نیز بر ورود نیتروژن هوا به خاک دخیل باشند [97]. کاهش انرژی آب و باد یکی از نقشهای حفاظتی درختان در قبال خاک میباشد. درختان با کاهش سرعت باد باعث کاهش انرژی آن برای جابجا کردن خاک میشوند. از طرفی برگ درختان مانع از برخورد مستقیم قطرات باران به سطح خاک میشود و تنهی درختان از سرعت گرفتن روانابها جلوگیری میکند. بهعلاوه ریشهی درختان از به جریان افتادن تودههای خاک خیس شده و وقوع زمین لغزش در شیبها ممانعت به عمل میآورند. پوشش درختان با جلوگیری از برخورد مستقیم نور خورشید، نقش مهمی در بقای موجودات زندهی خاک ایفا میکند، چراکه روند اکسیداسیون کربن را کندتر کرده و سوبسترا زمان بیشتری در اختیار موجودات خاک قرار میگیرد [132]. از طرف دیگر هدر رفت آب توسط تبخیر را به تعویق انداخته و میکروارگانیسمها کمتر دچار تنشهای رطوبتی میشوند.
همانطور که پیش از این اشاره شد، جمعیتهای میکروبی خاک و فرایندهای مربوط به آنها بهعنوان شاخصی از کیفیت خاک مورد استفاده قرار میگیرند. برخی اتفاقات در اثر تغییر جنگل به کاربری کشاورزی در خاکها رخ میدهد که از این طریق جمعیتهای میکروبی را تحت تاثیر خود قرار میدهد. مواد آلی خاک یک مخزن بزرگ و پویا از کربن است و یکی از مهمترین شاخصهای کیفیت خاک بوده و در اثر تغییرات کاربری و مدیریتهای مختلف دچار تغییر میشود [103]. این مواد تاثیر مثبت بر خصوصیات فیزیکی خاک و بهبود نفوذ، ذخیرهسازی و زهکشی آب در خاک دارد [85] و بهطور مستقیم بر ساختمان خاک، حضور گروههای مختلف میکروبی در خاک، معدنی شدن مواد آلی، و قابل دسترس بودن عناصر غذایی اثر دارد و در فراهم کردن انرژی برای موجودات زندهی خاک و تنوع زیستی لازم جهت حمایت از وظایف خاک، نقش اصلی را ایفا میکند. قابل ذکر است که مقدار مواد آلی خاک با تغییرات آب و هوا، مدیریت خاک و بقایا، دمای سالانه، مقدار رس، میانگین مقدار بارندگی سالانه و پستی و بلندی تغییر میکند [20]. در تجزیهی مواد آلی خاک، عوامل متعددی از قبیل غلظت فسفر و نیتروژن، مقدار رس، مقدار پلیساکاریدهایی که بر پوسیدگی اثر دارند، نقش دارند؛ و این عوامل از اینطریق بر خصوصیات خاک و در نتیجه بر کیفیت خاک اثرگذار هستند. مواد آلی خاک در اتصال اجزای معدنی جهت خاکدانهسازی و غیر متحرک کردن مواد سمی نیز نقش دارند [27]. زمینهای کشاورزی و جنگلها میتوانند در ترسیب کربن از طریق فتوسنتز و اختلاط کربن با کربوهیدراتها شرکت کنند [49]. کاربریهای جنگل و مراتع پتانسیل بالایی در تولید مواد آلی دارند، در حالیکه تبدیل اکوسیستمهای طبیعی به اراضی کشاورزی منجر به کاهش بازگشت مواد آلی به خاک میشود [9]. تغییر در کاربری اراضی با تاثیری که بر مواد آلی خاک دارد، بر میکروارگانیسمهای خاک و فرایندهای متاثر از آنها اثرگذار است.
کارا و بولات (2007) همبستگی بین کربن آلی خاک و کربن تودهی زندهی میکروبی را در سه کاربری متفاوت مورد بررسی قرار دادند. بررسیهای آنها نشان از یک همبستگی مثبت بین کربن آلی خاک و کربن تودهی زندهی میکروبی دارد (شکل1-11) [72].
شکل1-11- همبستگی کربن تودهی زندهی میکروبی و کربن آلی خاک در سه کاربری جنگل، مرتع و کشاورزی. اقتباس از کارا و بولات (2007) [72].
بهرهبرداری مداوم از زمینهای کشاورزی بدون در نظر گرفتن تعادل ورود و خروج عناصر غذایی به مرور زمان از کیفیت تغذیهای خاکها میکاهد و موجب تخلیهی عناصر از خاک میشود. تخلیهی عناصر در زمینهای کشاورزی دیم با شدت بیشتری اتفاق میافتد؛ زیرا ورود عناصر وکود دهی اندک است. در حالیکه در اراضی جنگلی ورود عناصر به خاک از طریق ریزش بقایا صورت میگیرد و تخلیه عناصر در جنگلهای طبیعی ناچیز است. در همین راستا استورووگل و اسمالینگ (1990) میزان فسفر، نیتروژن و پتاسیم را در اراضی کشاورزی 38 کشور جنوب صحرای آفریقا، از سالهای 1983 تا 2000 بررسی کردند و مشاهده کردند که ورودی عناصر کمتر از خروجی آنها میباشد [121]. همچنین گزارش شده است که تغییر کاربری اراضی از جنگلهای طبیعی به اراضی کشاورزی، از قابلیت دسترسی فسفر میکاهد [145].
سولومون و همکاران (2000) تاثیر کاربریهای مختلف اراضی بر مقدار کربن و نیتروژن را بررسی نموده و مشاهدات خود را بهصورت جدول1-1 گزارش کردند. مقایسات میانگین انجام شده در مقدار کربن و نیتروژن چهار کاربری متفاوت در سطح احتمال 95 درصد انجام شد و مقدار کربن در کاربری جنگل بومی بهطور معنیدار بیش از جنگل تخریب شده و اراضی کشاورزی میباشد؛ و نیز مقدار آن در جنگل تخریب شده بیش از کاربری کشاورزی گزارش شده است. همین روند برای نیتروژن خاک کاربریها نیز صادق میباشد [116].
جدول1-1- مقدار کربن و نیتروژن در خاکهای جنگلی و کشاورزی مجاور یکدیگر [116]
نیتروژن
کربن
نوع کاربری اراضی
a 83/1
a 7/18
جنگل بومی
b 22/1
b 8/13
جنگل تخریب شده
c 9/0
c3/8
3 سال کشاورزی
c 9/0
c 2/8
15 سال کشاورزی
حداقل یک حرف غیر همنام در هر ستون نشان از اختلاف معنیدار (0.05P) میباشد.
در تبدیل جنگلها به اراضی کشاورزی، بهمرور زمان ساختمان خاک نیز دستخوش تغییر شده و اصولاً دچار تخریب میشود. این تخریب ناشی از تغییر در وضعیت مواد آلی و اعمال کشت و کار میباشد. شخم زدن خاک میتواند باعث تغییر در خصوصیات ساختمان خاک مانند توزیع اندازهی خاکدانهها و پایداری خاکدانهها شود [67] و تخریب خاکدانهها و هدر رفت مواد آلی را در پی داشته باشد [73]. از طرفی بقایای گیاهان و مواد آلی نیز میتواند باعث بهبود وضعیت خاکدانهها شود [10]. البته قابل ذکر است که ممکن است تجزیهی مواد آلی توسط فرایندهای میکروبی، پایداری خاکدانهها، جذب توسط رسها و یا تشکیل کمپلکس مواد آلی و مواد معدنی محدود شود [71].
با از بین بردن جنگلها و تبدیل آنها به اراضی کشاورزی که در مدت کوتاهی از سال، خاک را پوشش میدهند، رژیم دمای سالانه و روزانهی خاک تغییر میکند. بهنظر میرسد تغییرات دمایی در طول شبانه روز و در طول سال، در اراضی کشاورزی دامنهی وسیعتری داشته باشد و از این طریق کیفیت سازگاری موجودات زندهی خاک نسبت به این تغییرات شدید دمایی کاهش پیدا کند. فرایندهای خاک که موجودات زندهی در آنها شرکت میکنند (مانند معدنی شدن نیتروژن) دارای یک دمای بهینه هستند که انحراف از آن موجب کاهش شدت و سرعت این فرایندها میشود و تغییرات کم نوسان دمایی در جنگلها نسبت به اراضی کشاورزی، امتیازی برای این موجودات زنده و فرایندهای بیولوژیکی در خاکهای جنگلی میباشد.
چرخهی آب در دو وضعیت جنگل و جنگل تخریب شده با یکدیگر تفاوت دارند (شکل1-12). اگر دو حالت رواناب سطحی و نفوذ عمقی را خروج آب از این چرخه بدانیم، در وضعیت جنگل تخریب شده هدر رفت آب در اثر رواناب و نفوذ عمقی بیشتر از وضعیت جنگل خواهد بود. در واقع درختان جنگل با جذب آب از طریق ریشهها و کاهش انرژی باران به ترتیب هدر رفت آب در اثر نفوذ عمقی و رواناب را کاهش میدهند. یک درصد افزایش در مقدار هوموس خاک، 4 درصد افزایش در آب ذخیره شده در خاک را به دنبال خواهد داشت [92]. ولر و وارد (1998) نیز گزارش کردند که یک واحد هوموس، چهار واحد آب در خود ذخیره میکند [134].
شکل1-12- چرخهی آب در جنگل و جنگل تخریب شده [87]
شکل1-13- چرخهی نیتروژن در جنگل و جنگل تخریب شده [87]
با تغییر کاربری جنگل به اراضی کشاورزی، تغییر در چرخهی عناصری مانند کربن، نیتروژن و فسفر دو از انتظار نمیباشد. هدر رفت کربن در اثر برداشت محصول و فرسایش خاک در شرایط کشاورزی زیاد و ورود کربن از طریق تثبیت آن از اتمسفر کم است. در حالیکه در شرایط جنگل، خروج کربن بهندرت انجام میشود. چرخهی نیتروژن نیز مانند چرخهی کربن با قطع درختان تغییر میکند. در شکل1-13 علاوه بر خروج نیتروژن در اثر برداشت محصول و فرسایش، خروج آن از طریق شستشوی نیترات به اعماق و خروج نیتروژن بهصورت گاز دیده میشود؛ زیرا نیترات و آمونیوم موجود در خاک به دلیل عدم دسترسی ریشههای کم عمق گیاهان زراعی از چرخه خارج میشوند.
کارا و بولات (2007) با بررسی نوع کاربری بر تودهی زندهی میکروبی خاک، جدول1-2 را ارائه کردند. با سطح احتمال بالای 95 درصد کربن و نیتروژن تودهی زندهی میکروبی در خاک جنگل بیش از مرتع، و در مرتع بیش از کشاورزی بوده است [72].
جدول1-2- مقادیر کربن و نیتروژن تودهی زندهی میکروبی خاک در سه کاربری جنگل، مرتع و کشاورزی [72]
نیتروژن تودهی زندهی میکروبی
(μg g-1soil)
کربن تودهی زندهی میکروبی
(μg g-1soil)
نوع کاربری اراضی
99/129 ± 25/45a
29/1028 ± 5/192 a
جنگل
90/100 ± 10/46b
b 64/228 ± 47/898
مرتع
60/42 ± 80/14c
c54/105± 10/485
کشاورزی
حداقل یک حرف غیر همنام در هر ستون نشان از اختلاف معنیدار (0.05P) میباشد.
پیش از کارا و بولات، تمپلر و همکاران (2005) نیز با بررسی نیتروژن و کربن تودهی زندهی میکروبی در اراضی جنگل و کشاورزی به نتایج مشابهی دست پیدا کردند. آنها سه وضعیت کاربری جنگل قدیمی، جنگل جوان و زمین کشاورزی را بررسی کردند. حروف غیر همنام مربوط به ستون هرکاربری نسبت بهیکدیگر، نشان دهنده تفاوت معنیدار بین کاربریها در صفت اندازهگیری شده میباشد. آنها وجود اختلاف معنیدار در مقدار نیتروژن و کربن تودهی زندهی میکروبی بین اراضی کشاورزی و جنگلی را گزارش کردند (شکل1-14) [124].
شکل1-14- مقدار نیتروژن (a) و کربن (b) تودهی زندهی میکروبی در خاک کشاورزی و دو جنگل جوان و پیر [124].
تمپلر و همکاران (2005) همچنین با بررسی تنفس میکروبی، میزان فعالیت میکروبی در خاکهای جنگلی و کشاورزی را با یکدیگر مقایسه کردند (شکل1-15). حروف غیر همنام مربوط به ستون هرکاربری نسبت بهیکدیگر، نشان دهنده تفاوت معنیدار بین کاربریها در صفت اندازهگیری شده میباشد. آنها وجود اختلاف معنیدار بین خاکهای جنگلی و کشاورزی در مقدار تنفس میکروبی را گزارش کردند [124].
شکل1-15- مقدار تنفس در خاک کشاورزی و دو جنگل جوان و پیر [124].
بررسی مطالعات در زمینه تاثیر چرخههای خشک و مرطوب شدن خاک بر معدنی شدن نیتروژن، نشان میدهد که محققین با نتایج متفاوتی رو به رو شدهاند و هر کدام استدلال قابل قبول جهت پذیرش یافتههای بهدست آمده دارند. برای مثال، میخا و همکاران (2005) بیشتر بودن معدنی شدن نیتروژن در تیمار رطوبت ثابت را در مقایسه با تیمار نوسان رطوبتی گزارش کردند [89]، در حالیکه ژیانگ و همکاران (2008) افزایش معدنی شدن نیتروژن را طی این چرخهها مشاهده کردند [142]. تناقض در نتایج به دست آمده از تحقیقات در زمینه چرخههای خشک و مرطوب شدن خاک و اثر آن بر معدنی شدن نیتروژن یکی از دلایل انجام این تحقیق میباشد.
تغییر کاربری اراضی بحث بسیار مهم و فراگیر در رابطه با کیفیت و سلامت خاک میباشد. از طرفی تبدیل جنگل به اراضی دیم کم بازده بسیار شایع میباشد و اثرات آن بر فعالیتهای بیولوژیک خاک بهعنوان شاخصی از سلامت خاک توسط محققین مورد بررسی قرار میگیرد. در حالیکه اثر مدیریت و تغییر کاربری اراضی بر پاسخ فرایند معدنی شدن نیتروژن به چرخههای خشک و مرطوب شدن خاک پیش از این مورد بررسی قرار نگرفته است.
اثر بقایای آلی بر پاسخ فرایند معدنی شدن نیتروژن به چرخههای خشک و مرطوب شدن پیشتر توسط محققین مورد بررسی قرار گرفته است. برای مثال هریسون کریک و همکاران (2013) اثر ماده آلی بر پاسخ فرایند معدنی شدن نیتروژن به چرخههای خشک و مرطوب شدن را مورد بررسی قرار دادند [58] و کروز و همکاران (2004) اثر افزودن بقایای گیاهی به خاک بر پاسخ فرایند معدنی شدن نیتروژن به چرخههای خشک و مرطوب شدن

مطلب مرتبط :   منبع پایان نامه ارشد دربارهچند متغیره، رگرسیون، بازدارندگی
دسته‌ها: No category

دیدگاهتان را بنویسید