خاک به عنوان یک پالایش گر (فیلتر)

خاک به عنوان یک فیلتر برای حفاظت از کیفیت آب، هوا و سایر منابع عمل می­کند. ترکیب­های سمی یا مواد مغذی اضافی می­توانند تجزیه شوند و در این صورت برای گیاهان و حیوانات در دسترس قرار نگیرند. عملکرد فیلتر کنندگی خاک را می­توان با اندازه­گیری شاخص­های زیر ارزیابی کرد:

• شاخص­های سمیت: شامل آرسنیک، مس، کادمیوم، سرب، روی و آفت کش­ها است، هر چه قدر این عوامل در خاک افزایش پیدا کنند از قدرت پالایندگی خاک کاسته می­شود.
• شاخص ماده آلی: شامل نسبت کربن به نیتروژن، بیوماس میکروبی است. مواد آلی با ایجاد پیوند با آلاینده­­ها، تحرک­پذیری آن­ها را کاهش می­دهند، هر چه قدر میزان ماده آلی خاک بیش­تر باشد قدرت پالایندگی آن خاک بیش­تر است.
• شاخص pH خاک: با افزایش این شاخص ظرفیت تبادل کاتیونی (بار منفی موجود در خاک) افزایش پیدا کرده و کلوئید­های خاک توانایی بیش­تری برای جذب عناصر سنگین دارند. با کاهش این شاخص ظرفیت تبادل آنیونی (بار مثبت موجود در خاک) افزایش پیدا کرده و کلوئید های خاک توانایی بیش­تری برای جذب ترکیب­های آنیونی آلاینده مانند کلر دارند.
• شاخص شور و سدیمی بودن: با افزایش این شاخص ساختمان خاک و مواد آلی خاک تخریب شده و همچنین جمعیت میکروبی خاک کاهش می­یابد. هر چه قدر خاک شور­تر باشد توانایی کمتری در پالایش آلاینده­ها دارد.
• شاخص بیولوژیک خاک: شامل باکتری­ها، قارچ­ها، کرم خاکی و غیره است. هر چه موجودات زنده خاک جمعیت متعادل­ تری داشته باشند، توانایی خاک در پالایش بیش­تر است. البته با افزایش آلودگی­ در خاک موجودات زنده خاک کاهش پیدا می­کنند.

وظیفه فیلتر کردن، تخریب، بی­حرکت­سازی و سم زدایی مواد آلی و معدنی ناشی از محصولات فرعی صنعتی، شهری و رسوبات جوی را بر عهده موارد زیر است:

• مواد معدنی (رس­ها)
• مواد آلی
• میکروارگانیسم­ها (باکتری و قارچ­ها)

خاک آلودگی­ها را از آب و هوا جذب می­کند. برخی از این ترکیبات توسط میکروارگانیسم های موجود در خاک تجزیه می­شوند و برخی دیگر با خیال راحت در خاک نگهداری می­شوند. عملکرد فیلتر­کننده­گی خاک در اکوسیستم نقش مهمی بر کیفیت آب­های زیر­زمینی و سطحی دارد. کارایی خاک در عمل فیلتر کردن بستگی به رفتار آلاینده­ها در خاک داشته و در این میان آبشویی نیترات و فلزات سنگین از اهمیت بالایی برخوردار است. مواد آلی به دلیل دارا بودن گروه­های عاملی از قبیل هیدروکسیل، کربوکسیل و فنل، میل ترکیبی خوبی با عناصر غذایی دارند و می­توانند در دسترس بودن عناصر غذایی را افزایش دهند. وجود آب کافی در خاک به عنوان بستری برای واکنش­های شیمایی در خاک امری ضروری است. بنابراین کمبود آب خود بر قدرت پالایندگی خاک تأثیر می­گذارد. مواد آلی با بهبود ساختمان و نگهداری آب در خاک نقش مهمی در ویژگی پالایش­کنندگی خاک دارند.

چرا یک خاک به مرور قدرت پالایندگی خود را دست می­دهد؟

• استفاده بیش از حد آفت­کش­ها، سموم و کود­های کشاورزی باعث تجمع عناصر سمی و غیر سمی خارج از توان نگهداری خاک می­شود. بنابراین این آلاینده­ها همراه با نفوذ آب در خاک به سفره­های آب زیرزمینی راه پیدا می­کنند یا همراه روان­آب به مناطق دیگر منتقل می­شوند.
• سوزاندن بقایای گیاهی در زمین­های کشاورزی به منظور آماده­سازی سریع زمین برای کشت بعدی، سالیانه از مقـدار مـاده آلـی نـاچیز خـاک­هـای ایـران می­کاهد؛ علاوه بر این باعث مرگ میکرو و ماکروارگانیسم­های خاک نیز می­شود.
• افزودن کودهای نیتروژنه به میزان زیاد در زمان نامناسب باعث بیشتر شدن فعالیت میکروارگانیسم­ها و تجزیه مواد آلی شده و در نتیجه ماده آلی خاک کاهش می­یابد.
• انتقال عناصر سنگین از راه فرسایش بادی و آبی به زمین­های کشاورزی مجاور معادن سرب، مس، طلا و ….
• خاکورزی و بهره­برداری بیش از اندازه از زمین کشاورزی باعث تخریب مواد آلی خاک و کاسته شدن از قدرت پالایندگی خاک می­شود.

اهمیت عملکرد پالایندگی خاک در طبیعت

• تأثیر بر روی کیفیت آب­های زیر­زمینی و سطحی
• تأثیر بر رشد گیاهان و امنیت غذایی
• متعادل سازی خروج دی اکسید کربن از خاک

خاک به عنوان یک پالایش¬گر

افزایش ماده آلی خاک به عنوان راه­کاری برای افزایش قدرت پالایندگی خاک

با اضافه کردن کود­های دامی تازه و یا بقایای جانوری و گیاهی دیگر به علت دارا بودن نسبت کربن به نیتروژن بالا سبب افزایش سریع رشد میکروارگانیسم و افزایش تولید دی­اکسید­کربن در خاک می­شود. پس بنابراین ما شاهد هدر رفت ماده آلی خاک خواهیم بود. از طرفی با افزایش رقابت میکروارگانیسم­ها با گیاه بر سر نیتروژن، گیاه دچار کمبود نیتروژن خواهد شد.

بقایای جانوری و گیاهی افزوده شده از قند، کربوهیدرات­، پروتئین، لیپید، سلولز، همی­سلولز و لیگنین تشکیل شده­اند. در مراحل اولیه تجزیه قند و کربوهیدرات و در مراحل بعدی پروتئین و لیپید­ها تجزیه می­شوند. تجزیه سلولز، همی ­سلولز و لیگنین صد­ها سال طول می­کشد و در نهایت تبدیل به هوموس می­شوند که به عنوان ذخیره ماده آلی در خاک باقی­مانده و به تجزیه مقاوم است. هوموس دارای ساختمانی پیچیده و به صورت پلی­مرهای کمپلکس مواد فنلی است. مواد فنولی از ترکیب­های موجود در بافت­های گیاهی در نتیجه تجزیه لیگنین طی فرآیند سنتز میکروبی به وجود می­آیند.

حال پس از افزودن بقایای جانوری و گیاهی تازه به خاک، معدنی شدن ماده آلی خاک با سرعت بیش­تری انجام می­شود. چون موجودات تجزیه کننده آن برای فعالیت بیش­تر به منبع کربن­دار اضافی نیاز دارند و بقایای گیاهی و حیوانی، کود­های دامی و سبز و …..، همیشه سبب ازدیاد سریع میکروفلور خاک و تشدید فعالیت آنها می­گردند. تولید کمپوست با بقایای جانوری وگیاهی یکی از روش­های سریع تثبیت نیتروژن آلی در پسماند­ها است. کمپوست مناسب، شباهت بیش­تری با هوموس خاک پیدا می­کند و از طرفی نسبت کربن به نیتروژن آن به هوموس نزدیک­­تر است.

کمپوست با کیفیت مناسب سبب متعادل کردن فعالیت میکروارگانیسم­های خاک و تولید دی­اکسید­کربن کمتر می­شود و از طرفی ماده آلی کمپوست پایداری بیشتری در خاک دارد و با بهبود ساختمان خاک و جذب آلاینده­ها سبب سلامت گیاه و آب­های زیرزمینی می‌­شود.

هوموس خاک از ترکیباتی از جمله اسید هیومیک و اسید فولیک تشکیل شده است. امروزه با استخراج این دو ترکیب از مواد آلی و افزودن آن­ها به خاک سبب بهبود شرایط خاک می­شوند. اسید هیومیک و اسید فولیک کارایی بالایی در جذب عناصر خاک دارند و از طرفی با پیوند با ذرات رس سبب بهبود ساختمان خاک خواهند شد. این دو ترکیب همانند هوموس پایداری بالایی دارند و ماده آلی خاک را افزایش می­دهند.