تاثیر تغییرات تنوع گونه‌ای بر مواد آلی ذره‌ای خاک مراتع کوهستانی آذربایجان غربی

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد مرتعداری، دانشکده منابع طبیعی و علوم دریایی نور، دانشگاه تربیت مدرس، ایران

2 - استادیار گروه مرتعداری، دانشکده منابع طبیعی و علوم دریایی نور، دانشگاه تربیت مدرس، ایران

3 - استادیار گروه مرتع و آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی ارومیه، دانشگاه ارومیه، ایران

چکیده

به منظور ارزیابی تاثیر گونه جاشیر (Prangos uloptera) و گونه­های همراه بر اجزاء ماده آلی خاک و توزیع خاکدانه­ها، مراتع کوهستانی خانقاه سرخ ارومیه انتخاب گردید. نمونه­گیری به روش تصادفی- سیستماتیک انجام شد. ابتدا دو منطقه مرتعی در کنار هم، با گونه غالب جاشیر انتخاب و سپس چهار عرصه معرف در سطح هر یک از مناطق، جهت نمونه­برداری انتخاب شد. نمونه­های خاک از دو عمق 15-0 و 30-15 سانتیمتری و در مجموع 32 نمونه خاک از هر منطقه و دو عمق جمع­آوری شد. کربن آلی ذره­ای (POM-C) و نیتروژن آلی ذره­ای (POM-N)، درصد خاکدانه­های درشت و ریز و کربن موجود در آنها، آزمایش و آنالیز شد. نتایج آنالیز واریانس نشان داد که به­جز درصد خاکدانه­های درشت، تمامی فاکتور­های مورد بررسی، در اثر افزایش تنوع گونه­ای همراه با پایه جاشیردر منطقه مرتعی دوم افزایش یافتند. کربن و نیتروژن آلی ذره­ای، کربن همراه با خاکدانه­های درشت و درصد خاکدانه­های ریز به طور معنی­داری تحت تاثیر تنوع گونه­ای بالای گیاهان همراه با جاشیر در منطقه مرتعی دوم قرار گرفتند. نتایج این تحقیق، تاثیر سریع تغییرات مدیریتی بر مواد آلی ذره­ای را نشان داد و همچنین تغییر­پذیری مواد آلی ذره­ای خاک در واکنش به تغییرات مدیریتی پوشش گیاهی را ثابت نمود. افزایش مواد آلی ذره­ای می­تواند ناپایدار باشد، بنابراین تنوع گونه­ای اکوسیستمهای مرتعی باید از طریق مدیریت بهینه پوشش گیاهی برای مدت زمان طولانی، حفظ گردد تا افزایش مثبت کربن آلی در خاک حاصل گردد.

کلیدواژه‌ها


تاثیر تغییرات تنوع گونه­ای بر مواد آلی ذره­ای خاک مراتع کوهستانی آذربایجان غربی

 

بهنام بهرامی[1]*، رضا عرفانزاده[2]، جواد معتمدی[3]

تاریخ دریافت: 5/11/92          تاریخ پذیرش: 18/7/93

 

چکیده

به منظور ارزیابی تاثیر گونه جاشیر (Prangos uloptera) و گونه­های همراه بر اجزاء ماده آلی خاک و توزیع خاکدانه­ها، مراتع کوهستانی خانقاه سرخ ارومیه انتخاب گردید. نمونه­گیری به روش تصادفی- سیستماتیک انجام شد. ابتدا دو منطقه مرتعی در کنار هم، با گونه غالب جاشیر انتخاب و سپس چهار عرصه معرف در سطح هر یک از مناطق، جهت نمونه­برداری انتخاب شد. نمونه­های خاک از دو عمق 15-0 و 30-15 سانتیمتری و در مجموع 32 نمونه خاک از هر منطقه و دو عمق جمع­آوری شد. کربن آلی ذره­ای (POM-C) و نیتروژن آلی ذره­ای (POM-N)، درصد خاکدانه­های درشت و ریز و کربن موجود در آنها، آزمایش و آنالیز شد. نتایج آنالیز واریانس نشان داد که به­جز درصد خاکدانه­های درشت، تمامی فاکتور­های مورد بررسی، در اثر افزایش تنوع گونه­ای همراه با پایه جاشیردر منطقه مرتعی دوم افزایش یافتند. کربن و نیتروژن آلی ذره­ای، کربن همراه با خاکدانه­های درشت و درصد خاکدانه­های ریز به طور معنی­داری تحت تاثیر تنوع گونه­ای بالای گیاهان همراه با جاشیر در منطقه مرتعی دوم قرار گرفتند. نتایج این تحقیق، تاثیر سریع تغییرات مدیریتی بر مواد آلی ذره­ای را نشان داد و همچنین تغییر­پذیری مواد آلی ذره­ای خاک در واکنش به تغییرات مدیریتی پوشش گیاهی را ثابت نمود. افزایش مواد آلی ذره­ای می­تواند ناپایدار باشد، بنابراین تنوع گونه­ای اکوسیستمهای مرتعی باید از طریق مدیریت بهینه پوشش گیاهی برای مدت زمان طولانی، حفظ گردد تا افزایش مثبت کربن آلی در خاک حاصل گردد.

 

واژه­هایکلیدی: اجزای ناپایدار خاک، خاکدانه، اکوسیستم مرتعی، Prangosuloptera

 

 

 

مقدمه

ترکیب و ساختار هر جامعه­گیاهی تحت کنترل و تاثیر عوامل محیطی قرار دارد. در حقیقت این عوامل موجب استقرار انواع مختلف گونه­های گیاهی در رویشگاه­های متفاوت می­گردند (21). خاک یکی از مهم­ترین عوامل محیطی است که در پراکنش و تراکم پوشش گیاهی نقش عمده ای دارد. همبستگی شدید بین پوشش گیاهی و خاک به گونه­ای است که تغییر در وضعیت هر کدام، تاثیر شدیدی بر دیگر کارکردهای اکوسیستم می­گذارد (14). به عبارت دیگر حضور پوشش گیاهی به طور مستقیم به خصوصیات خاک و شرایط لازم برای رشد و پراکنش موفق آنها وابسته است (24). تغییرپذیری ویژگی­های خاک یکی از مهم­ترین عواملی است که تغییرات مکانی پوشش گیاهی را کنترل می­کند، بنابراین آگاهی از نحوه پراکندگی تغییر­پذیری ویژگی­های خاک و گیاهان در بین جوامع گیاهی مختلف برای دست­یابی به مدیریت بهتر و بررسی روند تغییرات ضروری است. از آنجایی که کیفیت خاک بیانگر وضعیت خاک در شرایط مشخص می­باشد، بنابراین باید شاخص­هایی از خاک را مورد بررسی قرار داد که بتوانند وضعیت عملکرد گیاه و نوع مدیریت را در آن شرایط به خوبی بیان نمایند و گویای وضعیت کلی سیستم خاک باشند.

ماده آلی خاک شامل دو بخش مواد هوموسی و ترکیبات ناپایدار می­باشد. ذخایر مواد آلی تعریف شده در بخش ناپایدار شامل: ماده آلی ذره­ای، کربن زیست­توده میکروبی، کربن محلول، کربن قابل معدنی شدن و کربن قابل عصاره­گیری با عصاره­گیرهای مختلف می­باشد (19). اجزاء ناپایدار ماده آلی خاک دارای اهمیت فراوانی می­باشند، به این خاطر که آنها یک قسمت مهم از چرخه غذایی می­باشند (20). آزمایشات در شرایط کنترل شده نشان داده است که مدیریت موجب تغییر در وضعیت مواد آلی شده که این تغییر در ذخایر ناپایدار، سریع­تر از کربن آلی یا نیتروژن کل، خود را نشان می­دهد (4). به همین دلیل ذخایر ناپایدار کربن خاک به­عنوان شاخص­های حساس، برای مشاهده روند تغییرات در مواد آلی خاک پیشنهاد شده­اند (29). کربن و نیتروژن آلی ذره­ای خاک از اجزاء ناپایدار ماده آلی خاک می­باشند که شاخصی جهت بررسی تاثیر شدت عملیات مدیریتی از قبیل شخم، تنوع کاشت محصولات زراعی و کاشت چرخشی محصولات، پوشش­گیاهی و کوددهی بر خاک هستند (10، 15). ماده­آلی ذره­ای بخشی از مواد آلی است که از نظر مقدار تجزیه، حدواسط بقایای گیاهی تازه و هوموس می­باشد و به عنوان مخزن موقتی مواد ­آلی شناخته می­شود. این بخش هر چند سهم ناچیزی از حجم خاک را به خود اختصاص می­دهد ولی به دلیل داشتن زمان بازگشت کوتاه و نیز غنی­بودن از عناصر غذایی و کربن، یکی از شاخص­های مهم کیفیت خاک به حساب می­آید (19). مطالعات نشان داده است که ارتباط این بخش از مواد آلی با اجزای معدنی ناچیز بوده و از این رو سریع­تر از مواد­آلی که با اجزای معدنی خاک در ارتباط هستند، تجزیه می­شود (13). بنابراین، استفاده از این شاخص برای بررسی تاثیر تیمارها و تناوب­های مختلف بر شاخص­های کیفیت خاک، مناسب­تر و دقیق­تر خواهد بود (12). ماده آلی ذره­ای را می­توان با روش­های متفاوت در دو گروه از خاک جدا کرد:

1- بخش سبک  و 2- بخش با اندازه شن.  در کل بخش با اندازه شن مواد آلی، 45-20 درصد از کربن آلی و 40-13 درصد از کل نیتروژن خاک را شامل می­شود (2). تاکنون تحقیقات کمی پیرامون تاثیر پایه­های گونه جاشیر (PrangosulopteraDC.) بر مواد آلی ذره­ای و اجزاء آن انجام گردیده است و با توجه به اهمیت این گونه از جهات دارویی-صنعتی و علفی، پژوهش حاضر با هدف بررسی امکان استفاده از مواد آلی ذره­ای و اجزای آن به عنوان شاخص­های حساس به مدیریت جهت ارزیابی تاثیر سیستم­های مختلف مدیریت این پایه بر خصوصیات کیفی خاک صورت گرفت.

 

مواد و روش­ها

منطقه مورد مطالعه:

در این پژوهش، مراتع حوزه آبخیز خانقاه سرخ که با مساحتی بالغ بر 2000 هکتار و موقعیت جغرافیایی "4 '57 ْ44 تا "32 '00 ْ45 طول شرقی و "18 '46 ْ37 تا 42 '50 ْ37 عرض شمالی، در محدوده ارتفاعی 1400 تا 2400 متر از سطح دریا واقع شده است، به عنوان عرصه مطالعاتی در استان آذربایجان غربی انتخاب شد. بالاترین ارتفاع حوزه 2379 متر و کمترین ارتفاع آن 1483 متر از سطح دریا می باشد. بر اساس گرادیان بارش و دما، متوسط بارندگی و دمای سالانه حوزه مورد مطالعه به ترتیب 9/393 میلیمتر و 87/9 درجه سانتیگراد برآورد گردید. اقلیم حوزه مورد مطالعه با استفاده از روش اقلیم­نمای آمبرژه، شامل اقلیم خشک و نیمه­خشک سرد می­باشد. سازندهای دوره ژوراسیک و نئوژن بخش اعظم سازند­های زمین­شناسی حوزه را به خود اختصاص داده­اند. بافت خاک حوزه لومی- رسی- شنی است. ساختمان خاک حالت دانه­ای و میزان چگالی ظاهری کم است (26) (شکل 1).

شکل (2) منحنی آمبروترمیک بدست آمده از اطلاعات هواشناسی نزدیک­ترین ایستگاه سینوپتیک ارومیه به سایت‌های با حضور Prangos uloptera را نشان می‌دهد.

 

 

 

شکل 1- موقعیت جغرافیایی منطقه مورد مطالعه

 

 

شکل 2- منحنی آمبروترمیک براساس داده‌های هواشناسی نزدیکترین ایستگاه سینوپتیک ارومیه (میانگین 25 ساله) به سایت‌های با حضور Prangos uloptera در منطقه خانقاه سرخ ارومیه

 

 

دو منطقه مرتعی کنار هم با غالبیت پایه جاشیر (Prangosuloptera) اما متفاوت در گونه­های همراه در حوزه شناسایی گردید. هر منطقه مرتعی، گونه­های همراه متفاوتی را دارا بود. درصد پوشش تاجی منطقه مرتعی اول 61 درصد و درصد پوشش تاجی منطقه مرتعی دوم 57 درصد و شیب در هر دو منطقه حدود 20-15 درصد می­باشد (جدول 1).

 

 

 

جدول1- مشخصات مناطق مورد بررسی در مراتع خانقاه سرخ ارومیه

مناطق نمونه برداری

درصد پوشش تاجی مناطق مورد بررسی

درصد پوشش تاجی گونه جاشیر در هر منطقه

درصد خاک لخت

درصد لاشبرگ

درصد سنگ ریزه

وضعیت مرتع

گرایش وضعیت مرتع

شیب

(درصد)

جهت

ارتفاع

(متر)

منطقه مرتعی شماره1

91/60

89/29

86/2

11/2

74/32

خوب

ثابت

20

جنوب غربی

1726

منطقه مرتعی شماره2

32/57

15/35

90/1

40/7

95/30

خوب

ثابت

15

جنوب غربی

1739

 


روش نمونه­برداری و آنالیزهای آماری:

 از روش تصادفی- سیستماتیک جهت مطالعه متغیرهای پوشش­گیاهی استفاده شد؛ بدین صورت که در داخل هر یک از مناطق مرتعی، چهار منطقه معرف که گویای شرایط کل منطقه باشند، جهت نمونه­برداری انتخاب گردید. چهار ترانسکت به طول 100 متر و در امتداد هر ترانسکت، 10 قطعه نمونه یک مترمربعی (بر اساس الگوی پراکنش گیاهان) مستقر شد (25). در داخل هر قطعه نمونه مشخصات پوشش­گیاهی و درصد لاشبرگ ثبت گردید. نمونه­های خاک از دو عمق 15-0 و 30-15 سانتی­متر برداشت گردید. در داخل هر منطقه مرتعی نیز چهار منطقه صد متر مربعی با توجه به وسعت و مساحت مناطق نمونه برداری تعیین گردید و از داخل هر یک از مناطق تعیین شده چهار نمونه خاک از هر عمق و در مجموع 32 نمونه خاک از هر منطقه و دو عمق برداشت شد. نمونه­ها در هوای آزاد خشک گردید و بعد از خرد نمودن کلوخه­ها، جدا کردن ریشه­ها، سنگ و سایر ناخالصی­ها، آسیاب و از الک 2 میلی­متری (مش20) عبور داده شد. برای ارزیابی شاخص عددی تنوع، از نرم­افزار تخصصی Ecological Methodology نسخه 0/6 استفاده شد و شاخص تنوع شانون وینر محاسبه شد.

کربن آلی با استفاده از روش والکی بلک تعیین گردید (32). در آزمایشگاه مواد آلی ذره­ای (POM) به وسیله تجزیه فیزیکی تعیین شد، بدین ترتیب که 25 گرم از خاک خشک شده با 100 میلی­لیتر سدیم­ هگزامتافسفات 5 درصد آمیخته شده سپس خاک آمیخته شده به­مدت یک ساعت به وسیله شیکر تکان داده­شد و سپس از الک 053/0 میلی­متری عبور داده و چندین بار با آب مقطر شستشو داده شد. خاک باقی­مانده به یک ظرف آلومینیومی انتقال یافته و تحت دمای 60 درجه سانتی­گراد به­مدت 24 ساعت خشک شده و سپس آنالیز کربن و نیتروژن بر روی این خاک صورت گرفت (3). توزیع خاکدانه­ها و اندازه­های آن به روش الک مرطوب و با استفاده از الک­های 25/0 و 50/0 میلی­متری انجام گردید (6). تمامی تجزیه­های خاک در آزمایشگاه تحت پنج تکرار انجام شد. داده­ها پس از جمع­آوری در نرم­افزار Excel به عنوان بانک اطلاعاتی ذخیره گردیدند. سپس به منظور تجزیه و تحلیل و مقایسه داده­ها، ابتدا نرمال بودن داده­ها با آزمون کولموگروف- اسمیرنوف و همگنی آنها با آزمون لون مورد بررسی قرار گرفت. تجزیه و تحلیل آماری شامل آنالیز واریانس یک طرفه (ANOVA) در سطح 5 درصد و مقایسه میانگین تیمارها نیز با استفاده از آزمون چند دامنه­ای دانکن با استفاده از نرم­افزار SPSS نسخه 19  انجام شد.

 

نتایج

نتایج حاصل از مقایسه کربن در بین دو منطقه  مرتعی، حاکی از آن است که در هر دو عمق مورد بررسی، میزان کربن کل خاک در منطقه مرتعی دوم بیشتر از منطقه مرتعی اول بود و مابین دو منطقه اختلاف معنی­داری P <0.05)) مشاهده گردید. این در حالی بود که عمق نمونه­برداری، تاثیر معنی­داری بر میزان کربن خاک در مناطق مرتعی نداشت. نتایج جدول 2 نشان می­دهد که افزایش تنوع گونه­ای گیاهی همراه با پایه جاشیر، باعث افزایش 62 درصدی کربن کل خاک در عمق 15-0 سانتی­متری و افزایش 43 درصدی کربن موجود در عمق 30-15 سانتی­متری گردید. کربن آلی ذره­ای نیز در منطقه مرتعی دوم در مقایسه با منطقه مرتعی اول مقدار بیشتری را دارا بود که این میزان در عمق اول 89 درصد و در عمق دوم 53 درصد نسبت به حالت مشابه در منطقه مرتعی اول بیشتر بود.

 

 

 

جدول 2- جداسازی فیزیکی کربن، تحت شرایط غالبیت گونه Prangos uloptera در مراتع خانقاه سرخ ارومیه

منطقه نمونه­برداری

کربن

کربن آلی ذره­ای

شاخص تنوع زیستی شانون-وینر

عمق 15-0 سانتی­متری

 

 

 

منطقه مرتعی شماره1

36/0 ±01/0b

03/0±002/0b

06/0±958/1

منطقه مرتعی شماره2

95/0±008/0a

29/0±002/0a

05/0±987/1

عمق 30-15 سانتی­متری

 

 

 

منطقه مرتعی شماره1

36/0±02/0b

07/0±001/0b

 

منطقه مرتعی شماره2

64/0±02/0a

15/0±002/0a

 

منطقه مرتعی اول گونه­های شاخص همراه عبارتند از: ((Stipa barbata, Astragalus microcephalus, Artemisia aucheri

منطقه مرتعی دوم گونه­های شاخص همراه عبارتند از: (Acanthophyllum microcephalum, Poa bulbosa, Astragalus microcephalus).

اعداد داخل جدول، میانگین ± اشتباه از معیار می­باشند.

 

 

نیتروژن و نیتروژن آلی ذره­ای نسبت به افزایش تنوع گونه­ای همراه با پایه جاشیر واکنش مثبتی از خود نشان داد. به­طوریکه افزایش تنوع گونه­ای در منطقه مرتعی دوم، باعث افزایش 66 درصدی نیتروژن در عمق اول و افزایش 60 درصدی در عمق دوم گردید. نتایج جدول3 نشان می­دهد که نیتروژن آلی ذره­ای در عمق اول در منطقه مرتعی دوم افزایش 75 درصدی و در عمق دوم افزایش 31 درصدی را  داشت و گرچه اختلاف معنی­داری، در دو عمق مختلف در مناطق مرتعی وجود داشت، اما اختلاف معنی­داری در بین دو عمق منطقه مرتعی اول از لحاظ نیتروژن و نیتروژن آلی ذره­ای در عمق اول و دوم مشاهده نگردید.

 

 

 

جدول 3- جداسازی فیزیکی نیتروژن، تحت شرایط غالبیت گونه Prangosuloptera در مراتع خانقاه سرخ ارومیه

منطقه نمونه­برداری

نیتروژن

نیتروژن آلی ذره­ای

شاخص تنوع زیستی شانون-وینر

عمق   15-0 سانتی­متری

 

 

 

منطقه مرتعی شماره1

04/0±0009/0b

01/0±001/0b

06/0±958/1

منطقه مرتعی شماره2

12/0±004/0a

04/0±0001/0a

05/0±987/1

عمق 30-15 سانتی­متری

 

 

 

منطقه مرتعی شماره1

04/0±001/0b

011/0±0001/0b

 

منطقه مرتعی شماره2

10/0±002/0a

016/0±001/0a

 

منطقه مرتعی اول گونه­های شاخص همراه عبارتند از: ((Stipa barbata, Astragalus microcephalus, Artemisia aucheri

منطقه مرتعی دوم گونه­های شاخص همراه عبارتند از: (Acanthophyllum microcephalum, Poa bulbosa, Astragalus microcephalus).

 اعداد داخل جدول، میانگین ± اشتباه از معیار می­باشند.

 

 

تجزیه فیزیکی خاکدانه­ها نشان داد که خاکدانه های درشت در منطقه مرتعی اول، مقدار بیشتری نسبت به منطقه مرتعی دوم داشتند و خاکدانه­های ریز در حالتی عکس خاکدانه­های درشت، در هر دو عمق در منطقه مرتعی دوم میزان بیشتری را به خود اختصاص دادند و مابین مناطق مرتعی، اختلاف معنی­داری از لحاظ درصد خاکدانه­های درشت و ریز مشاهده شد. به نظر می­رسد با توجه به درصد پوشش تاجی بالای منطقه مرتعی اول، خاکدانه­های درشت با درصد پوشش تاجی ارتباط مستقیم و درصد خاکدانه­های ریز با تنوع گونه­ای بالای همراه پایه، ارتباطهم­سویی داشت (جدول 4).

 

 

 

جدول 4-توزیع اندازه­ای خاکدانه­ها، تحت شرایط غالبیت گونهPrangosuloptera در مراتع خانقاه سرخ ارومیه

منطقه نمونه­برداری

خاکدانه­های درشت

خاکدانه­های ریز

شاخص تنوع زیستی شانون-وینر

عمق 15-0 سانتی­متری

 

 

 

منطقه مرتعی شماره1

24/42±31/0a

70/13±27/0b

06/0±958/1

منطقه مرتعی شماره2

59/24±32/1b

17/34±86/0a

05/0±987/1

عمق 30-15 سانتی­متری

 

 

 

منطقه مرتعی شماره1

65/53±28/0a

37/9±45/0b

 

منطقه مرتعی شماره2

20/17±98/0b

86/32±94/0a

 

منطقه مرتعی اول گونه­های شاخص همراه عبارتند از: ((Stipa barbata, Astragalus microcephalus, Artemisia aucheri

منطقه مرتعی دوم گونه­های شاخص همراه عبارتند از: (Acanthophyllum microcephalum, Poa bulbosa, Astragalus microcephalus).

 اعداد داخل جدول، میانگین ± اشتباه از معیار می­باشند.

 

 

درصد کربن موجود در خاکدانه­های درشت در هر دو عمق در منطقه مرتعی دوم بیشتر از منطقه مرتعی اول بود و این در حالی است که کربن موجود در خاکدانه­های ریز نیز همین منوال را دارا بود، با این تفاوت که در عمق 30-15 سانتی­متری اختلاف معنی­داری مابین دو منطقه مشاهده نگردید، درحالی­که در سایر موارد اختلاف معنی­داری از کربن همراه با خاکدانه­های درشت و ریز گزارش شد. کربن موجود در خاکدانه­های درشت در عمق اول افزایش 77 درصدی در منطقه مرتعی دوم و افزایش 44 درصدی در کربن موجود در خاکدانه­های ریز عمق 30-15 سانتی­متری منطقه مرتعی دوم را داشت (جدول 5).

 

 

 

جدول5- کربن همراه با خاکدانه­ها در اندازه­های مختلف، تحت تحت شرایط غالبیت گونه  Prangos uloptera در مراتع خانقاه سرخ ارومیه

منطقه نمونه­برداری

درصد کربن موجود

در خاکدانه­های درشت

درصد کربن موجود در خاکدانه­های ریز

شاخص تنوع زیستی

شانون-وینر

عمق   15-0 سانتی­متری

 

 

 

منطقه مرتعی شماره1

26/0±02/0b

86/0±009/0b

06/0±958/1

منطقه مرتعی شماره2

13/1±05/0a

54/1±03/0a

05/0±987/1

عمق 30-15 سانتی­متری

 

 

 

منطقه مرتعی شماره1

26/0±004/0b

04/1±03/0a

 

منطقه مرتعی شماره2

50/0±02/0a

10/1±04/0a

 


بحث و نتیجه­گیری

تحقیقات نشان می­دهد که گونه­های مختلف گیاهی همراه با گونه­های غالب می­توانند تراکم نیتروژن در خاک را تغییر دهند، که احتمالا به واسطه تغییرات در مورفولوژی و زیتوده گیاهان و وجود بقولات است (1). وجود گونه­های همراه به خصوص بقولات بیشتر در منطقه مرتعی دوم  به نظر می­رسد که دلیلی بر بالا بودن میزان نیتروژن در این مناطق باشد. اضافه شدن نیتروژن به شکل معنی­داری نیتروژن کل عمق دوم را افزایش داد که احتمالا به واسطه گونه­های همراه  است (18).

در پژوهش حاضر؛ دامنه تغییرات کربن آلی ذره­ای و نیتروژن آلی ذره­ای به ترتیب 3/0 تا 9/2 گرم بر کیلوگرم و 1/0 تا 4/0 گرم بر کیلوگرم بود. مقادیر کربن و نیتروژن آلی ذره­ای با نتایج حاصل از تحقیق Motamedi et al., (2013) که به بررسی تاثیر پایه­های گونه گیاهی Pterpyrum aucheri بر میزان مواد آلی ذره­ای خاک پرداخته بودند، مشابه (کربن آلی ذره­ای: 4/0 تا 1 گرم بر کیلوگرم، نیتروژن آلی ذره­ای: 2/0 تا 38/0) بود (27). همچنین با نتایج حاصـل از تحقیـق   Oedraogo و همکاران (2006) (نیتروژن آلی ذره­ای: 11/0 تا 27/0 گرم بر کیلوگرم) در یک راستا قرار داشت (28)، اما کمتر از مشاهدات Koutika et al., (2001) (کربن آلی ذره­ای: 15 تا 22 گرم بر کیلوگرم) (22) و Franzluebbers et al.,  (1999) (کربن آلی ذره ای: 3 تا 12 گرم بر کیلوگرم) بود (8). که احتمالا وجود تنوع گیاهی متفاوت همراه با گونه غالب که با تغییرات تراکم، نوع گیاهان و سهم ریشه در مواد آلی ذره­ای ارتباط مستقیم دارد  باعث کاهش یا افزایش در مواد آلی ذره­ای شده است. در بین مناطق مورد مطالعه، در حدود 8 تا 31% کربن کل خاک و 25تا 33 % نیتروژن کل خاک مربوط به مواد آلی ذره­ای بود. مقادیر مشاهداتی این تحقیق در مقایسه با نتایج Feller et al., (1996) در خاک­های شنی غرب آفریقا (47 تا 51%) کمتر و در راستای مشاهدات Motamedi et al., (2013) بود (7، 27). به نظر می­رسد احتمالا تشابه بافت خاک در مناطق مورد مطالعه با تحقیقات مشابه یکی از دلایل یکسان بودن نتایج می­باشد.

Ghahreman et al., (2002) به این نتیجه دست یافتند که تغییرات در کربن آلی خاک مربوط به حجم زیتوده زمینی گیاهان می­شود. در مراتع تحت چرای طولانی مدت دام در شرق آمریکا، 57 درصد کربن آلی مربوط به کربن آلی ذره­ای می­باشد که این نتایج در تحقیق Franzluebbers و Sttuedemann (2002) مشاهده گردید

نتایج حاصل از مشاهدات بر این نکته تاکید می­کند که اجزاء مواد آلی ذره­ای تحت شرایط شخم جنگل­ها و مراتع به طور قابل توجهی کاهش و تحت شرایط خاک­های کشاورزی و تبدیل زمین به مراتع مواد آلی ذره­ای افزایش می­یابند (3). ذکر این نکته حائز اهمیت است که افزایش مواد آلی ذره­ای می­تواند ناپایدار باشد، بنابراین مدیریت پوشش و تنوع گونه­ای گیاهی اکوسیستم­های مرتعی باید برای مدت زمان طولانی حفظ گردد تا شاهد افزایش مثبت کربن آلی خاک بود. این نتایج به وسیله بسیاری از مطالعات که حساسیت مواد آلی ذره­ای را تحت مدیریت­های مختلف خاک یافته بودند تایید می­شود (5، 15، 23). عموما، ترکیب مواد آلی ذره­ای منتج از ریشه می­باشد (3). مطابق با نظر Handayani et al., (2008)، حجم ریشه موجود در خاک علی رغم کم بودن زیتوده هوایی، مقدار مواد آلی ذره­ای خاک را بهبود می­بخشد (17). معرفی گونه­های گیاهی همراه شامل بقولات و گندمیان که سهم بیشتری در زادآوری ریشه به­واسطه اضافه کردن نیتروژن را دارند، ممکن است سهم ریشه در مواد آلی ذره­ای را افزایش دهد (1). به دلیل تراکم گیاهان و حجم ریشه بالاتر، تنوع افزایش یافته و باعث گسترش گیاهان شده است. مطالعات اولیه نشان داده­اند که ترکیبی از گیاهان مختلف (کشت مخلوط)، معمولا به علت بیشتر بودن ورودی حجم زیتوده، 3 تا 5 برابر بیشتر از گیاهان منفرد (کشت خالص) تولید زیتوده می­کنند (16). تنوع گونه­ای بالا در منطقه نمونه­برداری دوم باعث ایجاد اختلاف معنی­دار در بین مناطق مرتعی گردید و این در حالی بود که خاکدانه­های ریز نسبت به افزایش تنوع گونه­ای گیاهان همراه با جاشیررابطه مستقیمی نشان دادند.

در این مطالعه، اختلاف معنی­دار خاکدانه­های درشت با خاکدانه­های ریز در مناطق مورد بررسی شاید به واسطه تاثیر ریشه­های درشت و انبوه بقولات و سایر گونه­های همراه در سیستم خاک است که ذرات خاک را در بر می­گیرد و خاکدانه­های پایدار در آب را افزایش می­دهد. احتمالا در این مطالعه گونه­های مربوط به منطقه مرتعی دوم  دارای ریشه­های درشت کمتری نسبت به منطقه مرتعی اول بودند که در نتیجه باعث کاهش خاکدانه­های درشت می­شود. کاهش خاکدانه­های ریز به فراوانی در مطالعات قبلی مورد تفسیر قرار گرفته­است (3). دوره­های طولانی مدت شخم و چرا باعث کاهش ریشه­های درشت و ماده آلی خاک شده که آن هم باعث کاهش خاکدانه­های درشت می­شود. Tisdall و Oades (1980) مشاهده کردند که علفزار­ها بعد از مدت کمی، ریشه­های بیشتر و ماده آلی خاک بیشتر و خاکدانه­های درشت بیشتری را تولید می­کنند (30). داده­های حاصل از این تحقیق نشان می­دهد که کربن موجود در خاکدانه­های ریز تحت تاثیر تنوع گونه­ای گونه­های همراه جاشیرقرار گرفته­اند. مدل ساختمان خاک نشان می­دهد که خاکدانه­های درشت ترکیبی از اجتماع خاکدانه­های ریز هستند (31). کربن موجود در خاکدانه­های ریز با افزایش تنوع گونه­ای افزایش یافت. Tisdall و  Oades (1980) به این نتیجه دست یافتند که مقدار ماده آلی موجود در خاکدانه­های 020/0 تا 250/0 میلی­متری به طور قابل ملاحظه­ای کمتر از خاکدانه­های درشت تر از 250/0 میلی­متری در خاک­هایی با تاریخچه طولانی مدت کشاورزی که در­برگیرنده علفزارهای طبیعی نیز بودند (30). نتایج حاصل نشان داد که اجزاء فیزیکی و ماده آلی خاک آشکارا تغییرات به وجود آمده حاصل از پایه­هایجاشیر را بر کمیت و کیفیت ماده آلی خاک توجیه می­کنند. تنوع گونـه­ای منطقه مرتعی دوم باعث افزایش معنی­دار نیتروژن، کربن، کربن آلی ذره­ای، خاکدانه­های ریز و درصد کربن موجود در خاکدانه­های درشت گردید. همچنین کربن موجود در خاکدانه­های ریز بیشتر از کربن موجود در خاکدانه­های درشت به تغییرات تنوع گونه­ای پایه­های گیاهی همراه با جاشیر واکنش نشان­دادند.


References

1-Barrios, E., R.J. Buresh, J.I. Sprent, 1996. Nitrogen Mineralization in Density Fractions of Soil Organic Matter from Maize and Legume Cropping Systems. Soil Biology and Biochemistry 28:1459-1465.

2-Bowman, R.A., MF. Vigil, D.C. Nielsen, R.L. Anderson, 1999. Soil organic matter changes in intensively cropped dryland systems. Soil Science Society of American Journal 63: 186-191.

3-Cambardella, C.A., & E.T. Elliott, 1992. Particulate soil organic matter changes across a grassland cultivation sequence. American Journal of Soil Science 56:777-783.

4-Campbell, C.A., G.P. Lalond, O. Biederbeck,  G. Wen, J. Schoenau, & D. Hahn, 1999. Seasonal trends in soil biochemical attributes: Effects of crop management on a Blak Chernozm. Canadian Journal of Soil Science 79:85-97.

5-Carter, M.R., D.A. Angers, E.G. Gregorich, & M.A. Bolinder, 2003. Characterizing Organic Matter Retention for Surface Soils in Eastern Canada Using Density and Particle Size Fraction. Canadian Journal of Soil Science 83:11-23.

6-Elliot, E.T., & C.A. Cambardella, 1991. Physical separation of organic matter. Agricultural. Ecosystem. Environment 34:407-419.

7-Feller, C., A. Albrecht, & D. Tessier, 1996. Aggregation and organic matter storage in kaolinitic and smetitic tropical soils. In: Structure and organic matter storage in agricultural soils (eds9M.R. Carter & B.A. Stewart), Advances in Soil Science, CRC Lewish Publ., Boca Raton 309-359 pp.

8-Franzluebbers, A.J., R.L. Haney, & F.M. Hones, 1999. Relationship of Chloroform Fumigation-Incubation to Soil Organic Matter Pools. Soil Biology and Biochemistry 31:395-405.

9-Franzluebbers, A.J., & G.A. Sttuedemann, 2002. Particulate and non-particulate farticulate of Soil Organic Carbon under Patures in the Sounthern Piedmont USA.Environment. Pollut 116:53-62.

10-Gahani, A., M. Dexter, & K.W. Perrot, 2003. Hot-Water Extractable Carbon in Soils: A Sensitive Seasurement of Determining Impacts of Fertilization Grazing and Cultivation. Soil Biology Biochemistry 35: 1231-1243.

11-Ghahreman, A, A. Massoumi, & F. Ghahremani nejad, 2002. Astragalus tuyehensis (Fabaceae), a new species from Iran. Novon 12: 47-49.

12-Gregorich, E.G., M.R. Carter, D.A. Angers, C.M. Moneral, & B.H. Ellert, 1994. Towards a minimum data set to assess soil organic matter quality in agricultural soils. Canadian Journal of Soil Science 74: 367-385.

13-Gregorich, E.G., M.R. Carter, J.W. Doran, C.E. Pankhurst, & L.M. Dwyer, 1997.  Biological attributes of soil quality. In: Gregorich, E. G and M. R. Carter (Eds), Soil Quality for Crop Production and Ecosystem Health. Elsevier Science, Amesterdam, The Netherlands 81-114 PP.

14-Haj Abassi, M.A., 1999. Sustainable use of water resources and soil in tropical regions, Jehad daneshgahi.

15-Handayani, I.P., 2004. Soil Quality Changes Following Forest Clearance in Bengkulu, Sumatra, Indonesia. Biotropia 22: 1-15.

16-Handayani, I.P., P. Prawito, & Z. Muktamur, 2002. The role of natural-bush fallow in abandoned land during shifting cultivation in Bengkulu II. The role of follow vegetation. Journal of Agricultural Science, Indonesia 4:10-17.

17-Handayani, I.P., M.S., Coyne, C. Barton, & S. Workman, 2008. Soil carbon pools and aggregation follwing land restoration: Bernheim Forest, Kentucky. Journal of Enveron Monitor Restoration 4: 11-28.

18-Handayani, I.P., M.S. Coyne, & R.S. Tokosh, 2010. Soil organic matter fractions and aggregate distribution in response to tall fescue stands. Journal of Soil Science 5: 1-10.

19-Haynes, R.J., 2005. Labile organic matter fraction as central components of the quality of agricultural soils: An overview. Advances in Agronomy 85: 221-268.

20-Hu, S., D.C. Coleman, C.R. Carroll, PF. Hendrix, & M.H. Beare, 1997. Labile Soil Carbon Pools in Subtropical Forest and Agricultural Ecosystem as Influenced by Management Practices and Vegetation Typs. Agriculture Ecosystem Environmental 65:69-78.

21-Jafari M., M.A. Zare Chahouki, H. Azarnivand, N. Baghestani Meibodi, & H. Zahedi Amiri, 2002. Relationships between Poshtkouh Rangeland Vegetative of Yazd Province and Soil Physical and Chemical Characteristics using Multivariate Analysis Methods. Journal of Natural Resources 55(3): 419-434.

22-Koutika, L.S., S. Hauser, & J. Henrot, 2001. Soil Organic Matter Assessment in Natural Regroeth Pueraria Phaseoloides and Mucuna Pruriens Fallow. Soil Bioglogy and Biochemistry 33:1095-1101.

23-Liang, B.C., B.G. McKonkey, J. Schoenau, D. Curtin, & C.A. Campell, 2003. Effects of tillage and crop rotation on the light fraction of organic carbon and carbon mineralization in chermozemic soilsd of Saskatchewan, Canadian. Journal of Soil Science 83:65-72.

24-Mehmood, T. & Z. Iqbal, 2005. Vegetation and soil characteristics of the wasteland of valika chemical industries near Manghopir, Karachi. Journal of Arid Environments 30: 453-462.

25-Mesdaghi, M., 2003. Range management in Iran. Astan Ghods Razavi prss, Mashhad, 187 pp.

26-Motamedi, J., 2006. The report on rangeland and vegetation cover feasibility studies in the Khanghah-e-Sorkh basin. Faculty of Natural Resources, Iran. Urmia University.

27-Motamedi, J., B. Bahrami, & R. Erfanzadeh, 2013. Assessing the Impact of Pteropyrum Aucheri Species on Particulate Organic Matter. Applied Soil Research 1(1): 128-141.

28-Oedraogo, E., A. Mando, & L. Stroosnijder, 2006. Effect of tillage, organic resources and nitrogen fertilizer on soil carbon dynamics and crop nitrogen uptake in semi-arid West Africa. Soil Tillage Research 91: 57-67.

29-Sparling, G., M. Vojvodic-Vukovic, & L.A. Schipper, 1998. Hot-water-soluble C as a simple measure of labile soil organic matter: the relationship with microbial biomass C. Soil Biology and Biochemistry 30(10-11):1469-1472.

30-Tisdall, J.M., & J.M. Oades, 1980. The Management of Ryegrass to Stabilize Aggregates of a Red-brown Earth. Australian Journal of Soil Research 18:415-422.

31-Tisdall, J.M., & J.M. Oades, 1982. Organic matter and water-stable aggregates in soils. Journal of Soil Science 33: 141-163.

32-ZarinKafsh, M., 1997. Soil sciences in connection with the plant and environment. Islamic Azad University, 342p.

 

 

Effects of species diversity changes on soil organic matter particle of mountainous rangeland of West Azerbaijan

 

B. Bahrami[4]*, R. Erfanzadeh[5], J. Motamedi[6]

 

Abstract

In this study, For evaluating the effect of Prangos uloptera and accompanying species on the components of soil organic matter and distribution of aggregates, mountainous rangelands of Khaneghah-Sorkh of Urmia was selected. Sampling was conducted random-systematically. Initially, two locations beside of each other were selected, and then 4 sites, which were the representative of each location, were selected for sampling. Soil samples were collected from 0-15 and 15-30cm depth and totally 32 soil samples for each location from two depths were collected. Particulate organic matter- Carbon (POM-C) and Particulate organic matter- Nitrogen (POM-N), Percentage of coarse and fine aggregates and existing carbon of them were examined and analyzed. Results of variance analysis show that except the percentage of coarse aggregate all other investigated factors were increased by the increase of accompanied species diversity with each base of Prangos uloptera in the second location. Particulate organic carbon and nitrogen, carbon associated with coarse and fine aggregates percentage is significantly influenced by the high diversity of the accompanied plant species with the Prangos uloptera in the second location. Results of this study showed the rapid effects of management changes on the particulate organic matter and also proved the variability of particulate organic matter in the soil under the change of management practices on vegetation. Moreover, the increase of particulate organic matter can be unstable, thus management of vegetation and species diversity of rangeland ecosystems must be conserved for long time, till we have seen positive increase in soil organic carbon.

 

Key words: Unstable soil components, Aggregate soil, Rangeland ecosystem, Prangos uloptera, West Azerbaijan

 

 



[1]- دانشجوی کارشناسی ارشد مرتعداری، دانشکده منابع طبیعی و علوم دریایی نور، دانشگاه تربیت مدرس، ایران

* نویسنده مسئول: Email: b.bahrami31@gmail.com

[2]- استادیار گروه مرتعداری، دانشکده منابع طبیعی و علوم دریایی نور، دانشگاه تربیت مدرس، ایران

[3]- استادیار گروه مرتع و آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی ارومیه، دانشگاه ارومیه، ایران

 

*[4] - MSc Student of Rangeland Management Department, Faculty of Natural Resources, Tarbiat Modares University, Iran,  b.bahrami31@gmail.com

[5] - Assistant Professor of Rangeland Management Department, Faculty of Natural Resources, Tarbiat Modares University, Iran.

[6] - Assistant Professor, Rangeland Management Department, Faculty of Natural Resources, Urmia University, Iran.

1-Barrios, E., R.J. Buresh, J.I. Sprent, 1996. Nitrogen Mineralization in Density Fractions of Soil Organic Matter from Maize and Legume Cropping Systems. Soil Biology and Biochemistry 28:1459-1465.

2-Bowman, R.A., MF. Vigil, D.C. Nielsen, R.L. Anderson, 1999. Soil organic matter changes in intensively cropped dryland systems. Soil Science Society of American Journal 63: 186-191.

3-Cambardella, C.A., & E.T. Elliott, 1992. Particulate soil organic matter changes across a grassland cultivation sequence. American Journal of Soil Science 56:777-783.

4-Campbell, C.A., G.P. Lalond, O. Biederbeck,  G. Wen, J. Schoenau, & D. Hahn, 1999. Seasonal trends in soil biochemical attributes: Effects of crop management on a Blak Chernozm. Canadian Journal of Soil Science 79:85-97.

5-Carter, M.R., D.A. Angers, E.G. Gregorich, & M.A. Bolinder, 2003. Characterizing Organic Matter Retention for Surface Soils in Eastern Canada Using Density and Particle Size Fraction. Canadian Journal of Soil Science 83:11-23.

6-Elliot, E.T., & C.A. Cambardella, 1991. Physical separation of organic matter. Agricultural. Ecosystem. Environment 34:407-419.

7-Feller, C., A. Albrecht, & D. Tessier, 1996. Aggregation and organic matter storage in kaolinitic and smetitic tropical soils. In: Structure and organic matter storage in agricultural soils (eds9M.R. Carter & B.A. Stewart), Advances in Soil Science, CRC Lewish Publ., Boca Raton 309-359 pp.

8-Franzluebbers, A.J., R.L. Haney, & F.M. Hones, 1999. Relationship of Chloroform Fumigation-Incubation to Soil Organic Matter Pools. Soil Biology and Biochemistry 31:395-405.

9-Franzluebbers, A.J., & G.A. Sttuedemann, 2002. Particulate and non-particulate farticulate of Soil Organic Carbon under Patures in the Sounthern Piedmont USA.Environment. Pollut 116:53-62.

10-Gahani, A., M. Dexter, & K.W. Perrot, 2003. Hot-Water Extractable Carbon in Soils: A Sensitive Seasurement of Determining Impacts of Fertilization Grazing and Cultivation. Soil Biology Biochemistry 35: 1231-1243.

11-Ghahreman, A, A. Massoumi, & F. Ghahremani nejad, 2002. Astragalus tuyehensis (Fabaceae), a new species from Iran. Novon 12: 47-49.

12-Gregorich, E.G., M.R. Carter, D.A. Angers, C.M. Moneral, & B.H. Ellert, 1994. Towards a minimum data set to assess soil organic matter quality in agricultural soils. Canadian Journal of Soil Science 74: 367-385.

13-Gregorich, E.G., M.R. Carter, J.W. Doran, C.E. Pankhurst, & L.M. Dwyer, 1997.  Biological attributes of soil quality. In: Gregorich, E. G and M. R. Carter (Eds), Soil Quality for Crop Production and Ecosystem Health. Elsevier Science, Amesterdam, The Netherlands 81-114 PP.

14-Haj Abassi, M.A., 1999. Sustainable use of water resources and soil in tropical regions, Jehad daneshgahi.

15-Handayani, I.P., 2004. Soil Quality Changes Following Forest Clearance in Bengkulu, Sumatra, Indonesia. Biotropia 22: 1-15.

16-Handayani, I.P., P. Prawito, & Z. Muktamur, 2002. The role of natural-bush fallow in abandoned land during shifting cultivation in Bengkulu II. The role of follow vegetation. Journal of Agricultural Science, Indonesia 4:10-17.

17-Handayani, I.P., M.S., Coyne, C. Barton, & S. Workman, 2008. Soil carbon pools and aggregation follwing land restoration: Bernheim Forest, Kentucky. Journal of Enveron Monitor Restoration 4: 11-28.

18-Handayani, I.P., M.S. Coyne, & R.S. Tokosh, 2010. Soil organic matter fractions and aggregate distribution in response to tall fescue stands. Journal of Soil Science 5: 1-10.

19-Haynes, R.J., 2005. Labile organic matter fraction as central components of the quality of agricultural soils: An overview. Advances in Agronomy 85: 221-268.

20-Hu, S., D.C. Coleman, C.R. Carroll, PF. Hendrix, & M.H. Beare, 1997. Labile Soil Carbon Pools in Subtropical Forest and Agricultural Ecosystem as Influenced by Management Practices and Vegetation Typs. Agriculture Ecosystem Environmental 65:69-78.

21-Jafari M., M.A. Zare Chahouki, H. Azarnivand, N. Baghestani Meibodi, & H. Zahedi Amiri, 2002. Relationships between Poshtkouh Rangeland Vegetative of Yazd Province and Soil Physical and Chemical Characteristics using Multivariate Analysis Methods. Journal of Natural Resources 55(3): 419-434.

22-Koutika, L.S., S. Hauser, & J. Henrot, 2001. Soil Organic Matter Assessment in Natural Regroeth Pueraria Phaseoloides and Mucuna Pruriens Fallow. Soil Bioglogy and Biochemistry 33:1095-1101.

23-Liang, B.C., B.G. McKonkey, J. Schoenau, D. Curtin, & C.A. Campell, 2003. Effects of tillage and crop rotation on the light fraction of organic carbon and carbon mineralization in chermozemic soilsd of Saskatchewan, Canadian. Journal of Soil Science 83:65-72.

24-Mehmood, T. & Z. Iqbal, 2005. Vegetation and soil characteristics of the wasteland of valika chemical industries near Manghopir, Karachi. Journal of Arid Environments 30: 453-462.

25-Mesdaghi, M., 2003. Range management in Iran. Astan Ghods Razavi prss, Mashhad, 187 pp.

26-Motamedi, J., 2006. The report on rangeland and vegetation cover feasibility studies in the Khanghah-e-Sorkh basin. Faculty of Natural Resources, Iran. Urmia University.

27-Motamedi, J., B. Bahrami, & R. Erfanzadeh, 2013. Assessing the Impact of Pteropyrum Aucheri Species on Particulate Organic Matter. Applied Soil Research 1(1): 128-141.

28-Oedraogo, E., A. Mando, & L. Stroosnijder, 2006. Effect of tillage, organic resources and nitrogen fertilizer on soil carbon dynamics and crop nitrogen uptake in semi-arid West Africa. Soil Tillage Research 91: 57-67.

29-Sparling, G., M. Vojvodic-Vukovic, & L.A. Schipper, 1998. Hot-water-soluble C as a simple measure of labile soil organic matter: the relationship with microbial biomass C. Soil Biology and Biochemistry 30(10-11):1469-1472.

30-Tisdall, J.M., & J.M. Oades, 1980. The Management of Ryegrass to Stabilize Aggregates of a Red-brown Earth. Australian Journal of Soil Research 18:415-422.

31-Tisdall, J.M., & J.M. Oades, 1982. Organic matter and water-stable aggregates in soils. Journal of Soil Science 33: 141-163.

32-ZarinKafsh, M., 1997. Soil sciences in connection with the plant and environment. Islamic Azad University, 342p.