नत्र (Nitrogen) पिकांचे सर्वात महत्त्वाचे अन्नद्रव्य, पिकांच्या शाकीय वाढीचा शक्तिमान

शेती हे निसर्ग आणि मानवी गरज यांच्यातील नाजूक आणि महत्वाचा धागा आहे. बी रुजून धान्य, फळे आणि भाज्या तयार होण्यासाठी पिकांना सूर्यप्रकाश, पाणी, हवा आणि मातीतून मिळणारी अनेक अन्नद्रव्ये लागतात. या सर्वांमध्ये नत्र (Nitrogen) हे असे अन्नद्रव्य आहे की त्याच्या कमतरतेमुळे पिकाची वाढ थांबते, तर अतिरेकामुळे मातीला गंभीर हानी पोहोचते.

यातील महत्वाचा भाग असा की पृथ्वीच्या वातावरणात सुमारे ७८ टक्के भाग नत्र वायू स्वरूपात आहे, तरीही बहुतेक वनस्पती हा वायू स्वरूपातील नत्र थेट वापरू शकत नाहीत. त्यांना नत्र हे विशिष्ट रासायनिक स्वरूपात लागते, आणि ते स्वरूप तयार करण्यासाठी निसर्गात गुंतागुंतीची आणि प्रक्रिया घडते. ही प्रक्रिया समजून घेतल्याशिवाय नत्र खतांचा योग्य वापर, उत्पादनवाढ आणि पर्यावरण संरक्षण साधणे कठीण आहे. तर या लेखात नत्राच्या रसायनशास्त्रापासून शेतातील व्यवस्थापनापर्यंत सविस्तर व शास्त्रशुद्ध माहिती देतोय.

नत्र या मूलद्रव्याची ओळख

नत्र हे आवर्तसारणीतील सातव्या अणुक्रमांकाचे मूलद्रव्य आहे. सामान्य तापमान व दाबाला ते रंगहीन, गंधहीन वायू असते आणि निसर्गात प्रामुख्याने N₂ या द्विअणुक स्वरूपात आढळते. यात दोन नत्र अणू तिहेरी सहसंयुजी बंधाने (N≡N) जोडलेले असतात. हा बंध तोडण्यासाठी सुमारे ९४५ किलोज्यूल प्रति मोल इतकी ऊर्जा लागते, म्हणून N₂ रासायनिकदृष्ट्या तुलनेने निष्क्रिय असतो.

ही निष्क्रियता वनस्पतींसाठी मोठी अडचण आहे. त्यांना नत्र अमोनियम (NH₄⁺) किंवा नायट्रेट (NO₃⁻) अशा स्थिर आयनांच्या स्वरूपात लागतो. नत्राच्या ऑक्सिडेशन अवस्थांची श्रेणी −३ ते +५ इतकी विस्तृत आहे. त्यामुळे ते अनेक जैविक व रासायनिक अभिक्रियांत सहभागी होऊ शकते, आणि म्हणूनच प्रथिने, न्यूक्लिइक आम्ले व एन्झाइम्सच्या रचनेत ते केंद्रस्थानी असते.

वनस्पतींच्या शरीरातील नत्राची भूमिका

वनस्पतींच्या कोरड्या वजनात नत्राचे प्रमाण साधारणपणे एक ते चार टक्के असते. हे प्रमाण कमी वाटले तरी ते अत्यंत मोलाचे आहे. नत्र अमिनो आम्लांमध्ये असतो, आणि अमिनो आम्लांच्या साखळ्यांपासून प्रथिने बनतात. प्रथिनांचे प्रमाण काढण्यासाठी सामान्यतः नत्राच्या टक्केवारीला ६.२५ ने गुणतात (गव्हासाठी हा गुणक ५.७ घेतात). पेशीतील चयापचय क्रिया घडवून आणणारे एन्झाइम्सही प्रथिनेच असतात. प्रकाशसंश्लेषणाचे केंद्र असलेले रुबिस्को (RuBisCO) हे पृथ्वीवरील सर्वात मुबलक प्रथिनांपैकी एक आहे, आणि पानांतील नत्राचा मोठा हिस्सा त्यात गुंतलेला असतो.

हरितद्रव्याच्या (क्लोरोफिल) रेणूमधील वलयात चार नत्र अणू असतात, ज्यांच्या मध्यभागी मॅग्नेशियम बसलेला असतो. त्यामुळे नत्राच्या कमतरतेत क्लोरोफिलचे संश्लेषण मंदावते आणि पाने फिकट होतात. याशिवाय डीएनए व आरएनएचे प्युरिन आणि पिरिमिडीन बेस्स, ऊर्जेचे चलन असलेले ATP, तसेच सायटोकायनिनसारखे वनस्पती-संप्रेरक नायट्रोजनयुक्त आहेत. पेशी-विभाजन, वाढ, ऊर्जा निर्मिती आणि आनुवंशिक माहितीचे वहन यांचा पाया नत्र आहे.

वनस्पती नत्र कसे शोषतात आणि वापरतात

मुळे प्रामुख्याने नायट्रेट आणि अमोनियम हे दोन अजैविक स्वरूप शोषतात. चांगल्या वायुवीजनाच्या मातीत नायट्रेट हा प्रमुख स्रोत असतो. नायट्रेटचे शोषण ऊर्जा खर्चून होते, कारण मुळांच्या पेशीपटलावर NRT1 व NRT2 सारखी वाहतूक-प्रथिने कार्य करतात.

शोषलेला नायट्रेट प्रथम नायट्रेट रिडक्टेज या एन्झाइमामुळे नायट्राइटमध्ये बदलतो. या एन्झाइमाला मॉलिब्डेनम हा सूक्ष्म अन्नद्रव्य आवश्यक असतो. त्यानंतर नायट्राइट रिडक्टेज नायट्राइटचे अमोनियमात रूपांतर करते. ही क्रिया हरितलवकात (क्लोरोप्लास्ट) किंवा मुळांच्या प्लास्टिड्समध्ये होते आणि त्यासाठी लोह आवश्यक असते. शेवटी अमोनियम GS–GOGAT चक्राद्वारे ग्लुटामेट व ग्लुटामाइन या अमिनो आम्लांत समाविष्ट होतो. अतिरिक्त नायट्रेट पेशींच्या रिक्तिकेत (vacuole) साठवला जातो आणि गरजेनुसार वापरला जातो.

नत्र फ्लोएम वाहिनीतून सहज पुनर्वितरित होतो. नत्र कमी पडले की वनस्पती जुन्या पानांतील नत्र नव्या, वाढणाऱ्या भागांकडे हलवते. यामुळेच नत्राची कमतरता प्रथम जुन्या पानांवर दिसते. कॅल्शियमसारखे घटक फ्लोएममधून फारसे हलत नाहीत, म्हणून त्यांची कमतरता नव्या पानांवर दिसते. हे तत्त्व लक्षणांचे निदान करताना फार उपयोगी ठरते.

नत्रचे चक्र आणि पृथ्वीवरील नत्राचा प्रवास

नत्र चक्र ही वातावरण, माती, पाणी, वनस्पती आणि प्राणी यांच्यातील सतत चालणारी जैव-रासायनिक साखळी आहे. पहिला टप्पा स्थिरीकरणाचा आहे. विजांच्या प्रचंड उष्णतेत हवेतील नत्र व ऑक्सिजन एकत्र येऊन नायट्रिक ऑक्साइड तयार होतो, जो पावसाच्या पाण्यात मिसळून नायट्रेट म्हणून जमिनीत पोहोचतो. जैविक स्थिरीकरण सूक्ष्मजीव करतात, आणि औद्योगिक स्थिरीकरण हेबर-बॉश प्रक्रियेने होते.

दुसरा टप्पा अमोनीकरणाचा (ammonification) आहे. वनस्पती व प्राण्यांचे अवशेष, शेणखत आणि मूत्र यांतील सेंद्रिय नत्र जिवाणू व बुरशींकडून विघटित होऊन अमोनियमात रूपांतरित होतो. तिसरा टप्पा नायट्रीकरणाचा (nitrification) आहे. Nitrosomonas सारखे जिवाणू अमोनियमचे नायट्राइट करतात, आणि Nitrobacter किंवा Nitrospira नायट्राइटचे नायट्रेट करतात. या क्रियेत H⁺ मुक्त होत असल्याने नायट्रीकरण मातीच्या pH वर परिणाम करते. चौथा टप्पा वनस्पतींकडून नत्राचे आत्मसात होणे (assimilation) आहे.

शेवटचा टप्पा विनायट्रीकरणाचा (denitrification) आहे. पाणी साचलेल्या, ऑक्सिजनविरहित मातीत जिवाणू नायट्रेटचा श्वसनासाठी वापर करतात आणि नत्र वायू (N₂) व नायट्रस ऑक्साइड (N₂O) सोडतात. यामुळे नत्र पुन्हा वातावरणात परततो. चक्रातून नत्र बाहेर पडण्याचे दोन प्रमुख मार्ग म्हणजे निक्षालन (leaching) आणि अमोनिया बाष्पीभवन. नायट्रेट ऋण आयन असल्याने मातीच्या ऋणभारित कणांवर टिकत नाही आणि पाण्यासोबत खोल थरांत किंवा भूजलात झिरपतो. पृष्ठभागावर दिलेल्या युरियातील अमोनिया, विशेषतः अल्कधर्मी मातीत, हवेत उडून जातो.

जैविक Nitrogen स्थिरीकरण आणि निसर्गाचा खत-कारखाना

पृथ्वीवरील नत्र उपलब्धतेची सर्वात मोठी नैसर्गिक यंत्रणा म्हणजे जैविक स्थिरीकरण. हे कार्य काही सूक्ष्मजीव नायट्रोजनेज (nitrogenase) या एन्झाइम संकुलाच्या साहाय्याने करतात. ही अभिक्रिया प्रचंड ऊर्जा खर्चिक आहे, कारण एका N₂ रेणूच्या रूपांतरणासाठी सुमारे सोळा ATP रेणू लागतात. नायट्रोजनेजला ऑक्सिजन अत्यंत हानिकारक आहे. त्यावर निसर्गाने उपाय शोधला आहे: गाठींमध्ये लेगहिमोग्लोबिन हे प्रथिन असते, जे ऑक्सिजनची पातळी कमी ठेवते. याच कारणामुळे सक्रिय गाठी आतून गुलाबी दिसतात.

सर्वात परिचित प्रकार सहजीवी स्थिरीकरणाचा आहे. सोयाबीन, हरभरा, तूर, मूग, उडीद, मटार, मसूर आणि भुईमूग या शेंगवर्गीय पिकांच्या मुळांवर रायझोबियम जिवाणूंमुळे गाठी तयार होतात. जिवाणू मुळाच्या केसांतून आत शिरतात, पेशीविभाजन होऊन गाठ बनते, आणि गाठीतील जिवाणू नत्र स्थिर करतात. त्या बदल्यात यजमान वनस्पती जिवाणूंना कर्बोदके पुरवते. ही परस्परहितकारी भागीदारी आहे.

मुक्तजीवी जिवाणू मातीत स्वतंत्रपणे नत्र स्थिर करतात, जसे की अझोटोबॅक्टर व क्लॉस्ट्रिडियम. अझोस्पिरिलम गवतवर्गीय पिकांच्या मुळांजवळ सहकार्यात्मक स्थिरीकरण करते. भातशेतीत निळे-हरित शैवाल (सायनोबॅक्टेरिया), उदाहरणार्थ अ‍ॅनाबीना, महत्त्वाचे असून त्याचे अझोला या तरंगत्या फर्नसोबत सहजीवन आहे. अल्डर आणि कॅसुरिना यांसारख्या काही झाडांत फ्रँकिया नावाचा जिवाणू गाठी तयार करतो.

स्थिर झालेला नत्र शेतात किती उपलब्ध होईल, हे माती, pH, तापमान, पाणी, फॉस्फरस व मॉलिब्डेनम यांवर अवलंबून असते. शिवाय शेंगांच्या कापणीने नत्राचा मोठा भाग शेताबाहेर जातो. त्यामुळे शेंगवर्गीय पिके मातीला नत्र देतात, पण सर्व नत्र परत करतात असे नाही.

औद्योगिक स्थिरीकरण हेबर-बॉश प्रक्रिया

विसाव्या शतकाच्या सुरुवातीला नैसर्गिक Nitrogen चे स्रोत, जसे की चिलीमधील नायट्रेट खनिजे आणि शेणखत, वाढत्या लोकसंख्येसाठी अपुरे पडू लागले. जर्मन रसायनशास्त्रज्ञ फ्रिट्झ हेबर आणि कार्ल बॉश यांनी हवेतील N₂ पासून अमोनिया औद्योगिक स्तरावर तयार करण्याची पद्धत विकसित केली. यासाठी हेबर यांना १९१८ चे, तर बॉश यांना १९३१ चे रसायनशास्त्रातील नोबेल पारितोषिक मिळाले.

अभिक्रिया N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ अशी आहे. ती सुमारे ४००–५०० अंश सेल्सिअस तापमानात, १५० ते ३०० वातावरण दाबात आणि लोह-आधारित उत्प्रेरकावर घडते. सर्व वायू एका फेरीत अमोनियात रूपांतरित होत नाहीत, म्हणून उरलेले वायू पुन्हा फिरवले जातात. हायड्रोजनसाठी सामान्यतः नैसर्गिक वायू वापरला जातो, त्यामुळे ही प्रक्रिया ऊर्जा-केंद्रित आहे. अंदाजानुसार जागतिक ऊर्जा वापराच्या एक ते दोन टक्के वाटा या प्रक्रियेचा आहे.

तरीही तिचा परिणाम अभूतपूर्व आहे. अनेक संशोधकांच्या मते आजच्या जागतिक अन्न उत्पादनाचा सुमारे निम्मा भाग कृत्रिम नत्र खतांवर अवलंबून आहे. ही आकडेवारी अंदाजांवर आधारित असली, तरी त्यातून या प्रक्रियेचे महत्त्व स्पष्ट होते.

नत्राची कमतरता आणि लक्षणे, कारणे आणि निदान

नत्राची कमतरता ही जगभरातील शेतांत सर्वाधिक आढळणाऱ्या पोषण समस्यांपैकी एक आहे. तिची मुख्य लक्षणे म्हणजे वाढ मंदावणे, खोड बारीक होणे, फुटवे कमी येणे आणि पाने फिकट हिरवी किंवा पिवळसर होणे. पिवळेपण सामान्यतः जुन्या पानांपासून सुरू होते. मक्यासारख्या पिकांत ते पानाच्या टोकापासून मध्यशिरेकडे V-आकारात दिसते. धान्य भरण्याच्या काळात कमतरता तीव्र असल्यास उत्पादन आणि धान्यातील प्रथिनांचे प्रमाण घटते.

कारणे अनेक आहेत. हलक्या, वालुकामय किंवा सेंद्रिय कर्ब कमी असलेल्या मातीत नत्र लवकर वाहून जातो. अतिपाऊस किंवा अतिसिंचनामुळे निक्षालन वाढते. पाणी साचलेल्या जमिनीत विनायट्रीकरणामुळे नत्र हरवतो. सतत एकाच प्रकारची धान्य पिके घेणे आणि पेंढा जाळण्याची सवय नत्राचा साठा वेगाने संपवतात.

निदानासाठी केवळ दृश्य लक्षणे पुरेशी नाहीत. गंधकाच्या कमतरतेमुळेही पाने पिवळी होतात, पण गंधकाची लक्षणे प्रथम नव्या पानांवर दिसतात, कारण गंधक फ्लोएममधून हलत नाही. लोह, मॅग्नेशियम व झिंकच्या कमतरतेची नमुनेदार रचनाही वेगळी असते. पानांच्या ऊतींचे प्रयोगशाळेतील विश्लेषण, SPAD क्लोरोफिल मीटर आणि पानांचा रंग दर्शक पट्टी (LCC) यांचा एकत्रित वापर अधिक विश्वासार्ह निष्कर्ष देतो.

नत्राचा अतिरेक व आर्थिक तोटा आणि पर्यावरणीय धोका

कमतरतेइतकाच अतिरेकही घातक आहे. उत्पादन-प्रतिसादाचा घटता परतावा नियम सांगतो की नत्र वाढवत गेल्यास सुरुवातीला उत्पादन वाढते, पण एका बिंदूनंतर वाढ मंदावते आणि नंतर उत्पादन घटू शकते. म्हणजेच जास्त नत्र नेहमी जास्त उत्पादन देत नाही.

अतिरेकाची लक्षणे म्हणजे पाने गडद हिरवी व जाड होणे, वाढ अवाजवी होणे, फुलोरा व परिपक्वता उशिरा येणे, आणि खोड कमकुवत होऊन पीक लोळणे. नत्रामुळे पेशींच्या भिंती पातळ राहतात व सिलिका आणि लिग्निनसारखे संरचनात्मक घटक कमी तयार होतात. परिणामी पिके रोग व किडींना अधिक बळी पडतात, आणि मावा व तुडतुड्यांसारख्या रस शोषणाऱ्या किडींचा प्रादुर्भाव वाढतो.

पालेभाज्यांमध्ये अतिरेकामुळे नायट्रेट साचू शकते, आणि त्याचे अतिसेवन आरोग्यासाठी धोकादायक ठरू शकते. बियाण्याजवळ किंवा अतिप्रमाणात युरिया दिल्यास मुळांना क्षारजन्य इजा होते. आर्थिकदृष्ट्याही अतिरेक म्हणजे अपव्यय आहे, कारण न शोषलेला नत्र मातीत किंवा पाण्यात वाया जातो.

नत्र खतांचे प्रकार आणि त्यांचे वर्तन

खत निवडताना त्यातील नत्र कोणत्या स्वरूपात आहे, हे महत्त्वाचे असते. अमोनियम धन आयन असल्याने मातीच्या ऋण कणांवर चिकटून राहतो. नायट्रेट वेगाने उपलब्ध होतो, पण सहज वाहून जातो. युरिया हा अमाइड प्रकार आहे. मातीतील युरिएज एन्झाइम त्याचे जलविच्छेदन करून अमोनिया व कार्बन डायऑक्साइड तयार करते. त्यामुळे पृष्ठभागावर दिलेल्या युरियात बाष्पीभवनाचा धोका अधिक असतो.

भारतात सर्वाधिक वापरले जाणारे नत्र खत युरिया आहे, ज्यात सुमारे ४६ टक्के नत्र असते. खालील तक्त्यात काही प्रमुख स्रोतांतील अंदाजे नत्र प्रमाण दिले आहे:

नत्र व्यवस्थापनाची शास्त्रीय तत्त्वे

शाश्वत नत्र व्यवस्थापनाचा आधार “4R” तत्त्व आहे: योग्य स्रोत, योग्य प्रमाण, योग्य वेळ आणि योग्य जागा. हे चार निकष एकत्र पाळल्यास नत्राची कार्यक्षमता वाढते.

योग्य प्रमाणासाठी माती परीक्षण हे पहिले पाऊल आहे, पण नत्रासाठी ते पूर्ण उत्तर देत नाही, कारण मातीतील नत्र सतत बदलत असतो. म्हणून शिफारशी सेंद्रिय कर्ब, मागील पीक, अपेक्षित उत्पादन आणि पिकाचा प्रतिसाद लक्षात घेऊन ठरवल्या जातात. भारत सरकारची मृदा आरोग्य पत्रिका योजना शेतकऱ्यांना पोषक घटकांची माहिती देण्याचा प्रयत्न करते. पानांचा रंग दर्शक पट्टी (LCC) भातासारख्या पिकांसाठी लोकप्रिय, स्वस्त साधन आहे. SPAD मीटर पानातील क्लोरोफिलचा सापेक्ष निर्देशांक विनाहानी मोजते. उपग्रह व ड्रोन प्रतिमांवरील हिरवेपणाचा निर्देशांक (NDVI) मोठ्या क्षेत्रातील नत्र स्थिती सांगू शकतो.

योग्य वेळेसाठी पिकाचा नत्र शोषण वक्र (uptake curve) समजावा लागतो. बहुतेक पिकांचे शोषण सुरुवातीला मंद, मध्य वाढीच्या टप्प्यात वेगवान आणि शेवटी पुन्हा मंद होते. म्हणून खत विभागून देणे (split application) शास्त्रीय आहे. गहू व मक्यात एक भाग पेरणीवेळी आणि उर्वरित भाग वाढीच्या टप्प्यांवर दिल्यास निक्षालन व बाष्पीभवनाचे नुकसान कमी होते.

योग्य जागेसाठी खत देण्याची पद्धत महत्त्वाची आहे. पृष्ठभागावर फेकणे सोपे, पण युरियासाठी नुकसानकारक ठरू शकते. खत मातीत मिसळणे किंवा ओळींमध्ये चरांत (band placement) देणे नुकसान कमी करते. भातात युरिया सुपर ग्रॅन्यूल्स (USG) खोलवर ठेवण्याची पद्धत (deep placement) विकसित झाली आहे. ठिबक सिंचनातून विद्राव्य खते देणे (फर्टिगेशन) ही सर्वात कार्यक्षम पद्धतींपैकी एक आहे, कारण ती मुळांच्या क्षेत्रात आणि गरजेनुसार पोहोचते.

विशेष खतेही उपलब्ध आहेत. निंबोळी लेपित युरिया युरियाचे जलद रूपांतर मंदावतो आणि नायट्रीकरण काही प्रमाणात कमी करतो, त्यामुळे भारतात तो व्यापकपणे मिळतो. गंधक-लेपित युरिया नत्र हळूहळू सोडतो. DCD किंवा नायट्रापायरिनसारखे नायट्रीकरण रोधक वापरल्यास निक्षालन व विनायट्रीकरण कमी होते, पण त्यांचा खर्च जास्त असतो, त्यामुळे प्रत्येक शेतीव्यवस्थेत ते आर्थिकदृष्ट्या व्यवहार्य ठरतातच असे नाही.

सेंद्रिय व जैविक स्रोतांचा शास्त्रीय वापर

रासायनिक खतांसोबत सेंद्रिय पदार्थ वापरणे हा नत्र व्यवस्थापनाचा कणा आहे. शेणखत, कंपोस्ट, गांडूळ खत आणि पेंड यांतील नत्र सूक्ष्मजीवांकडून टप्प्याटप्प्याने मुक्त होतो, त्यामुळे तो अधिक काळ मातीत टिकतो. सेंद्रिय पदार्थ जलधारण क्षमता आणि कॅटायन विनिमय क्षमता वाढवतात.

येथे कर्ब-नत्र गुणोत्तर (C:N ratio) समजणे महत्त्वाचे आहे. सूक्ष्मजीवांना कर्बापासून ऊर्जा आणि नत्रापासून प्रथिने हवी असतात. गव्हाच्या किंवा भाताच्या पेंढ्यासारख्या कर्बयुक्त अवशेषांचे विघटन करताना सूक्ष्मजीव मातीतील उपलब्ध नत्र स्वतःसाठी अडकवून ठेवतात, ज्याला नत्र अडकणे (immobilization) म्हणतात. त्यामुळे तात्पुरती कमतरता भासू शकते. म्हणून पेंढा कुजवून किंवा कंपोस्ट करून जमिनीत मिसळणे आणि थोडे नत्र खत जोडणे शास्त्रीय ठरते. पेंढा जाळल्यास नत्र वायुरूपात वाया जातो आणि सेंद्रिय पदार्थही नष्ट होतात.

हिरवळीचे खत हे आणखी प्रभावी साधन आहे. धैंचा, ताग आणि गिरिपुष्प यांसारख्या शेंगवर्गीय वनस्पती जमिनीत गाडल्यास त्यांच्या गाठी व पानांतील नत्र मातीत मिसळतो. पीक फेरपालटीत कडधान्ये घेतल्यास पुढील पिकाला नत्र अधिक उपलब्ध होतो. गहू-हरभरा, सोयाबीन-गहू किंवा भात-मूग ही चक्रे उपयुक्त आहेत.

जैविक खतांबाबत वास्तववादी दृष्टिकोन हवा. रायझोबियमचा बियाण्यावर वापर केल्यास, विशेषतः ज्या शेतात त्या पिकाची दीर्घकाळ लागवड झालेली नाही तिथे, गाठींची संख्या वाढू शकते. अझोटोबॅक्टर व अझोस्पिरिलमचा परिणाम परिस्थितीनुसार बदलतो. त्यामुळे जैविक खते रासायनिक खतांची संपूर्ण पर्यायी नसून पूरक साधने आहेत.

पिकांनुसार नत्र व्यवस्थापन

भात पाणी साचलेल्या परिस्थितीत घेतले जाते, त्यामुळे तेथे विनायट्रीकरण व अमोनिया बाष्पीभवनाने नुकसान अधिक होते. म्हणून भातात नत्र अनेक हप्त्यांत, लावणीनंतर, फुटव्यांच्या टप्प्यात आणि लोंबी तयार होण्याच्या टप्प्यात देणे शिफारशीत आहे. गहू नत्राच्या वेळेबाबत संवेदनशील आहे. मुळे फुटण्याच्या आणि फुटवे निघण्याच्या टप्प्यांवर दिलेले हप्ते उत्पादन व प्रथिने दोन्ही सुधारतात. मका वाढीच्या सुरुवातीपासून अधिक नत्र शोषतो, त्यामुळे त्याचेही विभाजन आवश्यक असते. ऊस दीर्घ कालावधीचे पीक असल्याने नत्र संपूर्ण हंगामभर टप्प्याटप्प्याने पुरवावे लागते, आणि शेणखत किंवा कंपोस्टची जोड उपयुक्त ठरते.

कडधान्ये व तेलबिया (तूर, मूग, उडीद, हरभरा, भुईमूग, सोयाबीन) गाठींद्वारे बहुतेक नत्र मिळवतात, त्यामुळे त्यांना मोठ्या खत मात्रेची गरज नसते. तरी सुरुवातीच्या वाढीसाठी अल्प स्टार्टर डोस उपयोगी ठरू शकतो, कारण गाठी प्रभावीपणे नत्र देऊ लागेपर्यंत रोपांना नत्र आवश्यक असते. पालेभाज्यांना जलद वाढीसाठी नत्र लागतो, पण अतिरेकाने नायट्रेट साचण्याचा धोका जास्त असतो. फळझाडांमध्ये नत्र वाढीच्या टप्प्यानुसार द्यावे लागते. फुलोऱ्यापूर्वी अतिरेक केल्यास वनस्पतिजन्य वाढ जास्त होऊन फळधारणा व फळांची गुणवत्ता प्रभावित होऊ शकते.

पर्यावरणीय परिणाम आणि आव्हाने आणि भविष्यातील दिशा

जागतिक शेतीसमोरचे मोठे आव्हान नत्र कार्यक्षमता (Nitrogen Use Efficiency, NUE) वाढवणे हे आहे. अनेक अभ्यासांनुसार तृणधान्य पिकांना दिलेल्या नत्रापैकी सुमारे एक तृतीयांशच धान्यात येतो, उरलेला भाग मातीत, पाण्यात किंवा वातावरणात हरवतो. यावर उपाय म्हणून अचूक शेती (precision agriculture), सावकाश सोडणारी खते, सुधारित कार्यक्षमतेची खते आणि नत्र-कार्यक्षम वाणांची पैदास यांवर संशोधन सुरू आहे.

तृणधान्यांमध्ये स्वतःचे नत्र स्थिरीकरण घडवणे हे दीर्घकालीन संशोधनाचे उद्दिष्ट आहे. यासाठी नत्र स्थिरीकरणाशी संबंधित जनुक-संच इतर जीवांमधून कार्यरत करण्याचे प्रयत्न सुरू आहेत. मात्र हे अजून प्रायोगिक टप्प्यात आहे, आणि व्यापक शेतीत त्याचा उपयोग होण्यास बराच वेळ लागेल, हे वास्तव आहे.

सांडपाणी, जनावरांचे मलमूत्र आणि अन्नप्रक्रिया उद्योगातील नत्र पुनर्प्राप्त करून खत म्हणून वापरणे हाही महत्त्वाचा दृष्टिकोन आहे. स्ट्रुव्हाइटसारख्या संयुगांच्या स्वरूपात नत्र व स्फुरद पुनर्प्राप्त करण्याचे प्रयोग झाले आहेत. शेताच्या पलीकडे नत्र

नत्र खतांच्या वाढत्या वापरामुळे उत्पादन वाढले, पण पर्यावरणीय परिणामही गंभीर आहेत. पहिला परिणाम भूजल प्रदूषणाचा आहे. नायट्रेट पाण्यात विरघळतो आणि मातीत टिकत नसल्यामुळे खोलवर झिरपून भूजलात पोहोचू शकतो. जागतिक आरोग्य संघटनेने (WHO) पिण्याच्या पाण्यातील नायट्रेटची मर्यादा ५० मिलिग्रॅम प्रति लिटर ठेवली आहे. जास्त नायट्रेटचे पाणी लहान बाळांसाठी धोकादायक ठरू शकते, कारण नायट्रेट शरीरात नायट्राइटमध्ये बदलून हिमोग्लोबिनचे मेथेमोग्लोबिनमध्ये रूपांतर करतो. मेथेमोग्लोबिन ऑक्सिजन वाहून नेण्याची क्षमता कमी करते. यालाच “ब्लू बेबी सिंड्रोम” म्हणतात.

दुसरा परिणाम युट्रोफिकेशनचा (अतिपोषण) आहे. नद्या, तलाव आणि किनारी समुद्रात नत्र व स्फुरदाचा अतिरिक्त पुरवठा झाला की शैवालांचा अनियंत्रित प्रस्फोट (algal bloom) होतो. शैवाल मेल्यावर त्यांच्या विघटनात प्राणवायू वापरला जातो, परिणामी माशांचा मृत्यू होतो आणि काही सागरी क्षेत्रे निष्प्राण बनतात.

तिसरा परिणाम हवेशी संबंधित आहे. नायट्रस ऑक्साइड (N₂O) हा शक्तिशाली हरितगृह वायू आहे. शंभर वर्षांच्या कालावधीत त्याची उष्णता-शोषण क्षमता कार्बन डायऑक्साइडच्या सुमारे २७० पट आहे. तो सध्या ओझोन थराला हानी पोहोचवणाऱ्या प्रमुख पदार्थांपैकी एक मानला जातो. अमोनिया बाष्पीभवनातून तयार होणारे अमोनियम कण हवेतील सूक्ष्म कणांच्या (PM2.5) निर्मितीत हातभार लावतात.

चौथा परिणाम मातीच्या आम्लीकरणाचा आहे. नायट्रीकरणात H⁺ मुक्त होतात, आणि अमोनियम सल्फेट व युरियाचा दीर्घकाळ वापर केलेल्या मातीत pH हळूहळू घटतो. अशा आम्लीय मातीत चुना किंवा डोलोमाइट शिफारशीनुसार वापरणे आवश्यक ठरते.

शेतकऱ्यांसाठी व्यावहारिक निष्कर्ष

प्रत्यक्ष शेतीत लागू करता येतील अशी काही तत्त्वे अशी आहेत. मृदा परीक्षण करून सेंद्रिय कर्ब व उपलब्ध नत्र जाणून घ्यावे. खत पिकाच्या वाढीच्या टप्प्यानुसार विभागून द्यावे आणि पानांच्या रंगाचे निरीक्षण करावे. युरिया दिल्यानंतर मातीत मिसळावा किंवा योग्य सिंचन करावे. शेणखत, कंपोस्ट व हिरवळीचे खत वापरून सेंद्रिय कर्ब वाढवावा. पेंढा उसाचे पाचुट जाळण्याऐवजी कुजवावा. पीक फेरपालटीत कडधान्यांचा समावेश करावा. आणि खत निर्णयात केवळ आर्थिक खर्च नव्हे, तर पर्यावरणीय परिणामही विचारात घ्यावेत.

Nitrogen हे एकाच वेळी जीवनाचा आधार आणि पर्यावरणीय आव्हान आहे. वातावरणातील विपुल नत्र वनस्पतींसाठी उपलब्ध करण्याचे श्रेय सूक्ष्मजीवांना आणि हेबर-बॉश प्रक्रियेला जाते. पण त्याचा वापर मातीचे आरोग्य, पाण्याची गुणवत्ता आणि हवेची शुद्धता यांच्याशी जोडलेला आहे. म्हणून नत्र व्यवस्थापन हे किती खत द्यायचे एवढेच नसून कधी, कुठे, कोणत्या स्वरूपात आणि कोणत्या पद्धतीने द्यायचे याचे विज्ञान आहे. शास्त्रीय माहितीला प्रत्यक्ष अनुभवाची जोड दिली, तर उत्पादन टिकवत पर्यावरणाचे रक्षण करणे शक्य आहे.

वारंवार विचारले जाणारे प्रश्न