درحالیکه کیفیت پویای خاک وابسته به خصوصیاتی از خاک است که با استفاده و مدیریت خاک توسط بشر، در طول زمان تغییر میکند. کیفیت خاک بهطور مستقیم قابل اندازهگیری نیست، اما خصوصیاتی از خاک که حساس به مدیریت و شرایط محیط میباشند میتوانند بهعنوان شاخص مورد استفاده قرار گیرند [4]. کیفیت پویای خاک میتواند پایداری و حاصلخیزی اراضی را تحت تاثیر قرار دهد. سرویس حفاظت منابع طبیعی ایالات متحده (1996) شاخصهای کیفیت خاک را به چهار دسته تقسیم میکند [94].
1-2-1- شاخصهای قابل مشاهده
این نوع شاخصها ممکن است با چشم قابل رویت باشند یا اینکه در عکس منطقه مشخص شوند. دیده شدن خاک تحتانی، تغییر در رنگ خاک، خندقها، آبگرفتگی، رواناب، پاسخهای گیاهی، جابجایی خاک با باد نمونههایی از این نوع شاخص میباشند.
1-2-2- شاخصهای فیزیکی خاک
این شاخصها وابسته به آرایش ذرات جامد و فضای خالی بین آنها میباشد. عمق خاک، وزن مخصوص ظاهری، تخلخل، پایداری خاکدانهها، بافت، سله و فشردگی از جملهی این شاخصها هستند.
1-2-3- شاخصهای شیمیایی خاک
این شاخصها واکنش خاک، شوری، مواد آلی، غلظت فسفر، ظرفیت تبادل کاتیونی، چرخهی عناصر، غلظت عناصر آلودهکننده (رادیواکتیو، عناصر سنگین و…) و عناصر مورد نیاز برای رشد گیاهان را شامل میشود. شرایط شیمیایی خاک میتواند روابط گیاه با خاک، کیفیت آب، ظرفیت بافری، قابلیت دسترسی عناصر غذایی و آب به گیاهان و دیگر موجودات زنده، حرکت آلودهکنندهها را تحت تاثیر خود قرار دهد.
1-2-4- شاخصهای بیولوژیک خاک
ساختار و فعالیت جمعیت میکروبی خاک تا حد زیادی به وضعیت زیستگاه آنها وابسته است. درون این زیستگاه، میکروارگانیسمهای خاک در حال تغذیه، تنفس، رقابت، همیاری و پاسخ به تغییرات محیط میباشند. در حقیقت اکثر جمعیت میکروبی خاک ممکن است در حالت غیر فعال بهسر برده و آماده پاسخ بهشرایط اطراف باشند تا در صورت مطلوب بودن شرایط، به جمعیت فعال تبدیل شوند [120]. اجتماع زندهی خاک و زیستگاه آنها تحت تاثیر یک شبکه بههم پیوسته از تغییرات است که در اکوسیستمها متفاوت میباشد و ترکیب هر اکوسیستم در اجتماع میکروبی، تا حدی منحصربهفرد میباشد [138]. بهنظر میرسد زندگی گیاهی و جمعیت میکروبی خاک بیشتر تحت تاثیر دما و رطوبت خاک [122]، تغییرات ناشی از فصلها [84] باشد، همچنین اسیدیته و قلیاییت خاک نیز بر زندگی گیاهی و جانوری خاک اثرگذار است. در یک اکوسیستم مشخص، عمق خاک عامل اولیه برای انتخاب زیستگاه میکروبی بوده و خصوصیات کلیدی یک زیستگاه مانند سطوح اکسیژن و دسترسی به غذا و مواد معدنی، در طول پروفیل خاک تغییر میکند.
شکل1-2- تغییرات کربن و نسبت کربن به نیتروژن نسبت به تغییرات عمق در دو سایت رسوبی (Sed) و درجا(UB). اقتباس از موریتز (2008) [91].
موریتز (2008) اظهار داشت که دسترسی کربن با افزایش عمق، کاهش نشان میدهد (شکل1-2) [91]. ساختمان خاک مانند اندازه و استحکام خاکدانهها با عمق خاک تغییر کرده و بر زیستگاه جانداران خاک اثرگذار میباشد [102]. بیشترین ذخیرهی کربن جهان مربوط به کربن آلی خاک است [70]. در سرتاسر جهان، مقدار کربن ذخیره شده در یک متر بالای خاک دو تا سه برابر بیشتر از مقدار آن در گیاهان میباشد [16]. مطالعات پیرامون کربن و جمعیت میکروبی خاک اغلب در 20-30 سانتیمتری بالای خاک متمرکز شده است و بیشترین فعالیت میکروبی مربوط به همین بخش از پروفیل خاک میباشد [42]. شاخصهای بیولوژیکی خاک که مربوط به جمعیت زندهی خاک میباشد، بیشترین پاسخ یا تنش به شرایط محیطی را در خاک سطحی متحمل میشود. ساختار جمعیتهای میکروبی و روابط بین آنها، نوع فعالیت و محصول حاصل از این فعالیتها، تعداد جانوران قابل شمارش مانند کرم خاکی، تنفس میکروبی، شدت تجزیه مواد آلی و نظایر آن، از جمله شاخصهای بیولوژیک میباشند.
الف) فعالیتهای میکروبی
بخشی از فعالیت میکروبی خاک منجر به آزادسازی مواد غذایی برای گیاهان میشود. بنابراین فعالیتهای میکروبی در چرخههای بیوژئوشیمیایی از اهمیت حیاتی برخوردار هستند. فعالیتهای میکروبی توسط شرایط تغذیهای، دما، غلظت اکسیژن و قابلیت دسترسی به آب تنظیم میشود و میکروارگانیسمهای خاک برای انجام فعالیتهای خود در خاک نیازمند شرایط بهینه میباشند و انحراف از این شرایط، توده زنده میکروبی و فعالیت آنها را تحت تاثیر قرار میدهد. فرایندهایی مانند معدنی شدن نیتروژن و کربن یا ایموبیلیزاسیون2 آنها از جمله فعالیتهای میکروبی میباشد که میتوان بهعنوان شاخص تغییرات خاک مورد استفاده قرار گیرد [146].
ب) فعالیتهای آنزیمی
آنزیمهای خاک نقش مهمی در هر یک از فرایندهای تجزیهی مواد آلی و باز چرخ عناصر دارند. فعالیت این آنزیمها متاثر از شرایط مختلف محیطی (مانند دما، رطوبت، واکنش خاک، غلظت اکسیژن)، ساختار شیمیایی مواد آلی و موقعیت مکانی آنزیم در خاک میباشد [100]. فعالیتهای آنزیمی میتوانند بهعنوان شاخص تغییرات خصوصیات خاک، ناشی از مدیریتهای مختلف (مانند کوددهی، شخم، آبیاری و چرا)، تغییرات جهانی (مانند تهنشست نیتروژن اتمسفری، افزایش دی اکسید کربن و گرم شدن جهانی) مورد استفاده قرار گیرد [112].
پ) ساختار جمعیت میکروبی
ساختار جمعیت میکروبی خاک بهصورت بالقوه میتواند نشانهی اولیهی بهبود یا تخریب خاک باشد. تحولات اخیر در تکنیکهای مبتنی بر زیست شناسی مولکولی، سبب ایجاد یک ابزار دقیق در تعیین ساختار جمعیت میکروبی و پویایی آن در مقابل شرایط پیرامونی شده است. ساختار جمعیت باکتریهای خاک میتواند بهعنوان شاخصی در برابر تغییرات خاک مورد استفاده قرار گیرد. بنابراین، تجزیه و تحلیل ساختار و الگوی جمعیتهای میکروبی میتواند دادههایی جهت نشان دادن ارتباط بین عوامل زندهی خاک و عوامل غیر زنده در اختیار قرار دهد.
ت) تودهی زندهی میکروبی
بخش قابل توجهی از ساختار موجودات زندهی خاک از کربن و نیتروژن تشکیل شده است.کربن و نیتروژن تودهی زندهی میکروبی خاک، یک بخش متغیر اما قابل توجه از مخازن فعال کربن و نیتروژن خاک است. تعیین کربن و نیتروژن تودهی زندهی میکروبی خاک نگرش بهتری از کربن ونیتروژن آلی خاک در پی دارد [133]. تودهی زندهی میکروبی و فعالیتهای آن میتواند تحت تاثیر چندین عامل اکولوژیکی مانند ترکیب جامعهی گیاهی، سطح مواد آلی خاک، رطوبت خاک و دما قرار گیرد [82]. درک تاثیرات محیطی بر تودهی زنده و فعالیت میکروبی خاک کلید پیشبینی تغییرات در چرخهی عناصر میباشد [6].
1-3- تنشهای طبیعی
بهجز موارد محدودی مانند آلودگی خاک به عناصر آلایندهی ناشی از مواد مادری مانند کروم، اکثر تنشهای طبیعی که خاک با آن درگیر است به تغییرات آب و هوایی و اقلیم وابسته است. گرم شدن جهانی زمین، تغییر رژیم بارندگی و دمایی یک منطقه و سایر تنشهایی از این قبیل میتوانند خصوصیات شیمیایی، فیزیکی و بیولوژیک خاک را تحت تاثیر قرار دهند. خشکی و چرخههای خشک و مرطوب شدن در طبیعت از جمله تنشهای مربوط به آب و هوا میباشند. تنش رطوبتی به موجودات زنده زمانی اتفاق میافتد که آب سلول از مقدار مشخصی کمتر شود و سلولها دچار کمبود آب شوند و یا مقدار آب در سلولها به اندازهای افزایش یابد که منجر به مرگ سلول یا اختلال در فعالیتهای آنها شود. تنش کاهش آب در باکتریهای خاک میتواند به دلیل فقدان یا کمبود آب در خاک یا شور بودن آب خاک اتفاق افتد.
رطوبت خاک یک متغیر بسیار مهم در محیط خاک و نیز محیطهای وابسته به خاک است و بهطور مستقیم در فرایندهای مربوط به گیاهان و سایر جانداران خاک شرکت میکند. از طرف دیگر، رطوبت خاک با تاثیری که بر جریان گرما در خاک دارد، بر فرایندهای فیزیکی، بیولوژیکی و شیمیایی خاک اثرگذار است. مقدار رطوبت خاک با بارندگی، تبخیر و تعرق، جریانهای افقی و زهکشی که متاثر از خصوصیات خاک، گیاهان، زمینمنظر3 و تکنیکهای مدیریتی اعمال شده بر زمین میباشند، تغییر میکند [137]. همچنین آب خاک یک عامل مهم درچرخهی عناصر است؛ چراکه نقش انکار ناپذیری در انتقال مواد غذایی، تحرک میکروبی، انجام فرایندهای خاک و متابولیسمهای میکروبی دارد. تغییرات در مقدار آب خاک بر پتانسیل ماتریک، پتانسیل اسمزی، قابلیت دسترسی به سوبسترا و پخشیدگی عناصر و گازها اثر میگذارد [108].
قابلیت دسترسی به آب یکی از مهمترین عوامل تنظیمکننده فعالیتهای بیولوژیک در خاک است و تغییرات در آن، از طریق روابط پیچیده با وضعیتهای مختلف عناصر و مواد غذایی، دمای خاک، توزیع اندازه ذرات وهوای خاک، بر جانداران خاک اثرگذار است. بهعنوان مثال کاهش در پتانسیل آب خاک میتواند باعث کاهش پخشیدگی و انتشار در محلول خاک و کاهش منافذ دارای آب شده و افزایش هوا در این فضاها را در پی داشته باشد [51]. بهطور کلی خاکها با توجه به تفاوت در بافت و مقدار مواد آلی، خصوصیات رطوبتی متفاوتی از خود بروز میدهند. اکوو (1990) گزارش کرد که با افزایش مواد آلی خاک، ظرفیت نگهداشت آب خاک4 نیز افزایش پیدا میکند [40]. همچنین آدامو و آلیو (2012) با انتشار گزارشی از خاک دانشگاه مینستوتا، کاهش اندازهی بافت خاک و نیز افزایش در مواد آلی خاک را در افزایش ظرفیت نگهداشت آب خاک بسیار مهم دانستند [1]. شرایط خشکی، یک لایهی نامناسب برای گروه جانوری خاک در بستر جنگل ایجاد میکند [131]، در عین حال رطوبت خاک، یک کنترلکنندهی اساسی در ساختار و فعالیت گروه میکروبی و ریز جانوری خاکهای جنگلی میباشد و تودهی زندهی میکروبی در خاک جنگل با رطوبت خاک همبستگی معنیدار نشان میدهد [132]. همچنین گزارش شده است سه روز پس از یک رخداد بارندگی جمعیت باکتریها [30] و آمیبها [29] در خاک به حداکثر میرسد. طی آزمایشهای جداگانه با شبیهسازی بارندگی یک افزایش معنیدار در تعداد نماتدها در علفزار [142]، بیابان [135] و جنگل [115] مشاهده شده است. خاکها دچار تغییرات رطوبتی ناشی از چرخههای فصلی بارندگی و آبیاری قرار میگیرند. شدت چرخههای خشک و مرطوب شدن به آب و هوا، نوع خاک، نوع شخم و پوشش گیاهی وابسته است [97]. خشک شدن خاک در کنار چرخههای خشک و مرطوب شدن خاک دارای اهمیت بوده و بر جمعیت میکروبی خاک اثر میگذارد [44].
1-3-1- کمبود آب و خشکی خاک
پروکاریوتهای خاک در پوستهی آب احاطهکنندهی ذرات خاک یا آب درون منافذ زندگی میکنند، بنابراین بسیار حساس به آب خاک هستند. کم شدن آب خاک ناشی از نفوذ و تبخیر منجر به کاهش پتانسیل ماتریک میشود و یک توقف کلی در فعالیتهای میکروبی در پی خواهد داشت که در شرایط طبیعی میتواند برگشتپذیر باشد. خشک شدن خاک میتواند باعث تغییرات شیمیایی شود و افزایش غلظت مواد غذایی محلول در آب و قابل عصارهگیری مانند کربن و فسفر را در پی داشته باشد [140]. همچنین میتوان تغییرات پی اچ محلول خاک، ظرفیت تبادل کاتیونی و مواد هومیک قابل عصارگیری را نیز بر تغییرات شیمیایی ناشی از خشک شدن خاک افزود. در یک خاک خشک، پوستهی آب اطراف خاکدانهها نازکتر میشود و دسترسی به آب به دلیل نگهداشت شدید آب در سطح خاکدانهها، دشوار میشود [65]، در نتیجه در پتانسیل ماتریک کم، میکروبها دچار کمبود سوبسترا میشوند؛ زیرا عناصر به دلیل کندی پخشیدگی، قادر به حرکت نیستند [117]. تحرک میکروارگانیسمهای خاک بهشدت وابسته به وجود آب در خاک است. گریفین و کویل (1968) پی بردند که از هم گسیختگی مسیر انتشار ناشی از کاهش پتانسیل ماتریک، تحرک باکتریهای خاک را به سرعت کاهش میدهد [52] . در همین راستا وانگ و گریفین (1976) گزارش کردند زمانی که پتانسیل ماتریک از 02/0- مگاپاسکال به 1/0- مگاپاسکال کاهش مییابد، تحرک باکتریها متوقف میشود [139].
میکروارگانیسمها با تجمع ترکیبات تنظیمکننده فشار اسمزی یا سایر نمکها

مطلب مرتبط :   پایان نامه با واژگان کلیدیطلاق، بزرگسالان، شرط ضمن عقد
دسته‌ها: No category

دیدگاهتان را بنویسید