ارزیابی رویکرد فضا برای زمان برای بررسی اثرهای افزایش درجه حرارت بر تجزیه لاشبرگ‌ها

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد جنگلداری، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، دانشگاه ملایر، ملایر، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی طبیعت، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، دانشگاه ملایر، ملایر، ایران

چکیده

مقدمه و هدف: در بوم­سازگان­های جنگلی، تجزیه لاشبرگ از مهم­ترین راه­های ورود عناصر غذایی به خاک است و قابلیت در دسترس بودن عناصر غذایی خاک به مقدار زیاد ناشی از پویایی عناصر غذایی و تجزیه لاشبرگ در جنگل است. تجزیه لاشبرگ کارکردهای بوم­شناسی مهمی را موجب می­شود و ترکیب عناصر غذایی درونی درختان را تحت تأثیر قرار می­دهد. فرایند تجزیه لاشبرگ بر ذخایر کربن آلی خاک اثر می­گذارد. درک و فهم این مسئله که چگونه تغییر اقلیم و گرمایش جهانی کره زمین فرایند تجزیه و در نتیجه مقدار کربن ذخیره شده در خاک را تحت تأثیر قرار می­دهد، لازم و ضروری است. رویکرد فضا برای زمان این امکان را فراهم می­سازد که تجزیه لاشبرگ در شرایط حاضر و در طبقات ارتفاعی مختلف مورد مقایسه قرار گرفته و اثرهای افزایش درجه جرارت بر تجزیه لاشبرگ­ها بررسی شود. تحقیق حاضر با هدف بررسی اثرهای افزایش یا کاهش درجه حرارت بر نرخ تجزیه لاشبرگ­ها در لاشبرگ­های خالص و ترکیبی انجام شد.
مواد و روش­ها: در تحقیق حاضر با استفاده از رویکرد فضا برای زمان، نرخ تجزیه لاشبرگ­ها در سه گونه بلوط­ ایرانی، بنه و داغداغان در حالت­های خالص و ترکیبی، در سه طبقۀ ارتفاعی 750، 900 و 1050 متر در جنگل‌های دره­شهر استان ایلام بررسی شد. جنگل­های منطقه دارای توپوگرافی نسبتاً شدید و دارای کوه­ها و تپه­هایی با شیب­های تند و ملایم است و در بسیاری از قسمت­های آن بیرون­زدگی­های سنگی وجود دارد. ارتفاع متوسط منطقه 1200 متر و شیب متوسط آن 15 درصد است. متوسط دمای سالیانه 40/21 درجه سانتی­گراد و میانگین بارندگی سالیانه در این منطقه، 3/426 میلی­متر گزارش شده است. نوع اقلیم منطقه موردبررسی نیمه­مرطوب است. در این پژوهش از تکنیک کیسه­لاشبرگ (با ابعاد 20×20 سانتی­متر با منافذ 2 میلی­متر) استفاده شد. برای دستیابی به اهداف تحقیق، لاشبرگ گونه­های موردبررسی در فصل پاییز سال 1400 به­صورت تصادفی و دستی از کف جنگل جمع­آوری شد. بعد از آماده­سازی کیسه­لاشبرگ­ها، تعداد 243 کیسه­لاشبرگ تک جیبه و دو جیبه در محل­های جمع­آوری لاشبرگ­ها در روی خاک معدنی نصب و طی 180 روز با فواصل زمانی 30، 60 و 180 روز مورد انکوباسیون قرار گرفته و نرخ تجزیه لاشبرگ­ها اندازه­گیری شد. برای اندازه­گیری نرخ تجزیه لاشبرگ­ها وزن اولیه و ثانویه لاشبرگ­ها یادداشت و از طریق روابط وزنی مقدار وزن ازدست ­رفته لاشبرگ­ها محاسبه شد. برای تعیین کیفیت اولیه لاشبرگ­ها نیز عناصر غذایی لاشبرگ­ها مانند نیتروژن، کربن، فسفر، کلسیم، پتاسیم و منیزیم اندازه­گیری شدند.
یافته­ها: بر اساس نتایج مشخص شد که لاشبرگ­های سه گونه موردبررسی از نظر غلظت­های منیزیم، فسفر و نیتروژن مشابه هستند. لاشبرگ بلوط ایرانی از نظر غلظت­های پتاسیم و کربن و لاشبرگ داغداغان نیز از نظر غلظت کلسیم بیشترین مقدار را به خود اختصاص داده بودند. نسبت کیفی C:N در لاشبرگ داغداغان پایین بود که این مسئله نشان­دهنده کیفیت بالای این لاشبرگ است. نتایج نشان داد که در دوره­های زمانی موردبررسی نوع لاشبرگ، ارتفاع از سطح دریا (به­غیر از دورۀ زمانی 180 روز) و اثرهای متقابل نوع لاشبرگ و ارتفاع اثرهای معنی­داری در نرخ تجزیه داشته­اند؛ به­طوری­که با افزایش ارتفاع از سطح دریا مقدار تجزیه افزایش یافته است. بر اساس یافته­های تحقیق مشخص شد که در دورۀ زمانی 30 روز بیشترین مقدار تجزیه مربوط به تیمارهای ترکیبی داغداغان (داغداغان+بنه) و بلوط ایرانی (بلوط ایرانی+داغداغان) (به­­ترتیب 61/14 و 40/14 درصد) در ارتفاع 1050 متر و کمترین آن مربوط به تیمار بنۀ خالص (52/4 درصد) در ارتفاع 750 متر بوده است. در دورۀ زمانی 60 روز نیز بیشترین مقدار تجزیه در تیمار ترکیبی داغداغان (بنه+داغداغان) در ارتفاع 1050 متر و کمترین آن در تیمار بنه خالص در ارتفاع 750 متر به­ترتیب با 41/15 و 31/5 درصد مشاهده شد. همچنین در پایان دورۀ انکوباسیون بیشترین مقدار تجزیه متعلق به تیمار ترکیبی داغداغان (داغداغان+بنه) در ارتفاع 1050 متر (12/16 درصد) و کمترین آن نیز مربوط به لاشبرگ خالص بنه در ارتفاع 750 متر (12/10 درصد) است.
نتیجه ­گیری کلی: در کل بر اساس یافته­های تحقیق مشخص شد که در طول مدت زمان بررسی، با افزایش ارتفاع از سطح دریا و در نتیجه کاهش درجه­ حرارت نرخ از دست­دهی مواد آلی لاشبرگ­ها نه تنها کاهش نیافته بلکه افزایش معنی­داری (مخصوصاً در دو ماه اول انکوباسیون) نسبت به طبقات ارتفاعی پایین داشته است. همچنین در پایان دورۀ زمان مورد بررسی تنها اثر متقابل ارتفاع و نوع لاشبرگ توانسته بود مقدار تجزیه لاشبرگ­ها را تحت تأثیر قرار بدهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Evaluation of the Space-For-Time approach to study of the effects of temperature increasing on the leaf litter decomposition

نویسندگان [English]

  • Sanaz Ramezani 1
  • Farhad Ghasemi Aghbash 2
1 MSc. Student of Forestry, Department of Nature Engineering, Faculty of Natural Resources and Environment, Malayer University, Malayer, I. R. Iran
2 Assistant Professor, Department of Nature Engineering, Faculty of Natural Resources and Environment, Malayer University, Malayer, I. R. Iran
چکیده [English]

Background and objectives: In forest ecosystems, the decomposition of leaf litter is one of the most important ways of entering nutrients into the soil, and the availability of soil nutrients is largely due to the dynamics of nutrients and leaf litter decomposition in the forest. Decomposition of dead leaves enables important ecological functions and affects the composition of the internal nutrients of trees. Decomposition processes influence the formation of soil organic carbon stocks. It is necessary to understand how climate change and global warming affect the decomposition process and thus the amount of carbon stored in the soil. The space-for-time (SFT) approach makes it possible to compare litter decomposition in current conditions and at different altitude levels, and to investigate the effects of increased temperature on litter decomposition. The present research was conducted with the aim of investigating the effects of increasing or decreasing temperature on the decomposition rate of leaf litters in pure and mixed states.
Methodology: In the present research, by using the space-for-time approach, the decomposition rate of leaf litters (in two pure and mixed states) in three tree species (Quercus brantii, Celtis australis and Pistacia atlantica) was carried out in three altitude classes of 750, 900 and 1050 meters in the forests of Dareh Shahr. The forests of this region have relatively severe topography and have mountains and hills with steep and smooth slopes, and there are rocky outcrops in many parts of it. The average height of the area is 1200 meters and the average slope is 15%. The average annual temperature is 21.40°C and the average annual precipitation in this region is 426.3 mm. The climate type of the studied area is semi-humid. To achieve the objectives of the research, the leaf litter of the studied species were randomly and manually collected from the forest floor in the fall season of 2020. After preparing litter bags, a number of 243 single-pocket and double-pocket litter bags were installed on the mineral soil at the litter collection sites and during 180 days with intervals of 30, 60 and 180 days and the decomposition rate of the leaf litters were measured. In order to measure the decomposition rate of the leaf litters, the primary and secondary weight of the leaf litter was recorded and the weight loss of the leaf litter was calculated through the weight relationships. To determine the initial quality of leaf litters, the nutritional elements of leaf litters such as nitrogen, carbon, phosphorus, calcium, potassium and magnesium were measured.
Results: Based on the results, it was found that the studied leaf litters are similar in terms of magnesium, phosphorus and nitrogen concentrations. Quercus brantii leaf litters had the highest amount in terms of potassium and carbon concentrations. Also, Celtis australis leaf litters had the highest amount in terms of calcium concentration. The quality ratio of C:N in Celtis australis litter was low, this issue shows the high quality of this leaf litter. The results showed that in the studied time periods, litter type, height above sea level (except for the period of 180 days) and the interaction effects of litter type and height had significant effects on decomposition rate, so that increasing the altitude above sea level has led to further decomposition process. Based on the findings of the research, it was found that in the period of 30 days, the highest amount of decomposition related to the combined treatments of Celtis australis (Celtis australis+Pistacia atlantica) and Quercus brantii (Quercus brantii + Celtis australis) (14.61% and 14.40% respectively) at the height of 1050 meters and the lowest was related to the treatment of Pistacia atlantica (4.52%) at the height of 750 meters. In the period of 60 days, the highest amount of decomposition rate was observed in the combined treatment of Celtis australis (Pistacia atlantica + Celtis australis) at the height of 1050 meters (15.41%) and the lowest amount of mass loss was observed in the treatment of Pistacia atlantica at the height of 750 meters (5.31%). Also, at the end of the incubation period, the highest amount of decomposition rate belongs to the combined treatment of Celtis australis (Celtis australis+Pistacia atlantica) at the height of 1050 meters (16.12%) and the lowest is related to the pure leaf litter of Pistacia atlantica at the height of 750 meters (10.12%).
Conclusion: In general, based on the findings of this research, with the increase in altitude above the sea level, the rate of mass loss not only did not decrease, but also increased significantly (especially in the first two months of incubation) compared to the lower altitude classes. Also, at the end of the study period, only the interaction of height and type of litter was able to affect the amount of decomposition of litter.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Altitudinal gradient
  • litterbag
  • Mass loss
  • Temperature
  • Zagros forests
Berg, B.; McClaugherty, C. Plant litter: Decomposition, Humus Formation, Carbon Sequestration. 4th ed.; Springer Nature: Cham, Switzerland, 2020; p 332.
Berger, T.W.; Duboc, O.; Djukic, I.; Tatzber, M.; Gerzabek, M.H.; Zehetner, F., Decomposition of beech (Fagus sylvatica) and pine (Pinus nigra) litter along an Alpine elevation gradient: Decay and nutrient release. Geoderma 2015, 251-252, 92-104.
Bohara, M.; Yadav, R.K.P.; Dong, W.; Cao, J.; Hu, C., Nutrient and Isotopic Dynamics of Litter Decomposition from Different Land Uses in Naturally Restoring Taihang Mountain, North China. Sustainability 2019, 11, 1752.
Bohara, M.; Acharya, K.; Perveen, S.; Manevski, K.; Hu. C.; Yadav, R.K.P.; Shrestha, K.; Li, X., In situ litter decomposition and nutrient release from forest trees along an elevation gradient in Central Himalaya. Catea 2020, 194, 104698
Cotrufo, M.F.; Wallenstein, M.D.; Boot, C.M.; Denef, K.; Paul, E., The Microbial Efficiency-Matrix Stabilization (MEMS) framework integrates plant litter decomposition with soil organic matter stabilization: do labile plant inputs form stable soil organic matter? Global Change Biology 2013, 19, 988-995.
Dinakaran, J.; Chandra, A.; Chamoli, K.P.; Deka, J.; Rao, K.S., Soil organic carbon stabilization changes with an altitude gradient of land cover types in central Himalaya, India. Catea 2018, 170, 374-385.
 Faber, J.; Quadros, A.F.; Zimmer, M., A Space-For-Time approach to study the effects of increasing temperature on leaf litter decomposition under natural conditions. Soil Biology and Biochemistry 2018, 123, 250-256.
Gavazov, K.; Mills, R.; Spiegelberger, T.; Lenglet, J.; Buttler, A., Biotic and Abiotic Constraints on the Decomposition of Fagus sylvatica Leaf Litter Along an Altitudinal Gradient in Contrasting Land-Use Types. Ecosystems 2014, 17, 1326-1337.
Hättenschwiler, S.; Bretscher, D., Isopod effects on decomposition of litter produced under elevated CO2, N deposition and different soil types. Global Change Biology 2001, 7, 565-579.
Izadi, M.; Habashi, H.; Shayanmehr, M.; Rahmani, R.; Rafiee, F., Effect of simulation of throughfall exclusion and increasing ambient temperature on the litter decomposition rate of hornbeam and chestnut-leaved oak species. Forest Research and Development 2022, 8 (1), 1-11. (In Persian).
Kara, O.; Bolat, I.; Cakıroglu, K.; Senturk, M., Litter decomposition and microbial biomass in temperate forests in Northwestern Turkey. Journal of Soil Science and Plant Nutrient 2014, 14 (1), 31-41.
Kianmehr, A.; Hojjati, S.M.; Koch, Y.; Ghasemi Aghbash, F., Effect of canopy composition on litterfall rate, respiration and some Soil properties in pure and mixed stands of beech and hornbeam. Forest Research and Development 2019, 5 (3), 373-386. (In Persian).
Kirwan, M.L.; Blum, L.K., Enhanced decomposition offsets enhanced productivity and soil carbon accumulation in coastal wetlands responding to climate change. Biogeosciences 2011, 8 (4), 987-993.
Krishna, M.P.; Mohan, M., Litter decomposition in forest ecosystems: a review. Energy, Ecology and Environment 2017, 2 (4), 236-249.
Moslehi, M.; Habashi, H.; Rahmani, R.; Saghebtalebi, Kh., Relationship between soil organic carbon pool and some site variables in the mixed beech-hornbeam stand. Forest Research and Development 2018, 3 (4): 329-342. (In Persian).
Patoine, G.; Thakur, M.P.; Friese, J.; Nock, C.; Honing, L.; Haase, J.; Scherer-Lorenzen, M.; Eisenhauer, N., Plant litter functional diversity effects on litter mass loss depend on the macro-detritivore community. Pedobiologia 2017, 65, 29-42.
Paudel, E.; Dossa, G.G.o.; de Ble´court, M.; Beckscha¨ fer, P.; Xu, J.; Harrison, R.D., Quantifying the factors affecting leaf litter decomposition across a tropical forest disturbance gradient. Ecosphere 2015, 6 (12), 1-20.
Petraglia, A.; Cacciatori, C.; Chelli, S., Litter decomposition: effects of temperature driven by soil moisture and vegetation type. Plant Soil 2019, 435, 187-200.
Risch, A.C.; Jurgensen, M.F.; Frank, D.A., Effects of grazing and soil micro-climate on decomposition rates in a spatio-temporally heterogeneous grassland. Plant and Soil 2007, 298, 191-201.
Rouifed, S.; Handa, I.T.; David, J.F.; Hättenschwiler, S., The importance of biotic factors in predicting global change effects on decomposition of temperate forest leaf litter. Oecologia 2010, 163, 247-256.
Salamanca, E. F.; Kaneko, N.; Katagiri, S., Rainfall manipulation effects on litter decomposition and the microbial biomass of the forest floor. Applied Soil Ecology 2003, 22 (3), 271-281.
Vesterdal, L.; Schmidt, I.K.; Callesen, I.; Nilsson, L.O.; Gundersen, P., Carbon and nitrogen in forest floor and mineral soil under six common European tree species. Forest Ecology and Management 2008, 255, 35-48.
Zhang, Y.; Penning, S.C.; Liu, Z.; Li, B.; Wu, J., Consistent pattern of higher lability of leaves from high latitudes for both native Phragmites australis and exotic Spartina alterniflora. Functional Ecology 2021, 39 (9), 2084-2093.
Zhang, D.; Hui, D.; Luo, Y.; Zhou, G., Rates of litter decomposition in terrestrial ecosystems: global patterns and controlling factors. Journal of Plant Ecology 2008, 1, 85-93.
Zhou, S.; Butenschoen, O.; Barantal, S.; Handa, I.T.; Makkonen, M.; Vos, V.; Aerts, R.; Berg, M.P.; McKie, B.; Van Ruijven, J.; Hättenschwiler, S.; Scheu, S., Decomposition of leaf litter mixtures across biomes: The role of litter identity, diversity and soil fauna. Journal of Ecology 2020, 108, 2283-2297.
Zhu, J.X.; Hu, X.Y.; Yao, H.; Liu, G.H.; Ji, C.J.; Fang, J.Y., A significant carbon sink in temperate forests in Beijing: based on 20-year field measurements in three stands. Science China Life Sciences 2015, 58, 1135-1141.