जैविक खाद किण्वन का सिद्धांत

1 अवलोकन

किसी भी प्रकार के योग्य उच्च गुणवत्ता वाले जैविक खाद उत्पादन को खाद किण्वन प्रक्रिया से गुजरना चाहिए।कंपोस्टिंग एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें भूमि उपयोग के लिए उपयुक्त उत्पाद का उत्पादन करने के लिए कुछ शर्तों के तहत सूक्ष्मजीवों द्वारा कार्बनिक पदार्थ को नीचा और स्थिर किया जाता है।

कंपोस्टिंग, जैविक कचरे के उपचार और उर्वरक बनाने की एक प्राचीन और सरल विधि, ने अपने पारिस्थितिक महत्व के कारण कई देशों में बहुत अधिक ध्यान आकर्षित किया है, यह कृषि उत्पादन को भी लाभ पहुंचाता है।यह बताया गया है कि बीजों के रूप में सड़ी हुई खाद का उपयोग करके मृदा जनित रोगों को नियंत्रित किया जा सकता है।कंपोस्टिंग प्रक्रिया के उच्च तापमान चरण के बाद, विरोधी बैक्टीरिया की संख्या बहुत उच्च स्तर तक पहुंच सकती है, फसलों द्वारा विघटित, स्थिर और आसानी से अवशोषित करना आसान नहीं है।इस बीच, सूक्ष्मजीवों की क्रिया एक निश्चित सीमा में भारी धातुओं की विषाक्तता को कम कर सकती है।यह देखा जा सकता है कि कंपोस्टिंग जैव-जैविक उर्वरक का उत्पादन करने का एक सरल और प्रभावी तरीका है, जो पारिस्थितिक कृषि के विकास के लिए फायदेमंद है। 

खाद इस तरह क्यों काम करती है?कम्पोस्टिंग के सिद्धांतों का अधिक विस्तृत विवरण निम्नलिखित है:

 2. जैविक खाद किण्वन का सिद्धांत

2.1 कंपोस्टिंग के दौरान कार्बनिक पदार्थ का रूपांतरण

सूक्ष्मजीवों की क्रिया के तहत खाद में कार्बनिक पदार्थ के परिवर्तन को दो प्रक्रियाओं में संक्षेपित किया जा सकता है: एक है कार्बनिक पदार्थ का खनिजकरण, अर्थात जटिल कार्बनिक पदार्थों का सरल पदार्थों में अपघटन, दूसरा कार्बनिक पदार्थों की ह्यूमिफिकेशन प्रक्रिया है, अर्थात्, अधिक जटिल विशेष कार्बनिक पदार्थ-ह्यूमस का उत्पादन करने के लिए कार्बनिक पदार्थों का अपघटन और संश्लेषण।दो प्रक्रियाएं एक ही समय में लेकिन विपरीत दिशा में की जाती हैं।अलग-अलग परिस्थितियों में, प्रत्येक प्रक्रिया की तीव्रता अलग-अलग होती है।

2.1.1 कार्बनिक पदार्थ का खनिजीकरण

• नाइट्रोजन मुक्त कार्बनिक पदार्थ का अपघटन

पॉलीसेकेराइड यौगिकों (स्टार्च, सेल्युलोज, हेमिकेलुलोज) को पहले सूक्ष्मजीवों द्वारा स्रावित हाइड्रोलाइटिक एंजाइमों द्वारा मोनोसेकेराइड में हाइड्रोलाइज किया जाता है।शराब, एसिटिक एसिड और ऑक्सालिक एसिड जैसे मध्यवर्ती उत्पादों को जमा करना आसान नहीं था, और अंत में CO₂ और H₂O का गठन किया, और बहुत सारी ऊष्मा ऊर्जा जारी की।यदि वेंटिलेशन खराब है, तो माइक्रोब की कार्रवाई के तहत, मोनोसेकेराइड धीरे-धीरे विघटित हो जाएगा, कम गर्मी पैदा करेगा, और कुछ मध्यवर्ती उत्पादों-कार्बनिक एसिड जमा करेगा।गैस-विकर्षक सूक्ष्मजीवों की स्थिति के तहत, CH₄ और H₂ जैसे पदार्थों को कम करने का उत्पादन किया जा सकता है।

• नाइट्रोजन युक्त कार्बनिक पदार्थ से अपघटन

खाद में नाइट्रोजन युक्त कार्बनिक पदार्थ में प्रोटीन, अमीनो एसिड, अल्कलॉइड, ह्यूमस आदि शामिल हैं।ह्यूमस को छोड़कर, अधिकांश आसानी से विघटित हो जाते हैं।उदाहरण के लिए, प्रोटीन, सूक्ष्मजीव द्वारा स्रावित एक प्रोटीज की क्रिया के तहत, कदम से कदम कम करता है, विभिन्न अमीनो एसिड का उत्पादन करता है, और फिर अमोनिया और नाइट्रेशन के माध्यम से अमोनियम नमक और नाइट्रेट बनाता है, जिसे पौधों द्वारा अवशोषित और उपयोग किया जा सकता है।

• खाद में फास्फोरस युक्त कार्बनिक यौगिकों का परिवर्तन

विभिन्न प्रकार के सैप्रोफाइटिक सूक्ष्मजीवों की क्रिया के तहत, फॉस्फोरिक एसिड बनता है, जो एक पोषक तत्व बन जाता है जिसे पौधे अवशोषित और उपयोग कर सकते हैं।

• सल्फर युक्त कार्बनिक पदार्थ का रूपांतरण

हाइड्रोजन सल्फाइड का उत्पादन करने के लिए सूक्ष्मजीवों की भूमिका के माध्यम से खाद में सल्फर युक्त कार्बनिक पदार्थ।नापसंद गैस के वातावरण में हाइड्रोजन सल्फाइड जमा करना आसान है, और यह पौधों और सूक्ष्मजीवों के लिए विषाक्त हो सकता है।लेकिन अच्छी तरह हवादार परिस्थितियों में, सल्फर बैक्टीरिया की क्रिया के तहत हाइड्रोजन सल्फाइड को सल्फ्यूरिक एसिड में ऑक्सीकृत किया जाता है और सल्फेट बनाने के लिए खाद के आधार के साथ प्रतिक्रिया करता है, जो न केवल हाइड्रोजन सल्फाइड की विषाक्तता को समाप्त करता है, बल्कि सल्फर पोषक तत्व बन जाता है जिसे पौधे अवशोषित कर सकते हैं।खराब वेंटिलेशन की स्थिति में, सल्फेशन हुआ, जिससे H₂S नष्ट हो गया और पौधे को जहरीला बना दिया।खाद किण्वन की प्रक्रिया में, खाद को नियमित रूप से पलट कर खाद के वातन में सुधार किया जा सकता है, जिससे एंटी-सल्फरेशन को खत्म किया जा सकता है।

• लिपिड और सुगंधित कार्बनिक यौगिकों का रूपांतरण

जैसे टैनिन और राल, जटिल और अपघटन के लिए धीमा है, और अंतिम उत्पाद भी CO₂ हैं और पानी लिग्निन खाद बनाने में पौधों की सामग्री (जैसे छाल, चूरा, आदि) युक्त एक स्थिर कार्बनिक यौगिक है।इसकी जटिल संरचना और सुगन्धित नाभिक के कारण इसे विघटित करना बहुत कठिन है।अच्छे वेंटिलेशन की स्थिति में, सुगंधित नाभिक को कवक और एक्टिनोमाइसेट्स की क्रिया के माध्यम से क्विनोइड यौगिकों में परिवर्तित किया जा सकता है, जो ह्यूमस के पुनरुत्थान के लिए कच्चे माल में से एक है।बेशक, कुछ शर्तों के तहत इन पदार्थों का टूटना जारी रहेगा।

संक्षेप में, कंपोस्ट किए गए कार्बनिक पदार्थों का खनिजकरण फसलों और सूक्ष्मजीवों के लिए त्वरित-अभिनय पोषक तत्व प्रदान कर सकता है, माइक्रोबियल गतिविधियों के लिए ऊर्जा प्रदान कर सकता है, और कंपोस्टेड कार्बनिक पदार्थों के ह्यूमिफिकेशन के लिए बुनियादी सामग्री तैयार कर सकता है।जब कंपोस्टिंग में एरोबिक सूक्ष्मजीवों का प्रभुत्व होता है, तो कार्बनिक पदार्थ अधिक कार्बन डाइऑक्साइड, पानी और अन्य पोषक तत्वों का उत्पादन करने के लिए तेजी से खनिज होता है, जल्दी और पूरी तरह से विघटित होता है, और बहुत अधिक गर्मी ऊर्जा जारी करता है। कार्बनिक पदार्थों का अपघटन धीमा और अक्सर अधूरा होता है, कम जारी करता है। ऊष्मा ऊर्जा, और अपघटन उत्पाद पौधों के पोषक तत्वों के अतिरिक्त हैं, कार्बनिक अम्लों और रिडक्टिव पदार्थों जैसे CH₄, H₂S, PH₃, H₂, आदि को जमा करना आसान है।किण्वन के दौरान खाद की टिपिंग का उद्देश्य हानिकारक पदार्थों को खत्म करने के लिए माइक्रोबियल गतिविधि के प्रकार को बदलना भी है।

2.1.2 कार्बनिक पदार्थों का आर्द्रीकरण

ह्यूमस के निर्माण के बारे में कई सिद्धांत हैं, जिन्हें मोटे तौर पर दो चरणों में विभाजित किया जा सकता है: पहला चरण, जब कार्बनिक अवशेष कच्चे माल को बनाने के लिए टूट जाते हैं, जो ह्यूमस अणु बनाते हैं, दूसरे चरण में, पॉलीफेनोल को क्विनोन में ऑक्सीकृत किया जाता है। सूक्ष्मजीव द्वारा स्रावित पॉलीफेनोल ऑक्सीडेज द्वारा, और फिर क्विनोन को ह्यूमस मोनोमर बनाने के लिए अमीनो एसिड या पेप्टाइड के साथ संघनित किया जाता है।क्योंकि फिनोल, कुनैन, अमीनो एसिड किस्म, आपसी संघनन एक ही तरह से नहीं होता है, इसलिए ह्यूमस मोनोमर का गठन भी विविध होता है।विभिन्न परिस्थितियों में, ये मोनोमर्स आगे संघनित होकर विभिन्न आकारों के अणु बनाते हैं।

2.2 कंपोस्टिंग के दौरान भारी धातुओं का रूपांतरण

नगरपालिका कीचड़ खाद और किण्वन के लिए सबसे अच्छा कच्चा माल है क्योंकि इसमें फसलों के विकास के लिए समृद्ध पोषक तत्व और कार्बनिक पदार्थ होते हैं।लेकिन नगरपालिका कीचड़ में अक्सर भारी धातुएँ होती हैं, ये भारी धातुएँ आमतौर पर पारा, क्रोमियम, कैडमियम, सीसा, आर्सेनिक, इत्यादि का उल्लेख करती हैं।सूक्ष्मजीव, विशेष रूप से बैक्टीरिया और कवक, भारी धातुओं के जैव-रूपांतरण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।हालांकि कुछ सूक्ष्मजीव पर्यावरण में भारी धातुओं की उपस्थिति को बदल सकते हैं, रसायनों को अधिक विषाक्त बना सकते हैं और गंभीर पर्यावरणीय समस्याएं पैदा कर सकते हैं, या भारी धातुओं को केंद्रित कर सकते हैं और खाद्य श्रृंखला के माध्यम से जमा कर सकते हैं।लेकिन कुछ रोगाणु प्रत्यक्ष और अप्रत्यक्ष क्रियाओं के माध्यम से भारी धातुओं को पर्यावरण से हटाकर पर्यावरण को बेहतर बनाने में मदद कर सकते हैं।HG के माइक्रोबियल परिवर्तन में तीन पहलू शामिल हैं, अर्थात अकार्बनिक पारा (Hg₂+) का मिथाइलेशन, अकार्बनिक पारा (Hg₂+) का HG0 में कमी, अपघटन, और मिथाइलमेरकरी और अन्य कार्बनिक पारा यौगिकों का HG0 में कमी।अकार्बनिक और कार्बनिक पारा को तात्विक पारा में परिवर्तित करने में सक्षम इन सूक्ष्मजीवों को पारा प्रतिरोधी सूक्ष्मजीव कहा जाता है।यद्यपि सूक्ष्मजीव भारी धातुओं को निम्नीकृत नहीं कर सकते हैं, वे अपने परिवर्तन पथ को नियंत्रित करके भारी धातुओं की विषाक्तता को कम कर सकते हैं।

2.3 खाद और किण्वन प्रक्रिया

कंपोस्टिंग अपशिष्ट स्थिरीकरण का एक रूप है, लेकिन इसके लिए सही तापमान का उत्पादन करने के लिए विशेष आर्द्रता, वातन की स्थिति और सूक्ष्मजीवों की आवश्यकता होती है।तापमान 45 डिग्री सेल्सियस (लगभग 113 डिग्री फ़ारेनहाइट) से अधिक माना जाता है, जो रोगजनकों को निष्क्रिय करने और खरपतवार के बीजों को मारने के लिए पर्याप्त उच्च रखता है।उचित खाद के बाद अवशिष्ट कार्बनिक पदार्थों की अपघटन दर कम, अपेक्षाकृत स्थिर और पौधों द्वारा आसानी से अवशोषित होती है।खाद बनाने के बाद गंध को बहुत कम किया जा सकता है।

कंपोस्टिंग प्रक्रिया में कई अलग-अलग प्रकार के सूक्ष्मजीव शामिल होते हैं।कच्चे माल और स्थितियों में परिवर्तन के कारण, विभिन्न सूक्ष्मजीवों की मात्रा भी लगातार बदल रही है, इसलिए खाद बनाने की प्रक्रिया में कोई भी सूक्ष्मजीव हमेशा हावी नहीं होता है।प्रत्येक वातावरण का अपना विशिष्ट माइक्रोबियल समुदाय होता है, और माइक्रोबियल विविधता बाहरी परिस्थितियों में बदलाव होने पर भी सिस्टम के पतन से बचने के लिए खाद बनाने में सक्षम बनाती है।

खाद बनाने की प्रक्रिया मुख्य रूप से सूक्ष्मजीवों द्वारा की जाती है, जो खाद किण्वन का मुख्य अंग है।कंपोस्टिंग में शामिल सूक्ष्म जीव दो स्रोतों से आते हैं: बड़ी संख्या में सूक्ष्मजीव पहले से ही जैविक कचरे में मौजूद हैं, और एक कृत्रिम माइक्रोबियल इनोकुलम।कुछ शर्तों के तहत, इन उपभेदों में कुछ जैविक कचरे को विघटित करने की एक मजबूत क्षमता होती है और इसमें मजबूत गतिविधि, तेजी से प्रसार और कार्बनिक पदार्थों के तेजी से अपघटन की विशेषताएं होती हैं, जो खाद बनाने की प्रक्रिया को तेज कर सकती हैं, खाद प्रतिक्रिया समय को कम कर सकती हैं।

कंपोस्टिंग को आम तौर पर एरोबिक कंपोस्टिंग और एनारोबिक कंपोस्टिंग दो प्रकारों में विभाजित किया जाता है।एरोबिक कंपोस्टिंग एरोबिक स्थितियों के तहत कार्बनिक पदार्थों की अपघटन प्रक्रिया है, और इसके चयापचय उत्पाद मुख्य रूप से कार्बन डाइऑक्साइड, पानी और गर्मी हैं;अवायवीय खाद अवायवीय परिस्थितियों में कार्बनिक पदार्थों की अपघटन प्रक्रिया है, अवायवीय अपघटन के अंतिम मेटाबोलाइट्स मीथेन, कार्बन डाइऑक्साइड और कई कम आणविक भार मध्यवर्ती हैं, जैसे कार्बनिक अम्ल।

कंपोस्टिंग प्रक्रिया में शामिल मुख्य माइक्रोबियल प्रजातियां बैक्टीरिया, कवक और एक्टिनोमाइसेट्स हैं।इन तीन प्रकार के सूक्ष्मजीवों में मेसोफिलिक बैक्टीरिया और हाइपरथर्मोफिलिक बैक्टीरिया होते हैं।

कंपोस्टिंग प्रक्रिया के दौरान, माइक्रोबियल आबादी वैकल्पिक रूप से निम्नानुसार बदल गई: निम्न और मध्यम तापमान माइक्रोबियल समुदायों को मध्यम और उच्च तापमान वाले माइक्रोबियल समुदायों में बदल दिया गया, और मध्यम और उच्च तापमान वाले माइक्रोबियल समुदायों को मध्यम और निम्न-तापमान माइक्रोबियल समुदाय में बदल दिया गया।कंपोस्टिंग समय के विस्तार के साथ, बैक्टीरिया धीरे-धीरे कम हो गए, एक्टिनोमाइसेट्स धीरे-धीरे बढ़ गए, और खाद के अंत में मोल्ड और खमीर काफी कम हो गए।

जैविक खाद की किण्वन प्रक्रिया को केवल चार चरणों में विभाजित किया जा सकता है:

2.3.1 हीटिंग चरण के दौरान

कंपोस्टिंग के प्रारंभिक चरण के दौरान, खाद में सूक्ष्मजीव मुख्य रूप से मध्यम तापमान और अच्छे वातावरण के होते हैं, जिनमें से सबसे आम गैर-बीजाणु बैक्टीरिया, बीजाणु बैक्टीरिया और मोल्ड होते हैं।वे खाद की किण्वन प्रक्रिया शुरू करते हैं, और जैविक पदार्थ (जैसे साधारण चीनी, स्टार्च, प्रोटीन, आदि) को अच्छे वातावरण की स्थिति में सख्ती से विघटित करते हैं, बहुत अधिक गर्मी पैदा करते हैं और खाद के तापमान को लगातार बढ़ाते हैं, इससे वृद्धि होती है लगभग 20 °C (लगभग 68 डिग्री फ़ारेनहाइट) से 40 °C (लगभग 104 डिग्री फ़ारेनहाइट) को ज्वर चरण या मध्यवर्ती तापमान चरण कहा जाता है।

2.3.2 उच्च तापमान के दौरान

गर्म सूक्ष्मजीव धीरे-धीरे गर्म प्रजातियों से ग्रहण करते हैं और तापमान में वृद्धि जारी रहती है, आमतौर पर कुछ दिनों के भीतर 50 डिग्री सेल्सियस (लगभग 122 डिग्री फ़ारेनहाइट) से ऊपर, उच्च तापमान चरण में।उच्च तापमान चरण में, अच्छी गर्मी एक्टिनोमाइसेट्स और अच्छी गर्मी कवक मुख्य प्रजातियां बन जाती हैं।वे खाद में जटिल कार्बनिक पदार्थ को तोड़ते हैं, जैसे कि सेल्युलोज, हेमिकेलुलोज, पेक्टिन, और इसी तरह।गर्मी बढ़ती है और खाद का तापमान 60 डिग्री सेल्सियस (लगभग 140 डिग्री फ़ारेनहाइट) तक बढ़ जाता है, खाद बनाने की प्रक्रिया को तेज करने के लिए यह बहुत महत्वपूर्ण है।खाद की अनुचित खाद, केवल एक बहुत ही कम उच्च तापमान अवधि, या कोई उच्च तापमान, और इसलिए बहुत धीमी परिपक्वता, आधे साल या उससे अधिक की अवधि में आधा परिपक्व राज्य नहीं है।

2.3.3 शीतलन चरण के दौरान

उच्च तापमान चरण के दौरान एक निश्चित अवधि के बाद, अधिकांश सेल्युलोज, हेमिकेलुलोज और पेक्टिन पदार्थ विघटित हो गए हैं, कठिन-से-विघटित जटिल घटकों (जैसे लिग्निन) और नवगठित ह्यूमस को पीछे छोड़ते हुए, सूक्ष्म जीवों की गतिविधि में कमी आई है। और तापमान धीरे-धीरे कम होता गया।जब तापमान 40 डिग्री सेल्सियस (लगभग 104 डिग्री फ़ारेनहाइट) से नीचे चला जाता है, तो मेसोफिलिक सूक्ष्मजीव प्रमुख प्रजाति बन जाते हैं।

यदि शीतलन चरण जल्दी आता है, तो खाद बनाने की स्थिति आदर्श नहीं होती है और पौधों की सामग्री का अपघटन पर्याप्त नहीं होता है।इस बिंदु पर ढेर, एक ढेर सामग्री मिश्रण कर सकते हैं, ताकि यह खाद बनाने को बढ़ावा देने के लिए दूसरा हीटिंग, हीटिंग पैदा कर सके।

2.3.4 परिपक्वता और उर्वरक संरक्षण चरण

कंपोस्टिंग के बाद, मात्रा कम हो जाती है और कंपोस्ट का तापमान हवा के तापमान से थोड़ा अधिक हो जाता है, फिर कंपोस्ट को कसकर दबाया जाना चाहिए, जिसके परिणामस्वरूप अवायवीय अवस्था होती है और उर्वरक रखने के लिए कार्बनिक पदार्थों के खनिजकरण को कमजोर कर दिया जाता है।

संक्षेप में, जैविक खाद की किण्वन प्रक्रिया माइक्रोबियल चयापचय और प्रजनन की प्रक्रिया है।माइक्रोबियल चयापचय की प्रक्रिया कार्बनिक पदार्थ के अपघटन की प्रक्रिया है।कार्बनिक पदार्थों के अपघटन से ऊर्जा उत्पन्न होती है, जो खाद बनाने की प्रक्रिया को संचालित करती है, तापमान बढ़ाती है और गीले सब्सट्रेट को सुखाती है।

 
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