Temporal soil nitrogen dynamics with stand age of Betula platyphylla forests in the permafrost region, Northeast China

मिट्टी की कल्पना एक विशाल, भूमिगत रसोईघर के रूप में करें जहाँ पौधे अपना भोजन पकाते हैं। लेकिन इसमें एक पेंच है: सबसे महत्वपूर्ण सामग्री, नाइट्रोजन, आमतौर पर उस रूप में आती है जिसे पौधे खा नहीं सकते—यह मृत पत्तियों और पुरानी जड़ों के भीतर एक गुप्त रेसिपी की तरह बंद है। इस भोजन को बाहर निकालने के लिए, मिट्टी के सूक्ष्मजीवों (माइक्रोब्स) नामक नन्हे शेफ को उस कार्बनिक पदार्थ को तोड़ना होगा और नाइट्रोजन को अनलॉक करना होगा, जिससे वह एक उपयोग करने योग्य रूप में बदल जाए। इस अनलॉकिंग प्रक्रिया को "मिनरलाइजेशन" (खनिजीकरण) कहा जाता है। कुछ स्थानों पर, जैसे गर्म उष्णकटिबंधीय जंगलों में, ये शेफ ओवरटाइम काम करते हैं, और रसोई हमेशा तैयार भोजन से भरी रहती है। लेकिन उत्तरी ठंडे क्षेत्रों में, जहाँ ज़मीन ठंडी और अक्सर जमी हुई (परमाफ्रॉस्ट) रहती है, वहाँ शेफ सुस्त होते हैं, और रसोई अक्सर खाली रहती है। यह एक बड़ी बात है क्योंकि यदि पौधों को नाइट्रोजन नहीं मिल पाता है, तो वे बढ़ नहीं सकते, और पूरा जंगल संघर्ष करता है। वैज्ञानिक लंबे समय से सोच रहे थे: जैसे-जैसे एक जंगल पुराना और बड़ा होता है, क्या मिट्टी की रसोई पेड़ों को खिलाने में बेहतर होती जाती है, या यह धीमी गति में ही फंसी रहती है?

यह शोध इस प्रश्न की गहराई में जाता है और उत्तर पूर्व चीन के ठंडे जंगलों में एक विशिष्ट प्रकार के पेड़, व्हाइट बर्च (Betula platyphylla) पर नज़र डालता है। शोधकर्ता यह देखना चाहते थे कि जैसे-जैसे जंगल एक युवा पौधा स्टैंड (25 वर्ष पुराना) से एक परिपक्व स्टैंड (61 वर्ष पुराना) में बदलता है, तो "रसोई" कैसे बदलती है। उन्होंने केवल अनुमान नहीं लगाया; वे खेत में गए और एक चतुर प्रयोग किया। उन्होंने मिट्टी के छोटे सिलेंडर लिए, उन्हें एक महीने के लिए ज़मीन में छोड़ दिया ताकि देखा जा सके कि प्राकृतिक रूप से क्या होता है, और फिर मापा कि कितना नाइट्रोजन अनलॉक हुआ। उन्होंने पाया कि जैसे-जैसे जंगल पुराना हुआ, मिट्टी वास्तव में नाइट्रोजन को अनलॉक करने में बहुत बेहतर हो गई, भले ही मिट्टी में मौजूद "तैयार-से-खाने" योग्य नाइट्रोजन की कुल मात्रा में बहुत अधिक बदलाव नहीं आया। यह पता चला कि इन ठंडे जंगलों में, पुराने पेड़ एक हलचल भरी, कुशल रसोई बनाते हैं जहाँ नाइट्रोजन को लगातार पुनर्चक्रित (रीसायकल) और उपयोग किया जाता है, न कि केवल एक ढेर के रूप में पड़ा रहता है।

जमी हुई वन रसोई की कहानी

जंगल के फर्श को एक व्यस्त रेस्टोरेंट के रूप में सोचें। पेड़ ग्राहक हैं, और मिट्टी रसोई है। पेड़ों के बढ़ने के लिए सबसे महत्वपूर्ण सामग्री नाइट्रोजन है, लेकिन मिट्टी में, यह ज्यादातर मृत पत्तियों और जड़ों के भीतर एक "जमे हुए" रूप में बंद है। इसे प्राप्त करने के लिए, मिट्टी को एक जादू दिखाना पड़ता है जिसे मिनरलिजेशन कहते हैं, जहाँ सूक्ष्म जीव शेफ के रूप में कार्य करते हैं ताकि कार्बनिक पदार्थ को तोड़कर नाइट्रोजन को मुक्त किया जा सके जिसे पौधे आसानी से ग्रहण कर सकें।

उत्तर पूर्व चीन के ठंडे, परमाफ्रॉस्ट क्षेत्रों में, यह रसोई आमतौर पर धीमी होती है। ज़मीन ठंडी है, और शेफ (सूक्ष्मजीव) सुस्त हैं। लेकिन जब जंगल पुराना होता है तो क्या होता है? क्या पेड़ों को अंततः एक बेहतर रसोई मिलती है, या ठंड सब कुछ फंसाए रखती है? शाओगुआन यूनिवर्सिटी के वैज्ञानिकों की एक टीम ने तीन अलग-अलग "आयुओं" वाले व्हाइट बर्च के जंगलों का अध्ययन करके यह पता लगाने का निर्णय लिया: एक नया जंगल (25 वर्ष), एक मध्यम आयु वाला जंगल (40 वर्ष), और एक पुराना जंगल (61 वर्ष)।

प्रयोग: मिट्टी के जीवन का एक महीना

यह देखने के लिए कि रसोई कैसे काम करती है, वैज्ञानिकों ने केवल एक तस्वीर नहीं ली; उन्होंने मिट्टी को पकते हुए देखा। मई से अक्टूबर 2018 तक, उन्होंने जंगल में ही "इन्क्यूबेटरों" की एक श्रृंखला स्थापित की। उन्होंने ज़मीन में प्लास्टिक ट्यूब (PVC कोर) डाले, उनमें मिट्टी भरी, और उन्हें एक महीने के लिए वहीं छोड़ दिया।

इन ट्यूबों की कल्पना इन छोटे 'टाइम कैप्सूल' के रूप में करें। वैज्ञानिकों ने तुरंत ट्यूबों का एक सेट निकाला यह देखने के लिए कि शुरुआत में कितना नाइट्रोजन था। फिर, उन्होंने दूसरे सेट को एक महीने के लिए ज़मीन में छोड़ दिया। जब उन्होंने एक महीने बाद उन्हें बाहर निकाला, तो वे सटीक रूप से माप सके कि उस समय के दौरान सूक्ष्मजीवों द्वारा कितना नया नाइट्रोजन "पकाया" गया या अनलॉक किया गया। उन्होंने यह पाँच अलग-अलग महीनों में किया, ऊपर की मिट्टी की परत (0–10 सेमी) और ठीक उसके नीचे की परत (10–20 सेमी) दोनों की जाँच की।

उन्होंने क्या पाया: रसोई तेज़ हो जाती है, लेकिन पेंट्री वैसी ही रहती है

परिणाम थोड़े आश्चर्यजनक और बहुत दिलचस्प थे।

1. "तैयार-से-खाने" वाला ढेर नहीं बढ़ा
जब वैज्ञानिकों ने किसी भी क्षण मिट्टी में मौजूद नाइट्रोजन की कुल मात्रा (Min-N) को देखा, तो यह तीनों जंगल की आयु में लगभग समान थी। चाहे जंगल 25 वर्ष का हो या 61 वर्ष का, मिट्टी में क्रमशः लगभग 8.39 mg·kg⁻¹, 8.15 mg·kg⁻¹, और 8.49 mg·kg⁻¹ नाइट्रोजन था। यह ऐसा है जैसे रेस्टोरेंट के पेंटरी में खाने की प्लेटों की संख्या समान थी, चाहे रेस्टोरेंट कितना भी पुराना क्यों न हो।

2. लेकिन शेफ बहुत तेज़ हो गए!
यहीं पर कहानी रोमांचक हो जाती है। जबकि पेंटरी में रखे गए भोजन की मात्रा नहीं बदली, भोजन पकाने की गति नाटकीय रूप रूप से बढ़ गई। नाइट्रोजन के अनलॉक होने की दर (नेट N मिनरलाइजेशन) जंगल के पुराना होने के साथ काफी बढ़ गई:

• 25 साल पुराने जंगल में, दर धीमी 0.11 mg·kg⁻¹·d⁻¹ थी।
• 40 साल पुराने जंगल में, यह बढ़कर 0.46 mg·kg⁻¹·d⁻¹ हो गई।
• 61 साल पुराने जंगल में, यह सबसे तेज़ 0.67 mg·kg⁻¹·d⁻¹ थी।

इसका मतलब है कि पुराने जंगलों में, नाइट्रोजन बहुत तेज़ी से अनलॉक और उपयोग किया जा रहा है। यह एक उच्च-टर्नओवर वाली रसोई है जहाँ भोजन जल्दी पकाया जाता है, खाया जाता है और पुनर्चक्रित किया जाता है, न कि केवल शेल्फ पर पड़ा रहता है।

3. भोजन का रूप बदल गया
वैज्ञानिकों ने यह भी गौर किया कि उपलब्ध नाइट्रोजन के प्रकार में बदलाव आया। छोटे जंगलों में नाइट्रेट (नाइट्रोजन का एक विशिष्ट प्रकार) अधिक था, लेकिन जैसे-जैसे जंगल पुराना हुआ, नाइट्रेट का स्तर गिर गया और अमोनियम (एक अन्य प्रकार) बढ़ गया। ऐसा लगता है कि पुराने जंगल अमोनियम को बनाए रखने में बेहतर होते हैं, शायद इसलिए क्योंकि ठंडी और अम्लीय मिट्टी अमोनियम को नाइट्रेट में बदलने में कठिन बनाती है।

4. ऊपरी परत VIP सेक्शन है
किसी भी अच्छी रसोई की तरह, ऊपरी शेल्फ सबसे व्यस्त होती है। मिट्टी की ऊपरी परत (0–10 सेमी) निचली परत (10–20 सेमी) की तुलना में बहुत अधिक सक्रिय थी। 40 साल पुराने जंगल में, ऊपरी परत निचली परत की तुलना में 5.38 गुना अधिक सक्रिय थी! यह समझ में आता है क्योंकि यहीं पत्तियाँ गिरती हैं और यहीं सूक्ष्मजीव रहते हैं।

यह क्यों होता है? गुप्त सामग्रियाँ

तो, पुराने जंगलों की रसोई इतनी तेज़ क्यों है? वैज्ञानिकों ने इस बदलाव के पीछे के "ड्राइवर्स" को खोजने के लिए जासूसी की। उन्होंने पाया कि तीन मुख्य कारक पर्दे के पीछे से काम कर रहे थे:

1. मिट्टी का तापमान: तापमान में छोटे बदलावों ने भी सूक्ष्मजीवों को अधिक मेहनत करने में मदद की।
2. कुल नाइट्रोजन: पुराने जंगलों में शुरुआत में ही मिट्टी में अधिक कुल नाइट्रोजन थी, जिससे शेफों को अधिक कच्चा माल मिला।
3. सूक्ष्मजीव बायोमास (Microbial Biomass): पुराने जंगलों में काम करने के लिए सूक्ष्मजीव "शेफों" की आबादी बड़ी थी।

अध्ययन बताता है कि जैसे-जैसे व्हाइट बर्च का जंगल बढ़ता है, यह इन नन्हे शेफों के लिए एक बेहतर वातावरण बनाता है। पेड़ अधिक पत्तियाँ और जड़ें गिराते हैं, जिससे सूक्ष्मजीवों को भोजन मिलता है, जो बदले में नाइट्रोजन को तेज़ी से अनलॉक करते हैं। यह एक सकारात्मक चक्र है: बड़े पेड़ मतलब बेहतर मिट्टी, जिसका अर्थ है बेहतर मिट्टी बड़े पेड़ों का समर्थन करती है।

निष्कर्ष

यह शोध हमें बताता है कि ठंडे, जमी हुई उत्तर दिशा में भी, जंगलों के पास उम्र बढ़ने के साथ स्मार्ट और अधिक कुशल होने का एक तरीका है। हालांकि मिट्टी में मौजूद नाइट्रोजन की कुल मात्रा आवश्यक रूप से जमा नहीं होती है, लेकिन सिस्टम बहुत अधिक गतिशील हो जाता है। नाइट्रोजन को लगातार पुनर्चक्रित किया जा रहा है और पेड़ों के लिए उपलब्ध कराया जा रहा है।

यह इन परमाफ्रॉस्ट जंगलों के स्वास्थ्य के लिए अच्छी खबर है। यह सुझाव देता है कि इन जंगलों को पुराना और परिपक्व होने देना उन्हें स्वस्थ और उत्पादक बनाए रखने के लिए महत्वपूर्ण है। वैज्ञानिक आशा करते हैं कि यह ज्ञान प्रबंधकों को इन जंगलों की देखभाल करने का निर्णय लेने में मदद करेगा, जिससे यह सुनिश्चित होगा कि वे बदलते जलवायु में भी फलते-फूलते रहें। हालांकि, वे यह भी नोट करते हैं कि ये जंगल अभी भी गर्म स्थानों के जंगलों की तुलना में धीमे हैं, जो हमें याद दिलाता है कि उत्तर में ठंड अभी भी एक शक्तिशाली शक्ति है।