नाइट्रोजन चक्र को कैसे बाधित करें

मनुष्य की गतिविधियाँ अब नाइट्रोजन चक्र को अस्त-व्यस्त कर सकती हैं। यहां खतरा जाहिर तौर पर वैश्विक स्तर पर चक्र को बाधित करने में नहीं है, बल्कि किसी विशेष झील या मिट्टी प्रणाली में स्थानीय स्तर पर इसे परेशान करने में है।

उदाहरण के लिए, विचार करें कि औद्योगिक देशों में अधिकांश मिट्टी में प्राकृतिक नाइट्रोजन सामग्री का क्या हो रहा है। मिट्टी से आस-पास की नदियों या झीलों में खो जाना या धुल जाना और मिट्टी की उर्वरता बनी रहती है। हालाँकि, यदि भूमि को ठीक से नहीं लगाया जाता है या यदि यह अधिक खेती की जाती है, तो इस प्राकृतिक मिट्टी के नाइट्रोजन का अधिकांश भाग सतही अपवाह से नष्ट हो सकता है; एक पोषक तत्व रिसाव होता है और नाइट्रोजन, मुख्य रूप से नाइट्रेट (NO3) के रूप में मिट्टी से पास की जल प्रणालियों में स्थानांतरित हो जाती है। इस लीचिन के अलावा or   रिसाव, जब भी कटाई होती है, नाइट्रोजन भी हटा दिया जाता है। प्रजनन क्षमता को बनाए रखने के लिए इसे प्राकृतिक या कृत्रिम साधनों से बदलना होगा। जब हम मानते हैं कि एक इंच ऊपरी मिट्टी के निर्माण में 500 साल तक लग सकते हैं, तो हम हर साल अमेरिकी खेतों में उर्वरता में कमी की सराहना कर सकते हैं जब 2 अरब टन से अधिक तलछट बारिश और सिंचाई से बह जाती है। चूंकि भूमि का दुरुपयोग किया गया है और निरंतर उपयोग से पोषक तत्वों की धीरे-धीरे कमी हो रही है, हम अकार्बनिक उर्वरकों के रूप में कृत्रिम, या मानव निर्मित नाइट्रोजन को जोड़कर फसल की पैदावार को बनाए रखने या यहां तक ​​​​कि बढ़ाने में सक्षम हैं - जैसा कि प्राकृतिक रूप से प्रदान किए गए जैविक उर्वरकों के विपरीत है। पौधों और जानवरों से अपशिष्ट और क्षय द्वारा। कार्बनिक उर्वरक का उपयोग पौधों द्वारा तब तक नहीं किया जा सकता जब तक कि यह मिट्टी के जीवाणुओं द्वारा अकार्बनिक पोषक तत्वों में परिवर्तित न हो जाए।

दुर्भाग्य से, अकार्बनिक उर्वरक के साथ एक मिट्टी को ओवरलोड करना स्पष्ट रूप से इस महत्वपूर्ण जीवाणु क्रिया के हेमोस्टैटिक संतुलन को बिगाड़ देता है। संयुक्त राज्य अमेरिका में द्वितीय विश्व युद्ध के बाद से अकार्बनिक रासायनिक उर्वरक का उपयोग तेजी से बढ़ा है, पिछले 25 वर्षों में लगभग 14 गुना बढ़ गया है। इसने हमें और अधिक भोजन उगाने की अनुमति दी है, लेकिन साथ ही यह कुछ गंभीर समस्याएं पैदा कर रहा है। दुर्भाग्य से, जब अकार्बनिक नाइट्रोजन उर्वरक का उपयोग किया जाता है, तो मिट्टी में प्राकृतिक कार्बनिक नाइट्रोजन की मात्रा गिर सकती है और मिट्टी से पौधे में नाइट्रेट के हस्तांतरण की दक्षता कम हो सकती है। इसका मतलब यह है कि मिट्टी में कुछ नाइट्रेट का उपयोग नहीं किया जाता है और इसे पास की धाराओं में धोया जा सकता है या नाइट्रोजन के अन्य रूपों (उदाहरण के लिए, NH3) में खो दिया जा सकता है। विडंबना यह है कि अकार्बनिक नाइट्रोजन उर्वरक के व्यापक उपयोग के परिणामस्वरूप, कई भारी खेती वाले क्षेत्रों में नाइट्रोजन पोषक तत्व रिसाव विकसित हुआ है। मिट्टी की प्राकृतिक नाइट्रोजन सामग्री समाप्त हो गई है, जबकि आस-पास की जल प्रणालियाँ अतिरिक्त नाइट्रोजन से अतिभारित हो गई हैं। इसका परिणाम एक प्रकार का "रासायनिक दुष्चक्र" हो सकता है, जहां अधिक से अधिक उर्वरक को जोड़ा जाना चाहिए क्योंकि मिट्टी खराब और खराब हो जाती है और हमारी जल प्रणाली बहुत अधिक नाइट्रेट के साथ अधिक से अधिक बोझिल हो जाती है।                                                                                               अतिरिक्त नाइट्रेट या अन्य पोषक तत्व (उदाहरण के लिए, फॉस्फेट) एक जलीय पारिस्थितिकी तंत्र को क्या कर सकते हैं, जैसे कि एक झील? कुछ रसायन और पोषक तत्व स्वाभाविक रूप से भूमि से एक झील में चले जाते हैं और परिणामस्वरूप झील समय के साथ उथली हो जाती है क्योंकि वर्षों में तलछट का निर्माण होता है। पोषक तत्वों के संवर्धन और अवसादन की इस प्राकृतिक उम्र बढ़ने की प्रक्रिया को यूट्रोफिकेशन कहा जाता है। सभी झीलें स्वाभाविक रूप से बढ़ती हैं और अंततः "मर जाती हैं"। जब मनुष्य मिट्टी के कटाव को बढ़ाता है या अतिरिक्त मात्रा में सीवेज, औद्योगिक अपशिष्ट या उर्वरक अपवाह का परिचय देता है, तो वह झील की उम्र बढ़ने में तेजी ला सकता है। मानव निर्मित यूट्रोफिकेशन के इस रूप को सांस्कृतिक यूट्रोफिकेशन कहा जाता है। एरी झील की समय से पहले बुढ़ापा और "आंशिक मौत" प्राकृतिक रासायनिक चक्रों में मनुष्य के हस्तक्षेप का एक अच्छा उदाहरण है। फिर, हम अपेक्षाकृत कम जानते हैं कि जटिल जलीय और मिट्टी के पारिस्थितिक तंत्र में क्या होता है। अलग-अलग झीलों और मिट्टी प्रणालियों में अलग-अलग विशेषताएं और समस्याएं हैं, लेकिन एक कच्ची सामान्य तस्वीर उभर रही है

एक झील में पौधों के जीवन को भोजन, या पोषक तत्वों के रूप में नाइट्रेट्स (और फॉस्फेट) के संतुलित इनपुट की आवश्यकता होती है। जब पौधे या जानवर मर जाते हैं या जब कार्बनिक पदार्थ या पानी धोया जाता है या झील में फेंक दिया जाता है, जैसे नाइट्रेट, फॉस्फेट, और अन्य खनिज, जिसका उपयोग पौधे और पशु जीवन का समर्थन करने के लिए किया जा सकता है। झील को साफ किया जाता है और जीवन नाइट्रोजन चक्र द्वारा बनाए रखा जाता है। यह शानदार सफाई और पोषक तत्व चक्र तब तक अच्छा काम करता है जब तक कि यह बहुत अधिक तनावग्रस्त न हो। यदि झील में नाइट्रेट और फॉस्फेट की अधिकता है, तो संपूर्ण नाइट्रोजन चक्र और अंततः कार्बन और ऑक्सीजन चक्र स्थानीय स्तर पर बाधित हो सकते हैं; पौधों के अतिरिक्त पोषक तत्व मौजूद होने से, पौधों, विशेष रूप से शैवाल की विस्फोटक वृद्धि हो सकती है।

परिणामस्वरूप "शैवाल खिलने" को लंबे समय तक समर्थित नहीं किया जा सकता है और वे जल्द ही मर जाते हैं, मृत कार्बनिक पदार्थों के साथ पानी को खत्म कर देते हैं। अपघटित जीवाणु ऑक्सीकरण द्वारा इन मृत पदार्थों को तोड़ते हैं और इस प्रक्रिया में पानी की ऑक्सीजन सामग्री को समाप्त कर देते हैं। यदि अति निषेचन की प्रक्रिया  जारी है, जलीय पारिस्थितिकी तंत्र में मछलियों और अन्य जलीय जीवों को सहारा देने की क्षमता कम होती है जिन्हें ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है। जैसे-जैसे वे मरते हैं, यह अतिरिक्त मृत कार्बनिक पदार्थों के साथ सिस्टम को अधिभारित कर देता है, ऑक्सीजन की मात्रा और भी गिर जाती है, जीवन को बनाए रखने और शुद्धिकरण प्रणाली ढह जाती है या खराब हो जाती है, और पानी खराब हो जाता है।

दुर्भाग्य से, संयुक्त राज्य अमेरिका जैसे आधुनिक औद्योगिक समाज में, नाइट्रेट्स और फॉस्फेट के कई स्रोत हैं जो संभावित रूप से हमारी कई झीलों को अधिभारित कर सकते हैं। एरी झील की "समय से पहले बुढ़ापा" केवल एक प्रारंभिक चेतावनी प्रणाली हो सकती है। नाइट्रेट्स और फॉस्फेट के कुछ प्रमुख मानव-जनित स्रोत हैं (1) अकार्बनिक-उर्वरक अपवाह, (2) नगरपालिका सीवेज-उपचार संयंत्र, (3) पशु-चारा लॉट प्रथाएं जो हजारों या सैकड़ों को केंद्रित करके भारी मात्रा में पशु अपशिष्ट उत्पन्न करती हैं। एक "पशुधन कारखाने" में हजारों जानवरों की संख्या, (4) अंतरराष्ट्रीय-दहन इंजन से नाइट्रोजन-ऑक्साइड का उत्सर्जन, और (5) अधिकांश सिंथेटिक डिटर्जेंट में पाए जाने वाले फॉस्फेट। ये सभी बड़े पैमाने पर पोषक तत्वों के अधिभार और रासायनिक चक्रण की प्राकृतिक दर में व्यवधान पैदा करने के लिए एक झील पारिस्थितिकी तंत्र पर एक साथ टकरा सकते हैं।

जाहिर है कि इस प्रक्रिया को तेज किया जा सकता है क्योंकि देश में वृद्धि के साथ-साथ कुल जनसंख्या में वृद्धि होती है। झीलों के आसपास के क्षेत्रों में औद्योगीकरण और जनसंख्या संकेंद्रण (उदाहरण के लिए, महान झीलें जिनमें पृथ्वी पर सभी ताजे पानी का 20 प्रतिशत हिस्सा होता है)। इसके अलावा, जैसे-जैसे जनसंख्या बढ़ती है, भोजन की उच्च पैदावार को बनाए रखने के लिए अधिक से अधिक उर्वरक का उपयोग किया जाना चाहिए और अधिक से अधिक पशु अपशिष्ट विकास के लिए हमारे कुशल फीडलॉट सिस्टम से जमा होते हैं, जनसंख्या के लिए अधिक पशुधन। संयुक्त राज्य अमेरिका में हर साल 2 अरब टन जानवरों के कचरे का उत्पादन होता है, जो वहां से चंद्रमा तक पहुंचने वाली ट्रेन को भरने के लिए पर्याप्त है और आधे रास्ते में और 2 मिलियन लोगों द्वारा उत्पादित मानव अपशिष्ट के बराबर है। दूसरे शब्दों में, संयुक्त राज्य अमेरिका में जानवर पूरी अमेरिकी आबादी की तुलना में 10 गुना अधिक अपशिष्ट पैदा करते हैं। यदि अतिरिक्त  जानवरों के कचरे को जैविक खाद के रूप में इस्तेमाल किया जाता था, हम अकार्बनिक उर्वरक की कुछ जरूरत को खत्म कर सकते थे। दुर्भाग्य से, वर्तमान में समस्या तकनीकी के बजाय मुख्य रूप से आर्थिक है; अकार्बनिक उर्वरक अपेक्षाकृत सस्ता है। यदि हम अपने पर्यावरण पर उनके विनाशकारी प्रभाव सहित अकार्बनिक उर्वरकों की वास्तविक लागत का भुगतान करते हैं, तो जैविक उर्वरक का उपयोग फिर से आर्थिक रूप से व्यवहार्य हो जाएगा।

विडंबना यह है कि, जैसा कि हम अपने कस्बों और शहरों के लिए प्राथमिक सीवेज-उपचार संयंत्रों के निर्माण में अधिक से अधिक पैसा खर्च करते हैं, वे जलीय पारिस्थितिक तंत्र में अतिरिक्त नाइट्रेट और फॉस्फेट भी जोड़ सकते हैं और हमें अंततः अधिक महंगे तृतीयक उपचार संयंत्रों में जाने के लिए मजबूर किया जाएगा जो हटा देते हैं नाइट्रेट्स और फॉस्फेट।

ऑटोमोबाइल, या अधिक सही ढंग से आंतरिक दहन इंजन, को आमतौर पर वायु प्रदूषण के संदर्भ में माना जाता है, लेकिन यह नाइट्रेट जल प्रदूषण में भी योगदानकर्ता है। बड़े शहर आम तौर पर दो बुनियादी वायु-प्रदूषण वर्गों में से एक में आते हैं, ब्राउन-एयर सिटी और ग्रे-एयर सिटी। ब्राउन-एयर शहर, जैसे लॉस एंजिल्स, अपेक्षाकृत युवा शहर हैं, जहां ऑटोमोबाइल में आंतरिक (या राक्षसी) दहन इंजन में वायु प्रदूषण का मुख्य स्रोत है। हर ऑटोमोबाइल हवा में कई सौ अलग-अलग यौगिकों को उगलता है। इन यौगिकों में से एक गैसीय नाइट्रिक ऑक्साइड (NO) है, जो ईंधन को जलाने के लिए इस्तेमाल की जाने वाली हवा में नाइट्रोजन और ऑक्सीजन की प्रतिक्रिया से उच्च तापमान पर इंजन में बनता है, नाइट्रिक ऑक्साइड अपेक्षाकृत हानिरहित है लेकिन यह ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया कर सकता है हवा नाइट्रोजन डाइऑक्साइड बनाने के लिए एक पीले-भूरे रंग की जहरीली गैस है जो लॉस एंजिल्स जैसे कार-उन्मुख शहरों पर भूरे रंग की धुंध पैदा करती है। नाइट्रोजन डाइऑक्साइड फेफड़ों के लिए हानिकारक हो सकता है। इससे भी अधिक गंभीर तथ्य यह है कि सूर्य के प्रकाश की उपस्थिति में यह कार्बन-हाइड्रोजन यौगिकों (हाइड्रोकार्बन) के साथ जुड़ जाता है। रसायनों का एक नया काढ़ा बनाने के लिए ऑटो एग्जॉस्ट में भी उत्सर्जित होता है। फोटो केमिकल स्मॉग कहे जाने वाले इस मिश्रण में ऐसे रसायन होते हैं जो आंखों में जलन पैदा करते हैं और वनस्पति को नुकसान पहुंचाते हैं।                                                                                                                                            इसके अलावा नाइट्रोजन डाइऑक्साइड पानी में घुल सकता है और नाइट्रेट में परिवर्तित हो सकता है, इस प्रकार नाइट्रेट जल प्रदूषण को जोड़ सकता है।

अब कारों पर स्थापित उत्सर्जन नियंत्रण उपकरण नाइट्रोजन के ऑक्साइड को कम करने का खराब काम करते हैं और वास्तव में उनकी एकाग्रता को बढ़ा सकते हैं। कई विशेषज्ञों का तर्क है कि उत्सर्जन नियंत्रण उपकरण केवल एक अस्थायी समाधान प्रदान करते हैं, जो हमें आंतरिक-दहन इंजन के लिए एक प्रतिस्थापन खोजने के लिए थोड़ा समय (शायद 5-10 वर्ष) खरीदता है। यदि, वर्षों की अवधि में, ये उपकरण सभी खतरनाक वायु प्रदूषकों को औसतन 50 प्रतिशत तक कम कर देते हैं और उसी समय कारों की संख्या दोगुनी हो जाती है (जैसा कि अनुमान लगाया गया है), तो वायु-प्रदूषण का स्तर वर्तमान स्तर पर वापस आ जाएगा और और भी कारों के जुड़ने पर फिर से उठें।

दूसरे प्रकार का शहर, ग्रे-एयर सिटी, एक पुराना शहर है, जैसे कि न्यूयॉर्क, शिकागो और लंदन, जो हीटिंग, निर्माण और बिजली उत्पादन के लिए कोयले या तेल के जलने पर बहुत अधिक निर्भर करता है। यह जलने से आम तौर पर दो प्रमुख वायु-प्रदूषक पैदा होते हैं: (1) कण (धूल और कालिख), जो ऐसे शहरों की हवा को ग्रे कास्ट देते हैं, और (2) सल्फर-डाइऑक्साइड, हमारी हवा में सबसे खतरनाक प्रदूषकों में से एक है। कोयला और मिट्टी आमतौर पर सल्फर से दूषित होते हैं और जब उन्हें जलाया जाता है, तो सल्फर हवा के ऑक्सीजन के साथ मिलकर सल्फर-डाइऑक्साइड गैस पैदा करता है।

हमारी हवा में सल्फर डाइऑक्साइड का स्तर, जो पहले से ही गंभीर है, अगले 20 वर्षों में दोगुना होने की उम्मीद है। यह पौधों को नुकसान पहुंचा सकता है, संगमरमर और कंक्रीट को भंग कर सकता है, और लोहे और स्टील को खा सकता है, यह उल्लेख नहीं करने के लिए कि यह नाजुक फेफड़ों के ऊतकों को क्या करता है। एसओ के केवल 0.2 भागों प्रति मिलियन के 24 घंटे के लिए एक्सपोजर, हवा में मौजूद पार्टिकुलेट मैटर के साथ, गंभीर स्वास्थ्य खतरा माना जाता है। Sulphur dioxide ऑटोमोबाइल से नाइट्रोजन-डाइऑक्साइड की समस्या से भी जुड़ा है। Sulphur dioxide, हवा में oxygen के साथ प्रतिक्रिया करके सल्फर-ट्राइऑक्साइड गैस (SO3) उत्पन्न कर सकता है, जो सांस लेने पर फेफड़ों के ऊतकों पर सल्फ्यूरिक एसिड की बूंदों का उत्पादन करने के लिए पानी के साथ प्रतिक्रिया कर सकती है। दुर्भाग्य से, में नाइट्रोजन-डाइऑक्साइड के निशान   हवा Sulphur trioxide gas के ऑक्सीकरण की दर को बढ़ाकर 50 करने के लिए उत्प्रेरक का काम कर सकती है।

इस प्रकार, यह देखा जा सकता है कि हमारी वायु-प्रदूषण समस्या दूसरे से जुड़ी हो सकती है, और कुछ मामलों में वे बदले में जल-प्रदूषण की समस्या से जुड़ी हो सकती हैं। हम एक पारिस्थितिकी तंत्र के लिए कभी एक काम नहीं कर सकते हैं; समस्या और समाधान जटिल हैं, सरल नहीं। हम एरी झील जैसी झीलों के अत्यधिक निषेचन को कैसे कम या कम कर सकते हैं? इस बिंदु पर वास्तव में कोई नहीं जानता। जाहिर है, समग्र जनसंख्या और जनसंख्या एकाग्रता को कम करने से अकार्बनिक उर्वरक उपयोग, पशु अपशिष्ट, ऑटोमोबाइल, डिटर्जेंट और सीवेज-उपचार संयंत्रों को कम करने में मदद मिलेगी। इसके अलावा, हम कुछ प्रदूषकों को प्रतिबंधित या कम कर सकते हैं या अधिक से अधिक अकार्बनिक उर्वरक बनाने के बजाय पशु अपशिष्ट और नगरपालिका सीवेज को जैविक उर्वरक के रूप में उपयोग कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, हम नई तकनीकों को विकसित करने के लिए अनुसंधान प्रयास कर सकते हैं जो कृषि क्षेत्रों में सीवेज और कचरा परिवहन कर सकते हैं, इस प्रकार, हमारे प्राकृतिक पारिस्थितिक चक्र को बाधित करने के बजाय पूरा कर सकते हैं। कोई भी महत्वपूर्ण प्रगति करने के लिए हमें सभी चरों से निपटना होगा, न कि केवल एक, और यह महंगा होगा। इससे बाहर निकलने की तुलना में मुसीबत में पड़ना आसान और सस्ता है।

हमने देखा है कि हमारी जीवन-समर्थन प्रणाली लाखों वर्षों के विकास के दौरान विकसित रासायनिक चक्र और ऊर्जा प्रवाह की एक शानदार प्रणाली पर निर्भर करती है। अब हम मानव जाति के इतिहास में एक अनोखे और अभूतपूर्व चौराहे पर हैं। पहली बार हमारे पास अपने जीवन-समर्थन प्रणाली को नष्ट करने या गंभीर रूप से खराब करने की क्षमता है, विशेष रूप से स्थानीय स्तर पर और अगले 100 से 150 वर्षों के भीतर वैश्विक व्यवधान उत्पन्न हो सकते हैं यदि हम अधिक से अधिक लोगों के उपभोग के अपने वर्तमान पथ पर जारी रखते हैं। और अधिक संसाधन।

पिछले कुछ वर्षों में मनुष्य के प्रभाव और प्रकृति पर उसकी गतिविधियों के रूप में एक नया आयाम प्रकट होना शुरू हो गया है। इसे व्यापक रूप से व्यक्त करने के लिए लगभग 1964 से 'पर्यावरण' शब्द को एक अतिरिक्त अर्थ दिया गया    पारिस्थितिक तंत्र पर मानव गतिविधियों की परस्पर क्रिया की अवधारणा और पारिस्थितिकी तंत्र का प्रभाव स्वयं मनुष्य पर बदलता है।