نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• ساره رجبی اگره ¹
• فرشاد کیانی ²
• کاظم خاوازی ³
• حسن روحی پور ⁴
• فرهاد خرمالی ⁵

¹ دانشجوی دکتری، گروه علوم خاک، دانشکده مهندسی آب و خاک، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، ایران

² دانشیار ، گروه علوم خاک، دانشکده مهندسی آب و خاک، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، ایران

³ استاد بخش تحقیقات بیولوژی، مؤسسه تحقیقات خاک و آب کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران

⁴ دانشیار پژوهشی، بخش تحقیقات بیابان، موسسه تحقیقات جنگلها و مراتع کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران

⁵ استاد ، گروه علوم خاک، دانشکده مهندسی آب و خاک، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، ایران

چکیده

پدیده مخرب بیابان­‌زایی و فرسایش بادی امروزه از مهم‌ترین بحران­‌های زیست‌ محیطی در جهان است که از چالش­‌های جدی در برابر تولید پایدار و مدیریت اراضی کشاورزی محسوب می­شود. در پژوهش حاضر، اثر فرآیند ترسیب میکروبی کربنات کلسیم به‌­عنوان یک بهساز زیستی و سازگار با محیط‌ زیست جهت مهار فرسایش بادی و تثبیت خاک مورد مطالعه قرارگرفته است. بدین منظور با استفاده از شبیه­سازی در تونل باد، میزان فرسایش نمونه­های سیمانی شده از طریق زیستی در دامنه­ای از سرعت‌­های مختلف باد (صفر تا 98 کیلومتر بر ساعت) در دو نوع خاک با بافت شنی و سیلتی به­صورت آزمایش فاکتوریل در قالب طرح کامل تصادفی در سه تکرار بررسی گردید. بررسی سرعت آستانه حرکت ذرات خاک نشان داد که در خاک هوا­خشک با بافت سیلتی ذرات خاک در سرعت 8 کیلومتر بر ساعت و خاک شنی ذرات خاک در باد با سرعت 10 کیلومتر بر ساعت شروع به حرکت کردند. درصورتی­‌که در تمامی نمونه­های سیمانی شده با روش زیستی، ذرات در سرعت 97 کیلومتر بر ساعت حرکت نکردند. همچنین نتایج نشان داد شار تلفات خاک در تمامی تیمارهای سیمانی شده با روش زیستی در سرعت­های مختلف باد در مقایسه با نمونه­های شاهد کاهش معنی­داری داشتند. تفاوت در مقدار تلفات خاک در بین نمونه­های سیمانی شده با روش زیستی و تیمارهای شاهد در سرعت­های بالای باد بسیار چشمگیر بود. به‌طوری‌که در سرعت­های بیش از 57 کیلومتر بر ساعت میزان تلفات خاک در تیمارهای شاهد به یکباره افزایش قابل‌­ملاحظه‌ای نشان داد، درصورتی‌­که در خاک­های تیمار شده با باکتری میزان تلفات خاک بسیار ناچیز و در حدود 5/2 کیلوگرم در مترمربع در ساعت بود. همچنین نتایج نشان داد که مقدار کربنات کلسیم معادل و مقاومت فروروی سطح خاک در تیمارهای سیمانی شده با روش زیستی نسبت به تیمارهای شاهد به­‌طور معنی­داری افزایش داشت که این امر نشان دهنده تشکیل یک لایه مقاوم سطحی بر روی نمونه­های سیمانی شده است. مقایسه بین باکتری­های مورد استفاده در این پژوهش نیز نشان داد که Bacillus infantis و  Paenibacillus sp₃کارایی بالایی در مهار فرسایش بادی داشتند. بنابراین بنظر می­رسد که سیمانی شدن به روش زیستی می­تواند روشی مؤثر برای تثبیت ذرات سطح و مهار فرسایش بادی خاک باشد.

کلیدواژه‌ها

• اوره‌آز
• تثبیت خاک
• سیمان زیستی
• شار تلفات خاک

عنوان مقاله [English]

Evaluation of the efficiency of biological improvement in controlling wind erosion

نویسندگان [English]

• Sareh Rajabi Agereh ¹
• Farshad Kiani ²
• Kazem Khavazi ³
• Hassan Rouhipour ⁴
• Farhad Khormali ⁵

¹ Ph.D. Student, Department of Soil Science, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Iran

² Associate Professor, Department of Soil Science, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Iran

³ Professor, Department of Biology, Soil and Water Research Institute, Agricultural Research Education and Extension Organization (AREEO), Karaj, Iran

⁴ َAssociate professor, Research Desert Division, Research Institute of Forests and Rangelands, Agricultural Research Education and Extension Organization (AREEO), Tehran, Iran

⁵ Professor, Department of Soil Science, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Iran.

چکیده [English]

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.

کلیدواژه‌ها [English]

• Urease
• Soil stabilization
• Bio cement
• Soil loss flux