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 (Learning objective)

• मिट्टी की उर्वरता के महत्व को समझना (To understand the importance of soil fertility)
• पौधों के विकास में आवश्यक पोषक तत्वों का अध्ययन करना (To study the essential nutrients in plant growth)

फसलें (Crops) अपने विकास के लिए बाहरी और आंतरिक कारकों (extrinsic and intrinsic factors for their growth) और प्रकाश संश्लेषण के लिए बुनियादी आवश्यकताएं (basic necessities for photosynthesis) प्रदान करने के लिए पर्यावरण (environment) पर निर्भर करती हैं। पौधों के विकास के इन आवश्यक कारकों (These essential plant growth factors) में शामिल हैं:

• प्रकाश (light)
• गर्मी (heat)
• हवा (air)
• पानी (water)
• पोषक तत्व (nutrients)
• शारीरिक समर्थन (physical support)

यदि कोई एक कारक (any one factor), या कारकों का संयोजन (combination of factors), सीमित आपूर्ति (limited supply) में है, तो पौधों का विकास (plant growth) प्रतिकूल रूप से (adversely) प्रभावित (affected) होगा। सामान्य पौधे के विकास (normal plant growth) के लिए पौधों के विकास के प्रत्येक कारक (each of the plant growth factors) और इन कारकों के उचित संयोजन (proper combination of these factors) के महत्व (importance) का वर्णन सीमित कारकों के सिद्धांत (principle of limiting factors) द्वारा सबसे अच्छा किया जाता है। यह सिद्धांत (This principle) बताता है: "फसल उत्पादन का स्तर आवश्यक पौधों के विकास 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 (principle of limiting factors) की तुलना विभिन्न लंबाई के डंडों (staves of different lengths) वाले एक बैरल (barrel) से की जा सकती है, जिसमें प्रत्येक डंडा (each stave) पौधे के विकास कारक (plant growth factor) का प्रतिनिधित्व (representing) करता है।

फसल की उपज और गुणवत्ता (Crop yield and quality) आवश्यक विकास कारकों (essential growth factors) और कई परस्पर संबंधित मिट्टी, पौधे, पर्यावरण और कृषि संबंधी कारकों या चर (interrelated soil, plant, environmental and agronomic factors or variables) पर निर्भर (depends) करती है। इस प्रणाली के भीतर (Within this system), इनमें से कुछ कारकों (some of these factors) को नियंत्रित नहीं किया जा सकता (cannot be controlled); दूसरों को नियंत्रित किया जा सकता है (can be controlled) और प्रबंधनीय (manageable) हैं।

मिट्टी पौधों के विकास (plant growth) को प्रभावित करने वाले प्रमुख कारकों (key factors) में से एक है जैसा कि चित्र में देखा गया है (observed in the figure)। मिट्टी के प्रमुख कार्य (major functions of the soil) पौधों को पोषक तत्व (nutrients), पानी (water) और ऑक्सीजन (oxygen) प्रदान (provide) करना है।

फसल उत्पादन कारक (Crop Production Factors)

पौधों के पोषक तत्व (Plant Nutrients)

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 (crop growth) को प्रभावित (affect) करते हैं जैसा कि नीचे दिया गया है (as given below)।

मिट्टी के गुण (Soil Qualities)

मिट्टी की उर्वरता (Soil fertility) टिकाऊ कृषि (sustainable agriculture) की कुंजी है। मिट्टी की उर्वरता को कई तरह से परिभाषित (defined in several ways) किया गया है।

मिट्टी की उर्वरता (Soil fertility)

"मिट्टी की उर्वरता पौधों के विकास 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 (Sometimes) मिट्टी उपजाऊ होने पर भी (even if the soil is fertile), वे सूखे (drought) या अन्य असंतोषजनक विकास कारकों या प्रबंधन प्रथाओं (other unsatisfactory growth factors or management practices) के अधीन (subjected to) होती हैं।

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

• फ्रांसिस बेकन (Francis Bacon 1591- 1624): ने सुझाव (suggested) दिया कि पौधों का प्रमुख पोषण (principle nourishment of plants) पानी (water) था और मिट्टी का मुख्य उद्देश्य (main purpose of the soil) पौधों को सीधा रखना (keep plants erect) और गर्मी और ठंड से बचाना (protect from heat and cold) था।
• जान बैप्टिस्ट वैन हेलमोंट (Jan Baptiste Van Helmont 1577 – 1644): ने बताया कि पानी पौधों का एकमात्र पोषक तत्व (water was sole nutrient of plants) था।
• रॉबर्ट बॉयल (Robert Boyle 1627 – 1691): एक इंग्लैंड के वैज्ञानिक (England scientist) ने वैन हेलमोंट के निष्कर्षों की पुष्टि (confirmed the findings) की और साबित किया (proved) कि पौधे $H_2O$ से लवण (salts), स्प्रिट (spirits) और तेल आदि (oil etc) को संश्लेषित (synthesis) करते हैं।
• एंथुर यंग (Anthur Young 1741 – 1820): एक अंग्रेजी कृषिविज्ञानी (English agriculturist) ने रेत संस्कृति की स्थिति (sand culture condition) के तहत जौ (Barley) को एक परीक्षण फसल (test crop) के रूप में उपयोग करके पॉट प्रयोग (pot experiment) का आयोजन (conducted) किया। उन्होंने लकड़ी का कोयला (charcoal), ट्रेन का तेल (train oil), मुर्गी की खाद (poultry dung), शराब की भावनाएं (spirits of wine), ओस्टर के गोले (oster shells) और कई अन्य सामग्री (numerous other materials) डाली और उन्होंने निष्कर्ष निकाला (conduced) कि कुछ सामग्रियों ने पौधों की वृद्धि अधिक (produced higher plant growth) की।
• प्रीस्टली (Priestly 1800): ने पौधों के विकास (plant growth) के लिए $O_2$ की अनिवार्यता (essentiality of $O_2$) स्थापित की।
• जे.बी. बौसिंगौल्ट (J.B. Boussingault 1802-1882): फ्रांसीसी रसायनज्ञ (French chemist) ने क्षेत्र प्रयोग (field experiment) का आयोजन किया और बैलेंस शीट (balance sheet) को बनाए रखा। वह क्षेत्र प्रयोग करने वाले पहले वैज्ञानिक (first scientist to conduct field experiment) थे। उन्हें क्षेत्र प्रयोगों के जनक (father of field experiments) के रूप में जाना जाता है।
• जस्टस वॉन लिबिग (Justus Von Liebig 1835): ने सुझाव (suggested) दिया कि:
  1. पौधों में अधिकांश कार्बन (Most of the carbon in plants) 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 गतिविधियों (metabolic activities) के परिणामस्वरूप (as a result) बनने वाले एसिड के निराकरण (neutralization of acids) के लिए क्षारीय धातुओं (Alkaline metals) की आवश्यकता होती है।
  4. बीज निर्माण (seed formation) के लिए फास्फोरस (Phosphorus) आवश्यक है।
  5. पौधा मिट्टी से हर चीज (every thing from the soil) को अवशोषित (absorb) करता है लेकिन अपनी जड़ों से उन सामग्रियों को बाहर (excrete from their roots) निकाल देता है जो आवश्यक नहीं (not essential) हैं।
  क्षेत्र में (The field) कुछ पोषक तत्व अतिरिक्त (excess) हो सकते हैं, कुछ इष्टतम (optimum) और कुछ कम से कम (least), लेकिन विकास के लिए सीमित कारक (limiting factor for growth) सबसे कम उपलब्ध पोषक तत्व (least available nutrient) है। 1862 में लिबिग द्वारा कहा गया $Mn$ का नियम (law of Mn), निषेचन के लिए फसल की प्रतिक्रिया की भविष्यवाणी (predicting crop response to fertilization) करने के लिए एक सरल लेकिन तार्किक मार्गदर्शिका (simple but logical guide) है। यह नियम (This law) बताता है कि, "पौधों के उत्पादन का स्तर आवश्यक पौधों के विकास 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 (advancement of agriculture) में लिबिग द्वारा किए गए योगदान स्मारकीय (monumental) 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 (J.B. Lawes and J. H. Gilbert 1843): 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 (for twelve years) क्षेत्र प्रयोग (field experiments) किए और उनके निष्कर्ष (findings) थे:
  1. फसल को $P$ और $K$ दोनों की आवश्यकता (Crop requires both P and K) होती है, लेकिन पौधे की राख की संरचना (composition of the plant ash) पौधे द्वारा आवश्यक इन घटकों (amounts of these constituents required) का कोई माप नहीं (no measure) है।
  2. किसी भी फलीदार फसल (No legume crop) को $N$ की आवश्यकता नहीं होती है। इस तत्व (this element) के बिना, मौजूद $P$ और $K$ की मात्रा (quantities of P and K present) की परवाह किए बिना (regardless) कोई वृद्धि (no growth) प्राप्त नहीं होगी। वायुमंडल द्वारा योगदान किए गए अमोनियम की मात्रा (amount of ammonium contributed by the atmosphere) फसल की जरूरतों (needs of the crop) के लिए अपर्याप्त (insufficient) है।
  3. रासायनिक उर्वरकों (chemical fertilizers) द्वारा मिट्टी की उर्वरता (Soil fertility) को कुछ वर्षों (some years) तक बनाए (maintained) रखा जा सकता है।
  4. परती का लाभकारी प्रभाव (beneficial effect of fallow) मिट्टी में उपलब्ध $N$ यौगिकों (available N compounds) में वृद्धि (increases) में निहित है।
• रॉबर्ट वॉरिंगटन इंग्लैंड (Robert Warrington England): ने दिखाया कि नाइट्रिफिकेशन (nitrification) को कार्बन डाइसल्फ़ाइड (carbon disulphide) और क्लोरोफॉर्म (chloroform) द्वारा समर्थित (supported) किया जा सकता है और यह कि थोड़ी मात्रा में बिना निष्फल मिट्टी (small amount of unsterilized soil) को जोड़ने से इसे रोका (stopped) जा सकता है। उन्होंने प्रदर्शित (demonstrated) किया कि प्रतिक्रिया (reaction) दो चरणीय घटना (two step phenomenon) थी। पहले (First) $NH_3$ नाइट्राइट (nitrites) में परिवर्तित (converted) हो रहा है और नाइट्राइट से नाइट्रेट ($nitrites to nitrates$) में।

आवश्यक और लाभकारी तत्व (Essential and Beneficial elements)

"एक खनिज तत्व (mineral element) को पौधों की वृद्धि और विकास (plant growth and development) के लिए आवश्यक (essential) माना जाता है यदि वह तत्व पौधे के चयापचय कार्यों (plant metabolic functions) में शामिल (involved) है और पौधे तत्व के बिना (without the element) अपना जीवन चक्र (life cycle) पूरा नहीं कर सकते हैं"।

पौधों की वृद्धि (plant growth) के लिए सत्रह आवश्यक तत्व (seventeen essential elements) 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 (absence of the mineral element) में अपना जीवन चक्र (life cycle) पूरा करने में असमर्थ (unable) होना चाहिए।
2. तत्व का कार्य (function of the element) किसी अन्य खनिज तत्व द्वारा बदली जाने योग्य नहीं (must not be replaceable by another mineral element) होना चाहिए।
3. तत्व को सीधे (directly) पौधे के चयापचय (plant metabolism) में शामिल होना चाहिए।

लाभकारी पोषक तत्व/तत्व (Beneficial Nutrients/Elements)

लाभकारी तत्व (Beneficial elements) वे खनिज तत्व (mineral elements) हैं जो विकास को प्रोत्साहित (stimulate the growth) करते हैं और बहुत कम सांद्रता (very low concentration) पर लाभकारी प्रभाव (beneficial effects) प्रदर्शित (exhibit) करते हैं या जो केवल (only) कुछ पौधों की प्रजातियों (certain plant species) के लिए या विशिष्ट परिस्थितियों (under specific conditions) में आवश्यक (essential) हैं, उन्हें "लाभकारी तत्व" ("beneficial elements") कहा जाता है। जैसे $Na$, $Va$, $Co$, $Si$।

डी.जे. निकोलस (D.J.Nicholas) ने "कार्यात्मक या चयापचय पोषक तत्व" ("functional or metabolic nutrient") शब्द गढ़ा (coined)। कोई भी खनिज तत्व (Any mineral element) जो पौधे के चयापचय (plant metabolism) में कार्य (functions) करता है, चाहे (whether or not) उसकी क्रिया (action) विशिष्ट (specific) हो। ($Cl$, $Si$, $Na$, $Va$, $Co$, $Se$).

विभिन्न वैज्ञानिकों द्वारा स्थापित तत्वों की अनिवार्यता (Essentiality of the elements established by different scientists)

आवश्यक तत्वों का वर्गीकरण (Classification of Essential Elements)

1) पौधे द्वारा आवश्यक मात्रा के आधार पर (Based on the amount required by the plant)

• प्रमुख पोषक तत्व (Major nutrients): बड़ी मात्रा में आवश्यक (required in large quantities) जैसे $N, P, K$
• द्वितीयक पोषक तत्व (Secondary nutrients): प्रमुख पोषक तत्वों की तुलना में (compared to Major nutrients) कम मात्रा में आवश्यक (required in lesser quantities) जैसे $Ca, Mg, S$
• सूक्ष्म पोषक तत्व (Micronutrients): ट्रेस मात्रा में आवश्यक (required in trace quantities) जैसे $Fe, Mn, Zn, Cu, B, Mo$

पादप प्रणाली में तत्व की भूमिका के आधार पर वर्गीकरण (Classification based on the role of element in plant system) (ट्रुओग के अनुसार / According to TRUOG, 1954)

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

तत्वों का वर्गीकरण (Classification of Elements)

संदर्भ (References)

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 (Questions to ponder)

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 कमी पुरानी पत्तियों में क्यों प्रदर्शित होती है, जबकि अन्य पोषक तत्वों की कमी 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. प्रमुख और सूक्ष्म पोषक तत्वों में क्या अंतर है? (What is the difference between major and micronutrient?)