بخشی از مقاله
چکیده
از جمله کاربری اراضی که در ذخیره کردن کربن در خاک و حذف دیاکسیدکربن اتمسفری نقش داشته اکوسیستمهای جنگلی میباشد . بقایای گیاهی دیر تجزیه شونده تا مدت زمان طولانیتر در خاک باقی مانده و باعث ذخیره بیشتر کربن در خاک میشوند. هدف این پژوهش مطالعه تأثیر کیفیت نوع بقایای گیاهی جنگلی بر معدنی شدن کربن آلی بود. فاکتورهای مورد بررسی شامل نوع بقایای گیاهی جنگلی - زبان گنجشک، صنوبر، توسکا، بلوط و کاج - و مدت زمان خوابانیدن بقایا 3 - و6 ماه - بودند.
پس از سپری شدن فواصل زمانی خوابانیدن، میزان معدنی شدن کربن آلی در نمونههای مختلف گیاهی اندازه گیری گردید. نتایج نشان دادند که بیشترین مقدار هدررفت کربنآلی به صورت دیاکسید از بقایای زبان گنجشک به میزان66/06 درصد و کمترین مقدار هدررفت کربن از بقایای کاج به میزان 48/17 درصد اتفاق افتاد. با افزایش مدت زمان خوابانیدن بقایا مقدار هدررفت کربن افزایش یافت.
مقدمه
کربن در بین مخازن اتمسفری، آبی و خشکی جا به جا می شود - Benbi and Senapati., 2010 - بیشترین مقدار کربن 3800 - پتاگرم - مربوط به اقیانوسها و762 پتاگرم مربوط به اتمسفر میباشد . - Lal., 2003 - غلظت دی اکسید کربن در اتمسفر در طی 250 سال گذشته تا به امروز در حدود 40 درصد افزایش یافته است . - Lal., 2002 - در چرخه کربن، پوششهای گیاهی به دلیل نقشی که در فتوسنتز و میزان کربن آلی خاک دارند از اهمیت بالایی برخوردارند . - Lorenz and Rudabaugh.,2009 - دربخش پایانی چرخه کربن و در اکوسیستمهای جنگلی پس از بازگشت بقایای گیاهان به خاک ترکیبات آلی آنها دستخوش تجزیههای میکروبی میشوند.
فرآیند تجزیه بقایای گیاهی یک فرآیند زیستی بوده که توسط فعالیتهای متابولیک جانداران خاک کنترل میشود. سرعت فرآیند تجزیه بقایای گیاهان تا حد بسیار زیادی توسط سه فاکتور کلی جانداران خاک، عوامل محیطی - شامل دما، رطوبت، بافت خاک و دسترسی به اکسیژن - و کیفیت بقایا - نسبت C/N و دیگر خواص شیمیایی بقایا - کنترل میگردد. بقایای گیاهان تحت تاثیر عوامل ذکر شده و خصوصیات فیزیکی به دی اکسیدکربن و معدنی و قابل جذب برای گیاهان تبدیل شده و وضعیت فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی خاک را بهبود میبخشند. بنابراین تجزیه بقایای گیاهان با بهبود ساختمان و چرخه مواد غذایی تاثیر مثبتی بر حاصلخیزی خاک دارد
حدود 49 درصد از ذخیره کربن جنگلها در تنه درختان افتاده و سرپا، 27 درصد در لاشبرگها و شاخهها و بقیه در خاک و کف جنگل انباشته شده است . - Woodbury., 2007 - تجزیه بقایای گیاهی شامل سه مرحله میباشد. بهطورکلی طی فرآیند تجزیه، اجزای محلول در آب - شامل قندها، اسیدهای آلی، پروتئین و بخشی از کربوهیدراتهای ساختاری - اولین اجزایی بوده که تجزیه شده و پس از آن پلیساکاریدهای ساختاری - سلولز و همی سلولز - و در آخر لیگنین تجزیه خواهند شد.
در نتیجه بقایای گیاهی نابالغ معمولأراحتتر و سریعتر از بقایای گیاهان پیر تجزیه میگردند و مواد غذایی بیشتری نیز از تجزیه آنها حاصل میشود . - Kumar and Goh., 2002 - سرعت تجزیه بقایای گیاهی گوناگون بهدلیل اختلاف در کیفیت شیمیایی آنها - پروتئین، سلولز، لیگنین و همی سلولز - متفاوت است - Gorbanali Nejad et al., 1392 - .پالم و رولند - 1997 - اعلام نمودند که مقدار کربن، نیتروژن و فسفر بقایا در سرعت تجزیه آنها مؤثر هستند. تفاوت در سرعت تجزیه بقایای گونه های درختیعموماً به کیفیت سوبسترا، نسبت های N/P وC/N بقایا، میزان لیگنین و غلظت کلسیم و منگنز متفاوت آن ها مربوط میگردد
کیفیت مواد آلی خاک به خصوص نسبت کربن به نیتروژن شاخص مهمی برای پویایی کربن آلی بوده وشدیداً بر خصوصیات بیولوژیکی و بیوشیمیایی خاک تاثیر میگذارد . - Boldock, 2007 - بر اساس مطالعات بالداک - 2007 - بقایای گیاهی با نسبت C/N بیشتر از40 بسیار آهستهتر از بقایایی با نسبت C/N کمتر از 40 معدنی میشوند. تروپ و همکاران - 2004 - گزارش کردند که با کاهش نسبت C/N سرعت معدنی شدن نیتروژن و تشکیل هوموس افزایش یافت. سونگ و همکاران - 2011 - گزارش کردند که با افزودن نیتروژن به کلش در شرایط مزرعهای، سرعت تجزیه آن افزایش یافت. از آنجایی که کیفیت بقایای گیاهی یکی از عوامل کنترلکننده سرعت تجزیه بقایا بوده هدف این پژوهش بررسی تاثیر کیفیت بقایای برگی گیاهان جنگلی بر سرعت معدنی شدن آنها بود.
مواد و روشها
به منظور مطالعه تأثیرکیفیت نوع بقایای گیاهی بر هدررفت کربن یک آزمایش در قالب طرحکاملاً تصادفی به روش کیف کلش و با سه تکرار در مهرماه سال 1394 در گلخانه گروه خاکشناسی دانشگاه زنجان به اجرا در آمد. فاکتورهای مورد بررسی شامل نوع بقایای گیاهی جنگلی - زبانگنجشک، صنوبر، توسکا، بلوط و کاج - ، و مدت زمان خوابانیدن بقایا در دو سطح 3 - و 6 ماه - بودند.
در این آزمایش طی بازههای زمانی خوابانیدن، دمای هوای گلخانه در محدوده 25 تا 30 درجه سانتی گراد تنظیم شده بود، همچنین رطوبت خاک برای تمامی جعبهها در حالت ظرفیت مزرعهای قرار داشت. برای انجام این آزمایش حدود 2000 کیلوگرم خاک زراعی از لایه سطحی - عمق صفر تا 30 سانتیمتری - تهیه و به گلخانه منتقل گردید. پس از همگن نمودن نمونه تهیه شده و هوا خشک کردن و عبور دادن آن از الک دو میلیمتری به صورت نمونههای ده کیلویی در جعبههای پلاستیکی توزیع گردیدند. کربن آلی خاک به روش اکسیداسیونتر در مجاورت بی کرومات پتاسیم و اسید سولفوریک غلیظ - Walkley and Black., 1934 - ، بافت خاک به روش هیدرومتر و pH در گل اشباع با روشهای معمول در مؤسسه تحقیقات خاک و آب - علی احیائی و بهبهانی زاده، - 1372 تعیین گردیدند.
تهیه و تجزیه نمونه های گیاهی: بقایای گیاهی مختلف بعد از انتقال به آزمایشگاه در آون در دمای 50-60 درجه سانتیگراد خشک و سپس به قطعات ریز و به طول1سانتیمتر خرد شدند. سپس از هر نوع بقایای گیاهی یک نمونه همگن تهیه و مورد استفاده قرار گرفت. کربن آلی بقایا به روش اکسیداسیونتر در مجاورت بی کرومات پتاسیم سولفوریک غلیظ - Walkley and - Black., 1934 اندازهگیری شد. میزان کربن بقایای گیاهی مورد استفاده دراین آزمایش در جدول 2 نشان داده شده است.
تهیه کیفهای کلش : - Litter bags - برای تهیه کیفهای کلش ابتدا یک توری پلاستیکی با قطر منافذ 0/5 میلیمتر انتخاب و پس از برش آن، 30 عددکیف با ابعاد 20×15 سانتی متر تهیه گردیدند. در کیفهای کلش مقدار20 گرم بقایای گیاهی خشک قرار داده شد و سپس درب کیفها منگنه شدند و کیفها درجعبه های حاوی 10 کیلوگرم خاک در عمق ده سانتیمتری خاک جایگذاری شدند.
زمان نمونه برداری از کیفهای کلش و آماده سازی نمونههای گیاهی: کیفهای کلش قرار داده شده در جعبه ها، در فواصل زمانی 3 و 6 ماه یعنی طی دو دوره زمانی، از جعبهها خارج و برای اندازهگیری هدررفت کربن آلی به آزمایشگاه منتقل گردیدند. کیفهای کلش برداشت شده در هر دوره زمانی ابتدا تمیز و پس از زدودن خاک آنها، محتویات آنها در آون در دمای -55 60 درجه سانتیگراد خشک و به دقت توزین گردیدند. پس از بهدست آوردن وزن دقیق بقایای گیاهی باقی مانده در هر بازه زمانی، آن بقایا برای انجام آزمایشهای بعدی آسیاب شد و در نمونههای آسیاب شده کربن آلی به روش واکلی و بلک اندازهگیری شد و مقدار هدررفت کربن آلی در هر زمان محاسبه گردید.
تجزیه و تحلیل دادهها: داده های جمع آوری شده در آزمایش با نرم افزارSPSS تجزیه و جدول تجزیه واریانس تشکیل گردید و برای مقایسه میانگین ها از آزمون دانکن در سطح احتمال پنج درصد و برای رسم نمودار ها از برنامه EXCEL استفاده گردید.
نتایج و بحث
تأثیر مدت زمان خوابانیدن بقایا بر مقدار هدر رفت کربن آلی: نتایج تجزیه واریانس دادهها نشان داد که مدت زمان خوابانیدن تأثیر معنی داری در سطح احتمال پنج درصد بر میزان هدر رفت کربن آلی بقایای گیاهی جنگلی داشت - جدول. - 3 نتایج این پژوهش نشان داد که که با گذشت زمان و افزایش طول مدت زمان خوابانیدن هدررفت کربن آلی افزایش یافت.
جدول -1 برخی از ویژگی های فیزیکی و شیمیایی خاک مورد استفاده در آزمایش
جدول -2 مقدار کربن آلی بقایای گیاهی مورد استفاده در آزمایش
جدول-3 نتایج تجزیه واریانس تأثیر مدت زمان خوابانیدن و نوع بقایا بر هدررفت کربن
اثر کیفیت بقایای گیاهی بر میزان هدر رفت کربن آلی: نتایج تجزیه واریانس داده ها نشان داد که نوع بقایای گیاهی تأثیر معنی داری در سطح احتمال پنج درصد بر مقدار هدررفت کربن آلی داشت - جدول - 3 و بیشترین مقدار هدررفت کربن آلی برای بقایای زبان گنجشک و کمترین مقدار هدررفت کربن آلی برای بقایای کاج اندازهگیری شد. سرعت تجزیه توسط سه فاکتور متفاوت و اثرات متقابل آنها شامل فاکتورهای فیزیکی و شیمیایی و کیفیت بقایای گیاهی کنترل میشوند. تجزیه بقایای با مقدار پایین لیگنین و ترکیبات فنولیک سریعتر است - . - Swift et al., 1979 در این پژوهش سرعت تجزیه بالای بقایای زبان گنجشک در مقایسه با کاج را میتوان به میزان لیگنین کمتر این بقایا نسبت داد چون زبانگنجشک از جمله گیاهان نرمچوب به حساب میآید.
