تغییرات یکسالۀ میزان تنفس کل خاک، میکروبی و ریشه در تودۀ آمیختۀ راش- ممرز (مطالعۀ موردی: جنگل شصت‌کلاتۀ گرگان)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دکتری بیولوژی خاک جنگل، دانشکدۀ علوم جنگل، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

2 دانشیار، دانشکدۀ علوم جنگل. دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

چکیده

تنفس خاک که سهم مهمی از تنفس بوم‌سازگان خشکی را به خود اختصاص می‌دهد، اولین مسیر بازگشت دی‌اکسید کربن تثبیت‌شده در پوشش گیاهی به اتمسفر است. این پژوهش ضمن به‌کارگیری سیستم چمبر دینامیکی بسته و روش خروج ریشه، با هدف بررسی الگوی تغییرات ماهانه و فصلیِ تنفس خاک و اجزای آن (تنفس میکروبی و ریشه) در یک تودۀ راش آمیخته از جنگل‌های هیرکانی طراحی شده است. به این منظور، شش قطعه ‌نمونۀ 9 متر مربعی (3 × 3 متر) در روشنه‌های طبیعی 400 متر مربعی و منطقۀ زیر تاج‌پوشش مجاور روشنه‌ها در جنگل شصت‌کلاتۀ گرگان مستقر شد. اندازه‌گیری میزان تنفس خاک، تنفس میکروبی و تنفس ریشه و دیگر عوامل محیطی طی یک سال (از مهر 1395 تا شهریور 1396) و به‌صورت ماهانه انجام گرفت. براساس اندازه‌گیری‌های یکساله، در تودۀ تحت بررسی، دامنۀ تغییرات تنفس خاک 81/4-66/0، تنفس میکروبی 41/3-3/0 و تنفس ریشه 43/1-36/0 میکرومول دی‌اکسید کربن بر متر مربع در ثانیه بود. بیشترین مقادیر تنفس خاک، میکروبی و ریشه در فصل تابستان (به‌ترتیب 29/4، 86/2 و 34/1 میکرومول دی‌اکسید کربن بر متر مربع در ثانیه) و کمترینِ آنها در فصل زمستان (به‌ترتیب 94/0، 54/0 و 41/0 میکرومول دی‌اکسید کربن بر متر مربع در ثانیه) اندازه‌گیری شد. میزان تنفس میکروبی در قطعه ‌نمونۀ روشنه بیشتر از زیر تاج‌پوشش بود، حال ‌آنکه تنفس ریشه در زیر تاج‌پوشش بیشتر از روشنه بود. رابطۀ تنفس خاک و اجزای آن با عوامل محیطی بیانگر همبستگی مثبت و معنی‌دار ویژگی‌های زیستی خاک با دمای خاک و همبستگی منفی و معنی‌دار با محتوای رطوبت خاک بود. تغییرات دما و رطوبت خاک سبب بروز تغییر در ویژگی‌های زیستی خاک و متعاقب آن خصوصیات شیمیایی و حاصلخیزی خاک خواهد شد. از این‌رو پیشنهاد می‌شود که در روشنه‌های مصنوعی با ابعاد مختلف نیز اندازه‌گیری ویژگی‌های زیستی انجام گیرد تا فرایند تغییرات خصوصیات خاک در روشنه مدلسازی شود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Annual variability of soil, microbial, and root respiration rates in a mixed oriental beech-hornbeam stand (Case study: Shast-Kalateh forest of Gorgan)

نویسندگان [English]

  • Fatemeh Rafiee Jazi 1
  • Hashem Habashi 2
  • Ramin Rahmani 2
1 Ph.D. of Forest Soil Biology, Faculty of Forest Sciences, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, I.R. Iran.
2 Assoc., Prof., Faculty of Forest Science, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, I.R. Iran.
چکیده [English]

Soil respiration is the first way to return the carbon dioxide fixed in the vegetation into the atmosphere and plays an important role in the respiration of terrestrial ecosystems. This study aims to investigate the monthly and seasonal variability of soil respiration and its components (microbial and root respiration) rates in a mixed oriental beech stand located at Hyrcanian forests using a dynamic closed chamber system and root exclusion method. A total number of six locations with an area of 400 square meters were selected randomly at the canopy gaps and its adjacent closed canopy at Shast-kalateh forest, Gorgan. One sample plot with an area of 9 square meters (3×3) was installed at each location. Soil, microbial, and root respiration rates and some environmental factors were monthly measured during one year (from October 2016 to September 2017). The amount of soil, microbial, and root CO2 efflux ranges were 0.66-4.81, 0.3-3.41, and 0.36-1.43 μmol m-2 s-1, respectively. The highest increase in the soil, microbial, and root respiration rates were in summer (4.29, 2.86 and 1.34 μmol m-2 s-1, respectively), while the lowest rates were observed in winter (0.94, 0.54 and 0.41 μmol m-2 s-1, respectively). We found that the microbial respiration rate in the canopy gaps was greater than that of the closed canopy, but the rate of root respiration under the closed canopy was higher. Soil respiration rate had a positive significant correlation with soil temperature but had a negative significant correlation with soil moisture content. Variation in soil moisture content and soil temperature could change the soil biological characteristics, consequently soil fertility, and chemical properties. Therefore, we suggest the measurement of soil biological properties in the artificial gap with different areas for modeling the process of soil characteristics changes in the gap.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Heterotrophic respiration
  • autotrophic respiration
  • temporal variability
  • soil carbon dioxide
  • Hyrcanian forests

مراجع

[1]. Scharlemann, J.P.W., Tanner, E.V.J., Hiederer, R., and Kapos, V. (2014). Global soil carbon: understanding and managing the largest terrestrial carbon pool. Carbon Manage, 5(1): 81–91.
[2]. Bond-Lamberty, B., and Thomson, A. (2010). Temperature-associated increases in the global soil respiration record. Nature, 464(7288): 579-582.
[3]. Wei, W., Jiang, F., and Oikawa, T. (2009). Contribution of Root and Microbial Respiration to Soil CO2 Efflux and Their Environmental Controls in a Humid Temperate Grassland of Japan. Pedosphere, 19(1): 31-39.
[4]. Makita, N., Yoshiko Kosugi, Y., Sakabe, A., Kanazawa, A., Ohkubo, Sh., and Tani, M. (2018). Seasonal and diurnal patterns of soil respiration in an evergreen coniferous forest: Evidence from six years of observation with automatic chambers. PLos One, 13(2): 1-16.
[5]. Luo, Y., and Zhou, X. (2006). Soil Respiration and the Environment. Academic Press is an imprint of Elsevier.
[6]. Davidson, E.A., Verchot, L.V., Cattanio, J.H., Ackerman, I.L., and Carvalho, J.E.M. (2000). Effects of soil water content on soil respiration in forests and cattle pastures of eastern Amazonia. Biogeochemistry,  48(1): 53–69.
[7]. Tang, J., and Baldocchi, D.D. (2005). Spatial-temporal variation in soil respiration in an oak-grass savanna ecosystem in California and its partitioning into autotrophic and heterotrophic components. Biogeochemistry, 73(1):183-207.
[8]. Thokchom, A., and Yadava, P.S. (2014). Soil CO2 flux in the different ecosystems of North East India. Current science, 107(1): 99-105.
[9]. Schwendenmann, L., and Macinnis-NG, C. (2016). Soil CO2 efflux in an old-growth southern conifer forest (Aganthis asutralis)- magnitude, components and controls. Soil, 2(3): 403-419.
[10]. Sun, L., Teramoto, M., Liang, N., Yazaki, T., and Hirano, T. (2017). Comparison of litter-bag and chamber methods for measuring CO2 emissions from leaf litter decomposition in a temperate forest. Journal of Agricultural Meteorology, 73(2): 68-76.
[11]. Raich, J.W. (2017). Temporal variability of soil respiration in experimental tree plantations in Lowland Costa Rica. Forests, 8(40): 1-21.
[12]. Eom, J.Y., Jeong, S.H., Chun, J.H., Lee, J.H., and Lee, J.S. (2018). Long-term characteristics of soil respiration in a Korean cool-temperate deciduous forest in a monsoon climate. Animal Cells And Systems, 22(2): 100–108.
[13]. Jiao, Zh., and Wang, X. (2019). Contrasting rhizospheric and heterotrophic components of soil respiration during growing and non-growing seasons in a temperate deciduous forest. Forests, 10(8): 1-14.
[14]. Lee, S.M., Nakane, K., Nakatsubo, T., Mo, W-H., and Korzumi, H. (2002). Effects of rainfall events on soil CO2 flux in a cool temperate deciduous broad-leaved forest. Ecological Research, 17(3): 401-409.
[15]. Wu, J. (2020). Temporal variations in soil CO2 efflux in an alpine meadow site on the Qinghai–Tibetan Plateau. Grassland Science, 66(1): 3-15.
[16]. Suseela, V., Conant, R., Wallenstein, M., and Dukes, J. (2012). Effects of soil moisture on the temperature sensitivity of heterotrophic respiration vary seasonally in an old-field climate change experiment. Global Change Biology, 18(1): 336-348.
[17]. Ruehr, N.K., Offermann, C.A., Gessler, A., Winkler, J.B., Ferrio, J.P., Buchmann, N., and Barnard, R.L. (2009). Drought effects on allocation of recent carbon: from beech leaves to soil CO2 efflux. New Phytologist, 184(4): 950-961.
[18]. Jafari Haghighi, M. (2003). Methods of soil analysis sampling and important physical, Nedaye Zoha Press, Theran.
[19]. Zhang, H., Liu, Y., Zhou, Zh., and Zhang, Y. (2019). Inorganic nitrogen addition affects soil respiration and belowground organic Carbon Fraction for a Pinus tabuliformis. Forest, 10(5): 1-15.
[20]. Rafiee.f., Habashi. H., Rahmani, R., and Sagheb-Talebi, Kh. (2019). Temperature sensitivity of soil carbon dioxide efflux in beech-hornbeam stand (Case study: Shast-kalateh Forest, Gorgan). Iranian Journal of Forest and Poplar Research, 27(1): 112-123.
[21]. Ying, L., Shi-jie, H., and Lu, L. (2009). Sesonal change of soil respiration in Betulla platyphylla forest in Changbai Mountain, China. Journal Of Forestry Research, 20(4): 367-371.
[22]. Suchewaboripont, V., Ando, M., Iimura, Y., Yoshitake, S., and Ohtsuka, T. (2015). The effect of canopy structure on soil respiration in an old-growth beech-oak forest in central Japan. Ecological Research, 30(5): 867-877.
[23]. Cui, Y-B., Feng, J-G., Liao, L-G, Rui, Y., Zhang, X., Liu, Y-H., Yang, L-Y., Zhao, J-F., and Tan, Zh-H. (2020). Controls of temporal variations on soil respiration in a tropical lowland rainforst in Hainan Island, China. Tropical Conservation Science, 13(1): 1-14.
نشریه جنگل و فرآورده های چوب
دوره 74، شماره 1
خرداد 1400
صفحه 43-55

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار