मातीतून पीक पोषक अन्नद्रव्ये ग्रहण करण्याची क्रिया (लेख क्रमांक २३)

श्री रवींद्र थत्ते, 

संचालक, 

इको ऍग्रो ग्रुप, पुणे.

मुळांचा आकार लहान असून पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ मोठे असते. काही वनस्पतींची मुळे तंतुमय असून त्यांना प्रचंड प्रमाणात शाखा असतात. त्यामुळे त्यांचे पाणी व अन्नद्रव्य शोषण्याचे पृष्ठभागीय क्षेत्रफळ खूप मोठे असत. सोटमूळ असलेल्या वनस्पती अधिक खोलवर जातात व तेथून पाणी व अन्नद्रव्य घेतात. मुळाच्या पृष्ठभागावर सूक्ष्म केशमुळे असतात ज्यामुळे मुळांचे पृष्ठभागीय क्षेत्रफळ खूप वाढते. मुळांद्वारे अन्नद्रव्य घेण्याची क्रिया हि केशमुळांकडून केली जाते. वनस्पतीकडून जमीनीतील अन्नद्रव्यांचे ग्रहण होण्यासाठी ती आयोनिक स्थितीमध्ये थेट मुळांजवळ उपलब्ध असावी लागतात.  

मुळांमध्ये अन्नद्रव्यांचा प्रवेश हि प्रक्रिया अजून पूर्णतः समजलेली नाही. विविध पद्धतीने, उर्जा न खर्च करता अन्नद्रव्ययुक्त द्रावण मुळांच्या बाह्य त्वचे पर्यंत, येते. मुळांतील काही पेशींच्या भिंत्ती सच्छिद्र असल्यामुळे द्रवरूप अन्नद्रव्ये व मुळांच्या बाहेरील पेशी यांचा संपर्क येतो. (आकृती १).

आकृती १

मुळांच्या अंतरपेशींपासून पुढे झायलेम व इतर पेशी/अवयव मध्ये प्रवेश करण्यासाठी उर्जा खर्च करावी लागते.

पीकांद्वारे जमीनीतील पीक पोषक अन्नद्रव्ये ग्रहण करण्याच्या पद्धती:

अ. निष्क्रीय पद्धत: या पद्धतीमध्ये उर्जा न खर्च करता अन्नद्रव्ये मुळांकडून घेतली जातात.   

मुळांकडे तीन प्रकारे अन्नद्रव्ये पोचवली जातात.

१. मास फ्लो : बाष्पउत्सर्जनसाठी शोषलेल्या पाण्यामध्ये, विद्राव्य असलेली अन्नद्रव्ये जमिनीच्या पोकळ्यांमधून मुळांमध्ये घेतली जातात.

मातीच्या कणांना धरून नसल्यामुळे नायट्रेट, सल्फेट, बोरेट ह्या ऋणभारीत आयनांचे मास फ्लो पद्धतीने परीवहन होते. अर्थातच कोरड्या परिस्थितीत आणि कमी तापमानात मास फ्लो द्वारे होणारे अन्नद्रव्यांचे शोषण कमी असते.

२. डिफ्यूजन / प्रसरण: जी धनभारीत अन्नद्रव्ये मातीच्या कणांना घट्ट बांधलेली असतात (उदा: पालाश, झिंक) तसेच जी कमी प्रमाणात विद्राव्य स्वरुपात आढळतात. (उदा: स्फुरद) यांना डिफ्यूजन या पद्धतीने मुळांकडून घेतले जाते. 

डिफ्यूजन म्हणजे पीक पोषक अन्नद्रव्यांची मुळांच्या पृष्ठभागाच्या दिशेने होणारी वाटचाल. हि  वाटचाल जास्त तीव्रतेच्या भागाकडून (चिकणमातीच्या कणांकडून) कमी तीव्रतेच्या (मुळांचा पृष्ठभागाकडे) फार तर १ सेंटीमीटर अंतरापर्यंत होते. समतोलपणा साधल्यानंतर प्रसरण प्रक्रिया बंद होते. त्यामुळे हि क्रिया जमीनीची स्थिती, अन्नद्रव्यांची तीव्रता व मुळांची वाढ या घटकांवर अवलंबून आहे. मार्शनर व रेंगल (२०१२) यांच्यानुसार साधारण जमिनीमध्ये डिफ्यूजन पद्धतीने नायट्रेट ३ मिलीमीटर, पालाश १ मिलीमीटर आणि स्फुरद ०.१ मिलीमीटर प्रती दिन एवढ्या प्रमाणात प्रवास करतात.

३. रूट इंटरसेप्शन (वाढणाऱ्या मुळीला जमीनीतील अन्नद्रव्ये सापडणे):

तिसरी पद्धत म्हणजे जमीनीमध्ये जेथे अन्नद्रव्ये आहेत तिथे पोचून अन्नद्रव्ये उचलणे. जेमतेम १% अन्नद्रव्यांची उचल या पद्धतीने होते कारण जमीनीच्या घनफळाच्या तुलनेत मुळांचे घनफळ खूप कमी असतो व तीन आयामांमध्ये (3D) मुळाने अन्नद्रव्याची उपलब्धता शोधून त्या दिशेने वाढणे सोपे नाही. मायकोरायझा या बुरशीने वनस्पतींच्या मुळांशी सहयोगी संबंध  प्रस्थापित केले, तर वनस्पतीला ७०० पट अधिक क्षेत्रफळातून अन्नद्रव्यांची (विशेषतः स्फुरद) उचल करता येते.

धन आयन विनिमय: चिकण मातीचे कण ऋण भारीत असल्यामुळे धन भारीत आयन जसे पोटॅशियम (K⁺), कॅल्शियम (Ca⁺²), मॅग्नेशियम (Mg⁺²) अथवा अमोनियम (NH₄⁺) हे त्याला चिकटून बसतात. विनिमय पद्धतीनेच त्यांची अदलाबदल होते. जमीनीमध्ये कर्ब वायू व आर्द्रतेमुळे कर्बोनिक ॲसिडची निर्मिती केली जाते व त्यापासुन (H⁺) मुक्त केला जातो. मुळांकडून हायड्रोजन (H⁺) हा धन-आयन चिकण मातीला देऊन, त्याबदल्यात दुसरे धन भारीत आयन घेतले जातात. (आकृती २) 

आकृती २

(CEC बाबत अधिक माहितीसाठी लेख क्रमांक ११ "धन आयन विनिमय क्षमता (CEC)" पाहावा).    

पीक वाढीच्या अवस्थेत वरील तिन्ही प्रक्रिया एकाच वेळेला चालू असतात.

तक्ता क्रमांक १: कोणती अन्नद्रव्ये, कोणत्या पद्धतीने पीकाकडून स्वीकारली जातात हे खालील तक्त्यामध्ये दाखवले आहे.  

पीक पोषक अन्नद्रव्य	रूट इंटरसेप्शन	मास फ्लो	डिफ्यूजन
नत्र	-	X	-
फॉस्फरस	-	-	X
पोटॅशियम	-	X	X
कॅल्शियम	X	X	-
मॅग्नेशियम	X	X	-
सल्फर	-	X	X
बोरॉन	-	X	-
तांबे	-	X	-
लोह	X	X	X
मॅंगनीज	X	X	-
झिंक	X	X	X
मोलिब्डेनम	-	X	-

तक्ता क्रमांक २: मातीतील द्रावणातून मक्याच्या मुळांना पुरवठा होणाऱ्या अन्नद्रव्यांची टक्केवारी/प्रमाण.

पीक पोषक अन्नद्रव्य	रूट इंटरसेप्शन	मास फ्लो	डिफ्यूजन
नत्र	१	८०	१९
फॉस्फरस	२	५	९३
पोटॅशियम	२	१८	८०
कॅल्शियम	१५०*	३७५*	०
मॅग्नेशियम	३३	६००*	०
सल्फर	५	३००*	२

^*याचा अर्थ हि अन्नद्रव्ये भरपूर प्रमाणात मुळापाशी आणली जातात, पण ती उचलली जात नाहीत.

ब. सक्रीय पद्धत: या पद्धतीमध्ये मुळाच्या पेशींमधून झायलेम व फ्लोयम मधून विविध भागांना पुरवठा हा सक्रीय पद्धतीने होतो.

पेशीच्या पटलामधून अन्नद्रव्ये जाऊ शकत नाहीत. मुळांच्या पेशींमधून वनस्पतीच्या विविध भागामध्ये जाण्यासाठी विशिष्ट प्रथिनांचा ट्रान्सपोर्टर म्हणून वापर केला जातो. विविध अन्नद्र्व्यांसाठी विविध ट्रान्सपोर्टर वापरावे लागतात. ट्रान्सपोर्टर सोबत पेशींमध्ये प्रवेश करताना तीव्रतेच्या चढावाविरुद्धही जाऊ शकते.

ही सक्रीय पद्धत निवड करणारी असून, फक्त ज्या अन्नद्रव्यांची गरज आहे त्यासाठीच उर्जा खर्च केली जाते. अन्नद्रव्यांची उचल हि त्यांच्या जमीनीतील उपलब्धतेच्या प्रमाणावर अवलंबून नसल्यामुळे जमिनीमध्ये मोठ्या प्रमाणात आढळणाऱ्या कॅल्शियम (Ca⁺²), मॅग्नेशियम (Mg⁺²), गंधक (S) यांचा मुळाच्या कक्षेमध्ये साठा होतो.

अन्नद्रव्यांची उचल प्रक्रियेतील महत्वाच्या बाबी:  

• मुळांची वाढ हि अन्नद्रव्य ग्रहण करण्याचा मुख्य मार्ग आहे. वनस्पती अन्नद्रव्यांचा पुरवठा व मागणी यामध्ये क्रियाशील समतोल साधून, त्याप्रमाणे वाढीसाठी आवश्यक अन्नद्रव्यांची उचल करते.   
• अन्नद्रव्य ग्रहण करण्यासाठी, जास्त अन्नद्रव्य असणाऱ्या भागात मुळांचा विस्तार असणे महत्वाचे असते. जमिनीच्या क्षेत्रफळातील नवीन भागांमधून वाढणारी मुळे अन्नद्रव्ये घेतात. वाढणाऱ्या मुळीमुळे नवीन वाढीव पृष्ठभागीय क्षेत्रफळ उपलब्ध होते जे मास फ्लो व डीफ्युजन साठी उपयोगी असते.
• अन्नद्रव्यांचे ग्रहण खालील बाबींवर अवलंबून असते: जमिनीची अन्नद्रव्य पुरवठा करण्याची गती, मुळीची लांबी आणि मुळीची प्रती मिलीमिटर सक्रियता.
• अन्नद्र्व्य ग्रहण करण्याच्या प्रक्रियेत ३०-५०% उर्जा (कर्ब) खर्च होते. मुळांवाटे निघणाऱ्या स्त्रावावाटे अन्नद्रव्य डीफ्युजन क्रियेने उत्सर्जित केली जातात.   
• वनस्पती विविध स्वरूपात नत्र घेऊ शकतात. सेंद्रिय नत्र - अमिनो आम्ल ग्रहण करण्यासाठी कमी उर्जा खर्च होते व ते प्रथिनांच्या निर्मितीसाठी वापरले जाते. या तुलनेमध्ये अमोनिया साठी जास्त उर्जा खर्च करावी लागते. तर नायट्रेट साठी सर्वाधिक उर्जा खर्च होते. नायट्रेटचे अमोनियामध्ये रूपांतरण होताना OH^- आयन बाहेर टाकला जातो, त्यामुळे जमिनीच्या सामुत वाढ होते. धन अयानांची उचल करताना H⁺ आयन मुळांद्वारे सोडले जातात त्यामुळे सामू कमी होतो तर ऋण अयानांची उचल करताना OH^- आयन मुळांद्वारे सोडले जातात त्यामुळे सामू वाढतो.
• मुळांद्वारे होणारा स्त्राव, जमिनीतील विघटन प्रक्रियेस चालना देतो, हा स्त्राव सूक्ष्म जीवांसाठी अन्नाचा स्त्रोत असतो. 

अमेरिकेतील पर्ड्यू विद्यापीठामध्ये मुळांची व पिकांची वाढ कशी होते यावर डॉ. डेव्ह मेन्जेल, यांनी १९९५ मध्ये मका पिकावर संशोधन केले. ते फारच उद्बोधक आहे. त्यामध्ये असे दिसून आले कि पेरणीच्या वेळी एकरी ६.३५ किलो वजनाचे (शुष्क वजन) बियाणे पेरले होते, ते ३-४ पान अवस्थेमध्ये (३ आठवड्यांनी) १३.१८ किलो (शुष्क वजन) होऊन त्याने ४१० ग्रॅम नत्र, ७० ग्रॅम स्फुरद, ३६० ग्रॅम पालाश घेतले होते. मात्र या २१,७०० रोपांना, ८६ किलोमीटर लांबीची मुळे वाढली होती.  

पुढील ५० दिवसांमध्ये (म्हणजे ७१ व्या दिवशी) शाखीय  वाढ पूर्ण झाली त्यावेळेला, चाऱ्याचे वजन ४०९० किलो/एकर भरले. मात्र १ फूट खोल मुळांचा विस्तार ५१,००० किलोमीटर इतका होता. कठीण थर ३ फूट खोलीवर होता, तिथ पर्यंत मुळांची वाढ झाली. 

७१ दिवसानंतर मक्याची शाखीय वाढ पूर्ण होऊन, तुऱ्यातून पुंकेसर बाहेर पडू लागले त्यावेळेला, मक्याने त्याच्या एकूण मुख्य अन्नद्रव्याच्या गरजेपैकी ७३% नत्र, ७४% स्फुरद, ८५% पालाश घेतले होते. पुढील २० दिवस (७१ ते ९३ व्या दिवशी) कणसाची वाढ होत असताना, अन्नद्रव्यांची उचल कमी झाली वा शुष्क पदार्थांची निर्मिती पण कमी झाली.     

परागीकरणानंतर २ ते ५ आठवड्यामध्ये (दाणे भरत असताना) उर्वरित अन्नद्रव्यांची उचल केली गेली. याच वेळेला वार्धक्याने मुळे मरू लागली व मुळांचा विस्तार कमी झाला. सर्वाधिक ६१,००० किलोमीटर/एकर विस्तारावरून तो ३३,००० किलोमीटर/एकर इतका कमी झाला. मक्याची खालची पाने पण मरू लागली. पिकाने प्रकाशसंश्लेषणाद्वारे तयार केलेले कर्बोदके दाणे भरण्यासाठीच वापरली गेली. पोषक अन्नद्रव्यांची उचल थांबली.

५ किलो बियाणांपासून पेरणीनंतर १२० दिवसांनी एकूण ९४५५ किलो शुष्क पदार्थची निर्मिती झाली होती (मुळे, चारा, व दाण्यासकट.) एकूण शुष्क पदार्थांपैकी ४६% हा दाण्यांमध्ये (४३८६ किलो दाणे) होता.

तक्ता क्रमांक ३: वाढीच्या विविध अवस्थेत मका पीकाचे जमिनीवरील शुष्क भागाचे वजन, मुळांची लांबी, आणि प्राथमिक अन्नद्रव्यांचे प्रमाण. (संदर्भ: डॉ. डेव्ह मेन्जेल)

तक्ता क्रमांक ४: प्रती किलोमीटर मुळीद्वारे प्रती दिवस अन्नद्रव्यांची होणारी उचल - किलो/किलोमीटर/दिवस (संदर्भ: डॉ. डेव्ह मेन्जेल)

पेरणीनंतरचे दिवस	वाढीची अवस्था	नत्र (किलो/किमी/दिवस)	स्फुरद (किलो/किमी/दिवस)	पालाश (किलो/किमी/दिवस)
२१	४ पाने	८ x १०-४	१.६ x १०-४	१.१ x १०-३
३२	९ पाने	४.५ x १०-४	३.२ x १०-५	४.५ x १०-४
४९	मक्याची खांद्यापर्यंत वाढ	४.७ x १०-४	५.१ x १०-५	५.९ x १०-४
७१	नर फुल (पुंकेसर)	१.१ x १०-४	२.१x १०-५	१.२ x १०-४
७९	मादी फुल (स्त्रीकेसर)	४.९ x १०-५	४ x १०-५	०
९३	दुधाळ अवस्था	३.८ x १०-६	७.३ x १०-६	०
११३	दाण्यावर खाच तयार होणे	८ x १०-५	२.५ x १०-६	०
१३२	कणीस तयार होणे (दाणे पक्व होणे)	०	०	०

या अभ्यासांमध्ये बियाणांचा वाण, हवामान, जमिनीचा घट्टपणा व उपलब्ध खतांनी मुळांच्या वाढीवरती परिणाम होतो असे दिसून आले.

निष्कर्ष:

• सर्वाधिक शाखीय वाढ असणाऱ्या कालावधीमध्ये, वनस्पती त्यांना आवश्यक असणारी अन्नद्रव्ये घेतात व धान्य तयार होणाच्या अथवा पुनरुत्पादनच्या वेळेला ह्या अन्नद्रव्यांचे स्थानांतर करतात.    
• वाढीच्या कालावधीमध्ये मुळांकडून उचलल्या जाणाऱ्या अन्नद्रव्याच्या प्रमाणामध्ये खूप बदल होतो. सुरुवातीच्या अवस्थेमध्ये जेव्हा मुळांचा विस्तार खूप लहान असतो त्यावेळेला अन्नद्रव्याची उचल हि कमी असते परंतु मुळांच्या लांबीच्या विस्ताराच्या तुलनेत (किलोमीटर/एकर) हि उचल भरपूर असते. प्रती एकर अन्नद्रव्यांची उचल हि ४ पाने अवस्थेपासून ते परागीकरणापर्यंत उच्च राहते व त्यांनतर कमी होते.
• मोठ्या प्रमाणात शाखीय वाढ होत असताना अन्नद्रव्यांचे उचल करणाऱ्या मुळांची संख्या व विस्तार देखील खूप मोठ्या प्रमाणावर होतो. (तक्ता क्रमांक ३ व ४ पाहावा). म्हणूनच रोपापासून योग्य अंतर व खोलीवरती रासायनिक खतांचा वापर फार महत्वाचा असतो. जेव्हा मुळयांचा विस्तार वाढलेला असतो (२ ऱ्या महिन्यामध्ये) अशा वेळेला अन्नद्रव्याची उचल करण्यामध्ये अडथळा निर्माण करणाऱ्या काही बाबी उद्भवल्या - जसे जमिनीचा घट्टपणा, थंड वातावरण, अथवा जास्त पाणी, तरी मुळांद्वारे अन्नद्रव्यांची उचल होऊन योग्य वाढ साधता येते.   
• पाण्याची उपलब्धता व तापमान यांचा मुळांच्या वाढीवरती परिणाम होतो. उच्च तापमान व पाण्याची कमतरता असताना मुळांची खोलवर वाढ होते तर साधारण तापमान व योग्य प्रमाणात आर्द्रता उपलब्ध असताना मुळांची वाढ वरील 3 इंचापासून ९ इंचापर्यंत समप्रमाणात होते.
• मुळांची उत्तम वाढ होण्यासाठी मुळांच्या कक्षेमध्ये प्राणवायू व कमी तापमान असावे लागते.

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.