मध्य-पश्चिमी मिट्टी दुनिया में सबसे अधिक उत्पादक में से एक है, इसका श्रेय आंशिक रूप से व्यापक टाइल जल निकासी प्रणालियों को जाता है जो फसल के खेतों से अतिरिक्त पानी को हटा देते हैं। लेकिन टाइल वाली नालियों से बहने वाली एकमात्र चीज़ पानी नहीं है। नाइट्रोजन मिट्टी के पानी के साथ जल निकासी खाइयों, नालों और अंततः मिसिसिपी नदी बेसिन में चला जाता है, जहां पोषक तत्व बड़े पैमाने पर शैवाल के खिलने और हाइपोक्सिक स्थितियों में योगदान करते हैं जो मैक्सिको की खाड़ी में जलीय जीवन को प्रभावित करते हैं।
इलिनोइस विश्वविद्यालय अर्बाना-शैंपेन का एक हालिया अध्ययन टाइल जल निकासी जल में नाइट्रोजन भार को प्रभावित करने वाले स्रोतों और प्रक्रियाओं पर एक नया रूप प्रदान करता है। अध्ययन से नाइट्रोजन के अप्रत्याशित रूप से बड़े और स्थिर "विरासत" पूल का पता चलता है, जिससे आम धारणा में बारीकियां जुड़ जाती हैं कि उर्वरक इनपुट और माइक्रोबियल गतिविधि के क्षणिक प्रतिबिंब के रूप में नाइट्रोजन टाइल जल निकासी प्रणालियों के माध्यम से तेजी से स्पंदित होती है।
"विरासत का प्रभाव मिट्टी के वातावरण में नाइट्रोजन उपलब्ध होने और जलमार्गों में इसके नुकसान के बीच के समय अंतराल से संबंधित है। उदाहरण के लिए, यदि आपके पास इस वर्ष उर्वरक के माध्यम से नाइट्रोजन इनपुट है, तो यह तुरंत डाउनस्ट्रीम में दिखाई नहीं देगा। यह अंतराल कई प्रणालियों में पाया गया है, लेकिन पिछले शोधकर्ताओं को यह नहीं पता था कि इसका कारण क्या था या इसका परिमाण कितना बड़ा था, "मुख्य अध्ययन लेखक झोंगजी यू, कॉलेज के प्राकृतिक संसाधन और पर्यावरण विज्ञान विभाग में सहायक प्रोफेसर ने कहा। इलिनोइस में कृषि, उपभोक्ता और पर्यावरण विज्ञान के।
जल निकासी जल में नाइट्रोजन की उत्पत्ति को समझने के लिए, अनुसंधान दल को पहले विभिन्न स्रोतों से प्राप्त नाइट्रेट को अलग करना पड़ा। उन्होंने तीन वर्षों में साप्ताहिक आधार पर मक्का-सोयाबीन के खेत से टाइल जल निकासी के नमूने एकत्र किए और नाइट्रेट को मापा। उन्होंने नाइट्रोजन सांद्रता के साथ-साथ प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले, नाइट्रोजन और ऑक्सीजन के स्थिर आइसोटोप, दो तत्व जो नाइट्रेट अणु बनाते हैं, का विश्लेषण करने के लिए मिट्टी, फसल अवशेष और उर्वरक के नमूने भी एकत्र किए। संवेदनशील प्रयोगशाला उपकरणों का उपयोग करते हुए, पिछले शोधकर्ताओं ने भारी नाइट्रोजन (15N), और ऑक्सीजन (18O) आइसोटोप में विभिन्न नाइट्रोजन स्रोतों और नाइट्रिफिकेशन और डिनाइट्रिफिकेशन की माइक्रोबियल नाइट्रोजन साइक्लिंग प्रक्रियाओं के साथ मामूली बदलाव को जोड़ा।
यू ने कहा, "हम नाइट्रेट के स्रोतों की पहचान करने और माइक्रोबियल प्रक्रियाओं द्वारा इसे कैसे पुनर्चक्रित किया जा रहा है, इसकी पहचान करने के लिए नाइट्रोजन और ऑक्सीजन आइसोटोप को एक फिंगरप्रिंट के रूप में सोच सकते हैं।" "विभिन्न स्रोतों में अलग-अलग आइसोटोप अनुपात होते हैं, जैसे मनुष्यों के फिंगरप्रिंट अलग-अलग होते हैं।"
यू ने कहा कि अकार्बनिक उर्वरक से प्राप्त नाइट्रेट में थोक मिट्टी के कार्बनिक नाइट्रोजन स्रोतों की तुलना में कम भारी नाइट्रोजन और ऑक्सीजन के साथ कम आइसोटोप अनुपात होता है।
छवि ब्योर्न बेहिड्ट, शटरस्टॉक द्वारा
शोध दल ने प्रयोगशाला में मिट्टी के नमूने भी लाए और उन्हें यह जानने के लिए ऊष्मायन किया कि माइक्रोबियल नाइट्रोजन चक्रण नाइट्रेट आइसोटोप को कैसे प्रभावित करता है। क्षेत्र और प्रयोगशाला डेटा दोनों के साथ, शोधकर्ता समय और फसल प्रणालियों के माध्यम से नाइट्रेट स्रोतों का पता लगा सकते हैं।
यू ने कहा, "हमारे नतीजे बताते हैं कि नाइट्रेट का मूल आइसोटोप अनुपात अमोनिया उर्वरक और सोयाबीन बायोमास नाइट्रोजन के समान था और सिस्टम में कोई नया उर्वरक इनपुट नहीं होने पर समय के साथ इसमें बदलाव नहीं हुआ।" "यह मिट्टी में नाइट्रेट के एक बड़े विरासत पूल और सिस्टम में नाइट्रोजन जोड़ने और टाइल जल निकासी में नाइट्रेट के रूप में निर्यात होने के बीच समय अंतराल का सुझाव देता है।"
उन्होंने कहा कि जब मकई में निर्जल अमोनिया के रूप में नया उर्वरक जोड़ा गया था, तो नए नाइट्रोजन को प्रतिबिंबित करने वाले आइसोटोपिक संकेत में एक बड़ा बदलाव, टाइल जल निकासी पानी में दर्ज किया गया था, खासकर जब बारिश की घटनाओं के बाद आवेदन हुआ था। हालाँकि, यह नया नाइट्रोजन सिग्नल अक्सर अल्पकालिक होता था, पुराने सिग्नल अगले कुछ दिनों या हफ्तों में फिर से उभर आते थे।
यह पैटर्न अध्ययन के सह-लेखक और एनआरईएस प्रोफेसर रिचर्ड मुलवेनी के समूह के परिणामों के अनुरूप है। अध्ययनों की एक श्रृंखला में, उस समूह ने मकई के पौधों में नाइट्रोजन की मात्रा का पता लगाने के लिए लेबल किए गए आइसोटोप तकनीकों का उपयोग किया, जिससे पता चला कि पौधों द्वारा आधे से भी कम उर्वरक नाइट्रोजन का उपयोग किया जाता है; इसके बजाय, मकई ने अपना अधिकांश नाइट्रोजन मिट्टी से ले लिया। नए परिणामों के अनुसार, शेष उर्वरक नाइट्रोजन, संभवतः टाइल जल निकासी में खो जाती है या मिट्टी में संग्रहीत प्रतिक्रियाशील अंश में परिवर्तित हो जाती है, जिससे नाइट्रोजन लंबे समय तक जारी रहती है।
यू ने कहा कि विरासत प्रभाव के साक्ष्य प्रबंधन को सूचित कर सकते हैं और इस बात पर प्रभाव डाल सकते हैं कि नीति निर्माता नाइट्रोजन हानि कम करने की प्रथाओं की सफलता का मूल्यांकन कैसे करते हैं।
"अक्सर, हम नाइट्रोजन भार में प्रबंधन परिवर्तन के तत्काल प्रभाव देखने की उम्मीद करते हैं। हालांकि, भले ही हमने किसी दिए गए वर्ष के लिए नाइट्रोजन उर्वरक लागू करना बंद कर दिया हो, फिर भी हम कुछ वर्षों के लिए उस प्रणाली से महत्वपूर्ण नुकसान देख सकते हैं," उन्होंने कहा। "ऐसा नहीं है कि अगर हम नाइट्रोजन इनपुट कम कर दें, तो यह सब कुछ तुरंत हल कर सकता है।"
अध्ययन के पहले लेखक, डॉक्टरेट छात्र यिनचाओ हू ने कहा कि उच्च टाइल-ड्रेनेज डिस्चार्ज घटनाओं के दौरान मकई उर्वरक से प्राप्त नाइट्रेट हानि सबसे मजबूत थी, यह सुझाव देते हुए कि बारिश का पूर्वानुमान होने पर थोड़ी सी प्रबंधन दूरदर्शिता फायदेमंद हो सकती है।
"अगर हम उच्च निर्वहन की अवधि के दौरान आवेदन को नियंत्रित कर सकते हैं, तो इससे हमें नाइट्रोजन प्रदूषण को कम करने में मदद मिल सकती है," उन्होंने कहा। "या यदि बारिश की घटनाओं के लिए पर्याप्त पूर्वानुमान हैं, तो किसान अनुकूल उपाय कर सकते हैं और टाइल जल निकासी को अस्थायी रूप से बंद कर सकते हैं।"
