بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله شبه خاک زیستی توسعه دهنده رشدگیاه در محیط کم آب با استفاده از میکروارگانیسم های بیابانی برای حل مشکل تأمین حداقل آب مورد نیاز به گیاهان در شرایط کم آب و بیابانی و افزایش مقاومت آن به خشکی ارائه شده است. برای این هدف میکروارگانیسم های بیابانی - شامل قارچ های میکوریزائی، اکتینومیسیتها، مخمرها، سودوموناس - مقاوم در برابر شرایط حاد تنش آبی شناسایی و فرآوری شده و بهترین سویه های تولید کننده آنزیم نسبت به سویه ژن مادری انتخاب و تکثیر شده است.
سپس با ایجاد ترکیبی خاص از این میکروارگانیسم ها، مواد آلی، کربوهیدارتها، نانوذرات، ماسه، خاک و خاکستر شبه خاکی تهیه شده است که می تواند چهار نقش همزمان کود غنی، آفت کش و تأمین کننده حدأقل آب مورد نیاز گیاه در شرایط تنش آبی و حذف کننده آلودگی خاک استفاده شود. در ادامه استفاده پایلوت از این کود زیستی در منطقه استان قم برای کاشت پائولونیا صورت گرفته و گزارش شده است.
مقدمه
برداشت بیش از حد از ذخایر آب، کاهش بارندگی سالانه، استفاده بی رویه از مواد شیمیایی و کود های سنتزی، افزایش مصرف آب و بالا رفتن سطح شوری خاک باعث از بین رفتن چرخه حیات در محیط بیولوژیک خاکی و کاهش چشمگیر مواد مغذی خاک شده است. به همین دلیل طی چند سال اخیر ارائه محصولاتی برای غنی کردن خاک با روش های نوین مانند انواع کودهای کمپوست و خاک های غنی شده افزایش یافته است.
در سال 1998، سوگاوا و همکاران [1] در اختراعی با عنوان "روشی برای اصلاح بیولوژیک خاک های آلوده"، محصولی برای تغذیه خاک ارائه کردند که با استفاده از میکروارگانیسم های کاهش دهنده آلودگی، آلودگی خاک را کاهش می دهد و با یک عامل چسبنده طبیعی، تشکیل ساختارهای توده خاک را شتاب می دهد. این محصول به رغم مزیت های فراوان مناسب خاک های آلوده بوده و برای مشکل کم آبی و گرمای شدید، ویژگی جدیدی به خاک نمی دهد.
در سال 2006 ، چانگ و همکاران [ 2] در اختراعی با عنوان" ترکیب مغذی بیولوژیک برای ارتقای رشد گیاه ارکیده و کاربردهای آن"، ترکیبی را ارائه کردند که شامل یک ارگانیسم همزیگری - symbiotic organism - ، یک ماده رشد دهنده و یک محیط کشت برای ترکیب و پخش کردن ماده رشد دهنده و ارگانیسم است. ارگانیسم همزیگری از گروهی شامل Rhizoctonia sp. - BCRC930076 - و Rhizoctonia sp. - BCRC930077 - انتخاب شده است.
ماده رشد دهنده این ترکیب نیز شامل گروهی از هورمون های گیاهی طبیعی - auxins, - gibberellins, cytokines, abcisic acid, ethylene, brassinosteroids, jasmonate and salicylates و تنظیم کننده های رشد گیاهی سنتز شده است. این ترکیب می تواند رشد گیاه ارکیده، سرعت گل دهی و کیفیت گل ها را افزایش می دهد. همچنین این ترکیب وقوع بیماری های ریشه را کاهش داده که مانع از استفاده از کودهای شیمیایی و افزایش سلامت ارکیدههای دارویی می شود. این محصول به رغم مزیت های فراوان مناسب گیاهی خاص ساخته شده و مناسب گیاهان دیگر نیست. هرچند این ترکیب، مشکل بیماری ریشه گیاه راه حل ارائه کرده ولی برای کم آبی و گرمای شدید، ویژگی جدیدی به خاک نمی دهد.
در سال 2014، بانگ و همکاران [3] در اختراعی با عنوان "روش تولید خاک تقویت شده مواد اساسی میکروارگانیزسمی و خاک تولید شده با این روش"، مواد اساسی مورد نیاز گیاه به صورت ارگانیک بوده که برای انسان مضر نیست و محیط زیست را آلوده نمی کند. همچنین خاک را در برابر باد مقاوم می کند. طبق این روش خاک از ماسه هایی که بخش های اصلی آنها سیلیکا، آلومینا، میکروب های ureolytic، اوره، یون کلسیم و الیاف پلیمری است، تشکیل شده است. میکروب های استفاده شده از Bacillus, sporosarcina, sporolactobacillus, clostridium and desulfotomaculum انتخاب شده اند.
با توجه به اینکه خاک های بیابانی استحکام کمی دربرابر طوفان و باد دارند، به راحتی پراکنده می شوند و جذب آب بسیار کمی دارند رشد گیاهان به سختی در آنها صورت می گیرد. این محصول می تواند با روش بیولوژیک و بدون ایجاد آلودگی های محیطی، استحکام خاک را افزایش دهد. این محصول در عمل به عنوان یک تثبیت کننده خاک مطرح است و قادر به توسعه ریشه به عمق، ایجاد بافت شبکه ریشه و جذب بهینه آب برای ریشه نیست.
هدف این اختراع ارائه محصولی است که بتواند تمامی نیازهای رشد گیاه هم مواد مغذی و هم آب را بر طرف کند. با توجه به اینکه محصولات مشابه مواد مغذی خاک را افزایش می دهند، در این اختراع محصولی ارائه شده که علاوه بر تأمین مواد مغذی، گیاه را نسبت به گرما و تنش آبی نیز مقاوم کند. در این اختراع میکرو ارگانیسم های بیابانی که مقاوم به گرما هستند، تکثیر و کشت شده و همراه با مواد مغذی دیگر، نانوذرات و عناصر دیگر، شبه خاکی را بوجود آورده اند که علاوه بر تأمین مواد مغذی مورد نیاز گیاه، نقش آفت کش را نیز ایفا کرده و گیاه را نیز در برابر کم آبی مقاوم می کند. همچنین در ادامه استفاده پایلوت از این کود زیستی در منطقه استان قم برای کاشت پائولونیا صورت گرفته و گزارش شده است.
روش تهیه کود
برای ارائه شبه خاکی که مناسب مناطق کم آب و دارای تنش آبی باشد و همزمان رشد گیاه را تسریع کرده و نیز جایگزین آفت کش های سنتزی باشد، طرحی ارائه شده که دارای چندین قابلیت جدید است. از جمله این قابلیت ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:
الف- این شبه خاک شامل میکروارگانیسم های بیابانی است که با بررسی های مختلف انتخاب شده اند. این میکروارگانیسم ها دارای آنزیم ها و کاتالیست هایی هستند که در برابر شرایط آب و هوایی بیابانی مقاوم هستند. این آنزیم ها و کاتالیست ها در اطراف ریشه فعال شده و باعث جذب آب، تولید آب مولکولی و زنده ماندن گیاه در شرایط حاد تنش آبی می شوند.
ب- این شبه خاک شامل ترکیب بهینه گروه های مختلفی از میکروارگانیزم ها، مواد طبیعی و معدنی است تا گیاه بتواند هم در محیط نرمال و هم در محیط خشکی، شوری و دمایی بالا رشد کند.
ج- این شبه خاک توانایی ایجاد چهار ویژگی همزمان یعنی: تأمین مواد مغذی، تولید آفت کش ارگانیک، کاهش آلودگی خاک - مانند فلزات سنگین - و افزایش جذب آب در محیط کم آب و بیابانی برای گیاه را دارد.
برای این منظور ابتدا میکروارگانیسمهای بیابانی - شامل قارچ ها، اکتینومیسیتها، مخمرها، سودوموناس - از خاک های بیابانی برمبنای قوی ترین سویه های تولید آنزیم خاص شناسایی و فرآوری شده است. سپس این میکروارگانیسم ها با مواد آلی، پروتئین و کربو هیدرات ها - شامل ورمی کمپوست، کود حیوانی، کاه، خاک برگ و ... - ترکیب شده تا شبه خاک بوجود آید.
میکروارگانیسم های بیابانی از خاک بیابان جمع آوری، شناسایی و فرآوری شده است - شکل . - 1 از جمله این میکروارگانیسم ها می توان به ازتو باکتر، پسودوموناس، اکتینومیسیت، استرپتومایسیت اشاره کرد - شکل. - 2 این میکروارگانیسم ها منجر به کاهش مقدار نیاز آبی گیاه در محیط خاکی کم آب می شود. پس از شناسایی و تست میکروارگانیسم ها، شرایط بهینه برای تولید سورفکتانانت برای خاک منطقه صورت گرفته و برترین سویه های نمک دوست، مقاومت به خشکی، شوری و میکوریزائی هر منطقه تعیین می شود.
شکل :1 جمع آوری نمونه از اطراف دریاچه نمک و حوض سلطان
با ترکیب مواد مغذی و افزودن آن به محیط اطراف ریشه در محیط کم آب، می توان چرخه زیستی باکتری خاص محیطی، قارچ های برونگرای میکوریزایی و سودوموناس های مولد محرک رشد را فعال نمود و به تولید آب مولکولی دست پیدا کرد.
در این شبه خاک، باکتری های بنیادی در شرایط بیولوژیکی محیط تکثیر شده و در جریان چرخه غذایی خود با استفاده از نوسانات دمایی و خاصیت چرخه ای دمای اطراف ریشه، فعال می گردند. در کنار این دسته از باکتریهای خاص، گروهی از قارچهای برون گرای میکوریزا و سودوموناس های طبیعی، تولید آنزیم رشد را فعال کرده و با افزایش سطح تماس محیطی باعث افزایش جذب ریزمغذی های آنزیمیک و آب اطراف ریشه می گردند. در نتیجه این واکنش ها، تأمین آب و مواد مغذی گیاه صورت گرفته، رشد و باردهی گیاه افزایش می یابد
شکل :2 شماره دسترسی میکروارگانیسم ها در سایت NCBI
شکل:3 بخش های مختلف شبه خاک زیستی
