بخشی از مقاله
چکیده:
خاک یکی از اصلیترین منابعطبیعی است که رشد گیاهان را تضمین و بیش از 97 درصد نیازهای غذایی جهان را برآورده میکند. در دهههای اخیر رشد جمعیت، مهاجرت، سطح پایین فنآوری تولید محصولات کشاورزی و جنگلی زمینههای فرسایش و تخریب منابع خاک را فراهم آورده است. از طرفی شمار بلایای طبیعی مرتبط با ناپایداری دامنهها در سالهای اخیر در کل جهان افزایش یافته است. یکی از راههای جلوگیری از این پدیدهها بهرهگیری از پوشش گیاهی است. گیاهان بهعنوان نوعی از ابزارهای زیستمهندسی علاوه بر داشتن قابلیت خودتجدیدی و خود ترمیمی، برخلاف مصالح مصنوعی فاقد اثرات منفی بر محیطزیست نیز هستند. ریشه گیاهان با افزایش مقاومت برشی خاک باعث افزایش پایداری دامنهها میشود. تاثیر گیاهان بر پایداری دامنهها به مقدار زیادی وابسته به مقاومت کششی ریشه گونهها است. در واقع پوشش گیاهی عاملی مهم در ایجاد تعادل در محیط بین نیروهای ویرانگر که موجب ناپایداری و نیروهای سازنده طبیعت که باعث ایجاد پایداری میشوند است. استفاده از گیاه برای کنترل فرسایش و پایدارسازی دامنهها را زیست مهندسی میگویند. این شاخه علمی به دلیل مسایل اقتصادی و زیست محیطی امروزه بسیار مورد توجه قرار گرفته است. در این تحقیق سعی خواهد شد نگاهی اجمالی به پژوهشهای صورت گرفته در این زمینه در چند دهه اخیر در داخل کشور شود.
واژگان کلیدی: ریشه، فرسایش، زیست مهندسی، مقاومت کششی ریشه.
مقدمه:
خاک ماده زندگیساز است که حیات انسان در رابطه مستقیم با آن است و خاک را تنها عامل بقاء و ثروت خود میدانند. اما یکی از مشکلاتی که بشر همواره از آغاز استفاده و بهرهبرداری از زمین با آن مواجه بوده فرسایش سریع خاکها است. این مشکل در ایران که دارای ناهمواریهای مختلفی است بسیار بارز و چشمگیر است - مقیمی و همکاران، . - 1390 از دیدگاه منابع طبیعی فرسایش باعث نابودی خاکهای حاصلخیز شده و اثرات منفی زیادی بر زندگی ساکنان کره زمین داشته است حتی متخصصان منابع طبیعی فرسایش خاک را پدیدهای میدانند که باعث نابودی تمدنها شده است - شایان و زارع، . - 1390 کاهش حاصلخیزی خاک و از بین بردن مواد آلی، کاهش پوشش جنگلی، پایین آمدن کیفیت آب آشامیدنی و مانند آنها از جمله آثار مستقیم و غیرمستقیم فرسایش هستند - کهنهشهری و صادقی، . - 1384
فرسایش خاک و پیامدهای ناشی از آن، امروزه یکی از مهمترین چالشهای محیط زیستی به شمار میرود - اکیویی و همکاران، - 2009ٌ. فرسایش خاک یک فرایند طبیعی است که در اثر فعالیتهای انسانی تشدید میشود - کهنهشهری و صادقی، . - 1384 پایداری طولانی مدت اکوسیستمهای جنگلی وابسته به حفظ کیفیت خاک است، پایه و اساس تولید در جنگل خاک آن است، از این رو باید نسبت به حفظ و حاصلخیزی خاک توجه ویژه نمود و در صورت نیاز در تقویت آن اقدامات لازم را انجام داد. جلوگیری از فرسایش و در واقع کاهش میزان خسارات آن تا حد طبیعی تلفات خاک، بستگی به انتخاب استراتژیهای مناسب در حفاظت خاک دارد - مقیمی و همکاران، . - 1390
روشهای زیادی بهمنظور جلوگیری از فرسایش خاک توسط پژوهشگران پیشنهاد شده است مانند روشهای بیولوژیکی - استفاده از گیاهان - ، مکانیکی - اجزای سازهای - و بیوتکنیکی - ترکیب گیاه و سازه - و غیره. ولی آنچه که در این بین حائز اهمیت است دوام این روشها و کم هزینهتر بودن آنهاست. از بین روشهای متعدد جلوگیری از فرسایش خاک و افزایش پایداری دامنهها، روشهای زیست مهندسی حفاظت از مناطق بهدلیل مسائل محیط زیستی و اقتصادی در مهندسی امروزه بسیار مورد توجه قرار گرفته است. زیستمهندسی مربوط به روشهای استفاده از گیاهان به عنوان ابزارهای زیستی در جهت پایداری شیب و کنترل فرسایش است.
پوشش گیاهی در افزایش پایداری دامنهها و بهبود شرایط هیدرولوژیک خاک مؤثر است. خاکهای دارای پوشش گیاهی کمتر، در معرض خطر فرسایش توسط آب و حرکتهای تودهای هستند - گرین وی، - 1987ٌ استفاده از گیاهان بهمنظور کنترل فرسایش و پایدارسازی شیب زیست مهندسی نامیده میشود - بارکر، . - 1995 نقش حفاظتی پوشش گیاهی در پایداری دامنهها موضوعی است که در سالهای اخیر بهشدت مورد توجه قرار گرفته است . مهمترین اثر پوشش گیاهی در پایداری مناطق، مسلحسازی توسط ریشههاست. در واقع حضور ریشه در خاک باعث پایداری خاک و افزایش مقاومت در برابر فرسایش میشود از این طریق که خاک در مقابل فشار مقاوم اما در برابر کشش ضعیف است. بر خلاف خاک، ریشه در مقابل کشش مقاوم و در برابر فشار ضعیف است - پولن، - 2007ٍ. بدین ترتیب وجود ریشه در خاک ماتریس مسلح شدهای را تشکیل میدهد که باعث افزایش تحمل تنش برشی خاک به کمک مقاومت کششی ریشهها میشود.
روش مطالعه
مطالعه حاضر به صورت کتابخانهای و با مراجعه به منابع اطلاعاتی نظیر کتب، مقالات و سایتهای اینترنتی انجام گرفته است. در این مقاله سعی شد که مطالعات انجام گرفته در داخل کشور مورد بازنگری قرار گرفته و نتایج آن ارایه شود.
نتایج
نتایج بررسیهای انجام گرفته نشان داد که این شاخه علمی در ایران حدود سال 1370 برای اولین بار توسط شاد مطرح گردید و سپس توسط ساریخانی و مجنونیان - 1373 - در نشریه 131سازمان مدیریت و برنامهریزی مورد بحث قرار گرفت. این شاخه در ایران پیشرفت چندانی نداشته و در این ارتباط مطالعات زیادی صورت نگرفته است. امکان استفاده از روشهای زیست مهندسی در شیبهای مختلف توسط استیری - 1375 - بررسی شد. در تحقیق ایشان نمونههای گرفته شده از درخت اقاقیا جمعآوری آزمایش برش مستقیم با پنج تیمار رطوبتی انجام شد. نتایج حاکی از آن بود که با افزایش تراکم ریشه در واحد سطح مقدار چسبندگی و زاویه اصطکاک داخلی خاک زیاد میشود ولی با افزایش رطوبت خاک این مقادیر کم میشود.
گونههای درختی جنگلی و غیر جنگلی در تثبیت شیبها و دامنههای خاکبرداری و خاکریزی نقش قابل ملاحظهای دارند در همین راستا تحقیقی توسط بی بالانی - 1380 - در استان گیلان انجام گرفت. ایشان ابتدا مقاومت برشی نمونه خاک بدون ریشه را از طریق برش مستقیم محاسبه نمود و سپس به مقایسه این مقدار با مقدار مقاومت افزوده شده به خاک در اثر حضور ریشهها در گونههای ممرز، انجیلی، لرگ، توسکا، افرا، بلوط، لیلکی، پرتقال و چای پرداخت. بر طبق این آزمایش مقدار ضریب ایمنی اضافه شده در اثر حضور ریشه برای گونههای مورد مطالعه مشخص شد. اثر ریشه درختان گز و پده بر مقاومت برشی خاک ساحل کازرون توسط بجستان و گل شیخی - 1381 - بررسی شد.
در این تحقیق 12 آزمایش با استفاده از دستگاه برش مستقیم درجا، انجام شد که 4 آزمایش روی بلوکهای با ریشه گز، 4 آزمایش روی بلوکهای ریشه پده و 4 آزمایش روی بلوکهای خاک بدون ریشه بعمل آمد. نتایج حاکی از آن بود که ریشه این دو گونه موجب افزایش مقاومت برشی خاک به میزان 20-66 درصدی میشود و نیز مقاومت برشی خاک با تراکم ریشه در واحد سطح رابطه مستقیم خطی دارد. بهمنظور بررسی اثر قطر ریشه درخت بر مقاومت برشی خاک، آزمایشهایی در 2 ایستگاه ابراهیم آباد و میناوند در منطقه طالقان توسط داوودی و همکاران - 1383 - بهصورت درجا انجام گرفت . جهت انجام ایت تحقیق سیستمی طراحی و سپس ساخته شد که از طریق آن 17 تست برش مستقیم تحت بارهای قائم مختلف انجام شد. نتایج حاکی از آن بود که پارامتری بهنام شاخص قطر- تراکم ریشهٌ که معرف قطر ریشه موجود در خاک میباشد باید در محاسبات لحاظ گردد.
همچنین این پارامتر نشان میدهد وجود ریشه در خاک سبب افزایش چسبندگی ظاهری خاک شده و هرچقدر قطر افزایش یابد نرخ چسبندگی و بهدنبال آن نرخ مقاومت برشی خاک افزایش مییابد. تاثیر ریشه درخت بید بر پایداری شیروانیهای خاکی توسط داوودی و همکاران - 1385 - انجام گرفت. این تحقیق با آزمایش برش مستقیم درجا، شامل 9 آزمایش روی خاک دارای ریشه و3 آزمایش روی خاک بدون ریشه بود. نتایج این آزمایش افزایش پایداری توده خاک را در اثر حضور ریشه نشان داد که با افزایش تراکم ریشه پایداری نیز افزایش مییابد. تراکم ریشه بین 5 -26 درصد میتواند ضریب ایمنی پایداری را ./5-36 درصد نسبت به خاک بدون ریشه افزایش دهد. عبدی و همکاران - 1389 - به بررسی تغییرات درون گونهای مقاومت کششی 3 گونه راش، ممرز و انجیلی پرداختند. نمونه ریشهها از سمت بالا و پایین شیب جمعآوری و مقاومت کششی آنها توسط دستگاه اینسترون اندازهگیری شد.
نتایج این تحقیق بهجز در مورد پروفیلهای بالای انجیلی در بقیه نمونهها معنیدار بودن اثر پایههای مختلف درختی بر میزان مقاومت کششی و معنیدار بودن تفاوتهای درون گونهای را نشان داد. در این پژوهش همچنین نشان داده شد که ریشههای سمت پایین شیب مقاومت کششی بیشتری دارند. نقش زیست مهندسی در تثبیت سواحل رودخانهها و شیبها را در زنجانرود شیردلی - 1390 - بررسی کرد. در این پژوهش ابتدا بازدیدهای صحرایی به-منظور شناسایی پوشش گیاهی منطقه صورت گرفت سپس میزان مقاومت کششی ریشههای درختان در شرایط آزمایشگاهی، وضعیت پراکنش آنها - ژئومتری - و همچنین دامنه موثر گسترش ریشهها تعیین و مورد بررسی قرار گرفت. در مرحله بعدی با استفاده از آزمایش برش خاک در محل با ریشه و بدون ریشه، میزان اثر گیاهان بر روی مقاومت برشی خاک محاسبه شد.
نتایج این پژوهش نشان داد که درختان گز، پده، نارون و بید سبب افزایش مقاومت برشی خاک به میزان 30 تا 50 درصد گردید. در همین ارتباط حسینی و همکاران - 1392 - مقاومت کششی درختان ساحلی - پده - جهت کاربردهای زیست مهندسی را بررسی کردند. هدف از انجام این پژوهش بررسی مقاومت کششی گونه مورد نظر و تاثیر جریان رودخانه و شیب ساحلی بر مقدار آن بود که 6 پایه درخت پده دربازهی نسبتا مستقیمی از رودخانه سیمره در استان ایلام انتخاب شد با استفاده از روش حفر ترانشه 128 نمونه ریشه جمعآوری شد و آزمایش مقاومت کششی بر روی آنها انجام شد که مقدار آن 25/9 مگاپاسکال بود. نتایج این آزمون نشان داد که تفاوت معنیداری بین متوسط مقاومت کششی ریشه در بالادست و پاییندست جریان و همینطور شیب وجود ندارد. ملکی و همکاران - 1392 - میزان مسلحسازی ریشه درخت توسکا را بررسی کردند. در این تحقیق از روش دیواره پروفیل برای تعیین نسبت سطح ریشه به خاک و برای اندازهگیری مقاومت کششی ریشه از دستگاه اینسترون استاندارد استفاده شد. مقدار مسلحسازی از
