بخشی از مقاله
چکیده
افزایش غلظت گازهای گلخانهای در اتمسفر بهعنوان یکی از عوامل اصلی گرم شدن زمین در نظر گرفته میشود - آیپیسیسی،. - 2006 متان بعنوان یکی از مهمترین گازهای گلخانه ای میباشد که غلظت ان بیشتر از دیاکسیدکربن است. رطوبت خاک تولید متان در خاک را تغییر میدهد که این بدلیل کاهش یا افزایش اکسیداسیون متان توسط متانوتروفهای خاک است و یا بدلیل افزایش یا کاهش تولید متان توسط متانوژنها.برای بررسی نوسانات سطح رطوبت در خاک در گونه اقاقیا و تاثیر آن بر انتشار گاز متان مطالعه ای درپارک جنگلی چیتگر انجام شد. در این تحقیق نمونهبرداری به روش املاَک تصادفی انجام شد. اب مورد نیاز برای مرطوب ساختن عمق 5سانتیمتر و 15 سانتیمتر از سطح محاسبه و به نمونه ها اضافه گردید. برای اندازه گیری میزان گاز متصاعد شده از خاک از روش اتاقک ساکن و دستگاه گازکروماتوگرافی استفاده شد. براساس نتایج بدست آمده مشخص گردید مقدار تصاعد متان درخاک تحت کشت گونه اقاقیا با افزایش عمق نفوذ آب در خاک افزایش می یابد.
.واژههای کلیدی: اقاقیا ،جنگلکاری، رطوبت،گازهای گلخانهای،گازکروماتوگرافی ،متان
مقدمه
افزایش غلظت گازهای گلخانهای در اتمسفر بهعنوان یکی از عوامل اصلی گرم شدن زمین در نظر گرفته میشود - آیپیسیسی،. - 2006 این گازهاکه برای بقای ما در این سیاره ضروری هستند نحوه کارشان در اتمسفر زمین مانند نحوه عملکرد یک گلخانه است که پرتوهای خورشیدی را گیر میاندازد تا گرمای لازم برای رشد گیاهان داخل گلخانه را فراهم گرداند - وبروگن،. - 2007 بدون گازهای گلخانهای هیچ لایهاتمسفری برای گیر انداختن تشعشع خورشیدی وجود نداشت و زمین بقدری سرد میشد که غیر قابل سکونت بود چون گازهای گلخانهای به عنوان یک صافی یکطرفه عمل میکنند، به نور مرئی - امواج کوتاه - اجازه ورود از یک جهت را میدهند اما از عبور نورهایی با طولموج بلند در جهت مخالف جلوگیری مینمایند، و بدینصورت باعث اثرگلخانهای و گرمایش جهانی میشوند - امیربیگی،. - 1386 و هر چه میزان گازهای گلخانهای زیادتر باشد امواج مادونقرمز متصاعد شده از زمین نمیتواند از این لایه عبور کنند و باعث گرمایش بیشتر میشوند متان بعنوان یکی از مهمترین گازهای گلخانه ای میباشد که غلظت ان بیشتر از دیاکسیدکربن است زیرا مدت زمان حضور در اتمسفر کوتاهتر است - 12 سال در برابر 100 سال - بنابراین تلاشها برای کاهش سرعت گرمایش جهانی در ابتدا باید بر کاهش متان تولید شده متمرکز شود - هانسن ،. - 2000
درک کنونی ما این است که متان محصول نهایی تخریب کربن الی توسط فرایند میکروبی در محیط عاری از اکسیِژن ازاد است. - مگونیگال، - 2004 .پس از یکسری واکنشهای هیدرولیتیک و تخمیر مواد آلی پیچیده سادهتر میشوند و میکروارگانیسمها و متانوژنها متان را بعنوان محصول نهایی تنفس و تخمیر - طبق معادلههای - - 1 - ایجاد میکنند. از سویی باکتریهای Methanotrophic که متان را اکسید میکنند در همه قسمتهای خاک وجود دارند - لمر و راجر، - 2001 و باعث میشوند که خاک بعنوان مخزن متان نیز شناخته شود. در محلهای دفن زباله و در شرایط غیر هوازی متان در خاک تولید میگردد ولی چون این خاکها به خوبی هوادهی میگردند متان به قسمتهای سطحیتر آمده و در اینجا بهترین منطقه برای فعالیت متانوتروفها فراهم میگردد .چرا که هم متان موجود است و هم اکسیژن و بنابراین واکنش اکسیداسیون متان در شرایط هوازی اتفاق میافتد - طبق معادله - : - - 2
باکتری های Methanotrophic را میتوان بر اساس ساختار سلولی و نحوه جذب کربن به سه گروه تقسیم کرد، نوع ' و; - هانسون و تی ای،. - 1996 متانوتروفها در همه قسمتهای خاک در صورت حضور متان و اکسیژن وجود دارند.برخی از گونه های آن در محیطهای غنی از متان فعالیت میکنند - مثلا در توربزارها و محل های دفن زباله - و بعضی از گونهها نیز در خاک مزارع شناسایی شدهاند و بعنوان مخزنی برای متان اتمسفری شناخته می شوند. مکانیزم اکسیداسیون متان توسط میکرو ارگانیسمها هنوز کاملا شناخته شده نیست و فاکتورها و عوامل موثر بر فعالیت این موجودات ناشناخته است - هولمز ، - 1999 و براورد میزان مصرف متان توسط میکرو ارگانیسمها به علت گستره وسیع فراوانی انها بسیار سخت است. تغییرات رطوبتی خاک میتواند مخزن یا منبع متان بودن خاک را تحت تاثیر قرار دهد که این نیز نهایتا از تغییرات در میزان بارش و تبخیر و تعرق ناشی می گردد. از آنجایی که تعرق به تنظیم محتوای اب خاک کمک میکند مطالعات نشان داد که فیزیولوِژی درختان و نوع گونه در میزان انتشار متان به جو بسیار تاثیر گذار است - سوگستین و ووکی،;2002مگونیگال و شلیزنگر،2002 ;دیویدسون ،. - 2004
افزایش رطوبت خاک تولید متان در خاک را اقزایش میدهد که این بدلیل کاهش اکسیداسیون متان توسط متانوتروفهای خاک است و یا بدلیل افزایش تولید متان توسط متانوژنها - فیلیپس ،. - 2001 چرا که اینگونه از باکتریها در شرایط غیرهوازی بهتر فعالیت میکنند. در پیتلندهای موجود در عرض های جغرافیایی بالا، تولید گازهای گلخانهای متان بیشتر میتواند با تغییرات سطح آب تحت تاثیر قرار بگیرد. به عنوان یکی از نتایج گرم شدن آب و هوا، ذوب شدن پرمافراستها است که هم میتواند باعث کاهش سطح آب - از طریق افزایش زهکشی آب ذوب شده - شود وهم افزایش سطح آب - از طریق تشکیل ترماکراست و جاری شدن سیل - . - زونا ،2009 اسمیت ، - 2005 که هر دوی این فرآیندها بر انتشار متان تاثیرگذار هستند.
به عنوان مثال، افزایش در سطح آب میتواند به بی هوازی شدن در خاک بیانجامد و در نتیجه آن افزایش تولید CH4 توسط متانوژن ها را داشته باشیم - تورستکی ،. - 2008 فیزیولوژِی درختان تولید و اکسیداسیون متان را تحت تاثیر قرار میدهد و نقش مهمی را در تعیین این که جنگلها منابع یا مخازن متان هستند ایفا میکند. مطالعاتی که از طریق ایزوتوپهای ردیاب انجام شده نشان میدهد که رابطه تنگاتنگی بین فتوسنتز گیاه و ترشحات ریشه گیاه و کربن آلی و باکتریهای متانوژِن وجود دارد - مگونیگال ،; 2004 کینگ و ریبورگ، . - 2002 درختان تاثیرات خود را بر تولید واکسیداسیون متان بطور غیر مستقیم و از طریق تاثیر بر محتوای آب خاک اعمال میکنند. مکانیسم ممکن برای انتشار متان از خاک مناطق جنگلی میتواند نقل و انتقال از منطقه اشباع از طریق جریان تعرقی باشد. سطح اندام ، بویژه برگها در تعرق اهمیت فوقالعاده دارد.همچنین بیوماس و مادهآلی خاک نیز در ارتباط مستقیم با شاخص سطح برگ میباشد - شکیبا،. - 2000
در مناطق و اکوسیستمهای جنگلی شاخص سطح برگ عامل مهمی است که با بسیاری از فرایندهای فیزیکی و بیولوژیکی و فیزیولوژیک جوامع گیاهی ارتباط دارد . نتایج تحقیق - هوندا ،;2000 سان ،;2002 افاس ، - 2005 نشان میدهد که رابطه مثبت و معنیداری بین شاخص سطح برگ با مقدار لاشبرگ میزان نیتروژن و کربن آلی خاک وجود دارد. اهمیت میزان پهنای برگ و شاخص سطح برگ در جامعه گیاهی از آنجا ناشی میگردد که در واقع عمل فتوسنتز بعنوان فرایند تولید مادهآلی در برگ انجام میشود و برگها اندام اصلی دریافت نور و فتوسنتز و تعرق میباشند - ژنگ ، . - 2000 حدود 75 درصد از عناصر معدنی جذب شده در خاک در برگ گیاهان متمرکز شده و با ریزش آنها به خاک باز میگردد و موجب افزایش ذخیره مادهآلی و سایر عناصر غذایی خاک میشود.
بنابراین با افزایش سطح برگ بعنوان یکی از اندامهای هوایی میزان تبخیر و تعرق نیز افزایش یافته که این باعث کاهش محتوی رطوبت در خاک و نتیجتا کاهش فعالیت متانوژنها میگردد و انتشار متان کاهش می یابد و یا تاثیر سطح برگ بر میزان تنفس و تولید دیاکسیدکربن از اهمیت ویژه ای برخوردار است. که افزایش میزان co2 باعث افزایش در غلظت آمونیم خاک شده و آمونیم فعالیت متانوتروفها را محدود کرده و مانع جذب میکروبی متان می گردد. فیزیولوژی گیاهان با تاثیر برمیزان و عمق ریشه دوانی گونه های مختلف میتواند در میزان انتشار متان موثر باشد.با افزایش عمق ریشه دوانی متان موجود حل شده در اعماق زمین و آبهای زیرزمینی را از طریق فرایند تعرق به سطح میآورند.و بیوماس بالای ریشه ها در برخی گونهها باعث افزایش هوادهی خاک شده و متانوتروفها شرایط بهتری برای اکسیداسیون متان خواهند داشت بنابراین تصاعد متان را کاهش مییابد - تسکی ،;2002پرایم ، . - 1997 بدینترتیب گونه گیاهان و فیزیولوژی آنان میتوانند بر انتشار یا جذب متان تاثیر گذارد.
تا کنون بیشترین مطالعه بر روی انتشار گاز گلخانه ای متان ازاکوسیستمهای طبیعی بر روی تالابها متمرکز شده بود چرا که این مناطق نقاط مهم تولید متان هستند. و کمتر به تاثیر مستقیم اکوسیستمهای جنگل که مناطق به مراتب بزرگتری را تحت پوشش قرار میدهند توجه شده است. ما دراین مطالعه تولیدو انتشار گاز گلخانهای متان را ، با توجه به تاثیر رطوبت بر این فرآیند در خاک تحت پوشش گونه اقاقیا بررسی خواهیم کرد.
مواد و روش
مطالعه در پارک چیتگر انجام شد.پارک جنگلی چیتگر یکی از مهمترین پارکهای کلانشهر تهران با وسعت معادل814 هکتار میباشد و طول پارک به موازات اتوبان تهران -کرج5,5 کیلومتر و عریضترین قسمت آن 2,8 کیلومتر میباشد.این پارک در 51 درجه و10دقیقه طول شرقی و 35درجه و45دقیقه عرض شمالی قرار دارد.بر اساس اطلاعات هواشناسی ایستگاه سینوپتیک چیتگر، با فاصله تقریبی چهار کیلومتر از تودههای مورد بررسی ، طی 17 سال - - 1375-1391 میانگین بارندگی سالانه - خطای معیار ح - 272 میلیمتر - 13ح - اندازهگیری شده است. میانگین دمای سالانه 17 درجه سانتیگراد - 0/1ح - میباشد باتوجه به نقشه خاک منطقه و پوشش گیاهی، مناطقی از پارک که خاک رسی-لومی داشتند انتخاب شدند. سپس از خاک مناطق جنگلکاری شده با اقاقیا نمونهبرداری به روش کاملاَ تصادفی انجام شد. در مرکز مناطق انتخاب شده سه دایره با شعاع 50 متر و با فاصله 100 متر انتخاب و روی قطر دایره لاشبرگها کنار زده شد و شش نمونه خاک از عمق 0-40 سانتیمتری برداشته شد.
ازنمونه های برداشت شده،مهمترین خصوصیات خاک در آزمایشگاه اندازهگیری شد، این خصوصیات عبارتندازدرصدکربن آلی خاک بااستفاده از روش والکی و بلاک - - :DONOH\ %ODFN'1934 ، وزن مخصوص ظاهری خاک - گرم بر سانتیمتر مکعب - با استفاده از روش سیلندر، وکربن فعال خاک - تن در هکتار - ، و درصدماده آلی خاک با استفاده از فرمول زیر محاسبه شد که در آن %OMو %OCبه ترتیب درصد ماده آلی و درصدکربن آلی است.
برای نمونه گیری از هوای متصاعد شده از خاک از روش اتاقک ساکن استفاده شد این روش تاکنون توسط محققان بسیاری مورد استفاده قرار گرفته است - ملجانن،;2007کسمیرو کلمدستون، - 1997 برای پیاده سازی این روش نیاز به لولههای pvcبه قطر 8 سانتی متر و طول 50 سانتی متر داریم .بنابراین توسط دستگاه برش لولهها را به اندازههای 50 سانتیمتری برش دادیم. تا ارتفاع 40 سانتیمتری خاک تحت کشت گونه ریخته شد و 10 سانتی متر فوقانی لوله جهت جمع آوری گاز متصاعد شده از خاکها خالی ماند. نمونه ها به مدت دو ماه در انکوباتور با دمای 25 درجه قرار داده شد این زمان به این دلیل به نمونه ها داده شد که چون خاکها دست خورده بودند و میخواستیم شرایط ثابت و پایدار را داشته باشیم به نمونه ها زمانی معادل 2 ماه را استراحت دادیم . پس از 2 ماه با استفاده از فرمول محاسبه درصد رطوبت حجمی میزان آب ابیاری مورد نیازبرای مرطوب ساختن دو عمق 5 و 15 سانتیمتری تخمین زده شد و به نمونه خاک موجود تزریق شد. - فرمول - 3 . - درصد رطوبت خاک نیز به روش خشک کردن مقدار معین خاک تر در آون یا خشک کن در دمای 105درجه سانتی گراد در آزمایشگاه اندازه گیری شد - غازان شاهی، ; 1376 جعفری حقیقتی، . - 1382
