تاثیر کمپوست بر قابلیت سودمندی زیستی

3-1-4- تاثیر کمپوست بر قابلیت سودمندی زیستی
آلاینده های آلی و فلزات سنگین
3-1-4-1- کلیات
مواد آلی خطر ناک در حد گسترده ای در بخش های مختلف از جمله خانه ها و شهرها، کشاورزی، صنعت و نظامی تولید می شوند. استفاده از آفت کش ها در بخش های کشاورزی، صنعت و منازل باعث ورود ترکیبات سمی آلی به بقایای گیاهی، فاضلاب شهریف کودهای دامی و خاک می شود (دائو و آنگر، 1995). مبارزه شیمیایی با آفات، امراض و علف های هرز سبب تجمع آفت کش ها در خاک می شود. تجزیه بعضی از این مواد در خاک بسیار کند است (جوائو و همکاران، 2000). آلاینده های فلزی از طریق آفت کش های و کودهای دامی به خاک و بقایای آلی اضافه می شوند (هسو و لو، 2000). قسمت عمده ای از عناصر سنگین که باعصث ایجاد آلودگی در محیط زیست می شوند، از اضافه کردن فاضلاب های صنعتی و شهری نشأت می گیرند (کاباتا – پندیس و آدریانو، 1995). آفت کش ها و عناصر سنگین در ضایعات اولیه (خام و تجزیه شده) و کمپوست نهایی برای افرادی که با این مواد در تماس هستند، ب رای محیط زیست و گیاهان رشد یافته در خاک هایی کمپوست دریافت کرده اند و برای جانوران خاک و دام هایی که در این خاک ها می چرندف مضر است.
در حال حاضر مقرراتی که در مورد استفاده ازکودهای کمپوست درخاک ها وضع کرده اند و استانداردهای کیفی که برای کمپوست اعمال می کنند، همگی باعث شده اند که غلظت عناصر سنگین در کمپوست ها کاهش یابد. تجزیه شیمیایی برای از کمپوست ها که به صورت تصادفی در اروپا نمونه برد اری شده بودند، نشان داد که اکثر کمپوست های تولید شد ه کیفیت مطلوبی دارند و غلظت عناصر سنگین در آنها کم است (بارکر و بریسون، 2002). شیمپ (1993) لزوم مطالعه ترکیبات حاصل از تجزیه کمپوست را متذکر شد . جنبه های زیست محیطی استفاده از کمپوست شامل مسمومیت گیاهان، سلامت زنجیره غذایی و سایر موارد است (ریان و چینی، 1993). مسمومیت گیاهان به دلیل ترکیبات حاصل از تجزیه زیستی کمپوست نارس، شوری و سمیت نمک های خاص به وجود می آیند (چینی و ریان، 1993).

آلاینده آلی از قبیل دی فنیل یلی کلرایدها (PCB) و هیدروکربن های دارای چنین حلقه بنزنی (PAH) علاوه بر سموم دفع آفات نباتی می توانند توسط سوخت های فسیلی، لجن فاضلاب و ضایعات دیگر وارد خاک شوند (ادواردز، 1983). این موارد می توانند در خاک باقی بمانند و علوفه هایی را که دام ها از آنها تغذیه می کنند، آلوده نمایند (ویلسون و همکاران، 1997). اضافه شدن هیدروکربن های نفتی خاک را آلوده می کند. این مواد از جوانه زنی بذر و رشد گیاهان جلوگیری می کند ولی اغلب گیاهان این هیدروکربن ها را در خود انباشته نمی کند (چاینئو و همکاران، 1998). از فعالیت های نظامی مواد منفجره و مشقات حاصل از آنها به خاک وارد می شود (ویلیامز و کیهان، 1993). پرکلرات ها که در نتیجه عمل مواد منفجره و باتری های نظامی به خاک وارد می شوند (سوسارلا و همکاران، 1999) در آب حل می شوند و می توانند وارد منابع آب شده، یا جذب گیاه شوند و بنابراین تاثیر مستقیمی بر تهدید سلامتی انسان به جای می گذارند (لائورنس و همکاران، 2000).
در فرآیند تولید کمپوست نوعی پالایش زیستی صورت می گیرد بدین ترتیب که بسیاری از مواد آلاینده آلی تجزیه می شوند و احتمالاً سمیت مواد آلاینده معدنی و فلزات سنگین در ضایعات آلی، بقایای گیاهی و محصولات جانبی کارخانجات نیز کاهش می یابد (کیینر و همکاران، 2001) و کمپوست کردن مواد آلی روش مناسب و موثری بر ای دفع ضایعات آلی در محل های دفن و مزارع است (چفتز و همکاران، 1998). کمپوست کردن ضایعات آلی سبب کاهش حجم و میزان رطوبت آنها شده، عوامل بیماری زا را از بین می برد و مواد بودار نیتروژنه و سولفوره حذف می شوند (ویکن و همکاران، 2001). شست و شوی نیترات از محل های دفن پوشش داده نشده باعث ورود این ماده آلاینده به آب های زیر زمینی می شوئد (هاچینگز و همکاران، 1998). با کمپوست کردن ضایعات آلی مواد نیتروژنه آنها به مواد پایداری تبدیل می گردد که در مقایسه با حالتی که ضایعات آلی مستقیما به خاک اضافه می شوند، کمتر باعث آلودگی منابع آب می شود.
کمپوست شدن روشی موثر برای اصلاح خاک ها، رسوبات و ضایعات آلی آلوده می باشد (ویلیامز و کیینر، 1993). شیوه های مکانیکی از قبیل خرد کردنف مخلوط کردن و سرند کردن باعث جدا شدن مواد تجزیه ناپذیر (فلزات، پلاستیک، شیشه و سنگریزه) می شود. این عملیات شرایط را برای فعالیت میکروب ها و تجزیه مواد قابل کمپوست فراهم می سازد (زاچ و همکاران، 1999). در فرآیند پایدار شدن کمپوست عمل هوموسی شدن صورت می گیرد که غلظت مواد آلاینده را کاهش می دهد. عمل هوموسی شدن همچنین غلظت آلاینده ها درخاک و بقایا را کم می کند. راهکار پالایش مواد آلاینده در کمپوست مشابه خاک است با این تفاوت که در کمپوست تجزیه و تخریب مواد آلاینده شتاب می گیرد (رائو و همکاران، 1996).
دمای توده های کمپوست معمولاً بیشتر از خاک است که باعث افزایش حلالیت مواد آلاینده و فعالیت متابولیکی آنها می شود. وفور مواد بستری برای فعالیت میکروبی در توده های کمپوست موجب فعال شدن متابولیسم های وابسته به هم متفاوتی می شود که تجربه آلاینده های آلی را تسریع می کند. طبیعت مواد آلاینده آلی، شرایط محیطی برای کمپوست شدن، روش به کار رفته برای تهیه کمپوست، جمعیت میکروبی و زمان، بر متابولیسم های تبدیل مواد در خاک و توده های کمپوست تاثیر می گذارد (وید و همکاران، 1999)
3-1-4-2- تغییر ماهیت آلاینده های آلی درفرآیند تولید کمپوست
آفت کش های کنونی اغلب آلی هستند و در معرض تجزیه زیستی قرار می گیرند. برخی از آفت کش هایی که به خاک اضافه می شوند، به مدت یک سال یا بیشتر دوام می آورند (کول و همکاران، 1995). برخی مواقع فقدان مواد آلی با قابلیت تجزیه سریع در خاک، مواد بستری کافی را در اختیار ریز جانداران برای تجزیه آفت کش ها فراهم نمی کند (ساوین و آمادر، 1998). سیمازین بعد از چهار سال پس از اضافه شدن به خاک دوام می آورد (کوگر و همکاران ، a 1998). کربوفوران نسبت به سیما زین راحت تر تجزیه می شود ولی بعضی از اجزای آن بعد از پیوند با خاک نسبت به تجزیه بسیار مقاوم می شود (کوگر و همکاران، b 1998). عملیات شخم تاثیری بر سرعت تجزیه آفت کش ها به جای نمی گذارد (وید و همکاران، 1998 و قدیری و همکاران، 1984).
تجزیه سریع در کمپوست می تواند سبب افزایش سرعت تجزیه آفت کش ها در خاک یا مواد آلوده شده توسط آنها شود (بویوکسومنز و همکاران، 1999). بنابه گزارش بویوکسومنز و همکاران (1999) غلظت آفت کش ها در اغلب ضایعات کشاورزی و کمپوست ها ناچیز است. به نظر راینک (2000) آلودگی کمپوست تولید شده از چمن یا گیاهان علوفه ای، باعث ایجاد مسمومیت در گیاهان گلخانه ای احساس می شود. اگر در فرآیند تولید کمپوست، تهویه، رطوبت ، نسبت کرربن به نیتروژن و مدت زمان انجام فرآیند مناسب باشد، آلاینده های موجود در ضایعات آلی به خوبی تجزیه می شوند (سیکورا، 1998) . استورم (1998) نشان داد که غلظت آفت کش ها در کمپوست به دلیل غلظت کم آنها در مواد اولیه یا تجزیه آنها در طول فرآیند تولید کمپوست کم است. چینی و همکاران (1996) و وقتمن و فریک (1992) نشان دادند که غلظت ترکیبات سمی در ضایعات آلی و کمپوست های نارس اندک است و نتیجه گرفتند که تجزیه آفت کش های در اوایل فرآیند تولید کمپوست صورت می گیرد.
کمپوست شدن معمولاً در سه مرحله صورت می گیرد (هسو و لو، 1999) : مرحله تجزیه سریع به مدت تقریبی 30 روز، پایدار شدن توده های کمپوست به مدت 50 روز و مرحله بلوغ. تجزیه مواد سمی آلی در نخستین مرحله از تجزیه سریع کمپوست صورت می گیرد. برخی از ترکیبات مقاوم به تجزیه دارای حلقه های بنزنی بوده، معمولاً در کمپوست رسیده نیز وجود دارند. بویو کسومنز و همکاران (1999) مشاده کردند که بیشترین غلظت آفت کش ها در ضایعات آلی و در کمپوست های رسیده از نوع حشره کش های کلره آلی هست که نسبت به تجزیه مقاومند. استور (1998) حضور کلرودان را (یک هیدروکربن پلی مره که از مشتقات متانوئیدین می باشد) در ضایعات حاصل از هر س درختان باغچه ها شناسایی کرد در حالی که غلظت 26 نوع آفت کش دیگر قابل تشخیص نبود. حشره کش های حاوی فسفات های آلی و کاربامات ها به ندرت قابل اندا زه گیری اند و اگر هم موجود باشندف در طول فرآیند تولید کمپوست تجزیه می شوند. مطالعه بویوکسومنز و همکاران (1999) نشان داد که معدنی شدن آفت کش های آلی تنها جزئی از تجزیه این ترکیبات را تشکیل می دهد وقسمت عمده تجزیه آنها با تبدیل به ترکیبات آلی ثانویه، جذب بر روی مکان های سطحی ترکیبات آلی موجود در کمپوست و تصعید صورت می گیرد.
تاثیر فرآیند کمپوست همیشه مثبت نیست. ممکن است ترکیبات ثانویه حاصل از تجزیه آفت کش ها از ترکیبات اولیه سمی تر باشد. تصعید آفت کش ها نیز معمولاً به معنی ورود از یک محیط به محیط به محیط دیگر است. اگر مواد مقاوم به تجزیه مانند فلزات سنگین در ضایعات آلی حضور داشت باشند ممکن است بدون تغییر باقی بمانند و حتی ممکن است غلظت آنها در طول فرآیند کمپوست افزایش یابد بویو کسومنز و همکاران (1999) مروری اجمالی را برتعدادی از آفت کش ها از نظر میزان مصرف و مقاومت در مقابل تجزیه انجام دادند. مقاومت یک واژه نسبی است که برای ارزیابی کمی تجزیه آفن کش ها به کار می رود. نیمه عمر، تعداد روزهای لازم برای تجزیه 50% میزان اولیه، واژه ای است که معمولاً برای بیان مقاومت بکار می رود. آفت کش های با نیمه عمر 30 روز یا کمتر معمولاً غیرمقاوم در نظر گرفته می شوند و انهایی که بیش از 100 روز نیمه عمرشان است، جزو آفت کش های مقاوم نسبت به تجزیه اند. آفت کش های مقاوم ممکن است در طول دوره کمپوست شدن بدون تغییر باقی بمانند و حتی ممکن است نیمه عمر یکساله یا بیشتر داشته باشند (بویوکسومنز و همکاران، 1999) .
تجزیه آفت کش ها به نوع آفت کش و محیط بستری که آفت کش با ان کمپوست می شود، بستگی دارد. در کمپوست شدن ضایعات مواد غذایی دیازینون و پاراتیون به سرعت تجزیه می شوند و فنانترن (یک نوع PHA) در فرایند کمپوست شدن لجن فاضلاب تجزیه نمی شود. معدنی شدن آترازین در طول فرآیند تولید کمپوست از ضایعات چوب و بقایای ذرت کند است که نشان دهنده عدم ارتباط بین تجزیه با ترکیبات لیگنوسلولزی موجود در این مواد است (رائو و همکاران، 1999). در فرآیند تولید کمپوست تقریباً نیمی از 2-4-D موجود دربریده چمن از بین می رود (میچل و همکاران، 1995).
تهیه کمپوست از مخلوط برگ درختان پن برگ و بریده چمن باعث تبدیل دیازینون به ترکیبات با سمیت کمتر و یا ترکیبات مقاومتر ولی با قابلیت سودمندی زیستی کمتر برای گیاهان می شود، هر چند میزان معدنی شدن کامل دیازینون و تبدیل آن به دی اکسید کربن در ضایعات آلی بسیار کمتر (11%) از معدنی شدن کربن آلی کل (48%) است (میچل و همکاران، 1997). تجزیه آفت کش ها و کاهش غلظت آنها در حد غیر قابل تشخیص علف کش ها در بریده چمن در مدت 21 روز کمپوست شدن مشاهده می شود (لمون و پایلیپیو، 1992). بعد از سپری شدن یکسال پس از شروع فرآیند تولید کمپوست از بریده چمن، غلظت علف ها به حد غیر قابل تشخیص می رسد (واندرورت و همکاران، 1997). تهیه کمپوست از لجن فاضلاب و خرده های چوب در شرایز آزمایشگاهی درمدت 21-18 روز سبب تجزیه کارباریل می شود و مقدار آن به 4-3 % مقدار اولیه می رسد ولی 93-89% از فنانترن تجزیه نشده باقی می ماند (ریک و فرینک، 1989). راینک (2000) متوجه شد که آلودگی با پیکلورام (با نیمه عمر 300-20 روزف متوسط 90 روز) موجب صدمه به گیاهان می شود. در آزمایشی دیگر اثبات شده است که کلوپیرالید (با نیمه عمر 70-40 روز) در گیاهان ایجاد مسمومیت می کند. نتیجه کلی که از بررسی مطالعات انجام شده در زمینه تجزیه سموم دفع آفات نباتی می توان گرفت، این است که درخاک هایی که کمپوست دریافت کرده اند، غلظت آنها در حدی بسیاری کم و غیر سمی برای گیاهان کاهش می یابد ولی اگر آفت کش مقاوم باشد، باید در استفاده از کمپوستف به خصوص برای گیاهان حساس، احتیاط نمود. همچنین در این حالت، نباید در محیط های کشتی که با درصد باایی از اختلاط کمپوست تهیه می شوند، اقدام به پروراندن گیاهان نمود (بارکر و بریسون، 2002).
تهیه کمپوست از ضایعات چوب را که آلوده به ترکیبات PAH بودند، لوسر و همکاران در سال 1999 بررسی کردند. ضایعات چوب را به طور مصنوعی با یک ترکیب PAH (فنانترن و پیرن ) آلوده کردند. ضایعات چوب را قبل از کمپوست شدن در کود مایع خوک خیساندند. بعد از 61 روز کمپوست شدن غلظت فنانترن از 1000 میلی گرم بر کیلوگرم به 20 میلی گرم بر کیلوگرم و پیرن از 1000 میلی گرم بر کیلوگرم به 83 میلی گرم برکیلوگرم کاهش یافت. در تیمار شاهد سرعت تجزیه سموم فوق کمتر بود. اضافه کردن کود مایع خوک دمای توده کمپوست و سرعت تجزیه سموم را افزایش داد. مطالعه ریموند و همکاران (1997) نشان داد که خرده های مقوای پوشش داده شده با پارافین به خوبی در فرآیند تولید کمپوست تجزیه می شوند و همچنین قسمت عمده موم ها در طول 12 هفته تجزیه می شود. کمپوست شدن همچنین ترکیباتی مانند اکریل آمید را تجزیه می کند و اضافه کردن کود نیروژنه و افزایش دمای خاک باعث ایجاد شرایط مشابه توده های کمپوست می شود (عبد المجید و طباطبائی، 1982). چیدن و کمپوست کردن علف های هرز تاثیر دگر آزاری علف های هرز بر روی گیاهان را زایل می کند. کمپوست کردن (55 روز یا ییشتر) برگ های Eupatorium adenophorum و Lantana که جزو گیاهان با خاصیت دگر آزاری هستند، باعث حذف تاثیر دگر آزاری روی گیاه شلغم و کاهش تاثیر دگر آزاری آنها روی گیاه سورگرم دانه ای می شود. (راجبانشی و اینوبوشی، 1998).
فرآیند تولید کمپوست درخاک های آلوده بر اثر اضافه شدن بقایای گیاهی نیز ضایعات مضر را به محصولات مفید مبدل می گند (سمپل و همکاران، 2001). ویلیامز و کیهان (1993) تاثیر مواد منفجره (تی ان تی، نیترو سلولز و غیره) را بر فرآیند تولید کمپوست در مخلوط خاک و ضایعات آلی بررسی نمودند و نتیجه گرفتند که در فرآیند تولید کمپوست، مقدار مواد منفجره به حداقل می رسد. تبدیل پرکلرات ها به ترکیبات غیر سمی در سیستم راکتوری تولید کمپوست توسط جیبلین و همکاران (2000) با تجزیه باکتریایی این ترکیبات در آب بررسی و مشخص شد که کمپوست شدن روش بسیار مفیدی در رفع آلودگی خاک های آلوده به پرکلرات هاست.
تولید کمپوست از ضایعات چوب در سیستم توده ای با اضافه کردن 212 میلی گرم بر کیلوگرم کلروفنل (براساس وزن خشک) باعث کاهش غلظت این ماده تا میزان 30 میلی گرم بر کیلوگرم درمدت چهار ماه شد (والو و سالکینوجا – سالونن، 1988). در این مطالعه که در سطح پیلوت و در آزمایشگاه انجام گرفت مشخص شد که تجزیه کاملاً میکروبی بوده و تصعید تنها باعث خروج 5/1% از مقدار اولیه آلاینده شد یه است. در سال دوم کمپوست شدن مقدار کمتری از کلروفنل تجزیه شد.
هیدروکربن های نفتی از رشد گیاهان جلوگیری می کنند (چینئو، 1998). بئودین و همکاران (1996) کمپوست شدن خاک آلوده به نفت به وسیله برگ های یونجه و افرا را بررسی کردند. درخاک های که با روغنت و گریس معدنی به میزان 17000 میلی گرم بر کیلوگرم هیدروکربن در کیلوگرم خاک آلوده شده بودند، (42% ترکیبات آلیفاتیک، 32% ترکیبات قطبی و 28% ترکیبات آروماتیک) در مدت 180 روز 60% ترکیبات آلیفاتیک، 54% ترکیبات آروماتیک و 83% ترکیبات قطبی تجزیه شدند. در حالی که در تیمار شاهد (بدون اضافه کردن بقایای گیاهی در این مدت تنها 50% از گریس و روغن تجزیه شد. بعد از 287 روز 73 % از گریس و روغن معدنی تجزیه شد. انگلرت و همکاران، (1993) اظهار داشتند که هزینه کمپوست کردن خاک های آلوده، تنها به مقدار کمی بیشتر از زراعت در این خاک ها می باشد. با گرم کردن و تهویه مصنوعی خاک با سیستم تحت فشار تجزیه هیدروکربن های نفتی درخاک افزایش می یابد (یه اونگ و همکاران، 1997)
کمپوست همچنین به عنوان فیلتر زیستی برای تصفیه و رفع آلودگی هوا مورد استفاده قرار می گیرد. برای مثال کمپوست رسیده برای تجزیه تری کلر و اتیلن (TCE) استفاده می شود (سوکسان و وات وود، 1998). بیش از 90 % TCE از هوای توده کمپوست درون کمپوستی که با پروپان و متان (برای تحریک متابولیسم TCE) غنی سازی شده بود، در مدت 96 ساعت حذف شد.