व्याख्यान संख्या (Lecture No.): 08 | क्रेडिट घंटे (Credit Hours): 01

मृदा कार्बनिक पदार्थ (Soil Organic Matter — SOM)

विषय: मृदा विज्ञान के मूल सिद्धांत (Fundamentals of Soil Science — SOIL 111)

पाठ्यक्रम (Curriculum) ICAR Sixth Deans’ Committee

विश्वविद्यालय संदर्भ (University) SKNAU, Jobner (Rajasthan)

संबंधित व्याख्यान (Linked Topics) Lecture 01 (Components) & Lecture 10 (Organic Colloid)

परीक्षा भार (Exam Weightage) अत्यंत उच्च (ह्यूमस अंश, C:N अनुपात व 1.724 कारक)

☰ त्वरित नेविगेशन सूची (Quick Navigation — सभी 15 अनुभाग)

2. अधिगम उद्देश्य (Learning Objectives)
3. प्रस्तावना (Introduction)
4. विस्तृत अध्ययन सामग्री (Detailed Notes)
5. वैज्ञानिक आरेख (Scientific Diagrams)
6. विजुअल माइंड मैप (Visual Mind Map)
7. फ्लोचार्ट एवं इन्फोग्राफिक्स (Flowcharts)
8. तुलनात्मक सारणियाँ (Important Tables)
9. व्यावहारिक अनुप्रयोग (Practical Examples)
10. सूत्र एवं संख्यात्मक गणनाएँ (Bemlen Factor & C:N)
11. त्वरित पुनरावृत्ति (Quick Revision)
12. परीक्षा अभ्यास प्रश्न बैंक (Exam Practice: MCQs, FIB, Short, Long, PYQs)
13. उत्तर कुंजी एवं मॉडल व्याख्या (Answer Keys)
14. संबंधित व्याख्यान (Related Lectures)

SECTION 02

अधिगम उद्देश्य (Learning Objectives)

इस व्याख्यान के गहन अध्ययन के पश्चात् विद्यार्थी निम्नलिखित वैज्ञानिक सिद्धांतों और संख्यात्मक गणनाओं में पूर्ण दक्षता प्राप्त करेंगे:

उद्देश्य 01 (Sources & Composition of Plant Residues) मृदा कार्बनिक पदार्थ (SOM) के प्राथमिक व द्वितीयक स्रोतों तथा ताजे पादप अवशेषों के रासायनिक संघटन (कार्बोहाइड्रेट, सेल्यूलोज, हेमीसेल्यूलोज, लिग्निन, प्रोटीन, वसा) को समझना।

उद्देश्य 02 (Rate of Decomposition) विभिन्न कार्बनिक यौगिकों के सूक्ष्मजैविक अपघटन की सापेक्ष दर (शर्करा सबसे तेज → लिग्निन सबसे धीमा) तथा वायवीय बनाम अवायवीय अपघटन के उत्पादों का विश्लेषण करना।

उद्देश्य 03 (Humus & Humic Fractionation) ह्यूमस (Humus) की परिभाषा, निर्माण सिद्धांत (लिग्निन-प्रोटीन सिद्धांत — Waksman, 1936 एवं पॉलीफिनोल सिद्धांत) और इसके तीन प्रमुख अंशों — फुल्विक अम्ल (Fulvic Acid), ह्यूमिक अम्ल (Humic Acid) एवं ह्यूमिन (Humin) के अम्ल/क्षार घुलनशीलता विभाजन को समझना।

उद्देश्य 04 (C:N Ratio & Mineralization vs Immobilization) कार्बन:नाइट्रोजन अनुपात (C:N Ratio) की अवधारणा, विभिन्न पदार्थों व कृष्य मृदाओं के मानक C:N मान (10:1 से 12:1), तथा खनिजीकरण (Mineralization, C:N < 20:1) बनाम स्थिरीकरण (Immobilization, C:N > 30:1) को स्पष्ट करना।

उद्देश्य 05 (Bemlen Factor & Walkley-Black Method) वैन बेमलेन कारक (Van Bemmelen Factor = 1.724) के वैज्ञानिक आधार (ह्यूमस में 58% कार्बन) और वाकली एवं ब्लैक (Walkley & Black, 1934) विधि द्वारा कार्बनिक कार्बन श्रेणीकरण को समझना।

उद्देश्य 06 (Role of SOM in Soil Health) मृदा के भौतिक (दानेदार संरचना, कम BD, उच्च जल धारण क्षमता), रासायनिक (उच्च CEC, बफरिंग, कीलेशन) और जैविक गुणों पर SOM के प्रभाव की व्याख्या करना।

SECTION 03

प्रस्तावना (Introduction)

व्याख्यान 01 में हमने पढ़ा था कि एक आदर्श खनिज पृष्ठ मृदा के कुल आयतन में कार्बनिक पदार्थ का हिस्सा केवल 5% होता है (और भारत की उष्ण व अर्ध-शुष्क खनिज मृदाओं में भार के अनुसार यह प्रायः 0.2% से 1.0% तक ही पाया जाता है)। संख्या में इतना छोटा दिखने के बावजूद, मृदा कार्बनिक पदार्थ (Soil Organic Matter — SOM) का प्रभाव मृदा की उर्वरता, उत्पादकता और स्वास्थ्य पर इतना व्यापक होता है कि इसे ‘मृदा का जीवन रक्त’ (Lifeblood of the Soil) और ‘पादप पोषक तत्वों का खजाना’ (Storehouse of Plant Nutrients) कहा जाता है।

बिना कार्बनिक पदार्थ के कोई भी खनिज चट्टानी चूर्ण केवल एक मृत ‘रेगोलिथ’ है। जब उसमें पौधों की जड़ें, पत्तियाँ, फसल अवशेष, गोबर की खाद और सूक्ष्मजीवों का जैव-भार जुड़ता है, तभी उसमें जीवन का संचार होता है। कार्बनिक पदार्थ पौधों को लगभग 90–95% मृदा नाइट्रोजन (N), 20–50% फॉस्फोरस (P), 50–80% सल्फर (S) तथा सूक्ष्म पोषक तत्व (Fe, Mn, Zn, Cu, B, Mo) उपलब्ध कराता है।

🏜️ राजस्थान एवं भारतीय मृदाओं में कार्बनिक कार्बन की स्थिति:
उच्च तापमान (40–48°C) और कम वर्षा के कारण राजस्थान (विशेषकर पश्चिमी एवं मध्य राजस्थान — जोधपुर, बीकानेर, बाड़मेर, सीकर, नागौर, जोबनेर) की मृदाओं में कार्बनिक कार्बन का तीव्र ऑक्सीकरण हो जाता है, जिससे यहाँ की अधिकांश मृदाओं में कार्बनिक कार्बन (Organic Carbon — OC) 0.20% से 0.40% (अर्थात ‘निम्न श्रेणी’ / Low category < 0.50%) में पाया जाता है। इसलिए इन मृदाओं में हरी खाद (सन्हेम्प/ढैंचा), गोबर की खाद (FYM) और वर्मीकम्पोस्ट का प्रबंधन सबसे प्राथमिक आवश्यकता है।

SECTION 04

संपूर्ण अध्ययन सामग्री (Complete Textbook Study Material)

4.1 मृदा कार्बनिक पदार्थ के स्रोत एवं ताजे पादप ऊतकों का रासायनिक संघटन (Sources of SOM & Composition of Plant Residues)

मृदा कार्बनिक पदार्थ (SOM) के स्रोत:

प्राथमिक स्रोत (Primary Source): उच्च पादप ऊतक (Higher Plant Tissues) — फसलों व वृक्षों की मृत जड़ें, गिरी हुई पत्तियाँ, डंठल, भूसा तथा हरी खाद (Green manures)। यह कुल SOM का 90% से अधिक भाग बनाता है।
द्वितीयक स्रोत (Secondary Source): जंतु एवं सूक्ष्मजीव (Animals & Microorganisms) — जब केंचुए, कीट, जीवाणु, कवक और पशु पादप पदार्थों को खाते हैं, तो उनके मल-मूत्र (जैसे गोबर की खाद / FYM) और अंततः उनके मृत शरीर मृदा में कार्बनिक पदार्थ का द्वितीयक स्रोत बनते हैं।

ताजे पादप अवशेषों का रासायनिक संघटन (Chemical Composition of Fresh Green Plant Tissues)

एक ताजे हरे पादप ऊतक में औसतन 75% जल (Water) और 25% शुष्क पदार्थ (Dry Matter) होता है:

तात्विक संघटन (Elemental Composition of Dry Matter): शुष्क पदार्थ के भार के अनुसार उसमें कार्बन (C = 44%), ऑक्सीजन (O = 40%), हाइड्रोजन (H = 8%) और राख/खनिज तत्व एवं नाइट्रोजन (Ash & N, P, K, Ca, Mg, S = 8%) पाए जाते हैं।
कार्बनिक यौगिकों के अनुसार संघटन (Organic Compound Fractions of Dry Matter):
- कार्बोहाइड्रेट (Carbohydrates — कुल शुष्क भार का ~60%):
  • (a) शर्करा एवं स्टार्च (Sugars and Starches): 1% से 5% (पानी में घुलनशील, सबसे सरल)।
  • (b) हेमीसेल्यूलोज (Hemicelluloses): 10% से 30% (पॉलीसैकेराइड व पेक्टिन)।
  • (c) सेल्यूलोज (Cellulose): 20% से 50% (पादप कोशिका भित्ति का सबसे बड़ा एकल घटक)।
- लिग्निन (Lignin — 10% से 30%): जटिल फिनोलिक वलय (Polyphenolic) संरचना वाला कठोर काष्ठीय पदार्थ, जो पुरानी लकड़ी, तनों व छाल में अधिक होता है और अपघटन के प्रति सर्वाधिक प्रतिरोधी होता है।
- प्रोटीन एवं नाइट्रोजन-युक्त यौगिक (Crude Proteins — 1% से 15%): अमीनो अम्लों के बहुलक; दलहनी फसलों और युवा हरी पत्तियों में अधिक (10–15%) तथा अनाज के सूखे भूसे (Wheat/Paddy straw) में बहुत कम (1–3%) होते हैं।
- वसा, मोम, रेजिन एवं टैनिन (Fats, Waxes, Resins & Tannins — 1% से 8%): जल-प्रतिकर्षी (Hydrophobic) जटिल कार्बनिक यौगिक।

4.2 कार्बनिक पदार्थ का अपघटन एवं अपघटन की सापेक्ष दर (Decomposition of SOM & Rate of Decomposition)

जब पादप अवशेष मृदा में मिलते हैं, तो परपोषी सूक्ष्मजीव (जीवाणु, कवक और एक्टिनोमाइसिटीज) अपनी ऊर्जा और शरीर निर्माण के लिए अपने एंजाइमों द्वारा इन जटिल यौगिकों को तोड़ना शुरू करते हैं। सभी कार्बनिक यौगिक एक समान गति से नहीं सड़ते:

⏱️ कार्बनिक यौगिकों के अपघटन की घटती दर का क्रम (Order of Decreasing Rate of Decomposition — अति महत्वपूर्ण JRF/University प्रश्न):
1. शर्करा, स्टार्च एवं सरल प्रोटीन (Sugars, Starches & Simple Proteins — सबसे तेज अपघटन)
> 2. कच्चा प्रोटीन (Crude Proteins)
> 3. हेमीसेल्यूलोज (Hemicelluloses)
> 4. सेल्यूलोज (Cellulose)
> 5. वसा, मोम एवं रेजिन (Fats, Waxes & Resins)
> 6. लिग्निन एवं फिनोलिक यौगिक (Lignins — सबसे धीमा अपघटन / सर्वाधिक प्रतिरोधी!)।

1. वायवीय अपघटन के अंतिम उत्पाद (Aerobic Decomposition Products — सुवातित मृदा में):

Organic Compounds (C, H, O, N, P, S) + O₂ ──(Microbial Enzymes)──► CO₂↑ + H₂O + NO₃^– (Nitrate) + H₂PO₄^– (Phosphate) + SO₄^2- (Sulphate) + Resistant Humus + Energy (4–5 kcal/g)

2. अवायवीय अपघटन के अंतिम उत्पाद (Anaerobic Decomposition Products — जलाक्रांत/धान की मृदा में):

Organic Compounds ──(Absence of O₂)──► CH₄↑ (Methane / Marsh Gas) + H₂S↑ + NH₃ / Amines + Organic Acids (Lactic, Acetic, Butyric acid) + CO₂

4.3 ह्यूमस (Humus): परिभाषा, निर्माण सिद्धांत एवं अंश (Humic Substances Fractionation)

ह्यूमस (Humus) की मानक वैज्ञानिक परिभाषा (Buckman & Brady / Waksman): “ह्यूमस पादप एवं जंतु अवशेषों के सूक्ष्मजैविक अपघटन तथा पुनः संश्लेषण के फलस्वरूप निर्मित एक जटिल, अपघटन के प्रति अत्यधिक प्रतिरोधी (Resistant), गहरे भूरे से काले रंग का (Dark brown to black), अक्रिस्टलीय (Amorphous), और उच्च अणुभार वाला कोलाइडल पदार्थ है।”

ह्यूमस निर्माण के दो प्रमुख वैज्ञानिक सिद्धांत (Theories of Humus Synthesis / Humification)

लिग्निन-प्रोटीन सिद्धांत (Lignin-Protein Theory — Selman A. Waksman, 1936):
नोबेल पुरस्कार विजेता सूक्ष्मजीवविज्ञानी एस.ए. वाक्समैन (Waksman, 1936) ने प्रतिपादित किया कि जब पादप अवशेष सड़ते हैं, तो शर्करा और सेल्यूलोज समाप्त हो जाते हैं, जबकि अपघटन-प्रतिरोधी संशोधित लिग्निन (Modified Lignin — लगभग 40–45%) और सूक्ष्मजीवों द्वारा संश्लेषित प्रोटीन/अमीनो यौगिक (Microbial Protein — लगभग 30–35%) आपस में रासायनिक रूप से जुड़कर एक स्थिर ‘लिग्नो-प्रोटीन संकुल’ (Ligno-protein complex) बनाते हैं, जो ह्यूमस का मुख्य भाग (70–80%) होता है।
पॉलीफिनोल सिद्धांत (Polyphenol Theory — Flaig / Kononova / Stevenson):
आधुनिक सिद्धांत के अनुसार लिग्निन और सूक्ष्मजीवों से उत्पन्न फिनोलिक यौगिक (Polyphenols) पॉलीफिनोल ऑक्सीडेज एंजाइम द्वारा क्विनोन (Quinones) में ऑक्सीकृत होते हैं, जो अमीनो अम्लों और पेप्टाइड्स के साथ संघनित (Condense) होकर उच्च अणुभार वाले ह्यूमिक और फुल्विक अम्ल के बहुलक बनाते हैं।

ह्यूमिक पदार्थों के तीन प्रमुख अंश: फुल्विक अम्ल, ह्यूमिक अम्ल एवं ह्यूमिन (Three Fractions of Humic Substances — अति महत्वपूर्ण परीक्षा बिंदु)

क्षार (NaOH) और अम्ल (HCl / H₂SO₄) में घुलनशीलता के आधार पर मृदा ह्यूमस को तीन प्रमुख अंशों में विभाजित किया जाता है:

फुल्विक अम्ल (Fulvic Acid):
- घुलनशीलता: यह क्षार (Alkali) और अम्ल (Acid) दोनों में पूर्णतः घुलनशील होता है!
- गुणधर्म: इसका रंग पीला से पीला-भूरा (Yellow to light brown) होता है; इसका अणुभार तीनों अंशों में सबसे कम (1,000 से 10,000 Da) होता है; इसमें ऑक्सीजन की मात्रा सर्वाधिक (~45–48%) और कार्बन की मात्रा सबसे कम (~45%) होती है; तथा कार्बोक्सिल (-COOH) समूहों की अधिकता के कारण इसकी अम्लता और CEC सर्वाधिक (400–600 cmol(p⁺) kg^-1 तक) होती है।
ह्यूमिक अम्ल (Humic Acid):
- घुलनशीलता: यह क्षार (NaOH) में घुलनशील होता है, किंतु अम्ल (HCl, pH < 2) में अघुलनशील (अवक्षेपित) हो जाता है!
- गुणधर्म: इसका रंग गहरा भूरा से धूसर-काला होता है; इसका अणुभार मध्यम (10,000 से 1,00,000 Da) होता है। (ध्यान दें: ह्यूमिक अम्ल का जो भाग अल्कोहल / एथेनॉल में घुलनशील होता है, उसे हाइमेटोमेलैनिक अम्ल / Hymatomelanic Acid कहते हैं)।
ह्यूमिन (Humin):
- घुलनशीलता: यह क्षार (Alkali) और अम्ल (Acid) दोनों में पूर्णतः अघुलनशील (Insoluble in both) होता है!
- गुणधर्म: इसका रंग गहरा काला (Jet black) होता है; इसका अणुभार तीनों में सर्वाधिक (> 1,00,000 Da) होता है; इसमें कार्बन की मात्रा सर्वाधिक (> 60%) होती है और यह क्ले खनिजों के साथ सबसे मजबूती से जुड़ा (Clay-humus complex) तथा अपघटन के प्रति सर्वाधिक प्रतिरोधी अंश है।

4.4 कार्बन : नाइट्रोजन अनुपात (C:N Ratio) तथा खनिजीकरण बनाम स्थिरीकरण (Mineralization vs Immobilization)

परिभाषा: मृदा या किसी कार्बनिक पदार्थ में उपस्थित कुल कार्बनिक कार्बन (Organic Carbon) के भार और कुल नाइट्रोजन (Total Nitrogen) के भार के अनुपात को कार्बन:नाइट्रोजन अनुपात (C:N Ratio) कहते हैं।

विभिन्न पदार्थों, सूक्ष्मजीवों और मृदाओं के मानक C:N अनुपात (Standard C:N Ratios for Exams)

मृदा सूक्ष्मजीवों के शरीर का C:N अनुपात: 4 : 1 से 9 : 1 (जीवाणु = ~5:1, एक्टिनोमाइसिटीज = ~6:1, कवक = ~10:1; औसत ~8:1)।
सामान्य कृष्य भारतीय पृष्ठ मृदा (Cultivated Arable Topsoil) व ह्यूमस का C:N अनुपात: 8 : 1 से 15 : 1 (औसत 10 : 1 से 12 : 1)।
गोबर की सड़ी हुई खाद (Well-rotted FYM / Compost): 15 : 1 से 20 : 1।
दलहनी फसलों के अवशेष एवं हरी खाद (Legumes / Alfalfa / Clover / Sunnhemp): 13 : 1 से 25 : 1।
अनाज फसलों का सूखा भूसा/पुआल (Wheat / Paddy / Oat Straw): 80 : 1 से 100 : 1।
लकड़ी का बुरादा (Sawdust): 400 : 1 से 600 : 1 (सर्वाधिक C:N अनुपात)।

C:N अनुपात द्वारा नाइट्रोजन खनिजीकरण (Mineralization) बनाम स्थिरीकरण (Immobilization) का नियंत्रण

जब मिलाए गए कार्बनिक अवशेष का C:N अनुपात < 20 : 1 हो (Net Mineralization):
जब मृदा में कम C:N अनुपात वाला पदार्थ (जैसे हरी खाद या दलहनी अवशेष, C:N = 15:1) मिलाया जाता है, तो उसमें सूक्ष्मजीवों की अपनी आवश्यकता से अधिक नाइट्रोजन होती है। अतः सूक्ष्मजीव कार्बनिक नाइट्रोजन को अकार्बनिक रूपों (NH₄⁺ एवं NO₃^–) में मुक्त कर देते हैं, जिसे शुद्ध खनिजीकरण (Net Mineralization) कहते हैं।
जब C:N अनुपात 20 : 1 से 30 : 1 के बीच हो (Equilibrium Zone):
खनिजीकरण और स्थिरीकरण की दर लगभग बराबर रहती है (न तो मृदा में अकार्बनिक N बढ़ती है और न घटती है)।
जब मिलाए गए अवशेष का C:N अनुपात > 30 : 1 हो (Net Immobilization / Nitrate Depression Period):
जब किसान खेत में बिना सड़ा गेहूँ का भूसा (C:N = 80:1) या लकड़ी का बुरादा (400:1) मिलाकर तुरंत फसल बो देता है, तो प्रचुर कार्बन पाकर सूक्ष्मजीवों की संख्या विस्फोटक रूप से बढ़ती है। अपने शरीर का प्रोटीन (C:N ~ 8:1) बनाने के लिए सूक्ष्मजीवों को भारी नाइट्रोजन चाहिए जो भूसे में नहीं होती। परिणामस्वरूप, सूक्ष्मजीव मृदा विलयन में पहले से मौजूद उपलब्ध अकार्बनिक नाइट्रोजन (NO₃^– और NH₄⁺) को ही सोखकर अपने जैविक शरीर में बाँध लेते हैं! इसे नाइट्रोजन स्थिरीकरण / अचलन (Immobilization) कहते हैं। इससे खड़ी फसल को नाइट्रोजन की तीव्र कमी (Nitrogen starvation / पीलापन) हो जाती है।

मृदा का C:N अनुपात स्थिर (10:1 से 12:1) क्यों रहता है? (Why Soil C:N Ratio is Constant?)

जब उच्च C:N अनुपात (80:1) वाले पादप अवशेष मृदा में सड़ते हैं, तो श्वसन के माध्यम से कार्बन निरंतर CO₂ गैस के रूप में वायुमंडल में उड़ता जाता है, जबकि नाइट्रोजन सूक्ष्मजीवों के शरीर में संरक्षित और पुनर्चक्रित होती रहती है। अंततः जब तक C:N अनुपात घटकर लगभग 10:1 से 12:1 पर नहीं आ जाता, तब तक कार्बन का ह्रास जारी रहता है और इसी बिंदु पर ह्यूमस और मृदा का C:N अनुपात स्थिर हो जाता है।

SECTION 05

वैज्ञानिक आरेख एवं शैक्षिक चित्रण (Scientific Diagrams and Educational Illustrations)

आरेख 5.1: (A) ह्यूमस के तीनों अंशों का अम्ल-क्षार घुलनशीलता विभाजन आरेख तथा (B) उच्च C:N अवशेष मिलाने पर नाइट्रेट अवसादन काल (Nitrate Depression / Immobilization) व खनिजीकरण वक्र

वैज्ञानिक व्याख्या: आरेख (A) ह्यूमस के तीनों अंशों की अम्ल व क्षार में घुलनशीलता दर्शाता है। आरेख (B) दर्शाता है कि उच्च C:N (>30:1) वाला भूसा मिलाने पर प्रारंभ में सूक्ष्मजीव मृदा की उपलब्ध नाइट्रेट को सोख लेते हैं जिससे ‘नाइट्रेट अवसादन काल’ (Immobilization trough) आता है; बाद में CO₂ उड़ने से जब C:N अनुपात <20:1 हो जाता है, तब शुद्ध नाइट्रोजन खनिजीकरण (Mineralization) शुरू होता है।

SECTION 06

विजुअल माइंड मैप (Compulsory Lecture Visual Mind Map)

माइंड मैप 6.1: मृदा कार्बनिक पदार्थ (SOM) — संघटन, अपघटन, ह्यूमस एवं C:N अनुपात का समग्र मानचित्र

माइंड मैप पुनरावृत्ति संकेत: यह माइंड मैप पादप अवशेष संघटन, अपघटन दर, ह्यूमस प्रभाजन, C:N अनुपात, खनिजीकरण बनाम स्थिरीकरण और वैन बेमलेन कारक (1.724) को एक ही चित्र में समेटता है।

SECTION 07

फ्लोचार्ट एवं इन्फोग्राफिक्स (Flowcharts and Process Infographics)

फ्लोचार्ट 7.1: कार्बनिक नाइट्रोजन के खनिजीकरण (Mineralization: Aminization → Ammonification → Nitrification) एवं स्थिरीकरण (Immobilization) का जैव-रासायनिक चक्र

जैव-रासायनिक व्याख्या: खनिजीकरण (Mineralization, ऊपर बाएँ से दाएँ) तीन चरणों — (1) एमीनीकरण, (2) अमोनीकरण, और (3) नाइट्रीकरण (Nitrosomonas एवं Nitrobacter द्वारा) में संपन्न होता है। इसके विपरीत अचलन (Immobilization, नीचे लाल पथ) अकार्बनिक NH₄⁺/NO₃^– को वापस कार्बनिक रूप में बाँध लेता है।

SECTION 08

तुलनात्मक सारणियाँ (Scientifically Meaningful Comparison Tables)

सारणी 8.1: खनिजीकरण (Mineralization) एवं स्थिरीकरण / अचलन (Immobilization) में अंतर

क्र.सं.	तुलना का आधार (Basis)	खनिजीकरण (Mineralization)	स्थिरीकरण / अचलन (Immobilization)
1.	मौलिक परिभाषा (Definition)	सूक्ष्मजीवों द्वारा जटिल कार्बनिक रूप के तत्वों (Organic N, P, S) का पादप-उपलब्ध अकार्बनिक रूपों (NH₄⁺, NO₃^–, H₂PO₄^–, SO₄^2-) में रूपांतरण।	सूक्ष्मजीवों द्वारा मृदा विलयन के उपलब्ध अकार्बनिक आयनों (NH₄⁺, NO₃^–) को सोखकर अपने जैविक कार्बनिक शरीर (Microbial protein) में बाँधना।
2.	अवशेष का C:N अनुपात (C:N Ratio)	जब कार्बनिक अवशेष का C:N अनुपात < 20 : 1 (और C:P < 200:1, C:S < 200:1) होता है।	जब कार्बनिक अवशेष का C:N अनुपात > 30 : 1 (और C:P > 300:1, C:S > 400:1) होता है।
3.	पादप पोषण पर प्रभाव	मृदा विलयन में उपलब्ध पोषक तत्वों की सांद्रता बढ़ती है और पौधों की वृद्धि अच्छी होती है।	मृदा में उपलब्ध नाइट्रोजन अस्थायी रूप से लॉक हो जाती है जिससे खड़ी फसल में नाइट्रोजन की कमी (पीलापन) आती है।
4.	व्यावहारिक उदाहरण	हरी खाद (ढेँचा/सन्हेम्प, C:N 15:1) या सड़ी गोबर की खाद (FYM) मिलाना।	गेहूँ/धान का कच्चा सूखा भूसा (C:N 80:1) या लकड़ी का बुरादा (400:1) खेत में मिलाना।

सारणी 8.2: ह्यूमस के तीन प्रमुख अंशों — फुल्विक अम्ल, ह्यूमिक अम्ल एवं ह्यूमिन की तुलना

क्र.सं.	गुणधर्म (Property)	फुल्विक अम्ल (Fulvic Acid)	ह्यूमिक अम्ल (Humic Acid)	ह्यूमिन (Humin)
1.	क्षार (Alkali / NaOH) में घुलनशीलता	घुलनशील (Soluble)	घुलनशील (Soluble)	अघुलनशील (Insoluble)
2.	अम्ल (Acid / HCl) में घुलनशीलता	घुलनशील (Soluble)	अघुलनशील (Insoluble / अवक्षेपित)	अघुलनशील (Insoluble)
3.	रंग (Colour)	हल्का पीला से पीला-भूरा	गहरा भूरा से धूसर-काला	गहरा काला (Jet Black)
4.	अणुभार (Molecular Weight)	सबसे कम (1,000 – 10,000 Da)	मध्यम (10,000 – 1,00,000 Da)	सर्वाधिक (> 1,00,000 Da)
5.	कार्बन एवं ऑक्सीजन प्रतिशत	कार्बन सबसे कम (~45%), ऑक्सीजन सर्वाधिक (~48%)	कार्बन मध्यम (~55–58%), ऑक्सीजन (~35%)	कार्बन सर्वाधिक (> 60%), ऑक्सीजन सबसे कम (~30%)
6.	अम्लता एवं CEC तथा गतिशीलता	CEC एवं गतिशीलता सर्वाधिक	CEC एवं गतिशीलता मध्यम	CEC सबसे कम एवं पूर्णतः अगतिशील

SECTION 09

व्यावहारिक कृषि अनुप्रयोग एवं मृदा गुणों पर SOM का प्रभाव (Practical Agricultural Applications)

9.1 मृदा के भौतिक, रासायनिक एवं जैविक गुणों पर कार्बनिक पदार्थ (SOM) के प्रभाव

भौतिक गुणों पर प्रभाव (Effect on Physical Properties):
- दानेदार मृदा संरचना (Granular / Crumb Structure): ह्यूमस और सूक्ष्मजैविक गोंद (Polysaccharides/Glomalin) बालू, सिल्ट व क्ले कणों को बाँधकर जल-स्थिर दानेदार समुच्चय (Water-stable aggregates) बनाते हैं।
- स्थूल घनत्व (Bulk Density) में कमी एवं रंध्रावकाश में वृद्धि: ह्यूमस का कण घनत्व बहुत कम (1.2–1.5 g cm^-3) और स्थूल घनत्व अत्यंत कम (0.3–0.6 g cm^-3) होता है, जिससे यह मिट्टी को भुरभुरा बनाकर स्थूल घनत्व (BD) घटाता है।
- जल धारण क्षमता (Water Holding Capacity): ह्यूमस अपने भार से 4 से 5 गुना (400–500%) अधिक जल सोख सकता है! राजस्थान की रेतीली मृदाओं में यह नमी रोकने का सर्वोत्तम साधन है।
- मृदा रंग व तापमान: गहरा काला रंग सूर्य की ऊष्मा सोखकर शीतकाल में बीज अंकुरण के लिए अनुकूल तापमान बनाए रखता है और मल्च के रूप में ग्रीष्मकाल में वाष्पीकरण घटाता है।
रासायनिक गुणों पर प्रभाव (Effect on Chemical Properties):
- धनायन विनिमय क्षमता (CEC) में भारी वृद्धि: ह्यूमस का CEC (150–300 cmol kg^-1) क्ले खनिजों से 2 से 20 गुना अधिक होता है; यह मृदा के कुल CEC का 30% से 70% भाग प्रदान करता है।
- उभयप्रतिरोधी क्षमता (Buffering Capacity): यह मृदा pH में अचानक होने वाले परिवर्तनों को रोकता है।
- कीलेशन एवं पोषक तत्व उपलब्धता: ह्यूमिक व फुल्विक अम्ल सूक्ष्म पोषक तत्वों (Fe, Zn, Mn, Cu) के साथ प्राकृतिक कीलेट (Chelates) बनाकर उन्हें उच्च pH (जैसे राजस्थान की क्षारीय/चूनायुक्त मृदाओं) में अवक्षेपित होने से बचाते हैं और फॉस्फोरस स्थिरीकरण को घटाते हैं।
जैविक गुणों पर प्रभाव (Effect on Biological Properties):
यह केंचुओं और लाभकारी सूक्ष्मजीवों (Azotobacter, Rhizobium, PSB, Mycorrhiza, Trichoderma) के लिए कार्बन और ऊर्जा का मुख्य स्रोत है तथा पादप वृद्धि हार्मोन (Auxins, Gibberellins, Vitamins) प्रदान करता है।

9.2 फसल अवशेष प्रबंधन में ‘स्टार्टर नाइट्रोजन डोज़’ (Starter Dose of N with Crop Straw)

जब किसान कंबाइन हार्वेस्टर से कटाई के बाद गेहूँ या धान के भूसे (C:N = 80:1) को जलाने के बजाय रोटावेटर/हैप्पी सीडर से मिट्टी में मिलाता है, तो C:N अनुपात > 30:1 होने से नाइट्रोजन स्थिरीकरण (Immobilization) का खतरा रहता है। इसे रोकने के लिए कृषि वैज्ञानिक बुवाई के समय 15–20 kg अतिरिक्त नाइट्रोजन प्रति हेक्टेयर (Starter N dose) या वेस्ट डीकम्पोजर / ट्राइकोडर्मा देने की सिफारिश करते हैं ताकि भूसे का C:N अनुपात जल्दी कम हो और खड़ी फसल पीली न पड़े।

SECTION 10

महत्वपूर्ण सूत्र, वैन बेमलेन कारक एवं संख्यात्मक गणनाएँ (Formulas & Numericals)

10.1 वैन बेमलेन कारक (1.724) एवं वाकली-ब्लैक कार्बनिक कार्बन श्रेणियाँ

1. वैन बेमलेन सूत्र (Van Bemmelen Factor, 1890):

मृदा ह्यूमस / कार्बनिक पदार्थ में औसत कार्बन प्रतिशत = 58% माना जाता है (100 / 58 = 1.724)। अतः:

Soil Organic Matter (SOM %) = Soil Organic Carbon (SOC %) × 1.724

2. कार्बन:नाइट्रोजन अनुपात सूत्र (C:N Ratio Formula):

C : N Ratio = Total Organic Carbon (%) / Total Nitrogen (%)

(नोट: चूँकि सामान्य मृदा ह्यूमस में कार्बन ~58% और नाइट्रोजन ~5.0–5.5% होता है, इसलिए 58 / 5.2 ≈ 11 : 1 अनुपात आता है; अतः Total N (%) ≈ SOM (%) × 0.05 या SOC (%) / 10 to 12)।

3. मृदा परीक्षण में कार्बनिक कार्बन (Walkley & Black Method, 1934) की मानक श्रेणियाँ:

• निम्न (Low): < 0.50% OC | • मध्यम (Medium): 0.50% – 0.75% OC | • उच्च (High): > 0.75% OC

🧮 संख्यात्मक उदाहरण 01 (Solved Numerical — Calculating SOM %, C:N Ratio and Total Soil Nitrogen):
प्रश्न: जोबनेर (राजस्थान) के एक खेत की पृष्ठ मृदा नमूने में वाकली एवं ब्लैक विधि से कार्बनिक कार्बन (Organic Carbon — OC) = 0.40% तथा केल्डाल (Kjeldahl) विधि से कुल नाइट्रोजन (Total N) = 0.04% पाई गई। गणना कीजिए: (a) मृदा में कुल कार्बनिक पदार्थ (SOM %) की मात्रा, (b) मृदा का C:N अनुपात, (c) कार्बनिक कार्बन के आधार पर मृदा उर्वरता श्रेणी, और (d) 1 हेक्टेयर फरो स्लाइस (2.0 × 10⁶ kg) में कुल कार्बनिक पदार्थ का भार (किग्रा में)।

हल (Step-by-step Solution):
• (a) मृदा कार्बनिक पदार्थ (SOM %):
  SOM (%) = OC (%) × 1.724 = 0.40 × 1.724 = 0.6896% (या ~0.69%)
• (b) C : N अनुपात:
  C / N = 0.40% / 0.04% = 10 / 1 = 10 : 1
• (c) उर्वरता श्रेणी: चूँकि OC = 0.40% है जो 0.50% से कम है, अतः यह मृदा ‘निम्न’ (Low) कार्बनिक कार्बन श्रेणी में आती है।
• (d) 1 हेक्टेयर फरो स्लाइस में कुल SOM का भार:
  (0.6896 / 100) × 2.0 × 10⁶ kg = 13,792 kg ha^-1 (या ~13.79 टन प्रति हेक्टेयर)।

SECTION 11

त्वरित पुनरावृत्ति एवं परीक्षा कैप्सूल (Quick Revision Points)

पादप शुष्क पदार्थ में सर्वाधिक पाया जाने वाला कार्बनिक यौगिक: सेल्यूलोज (Cellulose — 20 से 50%)।
अपघटन के प्रति सर्वाधिक प्रतिरोधी (सबसे धीमे सड़ने वाला) पादप घटक: लिग्निन (Lignin)।
सबसे तेजी से अपघटित होने वाला पादप घटक: शर्करा, स्टार्च एवं सरल प्रोटीन।
ह्यूमस निर्माण का लिग्निन-प्रोटीन सिद्धांत: एस.ए. वाक्समैन (S.A. Waksman, 1936) (ह्यूमस में 40–45% संशोधित लिग्निन + 30–35% प्रोटीन)।
ह्यूमस के तीन अंश: (1) फुल्विक अम्ल (अम्ल व क्षार दोनों में घुलनशील, सबसे कम अणुभार, पीला रंग), (2) ह्यूमिक अम्ल (क्षार में घुलनशील किंतु अम्ल में अघुलनशील), (3) ह्यूमिन (अम्ल व क्षार दोनों में अघुलनशील, उच्चतम अणुभार)।
वैन बेमलेन कारक (Van Bemmelen Factor): 1.724 (क्योंकि ह्यूमस में कार्बन = 58% होता है)।
सामान्य भारतीय कृष्य पृष्ठ मृदा का C:N अनुपात: 10 : 1 से 12 : 1; मृदा सूक्ष्मजीवों का C:N = 4 : 1 से 9 : 1।
नाइट्रोजन खनिजीकरण के 3 चरण: एमीनीकरण (Aminization) → अमोनीकरण (Ammonification) → नाइट्रीकरण (Nitrification)।
शुद्ध खनिजीकरण (Net Mineralization) की शर्त: जब C:N अनुपात < 20 : 1 हो।
शुद्ध स्थिरीकरण / अचलन (Net Immobilization) की शर्त: जब C:N अनुपात > 30 : 1 हो।

SECTION 12

संपूर्ण परीक्षा अभ्यास प्रश्न बैंक (Complete Examination Question Bank)

A. बहुविकल्पीय प्रश्न (Multiple Choice Questions — 20 MCQs)

प्रश्न 1. मृदा में कार्बनिक कार्बन (%) से कुल मृदा कार्बनिक पदार्थ (SOM %) की गणना करने के लिए किस गुणांक (वैन बेमलेन कारक / Van Bemmelen Factor) से गुणा किया जाता है?

(A) 1.250

(B) 1.724

(D) 6.250