مریم تیموری
عضو هیئت علمی بخش تحقیقات جنگل، مؤسسه تحقیقات جنگلها و مراتع کشور
خاك يكي از منابع طبيعي مهم هر كشور است. پايداري خاک عامل مهمي در سلامت سيستم خاک بوده و پيش‌نياز انجام فرايندهايي مانند چرخه عناصر در خاک است. امروزه فرسايش خاك (آبي و بادي) به‌عنوان خطري جدي براي رفاه انسان و نيز حيات انسان و ساير موجودات زنده اعم از گياهان، جانوران و ميکروارگانيسم ها به‌شمار مي‌رود. در مناطقي كه فرسايش كنترل نمي‌شود، خاك‌ها به‌تدريج حاصلخيزي خود را از دست مي‌دهند. فقير شدن خاك، خسارات و تبعات جبران ناپذير اقتصادی- اجتماعی زيادي به‌دنبال دارد. بنابراين، مسأله حفاظت و حراست خاك اهميت ويژه‌اي دارد.
فرسايش خاک يک مشکل جهاني است، اما در ايران ميزان فرسايش خاک بسيار بيشتر از ميانگين فرسايش جهاني است. بر اساس برآوردهای انجام شده فرسایش خاک در کل ایران حدود 2 میلیارد تن در سال است. میانگین فرسایش خاک در ایران 16تن در هکتار در سال برآورد شده است که در برخی از مناطق به ۳۰ تا ۴۰ تن در هکتار در سال می‌رسد و در برخی دیگر از مناطق مانند جنگل‌های بکر و یا مراتع تخریب نشده مقدار آن ممکن است نزدیک به صفر باشد. در دهه هاي اخير، رشد جمعيت، مهاجرت روستاييان به شهرها و سطح پايين فنآوري توليد محصولات کشاورزي، زمينه هاي فرسايش و تخريب منابع خاک را فراهم کرده است. عوامل ديگري مانند کمبود بارندگي و توزيع ناموزون آن در سطح کشور، کاهش مواد آلي خاک، افزايش شوري و قليائيت خاک، تغییر کاربري اراضي و آلاينده‌هاي صنعتي نيز باعث تشديد فرسايش خاک مي شوند. با توجه به تبعات نامطلوب فرسايش خاک، تثبيت خاک و جلوگيري از فرسايش آن براي حفظ منابع خاک، به‌دليل طولاني بودن فرآيند تشکيل خاک و در واقع تجدیدناپذیر بودن آن، اهميت زیادی دارد.
روش هاي متفاوتي براي پايدار کردن و جلوگيري از فرسايش خاک وجود دارد که از آن جمله مي توان به کاشت گياهان، پاشيدن مالچ و ايجاد ديوارهاي نگهدارنده (Retaining wall) اشاره کرد. اين روش ها علاوه بر پرهزینه و زمان‌بر بودن، باعث وارد کردن خسارات به محيط‌زيست نيز مي شوند که لزوم استفاده از روش‌هاي جايگزين با هزينه کمتر را که آسيبي براي محيط‌زيست نداشته باشد و در زمان کوتاه نتيجه مطلوب را حاصل کند، بيش از پيش نشان مي دهد.
رویکردهای زیستی مانند استفاده مستقیم از پلیمرهای زیستی و تشکیل رسوب کربنات کلسیم توسط میکروارگانیسم ها (MICP) ازجمله رویکردهای زیستی برای حفاظت خاک به‌شمار می‌روند که در ادامه به‌طور مختصر معرفی می‌شوند.
پلیمرهای زیستی
پلیمرهای زیستی، پلیمرهای آلی هستند که توسط انواع موجودات زنده تولید می‌شوند. در طبیعت، پلیمرهای زیستی به مقدار زیاد یافت می شوند. آنها ترکیبات زیستی تجزیه پذیر هستند، اثرات نامناسبی بر محیط زیست ندارند و می توانند روش مناسبی برای حفاظت از خاک باشند. پلیمرهای زیستی را به‌طور مستقیم می توان برای بهبود و تثبیت خاک استفاده کرد، بدون آنکه نیازی به افزودن مواد غذایی به خاک باشد. از پلیمرهایی مانند بتا-گلوکان، سلولز، کیتوزان، نشاسته و گزانتان به‌عنوان پلیمر زیستی برای تثبیت خاک و جلوگیری از فرسایش استفاده شده است. سطح این پلیمرها معمولأ دارای بار الکتریکی زیادی بوده که باعث افزایش واکنش آنها با ذرات ریز خاک شده و شبکه ای از خاک و پلیمر به‌وجود می آید که باعث استحکام خاک می‌شود. علاوه بر ایجاد شبکه و افزایش پایداری ذرات خاک، در صورت وجود مقادیر زیادی از آب، آب توسط بیوپلیمرها و یا کمپلکس بیوپلیمر- ذرات رس جذب می شود و مانع از فرسایش خاک می‌شود. پلیمرهای زیستی با گذشت زمان تجزیه می شوند و لازم است دوباره به خاک اضافه شوند.
تشکیل رسوب کربنات کلسیم (MICP)
رسوب کربنات کلسیم ممکن است به روشهای مختلفی در خاک ایجاد شده و باعث حفاظت خاک شود. یکی از متداولترین روش های ایجاد رسوب کربنات کلسیم، هیدرولیز اوره توسط میکروارگانیسم ها است. میکروارگانیسم های حاوی آنزیم اورهآز با هیدرولیز اوره و فراهم کردن شرایط قلیایی در خاک، موجب تشکیل رسوب کربنات کلسیم می شوند (شکل 1). این روش یکی از مؤثرترین و سریعترین روشهای تولید رسوب کربنات کلسیم است. برای تثبیت خاک، میکروارگانیسم های مولد آنزیم اوره آز همراه با اوره (سوبسترای آنزیم) و محلول کلریدکلسیم کشت می‌شوند. بلورهای تشکیل‌شده در اثر فعالیت آنزیم اوره آز و رسوب کربنات کلسیم، شبکه ای را بین ذرات تشکیل‌دهنده خاک ایجاد کرده و باعث پایداری ذرات خاک می شوند. عوامل متعددی ازجمله اسیدیته خاک، غلظت کلسیم در خاک، دما و میزان جمعیت میکروبی بر کارایی این روش مؤثر هستند. یکی از معروف‌ترین میکروارگانیسم های مولد آنزیم اورهآز، باکتری Sporosarcina pasteurii است.
شکل 1- مکانیسم اتصال ذرات خاک در اثر رسوب کربنات کلسیم
