نوع مقاله: پژوهشی
نویسنده
عضو هیات علمی دانشکده آب و خاک ، دانشگاه زابل ، زابل ، ایران
چکیده
کلیدواژه‌ها
مقدمه
توسعه جنگلها موثرترین و از نظر اکولوژیکی مناسب‌ترین راهکار برای جذب دی اکسید کربن و افزایش ذخایر کربن در اکوسیستمهای خشکی، تقلیل گرمایش جهانی و زمینه ساز احیاء اکولوژیکی است. سطح برگ به عنوان یک شاخص اکولوژیک در فرایندهای بیولوژیکی گیاهان محسوب می شود، زیرا سطح اصلی تبادل ماده و انرژی بین تاج درختان و اتمسفر می باشد. با اندازه گیری سطح برگ، امکان برآورد مشخصه هایی مانند ساختار تاج و قابلیت باروری تاج میسر می گردد (42). مقدار مساحت برگ سبز که به صورت شاخص سطح برگ (LAI)[1] مشخص میشود، یکی از فاکتورهای کلیدی در تعیین تولید اولیه اکوسیستم و تبادل انرژی میان سطح زمین و اتمسفر است (33).
شاخص سطح برگ یک متغیر اصلی در کنترل کربن و جریانات آبی اکوسیستم است (15). همچنین شاخص سطح برگ جنگل یک متغیر اساسی در مدلسازی اقالیم و اکوسیستمها است و برای مقیاس منطقه‌ای و جهانی مدلها مورد نیاز است (31). LAI می‌تواند به صورت غیرمستقیم با استفاده از روشهای نوری که بر اساس رابطه تنگاتنگ میان LAI و نفوذ نور از تاج پوشش استوار هستند، یا از طریق مدلهای رگرسیونی آلومتری اندازه گیری شود (33). شاخص سطح برگ بدون واحد بوده و برای بیشتر گیاهان بین 2 تا 6 است، نگه داشتن شاخص سطح برگ در حد مطلوب برای کارایی بهتر نور حایز اهمیت است (35). افزایش دقت در ارزش شاخص سطح برگ و پوشش فضایی، بخش مهم هر اقدام موفقیت آمیز در مدلهای جهانی تعیین اثرات متقابل اتمسفر و بیوسفر است (49).
گرمایش جهانی اقلیم و افزایش سریع غلظت دی اکسید کربن پیامد فعالیت‌های آنتروپوژنیک و تغییرات کاربری زمین است که موجب رشد روزافزون مباحثی در مورد اقدامات برای صرفه جویی در انرژی، کاهش انتشار و افزایش ذخیره کربن شده است (18). درختان و دیگر ریختارهای جنگلی طی عمل فتوسنتز دیاکسیدکربن را به صورت محصول کربن تبدیل می کنند و از این‌رو معمولاً جنگلها نسبت به دیگر کاربری‌های زمین (مثل کشاورزی) بیشتر کربن ذخیره می‌نمایند و در اکثر موارد جنگل‌کاری‌ها می‌توانند انتشار گازهای گلخانه‌ای را کاهش دهند. اظهارات زیادی در مورد افزایش توان ذخیره کربن در اکوسیستمهای خشکی از طریق اقدامات آمایش سرزمین نظیر جنگلکاری وجود وجود دارد (16 و 37).
جنگلها می توانند کربن را هم در شرایط درون‌زا (به صورت زیتوده و خاک) و هم برون‌زا (به صورت تولیدات) ترسیب نمایند (17). خاک جنگل باذخیره حدود 700 میلیارد تن، بزرگترین مخزن ذخیره در اکوسیستمهای جنگلی جهان میباشد (21). ترسیب کربن در خاک و صورت نهایی آن یعنی هوموس بادوام، روش پایدارتری نسبت به ترسیب موقتی آن در زیتوده است (9 و 50). در درازمدت ترسیب کربن در خاک موثرترین راه کاهش گرمایش اقلیمی است. لذا نظیر هر تغییر کاربری اراضی بزرگ مقیاس، جنگل‌کاری‌ها می توانند اثرات ذاتی زیست محیطی و اجتماعی اقتصادی داشته باشند که می تواند ارزش کلی پروژه های کاهش کربن را تحت تأثیر قرار دهد (12). مهمترین عوامل موثر در تغییر میزان تأثیر کربن خاک کاربری گذشته زمین، اقلیم و نوع جنگل میباشد (41).
میزان جذب سالانه کربن و دیاکسیدکربن در جنگلهای ایران به ترتیب 8 و 30 میلیون تن میباشد. (38). کربن ذخیره شده در جنگل های ایران 180 میلیون تن و دیاکسیدکربن جذب شده 662 میلیون تن میباشد (45). با این وجود، تغییرات زیادی در پتانسیل ترسیب کربن در میان گونه های جنگلکاری شده (58)، مناطق و مدیریت متفاوت وجود دارد. تغییرات در شرایط زیست محیطی می تواند توان ترسیب کربن را حتی درون یک سطح جغرافیایی نسبتاً کوچک تحت تأثیر قرار دهد (17 و 57).
مطالعات فراوان و درخور توجهی در مورد اثرات گونه‌های درختی متفاوت انجام شده است که نشان می‌دهند ترکیب اشکوب برین بر حاصلخیزی خاک مؤثر است (11 و 18). پایداری و دوام جنگل‌کاری‌ها، به مفهوم تولید طولانی مدت و حفظ کیفیت رویشگاه، یکی از اهداف اصلی جنگل‌شناسی است. در جنگل‌هایی که به طور متمرکز مدیریت میشوند، نظیر جنگل‌کاری‌ها، اثراتی که بهره‌برداری و فنون آماده‌سازی متمرکز رویشگاه روی خاک دارند، نقش تعیین کننده‌ای در قدرت تولید جنگل ایجاد خواهند کرد (34).
بین حاصلخیزی خاک، شاخص سطح برگ، رویش درختان و میزان بیوماس رابطه مستقیمی وجود دارد (6). اهمیت میزان زیوزن برگ و شاخص سطح برگ در جامعه گیاهی از آنجا ناشی می‌گردد که در واقع عمل فتوسنتز به عنوان فرایند تولید ماده آلی در برگ انجام میشود و برگها اندام اصلی دریافت نور، فتوسنتز و تعرق می‌باشند (19). تقریبا حدود 75 درصد از عناصر معدنی جذب شده از خاک در برگ گیاهان متمرکز می‌گردد که پس از ریزش برگها این مواد به خاک باز گشته و موجب افزایش ذخیره مواد آلی و سایر عناصر غذایی در خاک میشوند. در نتیجه تجزیه لاشبرگها، پوشش مرده و هوموس خاک تولید می‌گردد و خواص فیزیکی خاک اصلاح میشود (35).
نتایج تحقیقات متعدد از جمله Honda (2000)، Sun (2002) و Afas (2005) نشان میدهد که رابطه مثبت و معنی‌داری بین شاخص سطح برگ با مقدار کربن آلی خاک وجود دارد. این تحقیق با هدف برآورد شاخص سطح برگ گونه‌های جنگلکاری شده مورد مطالعه و بررسی ارتباط آن با میزان ترسیب کربن در خاک انجام شد.
مواد و روش ها
منطقه مورد مطالعه:
این تحقیق در اراضی ایستگاه تحقیقات جنگل و مرتع چمستان صورت گرفته که در عرض جغرافیایی 36 درجه و 25 دقیقه شمالی و طول جغرافیایی 51 درجه و 55 دقیقه شرقی در استان مازندران واقع است (شکل 1). ارتفاع ایستگاه از سطح دریا از 70 تا 150 متر و شیب آن از صفر تا 3 درصد متغیر است. آب و هوای منطقه معتدل و مرطوب است. میانگین دمای سالانه 8/15 درجه سانتی گراد، متوسط بارندگی سالیانه 840 میلی متر و متوسط تعداد روزهای بارندگی در طول سال 84 روز می باشد. با توجه به کاهش بارندگی و افزایش دما، فصل خشک منطقه (75 روز) در خرداد ماه شروع و تا اواخر مرداد ادامه می یابد. خاکهای ایستگاه چمستان به سه رده Entisols، Inceptisols و Alfisols تقسیم‌بندی میشود. عمق از عمیق تا خیلی عمیق، رنگ آن قهوه‌ای خاکستری تا قهوه‌ای خیلی تیره و بافت آن بیشتر رسی لومی است (46).
در این ایستگاه تحقیقات جنگلکاری بلندمازو (Quercus castaneifolia C. A. Mey.) به عنوان گونه اصلی و هدف به صورت خالص و آمیخته به نسبت 50 به 50 با هر یک از گونه های همراه شامل آزاد (Zelkova carpinifolia Dipp.)، افرا پلت (Acer velutinum Bioss.)، ممرز (Carpinus betulus L.) و داغداغان (Celtis australis L.) شامل 5 تیمار مختلف و هر یک در سه تکرار با فاصله کاشت 1 × 1 متر در سال 1373 انجام شده است. هر یک از کرت ها، قطعه ای به ابعاد 25 ´ 25 متر میباشد. نحوه آمیختگی به صورت پایه ای بوده است (46).
|
|
|
شکل 1- موقعیت جغرافیایی منطقه مورد مطالعه در میان حوضه‌های آبخیز جنگلهای شمال کشور
تعیین شاخص سطح برگ:
برآورد غیرمستقیم شاخص سطح برگ در عمل با مشکل جدی روبروست. بنابراین در این پژوهش از روش مستقیم وزنی (gravimetric method) استفاده شد. نمونه‌برداری برگها در مرداد ماه صورت گرفت. بدین منظور شش درخت از هر گونه (دو اصله در مرکز پلات و چهار اصله در چهار گوش پلات) انتخاب گردید و پس از اندازه گیری سطح 5 عدد برگ از قسمتهای مختلف تاج هر درخت با استفاده از دستگاه سطح برگ سنج و تعیین وزن خشک آنها (قرار دادن در اون به مدت 48 ساعت در درجه حرارت 65 درجه سانتیگراد)، نسبت سطح به وزن برگها محاسبه و با توجه به مقدار زیتودة برگ محاسبه شده، شاخص سطح برگ بدست آمد (1).
تعیین میزان ترسیب کربن در خاک:
در این تحقیق، به منظور ارزیابی اثرات تیمارهای جنگلکاری بر میزان ترسیب کربن خاک، نمونه برداری خاک در 3 تکرار از هر 6 تیمار صورت پذیرفت (یک تیمار جنگلکاری خالص و چهار تیمار جنگلکاری آمیخته و یک تیمار شاهد بایر در مجاورت طرح). ابتدا با حفر و تشریح پروفیل‌های خاک دو افق تشخیص داده شد و به همین دلیل نمونه برداری خاک‌ها در دو عمق cm 20-0 (افق A) و cm 60-21 (افق B) در تمامی تیمارها انجام یافت. در این رابطه، از یک اوگر به قطر 6/7 سانتی متر استفاده شد بدین صورت که تقریباً در مرکز هر تیمار، یک نمونه ترکیبی از سه نقطه از خاک در هر افق برداشت شد. این نمونه‌های ترکیبی در مجاورت هوا خشک گردید و بعد از جدا سازی ناخالصی‌ها، از الک 2 میلی متری عبور داده و آماده برای انجام آزمایش گردید. وزن مخصوص ظاهری به روش کلوخه بر حسب گرم بر سانتیمتر مکعب مطالعه شد(10). کربن آلی خاک به روش والکی بلک اندازه گیری شد (4).
مقدار ترسیب کربن بر حسب گرم بر مترمربع بر اساس فرمول زیر محاسبه شد (54)
Cs=10000×OC(%)×Bd×e
Cs = مقدارترسیب کربن آلی (g/m2)
OC% = درصد کربن آلی
Bd = وزن مخصوص ظاهری خاک (gr/cm3)
E = عمق نمونه برداری (cm)
نتایج حاصل وارد نرم افزار SPSSگردید و نرمال بودن دادهها با استفاده از آزمون Smirnov Kolmogorov- و همگنی واریانس داده ها با آزمون Leveneمورد بررسی قرار گرفت. برای تعیین اثرات نوع جنگلکاری از آنالیز واریانس یک طرفه (ANOVA) و برای مقایسه چندگانه میانگین ها از آزمون دانکن در سطح احتمال 5 درصد استفاده گردید. برای بررسی رابطه میان شاخص سطح برگ و میزان ترسیب کربن خاک از ضریب همبستگی پیرسون استفاده گردید. رسم نمودارها در نرم افزار Excel انجام شد.
نتایج
میزان شاخص سطح برگ:
میانگین‌های شاخص سطح برگ نشان از وجود تفاوتهای آماری معنی داری در تیمارهای مختلف این تحقیق دارد (05/0 > p)، به طوری که شاخص کل سطح برگ در توده‌های آمیخته بلندمازو با افرا (96/5) بیشتر از میزان این شاخص در توده های بلندمازو – آزاد (92/3) و بلندمازو – ممرز (05/4) می باشد و در توده‌های بلندمازو – داغداغان (26/4) و توده خالص بلندمازو (42/4) تفاوتی باهم نداشته است (شکل 2).
شاخص سطح برگ درختان بلوط در توده‌های خالص (42/4) بیشتر از توده‌های آمیخته با افرا (68/0) میباشد. این شاخص برای توده‌های آمیخته بلندمازو با آزاد، ممرز و داغداغان که به ترتیب به مقدار 35/2، 65/2 و 26/3 بدست آمده تفاوت آماری معنی‌داری از خود نشان نداده است. همچنین در میان گونه‌های همراه در این تحقیق، گونه افرا (27/5) بیشترین و گونه داغداغان (99/0) کمترین شاخص سطح برگ را داشته‌اند و درختان آزاد و ممرز به ترتیب با شاخص 57/1 و 4/1 در ردیف های بعدی قرار می‌گیرند (05/0 > p ؛ شکل 2).
شکل 2- نمودار میانگین شاخص سطح برگ در توده‌های مختلف بلندمازو به تفکیک گونه اصلی و گونه‌های همراه
میزان ترسیب کربن در توده‌های مختلف جنگلی:
تجزیه و تحلیل آماری دادهها حاکی از وجود تفاوتهای معنی‌داری میان تیمارهای مختلف مورد بررسی در عمق اول خاک از این نظر میباشد (جدول 1). آزمون دانکن مشخص نمود که میزان ترسیب کربن در عمق اول در توده آمیخته بلندمازو ممرز (16/120 تن در هکتار) بیشترین و در تیمار شاهد جنگلکاری نشده (0/75 تن در هکتار) کمترین بوده است و توده‌های آمیخته بلندمازو داغداغان ، بلندمازو افرا و بلندمازو آزاد با توده خالص بلندمازو تفاوت آماری معنی‌داری نداشته‌اند. در عمق 40 سانتی متری دوم، میانگین این میزان از 56/96 تا 86/145 تن در هکتار متغیر بوده و تیمارهای مختلف مورد بررسی اختلاف معنی‌داری از این نظر نداشته‌اند.
جدول 1- میزان ترسیب کربن (تن در هکتار) در خاک توده‌های خالص و آمیخته بلند مازو و قطعه نمونه شاهد
|
تیمار عمق خاک |
بلوط خالص |
بلوط-آزاد |
بلوط-افرا |
بلوط-داغداغان |
بلوط- ممرز |
شاهد |
ANOVA |
|
عمق اول (cm 20-0) |
8/92 ab |
9/92 ab |
68/95 ab |
6/97 ab |
16/120 a |
0/75 b |
* |
|
عمق دوم (cm 60-21) |
13/134 |
56/96 |
46/142 |
2/129 |
86/145 |
3/117 |
ns |
|
ns، معنی دار نبودن اثر تیمارها؛ * ، 05/0 > p دانکن؛ حروف لاتین مشابه مبین عدم وجود تفاوت آماری معنی دار در میان تیمارها میباشد. |
|||||||
بررسی رابطه میان میزان شاخص سطح برگ و میزان ترسیب کربن:
هر چند که هدف اصلی این تحقیق بررسی وجود ارتباط احتمالی بین میزان شاخص سطح برگ و میزان ترسیب کربن در خاک بوده است، اما نتایج آماری این همستگی را تا به این سن از جنگلکاری ثابت نکرده است (جدول 2).
جدول 2- همبستگی پیرسون برای بررسی ارتباط میان شاخص سطح برگ با میزان ترسیب کربن در خاک
|
|
LAI درختان بلوط |
LAI درختان همراه |
LAI کل توده |
|
ترسیب کربن در عمق اول خاک |
56/0 - |
76/0 |
195/0 - |
|
ترسیب کربن در عمق دوم خاک |
071/0 - |
212/0 |
573/0 |
بحث و نتیجهگیری
در این تحقیق تفاوتهای آماری معنی‌داری در متوسط شاخص سطح برگ در توده‌های خالص و آمیخته بلندمازو وجود دارد و با توجه به یکسان بودن درصد آمیختگی‌ها، به علت نوع گونه‌ها و وضعیت چیرگی آنها درختان بلوط شاخص متفاوتی از 68/0 در توده‌های آمیخته با افرا تا 26/3 در توده‌های آمیخته با داغداغان داشته‌اند. متوسط شاخص سطح برگ بلندمازو در توده‌های خالص 42/4، افرا 27/5، آزاد 57/1، ممرز 40/1 و داغداغان 99/0 بدست آمد.
لازم به توضیح است که میزان این شاخص به گونه، مراحل توسعه یا توالی جوامع گیاهی، فصول مختلف سال و به طور قوی به شرایط حاکم بر رویشگاه و اقدامات مدیریتی اعمال شده بر آن وابسته است. مجموعة عوامل یادشده به همراه تفاوت در روشهای برآورد، سبب ایجاد دامنة تغییرات زیادی در مقادیر محاسبه شدة شاخص سطح برگ در گزارشهای علمی مختلف شده است (1). هر چه مقدار این شاخص بیشتر باشد، امکان تبادلات گازی بین تاج درخت و اتمسفر افزایش می‌یابد.
میزان ترسیب کربن در خاک سطحی این تودهها که در جنگلهای جلگه‌ای هیرکانی در چمستان نور واقع هستند، به مقدار متوسط از 8/92 تن در هکتار در توده خالص بلندمازو تا 16/120 تن در هکتار در توده‌های آمیخته با ممرز متغیر بوده است. این تفاوتها شاید به خاطر شرایط متفاوت رویشگاه‌ها، نوع گونه‌ها و تراکم زیاد درختان (فاصله کاشت 1 متر در 1 متر میباشد) در منطقه مورد مطالعه باشد. چنانچه ویژگیهای خاک میان تودهها متفاوت باشد، نتایج متفاوتی از ذخیره کربن بدست خواهد آمد. بنابراین استفاده از توده‌هایی که از نظر سنگ مادر، تیپ خاک، شکل زمین و کاربری قبلی مشابه می‌تواند میزان خطاها را کاهش دهد.
کربن ذخیره شده در بافتهای گیاه نظیر چوب و برگ ذخیره میشود و در فصل خزان برگها پس از خشک شدن روی زمین میافتند و تجزیه میشوند و همچنین باعث افزایش ماده آلی میشوند. بنابراین در سطح خاک منطقه با توجه به وجود لاشبرگ، ترسیب کربن در لایه سطحی تودهها بیشتر از منطقه شاهد بوده است. وقتی که درختان جنگل رشد میکنند، با گذشت زمان کربن را در بافتهای چوبی و ماده آلی خاک ذخیره میکنند. وقتی جنگلها جوان هستند، جذب خالص کربن، بیشترین حد سرعت خود را دارا میباشد (36).
تغییرات کربن آلی خاک تدریجی است (14). ریشه یکی از مهمترین اجزاء اکوسیستم در ترسیب کربن است. ریشه و همزیستی ریشه با میکروارگانیسمها از جمله عواملی است که بر ترسیب کربن در خاک نواحی جنگلی و جنگلکاری شده کمک میکند. بنابراین معمولاً در عمق زیرین میزان ترسیب کربن کمتر است (29). از آنجا که پتانسیل ترسیب کربن خاک تحت تاثیر عواملی همچون نوع گونه درختی، سن جنگلکاری، اقلیم، عمق خاک، شرایط رویشگاه و عملیات پرورشی جنگل متفاوت خواهد بود (57). بنابراین می‌توان بیان کرد با افزایش عمق میزان ترسیب کربن کاهش یافته است.
نوع جنگل در میزان ترسیب کربن موثر است (22). مرور منابع نشان میدهد که مقدار کربن تحت تأثیر تیپ جنگل، اقلیم، خاک، توپوگرافی و فعالیت انسانی قرار دارد (25). بعد از جنگلکاری، میزان کربن آلی خاک ممکن است افزایش (13 و 55) یا کاهش (30، 44، 47 و 59) یابد. اما بیشتر مطالعات نشان دادند که بدنبال افزایش جزیی، میزان کربن آلی کاهش اولیه داشته است (26، 41 و 51).
در این تحقیق هر چند که میان میزان ترسیب کربن با شاخص سطح برگ گونه‌های همراه ارتباط مثبتی دیده میشود، اما این همبستگی معنیدار نبوده است. نتایج تحقیقات متعدد از جمله Honda (2000)، Sun (2002) و Afas (2005) نشان میدهد که رابطه مثبت و معنی‌داری بین شاخص سطح برگ با مقدار کربن آلی خاک وجود دارد
بطورکلی در این مطالعه مشخص شده است که اقدامات مدیریتی مانند جنگل‌کاری‌ها و انتخاب نوع گونه‌ها برای کاشت در برخی از متغیرهای کلیدی اکوسیستم از جمله شاخص سطح برگ و میزان ترسیب کربن خاک موثر بوده است. به طوری که ترکیب جنگلی بلندمازو – ممرز دارای میزان بالاتری از ترسیب کربن در عمق اول خاک گردیده است. همچنین با توجه به اینکه ترسیب کربن یکی از معیارهای پایداری اکوسیستم است، بنابراین با شناخت گونههایی که توانایی بیشتری برای ترسیب کربن دارند و همچنین بررسی عوامل مدیریتی تاثیر گذار بر فرآیند ترسیب کربن، می‌توان اصلاح و احیای اراضی را از این منظر دنبال کرد.
قدردانی:
از مجری طرح آقای مهندس عزت الله ابراهیمی که در انجام این تحقیق مساعدت داشته‌اند، صمیمانه سپاسگزاری می‌گردد.
)