क्या CO2 बढ़ने से पौधों को लाभ होता है?

विवेक सैनी द्वारा 

दावा: किसान CO2 को ग्रीन हाउस में पंप करते हैं क्योंकि पौधे इसे बहुत पसंद करते हैं। उच्च वायुमंडलीय CO2 स्तर से पौधों की बढ़ोतरी को बढ़ाकर और अधिक लचीले सूक्ष्म जलवायु बनाकर पुनर्वनीकरण को भी लाभ होगा।

तथ्य: अर्ध सत्य। अप्रबंधित वनों, क्षेत्रों और अन्य पारितंत्रों में, पौधों की बढ़ोतरी अलग अन्य कारकों से प्रभावित होती है। क्योंकि प्रयोगशाला में वैज्ञानिकों द्वारा प्राप्त परिणामों के विपरीत है जो आमतौर पर अधिक जटिल वास्तविक दुनिया में क्या होता है का प्रतिनिधित्व नहीं करते हैं।

दावा पोस्ट:

पोस्ट क्या कहती है

डॉ. साईमन गोडेक ने 17 जुलाई, 2013 को अपने वायरल ट्वीट में कहा कि उच्च वायुमंडलीय CO2 स्तर से पौधों के विकास में बढ़ोतरी और अधिक लचीला सूक्ष्म जलवायु बनाने से वनों की कटाई को लाभ होगा। वह उस वर्णन पर सवाल उठाते हैं जो CO2 हमारे ग्रह को नुकसान पहुंचाता है क्योंकि पौधे CO2 को इतना प्यार करते हैं कि किसान इसे ग्रीनहाउस में डाल देते हैं।

हमने क्या पाया

विज्ञान पत्रकार डॉ. गोडेक द्वारा किया गया दावा CO2 निषेचन नामक प्रक्रिया का महज एक उदाहरण है, हालांकि पौधों को फलने-फूलने के लिए कार्बन डाइऑक्साइड की आवश्यकता होती है। लेकिन वे कार्बन के उच्चस्तर की स्थितियों में फलने-फूलने में असमर्थ हो सकते हैं। विभिन्न पौधे कार्बन को बढ़ाने के लिए विभिन्न प्रतिक्रिया देते हैं। इसके अतिरिक्त कार्बन उत्साही लोगों के बावजूद, CO2 एकमात्र घटक नहीं है जो संयंत्र साम्राज्य में बढ़ोतरी को प्रभावित करता है। जैसा कि किसी को भी बागवानी में दिलचस्पी है। पौधों को अतिरिक्त कार्बन डाइऑक्साइड को विकास में बदलने के लिए पानी और मिट्टी के पोषक तत्वों के उचित अनुपात की आवश्यकता होती है। 

हमारे जलवायु परिवर्तन को देखते हुए यह एक मुद्दा है। जलवायु परिवर्तन के कारण अमेरिकी पश्चिम जैसे क्षेत्रों में सूखे की स्थिति बदतर हो जाती है, जो वातावरण में CO2 द्वारा बहुत अधिक बढ़ जाता है। इससे पौधों के लिए पानी की आपूर्ति कम हो जाती है और विनाशकारी जंगल की आग का खतरा भी बढ़ जाता है। अन्य स्थानों पर गर्म सर्दियों को पसंद करने वाले कीटों में बढ़ोतरी देखी जाएगी, साथ ही बाढ़ और गर्मी के तनाव, बढ़ते समुद्रों से खारे पानी के संपर्क में आने और पौधों के लिए अन्य पर्यावरणीय चुनौतियों जैसी अधिक बार आपदाएं आएंगी। और यद्यपि लाखों और पेड़ों को लगाने की अवधारणा अक्सर वातावरण से कुछ CO2 को हटाने के लिए बनाई गई है। यह स्पष्ट नहीं है कि इस तरह के विकास का समर्थन करने के लिए धरती में पर्याप्त पोषक तत्व होंगे या नहीं।

क्या है CO2 निषेचन प्रभाव?

प्रकाश-संश्लेषण जीव विज्ञान में एक बुनियादी अवधारणा है: पौधे पानी को परिवर्तित करने के लिए सूर्य के प्रकाश का उपयोग करते हैं और CO2 को रासायनिक रूप से बाध्य ऊर्जा और ऑक्सीजन में परिवर्तित करते हैं। यह प्रक्रिया पौधों को जानवरों और मनुष्यों के लिए ऑक्सीजन और भोजन प्रदान करते समय विकास के लिए आवश्यक रसायन निर्माण ब्लॉकों को संश्लेषित करने की अनुमति देती है। जबकि सूर्य प्रकाश प्रचुर मात्रा में होता है। पानी, वायुमंडलीय CO2 और अन्य आवश्यक इनपुट कारक सीमित होते हैं जिस पैमाने पर प्रकाश संश्लेषण हो सकता है।

पहले जैसा कहा गया था कि प्रकाश संश्लेषण प्रक्रिया में CO2 एक सीमित कारक हो सकता है। इस प्रकार यदि अधिक CO2 उपलब्ध हो जाता है और अन्य इनपुट कारक प्रचुर मात्रा में हैं – प्रकाश संश्लेषण प्रक्रिया को बढ़ाया जाएगा, जिससे पौधों द्वारा बाध्य वायुमंडलीय CO2 की मात्रा बढ़ जाएगी। परिणाम केवल वैश्विक CO2 उत्सर्जन के आधार पर उम्मीद की तुलना में वायुमंडल में CO2 सांद्रता में धीमी बढ़ोतरी होगी। इसके अलावा वायुमंडल में उच्च CO2 स्तर को पानी के उपयोग की दक्षता को बढ़ाने के लिए दिखाया गया है। जिससे पौधों को शुष्क परिस्थितियों में जीवित रहने की अनुमति मिली है। इन दो प्रक्रियाओं के परिणामस्वरूप जीवमंडल अधिक CO2 को अवशोषित करता है और इस प्रकार भूमि कार्बन स्टॉक को बढ़ाता है। इस घटना को CO2 निषेचन प्रभाव के रूप में जाना जाता है।

CO2 पौधों की उत्पादकता को बढ़ाता है, लेकिन अन्य कारकों की भी गणना करता है 

प्रकाश-संश्लेषण तब होता है जब पौधे बढ़ोतरी और ऊर्जा के लिए ऑक्सीजन और कार्बोहाइड्रेट बनाने के लिए सूर्य के प्रकाश, वायुमंडलीय कार्बन डाइऑक्साइड और पानी को संयुक्त करते हैं। कार्बन निषेचन प्रभाव वातावरण में बढ़ते CO2 स्तर के कारण प्रकाश संश्लेषण में बढ़ोतरी के परिणामस्वरूप होता है। एक हालिया अध्ययन के अनुसार, 1982 और 2020 के बीच वैश्विक पादप प्रकाश संश्लेषण में 12 प्रतिशत की बढ़ोतरी हुई, जो वायुमंडलीय CO2 स्तरों में 17 प्रतिशत की बढ़ोतरी के समानांतर है। प्रकाश संश्लेषण में यह बढ़ोतरी मुख्य रूप से कार्बन डाइऑक्साइड के साथ निषेचन के कारण हुई।

जब हवा में अधिक CO2 होता है तब पौधे प्रकाश संश्लेषण के लिए कम पानी का उपयोग करते हैं। स्टोमाटा जो पौधों में छेद हैं, CO2 के अवशोषण और वातावरण में नमी छोड़ने की अनुमति देता है। पौधे प्रकाश संश्लेषण की उच्च दर बनाए रख सकते हैं और आंशिक रूप से अपने स्टोमाटा को कवर कर सकते हैं। जब CO2 स्तर बढ़ जाता है, पौधे के जल नुकसान को 5 से 20% तक कम कर देता है। वैज्ञानिकों ने परिकल्पना की है कि इससे पौधों को जमीन, मिट्टी और धाराओं में कम पानी छोड़ने के द्वारा अधिक पानी को बनाए रखने में सहायता मिलेगी।

अध्ययन में पाया गया कि नाइट्रोजन नियतन तापमान प्रतिक्रिया प्रकाश संश्लेषण के तापमान प्रतिक्रिया से अलग है, जो नाइट्रोजन युक्त एंजाइमों का उपयोग करता है। यह एंजाइम उच्च तापमान पर कम प्रभावी ढंग से काम कर सकते हैं। रुबिस्को एक प्राथमिक एंजाइम है जो प्रकाश संश्लेषण के दौरान वायुमंडल से कार्बोहाइड्रेट में कार्बन डाइऑक्साइड को परिवर्तित करता है। फिर भी जब तापमान में बढ़ोतरी होती है, तो यह “आराम” करता है और CO2 पॉकेट के रूप में सटीकता खो देता है। नतीजतन एंजाइम समय के 1/5 की बजाय गलती से ऑक्सीजन ठीक करता है, प्रकाश संश्लेषण क्षमता को कम करता है और पौधे के संसाधनों को बर्बाद करता है। रुबिस्को उच्च तापमान पर भी पूरी तरह निष्क्रिय हो सकता है।

CO2 निषेचन प्रभाव पर वर्तमान रुझान और अनुमान

क्या बढ़े हुए वायुमंडलीय CO2 स्तर के कारण प्रकाश संश्लेषण में बढ़ोतरी हुई है या उच्च तापमान के कारण कमजोर हुई है – और उस मामले के लिए भूमि, कार्बन सिंक का सामान्य विकास – एक ऐसा सवाल है जो उन तमाम इंटरैक्शन पर निर्भर करता है जो विज्ञान अवलोकन, क्षेत्र प्रयोगों और कंप्यूटर मॉडल का उपयोग करके जवाब देने का प्रयास कर रहा है। ऐसा प्रतीत होता है कि निषेचन प्रभाव अभी भी काम पर है ( 2000 और 2009 के बीच, CO2 के लगभग 14 गीगाटन प्रति वर्ष पूर्व-औद्योगिक क्षेत्र (1750) की तुलना में अवशोषित थे, हालांकि एक धीमी दर पर: जिस दर पर प्रकाश संश्लेषण बढ़ाया जाता है वह उस दर की तुलना में कम हो रहा है जिस पर CO2 वातावरण में जारी किया जाता है। पूर्वानुमान के अनुसार, भविष्य में प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया धीमी होगी, जैसा कि हम एक उर्वर से गर्म होने वाले समय में जाते हैं। इस परिदृश्य में पौधे CO2 के लिए एक सिंक के रूप में काम करना बंद कर देते हैं, ग्लोबल वार्मिंग को कम करते हैं, और इसके बजाय CO2 का स्रोत बन जाते हैं जो तापमान को अधिक तेजी से बढ़ने का कारण बनता है।

फसलों में महत्वपूर्ण पोषक तत्वों की मात्रा बढ़ती CO2 स्तर से प्रभावित होती है जबकि कुछ कृषि उपज में सुधार हो सकता है। एक अध्ययन के अनुसार आलू कंद, गेहूं, चावल और जौ के अनाज की प्रोटीन की मात्रा में 10 से 15 प्रतिशत की गिरावट आई है। कैल्शियम, मैग्नीशियम, फॉस्फोरस, आयरन और जिंक सहित आवश्यक खनिज भी फसलों से खो जाते हैं। 2018 में विभिन्न चावल किस्मों पर किए गए अध्ययन के अनुसार, एलिवेटेड CO2 स्तर विटामिन E को बढ़ाते हैं, जबकि विटामिन B1, B2, B5, और B9 को कम करते हैं।

लगातार सूखे और गर्म हवाओं के साथ, जलवायु परिवर्तन कार्बन निषेचन प्रभाव को नुकसान पहुंचने की भविष्यवाणी की जाती है। जबकि कृषि उपज में आमतौर पर गर्म मौसम के दौरान गिरावट आती है। गर्मी और शुष्कता की बातचीत के परिणामस्वरूप कुछ अमेरिकी क्षेत्रों में मक्का की पैदावार में 20% और पूर्वी यूरोप और दक्षिण पूर्व अफ्रीका में 40% की कमी हो सकती है। जिन क्षेत्रों में उत्तरी अमेरिका, कनाडा और यूक्रेन जैसे गर्म तापमान के कारण फसल पैदावार बढ़ने की उम्मीद है, वहां गर्मी और पानी की कमी के संयोजन से फसल की पैदावार भी कम हो सकती है।

सन्दर्भ:

1. https://climate.mit.edu/explainers/freshwater-and-climate-change
2. https://climate.mit.edu/explainers/wildfires
3. https://climate.mit.edu/explainers/extreme-heat
4. https://climate.mit.edu/explainers/sea-level-rise
5. https://climate.mit.edu/ask-mit/why-dont-we-just-plant-lot-trees
6. https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.16866
7. https://doi.org/10.1016/j.tplants.2019.04.003
8. https://www.researchgate.net/publication/224942969_Trends_in_the_sources_and_sinks_of_carbon_dioxide
9. https://www.ipcc.ch/report/sixth-assessment-report-working-group-i/
10. https://scitechdaily.com/new-research-shows-plants-are-photosynthesizing-more-in-response-to-more-co2-in-the-atmosphere
11. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1365-2486.2006.01240.x
12. https://www.nature.com/articles/s41477-021-01090-x
13. https://doi.org/10.1038/s41559-017-0274-8
14. https://www.ipcc.ch/site/assets/uploads/2018/02/WG1AR5_Chapter06_FINAL.pdf
15. http://hdl.handle.net/10871/124090
16. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/j.1365-2486.2007.01511.x
17. https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aaq1012
18. https://news.climate.columbia.edu/2021/09/20/increased-heat-drought-combinations-could-damage-crops-globally-says-study/