Selenium nanoparticles as slow-release fertilizers for mustard plants
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि *E. coli* और एनारोबिक ग्रेनुलर स्लज द्वारा उत्पादित बायोजेनिक सेलेनियम नैनोकण, पारंपरिक ऑक्सीएनियन्स की तुलना में सेलेनियम लीचिंग (निक्षालन) के नुकसान को महत्वपूर्ण रूप से कम करते हुए और पौधों द्वारा ग्रहण करने के लिए निरंतर जैव उपलब्धता सुनिश्चित करते हुए, भारतीय सरसों के लिए प्रभावी धीमी-रिलीज़ उर्वरक के रूप में कार्य करते हैं।
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सेलेनियम एक सूक्ष्म पोषक तत्व है जो मानव स्वास्थ्य में एक विशाल भूमिका निभाता है, जो प्रजनन, मांसपेशियों के कार्य और शरीर की क्षति के विरुद्ध रक्षा के लिए एक महत्वपूर्ण सहायक के रूप में कार्य करता है। फिर भी, इसके महत्व के बावजूद, दुनिया भर में लाखों लोग इसकी पर्याप्त मात्रा प्राप्त नहीं कर पाते हैं क्योंकि उनके क्षेत्रों की मिट्टी में इस तत्व की कमी है। किसानों ने लंबे समय से मिट्टी में सेलेनियम मिलाकर इसे ठीक करने का प्रयास किया है, लेकिन इसे करने का पारंपरिक तरीका बेहद त्रुटिपूर्ण है। इस उद्देश्य के लिए उपयोग किए जाने वाले सामान्य रासायनिक लवण पानी में तुरंत घुल जाते हैं। जब बारिश होती है या खेतों की सिंचाई की जाती है, तो ये लवण पौधों द्वारा उपयोग किए जाने से पहले ही बह जाते हैं, जिससे यह पोषक तत्व नदियों और भूजल में चला जाता है जहाँ यह वन्यजीवों को नुकसान पहुँचा सकता है। यह मिट्टी को रिक्त कर देता है और पर्यावरण को प्रदूषित करता है, जिससे एक ऐसा चक्र बन जाता है जहाँ उर्वरक फसलों या उन्हें खाने वाले लोगों को पोषण देने में विफल रहता है।
भारतीय प्रौद्योगिकी संस्थान दिल्ली और जर्मनी के हेल्महोल्ट्ज़-ज़ेंट्रम ड्रेसडेन-रोसेनडोर्फ के शोधकर्ताओं ने एक अलग मार्ग तलाशा है, जो एक विषाक्त अपशिष्ट उत्पाद को पौधों के लिए धीरे-धीरे रिलीज होने वाले खाद्य स्रोत में बदल देता है। घुले हुए रसायनों के बजाय, उन्होंने सूक्ष्मजीवों का उपयोग करके सेलेनियम के ठोस, नन्हे गोले बनाए। ये गोले, जिन्हें बायोजेनिक नैनोपार्टिकल्स (biogenic nanoparticles) के रूप में जाना जाता है, केवल शुद्ध सेलेनियम नहीं हैं; वे उन सूक्ष्मजीवों द्वारा निर्मित प्रोटीन और शर्करा की एक प्राकृतिक परत में लिपटे हुए हैं जिन्होंने उन्हें बनाया है। यह बाहरी परत एक सुरक्षात्मक कवच की तरह कार्य करती है, जो सेलेनियम को अंदर रखती है और इसे धीरे-धीरे जारी करती है, बिल्कुल एक 'टाइम-रिलीज़ कैप्सूल' की तरह। टीम ने यह परीक्षण किया कि क्या ये जीवित-निर्मित गोले सरसों के पौधों तक पहुँचने के लिए मिट्टी में पर्याप्त समय तक रह सकते हैं, जो कि एक तेजी से बढ़ने वाली फसल है और जिसका उपयोग अक्सर यह अध्ययन करने के लिए किया जाता है कि पौधे पोषक तत्वों को कैसे अवशोषित करते हैं।
यह विचार काम करता है या नहीं, यह देखने के लिए वैज्ञानिकों ने पहले दो अलग-अलग प्रकार के सूक्ष्मजीवों का उपयोग करके इन सेलेनियम गोलों को बनाया: एक सामान्य बैक्टीरिया जिसे ई. कोलाई (E. coli) कहा जाता है, और अपशिष्ट जल उपचार संयंत्रों के कीचड़ (sludge) में पाए जाने वाले सूक्ष्मजीवों का एक मिश्रण। उन्होंने यह सुनिश्चित करने के लिए कि कण शुद्ध हैं, उन्हें सावधानीपूर्वक साफ किया और फिर उनकी संरचना की जांच की। उन्होंने पाया कि ई. कोलाई द्वारा बनाए गए गोले छोटे थे, जबकि कीचड़ वाले सूक्ष्मजीवों द्वारा बनाए गए गोले बड़े थे, लेकिन दोनों ही उस सुरक्षात्मक जैविक परत से ढके हुए थे जो उन्हें उनके अद्वितीय गुण प्रदान करती है। शोधकर्ताओं ने इन कणों को मिट्टी के गमलों में रखा और नियमित रूप से पानी दिया, जिससे एक वास्तविक कृषि वातावरण की नकल की गई। उन्होंने तुलना की कि पारंपरिक, तेजी से घुलने वाले रासायनिक लवणों के मुकाबले इन नए कणों का उपयोग करने पर मिट्टी से कितना सेलेनियम बह गया।
परिणाम चौंकाने वाले थे। जब टीम ने पारंपरिक लवणों का उपयोग किया, तो सेलेनियम का एक बड़ा हिस्सा—एक प्रकार के लिए 60 प्रतिशत से अधिक और दूसरे के लिए 86 प्रतिशत से अधिक—आठ सप्ताह के भीतर मिट्टी से बहकर पानी में चला गया। इसके विपरीत, सेलेनियम के गोले अपनी जगह पर बने रहे। ई. कोलाई द्वारा बनाए गए कणों ने मिट्टी में 96.7 प्रतिशत सेलेनियम को रोक कर रखा, जबकि कीचड़ से बने कणों ने 91.7 प्रतिशत को थामे रखा। सुरक्षात्मक परत ने रिलीज को सफलतापूर्वक धीमा कर दिया, जिससे पोषक तत्व के नुकसान को रोका जा सका। इसका अर्थ यह था कि सेलेनियम जल निकासी में गायब होने के बजाय मिट्टी में पौधों के लिए उपलब्ध रहा।
टीम ने इन गमलों में भारतीय सरसों के पौधे उगाए ताकि यह देखा जा सके कि क्या पौधे इन धीरे-धीरे रिलीज होने वाले गोलों से सेलेनियम को वास्तव में खा सकते हैं। आठ सप्ताह के बाद, बिना सेलेनियम के उगाए गए पौधों की तुलना में इन पौधों की ऊंचाई काफी बढ़ गई थी और उनकी जड़ें लंबी हो गई थीं। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह थी कि पौधों ने गोलों से सेलेनियम को सफलतापूर्वक अवशोषित कर लिया। सरसों के पौधों ने ई. कोलाई के गोलों से लगभग 28 प्रतिशत और कीचड़ से बने गोलों से लगभग 24 प्रतिशत सेलेनियम ग्रहण किया। हालांकि पारंपरिक रासायनिक लवण तेजी से अवशोषित होते थे, लेकिन वे पूरी तरह से उपयोग किए जाने से पहले ही बहुत जल्दी बह भी जाते थे। हालाँकि, गोलों ने एक निरंतर आपूर्ति प्रदान की जिसे पौधे समय के साथ प्राप्त कर सके। अध्ययन ने दिखाया कि सेलेनियम केवल जड़ों में ही नहीं अटका था, बल्कि इसे तनों और पत्तियों में भी स्थानांतरित कर दिया गया था, जो कि मानव उपभोग के लिए सबसे उपयोगी स्थान है यदि इन पौधों को भोजन के रूप में उगाया जाए।
यह कार्य सुझाव देता है कि सूक्ष्मजीवों का उपयोग करके सेलेनियम के गोले बनाना कृषि के लिए एक शक्तिशाली उपकरण हो सकता है। यह रनऑफ (बह जाने) की भारी पर्यावरणीय लागत के बिना फसलों को उर्वरक देने का एक तरीका प्रदान करता है, जिससे पोषक तत्व मिट्टी में वहीं रहते हैं जहाँ उनका होना चाहिए। शोधकर्ताओं ने उल्लेख किया कि ये गोले रासायनिक विकल्पों की तुलना में कम विषैले हैं और इन्हें अपशिष्ट पदार्थों का उपयोग करके सस्ते में बनाया जा सकता है। एक संभावित प्रदूषक को पोषण के निरंतर स्रोत में बदलकर, यह दृष्टिकोण मनुष्यों में सेलेनियम की कमी की समस्या और जलमार्गों में सेलेनियम प्रदूषण की समस्या, दोनों का समाधान करता है। अध्ययन यह दावा नहीं करता है कि इसने वैश्विक खाद्य संकट को हल कर दिया है, लेकिन यह एक स्पष्ट, नपा-तुला प्रदर्शन प्रदान करता है कि ये जीवित-निर्मित कण मिट्टी में प्रभावी ढंग से रह सकते हैं और पौधों को खिला सकते हैं, जो उर्वरकीकरण के पुराने, व्यर्थ तरीकों के लिए एक आशाजनक विकल्प पेश करते हैं।
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