Role of microbes in soil fertility and crop production: Carbon, Nitrogen, Phosphorus and Sulphur cycles

Role of microbes in soil fertility and crop production: Carbon, Nitrogen, Phosphorus and Sulphur cycles (मिट्टी की उर्वरता और फसल उत्पादन में सूक्ष्मजीवों की भूमिका: कार्बन, नाइट्रोजन, फास्फोरस और सल्फर चक्र):- Microbes play a crucial role in soil fertility and crop production by driving essential biogeochemical cycles, including the Carbon, Nitrogen, Phosphorus, and Sulphur cycles. These microorganisms facilitate the transformation, mobilization, and recycling of nutrients, making them available to plants. 

(सूक्ष्मजीव मिट्टी की उर्वरता और फसल उत्पादन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। ये सूक्ष्मजीव प्रमुख जैव-भू-रासायनिक चक्रों जैसे कार्बन, नाइट्रोजन, फॉस्फोरस और सल्फर चक्र को संचालित करते हैं। ये पोषक तत्वों को बदलने, गतिशील बनाने और पुनः चक्रित करने में मदद करते हैं, जिससे ये पौधों के लिए उपलब्ध हो जाते हैं।)

Carbon Cycle (कार्बन चक्र):- The carbon cycle involves the movement of carbon through the atmosphere, biosphere, and geosphere, with microbes playing key roles in carbon fixation, decomposition, and respiration.

(कार्बन चक्र वातावरण, जीवमंडल और भू-मंडल के बीच कार्बन के प्रवाह को दर्शाता है, जिसमें सूक्ष्मजीव मुख्य भूमिकाएँ निभाते हैं।)

Carbon Fixation (कार्बन स्थिरीकरण):-

> Photosynthetic microbes (e.g., cyanobacteria and algae) convert atmospheric CO₂ into organic matter through photosynthesis.

[प्रकाश-संश्लेषण करने वाले सूक्ष्मजीव (जैसे सायनोबैक्टीरिया और शैवाल) वायुमंडलीय CO₂ को जैविक पदार्थों में बदलते हैं।]

> Chemolithoautotrophic bacteria (e.g., Nitrobacter) also fix CO₂ in the absence of light using inorganic molecules.

[रासायनिक-स्वपोषी जीवाणु (जैसे Nitrobacter) प्रकाश के बिना भी CO₂ को स्थिर करते हैं।]

Decomposition (अपघटन):-

> Saprophytic fungi and bacteria (e.g., Actinomycetes) break down dead plant and animal matter into simpler organic compounds, releasing CO₂ back into the atmosphere.

[मृतोपजीवी कवक और जीवाणु (जैसे Actinomycetes) मृत पौधों और जानवरों के अवशेषों को सरल यौगिकों में तोड़ते हैं, जिससे CO₂ वातावरण में लौटता है।]

> These microbes contribute to the formation of humus, enhancing soil structure and fertility.

(ये सूक्ष्मजीव ह्यूमस बनाते हैं, जो मिट्टी की संरचना और उर्वरता को बढ़ाता है।)

Methanogenesis and Methane Oxidation (मीथेन निर्माण और ऑक्सीकरण):-

> Anaerobic archaea (methanogens) produce methane (CH₄) in environments like wetlands.

[Methanogens जैसे अवायवीय आर्किया मीथेन (CH₄) का उत्पादन करते हैं।]

> Methanotrophs oxidize CH₄ to CO₂, balancing greenhouse gas emissions.

(Methanotrophs CH₄ को CO₂ में बदलते हैं, जिससे ग्रीनहाउस गैसों का संतुलन बना रहता है।)

Nitrogen Cycle (नाइट्रोजन चक्र):- Nitrogen is essential for amino acids, proteins, and nucleic acids. Microbes facilitate its transformation between various forms, ensuring its availability to plants.

(नाइट्रोजन अमीनो अम्ल, प्रोटीन और न्यूक्लिक अम्ल के लिए आवश्यक है। सूक्ष्मजीव नाइट्रोजन को विभिन्न रूपों में बदलकर पौधों के लिए उपलब्ध कराते हैं।)

Nitrogen Fixation (नाइट्रोजन स्थिरीकरण):-

> Symbiotic bacteria (e.g., Rhizobium, Frankia) form nodules on legumes and fix atmospheric N₂ into ammonia (NH₃).

[सहजीवी जीवाणु (जैसे Rhizobium, Frankia) पौधों की जड़ों पर गांठ बनाकर वायुमंडलीय N₂ को अमोनिया (NH₃) में परिवर्तित करते हैं।]

> Free-living bacteria (e.g., Azotobacter, Clostridium) and cyanobacteria (e.g., Anabaena) also fix nitrogen independently.

[मुक्त-जीवित जीवाणु (जैसे Azotobacter, Clostridium) और सायनोबैक्टीरिया (जैसे Anabaena) भी नाइट्रोजन स्थिर करते हैं।]

Ammonification (अमोनीकरण):- Decomposers (e.g., Bacillus, Pseudomonas) convert organic nitrogen from dead organisms into ammonium (NH₄⁺).

[अपघटक (जैसे Bacillus, Pseudomonas) मृत जीवों के कार्बनिक नाइट्रोजन को अमोनियम (NH₄⁺) में बदलते हैं।]

Nitrification (नाइट्रीकरण):- Ammonium is oxidized to nitrite (NO₂⁻) by Nitrosomonas and then to nitrate (NO₃⁻) by Nitrobacter. This process is crucial for plant uptake.

[Nitrosomonas जीवाणु अमोनियम को नाइट्राइट (NO₂⁻) में और Nitrobacter नाइट्राइट को नाइट्रेट (NO₃⁻) में बदलते हैं, जो पौधों द्वारा उपयोग किया जा सकता है।]

Denitrification (विनाइट्रीकरण):- Facultative anaerobes (e.g., Pseudomonas, Paracoccus) convert nitrates back to nitrogen gas (N₂), completing the cycle.

[Pseudomonas और Paracoccus जैसे जीवाणु नाइट्रेट को वायुमंडलीय नाइट्रोजन गैस (N₂) में बदलकर चक्र को पूर्ण करते हैं।]

Phosphorus Cycle (फॉस्फोरस चक्र):- Phosphorus is vital for DNA, RNA, ATP, and cell membranes. Its cycle primarily involves soil microbes that mobilize and recycle phosphorus.

(फॉस्फोरस DNA, RNA, ATP और कोशिका झिल्ली के लिए आवश्यक है। इसका चक्र मुख्य रूप से मिट्टी के सूक्ष्मजीवों द्वारा संचालित होता है।)

Mineralization (खनिजीकरण):- Phosphorus in organic matter is released as inorganic phosphate by decomposer bacteria (e.g., Bacillus, Pseudomonas) and fungi (e.g., Aspergillus).

[Bacillus और Pseudomonas जैसे जीवाणु जैविक पदार्थों से अघुलनशील फॉस्फोरस को मुक्त करते हैं।]

Solubilization (घुलनशीलता):- Phosphate-solubilizing bacteria (PSB) like Bacillus megaterium and Pseudomonas fluorescens convert insoluble phosphorus compounds into bioavailable forms through the secretion of organic acids.

[फॉस्फेट-घुलनशील जीवाणु (जैसे Bacillus megaterium, Pseudomonas fluorescens) अघुलनशील फॉस्फोरस को जैवउपलब्ध रूपों में परिवर्तित करते हैं।]

Mycorrhizal Association (कवकमूल सहजीविता):- Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) form symbiotic associations with plant roots, enhancing phosphorus uptake by increasing root surface area.

[Arbuscular Mycorrhizal Fungi पौधों की जड़ों के साथ सहजीवी संबंध बनाते हैं और फॉस्फोरस के अवशोषण में मदद करते हैं।]

Immobilization (अवशोषण):- Some microbes temporarily store phosphorus in their biomass, reducing its leaching and making it available later.

(कुछ सूक्ष्मजीव अस्थायी रूप से फॉस्फोरस को अपने जैवभार में संग्रहित करते हैं, जो बाद में पौधों के लिए उपलब्ध होता है।)

Sulphur Cycle (सल्फर चक्र):- Sulphur is a component of amino acids, enzymes, and coenzymes. Microbes mediate its transformation between organic and inorganic forms.

(सल्फर अमीनो अम्ल, एंजाइम और सहएंजाइम के लिए आवश्यक है। सूक्ष्मजीव सल्फर के जैविक और अकार्बनिक रूपों को बदलने में मदद करते हैं।)

Mineralization (खनिजीकरण):- Sulphur in organic matter is converted to hydrogen sulfide (H₂S) by decomposer bacteria (e.g., Desulfovibrio).

[Desulfovibrio जैसे जीवाणु जैविक सल्फर को हाइड्रोजन सल्फाइड (H₂S) में परिवर्तित करते हैं।]

Oxidation (ऑक्सीकरण):- Sulfur-oxidizing bacteria (e.g., Thiobacillus, Beggiatoa) oxidize H₂S or elemental sulfur to sulfate (SO₄²⁻), which plants can absorb.

[Thiobacillus और Beggiatoa जैसे सल्फर-ऑक्सीकरण जीवाणु H₂S या तत्वीय सल्फर को सल्फेट (SO₄²⁻) में बदलते हैं।]

Reduction (अपचयन):- Sulfate-reducing bacteria (e.g., Desulfovibrio, Desulfobacter) reduce SO₄²⁻ to H₂S under anaerobic conditions.

[Desulfovibrio और Desulfobacter जैसे सल्फेट-अपचयकारी जीवाणु SO₄²⁻ को H₂S में बदलते हैं।]

Assimilation (अवशोषण):- Plants and microbes assimilate sulfate to synthesize sulfur-containing amino acids like cysteine and methionine.

(पौधे और सूक्ष्मजीव सल्फेट का उपयोग करके सल्फर युक्त अमीनो अम्ल (जैसे सिस्टीन, मिथियोनीन) का निर्माण करते हैं।)

Importance in Soil Fertility and Crop Production (मिट्टी की उर्वरता और फसल उत्पादन में महत्व):-

i. Enhanced Nutrient Availability (पोषक तत्वों की उपलब्धता बढ़ाना):- Microbial transformations convert unavailable forms of nutrients into bioavailable forms for plants.

(सूक्ष्मजीव पोषक तत्वों को जैवउपलब्ध रूपों में बदलते हैं।)

ii. Improved Soil Structure (मिट्टी की संरचना सुधारना):- Organic matter decomposition by microbes enhances soil aeration, water retention, and root penetration.

(जैविक पदार्थों का अपघटन मिट्टी की जलधारण क्षमता और वायु संचार को बेहतर बनाता है।)

iii. Disease Suppression (रोग नियंत्रण):- Beneficial microbes (e.g., Trichoderma, Bacillus subtilis) suppress pathogens, reducing crop losses.

(Trichoderma और Bacillus subtilis जैसे लाभकारी सूक्ष्मजीव रोगजनकों को दबाते हैं।)

iv. Sustainability (सतत कृषि):- Microbes reduce the dependency on chemical fertilizers by naturally cycling nutrients.

(सूक्ष्मजीव रासायनिक उर्वरकों की आवश्यकता को कम करते हैं।)