“Testing Perennial Cover Crops’ Impact on Soil Health & Corn Yield” | (मृदा स्वास्थ्य और मकई उत्पादन पर बारहमासी कवर फसलों के प्रभावों का परीक्षण )

मक्के की फसल में नाइट्रोजन की अत्यधिक भूख होती है। पर्ड्यू विश्वविद्यालय के वैज्ञानिक इस बात की जांच कर रहे हैं कि क्या कुरा तिपतिया घास, एक बारहमासी फलियां, मकई के लिए पर्याप्त नाइट्रोजन प्रदान कर सकती है, जिससे मिट्टी में कार्बनिक कार्बन भंडारण को बढ़ाते हुए सिंथेटिक उर्वरकों की आवश्यकता कम हो सकती है।

यह नवोन्मेषी प्रणाली संभावित रूप से मिडवेस्ट मकई उत्पादन में मिट्टी नाइट्रोजन की बहुत जरूरी आपूर्ति को बढ़ावा दे सकती है। 2023 में अकेले इंडियाना में 5 बिलियन डॉलर से अधिक मूल्य पर एक अरब बुशेल से अधिक मकई का उत्पादन हुआ, अमेरिकी कृषि विभाग की राष्ट्रीय कृषि सांख्यिकी सेवा के अनुसार.

कृषि विज्ञान विभाग में सहायक प्रोफेसर, पर्ड्यू के यिचाओ रुई ने कहा, “हम अपने वार्षिक उत्पादन प्रणालियों में जो नाइट्रोजन लागू करते हैं उसका एक बड़ा प्रतिशत हमारे जलमार्गों या वायुमंडल में खो जाता है।” “चाहे यह मिट्टी प्रणाली से हो या बाहरी अनुप्रयोग से, मकई को उत्पादक होने के लिए बहुत अधिक नाइट्रोजन की आवश्यकता होती है।”

रुई कुरा के अल्प-अध्ययनित प्रभावों का परीक्षण करने के लिए नई परियोजना का नेतृत्व कर रहे हैं तिपतिया घास मक्के के उत्पादन पर.

पारिस्थितिक रूप से मजबूत प्रणाली में, मक्का अन्य फसलों के साथ घूमता रहेगा। लेकिन मकई की आर्थिक क्षमता अधिक लाभदायक विकल्प की मांग करती है। कुरा तिपतिया घास को निरंतर मकई उत्पादन प्रणाली में एकीकृत करना उच्च मकई उत्पादकता और दोनों की दिशा में एक संभावित मार्ग प्रदान करता है पर्यावरणीय स्थिरता.

मिडवेस्ट में विंटर कवर-क्रॉपिंग लोकप्रियता हासिल कर रही है। सर्दियों के परती मौसम के दौरान मिट्टी को ढकने के लिए किसानों की बढ़ती संख्या मक्का या सोयाबीन की कटाई के बाद अनाज राई जैसी कवर फसलें लगाती है। लेकिन बढ़ते मौसम के दौरान, मकई के खेतों में आमतौर पर ऐसी कवर फसलों की कमी होती है।

कुरा तिपतिया घास, एक अद्वितीय बारहमासी फलियां जो पूरे वर्ष जीवित रहती है, मोनोकल्चर मकई प्रणाली के कम उपयोग किए गए अस्थायी और स्थानिक क्षेत्रों का उपयोग कर सकती है। एक फलियां के रूप में, कुरा तिपतिया घास भी हवा से निष्क्रिय नाइट्रोजन गैस को ठीक करता है, इसे मकई के लिए उपलब्ध पौधों के उपयोग योग्य रूपों में परिवर्तित करता है।

“इससे पारिस्थितिक जटिलता जुड़ गई, साथ में जैविक नाइट्रोजन निर्धारणमजबूत पौधे-सूक्ष्मजीव अंतःक्रिया को बढ़ावा देकर मिट्टी में कार्बन संचय को बढ़ाने का एक अनूठा अवसर प्रस्तुत करता है,” रुई ने कहा।

परियोजना में रुई के सहयोगी सिल्वी ब्राउडर, कृषि अनुसंधान में उत्कृष्टता के विकरशम अध्यक्ष और कृषि विज्ञान के प्रोफेसर हैं; जेफरी वोलेनेक, कृषि विज्ञान के प्रोफेसर; और प्रतिष्ठा पौडेल, कृषि विज्ञान की सहायक प्रोफेसर। शोधकर्ता पर्ड्यू के एग्रोनॉमी सेंटर फॉर रिसर्च एंड एजुकेशन में स्थित वाटर क्वालिटी फील्ड स्टेशन (डब्ल्यूक्यूएफएस) में अपने प्रयोग करते हैं।

नया निफ़ा अध्ययन फील्ड स्टेशन पर चल रहे विभिन्न परीक्षणों में मृदा स्वास्थ्य आयाम जोड़ता है। इनमें तुलना के लिए कुरा तिपतिया घास के साथ और उसके बिना, मकई से संबंधित ग्रीनहाउस गैस और पानी की गुणवत्ता के अध्ययन शामिल हैं। इसके अलावा चल रहे हैं: बायोएनर्जी उत्पादन और पुनर्स्थापित प्रेयरी सिस्टम में उपयोग की जाने वाली घास से संबंधित परीक्षण।

पर्ड्यू ने 1992 में फील्ड स्टेशन लॉन्च किया था। तब से, इसका उपयोग खाद से झीलों, नालों और नदियों में कीटनाशकों, पोषक तत्वों और हार्मोन और एंटीबायोटिक दवाओं की आवाजाही को ट्रैक करने के लिए किया जाता रहा है। फ़ील्ड स्टेशन की उपसतह जल निकासी प्रणाली और विशेष उपकरण इन महत्वपूर्ण अनुसंधान गतिविधियों को सुविधाजनक बनाते हैं।

वोलेनेक ने कहा, “कुरा क्लोवर प्रणाली के पर्यावरणीय प्रदर्शन को अभी तक पूरी तरह से समझा नहीं जा सका है।” प्रारंभिक आंकड़ों से पता चलता है कि तिपतिया घास की इस घास में मक्का बोने से सिस्टम की पानी की गुणवत्ता में सुधार होता है। ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन, जिस पर WQFS भी नज़र रखता है, एक अन्य केंद्र बिंदु है क्योंकि वे जलवायु परिवर्तन में योगदान करते हैं।

कुरा तिपतिया घास का अध्ययन करने वाले शोधकर्ताओं के लिए मृदा कार्बन की गतिशीलता और परिणाम एक नया फोकस हैं। विश्व स्तर पर मिट्टी 1 मीटर की गहराई तक लगभग 1,550 गीगाटन मिट्टी कार्बन जमा करती है। रुई ने कहा, “वैश्विक वनस्पति और वायुमंडल में कुल मिलाकर मौजूद कार्बन की तुलना में मिट्टी में अधिक कार्बन है।” मिट्टी में कार्बन का अर्थ है अधिक मिट्टी में कार्बनिक पदार्थ, बेहतर मिट्टी का स्वास्थ्य और फसल उत्पादन में सहायता के लिए अधिक पोषक तत्व।

रुई ने कहा कि 1850 के दशक में गहन खेती शुरू होने के बाद से मध्यपश्चिमी मिट्टी का लगभग एक तिहाई से आधा कार्बन वायुमंडल में नष्ट हो गया है। इससे पहले, प्रेयरी पौधे साल भर जमीन पर छाए रहते थे, प्रकाश संश्लेषण करते थे, हवा से कार्बन को स्थिर करते थे और घनी जड़ प्रणाली बनाते थे जो मिट्टी के रोगाणुओं से मजबूती से जुड़ी होती थी।

आधुनिक मकई की फसल की जड़ प्रणाली उथली और कम मजबूत होती है क्योंकि सतह पर प्रचुर मात्रा में पानी और सिंथेटिक नाइट्रोजन तक उनकी पहुंच होती है। यह मकई की जड़ों और मिट्टी के रोगाणुओं के बीच की कड़ी को भी ढीला कर देता है, जिससे मिट्टी में कार्बन को पंप करने की क्षमता कम हो जाती है, जहां यह कार्बनिक पदार्थ का एक स्थिर स्रोत बन जाता है। कुरा तिपतिया घास कटाव को कम करने और नमी बनाए रखने के साथ-साथ प्रक्रिया को उलट सकता है।

अल्फाल्फा और गेहूं की तरह, कुरा तिपतिया घास की उत्पत्ति यूरोप और एशिया के बीच फैले काकेशस पर्वत में हुई। “यह एक फैलता हुआ तिपतिया घास है,” ब्रूडर ने कहा। यह गर्मियों की गर्मी में वापस मर जाता है, फिर पतझड़ में सर्दियों की कवर फसल के रूप में काम करने के लिए फिर से उग आता है। “आपको कवर फ़सल बोने की ज़रूरत नहीं है। यह बस वहाँ है, और फिर वसंत ऋतु में, आप इसे वापस तोड़ते हैं और अपना मक्का लगाते हैं।”

कुरा तिपतिया घास आक्रामक रूप से बढ़ने वाले भूमिगत धावकों का उत्पादन करता है जो पौधे की अनुकूलन और पनपने की क्षमता में सहायता करते हैं, भले ही यह जमीन के ऊपर सूख जाता है। “लेकिन पत्ती के जिस ऊतक को आपने मारा है, वह मिट्टी पर गिर जाएगा और विघटित हो जाएगा, और वह नाइट्रोजन मकई की फसल के लिए उपलब्ध होगी,” ब्रूडर ने कहा।

सिद्धांत रूप में यह सरल लगता है। लेकिन सिस्टम को व्यवहार में लाने से कुछ जटिल लॉजिस्टिक और प्रबंधन मुद्दे सामने आते हैं। कुरा तिपतिया घास का बीज प्राप्त करना कठिन है। वोलेनेक ने कहा, “एक खरपतवार की तरह, अगर इसका प्रबंधन ठीक से नहीं किया गया तो यह पानी, पोषक तत्वों और प्रकाश के लिए मकई के साथ प्रतिस्पर्धा करता है।” किसानों को नई प्रक्रियाएं सीखनी होंगी। और यहां तक ​​कि विभिन्न शाकनाशी व्यवस्थाओं के प्रति तिपतिया घास की प्रतिक्रिया में फील्ड स्टेशन पर अपने आप में एक अध्ययन शामिल है।

ब्रूडर ने कहा, “किसी को भी इसे बड़े पैमाने पर आज़माने से पहले यह सब पता लगाना होगा।”

Corn crops require a lot of nitrogen. Scientists at Purdue University are investigating whether kura clover, a perennial legume, can provide enough nitrogen for corn, potentially increasing organic carbon storage in the soil while reducing the need for synthetic fertilizers.

This innovative system could significantly improve soil nitrogen supply for corn production in the Midwest. In 2023, Indiana alone produced over a billion bushels of corn worth more than $5 billion, according to the USDA National Agricultural Statistics Service.

Purdue Assistant Professor Yichao Rui stated, “A large percentage of the nitrogen we apply to our annual production systems is lost to our waterways or the atmosphere. Corn requires a lot of nitrogen to be productive, whether it’s from the soil or applied externally.”

Rui is leading a new project to test the effects of kura clover on corn production.

In an ecologically sound system, corn will continue to rotate with other crops. However, corn’s economic potential often demands more profitable options. Integrating kura clover into continuous corn production could provide a pathway for enhanced corn productivity and environmental sustainability.

Winter cover cropping is gaining popularity in the Midwest, with more farmers planting cover crops like cereal rye after harvesting corn or soybeans to cover the soil during winter. However, there is often a lack of cover crops in corn fields during the growing season.

Kura clover, a unique perennial legume that survives year-round, can utilize underused areas of monoculture corn systems. As a legume, kura clover also fixes inert nitrogen gas from the air and converts it into usable forms for corn plants.

“This adds ecological complexity and provides a unique opportunity to increase carbon storage in the soil by enhancing strong plant-microbe interactions,” Rui said.

Rui’s collaborators on the project are Silvy Brouder, the Wickersham Chair in Agricultural Research and Professor of Agronomy; Jeffrey Volenec, Professor of Agronomy; and Reshma Paudel, Assistant Professor of Agronomy. The researchers conduct their experiments at Purdue’s Water Quality Field Station (WQFS) in the Agronomy Center for Research and Education.

The new NiFA study adds soil health dimensions to ongoing tests at the field station. These include studies of greenhouse gas emissions and water quality in corn-related systems with and without kura clover for comparison. Other ongoing tests examine bioenergy production and grass related to restored prairie systems.

Purdue launched the field station in 1992. Since then, it has been used to track the movement of pesticides, nutrients, hormones, and antibiotics from fertilizers into lakes, streams, and rivers. The field station’s subsurface drainage system and specialized equipment facilitate these vital research activities.

Volenec noted, “The environmental performance of the kura clover system is not yet fully understood.” Early data suggest that planting corn in this clover can improve water quality in the system. Greenhouse gas emissions, which WQFS also monitors, are another focal point as they contribute to climate change.

Researchers studying kura clover are also focusing on soil carbon dynamics and outcomes. Globally, soils store about 1,550 gigatons of carbon at a depth of 1 meter. Rui mentioned, “There is more carbon in the soil than in the total carbon present in global vegetation and the atmosphere.” More carbon in the soil means more organic matter, better soil health, and more nutrients available to aid crop production.

Rui remarked that since intensive farming began in the 1850s, a third to half of the carbon in Midwest soils has been lost to the atmosphere. Previously, prairie plants covered the land year-round, engaging in photosynthesis, stabilizing carbon from the air, and developing dense root systems that were strongly linked with soil microbes.

In contrast, modern corn crops have shallow and less robust root systems due to ample water and synthetic nitrogen availability at the surface. This weakens the link between corn roots and soil microbes, reducing the ability to pump carbon into the soil, where it could become a stable source of organic matter. Kura clover could help reduce erosion and retain moisture while reversing this trend.

Like alfalfa and wheat, kura clover originated from the Caucasus mountains, which span Europe and Asia. “It’s a spreading clover,” Brouder stated. It dies back during the summer heat but regrows in the fall to serve as a winter cover crop. “You don’t need to plant a cover crop. It’s just there, and then in the spring, you can cut it back and plant your corn.”

Kura clover aggressively produces underground runners that help the plant adapt and thrive, even if the above-ground parts die off. “But the leaf tissue you’ve cut will fall to the soil and decompose, making nitrogen available for the corn crop,” Brouder explained.

It sounds simple in theory. However, implementing this system presents some complex logistical and management challenges. Acquiring kura clover seeds can be difficult. Volenec remarked, “Like a weed, if not managed properly, it competes with corn for water, nutrients, and light.” Farmers will need to learn new practices. An additional study at the field station focuses on the clover’s reactions to various herbicide regimes.

Brouder stated, “Someone needs to figure all of this out before large-scale testing can begin.”