25. पौधों के पोषक तत्वों के स्रोत के रूप में मिट्टी (SOIL AS A SOURCE OF PLANT NUTRIENTS)

पौधों के पोषक तत्वों के स्रोत के रूप में मिट्टी (Soil as a Source of Plant Nutrients)

सीखने के उद्देश्य

• मिट्टी की उर्वरता के महत्व को समझना (To understand the importance of soil fertility)
• पौधों के विकास / पौधा वृद्धि में आवश्यक पोषक तत्वों का अध्ययन करना

फसलें अपने विकास के लिए बाहरी और आंतरिक कारकों और प्रकाश संश्लेषण के लिए बुनियादी आवश्यकताएं प्रदान करने के लिए पर्यावरण पर निर्भर करती हैं। पौधों के विकास / पौधा वृद्धि के इन आवश्यक कारकों में शामिल हैं:

• प्रकाश
• गर्मी
• हवा
• पानी
• पोषक तत्व
• शारीरिक समर्थन

यदि कोई एक कारक, या कारकों का संयोजन, सीमित आपूर्ति में है, तो पौधों का विकास प्रतिकूल रूप से प्रभावित होगा। सामान्य पौधे के विकास के लिए पौधों के विकास / पौधा वृद्धि के प्रत्येक कारक और इन कारकों के उचित संयोजन के महत्व का वर्णन सीमित कारकों के सिद्धांत द्वारा सबसे अच्छा किया जाता है। यह सिद्धांत बताता है: "फसल उत्पादन का स्तर आवश्यक पौधों के विकास / पौधा वृद्धि कारकों के सबसे सीमित द्वारा अनुमत स्तर से अधिक नहीं हो सकता है।" ("The level of crop production can be no greater than that allowed by the most limiting of the essential plant growth factors.") सीमित कारकों के सिद्धांत की तुलना विभिन्न लंबाई के डंडों वाले एक बैरल से की जा सकती है, जिसमें प्रत्येक डंडा पौधे के विकास कारक का प्रतिनिधित्व करता है।

फसल की उपज और गुणवत्ता आवश्यक विकास कारकों और कई परस्पर संबंधित मिट्टी, पौधे, पर्यावरण और कृषि संबंधी कारकों या चर (interrelated soil, plant, environmental and agronomic factors or variables) पर निर्भर करती है। इस प्रणाली के भीतर, इनमें से कुछ कारकों को नियंत्रित नहीं किया जा सकता; दूसरों को नियंत्रित किया जा सकता है और प्रबंधनीय हैं।

मिट्टी पौधों के विकास / पौधा वृद्धि को प्रभावित करने वाले प्रमुख कारकों में से एक है जैसा कि चित्र में देखा गया है। मिट्टी के प्रमुख कार्य (major functions of the soil) पौधों को पोषक तत्व, पानी और ऑक्सीजन प्रदान करना है।

फसल उत्पादन कारक

पौधों के पोषक तत्व

पौधों के पोषक तत्वों के स्रोत के रूप में मिट्टी - आवश्यक और लाभकारी तत्व, अनिवार्यता के मानदंड (Soil as a source of plant nutrients - Essential and beneficial elements, criteria of essentiality)

एफएओ (FAO) ने सात महत्वपूर्ण मिट्टी के गुणों (seven important soil qualities) को सूचीबद्ध किया है जो फसल के विकास को प्रभावित करते हैं जैसा कि नीचे दिया गया है।

मिट्टी के गुण (Soil Qualities)

मिट्टी की उर्वरता (Soil fertility) टिकाऊ कृषि की कुंजी है। मिट्टी की उर्वरता को कई तरह से परिभाषित किया गया है।

मिट्टी की उर्वरता

"मिट्टी की उर्वरता पौधों के विकास / पौधा वृद्धि की अवधि के दौरान, किसी भी पोषक तत्व की विषैली सांद्रता के बिना, आवश्यक पौधों के पोषक तत्वों की आपूर्ति करने की मिट्टी की क्षमता है" (“Soil fertility is the ability of the soil to supply essential plant nutrients during growth period of the plants, without toxic concentration of any nutrients”)। यानी "फसल को उपलब्ध रूप में पोषक तत्वों की आपूर्ति करने की मिट्टी की क्षमता" (“the capacity of soil to supply nutrient in available to crop”)।

मिट्टी की उत्पादकता (Soil productivity)

"मिट्टी की उत्पादकता एक निर्दिष्ट प्रबंधन प्रणाली के तहत किसी विशेष फसल या फसलों के अनुक्रम का उत्पादन करने की मिट्टी की क्षमता है" (“Soil productivity is ability of soil to produce a particular crop or sequence of crops under a specified mgt system”) यानी मिट्टी की फसल उत्पादन क्षमता (the crop producing capacity of soil)।

सभी उत्पादक मिट्टी उपजाऊ (productive soils are fertile) होती है लेकिन सभी उपजाऊ मिट्टी उत्पादक नहीं (all fertile soils may not be productive) हो सकती है। कभी-कभी मिट्टी उपजाऊ होने पर भी (even if the soil is fertile), वे सूखे या अन्य असंतोषजनक विकास कारकों या प्रबंधन प्रथाओं के अधीन होती हैं।

मिट्टी की उर्वरता के विकास का इतिहास (History of development of soil fertility)

• फ्रांसिस बेकन (Francis Bacon 1591- 1624): ने सुझाव दिया कि पौधों का प्रमुख पोषण पानी था और मिट्टी का मुख्य उद्देश्य (main purpose of the soil) पौधों को सीधा रखना और गर्मी और ठंड से बचाना था।
• जान बैप्टिस्ट वैन हेलमोंट (Jan Baptiste Van Helmont 1577 – 1644): ने बताया कि पानी पौधों का एकमात्र पोषक तत्व था।
• रॉबर्ट बॉयल (Robert Boyle 1627 – 1691): एक इंग्लैंड के वैज्ञानिक ने वैन हेलमोंट के निष्कर्षों की पुष्टि की और साबित किया कि पौधे $H_2O$ से लवण, स्प्रिट और तेल आदि को संश्लेषित करते हैं।
• एंथुर यंग (Anthur Young 1741 – 1820): एक अंग्रेजी कृषिविज्ञानी ने जल संवर्धन (Water culture) की स्थिति के तहत जौ को एक परीक्षण फसल के रूप में उपयोग करके पॉट प्रयोग का आयोजन किया। उन्होंने लकड़ी का कोयला, ट्रेन का तेल, मुर्गी की खाद, शराब की भावनाएं, ओस्टर के गोले और कई अन्य सामग्री डाली और उन्होंने निष्कर्ष निकाला कि कुछ सामग्रियों ने पौधों की वृद्धि अधिक की।
• प्रीस्टली: ने पौधों के विकास / पौधा वृद्धि के लिए $O_2$ की अनिवार्यता (essentiality of $O_2$) स्थापित की।
• जे.बी. बौसिंगौल्ट (J.B. Boussingault 1802-1882): फ्रांसीसी रसायनज्ञ ने क्षेत्र प्रयोग का आयोजन किया और बैलेंस शीट को बनाए रखा। वह क्षेत्र प्रयोग करने वाले पहले वैज्ञानिक थे। उन्हें क्षेत्र प्रयोगों के जनक के रूप में जाना जाता है।
• जस्टस वॉन लिबिग: ने सुझाव दिया कि:
  1. पौधों में अधिकांश कार्बन वायुमंडल के $CO_2$ (CO2 of the atmosphere) से आता है।
  2. हाइड्रोजन और $O_2$ ($H$ and $O_2$) $H_2O$ से आते हैं।
  3. पौधों द्वारा उनकी चयापचय (metabolic) गतिविधियों के परिणामस्वरूप बनने वाले एसिड के निराकरण के लिए क्षारीय धातुओं (Alkaline metals) की आवश्यकता होती है।
  4. बीज निर्माण के लिए फास्फोरस आवश्यक है।
  5. पौधा मिट्टी से हर चीज (every thing from the soil) को अवशोषित करता है लेकिन अपनी जड़ों से उन सामग्रियों को बाहर निकाल देता है जो आवश्यक नहीं हैं।
  क्षेत्र में कुछ पोषक तत्व अतिरिक्त हो सकते हैं, कुछ इष्टतम और कुछ न्यून से न्यून, लेकिन विकास के लिए सीमित कारक सबसे न्यून उपलब्ध पोषक तत्व है। 1862 में लिबिग द्वारा कहा गया $Mn$ का नियम, निषेचन के लिए फसल की प्रतिक्रिया की भविष्यवाणी करने के लिए एक सरल लेकिन तार्किक मार्गदर्शिका है। यह नियम बताता है कि, "पौधों के उत्पादन का स्तर आवश्यक पौधों के विकास / पौधा वृद्धि कारकों के सबसे सीमित द्वारा अनुमत स्तर से अधिक नहीं हो सकता है।" ("the level of plant production cannot be grater than that allowed by the most limiting of the essential plant growth factors".) कृषि की उन्नति में लिबिग द्वारा किए गए योगदान स्मारकीय थे और उन्हें कृषि रसायन विज्ञान के जनक (father of Agricultural chemistry) के रूप में पहचाना जाता है।
• जे.बी. लॉव्स और जे. एच. गिल्बर्ट: ने इंग्लैंड में रोथेमस्टेड कृषि प्रयोग केंद्र (Rothemsted Agricultural experiment station at England) में स्थायी खाद प्रयोग (Permanent Manurial Experiment) की स्थापना की। उन्होंने बारह वर्षों तक क्षेत्र प्रयोग किए और उनके निष्कर्ष थे:
  1. फसल को $P$ और $K$ दोनों की आवश्यकता होती है, लेकिन पौधे की राख की संरचना पौधे द्वारा आवश्यक इन घटकों का कोई माप नहीं है।
  2. किसी भी फलीदार फसल को $N$ की आवश्यकता नहीं होती है। इस तत्व के बिना, मौजूद $P$ और $K$ की मात्रा की परवाह किए बिना कोई वृद्धि प्राप्त नहीं होगी। वायुमंडल द्वारा योगदान किए गए अमोनियम की मात्रा फसल की जरूरतों के लिए अपर्याप्त है।
  3. रासायनिक उर्वरकों द्वारा मिट्टी की उर्वरता को कुछ वर्षों तक बनाए रखा जा सकता है।
  4. परती का लाभकारी प्रभाव मिट्टी में उपलब्ध $N$ यौगिकों में वृद्धि में निहित है।
• रॉबर्ट वॉरिंगटन इंग्लैंड: ने दिखाया कि नाइट्रिफिकेशन (nitrification) को कार्बन डाइसल्फ़ाइड और क्लोरोफॉर्म द्वारा समर्थित किया जा सकता है और यह कि थोड़ी मात्रा में बिना निष्फल मिट्टी (small amount of unsterilized soil) को जोड़ने से इसे रोका जा सकता है। उन्होंने प्रदर्शित किया कि प्रतिक्रिया (reaction) दो चरणीय घटना थी। पहले $NH_3$ नाइट्राइट में परिवर्तित हो रहा है और नाइट्राइट से नाइट्रेट ($nitrites to nitrates$) में।

आवश्यक और लाभकारी तत्व

"एक खनिज तत्व (mineral element) को पौधों की वृद्धि और विकास के लिए आवश्यक माना जाता है यदि वह तत्व पौधे के चयापचय कार्यों में शामिल है और पौधे तत्व के बिना अपना जीवन चक्र पूरा नहीं कर सकते हैं"।

पौधों की वृद्धि के लिए सत्रह आवश्यक तत्व आवश्यक हैं जैसे, C, H, O, N, P, K, Ca, Mg, S, Fe, Mn, Zn, Cu, B, Mo, Cl, Ni.

अर्नोन और स्टाउट (1939) द्वारा वर्णित अनिवार्यता मानदंड निम्नलिखित है (The following is the essentiality criteria described by Arnon and Stout (1939))

1. एक पौधा खनिज तत्व की अनुपस्थिति में अपना जीवन चक्र पूरा करने में असमर्थ होना चाहिए।
2. तत्व का कार्य किसी अन्य खनिज तत्व द्वारा परिवर्तिती जाने निर्माण / तैयारी्य नहीं होना चाहिए।
3. तत्व को सीधे पौधे के चयापचय में शामिल होना चाहिए।

लाभकारी पोषक तत्व/तत्व

लाभकारी तत्व वे खनिज तत्व (mineral elements) हैं जो विकास को प्रोत्साहित करते हैं और बहुत न्यून सांद्रता पर लाभकारी प्रभाव प्रदर्शित करते हैं या जो केवल कुछ पौधों की प्रजातियों के लिए या विशिष्ट परिस्थितियों में आवश्यक हैं, उन्हें "लाभकारी तत्व" ("beneficial elements") कहा जाता है। जैसे $Na$, $Va$, $Co$, $Si$।

डी.जे. निकोलस ने "कार्यात्मक या चयापचय पोषक तत्व (metabolic nutrient)" ("functional or metabolic nutrient") शब्द गढ़ा। कोई भी खनिज तत्व (Any mineral element) जो पौधे के चयापचय में कार्य करता है, चाहे उसकी क्रिया विशिष्ट हो। ($Cl$, $Si$, $Na$, $Va$, $Co$, $Se$).

विभिन्न वैज्ञानिकों द्वारा स्थापित तत्वों की अनिवार्यता

आवश्यक तत्वों का वर्गीकरण

1) पौधे द्वारा आवश्यक मात्रा के आधार पर

• प्रमुख पोषक तत्व: बड़ी मात्रा में आवश्यक जैसे $N, P, K$
• उर्वरक: प्रमुख पोषक तत्वों की तुलना में न्यून मात्रा में आवश्यक जैसे $Ca, Mg, S$
• उर्वरक: ट्रेस मात्रा में आवश्यक जैसे $Fe, Mn, Zn, Cu, B, Mo$

पादप प्रणाली में तत्व की भूमिका के आधार पर वर्गीकरण (ट्रुओग के अनुसार / According to TRUOG, 1954)

• संरचनात्मक तत्व: $C, H, O$
• सहायक संरचनात्मक तत्व (Accessory structural elements): $N, P, S$
• नियामक और वाहक: $K, Ca, Mg$
• उत्प्रेरक और उत्प्रेरक (Catalyst & Activators): $Fe, Mn, Zn, Cu, Mo, Cl, B$

तत्वों का वर्गीकरण

संदर्भ

1. नाइल सी. ब्रैडी (1996). मिट्टी की प्रकृति और गुण (Nyle C. Brady (1996).The Nature and Properties of soils). Tenth edition. Prentice hall of India Pvt.Ltd,New Delhi.
2. टिसडेल, एस.एल., नेल्सन, डब्ल्यू.एल., बीटन, जे.डी., हैवलिन, जे.एल. 1997. मृदा उर्वरता और उर्वरक (Tisdale,S.L.,Nelson,W.L.,Beaton,J.D.,Havlin,J.L.1997.Soil fertility and Fertilizers). Fifth edition, Prentice hall of India Pvt.Ltd,New Delhi.
3. http://www.fao.org/nr/land/soils/harmonized-world-soil-database/soil-quality-for-crop-production/en/
4. https://athene.umb.no/emner/pub/EDS215/LectureSoil.htm
5. http://www.canolacouncil.org/crop-production/canola-grower's-manual-contents/chapter-1-the-basis-of-canola-yields/the-basis-of-canola-yields
6. फिशर, जी., एफ. नचटरगेले, एस. प्रीलर, एच.टी. वैन वेल्थुइज़ेन, एल. वेरेल्स्ट, डी. विबर्ग, 2008. कृषि के लिए वैश्विक कृषि-पारिस्थितिकी क्षेत्र मूल्यांकन (Fischer, G., F. Nachtergaele, S. Prieler, H.T. van Velthuizen, L. Verelst, D. Wiberg, 2008. Global Agro-ecological Zones Assessment for Agriculture) (GAEZ 2008). IIASA, Laxenburg, Austria and FAO, Rome, Italy.
7. http://www3.ag.purdue.edu/counties/vanderburgh/SiteCollectionDocuments/MG2011%20Lectures/Plant%20Nutrition%20Quiz%20KEY.pdf

विचार करने के लिए प्रश्न

1. फसलों के लिए आवश्यक तत्व कैसे आवश्यक हैं? (How are the essential elements essential to crops?)
2. फसल विकास के लिए कौन से तत्व आवश्यक माने जाते हैं? (Which elements are considered to be essential for crop growth?)
3. कुछ पोषक तत्वों की न्यूनी पुरानी पत्तियों में क्यों प्रदर्शित होती है, जबकि अन्य पोषक तत्वों की न्यूनी पहले नई पत्तियों में दिखाई देती है? (Why is some nutrient deficiencies exhibited in older leaves, while other nutrient deficiencies show up first on newer leaves?)
4. लाभकारी तत्व क्या हैं? (What are beneficial elements?)
5. प्राथमिक और द्वितीयक पोषक तत्वों में क्या अंतर है? (What is the difference between major and micronutrient?)