Complementary measures of soil texture, organic nitrogen accessibility and rhizosphere dynamics improve nitrogen supply prediction for short-cycle leafy vegetables

किसानों को लंबे समय से पता है कि पौधों को बढ़ने के लिए नाइट्रोजन की आवश्यकता होती है, जो एक ऐसा पोषक तत्व है जो पत्तियों और तनों के निर्माण के लिए प्राथमिक ईंधन के रूप में कार्य करता है। मिट्टी में, यह नाइट्रोजन दो मुख्य रूपों में मौजूद होता है: घुले हुए खनिजों का एक छोटा, तत्काल पूल जिसे पौधे तुरंत प्राप्त कर सकते हैं, और सड़ने वाले पौधों के अवशेषों और जैविक मलबे के भीतर बंद एक विशाल, धीरे-धीरे मुक्त होने वाला भंडार। फसलों को कुशलतापूर्वक खिलाने के लिए, बिना पैसा बर्बाद किए या पर्यावरण को प्रदूषित किए, किसान यह अनुमान लगाने की कोशिश करते हैं कि मिट्टी स्वयं कितना नाइट्रोजन प्रदान करेगी। यदि मिट्टी पर्याप्त देती है, तो वे उर्वरक डालने से बच सकते हैं; यदि यह कम पड़ती है, तो वे उस अंतर को भरने के लिए पर्याप्त मात्रा में उर्वरक डालते हैं। बेबी स्पिनच (पालक) जैसी तेजी से बढ़ने वाली फसलों के लिए, जो कुछ ही हफ्तों में अपने पूरे जीवन चक्र को पूरा कर लेती हैं, इस गणना को सही करना विशेष रूप से कठिन होता है। निर्णय लेने की खिड़की बहुत छोटी होती है, और जैसे-जैसे पौधा बढ़ता है, मिट्टी का व्यवहार तेजी से बदल सकता है।

रेडिंग विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं की एक टीम ने लघु-चक्र वाली पत्तेदार सब्जियों के लिए इस पहेली को सुलझाने का लक्ष्य रखा। वे जानना चाहते थे कि क्या मिट्टी के नाइट्रोजन को मापने का मानक तरीका वास्तव में यह भविष्यवाणी करने के लिए पर्याप्त अच्छा था कि एक बेबी स्पिनच का पौधा कितना भोजन खाएगा। सामान्य विधि में रोपण से पहले मिट्टी का नमूना लेना और उसमें पानी में वर्तमान में घुले हुए खनिजों का परीक्षण करना शामिल है। शोधकर्ताओं को संदेह था कि यह एकल दृश्य (स्नैपशॉट) बड़ी तस्वीर को मिस कर सकता है, विशेष रूप से उस नाइट्रोजन को जो फसल के बढ़ते समय जैविक पदार्थ से धीरे-धीरे मुक्त हो रहा है। इसका परीक्षण करने के लिए, उन्होंने दक्षिणी इंग्लैंड के पंद्रह अलग-अलग प्रकार के मिट्टी के नमूनों को एकत्र किया, जिनमें वाणिज्यिक पालक के लिए उपयोग किए जाने वाले कम जैविक पदार्थ वाले रेतीले खेतों से लेकर समृद्ध, खाद-युक्त बगीचे तक शामिल थे। उन्होंने इन मिट्टियों से भरे गमलों में बेबी स्पिनच उगाया, जिसमें पानी और अन्य पोषक तत्वों को सावधानीपूर्वक नियंत्रित किया गया ताकि नाइट्रोजन ही विकास को सीमित करने वाला एकमात्र कारक रहे। जैसे-जैसे पौधे बढ़े, टीम ने ट्रैक किया कि स्पिनच ने मिट्टी से वास्तव में कितना नाइट्रोजन लिया और उस कटाई की तुलना मिट्टी की नाइट्रोजन क्षमता को मापने के छह अलग-अलग तरीकों से की।

परिणामों ने दिखाया कि पारंपरिक दृष्टिकोण आश्चर्यजनक रूप से कमजोर था। घुले हुए खनिजों के लिए मानक परीक्षण, जो यूके में वर्तमान उर्वरक सलाह का आधार बनता है, यह भविष्यवाणी करने में विफल रहा कि बेबी स्पिनच ने वास्तव में कितना नाइट्रोजन ग्रहण किया। वास्तव में, इस एकल माप ने पंद्रह मिट्टियों में पौधों की वृद्धि के बीच के अंतर को लगभग बिल्कुल भी स्पष्ट नहीं किया। यहाँ तक कि टीम द्वारा आजमाए गए अन्य पांच तरीकों ने भी, जो प्रयोगशाला में सूक्ष्मजीवों द्वारा छोड़े जा सकने वाले नाइट्रोजन या विशिष्ट जैविक अंशों में फंसे नाइट्रोजन पर केंद्रित थे, खराब प्रदर्शन किया। इनमें से कोई भी व्यक्तिगत परीक्षण पौधों द्वारा नाइट्रोजन के अवशोषण में भिन्नता के एक छोटे से हिस्से को भी स्पष्ट नहीं कर सका। शोधकर्ताओं ने पाया कि बहुत कम जैविक पदार्थ वाली मिट्टी भी फसल को भारी मात्रा में नाइट्रोजन की आपूर्ति कर सकती है, जबकि उच्च जैविक पदार्थ वाली मिट्टी हमेशा बड़ी फसल की गारंटी नहीं देती थी। इससे पता चला कि केवल मिट्टी में मौजूद कुल नाइट्रोजन या जैविक पदार्थ की गिनती करना यह समझने के लिए पर्याप्त नहीं था कि पौधे को वास्तव में क्या मिल रहा है।

महत्वपूर्ण सफलता तब मिली जब शोधकर्ताओं ने मिट्टी को अलग से देखने के बजाय यह देखना शुरू किया कि इसकी भौतिक संरचना नाइट्रोजन के साथ कैसे परस्पर क्रिया करती है। उन्होंने पाया कि मिट्टी की बनावट (टेक्सचर)—विशेष रूप से रेत बनाम महीन कणों जैसे सिल्ट और क्ले (मिट्टी) का अनुपात—पौधों की वृद्धि का एक शक्तिशाली भविष्यवक्ता था। आश्चर्यजनक रूप से, रेतीली मिट्टी, जिसे अक्सर कम पोषक तत्व रखने के कारण कम उपजाऊ माना जाता है, वास्तव में स्पिनच को अधिक नाइट्रोजन लेने में मदद करती है। ऐसा संभवतः इसलिए है क्योंकि रेत के कणों के बीच बड़े स्थान पानी और घुले हुए पोषक तत्वों को पौधे की जड़ों तक अधिक स्वतंत्र रूप से जाने देते हैं, जबकि मिट्टी (क्ले) के मिट्टी के सूक्ष्म छिद्र पोषक तत्वों को फंसा सकते हैं या रिलीज की प्रक्रिया को धीमा कर सकते हैं। जब टीम ने इस भौतिक जानकारी को नाइट्रोजन की उपलब्धता के दो विशिष्ट मापों के साथ जोड़ा—एक जो समय के साथ मिट्टी के माध्यम से वास्तव में बहने वाले नाइट्रोजन को पकड़ता है और दूसरा जो सबसे आसानी से सुलभ जैविक नाइट्रोजन को मापता है—तो उन्होंने एक ऐसा मॉडल बनाया जिसने पौधों की वृद्धि की भिन्नता के तीन-चौथाई हिस्से की व्याख्या की।

यह नया दृष्टिकोण बताता है कि लघु-चक्र वाली फसल को कितने उर्वरक की आवश्यकता है, इसका अनुमान लगाने के लिए केवल मिट्टी के रासायनिक परीक्षण से अधिक की आवश्यकता होती है। इसके लिए उस भौतिक मंच को समझने की आवश्यकता है जिस पर रसायन विज्ञान घटित होता है। अध्ययन संकेत देता है कि बेबी स्पिनच जैसी तेजी से बढ़ने वाली फसलों के लिए, पोषक तत्वों की कुल मात्रा के साथ-साथ मिट्टी के माध्यम से जड़ों तक पोषक तत्वों के पहुंचने की गति भी उतनी ही महत्वपूर्ण है। मिट्टी की बनावट के मापों को नाइट्रोजन आपूर्ति के गतिशील संकेतकों के साथ एकीकृत करके, किसान संभावित रूप से बहुत अधिक सटीक उर्वरक सिफारिशें दे सकते हैं। इससे उन्हें नाइट्रोजन का अत्यधिक उपयोग करने से बचने में मदद मिलेगी, जो धन की बर्बादी है और जलमार्गों को प्रदूषित करने का जोखिम भी है, जबकि यह सुनिश्चित होगा कि फसल को फलने-फूलने के लिए ठीक वही मिले जिसकी उसे आवश्यकता है। यह कार्य इस बात पर प्रकाश डालता है कि मिट्टी केवल पोषक तत्वों का एक स्थिर पात्र नहीं है, बल्कि एक गतिशील प्रणाली है जहाँ भौतिक संरचना और जैविक गतिविधि मिलकर पौधों को पोषण देते हैं।