Tarım arazilerinde kumlu toprağa sahip çiftçiler için sulama, işin yalnızca bir parçası. Su, tanecikler arasındaki boşluklardan hızla akıp giderken, rüzgar da gevşek kumu alıp götürebiliyor. Bitkilerin canlı kalmasını sağlamak, köklerinin etrafında nemi tutmak ve kumun yerinde kalmasını sağlamak anlamına geliyor.
Bilim insanları, bakteriler ve mantarlar tarafından üretilen liflerin bu tanecikleri bir arada tutabileceğini test ettiler.
Doğrudan kum içinde mikrop yetiştirerek 'canlı kum' adını verdikleri bir malzeme oluşturdular. Testler, bu malzemenin su kaybını altı katına kadar azaltabildiğini gösterdi.
Ayrı bir yaklaşımla, ince bakteriyel selüloz tabakaları yetiştirip kum katmanları arasına yerleştirdiler. Laboratuvar testlerinde su geçirgenliğini yaklaşık 28 kat azalttığı gözlemlendi.
Bilimsel bir dergide yayımlanan bu çalışma, Birleşik Arap Emirlikleri'ndeki Khalifa Üniversitesi, İsviçre'deki Empa araştırma enstitüsü ve ETH Zurich'ten araştırmacıları içeriyor.
Toprakta, kökler, mantar iplikçikleri ve mikroplar tarafından üretilen lifler parçacıkları bir arada tutmaya yardımcı olur. Araştırmacılar, benzer mikroskobik ağların kumu güçlendirip güçlendiremeyeceğini ve suyun içinden nasıl geçtiğini değiştirebileceğini test ettiler.
Selüloz üreten bir bakteri olan Komagataeibacter medellinensis ve iki farklı büyüme özelliğine sahip Schizophyllum commune mantarının iki türü kullanıldı. Mantar türleri aynı türe ait olsalar da büyüme özelliklerinde farklılıklar gösteriyor.
Selüloz, bitki hücre duvarlarına dayanıklılığının çoğunu veren maddedir. Bazı bakteriler de selüloz üretir ve yakındaki parçacıkların etrafında bir ağ oluşturan son derece ince lifler salarlar.
Çalışmada, BAE'deki Al Ain yakınlarındaki kumullardan toplanan kumun yanı sıra belirli mukavemet testleri için standart laboratuvar kumu da kullanıldı. Araştırmacılar, mikropları ve besin çözeltilerini eklemeden önce kumu sterilize ettiler.
Mikroskop görüntüleri, tanecik yüzeylerine yapışmış ve komşu tanecikleri birbirine bağlayan bakteriyel selülozu gösterdi.
Bir bilim insanı, 'Bu, bir tür doğal kompozit malzeme oluşturuyor' şeklinde açıklama yaptı.
Bakteriyel işlem, mantarlara göre daha güçlü örnekler üretti. Yedi gün içinde, yaklaşık 6 santimetre yüksekliğindeki bir kum sütunu kalıptan çıkarılıp parçalara ayrılabilecek kadar iyi bir arada duruyordu. Bu parçalar suya konulduğunda bile bütünlüklerini korudular.
Mantarlar da tanecikleri bir arada bağladı, ancak örnekleri daha kırılgandı. Kuruduktan sonra kalıptan çıkarılırken veya kesilirken bazıları dağıldı.
İkinci yaklaşımda, araştırmacılar selüloz tabakalarını ayrı ayrı yetiştirip kum katmanları arasına yerleştirdiler. Tabakalar, malzemeye uygulanan kuvveti dağıtmaya yardımcı olan güçlendirici bir kumaş gibi davrandı.
10 kilogramlık bir yük kullanılarak yapılan bir gösterimde, selüloz tabakalarıyla güçlendirilmiş bir küpe kıyasla işlem görmemiş bir kum küpü çok daha fazla çöktü. Daha uzun süre yetiştirilen tabakalar genellikle örnekleri daha dayanıklı hale getirdi. Tabakalar ayrıca su geçirgenliğinde en büyük azalmayı sağladı.
Bunu test etmek için araştırmacılar kum dolu tüplere su döktüler ve suyun alttan ne kadar hızlı aktığını ölçtüler. İşlem görmemiş kum, tanecikler arasında yetiştirilmiş lifler içeren kum ve ayrı yetiştirilmiş bir selüloz tabakası içeren kum karşılaştırıldı. Her grupta üçer adet tekrarlı numune vardı.
Yerleştirilen tabaka, geçirgenliği (yani suyun ne kadar hızlı geçtiğini) işlem görmemiş kumun yaklaşık yirmi sekizde birine düşürürken, doğrudan kumun içine yetiştirilmiş lifler bunu yaklaşık altı kat azalttı.
Araştırmacılar ayrıca numunelerin ne kadar su tutabildiğini de ölçtüler. Doğrudan tanecikler arasında yetiştirilmiş lifler içeren kum için bu oran yaklaşık %20.2'den %25.5'e yükseldi. Bilim insanları bu artışı hafif olarak nitelendirdi.
Ekip, mikrobiyal liflerin toprağı stabilize etmek için kullanılan bazı sentetik malzemelere biyolojik olarak parçalanabilen alternatifler sunabileceğini öne sürüyor. Tanecikler arasındaki daha güçlü bağlantılar, rüzgar erozyonunu sınırlamaya da yardımcı olabilir, ancak deneylerde toz emisyonları ölçülmedi.
Bilim insanı, 'Bu yaklaşım, organik madde ve suyu kuma dahil etmemizi ve onu bir miktar stabilize etmemizi sağlıyor' dedi.
Üç araştırmacı, makalenin çıkar çatışması beyanında devam eden bir patent başvurusunda bulunduklarını açıkladılar.
Bu çalışma hala bir laboratuvar çalışmasıdır. Mikroplar, kontrollü koşullar altında su ve besin maddeleri aldı ve büyümeleri oksijen gerektirdi. Bakteriyel kum sütunu boyunca büyüme düzensizdi ve üst kısım alt kısımdan çok daha zayıftı.
Deneyler, ekin büyümesini test etmedi veya malzemenin çöl koşullarında ne kadar süre dayanacağını belirlemedi.
