17. कार्बन चक्र (CARBON CYCLE)

कार्बन चक्र - सी: एन अनुपात। मृदा जीव विज्ञान - बायोमास - मृदा जीव - उनकी लाभकारी और हानिकारक भूमिकाएं (Carbon cycle – C: N ratio. Soil biology – Biomass – Soil organisms – Their beneficial and harmful roles)

कार्बन चक्र

कार्बन सभी कार्बनिक पदार्थों (पौधों और जानवरों के अवशेष / plant and animal residues) का एक सामान्य घटक है। कार्बन प्रकाश संश्लेषक जीवों द्वारा प्रकाश के प्रभाव में कार्बनिक रूप में लगातार तय किया जा रहा है और एक बार बंध जाने पर, कार्बन नए पौधे के जीवन की पीढ़ी में उपयोग के लिए अनुपलब्ध हो जाता है।
इसलिए, उच्च जीवों के अस्तित्व के लिए कार्बोनेसियस सामग्री को विघटित किया जाना और वायुमंडल में वापस किया जाना आवश्यक है।

मिट्टी में पौधों और जानवरों के अवशेषों का अपघटन (decomposition of plant and animal remains in soil) एक बुनियादी जैविक प्रक्रिया का गठन करता है जिसमें कार्बन (C) $\text{CO}_2$ के रूप में वायुमंडल में पुन: परिचालित होता है, कार्बन चक्र (N) $\text{NH}_4$ और $\text{NO}_3$ के रूप में उपलब्ध कराया जाता है और $P$, $S$, $Fe$, $Mn$, $Cu$ और $Zn$ आदि जैसे अन्य संबंधित पोषक तत्व पौधे के उपलब्ध रूपों में दिखाई देते हैं।
इस प्रक्रिया में, पोषक तत्वों का एक हिस्सा सूक्ष्म जीवों द्वारा आत्मसात किया जाता है और माइक्रोबियल ऊतकों (microbial tissues - मिट्टी बायोमास / Soil biomasses) में शामिल किया जाता है।
$C$, $N$, $P$ और $S$ के कार्बनिक रूपों का अकार्बनिक या खनिज रूपों में रूपांतरण खनिजकरण (mineralization) कहलाता है और उन तत्वों के अकार्बनिक रूपों का उनके कार्बनिक रूपों में रूपांतरण स्थिरीकृतीकरण (immobilization) के रूप में जाना जाता है।

कार्बन चक्र $\text{CO}_2$ और इसके निर्धारण और पुनर्जनन के इर्द-गिर्द घूमता है।
कार्बन चक्र युक्त पौधे गैस का उपयोग अपने एकमात्र कार्बन स्रोत के रूप में करते हैं, और इस प्रकार संश्लेषित कार्बोनेसियस पदार्थ जानवरों की दुनिया को पूर्व-निर्मित कार्बनिक कार्बन की आपूर्ति करने का काम करता है।
पौधे या जानवर की मृत्यु पर, माइक्रोबियल अपघटन चक्रीय अनुक्रम में प्रमुख भूमिका निभाता है।
मृत ऊतक क्षय से गुजरते हैं और माइक्रोबियल कोशिकाओं और बड़ी मात्रा में विषम कार्बोनेसियस यौगिकों में परिवर्तित हो जाते हैं जिन्हें एक साथ कार्बन चक्र या मिट्टी के कार्बनिक अंश (soil organic fraction) के रूप में जाना जाता है।
यह चक्र पूरा हो जाता है और कार्बन चक्र और सड़ने वाले ऊतकों से अंतिम कार्बन चक्र और $\text{CO}_2$ के उत्पादन (final decomposition and production of $\text{CO}_2$) के साथ कार्बन उपलब्ध कराया जाता है।

कार्बन चक्र

सी: एन अनुपात

• रोगाणुओं और कार्बनिक अवशेषों में कार्बन चक्र सामग्री और कार्बन सामग्री के बीच के अनुपात को C:N अनुपात (C:N ratio) कहा जाता है।
• जब मिट्टी में ताजा पौधों के अवशेष जोड़े जाते हैं तो वे कार्बन से भरपूर और $N$ में खराब होते हैं।
• इसके परिणामस्वरूप व्यापक C: N अनुपात (wider C: N ratio - 40:1) होता है, मिट्टी में कार्बनिक पदार्थ का मृदा कार्बनिक पदार्थ कार्बन चक्र में परिवर्तित जाता है जिसके परिणामस्वरूप संकीर्ण C: N अनुपात (narrow C: N ratio - 10:1) होता है।
• जब मिट्टी में उच्च कार्बन वाली सामग्री मिलाई जाती है तो खाद्य सामग्री की प्रचुर आपूर्ति के कारण माइक्रोबियल आबादी बढ़ जाती है।
• बहुत अधिक $\text{CO}_2$ (A lot of $\text{CO}_2$) निकलती है।
• इस प्रक्रिया के दौरान सूक्ष्म जीव अपने शरीर के निर्माण के लिए मिट्टी $N$ (soil N) का उपयोग करते हैं और $N$ का एक अस्थायी ब्लॉक होता है।
• जब ताजा कार्बनिक अवशेषों का कार्बन चक्र उस स्तर तक पहुँच जाता है जहाँ C: N अनुपात 20:1 होता है तो $N$ की उपलब्धता में वृद्धि होती है।
• खेती वाली मिट्टी (cultivated soils) का C: N अनुपात 8:1 से 15:1 तक होता है।
• औसत (Average): 10:1 से 12:1।
• फलियां और खेत की कार्बन चक्र: 20:1 - 30:1।
• भूसा: 100:1।
• लकड़ी का बुरादा: 400:1।
• सूक्ष्म जीवों में: 4:1 से 9:1।
• कार्बनिक पदार्थ और $N$ सामग्री के बीच एक संबंध मौजूद है। मिट्टी के कार्बन (Soil carbon) का कार्बनिक पदार्थ का एक निश्चित अनुपात होता है।
• इसलिए मिट्टी में C से N अनुपात काफी स्थिरीकृत है।
• आर्द्र क्षेत्रों की तुलना में शुष्क क्षेत्रों की मिट्टी में C: N अनुपात न्यून होता है।
• उपमृदाओं (subsoils) में C: N अनुपात छोटा होता है।

यह कार्बनिक पदार्थ और मिट्टी की नाइट्रोजन सामग्री (nitrogen contents of soils) के बीच घनिष्ठ संबंध है। किसी मिट्टी या कार्बनिक पदार्थ (soil or organic material) में कार्बनिक कार्बन के वजन और कुल कार्बन चक्र के वजन के अनुपात को C: N अनुपात के रूप में जाना जाता है।
उपयुक्त मिट्टी प्रबंधन प्रथाओं (appropriate soil management practices) को विकसित करने में उपलब्ध मृदा कार्बनिक पदार्थ, कुल कार्बनिक पदार्थ और कार्बनिक पदार्थों के कार्बन चक्र की दर को नियंत्रित करने में C: N अनुपात के महत्व को मान्यता दी गई है।

मिट्टी में अनुपात (Ratio in soils):

मिट्टी का C: N अनुपात इसके विशिष्ट संतुलन मूल्यों में से एक है, कार्बन चक्र का आंकड़ा लगभग 10:1 है हालांकि 5:1 से 15:1 तक के मूल्य आम तौर पर अधिकांश कृषि निर्माण / तैयारी्य मिट्टी (most arable soils) में पाए जाते हैं।
महत्वपूर्ण अनुपात (critical ratio - 10:1) गतिशील संतुलन का प्रतिबिंब है जो माइक्रोबियल आबादी की प्रमुख उपस्थिति के परिणामस्वरूप होता है, अनुपात माइक्रोबियल कोशिकाओं की औसत रासायनिक संरचना के समान होता है।
एक नियम के रूप में (As a rule) माइक्रोबियल प्रोटोप्लाज्म में अपघटन के 1 भाग में कार्बन के 5 से 15 भाग होते हैं, लेकिन 10:1 प्रमुख एरोबिक अंशों के लिए एक उचित औसत है जो आगे के कार्बन चक्र के लिए प्रतिरोधी हैं जो कार्बन चक्र के C: N संतुलन मूल्य को संशोधित कर सकते हैं।
मिट्टी का ऐसा C: N अनुपात जलवायु यानी वर्षा, तापमान आदि के साथ भिन्न हो सकता है। C: N अनुपात आम तौर पर ठंडी परिस्थितियों (आर्द्र मिट्टी / humid soil conditions) की तुलना में गर्म (शुष्क मिट्टी / arid soil conditions) क्षेत्रों में न्यून होता है, दोनों मिट्टी की परिस्थितियों में समान वर्षा होने के बावजूद।
सतह की मिट्टी (surface soil) की तुलना में उप मिट्टी (sub soils) के लिए अनुपात भी संकीर्ण होता है।

पौधों और रोगाणुओं में अनुपात:

पौधों की सामग्री में कार्बन और कार्बन चक्र (C:N) अनुपात परिवर्तनशील होता है और फलियों और खेत की कार्बन चक्र में 20:1 से 30:1 तक होता है और कुछ पुआल के अवशेषों में 100:1 तक होता है।
दूसरी ओर सूक्ष्म जीवों के शरीर का C: N अनुपात न केवल अधिक स्थिरीकृत है बल्कि बहुत संकीर्ण 4:1 और 9:1 के बीच है। जीवाणु ऊतक सामान्य तौर पर कवक की तुलना में कार्बन चक्र में कुछ हद तक समृद्ध होते हैं और इसके परिणामस्वरूप C: N अनुपात संकीर्ण होता है।
इसलिए, यह आमतौर पर पाया जाता है कि मिट्टी में लगाए गए अधिकांश ताजा कार्बनिक पदार्थों में कुल मृदा कार्बनिक पदार्थ की अपेक्षाकृत बहुत न्यून मात्रा के साथ कार्बन की बड़ी मात्रा होती है। नतीजतन (As a result), मिट्टी के लिए C: N अनुपात का मूल्य उच्च पौधों और रोगाणुओं के बीच होता है।

C: N अनुपात के निहितार्थ:

मिट्टी के कार्बनिक पदार्थों (soil organic matter) में C: N अनुपात दो प्रमुख कारणों से महत्वपूर्ण है:
उपलब्ध कार्बन चक्र के लिए कड़ी प्रतिस्पर्धा तब होती है जब उच्च C: N अनुपात वाले कार्बनिक अवशेषों को मिट्टी में जोड़ा जाता है और क्योंकि यह C: N मिट्टी में अपेक्षाकृत स्थिरीकृत होता है, कार्बन का रखरखाव और इसलिए मिट्टी का कार्बनिक पदार्थ मिट्टी के नाइट्रोजन के स्तर (level of soil nitrogen) पर काफी हद तक निर्भर है।
इसलिए C: N अनुपात का स्पष्ट रूप से मिट्टी के साथ-साथ पौधों में नाइट्रोजन की उपलब्धता (availability of nitrogen in soils as well as in plants) पर व्यावहारिक प्रभाव पड़ता है।
उदाहरण के लिए (As for example), विस्तृत C: N अनुपात वाले बड़ी मात्रा में ताजे कार्बनिक पदार्थों को मृदा कार्बनिक पदार्थ के लिए अनुकूल मिट्टी की स्थिति (favourable soil conditions for decomposition) के तहत मिट्टी में शामिल किया जाता है। एक तेजी से परिवर्तिताव पाया जाएगा। विषमपोषी सूक्ष्म जीव - बैक्टीरिया, कवक और एक्टिनोमाइसेट्स सक्रिय हो जाते हैं और बड़ी मात्रा में $\text{CO}_2$ (large amounts of $\text{CO}_2$) के उत्पादन के साथ अपनी आबादी बढ़ाते हैं।
इन परिस्थितियों में, सूक्ष्म जीवों की तत्काल जरूरतों के कारण नाइट्रेट नाइट्रोजन (nitrate nitrogen - $\text{NO}_3\text{-N}$) मिट्टी से गायब हो जाता है, और समय के लिए, पौधों को थोड़ा या कोई कार्बन चक्र उपलब्ध नहीं होता है। जैसे-जैसे कार्बन चक्र आगे बढ़ता है, कार्बन के नुकसान और कार्बन चक्र के संरक्षण के साथ कार्बनिक पदार्थों पर C: N अनुपात न्यून हो जाता है।

C: N अनुपात के स्थिरीकृत मूल्य पर स्थिरीकृत होने के कारण

जैसे-जैसे क्षय प्रक्रिया आगे बढ़ती है, कार्बन और कार्बन चक्र दोनों क्रमशः $\text{CO}_2$ और नाइट्रेट के रूप में नुकसान (loss as $\text{CO}_2$ and nitrates respectively) के अधीन होते हैं। यह केवल समय का सवाल है जब तक कि मिट्टी से उनके गायब होने की प्रतिशत दर न्यूनोबेश समान न हो जाए, यानी कुल कार्बन का प्रतिशत नष्ट हो रहा है। इस बिंदु पर (At this point) C: N अनुपात न्यूनोबेश स्थिरीकृत 10:1 से 12:1 हो जाता है जो हमेशा माइक्रोबियल ऊतक के अनुपात से कुछ अधिक होता है।

C: N अनुपात और कार्बनिक पदार्थ का स्तर

चूंकि कार्बन और कार्बन चक्र लगभग एक निश्चित अनुपात में न्यून हो जाते हैं, इसलिए मिट्टी के नाइट्रोजन की मात्रा (amount of soil nitrogen) काफी हद तक उस कार्बनिक कार्बन की मात्रा को निर्धारित करती है जब स्थिरीकृतीकरण होता है।
इस प्रकार, मूल कार्बनिक पदार्थ में जितनी अधिक मात्रा में कार्बन चक्र मौजूद होगा, व्यवस्थित रूप से बंधे कार्बन के संचय की संभावना उतनी ही अधिक होगी।
चूंकि कार्बनिक कार्बन और मिट्टी के ह्यूमस (soil humus) के बीच एक निश्चित अनुपात (definite ratio - 1:17) मौजूद है, इसलिए किसी भी मिट्टी में बनाए रखे जाने वाले कार्बनिक पदार्थों की मात्रा काफी हद तक मौजूद कार्बनिक कार्बन चक्र की मात्रा पर सशर्त है। इस प्रकार मृदा कार्बनिक पदार्थ और कार्बनिक पदार्थों के बीच का अनुपात स्थिरीकृत होता है (अधिकांश मिट्टी के लिए कार्बनिक पदार्थ: नाइट्रोजन, 20:1 / organic matter: nitrogen, 20: 1 for most soils)।

मृदा जीव विज्ञान (Soil biology)

मृदा जीव विज्ञान मिट्टी में माइक्रोबियल और जीव गतिविधि और पारिस्थितिकी (microbial and faunal activity and ecology in soil) का अध्ययन है। इन जीवों में केंचुए, नेमाटोड, प्रोटोजोआ, कवक और बैक्टीरिया शामिल हैं। मृदा जीव विज्ञान कई मिट्टी की विशेषताओं (soil characteristics) को निर्धारित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, फिर भी, एक अपेक्षाकृत नया विज्ञान होने के नाते, मिट्टी के जीव विज्ञान और मिट्टी की प्रकृति (nature of soil) कैसे प्रभावित होती है, इसके बारे में बहुत कुछ अज्ञात है।

क्षेत्र

• जैविक प्रक्रियाओं और जनसंख्या की गतिशीलता का मॉडलिंग।
• मृदा जीव विज्ञान, भौतिकी और रसायन विज्ञान (Soil biology, physics and chemistry): जैविक प्रक्रियाओं और जनसंख्या व्यवहार पर भौतिक रासायनिक मापदंडों और सतह गुणों की घटना।
• जनसंख्या जीव विज्ञान और आणविक पारिस्थितिकी: माइक्रोबियल और जीव आबादी, विविधता और जनसंख्या की गतिशीलता, आनुवंशिकी स्थानान्तरण, पर्यावरणीय कारकों का प्रभाव का अध्ययन करने के लिए पद्धतिगत विकास और योगदान।
• सामुदायिक पारिस्थितिकी और कार्यप्रणाली: जीवों और खनिज या कार्बनिक यौगिकों के बीच अंतःक्रिया; मिट्टी के रोगजनकता (soil pathogenecity) में ऐसे इंटरैक्शन की भागीदारी; खनिज और कार्बनिक यौगिकों का परिवर्तन / रूपांतरण, तत्वों का चक्रण; मिट्टी की संरचना (soil structuration)।

पूरक अनुशासनात्मक दृष्टिकोण आवश्यक रूप से उपयोग किए जाते हैं जिनमें आणविक जीव विज्ञान, आनुवंशिकी, इकोफिजियोलॉजी, बानिर्माण / तैयारी्राफी, पारिस्थितिकी, मिट्टी की प्रक्रियाएं (soil processes), कार्बनिक पदार्थ, पोषक तत्व की गतिशीलता और परिदृश्य पारिस्थितिकी शामिल हैं।

बायोमास

बायोमास, एक नवीकरणीय ऊर्जा स्रोत के रूप में, जीवित और हाल ही में मृत जैविक सामग्री को संदर्भित करता है जिसका उपयोग ईंधन या औद्निर्माण / तैयारीिक उत्पादन के लिए किया जा सकता है।
इस संदर्भ में, बायोमास बिजली पैदा करने या उत्पादन करने के लिए उगाई जाने वाली पौधों की सामग्री को संदर्भित करता है। उदाहरण के लिए, कचरा जैसे मृत पेड़ और शाखाएं, यार्ड की कतरन और लकड़ी के चिप्स जैव ईंधन हैं, और इसमें फाइबर, रसायन या गर्मी के उत्पादन के लिए उपयोग किए जाने वाले पौधे या पशु पदार्थ भी शामिल हैं।
बायोमास में बायोडिग्रेडेबल अपशिष्ट भी शामिल हो सकते हैं जिन्हें ईंधन के रूप में जलाया जा सकता है। इसमें कार्बनिक पदार्थ शामिल नहीं है जिसे भूवैज्ञानिक प्रक्रियाओं द्वारा कोयले या पेट्रोलियम जैसे पदार्थों में परिवर्तित दिया गया है।

औद्निर्माण / तैयारीिक बायोमास कई प्रकार के पौधों से उगाया जा सकता है, जिसमें मिसकैंथस, स्विचग्रास, गांजा, मक्का, चिनार, विलो, शर्बत (sorghum), गन्ना, और नीलगिरी से लेकर तेल ताड़ तक विभिन्न प्रकार की पेड़ों की प्रजातियां शामिल हैं।
उपयोग किया जाने वाला विशेष पौधा आमतौर पर अंतिम उत्पादों के लिए महत्वपूर्ण नहीं है, लेकिन यह कच्चे माल के प्रसंस्करण को प्रभावित करता है। बायोमास का उत्पादन एक बढ़ता हुआ उद्निर्माण / तैयारी है क्योंकि टिकाऊ ईंधन स्रोतों में रुचि बढ़ रही है।

यद्यपि जीवाश्म ईंधन की उत्पत्ति प्राचीन बायोमास में हुई है, उन्हें आम तौर पर स्वीकृत परिभाषा द्वारा बायोमास नहीं माना जाता है क्योंकि उनमें कार्बन होता है जो बहुत लंबे समय से कार्बन चक्र से "बाहर" ("out") है। इसलिए उनका दहन वायुमंडल में कार्बन डाइऑक्साइड सामग्री को परेशान करता है।
बायोमास से प्लास्टिक, जैसे कि हाल ही में समुद्री जल में घुलने के लिए विकसित कुछ, उसी तरह बनाए जाते हैं जैसे पेट्रोलियम-आधारित प्लास्टिक (petroleum-based plastics)। ये प्लास्टिक वास्तव में निर्माण के लिए सस्ते होते हैं और अधिकांश प्रदर्शन मानकों को पूरा करते हैं या उससे अधिक होते हैं, लेकिन उनमें पारंपरिक प्लास्टिक की तरह जल प्रतिरोध या दीर्घायु की न्यूनी होती है।

मृदा जीव - उनकी लाभकारी और हानिकारक भूमिकाएं (Soil organisms – Their beneficial and harmful roles)

मिट्टी के जीवों की भूमिका (Role of soil organisms) हैं:

• पौधों द्वारा मिट्टी के $N$ का उपयोग (Soil N utilization by plants)
• मृत कार्बनिक पदार्थों का मृदा कार्बनिक पदार्थ
• पोषक तत्व परिवर्तन / रूपांतरण
• मिट्टी के भौतिक और रासायनिक गुण (Physical and chemical properties of soil)
• $\text{CO}_2$ सामग्री (The $\text{CO}_2$ content)
• मृदा निर्माण (Soil formation)

मृदा जीव (Soil organisms) मिट्टी की गुणवत्ता के लगभग हर पहलू (nearly every aspect of soil quality) में शामिल हैं।

सूक्ष्म जीवों को आणविक ऑक्सीजन की उपस्थिति या अनुपस्थिति में बढ़ने की उनकी क्षमता के आधार पर एरोब और अवायवीय के रूप में भी वर्गीकृत किया जाता है।

तापमान के आधार पर:

• साइक्रोफाइल्स
• मेसोफाइल्स
• थर्मोफाइल्स

सूक्ष्म जीवों को शरीर विज्ञान, आकृति, आकृति, और उनके द्वारा किए जाने वाले जैव रासायनिक परिवर्तन / रूपांतरणों के आधार पर भी वर्गीकृत किया जाता है।
मृदा जीवों (Soil organism) को मोटे तौर पर मिट्टी के वनस्पति (soil flora) और मिट्टी के जीव (soil fauna) के रूप में वर्गीकृत किया जाता है।
इन्हें फिर से माइक्रो और मैक्रो में विभाजित किया जा सकता है।
माइक्रो फ्लोरा को फिर से बैक्टीरिया, एक्टिनोमाइसेट्स, कवक और शैवाल (Algae) में वर्गीकृत किया जाता है।

बैक्टीरिया:

• एकल कोशिका।
• कोशिकाएं रॉड के आकृति या गोलाकार हो सकती हैं।
• रॉड्स लगभग $1\,\mu\text{m}$ चौड़े और $3\,\mu\text{m}$ तक लंबे और लगभग $2\,\mu\text{m}$ व्यास के हो सकते हैं।
• बैक्टीरिया मिट्टी में सूक्ष्म जीव का सबसे प्रचुर समूह है।
• मिट्टी में उनकी आबादी एक समान नहीं है।

बैक्टीरिया का वर्गीकरण:

$O_2$ की आवश्यकता के आधार पर (Based on $O_2$ requirement):

• एरोबिक (Aerobic) और अवायवीय
• फैकल्टेटिव

तापमान के आधार पर:

• साइक्रोफाइल्स
• मेसोफाइल्स
• थर्मोफाइल

उनके भोजन तैयार करने के आधार पर:

• ऑटोट्रॉफ (Autotroph)
• हेटेरोट्रॉफ़
• केमोऑटोट्रॉफ़
• ऑब्लिगेट केमोऑटोट्रॉफ़्स: विशिष्ट सबस्ट्रेट्स को प्राथमिकता देते हैं
  • नाइट्रोबैक्टर - सब्सट्रेट के रूप में नाइट्राइट
  • नाइट्रोसोमोनस - सब्सट्रेट के रूप में अमोनिया (Ammonia as substrate)
  • थियोबैसिलस - सल्फर यौगिकों को $\text{SO}_4$ में परिवर्तित करता है
  • फेरोबैसिलस - फेरस को फेरिक में परिवर्तित करता है

सहजीवी संबंध के आधार पर:

• सहजीवी $N$ फिक्सर: मेजबान पौधे के साथ जुड़े। मेजबान और बैक्टीरिया दोनों को लाभ मिलता है। वायुमंडलीय $N$ को ठीक करें।
• गैर सहजीवी $N$ फिक्सर: पौधे के सहयोग के बिना मौजूद बैक्टीरिया। लेकिन वायुमंडलीय $N$ को ठीक करें।
• सहजीवी (Symbiotic), गैर सहजीवी और सेल्युलोज डिन्यून्पोजर हेटरोट्रॉफ़्स के अंतर्गत आते हैं।
• नाइट्रिफ़ायर, डेनिट्रिफ़ायर, नाइट्रेट बनाने वाले और सल्फर ऑक्सीडाइज़र ऑटोट्रॉफ़ हैं।

बैक्टीरिया की भूमिका:

• बैक्टीरिया कार्बनिक पदार्थों के मृदा कार्बनिक पदार्थ और कार्बन चक्र के संश्लेषण को अंजाम देते हैं।
• कार्बन चक्रैटिक ट्रांसफॉर्मेशन बैक्टीरिया द्वारा किए जाते हैं।
• बैक्टीरिया कई रासायनिक प्रतिक्रियाओं (chemical reactions) जैसे $N$ निर्धारण, सल्फर ऑक्सीकरण, नाइट्रिफिकेशन (nitrification) आदि को ऑक्सीकरण या न्यून करते हैं।

बैक्टीरिया के विकास को प्रभावित करने वाली स्थितियां:

• ऑक्सीजन
• नमी
• तापमान
• कार्बनिक पदार्थ
• विनिमेय $Ca$ और pH
• उच्च $Ca$ सांद्रता और pH 6.0-8.0 इष्टतम। कुछ बैक्टीरिया pH < 3.0 पर कार्य (function) करते हैं।
• विनिमेय $Ca$ pH से अधिक महत्वपूर्ण है। बैक्टीरियल आबादी $10^8 - 10^9/\text{gram}$ हो सकती है।
• बायोमास $450 - 4500\text{ kg/ha}$ तक भिन्न हो सकता है।

एक्टिनोमाइसेट्स (Actinomycetes):

• बैक्टीरिया की तरह एककोशिकीय। बैक्टीरिया के समान आकृति है।
• फिलामेंटस और प्रचुर मात्रा में शाखित।
• माइसीलियल धागे कवक से छोटे होते हैं।
• बैक्टीरिया की तरह कोई परमाणु झिल्ली नहीं।
• फिलामेंटस के रूप में भी जाना जाता है।
• अम्लीय मिट्टी के प्रति संवेदनशील (Sensitive to acid soils)।
• एक्टिनोमाइसेट्स के कारण होने वाली बीमारी आलू की पपड़ी को सल्फर लगाकर मिट्टी के pH को न्यून (lowering the soil pH) करके नियंत्रित किया जा सकता है।
• हेटेरोट्रॉफिक, इष्टतम तापमान $25-30^\circ\text{C}$, pH 6.5 - 8.0।
• कार्बनिक पदार्थों के मृदा कार्बनिक पदार्थ के लिए एक्टिनोमाइसेट्स महत्वपूर्ण हैं।
• काइटिन और फॉस्फोलिपिड्स सरल यौगिकों में न्यून हो जाते हैं।
• वर्ष के कुछ निश्चित समय पर ताजी जुती हुई भूमि की सुगंध संभवतः एक्टिनोमाइसेट्स के साथ-साथ कुछ मोल्ड्स के कारण होती है।
• मिट्टी में एक्टिनोमाइसेट आबादी (Actinomycete population) बैक्टीरिया को छोड़कर अन्य सभी जीवों से अधिक है।
• मिट्टी की गहराई (soil depth) के साथ उनका अनुपात बढ़ता है। उनकी आबादी और बायोमास बैक्टीरिया के लगभग बराबर हैं।

कवक:

• मृदा कवक (Soil fungi) परजीवी या मृतोपजीवी हो सकते हैं।
• उनके पास अलग-अलग हाइप से बना फिलामेंटस माइसेलियम होता है जो व्यास में $5-20\,\mu\text{m}$ और लंबाई में कई सेंटीमीटर होते हैं।
• अधिकांश कवक हेटेरोट्रॉफिक होते हैं और इसलिए वे मिट्टी के कार्बनिक पदार्थ पर निर्भर करते हैं।
• वे अम्लीय मिट्टी में प्रमुख (dominant in acid soils) हैं, कुछ 9.0 तक pH सहन कर सकते हैं।
• कवक कड़ाई से एरोबिक हैं।
• कवक को फाइकोमाइसेट्स, एस्कोमाइसेट्स (Ascomycetes), बेसिडिओमाइसेट्स और कवक अपूर्णता में वर्गीकृत किया जाता है।

कवक को मोल्ड्स के रूप में भी वर्गीकृत किया जा सकता है: मोल्ड्स, खमीर, मशरूम

• मोल्ड्स: मोल्ड्स फिलामेंटस सूक्ष्म मोल्ड्स हैं जो सभी प्रकार की मिट्टी में (in all types of soils) सख्ती से विकसित होते हैं।
  • अम्लीय वन भूमि (acid forest soils) में - कार्बनिक पदार्थों का मृदा कार्बनिक पदार्थ।
  • सामान्य जेनेरा - म्यूकर, फुसैरियम और एस्परगिलस (Aspergillus)।
  • उनकी औसत आबादी - $10-200\text{ billion/m}^2$।
  • कार्बन चक्र निर्माण और समग्र स्थिरीकृतीकरण में बैक्टीरिया की तुलना में मोल्ड्स अधिक महत्वपूर्ण हैं।
  • वे बैक्टीरिया और एक्टिनोमाइसेट्स के काम बंद करने के बाद जटिल कार्बनिक पदार्थों को विघटित करना जारी रखते हैं।
• खमीर:
  • खमीर कवक का एक समूह है जो एककोशिकीय जीव के रूप में मौजूद है।
  • विखंडन या नवोदित द्वारा प्रजनन करते हैं।
  • भोजन के पूरक के रूप में और मादक पेय के उत्पादन के लिए भी उपयोग किया जाता है।
  • मिट्टी में खमीर आम नहीं है।
  • वे पौधों की कई बीमारियाँ पैदा करते हैं।
• मशरूम:
  • मशरूम जंगलों और घास के मैदानों में मौजूद होते हैं जहां प्रचुर मात्रा में नमी और जैविक अवशेष होते हैं।
  • कुछ मशरूम खाने निर्माण / तैयारी्य होते हैं।
  • मशरूम भी खेती वाली मिट्टी में आम नहीं (not common in cultivated soils) हैं।
  • उनका फलने वाला शरीर जमीन के ऊपर होता है।

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शैवाल (Algae):

• शैवाल (Algae) $1-10\,\mu\text{m}$ व्यास में फिलामेंटस होते हैं। मिट्टी में आबादी $1-10\text{ billion/m}^2$ के आसपास होती है।
• मिट्टी में उनका द्रव्यमान (mass in soil) प्रति फरो स्लाइस $50-600\text{ kg/ha}$ हो सकता है।
• शैवाल फोटो ऑटोट्रॉफ़ हैं।
• उन्हें 4 सामान्य समूहों में बांटा गया है। नीला हरा, हरा, पीला हरा और डायटम।
• चावल की मिट्टी (rice soils) में नीले हरे शैवाल कई हैं।
• जलीय फर्न की पत्तियों के भीतर बढ़ने वाले नीले हरे शैवाल।
• अजोला (Azolla) वायुमंडलीय $N$ को भी ठीक कर सकता है।

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मृदा जीव (SOIL FAUNA) - मैक्रो जीव - केंचुआ

• केंचुओं की लगभग 1800 प्रजातियाँ ज्ञात हैं।
• जीनस फेरेटिमा में 293 प्रजातियां हैं। भारत में पाए जाने वाले सामान्य केंचुए फेरेटिमा पोस्टुमा, पी. एलोंगेटर, लैम्पिटा मौट्रिटी आदि हैं।
• उनकी आबादी 1,25,000 से 10,00,000 / हेक्टेयर तक भिन्न हो सकती है।
• मानसून के मौसम में वे सक्रिय रहते हैं। कीड़े अपने भोजन के रूप में कार्बनिक पदार्थों को पसंद करते हैं।
• वे पृथ्वी में मिश्रित छोटे जानवरों और बैक्टीरिया के लार्वा का भी सेवन करते हैं।
• वे बड़ी मात्रा में मिट्टी को निगलते (ingest soil in large quantities) हैं जो आहार नाल से होकर गुजरती है जिसमें कई ग्राइंडर गिजार्ड होते हैं।
• अंतर्ग्रहित मिट्टी और कार्बनिक पदार्थ (ingested soil and organic matter) कास्टिंग के रूप में निकाले जाते हैं।
• वे करोड़ों बिल बनाते हैं जो मिट्टी को झरझरा बनाते हैं।
• केंचुए गर्म ($21^\circ\text{C}$), अच्छी वातित मिट्टी (well aerated soils) पसंद करते हैं। कास्ट में C:N अनुपात न्यून होता है।
• मिट्टी में छोड़े गए बिल वातन और जल निकासी बढ़ाते हैं। वे मिट्टी के समुच्चय (soil aggregates) का आकृति और स्थिरता बढ़ाते हैं।
• मिट्टी में केंचुए की आबादी और गतिविधि को प्रभावित करने वाले कारक जैविक पदार्थ की उपलब्धता, मिट्टी का pH, तापमान और मिट्टी की नमी (soil pH, temperature and soil moisture) हैं।
• केंचुए का बायोमास या जीवित वजन $110-1100\text{ kg/ha}$ तक हो सकता है।

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चींटियां (Ants):

• उनका स्थानीय प्रभाव होता है। कुछ में लकड़ी की सामग्री को तोड़ने की क्षमता होती है।
• कुछ चींटियां टीले बनाती हैं और कुछ में जमीन के नीचे घोंसले होते हैं।
• इनके कारण मिट्टी का काफी टर्न ओवर (considerable turn over of the soil) होता है।
• चींटियां और दीमक मिट्टी की संरचना को संशोधित (modify soil structure) कर सकते हैं और मिट्टी को जोत (till the soil) सकते हैं।

नेमाटोड:

• आमतौर पर धागे के कीड़े या ईलवर्म कहा जाता है। लगभग सभी मिट्टी (almost all soils) में मौजूद है।
• वे सूक्ष्म हैं अधिकांश नेमाटोड सैप्रोफाइट्स हैं।
• वे अन्य नेमाटोड, बैक्टीरिया, शैवाल और प्रोटोजोआ को खा सकते हैं।
• जीनस हेटेरोडेरा सभी पौधों की जड़ों को संक्रमित कर सकता है।
• भारी संक्रमण सब्जियों की फसलों में गंभीर नुकसान पहुंचा सकता है।

प्रोटोजोआ:

• एकल कोशिका वाले, बैक्टीरिया से बड़े और अधिक जटिल होते हैं।
• मृदा प्रोटोजोआ (Soil protozoa) अमीबा, सेलियेट्स और फ्लैगेलेट्स हो सकते हैं।
• मिट्टी में 250 से अधिक प्रजातियां हैं। मिट्टी में जीवित वजन $15-175\text{ kg/ha}$ तक होता है।
• वे जानवरों और पौधों में कई गंभीर बीमारियों का कारण बनते हैं।
• वे नम और अच्छी जल निकासी वाली मिट्टी (moist and well drained soils) और सतह पर अच्छी तरह से पनपते हैं।
• जैविक पदार्थों के कार्बन चक्र और पोषक तत्वों की रिहाई में प्रमुख भूमिका निभाने के लिए वे मिट्टी में प्रचुर मात्रा में नहीं (not abundant in soils) हैं।

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रोटिफ़र:

• लगभग 100 प्रजातियों का अध्ययन किया गया है। वे नम और दलदली भूमि के तहत पनपते हैं।
• गतिविधियां (Activities) पीट बोग्स और खनिज मिट्टी के गीले क्षेत्रों (peat bogs and wet areas of mineral soils) तक सीमित हैं।

उच्च पौधों की जड़ें:

• चूंकि जड़ें मिट्टी में बढ़ती और मरती (grow and die in the soil) हैं, वे मिट्टी के माइक्रोफ्लोरा और जीव (soil microflora and fauna) के लिए भोजन और ऊर्जा की आपूर्ति करती हैं।
• वे शारीरिक रूप से मिट्टी को संशोधित (physically modify the soil) करते हैं क्योंकि वे दरारों से धक्का देते हैं और नए उद्घाटन बनाते हैं।
• मिट्टी से नमी को हटाकर पौधों की जड़ें शारीरिक तनाव पैदा करती हैं जो मिट्टी के एकत्रीकरण (soil aggregation) को उत्तेजित करती है।
• पौधों की जड़ें कई रसायनों को बाहर निकालती हैं जो मिट्टी की संरचना को स्थिरीकृत (stabilize the soil structure) करते हैं।
• वे क्षय करते हैं और कार्बन चक्र के संश्लेषण के लिए सामग्री की आपूर्ति करते हैं।
• जड़ें जमीन के ऊपर की फसल का लगभग 15-40% हिस्सा बनाती हैं।

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माइकोराइजा:

• कई कवक और उच्च पौधों की जड़ों के बीच सहजीवी संबंध को माइकोराइजा कहा जाता है जिसका अर्थ है फंगस जड़ें।
• यह सहयोग पौधों को, विशेष रूप से न्यून उपजाऊ मिट्टी (from low fertile soils) से, कई आवश्यक पोषक तत्वों की उपलब्धता को बढ़ाता है।
• यह सहयोग कवक को भोजन के रूप में उच्च पौधों से शर्करा और अन्य कार्बनिक एक्सयूडेट्स प्रदान करता है।
• कवक परिवर्तिते में $P$, $Zn$, $Cu$, $Ca$, $Mg$, $Mn$ और $Fe$ सहित कई आवश्यक पोषक तत्वों की बढ़ी हुई उपलब्धता प्रदान करता है।
• माइकोराइजल एसोसिएशन 2 प्रकार के होते हैं। एक्टो माइकोराइजा और एंडो माइकोराइजा।
• वेसिकुलर आर्बस्कुलर माइकोराइजा (vesicular arbuscular mycorrhizae - VAM) सबसे महत्वपूर्ण एंडो माइकोराइजा है।

उच्च पौधों पर मृदा जीवों के हानिकारक प्रभाव (Injurious effects of soil organisms on higher plants)

• कुछ कृंतक और तिल फसलों को गंभीर रूप से नुकसान पहुंचा सकते हैं।
• कुछ मौसमों में घोंघे और स्लग खूंखार कीट हैं।
• चींटियां (Ants) एफिड्स संचारित करती हैं जो प्रमुख कीट हैं। नेमाटोड सभी पौधों की जड़ों को संक्रमित करते हैं जो गंभीर मामलों में फसल की विफलता का परिणाम होते हैं।
• माइक्रोफ्लोरा पौधों पर सबसे विनाशकारी प्रभाव डालता है।
• कवक अधिकांश मिट्टी जनित बीमारियों (most soil borne diseases) के लिए जिम्मेदार हैं, विल्ट, डंपिंग ऑफ, रूट रोट्स और गोभी की क्लब रूट कवक के कारण होते हैं।
• एक्टिनोमाइसेट्स और बैक्टीरिया (Actinomycetes and bacteria) भी कई बीमारियां पैदा करते हैं।
• कुछ बैक्टीरिया $\text{NO}_3$ के मौलिक $N$ में डिनाइट्रिफिकेशन (denitrification) में शामिल होते हैं जो एक नुकसान है।
• लाभकारी प्रभावों में $N$ निर्धारण ($N$ fixation), पोषक तत्वों की बढ़ी हुई उपलब्धता, मिट्टी के भौतिक गुणों में सुधार (improvement in soil physical properties), $Fe$ और $Mn$ का ऑक्सीकरण और न्यूनी (oxidation and reduction of $Fe$ and $Mn$) शामिल हैं।
• $S$ का ऑक्सीकरण (Oxidation of $S$) अमोनिया का नाइट्रेट रूप में रूपांतरण।