बायोचार से खाद: क्या इसकी प्रभावशीलता साबित है?

क्या आपने कभी बायोचार के बारे में सुना है? अधिकांश बागवानों के लिए यह एक नया शब्द है, मेरे लिए भी। मैंने बायोचार पर एक अंग्रेजी लेख देखा, जिसमें इस खाद को एक चमत्कार के रूप में वर्णित किया गया था, जो रेगिस्तान को अदन के बागों में बदल देता है। यह आकर्षक था। मैंने तुरंत बायोचार की प्रभावशीलता के प्रमाणों के साथ अनुसंधान ढूंढना शुरू कर दिया। अनुसंधान ज्यादा नहीं थे, इसलिए मैंने मिट्टी को सुधारने से संबंधित सभी को देखा (मैंने जलवायु परिवर्तन के प्रभावों से लड़ने में बायोकार्बन की भूमिका को इस समीक्षा में शामिल नहीं किया)।

बायोचार क्या है?

यह एक विशेष तरीके से तैयार किया गया लकड़ी का कोयला है, जिसे मिट्टी में मिलाया जाता है ताकि उर्वरता बढ़ाई जा सके। कृषि में कोयला पारंपरिक रूप से पश्चिमी अफ्रीका की स्वदेशी जनजातियों द्वारा और कुछ अविश्वसनीय आंकड़ों के अनुसार, अमेजन के उष्णकटिबंधीय जंगलों में इस्तेमाल किया जाता है। एक धारणा है कि बायोचार से मिट्टी की उत्पादन क्षमता काफी बढ़ सकती है और साथ ही ग्रह के वायुमंडल में कार्बन डाइऑक्साइड की मात्रा को कम कर सकती है।

बायोचार मिट्टी को कैसे सुधारता है?

संक्षेप में:

बायोकार्बन का उपयोग मिट्टी के भौतिक-रासायनिक गुणों को सुधारता है (pH का 3.9 से 5.1 तक बढ़ना, कैशन एक्सचेंज क्षमता का 7.41 से 10.8 cmol(+)kg−1 तक बढ़ना, कैशनों की प्रतिशतता का 6.40 से 26.0% तक बढ़ना, और जैव द्रव्यमान (MVS) का 835 से 1262 mg/kg-1 तक बढ़ना)।
मिट्टी के यौगिकों का औसत व्यास (MWD) 2.6 से 4.0 सेमी तक बढ़ता है;
क्षरण की दर <50% तक कम हो जाती है। ये आंकड़े 5% बायोचार को मिट्टी की कुल मात्रा में जोड़ने पर मिले ( CATENA Soil Science , चीन, 2013)

बायोचार की क्रिस्टलीय ग्रिड

ऐसे प्रमाण हैं कि प्री-कोलंबियन किसानों द्वारा सुधारी गई अमेजन की मिट्टी अभी भी उपजाऊ है और यह बायोचार के रूप में अपने कार्बन का 35% तक रखती है। 2000 साल पहले बायोकार्बन से समृद्ध की गई मिट्टियां अधिक पानी और पोषक तत्वों को पौधों के लिए आसानी से उपलब्ध रूप में रखती हैं। अमेजन के काले मिट्टी terra preta में खाद का संघटन अनुमानित था: कोयला + हड्डियाँ + खाद (अमेजन की मिट्टियों और उनके प्री-कोलंबियन बायोचार के बारे में अधिक जानकारी यहाँ प्राप्त करें)।

बायोचार एक सुपर-पोरयुक्त सामग्री है, जो पानी को बनाए रखने की क्षमता में पेरलाइट के समान है। इसकी छिद्रें मिट्टी की जैव विविधता के लिए एक स्वस्थ आवास बनाती हैं, और इसे जोड़ना “टेराफॉर्मिंग” के चरणों में से एक हो सकता है। बायोचार में कार्बन बहुत स्थिर होता है और यह हजारों सालों तक मिट्टी में बना रहता है, सूक्ष्म तत्वों और खनिजों को बांधता है एवं बनाए रखता है, जब तक कि इसे पौधों की जड़ों को सहजीवी बैक्टीरिया की मदद से नहीं लौटाया जाता। भारी वर्षा वाले क्षेत्रों में, यह खाद के लिए एक अनमोल गुण है, ताकि क्षरण और भूजल प्रदूषण को रोका जा सके।

बायोचार कैसे तैयार किया जाता है?

बायोचार के लिए पर्यावरण मानकों को सुनिश्चित करने वाला संगठन International Biochar Initiative, इसकी उत्पादन प्रक्रिया को “कृषि अपशिष्टों को मिट्टी के सुधारक में परिवर्तित करना” कहता है। बायोचार प्राकृतिक आग के परिणामस्वरूप या कृत्रिम रूप से पायरोलिसिस द्वारा भी बनता है:

“कार्बनिक अपशिष्ट जैसे चूरा और शाखाएं, कृषि के उप-उत्पाद, ऑक्सीजन-विहीन कमरों में जलाई जाती हैं, जिससे तेल, सिंथेटिक गैस और कोयले जैसा ठोस अवशेष बनता है। यह उच्च-छिद्रित कोयला हानिकारक रासायनिक पदार्थों और यौगिकों को अवशोषित करने के लिए एक फ़िल्टर के रूप में कार्य करता है, जो उपयोगी पोषक तत्वों को पारित करता है।” The Yale School of Forestry & Environmental Studies

बायोचार का संक्षिप्त इतिहास

बिना इतिहास की चर्चा के यह नहीं हो सकता। पश्चिम अफ्रीकी क्षेत्रों में कोयला हमेशा खाद बनाने वाले प्रभावी तत्वों में से एक रहा है, खाद के साथ। यह लिबेरिया और घाना में 700 साल पुरानी मिट्टी पर व्यापक मानवविज्ञान अनुसंधानों के बाद स्पष्ट हुआ ( 1 )।

“अफ्रीकी काले मिट्टियां” कृत्रिम रूप से बनाई गईं, जिसमें रसोई के अपशिष्ट, हड्डियाँ, राख और गोबर शामिल थे। इन घटकों के बिना, अधिकांश पश्चिम अफ्रीकी क्षेत्रों में कृषि असंभव होती। दिलचस्प बात यह है कि अमेजन और अफ्रीकी निवासियों ने स्वतंत्र रूप से कोयले की खाद के रूप में खोज की - अमेजन के किसान पहले ही 2500 साल पहले इसे मिट्टी में मिलाते थे, जबकि अफ्रीकी लगभग 700 साल पहले। शायद, बायोचार का काला रंग और संरचना प्राचीन मानव की सरल तर्कसंगमता पर काम करती थी - “समान चीज़ों से समान का उपचार”…

जैवचार पर शोध डेटा

ऑस्ट्रिया में जैवचार के लिए क्षेत्रीय अध्ययन

वर्तमान में, जैवचार को एक संभावित भू-इंजीनियरिंग विचार माना जाता है, इसलिए बड़े पैमाने पर अध्ययन मुख्य रूप से जैविक चारकोल के उत्पादन के माध्यम से ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन की भरपाई से जुड़े हैं, साथ ही इसके उत्पादन में पायरोलिसिस प्रक्रिया में सुधार भी कर रहे हैं: जलने पर उत्पन्न गैस और तेल वास्तव में पायरोलिसिस प्रतिक्रिया शुरू करने के लिए ईंधन के रूप में उपयोग किया जा सकता है। लेकिन अभी भी ऐसे प्रयोगों की कमी है जो पौधों-भूमि पारिस्थितिकी प्रणालियों के स्तर पर किए गए हों, जिनमें फीडबैक को पूरी तरह से प्रयोगशाला में अनुकरण नहीं किया जा सकता है। इसलिए लगभग सभी डेटा अपेक्षाकृत अनुमानित है।

जैविक उर्वरकों के समर्थक मुख्य रूप से 2 लाभों का उल्लेख करते हैं: कार्बन को स्थिर रूप में संग्रहीत करने की क्षमता, जो CO2 के वातावरण में निकलने को रोकती है और मिट्टी को समृद्ध करती है। हालाँकि, दूसरे लाभ से संबंधित अच्छे क्षेत्रीय अध्ययन कम हैं। फिर भी:

इससे इनकार नहीं किया जाता है कि जैवचार पानी को रोकता है, मिट्टी की अम्लता को कम करता है, ऑक्सीजन की उपलब्धता में सुधार करता है और मिट्टी के सूक्ष्मजीवों के रहने के लिए आदर्श परिस्थितियाँ प्रदान करता है।

जैवचार के पोषक तत्वों की हानि पर प्रभाव का अध्ययन करने वाले क्षेत्रीय अध्ययन लगभग अनुपस्थित हैं।

कार्बन डाइऑक्साइड को रोकने का प्रमाण भी मौजूद है। जैवचार का उत्पादन, संभवतः, वातावरण में CO2 के स्तर को कम करता है: जब पौधे सड़ते हैं, तो वे CO2 छोड़ते हैं, जिसे अंततः अन्य पौधे अवशोषित करते हैं, और यह चक्र जारी रहता है। कोयला इस सड़ने वाली सामग्री और संबंधित CO2 को स्थिर रखता है और इसे मिट्टी में सौ सालों या हजारों सालों तक संरक्षित करता है। यह विचार, जिसमें संभावित रूप से विशाल क्षमता है जो वैश्विक तापमान वृद्धि को धीमा करने में मदद करता है, ने जैवचार के एक प्रभावशाली संख्या में समर्थकों को आकर्षित किया है (और विरोधियों को भी, क्योंकि आर्थिक क्षमता और “सापेक्ष उपयोगिता” को अभी साबित करना है)।

सभी क्षेत्रीय अध्ययन में बहुत “अस्पष्ट” निष्कर्ष होते हैं। हर प्रकार की मिट्टी और जलवायु परिस्थितियों के लिए जैविक उर्वरक का एक अलग सांद्रण आवश्यक है। कुछ मामलों में, यह बिल्कुल भी आवश्यक नहीं है। रासायनिक संरचना मूल कच्चे माल और पायरोलिसिस की स्थितियों के आधार पर व्यापक रूप से भिन्न होती है। कृषि के अनुपयुक्त क्षेत्रों में, यदि राख और कार्बनिक योजक का उपयोग किया जाए (!), तो उपज में वृद्धि देखी गई है। जितनी बेहतर मिट्टी, उतने ही साधारण परिणाम होते हैं। जैवचार को प्रभावी बनाने के लिए P, K, Ca और Mg का उपयोग करना आवश्यक है, जिसे खाद और गोबर के माध्यम से किया जाता है (टेरा प्रेटा की मिट्टी को जलने वाले अवशेषों को मानव बस्तियों के कचरे के साथ मिलाकर बनाया गया था)।

अनुभवजन्य डेटा की अनुपस्थितता बहुत अधिक है। मैं कुछ अध्ययनों के परिणाम प्रस्तुत करूंगा जो मुझे उपयोगी लगे। 2007 में, जैवचार का अध्ययन लाओस के चावल के खेतों पर किया गया: मिट्टी की जल संचरण क्षमता में सुधार हुआ, कम उपलब्ध फास्फोरस की स्थिति में उपज बढ़ी, लेकिन नाइट्रोजन की उपलब्धता कम हो गई, जिसके परिणामस्वरूप अतिरिक्त नाइट्रोजन उर्वरक का उपयोग आवश्यक हो गया ( 2 )।

जर्मन जैव रसायनज्ञों के Institute of Agricultural and Nutritional Sciences, Soil Biogeochemistry में जैवचार और खाद के सहयोग के बारे में एक शानदार प्रकाशन है। इस लेख में विशेष रूप से काली उर्वरक की स्थिरता के बारे में जानकारी उपयोगी है - सामग्री की मूल संरचना में अपघटन के लिए उच्च प्रतिरोध होता है (लगभग 3000 वर्ष), जिससे इसे अन्य मिट्टी के बेहतर बनाने वालों के रूप में, हर साल मिट्टी में डालने की आवश्यकता नहीं होती है। इसके अलावा, मिलने की प्रक्रिया के तापमान और कच्चे माल के आधार पर जैवचार के गुणवत्ता में भिन्नता भी बताई गई है (250-400°C पर प्राप्त घास से बनी जैवचार, ठोस लकड़ी की किस्मों और उच्च तापमान से बेहतर कार्बन का खनिज बनाती है)।

जैवचार का स्रोत - घास

सबसे बड़े मेटा-विश्लेषण में जैवचार पर अनुसंधान का एक चेतावनी है:

जैवचार के बारे में अधिकांश बयान अत्यधिक उत्साही हैं। मिट्टी निर्माण और समग्र पर्यावरण के लिए उर्वरक के संभावित लाभों को जानबूझकर बढ़ा-चढ़ाकर पेश किया जाता है।

जैवचार के उपयोग का समर्थन करने वाले एयरोस्पेस इंजीनियर का TEDx पर भाषण।

वादे या मानक?

भाग्यवश, जैवचार को वैश्विक स्तर पर लागू करने के मुद्दे हमारी चिंता का विषय नहीं हैं। हमें, जैसे कि अफ्रीका में, केवल बागवानी मिट्टी की उपजाऊता बढ़ानी है। और इस स्तर पर समस्याएँ उत्पन्न होती हैं। हम अभी तक नहीं जानते:

अंततः हमें कौन सा pH मिलेगा;
विभिन्न प्रकार के जैवचार के रासायनिक गुण कच्चे माल और बनाने के तरीके के आधार पर क्या हैं;
किस मिट्टी पर विशेष उत्पाद का सर्वोत्तम उपयोग करना है;
मिट्टी में यह कितनी स्थिर है (केवल सैद्धांतिक और अप्रत्यक्ष डेटा मौजूद हैं);
क्या जैविक कार्बन का उत्पादन पर्यावरण को संभावित लाभ की तुलना में अधिक नुकसान पहुंचाता है, और इसी तरह के और भी कई प्रश्न हैं।

हम अभी तक नहीं जानते कि अच्छा जैवचार क्या है। दुनिया में बायोचार का उत्पादन करने वाले कंपनियों की संख्या सैकड़ों में है, लेकिन अभी तक मानक नहीं बने हैं। इसी कारण हमें सोने की तरह के वादे किए जाते हैं, और डोज़िंग ऐसी लिखी जाती है, जो केवल निर्माता की कल्पना और लालच पर निर्भर करती है। अब तक बायोचार के लिए न तो कोई नियामक ढांचा विकसित किया गया है और न ही ГОСТ। ऐसे मानकों के विकास के लिए, उन्हें सामान्य क्षेत्रीय और प्रयोगशाला अनुसंधानों द्वारा समर्थन प्राप्त करना चाहिए, जिनकी बहुत कमी है, और सभी प्रकाशित परीक्षणों में वैज्ञानिक आगे की जांच और डेटा को स्पष्ट करने पर जोर देते हैं।

लगभग 100 बायोचार नमूनों के आधार पर, जो कच्चे माल और उत्पादन प्रक्रिया में भिन्न होते हैं, निम्नलिखित अवयवों के लिए सीमा मान प्रस्तावित किए गए: O/C <0.4 और H/C <0.6 (Schimmelpfennig & Glaser, 2012)। बायोचार को सीधे मिट्टी में मिलाने की प्रक्रिया, बिना जैविक योजकों के, प्रयोग में नहीं लाई जाती है और इसका कोई अर्थ नहीं है, लेकिन इस बारे में बायोचार के निर्माताओं ने पैकेजिंग पर कुछ नहीं लिखा है।

विज्ञान पत्रिका Plos One में 2013 में किए गए मेटा-विश्लेषण के आधार पर निष्कर्ष:

बायोचार का अध्ययन अभी बहुत नई क्षेत्र है, जो मानकों की अनुपस्थिति और विषयों के क्षेत्रों में अनुसंधान के असमान वितरण को दर्शाता है।
जलवायु, मिट्टी के संघटन और कोयला उत्पादन के तरीके के अनुसार उर्वरक की स्थिरता के क्षेत्रीय परीक्षणों की आवश्यकता है।
हम अभी भी नहीं जानते कि बायोचार का उत्पादन, परिवहन, और लागू करने से पर्यावरण तंत्र पर समग्र रूप से क्या प्रभाव पड़ता है।
पर्यावरण के लिए बायोचार के फायदों के बारे में आशावादी दावे इसके व्यवहार और प्रभावों के अनुसंधान की सीमित संख्या के साथ विपरीत रूप से हैं।
यह साबित करने वाले अनुभवजन्य डेटा की कमी है कि बायोकार्बन को मिट्टी में डालना जलवायु परिवर्तन को महत्वपूर्ण रूप से कम करता है या यह पूरी सेट के मानकों पर मूल्यांकन करते समय सामान्य पारिस्थितिकीय लाभ प्रदान करता है।

बायोचार की कमियां, प्रोफेसर जोहान सिक्स, स्विट्ज़रलैंड के ज़्यूरिख़ की प्रौद्योगिकी उच्च विद्यालय द्वारा उठाई गई हैं:

कुछ मामलों में, उपज बायोचार द्वारा पानी और पोषक तत्वों का अवशोषण होने के कारण कम हो सकती है, जिससे ये संसाधन कृषि फसलों के लिए कम उपलब्ध होते हैं। यह भी दिखाया गया है कि बायोचार अंकुरण को धीमा करता है।
कीटनाशकों और घास निकालने वालों का अवशोषण उनकी प्रभावशीलता को कम कर सकता है।
कुछ बायोचार प्रदूषकों के स्रोत के रूप में काम कर सकते हैं, जैसे कि भारी धातुएं, वाष्पशील कार्बनिक यौगिक, बहु-चक्रित सुगंधित हाइड्रोकार्बन और घुलित कार्बन।
पौधों के अवशेष, जैसे कि तने, पत्ते और बीज के फल, जो बायोचार के उत्पादन के लिए उपयोग किए जाएंगे, मिट्टी की समग्र स्थिति को खराब कर सकते हैं, क्योंकि इससे मिट्टी के सूक्ष्मजीवों की संख्या कम हो जाती है और आंतरिक पोषक तत्वों का चक्र टूट जाता है।
कैटायोन एक्सचेंज की क्षमता मिट्टी के संघटन पर निर्भर करती है: यह मिट्टी में उच्च मात्रा में मिट्टी या कार्बनिक पदार्थ होने पर न्यूनतम होती है। सामान्य मिट्टी के लिए बायोकार्बन के उपयोग का कोई बड़ा अर्थ नहीं है।
उच्च pH (क्षारीय) मिट्टी में pH का बढ़ना अवांछनीय है, क्योंकि कृषि फसलें केवल मिट्टी के pH के निश्चित श्रेणी को सहन करती हैं।

बायोचार के प्रति मेरी कोई व्यक्तिगत पूर्वाग्रह नहीं है। यदि किसी की इच्छा हो, तो इसे अपने पीछे के आंगन में बनाया जा सकता है:

अतिरिक्त साहित्य

नीचे दिए गए लिंक पर आप संबंधित वैज्ञानिक कार्यों को देख सकते हैं, जिनमें अध्ययन के पूर्ण डिज़ाइन के साथ ग्राफ़, आंकड़े और निष्कर्ष शामिल हैं।

Effect of biochar on soil physical properties in two contrasting soils: An Alfisol and an Andisol . Geoderma Volumes 209–210, November 2013, Pages 188-197.

Recent developments in biochar as an effective tool for agricultural soil management: a review . Journal of the Science of Food and Agriculture, 96(15), 4840–4849.

हाल का 2018 का पुनर्विहान Review of biochar application to agricultural soils to improve soil conditions and fight pollution .

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