بخشی از مقاله
مقدمه
کربن یکی از عناصر مورد نیاز گیاه است که میزان آن در مقایسه با سایر عناصر در حد بالایی قرار دارد. نزدیک به 40 درصد وزن ماده خشک گیاه را کربن تشکیل می دهد. سرچشمه مواد آلی خاك، بقایاي حیوانی و بازمانده هاي گیاهی است. این مواد از ابتداي ورود به خاك تحت تاثیر مستقیم موجودات زنده و گروههاي میکروبی آن قرار می گیرند و تغییرات زیادي می یابند. در اهمیت ماده آلی همین بس که آن را به عنوان قلب کشاورزي پایدار نام نهاده اند و همچنین نقش آن را در خاك همانند نقش خون در بدن دانسته اند. مواد آلی خاك یکی از اجزاء بسیار مهم آن است که بطور مستقیم و غیر مستقیم تغذیه گیاه، رشد و تولید محصول را تحت تاثیر قرار میدهد. فواید مواد آلی در خاك به اندازه اي متنوع و زیاد است که انسان را به یاد فواید نوشته شده بر روي برچسب داروهاي قدیمی می اندازد ولی خوشبختانه این فواید در مورد مواد آلی کاملا واقعیت دارد.به طور کلی فرایند تنفس بیان کننده فعالیت بیولوژیکی خاك است. تنفس میکروبی و تنفس خاك در بیشتر موارد به صورت مترادف به کار می روند ولی دو مفهوم متفاوت دارند. تنفس خاك تولید دي اکسید کربن یا مصرف اکسیژن در نتیجه فرایند هاي متابولیکی کلیه موجودات زنده در خاك است و تنفس میکروبی تولید دي اکسید کربن یا مصرف اکسیژن در نتیجه متابولیسم میکروارگانیسم هایی مانند باکتري ها، قارچ ها، جلبک ها و پروتزوئرهاست. شاخص تنفس خاك در ارزیابی کیفیت خاك عموما کاربرد بیشتري دارد زیرا بیانگر فعالیت بیولوژیکی تمام جانداران خاك است. تنفس خاك یکی از قدیمی ترین پارامترهاي تعیین فعالیت میکروبی در خاك است - Kieft and Rosacker, - 1991 و یکی از اساسی ترین شاخص هاي بارروري خاك بوده که انجام آن نیازمند انرژي می باشد - Nanipieri . - et al ., 1990 البته تنفس یک فرآیند کلی است که تنها محدود به ریزجانداران نمی باشد بلکه توسط همه موجودات ساکن در خاك نیز انجام می شود. رطوبت، دما، قابلیت دسترسی به مواد غذایی، ساختمان خاك - Kieft et al., 1987 - ، ذخیره کربن خاك - Fang and Moncrieff, 2005 - ، نوع پوشش گیاهی، کیفیت و کمیت سوبسترا، زیست توده و فعالیت میکروبی، مدیریت و کاربري اراضی به ویژه مصرف کودها از جمله عواملی هستند که بر تنفس مؤثر می باشند . - Ding et al., 2007 - بیش ترین میزان تنفس در بخش هاي سطحی خاك اتفاق می افتد و با افزایش عمق به دلیل کاهش کربن خاك کاهش می یابد . - Fang and Moncrieff, 2005 - تولید خالص CO2 بستگی به تعادل بین سرعت ورود کربن از طریق مواد آلی و سرعت خروج آن توسط تجزیه کنندگان خاك دارد . - Adl, 2003 - مقدار کربن معدنی شده به طور غیر مستقیم چرخه مواد غذایی را تحت تاثیر قرار می دهد و در خاك هاي کشاورزي مقادیر بالاي تنفس میکروبی در مکان هایی مشاهده می شود که معدنی شدن کربن بالاترین مقدار را دارد. مقادیر بالاي CO2 آزاد شده نشانگر سرعت بالاي تجزیه کربن خاك و افزایش منابع عناصر غذایی در دسترس گیاه است. از عوامل موثر بر معدنی شدن کربن - تجزیه مواد آلی - می توان به تهویه، میزان رطوبت، دما، pH، بافت خاك، کمیت و کفیت بقایاي گیاهی، نوع گیاه، سن گیاه، مدیریت بقایاي گیاهی، نوع عملیات کشاورزي و غیره می توان اشاره کرد. تحقیقات مختلف نشان داده است که اندازه گیري فعالیت میکروبی یا فعالیت آنزیمی به تنهایی یا همراه با بیوماس میکروبی، شاخص مناسبی براي فراهمی ازت نیست، چرا که این میکروارگانیسم ها نیاز به مواد غذایی داشته که این مواد نیز تحت تأثیر مقدار باقی مانده گیاهان، بافت خاك، رطوبت و دما متفاوت خواهند بود. تأثیر نوع خاك نیز بر تحولات کربن در خاکهاي تیمار شده با بقایاي گیاهی، لازم است مورد توجه قرار گیرد. هدف از این مطالعه بررسی تأثیر نوع خاك و بقایاي گیاهی بر شدت معدنی شدن کربن یا تنفس میکروبی می باشد.
مواد و روشها
این مطالعه در آزمایشگاه بیولوژي دانشکده کشاورزي دانشگاه شهرکرد انجام شد. اندازه گیري میزان CO2 حاصل از تنفس میکروبی، هم در آزمایشگاه و هم در مزرعه، به روش هاي متفاوتی انجام می شود. براي اندازه گیري میزان CO2 از روش تیتراسیون برگشتی با سود باقیمانده - Anderson, 1982 - که روشی آزمایشگاهی و ساده و در عین حال از دقت زیادي هم برخوردار است، استفاده شد. براي اندازه گیري تنفس میکروبی 100 گرم خاك آون خشک - دو نوع خاك رسی و شنی - عبور کرده از الک 2 میلی متري به دقت وزن و در جار - قوطی - یک لیتري ریخته شد. یک گرم بقایاي گیاهی - بقایاي انگور و برنج - کاملا آسیاب شده که از الک 1 میلی متري عبور داده شده بود به خاك ها اضافه شد و به طور کامل با خاك مخلوط شد. حدود 20 تا 40 سی سی آب مقطر جهت تعدیل رطوبت خاك در 60 تا 70 درصد ظرفیت زراعی - رطوبت مطلوب براي فعالیت میکروبی - به هر کدام از جارهاي محتوي خاك اضافه شد. مقدار 15 سی سی سود 0,5 مولار در یک ظرف پلاستیکی 20 سی سی ریخته و بر روي سطح خاك گذاشته شد. این کار براي جمع آوري CO2 ناشی از تنفس میکروبی در سود نیم مولار بود. ظروف حاوي خاك در داخل انکوباتور در دماي 1-25 درجه قرار داده شدند. پس از مدت یک هفته سود را برداشته و 5 سی سی % 10 BaCl2 به آن اضافه شد تا کربنات به صورت BaCo 3 رسوب کرد و همچنین چند قطره فنل فتالئین به آن اضافه و با اسیدکلرید ریک 0,1 نرمال تیتر شد. در پایان حجم اسید مصرفی براي تیتراسیون شاهد و نمونه ها یادداشت گردید.
نتایج و بحث
در این مطالعه بافت یکی از خاك ها سیلتی– لومی و دیگري شنی بود. تاثیر نوع خاك بر معدنی شدن کربن در شکل - 1 - نشان داده شده است. نتایج این مطالعه نشان می دهد که معدنی شدن کربن بین دو نوع خاك متفاوت بوده و در خاك شنی بیشتر از خاك سیلتی-لومی می باشد. همچنین معدنی شدن کربن در هر دو خاك با گذشت زمان روند صعودي را نشان می دهد. دلیل این امر را می توان به درصد بیشتر رس در خاك رسی که مانع تجزیه مواد آلی و خروج کربن می شود و همچنین میزان محتواي آب بیشتر در خاك رسی و انحلال دي اکسید کربن در آب و عدم خروج آن نسبت داد. در شرایط آزمایشگاهی و بهینه مواد آلی بلافاصله پس از ورود به خاك مورد تجزیه قرار می گیرند تا انرژي و عناصر غذایی مورد نیاز میکروبها تأمین گردد. مواد آلی مختلف داراي سرعت تجزیه متفاوتی هستند که بستگی به ترکیب شیمیایی و نوع مواد موجود در آنها دارد. موادي مانندکاه و کلش برنج داراي نسبت کربن به نیتروژن بالایی هستند و پس از وارد شدن به خاك به علت کمبود نیتروژن در ساختمان آنها، میکروبها از نیتروژن بومی خاك براي تجزیه این مواد استفاده می نمایند و این امر به توقف نیتروژن منجر می گردد.
شکل :1 تاثیر نوع خاك بر معدنی شدن تجمعی کربن
تاثیر بقایاي گیاهی بر معدنی شدن کربن در شکل - 2 - نشان داده شده است. نتایج این مطالعه نشان می دهد که تاثیر بقایاي گیاهی بر معدنی شدن کربن متفاوت و معدنی شدن کربن در بقایاي برنج بیشتر از بقایاي انگور اتفاق افتاده است. همچنین معدنی شدن کربن در هر دو بقایا با گذشت زمان روند صعودي را نشان می دهد. آنچه مسلم است این موضوع می باشد که با ورود مواد آلی خارجی به خاك فعالیت میکروبی خاك تشدید یافته و این امر افزایش تجریه مواد آلی و در نتیجه افزایش خروج دي اکسید کربن از خاك را به دنبال دارد. نتایج مشابه توسط - Bertrand et al., 2007 - و - Singh et al., 2006 - گزارش شده است. همچنین رئیسی و آقابابایی - 1390 - در بررسی تجزیه پذیري برخی بقایاي گیاهی و پیامد کاربرد آنها بر تنفس و زیست توده میکروبی به نتایج مشابهی دست یافتند. به طورکلی افزودن بقایاي گیاهی به خاك موجب افزایش معنی دار فعالیت میکروبی در خاك می گردد. علاوه بر افزایش سرعت و میزان تنفس - معدنی شدن کربن - ، زیست توده میکروبی خاك نیز افزایش معنی دار پیدا می کند که این افزایش فعالیت آنزیم هاي درون و برون سلولی را در پی خواهد داشت. با این حال، نوع و کیفیت بقایاي گیاهی افزوده شده به خاك بر روند تغییرات ویژگیهاي بررسی شده و C/N مؤثر می باشد. به گونه اي که ترکیب شیمیایی بقایا، نسبت میزان کربن سهل الوصول در بقایا می تواند نتایج را تغییر دهد. بنابراین پیشنهاد می گردد در باغها و زمین هاي کشاورزي، بقایاي گیاهی به خاك برگردانده شوند تا ضمن برگشت بخشی از عناصر برداشت شده، با تحریک فعالیت میکروبی و آنزیمی خاك سایر اثرات مثبت فیزیکی و شیمیایی خود را نیز در خاك به همراه داشته باشد. ازمحدودیت این تحقیق کوتاه بودن طول دوره انکوباسیون خاك است که اجازه پیگیري کامل تجزیه بقایاي آلی را نمی دهد. همچنین مشاهده می شود که در دو هفته اول انکوباسیون شیب منحنی خروج دي اکسید کربن
