Nitrate leaching and ground water contamination in maize based cropping system of Bihar

मक्का, चावल और गेहूं के बाद तीसरी सबसे महत्वपूर्ण फसल है। मक्का उत्पादन सुनिश्चित करने के लिए नाइट्रोजन और पानी दो महत्वपूर्ण कारक हैं। उच्च उत्पादन को आगे बढ़ाने के लिए, उत्पादकों द्वारा अत्यधिक नाइट्रोजन उर्वरक (400 से 600 किग्रा नाइट्रोजन/ हेक्टेयर) को वर्तमान रोटेशन प्रणाली में लागू किया गया है, जो फसल की मांग से अधिक है।

फसल में दिया गया, नाइट्रोजन उर्वरक या तो फसलों द्वारा अवशोषित या जड़ क्षेत्र में संग्रहीत किया जाता है, या अमोनिया वाष्पीकरण, नाइट्रोजन लीचिंग, नाइट्रोजन डाइऑक्साइड और नाइट्रोजन गैस उत्सर्जन से कम होजाता है। जड़ क्षेत्र में जमा नाइट्रोजन मिट्टी से,पानी के नीचे की ओर बढ़ता है, और अंततः भूजल में प्रवेश करता है।

नाइट्रोजन उर्वरकों और बाढ़ सिंचाई के अति प्रयोग से नाइट्रोजन का गंभीर निक्षालन हुआ और नाइट्रेट के साथ भूजल के दूषित होने का खतरा बढ़ गया। इसलिए उपज क्षमता और भूजल संसाधनों के सतत उपयोग को सुनिश्चित करने के लिए पानी और नाइट्रोजन उर्वरक का प्रबंधन करना आवश्यक है।

वर्तमान स्थिति पत्र का उद्देश्य भूजल में नाइट्रेट संदूषण के बारे में जानकारी प्रदान करना है। मिट्टी में नाइट्रेट-नाइट्रोजन के संचय और मिट्टी से उनके निक्षालन को नियंत्रित करने और मक्का की उपज क्षमता को बनाए रखने के लिए रणनीति विकसित करना आवश्यक है।

बिहार हाल ही में मक्का पावर हब के रूप में उभरा है, जिसमें किसानों की फसल की उपज यूएस स्तर की तुलना में है। मक्का, विश्व की कृषि अर्थव्यवस्था में सबसे महत्वपूर्ण अनाज की फसल में से एक है, जो मानव के लिए भोजन और जानवरों के लिए चारा दोनों के रूप में है। मक्के की गिरी लगभग 72% स्टार्च, 10% प्रोटीन, 5% तेल, 2% चीनी और 1% राख से बनी होती है और शेष पानी होता है।

नाइट्रोजन उर्वरक के उपयोग से बायोमास और प्रोटीन की उपज अधिक होती है और ऊतक में प्रोटीन की सांद्रता बढ़ जाती है। जैसे-जैसे अनाज की प्रोटीन सांद्रता बढ़ती है, ज़ीन प्रोटीन का बढ़ता अनुपात बनाता है। नाइट्रोजन अक्सर प्रोटीन की अमीनो एसिड संरचना को प्रभावित करता है। अनाज में, नाइट्रोजन की प्रचुर आपूर्ति लाइसिन और थ्रेओनीन के सापेक्ष योगदान को कम करती है, इस प्रकार प्रोटीन के जैविक मूल्य को कम करती है।

नाइट्रोजन की आपूर्ति में वृद्धि से अक्सर गिरी की अखंडता और मजबूती आती है, जिसके परिणामस्वरूप अनाज के बेहतर मिलिंग गुण होते हैं। नाइट्रोजन पौधे में पोषक तत्वों के उपयोग की दक्षता को नियंत्रित करता है। नाइट्रोजन पौधों की कोशिकाओं में विभिन्न शारीरिक और जैव रासायनिक प्रक्रियाओं को प्रभावित करता है। प्रोटीन, एल्कलॉइड, न्यूक्लिक एसिड, कोएंजाइम और पोर्फिरीन में नाइट्रोजन मुख्य घटक है।

पोर्फिरिन वंशानुक्रम, चयापचय प्रक्रिया और पौधों की वृद्धि के लिए जिम्मेदार हैं। पोर्फिरीन साइटोक्रोम और क्लोरोफिल के मुख्य घटक हैं। पादप कोशिकाओं के प्रोटोप्लास्ट में मुख्य रूप से नाइट्रोजन होता है। यह पौधे की वृद्धि और विकास में एक आवश्यक भूमिका निभाता है। नाइट्रोजन की कमी से पौधों की वृद्धि कम हो जाती है और पैदावार कम हो जाती है। इसके विपरीत, जब नाइट्रोजन के इष्टतम स्तर का उपयोग किया जाता है; पौधे के बड़े पत्ते क्षेत्र के कारण अधिक उपज उत्पन्न होती है।

नाइट्रोजन कान और गिरी के विकास में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। उपरोक्त तथ्यों को ध्यान में रखते हुए उत्तर बिहार की मक्का आधारित फसल प्रणाली में मिट्टी में नाइट्रेट प्रदूषण और भूजल प्रदूषण की सीमा का अध्ययन करने के लिए वर्तमान स्थिति पत्र तैयार किया गया है।

मक्का उपज क्षमता

बिहार के पूर्वी क्षेत्र को लोकप्रिय रूप से 'मक्का हब' के रूप में जाना जाता है जहाँ लगभग दो लाख हेक्टेयर क्षेत्र में मक्के की खेती की जाती है। मक्के का महत्व इसके व्यापक औद्योगिक उपयोगों के अलावा मानव भोजन और पशु चारा के रूप में कार्य करने में है। भोजन, चारा और उद्योग क्षेत्रों के लिए इसके कई उपयोगों के कारण मक्का की मांग बढ़ रही है। बिहार में औसत वार्षिक मक्का उत्पादन लगभग 22 लाख टन है जो उत्पादन में स्थिर सकारात्मक प्रवृत्ति है।

प्रमुख उत्पादक जिले खगड़िया और सहरसा हैं। कर्नाटक और मध्य प्रदेश के बाद बिहार सबसे ज्यादा मक्का उत्पादनकरता है। मक्का अपने फोटो-थर्मो असंवेदनशील चरित्र और अनाज के बीच उच्चतम आनुवंशिक उपज क्षमता के कारण पूरे वर्ष उगाया जाता है। बिहार में, मक्का सभी मौसमों जैसे खरीफ (मानसून), मानसून के बाद रबी (सर्दियों) और वसंत ऋतु में उगाया जाता है।

रबी और वसंत ऋतु के दौरान सुनिश्चित सिंचाई सुविधाओं के तहत किसानों के खेत में अधिक उपज प्राप्त की जाती है। बिहार में मक्का की खेती के तहत लगभग एक-चौथाई भूमि ग्रीष्मकालीन मक्का के लिए है जो राज्य में उत्पादित कुल मक्का का लगभग 28% योगदान देता है।

बिहार में मक्का हब

बिहार में, मक्का बिहार के तीनों कृषि-जलवायु क्षेत्रों के लगभग सभी जिलों में उगाया जाता है। लेकिन जोन-II प्रमुख मक्का उत्पादक क्षेत्र है, जिसमें, खगड़िया पहले स्थान पर है और उसके बाद समस्तीपुर और उत्पादन में; मधेपुरा, खगड़िया, मुजफ्फरपुर, अररिया और समस्तीपुर के बाद कटिहार शीर्ष पर है।

उत्पादकता कटिहार (6510 किग्रा/ हेक्टेयर) में सबसे अधिक है, इसके बाद मधेपुरा (5285 / किग्रा/ हेक्टेयर) सहरसा (4636 किग्रा/हेक्टेयर) अररिया (4272 किग्रा/ हेक्टेयर) सुपौल (4096 किग्रा/हेक्टेयर), वैशाली (4067 किग्रा/ हेक्टेयर) है, और मुजफ्फरपुर (3935 किग्रा/ हेक्टेयर)। जोन-वार डेटा दर्शाता है, 12.05 मिलियन टन के उत्पादन के साथ जोन- II में मक्का के तहत 0.27 मिलियन हेक्टेयर क्षेत्र।

ज़ोन- II में उत्पादकता 4397 किग्रा/हेक्टेयर है जो अपने रबी मक्का उत्पादन के लिए जाना जाता है जबकि जोन- I में मक्का के तहत 0.33 मिलियन हेक्टेयर और उत्पादन 9.72 मिलियन टन है। जोन-III में 3.01 मिलियन टन के उत्पादन के साथ मक्का (मुख्यतः खरीफ मक्का) के तहत केवल 0.10 मिलियन हेक्टेयर है। बिहार राज्य में मक्का का क्षेत्रफल, उत्पादन और उत्पादकता बढ़ रही है।

मिट्टी में नाइट्रोजन उर्वरक का भाग्य

इस क्षेत्र में स्थानीय किसानों द्वारा नाइट्रोजन उर्वरक की फसलमेंदियागयामात्राअक्सर फसल की आवश्यकताओं से अधिक हो जाती है, जिसके परिणामस्वरूप मिट्टी में नाइट्रेट का उच्च संचय होता है। कृषि भूमि से डाउनस्ट्रीम पोषक तत्वोंका प्रभाव अधिक चिंता का विषय बना हुआ है। नाइट्रेट-नाइट्रोजन (NO₃^-N) विशेष रूप से परेशानी भरा है क्योंकि यह मिट्टी के माध्यम से उपसतह जल निकासी या भूजल में प्रवेश करता है, जो अंततः सतही जल की ओर जाता है।

पारगम्य मिट्टी इस क्षेत्र को नाइट्रेट-नाइट्रोजनद्वारा भूजल प्रदूषण के लिए अतिसंवेदनशील बनाती है, जिसे उर्वरक के रूप में बड़ी मात्रा में खेतों में लगाया जाता है। मिट्टी में जमा हुआ नाइट्रेट, लीचिंग के लिए अत्यधिक प्रवण है, जो सीधे भूजल की गुणवत्ता के लिए खतरा है। मक्का उत्पादन सुनिश्चित करने के लिए नाइट्रोजन और पानी दो महत्वपूर्ण कारक हैं। उच्च उत्पादन को आगे बढ़ाने के लिए, अत्यधिक नाइट्रोजन उर्वरक (400-600 किग्रा नाइट्रोजन/हेक्टेयर) को वर्तमान रोटेशन सिस्टम पर लागू किया गया है, जो 200 से 300 किलोग्राम नाइट्रोजन/हेक्टेयर (झांग एट अल, 2011) की फसल की मांग से अधिक है।

कुल मिलाकर, लागू नाइट्रोजन उर्वरक, फसलों द्वारा अवशोषित किया जाएगा, जड़ क्षेत्र में संग्रहीत किया जाएगा, और अमोनिया वाष्पीकरण, नाइट्रोजन लीचिंग, नाइट्रस ऑक्साइड और नाइट्रोजन गैस उत्सर्जन से खो जाएगा। अर्ध-शुष्क और अर्ध-आर्द्र मानसून जलवायु वाली मिट्टी में अपेक्षाकृत स्थिर नाइट्रिफिकेशन और खनिज क्षमता होती है, जिससे जड़ क्षेत्र में नाइट्रेट-नाइट्रोजन जमा करना आसान हो जाता है।

जड़ क्षेत्र में जमा नाइट्रोजन मिट्टी के पानी से लगातार नीचे की ओर बढ़ता है, और अंततः भूजल में प्रवेश करता है। इसलिए, नाइट्रोजन उर्वरक और बाढ़ सिंचाई के अत्यधिक उपयोग से नाइट्रोजन का गंभीर रिसाव हुआ है (१५-५५% नाइट्रोजन उर्वरक लगाया गया) और भूजल संदूषण का खतरा बढ़ जाता है (सूर्य एट अल, २०१८)। उपरोक्त गंभीर स्थिति के कारण, इष्टतम उपज क्षमता और भूजल संसाधनों के सतत उपयोग को सुनिश्चित करने के लिए पानी और नाइट्रोजन उर्वरक का प्रबंधन करना आवश्यक है।

मक्का आधारित फसल प्रणाली के तहत पानी के इनपुट को कम करने और भूजल निकासी को सीमित करने के लिए, फसलों के प्रदर्शन पर विभिन्न प्रकार की सिंचाई/अनुसूची के प्रभावों की जांच करना आवश्यक है। भारी वर्षा या सिंचाई, पीने के पानी को दूषित करने के बाद मिट्टी से नाइट्रेट भूजल में मिल सकता है (लियू, 2015)।

नाइट्रोजन उर्वरक का प्रयोग

बिहार में मक्का की खेती के लिए नाइट्रोजन की अनुशंसित खुराक की सीमा 100-150 किलोग्राम नाइट्रोजन/हेक्टेयर है और बिहार में मक्का उगाने के विभिन्न मौसमों के लिए उर्वरकों की अनुशंसित खुराक इस प्रकार है: रबी मक्का: 150:75:50 (एनपीके); खरीफ मक्का: 120:60:150 (एनपीके); वसंत मक्का: 100:40:30 (एनपीके)।

उच्च पैदावार प्राप्त करने के लिए फसल उत्पादन में नाइट्रोजन उर्वरकों का उपयोग किया जाता है लेकिन उर्वरकों की अधिकता समस्याग्रस्त है। नाइट्रोजन उपयोग की कम क्षमता 30 से 40% तक (जू एट अल, 2009)। सामान्य तौर पर, मिट्टी में नाइट्रेट का संचय तब होता है जब विशेष रूप से गहन फसल के तहत नाइट्रोजन उर्वरक की अधिक आपूर्ति की जाती है।

डबल या ट्रिपल क्रॉपिंग क्षेत्र (झोउ एट अल, 2016)। उच्च फसल पैदावार की मांगों को पूरा करने के लिए, कृषि उत्पादन को तेज किया गया है।

नाइट्रोजन उर्वरक और भूजल प्रदूषण

नाइट्रेट-नाइट्रोजन के साथ भूजल संदूषण महत्वपूर्ण चिंता का विषय है, विशेष रूप से बिहार के गहन मक्का उत्पादन क्षेत्र में। इस क्षेत्र में उर्वरकों की उच्च खपत दर के साथ नाइट्रोजन उर्वरक नाइट्रोजन इनपुट का प्रमुख स्रोत है। नाइट्रेट-नाइट्रोजन मिट्टी में अत्यधिक गतिशील है और क्षेत्र की रहने वाली आबादी के लिए स्वास्थ्य जोखिम पैदा करता है।

पीने के पानी में नाइट्रेट-नाइट्रोजन की सांद्रता अपने महत्वपूर्ण स्तर तक पहुँच जाती है। भारतीय मानक ब्यूरो (45 mgL^-1) और विश्व स्वास्थ्य संगठन (50 mgL^-1) द्वारा तय की गई सुरक्षित सीमाएँ। विश्व स्वास्थ्य संगठन और यूरोपीय समुदाय (यूरोपीय समुदायों की परिषद, 1980) ने पीने योग्य पानी में 50 मिलीग्राम NO₃−L⁻¹ (11 mg NO₃-N L⁻¹) की सीमा निर्धारित की है।

अमेरिकी पर्यावरण संरक्षण एजेंसी (USEPA, 1995) और कनाडा की जल गुणवत्ता शाखा (जल गुणवत्ता शाखा, 1995) ने पीने में अधिकतम सुरक्षित स्तर के रूप में 44 mg NO₃− L⁻¹ (10 mg नाइट्रेट-नाइट्रोजन/लीटरपानी) की सीमा निर्धारित की है। इन मैदानों में पीने का पानी विशेष रूप से भूजल से आता है और इसलिए, इसके नाइट्रेट-नाइट्रोजन को अधिकतम संदूषक स्तर से नीचे रखना महत्वपूर्ण है।

उच्च नाइट्रेट-नाइट्रोजन, भूजल में मानव स्वास्थ्य के लिए सीधा खतरा है (विश्व स्वास्थ्य संगठन (विश्व स्वास्थ्य संगठन, 2011)। भूजल में नाइट्रेट के लीचिंग के जोखिम का आकलन मिट्टी में नाइट्रेट-नाइट्रोजन संचय से किया जा सकता है। भूजल में नाइट्रेट-नाइट्रोजन की सांद्रता के रूप में। कृषि पद्धतियों में परिवर्तन के लिए धीरे-धीरे प्रतिक्रिया करता है और मौसम की घटनाओं के अधीन है (विक एट अल, 2012),

मृदा अवशिष्ट नाइट्रेट-नाइट्रोजन का उपयोग,नाइट्रेट- लीचिंग के जोखिम के लिए एक वैकल्पिक संकेतक के रूप में किया गया है। यादव (1997) ने निर्धारित किया कि 68% प्रयुक्त उर्वरक नाइट्रोजन मिट्टी में नाइट्रेट-नाइट्रोजन के रूप में जमा होता है, जिससे 20% भूजल में प्रवेश करता है, इसलिए सुरक्षित जल आपूर्ति के लिए भूजल नाइट्रेट संदूषण को नियंत्रित करना महत्वपूर्ण है।

नाइट्रेट और मानव स्वास्थ्य

पीने के पानी में नाइट्रेट की मात्रा 100 से 200 मिलीग्राम/लीटर नाइट्रेट नाइट्रोजन के स्तर पर आबादी के स्वास्थ्य को प्रभावित करना शुरू कर देती है। नाइट्रेट प्रदूषण सबसे खतरनाक है जो मानव स्वास्थ्य और जानवरों पर हानिकारक प्रभाव डालता है। उच्च नाइट्रेट सांद्रता मेथेमोग्लोबिनेमिया या "ब्लू बेबी" रोग का कारण बनता है जो अंततः आंतों के कैंसर के विकास की ओर जाता है। दरअसल, रक्त में हीमोग्लोबिन होता है, जो ऑक्सीजन ले जाता है।

जब नाइट्रेट मौजूद होता है, तो हीमोग्लोबिन को मेथेमोग्लोबिन में परिवर्तित किया जा सकता है, जो ऑक्सीजन नहीं ले जा सकता। वयस्कों के रक्त में, कुछ एंजाइम लगातार मेथेमोग्लोबिन को वापस हीमोग्लोबिन में परिवर्तित करते हैं, और मेथेमोग्लोबिन का स्तर सामान्य रूप से 1% से अधिक नहीं होता है, जबकि शिशुओं में इन एंजाइमों का स्तर कम होता है, और उनका मेथेमोग्लोबिन स्तर आमतौर पर 1% से 2% तक बढ़ जाता है जो शिशुओं के स्वास्थ्य के लिए घातक है।

अन्य नाइट्रोजन स्रोतों का प्रभाव

खाद का उपयोग, फसल के प्रकार, जलवायु कारक और मिट्टी के गुण, मृदा नाइट्रेट संचय और लीचिंग को प्रभावित करते हैं। नाइट्रेट-नाइट्रोजन संदूषण को नियंत्रित करने के लिए नाइट्रेट्स निर्देश के लिए जल गुणवत्ता कानून बनाने के लिए समय की आवश्यकता है। मिट्टी में नाइट्रेट जमा होने का स्तर पीने योग्य पानी के लिए खतरा बन गया है। बिहार के लगभग 90% कृषक समुदाय अक्सर भूजल का उपयोग पीने के साथ-साथ सिंचाई उद्देश्यों के लिए भी कर रहे हैं।

निष्कर्ष

बिहार राज्य के सामने अपनी बढ़ती जनसंख्या का भरण-पोषण करने की चुनौती है। इसलिए इसे मक्का की उपज क्षमता और मिट्टी के क्षरण से समझौता किए बिना उर्वरक और जल उपयोग दक्षता बढ़ाने, नाइट्रेटलीचिंग और भूजल के संदूषण को कम करने के लिए रणनीतियों की आवश्यकता है।

बिहार के कॉर्न बेल्ट में मक्का आधारित फसल प्रणाली के तहत मक्का द्वारा नाइट्रेट की मात्रा, मिट्टी की प्रोफाइल में नाइट्रेट की लीचिंग और भूजल में नाइट्रेट के संदूषण को अनिवार्य रूप से पूरा किया जाना है ताकि क्षेत्र की सामान्य आबादी को नाइट्रेट की समस्या से छुटकारा मिल सके।

सन्दर्भ

यूरोपीय समुदायों की परिषद। (1980)। मानव उपभोग के लिए अभिप्रेत पानी की गुणवत्ता से संबंधित। आधिकारिक जे. यूर. कम्युन. (एल २२९): ११-२९।

जू, एक्सटी, जिंग, जीएक्स, चेन, एक्सपी, झांग, एसएल, झांग, एलजे, लियू, एक्सजे, कुई, जेडएल, यिन, बी, क्रिस्टी, पी; झू, जेडएल, झांग, एफएस, (2009) रिड्यूसिंग गहन चीनी कृषि प्रणालियों में एन प्रबंधन में सुधार करके पर्यावरणीय जोखिम। प्रोक. नेटल. एकेड. विज्ञान यू.एस.ए. 106, 3041-3046।

लियू, एच.बी., (2015) कृषि योग्य भूमि से गैर-बिंदु प्रदूषण पर निगरानी प्रौद्योगिकी की स्थापना और अनुप्रयोग। साइंस प्रेस, बीजिंग।

सन, एम.; हुओ, जेड.; झेंग, वाई.; दाई, एक्स.; फेंग, एस.; माओ, एक्स (2018) कृषि-इको-पर्यावरण मॉडल का उपयोग करते हुए एक गहन खेत में फसल उपज और नाइट्रेट लीचिंग की दीर्घकालिक प्रतिक्रियाओं की मात्रा निर्धारित करना। विज्ञान कुल पर्यावरण, ६१३-६१४, १००३-१०१२।

अमेरिकी पर्यावरण संरक्षण एजेंसी (USEPA)(1995) पेयजल विनियम और स्वास्थ्य परामर्श। पानी का कार्यालय, अमेरिकी पर्यावरण संरक्षण एजेंसी, वाशिंगटन, डीसी। ११पीपी

जल गुणवत्ता शाखा। (1995) कनाडा के जल गुणवत्ता दिशानिर्देश। अंतर्देशीय जल निदेशालय, ओटावा, ओंटारियो, कनाडा।

विक, के., ह्यूमेसर, सी., श्मिड, ई., (2012) भूजल नाइट्रेट संदूषण: कारक और संकेतक। जे पर्यावरण। प्रबंधित करें। १११, १७८-१८६।

विश्व स्वास्थ्य संगठन (डब्ल्यूएचओ), (2011) जल सुरक्षा और गुणवत्ता। (9 अगस्त 2017 को एक्सेस किया गया)। http://www.who.int/water_sanitation_health/water-quality/en/।

यादव, एस.एन., (1997) मकई की खेती से नाइट्रेट-नाइट्रोजन लीचिंग का सूत्रीकरण और आकलन। जे पर्यावरण। योग्यता। 26, 808-814।

झांग, एक्स.; चेन, एस.; सन, एच.; शाओ, एल.; वांग, वाई। (2011) तीन दशकों में उत्तरी चीन के मैदान में सिंचित शीतकालीन गेहूं और मक्का पर वाष्पीकरण में परिवर्तन। कृषि। जल प्रबंधन। 98, 1097-1104।

झोउ, जे.वाई., गु, बीजे, स्लेसिंगर, डब्ल्यू.एच., जू, एक्सटी, (२०१६) चीनी अर्ध-आर्द्र क्रॉपलैंड्स में नाइट्रेट का महत्वपूर्ण संचय। विज्ञान प्रतिनिधि ६, १-८.

लेखकगण

अजीत कुमार¹ ,सी.के. झा¹ और कुमारी सपना²

¹सहायक प्रोफेसर-सह-वैज्ञानिक, मृदा विज्ञान विभाग, ईख अनुसंधान संस्थान,

²सहायक प्रोफेसर-सह-वैज्ञानिक,कृषि संकाय, आरपीसीएयू, पूसा  (समस्तीपुर), बिहार

इमेल़ःThis email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.