Distinct responses of soil microbial communities and nitrogen cycle genes to PBAT and PLA microplastics

मिट्टी हमारे पैरों के नीचे की धूल से कहीं अधिक है; यह एक जीवित, सांस लेती हुई इंजन है जो दुनिया का पेट भरती है। इस अंधेरी धरती के भीतर सूक्ष्म जीवों का एक विशाल नेटवर्क छिपा है जो मृत पदार्थों को पौधों के लिए पोषक तत्वों में बदलने का आवश्यक कार्य करते हैं। इन नन्हे श्रमिकों द्वारा किए जाने वाले सबसे महत्वपूर्ण कार्यों में से एक नाइट्रोजन का प्रबंधन करना है, जो एक महत्वपूर्ण तत्व है जिसकी पौधों को बढ़ने के लिए आवश्यकता होती है। प्रकृति में, यह नाइट्रोजन एक जटिल चक्र के माध्यम से घूमता है, विभिन्न रासायनिक रूपों के बीच बदलता रहता है क्योंकि बैक्टीरिया और कवक अपशिष्ट को तोड़ते हैं, गैसें छोड़ते हैं और नया जीवन बनाते हैं। जब यह चक्र सुचारू रूप से चलता है, तो मिट्टी उपजाऊ और स्वस्थ रहती है। हालाँकि, मानवीय गतिविधियों ने इस प्राचीन प्रणाली में एक नया चर (variable) पेश किया है: प्लास्टिक। जबकि हम अक्सर प्लास्टिक को एक स्थायी प्रदूषक के रूप में देखते हैं, सामग्रियों की एक नई पीढ़ी आई है, जिसे पर्यावरण में टूटने के लिए डिज़ाइन किया गया है। ये बायोडिग्रेडेबल (जैव निम्नीकरणीय) प्लास्टिक कचरे के संकट के समाधान के रूप में बेचे जाते हैं, फिर भी वैज्ञानिक अभी भी यह समझने की कोशिश कर रहे हैं कि जब ये सामग्रियां जमीन में विघटित होती हैं तो क्या होता है। क्या वे बस गायब हो जाते हैं, या वे मिट्टी की नाजुक रसायन विज्ञान और उस सूक्ष्म जीवन के व्यवहार को बदल देते हैं जो इसे सहारा देता है?

ज़ियामेन यूनिवर्सिटी ऑफ टेक्नोलॉजी के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इस प्रश्न का उत्तर देने के लिए कृषि में उपयोग किए जाने वाले दो सबसे सामान्य बायोडिग्रेडेबल प्लास्टिकों की तुलना करने का निर्णय लिया: पॉली(ब्यूटिलीन एडिपेट-को-टेरेफ्थेलेट), जिसे PBAT के रूप में जाना जाता है, और पॉलीलैक्टिक एसिड, जिसे PLA के रूप में जाना जाता है। इन सामग्रियों का उपयोग अक्सर मल्च फिल्म बनाने के लिए किया जाता है जो फसलों को गर्म और नम रखने के लिए मिट्टी को ढकती हैं। वैज्ञानिक यह देखना चाहते थे कि ये दो अलग-अलग प्लास्टिक, जब छोटे कणों में टूटते हैं, तो मिट्टी के रसायन और इसके भीतर रहने वाले सूक्ष्मजीवों के समुदाय को कैसे बदलते हैं। ऐसा करने के लिए, उन्होंने मिट्टी के नमूनों में प्रत्येक प्लास्टिक की थोड़ी मात्रा मिलाई और उन्हें छह महीने तक बाहर रहने दिया। फिर उन्होंने सावधानीपूर्वक मापा कि मिट्टी कैसे बदली, जिसमें मिट्टी की अम्लता और पोषक तत्वों के स्तर से लेकर नाइट्रोजन को संसाधित करने वाले बैक्टीरिया को नियंत्रित करने वाले विशिष्ट जीन तक सब कुछ शामिल था।

परिणामों से पता चला कि ये दोनों प्लास्टिक, हालांकि दोनों को "बायोडिग्रेडेबल" के रूप में लेबल किया गया है, एक बार मिट्टी में प्रवेश करने के बाद बिल्कुल अलग तरह से व्यवहार करते हैं। PBAT प्लास्टिक एक शक्तिशाली व्यवधान पैदा करने वाला कारक के रूप में उभरा। जैसे ही यह टूटना शुरू हुआ, इसने रासायनिक उपोत्पाद छोड़े जिससे मिट्टी का pH बढ़ गया, जिससे यह कम अम्लीय हो गई। इस रासायनिक बदलाव ने परिवर्तनों की एक श्रृंखला को जन्म दिया। मिट्टी कार्बनिक कार्बन से समृद्ध हो गई, लेकिन उपलब्ध नाइट्रोजन का स्तर तेजी से गिर गया। विशेष रूप से, अमोनियम नाइट्रोजन की मात्रा में लगभग 90 प्रतिशत की गिरावट आई, और नाइट्रेट नाइट्रोजन आधे से अधिक कम हो गया। इसके विपरीत, PLA प्लास्टिक एक अलग कहानी बताता है। हालांकि इसने भी अमोनियम के स्तर को कम किया, लेकिन इसने वास्तव में नाइट्रेट के स्तर को लगभग 20 प्रतिशत बढ़ा दिया। यह सुझाव देता है कि जहाँ PBAT नाइट्रोजन को रोक रहा था या उसे सिस्टम से निकाल रहा था, वहीं PLA उस प्रक्रिया को तेज कर रहा था जो अमोनियम को नाइट्रेट में बदलती है, जिससे संभावित रूप से वह नाइट्रोजन मिट्टी से बह जाने के प्रति अधिक संवेदनशील हो जाती है।

सूक्ष्म जगत में गहराई तक उतरते हुए, शोधकर्ताओं ने यह देखने के लिए कि कौन से सूक्ष्मजीव फल-फूल रहे हैं और कौन से जीन सक्रिय हैं, उन्नत जेनेटिक सीक्वेंसिंग का उपयोग किया। उन्होंने पाया कि PBAT प्लास्टिक ने एक अनूठा वातावरण बनाया जो विशेष समूहों के बैक्टीरिया और कवक, जैसे कि स्यूडोमोनाडोटा (Pseudomonadota) और एस्कोमाइकोटा (Ascomycota) को बढ़ावा देता है, जबकि अन्य को दबा देता है। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि PBAT-उपचारित मिट्टी में आनुवंशिक गतिविधि ने एक स्पष्ट पैटर्न दिखाया: वे जीन जो अमोनियम को नाइट्रेट में बदलने के लिए जिम्मेदार हैं, वे बंद हो गए, जबकि वे जीन जो मिट्टी से नाइट्रोजन को पूरी तरह से हटाने के लिए जिम्मेदार हैं, वे सक्रिय हो गए। यही कारण है कि नाइट्रोजन का स्तर इतना तेजी से गिरा; मिट्टी के सूक्ष्मजीवों को नाइट्रेट बनाने के बजाय नाइट्रोजन को सिस्टम से निकालने के लिए निर्देशित किया जा रहा था। हालाँकि, PLA प्लास्टिक का सूक्ष्मजीव मशीनरी पर विपरीत प्रभाव पड़ा। इसने विभिन्न सूक्ष्मजीवों के विकास को प्रोत्साहित किया और अमोनियम को नाइट्रेट में बदलने के लिए जिम्मेदार जीनों को बढ़ावा दिया, जिससे प्रभावी रूप से उस दिशा में नाइट्रोजन चक्र की गति तेज हो गई।

सबसे आश्चर्यजनक खोज शायद यह थी कि PLA प्लास्टिक ने हवा से नया नाइट्रोजन प्राप्त करने की मिट्टी की क्षमता को कैसे प्रभावित किया। शोधकर्ताओं ने पाया कि नाइट्रोजन स्थिरीकरण (nitrogen fixation) के लिए जिम्मेदार जीन, जो एक ऐसी प्रक्रिया है जहाँ कुछ बैक्टीरिया वायुमंडल से नाइट्रोजन गैस खींचते हैं और उसे उस रूप में बदलते हैं जिसे पौधे उपयोग कर सकें, PLA कणों पर और उनके आसपास अत्यधिक समृद्ध थे। ये जीन प्लास्टिक की सतह पर 160 प्रतिशत से अधिक और आसपास की मिट्टी में 80 प्रतिशत से अधिक बढ़ गए। यह सुझाव देता है कि PLA कण उन बैक्टीरिया के लिए एक केंद्र (hub) के रूप में कार्य कर सकते हैं जो मिट्टी में ताजा नाइट्रोजन जोड़ सकते हैं, एक ऐसा लाभ जो PBAT प्लास्टिक के साथ नहीं देखा गया था।

अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि सभी बायोडिग्रेडेबल प्लास्टिक समान नहीं होते हैं। हालांकि वे एक ही लेबल साझा कर सकते हैं, उनकी रासायनिक संरचनाएं मिट्टी के पारिस्थितिकी तंत्र के लिए बहुत अलग परिणाम देती हैं। PBAT मिट्टी की नाइट्रोजन को थामे रखने की प्राकृतिक क्षमता को दबाता हुआ प्रतीत होता है, जिससे संभावित रूप से पोषक तत्वों का भंडार कम हो सकता है, जबकि PLA नाइट्रोजन को ऐसे रूपों में बदलने को प्रेरित करता है जो आसानी से बह सकते हैं, हालांकि यह नया नाइट्रोजन जोड़ने को भी प्रोत्साहित करता है। ये निष्कर्ष एक महत्वपूर्ण अनुस्मारक के रूप में कार्य करते हैं कि पारंपरिक प्लास्टिक को बायोडिग्रेडेबल विकल्पों से बदलना एक सरल समाधान नहीं है। उपयोग किए जाने वाले प्लास्टिक का विशिष्ट प्रकार बहुत मायने रखता है, क्योंकि प्रत्येक मिट्टी के जीवित समुदाय के साथ अपने अनूठे तरीके से परस्पर क्रिया करता है, जिसके अपने विशिष्ट जोखिम और परिणाम होते हैं।