Silicate rock remineralizers sustain soil potassium availability and irrigated rice yield in subtropical agroecosystems

तकनीकी सारांश: उपोष्णकटिबंधीय सिंचित चावल प्रणालियों में सिलिकेट चट्टान पुनर्मिनरलाइज़र (Remineralizers)

समस्या विवरण
ब्राजील का सिंचित चावल उत्पादन, जो राष्ट्रीय खाद्य सुरक्षा का एक महत्वपूर्ण घटक है, पोटेशियम (K) प्रबंधन के संबंध में महत्वपूर्ण चुनौतियों का सामना कर रहा है। दक्षिणी ब्राजील की हाइड्रोमॉर्फिक मिट्टी, मुख्य रूप से अल्बाक्वाल्फ्स (Albaqualfs), में कम धनायन विनिमय क्षमता (CEC) और उच्च उपज (अक्सर 8 Mg ha⁻¹ से अधिक) को बनाए रखने के लिए अपर्याप्त मूल K भंडार होता है। फलस्वरूप, कृषि प्रणाली खनिज उर्वरकों पर अत्यधिक निर्भर है। वर्तमान में, ब्राजील में उपयोग किए जाने वाले लगभग 80% उर्वरक आयात किए जाते हैं, जिसमें पोटेशियम क्लोराइड (KCl) प्रमुख K स्रोत है। यह निर्भरता बढ़ती अंतर्राष्ट्रीय लागतों के कारण आर्थिक भेद्यता और अत्यधिक घुलनशील उर्वरकों (जैसे लीचिंग हानि) से जुड़ी पर्यावरणीय चिंताओं को जन्म देती है। जबकि सिलिकेट चट्टान पाउडर (पुनर्मिनरलाइज़र) K के साथ अन्य पोषक तत्व प्रदान करने और मिट्टी के रसायन विज्ञान में सुधार करने के विकल्प के रूप में एक संभावित समाधान पेश करते हैं, उपोष्णकटिबंधीय सिंचित चावल प्रणालियों में KCl के प्रत्यक्ष प्रतिस्थापन के रूप में उनकी प्रभावकारिता को प्रमाणित करने वाले क्षेत्रीय डेटा की कमी है।

कार्यप्रणाली
इस ज्ञान अंतराल को दूर करने के लिए, 2023/24 बढ़ते मौसम के दौरान दक्षिणी ब्राजील के चार स्थलों (कैपाओ डो लेओ, रियो ग्रांडे, और कामाक्वा, रियो ग्रांडे डुल सुल्) में एक क्षेत्रीय प्रयोग आयोजित किया गया। अध्ययन में छह पोटेशियम उर्वरक उपचारों का मूल्यांकन करने के लिए चार प्रतिकृति (replications) के साथ एक रैंडमाइज्ड कम्पलीट ब्लॉक डिजाइन का उपयोग किया गया:

1. T1: कोई K उर्वरक नहीं (नियंत्रण)।
2. T2: पोटेशियम क्लोराइड (KCl) (पारंपरिक प्रबंधन)।
3. T3: फोनोलाइट (Phonolite)।
4. T4: साइनाइट (Syenite)।
5. T5: नेफेलिन साइनाइट (Nepheline syenite)।
6. T6: अभ्रक शिस्ट (Mica schist)।

सिलिकेट चट्टान उपचारों (T3–T6) को कुल K सामग्री के आधार पर अनुशंसित KCl दर के तीन गुना के बराबर दरों पर लागू किया गया था, जो KCl की 100% घुलनशीलता की तुलना में उनकी कम जल घुलनशीलता (<1%) को ध्यान में रखता है। अनुप्रयोग का समय भिन्न था: KCl को V4 विकासात्मक अवस्था में लागू किया गया था, जबकि सिलिकेट पुनर्मिनरलाइज़र को शीतकालीन कवर फसल (पर्शियन क्लोवर) की बुवाई से 15 दिन पहले शामिल किया गया था ताकि मिट्टी के साथ संपर्क और अपक्षय (weathering) के समय को बढ़ाया जा सके।

मुख्य मूल्यांकन में शामिल थे:

• मिट्टी का विश्लेषण: 0–0.20 मीटर गहराई पर विनिमय योग्य K (मेह्लिक-1 और अमोनियम एसीटेट के माध्यम से) और कुल K (एक्स-रे फ्लोरोसेंस के माध्यम से) का परिमाणीकरण। चट्टानों की खनिज संरचना का निर्धारण एक्स-रे विवर्तन (XRD) के माध्यम से किया गया।
• पौध विश्लेषण: विशिष्ट फेनोलॉजिकल चरणों पर ऊपर के बायोमास (AGB) में नाइट्रोजन (N) और K सांद्रता, पौधों की ऊंचाई और क्लोरोफिल इंडेक्स (SPAD) का मापन।
• उपज और संतुलन: शारीरिक परिपक्वता पर अनाज की उपज (GY) मापी गई। मिट्टी के K संतुलन की गणना K इनपुट (उर्वरक) बनाम K आउटपुट (अनाज निर्यात) और मिट्टी के विनिमय योग्य K स्टॉक में परिवर्तन की तुलना करके की गई।

प्रमुख परिणाम

• मिट्टी की पोटेशियम उपलब्धता: सिलिकेट पुनर्मिनरलाइज़र के अनुप्रयोग ने सभी स्थलों पर KCl की तुलना में औसत 128% अधिक विनिमय योग्य K (मेह्लिक-1) सांद्रता के साथ मिट्टी के विनिमय योग्य K को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ा दिया। जबकि कुल मिट्टी का K उपचारों से अप्रभावित रहा, वैकल्पिक स्रोतों ने परिवर्तनीय (labile) K अंश को सफलतापूर्वक बनाए रखा या बढ़ाया।
• पादप पोषण और शरीर विज्ञान: बायोमास में नाइट्रोजन की सांद्रता K स्रोत से अप्रभावित थी। हालांकि, AGB में K की सांद्रता KCl (T2) और अभ्रक शिस्ट (T6) उपचारों (लगभग 34 g kg⁻¹) में काफी अधिक थी, जो अन्य उपचारों की तुलना में 55% की वृद्धि दर्शाती है। पौधों की ऊंचाई और क्लोरोफिल इंडेक्स ने स्थल-विशिष्ट प्रतिक्रियाएं दिखाई; विशेष रूप से, T5 और T6 ने L1 पर पौधों की ऊंचाई बढ़ाई, और T6 के परिणामस्वरूप L2 और L4 पर उच्चतम क्लोरोफिल इंडेक्स प्राप्त हुआ।
• अनाज की उपज: अधिकांश स्थलों पर पारंपरिक KCl उर्वरक के तुलनीय स्तर (~8.5 Mg ha⁻¹) पर चावल की अनाज उपज बनी रही। हालांकि प्रदर्शन स्थान के अनुसार भिन्न था (जैसे, L2 और L3 पर T5 का उच्चतम प्रदर्शन हुआ, जबकि L4 पर T6 का उच्चतम प्रदर्शन हुआ), वैकल्पिक स्रोतों ने आम तौर पर नियंत्रण या KCl की तुलना में उत्पादकता से समझौता नहीं किया।
• पोटेशियम संतुलन: प्रणाली ने सभी स्थलों पर सकारात्मक K संतुलन (19–40 kg ha⁻¹) प्रदर्शित किया। पुनर्मिनरलाइज़र ने एक अधिक अनुकूल मृदा विनिमय योग्य K संतुलन (कुछ मेट्रिक्स में KCl पर >100% सुधार) में योगदान दिया, जो मिट्टी के प्रोफाइल में उपलब्ध K के संचय को प्रभावी ढंग से दर्शाता है।

महत्व और दावे
लेखक निष्कर्ष निकालते हैं कि सिलिकेट चट्टान पाउडर—विशेष रूप से फोनोलाइट, नेफेलिन साइनाइट और अभ्रक शिस्ट—उपोष्णकटिबंधीय सिंचित चावल प्रणालियों में पारंपरिक KCl उर्वरक के व्यवहार्य विकल्प हैं। अध्ययन यह प्रदर्शित करता है कि ये सामग्रियां फसल उत्पादकता और पोषण स्थिति को बनाए रख सकती हैं और विशिष्ट कृषि संबंधी लाभ प्रदान करती हैं:

1. उन्नत मृदा K संतुलन: अत्यधिक घुलनशील KCl के विपरीत, जो लीचिंग के प्रति संवेदनशील है, सिलिकेट खनिजों से K का क्रमिक रिलीज पोषक तत्वों की आपूर्ति को फसल की मांग के साथ तालमेल बिठाने में मदद करता है, जिससे विनिमय योग्य K का अधिक संचय होता है।
2. स्थिरता और लचीलापन: स्थानीय रूप से उपलब्ध चट्टान अवशेषों का उपयोग करने से आयातित उर्वरकों पर निर्भरता कम होती है, उत्पादन लागत घटती है, और खनन उप-उत्पादों के मूल्यवर्धन को बढ़ावा मिलता है।
3. प्रणाली स्थिरता: परिणाम बताते हैं कि ये पुनर्मिनरलाइज़र संरचनात्मक K के लिए एक जलाशय के रूप में कार्य करके दीर्घकालिक मृदा उर्वरता का समर्थन कर सकते हैं, विशेष रूप से उन प्रणालियों में जहाँ रेडॉक्स स्थितियाँ (बाढ़/जलभराव) खनिज अपक्षय को सुगम बना सकती हैं।

लेखक दीर्घकालिक प्रभावों के संबंध में एक मध्यम स्वर बनाए रखते हैं, यह नोट करते हुए कि हालांकि एकल-सीजन के परिणाम उत्साहजनक हैं, लेकिन खनिज अपक्षय और संचयी मृदा उर्वरता सुधारों के पूर्ण लाभों के लिए निरंतर फसल चक्रों में मूल्यांकन की आवश्यकता हो सकती है। निष्कर्षों से पता चलता है कि ये स्रोत पोषक तत्वों के आयात पर निर्भर क्षेत्रों में अधिक लचीली और टिकाऊ कृषि-खाद्य प्रणालियों में योगदान देने की क्षमता रखते हैं।