نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
دانشگاه تبریز
چکیده
کلیدواژه‌ها
عنوان مقاله [English]
نویسندگان [English]
Abstract
Soil ecophysilogical indices are very sensitive to changes in the soil ecosystem. This study was accomplished as factorial on the basis of randomized complete block design with two treatments containing land use and soil depth and five repetitions in an area of about 200 ha which has located in Mirabad region, Suldoz plain (west Azerbaijan, Iran). Three types of land use (pasture, cultivation and apple orchards), and two vertical soil depths (0-30 cm and 30-60 cm) were considered in this experiment. Soil basal and substrate induced respirations (BR and SIR), microbial biomass carbon (MBC), microbial biomass nitrogen (MBN), microbial biomass phosphorus (MBP), soil carbohydrates (SC) were measured as biological indices. Metabolic and microbial quotients (qCO2 and qmic ) were determined as ecophysiological parameters. Some important soil physical and chemical properties such as organic carbon, pH, EC, carbonate calcium equivalent (CCE), soil texture and water aggregate stability (WAS) were also determined. Soil quality and health indices were significantly decreased in apple orchard and crop production fields compared to the intact grassland. Decline in BR in orchards and crop fields at 0-30 cm depth were 49.29% and 43.97%, and at 30-60 were 67.10% and 65.79%, respectively. The decrease in BR by increasing of soil depth in grassland, orchard and crop field were 54.79%, 49.98% and 52.95%, respectively. Soil quality and health indices were significantly decreased in apple orchard and crop production fields compared to the intact grassland.
کلیدواژه‌ها [English]
مقدمه
توان تولید خاک حاصل فرایندهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی آن میباشد. توازن پایدار این فرایندها به همراه مدیریت مناسب بهرهبرداری از خاک، موجب تداوم باروری آن میشود. هر گونه اقدام در جهت بر هم زدن این تعادل ممکن است اثرات جبران ناپذیری به دنبال داشته باشد. مدیریت گذشته طبیعت برای دستیابی به نیازهای غذا و سوخت جمعیت در حال رشد باعث تخریب اراضی کشاورزی شده است و ادامه این روند تهدید بزرگی برای خاکها و منابع طبیعی است. در اکثر کشورهای در حال توسعه بیشتر جمعیت روستایی برای امرار معاش به زمین وابستهاند، این جمعیت روستایی خیلی سریع رشد کرده و اثرات زیادی روی منابع میگذارد. از این اثرات میتوان تغییر کاربری و پوشش زمین را نام برد. تخریب ذخایر طبیعی منتج به کاهش نواحی تحت کشت گیاهان طبیعی و تبدیل آنها به کاربریها و پوششهای دیگر زمین میشود که تحت سیستم مدیریت انسان میباشد (بوکت و استروسینجدر 2003). به طور کلی تخریب خاک به دلیل تغییر کاربری یک مشکل جهانی میباشد. تغییرات شگرفی در کاربری زمینهای خشک و نیمهخشک آسیا طی قرن بیستم رخ داده است و بیشترین افزایش زمینهای کشاورزی در آسیا در 30 سال گذشته بهخصوص دهه قبل بودهاست. در فاصله سالهای 1980–1970 نواحی جنگلی و مرتعی در آسیا 313 میلیون هکتار کاهش یافته که بیشترین مقدار کاهش در جهان بود (چالون و اجمیا 2002). برای حفظ این منابع و خاکها برای نسلهای آینده باید نظام مدیریتی توسعه یابند تا موجب حفظ و افزایش کیفیت خاکها و سایر منابع طبیعی گردند. بر پایه اهداف کشاورزی، کیفیت خاک عبارت از توانایی تولید پایدار خاک است. بهرهبرداری پایدار از منابع خاک، امری اجتناب ناپذیر است. بخشی از ناپایداری سیستم کشاورزی به دلیل کاهش کیفیت خاک در طول زمان میباشد. پس حفاظت و نگهداری کیفیت خاک راهبرد مهمی برای پیشرفت اقتصادی و بهبود وضعیت کیفیت محیط زیست است. بر همین اساس انتخاب نوع عملیات مدیریتی و بهرهبرداری از اراضی بایستی با در نظر گرفتن حفظ کیفیت خاک انجام گیرد (لال و همکاران 1999). بنابراین ارتباط قوی بین کشاورزی پایدار و کیفیت خاک وجود دارد. سلامت خاک متأثر از فرایندهای میکروبیولوژیک است. ریزجانداران توانایی ویژه‌ای در سنجش کیفیت و سلامت خاک دارند و سریعاً به تغییرات محیطی واکنش نشان میدهند. تغییراتی که در کوتاه مدت در سلامت خاک ایجاد میشود توسط پارامترهای فیزیکی و شیمیایی مثل بافت خاک،EC ، pH و غیره قابل سنجش نیستند. این پارامترها در دراز مدت تحت تأثیر قرار می‌گیرند ولی پارامترهای بیولوژیک و اکوفیزیولوژیک سریعاً تحت تأثیر قرار گرفته و با اندازهگیری آنها میتوان به میزان و نوع تغییرات در اکوسیستم خاک پی برد (دوران 1980؛ دیک 1984؛ گوپتا و جرمیدا 1988). سهم متابولیک و سهم میکروبی از جمله شاخصهای اکوفیزیولوژیک هستند که برای تعیین وضعیت میکروبی خاک مورد ارزیابی قرار می‌گیرند. خاکهای حاوی کود آلی دارای سهم متابولیکی کمتری نسبت به خاکهای حاوی کود معدنی هستند (علیاصغرزاد1390). اعمال مدیریتهای مربوط به کشاورزی متداول، ماده آلی و فعالیت میکروبی خاک را کاهش میدهد. ماده آلی کلید حاصلخیزی و باروری خاک است. برای حفظ مقدار حاصلخیزی و قدرت تولید یک خاک، میزان ماده آلی آن باید در سطح مناسبی حفظ گردد. متأسفانه سطح مواد آلی خاکهای زراعی ایران عمدتاً کمتر از یک درصد است که این ناشی از مصرف بیرویه کودهای شیمیایی بهخصوص کودهای نیتروژنی و عدم استفاده از کودهای آلی در سالیان اخیر است (محمدیان و ملکوتی 1381). ذخایر ناپایدار کربن خاک به عنوان شاخصهای حساس، برای مشاهده روند تغییرات در مواد آلی خاک پیشنهاد شده است (اسپارلینگ 1998). ذرات مواد آلی بخشی از مواد آلی است که از نظر مقدار تجزیه حد واسط 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 غنی بودن از عناصر غذایی و کربن از شاخصهای مهم کیفیت خاک به حساب میآید (هاینز و همکاران 2005). هریک از عملیات زراعی که ویژگیهای خاک و پوشش گیاهی را تغییر دهد، موجودات خاک را نیز تحت تأثیر قرار خواهد داد. تعداد زیادی از عملیات زراعی وجود دارد که هر یک از آنها ممکن است مقدار آب خاک، دما، تهویه، pH، مقدار نیتروژن و کربن آلی را بهطور متناوب تحت تأثیر قرار دهند. یکی از این عوامل، عملیات خاکورزی است. به دنبال شخم معمولی فعالیت میکروبی افزایش مییابد که این افزایش در نتیجه تخریب خاکدانهها، بهبود تهویه و در معرض قرار گرفتن سطح مواد قابل تجزیه میباشد (علیاصغرزاد 1389). تغییر کاربری از جنگل یا مرتع به کشاورزی باعث تخریب خاک میشود. تخریب به معنی کاهش موقت یا دائمی ظرفیت تولید است. در بررسی کیفیت خاک چهار کاربری (اراضی کشاورزی، اراضی کشاورزی تبدیل شده به مرتع، جنگل اقاقیا و جنگل طبیعی به عنوان شاهد) که در کشور بنگلادش انجام گرفت، کیفیت خاک در اراضی کشاورزی 44% افت نشان داد. در اراضی کشاورزی که به مرتع و جنگل اقاقیا تبدیل شده بودند کیفیت خاک %6 تا %16 بهبود یافت. تخریب کیفیت خاک در نتیجه کاهش و شکسته شدن خاکدانههای بزرگ و کاهش بیوماس میکروبی و ماده آلی خاک بر اثر کشت و کار میباشد (اسلام و ویل 1998). البته لازم به ذکر است که تغییر کاربری به کشاورزی همواره سبب تخریب خاک و کاهش کیفیت آن نمی‌شود. اگر مدیریت صحیح انجام گیرد ممکن است شاخصهای کیفیت خاک بهبود یابند. همچنین تبدیل زمینهای بایر با پوشش گیاهی ضعیف به کشاورزی و اعمال مدیریتهای مناسب، منجر به بهبود کیفیت خاک می‌گردد (علیاصغرزاد 2010). سازمان خواربار جهانی پس از بررسی 9 کشور آسیایی در گزارشی در سال 1994 ایران را از جمله کشورهایی دانسته که اراضی کشاورزی و عرصه‌های منابع طبیعی آن به شدت تحت تأثیر فرسایش و تخریب هستند (فائو 1994). هدف از این تحقیق بررسی تأثیر تغییر کاربری صورت گرفته در اراضی منطقه مورد مطالعه (جلگه سلدوز) طی 50 سال اخیر و از مرتع به زراعت و باغ سیب بر کیفیت و سلامت خاک بود.
مواد و روشها
این آزمایش طی بهار سال 89 در دشت سلدوز واقع در منطقه میرآباد نقده (استان آذربایجانغربی) در پهنهای به مساحت تقریبی 200 هکتار انجام گرفت. موقعیت جغرافیایی محدوده مطالعاتی، "22/48 ʹ18 ˚45 تا "64/35 ʹ17 ˚45 طول شرقی و ʺ89/35 ʹ59 ˚36 تا "83/56 ʹ58 ˚36 عرض شمالی با ارتفاعی حدود 1325 متر از سطح میباشد. میانگین بارندگی منطقه در دوره 26 ساله آبی 1358 تا 1384 3/326میلیمتر، بیشترین و کمترین میزان بارندگی به ترتیب مربوط به فصل زمستان با بارندگی 2/113 میلیمتر و فصل تابستان با بارندگی 6/4 میلیمتر است. در دوره 26 ساله 1358 تا 1384 میانگین درجه حرارت سالیانه °C8/12 حداکثر دما°C42 و حداقل دما °C20- میباشد. این مطالعه به‌صورت فاکتوریل بر پایه طرح بلوکهای کامل تصادفی با دو فاکتور کاربری اراضی در سه سطح (سه نوع کاربری) شامل: 1- باغ سیب توأم با زراعت یونجه (کشت مخلوط) با قدمت بیش از 10 سال، 2- زمین زراعی با تناوب (گندم ـ چغندرقند ـ ذرت ـ کلزا)، 3- مرتع درجه یک با تراکم بالای %90 پوشش گیاهان مرتعی (به عنوان بومنظام شاهد) و عمق خاک در دو سطح (30-0 و 60-30 سانتیمتر) در پنج تکرار (بلوک) پیاده شد از هر کاربری داخل هر بلوک دو نمونه مرکب از عمقهای 30 – 0 و 60 - 30 سانتیمتر برداشته شده و در محل نمونهبرداری از الک 2 میلیمتری عبور داده، و بلافاصله به آزمایشگاه منتقل شد.
شکل1- موقعیت منطقه مورد مطالعه و بلوکبندی.
نمونهها به منظور تجزیههای بیولوژیکی در دمای °C4 نگهداری شدند. تنفس پایه[1]، تنفس تحریک شده با بستره[2]، کربن بیوماس میکروبی[3]، نیتروژن بیوماس میکروبی[4]، فسفر بیوماس میکروبی[5] و کربوهیدراتهای خاک [6]به عنوان شاخصهای اکوفیزیولوژیک مد نظر قرار گرفتند. چون با تغییر کاربری این شاخصها سریعاً تحت تأثیر قرار گرفته و با اندازهگیری آنها میتوان به میزان و نوع تغییرات در اکوسیستم خاک پی برد بدین منظور این شاخصها انتخاب و به روشهای زیر اندازهگیری گردیدند.
تنفس پایه
نمونههای خاک در ظروف بسته در دمای °C25 نگهداری شده و مقدار دی‌اکسید‌کربن تولید شده، توسط هیدروکسید سدیم جذب گردیده و بوسیله تیتراسیون تعیین گردید (آیزر مایر 1952).
تنفس ناشی از بستره
نمونههای خاک با گلوکز مخلوط شده و به مدت حداقل 24 ساعت انکوبه و سپس همانند تنفس پایه اندازهگیری شد (آندرسون و دامش 1986).
کربن بیوماس میکروبی
نمونههای خاک با کلروفرم تدخین شده و با محلول سولفات پتاسیم استخراج (عصارهگیری) شدند (اسپارلینگ و وست، 1988). مقدار کربن آلی موجود در عصاره خاک بهوسیله محلول دیکرومات پتاسیم اکسید شده، و در نهایت مقدار دیکرومات پتاسیم باقیمانده به وسیله تیتراسیون با فروآمونیوم سولفات (اشوت و اشنپل، 1981، اصلاح شده) اندازهگیری گردید.
نیتروژن بیوماس میکروبی
نمونههای خاک پس از تدخین با کلروفرم ، با محلول سولفات پتاسیم عصارهگیری و عصاره‌ها تا موقع اندازهگیری در دمای °C4 نگهداری شدند (بروکس و همکاران 1985). مقدار نیتروژن موجود در عصاره‌ها به روش ایندوفنل (ریلی و سین هاسنی 1957) با اندکی اصلاحات اندازهگیری شد.
فسفر بیوماس میکروبی
فسفر بیوماس از طریق تفاوت فسفر معدنی قابل استخراج از خاک تدخین شده و تدخین نشده تعیین گردید (بروکس و همکاران، 1982).
کربوهیدراتهای خاک
کربوهیدراتهای خاک در سه گروه کربوهیدراتهای محلول در آب سرد[7]، کربوهیدراتهای محلول در آب داغ[8]، و کربوهیدراتهای محلول در اسید سولفوریک 25/0 مولار[9]، اندازهگیری گردید. بدین منظور، 2 میلیمتر از عصاره را برداشته و به آن 06/0 میلیلیتر فنل 80 درصد وزنی و 5 میلیلیتر اسید سولفوریک غلیظ (98 درصد) جهت ایجاد رنگ زرد متمایل به نارنجی اضافه شد و مقدار جذب با استفاده از اسپکتروفتومتر در طول موج 490 نانومتر قرائت گردید (دوبیوس و همکاران 1956).
سهم متابولیک
سهم متابولیک از تقسیم دی اکسید کربن (میلیگرم کربن) آزاد شده در هر ساعت از هر گرم خاک (در تنفس پایه) بر کربن بیوماس میکروبی خاک (گرم) محاسبه شد (مارتنز 1991)
سهم میکروبی
سهم میکروبی از تقسیم دو پارامترکربن بیوماس میکروبی خاک بر حسب میلیگرم بر کربن آلی خاک بر حسب گرم محاسبه شد، در این نسبت از کربن بیوماس میکروبی خاک و کربن آلی موجود در نمونههای هوا خشک خاک استفاده شد. (مارتنز 1991).
بافت خاک به روش هیدرومتر (بایوکس 1962)، کربن آلی به روش والکلی ـ بلک (بلک‌مور و همکاران 1972)، درصد کربنات کلسیم معادل خاک به روش جکسون (1958)،pH وEC خاک در عصاره گل اشباع (پیج و همکاران 1987) اندازهگیری گردید. تجزیه واریانس و مقایسه میانگینها (با آزمون دانکن در سطح احتمال یک درصد) با استفاده از نرم افزار MSTATC انجام گرفت. از نرم افزار SPSS در سطح احتمال پنج درصد برای تعیین رگرسیون چند متغیره استفاده شده و نمودارها با نرم افزار Excel ترسیم گردید.
نتایج وبحث
با توجه نتایج به دست آمده از تجزیههای شیمیایی و فیزیکی نمونه خاکهای مورد آزمایش، بافت خاک لوم رسی و رسی، pH خاک در محدوده 40/8-53/7، EC خاک بر حسب دسیزیمنس بر متر در محدوده 4/5-47/0، ، پایداری خاکدانهها در حالت مرطوب از 77/55 تا 08/99 درصد و کربن آلی خاک در محدوده 85/0 تا 44/7 درصد است. خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاکهای مورد آزمایش در جدول (1) تنظیم شده است.
تنفس میکروبی خاک
تنفس پایه
با توجه به شکل (2) بیشترین میزان تنفس پایه در کاربری مرتع و در عمق 30-0 سانتیمتری (mgCO2.g-1.h-1 05/1) و کمترین میزان تنفس پایه در کاربری زراعت و در عمق 60 - 30 سانتیمتری (mgCO2.g-1.h-1 16/0) بودهاست. تغییر کاربری اراضی باعث تغییر شاخصهای بیولوژیکی خاک شده است. تغییرات تنفس پایه در عمقهای 30 – 0 و 60 – 30 سانتیمتری در کاربری باغ به ترتیب 29/49 و 97/43 درصد ودر کاربری زراعت به ترتیب 1/67 و 79/65 درصد نسبت به کاربری مرتع افت کردهاست. با افزایش عمق خاک در همه کاربریها میزان تنفس پایه کاهش معنیدار نشان داد، افت تنفس پایه با افزایش عمق خاک در کاربریهای مرتع، باغ سیب و زراعت، به ترتیب 79/54، 98/49، 95/52 درصد است. با توجه به نتایج حاصل از تجزیه رگرسیون چندمتغیره (جدول 2) رابطه مثبتی بین کربوهیدراتهای محلول در آب گرم، فسفر بیوماس میکروبی، سهم متابولیک و کربن بیوماس میکروبی با تنفس پایه برقرار است. کربوهیدراتهای محلول در آب گرم اکثراً شامل ترشحات ریشه میباشند که باعث تحریک تنفس میکروبی خاک میشوند، هر قدر بیوماس میکروبی خاک بالا باشد میزان تنفس میکروبی خاک نیز افزایش خواهد یافت. با توجه به اینکه در محاسبه سهم متابولیک، میلیگرم کربن CO2آزاد شده در تنفس پایه در صورت کسر قرار دارد لذا رابطه میان این دو پارامتر مثبت خواهد بود.
تنفس ناشی از بستره
بیشترین میزان تنفس ناشی از بستره در کاربری مرتع عمق 30-0 سانتیمتری (mgCO2.g-1.h-1 36/2) است. تنفس ناشی از بستره در عمق 30–0 سانتیمتری در کاربری باغ 74/37 و کاربری زراعت 3/38 درصد نسبت به کاربری مرتع کاهش یافته است. افت تنفس ناشی از بستره بر اثر افزایش عمق خاک در کاربریهای مرتع، باغ سیب و زراعت، به ترتیب 57/69، 35/57 و 17/55 درصد است (شکل 2). تنفس ناشی از بستره با کربن بیوماس میکروبی و درصد سیلت رابطه منفی و با کربوهیدراتهای محلول در آب داغ رابطه مثبت دارد (جدول 2). در تنفس ناشی از بستره اکثراً ریزجانداران غیر بومی خاک دخیل بوده که این ریزجانداران در بیوماس میکروبی خاک نقش چندانی ندارند و پس از تمام شدن ماده غذایی سهلالوصول مانند گلوکز جمعیت آنها به شدت کاهش مییابد. با افزایش درصد سیلت خاک منافذ لازم برای تهویه خاک کاهش مییابد، کربوهیدراتهای محلول در آب داغ ترکیبات غذایی سهلالوصول بوده و تحریک کننده تنفس است.
نسبت تنفس ناشی از بستره بر تنفس پایه
بیشترین میزان نسبت تنفس ناشی از بستره بر تنفس پایه در کاربری زراعت عمق 60 - 30 سانتیمتری (45/6) بوده و کمترین میزان آن در کاربری مرتع در همان عمق (55/1) است. پس در کاربری زراعت در عمق 60 – 30 سانتیمتری شرایط زیستی نامساعد بوده و ریزجانداران به حالت کمفعال درآمده، و میزان جمعیت ریزجانداران کمفعال از ریزجانداران فعال در کاربری زراعت نسبت به سایر کاربریها بیشتر است. ونگ و همکاران (2007) پارامترهای تنفس خاک را در دو جامعه گیاهی چمنزار دست نخورده و چمنزار دست خورده مقایسه کردند و در پایان دوره آزمایشی (فصل رویش) مشاهده کردند که شدت تنفس در چمنزار دست خورده 28 درصد کمتر ازچمنزار دست نخورده است. محققین دیگری چون یوسفیفرد و همکاران (1385) اسلام و ویل (1998) نتایج مشابهی گزارش کردهاند.
بیوماس میکروبی خاک
کربن بیوماس میکروبی خاک
تغییر کاربری اراضی باعث تغییر مقدار کربن بیوماس میکروبی خاک شده است. این تغییرات در عمقهای
30 – 0 و 60 – 30 سانتیمتری در کاربری باغ به ترتیب 24/74 و 52/52 درصد و در کاربری زراعت به ترتیب و 23/70 و 33/69 درصد نسبت به کاربری مرتع کاهش یافته است.
تغییر عمق خاک تأثیر معنیداری بر مقدار کربن بیوماس میکروبی خاک نداشتهاست. با توجه به نتایج حاصل از تجزیه رگرسیون چند متغیره (جدول 2) رابطه میان درصد کربن آلی خاک، سهم متابولیک و نیتروژن بیوماس میکروبی با کربن بیوماس میکروبی مثبت است. هر قدر کربن آلی خاک بالا باشد محیط مناسبی برای فعالیت میکروارگانیسمها فراهم شده و بیوماس میکروبی خاک نیز افزایش مییابد.
نیتروژن بیوماس میکروبی خاک
نیتروژن بیوماس میکروبی خاک نسبت به کاربری مرتع در کاربری باغ و زراعت در عمق 30 – 0 سانتیمتری به ترتیب 44/60 و 99/65 درصد کاهش، در کاربری مرتع سطوح نیتروژن بیوماس میکروبی خاک با افزایش عمق خاک، 88/56 درصد کاهش یافته است. با توجه به نتایج حاصل از تجزیه رگرسیون چند متغیره (جدول 2) رابطه بین کربن بیوماس میکروبی و کربوهیدراتهای محلول در اسید سولفوریک با نیتروژن بیوماس میکروبی مثبت است.
فسفر بیوماس میکروبی خاک
سطوح فسفر بیوماس میکروبی در کاربری باغ و زراعت نسبت به کاربری مرتع در عمق 30–0
سانتیمتری به ترتیب 22/76 و 62/70 درصد کاهش یافتهاست. در عمق 60 – 30 سانتیمتری اختلاف معنیدار در سطح فسفر بیوماس میکروبی در بین کاربری باغ سیب و مرتع وجود داشته و سطح فسفر بیوماس میکروبی در باغ سیب نسبت به مرتع 47/66 درصد کاهش یافته است. در کاربریهای زراعت و باغ سیب در اعماق مورد مطالعه اختلاف معنی دار مشاهده نشد ولی در کاربری مرتع اختلاف معنیدار در سطح فسفر بیوماس میکروبی در اعماق مورد مطالعه مشاهده شد، بطوریکه با افزایش عمق به 60 – 30 سانتیمتری فسفر بیوماس میکروبی 13/62 درصد کاهش یافت. نتایج رگرسیون چند گانه برای متغیر وابسته فسفر بیوماس میکروبی حاکی از وجود رابطه مثبت با شاخص میکروبی تنفس پایه و کربوهیدراتهای محلول در آب سرد خاک و رابطه منفی با درصد سیلت خاک است. به عقیده تیت و سالسیدو (1988) ریزجانداران خاک مخازن بالقوه عناصر غذایی قابل جذب برای گیاهان هستند و فسفر بیوماس میکروبی به عنوان یک منبع مهم فسفر برای آنها میباشد (کنو و همکاران 1994). دوران (1987) اثر درازمدت خاکورزی را بر خاکهای مختلف آزمایش و دریافت که بیوماس میکروبی در لایه سطحی خاکهای بدون خاکورزی، بطور متوسط 50 درصد بیشتر از خاک‌هایی است که درآنها خاکورزی صورت گرفته است. وی همچنین گزارش کرد که بیوماس میکروبی با توزیع کربن آلی خاک و محتوای رطوبتی خاک توسط نوع خاکورزی همبستگی نزدیک دارد. نتایج مشابه توسط فولت و شیمل (1989) و اسلام و ویل (1998) نیز گزارش شده است.
جدول1- خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاکهای منطقه مورد مطالعه
|
OC (%) |
WAS (%) |
CCE (%) |
EC (dS/m) |
pH |
بافت خاک |
بلوک |
نوع کاربری |
عمق خاک (cm) |
|
7/4 |
991/ |
567/ |
1/1 |
79/ |
لوم رسی |
1 |
|
30- 0 |
|
6/4 |
92/8 |
49/6 |
4/1 |
7/6 |
لوم رسی |
2 |
|
|
|
71/ |
94/8 |
30 |
9/0 |
7/8 |
لوم رسی |
3 |
مرتع |
|
|
6/1 |
94/8 |
8/31 |
16/ |
78/ |
لوم رسی |
4 |
|
|
|
6/8 |
93/6 |
46/8 |
1/7 |
7/6 |
لوم رسی |
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2/8 |
95/8 |
17 |
7/0 |
7/7 |
رسی |
1 |
باغ سیب |
|
|
2/3 |
94/4 |
262/ |
7/0 |
7/7 |
رسی |
2 |
||
|
25/ |
95/1 |
4/1 |
5/0 |
7/7 |
رسی |
3 |
||
|
22/ |
744/ |
10/9 |
1/1 |
7/7 |
رسی |
4 |
||
|
2/4 |
94/5 |
20/8 |
8/0 |
77/ |
رسی |
5 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2/7 |
89/2 |
36/9 |
1/1 |
7/8 |
رسی |
1 |
|
|
|
1/8 |
835/ |
17/4 |
/01 |
78/ |
رسی |
2 |
|
|
|
18/ |
558/ |
95/ |
/09 |
7/5 |
لوم رسی |
3 |
زراعت |
|
|
2/8 |
783/ |
19/4 |
1/5 |
77/ |
رسی |
4 |
|
|
|
2 |
84/2 |
207/ |
3/1 |
7/6 |
رسی |
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3/4 |
90 |
577/ |
3/4 |
7/7 |
رسی |
1 |
|
60- 30 |
|
3/1 |
939/ |
68/6 |
1/3 |
7/6 |
رسی |
2 |
|
|
|
3/3 |
93/2 |
26/3 |
3/1 |
77/ |
رسی |
3 |
مرتع |
|
|
3/5 |
91/9 |
34 |
4/5 |
7/7 |
لوم رسی |
4 |
|
|
|
33/ |
94/5 |
37/2 |
5/4 |
7/5 |
رسی |
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1/5 |
98/7 |
21/9 |
5/0 |
7/7 |
لوم رسی |
1 |
باغ سیب |
|
|
1/8 |
966/ |
38/5 |
5/0 |
8/04 |
رسی |
2 |
||
|
12/ |
927/ |
19/5 |
5/0 |
7/7 |
رسی |
3 |
||
|
0/8 |
579/ |
18 |
2/1 |
7/7 |
رسی |
4 |
||
|
1/8 |
928/ |
22/4 |
/07 |
79/ |
رسی |
5 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2/5 |
967/ |
54/1 |
9/0 |
79/ |
رسی |
1 |
|
|
|
1/8 |
91/5 |
42/3 |
/07 |
7/6 |
رسی |
2 |
|
|
|
1/3 |
785/ |
83/ |
/08 |
7/6 |
رسی |
3 |
زراعت |
|
|
1/8 |
77/5 |
27 |
1/5 |
7/6 |
رسی |
4 |
|
|
|
1/7 |
973/ |
208/ |
/08 |
7/5 |
رسی |
5 |
|
pH: واکنش، EC: هدایت الکتریکی، CCE: درصد کربنات کلسیم معادل، WAS: خاکدانههای پایدار در آب، OC: کربن آلی.
شکل 2 - مقایسه میانگینهای شاخصهای اکوفیزیولوژیک در کاربریهای مختلف (05/0≥P).
A: تنفس پایه، B: تنفس ناشی از بستره، C: نسبت تنفس ناشی ازبستره بر تنفس پایه، D، E و F به ترتیب کربن، نیتروژن و فسفر بیوماس میکروبی، G: سهم میکروبی، H: سهم متابولیک.
جدول2- معادلات حاصل از رگرسیون چند متغیره در 30 نمونه مورد آزمایش
|
روابط آماری |
R2 |
|
BR = 0002/0 HWEC +022/0 Pmic +04/0 qCO2+005/0 Cmic - 137/0 |
**93/0 |
|
SIR = 002/0 HWEC – 017/0 Cmic – 051/0 Silt% + 087/2 |
**75/0 |
|
Cmic = 87/9 OC% + 47/1 qmic + 262/0 Nmic – 41/20 |
**89/0 |
|
Nmic = 554/0 Cmic + 016/0 SAEC + 299/1 |
**68/0 |
|
Pmic = 066/0 CWEC + 92/4 BR - 213/0 Silt% + 195/5 |
**86/0 |
|
qCO2=143/0- qmic 067/0-CCE 52/0-SIR/BR + 143/0 Clay 132/2 +% SIR -3/0 CWEC + 279/2 |
**77/0 |
|
qmic = - 77/0 qCO2 – 653/0SIR/BR – 138/4 OC% + 285/Cmic + 867/20 |
**71/0 |
|
CWEC = 645/7 Pmic + 218/2 Silt % + 858/63pH - 87/ 547 |
**82/0 |
|
HWEC = 842/218 OC% + 213/0 SAEC+ 36/120 SIR + 089/21 Silt% – 63/849 |
**96/0 |
|
SAEC = 66/1 HWEC – 693/330 OC% + 12/501 |
**65/0 |
|
%OC = 003/0 HWEC + 021/0 CCE% 034/0+ Sand% 0006/0 -SAEC 353/0 - |
**96/0 |
BR: تنفس پایه، SIR: تنفس ناشی از بستره، Cmic: کربن بیوماس میکروبی، Nmic: نیتروژن بیوماس میکروبی، Pmic: فسفر بیوماس میکروبی، CWEC: کربوهیدراتهای محلول در آب سرد، HWEC: کربوهیدراتهای محلول در آب داغ، SAEC: کربوهیدراتهای محلول در اسید سولفوریک، qCO2: سهم متابولیک، qmic: سهم میکروبی، OC%: درصد کربن آلی خاک، pH: واکنش خاک، EC: هدایت الکتریکی خاک، CCE%: درصد آهک فعال خاک، Sand%: درصد شن خاک، Silt%: درصد سیلت خاک، Clay%: درصد رس خاک، %WAS: درصد خاکدانههای پایدار در آب، R2: ضریب تبیین.
سهم متابولیک
بیشترین میزان سهم متابولیک در کاربری باغ سیب عمق 30 - 0 و کمترین میزان سهم متابولیک در کاربری مرتع است. سهم متابولیک در عمق 30 – 0 سانتیمتری در کاربری باغ 5/137 درصد نسبت به کاربری مرتع افزایش نشان داد. افزایش سهم متابولیک در کاربری باغ سیب احتمالاً ناشی از تنش مصرف بیرویه سموم دفع آفات است. وقتی میزان تنش بومنظام زیاد است مقادیر سهم متابولیک بالا خواهد بود (آندرسون 1994؛ اسپارلینگ 1997). با توجه به جدول (2) سهم متابولیک با سهم میکروبی خاک، میزان آهک خاک، نسبت تنفس ناشی از بستره بر تنفس پایه و کربوهیدراتهای محلول در آب سرد خاک رابطه منفی و با رس خاک و تنفس ناشی از بستره رابطه مثبت دارد. واردل و قانی (1995) در استفاده از سهم متابولیک به عنوان یک شاخص زیستی[10] تردید دارند زیرا قادر به تشخیص اثرات تنش بههمخوردگی خاک نمیباشد.
سهم میکروبی
از لحاظ سهم میکروبی خاک در بین کاربریها و اعماق مورد مطالعه خاک اختلاف معنیداری وجود ندارد (شکل 2). روابط آماری حاصله در جدول 2 نشان میدهد رابطه بین سهم متابولیک و SIR/BR و کربن آلی با سهم میکروبی خاک منفی و رابطه بین کربن بیوماس میکروبی خاک با سهم میکروبی خاک مثبت است. سهم میکروبی رابطه کربن میکروبی را با کربن آلی خاک نشان میدهد. از روی این نسبت میتوان دینامیک کربن در خاک را بررسی کرد. نسبتهای بالاتر از این اعداد نشانگر تجمع کربن در خاک و بر عکس نسبتهای پایین بیانگر اتلاف یا کاهش کربن است (علیاصغرزاد 1390). لذا در کاربریهای مورد مطالعه تعادل کربنی برقرار است.
مواد آلی خاک
کربوهیدراتهای محلول در آب سرد
با توجه به شکل (3) تغییر کاربری اراضی باعث تغییر سطح کربوهیدراتهای محلول در آب سرد شدهاست. این تغییرات نسبت به کاربری مرتع در کاربری باغ و زراعت در عمق 30 – 0 سانتیمتری به ترتیب 31/64 و 93/56 درصد کاهش یافته است. در کاربری مرتع با تغییر عمق خاک نسبت به خاک سطحی کربوهیدراتهای محلول در آب سرد 63/74 درصد کاهش یافت. با توجه به جدول (2) رابطه بین فسفر بیوماس میکروبی، درصد سیلت و pH با کربوهیدراتهای محلول در آب سرد مثبت است.
شکل 3- مقایسه میانگینهای کربوهیدراتهای خاک در کاربریها و عمقهای مورد مطالعه (05/0≥P)
A، B وC به ترتیب کربوهیدراتهای محلول در آب سرد، محلول در آب گرم و محلول در اسید سولفوریک ، D: کربن آلی خاک
کربوهیدراتهای محلول در آب داغ
با توجه به شکل (3) کربوهیدراتهای محلول در آب داغ نسبت به کاربری مرتع در کاربری باغ و زراعت در عمقهای 30 – 0 و 60 - 30 سانتیمتری به ترتیب 26/59، 67/54 و 68/61، 68/51 درصد کاهش یافته است. در کاربریهای مرتع، باغ سیب و زراعت با تغییر عمق خاک نسبت به خاک سطحی کربوهیدراتهای محلول در آب داغ به ترتیب 11/68، 51/64 و 78/59 درصد کاهش یافت. با توجه به نتایج حاصل از تجزیه رگرسیون چند متغیره (جدول 2) رابطه کربوهیدراتهای محلول در آب داغ با کربن آلی خاک، کربوهیدراتهای محلول در اسید سولفوریک و تنفس ناشی از بستره خاک و درصد سیلت خاک مثبت است. کربوهیدراتهای قابل عصارهگیری با آب داغ در پاسخ به تغییرات کوتاه مدت مدیریتی بسیار سریعتر ازکربن آلی خاک تغییر میکنند (هاینز و همکاران 1991).
کربوهیدراتهای محلول در اسید سولفوریک
با توجه به مقایسه میانگینها (شکل 3) از لحاظ کربوهیدراتهای محلول در اسید سولفوریک در بین کاربریها مورد مطالعه اختلاف معنیداری وجود ندارد. در کاربری مرتع با افزایش عمق خاک کربوهیدراتهای محلول در اسید سولفوریک 77/71 درصد کاهش یافته است. در دیگر کاربریها افزایش عمق خاک تأثیری بر روی پارامتر مذکور ندارد. با توجه به جدول (2) کربوهیدراتهای محلول در اسید سولفوریک رابطه مثبت با کربوهیدراتهای محلول در آب داغ خاک و رابطه منفی با درصد کربن آلی خاک دارد.
کربن آلی خاک
با توجه به شکل (3) کربن آلی خاک نسبت به کاربری مرتع در کاربری باغ و زراعت در عمقهای 30 – 0 و 60 - 30 سانتیمتری به ترتیب 81/63 ، 15/57 و 99/66 ، 77/44 درصد کاهش یافته است. در کاربریهای مرتع، باغ سیب با تغییر عمق خاک نسبت به خاک سطحی کربن آلی خاک به ترتیب 77/50 و 68/41 درصد کاهش یافت. با توجه به نتایج حاصل از تجزیه رگرسیون چند متغیره (جدول 2) رابطه بین کربوهیدراتهای محلول در آب داغ، آهک خاک و درصد شن خاک با متغیر وابسته (کربن آلی خاک) مثبت، و رابطه بین کربوهیدراتهای محلول در اسید سولفوریک خاک با کربن آلی خاک منفی است.
ماده آلی خاک شامل دو بخش مواد هوموسی و ترکیبات سهلالوصول[11] میباشد. ذخایر مواد آلی تعریف شده در بخش سهلالوصول عبارتند از: ذرات مواد آلی[12]، کربن بیوماس میکروبی، کربن محلول، کربن قابل معدنی شدن و کربن قابل استخراج با عصارهگیرهای مختلف (هاینز و همکاران 2005). آزمایشهای مزرعهای نشان داده است که مدیریت موجب تغییر در وضعیت مواد آلی میشود و این تغییر در ذخایر سهلالوصول بهطور سریع کربن آلی یا نیتروژن کل خود را نشان میدهد (کمپل و همکاران 1999). یکی دیگر از ذخایر ناپایدار کربن خاک، مواد آلی محلول است که متشکل از ترکیبات آلی آلیفاتیک، فنلها، اسیدهای فنلی، اسیدهای آمینه آزاد، کربوهیدراتها و مجموعههای مولکولی اسیدهای هیومیک با وزن مولکولی متفاوت میباشد (استونسون 1994). در حدود 25-5 درصد مواد آلی خاک را کربوهیدراتها تشکیل میدهند که اغلب به فرم پلیساکارید میباشند (چشایر 1979). برخی از محققان گزارش کردهاند که اندازه خاکدانهها در حالت مرطوب با کاهش مقدار کربوهیدراتهای خاک، کاهش مییابد (مباگوا و همکاران 1998). انجام عملیات کشاورزی نظیر شخم باعث بهبود تهویه خاک و تسریع تجزیه مواد آلی خاک و افت آن شده، که محققان دیگری چون محمدیان و ملکوتی (1381) و علیاصغرزاد (1390) نتایج مشابهی را گزارش کردند.
نتیجه گیری کلی
تغییر کاربری اراضی از مرتع به باغ سیب و زراعت در منطقه مورد مطالعه باعث افت شاخصهای اکوفیزیولوژیک خاک شد. بالاترین سطوح تنفس پایه، تنفس ناشی از بستره، کربن بیوماس میکروبی، نیتروژن بیوماس میکروبی، فسفر بیوماس میکروبی و مواد آلی خاک در کاربری مرتع بوده و تغییر کاربری اراضی باعث افت شدید شاخصهای مذکور در کاربریهای زراعت و باغ سیب شدهاست لذا تغییر کاربری انجام یافته تهدیدی بر کیفیت و سلامت خاک در منطقه مورد مطالعه است.
[1]Basal respiration
[2]Substrate induced respiration
[3] Microbial biomass carbon
[4]Microbial biomass nitrogen
[5]Microbial biomass phosphorus
[6]Soil carbohydrates
[7] Cold water extractable carbohydrates
[8] Hot water extractable carbohydrates
[9]Sulfuric acid water extractable carbohydrates
[10] Bio-Indicator
[11]labile
2Particulate Organic Matter (POM)
)