فیلتر خاکی

عملکرد فیلتر خاک یک سرویس اکوسیستمی مهم برای حفاظت از آب های زیرزمینی و آب های سطحی است. کارایی خاک به عنوان فیلتر به رفتار آلاینده ها در خاک و فرآیندهای انتقال هیدرولوژیکی بستگی دارد. هدف این مقاله شناسایی شکاف‌های دانش در فرآیندهای مؤثر بر رفتار آلاینده در خاک و انتقال بالقوه آنها به آب‌های زیرزمینی است.

درحال حاضربیشترتحقیقات مربوط به عملکرد فیلتر خاک از دو رشته انجام می شود،

یکی از علوم زراعی/محیط زیستی.یکی از تحقیقات اساسی تر فرآیند هیدرولوژیکی.

ترکیب بینش ها ورویکردهای هردورشته ازطریق همکاری می تواندمنجر به درک بهتر این سیستم پیچیده وافزایش ارزیابی تغییرات استراتژی مدیریت، هم در بلندمدت و هم درمحیط های مختلف آب وهوایی شود.

مقدمه

کیفیت آب های زیرزمینی می تواند به شدت تحت تأثیر دخالت انسان در سیستم هیدرولوژیکی قرار گیرد،

به عنوان مثال شستشوی مواد مغذی و آفت کش ها در زیر زمین های کشاورزیآلودگی نمکی در مناطق آبی شسته شدن نیترات و فلزات سنگین پس از برش شفاف یا خاک ورزی خاک در زیر جنگل و کاربرد فاضلاب در مناطق کشاورزی.

از آنجایی که آب های زیرزمینی منبع ضروری آب برای آشامیدن و آبیاری هستند و

اغلب ارتباط سریعی با آب های سطحی دارند، کسب بینشی در مورد چگونگی تغذیه و کیفیت آب های زیرزمینی تحت تأثیر خاکی که از طریق آن جریان می یابد بسیار مهم است. رفتار و انتقال مواد آلاینده به شدت به عملکرد فیلتر خاک بستگی دارد.

مواد مغذی یا آفت کش ها را می توان در خاک حفظ کرد.

ترکیبات آلی و معدنی که می توانند از محصولات جانبی کشاورزی، شهری یا صنعتی

منشاء بگیرند، می توانند توسط مواد معدنی رسی و مواد آلی فیلتر، بافر و بی حرکت شوند و توسط موجودات زنده خاک تجزیه شوند.

کارایی خاک به عنوان یک بافر و فیلتر برای آلاینده ها توسط میزان جذب و تخریب در

فیلتر و زمان ماندگاری تعیین می شود که به فرآیندهای انتقال خاک و غلظت آلاینده ها بستگی دارد.

آلاینده آلی و معدنی

تعداد زیادی آلاینده آلی و معدنی در محیط وجود دارد که از طریق رسوب خشک/مرطوب

(مانند اسیدها، آلاینده‌های آلی پایدار، فلزات سنگین) یا مستقیماً از طریق کاربرد انسانی (مانند مواد شیمیایی کشاورزی) به خاک می‌رسند. سرنوشت این آلاینده ها به فرآیندهای جذب، تخریب و شستشوی خاصی بستگی دارد که در معرض آن قرار می گیرند. انتقال آلاینده‌هایی که به ذرات خاک جذب می‌شوند از طریق فرسایش خاک، انتقال کلوئید در حفره‌های بزرگ و رسوب در پایین دست انجام می‌شود. علاوه بر این، متابولیت های حاصل از تجزیه ممکن است رفتار متفاوتی نسبت به مواد اصلی داشته باشند. به عنوان مثال ممکن است بسیار محلول باشند و بنابراین به آب های زیرزمینی یا سطحی نفوذ می کنند.

برنامه های نظارتی برای کیفیت آب عمدتاًدراتحادیه اروپا(دستورالعمل چارچوب آب)،ایالات متحده آمریکا(قانون آب پاک)واسترالیا(سیستم ملی مدیریت کیفیت آب)ایجادشده است.

اگرچه تحقیقات زیادی در مورد رفتار آلاینده های آلی ومتابولیت های آنهادرخاک انجام شده است،اماعمدتاًدرمحیط های کنترل شده(پلت/آزمایشگاه)انجام شده است.

فقدان دانش در مورد ارزیابی خطر و اقدامات کاهش برای آلاینده های نوظهور و

متابولیت های آنها در مقیاس بزرگتر در محیط، به ویژه در شرایط آب و هوایی گرمسیری و خشک وجود دارد

فرآیندهای شیمیایی یا بیولوژیکی

جدای از فرآیندهای شیمیایی یا بیولوژیکی که بر روی مواد آلی کار می کنند،

انتقال همرفتی املاح با آب، زمان ماندن آلاینده ها در مخزن خاک را تعیین می کند.

تغییر در ویژگی های خاک در مقیاس فضایی کوچک می تواند منجر به جریان ترجیحی شود و می تواند

زمان ماندن آب و املاح در فیلتر خاک را به شدت کاهش دهد.

جریان ترجیحی به طور کلی به عنوان یکی از مهمترین فرآیندهایی شناخته می شود

که بر انتقال املاح و آلودگی آب های زیرزمینی تأثیر می گذارد

در طول دهه های گذشته چندین مدل برای شبیه سازی انتقال آب و املاح،

از جمله جریان ترجیحی، توسعه یافته است و به طور مداوم در حال بهبود هستند.

با این حال، اکثر این مدل‌ها هنوز جریان یکنواخت رافرض می‌کنند و

ازمفهوم همرفت-پراکندگی استفاده می‌کنند،بدون درنظرگرفتن حمل و نقل ذرات با بار معلق در رواناب یا آبشویی کلوئیدی.

نادیده گرفتن حمل ونقل درامتداد مسیرهای جریان ترجیحی میتواندمنجربه کمتربرآوردی شدیدازخطرشستشوشود

فیلتر کردن و بافر کردن

خاک به عنوان یک فیلتر برای محافظت از کیفیت آب، هوا و سایر منابع عمل می کند. ترکیبات سمی یا مواد مغذی اضافی را می توان تخریب کرد یا در غیر این صورت در دسترس گیاهان و حیوانات قرار نگرفت.

عملکرد تصفیه خاک را می توان با اندازه گیری یا مشاهده شاخص های زیر ارزیابی کرد:

1-شاخص های سمیت شامل آرسنیک، مس، آفت کش ها و روی

2-شاخص های ماده آلی شامل نسبت C:N، تجزیه، کربن زیست توده میکروبی، ذرات آلی ذرات، مواد آلی خاک، کل کربن آلی و کل مواد آلی

3-شاخص های واکنش خاک از جمله pH خاک

4-شاخص های شوری و سدیمی شامل هدایت الکتریکی، درصد سدیم قابل تعویض، نسبت جذب سدیم و سدیم

شاخص‌های فعالیت بیولوژیکی و تنوع شامل قارچ‌های فعال، کرم‌های خاکی،

نیتروژن بالقوه معدنی، تنفس، آنزیم‌های خاک، و شاخص‌های تنوع برای موجوداتی مانند باکتری‌ها، ماکرو و ریزبندپایان، نماتدها و گیاهان.

مواد معدنی

مواد معدنی و میکروب های موجود در خاک مسئول فیلتر کردن،

بافر کردن، تجزیه، تثبیت، و سم زدایی مواد آلی و معدنی از جمله محصولات جانبی صنعتی و شهری و رسوبات جوی هستند.

خاک آلاینده ها را هم از آب و هم از هوا جذب می کند. برخی از این ترکیبات توسط میکروارگانیسم های موجود در خاک تجزیه می شوند. برخی دیگر به طور ایمن در خاک نگهداری می شوند و از آلودگی هوا و آب جلوگیری می کنند.

هنگامی که سیستم خاک بیش از حد بارگذاری می شود، مانند استفاده بیش از حد کود یا کود،

یا زمانی که خاک ناپایدار است، برخی از آلاینده ها از طریق فرسایش یا شستشو به تالاب و آب باز می گردند.