ऱ्हायझोस्फियर – मुळांचा परिसर (लेख क्रमांक ३)

श्री.रविंद्र थत्ते,

संचालक, 

इको ऍग्रो ग्रुप, पुणे.

र्‍हायझोस्फियर : जिवंत पांढर्‍या मुळी सभोवतालचे ०.५ ते ५ मिलीमीटर चे क्षेत्र.

1. जमीनीमध्ये असणाऱ्या एकूण जिवाणूंपैकी सर्वाधिक जीवाणू फक्त र्‍हायझोस्फियर मध्ये सापडतात.  
2. जमीनीतील जैविक क्रियांपैकी ७०% क्रिया इथे घडून येतात.
3. पृष्ठ भागावरील व्यवस्थापनाचा सर्वाधिक परिणाम इथे जाणवतो.
4. जमीनीच्या सूक्ष्म सुट्ट्या कणांचे छोट्या समूहामध्ये एकत्रीकरण व रचना येथे घडून येते. जमीनीचे भौतिक गुणधर्म जसे – जमीनीत पाणी मुरण्याचा वेग, जमीनीची पाणी धारण करण्याची क्षमता व सच्छिद्रता यावर अवलंबून असते. 

उत्तम कणीदार रचना असलेली माती.

कणांच्या रचनेमुळे पोकळ्या तयार होतात व त्यामध्ये हवा व पाणी राहू शकते.

1. अन्नद्रव्याच्या अनुपलब्ध-उपलब्ध स्थितीच्या प्रक्रिया र्‍हायझोस्फियर मध्ये घडून येतात.

वनस्पती त्यांना लागणारी अन्नद्रव्ये उपलब्ध करून घेण्यासाठी वेगवेगळ्या पद्धती वापरतात उदा:

• नत्र स्थिर करणाऱ्या जीवाणूंच्या सहभागाने नत्र उपलब्ध करून घेणे. जमीनीमध्ये मुक्त स्वरुपात असणारे नत्र स्थिर करणारे जीवाणू तसेच द्विदल वनस्पतीच्या मुळांमध्ये गाठी तयार करून जगणाऱ्या रायझोबीयम सारखे जीवाणू असे दोन्ही प्रकार यामध्ये आढळतात.
• लोहाच्या कमतरता दूर करण्यासाठी सिड्रोफोरची उत्पत्ती करून आवश्यक लोह उपलब्ध करून घेणे.
• जमीनीतील स्थिर झालेले स्फुरद घेण्यासाठी वनस्पती र्‍हायझोस्फियर मधील विशिष्ठ जीवाणूंना संदेश व विशिष्ट कर्बोदक देतात. त्याबदल्यात जीवाणू आम्ल द्रावणाची निर्मिती करून त्याद्वारे स्थिर स्फुरद विरघळवून पिकांना उपलब्ध करून देते.
• मायकोर्‍हायझा या बुरशी सोबत वनस्पती परस्पर सहयोगी संबंध ठेवते. वनस्पती मायकोर्‍हायझाला उर्जा (कर्बोदके) देते व त्याबदल्यात पाणी, स्फुरद व इतर अन्नद्रव्याचा पुरवठा वनस्पतीला होतो.

अन्नद्रव्याची उपलब्धता केवळ जीवाणूंमुळे शक्य:

• वनस्पतीला अन्नद्रव्य उपलब्ध करून देण्यासाठी जीवाणूंचा सहभाग अत्यंत महत्वाचा आहे. मात्र हा संबंध एकमेकांच्या लाभावर आधारित आहे. जीवाणूंना वनस्पती कडून कर्बोदक (कर्ब) मिळाले तरच जीवाणू काम करून नत्र, स्फुरद, यासारखी अन्नद्रव्ये वनस्पतीला उपलब्ध करून देतो. 
• केवळ नैसर्गिकरीत्या स्थिर केलेला नत्र (ऱ्हायझोबीया व नत्र स्थिर करणाऱ्या अन्य जिवाणूंमार्फत) जमीनीमध्ये स्थिर कर्बाची साठवणूक करण्यासाठी काम करू शकतो. अतिरिक्त (रासायनिक स्वरूपातील) नत्र जमीनीत उपलब्ध झाल्यावर, अनेक प्रकारचे जीवाणू झपाट्याने सक्रीय होतात व त्यांना जीवनासाठी आवश्यक असणाऱ्या कर्बासाठी सेंद्रिय पदार्थाचा (ह्युमस) उपयोग केला जातो. वेगळ्या पद्धतीने सांगायचे झाल्यास युरिया सारखे रासायनिक खते जमीनीत साठवलेला कर्ब जाळतात.    
• जेव्हा विद्राव्य (रासायनिक) स्वरूपातील स्फुरद जमीनीमध्ये उपलब्ध असतो तेव्हा स्थिर स्फुरद विद्राव्य करणारे जीवाणू (PSB) काम करू शकत नाहीत.
• जमीनीमध्ये जीवाणू व सूक्ष्म जीवांसाठी खाद्य व पोषक वातावरण असेल तर सर्व ठिकाणी PSB नैसर्गिकरीत्या उपलब्ध असतात.
• वनस्पतीला जेव्हा स्फुरदाची गरज असेल तेव्हा कर्बोदकाच्या स्त्रावाद्वारे PSB ना खाद्य (उर्जा) व संदेश दिला जातो व त्याप्रमाणे पिकास स्फुरद उपलब्ध केला जातो.
• स्फुरदाची कमतरता असलेल्या पिकाच्या मूळांमधील निघणारा विशिष्ठ कर्बोदकयुक्त (साखर) स्त्राव जेव्हा PSB ला मिळतो त्यावेळेस जीवाणूंमध्ये जनुकांची अभिव्यक्ती होते उदा: ग्लूकोज डीहाइड्रोजीनेज जनुक (glucose dehydrogenase gene - GCD) अथवा फिनॉल हायड्रॉक्झिलेझ जनुक (phenol hydroxylase gene - PHG).
• जमीनीत कोणत्या स्वरुपातील स्फुरद (स्थिर, विद्राव्य) आहे, त्यानुसार सेंद्रिय आम्ल तयार करण्याची सूचना जनुकांमार्फात दिली जाते व सायट्रिक, ऑक्सॅलिक, ग्लुकोनिक, फ्यूमरिक, एसिटिक, सक्सीनिक, मॅलिक इत्यादी सेंद्रिय आम्लाची निर्मिती करतात / जी स्फुरद विरघळवण्याचे कार्य करते. (संदर्भ:MDPI ४ जुलै २०१९, M. K. Hassan et al)

1. जेव्हा विद्राव्य स्वरूपातील स्फुरद जमीनीमध्ये उपलब्ध असतो तेव्हा वनस्पतीची मुळे मायकोरायझा सोबत सहयोगी संबंध प्रस्थापित करत नाहीत.
2. त्याचप्रमाणे जमीनीत मुबलक नत्र उपलब्ध असेल तर नत्र स्थिर करणारे जीवाणू काम करत नाहीत.
3. जीवाणू, मायकोरायझा इत्यादीं बाहेरून जमीनीमध्ये वापरायचे झाल्यास ते:
• ते थेट र्‍हायझोस्फियर पर्यंत जावेत.
• त्यांना वाढण्यासाठी योग्य सामू, क्षारता, खाद्य, व मुख्य म्हणजे जमीनीतील हवा व पाण्याचे प्रमाण योग्य असणे गरजेचे आहे. अन्यथा ते कार्य करू शकत नाहीत. 

जमीनीमध्ये जिवंत मुळ्या असल्या तरच सूक्ष्म जीवांचे कार्य होऊ शकते. मोकळ्या जमीनीमध्ये जिवंत मुळी नसते व त्यामुळे सूक्ष्म जीवांना अन्न मिळत नाही व ते जगू शकत नाहीत. (खालील चित्र पहा)

र्‍हायझोस्फियर / जमीनीतील मुळांची व्याप्ती:

साधारणपणे जमीनीतील मुळांचे घनफळ एकूण वनस्पतीच्या घनफळाच्या १०-२०% इतकेच असते. तरीदेखील जमीनीतील १२% सेंद्रिय कर्ब, ३१% विद्राव्य सेंद्रिय कर्ब, तसेच ५२% जीवाणूंचा जैव भार हा मुळांतून स्त्रवलेल्या कर्बोदक (कर्ब) पासून निर्माण होतो. एकूणच सेंद्रिय कर्बाच्या दृष्टीने वनस्पतीचा जमीनीखालील म्हणजेच मुळांचा भाग हा वरच्या पाने, फांद्या इत्यादी पेक्षा महत्वाचा असतो.

वनस्पतींच्या मुळांचा अभ्यास करणे खूप अवघड असते, तरी देखील काही शास्त्रज्ञांनी अत्यंत मेहनत घेऊन संशोधन केले आहे. मका पिकामध्ये पेरणीपासून ३६ दिवसांमध्ये मुळयांचा विस्तार २ फूट x १ फूट खोल होतो. मक्याचे १ रोप ५६ दिवसांत ११५ घनफूट मातीमध्ये विस्तारते तर ११५ दिवसांचे रोप २०० घनफूट मातीमध्ये विस्तारते. (शास्त्रज्ञ विवर, १९२६). सर्व मुळांची एकूण लांबी १६०० किमी, तर मुळांचे पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ ४२ एकर भरेल एवढे होते.

मुळांचे पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ सूक्ष्म केशमूळांमुळे खूप मोठ्या प्रमाणात वाढते असे दिसून येते. जुरझीटा (१९८७,२८) यांनी राय गवत (Secale Cereale) यावर केलेल्या संशोधनामध्ये मातीच्या फक्त ४५ लिटर घनफळात वाढवलेल्या राय गवताला १.३ कोटी मुळे ज्यांचे एकूण क्षेत्रफळ २३५ चौरस मीटर होते. त्यावरील केशमुळांची संख्या १४ अब्ज इतकी असून त्यांचे क्षेत्रफळ ४०० चौरस मीटर मध्ये आढळून आली. वनस्पतीचे जमीनीखालील क्षेत्रफळ हे जमीनीवरील भागापेक्षा १३० पट अधिक असू शकते.  

 जैव-विविधतेबाबत केलेले प्रयोग व त्यांचे निष्कर्ष:

जेना प्रयोग जर्मनी: जर्मनीतील जेना या गावी जैव विविधतेबाबत केलेल्या प्रयोगामध्ये एका शेताचे अनेक लहान प्लॉट करून, त्यामध्ये प्रत्येकी एक पासून अनेक वनस्पती एकत्र वाढल्याने होणाऱ्या परिणामांचा अभ्यास केला गेला. यामध्ये १,२,४, ८ अथवा १६ विविध पिकांची लागवड तसेच शून्य,  ४५ अथवा ९० किलो नत्र प्रती वर्ष दिले असता असे दिसून आले कि अधिक नत्र दिलेल्या प्लॉटच्या तुलनेत अधिक वनस्पती असलेल्या प्लॉट मधील उत्पादन जास्त होते. याशिवाय त्या प्लॉट मध्ये कीड रोगांचे प्रमाण हि कमी होते. ८ किंवा १६ प्रकारची पिकं एकत्रपणे असणाऱ्या प्लॉट मध्ये २१.८% अधिक कर्ब संचित केला. 

जमीनीचे आरोग्य व मुळांची संख्या / घनता:

वरील चित्रामध्ये एक घन फूट मातीच्या थरातील जव (सातू) पिकाच्या मुळांची संख्या मोजली. (अ) चित्रामध्ये जमीन निकृष्ट असून पीक ताणाखाली होते. तिथे, प्रती घन फूट ४६ मुळे होती. (ब) चित्रातील जमीनीमध्ये प्रती घन फूट ४९५ मुळे होती व तिथे पीक वाढ चांगली होती. तर (क) चित्रामध्ये निरोगी शेतामधील मातीमध्ये प्रती घन फूट ८५२ मुळे होती व त्यांची वाढ अतिशय जोमाने होती.

चित्र (अ)

चित्र (ब)

वरील चित्रामध्ये मानवी हस्तक्षेप नसलेल्या कुरणांमध्ये वाढणाऱ्या वनस्पतींची मुळे व ती किती खोल जातात हे दाखवले आहे. चित्र (ब) मध्ये बहुवार्षिक केर्न्झा या गव्हासारख्या गवताची मुळे दाखवली आहेत.

पीक पोषण अन्नद्रव्यांची उपलब्धता हि जमीनीचा सामू, क्षारता, जमीनीचा पोत, हवामान, पाण्याची उपलब्धता, इत्यादी प्रमाणे भिन्न असते. काही वनस्पतींना विशिष्ठ अन्नद्रव्य अधिक प्रमाणात लागतात अथवा नको असतात. ज्या ठिकाणी त्यांना योग्य पाणी, क्षारता, सामू, हवामान उपलब्ध असतो त्याच ठिकाणी ती नैसर्गिक पद्धतीने आढळतात व उत्तम वाढतात.   

वनस्पती मुळांद्वारे जमीनीतील जीवाणूंशी रासायनिक स्वरूपातील संदेशांची देवाण-घेवाण सतत चालू असते. यामुळे वातावरणातील बदल, अन्नद्रव्याची उपलब्धता, कीड-रोगाशी सामना करण्यासाठी जैव-रसायनांची निर्मिती इत्यादी यामुळे घडून येतात. लाखो वर्षाच्या सहजीवनामुळे एकमेकांच्या गरजा पूर्णपणे भागवण्याचे कार्य वनस्पती व जीवाणू करतात. ते एकमेकांशिवाय वाढू शकत नाहीत.त्यामुळे जमीनीमध्ये सूक्ष्म जीव असण्यासाठी कार्यक्षम मुळी असणे देखील महत्वाचे आहे. 

प्रत्येक वनस्पती प्रजातीचे र्‍हायझोस्फियर हे अगदी विशिष्ठ असते. मुळांमधून स्त्रवणार्‍या कर्बोदाकासोबत काही प्रमाणात नत्र हि असते. प्रत्येक पिकाच्या विशिष्ठ गरजा पुरवण्यासाठी र्‍हायझोस्फियर मध्ये कोणत्या जीवाणूंना आकृष्ट करायचे (वाढू द्यायचे / त्यांच्या कडून कोणते कार्य करून घ्यायचे), यानुसार वरील स्रावामधील नत्राच्या प्रकारामध्ये व प्रमाणामध्ये बदल केले जातात.

खाली दिलेल्या तक्त्या मध्ये नऊ पिकांच्या (एकदल व द्विदल) र्‍हायझोस्फियर मध्ये पिकांनी सोडलेल्या स्त्रावाचे नत्रासाठी पृथक्करण केले असता त्यामध्ये खाली दर्शवलेल्या प्रमाणे विविधता दिसून आली. नायट्रेट (%) (निळा रंग), अमिनो ऍसिड (%) (हिरवा रंग), अमाईडस / NH₂ (%) (पिवळा रंग), युरिया सदृश्य नत्र (%) (लाल रंग).

यावरून स्पष्ट होते कि, वनस्पती स्वत:च्या गरजा भागवण्यासाठी जमीनीतील जीवाणूं व इतर सूक्ष्मजीवांशी परस्पर सहजीवन पद्धतीचा वापर करून आवश्यक पीक पोषण अन्नद्रव्ये उपलब्ध करून घेतात तसेच रोग आणि कीड प्रतिकार करण्यासाठी असंख्य प्रकारची जैव रसायने तयार करतात.   

संदर्भ: Jorden Vacheron et al, Frontiers in Plant Science, 2013; 4:356

लेख क्रमांक ४ (भाग १): " जमीनीतील सूक्ष्म जीव " लवकरच प्रकाशित होइल.

सदर लेखमालेतील लेख आवडला असल्यास इतरांना या लेखाची लिंक पुढे पाठवा तसेच या ब्लॉगला फॉलो (Follow) करा. Follow करण्यासाठी https://ecoagroservices.blogspot.com/ या लिंकला जा व पान उघडा. पानाच्या खालच्या उजव्या कोपऱ्यात  या चौकटीवर क्लिक आहे त्यावर क्लिक करा.  नवीन लेख प्रकाशित होताच त्याची सूचना तुम्हाला ई-मेल द्वारे प्राप्त होइल. 

लेखाबाबत काही प्रश्न / सूचना असल्यास आपण ecoagropune@gmail.com या ई-मेलच्या माध्यमातून आम्हाला पाठवू शकता.