ارزيابي كارايي بهسازهاي زيستي در مهار فرسايش بادي خاك

Evaluation of the efficiency of biological improvement in controlling wind erosion

پديده مخرب بيابان­‌زايي و فرسايش بادي امروزه از مهم‌ترين بحران­‌هاي زيست‌ محيطي در جهان است كه از چالش­‌هاي جدي در برابر توليد پايدار و مديريت اراضي كشاورزي محسوب مي­ شود. در پژوهش حاضر، اثر فرآيند ترسيب ميكروبي كربنات كلسيم به‌­عنوان يك بهساز زيستي و سازگار با محيط‌ زيست جهت مهار فرسايش بادي و تثبيت خاك مورد مطالعه قرارگرفته است. بدين منظور با استفاده از شبيه­ سازي در تونل باد، ميزان فرسايش نمونه­ هاي سيماني شده از طريق زيستي در دامنه ­اي از سرعت‌­هاي مختلف باد (صفر تا 98 كيلومتر بر ساعت) در دو نوع خاك با بافت شني و سيلتي به ­صورت آزمايش فاكتوريل در قالب طرح كامل تصادفي در سه تكرار بررسي گرديد. بررسي سرعت آستانه حركت ذرات خاك نشان داد كه در خاك هوا­خشك با بافت سيلتي ذرات خاك در سرعت 8 كيلومتر بر ساعت و خاك شني ذرات خاك در باد با سرعت 10 كيلومتر بر ساعت شروع به حركت كردند. درصورتي­‌كه در تمامي نمونه­ هاي سيماني شده با روش زيستي، ذرات در سرعت 97 كيلومتر بر ساعت حركت نكردند. همچنين نتايج نشان داد شار تلفات خاك در تمامي تيمارهاي سيماني شده با روش زيستي در سرعت­ هاي مختلف باد در مقايسه با نمونه ­هاي شاهد كاهش معني­داري داشتند. تفاوت در مقدار تلفات خاك در بين نمونه ­هاي سيماني شده با روش زيستي و تيمارهاي شاهد در سرعت­ هاي بالاي باد بسيار چشم گير بود. به‌طوري‌كه در سرعت­ هاي بيش از 57 كيلومتر بر ساعت ميزان تلفات خاك در تيمارهاي شاهد به يكباره افزايش قابل‌­ملاحظه‌اي نشان داد، درصورتي‌­كه در خاك­ هاي تيمار شده با باكتري ميزان تلفات خاك بسيار ناچيز و در حدود 2/5 كيلوگرم در مترمربع در ساعت بود. همچنين نتايج نشان داد كه مقدار كربنات كلسيم معادل و مقاومت فروروي سطح خاك در تيمارهاي سيماني شده با روش زيستي نسبت به تيمارهاي شاهد به­‌طور معني­داري افزايش داشت كه اين امر نشان دهنده تشكيل يك لايه مقاوم سطحي بر روي نمونه ­هاي سيماني شده است. مقايسه بين باكتري ­هاي مورد استفاده در اين پژوهش نيز نشان داد كه Bacillus infantis و Paenibacillus sp3كارايي بالايي در مهار فرسايش بادي داشتند. بنابراين بنظر مي­رسد كه سيماني شدن به روش زيستي مي­تواند روشي مؤثر براي تثبيت ذرات سطح و مهار فرسايش بادي خاك باشد.

Nowadays, the destructive phenomenon of desertification and wind erosion is one of the most important environmental crises in the world, which are serious challenges to sustainable production and agricultural land management. In the present study, the effect of microbial precipitation of calcium carbonate has been studied as a biological reformer and compatible for controlling wind erosion and soil stabilization. For this purpose, erosion rate of bio-cemented samples was investigated through ….in a wind tunnel under the condition of wind velocity of (0 to 98 km hr-1) in two soil types with sandy and silty texture in a completely randomized design in three replications. Investigation of the threshold velocity of soil particle movement revealed that air dried soil particles begin to move at the velocity of 8 and 10 km hr-1 in the silty and sandy soils respectively, however, in all biological samples (MICP) particles did not move at 97 km.hr-1. The results also indicated that the weight loss of all MICP treatments at different wind velocities were significantly reduced as compare to the control. The amount of the soil loss among biological cemented samples and control treatments were dramatically different at higher velocities. So that, at velocities more than 57 km/h, soil losses indicated significantly enhancement in control, whereas in the soils which are treated by bacteria, soil losses were insignificant and approximately 2.5 kg.m-2.hr-1. The results also showed that the equal's amount of calcium carbonate and the penetration resistance of the soil surface increased significantly in MICP treatments as compare to control treatments, this event indicated the formation of a surface-resistant layer on bio-treated cement samples. In this study, the comparison of used bacteria also showed that Bacillus infantis and Paenibacillus sp3 have high efficiency in controlling wind erosion. Therefore, it seems that cementation by biological methods could be an effective way to stabilize surface particles and control soil erosion.