تولید مالچ زیستی؛ تثبیت خاک با فرایندی طبیعی

به گزارش ایران اکونومیست؛   ریزگرد یا مجموعه ای از گردوغبار، دود و سایر آلودگی ها در هوا یا high-density particulate matter و fine dust به دلایل مختلفی از جمله آلاینده ‌های صنعتی، گسترش بیابان‌ ها، خشک شدن تالاب ها و رفت و آمد خودروها و نظایر آن اغلب زمانی روی می‌ دهد که ذرات گرد و غبار در هوای خشک افزایش یابد.
ریزگردها مختص یک منطقه خاص در جهان نیست و در نقاط مختلف نمونه‌ های متعددی از آن مشاهده شده است؛ غیر از منطقه خاورمیانه و کشورهای ایران، عراق، عربستان و اردن که به شدت طی یک دهه اخیر با این مشکل دست و پنجه نرم می کنند، چین نیز کانون های گردوغبار دارد که موجب بروز آلودگی در این کشور و حتی کره جنوبی می شود.
دلیل بروز ریزگردها و در نتیجه آن آلودگی هوا هر چه باشد، اعم از فعالیت انسانی، توسعه صنعتی یا تغییرات اقلیم، یقینا زندگی ساکنان مناطق درگیر این پدیده را با مشکل روبرو می کند و عوارض فراوان جانی، مالی، روحی و پیامدهای آن در حوزه های مختلف اجتماعی و اقتصادی و روانشناختی کاملا روشن است.
کشورهای مختلف راه های گوناگونی برای مبارزه با گردوغبار دارند و در ایران از مدت ها قبل با پاشیدن مالچ نفتی برای تثبیت خاک و جلوگیری از ادامه گرد و غبار تلاش شده است.
این روش به منابع مالی برای تامین مالچ و پاشیدن آن نیاز دارد، اما بعضی کارشناسان با استفاده از مالچ به دلیل معایب مختلف دیگری از جمله بالابردن دمای محیط منطقه، بدبویی، نابودی موجودات و گیاهات و سیاه کردن زمین مخالف هستند.
در همین حال، محققان پژوهشگاه ملی مهندسی ژنتیک نوعی مالچ زیستی یا میکروبی تولید کرده اند که علاوه بر سازگاری با محیط زیست، خاک را تثبیت می کند و برای تولید انبوه به سرمایه گذاری نهادهای متولی نیاز دارد.
مجری این طرح  در مورد این مالچ زیستی ساخته شده توضیح داد: این مالچ بر مبنای فرایند سیمانی شدن زیستی یا بیوسمنتاسیون (biocementation) عمل می کند.
دکتر فاطمه تابنده ادامه داد: این فرایند به طور طبیعی و با سرعت پایین در محیط زیست رخ می دهد؛ البته در صورتی که شرایط مناسب برای انجام آن فراهم باشد. سیمانی شدن زیستی، به بالا بردن مقاومت و ارتقای سختی خاک و سنگ‌ها، با استفاده از محصولات و یا فعالیت‌های میکروبی گفته می‌شود که می‌تواند در مواردی مانند جلوگیری از فرسایش خاک، کاهش پتانسیل تورمی خاک رسی و کاهش روان گرایی خاک ماسه‌ای در پروژه‌های بهسازی خاک استفاده شود، این فرایند مبتنی بر فناوری زیستی است.

***توجه به تولید سیمان زیستی از 6 سال قبل
استادیار گروه زیست فناوری صنعت و محیط زیست در اشاره به تاریخچه انجام این طرح توضیح داد: با توجه به تجربه تحقیقات پیشین در زمینه تولید سیمان زیستی در قالب پایان نامه های دانشجویی از سال 1390 و به دلیل ضرورت انجام تحقیقات برای مهار زیستی گرد و غبار یک گروه پژوهشی در سال 1394 در پژوهشکده زیست فناوری صنعت و محیط زیست پژوهشگاه ملی مهندسی ژنتیک و زیست فناوری تشکیل شد.
وی ادامه داد: سیمان زیستی یک محصول نوین در حیطه‌ مواد ساختمانی و عمرانی است که به ‌صورت طبیعی با کمک برخی میکروارگانیسم ‌ها قابل تولید است.
«برخی باکتری‌ها که توانایی تولید آنزیم اوره آز (urease) را دارند می توانند با وجود اوره، طی فرآیندی که بخشی از آن بیولوژیکی و بخشی شیمیایی انجام می شود، رسوب کلسیم کربنات ایجاد کنند. کلسیم کربنات بین منافذ خاک رسوب می کند و با کاهش تخلخل خاک، باعث چسبیدن ذرات خاک به یکدیگر و سخت شدن آن می‌شود».
دکتر تابنده گفت: مکانیسم عملکرد سیستم به این ترتیب است که آنزیم اوره آز در شرایط ویژه ای، توسط باکتری ها ساخته می‌شود و اوره را هیدرولیز می کند.
وی ادامه داد: محصولات حاصل از این فرآیند، در مجاورت یون های کلسیم طی چند واکنش پیاپی، منجر به ایجاد رسوب کلسیم کربنات و پرکردن منافذ خاک می شوند. این فرایند غالبا در شرایط اشباع و در قالب های ستونی انجام می شود و سوسپانسیون میکروبی و محلول های سیمانی به دفعات در بازه های زمانی متفاوت داخل قالب ها تزریق می شوند.
دانش آموخته دکتری مهندسی شیمی بیوتکنولوژی از دانشگاه تربیت مدرس افزود: در این زمینه مقالات متعددی در دنیا منتشر شده که در آنها افزایش مقاومت خاک های با دانه بندی بد (SP) حتی تا 7 مگاپاسکال توضیحاتی ارائه شده است. اما برای تثبیت خاک لازم است سطح رویی خاک مستعد گرد و غبار که تحت فرسایش بادی قرار دارد، با یکبار پاشش مالچ، تا حد مناسبی تثبیت شود. علاوه بر آن، مالچ باید از دوام لازم برخوردار بوده و امکان کاشت گیاه در آن وجود باشد.

*** ثبت اختراعی مبنی بر تولید مالچ زیستی
وی خاطرنشان کرد: بنابراین تحقیقات گروه پژوهشی در چند سال اخیر بر این موضوعات متمرکز و در نهایت منجر به ثبت اختراع شد. ابتدا یک سویه (یاخته‌هایی که در کشت خالص، از یک یاخته به‌دست آمده‌اند) باکتریایی غیر بیماریزا با توانایی بالا در تولید آنزیم اوره آز جداسازی، شناسایی و در بانک ژن ثبت شد و سپس آزمایش های متعددی در مقیاس آزمایشگاهی برای بررسی فاکتورهای موثر بر این فرایند به عمل آمد.
وی در مورد محققان این طرح گفت: با توجه به اهمیت موضوع مهار گرد و غبار، پژوهشگاه ملی مهندسی ژنتیک و زیست فناوری به رغم محدودیت منابع مالی، بودجه لازم برای انجام این پژوهش را در قالب یک طرح فناوری در اختیار گروه تحقیقاتی قرار داد. علاوه بر کارشناسان و دانشجویان همکار که در بخش آزمایشگاهی و توسعه فناوری تولید مالچ میکروبی فعالیت داشتند، همکاری با مرکز بین المللی تحقیقات بیابان دانشگاه تهران موجب شد امکانات لازم برای تست های آزمایشی در عرصه نیز فراهم گردد.

***مالچ میکروبی با قابلیت تولید ساده و فاقد مواد شیمیایی مضر
تابنده در مورد مزیت مالچ زیستی در مقایسه با مالچ نفتی که اکنون بیشتر استفاده می شود، یادآور شد: مالچ میکروبی، زیست سازگار و مواد تشکیل دهنده آن شامل اوره، نمک کلسیم و محلول میکروبی در محیط کشت بسیار ساده و فاقد هر گونه مواد شیمیایی مضر برای محیط زیست است.
عضو هیات علمی پژوهشکده زیست فناوری صنعت و محیط زیست پژوهشگاه ملی مهندسی ژنتیک و زیست فناوری ادامه داد: در این مالچ از یک میکروارگانیزم خاکزی غیر بیماریزا استفاده شده است که پس از مدت کوتاهی در خاک از بین می رود و زنده مانی پایینی دارد.
وی افزود: مالچ میکروبی در دما و فشار محیطی تهیه می شود و برای آماده سازی نیاز به انرژی بالایی ندارد، همچنین تغییر قابل ملاحظه ای در اسیدیته (pH) و قدرت یونی خاک (EC) ایجاد نمی کند و تاثیر منفی بر قابلیت کشت گیاه در هنگام مالچ پاشی و پس از آن ندارد. دارای ویسکوزیته (مقاومت در برابر تنش برشی) معادل آب است که پاشش آن را در سطح خاک تسهیل می کند.
«همچنین امکان کنترل عمق مورد نظر برای تثبیت خاک، با تغییر اندک در فرمولاسیون و مقدار پاشش مالچ میکروبی وجود دارد. خاک تثبیت شده با مالچ میکروبی نسبت به آب نفوذپذیر است. این مالچ رنگ خاک را تغییر نمی دهد؛ طوری که دمای سطحی و عمقی مناطق مالچ پاشی شده نسبت به کنترل (خاک تیمار نشده)، در یک رکورد شبانه روزی در تابستان در عرصه عملیاتی، تفاوت قابل ملاحظه ای نداشت. تولید این مالچ مبتنی بر بیوتکنولوژی (فناوری زیستی) است و از قیمت مناسبی برخوردار است».
تابنده در مورد آزمون های آزمایشگاهی و میدانی این مالچ گفت: علاوه بر آزمایش هایی که در قالب های صاف یا با توپوگرافی در مقیاس آزمایشگاهی برای بررسی عملکرد مالچ، بهینه سازی فرایند تولید و شناخت عوامل موثر بر آن انجام شده است، تجهیزات لازم؛ از جمله مخازن تخمیر، مخازن اختلاط و نظایر آن برای تولید مالچ در مقیاس میدانی نیز طراحی و ساخته شد و پاشش مالچ میکروبی در یک منطقه بیابانی کشور با تپه های ماسه بادی با هماهنگی سازمان منابع طبیعی و فرمانداری انجام شد و در صورت تامین منابع مالی، انجام آزمایش های بیشتر نیز امکان پذیر است.
وی در مورد هزینه تولید انبوه این نوع مالچ زیسی گفت: مالچ زیستی در مقیاس بزرگ به صرفه است و امکان تولید انبوه آن در صورت فراهم بودن بودجه لازم وجود دارد. مواد به کار رفته غالبا درجه غذایی یا صنعتی دارد و قیمت مواد اولیه آن کم است. در طرح توسعه فناوری، سعی شد فرایندها به نحوی طراحی شوند که برای شرایط کمبود امکانات مانند نبود دسترسی به سیستم استریلیزاسیون (که برای تولید بسیاری از فراورده های زیستی نیاز است) یا آب مقطر (به جای آن از آب شور یا معمولی می توان استفاده کرد) و نظایر آن نیز کاربرد داشته باشد. بنابراین امکان تولید مالچ میکروبی در فضای باز و با امکانات غیرپیچیده و خاص، در مقیاس انبوه وجود دارد.


***سازمان متولی ساماندهی تحقیقات برای مهار ریزگردها ؟
وی در مورد ارائه این نوع مالچ به نهادهای متولی گفت: به نظر نمی رسد سازمان مشخصی، متولی بحث مهار ریزگردها و ساماندهی تحقیقات باشد؛ طوری که پژوهش های انجام شده غالبا توسط مراکز دانشگاهی، پژوهشی یا شرکت های دانش بنیان به صورت خودجوش و بنا به وظیفه ملی و با بودجه های موجود انجام شده است. در بحث مالچ زیستی، پیگیری هایی از سوی ستاد توسعه زیست فناوری و صندوق توسعه سرمایه گذاری زیست فناوری برای بررسی تحقیقات مرتبط و حمایت های مالی از آنها انجام شده است. در مورد آزمایش های میدانی مالچ نیز، تنها سازمان منابع طبیعی و فرمانداری منطقه میدانی، همکاری لازم را در این خصوص داشته اند که جای تقدیر دارد.
وی تاکید کرد: با ساماندهی تحقیقات، تعیین معیارهای مربوط به ارزیابی یک مالچ مناسب و کارآمد، تامین بودجه لازم برای تحقیقات آزمایشگاهی و میدانی، فراهم کردن شرایط مناسب برای بررسی عملکرد مالچ در عرصه طبیعی، تهیه ایستگاه های تحقیقاتی میدانی مجهز به امکانات لازم؛ مانند تونل باد باید انجام شود تا به نتایج مدون و قابل اعتمادی برسیم.
تابنده اظهار امیدواری کرد: در کل با مدیریت برنامه ریزی و بودجه و نظارت دقیق و دور از هر گونه جانبداری توسط متخصصان، می توان در بازه زمانی کوتاهی، از نتایج تحقیقات انجام شده برای رفع این مشکل زیست محیطی بهره برد. هرگونه تغییر در محیط زیست باید بررسی و جوانب آن با دقت سنجیده شود تا در درازمدت آسیب جبران ناپذیر به محیط زیست وارد نشود.