چگونگی مقابلة گیاهان با تنش خشکی در مزرعه

دوره های کمبود آب خاک و یا هوا، اغلب در طول چرخه
زندگی گیاه حتی در خارج از نواحی خشک و نیمه خشک
نیز اتفاق می افتد. واکنش های گیاه به کمبود آب
پیچیده هستند،که تغییرات سازشی و یا اثرات زیان
آور را شامل می گردند. تحت شرایط مزرعه ایی ،این
واکنش ها می توانند به طور سینرژیستی یا
آنتاگونیستی توسط وقوع سایر تنشها تغییر یابند. ..
دوره های کمبود آب خاک و یا هوا، اغلب در طول چرخه
زندگی گیاه حتی در خارج از نواحی خشک و نیمه خشک
نیز اتفاق می افتد. واکنش های گیاه به کمبود آب
پیچیده هستند،که تغییرات سازشی و یا اثرات زیان
آور را شامل می گردند. تحت شرایط مزرعه ایی ،این
واکنش ها می توانند به طور سینرژیستی یا
آنتاگونیستی توسط وقوع سایر تنشها تغییر یابند.
این پیچیدگی به خوبی در اکوسیستمهایی از نوع
مدیترانه ایی نشان داده می شود. و در آنجا گیاهان
دارای راهکارهای غالب اجتناب از تنش مثل گیاهان
چند ساله با ریشه های عمیق یا گیاهان یکسالة
زمستانه بهاره، توأم با اسکلروفیل های مقاوم به
تنش یافت می شوند.
اختلافات بین گونه ها می تواند به جای اختلاف در
متابولیسم, به ظرفیتهای متفاوت برای جذب و انتقال
آب در یک وضعیت آبی مشخص منتهی گردد. تغییرات در
نسبت ریشه به اندام هوایی یا تجمع موقتی ذخایر در
ساقه تحت شرایط کمبود آب با تغییرات در متابولیسم
کربن و نیتروژن همراهی می شود. در سطح برگ
پراکندگی انرژی القایی (تهییجی) بوسیلة فرایندهایی
غیر از متابولیسم کربن فتوسنتزی یک مکانیسم دفاعی
مهم می باشد که با کاهش در فتوشیمی و در دراز مدت
افت ظرفیت فتوسنتزی و رشد توأ م می گردد.

- حفظ موازنة صحیح آبی:
در همین رابطه, دو گونة بلوط همیشه سبز را در کنار
هم در منطقه اورای پرتقال, مورد مقایسه قرار داده
و در یافتند که هیچ اختلاف معنی داری از نظر
مقادیر آسمیلاسیون خالص کربن هنگامیکه رطوبت کافی
در خاک وجود داشت و یا در مورد گیاهان تحت تنش
خشکی ملایم در اول جولای, وجود ندارد. با وجود
این, تا انتهای تابستان گرم و خشک (ماه سپتامبر)
مبادلة گازی نیمروزی در Q.ilex نسبت به Q.
suberکمتر متأثر گردید. یعنی تا انتهای تابستان
پتانسیلهای آبی بسیار بالاتری در برگهای Q.ilex
(52 .1- مگا پاسگال ) در مقایسه با 38 .2-مگا
پاسگال برای Q. suber مشاهده گردید. و چنین فرض شد
که ریشه های Q.ilex قادر به مکش و دریافت آب از
لایه های عمیق تر خاک بودند که به آنها اجازه می
داد در مقایسه با Q. suber برای دورة طولانی تری
مقادیر بالاتری از جریان آب و آسمیلاسیون برگی را
حفظ کنند. افزایش تراکم ریشه در واحد حجم خاک در
گیاهان یک ساله نظیرLupinus albus نیز در شرایط
کمبود آب مشاهده شده است.(شکل زیر) در کل, رشد
اندام هوایی در مقایسه با ریشه در برابر کمبود آب
حساس تر است. مکانیسم هایی که زمینة پایداری و
تداوم رشد ریشه را تحت تنش خشکی فراهم می آورند
شامل تنظیم اسمزی, افزایش در ظرفیت از بین رفتة
دیوارة سلولی و همچنین انباشت ABA داخلی به جهت
ممانعت از تولید اتیلن, می باشند.

- بسته شدن روزنه ,ذخیرة اقتصادی آب برای
آسمیلاسیون کربن:
کنترل روزنه ایی تلفات آب, که هم در واکنش به کاهش
در تورژسانس برگی یا پتانسیل آبی و هم رطوبت نسبی
پایین هوا می تواند اتفاق بیفتد, به عنوان اولین
واکنش گیاه به کمبود آب در شرایط مزرعه ایی تشخیص
داده شده است. بطوریکه روزنه ها به علایم شیمیایی
(مثلABA) تولید شده بوسیلة ریشه های دهیدراته پاسخ
می دهند در حالیکه وضعیت آبی برگ ثابت نگه داشته
می شود.
- 2 coقابل دسترس, کنترل کنندة ظرفیت بیوشیمیایی
آسمیلاسیون کربن می باشد که کاهش در کربن بین
سلولی (Ci) به دنبال بسته شدن روزنه ها در دراز
مدت کاهش ظرفیت ماشین فتوسنتزی را به منظور
سازگاری به کربن در دسترس القا می کند.
بطورکلی, مقاومت به خشکی در گیاه به مجموعه ایی از
مکانیسم ها و واکنش های پیچیده ایی گفته می شود که
گیاه در صورت بر خورد با کم آبی, توانایی رشد و
نمو خود را تا حدودی حفظ می کند.

کودهای نیتروژنی و عوارض فراموش شده

---

نوشته شده توسط مارک کلیتون- ترجمه ٿرخ حاتم زاده

بر اساس مطالعات به عمل آمده توسط عده اى از
محققان پیش بینى شده است که به موازات رشد جمعیت
در مناطق ساحلى دنیا، درصد نیتروژن موجود در آب که
با ترکیبات ٿسٿرى حاصل از پدیده Eutrophication
آمیخته است تا سال ۲۰۰۵ در مناطق ساحلى به بیش از
دو برابر میزان کنونى اٿزایش خواهد یاٿت...

بر اساس مطالعات به عمل آمده توسط عده اى از
محققان که نتایج تحقیقات شان در یکى از شماره هاى
مجله «ساینس» به چاپ رسیده پیش بینى شده است به
موازات رشد جمعیت در مناطق ساحلى دنیا، درصد
نیتروژن موجود در آب که با ترکیبات ٿسٿرى حاصل از
پدیده Eutrophication آمیخته است تا سال ۲۰۰۵ در
مناطق ساحلى به بیش از دو برابر میزان کنونى
اٿزایش خواهد یاٿت. «رابرت هووارث» یکى از
نویسندگان مقاله منتشر شده در « ساینس» و متخصص
بیولوژى زیست محیطى در دانشگاه کرنل در ایثاکا در
ایالت نیویورک در این باره مى گوید: «تعداد مناطق
Hypoxic در جهان با عنایت به اٿزایش بى رویه مصرٿ
کودهاى نیتروژنى، به ویژه طى دهه هاى ۱۹۶۰ و ۱۹۷۰
، و سایر عوامل تأثیرگذار با اٿزایش قابل ملاحظه
اى روبرو بوده است.»

وى در ادامه مى اٿزاید: «حدود نیمى از کل کود
نیتروژنى مورد استٿاده در جهان در طول تاریخ ٿقط
طى۱۵ سال گذشته به مصرٿ رسیده است.»اما یک خبر
خوشحال کننده: به نظر مى رسد که رشد مصرٿ جهانى
کود طى سالیان اخیر بسیار آهسته تر از رشد آن طى
چند دهه گذشته بوده باشد. مصرٿ کود تا سال ۱۹۹۰
رشد قابل ملاحظه اى داشت اما پس از ٿروپاشى شوروى
سابق به یکباره رو به اٿول نهاد. در اواسط دهه
۱۹۹۰، رشد مصرٿ جهانى کود بار دیگر از سر گرٿته
شد، اما روند آن بسیار کندتر از قبل بود. طى دهه
۱۹۹۰، میزان مصرٿ کودهاى نیتروژنى با اٿزایش بسیار
اندک از رقم ۷۹ میلیون به ۸۲ میلیون تن اٿزایش
یاٿت. با این حال، به گٿته دانشمندان، زمان نسبتاً
زیادى لازم است تا تبعات منٿى رشد مصرٿ کود روى
اکوسیستم هاى ساحلى به وضوح پدیدار شود. در جریان
مطالعه سال ۲۰۰۲، «هووارث» و دانشمندان دیگر
دریاٿتند که کاهش میزان اکسیژن محلول در آب هاى
ساحلى حدود ۱۰ تا ۲۰ سال پس از رشد مصرٿ کودهاى
شیمیایى که عملاً در دهه ۱۹۴۰ آغاز شده بود مشخص
شد.

به گٿته «هووارث» این تأخیر چند ساله موجب
برانگیخته شدن نگرانى هاى ٿراوانى در جوامع علمى
دنیا شده است زیرا مصرٿ جهانى کود از سال ۱۹۶۰
تاکنون بیش از چهار برابر اٿزایش یاٿته است.مصرٿ
نیتروژن نیز اٿزایش یاٿته است. طبق داده هاى
«مؤسسه کود» میزان مصرٿ کودهاى نیتروژنى در سال
۱۹۶۱ حدود ۳۷ درصد مجموع کودهاى مصرٿى بود اما این
رقم با یک رشد قابل توجه تا سال ۲۰۰۱ به ۶۰ درصد
اٿزایش پیدا کرده است. دکتر «هووارث» در این باره
مى گوید: «اگر شما نظرى اجمالى به گستره جهان و
نحوه تعامل انسان ها با چرخه نیتروژن بیٿکنید، به
روشنى درخواهید یاٿت که مقادیر عظیمى از عنصر
نیتروژن به راحتى هر چه تمام تر و به طرق گوناگون
در حال تخلیه شدن به محیط زیست اطراٿ ما است.» وى
در ادامه مى اٿزاید: «حدود ۷۵ درصد رشد پراکنش
نیتروژن در محیط اطراٿ ما از طریق مصرٿ کودها صورت
مى گیرد.»

صنعت کود آمریکا از دهه ۱۹۶۰ تاکنون براى جلوگیرى
از مصرٿ بى رویه کود و ممانعت از بروز تبعات بعدى
آن تعامل سازنده اى را با کشاورزان آمریکایى
برقرار کرده است. ٿشار آژانس حٿاظت از محیط زیست
آمریکا از دهه ۱۹۹۰ بدین سو نیز این صنعت را به
سوى استٿاده از ٿناورى هاى جدید متمایل ساخته است.
تکمیل ٿناورى مکان یابى ماهواره اى بین المللى و
نصب تجهیزات مرتبط با آن بر روى تراکتورها به
کشاورزان آمریکایى اجازه مى دهد تا سطح کود
شیمیایى مورد استٿاده خود را براساس شرایط و
مرغوبیت خاک زمین خود تنظیم کنند. «رینو ماداله
نا» عضو «مؤسسه کود واشینگتن» در این باره مى
گوید: «مصرٿ بیشتر کود لزوماً به تولید محصول
بیشتر نخواهد انجامید و کشاورزان دریاٿته اند که
براى تقلیل هزینه هاى خود باید از مصرٿ بى رویه
کود پرهیز کنند.

حتى با وجود این، چند مرجع ذیصلاح کشاورزى در
ایالات متحده اعلام کرده اند که مصرٿ بیش از حد
نیاز کودهاى نیتروژنى و سایر انواع کودها به عنوان
یک سیاست اطمینان بخش هنوز در میان کشاورزان
آمریکایى منسوخ نشده است. اساس این تٿکر غلط بر
این پایه استوار است که قدرى بیشتر مصرٿ کردن بهتر
از کمتر مصرٿ کردن و در نتیجه مواجه شدن با احتمال
کاهش تولید است.

براى رٿع ریشه هاى این نگرانى، «اتحادیه کشتزارهاى
آمریکا» (AFT) که اساساً یک گروه غیرانتٿاعى است
که با هدٿ حٿاظت از کشتزارهاى ایالات متحده تشکیل
شده، اقدام به ارائه شکل جدیدى از خدمات بیمه اى
محصولات کشاورزى کرده است. این بیمه ها نوعاً به
گونه اى طراحى شده اند که رغبت کشاورزان را به
صرٿه جویى در مصرٿ کودهاى نیتروژنى برانگیزند.
براساس این طرح، کشاورزان مواٿقت مى کنند که میزان
کود نیتروژنى مصرٿى خود را بر پایه نظر مشورتى
مدیران طرح تا حد لازم تعدیل کنند. اگر محصول یک
کشاورز احیاناً بر اثر پایبندى به نظریات مشورتى
کارشناسان مربوطه به ارقامى پایین تر از میانگین
سطح تولید خود که قاعدتاً با مصرٿ کود نیتروژنى
بیشترى صورت مى گرٿته است اٿت کند، در آن صورت
براى جبران خسارت آن کشاورز مبلغى به عنوان غرامت
به میزان مابه التٿاوت مبالغ مربوطه به وى پرداخت
خواهد شد.

به گٿته «برایان براندت» مسئول مرکز ابداعات مربوط
به حٿاظت از منابع طبیعى شرکت AFT تاکنون ۲۷ طرح
آزمایشى از این دست در ایالت هاى مینه سوتا،
ویسکانسین، اوهایو و ایلینویز به مورد اجرا گذاشته
شده است. ظرٿ ۳ سال، اجراى این طرح موجب کاهش ۲۴
درصدى در مصرٿ کودهاى نیتروژنى در میان کشاورزان
ایالت هاى نام برده شده است. ٿقط تعداد بسیار
معدودى از کشاورزان با کاهش محصول مواجه شدند که
آنها نیز طبق وعده هاى داده شده غرامت خود را که
حدود ۶ دلار به ازاى هر جریب زمین بوده دریاٿت
کردند.

•سرمایه گذارى علمى اقتصادى براى کاهش مصرٿ کود

«بورلى هال» کشاورزى است که ۲۱۰۰ جریب زمین در
شمال اوربانا در ایالت اهایو در اختیار دارد. وى
اکنون موٿق شده است از حدود ۳۵ پاوند (۱۶ کیلوگرم)
نیتروژن کمتر به ازاى هر جریب زمین ذرت خود
استٿاده کند که این امر نمایانگر یک کاهش بیش از
بیست درصدى است. این کاهش در مصرٿ کود باعث صرٿه
جویى قابل ملاحظه اى در هزینه هاى «هال» شده است.
و یک بار، زمانى که محصول او بر اثر اجراى توصیه
هاى کارشناسان تا حد بسیار اندکى از متوسط کشت
پیشین او کمتر شد، ۹۰۰ دلار غرامت به او تعلق
گرٿت. اما شور و اشتیاق «هال» براى اجراى این
برنامه بسیار عمیق تر از بهره هاى اقتصادى آن بود.
وى در این باره مى گوید: «ما نهرهایى ایجاد کرده
ایم که سراسر زمین هاى مان را سیراب مى کنند. ما
در مجاورت همین نهرها زندگى مى کنیم و آب مى
نوشیم. بنابراین، اگر من از کود اضاٿى براى بازدهى
بیشتر محصولاتم (به ٿرض محال) استٿاده کنم در آن
صورت شاهد آسیب وارد آمدن بیشتر به محیط زیست
اطراٿ خود و خانواده ام خواهم شد. ما به خوبى
آموخته ایم که از هر وسیله ممکن براى ممانعت از
بروز یک چنین رخداد تأسٿ بارى استٿاده کنیم.»

ایده استٿاده از ٿناورى هاى پیشرٿته و جدید نیز در
پیشبرد این قبیل برنامه ها و کاستن از میزان مصرٿ
کودهاى نیتروژنى مؤثر توانست بود. شرکت Arcadia
Biosciences در دیویس در ایالت کالیٿرنیا هم اکنون
مشغول تحقیق بر روى طرح هایى با هدٿ کاستن از
میزان مصرٿ کودهاى نیتروژنى در زمینه تولید ذرت و
سایر محصولات گیاهى است؛ طرحى که قرار است رکورد
جدیدى را در زمینه صرٿه جویى در مصرٿ این قبیل
کودها از خود برجاى گذارد. به عنوان مثال، بهره
گیرى از دانش مهندسى ژنتیک براى پرورش کانولا
(Canola) با استٿاده از یک ژن نادر اصلاح شده در
چارچوب همین طرح ها مى گنجد. براساس این طرح قرار
است ریشه گیاهان از قدرت بیشترى براى جذب نیتروژن
از خاک برخوردار شوند. «اریک رى» رئیس Arcadia در
این باره مى گوید: «ما با مصرٿ کمتر از نیمى از
کود نیتروژنى مورد استٿاده در کشت هاى قبلى موٿق
شده ایم محصول یکسانى را به لحاظ کمیت در مقایسه
با گذشته تولید کنیم.»

Arcadia سه سال پیاپى کشت آزمایشى را تحت نظارت
مستقیم وزارت کشاورزى آمریکا پشت سر گذاشته است.
اما به گٿته «رى»، نخستین محصول برداشتى کانولا و
دانه هاى برنج این طرح تا سال ۲۰۰۸ یا۲۰۰۹ آماده
ورود به بازار نخواهد شد. «رى» دغدغه هاى موجود در
زمینه برخى معایب مهندسى ژنتیک را محترم مى شمارد
و تلاش بیشتر براى رٿع آنها را ضرورى مى داند اما
کاهش مصرٿ کود و به تبع آن کاهش هزینه هاى مصرٿى
کشاورزان را از جمله محاسنى برمى شمارد که مى توان
در سایه بهره گیرى صحیح از علوم جدید از قبیل دانش
مهندسى ژنتیک به آنها دسترسى پیدا کرد. «رى» در
پایان مى اٿزاید: «بنابراین محیط زیست اطراٿ ما در
سایه تلاش و همت همه کشاورزانى که انگیزه هاى
سودمند تجارى را همواره به عنوان یک محرک قوى در
ذهن خویش مى پرورانند قابل اصلاح و بهبود است

تاثیر عناصر درغلات وکمبود و علائم آنها

غلات

امروزه کودهای ماکرو در زراعت غلات به طور مرتب مصرف می شود ولی برای به دست آوردن محصول با کیفیت مناسب باید از کودهای میکرو هم استفاده نمود و این مسأله در مورد غلات به خاطر نقش تغذیه ای آن از اهمیت فوق العاده ای برخوردار است .

 تاثیر عناصر مختلف بر غلات و علائم کمبود آنها

ازت (N) : باعث افزایش پروتئین دانه ، بهبود کیفیت پخت ، افزایش راندمان آبیاری شده تعداد پنجه ها را زیاد نموده و مقاومت گیاه را نسبت به زنگ زرد گندم افزایش می دهد . در صورت کمبود این عنصر ساقه کوتاه و نازک می شود پنجه زنی گیاه کم شده ، برگها سبز مایل به زرد گشته و خوشه ها کوچک می شوند .

فسفر (p)  : باعث تکامل دانه ، افزایش عمق نفوذ ریشه و سهولت جذب آب می شود . این عنصر زمان بلوغ و رسیدن محصول را تسریع نموده و باعث می شود گیاه از خشکی که عمدتا با زمان تشکیل دانه همراه است آسیب نبیند . در صورت کمبود فسفر برگها و ساقه سبز مایل به آبی شده و بعد از مدتی برنزه یم شود . برگهای پیر از نوک به طرف پائین برگ شروع به خشک شدن نموده و خوشه ها کوتاه می مانند .

پتاسیم (k) : مقدار پروتئین دانه و راندمان استفاده از کودهای ازته را افزایش می دهد . میزان سلولز زیاد شده و در نتیجه ورس کاهش می یابد . مقاومت نسبت به آفات و بیماریها نیز افزایش می یابد . اگر گیاه دچار کمبود پتاسیم شود . ساقه ها کوتاه و گیاه لاغر می شود . مقدار دانه کم شده و اندازه آنها کوچک می ماند . برگها به رنگ سبز مایل به خاکستری و یا کمی رنگ پریده می شود و سوختگی لبه و نوک برگ به وجود می آید .

منگنز (Mn) : وزن هزار دانه را افزایش می دهد . باعث غنی شدن دانه گندم شده و عملکرد دانه و کاه را افزایش می دهد . در صورت کمبود ، رگه های زرد کم رنگ و نیز لکه های قهوه ای پراکنده ، روی برگ ظاهر می شود .

 مس (Cu) : عمدتا به عنوان کاتالیزور در واکنشهای گیاه شرکت می کند و در صورت کمبود برگهای جوان تر لوله ای شده ، نوک برگها چروک می خورد و دانه ها لاغر و کوچک بنظر می رسد .

روی (zn) : در تشکیل هورمونهای گیاهی نقش عمده ای داشته و اگر گیاه دچار کمبود این عنصر شود . نوارهای موازی زرد رنگ در اطراف رگبرگ میانی مشاهده خواهد شد .

ذرت

ذرت از محصولات مهمی است که به عنوان غذای انسان و دام مطرح است . لذا نه تنها کمیت بلکه کیفیت آن نیز از اهمیت فوق العاده ای برخوردار است .

 تاثیر عناصر مختلف بر ذرت و علائم کمبود آنها .

 ازت (N) : باعث افزایش مقدار پروتئین دانه ، رشد اندامهای هوایی ، و همچنین باعث افزایش عملکرد می شود . در صورت کمبود برگهای پیر از قسمت نوک شروع به زرد شدن کرده و در امتداد رگبرگ میانی به شکل V پیش می رود ( شکل 1) .

 فسفر (p) : به زود رسی ذرت کمک می کند . در نتیجه باعث می شود که گیاه از تنش رطوبتی و گرمایی ، که در مرحله گرده افشانی صورت می گیرد ، اسیب نبیند و اگر گیاه دچار کمبود شود برگها سبز تیره مایل به بنفش شده ، خوشه ها کوچک می شوند و دانه ها نامنظم می رسند .

 پتاسیم (k) باعث افزایش طول دوره پر شدن دانه می شود و به رسیدگی یکنواخت و افزایش تعداد دانه در خوشه کمک کرده و ورس را کاهش می دهد ، در صورت کمبود پتاسیم برگها نسبتاً دراز و چروکیده شده و خطوط زرد طولی زیر برگ ظاهر می شود . حاشیه برگها سوخته و قهوه ای شده ، خوشه ها کوچک باقی مانده و دانه تشکیل نمی شود .

روی (zn) :‌به افزایش ماده خشک گیاه کمک نموده و اگر گیاه دچار کمبود شود نوارهای کلروز روی برگ ایجاد شده و برگها پیچ خورده می شوند .

 بر (B) به تشکیل دانه گرده کمک کرده و در ساخت دیواره سلولی نقش مهمی ایفاء می کند . در صورت کمبود ، رشد گیاه کاهش یافته ، کوتولگی بوجود آمده و میزان تولید دانه کم می شود .

مس (cu) : در تشکیل لیگنین و ایجاد دیواره سلولی قوی گیاه کمک می کند و مقاومت گیاه را در مقابل پژمردگی کاهش افزایش می دهد . در صورت کمبود مس ، رشد گیاه کاهش یافته ، برگها زرد و پژمرده می شوند .

پیش بینی سرعت و جهت بادهای فرساینده در ایران

فرسایش  بادی یک معضل جدی در بیشتر مناطق خشک و نیمه خشک دنیا و ایران است . توانائی پیش بینی دقیق فرسایش بادی خاک برای بسیاری منظورها ، از جمله برنامه های حفاظتی ، منابع طبیعی ، و کاهش آلودگی هوا ناشی از طوفان ضروری است ( 3 ) .  از آنجایی که نیروی باد در طول سال ، ماه وحتی روز تا حد زیادی تغییر می نماید ، و همچنین قدرت فرسایندگی باد بستگی به توان سوم سرعت باد دارد . به منشور پیش بینی و کنترل فرسایش بادی در هر منطقه توزیع سرعت باد حائز اهمیت میباشد . همچنین علاوه برسرعت باد ، دانستن چگونگی تغییرات جهت باد در منطقه نیز امری ضروری است . زیرا نسبت جهت باد به جهت اضلاع زمین ، بادشکن ها ، ردیف کاشت گیاهان ، و شخم زمین ، نقش مهمی را در پیش بینی مقدار و جهت فرسایش بادی ایفا می کند ( 4) . مدل های مختلفی برای نشان دادن توزیع سرعت باد استفاده شده است . بی شک توزیع ویبل یکی از گسترده ترین توزیع هایی است که تا بحال برای نشان  دادن پراکندگی سرعت باد مورد استفاده قرار گرفته است ( 5 ) . اهداف این پژوهش عبارت بودند از : 1 ) شبیه سازی ساعتی سرعت و جهت باد به روش استوکاستیک با استفاده از توزیع ویبل ، به منظور استفاده در مدل WEPS  ، برای پیش بینی فرسایش بادی در شهرهای مختلف ایران ، 2) آزمون اعتبار سنجی توزیع ویبل و مدل کامپیوتری windpred  ، در پیش بینی ساعتی سرعت و  جهت باد ، . 3) ترسیم نقشه های سرعت و جهت بادهای فرساینده در ایران .

مواد و روشها

ابتدا 38  شهر که دارای حداقل 10 سال آمار ساعتی سرعت و جهت باد بودند ، انتخاب گردیدند . در مرحله بعد تعداد سال آماری هر شهری به دو دوره برابر تقسیم گردید ، بطوریکه از دوره اول برای شبیه سازی و از دوره دوم برای آزمون اعتبار سنجی مدل ( با استفاده از معنی دار بودن  و نبودن ضرائب همبستگی ) استفاده شد . سپس با استفاده از توزیع ویبل ، شبیه سازی سرعت و جه باد بصورت ساعتی توسط برنامه Windpred  ( 2 و 1 ) انجام گرفت . تابع توزیع تجمعی ویبل F (U)  به صورت زیر میباشد :

(1)                                                            [-(u/c)^k]F(u)=1-exp

که در این معادله u  سرعت باد ( متر بر ثانیه )  ، c، پارامتر مقیاس ( با واحد سرعت ) ، و k  پارامتر شکل ( بدون واحد ) ، میباشند ( 6 ) . در هرمرحله بعد ، دوره های باد آرام حذف و فراوانی باد در هر گروه سرعتی نرمالیزه گردیدند . بنابراین :

(2)                                    [-(u/c)^k]= 1-exp [ (F(u)-F0 ) / (1-F0)] F1(u)  =

که در آن F1(u)  توزیع تجمعی در حالتی است که دوره های باد آرام حذف شده است ، و F0 فراوانی دوره های باد آرام میباشد . پارامترهای k, c  به روش حداقل مربعات و بکارگیری تابع توزیع تجمعی محاسبه شدند ( معادله 2 ) .

با استفاده از پارامترهای توزیع ویبل (c,k)  فراوانی سرعت باد در هر ماه و در سال بصورت تجمعی و نرمال شده بدست آمد . به منظور شبیه سازی جهت باد ، اعداد بین صفر و یک بصورت تصادفی انتخاب ، و با جدول توزیع تجمعی جهت باد مقایسه گردیدند . برای شبیه سازی سرعت باد براساس جهت باد تعیین شده ، پارامترهای c،k  توزیع ویبل برای آن جهت خاص از جدول های تعیین شده قبلی ، بدست امد و از معادله زیر استفاده گردید :

U= c{-1n[1-(F(u)-F0]/(1-F0)}^1/k

با استفاده از روش انتخاب عدد تصادفی ، یک عدد بین صفر و یک انتخاب گردید . سپس این مقدار را به جای F(u)   قرارداده و در نهایت سرعت باد شبیه سازی شده محاسبه گردید . به دلیل اینکه هدف شبیه سازی سرعت باد بصورت ساعتی بود ، با استفاده از رابطه زیر سرعت باد بصورت ساعتی شبیه سازی شد :

U(1)= U_rep+0.5(u_max-U_min) Cos[2p(24-hr_max+I)/24]

که در آن ، hr_max  ساعتی از روز که سرعت باد حداکثر است ،  I   شاخص ساعت روز ، U_max  سرعت باد حداکثر ، U_min  سرعت باد حداقل ، و U_rep  سرعت شبیه سازی شده حاصل از معادله( 3 ) میباشد .

در مرحله  بعد ، با استفاده از نتایج شبیه سازی شده ، نقشه درصد سرعت بادهای فرساینده و جهت غالب آنها ، و همچنین نقشه حداکثر سرعت باد و جهت غالب باد در هر ایستگاه با استفاده از نرم افزارهای SURFER  و CorelDRAW10  برای ماه های مختلف سال تهیه گردید . بعنوان نمونه نقشه درصد سرعت بادهای فرساینده و جهت غال آنها ، برای ماه جولای نشان داده شده است ( شکل 1 ) لازم به ذکر است که در این نقشه ها ، شهرها به صورت دایره ، اسم شهرها واطلاعات مربوط به سرعت باد شهرها در داخل دایره و جهت باد غالب آنها هم بر روی دایره بشکل حروف و بصورت علامت پیکان ، نمایش داده شده است . همچنین برای نشان دادن سرعت حداکثر و درصد سرعت بادهای فرساینده ، از رنگهای مختلفی نیز استفاده گردید .

نتایج و بحث

با استفاده از داده های خام سرعت باد متعلق به نیمه اول هر دوره ، توزیع تجمعی ویبل بصورت ماهانه در تمامی ایستگاه ها ترسیم شد . سپس با استفاده از داده های خام همان دوره در مدل ، مقادیر شبیه سازی سرعت باد بدست آمد در ادامه ، ضریب های همبستگی بین توزیع تجمعی ویبل و سرعت شبیه سازی شده مشخص ، و معنی دار بودن یا نبودن آنها نیز تعیین گردیدند . مقادیر ضریب های همبستگی در تمامی ایستگاه ها و در تمامی ماه های سال بین 93/0 تا 0/1 بوده و در سطح یک درصد معنی دار بودند . بنابراین میتوان ادعا نمود که داده های سرعت باد از توزیع ویبل پیروی نموده ، و استفاده از این توزیع در امر شبیه سازی سرعت باد یتواند قابل قبول میباشد . در ادامه هم به منظور اعتبار سنجی مدل کامپیوتری Windpred  ، مقایسه هایی بین توزیع فراوانی سرعت و جهت باد شبیه سازی شده ( با استفاده از داده های خام دوره اول ) ، و داده های خام دوره دوم صورت گرفت ، و ضریب های همبستگی آنها نیز تعیین گردیدند . مقادیر ضریب های همبستگی در تمامی ایستگاه ها و در تمامی ماه های سال ، برای سرعت باد بین 94/0 تا 0/1 ، و برای جهت باد بین 46/0 تا 0/1 بودند ، که در سطح یک درصد معنی دار می باشند . از اینرو میتوان نتیجه گرفت که همبستگی بسیار قوی بین سرعت و جهت باد شبیه سازی شده و داده های خام وجود دارد . در مرحله بعد درصد سرعت بادهای فرساینده و جهت غالب آنها در شهرهای مختلف ایران در ماه جولای ترسیم شد ( شکل 1 ) همانطور که مشاهده میشود ، در ماه جولای ، بیشترین میزان بادهای فرساینده متعلق به شهر زابل ( %7/61 ) با جهت باد غالب شمال شمال غربی ،و کمترین میزان بادهای فرساینده ، متعلق به شهر تبریز ( %1/0 ) با جهت باد غالب شرق میباشند .

مطالعه حساسیت خاک سطحی  اراضی منطقه رودشت اصفهان به فرسایش بادی

مقدمه

بخش وسیعی از کشور ایران را مناطق خشک و نیمه خشک فرا گرفته است . فرسایش بادی  از مهمترین عوامل تخریب و هدر رفت خاک در این مناطق به شمار میرود ، لذا یافتن راههایی که بتواند این فرآیند را کنترل و یا به حداقل ممکن کاهش دهد ، امری جدی محسوب میگردد . تعیین فرسایش پذیری اراضی و شناخت عوامل مؤثر بر آن ( براساس اطلاعات واقعی و دقیق در مورد شدت و مقدار فرسایش فعلی منطقه ) می تواند اساس برنامه جامع حفاظت خاک و اولویت بندی مراحل اجرایی آن قرار گیرد . در حال حاضر روشهای تجربی متنوعی جهت برآورد فرسایش پذیری اراظی ارائه گردیدهاند ( 1 و 4 ) که علیرغم اینکه از نظر کاربردی راحت و ساده اند ، در مناطقی با خاکهای فرسایش یافته و یا اراضی کویری به دلیل نقش حفاظتی سنگریزه ها وسله های نمکی از کاربری مناسبی برخوردار نمی باشند ( 1 ) . نتایج حاصل از تونل باد قابل حمل در صحرا ، دقیق و مطمئن تربوده و تا حد امکان تأثیر کلیه پارامترها و اثرات متقابل آنها به ویژه اثرات بافت و ساختمان به خوبی دخالت داده میشود ( 1 ) . فرسایش پذیری خاک سطحی ، مهمترین فاکتور مؤثر در کلیه مدلهای برآورد فرسایش بادی میباشد که متأثر از مرفولوژی و خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک سطحی مانند بافت و ساختمان ( 2 ) ، مقدار و انرژی ذرات ساینده ( 5 ) ، دانسیته و پایداری مکانیکی سله سطحی ( 2 و 5 ) ، پوشش سطحی خاک با عوامل غیر قابل فرســــایش ( سنگریزه ، کلوخه و بقایای گیاهی ) و زبری سطح ( 3 ) ، رطوبت خاک سطحی ( 2 ) و اثرات متقابل آنها میباشد . این تحقیق به منظور مطالعه سرعت آستانه فرسایش و فرسایش پذیری نسبی اراضی منطقه رودشت اصفهان و تأثیر مرفولوژی و خصوصیات خاک سطحی بر آن و نیز مطالعه تأثیر دستکاری نمودن خاک سطحی اراضی منطقه بر تشدید فرسایش پذیری آن و در نهایت ارائه راهکارهای مناسب و کاربردی جهت کاهش تخریب و هدر رفت خاک منطقه انجام گرفت .

مواد و روشها

منطقه مورد مطالعه در شرق اصفهان ، اطراف رودخانه زاینده رود و در محدوده عرض جغرافیایی '20 ˚32 تا 34 ˚32 شمالی و طول '52 تا '34 ˚52 شرقی واقع شده است . ارتفاع متوسط منطقه از سطح دریا 1450 متر و متوسط بارندگی سالیانه در ایستگاه ورزنه 5/68 میلیمتر است . بادهای غالب منطقهکه ناشی از جریانات مدیترانه ای است ، از سمت غرب و جنوب غرب می وزد جهت نیل به اهداف ، ابتدا با تلفیق نقشه های خاک ، شوری قلیانیت ، زمین شناسی ، توپوگرافی و مشاهدات صحرایی و نتایج تجزیه آزمایشگاهی خاک سطحی فاز سریهای مختلف ، 15 واحد کاری ( کوچکترین واحدهای همگون از لحاظ مرفولوژی و خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک سطحی ) مشخص شد . سپس در هر واحد مطالعاتی با استفاده از تونل باد قابل حمل صحرایی ، فرسایش پذیری خاک سطحیاراضی در مدت 30 دقیقه وزش باد باسرعت 10 متر بر ثانیه در ارتفاع 20 سانتیمتری و نیز سرعت آستانه فرسایش در دو وضعیت طبیعی و دستخورده تعیین گردید . از خصوصیات فیزیکی خاک سطحی ، توزیع اندازه خاکدانه ها به دو روش الک خشک و مرطوب ، بافت خاک به روش پیپت و درصد رطوبت وزنی و از خصوصیات شیمیایی ph,EC  و غلظت آنیونها و کاتیونهای محلول در عصاره گل اشباع ، میزان آهک و ماده آلی و از خصوصیات مرفولوژی سطح خاک ، درصد سنگریزه سطحی و قطر متوسط آن ، ضخامت سله و میزان زبری سطح خاک اندازه گیری شد .

نتایج و بحث

نتایج و تجزیه واریانس داده ها نشان می دهد که اثر واحدهای مختلف بر فرسایش پذیری و سرعت آستانه در سطح احتمال 1 درصد  معنی دار است . مقایسه میانگین اختلاف فرسایش پذیری و سرعت آستانه در دو وضعیت طبیعی و دستخورده در واحدهای مطالعاتی نشان داد ، اختلاف فرسایش پذیری در کلیه واحدها در سطح احتمال 1 معنی دار است در حالیکه اختلاف سرعت آستانه در واحدهای 2 ، 6 ،11 و 15 در سطح احتمال 5 درصد معنی دار نمیباشد که علت آن ، وجود ذرات فرسایش پذیر لس بر روی سطح این واحدها میباشد .

خاک سطحی واحدهای 6 ، 8 و 13 حاوی کریستالهای گچ و آهک بوده و نسبت به فرسایش بادی ، حساس میباشند ولی پوشش سنگریزه ای سطح این اراضی ، به خوبی از خاک زیرین محافظت می نماید . فرسایش پذیری نسبی این واحدها در حالت طبیعی جزیی تا کم است ، که تا حدی مربوط به رسوبات بادی است که از اراضی مجاور برخاسته و بین سنگریزه ها بدام افتاده است . در صورت دستکاری خاک سطحی در این واحدها ، فرسایش پذیری آنها زیاد تا خیلی زیاد میشود که بیانگر نقش بسیار مؤثر پوشش سنگریزه ای در کاهش فرسایش پذیری این اراضی میباشد . اراضی واحد 6 بعنوان معدن شن مورد بهره برداری قرار میگیرد که علاوه بر تشدید فرسایش بادی منطقه، باعث انتقال رسوبات بادی شور به اراضی کشاورزی مجاور میگردد ، توصیه میشود از بهره برداری این معادن بدون عملیات حفاظتی مناسب ، جلوگیری بعمل آید . خاک سطحی اراضی 1 ، 2 ، 12 و 15 شور قلیا با ساختمان تکدانه ای و بسیار حساس به فرسایش بادی میباشد سطح واحدهای 1 و 2 توسط سله نمکی به ضخامت 3 تا 4 میلیمتر پوشیده شده است که سطح خاک در واحد 1 صاف و فاقد ذرات لس ، در حالیکه در واحد 2 ، حالت پف کرده و دارای ذرات فرسایش پذیر لس میباشد سطح واحدهای 12 و 15 با لایه بسیار نازک سیل پوشیده شده است شدت فرسایش پذیری این واحدها ، زیاد تا خیلی زیاد میشود که نشان دهنده اهمیت بسیار زیاد سیل و سله سطحی در کاهش حساسیت اراضی به فرسایش بادی میباشد . لذا توصیه میشود در این اراضی از هرگونه عملیاتی که باعث تخریب سله سطحی میشود اجتناب گردد.

واحدهای دیگر منطقه ، اراضی کشاورزی بوده و بسته به نوع بافت و ساختمان و مدیریت زراعی دارای فرسایش پذیری کم تا زیاد هستند . واحد 5 با بافت لومی شنی و ساختمان تکدانه ای نسبت به فرسایش بادی بسیار حساس میباشد ، در حالیکه واحد 9 بعلت داشتن بافت ریزتر و میزان بقایای گیاهی بیشتر بر روی سطح خاک ، از حساسیت کمی نسبت به فرسایش بادی برخوردار است ( نمودار 1 ) توصیه میشود در اراضی کشاورزی ، پس از برداشت محصول ، بقایای گیاهی بر روی سطح خاک باقی گذارده شود و یا اینکه عمود برجهت باد غالب ، شخم زده شوند تا زبری ناشی از کلوخه های سطح خاک باعث کاهش سرعت باد در نزدیکی سطح و بدام افتادن ذرات فرسایش یافته در بین کلوخه ها گردد.

روشهای اندازه گیری زبری سطح خاک (Soil surface roughness )  و کاربرد آن در فرسایش بادی

مقدمه

ناهمواریهایی که در اثر وجود کلوخه ها در سطح زمین ، یا جوی و پشته هایی که توسط شخم ایجا میشود را زبری سطح خاک گویند . زبری سطح خاک تأثیرات معنی داری بر روی فرسایش آبی و بادی دارد ( 9 ) اثراث زبری سطح خاک بر روی فرسایش بادی به خوبی مشخص شده است ( 4 ) انواع زیری مؤثر در فرسایش بادی شامل زبری تصادفی (Random Roughness 0  و زبری جهت دار شده (Oriented Roughness )  است زبری تصادفی ، ناشی از خاکدانه ها و کلوخه هاست و زبری جهت دار ، بوسیله ابزار شخم زدن و مسیرهای چرخ وسایل شخم بوجود می آید ( 3 ) کمی کردن داده های زبری شامل دو مرحله جمع آوری داده های ارتفاعی سطح خاک و تجزیه و تحلیل داده ها براساس شاخص های توصیف کننده زبری میباشد.موارد یاد شده در مدلهایی نظیرEQ ( Wind erosion Equation ) و (WindWEPS  ( Erosion prediction system    به کار برده میشوند ( 12 ) . بنابراین اولین مرحله از کار ، جمع آوری داده های ارتفاعی سطح خاک میباشد ، که در اینجا روشهای متداول اندازه گیری زبری سطح خاک در فرسایش بادی ، بیان و سپس مورد بررسی قرار میگیرند .

مواد و روشها

روشهای  اندازه گیری زبری سطح خاک را به دو روش کلی تقسیم بندی می کند . زوش تماسی (contact )  ، مانندPin meter و  chain method  و روش غیر تماسی ( noncontact )   مانند روشهای اولتراسونیک ( 7 ) و اپتیکال یا تصویری نظیر روش لیزری ( 2 ) . از میان روشهای مختلف اندازه گیری زیری سطح خاک که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرند ، روشهای لیزری Pin meter و  chain method متداول میباشند . دقت دستگاه لیزری 25/0 میلیمتر است ، و با تغییرات شیب سطح زمین ، دقت آن کاهش می یابد (8) این دستگاه به دو نفر برای برپا کردن آن که حدود 2 ساعت طول می کشد ، نیاز دارد و22 ترانسکت را در مدت یک ساعت میتواند اندازه گیری کند . هر چند پیشرفت های خوبی در این زمینه شده است ( 2 ) ، اما سیستم لیزری ، گران و با تکنولوژی بالاست و تهیه ، آموزش و نگهداری آن مشکل میباشد . لذا این وسیله همانگونه که هم اکنون نیز معمول است بیشتر در آزمایشگاهها استفاده میشود یکی از آسانترین و از اولین وسایل اندازه گیری تغییرات نیمرخ سطح خاک Pin meter است ( 6 ) ، سیر تکاملی ثبت کردن داده های این وسیله شامل ثبت دستی ( که وقت گیر و همراه با خطای بسیار است ) و ثبت الکترونیکی ، ثبت دیجیتالی ( ثبت با استفاده از عکس و برنامه کامپیوتری PMP (Pin Meter Program )  میباشد ( 13) . مطالعاتی که بوسیله صالح (9) به منظور بوجود آوردن یک روش ساده ، ارزان و سریع براساس تعاریف موجود ( 5 ) و (1) و برای تعیین زبری خاک انجام شد منجر به ابداع روش Chain method   گردید . در این روش ، یک زنجیر به طول L1   وقتی که بر روی یک سطح زبر قرار می گیرد ، دارای فاصله افقی کوتاهتری (L2),  نسبت به طول L1 خواهد شد . اختلاف بین L1 و L2 ، رابطه ای با درجه زبری خواهد داشت .

بحث و نتیجه گیری

نقدهائی در زمینه روشهای ذکر شده به خصوص روش اخیر از سوی دانشمندان صورت گرفته است که میتوان به نقد آقای اسکیدمور  (11) اشاره نمود . البته در جواب ایشان صالح ( 10 ) توضیحاتی ارائه داده است که با دقت و تأمل در آن میتوان به نکاتی دست یافت . با نگاهی اجمالی به مبانی نظری روش chain method  و بررسی معادلات مربوطه ، میتوان دریافت که در استفاده از این روش باید محتاطانه عمل نمود . با توجه به محدودیت های دستگاه لیزری ، از قبیل نگهداری ، تعمیر، آمورش افراد مجرب ، و نیز مشکل استفاده آن در صحرا ، بنظر میرسد که این دستگاه بیشتر در آزمایشگاه  و تحقیقات خاص میتواند مورد استفاده قرار گیرد ، حال آنکه از دستگاه Pin mete   میتوان به سهولت و با دقت کافی جهت مطالعات صحرایی استفاده گردد .

کمی نمودن رسوبات فریاشی یافته بادی در منطقه شرق اصفهان

فرسایش خاک به وسیله باد اساساٌ یک فرآیند جریان و سیر مواد میباشد که در طی این فرآیند خاک از سطح قابل فرسایش برداشت و به حالتهای گوناگون ( تعلیق ، جهش و خزش سطحی ) در پاسخ به تنش برشی باد و بمباران ذرات خاکی که قبلاً در جریان باد وارد شده اند حمل میشوند و به دنبال آن ته نشینی مجدد رسوبات حمل شده توسط باد صورت میگیرد ( 3) . مقادیر مواد حمل شده به وسیله روشهای حمل به سرعت باد ، چگالی ذره و بافت سطحی خاک بستگی دارد . برای مطالعه فرسایش بادی منطقه و طرح و ارریابی فن آوریهای کنترل فرسایش بادی به مشاهده های جزیی تر حمل رسوبات ناشی از وزش باد د آن منطقه نیاز است . حمل ذرات ناشی از وزش باد در منطقه معمولاٌ به وسیله تله های رسوب گیر نمونه برداری میشوند . ( 2 و 4 ) .

اگر چه تله های رسوب گیری تشریح شده در منابع از نظر شکل و اندازه متفاوت هستند ، ولی عموماً شامل یک آزایش عمودی از تله های رسوب گیر میباشند . هر تله در طول مدت یک واقعه فرسایش بادی مواد در حال حرکت در ارتفاع معینی را جمع آوری می کند . از وزن مواد به دام افتاده و مدت وزش طوفان ، دبی جرم ذرات به صورت افقی اندازه گیری میشوند . نرخ حمل ذرات در نقطه مورد مشاهده به وسیله جمع کردن نیمرخ دبی جرم ذرات افقی در طول ارتفاع بدست می آید . هدف از این مطالعه کمی کردن حمل ذرات ناشی از وزش باد در طول دوره های معین در منطقه شرق اصفهان و کاربرد چندین مدل جهت محاسبه نرخ حمل ذرات میباشد . علاوه براین ارتباط بین توزیع عمودی رسوبات فرسایش یافته بادی و ارتفاع رسوب به وسیله نمونه بردار BSNE    تعیین گردید .

مواد و روشها

مطالعه تحت  شرایط منطقه و آزمایشگاه انجام گردید . مجموعه ای از نمونه بردارهای از نوع BSNE¹  در اواسط اسفند ماه 1377 در قسمت شرقی پایگاه شهید بابایی اصفهان در منطقه ای هموار ، پوشیده از رسوبات بادی به ضخامت 5 تا 30 سانتیمتر و تقریباٌ عاری از پوشش گیاهی نصب گردید که به دور از موانع جهت مزاحمت از وزش باد میباشد . نمونه های مواد خاکی از خاک فرسایش یافته در طی 10 دوره نمونه برداری از 17/12/1377 تا 3/5/1379 در ارتفاعات 24/0 ، 6/0 ، 08/1 ، 60/1 ، 2،3 و 4  متر از سطح زمین با استفاده از نمونه بردار BSNE جمع آوری گردید . خاکهای منطقه عموماً در فامیل فاین – لومی ، جیپسک هاپلو سالیدز ، با 31 درصد شن ، 41 درصد لای ، 28 درصد رس ، 5/16 درصد کربنات کلسیم و 1/33 درصد گچ قرار می گیرند . قبل از استفاده از نمونه بردار BSNE در صحرا با استفاده از یک تونل بادی مدار باز راندمان تله اندازی ( p    )  آن تعیین و نمونه بردار واسنجی گردید از رسوبات منطقه مورد مطالعه جهت آزمایش واسنجی استفاده گردید . متوسط راندمان تله اندازی  نمونه بردار با بادهایی با سرعت 2/5 تا /7 متر بر ثانیه 51/0 بدست آمد ( 1) . ارتباط بین مقدار مواد انتقال یافته به وسیله باد و ارتفاع نمونه بردار با استفاده از مدلهای مختلف ( توانی ، معکوس ، لگاریتمی و نمایی و .... ) به وسیله برنامه spss مورد آزمون قرار گرفت . مقدار کل مواد انتقال یافته به وسیله باد ( عرض Q,g/cm)  به ازای یک سانتیمتر عرض دهانه نمونه بردار در ارتفاع 24/0 تا 4  متر ی از سطح زمین جمع آوری میگردد به وسیله انتگرال گیری معادلات رگرسیون برازش شده در محدوده ارتفاع 24/0 تا 4 متر محاسبه گردید . جهت محاسبه  مقدار نقل و انتقال کل جرم ذرات ( عرض Qt.) محدوده ارتفاع 24/0 تا 4 متر محاسبه گردید . جهت محاسبه مقدار نقل و انتقال کل جرم ذرات ( عرض Qt.g/cm ) در نقطه نمونه برداری بایستی مقدار Q   محاسبه شده به وسیله راندمان تله اندازی نمونه بردار تصحیح گردد . (n=Q/Qt)  نرخ  نقل و انتقال کل جرم ذرات ( روز و عرض mt,g/cm )  به وسیله تقسیم مقدار Qt به تعداد روز نمونه برداری بدست می آید . این مقدار بیانگر جرم کل رسوبات ناشی از وزش باد در ارتفاع 4 متری است که از نواری با پهنای یک سانتیمتر به طور عمودی در متوسط جهت باد به ازای ک روز عبور می کند . البته فرض براین است که قدار سهم رسوبی که در ارتفاع بالاتر از 4 متر منتقل میشود نسبت به جرم کل حمل شده می تواند در نظر گرفته نشود .

نتایج و بحث

رسوبات سطحی منطقه مورد مطالعه ریز ( متوسط اندازه ذرات(zm) 2تا 3 فی یت 125 تا 250 میکرون ) با جور شدگی متوسط تا نسبتاً خوب ( انحراف معیار ترسیمی جامع فولک(   Id  ) 68/0 تا 93/0 فی ) و کج شدگی زیاد به سمت ذرات دانه ریز ( کج شدگی ترسیمی جامع فولک SKI  ، 34/0 – تا 13/0 - ) میباشد . در هر دوره نمونه برداری ، مقدار درصد ذرات بزرگتر از 3 فی (125> میکرون ) و  مقادیر SKI با افزایش ارتفاع نمونه بردار زیاد و مقادیر z m (m m) وId با افزایش ارتفاع کاهش می یابد . بنابراین با افزایش ارتفاع بات توجه به کاهش شدید مقدار رسوب بدام افتاده درصد نسبی ذرات ریز افزایش و توزیع اندازه ذرات به سمت ذرات ریزدانه تر متمایل می گردد به طوریکه درصد نسبی ذرات کمتر از 63 میکرون ار ارتفاع 24/0 تا 4 متری از سطح زمین از 8/8 به 1/70 درصد افزایش می یابد ( شکل 1 ) این تغییر شاید به دلیل چگونگی حمل ذرات باشد بطوریکه ذرات کمتر از 100 میکرون به صورت تعلیق جابجا می شوند ( 4 ) .  و ذرات بزرگتر از 100 میکرون با افزایش ارتفاع کاهش می یابد که مبین حمل این ذرات به صورت جهش میباشد ( شکل 1 ) در هر دوره نمونه برداری درصد رطوبت اشباع ، ظرفیت تبادل کاتیونی و مقدار کربنات کلسیم با افزایش ارتفاع زیاد میشوند به طوریکه با افزایش ارتفاع از 24/0 تا 60/1 متر به ترتیب مقادیر فوق از 3/49 به 5/53% ، 6/20 به 2/31m/S  ، 9/3 به 1/6 خاک meq/100 gr   و از 4/16 به 1/26 درصد افزایش می یابد .

شکل 1- هیستوگرام درصد فراوانی توزیع اندازه ذرات رسوبات بادی بدام افـتاده در نمونه بردار BSNE  در 7 ارتفاع در طی زمان 23/1/78 – 17/12/1377

از طرفی مقدار وزن مخصوص ظاهری رسوبات جمع آوری شده از 12/1 به 02/1 گرم بر سانتیمتر مکعب کاهش می یابد . این به این دلیل است که درصد نسبی ذرات ریز در رسوبات جمع آوری شده در سطوح بالاتر بیشتر میباشد . همچنین به دلیل چگالی کم ، نمکها می توانند به صورت تعلییق تا ارتفاعات زیاد حمل شوند. مقدار مواد ناشی از وزش باد ( عرض kg/100 m  )برابر با 44/206 ، 88/55 ، 39/3 ، 91/85 ، 55/42 ، 29/23 ، 50/39 ، 37/6 ، 68/22 ، 92/52  به ترتیب در طی 36 ، 13 ، 15 ، 20 ، 55 ، 43 ، 68 ، 58 ، 61 و 90 روز نمونه برداری می باشد ومتوسط نرخ حمل مواد 8/161 ( روز× عرض g/100 m  K)

است همچنین مقدار مواد ناشی ازوزش باد با افزایش ارتفاع کاهش می یابد( شکل 2 ) بیشترین مقدار در طی دوره های نمونه برداری از 5/12/78 الی 5/2/79 و 17/12/77 الی 23/1/78 تعیین ردید. این با ساعتهایی که سرعت باد بیشتراز3/5 متربرثانیــه (سرعت آستانه ) در ماههای اسفند و فروردین مطابقت دارد . کمترین مقدار نرخ حمل ذرات در طی دو دوره مشخص اتفاق می افتد . در طی فصل مرطوب ( آذر و دی ) که سطح خاک مرطوب و سرعت باد کم میباشد و اوایل فصل مرطوب ( شهریور و مهر ) که متوسط سرعت باد غالب 2/3 تا 1/4 متر بر ثانیه می باشد که از سرعت آستانه جهت حرکت ذرات کمتر است . مدل توانی بهترین مدل جهت توصیف ارتباط بین مقدار مواد فرسایش یافته و ارتفاع نمونه بردار تعیین گردید . این مدل بخش معلق جریان را توصیف می کند ، اما برای ذراتی که به صورت جهشی و خزشی سطحی در ارتفاع کمتر از 6/0 متر حمل میشوند رضایت بخش نمی باشد و محاسبه مقدار حمل ذرات در سطوح پایین تر معمولاٌ سبب تخمین زیادتر مواد ناشی از وزش باد میشود .

شکل 2 – مقایسه مقدار رسوب جمع آوری شده در 10 دوره نمونه برداری به وسیله نمونه بردار BSNE

نتیجه گیری

نتایج بدست آمده در این مطالعه ، انتقال تدریجی و انتخابی ذرات ریز توسط فرآیند فرسایش بادی را نشان میدهد ، بطوریکه سرعت نسبی انتقال به شرایط سطح و پارامترهای اقلیمی بستگی دارد . علاوه بر این ، درصد زیاد ذرات ریز کمتر از 90 میکرون در رسوبات فرسایش یافته بادی منجر به تخریب خاک در طی چندین سال میشود در تحقیقات آینده ، طراحی و کاربرد نمونه برداری هایی مورد نیاز است که بتواند مواد حمل شده توسط باد را بطور مجزا ( تعلیق ، جهشی و خزشی سطحی ) مورد ارزیابی قرار دهد . همچنین تعیین راندمان تله اندازی نمونه بردارها بایستی در صحرا صورت گیرد . زیرا تونل بادی نسبت به صحرا از شرایط یکنواخت تر و از درجه تلاطم کمتری برخوردار است و بنابراین ممکن است راندمان متفاوتی نتیجه دهد .

تعیین شار سایش و انتشار ذرات خاک با استفاده از خصوصیات خاک و شبیه سازی سرعت و جهت باد

مقدمه

پدیده فرسایش بادی یا به عبارت دیگر حساسیت اراضی نسبت به باد مانند بسیاری از پدیده های طبیعت مورد توجه دانشمندان جهان قرار گرفته ، و تاکنون مخصوصاٌ در دهه های اخیر سعی و تلاش زیادی در زمینه کمی کردن معیارهای شناسایی این پدیده بعمل آمده است . توانائی پیش بینی دقیق فرسایش خاک برای بسیاری منظورها ، از جمله برنامه های حفاظتی ، منابع طبیعی و کاهش آلودگی هوایی ناشی از طوفان ضروری است ( 6) چپیل (4) با استفاده از تونل باد نشان داد که فرسایش پذیری خاک کاملاٌ تحت تأثیر توزیع اندازه خاکدانه های خشک قرار می گیرد . هاگن (5) چگونگی فرسایش بادی و سایش خاکدانه را در تونلهای باد مورد مطالعه قرارداده واظهار داشت که سایش و انتشار به عنوان منابع حرکت خاک عمل می کنند . اسکیدمور و لیتون (9) تأثیر پایداری خاکدانه ها در حالت خشک را بر میزان فرسایش بادی در ده خاک ایالت کانزاس آمریکا مورد ارریابی قرار داده ، و مدلی را جهت پیش بینی پایداری خاکدانه ها  با استفاده از خصوصیات خاک در شرایط فرسایش است . وی اظهار میدارد که فقط از طریق پیش بینی پایداری خاکدانه و سله ها میتوان به پیشرفتهای خوبی در زمینه معادلات شار سائیدگی دست یافت . از طرف دیگر پیش بینی ساعتی سرعت و جهت باد ، با استفاده از شبیه سازی و مدلهای استوکاستیک ویبل (2) با تخمین بسیار عالی ( باد بعنوان عامل اصلی فرساینده ) در ترکیب با عامل خاک ( فرسایش پذیر ) بعنوان پیش بینی فرسایش در منطقه بسیار مهم میباشد . لذا در این تحقیق شار سایش و شار انتشار ذرات خاک در خاکهای گوناگون در منطقه یزد ، که به نوعی پیش ینی فرسایش بادی با استفاده از آمار باد تاریخی و شبیه سازی شده این منطقه نیز میباشد ، محاسبه گردید .

مواد و روشها

نمونه برداری از محدوده اراضی واقع در تپه های شنی واقع در شمال شهرستان یزد و همچنین اراضی کشاورزی در نقاطی با کیفیت مناسب خاک انجام گرفت ( 2) . خصوصیات فیزیکوشیمیایی این خاکها نظیر توزیع اندازه خاکدانه ها ، درصد ماده آلی ، کربنات کلسیم معادل ، بافت خاک  ، حداکثر ارتفاع پستی و بلندی خاک یا (Z _max )   در هر کدام از اراضی و میزان شکستگی اولیه خاکدانه در هر یک از خاکها اندازه گیری شد ( 2 ) .  چنانچه شرایط فرسایش بادی فراهم باشد و سرعت باد نیز از 8 متر بر ثانیه بیشتر شود ، ذرات خاک شروع به حرکت می کنند ( 7 ) در این مرحله با توجه به نتایج بدست آمده از پیش بینی سرعت و جهت باد با استفاده از مدل ویبل و شبیه سازی استوکاستیک ( که با استفاده از آمار سی ساله ایستگاه سینوپنتیک یزد انجام دادیم ) و با در نظر گرفتن سرعتهای بیشتر از 8 متر بر ثانیه ( بادهای فرساینده ) (1) میزان شارانتشار (G_em) و شارسایش(G_an  ) محاسبه و مجموع آنها تعیین گردید.( 1 )

نتایج و بحث

ضرایب همبستگی بین شارهای محاسبه شده با استفاده از آمار داده های شبیه سازی شده سالهای 1980 -1966  و همچنین با داده های تاریخی سالهای 1981 تا 1995 در ماههای پر باد و در کل سال ، نشان دهنده همبستگی خوبی بین آنها میباشد . خاک Sandy Loam   مساعدترین خاک از نظر فرسایش پذیری در میان خاکهای مورد آزمایش در این تحقیق بود. از نر مقایسه میان خواص مختلف خاکهای مورد آزمایش ، تغییرات بافت خاک و از همه مهمتر درصد رس در این زمینه نقش تعیین کننده دارد . بنابراین می بینیم خاک Sandy Loam از جهات دو خصوصیت ذکر شده ، وضعیت نامناسبی را نسبت به خاکهای دیگر دارد . بیشتر بودن مقدار (G_en) نسبت به

(G_an  ) در خاک Loamy sand  به این دلیل است که درصد ذرات آزاد کوچکتر از 1/0 میلیمتر این خاک بیشتر و میزان خاکدانه کمتر است ( تپه های شنی ) این محاسبات و نظایر آن در ماههای پربادتر نتایج بهتری را نسبت به ماههای کم باد ، برای داده های شبیه سازی شده و تاریخی نشان میدهد ، با توجه به ضرایب همبستگی تعیین شده و با وجود اینکه ماه آگوست ، یکی از ماههای کم باد به حساب می آید ، همبستگی نشان داده شده بین این داده ها متوسط است ولی در ماههای پرباد و در کل سال ضرایب همبستگی نشان دهنده همبستگی خوبی بین داده های ذکر شده هستند و نشان دهنده اعتبار مدل شبیه سازی باد و محاسبه فرسایش میباشند . بین سرعت و جهت باد تاریخی و شبیه سازی شده اختلاف کوچکی وجود دارد ولی داده های ذکر شده تطابق خوبی را نشان می دهند . در ماههای کم بادی همچون آگوست تطابق داده های سرعت و جهت باد تاریخی و شبیه سازی شده نسبت به ماههای پرباد کمتر است که با توجه به اینکه فرسایش بادی با توان سوم سرعت باد متناسب است ، بنابراین تفاوت های کوچک در سرعتهای باد ، در محاسبه شار فرسایش بادی ، به اختلاف بزرگی تبدیل شده و موجب میشوند همبستگی نشان داده شده بین این داده ها ، در محاسبه شار فرسایش بادی ، به اختلاف بزرگی تبدیل شده و موجب میشوند همبستگی نشان داده شده بین این داده ها ، در ماههای کم بادی همچون آگوست نسبت به ماههای پر باد کمتر باشد . بنابراین با توجه به نتایج حاصل از ترکیب این دو مدل ، میتوان به نتایج ارزشمندی در پیش بینی فرسایش بادی منطقه دست یافت .

کلیاتی درباره خاک

بافت خاک:

پخش جامد خاک مجموعه بسیار پیچیده أی از مواد معدنی و آلی بوده و ترتیب قرار گرفتن ذرات کمیت و کیفیت ویژگیهایی از قبیل تخلخل ، ساختمان و وزن مخصوص ظاهری خاک را تعیین می کند اندازه ذرات جامد در خاک از چند انگسترم تا چند دسی متر نوسان دارد.

مواد آلی خاک از بقایای جانوری و گیاهی در مراحل مختلف تجزیه و کون و فساد و میکرو ارگانیسم هائی که مسئول این تجزیه هستند مرکب است. مواد آلی تأثیر غیر قابل انکاری در خواص فیزیکی خاک داشته و فراوانی یا کمبود آن در نفوذ آب به خاک ظرفیت نگهداری رطوبت و کیفیت آب در خاک و ایجاد خاکدانه ها مؤثر است. از تجزیه مواد آلی ، ترکیبات حاصل می شوند که مانند ملاتی ذرات خاک را به یکدیگر می چسبانند. برخی از اجزاء متشکله مواد آلی لیگنن ، سلولز، چربیها و انواع مومها نباتی تجزیه شده و به تدریج که برخی تجزیه پذیر به عناصر ساده‌أی تبدیل می شوند اجزاء دیگر مواد آلی که به سهولت تجزیه پذیر نیستند در خاک تراکم حاصل می نمایند این مواد از نظر ازت و پروتئین بسیار فقیر بوده و شاید همین کمبود دلیلی بر مقاومت آن است مقدار هوموس در خاک بین 1/. تا 5 درصد متغیر است و به رغم اندازه های گوناگونی که دارد یک کلوئید محسوب می شود( صفحه 1 فیزیک خاک).

نیروی جاذبه بین ذرات خاک:

انواع مختلفی از نیروها در حد فاصل بین ذرات خاک یا سطوح ذرات رسی اعمال می شود. به عبارت دیگر منشاء این نیروها متفاوت است ولی همة آنها الکتریکی است قویترین این نیروها، نیروی یونی یا کوکب می باشد که بین دو اتم با بار الکتریکی

متفاوت به وجود می‌آید این نیرو با عکس العمل مجذور فاصله بین دو اتم کاهش می یابد و ما قوا اتم ها از شبکه در تبلور است.

نیروی جاذبه بین ملکولهائی که از نظر الکتریکی خنثی است ، با نیروی Vandedwaal و London که به اختصار (V-L) نامیده می شود مشخص می گردد. این ملکول‌ها دو قطبی نبوده لذا مقداری نیروی جاذبه تابع بار الکتریکی آنها نیست این نیرو با توان هفتم فاصله بین دو ملکولی نسبت معکوس دارد و دامنه نفوذ آن فوق العاده کوچک می باشد بدیهی است این نکته را باید به خاطر داشت که گر چه ملکول هایی که نیروی (V-L) در آ“ها مؤثر است ذاتاً دو قطبی نمی باشند ولی حرکت سریع الکترون ها سبب می شود که در توجیه خاصی از ملکول ها ، یک حالت دو قطبی موقتی به وجود آید. چنین محاسبه شده است که از فاصله بیش از صد انگسترم ، یک اتم نمی تواند اتم دیگری را دو قطبی کند (ص 59 روابط آب و خاک).

تجزیه مکانیکی خاک:

منظور از تجزیه مکانیکی خاک تفکیک ذرات خاک از روی وزن آنهاست و بدین منظور تا حصول نتیجه نهایی، مراحلی باید طی شود. از مرحله اول توده خاک کوبیده می شود تا

بتوان آن را از الک هائی عبور داد جداسازی کلیه ذراتی که قطر  آنها از 74 میلی متر بزرگتر با یک ردیف الک امکان پذیر می باشد.

برای ذرات کوچک تز ار 74% میلی متر به روشی که در آن سرعت ترتیب ذرات در آب اندازه گیری می شود اساس این روش ، استفاده از قانون استوکز است که بعداً شرح داده خواهد شد. با این روش ، مقدار ذرات شن و سلیت در نمونه خاک تعیین می شوند ولی برای تعیین ذرات رسی که اغلب کلوتیدی بوده و قطر آن کمتر از 0002/0 میلیمتر

است لازم است که چند هفته‌أی در یک درجه حرارت ثابت ، آزمایش ترشیب و ته نشینی ذرات ادامه یابد تا ذرات رس نیز ته نشین شوند. چون این امر از نظر عملی دشوار و بی مورد است لذا برای تسریع در ته نشینی از سانترفیوژ استفاده می کنیم. (ص12 کتاب فیزیک خاک)

قانون استوکز:

اگر مقداری خاک را در استوانه پر از آب رها سازیم ذرات خاک بسته به شکل و اندازه أی که دارند شروع به ته نشینی می کنند. استوکز (0850) Stokes فیزیکدان انگلیسی برای چنین پدیده‌أی معادله‌أی یافته است که در تعیین بافت خاک مورد استفاده قرار می‌گیرد.

          اگر یک ذره کروی جامد به شعاع r وزن مخصوصی p و جرم m را در مایعی که در حال سقوط است در نظر بگیریم نیروی ثقل که بر آن اعمال می شود عبارتست از:

3 4

3

 

F₁ = mg =  (               r p ) g

که در آن g  شتاب ثقل است. این نیروی رو به پایین با نیروی دیگری که مساوی وزن آب جابجا شده است ، در مصاف بوده و می‌خواهد مانع افتادن ذره به سطوح پایین تر شود.

4 3

3

معادله استوکز:

این نیرو عبارتست از F₂ = - (                r p f)g

که در فرمول فوق pf وزن مخصوص مایع یا آب است.

از طرفی چون ذره در حرکت است پس نیروئی مناسب با سرعت ذره نیز مقاومتی در برابر سقوط آزاد آن ایجاد می‌کند تا مقدار آن از رابطه ذیل محاسبه شود.

F₃ = - 6      r n V

در این معادله V سرعت یکنواخت ذره و n گرانروی مایع است پس از حصوص سرعت یکنواخت ، شتابی در کار نبوده و نتیجه این نیروها بر روی هم مساوی صفر می‌شود.

3 4

پس  f₂ + f₂ + f₃ = 0

و یا   r (p-p f) g – 6      r n V =0

2 9

r  g n

2

3

3

اگر از رابطه فوق سرعت V را پیدا کنیم نتیجه ذیل عبارت خواهد بود

V=                     - ( p – p f)

معادله فوق نیز از خاکشناسی تیتیر مرد استفاده قرار می گیرد لذا این معادله نیز به نام استوکز نامیده می شود ( صفحه 13 فیزیک خاک).

 

محدودیت های مورد نظر در کاربرد معادله استوکز

الف): ذرات بایستی کروی و سخت و جامد باشند ذرات غیر کروی با سرعت کمتر یا بیشتر از ذرات کروی سقوط می کنند ذرات غیر کلوئیدی از قبیل شن و سلیت شکل کم و بیش کروی دارند ولی ذرات کلوئیدی بویژه رس ها پولک مانند بوده و نسبت به ذرات کروی با وزن مشابه ، کندتر ته نشین می‌شوند.

ب): اندازه ذرات نسبت به اندازة ملکول های مایع بایستی بزرگ باشند تا بتوان محیط را یک محیط همگن تلقی کرد. به عبارت دیگر ذرات نباید بعد از خود حرکت براوانی که از ویژگیهای کلوئید هاست نشان دهند. معمولاً ذرات کوچکتر از 002/0 میلی متر این پدیده

را ظاهرمی سازند و در نتیجه با معداله استوکز می توان فراوانی ذرات را از Sandvery fine تا Co arseclay تعیین کرد.

ج): سقوط ذرات بایستی آزاد باشد و در این سقوط ، ذرات مزاحم یکدیگر نگردیده و ذرات بزرگتر مانند قیمی ذرات کوچکتر را با خود انتقال ندهند. اگر غلظت ذرات در حدود 3 تا 5 درصد بوده و قطر استوانه محتوی مایع اقلا ده برابر بزرگترین ذره خاک باشد امکان سقوط ازاد تأمین خواهد بود. (صفحه 14 فیزیک خاک)

ترکیب مکانیکی خاک:

منظور از ترکیب مکانیکی خاک ، چگونگی کمی و کیفی ذرات آلی و معدنی در خاک می باشد.

معمولاً مواد بزرگتر از دو سانتی متر به سنگ Ston موسوم بوده و قطعاتی که قطر آنها بین دو سانتی متر و دو میلی متر نوسان می نماید سنگ ریزه  ( Gdavel) نامیده می شود اصطلاح خاک نرم  Fine Earth نیز به ذرات کوچک تر از هر میلی اطلاق می شود.

تجزیه های فیزیکی و شیمیایی که در خاک شناسی متداول است بر روی خاک نرم صورت می گیرد اجزا متشکله خاک نرم رس ( Clay) سیلت (Silt) و شن ( Sand) می باشد.

شکل ذرات شن Sand و سیلت معمولاً کروی یا مکعبی بوده و در واقع کانی هایی هستند که پس از تبلور سنگهای مختلفی را بودجود آورده اند ذرات رسی Clay به ندرت شکل کروی داشته و اغلب پولک مانند می باشند بعضی از کوچکترین ذرات خاک نیز شکل مشخصی ندارند (صفحه 30 کتاب روابط آب و خاک).

رس های خاک:

واژة رس یا Clay برای افراد مختلف معانی متفاوتی دارد ولی آنچه در خاکشناسی مورد نظر است ذارتی هستند که قطر یا اندازه آنها از دو هزارم میلی متر کوچکتر است این ذرات شامل بلورهای مطبق آلومینیوسیلیک ، اکسیدهای آهن و آلومینیوم و سیلیسیم و همچنین هر ذره از کانی های دیگر که واجد شرایط ابعاد باشد می شود.

          بخش اعظم خاک رس خاک به حالت کلوئیدی است و به همین جهت از یک سطح ویژه قابل توجه برخوردار است حد بین رس کلوئیدی و رس غیر کلوئیدی تصنعی بوده و به طور دلخواه در 0002/0 میلی متر قرار دارد. ذرات کلوئیدی که در حالت تعلیق می باشند از خود حرکت Brownian ظاهری می سازند بدین معنی که ملکولهای محیط تعلیق ذرات را از این سو به آن سو می رانند در مورد ذرات بزرگترین ضربات ملکولها در جهات مختلف ، همدیگر را دفع می کنند و جسم یا ذره در حالت سکون باقی می ماند

(صفحه 37 کتاب روابط آب و خاک)

ساختمان خاک ( Soilstructure)

منظور از ساختمان خاک ، ترتیب قرار گرفتن ، توجیه و سازمان ذرات شن و سیلت و رس در خاک می باشد گاهی این اصطلاح برای تعریف شکل هندسی خلل و خرج خاک نیز استفاده می شود و چون ترتیب قرار گرفتن ذرات به نحوی است که به آسانی نمی توان آنرا با شکل هندسی معینی مشخص کرد ، لذا روش مستقیمی برای اندازه‌گیری ساختمان خاکموجود نیست و مفهوم ساختمان خاک بیشتر جنبة کیفی دارد روشهای متداول برای مشخص کردن خاک نیز در واقع روشهای غیر مستقیمی هستند که خواصی از خاک را که تابع ساختمان خاک است اندازه گیری می‌کنند.

به طور کلی سه نوع ساختمان امکان پذیر است اول ساختمان تک دانه‌أی که در آن ذرات خاک هیچ ارتباط و پیوستگی با هم ندارند. دوم ساختمان توده‌أی یا حجیم که در آن ذرات خاک به هم پیوسته و تودة بزرگ و یکپارچه أی را تشکیل می دهند . سوم ساختمان خاکدانه‌أی که حد واسط بین  دو نوع ساختمان فوق الذکر بوده و از الحاظ کشاورزی فوق العاده مطلق می باشد. ( ص 47 روابط خاک و آب).

عوامل پایداری ساختمان خاک:

پایداری ساختمان خاک خصوصاً خاکدانه ها به عوامل چندی بستگی دارد که به شرح زیر است:

1ـ نیروی Gohesio ـ این نیرو از بار منفی ذرات رسی مشتق می‌شود و در نتیجه هنگامی جالب توجه است که ذرات از سطح ویژه بزرگی برخوردار بوده و این سطوح در تماس

باشند بنابراین تاثیر جذب ملکولی در خاک خشک حداکثر و در خاک مربوط حداقل خواهد بود.

2ـ نیروی Adhesion ـ برای اینکه بتواند ذرات خاک را به هم بپیوندد به آب و هوا هر دو نیاز است هر چه هلال حد و فاصل آب و هوا داری انحنای بیشتر باشد کشش سطحی در واحد سطح افزایش می یابد از طرفی با ازدیاد رطوبت در خاک ، سطح تماس آب با ذرات خاک بیشتر می‌شود ولی کاهش کشش سطحی در واحد سطح چندان چشمگیر نمی باشد بدین جهت در خاک خشک و اشباع تاثیر نیروی Adhesion  کمترین و در حالت مرطوب بیشترین خواهد بود ضمناً بایستی توجه داشت که ساختمان خاک هنگامی تشکیل می شود که مقدار نیروی Gohesion از Adhesion بزرگتر است. (ص 48 کتاب روابط خاک و آب)

3 ـ کانی های رس:

رس ها به عنوان ملتی ذرات خاک را به هم متصل می کنند و از طرفی در اثر انقباض و انبساط تودة خاک را به قطعات کوچک تر تبدیل می نمایند معمولاً پیوسته‌أی از کانی های رسی دور ذرات خاک را احاطه کرده و خاکدانه هایی به وجود می‌اورد که پایدار بوده و در طبقه بندی خاک ها نیز مورد استفاده قرار می گیرد مثلاً در خاک های لاتوسول یالا تریتی ، پیوسته رسی مشاهده نمی شود نوع یون های تبادلی نیز اهمیت داشته و کلیسم ، منیزیم و پتالیم موجب بهبود وضع ساختمان خاک وهیدروژن و سدیم تخریب انرا فراهم می سازند.

4 ـ مواد آلی ـ مواد الی هنگامی در تشکیل خاکدانه موثر است که فعال باشد و فعالیت آن از موجودات زنده خاک سرچشمه گیرد. از طرفی ریشه گیاهان با تشریح ترکیبات ژلاتینی ذرات را به هم پیوند می دهد رشد وتوسعه ریشه گیاهان نیز سبب متلاشی شدن توده

خاک و ایجاد خاکدانه می گردد ترکیبات آلی نیز بسته به نوع خود می توانند در خاکدانه بند و تثبیت آن موثر واقع شوند اخیراً بعضی از این ترکیبات برای تثبیت خاک Soilconditioning  استفاده می شود و این ترکیبات در حقیقت یک رشته طولانی از حلقه کربن است که جذب سطحی ذرات رس گردیده و مانند تسبیحی ذرات خاک را به یکدیگر متصل می سازد (ص 48 کتاب روابط خاک و آب).

هوا:

هوا از نظر فیزیکی به دو طریق در ساختمان خاک موثر است یکی اینکه تولید کشش سطحی می نماید و دیگر اینکه هنگام مرطوب شدن خاک خشک ، مقداری هوای محبوس در خاک حاصل می شود که اگر راه گریزی نداشته باشد به متلاشی شدن تودة خاک منجر می گردد.

از نظر شیمیایی وجود هوا رسوب کلوئیدهای آهن و آلومینیوم را تسهیل کرده و توام با گاز کربنیک هوای خاک موجبات حلالیت کلسیم و سایر یون های موثر در دانه بندی خاک را فراهم می سازد از نظر بیولوژیکی نیز هوا برای تنفس ریشه ها و موجودات زنده ضروری است و اگر خاکی به مدت طولانی غرقاب شود ساختمان آن تخریب حاصل کرده ، سیر قهقرائی می پیماید. در شرایط بی هوایی ترکیبات آلی که مانند ملاتی ذرات خاک را به هم وصل می کند، تشکیل نمی شود و آنچه که موجودات تجزیه می یابد به طور کلی ، ساختمان خاک در انتقال و جذب و هدایت آب ، نقش مهمتری از بافت خاک را داشته و در بعضی اراضی ، ایجاد درز و ترک در خاک سبب می شود که بخش عمده آب آبیاری از ایم معابر عبور نموده و مورد استفاده گیاه قرار نگیرد. (ص 49 کتاب اصول روابط خاک)

مواد آلی خاک:

مواد آلی خاک بالنفسه یک کیفیت قابل مطالعه در روابط آب و خاک نیست ولی چون جزء لاینفک هر خاک بوده و خواص فیزیکی و شیمیایی آن را تا حد قابل توجهی تغییر می دهد لذا بحث دربارة آن ضروری به نظر می رسد.

          کلیه اجسام الی در خاک ، زنده یا مرده ، تازه تا کهنه ، ساده یا پیچیده و مرکب ، مواد الی خاک را تشکیل می دهند. مواد آلی خاک شامل بقایای گیاهی و حیوانی در مراحل مختلف تجزیه ، هوموس ، میکرب ها و هر ترکیب آلی دیگری می باشد.

در تعریف مواد آلی حیوانات منظور نمی گردند ولی باکتریها ، قارچها و سایر میکرب ها به علت اینکه جداسازی آنها از سایر مواد آلی تقریباً غیر ممکن است جزو مواد آلی محسوب می شوند.

مواد آلی خاک در حد نهایی می توان به هوموس و سایر بقایا ، طبقه بندی کرد. منظور از بقایا ، انساج مرده گیاهی و حیوانی و مدفوعات حیوانی در مراحل مختلف فساد و تجزیه است. هوموس نیز  ماده آلی سیاه رنگی است که خواص فیزیکی و شیمیایی معینی داشته و شدت تجزیه آن مانند بقایا نیست. اگر چه انواع متفاوتی از هوموس بسته به نوع آب و هوا وگیاهان در خاک تشکیل می شود. (ص 49 کتاب آب و خاک).

کود سبز و اثرات آن بر مواد غذایی خاک

  مقدار آزتی که با کاشت لگومینوزها بخاک وارد می شود از گیاهی به گیاه دیگر بر طبق شرایط محیطی کشت متفاوب است و میزان آن به تکامل گیاه، زمان برگردانیدن آن به خاک و طول دورة رشد بستگی دارد. متوسط مقدار ازتی که گیاهان کود سبز خانوادة لگومنیوزها در کاشت فی مابین بخاک اضافه می نمایند حدود صد کیلوگرم در هکتار برآورد نموده اند ـ

و مقدار آن در یونجه به عنوان گیاه اصلی تا 200 کیلوگرم و شبدر100 تا 150 کیلوگرم در هکتار می باشد. کود سبز با دوره رویشی کوتاه بطور متوسط 70ـ50 کیلوگرم ازت تولید می نماید و این مقدار در شرایط مساعد 120-80 کیلوگرم می باشد ـ بطور کلی گیاه اصلی فقط 40-15 کیلوگرم ازت از خاک می توانند جذب کنند. در هر حال عوامل تثبیت ازت عبارتند از: گونة‌گیاه ـ تراکم بوته ـ رقابت علف های هرز ـ محیط و وضعیت عناصر غذایی خاک بخصوص مقدار ازتی که خاک در اختیار باکتری ها می گذارد بستگی دارد ـ گیاهان غیر لگومنیوز معمولاً
40-50 کیلو ازت از خاک جذب می کنند که حدود 15 کیلوگرم آن با زیر خاک نمودن بقایای گیاهی آن به خاک اضافه می شود و اگر تمام اندام های گیاهی آن بعنوان کود سبز بخاک داده شود تمام این مقدار ازت به خاک بر می گردد. دادن کود سبز به خاک فعالیت میکروبهای مفید خاک را تشدید نموده و باعث تصفیه گاز کربنیک، آمونیاک، نیترات و ترکیبات غذایی می شود. 

نقش باکتری های خاکزی، قارچ ها و جلبک ها

تعاریف کلی خاک و نحوه تشکیل آن:

بسیاری از لغات و الفاظی را که روزانه بر زبان می آوریـم می تـوان بـه طرق مختلف و با معانی گوناگون استـعمال نـمود.‍‍» خـاک « نیز از ایــــن قاعده مستثنی نمی باشد. به عبارت دیگر این لـغت بـه مـعنی کثیـف کردن نیز آورده شده اسـت. لفظ خـارجی خـاک یا Soil از زبـان فرانســوی و از ریشه لاتین Solum به معنی کف یا زمین مشتق شده است. 

به طور اعم لفظ خاک به مواد سطحی و خرد شده پوسته زمین اطلاق می‌ شود و بدین ترتیب از سنگهای محکم زیرین متمایز می گردد. از طرفـی، بسیاری از افراد خاک را به منزله وادی تلقی می نمایند که تغذیه و حمایت از گیاهان در حال رویش را عهده دار است. تعریف اخیر بسیار کلـی و جامع می باشد زیرا که علاوه بر خاک، سنگها، آب،‌ برف و حتی هوا نـیز قادر به حمایت از زندگی گیاهان می باشد. لفظ خاک ممکن است به موادی اطلاق شود که مخلوطی از مواد معدنی، مواد آلی، آب و هوا باشند. در این صورت حجمی که به وسیله هر یک از مواد فوق الذکر در شرایط ایده آل اشغال شده عبارت است از 45 درصد مواد معدنی، 5 درصد مواد آلی، 25 درصد آب و 25 درصد هوا. این نکته قابل توجه است که تقریبا نیمی از حجم کل خاک به وسیله خلل و فرج یا روزنه ها اشغال شده اسـت. نسبت و مقدار اجزای متشکله مزبور در دوران مختلف و همچنین از محلی به محل دیگر متغیر بوده و به خصوص میزان آب و هوا در خاک با یکدیگر رابطه معکوس دارند به نحوی که در اثر ورود آب به داخل خاک از مقدار هوای آن کاسته می گردد. از طرفی چنانکه آب موجود در خاک به وسیله زهکشی، تبخیر یا گیاهان خارج گردد گازها و هوا خلل و فرج تخلیه شده را پر می کنند. محتوا‍ مواد آلی یک خاک آلی از قبیل یک خاک ماک یا پیت نیز در مقایسه با یک خاک معدنی به مراتب بیـشتر است. به طور کلی سطح زمین از خاکهای گوناگون تشکیل یافته به نحوی که گوناگونی خاکی‌ ناشی از تحول آنها می باشد. خاکهای موجود در سطح کره زمین دائما در حال تغییر و تحول بوده و علاوه بر آن هر خاک از نقطه نظر زمین شناسی دارای دوران حیات مخصوص به خود می باشد. این حالت تغییر و تحول پذیری در تعریف خاک نیز گنجانیده شده و چنـین بیان شده است که « مشخصات خـاک در نتیـجه اثرات اقلیم و

                                                                                          3

موجودات زنده بر روی مواد اولیه بروز می نماید و اثرات مزبور نیز خود تابعی از پستی و بلندی یا شیب زمین بوده و در طی زمان ظاهر می گردند.»

در نتیجه عمل هوا دیدگی، سنگ بستر شکسته و خرد شده و مـواد اولیـه و سازنده خاک به وجود می آیند که به تدریج اثرات اقلیم، موجودات زنـــده، پستی و بلندی زمین و زمان در آنها ظاهر گـــشته و بدین وسیله خــاک به وجود می آید. هنـگامی که مواد اولـیه در معرض هوا قـرار می گــیرند و شرایط مساعـد باشد گیاهان فتوسـنتز کننده نیـز اسـتقرار پـیدا نــموده و در نتیجه رشد و نمو آنها بقایای مواد آلی تجمع حاصل می نماید.حیوانات، باکتریها و قارچها نیز به این جامعه بیولوژیکی پیوسته و از بقایای مواد آلی تغذیه می نمایند. از طرفی در اثر تجزیه مواد آلی عناصر غذایی موجود در آنها آزاد گردیده و مورد استفاده گیاهان قرار گرفته و یک دوره دیگر از فعالیتهای حیاتی آغاز می گردد. این نظریه که خاکهای کنونی دنیا در حال تحول بوده به تدریج به خاکهایی با خصوصیات کاملا متفاوت تبدیل می گردند کاملا تایید شده و بسیارمهم نیز می باشد. از طرفی چنین به نظر می رسد که برخی از خاکها به نهایی تکامل رسیده و از آن به بعد تغییرات آنها چندان محسوس نیست. از نقطه نظر تئوری تحول و گسترش خاکها تا زمانی ادامه می یابد که دیگر بعد از آن خاک قادر به حمایت از زندگی نباتات نمی باشد و این امر حتی در مورد خاکهای مناطق مرطوب که برای مدتهای طولانی به حال خود رها شده باشند نیز صادق است. در این گونه موارد عناصر غذایی موجود در کانیهای معدنی در اثر هوا دیدگی آزاد شده و به وسیله آب از خاک خارج گردیده و به اصطلاح، خاک کاملا تهی ازعناصر غذایی می گردد. چنین خاکی نیپ نامیده می شود که حاوی 60 درصد اکسید آهن بوده و وجود این مقدار اکسید آهن سبب گردهمایی و ثبات ذرات آن گردیده است. سنگ و مواد اصلی که خاک از آنها تشکیل شده دارای 6 درصداکسید منیزیم بوده است درحالی که مقدار اکسیدمنیزیم موجود در خاک بسیار جزئی می باشد.خوشبختانه مقدار این قبیل خاکها دردنیا چندان زیاد نیست وازطرفی اعمال فرسایش،رسوب گذاری،آتش فشان وسایر پدیده های ژئولوژیکی با چنان سرعتی به وقوع می پیوندند که درنتیجه پوسته زمین برای مدت طولانی پایدارباقی نمانده وفرصت کافی برای تشکیل چنین خاکهایی دست نمیدهد.( منبع 5و2و1 )

                                                                                         4

میکروب شناسی خاک

خاک مخلوط نسبتا پیچیده ای از مواد معدنی جامد (صخره ها و کانی ها)،

آب، هوا و جانداران و فرآورده های آنها می باشد. در مواد خاک تغییرات شیمیایی و فیزیکی متعددی رخ می دهد. فوقانی ترین لایه خاک از لحاظ حضور جانداران حائز اهمیت می باشد. بافت فیزیکی، ترکیب شیمیایی، منشا، عمق و حاصلخیزی این لایه فوق العاده متفاوت است.

جانداران خاک

خاک حاصلخیز دارای تعداد بیشماری جانداران میکروسکپی و ماکروسکپی است، نظیر نماند ها، حشرات، هزارپایان، عنکبوتیان، حلزون ها، کرم های خاکی، موش، خزندگان و ..... اکثر این جانداران از لحاظ جابجایی مکانیکی که در خاک ایجاد می کنند و بافت خاک را نرم و شل می سازند حائز اهمیت می باشند. بعلاوه،همه جانداران خاک خود به شکل مواد آلی خاک کمک می کنند و مواد زاید و لاشه آنها در خاک مدفون می گردد.

خاک همچنین دارای سیستم ریشه های گیاهان عالی و تعداد زیادی میکروب می باشد. 

بدون وجود میکروبها بویژه باکتریها خاک بزودی غیر قابل زندگی می گردد.باکتریها به طرق مختلف در خاک تاثیر می گذارند. عده زیادی مواد آلی را به مواد ساده تبدیل می کند و در این واکنش ها مواد غذائی در دسترس جانداران دیگر قرار می گیرد. برخی از آنها در تغییر و تبدیل ترکیبات ازت دار و گوگرد دار شرکت کرده و مواد قابل مصرف این عناصر را بطور دائم فراهم می سازند. 

میکروبهای خاک  

خاک یکی از مخازن عمده میکروبها محسوب می شود. خاک زراعی مرغوب به وسعت زمین فوتبال محتوی توده میکروبی است به وزن یک گاو که در آن زمین می چرخد. ولی ظرفیت متابولیکی این تعداد انبوه میکروبها احتمالا صد هزار برابر گاو مـی باشد. معهذا، اندازه گیـــری دی اکسید کربن رها شده از خاک و شواهد دیگر نشان می دهد که میکروبها در شرایط کمبود مواد غذائی بسربرده و با سرعت کمی تولید مثل می کنند. هنگامیکه مواد غذائی به خاک افزوده می شود، توده های میکروبی و فعالیت آنها به سرعت افزایش می یابد و در نتیجه مواد غذائی خاک مجددا کم می شود و در این حال در سرعت پائین به تولید مثل، خود

                                                                                       5  

ادامه می دهند.( منبع 2 و 1 )

فراوان ترین میکروبها در خاک باکتریها هستند (جدول 1-1) خاک باغچه در هر گرم محتوی میلیونها باکتری است.

جدول شماره 1-1: انتشار میکربها برحسب تعداد در هر گرم خاک باغچه در اعماق مختلف

______________________________________________

عمق((cm                باکتریها           اکتینومیست ها         قارچها            جلبکها     

8-3                       9750000         2080000             119000         25000  

25-20                   2179000         245000               50000           5000

40-35                   570000           49000                 14000           500    

75-65                   11000             5000                   6000            100  

145-135                1400               ___                   3000             ___    

در چند سانتیمتر از بخش فوقانی خاک تعداد میکروبها حداکثر بوده و به تدریج هر چه عمق بیشتر می شود تعداد آنها رو به کاهش می گذارد. تعداد باکتریها را با روش کشت در بوات تعیین می کنند و احتمالا تعداد واقعی آنها دقیقا تخمین زده نمی شود زیرا، یک نوع محیط کشت یا شرایط رشد نمی تواند امکانات لازم را برای رشد فراوان انواع میکروبها در خاک فراهم سازد. 

آکتینومیست ها گر چه جزء باکتریها رده بندی می شوند ولی بطور جداگانه در خاک مورد مطالعه قرار می گیرند. این دسـته از میکروبها ماده ای به نام ژئوزمین(1) در خاک تولید می کنند که بوی کپک زده به خاک می دهد. در این دسته از میکروبها تولید مثل بوسیله اسپورهای غیر جنسی و قطعه قطعه شدن میسلیوم انجام می گیرد. توده واقـعی زیاگـان (توده کـلـی جانداران در حجم معین) در مورد آکتینومیست ها احتمالا در حد باکتریها است. این دسته از میکروبها بویژه گونه های استرپتومیسس از لحاظ تولید آنتی بیوتیک اهمیت دارند.

قارچـها به تـعداد کـمتر از باکـتریـها و آکتـیـنومیـسـتها در خـاک یافـت مـی شـوند. چون بسیاری از کلـنی های قارچی که از تندش اسپور غیر جنسی در محیط های کشت تشکیل می شود شمرده می شود لذا، رابطه واقعی بین شمارش و توده قارچها مورد تردید قرار می گیرد. مجموع توده قارچها احتمالا برابر مجموع توده باکتریها و آکتینومیست ها می گردد زیرا، ابعاد میسلیوم قارچ چندین بار بیشتر از ابعاد سلولهای باکتری است.کپک ها بیش از مخمر ها در خاک دیده می شوند.

   6  ((1- Geosmin))

جلبک ها و سیانوباکترها گاهی توده های انبوهی بر روی خاکهای مرطوب تشکیل می دهند و همچــنین در خاکهای خشک بیابانی نیز دیده می شوند.این دسته از میکروبها غالبا در لایه سطحی خاک جائیکه تابش نور خورشید، آب و دی اکسید کربن فراوان است رشد می کنند. معهذا، تعداد زیادی از جلبکها و سیانوباکترها تا عمق 50سانتیمتری خاک نیز دیده می شوند. اهمیت این دسته از میکروبها و تغییراتی که در محیط ایجاد می کنند در مواد خاصی جالب توجه است. بعنوان مثال، تثبیت ازت جوی در مراتع، نواحی توندرا توسط برخی از گونه های سیانوباکترها انجام می گیرد و در نواحی بیابانی بعد از بارندگی این عمل سیانوباکترها در حاصلخیزی خاک اهمیت دارد.

میکروبهای بیماری زا در خاک

برای میکربهای بیماریزای انسانی که به زندگی انگلی عادت کرده اند، خاک محیط نامساعدی است. حتی برخی انواع بیماریزای نسبتا مقاوم نظیر گونه های سالمونلا هنگامیکه وارد خاک می شوند فقط مدت چند هفته یا چند ماه می توانند زنده بمانند.اغلب میکروبهای بیماریزای انسانی که قدرت زندگی را در خاک دارند، انـواع اسپوردارمی باشند. اسـپـوربا سیلوس آنتراسیس (عامل سیاه زخم در حیوانات) در برخی از خاکها دهها سال به حالت زنده بسر برده و سرانجام هنگامیکه بوسیله حیوانات چراگر خورده می شود تندش حاصل می نماید. در مدفون کردن لاشه حیوان آلوده به سیاه زخم احتیاط لازم را باید به کار گرفت تا از آلوده شدن خاک بوسیله اسپورهای این باکتریها جلوگیری شود. کلاستریدیوم تتانی (عامل کزاز)، کلاستریدیوم بوتولینم (عامل بوتولیسم) و کلاستریدیوم پر فرنجنس (عامل قانقرن گازی) نیز مثالهای دیگری از میکروبهای بیماریزای اسپوردار ساکن خاک می باشند. از این محیط این میکروبها در مواد غذائی یا نواحی زخمی بدن وارد شده و پس از رشد سمومی ایجاد می کنند. ( منبع 3 و 2 و 1)

میکروبهای بیماریزا در گیاهان غالبا ساکن خاک می باشند. اکثر میکروبهای بیماریزای خاک را قارچها تشکیل می دهند زیرا، این دسته قادرند در رطوبت کم سطح گیاهان رشد نمایند. بسیاری از زنگها، سیاهکها، سوختگیها و پژمردگیها در گیاهان بوسیله قارچهائی که قادرند بخشی از چرخه زندگی خود را در خاک طی کنند ایجاد می گردد. برخی از میکروبـهای خاکزی در حشـرات بیماریـزا هسـتند و از ایـنرو می توان

                                                                                       7      

برای مبارزه با آفات از آنها استفاده کرد. بعنوان مثال، باسیلوس ترانجینسیس(1) خاکزی بوده و در لارو بسیاری از حشرات بیماریزا است و امروزه از آن برای کنترل حشـرات استـفـاده می شود. اسپور بلعیده شده بوسیله حشره تندش یافته و باسیل حاصل کریستال پروتئینی سمی تولید می کند که سرانجام حشره را می کشد. در خاک انواع دیگری از میکروبهای بیماریزا در حشرات یافت می شود مانند ویروس ها و قارچها و تحقیقات در مورد آنها برای استفاده جهت مبارزه با آفات در حال پیشرفت است.  

تاثیر میکروارگانیسم ها در روی خاک

با وجود آنکه بعضی از میکروارگانیسم ها در گیاهان ایجاد بیماری می کنند و اکثرا این بیماریها در مزرعه توسط آب پخش می شوند ولی حیات خاک وابستگی زیادی به فعالیت میکروارگانیسم های آن دارد. فواید این میکروارگانیسم ها عبارتند از:

1-      ایجاد خاک در اثر تجزیه سنگها و صخره ها

2-      استحکام خاک: توسط میکروارگانیسم های رشته ای مانند قارچها، استرپتومیستها، اکتینومیستها و جلبکها.

3-   حفظ تعادل اکولوژی در خاک: این تعادل توسط باکتریوفاژها، ویروسها، پروتوزئرهای شکاری و میکسوباکتریها انجام می گیرد که با خوردن میکروارگانیسم های دیگر در فلورمیکروبی خاک تعادل به وجود می آورند.

4-      تجزیه سموم کشاورزی

5-   ازبین بردن حشرات موذی:بسیاری از باکتریها بر ضد حشرات توکسین ایجاد می کنند از این میان باسیلوس پوپیلیه که سوسک ژاپنی را از بین می برد و باسیلوس تورنجینسیس که بر ضد پشه مالاریا استفاده می شود را می توان نام برد.

6-   چرخه عناصر: میکروارگانیسم ها نقش مهمی در چرخه کربن و ازت دارند و بیشتر ازت موجود در خاک توسط باکتریها تامین می گردد و در اثر فتوسنتز CO2 به مواد آلی تبدیل می شود و میکروارگانیسم ها در اثر تجزیه این مواد   CO2را به جو بر می گردانند.  

باکتریهای موجود در خاک

با وجود آنکه باکتریها زیاد در خاک وجود دارند ولی بعضی از آنها اهمیت

 8    ((1- B. Thuringiensis))

بیشتری در خاک دارند. به طور کلی در خاکهای با ظرفیت 20 درصد رطوبت میکروارگانیسم ها به صورت فعال وجود دارند بعضی از باکتریها مانند کلستریدیوم و باسیلوس به علت داشتن اسپور در خاک خشک نیز دیده می شوند. باکتریهای خاک نقش اصلی را در چرخه عناصر دارند و مهمترین آنها عبارتند از: 

باکتریها هوازی و میکروآئروفیلیک میله ای یا کوکسی گرم منفی

این دسته از باکتریها در گروه 4 برگی قرار گرفته اند و اکثر آنها میله ای و یا کوکسی گرم منفی می باشند جنسهای مهم این گروه عبارتند از:

آگروباکتریوم

این باکتری گرم منفی است و دارای پلاسمید Ti می باشد و بیماری گال را به سیب زمینی و گوجه فرنگی و تنباکو انتقال می دهد. امروزه از این باکتری در مهندسی ژنتیک برای وارد کردن ژن مطلوب به گیاه استفاده می کنند. بعضی از گونه های این باکتری فاقد قدرت ایجاد گال می باشند.

ازتوباکتر

این باکتری میله ای تاکوکسی گرم منفی است. در حالی که تشکیل اسپور نمی دهد گاهی کیست ایجاد می کند، توسط فلاژن پیرامونی حرکت می کند ول‍ی گونه های غیر متحرک نیز در میان آنها وجود دارد. این باکتری تثبیت کننده ازت است و 10 میلی گرم نیتروژن به ازای مصرف هر گرم قند تولید می کند. برای تثبیت ازت به مولیبدن و یا وانادیوم احتیاج دارد. کاتالاز این باکتری مثبت است و در 4/8-5/8 pH رشد می کنند تعداد آن در اطراف ریشه ها بیشتر است. 

آزوموناس

یک باکتری گرم منفی میله ای است که قادر به تشکیل کیست نمی باشد. کاتالازمثبت بوده و در شرایط اسیدی 8/4-6/4 تثبیت ازت انجام می دهد.

آزوریزبیوم

یک باکتری گرم منفی تثبیت کننده ازت است ولی باوجود آنکه خود باکتری هوازی است تثبیت ازت رادرشرایط میکروآئروفیلیک انجام می دهد.

بیژرنکیا

به صورت میله ای و یا خمیده در مناطق حاره ای وجود دارد.

موچوآ                                                                               

این باکتری تثبیت ازت را در شرایط هوازی و یا میکروآئروفیلیک انجام

                                                                                       9

می دهد ودارای کیست و کپسول است و در 3-10pH قادر به رشد است.

برادی ریزوبیوم

یک باکتری گرم منفی تشکیل دهنده غده در سویا می باشد بعضی از گونه های آن در حالت آزاد نیز قادر به تثبیت ازت می باشد. این باکتری توسط تاژکهای قطبی حرکت می کند.

دلئیا

این باکتری شدیدا نمک دوست است و در خاکهای شور یافت می شود ولی اکثر گونه های آن دریازی می باشند.

درکسیا

یک باکتری میله ای گرم منفی تثبیت کننده ازت می باشد که به صورت اتوتروفی نیز می تواند ازهیدروژن ومتان به عنوان منبع انرژی استفاده کند.در خاکهای حاره ای یافت می شود.

پسودوموناس

یک باکتری میله ای گرم منفی، متحرک و هوازی می باشد که تست اکسید ازآن مثبت و یا منفی و کاتالاز مثبت می باشد.

ریزوبیوم

یک باکتری میله ای متحرک گرم منفی همراه با ذخیره چربی پلی B هیدروکسی بوتیرات است این باکتری قادر به ایجاد غده در گیاهان بوده و ازت را تثبیت می کند.

ریزوموناس

یک باکتری گرم منفی بیماریزا در کاهو می باشد. این باکتری اکسیدازو کاتالاز مثبت است.

گزانتوباکتر

این باکتریها پلی مورف،غیرمتحرک و یا متحرک،کاتالازمثبت وگرم منف‍ی هستند.

گزانتوموناس

باکتریهای میله ای بدون ذخیره چربی می باشند و احیاء نیترات را انجام نمی دهند اکسید از منفی و کاتالاز مثبت بوده و مانند گزانتوباکتر کلنی های رنگی تولید می کنند.

باکتریهای احیا کننده سولفات

این گروه از باکتریها شدیدا ب‍ی هوازی،گرم منفی وتولید کننده SH2 می باشند و طبق تقسیم بندی برگی درگروه 7 قرار گرفته اند.

                                                                                       10

این گروه از4 زیر گروه تشکیل شده است:

-          زیرگروه اول شامل باکتریهای منفی اسپوردار مانند دسولفوتوماکولوم می باشد.

-    زیر گروه دوم باکتریهای تولیدکننده استات ازمواد آلی می باشند. مانند دسولفولوبوس،دسولفوموناس،دسولفومیکروبیوم و دسولفوویرید.

-    زیر گروه سوم باکتریهایی می باشند که SH2 تولیدمی کنند و ترکیبات آلی را به CO2 تبدیل می کنند مانند دسولفوباکتر، دسولفوباکتریوم و دسولفوکوکوس.

-          زیر گروه چهارم باکتریهای تولید کننده SH2 و ترموفیل می باشند مانند دسولفوروموناس.

باکتریهای بی هوازی فتوسنتز کننده

این باکتریها در شرایط بی هوازی در مجاور نور یافت می شوند و بیشتر در پساب و شالیزارهای برنج وجود دارند.این باکتریها در گروه 10 برگی قرار گرفته اند و 7 زیرگروه در آنها وجود دارد.

زیر گروه اول

این باکتریها از SH2 به عنوان منبع الکترون برای تثبیت CO2 استفاده می کنند وگوگرد را درون سلول رسوب می دهند.

این گروه دارای کلروفیلa وb می باشند.مانند کروماتیوم، تیوکاپسا، تیوسیستیس، تیواسپیریلیوم.

زیر گروه دوم

این باکتریها قادرند از سولفید و یا سولفات به عنوان منبع الکترون استفاده کنند.دارای کلروفیلa وb می باشند ولی رسوب گوگرد برون سلولی است مانند اکتوتیوردوسپپیرا.

زیر گروه سوم

این باکتریها باوجود آنکه فتوسنتز انجام می دهند ولی مواد آلی را نیز جذب می کنند ممکن است ازسولفید یا تیوسولفات بعنوان منبع الکترون برای تثبیتCO2استفاده کنند وگوگرد رابه صورت برون سلولی رسوب دهند وبعضی ازآنها به نیاسین، تیامین وریبوتین برای رشد احتیاج دارند. مانند رودوباکـتر، رودومیـکروبیوم، رودوسپودوموناس، رودواسپـیریلیوم

                                                                                       11

زیر گروه چهارم

این باکتری قادر به مصرف ترکیبات گوگردی به عنوان منبع الکترون نمی باشند شدیدا بی هوازی و دارای باکتریوکلروفیل g می باشند مانند هیلوباسیلوس و هیلوباکتریوم.

زیر گروه پنجم

این باکتریها سولفید و یا سولفور را به عنوان منبع الکترون برای تثبیت CO2 به کار می برند و رسوب سولفور را در بیرون از سلول به جا می گذارند مانند کلروبیوم دارای باکتریوکلروفیل c وd می باشند. بعضی از باکتریهای قهوه ای در این گروه کلروفیل e دارند.

زیر گروه ششم

باکتریهای این گروه رشته ای و دارای حرکت لغزنده می باشند. قادر به مصرف مواد آلی می باشند و مواد آلی را به عنوان منبع الکترون ترجیح می دهند، مانند کلروفلکس و هلیوتریکس.

زیر گروه هفتم

باکتریهای این گروه هوازی شیمیو هتروتروف می باشند و دارای باکتریوکلروفیل a هستند مانند اریتروباکتر.

گروه 12 باکتریهای اتوتروف

باکتریهای این گروه به سه زیر گروه تقسیم می شوند:

زیر گروه 1

این باکتریها اکسید کننده گوگرد می باشند ولی فتوسنتز کننده نیستند. اکثر این باکتریها گرم منفی هوازی می باشند. اکسیداسیون گوگرد را در شرایط هوازی انجام می دهند مانند ماکروموناس، تیوباکتریوم، تیودندرون، تیواسپیرا، تیوولوم و تیوباسیلوس.

زیر گروه 2

باکتریهای این گروه زیر گروه آهن و منگنز را اکسید و یا ذخیره می کنند.این باکتریها نیز گرم منفی هوازی هستندو باکتریهای مگنتوتاکتیک جزء این زیر گروه هستند. باکتریهای این گروه عبارتند از گالیونلا، لپتواسپیریلوم، متالوژنیوم، سیدروکاپسا، سیدروکوکوس و سولفوباسیلوس

زیر گروه 3

باکتریهای نیتریـفیـکاتوردر این زیر گروه قرار دارند و به دو بخش A و B تقسـیم می شوند. در بخـش A  باکـتریهای اکـسـید کـننده نیـتریت مانـند

                                                                                       12  

نیتروباکتر، نیتروسپیرا و نیتروکوکوس وجود دارند. باکتریهای این بخش همگی گرم منفی هوازی بدون اسپوراتوتروف می باشند. باکتریهای بخش B باکتریهای اکسید کننده آمونیاک می باشند. این باکتریها عبارتند از نیتروزوموناس، نیتروکوکوس و نیتروزواسپیرا.

گروه 13 باکتریهای زائده دار جوانه زن

این گروه از باکتریها دارای زائده و خار می باشند. به زائده های آن پروستکا می گویند. معمولا در چرخه عناصر خاک نقشی ندارند و همگی هتروتروف می باشند. بعضی از آنها مانند هیفومیکروبیوم، لبریز و استلاآبزی می باشند.

گالیونلا با وجود آنکه جزء باکتریهای اکسید کننده آهن گرم منفی می باشند ولی به علت داشتن زائده و پایه در این گروه قرار می گیرند.

گروه 14 باکتریهای غلافدار

این باکتریها همگی گرم منفی، واجد غلاف و اکثرا آبزی می باشند و به ندرت در خاک دیده می شوند. مانند کلونوتریکس، کرنوتریکس، لپتوتریکس و اسفروتیلوس. لپتوتریکس نیز قادر به اکسید کردن منگنز و آهن می باشد ولی از آن به عنوان منبع انرژی استفاده نمی کند.

گروه 15 باکتریهای لغزنده غیر فتو سنتز کننده

این گروه نیز باکتری گرم منفی غیر فتوسنتز کننده می باشند. بعضی از آنها منفرد (مانند فلکسی باکتر) و بعضی رشتهای (مانند بژیاتوا) می باشند. اکثرا هوازی هستند ولی در شرایط میکروآئروفیلیک نیز وجود دارند. بعضی از باکتریهای این گروه با وجود آنکه هتروتروف هستند ولی قادر به اکسید کردن گوگرد می باشند مانند بژیاتوآ، تیوپلوکا و تیوتریکس. تیوتریکس آرایش رزت مانند دارد و در اطراف چشمه های آب گوگردی دیده می شود.

گروه 18 باکتریهای اسپوردار

این باکتریها گرم مثبت، هوازی و یا بی هوازی می باشند. گسترش آنها در خاک بسیار است و در پوسیدگی ترکیبات آلی و کودهای حیوانی و کمپوست نقش دارند.چون قادر به تولید اسپور می باشند در شرایط نامساعد مقاومند و به اسپور تبدیل می شوند.باسیلوس و آمفی باسیلوس هوازی می باشند در حالی که کلستریدیوم و دسولفوتوماکولوم بی هوازی هستند.

گروه 20 باکتریهای گرم مثبت بی نظم بدون اسپور

                                                                                       13

این گروه از باکتریها گسترش بسیاری در خاک دارند و در تشکیل خاک و یا تجزیه ترکیبات گزانتوبیوتیک مؤثر هستند. بعضی از آنها هوازی و بعضی از آنها بی هوازی هستند. مهمترین باکتریهای خاکزی این گروه عبارتند از اکتینومایسس، آتروباکتر، سلولوموناس، کورینه باکتریوم، یوباکتریوم، وپروپیونی باکتریوم.

گروه 21 میکوباکتریومها

این باکتریها گرم مثبت اسیدفاست، هوازی و هترتروف می باشند. این باکتریها کند رشد می باشند و جداسازی آنها مشکل است ولی در خاک، خاک برگ و کود وجود دارند در تجزیه علف کشها و حشره کشها و تجزیه سموم مؤثر می باشند.

گروه 29-22 اکتینومیستها

40 درصد از باکتریهای خاک در این گروه قرار دارند. باکتریهای استرپتومیست، نوکاردیافورم، اکتینومیست و فرانکیا در این گروه قرار گرفته اند. این دسته از باکتریها به علت آنکه رشته ای هستند باعث استحکام بافت خاک می شوند و آن را در مقابل باد و باران حفظ می نمایند. بعضی از این باکتریهای این گروه گرم مثبت می باشند و اکثرا تولید کننده آنتی بیوتیک می باشند و در نتیجه تعادل اکولوژی در خاک بوجود می آورند. باکتریهای گروه های دیگر برگی کمتر در خاک یافت می شوند.

یوکاریوتهای موجود در خاک

آلگها

آلگها طیف وسیعی از میکروارگانیسم های فتوسنتز کننده می باشند. این موجودات هوازی می باشند. گروهی از آلگها که سیانوباکتر می باشند جزء پروکاریوتها هستند. بعضی از آلگها میکروسکوپی و بعضی دیگر با چشم غیر مسطح قابل رؤیت هستند.

ولی جلبکهای خاکستری معمولا کوتاه تر از جلبکهای آبزی می باشند. جلبکها از یک سلول یا کلنی های مجتمع تشکیل یافته اند در میان جلبکهای رشته ای بعضی از آنها انشعاب دارند و بعضی از آنها بدون انشعاب می باشند. بیشتر جلبکها کلروفیل دارند و سبز می باشند. اما بعضی از آنها قرمز و یا قهوه ای هستند زیرا علاوه بر کلروفیل حاوی کاروتن می باشند. جلبکها مانند گیاهان حاوی کلروپلاست و غشاءهای فتوسنتز کننده می باشـند. از لـحاظ مـطالعه RNA بعضی از جلبـکها نـزدیـک به گـیاهان

                                                                                       14

می باشند وبعضی مانند اوگلنا شبیه پروتوزوئرها هستند وحتی اوگلنا گاهی کلروپلاست خود را از دست داده ومانند پروتوزوئرها هتروترف می شود.بیشتر جلبکها را از روی شکل،نوع پیگمان ونوع ذخیره آنها تقسیم بندی می کنند.مشخصات جلبکها درجدول 2-1 مشاهده می شود. اکثر جلبکها مانند گیاهان فتوسنتز انجام می دهند واز H2O بعنوان منبع الکترون استفاده می کنند ولی بعضی از آنها از H2 برای فتوسنتز استفاده می کنند وبسیاری از جلبکها در تاریکی از بین می روند ولی بعضی از جلبکها در تاریکی شیمیوارگانوتروف می باشند واستات ویا ترکیبات ساده را به عنوان تغذیه فتوهتروتروفی می گویند. در اکثر موارد دیواره سلولی جلبکها از سلولز تشکیل یافته است اما گاهی پکیتن،کربنات کلسیم وسیلیس نیزدردیواره وجود دارندبعضی ازجلبکهامانند اوگلنا فاقد دیواره می باشند.

با وجود اینکه حرکت لغزنده در میان جلبکهای سبز آبی وجود دارد ولی در جلبکهای یوکاریوت فقط در دیاتومه ها مشاهده می شود و حرکت با تاژک در بعضی از آنها نیز دیده می شود.( منبع 6 و 1 )

همانطور که در جدول 2-1 مشاهده می شود کریزوفینا و کلروفیتا خاکزی می باشند و بیشتر جلبکهای دیگر در آب شور و شیرین یافت می شوند.

                         جدول 2-1 . مشخصات جلبکها 

گروه جلبک	نام آنها	شکل	رنگدانه	نمونه	ذخیره	دیواره	محیط طبیعی
کلروفیتا	جلبک سبز	تک سلولی	کلروفیلa وb	کلامیدرموناس	نشاسته ساکارز	سلولز	آبزی و خاکستری
اگلنوفیتا	اکلئوئیدها	تک سلولی تاژکدار	کلروفیلaو b	اگلنا	کلوکان	بدون دیواره	آبزی
کریزوفیتا	جلبکهای طلایی و قهوه ای	تک سلولی	کلروفیلabوc	ناویکلا	لیپید	سیلیس	آبزی‌و خاکستری
فائوفیتا	جلبکهای قهوه ای	رشته ای	کلروفیلaوb وگزانتوفیل	لامیناریا	گلوکان	سلولز	دریازی
پیروفیتا	دینوفلاژل ها	تک سلولی تاژکدار	کلروفیلa وc	گونیولاکس	نشاسته	سلولز	دریازی و آب شیرین
رودوفیتا	جلبک قرمز	تک سلولی	کلروفیلaوd سیانین وفیکواریتری	پلی سیفونیا	نشاسته و گلوکان	سلولز	دریازی

همانطور که در جدول 2-1 مشاهده می شود کریزوفیتا و کلروفیتا خاکزی می باشند و بیشتر جلبکهای دیگر در آب شور و شیرین یافت می شوند.                                                                                    15        

قارچها

برخلاف جلبکها کلروفیل ندارند وبر خلاف پروکاریوتها دارای هسته، واکوئل ومیتوکندری هستند.مخمر،کپکهای لزج وقارچ چتری از قارچهای مهم میباشند.با وجود آنکه بعضی از قارچها خاکزی میباشند ولی بعضی ازآنها آبزی هستند.بعضی قارچها انگل حیوانات و گیاهان هستند ونسبت به باکتریها بیشتردرگیاهان ایجاد بیماری می کنند.در دیواره سلولی قارچها سلولز و کیتین وجود دارد.تمام قارچها شیمیوارگانوتروف هستند وقادربه رشد درشرایط بدون ماده آلی نمیباشند.تقسیم بندی کلی قارچها درجدول 3-1 مشاهده میشود.( منبع 3 و 1 )

شراکت قارچ

قارچ ها به عنوان موجوداتی تجزیه کننده نقشی حیاتی در طبیعت ایفا می کنند. بدون قارچ ها بسیاری از ترکیبات گیاهی نظیر سلولز و لیگنین تجزیه نمی شوند و به چرخه مواد باز نمی گشتند. بعضی قارچها با گیاهان شریک می شوند. به این ترتیب که قارچها به دور ریشه گیاه می پیچند و به گیاه کمک می کنند تا مواد غذائی موجود در خاک را جذب کند. در عوض از قند تولید شده توسط گیاهان استفاده می کنند. این شراکت در ساختاری به نام قارچ ریشه (میکوریز) صورت می گیرد.

                      جدول 3-1. تقسیم بندی قارچها

گروه	نام عمومی	هیف	نمونه	تولید مثل جنسی	محیط طبیعی
آسکومیست	قارچ آسک دار	فاصله و سپتا وجود دارد	نوروسپورا ساکارومامیسس	آسکوسپور	خاک و کود گیاهی
بازیدیومیست	قارچ چتری	فاصله و سپتا وجود دارد	آرمیلاریا آگاریکوس	بازید و اسپور	خاک و کود گیاهی
زیگومیست	کپک نان	بدون سپتا	موکور ریزوپوس	زیگوسپور	خاک و کود گیاهی
اوومیست	کپک آب	˝	آلومیسس	اووسپور	آب
دوترومیست	قارچ ناقص	با سپتا	پنی‌ سیلیوم اسپرژیلوس کاندیدا	ندارد	خاک و کود گیاهی

                                                                                       16

زیگومیست

زیگومیست ها درخاک و فضولات به وفوریافت می شوند وبه شکل خزه بر روی نان نم دار ومیوه های در حال فساد ظاهرمی شوند.

آسکومیست

آسکومیست ها فراوانترین نوع قارچها هستند. این قارچها را قارچهای کیسه ای نیز می نامند زیرا هاگ آنها درون سلول کیسه مانندی به نام آسک تشکیل می شود. تعداد هاگ ها بر حسب گونه قارچ از یک تا بیش از یک هزارهاگ متغیر است.

بیشتر آسکومیست ها نوعی هاگ به نام کانیدیوزپور به معنای «ذرات ریز غبار» نیز تولید می کنند. آسکومیست ها در خاک، آب های شیرین و گیاهان و جانوران در حال تجزیه، یافت می شوند. این قارچها بیماریهای زیادی در گیاهان و جانوران ایجاد می کنند و از طریق فاسد کردن مواد غذائی، پوشاک و سایر مواد خسارات اقتصادی زیادی از خود بر جا می گذارند.( منبع 3 و 1 )

الف- کپکها

کپکها قارچهای رشته ای هستند ودرخاک، نان ومواد غذایی دیگریافت میشوند. این قارچها تشکیل میسلیوم میدهند وچندین هسته درمیسلیوم وجود دارد وبه همین جهت به آنها کولینوسیتیک میگویند.میسلیوم درانتها تشکیل کنیدی می دهد. کنیدیها اسپورهای غیر جنسی میباشند و نسبت به خشکی مقاومند.اکثر کنیدیها رنگدانه دارند وبه رنگهای سیاه،سبز،آبی، قرمز،زرد وقهوه ای دیده میشوند وگاهی درآزمایشگاه این کنیدیها آلرژی ایجاد میکنند.بعضی ازکپکها تولید مثل جنسی دارند ودراثرتلقیح سیتوپلاسمی دومیسلیوم تولید گامتوتانجیا میکنند.ودوسلول ها پلوئید تبدیل به سلول دیپلوئید می شود وبا تقسیم میوزومیتوز اسپور تشکیل می شود.

اسپورهایی که درون آسک می باشند آسکوسپورواسپورهایی که درتیـغه های چترمیباشند بازیدوسپور نام دارند.اسپورها به شرایط نامساعد مقاوم میباشند ولی مانند اسپور باکتریها به حرارت مقاوم نیستند.(منبع 3 و 1 )

ب- مخمرها

مخمرها قارچهای تک سلولی می باشند و بیشتر آنها به صورت آسکومیست تقسیم بندی شده اند. مخمرها کروی و یا بیضوی می باشند و تـوسـط جوانه زدن تـکثـیر می یابد. مخمـرها تـشکیل هیـف نمـی دهند ولی

                                                                                       17

بعضی از آنها در شرایط خاص به میسلیوم تبدیل می شوند مانند کاندیداآلبیکنس که یک قارچ بیماریزا می باشد و تشکیل میسلیوم می دهد. حتی ساکارومایسس سرو یزیه در شرایط خاص قادر به تولید میسلیوم می باشد. مخمرها معمولا بزرگتر از باکتریها می باشند و بعضی اوقات از طریق الحاق دو مخمر تولید مثل جنسی دارند.( منبع 3 و 1 )

ث- قارچهای چتری

این نوع قارچها تشکیل اجسامی به نام اجسام میوه ای می دهند. بعضی از آنها در خاک و یا تنه درختان وجود دارند. این قارچها تولید بازیدیوسپور می کنند. در اثر الحاق دو میسلیوم، هیف دی کاریوتیک تشکیل می گردد. این هیف تشکیل پایه قارچ را می دهد. این پایه در خاک برای مدت طولانی باقی می ماند و در شرایط مساعد رشد می کند و تشکیل چتر می دهد.( منبع 3 و 1 )

ج- کپکهای لزج

کپکهای لزج از یوکاریوتهای غیر فتوسنتز کننده می باشند که شبیه قارچها و پروتوزوئرها هستند. کپک لزج به دو گروه سلول واقعی و کاذب تقسیم می شود. در فرم کپک لزج واقعی فرم رویشی یک آمیب واقعی است ولی در فرم کپک لزج کاذب حالت رویشی از چند پلاسمودیا که پروتوپلاسم می باشند تشکیل یافته است. کپکهای لزج در برگ و خاک وجود دارند.

تعریف و اهمیت رابطه همزیستی میکوریزایی

قارچ (میکوریزا) با اهمیت ترین میکروارگانیسم های موجود در اغلب خاک های تخریب نشده می باشند. بطوریکه بر طبق تخمین های موجود حدود 70 درصد از توده ی زنده جامعه میکروبی خاکها را میسیلیوم این قارچ ها تشکیل می دهند.(2003 ، mukerji and chamola)

اولین گزارش مبنی بر وجود این قارچ ها در اطراف ریشه گیاه میزبان و بوجود آمدن یک رابطه همزیستی میکوریزا به تحقیقات صورت گرفته توسط harting (1840 ) مربوط می شود. Reissek (1847 ) این قارچ ها را به عنوان موجودی مستقل در همزیستی با گیاهان ارکیده شناسایی معرفی کرد. Frank (1885 ) که به دنبال بررسی راهکارهایی به منظور کشت قارچ های خوراکی در منطقه جنگلی Prussia بود، ساختمان حاصل از فعالیت مشترک ریشه گیاهان میزبان و قارچ های مـیکوریزا همـزیست را شـناسـایی و آن را مـایـکوریزا نـامـید.(1989 ،paul and clark ( اصطلاح مایکوریزا در واقع از دو کلمه تشکیل شده

                                                                                       18

است. یکی از کلمه ی یونانی mikes به معنی قارچ و دیگری کلمه ای با ریشه لاتین rhiza که به معنی ریشه است و بیان کننده ی رابطه همزیستی بوجود آمده بین ریشه گیاه میزبان و قارچ های مایکوریزا است. همزیستی بین اغلب گیاهان آوندی (بیش از 85 درصد) با قارچ های میکوریزا موجود در خاک و متعلق به سر کلاس ascomycets ، zygomycetea ، asiolomy به وجود می آید و نتیجه حاصل از این همزیستی، فعالیت قارچ در جهت جذب و انتقال عناصر غذایی به گیاه میزبان از یک طرف و از طرف دیگر دریافت ترکیبات کربنه حاصل از فتوسنتز گیاه میزبان توسط قارچ همزیست باشد.

(1983 و harly and smith ). این همزیستی بین گیاهان و قارچ هایی که در سیستم ریشه ای گیاه در ساختمان های ریشه مانند مستقر شده اند، بوجود می آید و... . آن در ابتدا انرژی از گیاه به قارچ همزیست منتقل شده و در ادامه عناصر غذایی از قارچ به گیاه منتقل میگردد (1991 ،allen )

همزیستی میکوریزا یکی از شناخته ترین و در عین حال گسترده ترین و مهمترین رابطه همزیستی موجود در کره زمین است.(1991 ، allen ) از آنجایی که اکثر گیاهان مورد استفاده در تغذیه انسان و تعلیف دام و طیور دارای همزیستی میکوریزا می باشند با انتخاب و بکارگیری بهترین ترکیب گیاه میزبان قارچ همزیست می توان به نحو مؤثری از این همزیستی در افزایش تولید محصولات کشاورزی استفاده کرد. همچنین با استفاده از این سیستم همزیستی می توان مصرف نهاده های شیمیایی از قبیل کود شیمیایی و سموم، سیستم کشت و کار سالمتر و محیط زیستی عاری از آلودگی های جانبی داشت.(1991 abbot and robson ).

گیاهانی دارای همزیستی میکوریزایی می باشند به دلیل اینکه عناصر غذائی و آب بیشتری از خاک جذب می نماید دارای رشد بهتری خواهند بود، عملکرد بیشتری خواهند داشت مقاومت بیشتری در برابر تنش های زنده(عوامل بیماریزا که ریشه گیاهان را مورد حمله قرار می دهند) و غیر زنده(خشکی، سرما و شوری) از خود نشان می دهند.( 1992 ، syluia and Williams )

رابطه همزیستی میکوریزا تمامی جنبه های بیولوژیکی سیستم ریشه گیاه میزبان را تحت تاثیر خود قرار می دهد. همچنین تمامی گیاه به نحوی در ارتباط با رابـطه همزیسـتی میـکوریزا می بـاشـند. با توجـه به ایـنکه اولین

                                                                                       19

تولید کنندگان در هر اکوسیستمی می باشند. لذا می توان نتیجه گرفت تمامی موجودات زنده و تمامی اکوسیستم ها از باکتری ها گرفته تا انسان و از اراضی مرطوب تا صحراهای خشک به نوعی وابسته به روابط همزیستی میکوریزایی می باشند. در گیاهان دارای همزیستی میکوریزایی عضو اصلی در جذب عناصر معدنی از خاک قارچ میکوریزا است.

همچنین نتایج تحقیقاتی که اخیرا صورت گرفته است مؤید نظرات قبلی مبنی بر نقش کلیدی قارچ های میکوریزا در استقرار گیاهان اولیه در شرایط خشکسالی است (1997 ، smith and read ).

از آنجایی که قارچ های میکوریزا موجب افزایش توانایی گیاهان میزبان در جذب فسفر و عناصر معدنی از خاک و بخصوص از منابع غیر قابل دسترس آنها می شوند، لذا به این میکروارگانیسم های مفید لفظ biofertilizer اطلاق شده وعقیده بر این است که قارچ های میکوریزا می توانندجایگرین خوبی برای قسمتی از کودهای شیمیایی مصرف شده مخصوصا کودهای فسفاته دراکوسیستم های مختلف باشند.( منبع 7 و 3 )

کپکهای لزج سلولی

دیکتیوســـتلیوم دیسکوئیدوم (Dictyostelium discoideum)  از کپکهای باسلول واقــــعی است که تشکیل اجــســـــام میوه ای مـــی دهــــد و ســــپس اجسام مــــیوه ای تبـــدیل به اســــــپور می شــــوند در  حـالــت  گـرسنـگی  ایـن  کـپـک  لـزج  تشـکیل پلاسمودیوم کاذب می دهد و در این حالت cAMP و گلیکوپروتئین تولید می کند.سپس تشکیل جسم میوه ای را می دهند و جسم میوه ای به ساقه و سر تبدیل می شود. ساقه سلولز تولید می کند و اسپور در قسمت سر تشکیل می شود و هر اسپور یک سلول آمیب مانند ایجاد می کند. در این حالت تکثیر در این نوع کپک لزج، غیر جنسی است. تولید مثل جنسی از طریق الحاق دو آمیب و تشکیل ماکروکیست انجام می گیرد.

کپکهای لزج تشکیل دهنده پلاسمودیا

این کپکها تشکیل دهنده پلاسمودیوم می باشند. پلاسمودیوم دیپلوئید است و تشکیل اسپورانژ و اسکلروتیا می دهد. اسپورانژیا از تولید مثل جنسی حاصل می شود و بعد از تقسیم میوزاسپور را تشکیل می دهد. اسپور با تقسیم دوتایی در شرایط مساعد تشکیل سلول آمیب مانند را می دهد از الـحاق دو آمـیب سـلول آمـیب مـانند دیـپلـوئید به دست می آید و این سـلول

                                                                                       20

پلاسمودیدم  دیپلوئید را ایجاد می کند. در شرایط نامساعد اسپور جنسی تشکیل نمی شود ولی بعضی از سلولهای کپک مقاوم شده و خشکی را تحمل می کنند و در شرایط مساعد به پلاسمودیوم تبدیل می شوند.

پروتوزوئرها

پروتوزوئرها سلولهای یوکاریوتی می باشند که دیواره سلولی ندارند. آنها اکثرا بدون رنگدانه و متحرک هستند. این سلولها از باکتریها، مخمرها و جلبکها قابل تشخیص می باشند. پروتوزوآ در آب دریا و خشکی وجود دارند و بعضی از آنها انگل جانوران هستند. در خاک هارتمانلا، تستاسئا، میتوس، تترامیتوس و بدوسرکوبدو دیده می شوند. پروتوزوئرها از طریق پینوسیتوز تغذیه می کنند. بیشتر پروتوزوئرها از طریق فاگوسیتوز تغذیه می کنند. در خاک پروتوزوئرها با خوردن باکتریها تعادل بیولوژیکی را حفظ می کنند. پروتوزوئرها به گروهای مختلف تقسیم بندی می شوند.(جدول 4-1)

               جدول 4-1. گروههای اصلی پروتوزوئرها                                       

گروه	نام	نمونه	محیط طبیعی
ماستیگوفورا	فلاژلاتا	ژیاردیا	آب شیرین یا انگل حیوانات
اگلئوتید	فلاژل دار فتوسنتز کننده	اوگلنا	آب شیرین یا دریا
سارکودینا	آمیب	آمیب	آب شیرین، خاک، دریا
سیلیوپورا	مژه داران	کولپودا	آب شیرین، دریا، خاک
اسپروزوآ	اسپروزوآ	پلاسمودیوم	انگل حیوانات و حشرات

الف- تاژکداران(ماستیگوفورا)

این میکرواورگانیسم ها توسط تاژک خود متحرک می باشند و اکثرا زندگی آزاد دارند ولی بعضی از آنها مانند تریپانوزوم در انسان و حیوانات دیگر بیماری ایجاد می کنند. بعضی از تاژکداران جزء اگلنوئیدها می باشند در تاریکی کلروپلاست خود را از دست می دهند و زندگی هتروترونی دارند ولی اکثرا آبزی و نیز بیـماریزا می باشـند و از میـان تاژکـداران خـاکـزی

                                                                                       21

بدوسرکوبدو، میتوس و تترامیتوس را می توان نام برد.

ب- آمیبها(سارکودینا)

این میکروارگانیسم ها با پاهای کاذب حرکت می کنندو بعضی از آنها مانند آنتامباهیستولیتیکا پارازیت می باشند و در انسان بیماری اسهال خونی ایجاد می کنند ولی در خاک بیشتر آمیبهای پوسته دار دیده می شوند بعضی از آمیبهای پوسته دار مانند فورامینیفورا دریازی می باشند. تستاسئا و هاتمانلا از آمیبهای پوسته دار خاکزی هستند. پوسته آنها از کربنات کلسیم است و سلول به پوسته نمی چسبد و در هنگام تغذیه پاهای کاذب از منافذ موجود در پوسته خارج می گردد. این نوع آمیبها به شرایط خشکی و حرارت بالا مقاومند.

ث- مژه داران(سیلیوفورا)

این میکروارگانیسم ها واجد مژه می باشند و معمولا دو هسته دارند و از طـریق دهان تغـذیه می کنند و واکوئـل گوارشی تشکیل می دهند. از نمونه های بارز این پروتوزوئرها پارامسی می باشند. این تک سلولی مژه دار با بسیاری از باکتریها از جمله سیانوباکتریهای تک سلولی زندگی همزیستی دارد. پارامسی بیشتر محیط آبزی را ترجیح می دهد ولی کولپودیوم کولپودا مژه دار خاکزی است که باعث افزایش تثبیت ازت بعلت حفظ تعادل اکولوژیکی می شود. با وجود آنکه مژه داران ساپروفیت هوازی هستند ولی بعضی از آنها پارازیت و بعضی نیز بی هوازی اجباری می باشند. در دستگاه گوارش نشخوارکنندگان مژه داران بی هوازی نقش مهمی در تخمیر مواد دارند.

ج- اسپوروزوآ

این میکروارگانیسم ها انگل اجباری انسان و حیوانات می باشند و تولید اسپور نمی کنند. برای انتقال به میزبان جدید تولید اسپوروزوئیت می کنند. از میان این پروتوزوئرها، پلاسمودیوم عامل مالاریا و کوکسیدیا پارازیت پرندگان است.

ویروسها

ویروسها در خاک به صورت ذرات بی جان و غیر فعال می باشند و در بیولوژی خاک فقط از نظر تاثیر روی بعضی از موجودات زنده آن اهمیت پیدا می کنند. از نظر بیولوژی خاک، ویروسهای آلوده کننده میکروارگانیسم ها که اصطلاحا فاژ خوانده می شوند، به دلیل تاثیری که ممـکن اسـت در کنـترل فعالـیت موجـودات ذره بیـنی خـاک داشـته بـاشـند،

                                                                                      22

اهمیت بیشتری پیدا می کنند. آلودگیهای ویروسی، تاکنون در بین کلیه میکروارگانیسم ها به غیر از پروتوزوئرها دیده شده است و معمولا برای مشخص کردن ویروسهای اختصاصی هر گروه، نوع میکروارگانیسم میزبان به کلمه فاژ اضافه می شود(باکتریوفاژ، میوفاژ، سیانوفاژ) بعضی از ویروسها فاژهای باکتریهای مهم خاک مانند ریزوبیوم، ازتوباکتر، آگروباکتریوم، پسودوموناس، آتروباکتر و غیره می باشند. این فاژهای مخصوص از خاکهای مختلف مجزا و مشخص شده اند.

برای جدا کردن باکتریوفاژ اختصاصی یک نوع باکتری، مقدار زیادی از کشت تازه باکتری مورد نظر را به نمونه خاک اضافه کرده و آن را در شرایط رطوبت و حرارت مناسب قرار می دهند تا فاژهای مخصوص آن باکتری تکثیر شوند. سپس مقدار کمی از این خاک را به محیط کشتی که دارای باکتری میزبان است اضافه می کنند. صاف شدن سوسپانسیون باکـتـری و یـا کاهـش کـدورت آن پـس از مـدتـی حدود 24 تا 48 سـاعـت

اتووگذاری نشانه وجود فاژ مخصوص در نمونه خاک مورد آزمایش می باشد که در این صورت با عبور دادن محلول از صافیهای مخصوص که فقط ویروسها از آن قابل عبور هستند، محلول حاوی باکتریوفاژ مورد نظر را به دست می آورند. زمین هایی که چند سال به طور مداوم زیر کشت حبوبات قرار می گیرند، همیشه دارای مقدار زیادی فاژ مخصوص ریزوبیوم یا ریزوبیوفاژ می باشند.

در حالی که این نوع فاژ در اکثر زمینهای دیگر نادر است و به همین دلیل تصور می شود که یکی از علل مهم کاهش محصول یونجه و شبدر و امثال آنها در اثر کشتهای متوالی، ازدیاد و تراکم فاژهای ریزوبیوم باشد که می تواند با آلوده کردن این باکتریهای مفید، امکان همزیستی آنها را با گیاه و در نتیجه انجام تثبیت ازت به وسیله آنها را به شدت تقلیل دهد. البته عوامل دیگر مانند ترشح مواد سمی به وسیله ریشه گیاه و یا ازدیاد موجودات بیماریزا هم در این مورد دخالت دارند. فاژها به شرایط محیطی مثل اسیدیته خاک و تغییرات درجه حرارت خیلی مقاومتر از باکتریهای میزبان خود هستندو به همین دلیل می توانند در انتظار میزبان مناسب، سالها در خاک باقی بمانند. به طور کلی تعداد ویروسها و همین طور شدت فعالیت و سرعت عمل آنها در خاکهای رسی و هوموسی خیلی بیشتر از خاکهای سبک رسی است.

به طـوری که نتـایج مـطالعات انـجام شـده در مـورد فـاژهای خـاک نـشان

                                                                                      23

میدهند، این موجودات علی رغم فراوانی دائمی سلولهای میزبان، هرگز در خاک به تعداد زیاد وجود ندارند و به علاوه انواعی از باکتریهای خاک که در محیط کشت مصنوعی، در مجاورت فاژ اختصاصی جدا شده از خاک به سرعت نابود می شوند، در شرایط طبیعی در همان خاک حاوی فاژ به خوبی رشد کرده به تعداد فراوان پیدا می شود. به این ترتیب مسلم می شود که باید موانعی در راه ازدیاد سریع فاژهای خاک وجود داشته باشد، ولی تاکنون عواملی که از شدت عمل این موجودات در خاک جلوگیری می کنند شناخته نشده اند.

آنتاگونیسم(1) (آمنسالیسم)(2)

وقتی ارگانیسمها مواد سمی بر ضد یکدیگر ترشح می کنند حالت ارتباطی آنتاگونیسم پیش می آید ترشح آنتی بیوتیک توسط استرپتومیستها

درخاک باعث کنترل جمعیت باکتریها می شود.                                                                                       ویروسهای لیتیک نیزباعث ازبین رفتن باکتریها می شوند. تولید اسیدلاکتیک، اتانول و یا اسیدهای چرب برای بعضی از باکتریها بازدارنده باکتریهای تولید کننده ی اسیدهای چرب مانع رشد هستند. مخمردرپوست می شوند.

 پارازیت

دراین رابطه میکروارگانیسم به یک جمعیت دیگر ضمن سود بردن آسیب می رساند. این رابطه به دو حالت اکتوپارازیت واندوپارازیت وجود دارد.فاژها نمونه ی بارزی ازرابطه ی پارازیتی می باشند. بدلوویبریو(3) نیزپارازیت باکتریهای گرم منفی است. این باکتری چون به غشاء میزبان می چسبد به عنوان اکتوپارازیت شناخته شده است. میکسوباکتریها نیزبا ترشح آنزیمهای باعث لیزمیکروارگانیسم حساس می شوند. آنها قادرند جلبکها وباکتریهار گرم مثبت و منفی را ازبین ببرند. باکتریهای تولید کننده ی سلولازوکیتیناز پارازیت گیاهان ویا قارچها می باشند.

شکاری    

 درزندگی میکروارگانیسمها نمی توان تفاوت زیادی بین حالت شکاری و انگلی قائل شد. برای مثال بدلوویبریو ممکن است حالت شکاری بیشتر به حـالت جذب و هضم شکارگـفته می شود و معـمولا شـکارچی باید بـزرگتر

24 ((1-Antagonism ,2-Amensalism  ,3-Bdellovibrio)) 

ازشکارباشد در حالی که ویروسها که کوچک می باشند انگل باکتریهاهستند اما شکار باکتریها توسط پروتوزوئر حالت شکاری را به وجود می آورد.

رابطه میان میکروارگانیسم ها و حیوانات

با اینکه وجود میکروارگانیسم ها برای بسیاری از موجودات مفید است و در اکثر حشرات و چهارپایان عامل اصلی هضم غذا میکروارگانیسم ها می باشند و خود نیز به عنوان غذا برای بسیاری از موجودات به شمار می روند ولی حالت انگلی نیز دارند و می توانند در موجودات مختلف بیماری ایجاد کنند. در دستگاه گوارش چهارپایان میکروارگانیسمها نه تنها باعث هضم غذا می شوند بلکه ویتامینها و مواد دیگر مورد نیاز حیوانات را نیز تولید می کنند. میکروارگانیسم ها نه تنها باعث هضم فیبر می شوند بلکه مواد دیگری مانند نشاسته را به مواد پر انرژی تبدیل می کنند. مورچه های برگ بر برگهای مورد نیاز قارچها را در لانه تهیه می کنند و هر گونه ای از مورچه گونه ای خاص از قارچ رادر تجزیه برگ انتخاب می کند که مکانیسم این عمل هنوز ناشناخته است. مورچه آتا فقط یک نوع قارچ را برای کشت خالص انتخاب می کند و آن را در برگهای جویده کشت می دهد. سوسکهای خاکی و مورچه ها اندام های خاصی برای حمل اسپور مورد نظر دارند به این اندام می سن تانجیا(1)  گفته می شود که در سوسک خاکی در پا قرار دارد و در مورچه برگ بر درآرواره قرار گرفته است.

 قارچ، ارگسترول، ویتامینها و مواد پروتئنی لازم برای رشد سوسک را آماده می کند در عوض سوسک، خاک اره و مواد مدفوعی و رطوبت مناسب را در اختیارقارچ قرار می دهد. موریانه ها نیز با قارچها همزیستی دارند. بدون قارچ این موریانه ها قادر به زندگی در روی چوب نمی باشند. چون چوب عاری از منبع نیتروژن است این حشرات با باکتریهای تثبیت کننده ی ازت نیز همزیستی دارند. در دستگاه گوارش انسان میکروارگانیسمهای دستگاه گوارش ویتامینهای لازم از جمله ویتامین k را تولید می کنند و عامل مهمی برای جلوگیری از رشد پاتوژنها می باشند. متانوژنها و استوژنها در دستگاه  گوارش حالت کومنسالیسم دارند بعضی از حشرات مانند شپش به میکروارگانیسمها و تولـیدات آنها بـرای رشـد و تـولید مثـل احـتیاج دارند. در دستـگاه گـوارش

25 ((1- Mycentangia))

نشخوار کنندگان میکروارگانیسم های بسیاری در هضم غذا دخالت دارند. بیشتر میکروارگانیسمهای بی هوازی که از 5/5 pH الی 7 قادر به رشد باشند در دستگاه گوارش نشخوار کنندگان وجود دارند. اکثر باکتریهای موجود در دستگاه گوارش نشخوار کنندگان در جدول 5-1 آمده اند.

 علاوه بر باکتری ، پروتوزوآی مژه دار وبعضی از تاژکداران مانند دیپلو دی نیوم و سارکودینا نیز در دستگاه گوارش نشخوارکنندگان وجود دارند. بعضی از پروتوزوئرها از سلولز و نشاسته و بعضی دیگر از باکتریها تغذیه می کنند .

   جدول 5-1 . منبع انرژی و محصول حاصل از تخمیر توسط باکتریهای نشخوارکنندگان

باکتری	منبع انرژی *	محصولات تولیدی **
1- باکتروئیدز سوکسینوژنز	C\S\G	A\S
2- باکتروئیدز آمیلوفیلوس	S	A\S\F
3- باکتروئیدز رومینوکولا	S\X\G	A \ S \ F
4- رومینوکوکوس فلاووفاسی انس	C\X\G	A\ S \ F \H
5- سوکسینی ویبریو دکسترینوسالونس	G	A\ S
6- سوسکینی ویبریوآمیکولاتا	S\G	S
7- رومینوکوکوس آلبوس	C\X\G	A\ F \ H \E
8- بوتیروویبریو رومینانتوم	C\S\X\G	F\ B \L
9- سلولوموناس رومینانتوم	S\GL\Y	AP\L
10- ویلونلا الکالسنس	L	A\P\H
11- استرپتوکوکوس بویس	S\G	L
12- لاکتو باسیلوس ویتولینوس	G	L
13- متانوباکتریوم رومینانتوم	H2 + CO2 \ F	M
14- یوباکتریوم رومینانتوم	X\G	F\B\L

*منبع انرژی:          گزیلان=      X    نشاسته = S       سلولز= C     فورمات=F

                           گلیسیرول=Y       لاکتات = L       گلوکز=G 

**محصولات تولیدی:   استات =A      سوکسینا ت =S    فورما ت =F

                              هیدروژن=H    اتانل = E            بوتیرات = B     پروپیونا ت= P

                                                                                                               26         

رابطه ی نرم تنان و میکروارگانیسم های فتوسنتز کننده

بعضی از جلبکهای تک سلولی و سیانو باکتریها الگ اندوزئیک نامیده می شوند. جلبک برای نرم تن اسید های آمینه، اسید های چرب استرول و اکسیژن تولید می کند و حیوان کربن دی اکسید و اوره در اختیار جلبک می گـذارد. گـاهی همـکاری بیـن اوگـلنا و نیمف در فصل زمسـتان بیشـتر

است ولی در تابستان هر کدام به صورت جداگانه رشد می کنند.   

رابطه ی نرم تنان و میکروارگانیسم های لیتوتروف

بعضی از نرم تنان دارای زندگی همزیستی با باکتریهای اتوتروف می باشند مثلا کرم لوله ای ریفتیا با باکتریهای اتوتروف همزیستی دارد این کرم فاقد دهان و دستگاه گوارش ولی واجد اندامی به نام تروفوزوم می باشد. CO2 ، O2 ،  SH2 از راه آبشش جذب شده و به تروفوزوم می رسد. باکتری های اتوتروف  موجود در تروفوزوم 2SH،2 CO ومواد آلی تولید می کنند و در اختیار نرم تنان می گذارند . با وجود آنکه باکتریهای اتوتروف قادر به رشد نمی باشند ولی از طریق شناسائی DNA آنها وجودشان به اثبات رسیده است.

همزیستی قارچ و حشره ی ساقه دار

بعضی از حشرات برای تولید مثل به قارچ وابسته می باشند. قارچ سپتو بازیدیوم  ( (Septobasidiumدر لارو بعضی از حشرات هیف تشکیل می دهد و مانع از بین رفتن آن توسط حشرات شکاری دیگر می شود . علاوه بر آن بر جنسیت این حشره نیز تاثیرمی گذارد. تخمهای حشره که با این قارچ همزیستی داشته باشند ماده و تخمهایی که فاقد این قارچ باشند نر خواهند بود. مکانیسم این نوع همزیستی برای تعیین جنسیت مشخص نیست. بعضی از باکتریها دارای لوسیفرین نیز با آبزیان دریایی همزیستی دارند و باعث تولید نور برای آنان می شوند و این نور به حرکت ماهی سرو پا و ماهی نورانی کمک می کند.

در عوض باکتری تولید کننده ی نور جایگاه مناسبی را روی این آبزیان پیدا می کند.

میکروبها و چرخه های بیو- ژئوشیمیایی

شاید مهمترین نقش میکروبهای خـاک شـرکت آنها در چرخه های بیو_ژئو  شـیمیایی باشد که به گردش برخی عناصر شیمیایی در طبیعت کمک کرده و آنها را قـابل مصرف می سازد مانند : کربن، ازت، گوگرد و فـسفر، در

                                                                                       27

صورتیکه، این فعالیت میکروبی در جهت گردش عناصر در طبیعت انجام

نمی گرفت سرانجام عناصر ضروری به مصرف رسیده و حیات متوقف می شد.( منبع 7 و 2 و 1 )

چرخه کربن

همه ترکیـبات آلی دارای چرخه کربن است. بخـش عمده کربن معدنی که   برای سنتز ترکیبات آلی به مصرف می رسد از دی اکسید کربن جو تامین می گردد. مقداری کربن نیز در آب حل می شود.

 اولین  مرحله در چرخه کربن مصرف دی اکسید کربن در فـتوسنـتز بـه وسـیله فــتواتوتـروفهائی نـظیر سـیانوباکـترها، گــیاهان سبز، جلـبکها و بـاکـتریـهای  گـوگـردی سـبـز ارغـوانـی  مـی بـاشـد . دی اکـسـید کــربـن توسط فتواتوتروفها به صورت ترکیبات آلی در می آید. در مرحله بعد شیمیو اتوتروفها ترکیبات آلی را به مصرف می رسانند بدین معنی که جانوران فوتواتوتروفها بویژه گیاهان سبز و همچنین جانوران دیگر را می خورند و بدین طریق ترکیبات آلی گوارده شده و بار دیگر ساخته می شود. در این راه اتم های کربن اولیه دی اکسید کربن از جانداری به جاندار دیگر انتقال می یابد.

برخی از ملکولهای آلی توسط شیمیو هتروتروفها از جمله جانوران به عنوان انرژی مورد استفاده قرار می گیرند. در فرایند تنفس دی اکسید کربن در جو رها می گردد و این دی اکسید کربن به سرعت وارد چرخه دیگر می شود. معهذا، بخش عمده کربن در پیکر جانداران باقی می ماند که به صورت مواد دفعی، دفع شده یا پس از مرگ آنها در طبیعت رها می گردد. با مرگ جانداران ترکیبات آلی آنها در خاک وارد شده و بوسیله میکروبها بویژه باکتریها و قارچها تجزیه حاصل می کند و در نتیجه آن ترکیبات آلی به مواد ساده تر تجزیه شده و دی اکسید کربن به جو باز می گردد. گرچه دی اکسید کربن جو فقط 03/0 درصد گازهای جو را تشکیل می دهد ولی همین مقدار برای سنتز ماده زنده ضروری است.

 کربن در صخره هائی نظیر سنگ آهک ذخیره می شود و در آب اقیانوسها به صورت یون کربنات حل می شود و همچنین به صورت آلی در ذغال سنگ و نفت انباشته می شود. سوزاندن این قبیل مواد سنگواره سوختنی موجب رها شدن دی اکسید کربن در جو می گردد.

 چرخه ازت

همه جانداران برای سنتز پروتئین ها، اسیدهای نوکلئیک و سایر ترکیبات

                                                                                     28 

ازت دار، به ازت احتیاج دارند. ازت ملکولی 80 درصد گازهای جو را شامل می گردد و جو بالای هر جریب خاک حاصلخیز دارای بیش از 30 هزار تن ازت است. معهذا، با وجود فراوانی این گاز هیچیک از جانداران یوکاریوت نمی توانند از آن استفاده کنند. این ازت بایستی با سایر عناصر نظیر هیدروژن و اکسیژن تثبیت گردد، ترکیبات حاصله که شامل یون نیترات و آمونیوم است توسط جانداران مورد استفاده قرار می گیرد. نیروهای فیزیکی و شیمیائی که در خاک، آب و هوا عمل می کنند همراه با فعالیت های میکروبهای خاص عوامل مهمی در تبدیل ازت با اشکال قابل مصرف محسوب می شوند.

همه ازت موجود درخاک به صورت ملکولهای آلی بخصوص پروتئین ها  می باشد. هنگامیکه جانداران می میرند تجزیه پیکر آنها موجب هیدرولیز پروتئین ها به صورت اسید های آمینه می شود و گروههای آمین این اسید ها در فرایند آمونیاک سازی رها می گردد. آمونیاک سازی توسط باکتریها و قارچهای هوازی و بی هوازی انجام می گیرد. 

                                               *                              **

                        آمونیاک → اسیدهای آمینه → پروتئین سلولهای مرده 

* آمونیاک سازی توسط میکروبها                        ** تجزیه میکروبی

رشد میکروبها آنزیمهای پروتئولیتیک برون سلولی رها می سازد که به ساده شدن مواد شیمیائی کمک می کند. سرنوشت آمونیاک حاصل به شرایط خاک بستگی دارد. چون آمونیاک به صورت گاز است ممکن است به سرعت از خاکهای خشک خارج گردد ولی در خاکهای مرطوب در آب حل شده و یون آمونیوم تشکیل می دهد.  

           -              +

        NH3 + H2O → NH4OH → NH4 + OH

یون آمونیوم توسط باکتریهاوگیاهان درسنتزاسیدهای آمینه به کارگرفته میشود.سری واکنشهای دیگری که درچرخه ازت رخ میدهد شامل اکسید شدن یون آمونیوم به نیترات طی فرایند شوره گذاری(Nitrification ) می باشد.دو نوع باکتری درخاک به نام نیتروزوموناس(Nitrosomonas ) و نیترو باکتر(Nitrobacter )دردومرحله متوالی آمونیاک را به نیترات اکسیده می کنند.

                                           -               *       -             **     +

                    NH4 → NO2 → NO3                   

                            نیترات           نیتریت            یون آمونیوم            29               

* نیترو باکتر                ** نیتروزوموناس                                                          

نیتراتها شکل قابل استفاده ازت برای گیاهان است و گیاهان ازت آن را در سنتز پروتئین به کار می برند.

در نقاط مختلف چرخه، ازت جوی وارد یا از آن خارج می شود. خارج شدن ازت از چرخه طی فرایند شوره برداری(Deniritication )انجام می گیرد که طی آن  نیترات به گاز ازت تبدیل می گردد.      

                                                      -                   -

NO3 → NO2 → N2O → N2                         

               گاز ازت        اکسید نیترو        نیتریت            نیترات

گونه های سودوموناس مهمترین باکتریهای خاک در شوره برداری محسوب می گردند. تعدادی از انواع دیگر از جمله پاراکوکوس(Paracoccus)، تیوباسیلوس نیز دارای گونه هائی هستند که قادرند شوره برداری انجام دهند. باکتریهای شوره بردار هوازی هستند ولی تحت شرایط بی هوازی به جای اکسیژن می توانند نیترات را به عنوان پذیرنده نهائی الکترون به کار گیرند (تنفس بی هوازی).

از این رو فرایند شوره برداری غالبا در خاکهای پر آب که عاری از اکسیژن می باشد فعالتر است. چون باکتریهای شوره بردار ازت را در جو رها ساخته و نیترات را از خاک می گیرند لذا، از نظر حاصلخیزی خاک این فرایند نا مطلوب است.

مرحله آخر چرخه ازت تبدیل ازت به آمونیاک تحت فرایند تثبیت ازت می باشد. فقط برخی از باکتریها و سیانوباکترها قادر به انجام این عمل می باشند. آنزیم نیتروژناز مؤثر در تثبیت ازت احتمالا در اوایل پیدایش زمین قبل از آنکه جو دارای اکسیژن گشته و ترکیبات ازت دار از منابع آلی در دسترس قرار گیرد به وجود آمده است. تثبیت ازت توسط دو نوع میکروب هم زی و غیر هم زی انجام می گیرد.

باکتریهای غیر هم زی که زندگی مستقل دارند بخصوص در ریزوسفر گیاهان در مراتع یافت می شوند مانند ازتوباکتر. این باکتریها ظاهرا با مصرف سریع اکسیژن که نفوذ آنرا در سلول به حداقل می رساند آنزیم نیتروژناز را حفظ می کنند. باکتری دیگر هوازی اجباری غیر هم زی که ازت جوی را ثابت می کند بایـرنکیا(Beijerinckia) نام دارد. برخی از باکتریهای بی هوازی نظیر کلاستریدیوم ها نیز ازت جوی را ثابت می کنند. درسیانوباکترها معمولا آنزیم نیتروژناز در درون سلولهای اختصاص یافـته ای به نام هتروسـیست(Heterocyst) قرار دارد و ایـن سلولها

                                                                                30 

در شرایط کاملا بی هوازی برای تثبیت ازت را دارا می باشند. وجود این میکروبها به ویژه در خـاک های پـر آب نظـیر شـالـیزارهـا حائـز اهـمیت می باشـد.  

یـکی از میکروبهای بی هوازی اجباری ثابت کننده ازت کلاستریدیوم پاستوریانوم است. سایر باکتریهای غیر هم زی تثبیت کننده ازت شامل گونه های بی هوازی اختیاری کلبسیلا، آنتروباکتر، باسیلوس و فتواتوتروفهائی مانند رودواسپیریلوم(1) و کلروبیوم(2) می باشند.

 اغلب میکروبهای غیر هم زی ثابت کننده ازت قادرند تحت شرایط آزمایشگاه مقدار زیادی ازت تثبیت نمایند ولی در محیط خاک مقدار هیدرات کربنی که برای تامین انرژی جهت احیای ازت به آمونیاک و وارد کردن آن در ساختمان پروتئین ها لازم است کم می باشد و از این رو تثبیت ازت به کندی انجام می گیرد. با وجود این، باکتریها در اقتصاد ازت مناطقی نظیر مراتع، جنگل ها و توندارهای قطبی نقش مهمی بعهده دارند.

باکتریها هم زی (هم یار) ثابت کننده ازت حتی نقش مهم تری در رشد گیاهان و تولید محصول بازی می کنند. در رابطه هم زیستی دو موجود متعلق به دو گونه مختلف با یکدیگر زندگی کرده و هر یک از دیگری بهره مند می گردد. این چنین رابطه ای در گونه های ریزوبیوم با ریشه گیاهان خانواده پروانه آسا نظیر لوبیا، لوبیا چیتی، نخود، بادام زمینی، شبدر و یونجه شرح داده شده است. این گیاهان مهم از نظر کشاورزی فقط نمونه هائی از چند هزار گونه پروانه آسا هستند که به صورت بوته یا درختچه در خاکهای فقیر بسیاری از نواحی دنیا رشد می کنند.

باکتریهای ریزوبیوم با گونه های خاصی از گیاهان پروانه آسا زندگی همزیستی دارند. این باکتریها به ریشه گیاهان میزبان معمولا در ناحیه تارهای کشنده متصل می شوند.در تار کشنده ریشه در نتیجه آلودگی با باکتری تورم ایجاد می شود که منجر به پیدایش آلودگی گشته و این رشته از تار کشنده گذشته و وارد ریشه می گردد. باکتریها این رشته آلودگی را دنبال کرده و وارد سلولهای ریشه می شوند. در درون سلولها شکل آنها تغییر یافته به صورت اشکال درشت تری با نام باکتروئید در می آیند که سرانجام سلول گیاه را پر می کنند. سلولهای ریشه در اثر آلودگی تحریک شده و گره های تومر مانند مرکب از سلولهای پر از باکتروئید تشکیل می دهد. آنگاه ازت جوی با همزیستی بین گیاه و باکتری تثبیت می گردد. گیاه

 31 ((1- Rhodospirillum , 2-Chlorobium ))

شرایط بی هوازی فراهم ساخته و مواد غذایی لازم را در اختیار باکتری می گذارد و باکتری ازت جوی را ثابت می کند که بعدا این ازت در ساختمان پروتئین وارد می گردد.

هر سال میلونها تن ازت جوی از این راه در خاک وارد می شود. مثالهای دیگری از تثبیت ازت با طریقه همزیستی در گیاهان سایر خانواده ها درخت غان است. این درختان نخستین گیاهانی هستند که بعد از آتش سوزی یا یخبندان در جنگل می رویند. درخت غان بوسیله آکتینومیســت هم زی به نام فرانکیا(1) آلوده شده و بر روی ریشه آن گره های ثابت کننده ازت تشکیل می گردد. با پرورش درخت غان می توان در سال حدود 50 کیلو ازت در جریب تثبیت کرد و به این ترتیب به اقتصاد جنگل کمک نمود.

گلسنگ ها نیز به اقتصاد ازت در جنگل کمک می کنند. هم زیستی بین قارچ و یک جلبک با سیانوباکتر گلسنگ را به وجود می آورد. هنگامیکه یکی از یاران سیانوباکتر باشد ازت جوی تثبیت شده و خاک جنگل از نظر ازت غنی می گردد. سیانوباکترها می توانند مقدار زیادی ازت را در خاکهای نواحی بیابانی به دنبال با زندگی و هم چنین در خاکهای سطحی توندارهای قطبی تثبیت نمایند. در ممالک شرقی شالیزارها می تواند محل رشد توده انبوهی از میکروبهای تثبیت کننده ازت باشد. این سیانوباکترها قادرند با سرخس های کوچک شناور به نام آزولا(2) که بطور فراوان در شالیزارها در سطح آب رشد می کنند زندگی هم زیستی بر قرار سازند. این دسته از میکروبها به حدی ازت جوی را تثبیت می کنند که نیازی به افزودن کودهای ازت دار به شالیزار برنج نیست.

سایر چرخه های بیو__ژئو شیمیائی

میکروبها همچنین در گردش عناصر دیگری در چرخه های طبیعی دخالت دارند (نظیر گوگرد). به علاوه، میکروبها تغییر و تبدیلات زیادی در پتاسیم، آهن، منگنز، جیوه، سلنیوم، روی و سایر کانی ها ایجاد می کنند. انواع واکنش های شیمیائی در این چرخه ها غالبا برای قابل مصرف کردن عناصر جهت تغذیه گیاهان (به صورت محلول) و در متابولیسم آنها لازم و ضروری است.( منبع 7 و 2 و 1 )

1-       Frankia

2-       Azolla

                                                                                    32

تجزیه حشره کش ها و سایر مواد شیمیائی ساختگی

میکروبهای خاک نقش مهمی در تجزیه موادی که در خاک وارد می شوند به عهده دارند. مواد آلی طبیعی نظیر برگهای درختان، بقایای جانوران به راحتی تجزیه می شوند. معهذا، در عصر صنعتی کنونی بسیاری از مواد شیمیائی نظیر آفت کش های کشاورزی، پلاستیک به مقدار زیاد در خاک وارد می شود. بسیاری از این مواد شیمیائی ساختگی در برابر عمل تجزیه کنندگی میکروبها مقاوم هستند. معروفترین مثال حشره کش د.د.ت است. هنگامیکه این حشره کش اول بار به کار گرفته شد نتیجه خوبی از خود نشان داد بطوریکه با یک بار مصرف اثر حشره کشی آن به مدت طولانی باقی می ماند، ولی به زودی دریافتند که این قبیل مواد شیمیائی به علت محلول بودن در چربی در نواحی خاصی از زنجیره غذائی متراکم می گردد. عقاب ها و سایر پرندگان طعمه خوار با تغذیه از مواد غذائی آلوده شده د.د.ت را در بافتهای خود متراکم کرده و در نتیجه اختلالات تولید مثلی پیدا می کنند (تخم ها پوسته نرمی پیدا کرده و جوجه تولید نمی گردد). همه مواد شیمیائی ساختگی مانند.د.ت پایا نیستند. برخی از این مواد از پیوندهای شیمیائی و واحدهای کوچکتری که توسط آنزیم های باکتریها تجزیه می شوند ساخته شده اند ولی تغییرات کوچک در ساختمان شیمیائی می تواند آنها را به صورت مواد تجزیه ناپذیر در آورد. مثال در این مورد دو علف کش دو- چهار- د (علف کش چمن) و دو-چهار- پنج ت (درختچه کش) است. افزایش یک اتم کلر به ساختمان دو-چهار- د برای طولانی کردن حیات این ماده در خاک از چند روز تا زمان نامحدود کافی است.( منبع 5 و 1 ) 

تجزیه سموم در خاک

مهمترین فرایندهای مسئول تجزیه و فروسائی سموم در خاک را به سه گروه تجزیه نورانی (Photodecomfosition )، تجزیه کاملا شیمیایی و فروسائی یا فساد میکروبی می توان تقسیم نمود که با همین ترتیب، نقش فراینده ای در تباهی سموم در خاک دارند. هریک از این مکانیسم ها ممکن است به تنهایی عمل نمایند ولی تجزیه و فسادی که در خاک رخ می دهد نتیجه عملکرد اقلا دو مکانیسم از سه فرایند فوق است که همزمان به وقوع پیوندد.

تجزیه میکروبی سموم، در بند فعالیت میکروارگانیسم ها در خاک بوده و عواملی که در فراوانی و فعالیت آنها مؤثر است بر تجزیه و تباهی سموم

                                                                                      33

در خاک نیز حاکم می باشد. این عوامل عبارتند از درجه حرارت، وجود مواد آلی و رطوبت مناسب. میکروبهای خاک، سمومی را که منشاء آلی دارند به عنوان بنخان انرژی جهت فرایند های زیستی به کار می برند و بدین ترتیب در طبیعت سموم، دگرگونی ایجاد می کنند. چون توانایی میکروارگانیسم ها برای تجزیه و فساد سموم به تدریج ایجاد شده و افزایش می یابد، لذا در مواردی که سمومی برای اولین بار به خاک افزوده شده اند، میکروبها در فرسایی این ترکیبات ناتوان بوده و اگر غلظت سموم زیاد نباشد، به تدریج فرایندهای تجزیه و فساد همزمان با سازگاری میکروبها به ترکیبات جدید، آغاز شده و ادامه می یابد. بدیهی است برای اینکه ملکول های سموم بتوانند جذب یاخته میکروبها گردند، بایستی به صورت محلول باشند.

د.د.ت (D.D.T )  یکی از سمومی است که از نظر آلودگی محیط زیست، مورد توجه فراوان می باشد. این سم مانند سایر سموم کلر، بسیار مقاوم بوده و تجزیه آن در خاک به D.D.D منجر می شود که خود نیز مقاوم می باشد. هر دو ماده می توانند در چربیها ذخیره شوند و از نقطه نظر تغذیه فرآورده های دامی، زیانبار باشند. آلدرین نیز سرنوشت مشابهی در خاک دارد، زیرا پس از اکسید شدن به دیلدرین تبدیل می شود که از سمیت یکسانی برخوردار است. تجزیه D.D.T و D.D.D در شرایط بی هوازی بسیار سریع بوده و معمولا پس از چند ماه فقط یک تا دو درصد از آن باقی می ماند، در صورتیکه در شرایط هوازی، بیش از 70 درصد از D.D.T پس از شش ماه به همان صورت اولیه باقی مانده و فقط چهار درصد به D.D.D تبدیل شده است. بنابراین با مغروق ساختن خاک می توان سرعت تبدیل و تجزیه د.د.ت را در خاک افزایش داده و آلودگی آنرا مهار کرد. در حدود 26 گونه میکروبی توانایی تجزیه و تبدیل D.D.T را به D.D.D دارند.

برخی از ویژگیهای د.د.ت در پیش بینی رفتار آن در زیست بوم اهمیت دارد. مثلا حلالیت زیاد د.د.ت در چربیها و قابلیت انحلال ناچیز آن در آب، سبب می شود که این سم در لیپیدها و در نتیجه گیاهان و جانوران انباشتگی یابد. از طرفی بقایای آن بسیار پایدار بوده و نیم عمر آن در حدود بیست سال است. فشار بخار آن نیز به میزان کافی بالا بوده و مستقیما وارد جو می شود. بنابراین آب، خاک، هوا و دنیای موجودات زنده، همه مخزن مناسبی برای انباشتن د.د.ت است.

                                                                                       34

مصرف د.د.ت از آغاز سال 1970 در بسیاری از کشورها ممنوع شده است و با وجود اینکه آنچه از د.د.ت در موجودات زنده یافت می شود، از 3 درصد تولید سالیانه تجاوز نمی کند ولی همین مقدار ناچیز زیانهای غیر قابل جبرانی به پرندگان، ماهی ها و انسان وارد ساخته و خسارات حاصله نیز در سطح جهانی گزارش شده است.( منبع 7 و 5 و 1 )