ارزیابی فعالیت اکولوژیکی قارچ‌ها و آنزیم‌ها در ارتباط با کیفیت خاک در شیب ارتفاعی جنگل‌های هیرکانی (مطالعۀ موردی: حوزۀ آبخیز واز- استان مازندران)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری علوم جنگل، دانشکدۀ منابع طبیعی و علوم دریایی، دانشگاه تربیت مدرس، نور، ایران

2 دانشیار گروه جنگلداری، دانشکدۀ منابع طبیعی و علوم دریایی، دانشگاه تربیت مدرس، نور، ایران

3 استاد پژوهش، بخش تحقیقات بیوتکنولوژی میکروبی، پژوهشگاه بیوتکنولوژی کشاورزی ایران، سازمان تحقیقات آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران

4 استادیار ژنتیک مولکولی، مرکز تحقیقات ژنتیک انسانی، دانشگاه علوم پزشکی بقیه‌الله (عج)، تهران، ایران

چکیده

فعالیت قارچ‌ها و آنزیم‌ها از عوامل مهم و تأثیرگذار بر کیفیت خاک در زیست‌بوم‌های جنگلی به شمار می‌آیند. ارتفاع از سطح دریا با تأثیر بر شاخص‌های زیستی و غیرزیستی مؤثر بر فعالیت قارچ‌ها و آنزیم‌های خاک در ارزیابی فعالیت‌های اکولوژیکی اهمیت زیادی دارد. هدف این پژوهش، ارزیابی فعالیت اکولوژیکی قارچ‌ها و آنزیم‌های خاک در ارتباط با شاخص کیفیت خاک در امتداد یک شیب ارتفاعی در شش طبقۀ 0، 500، 1000، 1500، 2000 و 2500 متر از سطح دریا، در جنگل‌های حوزۀ آبخیز واز در استان مازندران است. در هر طبقۀ ارتفاعی نه قطعه ‌نمونۀ 400 متر مربعی به‌منظور بررسی ویژگی‌های پوشش درختی و خاک تعیین شد. شاخص‌های فیزیکوشیمیایی و آنزیمی خاک با روش‌های متداول آزمایشگاهی و انکوباسیون سنجش شدند. برای شناسایی ژنتیکی قارچ‌ها، ناحیۀ ITS با استفاده از آغازگرهای بارکددار با روش PCR تکثیر و با استفاده از روش‌های توالی‌یابی نسل جدید (next-generation sequencing) تعیین توالی شد. بررسی‌های خاک‌شناسی نشان داد که بیشترین کیفیت خاک در پایین‌ترین طبقۀ ارتفاعی با بیشترین فعالیت آنزیم لوسین‌آمینوپپتیداز، نیتروژن کل، دمای خاک و ترکیب متناسب قارچ‌های اکتومایکوریزی و ساپروتروفی دیده می‌شود. بیشترین درصد فراوانی قارچ‌های اکتومایکوریزی، مخمرها و بیشترین فعالیت آنزیم‌های آریل‌سولفاتاز و اسیدفسفاتاز در خاک‌های با شاخص کیفیت خاک متوسط در طبقۀ ارتفاعی1500 متر دیده شد که همبستگی زیاد با مقدار کربن خاک نشان دادند. این درحالی است که فعالیت قارچ‌های ساپروتروفیکی و آنزیم‌های بتاگلوکوزیداز و سلوبیوهیدرولاز در طبقات ارتفاعی بالا (2000 متر به بالا) دیده شد و بنابراین با شاخص کیفیت خاک ارتباط معکوس نشان دادند. به‌طور کلی می‌توان نتیجه گرفت که با افزایش ارتفاع از سطح دریا، شاخص کیفیت خاک و به همین ترتیب فعالیت قارچ‌های اکتومایکوریزی به‌واسطۀ نبود گونه‌های درختی همزیست و کاهش فعالیت آنزیم‌های وابسته به چرخۀ کربن و نیتروژن کاهش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Evaluation of fungal and enzymatic activities in relation to soil quality along altitudinal gradient in Hyrcanian forests (Case study: Vaz watershed - Mazandaran province)

نویسندگان [English]

  • Mohammad Bayranvand 1
  • Moslem Akbarinia 2
  • Gholamreza Salehi Jouzani 3
  • Javad Gharechahi 4
1 Ph.D. Student, Faculty of Natural Resources & Marine Sciences, University of Tarbiat Modares, Noor, I.R. Iran
2 Assoc., Prof., Faculty of Natural Resources & Marine Sciences, University of Tarbiat Modares, Noor, I.R. Iran
3 Prof., Department of Microbial Biotechnology, Agricultural Biotechnology Research Institute of Iran (ABRII), Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Karaj, I.R. Iran
4 Assist., Prof., Molecular Genetics, Human Genetics Research Center, Baqiyatallah University of Medical Science, Tehran, I.R. Iran
چکیده [English]

The activity of fungal and enzymes are important for soil quality in forest ecosystems. Altitudes above sea level (a.s.l.) are important for their impacts on biological and non-biological characteristics of soil by effecting distribution of fungal communities and their enzymatic activities. The aim of this study was to investigate fungi diversity and soil enzyme activities in relation to soil quality index (SQI) along an altitudinal gradient (0, 500, 1000, 1500, 2000 and 2500 m a.s.l.) in Vaz watershed- Mazandaran province. In each elevation level, nine 400 m2 plots were investigated for tree cover and soil characteristics. The soil physical, chemical, and enzymatic properties were measured by conventional laboratory technique. To profile fungal community, ITS region was PCR amplified using barcoded primers and sequenced using next-generation sequencing technologies. Our results showed that the highest SQI and leucine aminopeptidase activities were observed at the lowest elevation level with the highest soil microbial respiration, nitrogen and temperature. The highest percentage of ectomycorrhizal and yeasts fungi, as well as the highest activates of arylsulfatase and acid phosphatase enzymes were associated with middle SQI in 1500 m altitude level with a high correlation with soil carbon concentration. The lowest SQI, along with the activity of saprotrophic fungus and β-glucosidase and cellobiohydrolase enzymes was noted in higher elevations. It can be concluded that with increasing elevation, SQI is decreased due to a reduced ectomycorrhizal fungi population and decreased activities of carbon/nitrogen-dependent enzymes in the absence of coexisting tree species.

کلیدواژه‌ها [English]

  • ectomycorrhizal
  • soil microbial respiration
  • ITS sequencing
  • forest soil
  • enzymatic activity
  • metagenomics

مراجع

[1]. Ren, C., Zhang, W., Zhong, Z., Han, X., Yang, G., Feng, Y., and Ren, G. (2018). Differential responses of soil microbial biomass, diversity, and compositions to altitudinal gradients depend on plant and soil characteristics. Science of the Total Environment, 610: 750-758.
[2]. Bahram, M., Põlme, S., Kõljalg, U., Zarre, S., and Tedersoo, L. (2012). Regional and local patterns of ectomycorrhizal fungal diversity and community structure along an altitudinal gradient in the Hyrcanian forests of northern Iran. New Phytologist, 193: 465-473.
[3]. Šnajdr, J., Dobiášová, P., Urbanová, M., Petránková, M., Cajthaml, T., Frouz, J., and Baldrian, P. (2013). Dominant trees affect microbial community composition and activity in post-mining afforested soils. Soil Biology and Biochemistry, 56: 105-115.
[4]. Saitta, A., Anslan, S., Bahram, M., Brocca, L., and Tedersoo, L. (2017). Tree species identity and diversity drive fungal richness and community composition along an elevational gradient in a Mediterranean ecosystem. Mycorrhiza, 28: 39-47.
[5]. Zhao, F., Feng, X., Guo, Y., Ren, C., Wang, J., and Doughty, R. (2020). Elevation gradients affect the differences of arbuscular mycorrhizal fungi diversity between root and rhizosphere soil. Agricultural and Forest Meteorology, 284:107894.
[6]. Mathieu, Y., Gelhaye, E., Dumarçay, S., Gérardin, P., Harvengt, L., and Buée, M. (2013). Selection and validation of enzymatic activities as functional markers in wood biotechnology and fungal ecology. Journal of Microbiological Methods, 92(2): 157-163.
[7]. Heděnec, P., Nilsson, L.O., Zheng, H., Gundersen, P., Schmidt, I.K., Rousk, J., and Vesterdal, L. (2020). Mycorrhizal association of common European tree species shapes biomass and metabolic activity of bacterial and fungal communities in soil. Soil Biology and Biochemistry, 149:107933.
[8]. Tedersoo, L., Bahram, M., Põlme, S., Kõljalg, U., Yorou, N.S., Wijesundera, R., Ruiz, L.V., Vasco-Palacios, A.M., Thu, P.Q., Suija, A., and Smith, M.E. (2014). Global diversity and geography of soil fungi. Science, 346: 1052–1053.
[9]. Medina, J., Monreal, C.M., Orellana, L., Calabi-Floody, M., González, M.E., Meier, S., Borie, F., and Cornejo, P. (2020). Influence of saprophytic fungi and inorganic additives on enzyme activities and chemical properties of the biodegradation process of wheat straw for the production of organo-mineral amendments. Journal of Environmental Management, 255: 109922.
[10]. Baldrian, P. (2009). Microbial enzyme-catalyzed processes in soils and their analysis. Plant, Soil and Environment, 55: 370-378.
[11]. Asadiyan, M., Hojjati, S.M., Pourmajidian, M.R., and Asghar, F. (2013). Impact of Different Land-use / Land Cover Types on Soil Quality in Alandan Forest, Sari. Physical Geography Research Quarterly, 45(3): 65-76.
[12]. Heydari, M., Eslaminejad, P., Kakhki, F.V., Mirab-balou, M., Omidipour, R., Prévosto, B., Kooch, Y., and Lucas-Borja, M.E. (2020). Soil quality and mesofauna diversity relationship are modulated by woody species and seasonality in semiarid oak forest. Forest Ecology and Management, 473: 118332.
[13]. Andrews, S.S., Flora, C.B., Mitchell, J.P., and Karlen, D.L. (2003). Growers' perceptions and acceptance of soil quality indices. Geoderma, 114(3-4):187-213.
[14]. Khaleghi, P., Abasi, H., Hosani, S., Frohar, M., and Ghelichnian, H. (1997). Caspian forests profile, Waz Research Forest. Ministry of Jihad-e-Production Department of Education and Research, Research Institute for Forests and Rangelands Publication, Tehran, Iran, 380 p.
[15]. Ghazan Shahy, C. 2006. Analysis of soil and plants. Homa Publication, 272 p.
[16]. Klindworth, A., Pruesse, E., Schweer, T., Peplies, J., Quast, C., Horn, M., and Glöckner, F.O. (2013). Evaluation of general 16S ribosomal RNA gene PCR primers for classical and next-generation sequencing-based diversity studies. Nucleic acids research 41(1): e1-e1.
[17]. Větrovský, T., Baldrian, P. and Morais, D. (2018). SEED 2: a user-friendly platform for amplicon high-throughput sequencing data analyses. Bioinformatics, 34(13): 2292-2294.
[18]. Bayranvand, M., Kooch, Y., Hosseini, S.M. and Alberti, G., 2017. Humus forms in relation to altitude and forest type in the Northern mountainous regions of Iran. Forest Ecology and Management, 385: 78-86.
[19]. Baldrian, P., Šnajdr, J., Merhautová, V., Dobiášová, P., Cajthaml, T., and Valášková, V. (2013). Responses of the extracellular enzyme activities in hardwood forest to soil temperature and seasonality and the potential effects of climate change. Soil Biology and Biochemistry, 56: 60-68.
[20]. Kooch, Y. and Bayranvand, M. (2017). Composition of tree species can mediate spatial variability of C and N cycles in mixed beech forests. Forest Ecology and Management, 401: 55-64.
نشریه جنگل و فرآورده های چوب
دوره 74، شماره 2
شهریور 1400
صفحه 183-195

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار