بررسی عملکرد پلیمرهای زیستی در کنترل گرد و غبار جاده‌های جنگلی با استفاده از شبیه‌سازی تونل باد

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 گروه جنگلداری، دانشکده علوم جنگل، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

2 گروه جنگلداری، دانشکده علوم جنگل، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران.

3 موسسه تحقیقات جنگل‌ها و مراتع کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران.

چکیده

مقدمه و هدف: 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 از جمله 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 حداقل رساندن میزان گرد و غبار تولید شده و معلق در هوا، به ویژه جاده‌های غیر آسفالته است. این روش‌ها را می‌توان به طور کلی به کاهش تولید گرد و غبار، جلوگیری از معلق شدن آن در هوا یا جذب و حذف گرد و غبار طبقه‌بندی کرد. هدف از تحقیق حاضر بررسی تاثیر پلیمرهای زیستی بر کنترل گرد و غبار جاده‌های جنگلی عرب‌داغ استان گلستان می‌باشد.

مواد و روش‌ها: بدین‌منظور از یک دستگاه تونل باد با سطح تماس به ابعاد 60 × 38 سانتی‌متر استفاده گردید. بر روی نمونه‌های دست نخورده رویه جاده‌های جنگلی منطقه که به‌صورت تصادفی انتخاب شدند، پلیمرهای زیستی زانتان، گوار و بتاگلوکان با درصدهای وزنی 0، 5/0، 1، 2، 3 یا 5 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 جمع شده در داخل سیلیکون‌های پلاستیکی جمع‌آوری و با دقت 1/0 میلی‌متر وزن گردید. 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 به عنوان بلوک در دو سطح بود. برای هر سرعت سه تکرار در نظر گرفته شد (در کل 24 تیمار و 72 نمونه رسوب بادی). تجزیه و تحلیل‌های آماری در نرم‌افزار SPSS، نرمال بودن داده‌ها به-کمک آزمون کولموگروف اسمیرنوف، مقایسه میانگین‌ها به کمک آزمون LSD و آنالیز همبستگی به کمک آزمون پیرسون انجام شد.
یافته‌ها: نتایج آزمون مقایسه میانگین‌ها نشان داد که هر سه تیمار پلیمر زیستی توانستند به طور معنی‌داری مقدار گرد و غبار حاصل از پلات‌های مستقر در تونل باد را در مقایسه با تیمار شاهد کاهش دهند. به طوری که مقدار تولید گرد و غبار در پلات تیمار شده با بتاگلوکان، گوار و زانتان به ترتیب 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 به طور معنی‌داری کاهش یافت و شیب این کاهش در تیمار با غلظت 5 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 به طور معنی‌داری از 85/7 گرم در متر مربع به 9 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 به ترتیب 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 گردید.
نتیجه‌گیری کلی: بر اساس یافته‌های تحقیق استفاده از غلظت‌های بالای بیوپلیمر به صورت 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 به طور مؤثر انتشار گرد و غبار را در جاده-های جنگلی و حتی معادن در کوتاه مدت کاهش دهد. بنابراین، بیوپلیمرهای آزمایش شده، یک جایگزین امیدوارکننده زیستی و سازگار با محیط زیست برای کنترل گرد و غبار هستند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigating the Performance of Biopolymers in Dust Control on Forest Roads Using Wind Tunnel Simulation

نویسندگان [English]

  • Aidin Parsakhoo 1
  • Mohammad Javan Mahjoub Doost 2
  • Aiub Rezaei Motlagh 3
1 Department of Forestry, Faculty of Forest Science, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran
2 Department of Forestry, Faculty of Forest Sciences, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, I.R. Iran.
3 Research Institute of Forests and Rangelands, AREEO, Tehran, Iran.
چکیده [English]

Background and Objective: Forest roads, which are often unpaved, are subject to dust generation when vehicles travel. This dust can cause various problems, including health hazards for workers, damage to equipment, and environmental concerns. Dust control technologies are very important in reducing these problems in forestry operations. Road dust control includes various methods to minimize the amount of dust produced and suspended in the air, especially on unpaved roads. These methods can be broadly categorized as reducing dust production, preventing its suspension in the air, or absorbing and removing dust. The aim of the present study was to investigate the effect of biopolymers on dust control on Arab-Dagh forest roads in Golestan province.
Methodology: For this purpose, a wind tunnel device with a contact surface of 60 × 38 cm was used. On the untouched samples of the forest road surface of the region that were randomly selected, xanthan, guar and beta-glucan biopolymers were sprayed with weight percentages of 0, 0.5, 1, 2, 3 or 5% separately according to the contact surface of the wind tunnel. In the next step, by installing and operating the wind tunnel device on the sample, the road surface was exposed to winds with speeds of 8 and 10 meters per second. The duration of the wind effect on all parts was considered the same and equal to 2 minutes. Then, the wind sediments collected inside plastic silicones were collected and weighed with an accuracy of 0.1 mm. The experiments were carried out as a factorial in the form of completely randomized blocks. The main treatment included the type of biopolymer in three levels and the amount of polymers in four levels and wind speed as a block in two levels. Three replicates were considered for each speed (total of 24 treatments and 72 wind-sediment samples). Statistical analyses were performed in SPSS software, normality of data was checked using the Kolmogorov-Smirnov test, mean comparison was performed using the LSD test, and correlation analysis was performed using the Pearson test.
Results: The results of the mean comparison test showed that all three biopolymer treatments were able to significantly reduce the amount of dust produced from plots located in the wind tunnel compared to the control treatment. So that the amount of dust production in the plots treated with beta-glucan, guar, and xanthan was 8.27, 7.23, and 7.78 g m-2, respectively, and in the control treatment was 11.58 g/m2. Also, with increasing biopolymer concentration, the amount of dust decreased significantly, and the slope of this decrease was greater in the treatment with a concentration of 5% than in the other treatments. As the wind speed increased from 8 m s-1 to 10 m s-1, the amount of dust produced by the plots in the wind tunnel increased significantly from 7.85 g m-2 to 9 g m-2. The studies showed that the highest amount of dust reduction was achieved in the guar treatment with a concentration of 5%. In this treatment, 76.5 and 66.3 percent reductions in the amount of dust produced by the plots in the wind tunnel were reported at wind speeds of 8 and 10 m/s, respectively. In all biopolymer treatments, the highest amount of dust produced by the plots in the wind tunnel was recorded at a concentration of 0.5 percent.
Conclusion: Based on the findings of the study, the use of high concentrations of biopolymer in the form of spray with a tractor-mounted field sprayer allows for the effective use of anti-dust materials on a large scale. The experimental results provide evidence that the application of biopolymer sprays can effectively reduce dust emissions on forest roads and even mines in the short term. Therefore, the tested biopolymers are a promising biological and environmentally friendly alternative for dust control.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Anti-dust treatments
  • Arab Dagh in Golestan province
  • Forest road surface
  • Guar
  • Wind speed