कृषि रसायनशास्त्र

कृषी व्यवसायात अन्नधान्ये, जनावरांचा चारा, कापूस, तंबाखू यांसारखी व्यापारी पिके इत्यादींची लागवड, संरक्षण आणि संस्करण त्याचप्रमाणे गुराढोरांची पैदास आणि संगोपन यांचा मुख्यतः समावेश होतो. या विविध काऱ्यामध्ये होणाऱ्या रासायनिक घडामोडी, त्यांचे नियंत्रण आणि त्यांत उपयुक्त असणारे रासायनिक पदार्थ यांसबंधीचा अभ्यास कृषी रसायनशास्त्र या विभागात करण्यात येते. शेतीचे उत्पादन वाढविणे, त्याची गुणवत्ता सुधारणे व उत्पादन खर्च कमी करणे ही या शास्त्राची उद्दिष्टे आहेत.

इतिहास

साधारणपणे विसाव्या शतकाच्या प्रारंभापासून शेतीमध्ये यंत्राचा उपयोग करण्यात येऊ लागला व त्यामुळे बरीच प्रगती झाली. शेतीमध्ये रसायनशास्त्राचा प्रवेश त्यामानाने नंतरच्या काळात झालेला आहे. शेतीमध्ये सुधारणा घडवून आणण्याच्या दृष्टीने या शास्त्राचा अतिशय उपयोग होतो असे दिसून आले आहे. कारण वनस्पती आणि प्राणी यांची वाढ होताना ज्या रासायनिक विक्रिया होतात त्यांचे ज्ञान असले म्हणजेच इष्ट प्रकारे त्यांचे नियंत्रण करणे शक्य होते. त्यामुळे अधिक उत्पादन देणाऱ्या वनस्पती व प्राणी यांच्या जातींचा शोध लावण्यास मदत होते.

प्राण्यांचे मलमूत्र, मासळी, कुजविलेला पालापाचोळा शेतजमिनीत मिसळला किंवा शेतात मेंढ्या बसविल्या म्हणजे पीक चांगले येते; तसेच शेतात एकच पीक काढण्याऐवजी त्यात फेरबदल केला, तर उत्पादन वाढते हे आनुभविक ज्ञान शेतकऱ्यांना फार पूर्वीपासून होते. परंतु हा परिणाम कशामुळे होतो हे त्या काळी माहीत नव्हते.

वनस्पतींच्या वाढीसंबंधीच्या शास्त्रीय संशोधनास सतराव्या शतकात सुरुवात झाली. वनस्पतींना वाढण्यास कोणती खनिज द्रव्ये लागतात, हे ठरविण्याचे प्रयोग १६९९ मध्ये वुडवर्ड यांनी प्रथम सुरू केले. १८४० मध्ये जर्मन शास्त्रज्ञ फोन लीबिक यांनी कृषिविज्ञान आणि शरीरक्रियाविज्ञान यांमध्ये रसायनशास्त्राचा प्रायोगिक उपयोग सुरू केला. वनस्पतिपोषणासंबंधीच्या ज्ञानात त्यामुळे महत्त्वाची भर पडली. त्यामुळे फोन लीबिक हे कृषी रसायनशास्त्राचे आद्य संस्थापक समजले जातात. लॉवेस आणि गिल्बर्ट यांनी इंग्लंडमध्ये प्रसिद्ध रॉथेमस्टेड कृषि-प्रयोगक्षेत्र सुरू केले. या प्रयोगक्षेत्रात वनस्पती आणि शेतजमिनी यांवर अविरत प्रयोग करण्यात आले असून एक शतकापेक्षाही जास्त कालावधीतील तेथील प्रयोगांची नोंद ठेवण्यात आलेली आहे.

पोषण द्रव्ये

कार्बन, हायड्रोजन, ऑक्सिजन व नायट्रोजन यांशिवाय फॉस्फरस, सोडियम, पोटॅशियम, कॅल्शियम, गंधक, मॅग्नेशियम, लोह, क्लोरीन व सिलिकॉन ही मूलद्रव्येही संयुगांच्या रूपात पाण्यात विरघळलेली असली म्हणजे वनस्पतींच्या मुळांतून शोषली जातात व ती त्यांच्या वाढीला आवश्यक आहेत असे शास्त्रज्ञांना दिसून आले. यांशिवाय बोरॉन, मँगॅनीज, तांबे, जस्त, मॉलिब्डेनम अशीही काही मूलद्रव्ये लेशमात्र प्रमाणात प्रगत जातीच्या वृक्षांना लागतात. त्यांच्या अभावी वृक्षांची वाढ नीट होत नाही असेही दिसून आले.

वनस्पतींच्या पोषणात हायड्रोजन आयनांची (विद्युत् भारित अणूंची) संहती (प्रमाण) व त्यांची हालचाल यांनाही फार महत्त्व आहे. हायड्रोजन आयनांची संहती pH मूल्यावरून [ पीएच मूल्य] कळते. प्रयोगावरून असे दिसून आले आहे की, किंचित अम्लता असल्यास म्हणजे सु. ४·५ ते ७ pH मूल्य असताना बऱ्याच झाडांची वाढ चांगली होते. पण जमिनीत सोडियम बायकार्बोनेट किंवा कार्बोनेट असेल, तर त्यांचे जलीय विच्छेदन होऊन (पाण्याच्या विक्रीयेने तुकडे होऊन) जमिनीतील पोषण विद्रावाचे pH मूल्य सातापेक्षा जास्त होते व त्यामुळे वनस्पतींच्या वाढीसंबंधी गंभीर समस्या निर्माण होतात. खारविलेल्या जमिनींची स्थिती अशी असते म्हणून त्यांची लवणता (pH मूल्य) कमी करावी लागते. तसे केल्यावर त्या लागवडीस योग्य बनतात. कोणत्या पिकाला कोणती जमीन योग्य होईल व नसल्यास ती योग्य बनविता येईल काय, हे जमिनीची रासायनिक तपासणी करून ठरविता येते. काही जमिनींमध्ये वनस्पतींचा नाश करतील अशी रोगबीजेही असतात. ती रसायनांच्या उपचाराने नाहीशी करता येतात. कित्येकदा बियाण्याबरोबरही वनस्पतींच्या रोगांचा फैलाव होतो. योग्य त्या रसायनांचा उपयोग करून ही आपत्ती टाळता येते.

वनस्पतींना पोसणारी द्रव्ये सुपीक जमिनीत मुबलक असतात. अशा जमिनीत पिके चांगली येतात. पण दीर्घकाल तीच पिके घेतली म्हणजे ही द्रव्ये कमी होतात व खतांच्या रूपाने पुरवावी लागतात. शेणखत, कुजलेला पालापाचोळा इत्यादींपासून अशी द्रव्ये मिळतात म्हणून त्यांचा खत म्हणून उपयोग होतो.

दक्षिण अमेरिकेत असलेला ग्वानो नामक खताचा साठा, त्याचप्रमाणे चिलीमधील नायट्रेटांचे आणि यूरोपमधील पोटॅशाचे व फॉस्फेटांचे साठे यांचे शोध लागल्यावर मोठ्या प्रमाणात खतांचा वापर करून उत्पादन वाढविणे साध्य झाले. त्यानंतर हवेतील नायट्रोजनाचा उपयोग करून ‘हाबर’ यांच्या प्रक्रियेने (विक्रिया मालेने) खताकरिता उपयोगी पडणारी रसायनी बनविणे शक्य झाल्यामुळे या क्षेत्रात मोठी क्रांती घडून आली आहे [ खते].

विविध उपयुक्त रसायने :पिकाला खत घातले तरी शेतातील तण नाहीसे केले नाही, तर पिकाला त्याचा पूर्णपणे उपयोग होत नाही म्हणून तणांचा नाश करणे आवश्यक असते. पूर्वी तण उपटून काढणे एवढाच मार्ग होता, पण आता कित्येक रासायनिक पदार्थ तणनाशके म्हणून उपलब्ध आहेत. ती तणाला मारतात पण पिकाला बाधा करीत नाही.

इंग्लंडमध्ये यासाठी ‘मेथॉक्झोन’ (सोडियम-४, क्लोरो-२, मिथिल फिनॉक्सी अ‍ॅसिटेट) हे रासायनिक संयुग वापरतात. अमेरिकेच्या संयुक्त संस्थानांत ‘२, ४ - डी’ (२, ४, -डायक्लोरोफिनॉक्सी अ‍ॅसिटिक अम्ल) हे संयुग प्रचारात आहे. विशेषतः तृणधान्ये व ऊस यांच्या लागवडीतील तण मारण्यास ही रसायने फार उपयोगी पडतात कारण तृणवर्गातील वनस्पतींवर त्यांचा वाईट परिणाम होत नाही. ही रसायने आता मोठ्या प्रमाणावर बनविली जात आहेत [ तण].

काही वनस्पतींची लागवड त्यांच्या फांद्या लावून करतात. त्यांना लवकर मुळ्या फुटाव्या म्हणून उपयोगी पडणारीही काही रसायने आहेत. उदा., इंडोल अ‍ॅसिटिक अम्ल. या अम्लाचे १ ते २० भाग घेऊन ते १ लक्ष घ. सेंमी. पाण्यात विरघळून तयार केलेल्या विद्रावात फांद्या १२ ते २४ तास बुडवून ठेवल्या व नंतर जमिनीत लावल्या, तर त्यांना लवकर मुळ्या फुटतात. अशीच आणखीही उदाहरणे आहेत. एथिलीन क्लोरो हायड्रीन या रसायनाच्या उपयोगाने बटाट्यांना लवकर डोळे फुटून कोंब येतात व ते लागवडीलायक बनतात.

आल्फा-नॅप्थॅलीन अ‍ॅसिटिक अम्ल हे रसायन सु. ५० मायक्रोग्रॅम (मायक्रोग्रॅम = ग्रॅमचा दशलक्षांश) इतक्या सूक्ष्म प्रमाणात अननसाच्या झाडास लावल्यास सहा आठवड्यांत अननसाला मोठा पुष्पगुच्छ येतो व सु. चार महिन्यांत फळ तोडणीस येते. अन्यथा सहा महिने लागतात. फळझाडावर हे अम्ल फवारल्यास फळांची व पानांची गळ थांबते. सफरचंद आणि मोसंबी यांच्या लागवडीस हे उपयोगी पडते.

पिकांची वाढ होताना कृमिकीटक, कवके (बुरशीसारख्या हरितद्रव्यरहित सूक्ष्म वनस्पती) व विषाणू (अतिसूक्ष्म जीव, व्हायरस) यांपासून त्यांचा बचाव करावा लागतो. याकरिता पॅरिस ग्रीन, आर्सेनिकाची संयुगे, मोरचूद इ. काही मोजकी संयुगे पूर्वी उपलब्ध होती. आधुनिक काळात डीडीटी, बीएचसी, टीएमटीडी, कॅप्टन इ. जास्त प्रभावी आणि जास्त विवेचक अशी कीटकनाशके व कवकनाशके उपलब्ध झालेली आहेत. त्यामुळे पिकांची निकोप वाढ करणे पूर्वीपेक्षा सुलभ झाले आहे.

कीटकसंहार परिणामकारक व्हावा म्हणून कित्येकदा कीटकांना आकर्षित करून एकत्र आणणे आणि त्यांचा सामुदायिक निःपात करणे आवश्यक असते, तर कित्येकदा कीटक-निवारण जास्त फायद्याचे असते. या सर्व दृष्टींनी उपयोगी पडतील अशी विशिष्ट रसायने बनविण्यात आलेली आहेत. कीटकांना वंध्य बनवून त्यांचे प्रजोत्पादन नियंत्रित करणे हाही पिकाच्या संरक्षणाचा एक प्रभावी मार्ग आहे. त्याकरिता कीटक-वंध्यकारकेही उपलब्ध आहेत. उंदीर, घुशी, ससे इ. प्राणीही पिकांची नासाडी करतात. रासायनिक उपायांनी त्यांचा नाश करणेही आता साध्य झाले आहे [ कृंतकनाशके; कवकनाशके; कीटकनाशके; कीटक नियंत्रण].

शेतात उत्पन्न झालेला माल विक्री होईपर्यंत टिकविणे अत्यंत महत्त्वाचे असते. त्याकरिताही कृषी रसायनशास्त्र उपयोगी पडते. उदा., आल्फा-नॅप्थॅलीन अ‍ॅसिटिक अम्लाची काही बाष्पनशील (सुलभतेने वाफ होणारी) एस्टरे बारीक मातीत मिसळून प्रमाणित मात्रेत हे मिश्रण बटाट्यास लावले, तर ते कोंब न फुटता बरेच दिवस टिकतात.

वनस्पतींच्या मूळच्या गुणधर्मांवर व जीवनक्रमावर परिणाम करतील अशीही काही रसायने उपलब्ध आहेत. उदा.,  कॉल्चिसीन हे कॉल्चिकम ऑटम्नेल या वनस्पतीपासून मिळणारे एक अल्कलॉइड [अल्कलॉइडे] असून त्याचा उपयोग कृत्रिम रीतीने वनस्पतीतील रंगसूत्रांचे (आनुवंशिक लक्षणे एका पिढीतून दुसऱ्या पिढीत नेणाऱ्या सुतासारख्या सूक्ष्म घटकांचे) बहुगुणन (पेशींतील रंगसूत्रांची संख्या जननपेशींतील रंगसूत्रांच्या नेहमीच्या संख्येच्या दुपटीपेक्षा जास्त) करण्यासाठी करता येतो. जिबरेलीन हेही अशाच वनस्पति-क्रियानियंत्रकांचे एक ठळक उदाहरण आहे. याच्या योगाने रोपांची वाढ जोमदारपणे होते; त्यामुळे बटाटे, बहुवर्षायू (अनेक वर्षे जगणारी) झाडे, कुरणातील व हिरवळीचे गवत यांच्या लागवडीस ते उपकारक ठरते. जिबरेलिनाने उसाच्या कांड्यांची लांबी व संख्या वाढते, द्राक्षे मोठी होतात व त्यांचे देठ लांब होतात आणि त्यामुळे त्यांची नासाडी टळते. अशा रसायनांचा उपयोग अनेक ठिकाणी करता येतो.

गुरेढोरे, डुकरे, कोंबड्या इ. जनावरांची वाढ जोमाने व त्वरेने व्हावी, रोगराईपासून त्यांचा बचाव व्हावा व त्यांपासून मिळणाऱ्या उत्पादनात (दूध, मांस, अंडी इत्यादींत) वाढ व्हावी व त्यांची गुणवत्ता सुधारावी या दृष्टीने उपयोगी पडतील अशी अवश्य ते सर्व घटक असलेली शास्त्रशुद्ध पशुखाद्ये व रोगनिवारके तयार करण्याकरिताही रसायनशास्त्राची मदत झालेली आहे.

शेतीच्या उत्पादनाचा उरलेला भाग आणि निर्माण होणारे टाकाऊ पदार्थ, उदा., मक्याच्या कणसांची भुरकुंडे, धान्याची टरफले इ. यांचाही उपयोग करता यावा म्हणून रासायनिक प्रक्रियांनी त्यांपासून उपयुक्त पदार्थ बनविण्याचा एक स्वतंत्र विभाग निर्माण झाला आहे [ केमर्जी].

कृषी रसायनशास्त्राचे क्षेत्र दिवसेंदिवस वाढत आहे. तथापि केवळ संश्लिष्ट (कृत्रिम रीतीने तयार करण्यात येणाऱ्या) रासायनांमुळे कृषी व्यवसायाच्या सर्व समस्या सुटणार नाहीत. याकरिता रासायनिक, जीवशास्त्रीय व लागवडीच्या पद्धती यांचा चांगला समन्वय करणे हाच मार्ग उपयुक्त होईल, असे शास्त्रज्ञांचे मत आहे.

लेखक : न. वि. कारेकर

स्त्रोत : मराठी विश्वकोश