो कृषि अपशिष्ट को एक हाई-टेक मृदा संशोधन (सॉइल एमेंडमेंट) में बदल देता है। उन्होंने गन्ने के बागस (बैगास) का उपयोग किया, जो गन्ने का रस निकालने के बाद बचा हुआ रेशेदार गूदा होता है, और इसे एक बायोडिग्रेडेबल हाइड्रो जेल में बदल दिया। यह सामग्री भारी मात्रा में पानी को रोकने और पौधों की जड़ों को सीधे नाइट्रोजन, फास्फोरस और पोटेशियम का संतुलित मिश्रण छोड़ने के लिए डिज़ाइन की गई है। इसकी प्रभावशीलता का परीक्षण करने के लिए, वैज्ञानिकों ने नियंत्रित सूखे की स्थिति में लुपिन (लुपिन) के पौधे उगाए, जो एक कठोर फल वाली फसल (लेग्यूम) है और खराब, रेतीली मिट्टी में पनपने के लिए जानी जाती है। उनका कार्य यह प्रदर्शित करता है कि यह अपशिष्ट-आधारित हाइड्रो जेल पानी की कमी के दौरान पौधों की वृद्धि और उत्तरजीविता में महत्वपूर्ण सुधार कर सकता है, जो पानी के संरक्षण के साथ-साथ फसलों को खिलाने का एक टिकाऊ तरीका प्रदान करता है।

प्रक्रिया की शुरुआत गन्ने के अपशिष्ट के एक सरल लेकिन चतुर रासायनिक रूपांतरण के साथ हुई। शोधकर्ताओं ने सूखे बागस फाइबर को फास्फोरिक एसिड के साथ उपचारित किया, जो एक ऐसा कदम है जो पौधे के रेशों की सेलुलोज संरचना से फॉस्फेट समूहों को जोड़ता है। यह संशोधन रेशों को पानी के प्रति अधिक ग्रहणशील बनाता है और अगले चरण के लिए एंकर पॉइंट (लंगर बिंदु) बनाता है। इसके बाद उन्होंने इन उपचारित रेशों को दो सामान्य रासायनिक निर्माण खंडों, ऐक्रिलामाइड और ऐक्रेलिक एसिड के साथ मिलाया, और उन्हें एक त्रि-आयामी नेटवर्क में सिलने के लिए एक रासायनिक प्रतिक्रिया का उपयोग किया। यह नेटवर्क, जिसे हाइड्रो जेल कहा जाता है, अपने वजन से कई गुना अधिक पानी सोखने में सक्षम है। टीम ने इस सामग्री के कई संस्करण बनाए, जिसमें दोनों रासायनिक निर्माण खंडों के अनुपात को समायोजित किया गया ताकि देखा जा सके कि कौन सा संयोजन सबसे अच्छा काम करता है। उन्होंने पाया कि इन दो रसायनों के समान भागों वाले विशिष्ट मिश्रण ने एक ऐसा जेल बनाया जो अपने सूखे वजन से लगभग तीस गुना तक फूल सकता है, जिससे एक अत्यधिक छिद्रपूर्ण संरचना बन जाती है जो पानी के एक विशाल भंडार को थामे रखने में सक्षम है।

महत्वपूर्ण रूप से, शोधकर्ताओं ने यह सुनिश्चित किया कि यह नया पदार्थ एक स्थायी प्रदूषक न बने। पूरी तरह से सिंथेटिक प्लास्टिक से बने कई वाणिज्यिक हाइड्रो जेलों के विपरीत, जो मिट्टी में बने रहते हैं, यह बागस-आधारित जेल विघटित होने के लिए डिज़ाइन किया गया है। जब इसे मिट्टी में दफनाया जाता है, तो यह सामग्री हफ्तों के भीतर टूटने लगती है, जिसमें सबसे प्रभावी फॉर्मूलेशन एक महीने में अपने वजन का एक चौथाई हिस्सा खो देता है। यह क्षरण मिश्रण में मौजूद प्राकृतिक पादप रेशों द्वारा संचालित होता है, जिन्हें मिट्टी के सूक्ष्मजीव आसानी से पचा सकते हैं, और इसकी रासायनिक संरचना द्वारा भी, जो पानी और एंजाइमों को नेटवर्क में प्रवेश करने और उसे नष्ट करने की अनुमति देती है। अध्ययन ने पुष्टि की कि सामग्री ने अपने निर्माण के दौरान सफलतापूर्वक नाइट्रोजन, फास्फोरस और पोटेशियम को लोड किया, जिससे इस अपशिष्ट उत्पाद को एक धीमी गति से रिलीज होने वाले उर्वरक में बदल दिया जो जेल के धीरे-धीरे घुलने के साथ पौधे को पोषण देता है।

वास्तविक दुनिया के परिदृश्य में यह सामग्री कैसा प्रदर्शन करती है, यह देखने के लिए वैज्ञानिकों ने गमलों में रेतीली मिट्टी भरकर लुपिन के पौधों के साथ दो-सीजन का प्रयोग किया। उन्होंने पौधों के विभिन्न समूह बनाए: कुछ को पर्याप्त पानी दिया गया, जबकि अन्य को गंभीर सूखे के अधीन रखा गया, जिन्हें सामान्य आवश्यकता से केवल आधा पानी दिया गया। इन समूहों के भीतर, कुछ पौधे सादी मिट्टी में उगाए गए, जबकि अन्य नए हाइड्रो जेल के विभिन्न सांद्रता वाले मिश्रण वाली मिट्टी में उगाए गए। परिणाम आश्चर्यजनक थे। सूखे की स्थिति में, हाइड्रो जेल से उपचारित लुपिन के पौधे बिना उपचारित पौधों की तुलना में काफी ऊंचे बढ़े और बहुत अधिक पत्ती वाला बायोमास (जैव भार) उत्पन्न किया, जो सूखी मिट्टी में संघर्ष कर रहे थे। हाइड्रो जेल से उपचारित पौधों ने चालीस सेंटीमीटर से अधिक की शूट लंबाई प्राप्त की और प्रति पौधा लगभग चौबीस ग्राम ताजा बायोमास का उत्पादन किया, जबकि जेल के बिना तनावग्रस्त पौधे कमजोर और बौने रह गए।

हाइड्रो जेल ने केवल पौधों को बढ़ने में मदद ही नहीं की; इसने मौलिक रूप से इस बात को बदल दिया कि पौधे तनाव के प्रति कैसे प्रतिक्रिया करते हैं। जब पौधों के पास पानी खत्म हो जाता है, तो वे आमतौर पर 'पैनिक मोड' (घबराहट की स्थिति) में चले जाते हैं, उच्च स्तर के तनाव रसायन पैदा करते हैं और जीवित रहने के लिए अपनी आंतरिक रक्षा प्रणाली को तेज कर देते हैं। यह एक महंगी प्रक्रिया है जो विकास से ऊर्जा को दूर ले जाती है। शोधकर्ताओं ने पाया कि हाइड्रो जेल वाले पौधों को इस पैनिक मोड में जाने की आवश्यकता नहीं थी। उनके तनाव मार्कर, जैसे हाइड्रोजन पेरोक्साइड और लिपिड पेरोक्सीडेशन, कम रहे, जो अच्छी तरह से पानी दिए गए पौधों के समान थे। हाइड्रो जेल ने एक बफर के रूप में कार्य किया, मिट्टी को इतना नम रखा कि पौधों को सूखे का पूरा झटका कभी महसूस ही नहीं हुआ। फलस्वरूप, पौधों को अत्यधिक सुरक्षात्मक यौगिकों या तनाव हार्मोन का उत्पादन करने में ऊर्जा बर्बाद करने की आवश्यकता नहीं पड़ी। इसके बजाय, वे अपनी ऊर्जा पत्तियों और तनों के निर्माण पर केंद्रित कर सके, जिसके परिणामस्वरूप सीमित पानी की आपूर्ति के बावजूद भी प्रचुर और स्वस्थ विकास हुआ।

अध्ययन ने यह भी प्रकट किया कि हाइड्रो जेल ने पौधों को उनके हरे रंग और प्रकाश संश्लेषण की क्षमता बनाए रखने में मदद की। सूखा आमतौर पर पत्तियों को पीला कर देता है और क्लोरोफिल (वह वर्णक जो सूर्य के प्रकाश को पकड़ने के लिए जिम्मेदार है) को कम कर देता है। हाइड्रो जेल से उपचारित लुपिन के पौधों ने अपना जीवंत हरा रंग और क्लोरोफिल का उच्च स्तर बनाए रखा, जिससे वे कुशलतापूर्वक पौधे के लिए भोजन का उत्पादन करना जारी रख सके। यह सुझाव देता है कि सामग्री ने न केवल पानी प्रदान किया बल्कि यह भी सुनिश्चित किया कि नाइट्रोजन, फास्फोरस और पोटेशियम की निरंतर आपूर्ति बनी रहे, जो पौधे की जैविक मशीनरी को सुचारू रूप से चलाने के लिए आवश्यक है। शोधकर्ताओं ने नोट किया कि सबसे अच्छे परिणाम हाइड्रो जेल की अपेक्षाकृत कम मात्रा के साथ प्राप्त किए गए, मात्र एक या दो ग्राम प्रति किलोग्राम मिट्टी, जो यह सिद्ध करता है कि थोड़ा सा भी बहुत काम आता है।

यह कार्य अपशिष्ट प्रबंधन और कृषि नवाचार के बीच के अंतर को पाटता है। चीनी उद्योग के एक कम मूल्य वाले उपोत्पाद को एक उच्च-प्रदर्शन वाले कृषि उपकरण में बदलकर, शोधकर्ताओं ने एक चक्रीय समाधान (सर्कुलर सॉल्यूशन) बनाया है जो पर्यावरणीय प्रदूषण और खाद्य सुरक्षा दोनों को संबोधित करता है। हाइड्रो जेल को बार-बार पानी देने की आवश्यकता को कम करता है, जिससे यह शुष्क क्षेत्रों या शुष्क मौसमों में खेती के लिए एक शक्तिशाली उपकरण बन जाता है। यह महंगे उर्वरकों की बर्बादी को भी कम करता है, यह सुनिश्चित करता है कि पोषक तत्व ठीक वहीं और उसी समय वितरित हों जब पौधे को उनकी आवश्यकता होती है। हालांकि अध्ययन नियंत्रित पॉट प्रयोगों में किया गया था, परिणाम टिकाऊ कृषि के लिए एक आशाजनक मार्ग का सुझाव देते हैं। यह सामग्री बायोडिग्रेडेबल, प्रभावी और नवीकरणीय संसाधनों से प्राप्त है, जो मिट्टी पर जहरीला निशान छोड़े बिना फसल लचीलापन बढ़ाने का एक व्यावहारिक तरीका प्रदान करती है। भविष्य के शोध को बड़े पैमाने पर क्षेत्र की स्थितियों में इन निष्कर्षों का परीक्षण करने की आवश्यकता होगी, लेकिन बदलते जलवायु में हमारे भोजन उगाने के तरीके को बदलने के लिए इस बागस-आधारित हाइड्रो जेल की क्षमता पहले से ही स्पष्ट है।