शेती संबंधात Eh व pH बाबत माहिती ( Article 44)

मातीचे रेडॉक्स पोटेन्शियल (Eh) हा एक महत्त्वाचा, पण बहुदा दुर्लक्षित घटक आहे. Eh अनेक पोषक तत्वांचे— (विशेषतः Fe, Mn, N, S आणि P)—रासायनिक स्वरूप, विद्राव्यता आणि त्यामुळे वनस्पतींना मिळणारी उपलब्धता नियंत्रित करतो.

मातीचा Eh म्हणजे काय?

Eh (रेडॉक्स पोटेन्शियल) हे दर्शवते की मातीचे वातावरण इलेक्ट्रॉन स्वीकारण्याची किंवा दान करण्याची प्रवृत्ती किती तीव्र आहे.

Eh मिलिव्होल्ट (mV) मध्ये मोजले जाते.

• उच्च Eh → ऑक्सिडायझिंग, ऑक्सिजन-समृद्ध परिस्थिती / ऑक्सिजन जोडण्याची प्रक्रिया

• कमी Eh → रिड्यूसिंग, ऑक्सिजन-विरल परिस्थिती / क्षपणकारक

Eh हे एक उपयुक्त संकल्पनात्मक प्रमाण आहे:       

Eh हे मोजमाप करता येते, पण ते थोडे क्लिष्ट असल्यामुळे त्यावर माहिती इथे दिली नाही.

हि श्रेणी सूचक आहे अचूक नाही,  मातीचा pH, सेंद्रिय पदार्थ, तापमान आणि उपस्थित असलेले विशिष्ट रेडॉक्स कपल्स वास्तविक मूल्यांमध्ये बदल घडवू शकतात.

सर्वात महत्त्वाचा Eh क्रम

मातीचा Eh समजून घेण्याचा एक उत्तम मार्ग म्हणजे, ऑक्सिजन नाहीसा झाल्यावर सूक्ष्मजीव इलेक्ट्रॉन स्वीकारक म्हणून कशाचा वापर करतात याचा क्रम.

O₂         NO₃⁻         Mn (IV)            Fe (III)            SO₄²⁻           CO₂

१. Eh पोषक तत्वांच्या उपलब्धतेवर कसा प्रभाव टाकतो ?

Eh अनेकदा मूलद्रव्याची ऑक्सिडेशन अवस्था बदलतो, आणि ऑक्सिडेशन अवस्था त्याची विद्राव्यता आणि रासायनिक स्वरूप ठरवते.

लोह — Fe

हे सर्वात महत्त्वाच्या उदाहरणांपैकी एक आहे.

ऑक्सिडायझिंग माती:

Fe²⁺→Fe³⁺  सहजपणे कमी विद्राव्य Fe (III) ऑक्साइड्स/हायड्रॉक्साइड्स तयार होतात.

म्हणून:  उच्च Eh → Fe³⁺ ऑक्साइड्स/हायड्रॉक्साइड्स = कमी Fe विद्राव्यता

रिड्यूसिंग परिस्थितीत:

Fe³⁺ →Fe²⁺  सामान्यतः खूप जास्त विद्राव्य असते.

कमी Eh → Fe²⁺ → लोहाची वाढलेली विद्राव्यता

यामुळेच पाणथळ जमिनीत कधीकधी भरपूर विद्राव्य लोह असू शकते, तर चांगल्या प्रकारे हवा खेळती असलेल्या अल्कधर्मी जमिनीत लोहाची तीव्र कमतरता असू शकते.

परंतु यात एक महत्त्वाची अट आहे:  अधिक विद्राव्य लोहाचा अर्थ, आपोआप  वनस्पतीकडून  चांगले पोषण असा होत नाही.

क्षपणकारी परिस्थितीत, Fe²⁺ विषारी होऊ शकते, विशेषतः संवेदनशील पिकांमध्ये.

२. मॅंगनीजचीही अशीच प्रतिक्रिया असते

मॅंगनीज हे आणखी एक पोषक तत्व आहे जे Eh द्वारे मोठ्या प्रमाणात नियंत्रित केले जाते.

ऑक्सिडीकरणकारी परिस्थितीत:

Mn²⁺  पेक्षा →Mn³⁺/4+Mn (III/IV) ऑक्साईड्स तुलनेने अविद्राव्य असतात.

क्षपणकारी परिस्थितीत:

Mn⁴⁺ पेक्षा →Mn²⁺  हे अधिक विद्राव्य असते.

म्हणून:  उच्च Eh → मॅंगनीजची कमी उपलब्धता

कमी Eh → मॅंगनीजची जास्त उपलब्धता

यामुळेच काही जमिनींमध्ये पाणथळपणामुळे मॅंगनीजची अतिरिक्त उपलब्धता होऊ शकते.

३. नायट्रोजन — Eh नायट्रोजनचा मार्ग बदलतो

Eh ठरवते की नत्रावर कोणत्या सूक्ष्मजैविक प्रक्रिया प्रभावी ठरतील.

पुरेशा हवेशीर परिस्थितीत: NH⁴⁺→ NO₂⁻→NO^3-  याला नायट्रीफिकेशन म्हणतात.

कमी Eh असताना: NO3−→ NO₂⁻ →N2          याला डीनायट्रीफिकेशन म्हणतात.

परिणामी, दीर्घकाळ पाणी साचून राहिल्याने वनस्पतींना उपलब्ध असलेल्या नायट्रेटचे वायुरूप नायट्रोजनच्या (N) स्वरूपात रुपांतर होऊन मोठ्या प्रमाणात घट होऊ शकते.

उच्च Eh → नायट्रिफिकेशनला अनुकूल

कमी Eh → डीनायट्रिफिकेशनला अनुकूल

आणि तीव्र क्षपणकारी परिस्थितीत, नायट्रिफिकेशनला प्रतिबंध होत असल्यामुळे अमोनियम जमा होण्याची प्रवृत्ती असते.

४. गंधक: गंधक  मध्ये  देखील एक मोठे रेडॉक्स रूपांतरण होते.

ऑक्सिडीकरण:    S₂−→ SO₄²⁻−

क्षपणकारी:   SO₄²⁻−→S₂ −

तीव्र क्षपणकारी परिस्थितीत, सल्फेट  सल्फाइडमध्ये क्षपण होऊ शकते. SO₄²⁻−→H₂S

पाण्याने भरलेल्या जमिनीत हे अत्यंत महत्त्वाचे असू शकते, कारण H₂S मुळांसाठी विषारी असू शकतो.

तो Fe सारख्या धातूंशी देखील अभिक्रिया करू शकतो:    Fe²⁺++H₂S→FeS

यामुळे Fe च्या रसायनशास्त्रात लक्षणीय बदल होऊ शकतो.

५. फॉस्फरस — लोह (Fe) आणि मॅंगनीज (Mn) पेक्षा अधिक गुंतागुंतीचे

फॉस्फरसचे (P) वनस्पतींना उपलब्ध होणारे स्वरूप "क्षपित फॉस्फरस" (reduced P) आणि "ऑक्सिडाइज्ड फॉस्फरस" (oxidized P) असे सरळसोट नसते.

त्याऐवजी, Eh मुख्यत्वे लोह आणि मॅंगनीजच्या रासायनिक प्रक्रियेद्वारे फॉस्फरसवर प्रभाव टाकते.

ऑक्सिडायझिंग परिस्थितीत, Fe(III) आणि Mn(IV) ऑक्साईड्स फॉस्फेटचे तीव्रतेने अधिशोषण (Adsorb) करू शकतात:

Fe-ऑक्साईड+ PO₄³−→FePO4  H₂O strong binding

जेव्हा माती रिड्यूसिंग होते:

Fe³⁺ +→Fe²⁺+

यामुळे, पूर्वी अधिशोषित झालेला फॉस्फेट मातीच्या द्रावणात मुक्त होऊ शकतो.

क्षपण → लोह ऑक्साईडचे विरघळणे → विद्राव्य फॉस्फरसमध्ये संभाव्य वाढ

हे विशेषतः पाण्याखालील जमिनीत महत्त्वाचे आहे.

परंतु, "कमी Eh = जास्त उपलब्ध  फॉस्फरस" हे सार्वत्रिक सत्य नाही. पीएच (pH) आणि मातीच्या रासायनिक रचनेनुसार, फॉस्फरस नंतर कॅल्शियम (Ca), लोह (Fe) किंवा इतर धातूंसोबत अवक्षेपित होऊ शकतो.

६. जस्त (Zn) आणि तांबे (Cu):    Zn आणि Cu काहीसे वेगळे आहेत.

त्यांची उपलब्धता खालील घटकांवर अवलंबून असते:

• पीएच (pH), सेंद्रिय पदार्थ, अधिशोषण (Adsorption), कार्बोनेटचे प्रमाण, लोह/मँगनीज ऑक्साईड, सल्फाईड चे प्रमाण व रेडॉक्स स्थिती

तीव्र क्षपणकारी परिस्थितीत, धातूंच्या सल्फाईडच्या निर्मितीमुळे काही धातूंची विद्राव्य सांद्रता कमी होऊ शकते.

उदाहरणार्थ:  Zn₂++S₂−→ZnS

आणि Cu₂++S₂−→CuS  हे सल्फाईड अत्यंत अविद्राव्य असू शकतात.

त्यामुळे, दीर्घकाळ पाणी साचल्याने लोह (Fe) आणि मँगनीज (Mn) अधिक विद्राव्य होत असूनही, कधीकधी Zn आणि Cu ची उपलब्धता कमी होऊ शकते.

७. मॉलिब्डेनम वेगळे आहे.

जसजशी माती अधिक ऑक्सिडाइज्ड आणि/किंवा कमी आम्लधर्मी होते, तसतशी मॉलिब्डेनमची उपलब्धता साधारणपणे वाढते.

मॉलिब्डेनमचे (MoO₄² ) वर्तन "रिड्यूसिंग = अधिक पोषक तत्व" या नियमाचे पालन करत नाही.

एकूण परिस्थिती:  पोषक तत्वाबाबत Eh चा संबंध

पोषक तत्व वाढत्या रिड्यूसिंग परिस्थितीमुळे सामान्यतः खालील गोष्टी घडतात:

Fe ↑ Fe²⁺ विद्राव्यता वाढते

Mn ↑ Mn²⁺ विद्राव्यता वाढते

N ↓ नायट्रीफिकेशन; ↑ नायट्रीकरण

P (फॉस्फरस) अनेकदा Fe ऑक्साईड्समधून मुक्त होतो

S (सल्फर) SO₄² चे क्षपण → सल्फाइड

Zn (जस्त) तीव्र क्षपणकारी/सल्फाइडयुक्त परिस्थितीत कमी होऊ शकतो

Cu (तांबे) सल्फाइडयुक्त परिस्थितीत तीव्रतेने कमी होऊ शकतो

Mo (मॉलिब्डेनम) साधारणपणे अधिक ऑक्सिडाइज्ड परिस्थितीत उपलब्धतेस अनुकूल असतो

Eh (विद्युत विभव) थेट पोषक तत्वांची उपलब्धता ठरवत नाही. ते पोषक तत्वांची उपलब्धता ठरवणारे रासायनिक आणि जैविक वातावरण बदलते.

९. जमिनीची Eh कशामुळे नियंत्रित होते?  यासाठी अनेक प्रमुख घटक आहेत.

अ. ऑक्सिजनचा पुरवठा:  कदाचित हा सर्वात प्रभावी घटक आहे

जमिनीत जास्त O₂ (ऑक्सिजन) प्रवेश करणे: → जास्त ऑक्सिडेशन → उच्च Eh

ऑक्सिजनचा कमी प्रसार: → कमी Eh

यामुळेच पाण्याचा निचरा महत्त्वाचा आहे.

ब. जमिनीतील पाण्याचे प्रमाण: हे अत्यंत महत्त्वाचे आहे.

कोरडी/चांगली निचरा होणारी: O₂ विसरण ↑ → Eh ↑

पाण्याने भरलेली: O₂ विसरण ↓ → Eh ↓

मुलत: पाणी स्वतः रासायनिक दृष्ट्या क्षपणकारी असते असे नाही; पण, पाण्याने भरलेली छिद्रे ऑक्सिजनचे विसरण मोठ्या प्रमाणात मंदावतात.

क. सूक्ष्मजैविक श्वसन: हा एक प्रमुख घटक आहे.

सूक्ष्मजीव ऑक्सिजन वापरतात: O₂→CO₂

जसजसा ऑक्सिजन नाहीसा होतो, तसतसे सूक्ष्मजीव पर्यायी इलेक्ट्रॉन स्वीकारकांचा वापर करण्यास सुरुवात करतात. याचा क्रम असा आहे:

O₂→NO₃−→Mn⁴⁺→Fe³⁺ +→SO₄²⁻→CO₂

या क्रमात पुढे जाताना, माती साधारणपणे उत्तरोत्तर अधिक क्षपणकारी होत जाते.

ड. सेंद्रिय पदार्थ:  सहजपणे विघटन होणारा सेंद्रिय कार्बन म्हणजे अधिक सूक्ष्मजैविक श्वसन.

जास्त उपलब्ध कार्बन + पाणथळ जागा → ऑक्सिजनचा जलद वापर → Eh कमी होतो

यामुळेच ओल्या जमिनीत सहज विघटन होणारा कार्बन स्रोत टाकल्यास/असल्यास  तेथील रेडॉक्स वातावरणात लक्षणीय बदल होऊ शकतो.

स्थिर ह्युमस सहज विघटन होणाऱ्या कार्बनपेक्षा वेगळ्या प्रकारे कार्य करते.

इ. मुळाद्वारे श्वसन: मुळे स्वतः ऑक्सिजन वापरतात.

दाट आणि सक्रियपणे वाढणारी पिकांमध्ये मुळांभोवती एक स्थानिक कमी-ऑक्सिजन क्षेत्र तयार होऊ  शकते.परंतु वनस्पती विशिष्ट उतींद्वारे त्यांच्या रायझोस्फिअरमध्ये ऑक्सिजन वाहून नेऊ शकतात.(भात हे याचे उत्तम उदाहरण आहे.)

काही पाणथळ वनस्पती रायझोस्फियरमध्ये (मुळांच्या सभोवतालच्या मातीत) ऑक्सिजन (O₂) वाहून नेतात, ज्यामुळे सभोवतालची माती तीव्रपणे रिड्यूस्ड (क्षपणित) असूनही त्यांच्या मुळांभोवती एक ऑक्सिडाइज्ड (ऑक्सिडीकृत) क्षेत्र तयार होते.

ई. तापमान: उच्च तापमानामुळे सामान्यतः सूक्ष्मजीवांची क्रियाशीलता आणि श्वसन वाढते.

म्हणून, ओल्या परिस्थितीत:

तापमान ↑ → सूक्ष्मजीवांचे श्वसन ↑ → ऑक्सिजनचा वापर ↑ → Eh कमी होऊ शकतो.

उष्ण काळात रेडॉक्स परिस्थितीमध्ये लक्षणीय बदल होण्याचे हे एक कारण आहे.

उ. मातीचा पोत: पोत ऑक्सिजनच्या प्रसारावर आणि पाण्याच्या हालचालीवर परिणाम करतो.

वाळूकामय माती:   मोठी छिद्रे → जलद निचरा → उत्तम वायू विनिमय → सामान्यतः उच्च Eh.

चिकणमाती: लहान छिद्रे → मंद निचरा आणि वायू प्रसार → कमी Eh ची अधिक प्रवृत्ती.

परंतु केवळ पोतापेक्षा मातीची रचना अधिक महत्त्वाची असू शकते.

ऊ. पाण्याचा निचरा: व्यावहारिक व्यवस्थापन मधील सर्वात महत्वाचा घटक.

खराब निचरा: पाणी साचणे → ऑक्सिजनची कमतरता → समतोल संतुलन (Eh) ↓

चांगला निचरा: ऑक्सिजनचा पुरवठा वाढतो ↑ → समतोल संतुलन (Eh) वाढते

द्राक्ष,डाळिंब, लिंबूवर्गीय फळे,केळी,भाजीपाला ह्या पिकांवर विशेषता होतो, कारण  तेथे मुळांच्या क्षेत्रातील दीर्घकाळ चालणाऱ्या क्षपणाचा (reduction) पोषक तत्वांचे शोषण आणि मुळांच्या आरोग्यावर परिणाम होऊ शकतो.

ए. मातीचा पोत आणि रचना

चिकणमातीयुक्त, घट्ट मातीमध्ये चांगल्या रचनेच्या वालुकामय/पोयट्याच्या मातीपेक्षा वायूंचा प्रसार अनेकदा मंद असतो.

ऐ. खते आणि सुधारक

काही घटक इलेक्ट्रॉन संतुलन आणि सूक्ष्मजैविक क्रियाकलाप बदलू शकतात.

उदाहरणे:

• सेंद्रिय खत, • कंपोस्ट, • हिरवे खत, • सहज विघटनशील कार्बन, • गंधक, • नायट्रेट,

• ऑक्सिडायझिंग/रिड्यूसिंग सुधारक

१० . कृषी उपयुक्त  विश्लेषणासाठी, Eh चा सोपा अर्थ / परिणाम  असा आहे:

11.  pH चा देखील Eh वर परिणाम होतो :    हे विशेषतः महत्त्वाचे आहे.

Eh मूल्य समान असले तरी, वेगवेगळ्या pH मूल्यांवर एकाच प्रकारच्या मातीचे रासायनिक वर्तन लक्षणीयरीत्या भिन्न असू शकते.

त्यामुळे, सखोल विश्लेषणासाठी, केवळ Eh विचारात घेण्याऐवजी Eh + pH + ओलावा (moisture) + तापमान + EC (विद्युत वाहकता) याचा विचार करावा लागतो.

pH केवळ Eh ला "कारणीभूत" ठरत नाही, परंतु अनेक रेडॉक्स अभिक्रिया pH-अवलंबित असतात, त्यामुळे हे दोन घटक तीव्रतेने आंतरक्रिया करतात.

शेतीमध्ये, Eh (रिडॉक्स पोटेन्शिअल) - आणि pH (पोटेन्शिअल ऑफ हायड्रोजन) हे दोन अत्यंत महत्त्वाचे घटक आहेत, जे एकत्रितपणे जमिनीतील रासायनिक आणि जैविक वातावरण निश्चित करतात. हे दोन्ही घटक पोषक घटकांची उपलब्धता, सूक्ष्मजीव क्रियाशीलता आणि पिकांचे आरोग्य नियंत्रित करतात. पारंपारिक शेतीमध्ये प्रामुख्याने pH वर भर दिला जात असे, परंतु आधुनिक कृषी विज्ञानात पिकांचे अधिक अचूक व्यवस्थापन करण्यासाठी 'Eh-pH आकृत्यांचा' वापर केला जातो.

खालील तक्त्यात  'Eh-pH  या दोन्ही घटकांची तुलना दिली आहे आणि शेतीतील परिणाम कसे ठरवतात, हे स्पष्ट केले आहे:

• कमी pH (< ५.५): अत्यंत आम्लधर्मी. ॲल्युमिनियम आणि मॅंगनीज अत्यंत विद्राव्य होतात, अनेकदा विषारी पातळीपर्यंत पोहोचतात ज्यामुळे मुळांची वाढ खुंटते. फॉस्फरस, कॅल्शियम आणि मॅग्नेशियम सारखी अत्यावश्यक पोषक तत्वे अडकून राहतात आणि अनुपलब्ध होतात.

• उच्च pH (> ७.५): अल्कधर्मी. लोह, जस्त, तांबे आणि मॅंगनीज सारखी सूक्ष्म पोषक तत्वे अविद्राव्य होतात, ज्यामुळे पोषक तत्वांची कमतरता निर्माण होते (जसे की लोहामुळे होणारी हरितहीनता).

• व्यवस्थापन: शेतकरी कमी pH वाढवण्यासाठी शेतीतील चुना वापरतात आणि उच्च pH कमी करण्यासाठी जीस्पम मूलद्रव्यीय गंधक किंवा आम्लधर्मी खते वापरतात.

२. मृदेचा Eh: इलेक्ट्रॉन संतुलन मिलिव्होल्ट (mV) मध्ये मोजला जाणारा Eh, मृदेच्या ऑक्सिडेशन-रिडक्शन स्थितीचा मागोवा घेतो. मृदेच्या पर्यावरणाला इलेक्ट्रॉनची किती गरज आहे, हे तो आपल्याला सांगतो.

• उच्च Eh (> +450 mV / ऑक्सिडाइज्ड): हे ऑक्सिजन-समृद्ध परंतु संभाव्यतः अवनत, ऊर्जा-क्षीण झालेल्या जमिनीचे सूचक आहे. अनेक आधुनिक, जास्त नांगरलेल्या जमिनी अति-ऑक्सिडाइज्ड असतात, ज्यामुळे सेंद्रिय पदार्थ खूप लवकर जळून जातात आणि वनस्पती कीटकांना बळी पडतात.

• कमी/ऋणात्मक Eh (< +300 mV / रिड्यूस्ड): हे कमी ऑक्सिजनचे सूचक आहे. अत्यंत गंभीर परिस्थितीत—जसे की पाणथळ किंवा पाण्याने भरलेल्या जमिनीत—ॲनारोबिक (ऑक्सिजनविरहित) परिस्थितीमुळे विषारी संयुगे (उदा. हायड्रोजन सल्फाइड) तयार होतात आणि मुळे सडतात, तरीही भातासारख्या पिकांसाठी नियंत्रित रिडक्शन (क्षपण) आवश्यक आहे.

३. Eh-pH: त्यांचे एकत्र व्यवस्थापन का करणे आवश्यक आहे

प्रोटॉन (pH) आणि इलेक्ट्रॉन (Eh) सतत एकमेकांशी आंतरक्रिया करतात. pH बदलल्यास, Eh नैसर्गिकरित्या बदलतो आणि याउलटही घडते.

• रोगजनकांचे "आरामदायी क्षेत्र": प्रत्येक सजीव (वनस्पती, फायदेशीर सूक्ष्मजीव, बुरशी आणि कीटक) एका विशिष्ट Eh-pH क्षेत्रात वाढतो. उदाहरणार्थ, जेव्हा माती अति-ऑक्सिडाइज्ड (उच्च Eh) आणि अल्कधर्मी (उच्च pH) होते, तेव्हा ती वनस्पतींची प्रतिकारशक्ती कमकुवत करते आणि मावासारख्या कीटकांना किंवा प्रीमियम रोगजंतूंना वाढीसाठी पोषक वातावरण निर्माण करते. • रायझोस्फिअर होमियोस्टॅसिस (Rhizosphere Homeostasis): निरोगी वनस्पती त्यांच्या मुळांच्या सभोवतालचे Eh आणि pH बदलण्यासाठी सक्रियपणे रूट एक्स्युडेट्स (शर्करा, ऑक्सिजन, सेंद्रिय आम्ल) बाहेर टाकतात. यामुळे रायझोस्फिअरला बंदिस्त पोषक तत्वांचा वापर करण्यासाठी 'चार्ज' केले जाते. तथापि, जर मुख्य मातीचे संतुलन गंभीरपणे बिघडले असेल, तर वनस्पती फळे किंवा पाने वाढवण्याऐवजी आपल्या मुळांच्या क्षेत्राला सुधारण्याचा प्रयत्न करण्यात मोठ्या प्रमाणात प्रकाशसंश्लेषणाची ऊर्जा वाया घालवते.

• पोषक तत्वांची रूपे: Eh-pH चे संयोजन ठरवते की पोषक तत्व कोणते रासायनिक रूप धारण करेल. उदाहरणार्थ, नायट्रोजन उच्च-Eh, ऑक्सिडाइज्ड वातावरणात नायट्रेट (NO₃⁻) म्हणून किंवा कमी-Eh, रिड्यूस्ड वातावरणात अमोनियम (NH₄⁺) म्हणून अस्तित्वात असू शकतो.

पुनरुत्पादक शेती दोन्हीमध्ये संतुलन कसे साधते

हे दोन्ही घटक योग्य संतुलनात (+400 mV Eh आणि ~6.5 pH) ठेवण्यासाठी, शेतकर्यांनी मातीतील सेंद्रिय पदार्थ वाढवण्यावर आणि नांगरणी कमी करण्यावर लक्ष केंद्रित करावे. सेंद्रिय पदार्थ प्रोटॉन आणि इलेक्ट्रॉन या दोन्हींसाठी एक मोठा बफर म्हणून काम करतात, ज्यामुळे जमिनीची रचना स्थिर राहते, ओलावा टिकून राहतो आणि रोगजनकांना दूर ठेवणाऱ्या फायदेशीर सूक्ष्मजीव घटकांना पोषण मिळते.