उर्वरकों को सूक्ष्मजीवों के कुशल उपभेदों की जीवित कोशिकाओं या अव्यक्त कोशिकाओं वाले निर्माण / तैयारी के रूप में परिभाषित किया जाता है जो बीज या मिट्टी के माध्यम से लगाए जाने पर राइजोस्फीयर (rhizosphere / जड़ क्षेत्र) में अपनी अंतःक्रिया से फसल के पौधों को पोषक तत्वों को लेने में मदद करते हैं। वे मिट्टी में कुछ माइक्रोबियल प्रक्रियाओं को तेज करते हैं जो पोषक तत्वों की उपलब्धता की सीमा को एक ऐसे रूप में बढ़ाते हैं जो पौधों द्वारा आसानी से आत्मसात किया जा सकता है।
उर्वरकों का उपयोग एकीकृत पोषक तत्व प्रबंधन के महत्वपूर्ण घटकों में से एक है, क्योंकि वे टिकाऊ कृषि के लिए रासायनिक उर्वरकों के पूरक के रूप में पौधों के पोषक तत्वों के लागत प्रभावी (cost-effective) और नवीकरणीय स्रोत हैं। उर्वरकों के उत्पादन में कई सूक्ष्मजीवों और फसल के पौधों के साथ उनके जुड़ाव का दोहन किया जा रहा है। उन्हें उनकी प्रकृति और कार्य के आधार पर विभिन्न तरीकों से समूहीकृत किया जा सकता है।
राइजोबिया मिट्टी के जीवाणु हैं, जो मिट्टी में और फलीदार तथा गैर-फलीदार दोनों पौधों के जड़ क्षेत्र में स्वतंत्र रूप से रहते हैं। हालांकि वे केवल फलीदार पौधों के साथ सहजीवन में प्रवेश करते हैं, उनकी जड़ों को संक्रमित करके और उन पर ग्रंथियां बनाकर। राइजोबिया द्वारा नोड्यूलेटेड गैर-फलीदार पौधा (Non-legume nodulated) ट्रेलमा या पैरास्पोनिया प्रजाति है।
ग्रंथि वाले फलीदार पौधे जीवमंडल में स्थिरीकृत N2 की मात्रा (50-200 किग्रा N/हेक्टेयर) में बहुत बड़ा योगदान देते हैं, जो फसलों के साथ भिन्न होता है। (जैसे क्लोवर: 130 किग्रा N/हेक्टेयर; लोबिया/Cowpea: 62-128 किग्रा N/हेक्टेयर)।
बीजेरिंक ने सबसे पहले 1888 में फलियों की जड़ों से एक सूक्ष्मजीव को अलग किया और संवर्धित किया और उन्होंने इसे बेसिलस रेडिकोला नाम दिया जिसे बाद में राइजोबियम के रूप में संशोधित किया गया। फलीदार पौधे जड़ों पर बनी ग्रंथियों में राइजोबियम के साथ सहजीवी रूप से काम करके इस N को स्थिरीकृत और उपयोग करते हैं। मेजबान पौधे बैक्टीरिया के लिए एक घर और वायुमंडलीय N2 को स्थिरीकृत करने के लिए ऊर्जा प्रदान करते हैं और परिवर्तिते में पौधे को स्थिरीकृत N2 (जैव उर्वरक के रूप में) प्राप्त होता है।
यह उस फलीदार पौधे के समूह को संदर्भित करता है जो उस फलीदार समूह के किसी भी सदस्य की ग्रंथियों से प्राप्त राइजोबिया के साथ टीका लगाए जाने पर ग्रंथियां विकसित करेगा। प्रमुख वंश/प्रजातियां और उनके मेजबान:
यह एक मुक्त-जीवी N2 स्थिरीकृतीकरणकर्ता (free-living N2 fixer) है, कोशिकाएं जड़ों की सतह पर मौजूद नहीं होती हैं, लेकिन राइजोस्फीयर (rhizosphere) क्षेत्र में प्रचुर मात्रा में होती हैं। इसे Azotobacteriaceae परिवार के अंतर्गत वर्गीकृत किया गया है। इसे अधिक कार्बनिक पदार्थ की आवश्यकता होती है और यह पौधे के अवशेषों के क्षरण से प्राप्त ऊर्जा पर निर्भर करता है। बीजेरिंक ने सबसे पहले एजोटोबैक्टर को अलग किया था।
कोशिका का आकृति, कशाभिका, रंजकता और बाह्यकोशिकीय कीचड़ का उत्पादन:
- A. chroococcum: काला से भूरा अघुलनशील वर्णक।
- A. vinelandii, A. agilis: हरा फ्लोरोसेंट और जैव उर्वरक वर्णक।
- A. beijerinckii: पीला से हल्का भूरा।
- A. macrocytogenes: गुलाबी जैव उर्वरक वर्णक।
आकृतििकी: कोशिका का आकृति: बड़ी अंडाकार कोशिकाएं (2.0-7.0 µ)। ग्राम-नकारात्मक। बहुआकृतििक।
कार्यिकी: कीमोहेटेरोट्रॉफिक, मुक्त-जीवी। C स्रोत: मोनो/डाइसैकेराइड्स, कार्बनिक अम्ल। जैव उर्वरक: वायुजीवी (Aerobic)। ग्रोथ मीडिया: Ashby / Jensen's medium।
एजोस्पिरिलम को बीजेरिंक (1922) द्वारा ब्राजील में पास्पलम की जड़ों से अलग किया गया था और इसे एजोटोबैक्टर पास्पली (Azotobacter paspali) नाम दिया गया था और बाद में इसका नाम स्पिरिलम लिपोफेरम रखा गया। डोबेरेनर और डे ने जड़ों में "साहचर्य सहजीवन" (Associative symbiosis) शब्द गढ़ा। टैरंड ने इस जीव को एजोस्पिरिलम नामित किया।
यह एक वायवीय या सूक्ष्म-वायवीय, गतिशील, ग्राम-नकारात्मक जीवाणु है। गैर-बीजाणु (non-spore) बनाने वाला और सर्पिलाकार जीवाणु, जो पौधे की जड़ों में बाह्य और आंतरिक दोनों तरह से निवास करता है। माइक्रोएरोफिलिक जीव होने के नाते, इसे संवर्धन प्रक्रियाओं द्वारा अर्ध-ठोस मैलेट (semi-solid malate) माध्यम पर अलग किया जा सकता है।
परिवार - Spirillaceae. 7 प्रजातियां: A. brasilense, A. lipoferum, A. amazonense, A. halopraeferens, A. irkense, A. dobereinerae, A. largimobilis.
आकृतििकी और कार्यिकी: घुमावदार छड़, ग्राम नकारात्मक। NFB (NFBTB) माध्यम की सतह से 2-4 मिमी नीचे सफेद झिल्ली का विकास। C स्रोत: कार्बनिक अम्ल, L-arabinose, D-fructose आदि।
यह एक एंडोफाइटिक N2 स्थिरीकृतीकरणकर्ता (endophytic N2 fixer) है और गन्ने और अन्य चीनी युक्त फसलों की जड़ों, तने और पत्तियों में बड़ी संख्या में पाया जाता है। इसे सबसे पहले गन्ने से अलग किया गया था। कैवलकांति और डोबेरेनर (1988) ने इस नए एंडोफाइटिक N2 फिक्सर की सूचना दी। यह 30% सुक्रोज सांद्रता और pH 3.0 तक सहन कर सकता है। इष्टतम सुक्रोज सांद्रता 10-15% है। अर्ध-ठोस माध्यम पर सतह पीली झिल्ली पैदा करता है। pH 7.0 पर नहीं बढ़ता है (इष्टतम pH 5.5 है)।
लाभ: वायुमंडलीय N2 को स्थिरीकृत करता है। PG हार्मोन (GA, DAA) का उत्पादन एजोस्पिरिलम से दोगुना है। अम्लीय pH वाली चीनी युक्त फसलों (गन्ना) के लिए उपयुक्त।
यह जीनस तने की ग्रंथियां पैदा कर सकता है। 3 फलीदार जेनेरा में स्टेम नोड्यूलेशन की सूचना दी गई है: एशिनोमेनी (Aeschynomene), नेप्चूनिया और सेस्बानिया। तने में ग्रंथि बनाने वाले राइजोबियम में तेज और धीमी दोनों तरह की बढ़ने वाली किस्में (3-4 घंटे और 10 घंटे) शामिल हैं। एशिनोमेनी में ग्रंथि बनाने वाले सेस्बानिया रोस्ट्राटा उपभेदों - एजोराइजोबियम कौलिनोडांस (Azorhizobium caulinodans) के साथ क्रॉस इनोक्यूलेट कर सकते हैं।
धान के खेतों में सायनोबैक्टीरियल जैव उर्वरक की कृषि क्षमता को भारत में 1939 के दौरान 'डे' (De) द्वारा मान्यता दी गई थी, जिन्होंने उष्णकटिबंधीय चावल के खेतों की प्राकृतिक उर्वरता का श्रेय जैव उर्वरक करने वाले नील हरित शैवाल (Blue Green Algae - BGA) को दिया था। चावल के खेत का पारिस्थितिकी तंत्र प्रकाश, पानी, उच्च तापमान और पोषक तत्वों की उपलब्धता के संबंध में नीले हरे शैवाल के विकास के लिए अनुकूल वातावरण प्रदान करता है।
नील हरित शैवाल (BGA) प्रोकैरियोटिक, प्रकाश संश्लेषक सूक्ष्म पौधों का एक समूह है, जिन्हें सायनोफाइसी और सायनोबैक्टीरिया कहा जाता है। सायनोबैक्टीरिया विकास की आदत के आधार पर दो समूहों में बांटे जा सकते हैं: a) एककोशिकीय रूप और b) फिलामेंटस रूप। जैव उर्वरक करने वाली प्रजातियां दोनों समूहों से हैं, लेकिन प्रमुख प्रजातियां हेटरोसिस्टस फिलामेंटस रूप हैं।
सायनोबैक्टीरिया के मुख्य टैक्सा:
हेटरोसिस्ट: जैव उर्वरक करने वाले रूपों में आमतौर पर हेटरोसिस्ट नामक एक विशेष संरचना होती है। हेटरोसिस्ट संशोधित जैव उर्वरक कोशिकाएं हैं, जो अपनी मोटी दीवारों और प्रकाश संश्लेषण में फोटोएक्टिन II की अनुपस्थिति के कारण, वायवीय परिस्थितियों में जैव उर्वरक के लिए आदर्श साइट के रूप में कार्य करती हैं। जैव उर्वरक जैव उर्वरक ऑक्सीजन के प्रति संवेदनशील होता है, इसलिए हेटरोसिस्ट उसे ऑक्सीजन से बचाता है।
यद्यपि अधिकांश मृदाओं में अकार्बनिक P की पर्याप्त मात्रा होती है, इसका अधिकांश भाग अघुलनशील रूप होने के कारण, फसलों द्वारा तब तक उपयोग नहीं किया जा सकता जब तक कि उन्हें जैव उर्वरक न किया जाए। फॉस्फेट विलेयकारी सूक्ष्मजीव (PSM) न केवल अकार्बनिक P के अघुलनशील रूपों को जैव उर्वरक करने में सक्षम हैं, बल्कि P के कार्बनिक रूपों को खनिज (mineralize) करने में भी सक्षम हैं। PSM रॉक फॉस्फेट (RP), स्लैग या बोन मील से भी P को विलेय कर सकते हैं।
अकार्बनिक फॉस्फेट के विलेयकरण में माइक्रोबियल भागीदारी सबसे पहले स्टालस्ट्रॉन द्वारा दिखाई गई थी। सामान्य तौर पर PSM 0.5-1.0% मिट्टी के माइक्रोबियल आबादी का गठन करते हैं जिसमें बैक्टीरिया कवकों की तुलना में 2-150 गुना अधिक होते हैं। लेकिन बैक्टीरिया उप-संवर्धन के दौरान P विलेयकारी क्षमता खो सकते हैं जबकि कवक नहीं खोते हैं। बैक्टीरिया के बीच, एरोबिक बीजाणु बनाने वाले बैक्टीरिया अधिक प्रभावी P विलेयकारी होते हैं।
PO4 विलेयकरण का तंत्र: 1. कार्बनिक अम्लों (organic acids) का उत्पादन 2. चेलेटिंग प्रभाव 3. अकार्बनिक अम्ल उत्पादन 4. हाइड्रोजन सल्फाइड ($H_2S$) उत्पादन 5. कार्बन डाइऑक्साइड ($CO_2$) का प्रभाव 6. प्रोटॉन उत्सर्जन 7. सिडेरोफोर उत्पादन। सिडेरोफोर लोहे को कसकर बांधते हैं ताकि जैव उर्वरक फॉस्फेट के साथ इसकी प्रतिक्रिया को रोका जा सके और फेरिक फॉस्फेट के रूप में स्थिरीकृत $PO_4$ को मुक्त करने में मदद करते हैं (अम्लीय मृदाओं में महत्वपूर्ण)।
बैक्टीरिया में बेसिलस जीनस अधिकतम गतिविधि दिखाता है, इसके बाद पेनिसिलियम और एस्परजिलस (Aspergillus) (A. awamori, A. niger) आते हैं। स्ट्रेप्टोमाइसिस सबसे न्यून प्रभावी था।
माइकोराइजा (कवक जड़ / fungus root) पौधे की जड़ों और फंगल मायसेलिया के बीच पारस्परिक सहजीवी जुड़ाव है। फ्रैंक ने "माइकोराइजा" नाम दिया था। 95% पौधों की प्रजातियां माइकोराइजा बनाती हैं। यह पौधे की जड़ों और मिट्टी के बीच एक महत्वपूर्ण कड़ी के रूप में कार्य कर सकता है। पौधे द्वारा उत्पादित कार्बन कवक में जाता है और कवक द्वारा अधिग्रहित पोषक तत्व पौधों में जाते हैं।
एसेप्टेट फाइकोमाइसेटस कवक द्वारा निर्मित। अधिकांश कृषि फसलों से जुड़ा हुआ है। वर्ग: Zygomycotina, क्रम: Endogonales, परिवार: Endogonaceae। (150 प्रजातियाँ)।
उपनिवेशन प्रक्रिया: जड़ों में दृश्य आकृतििकीय परिवर्तन / रूपांतरण नहीं दिखते। 2 चरण: (1) एक्स्ट्रा मैट्रिकल चरण (Extra matrical phase - जड़ के बाहर) और (2) इंट्रा रेडिकल चरण (Intra radical phase - जड़ के भीतर कॉर्टेक्स में)।
क्रिया का तंत्र: (i) बेहतर खनिज पोषण, विशेष रूप से P, Zn, Cu का अवशोषण। (ii) अधिक मिट्टी की खोज के माध्यम से पोषक तत्वों का एकत्रीकरण। (iii) रोगज़नक़ संक्रमण के खिलाफ सुरक्षा। (iv) बेहतर जल संबंध। (v) लवणता, भारी धातु प्रदूषण जैसे तनाव के प्रति बेहतर सहनशीलता। (vi) प्रत्यारोपण झटके से बचाव।
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