دانشگاه ارومیه پژوهش و توسعه جنگل 2476-3551 11 4 2026 01 21 Investigating the performance of biopolymers in dust control on forest roads using wind tunnel simulation بررسی عملکرد پلیمرهای زیستی در کنترل گرد و غبار جاده‌های جنگلی با استفاده از شبیه‌سازی تونل باد 519 534 121796 10.30466/jfrd.2025.56429.1772 FA آیدین پارساخو دانشیار، گروه جنگلداری، دانشکده علوم جنگل، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان ، گرگان، ایران محمد جوان محجوب دوست دانشجوی کارشناسی ارشد عمران و بهره برداری جنگل، دانشکده علوم جنگل، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران ایوب رضایی مطلق کارشناس بخش تحقیقات جنگل، موسسه تحقیقات جنگل‌ها و مراتع کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران Journal Article 2025 07 28 <strong>Background and Objective:</strong> Forest roads, which are predominantly unpaved, are highly susceptible to dust emission during vehicle traffic. This dust can lead to various complications, including health hazards for workers, mechanical damage to equipment, and environmental concerns. Dust control technologies are therefore crucial for mitigating these issues in forestry operations. Road dust suppression encompasses various methods aimed at minimizing the generation and suspension of airborne particles, particularly on unpaved roads. These methods can be broadly classified into reducing dust production, preventing its suspension, or capturing and removing it. This study aims to investigate the efficacy of biopolymers in controlling dust on the Arab-Dagh forest roads in Golestan Province.<br /><strong>Material and Methods:</strong> For this purpose, a wind tunnel with a contact surface area of 38 × 60 cm was utilized. Undisturbed surface samples from the region's forest roads were randomly selected. Three biopolymers—xanthan, guar, and beta-glucan—were applied separately at weight percentages of 0%, 0.5%, 1%, 2%, 3%, or 5% over the contact area of the wind tunnel. Subsequently, the treated road surfaces were exposed to wind speeds of 8 and 10 m/s using the wind tunnel apparatus. The duration of wind exposure was kept constant at two minutes for all samples. The accumulated wind-blown sediments were then collected in plastic cyclones and weighed with a precision of 0.1 mg. The experiments were conducted using a factorial design within a randomized complete block (RCB) framework. The primary treatments included the type of biopolymer (three levels), the application rate (four levels), and wind speed as the blocking factor (two levels). Three replicates were considered for each speed, resulting in a total of 24 treatments and 72 sediment samples. Statistical analyses were performed using SPSS software; data normality was verified via the Kolmogorov-Smirnov test, mean comparisons were conducted using the LSD test, and correlation analysis was carried out using the Pearson test.<br /><strong>Results: </strong>The results of the mean comparison tests indicated that all three biopolymer treatments significantly reduced dust emissions from the wind tunnel plots compared to the control group. Specifically, dust production for plots treated with beta-glucan, guar, and xanthan was 8.27, 7.23, and 7.78 g/m², respectively, whereas the control group yielded 11.58 g/m². Furthermore, increasing the biopolymer concentration led to a significant decrease in dust levels, with the most pronounced reduction observed at the 5% concentration. As wind speed increased from 8 m/s to 10 m/s, dust production significantly rose from 7.85 g/m² to 9 g/m². The analysis further revealed that the greatest dust reduction occurred with the 5% guar treatment, which achieved a decrease of 76.5% and 66.3% at wind speeds of 8 m/s and 10 m/s, respectively. Across all biopolymer treatments, the highest dust emissions were recorded at the lowest concentration (0.5%).<br /><strong>Conclusion:</strong> Based on the findings of this study, applying high concentrations of biopolymers via tractor-mounted field sprayers enables the effective large-scale use of dust suppressants. The experimental results provide evidence that biopolymer spray applications can effectively mitigate dust emissions on forest roads and even in mining operations in the short term. Consequently, the tested biopolymers represent a promising, bio-based, and environmentally friendly alternative for dust control. <strong>مقدمه و هدف</strong>: جاده‌های جنگلی که اغلب آسفالت نشده‌اند، هنگام تردد وسایل نقلیه در معرض تولید گرد و غبار قرار دارند.این گرد و غبار می‌تواند مشکلات مختلفی مانند خطرات سلامتی برای کارگران، آسیب به تجهیزات و نگرانی‌های زیست‌محیطی ایجاد کند.فناوری‌های کنترل گرد و غبار در کاهش این مشکلات در عملیات جنگلداری بسیار مهم هستند. کنترل گرد و غبار جاده‌ای شامل روش‌های مختلف برای به کمینه­رساندن مقدار گرد و غبار تولید شده و معلق در هوا، به­ویژه جاده‌های غیر آسفالته است. این روش‌ها را می‌توان به­طورکلی به کاهش تولید گرد و غبار، جلوگیری از معلق شدن آن در هوا یا جذب و حذف گرد و غبار طبقه‌بندی کرد. هدف از این پژوهش، بررسی تاثیر پلیمرهای زیستی بر کنترل گرد و غبار جاده­های جنگلی عرب­داغ استان گلستان است.<br /><strong>مواد و روش‌ها: </strong>بدین­منظور از یک دستگاه تونل باد با سطح تماس به ابعاد 60 × 38 سانتی­متر استفاده شد. بر روی نمونه­های دست­نخورده رویه جاده­های جنگلی منطقه که به­صورت تصادفی انتخاب شدند، پلیمرهای زیستی زانتان، گوار و بتاگلوکان با درصدهای وزنی صفر، 5/0، یک، دو، سه یا پنج درصد به­طور جداگانه به اندازه سطح تماس تونل باد پاشیده شد. در مرحله بعد با استقرار و راه­اندازی دستگاه تونل باد روی نمونه، سطح جاده در معرض بادهایی با سرعت هشت و 10 متر در ثانیه قرار گرفت. مدت زمان تأثیر باد روی کلیه قطعات یکسان و معادل دو دقیقه درنظر گرفته شد. سپس رسوبات بادی جمع­شده در داخل سیلیکون­های پلاستیکی جمع­آوری و با دقت 1/0 میلی‌متر وزن شد. آزمایشات به­صورت فاکتوریل در قالب بلوک­های کامل تصادفی انجام شد. تیمار اصلی شامل نوع پلیمر زیستی در سه سطح و مقدار پلیمرها در چهار سطح و سرعت باد به­عنوان بلوک در دو سطح بود. برای هر سرعت سه تکرار درنظر گرفته شد (در کل 24 تیمار و 72 نمونه رسوب بادی). تجزیه و تحلیل­های آماری در نرم­افزار SPSS، نرمال­بودن داده­ها به­کمک آزمون کولموگروف اسمیرنوف، مقایسه میانگین­ها به کمک آزمون LSD و آنالیز همبستگی به کمک آزمون پیرسون انجام شد.<br /><strong>یافته‌ها: </strong>نتایج آزمون مقایسه میانگین­ها نشان داد که هر سه تیمار پلیمر زیستی توانستند به­طور معنی­داری مقدار گرد و غبار حاصل از پلات­های مستقر در تونل باد را در مقایسه با تیمار شاهد کاهش دهند. به­طوری­که مقدار تولید گرد و غبار در پلات تیمار شده با بتاگلوکان، گوار و زانتان به­ترتیب 27/8، 23/7 و 78/7 گرم در مترمربع و در تیمار شاهد 58/11 گرم در مترمربع بود. همچنین با افزایش غلظت پلیمرهای زیستی مقدار گرد و غبار به­طور معنی­داری کاهش یافت و شیب این کاهش در تیمار با غلظت پنج درصد بیشتر از تیمارهای دیگر بود. با افزایش سرعت باد از هشت متر بر ثانیه به 10 متر بر ثانیه، مقدار گرد و غبار حاصل از پلات­های مستقر در تونل باد به­طور معنی­داری از 85/7 گرم در متر مربع به نه گرم در مترمربع افزایش یافت. بررسی­ها نشان داد که بیشترین مقدار کاهش گرد و غبار در تیمار گوار با غلظت پنج درصد حاصل شد. در این تیمار در سرعت­های باد هشت و 10 متر در ثانیه به­ترتیب 5/76 و 3/66 درصد کاهش در مقدار گرد و غبار حاصل از پلات­های مستقر در تونل باد گزارش شد. در تمام تیمارهای پلیمر زیستی بیشترین مقدار گرد و غبار حاصل از پلات­های مستقر در تونل باد در غلظت 5/0 درصد ثبت شد.<br /><strong>نتیجه‌گیری: </strong>بر اساس یافته­های این بررسی، استفاده از غلظت­های بالای بیوپلیمر به­صورت اسپری با یک سمپاش مزرعه‌ای سوار بر تراکتور، امکان استفاده مؤثر از مواد ضد گرد و غبار را در مقیاس وسیع فراهم می‌کند. نتایج آزمایش‌ها شواهدی را ارائه می‌دهد که کاربرد اسپری بیوپلیمرها می‌تواند به­طور مؤثر انتشار گرد و غبار را در جاده­های جنگلی و حتی معادن در کوتاه مدت کاهش دهد. بنابراین، بیوپلیمرهای آزمایش­شده، یک جایگزین امیدوارکننده زیستی و سازگار با محیط زیست برای کنترل گرد و غبار هستند. https://jfrd.urmia.ac.ir/article_121796_e2a22dc355fe6b95b9075921aa520aac.pdf