استفاده از ژئوتکستایل جهت تثبیت شن‌های روان و بیابان زدایی

حرکت و انتقال ذرات گرد و غبار خاک توسط نیروی باد به عنوان یکی از علل اصلی فرآیند بیابان‌زایی شناخته شده است که در نتیجه آن تبدیل مناطق کشاورزی به زمین‌های بایر و ایجاد پوشش شن و ماسه بر روی آن‌ها است. تپه‌های شنی، به علت رطوبت ناکافی و همچنین عدم پوشش مناسب گیاهی، دارای چسبندگی کمی بوده و مستعد فرسایش بادی می‌باشند. در طی فرآیند فرسایش بادی از سطح خاک‌ها و به تبع آن ایجاد طوفان‌های گرد و غبار، مواد مغذی و مواد آلی خاک از بین می‌رود که این امر به نوبه‌ی خود سبب کاهش بهره‌وری کشاورزی می‌گردد. علاوه بر این آلودگی هوا و آب‌های سطحی و همچنین کاهش دید افقی ناشی از گرد و غبار از دیگر پیامد‌های منفی فرسایش بادی است که می‌تواند اثرات سویی بر سلامت انسان داشته باشد ( Van Pelt Diouf ). فرسایش بادی حتی ممکن است در مناطق اقلیمی مرطوب نیز به صورت موضعی رخ دهد اما وقوع آن در مناطق خشک و نیمه خشک شایعتر است ( Skidmore and Fryrear ). کشور ما نیز از نظر اقلیمی در شرایط خشک و نیمه خشک قرار دارد و با در نظر گرفتن ملاحظات محیط زیستی، کنترل فرسایش بادی در مناطق خشک و نیمه خشک از اهمیت زیادی برخوردار است.

روش‌های مختلفی برای کنترل فرسایش بادی و در نتیجه کاهش گرد و غبار وجود دارد. این روش‌ها غالباً به سه دسته طبقه‌بندی می‌شوند

1. روش‌های زراعی که در آن‌ها از پوشش گیاهی یا باقی مانده محصولات برداشت شده به عنوان باد شکن و محافظ سطح خاک استفاده می‌شود،
2. روش‌های مکانیکی که در آن‌ها با ایجاد موانع مکانیکی مانند فنس‌های فلزی در مقابل جریان باد سرعت باد را کاهش می‌دهند
3. ایجاد لایه مقاوم به فرسایش در سطح خاک با استفاده از تثبیت کننده‌های مختلف نظیر مالچ نفتی و مواد پلیمری.

روش زراعی اغلب بسیار دشوار است زیرا خاک ممکن است از نظر کشاورزی نامناسب باشد. علاوه بر این، باد می‌تواند باعث کندن ریشه گیاهان جوان شده و یا با بلند کردن ماسه‌ها به آن‌ها آسیب برساند. از سوی دیگر، این روش نیازمند دوره طولانی زمان رشد داشته و تأمین منابع آب کافی برای رشد گیاهان است که سبب دشواری اجرای آن در بسیاری از مناطق خشک و نیمه خشک می‌گردد ( Diouf et al).

استفاده از شبکه‌های فلزی نیز به علت تاب برداشتن و پیچش لبه‌ها ناکارآمد است. همچنین، ایجاد تلاطم در قسمت بادپناه خود می‌تواند حفاظت مؤثر را کاهش دهد (Goudie and Middleton). و همچنین استفاده از مالچ‌های نفتی می‌تواند پیامد‌های منفی زیست محیطی به همراه داشته باشد (Armbrust and Dickerson)

استفاده از ژئوتکستایل‌ها در کنترل فرسایش خاک

افزایش مقاومت لایه سطحی خاک در مقابل تنش برشی جریان باد، عاملی کلیدی در کنترل فرسایش بادی است. از این رو، اساس بسیاری از روش‌های کنترل فرسایش خاک مورد استفاده در حال حاضر، مبتنی بر تثبیت و تقویت سطح خاک است.

در کنترل فرسایش، ژئوتکستایل‌ها از سطوح خاک در برابر نیروی کششی آب یا باد و فرسایش باران محافظت می‌کند. عملکرد ژئوتکستایل‌ها معمولا به پنج دسته اصلی تقسیم می‌شوند: جداسازی، فیلتراسیون، زهکشی، حفاظت و تقویت.

مواد تشکیل‌دهنده ژئوتکستایل‌ها تعیین‌کننده عمر آن‌ها در طبیعت می‌باشد. به طور کلی، ژئوتکستایل‌های مصنوعی دارای مقاومت تنشی بالا هستند و دوام بیشتری (حدود 20 سال) نسبت به نوع طبیعی آن (حدود 2 تا 5 سال) دارند ( Li, M. H. and Khanna, S. 2008 ). در عوض، تخریب ژئوتکستایل‌های طبیعی (که منجر به بازگشت مواد معدنی و مغذی به خاک می‌شود) روی توسعه پوشش گیاهی دامنه‌ها که خود یک وسیله حفاظتی طولانی مدت است مفید می‌باشد (Fullen et al). پس در این زمینه علاوه بر پایداری و استحکام ژئوتکستایل نسبت به زمان به‌کارگیری آن، باید سایر عوامل را نیز در نظر گرفت تا دید بهتری نسبت به طول عمر آن و نقشی که در حفاظت خاک و آب دارد حاصل شود. برای مثال در تحقیقی که ویشنوداس و همکاران انجام دادند، مشاهده نمودند که ژئوتکستایل کنفی (“ژئوتکستایل کنفی” برای معادل دو واژه انگلیسی Jute and Coir) بعد از 9 ماه توانسته بود 19 درصد استحکام اولیه را حفظ کند، که در این مورد نگرانی بخصوصی در ارتباط با به‌کارگیری آن وجود نداشت، زیرا طی این زمان دامنه پایدار شده و پوشش گیاهی به‌خوبی استقرار یافته بود. شاو و همکاران ( Shao et al. )، اثر سه نوع ژئوتکستایل لایه کنفی، لایه پلی استر و توری پلی استر، در کنترل فرسایش را بررسی نمودند و نشان دادند که تیمار‌های مذکور به ترتیب فرسایش را به اندازه، 99.4 98.5و 5/5 درصد کم نمودند.

آلوارز-موزرس و همکاران نیز اثربخشی ژئوتکستایل‌ها در کم کردن هدررفت خاک را گزارش دادند و بیان نمودند که این اثربخشی در شیب 45 درجه نسبت به شیب 60 درجه بیشتر بود. همچنین در این پژوهش آمده است که تیمار ژئوگرید سطحی دارای کمترین نرخ هدررفت خاک می‌باشد، بنابراین نصب سطحی آن گزینه بهتری است.

یکی از جامعترین پژوهش‌ها در این زمینه توسط باتاچاریا و همکاران ( Bhattacharyya et al. )، انجام گرفت. ایشان با مقایسه داده‌های جمع آوری شده از کشور‌های متفاوت (انگلستان، مجارستان، آفریقای جنوبی، چین، تایلند و ویتنام) به مطالعه اثربخشی ژئوتکستایل‌های زیستی در شرایط مختلف پرداختند. این نتایج نیز مؤید اثربخشی زیاد ژئوتکستایل‌ها جهت کنترل فرسایش خاک در تمامی محیط‌ها بود، به نحویکه نرخ فرسایش آبی به مقدار 67-99 درصد کاهش یافت. نکته جالبی که ایشان خاطر نشان کردند این بود که در انگلستان کرت‌های حاوی تیمار نوار‌های بافر از جنس Borassus mat و Buriti mat دارای عملکردی مشابه با کرت‌های کاملا پوشیده با Borassus mat در کاهش هدر رفت خاک بودند، که در پژوهش صورت گرفته در کشور نیز اثر نوار‌های ژئوتکستایل کنفی-کلشی به ثبت رسیده است.

منابع:

• Armbrust, D. , and Dickerson, J. (1971). Temporary wind erosion control: cost and effectiveness of 34 commercial materials. Journal of soil and water conservation 26, 154-157.
• Goudie, A. S. , and Middleton, N. J. (2006). Dust Storm Control. In A. Goudie and N. J. Middleton (Eds. ), Desert Dust in the Global System (Chapter 8). (pp. 193-199). Springer Science & Business Media.
• Movahedan, M. , Abbasi, N. , and Keramati, M. (2012). Wind erosion control of soils using polymeric materials. Eurasian Journal of Soil Science 1 (2) 81 –86.
• Van Pelt, R. , and Zobeck, T. (2004). Effects of Polyacrylamide, Cover Crops, and Crop Residue Management on Wind Erosion. In proceedings of 13th International Soil Conservation Organisation Conference (ISCO), July 2004. Brisbane, Australia, pp. 1-4.
• Fryrear, D. W. , and Skidmore, E. (1985). Methods for controlling wind erosion. In R. F. Follett and B. A. Stewart (Eds. ) Soil Erosion and Crop Productivity (pp. 443-57). Madison: American Society of Agronomy, Crop Science Society of America, Soil Science Society of America.
• Diouf, B. , Skidmore, E. , Layton, J. , and Hagen, L. (1990). Stabilizing fine sand by adding clay: laboratory wind tunnel study. Soil technology 3, 21-31.
• Li, M. H. and Khanna, S. 2008. Aging of rolled erosion control products for channel erosion control. Geosynthetics International. 15:24–231.
• Fullen, M. A. Subedi, M. Booth, C. A. Sarsby, R. W. Davies, K. Bhattacharyya, R. Kugan,R. Luckhurst, D. A. Chan, K. Black, A. W. Townrow,D. James, T. Poesen, J. Smets, T. Kertesz, A. Toth, A. Szalai, Z. Jakab, G. Jankauskas, B. Jankauskiene, G. Buhmann, C. Paterson, G. Mulibana, E. Nell, J. P. vander Merwe, G. M. E. Guerra, A. J. T. Mendonca, J. K. S. Guerra, T. T. Sathler, R. Bezerra, J. F. R. Peres, S. M. Yi, Z. Li, Y. M. Li, T. Panomtaranichagul, M. Peukrai,S. Thu, D. C. Cuong, T. H. Toan, T. T. Jonsyn-Ellis,F. Sylva, J. Z. Cole, A. Mulholland, B. Dearlove, M. Corkill, C. and Tomlinson, P. 201. Utilizing biological geotextiles: introduction to the Borassus Project and global perspectives. Land Degradation & Development. 2:453–462.
• Vishnudas, S. Savenije, H. H. G. Van der Zaag, P. Anil, K. R. and Balan, K. 2005. Experimental study using coir geotextiles in watershed management. Hydrology and Earth System Sciences Discussions, European Geosciences Union. 2(6): 2327-2348.
• Álvarez-Mozos, J. Abad, E. Giménez, R. Campo, M. A. Goñi, M. Arive, M. Casalí, J. Díez, J. and Diego, I. 2013. Evaluation of erosion control geotextiles on steep slopes. Part 1: Effects on runoff and soil loss. Catena. 18:168–178.
• Shao, Q. Gua, W. Dai, Q. y. Makoto, S. and Liuc, Y. 2014. Effectiveness of geotextile mulches for slope restoration in semi-arid northern China. Catena. 16:1–9.
• Bhattacharyya, R. Fullen, M. A. Booth, C. A. Kertesz, A. Toth, A. Szalai, Z. Jakab, G. Kozma, K. Jankauskas, B. Jankauskiene, G. Buhmann, C. Paterson, G. Mulibana, E. Nell, J. P. Van Der Merwe, G. M. E. Guerra, A. J. T. Mendonca, J. K. S. Guerra, T. T. Sathler, R. Bezerra, J. F. R. Peres, S. M. Yi, Z. Yongmei, L. Li, T. Panomtarachichigul, M. Peukrai, S. Thu, D. C. Cuong, T. H. and Toan, T. T. 201a. Effectiveness of Biological Geotextiles for Soil and Water Conservation in Different Agro-Environments. Land Degradation & Development. 2:495-504.
• محمد ایوب محمدی و عطااله کاویان. 2020. مروری بر ژئوتکستایل‌ها از نظر مسائل حفاظت خاک و آب. ترویج و توسعه آب خیزداری
• مهدی ملکی کاکلر، سیروس ابراهیمی، فرخ اسد‌زاده و مهرداد امامی تبریزی. 1395. ارزیابی کارایی رسوب میکروبی کربنات برای تثبیت شن‌های روان. تحقیقات آب و خاک. دوره 47. شماره 2. ص 415 – 407