نشریه جنگل و فرآورده های چوب

نشریه جنگل و فرآورده های چوب

نقش مه‌بارش در ورود عناصر غذایی به توده‌های راش شرقی (Fagus orientalis L.) ارتفاعات بالابند جنگل‌های هیرکانی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه جنگلداری و اقتصاد جنگل، دانشکدة منابع طبیعی، دانشکدگان کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران.
2 گروه جنگل‌داری و اقتصاد جنگل، دانشکده منابع طبیعی، دانشکدگان کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران
10.22059/jfwp.2026.417964.1402
چکیده
مقدمه: در ارتفاعات بالابند جنگل‌های هیرکانی، به‌دلیل رطوبت بالای دریای خزر و توپوگرافی پیچیده، در فصل رویش رخدادهای مه و در نتیجه مه‌بارش فراوان هستند. مه‌بارش افزون بر تأمین آب، در رسوب یون‌ها و چرخة عناصر غذایی جنگل نیز نقش مهمی دارد. با این حال، تغییرات ترکیب شیمیایی مه‌بارش پس از عبور از تاج‌پوشش درختان راش شرقی (Fagus orientalis Lipsky) و سهم آن در ورود عناصر به کف جنگل، تاکنون بررسی نشده است. بنابراین، هدف این پژوهش، اندازه‌گیری اسیدیته (pH)، هدایت الکتریکی (EC) و غلظت عناصر غذایی پتاسیم، سدیم، کلسیم و منیزیم مه‌بارش و مقایسة آن با عناصر غذایی باران (فضای باز) در توده‌های خالص راش ارتفاعات بالابند جنگل‌های هیرکانی بود.
روش پژوهش: این مطالعه در یک تودة خالص راش در جنگل‌های هیرکانی، طی فصل رویش و همزمان با چهار رخداد بارش انجام شد. برای بررسی ویژگی‌های شیمیایی مه‌بارش، آب حاصل از چهار رخداد بارندگی همراه با مه که با ورود آب ناشی از مه‌بارش همراه بودند، نمونه‌برداری شد. بدین‌منظور، 50 جمع‌آوری‌کنندة مه‌بارش در زیر تاج‌پوشش، 30 جمع‌آوری‌کنندة باران در فضای باز و شش جمع‌آوری‌کنندة ساقاب نصب شد. در مجموع، از هر رخداد بارش، پنج نمونة مه‌بارش و سه نمونة باران از فضای باز از نظر pH، هدایت الکتریکی، پتاسیم، سدیم، کلسیم و منیزیم بررسی و مقایسه شدند. داده‌ها پس از تأیید نرمال بودن با آزمون شاپیرو-ویلک، با آزمون‌های t مستقل و من-ویتنی در سطح معنی‌داری پنج درصد مقایسه شدند.
یافته‌ها: میانگین (± انحراف معیار) pH مه‌بارش زیر تاج‌پوشش تودة راش شرقی (0/6±6/5) در چهار رخداد بررسی‌شده، تفاوت معنی‌داری با باران فضای باز (0/3±6/0) نشان نداد (0.05>P). با این‌حال، هدایت الکتریکی مه‌بارش در رخدادهای دوم (112/4 میکروزیمنس بر سانتی‌متر)، و چهارم (79/6) نسبت به باران فضای باز (به‌ترتیب: 40/8 و 21/8 میکروزیمنس بر سانتی‌متر) افزایش معنی‌دار داشت (0.05>P). در میان عناصر غذایی اندازه‌گیری‌شده، پتاسیم در تمامی رخدادها، در مه‌بارش افزایش معنی‌داری نسبت به باران فضای باز نشان داد (0.05>P) و بیشترین مقدار (± انحراف معیار) آن در رخداد سوم به مقدار 6/1± 21/5 قسمت در میلیون ثبت شد، در حالی‌که حداکثر غلظت آن در باران فضای باز، 0/1± 4/0 قسمت در میلیون (رخداد اول) بود. سدیم نیز در هر چهار رخداد با باران فضای باز اختلاف معنی‌دار داشت(0.05>P)؛ بیشترین غلظت آن در رخداد سوم در مه‌بارش، 0/7± 3/4 و در باران فضای باز، 0/1± 5/8 قسمت در میلیون بود. در رخدادهای دوم (1/35 قسمت در میلیون) و چهارم (0/55) برخلاف رخدادهای اول و سوم، افزایش معنی‌دار سدیم در مه‌بارش مشاهده شد. کلسیم و منیزیم نیز در همة رخدادها تفاوت معنی‌دار نشان دادند(0.05>P)؛ بیشترین غلظت کلسیم در رخداد سوم در مه‌بارش 2/7±14/2و در باران فضای باز 0/5±24/2قسمت در میلیون و بیشترین مقدار منیزیم نیز در همان رخداد، 0/5±3/1 قسمت در میلیون در مه‌بارش و (0/1±) 5/7 قسمت در میلیون در باران فضای باز ثبت شد.
نتیجه‌گیری: نتایج پژوهش نشان داد که مه‌بارش یکی از منابع مهم ورود عناصر غذایی به بوم‌سازگان جنگل‌های راشِ بالابند هیرکانی است. مه‌بارش تأثیر قابل‌توجهی بر pH نداشت، اما موجب تغییر در هدایت الکتریکی و غلظت عناصر شد. پتاسیم مه‌بارش افزایش معنی‌داری در مقایسه با پتاسیم باران نشان داد که بیانگر آبشویی شدید تاج‌پوشش است، در حالی‌که کلسیم، منیزیم و سدیم الگوهای متفاوتی داشتند. این یافته‌ها می‌تواند در برآورد دقیق‌تر ورودی عناصر غذایی، پایش سلامت توده‌های راش و پیش‌بینی پیامدهای تغییرات اقلیمی بر چرخة آب و عناصر در جنگل‌ها نقش مهمی ایفا کند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

The role of fog precipitation in nutrient input to Oriental Beech (Fagus orientalis Lipsky) stands at high elevations of the Hyrcanian forests

نویسندگان English

Kimia Mostafanezhad 1
Pedram Attarod 1
Vahid Etemad 1
Atefeh Dezhban 2
Mohammad Sadegh Kavianpour 1
Somayeh Mirzaei 1
Ehsan Abdi 1
1 Department of Forestry and Forest Economics, Faculty of Natural Resources, University College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran.
2 Department of Forestry and Forest Economics, Faculty of Natural Resources, University College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran.
چکیده English

Introduction: In the high-elevation areas of the Hyrcanian forests, frequent fog events and subsequent fog precipitation occur during the growing season, due to the high humidity of the Caspian Sea and complex topography. In addition to supplying water, fog precipitation plays an important role in ion deposition and the nutrient cycling of the forest. However, changes in the chemical composition of fog precipitation after passing through the oriental beech canopy (Fagus orientalis Lipsky) and its contribution to nutrient inputs to the forest floor have not yet been studied. Therefore, this study aimed to measure the acidity (pH), electrical conductivity (EC), and concentrations of potassium (K+), sodium (Na+), calcium (Ca++), and magnesium (Mg++) in fog precipitation of pure beech stands located at the highlands of the Hyrcanian forests and to compare its nutrient contents with those of open-field rainfall.
Materials and Methods: This study was conducted in a pure beech stand in the Hyrcanian forests during the growing season, coinciding with four rainfall events. For chemical analysis, rainwater of four events accompanied with fog were sampled. To achieve this, 50 fog precipitation collectors were installed under the canopy. In addition, 30 open-area rainfall collectors and six stemflow collectors were installed in an open area, and on the trunk of selected trees, respectively. In total, for each rainfall event, five fog precipitation and three open-field rainfall samples were analyzed for pH, EC, K+, Na+, Ca++, and Mg++. After confirming normality with the Shapiro–Wilk test, the data were compared using independent t-tests and Mann–Whitney tests at the 5% significance level.
Results: The mean (±standard deviation: SD) pH of fog precipitation (6.5±0.6) beneath the beech canopy did not differ significantly from that of open-field rainfall (6.0±0.3) across the studied events (p > 0.05). However, the EC of fog precipitation in the second (112.4 µs cm-1), and fourth (79.6) events (p < 0.05) was significantly higher than those of open-field rainfall (40.8, and 21.8 µs cm-1, respectively). K+ concentrations in fog precipitation were significantly greater than those in open-field rainfall across all events (p < 0.05), with the highest value recorded in the third event at 21.5 ± 1.6 ppm, while the maximum concentration in open-field rainfall was 4.0 ± 0.1 ppm. Na+ concentration of fog precipitation also exhibited significant differences from that of open-field rainfall in all four events (p < 0.05). Third event showed the maximum concentration of Na+ for both fog precipitation (3.4 ppm ± 0.7) and the open-field rainfall (5.8 ppm ± 0.1). Nevertheless, the Na+ concentration of fog precipitation in the second (1.35 ppm) and fourth (0.55 ppm) events was higher than that of open-field rainfall, which differed from the concentration observed in the first and third events. Ca++ and Mg++ showed significant differences in all events (p < 0.05). The maximum Ca++ concentration was observed in the third event for both fog precipitation (14.5 ppm ± 2.7) and open-field rainfall (24.2 ppm ± 0.5). Likewise, the maximum Mg++ concentration was measured for the third event; 3.1 ppm ± 0.5 for fog precipitation and 5.7 ppm ± 0.1 ppm for open-field rainfall.
Conclusion: This study indicated that fog precipitation is a significant source of nutrient input into the ecosystem of upper-montane Hyrcanian beech forests. While fog precipitation did not significantly affect pH, it altered EC and nutrient concentrations. K+ showed a significant increase in fog precipitation, indicating intense leaching, whereas Ca++, Mg++, and Na+ exhibited different patterns. These findings could be instrumental in improving the precision of nutrient input estimations, monitoring the health of beech stands, and predicting the consequences of climate change on water and nutrient cycles in forest ecosystems.

کلیدواژه‌ها English

Canopy leaching
Forest ecohydrology
Fog precipitation chemistry
Nutrient cycling
[1]. Sagheb Talebi, K., Sajedi, T. & Pourhashemi, M. (2014). Forests of Iran: A Treasure from the Past, a Hope for the Future (No. 15325). Springer Netherlands. https://doi.org/10.1007/978-94-007-7371-4
[2]. Kavianpour, M.S., Attarod, P., Zhu, H., Pypker, T.G., Dezhban, A., Etemad, V. & Bayramzadeh, V. (2025). Fog Precipitation Plays a Significant Role in Providing Moisture to the Caspian High Latitude Forests of Northern Iran. Ecohydrology, 18(5), e70052. https://doi.org/10.1002/eco.70052
[3]. Dezhban, A., Attarod, P., Holscher, D. & Holder, C.D. (2023). Spatial variability of throughfall in heavily fogged old-growth Fagus orientalis forests is controlled by fog precipitation and stand structural characteristics. Ecohydrology & Hydrobiology, 23(3), 457-468. https://doi.org/10.1016/j.ecohyd.2023.04.003
[4]. Wang, L., Li, Y., Sun, M. & Qiao, N. (2026). The underappreciated roles of fog and dew on vegetation and biocrusts. New Phytologist, 251(1), 46-63. https://doi.org/10.1111/nph.71189
[5]. Dezhban, A., Attarod, P., Zahedi Amiri, G., Grant Pypker, T. & Nanko, K. (2019). Fog precipitation and rainfall interception in a pure natural oriental beech (Fagus orientalis L.) stand in the Hyrcanian Forests, North of Iran. Forest and Wood Products, 72(2), 89-100. [In Persian] https://doi.org/10.22059/jfwp.2019.267717.970
[6]. Blas, M., Polkowska, Z., Sobik, M., Klimaszewska, K., Nowinski, K. & Namiesnik, J. (2010). Fog water chemical composition in different geographic regions of Poland. Atmospheric Research, 95(4), 455-469. https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2009.11.008
[7]. Mochizuki, T., Kawamura, K., Yamaguchi, T. & Noguchi, I. (2020). Distributions and sources of water-soluble organic acids in fog water from mountain site (Lake Mashu) of Hokkaido, Japan. Geochemical Journal, 54(5), 315-326. https://doi.org/10.2343/geochemj.2.0601
[8]. Yamaguchi, T., Katata, G., Noguchi, I., Sakai, S., Watanabe, Y., Uematsu, M., & Furutani, H. (2015). Long-term observation of fog chemistry and estimation of fog water and nitrogen input via fog water deposition at a mountainous site in Hokkaido, Japan. Atmospheric Research, 151, 82-92. https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2014.01.023
[9]. Wang, W., Xu, W., Collett Jr, J. L., Liu, D., Zheng, A., Dore, A.J. & Liu, X. (2019). Chemical compositions of fog and precipitation at Sejila Mountain in the southeast Tibetan Plateau, China. Environmental Pollution, 253, 560-568. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2019.07.055
[10]. Tafazoli, M., Attarod, P., Hojjati, S.M. & Tafazoli, M. (2020). Throughfall chemistry of Persian maple (Acer velutinum) and Turkish pine (Pinus brutia) plantations in eastern Mazandaran. Iranian Journal of Forest Ecology, 7(14), 39-47. [In Persian] http://ifej.sanru.ac.ir/article-1-100-en.html
[11]. Moslehi, M., Habashi, H. & Khormali, F. (2011). Effect of throughfall and forest floor leachate of beech on base cation dynamics in mixed stand. Iranian Journal of Forest and Poplar Research, 19(1), 83-93 [In Persian] https://doi.org/10.22092/ijfpr.2011.107609
[12]. Abe, M., Oniwa, S., Okochi, H. & Aikawa, M. (2022). Fog water, throughfall, and bulk precipitation chemistry and a newly developed methodology for the estimation of fog water deposition. Water, Air, & Soil Pollution, 233(11), 474. Abe, M., Oniwa, S., Okochi, H., & Aikawa, M. (2022). Fog Water, Throughfall, and Bulk Precipitation Chemistry and a Newly Developed Methodology for the Estimation of Fog Water Deposition. Water, Air, & Soil Pollution, 233(11), 474. https://doi.org/10.1007/s11270-022-05939-5
[13]. Wang, W. & Ge, M. (2026). Nitrogen form differed significantly between fogwater and rainwater in the high-altitude areas of southeastern Tibet. Atmospheric Pollution Research, 102929. https://doi.org/10.1016/j.apr.2026.102929
[14]. Salehi, M., Zahedi Amiri, G., Attarod, P., Salehi, A., Brunner, I., Schleppi, P. & Thimonier, A. (2016). Seasonal variations of throughfall chemistry in pure and mixed stands of Oriental beech (Fagus orientalis Lipsky) in Hyrcanian forests (Iran). Annals of Forest Science, 73(2): 371-380. https://doi.org/10.1007/s13595-015-0525-2
[15]. Smith, J.L. & Doran, J.W. (1997). Measurement and use of pH and electrical conductivity for soil quality analysis. In: Methods for Assessing Soil Quality, 49, 169-185. https://doi.org/10.2136/sssaspecpub49.c10
[16]. Michna, P., Werner, R.A. & Eugster, W. (2015). Does fog chemistry in Switzerland change with altitude? Atmospheric Research, 151, 31-44. https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2014.02.008
[17]. Su, L., Zhao, C., Xu, W. & Xie, Z. (2019). Hydrochemical fluxes in bulk precipitation, throughfall, and stemflow in a mixed evergreen and deciduous broadleaved forest. Forests, 10(6), 507. https://doi.org/10.3390/f10060507
[18]. Imamura, N., Ohte, N. & Tanaka, N. (2024). Factors influencing the difference in dissolved ion inputs to the forest floor between deciduous and coniferous stands: comparison under high and low atmospheric deposition conditions. Environmental Monitoring and Assessment, 196(1): 1. https://doi.org/10.1007/s10661-023-12132-6
[19]. Xu, Q., Wu, F., Peng, Y., Hedenec, P., Ni, X., Tan, S., Huang, Y. & Yue, K. (2023). Effects of forest transformation on the fluxes of potassium, calcium, sodium, and magnesium along with rainfall partitioning. Polish Journal of Environmental Studies, 32(5), 4341-4351. https://doi.org/10.15244/pjoes/168103
[20]. Lin, T.C., Hamburg, S.P., Hsia, Y.J., King, H.B., Wang, L.J. & Lin, K.C. (2001). Base cation leaching from the canopy of a subtropical rainforest in northeastern Taiwan. Canadian Journal of Forest Research, 31(7), 1156-1163. https://doi.org/10.1139/x01-035

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 22 شهریور 1405