चीन के वैज्ञानिकों ने विकसित की सूक्ष्मजीव तकनीक, एक साल से कम समय में रेगिस्तानी रेत को उपजाऊ मिट्टी में बदलती है

दशकों से महीनों तक: मरुस्थल बहाली की नई समयसीमा

चीन के वैज्ञानिकों ने प्रयोगशाला में संवर्धित सूक्ष्मजीवों की मदद से खिसकती रेगिस्तानी रेत को 10 से 16 महीनों में स्थिर, उपजाऊ मिट्टी में बदलने की एक विधि विकसित की है। इस प्रक्रिया में पहले कई दशक लगते थे। शिनजियांग में तकलामकान रेगिस्तान के पास चीनी विज्ञान अकादमी (CAS) द्वारा दर्ज इस उपलब्धि में सायनोबैक्टीरिया का उपयोग कर जैविक मृदा पर्पटी बनाई जाती है। यह रेत के कणों को आपस में बांधती है, हवा से होने वाले कटाव को रोकती है और साथ ही जैविक पदार्थ का निर्माण करती है। यह तकनीक मरुस्थल बहाली की प्राकृतिक प्रक्रिया को काफी तेज करती है। रेगिस्तान की बहाली के दौरान 59 वर्षों तक पर्पटी के विकास पर नज़र रखने वाले ऐतिहासिक रिकॉर्ड से पता चला कि प्रयोगशाला में संवर्धित सायनोबैक्टीरिया डालने से यह समयसीमा दशकों से घटकर कुछ महीनों रह गई। तेज़ी से स्थिर हुई ज़मीन बहाली दलों को कठोर हवाओं और अत्यधिक तापमान से नए पौधों के नष्ट होने से पहले वनस्पति उगाने का अहम मौका देती है। उत्तर-पश्चिमी चीन में बिछाई गई पुआल की चौखानेदार अवरोध-पट्टियां इस प्रक्रिया की बुनियाद हैं। उपचारित भूखंडों पर बनी गहरी परत मौसमी धूल भरी आंधियों और अत्यधिक तापमान के बाद भी कायम रहती है। यह जैविक तरीका पारंपरिक वनीकरण की उन सीमाओं का संभावित समाधान है, जिसमें व्यापक सिंचाई और परिपक्व होने में दशकों लगते हैं। सूक्ष्मदर्शी के नीचे ये सायनोबैक्टीरिया जीवाणुओं के धागों का जाल बनाते हैं, जो रेत के कणों को लपेट लेता है। वे चिपचिपी शर्करा छोड़ते हैं, जो सख्त होकर एक मजबूत परत बना देती है। प्रयोगशाला परीक्षणों के अनुसार, यह जीवित गोंद हवा से होने वाली मिट्टी की क्षति को 90 प्रतिशत से अधिक कम करता है और ऐसी स्थिर सतह बनाता है जहां पौधों के अंकुर जड़ें जमा सकते हैं। इस विधि का परीक्षण तकलामकान की कठोर परिस्थितियों में किया गया है, जहां गर्मियों में तापमान बहुत बढ़ जाता है और सर्दियों में जमा देने वाली ठंड पड़ती है। परीक्षणों में यह मौसमी चरम स्थितियों के दौरान भी टिकाऊ साबित हुई।

प्राचीन जीवाणु धूप और हवा से मिट्टी कैसे बनाते हैं

संभवतः लगभग 3.5 अरब वर्ष पहले अस्तित्व में आए सायनोबैक्टीरिया सूक्ष्म पारिस्थितिकी-तंत्र निर्माता के रूप में काम करते हैं। सूर्य के प्रकाश से चलने वाले ये जीवाणु प्रकाश संश्लेषण करते हैं, हवा से कार्बन डाइऑक्साइड लेते हैं और सरल जैविक यौगिक छोड़ते हैं। पोषक तत्वों की कमी वाले रेगिस्तानी वातावरण में कुछ प्रजातियां नाइट्रोजन स्थिरीकरण भी करती हैं। वे वायुमंडलीय नाइट्रोजन गैस को पौधों के लिए उपयोगी पोषक तत्वों में बदलकर मानो हवा से ही खाद बना देती हैं। ये जीवाणु रेत पर बिछाई गई पुआल की चौखानेदार अवरोध-पट्टियों पर फैलकर पतली जीवित परतें बनाते हैं, जो मौसमी धूल भरी आंधियों और अत्यधिक तापमान को झेल सकती हैं। एक बार स्थापित होने के बाद ये जीव बंजर खनिज सतहों को उभरते मृदा पारिस्थितिकी-तंत्रों में बदलने की प्रक्रिया शुरू करते हैं, जहां उच्चतर पौध जीवन पनप सकता है।

नई मिट्टी की चिपचिपी बुनियाद

सूक्ष्मदर्शी से जांचने पर जैविक मृदा पर्पटी में जीवाणुओं के धागों का जटिल जाल दिखाई देता है, जो रेत के अलग-अलग कणों को लपेटे रहता है। कोशिकाएं चिपचिपी शर्करा छोड़ती हैं, जो सख्त होकर एक पतली, मजबूत परत बना देती है और रेत को आपस में बांध देती है। Soil Biology and Biochemistry में प्रकाशित शोध के अनुसार, प्रयोगशाला परीक्षणों में यह पर्पटी हवा से होने वाली मिट्टी की क्षति को 90 प्रतिशत से अधिक कम करती है। पहले वर्ष के भीतर ही उपचारित सतह मिट्टी की ऊपरी एक इंच परत में पोषक तत्वों को रोकने लगती है, जिससे वे उड़कर दूर नहीं जाते। मृत सूक्ष्मजीव कोशिकाएं और उनसे निकली शर्करा हवा के साथ आए खनिज धूलकणों में मिलकर जैविक पदार्थ बनाती हैं। यह नाइट्रोजन और फॉस्फोरस को रोकता है और ऐसे वातावरण में उपजाऊ मिट्टी के शुरुआती घटक तैयार करता है, जहां पहले ये संसाधन मौजूद नहीं थे।

पारिस्थितिक अनुक्रमण: सूक्ष्मजीवों से काई तक

पर्पटी के परिपक्व होने के साथ समुदाय का स्वरूप बदलता है। शुरुआत में इसमें मुख्य रूप से सूक्ष्मजीव होते हैं, लेकिन आगे चलकर इसमें लाइकेन और काई के छोटे पैच भी शामिल हो जाते हैं। टेंगर रेगिस्तान में बहाली के 53 वर्षों के आंकड़ों पर आधारित शोध से पता चलता है कि लाइकेन सतह को मजबूती देते हैं, जबकि काई ऊंचाई और छाया प्रदान करती है। इससे नए सूक्ष्मजीवों को आश्रय मिलता है और छोटे गड्ढों में नमी बनी रहती है। हालांकि, इस क्रमिक विकास के लिए सुरक्षा जरूरी है, क्योंकि पैदल चलने, वाहनों की आवाजाही और चराई से नाजुक सतह टूट सकती है और बहाली में कई साल की देरी हो सकती है। साधारण जीवाणु परतों से जटिल लाइकेन और काई समुदायों तक का विकास शुरुआती स्थिरीकरण से वास्तविक मृदा निर्माण की ओर बदलाव का संकेत है। हालांकि, इस उन्नत अवस्था तक पहुंचने और व्यवधानों को पूरी तरह झेलने की क्षमता विकसित करने में आम तौर पर दो से तीन साल लगते हैं।

बहाल किए गए रेगिस्तानों में मृदा जीवाणुओं के अध्ययन से पता चलता है कि सूक्ष्मजीवों की अलग-अलग आबादियों की भूमिकाएं भी अलग होती हैं। विभिन्न संसाधनों का उपयोग कर सकने वाले प्रचुर जीवाणु वर्ग, पोषक तत्वों के समन्वित चक्रण के जरिए पारिस्थितिकी-तंत्र के कई कार्यों की तेज़ बहाली करते हैं। सीमित पारिस्थितिक क्षेत्रों में रहने वाले दुर्लभ जीवाणु वर्ग कार्यात्मक दोहराव के जरिए दीर्घकालीन स्थिरता में योगदान देते हैं। Communications Biology में प्रकाशित शोध के अनुसार, जहां प्रचुर सूक्ष्मजीवों के समुदाय संयोगवश बनने के पैटर्न का अनुसरण करते हैं, वहीं दुर्लभ जीवाणु वर्गों की संरचना निर्धारक प्रक्रियाओं से तय होती है। दोनों मिलकर ऐसे टिकाऊ मृदा पारिस्थितिकी-तंत्र बनाते हैं जो पर्यावरणीय उतार-चढ़ाव झेल सकते हैं।

रेत में कार्बन संचयन: हरित दीवार को पूरक बनाना

सूक्ष्मजीवों की मदद से बहाली की यह तकनीक रेगिस्तान के किनारों को कार्बन सिंक में बदलने की व्यापक कोशिशों के अनुरूप है। अत्यधिक शुष्कता के कारण मृत्यु सागर के नाम से पहचाना जाने वाला तकलामकान रेगिस्तान हाल ही में तीन-उत्तर आश्रय वन कार्यक्रम के तहत सूखा सहने वाले पेड़ों और झाड़ियों की 3,046 किलोमीटर लंबी हरित पट्टी से पूरी तरह घेर दिया गया है। यह जीवित अवरोध खिंचते-सरकते रेत के टीलों को स्थिर करते हुए वातावरण से कार्बन डाइऑक्साइड खींचता है और शुद्ध कार्बन सिंक का काम करता है। दूरसंवेदी आंकड़े इसकी कार्बन सोखने की क्षमता की पुष्टि करते हैं। कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय के वायुमंडलीय भौतिक विज्ञानी किंग फाई ली सौर-प्रेरित प्रतिदीप्ति (SIF) तकनीक से इस क्षेत्र का अध्ययन करते हैं। यह तकनीक प्रकाश संश्लेषण के दौरान निकलने वाली निकट-अवरक्त की बेहद मंद चमक का पता लगाती है। ली इस बात पर जोर देते हैं कि वर्षावनों की तुलना में यहां कार्बन का अवशोषण कम है, लेकिन इसकी निरंतरता मायने रखती है।

यह वर्षावन नहीं है। यह दक्षिणी कैलिफोर्निया के चैपरल जैसा झाड़ीदार इलाका है। लेकिन यह तथ्य कि यहां कार्बन डाइऑक्साइड का अवशोषण हो रहा है और लगातार हो रहा है, सकारात्मक है। इसे हम अंतरिक्ष से माप और सत्यापित कर सकते हैं।

हालांकि, पारंपरिक वनीकरण के सामने बड़ी चुनौतियां हैं। जल संसाधनों के विश्लेषण से पता चलता है कि बड़े पैमाने पर पेड़ लगाने से नदियों का बहाव घट सकता है और भूजल भंडार खाली हो सकते हैं, क्योंकि अधिक पानी लेने वाले वन वाष्पोत्सर्जन बढ़ाते हैं। चाइना एग्रीकल्चरल यूनिवर्सिटी के शोध के अनुसार, कुछ क्षेत्रों में पेड़ लगाने से कुल वर्षा तो बढ़ी, लेकिन मिट्टी और भूजल से नमी का खिंचाव भी बढ़ा, जिससे शुष्क नदी घाटियों में जल संकट पैदा हुआ। यह तनाव सूक्ष्मजीवों से बनी मृदा पर्पटी तकनीक की संभावित अहमियत को रेखांकित करता है। इसे परिपक्व वनों की तुलना में कम पानी की जरूरत होती है, और यह मिट्टी में जैविक पदार्थ जमा करके कार्बन का संचयन भी करती है।

बड़े पैमाने पर विस्तार: तकलामकान के परीक्षण से राष्ट्रीय नीति तक

सायनोबैक्टीरिया तकनीक ने तकलामकान के बाहर भी संभावनाएं दिखाई हैं। म्यू उस रेगिस्तान में हवाई बीजारोपण को सूक्ष्मजीवों से बहाली के साथ जोड़ने पर चलती रेत से मिट्टी बनने में मदद मिली है और उसकी उर्वरता भी बढ़ी है। हवाई बीजारोपण वाले स्थलों के 30 वर्षों के उच्च-थ्रूपुट अनुक्रमण विश्लेषण से पता चलता है कि मिट्टी में सूक्ष्मजीवों की विविधता काफी बढ़ी है। जीवाणुओं और कवकों की आबादी के साथ कुल कार्बन, नाइट्रोजन और नाइट्रेट का स्तर भी बढ़ा है। गर्मी, लवणता और सूखे से निपटने में स्थानीय सायनोबैक्टीरिया की प्रजातियां आम तौर पर बाहर से लाई गई प्रजातियों से बेहतर होती हैं। इसलिए सार्वभौमिक व्यावसायिक सूक्ष्मजीव मिश्रणों पर निर्भर रहने के बजाय आसपास के रेगिस्तानों से जीवाणु संवर्धन के लिए एकत्र करने पड़ते हैं। यह स्थानीयकरण तेजी से विस्तार में चुनौती पेश करता है, लेकिन इससे पारिस्थितिक अनुकूलता और लाए गए सूक्ष्मजीव समुदायों का दीर्घकालीन अस्तित्व सुनिश्चित होता है।

सूक्ष्मजीवों से बहाली किन सीमाओं को पार कर सकती है?

उम्मीद जगाने वाले नतीजों के बावजूद, सूक्ष्मजीवों से बहाली की इस विधि की कुछ अहम सीमाएं हैं। मरुस्थलीकरण के कई कारण हैं, जिनमें अत्यधिक चराई, पानी का दुरुपयोग और जलवायु परिवर्तन शामिल हैं। इसलिए केवल पर्पटी इन बुनियादी कारणों का समाधान नहीं कर सकती। वाहनों और भारी पैदल आवाजाही से लंबे समय तक सुरक्षा न मिले तो बहाल सतहें बिखर सकती हैं। पानी अब भी सबसे बड़ी सीमा है। लंबे सूखे के दौरान जीवित पर्पटी सुप्तावस्था में चली जाती है। ऐसे में नतीजे काफी हद तक जलवायु परिस्थितियों और बहाली गतिविधियों के सही समय पर निर्भर करते हैं। यह विधि एकीकृत तरीके का हिस्सा होने पर सबसे अच्छा काम करती है, जिसमें भौतिक अवरोध, सूक्ष्मजीवों का प्रवेशन और रणनीतिक ढंग से वनस्पति लगाना शामिल हो। इन बहाल पारिस्थितिकी-तंत्रों की निगरानी के लिए उन्नत तरीके जरूरी हैं। वैज्ञानिक सूक्ष्मजीवों के क्रमिक विकास पर नज़र रखने और पारिस्थितिक सुरक्षा का आकलन करने के लिए उच्च-थ्रूपुट अनुक्रमण का इस्तेमाल करते हैं। हुलुन बुइर के रेतीले इलाके में हुए शोध से पता चलता है कि जीवाणु समुदायों पर पर्यावरणीय बदलावों का असर कवक समुदायों की तुलना में अधिक होता है। पीएच, मिट्टी की नमी और वनस्पति से जुड़े कारक समुदायों की संरचना तय करते हैं। इन संकेतकों से प्रबंधकों को यह तय करने में मदद मिलती है कि बहाल भूमि कार्यात्मक रूप से स्थिर हुई है या नहीं।

शुष्क भूमि की बहाली के लिए वैश्विक सबक

चीन के रेगिस्तानों से मिले अनुभव अफ्रीका के साहेल से लेकर मध्य पूर्व तक के अन्य शुष्क क्षेत्रों के लिए सबक देते हैं। 2007 में शुरू हुई अफ्रीकी ग्रेट ग्रीन वॉल पहल अब लगातार पेड़ों की पट्टियां लगाने के बजाय विभिन्न तरीकों को मिलाकर बहाली करती है। इसमें प्राकृतिक पुनर्जनन में सहायता और कृषि वानिकी शामिल हैं। नाइजर और बुर्किना फासो में किसानों ने उथले गड्ढों में बारिश का पानी जमा करके और बिना भारी सिंचाई के नए पेड़ों की रक्षा करके भूमि की उर्वरता बहाल की है। इन तरीकों से लाखों एकड़ भूमि का पुनरुद्धार हुआ है और चारे तथा शहद जैसे कृषि वानिकी उत्पादों के जरिए टिकाऊ आजीविका भी बनी है। सूक्ष्मजीवों से बनी मृदा पर्पटी को इन तरीकों में शामिल करने से इन क्षेत्रों में खिसकते रेत के टीलों का स्थिरीकरण तेज हो सकता है और प्राकृतिक पुनर्जनन तकनीकों को अधिक जल्दी जड़ पकड़ने के लिए आधार मिल सकता है।

यह तकनीक दिखाती है कि लक्षित हस्तक्षेप से अत्यधिक क्षतिग्रस्त भूमि भी अपनी कार्यक्षमता वापस पा सकती है। वैज्ञानिकों का सुझाव है कि सायनोबैक्टीरिया प्रवेशन को स्थानीय जल-संचयन तकनीकों के साथ जोड़कर शुष्क क्षेत्रों की बहाली की सबसे बड़ी बाधा दूर की जा सकती है। यह शुरुआती स्थापना का वह चरण है, जब नए पौधे हवा और सूखे से सबसे अधिक प्रभावित होते हैं। चीनी पद्धति को अफ्रीकी मिट्टी के अनुकूल बनाने के लिए अंतरराष्ट्रीय सहयोग पहले से जारी है। शुरुआती परीक्षणों में सायनोबैक्टीरिया की ऐसी स्थानीय प्रजातियों की पहचान पर ध्यान दिया जा रहा है, जो साहेल की खास गर्मी और लवणता में जीवित रह सकें। जैसे-जैसे जलवायु परिवर्तन दुनिया भर में मरुस्थलीकरण का दबाव बढ़ा रहा है, पानी का इस्तेमाल कम करते हुए मिट्टी बनने की प्रक्रिया तेज करने वाले तरीके कृषि उत्पादकता बनाए रखने और महाद्वीपों में धूल भरी आंधियों के विस्तार को रोकने के लिए अहम साबित हो सकते हैं।

मुख्य बातें

• चीनी वैज्ञानिकों ने प्रयोगशाला में संवर्धित सायनोबैक्टीरिया की मदद से रेगिस्तानी मिट्टी बनने की प्रक्रिया को दशकों से घटाकर 10 से 16 महीने कर दिया है। ये जीवाणु रेत के कणों को बांधकर स्थिर जैविक पर्पटी बनाते हैं।
• यह तकनीक हवा से होने वाले कटाव को 90 प्रतिशत से अधिक घटाती है और नाइट्रोजन स्थिरीकरण तथा जैविक पदार्थ के संचय से पोषक तत्वों से भरपूर ऊपरी मिट्टी बनाती है।
• कई रेगिस्तानों में हुए शोध से पता चलता है कि सूक्ष्मजीव समुदाय पारिस्थितिकी-तंत्र के अनेक कार्यों को चलाते हैं। प्रचुर जीवाणु वर्ग पोषक तत्वों के चक्रण में मदद करते हैं, जबकि दुर्लभ वर्ग दीर्घकालीन स्थिरता सुनिश्चित करते हैं।
• शुष्क क्षेत्रों में पारंपरिक वनीकरण के सामने पानी की खपत की चुनौती है। इसलिए सूक्ष्मजीवों से बहाली, पेड़ लगाने की अधिक टिकाऊ पूरक विधि हो सकती है।
• इस विधि के लिए भौतिक व्यवधान से सुरक्षा और सही समय पर पर्याप्त बारिश जरूरी है। मरुस्थलीकरण नियंत्रण की एकीकृत रणनीतियों के हिस्से के रूप में यह सबसे अच्छी तरह काम करती है।