اثر اجرای شیوه جنگل‌شناسی تک‌گزینی بر شاخص کیفیت خاک در جنگل‌های هیرکانی

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

2 - استاد گروه علوم و مهندسی جنگل، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران.

3 دانش‌آموخته دکتری، گروه علوم و مهندسی جنگل، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری

4 دانش‌آموخته دکتری، گروه جنگلشناسی و اکولوژی جنگل، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

چکیده

مقدمه و هدف: جنگل‌های هیرکانی به‌عنوان یکی از مهم‌ترین جنگل‌های پهن‌برگ نیمکره شمالی، با قدمتی بیش از چند میلیون سال، نقشی اساسی در حفاظت از تنوع زیستی، تنظیم چرخه‌های زیست‌محیطی و ارائه خدمات اکوسیستمی ایفا می‌کنند. این جنگل‌ها به‌ویژه در ناحیه شرقی خود، در معرض فشارهای ناشی از بهره‌برداری ناپایدار، تغییرات اقلیمی و کاهش کیفیت زیستگاه‌ها قرار دارند. در میان اجزای مختلف اکوسیستم جنگل، خاک به‌عنوان بستر اصلی چرخه‌های بیولوژیکی و شیمیایی، جایگاه ویژه‌ای در پایداری اکولوژیکی دارد. کیفیت خاک به‌عنوان شاخصی ترکیبی، توانایی خاک در انجام عملکردهای زیستی، شیمیایی و فیزیکی را نشان می دهد. از این‌رو، ارزیابی شاخص کیفیت خاک (Soil Quality Index - SQI) می‌تواند ابزار مؤثری برای تحلیل تأثیر اقدامات مدیریتی بر پایداری جنگل باشد. هدف اصلی این پژوهش بررسی اثر اجرای شیوه جنگل‌شناسی تک‌گزینی بر ویژگی‌های فیزیکی، شیمیایی، زیستی خاک و شاخص کیفیت خاک در بخش شرقی جنگل‌های هیرکانی است.
مواد و روش‌ها: مطالعه حاضر در منطقه جنگلی خلیل‌شهر واقع در شرق استان مازندران انجام شد. این منطقه شامل دو منطقه مدیریتی مجزا است: 1) منطقه تحت مدیریت به شیوه تک‌گزینی (Single-tree Selection) و 2) منطقه شاهد فاقد بهره‌برداری. نمونه‌برداری خاک از عمق ۰ تا ۱۰ سانتی‌متر در قالب طرح کاملاً تصادفی در هر منطقه صورت گرفت. در مجموع 20 نمونه خاک از هر منطقه برداشت شد. ویژگی‌های فیزیکی خاک شامل بافت (درصد شن، سیلت، رس) و چگالی ظاهری (BD)، ویژگی‌های شیمیایی شامل pH، هدایت الکتریکی (EC)، نیتروژن کل (TN)، فسفر (P)، پتاسیم (K) و کربن آلی (OC)، و ویژگی‌های زیستی شامل نرخ تولید آمونیوم (〖NH〗_4^+) و نیترات (〖NO〗_3^-) با استفاده از روش‌های استاندارد آزمایشگاهی اندازه‌گیری شدند. برای تعیین شاخص کیفیت خاک، از تحلیل مؤلفه‌های اصلی (PCA) جهت انتخاب شاخص‌های کلیدی استفاده شد و سپس شاخص کیفیت خاک با روش شاخص‌سازی وزن‌دار محاسبه شد. برای شناسایی مهم‌ترین عوامل مؤثر بر SQI، مدل خطی تعمیم‌یافته (GLM) اجرا گردید.
یافته‌ها: نتایج نشان داد که مدیریت جنگل به شیوه تک‌گزینی موجب بهبود معنی‌دار برخی از ویژگی‌های خاک نسبت به منطقه شاهد شده است. به‌طور خاص، در منطقه مدیریت‌شده، درصد شن، رطوبت حجمی، pH، هدایت الکتریکی، نیتروژن کل، فسفر، پتاسیم و نرخ تولید آمونیوم به‌طور معنی‌داری افزایش یافته‌اند (سطح معنی‌داری P<0.05). در مقابل، تفاوت معنی‌داری در چگالی ظاهری، کربن آلی و نرخ نیترات‌زایی بین دو منطقه مشاهده نشد. تجزیه مؤلفه‌های اصلی نشان داد که دو مؤلفه اول بیش از ۶۷ درصد واریانس کل را تبیین می‌کنند؛ مؤلفه اول نمایانگر ویژگی‌های حاصلخیزی و کیفیت فیزیکی-شیمیایی خاک بود و مؤلفه دوم به فرآیندهای مرتبط با چرخه نیتروژن مربوط می‌شد. شاخص کیفیت خاک (SQI) در منطقه تحت مدیریت به شیوه تک گزینی، به‌طور معنی‌داری بیشتر از منطقه شاهد بود. نتایج مدل خطی تعمیم‌یافته نشان داد که سه متغیر پتاسیم، چگالی ظاهری و فسفر، به‌ترتیب بیشترین نقش را در تبیین تغییرات SQI داشتند و مدل با ضریب تبیین 87/0 عملکرد مطلوبی در پیش‌بینی شاخص کیفیت خاک داشت.
نتیجه‌گیری کلی: یافته‌های این مطالعه نشان می‌دهد که مدیریت جنگل به شیوه تک‌گزینی، اگر به‌درستی و بر اساس اصول بهره‌برداری پایدار اجرا شود، می‌تواند تأثیرات مثبتی بر ویژگی‌های مهم خاک و در نهایت بر شاخص کیفیت خاک داشته باشد. این امر بیانگر آن است که بهره‌برداری‌های مبتنی بر انتخاب تک درخت، برخلاف برداشت‌های گسترده، توانایی حفظ و حتی بهبود عملکرد زیستی و شیمیایی خاک را دارند. از آن‌جا که خاک عامل کلیدی در پایداری و احیای اکوسیستم‌های جنگلی است، مدیریت صحیح آن می‌تواند در حفظ سلامت اکوسیستم نقش مؤثری ایفا کند. پیشنهاد می‌شود در مطالعات آینده، اثرات بلندمدت این نوع مدیریت بر پویایی کربن و نیتروژن خاک، تأثیر ترکیب گونه‌ای پوشش گیاهی، و نقش تنوع زیستی ریزجانداران خاک بررسی شود. همچنین، بهره‌گیری از مدل‌های پیشرفته برای پیش‌بینی بهتر تغییرات شاخص کیفیت خاک در سطوح مختلف مکانی و زمانی می‌تواند به توسعه راهکارهای مدیریتی دقیق‌تر کمک نماید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Effect of Single-Selection Method on Soil Quality Index in the Hyrcanian Forests

نویسندگان [English]

  • shohreh Kazemi 1
  • Seyed Mohammad Hojjati 2
  • Mahya Tafazoli 3
  • Masoumeh Izadi 4
1 PhD in Forest Soil Science, Department of Silviculture and Forest Ecology, Faculty of Forest Sciences, Gorgan ‎University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran‎
2 Professor, Department of Forest Sciences and Engineering, Faculty of Natural Resources, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University. Iran.
3 PhD in Forest Soil Science, Department of Forest Sciences and Engineering, Faculty of Natural Resources, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University. Iran.
4 PhD in Forest Soil Science, Department of Silviculture and Forest Ecology, Faculty of Forest Sciences, Gorgan ‎University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran‎
چکیده [English]

Introduction and Objectives: The Hyrcanian forests, as one of the most important broadleaf forests in the Northern Hemisphere with a history of millions of years, play a crucial role in biodiversity conservation, regulation of environmental cycles, and provision of ecosystem services. These forests, particularly in their eastern region, are increasingly under pressure from unsustainable exploitation, climate change, and habitat degradation. Among the various components of forest ecosystems, soil holds a vital role in ecological stability, as it forms the main platform for biological and chemical cycles. Soil quality, as a composite indicator, reflects the soil’s ability to perform biological, chemical, and physical functions. Therefore, the assessment of the Soil Quality Index (SQI) can serve as an effective tool to analyze the impacts of forest management practices on forest sustainability. The main objective of this study was to investigate the effect of single-tree selection silvicultural management on the physical, chemical, and biological properties of soil, as well as the Soil Quality Index, in the eastern Hyrcanian forests.
Materials and Methods: This study was conducted in the forest region of Khalilshahr, located in the eastern part of Mazandaran Province, northern Iran. Two distinct management zones were selected: (1) a managed area under the single-tree selection method, and (2) an unmanaged control area without any harvesting operations. Soil sampling was carried out at the 0–10 cm depth using a completely randomized design in each area. A total of 20 soil samples were collected from each site. Soil physical properties included texture (percentages of sand, silt, and clay) and bulk density (BD); chemical properties included pH, electrical conductivity (EC), total nitrogen (TN), phosphorus (P), potassium (K), and organic carbon (OC); and biological indicators included the production rates of ammonium (〖NH〗_4^+) and nitrate (〖NO〗_3^-), all measured using standard laboratory methods. To determine the SQI, Principal Component Analysis (PCA) was used to select key indicators, and the index was then calculated using a weighted additive approach. To identify the most influential variables affecting SQI, a Generalized Linear Model (GLM) was employed.
Results: The results showed that forest management through the single-tree selection method significantly improved several soil properties compared to the control area. Specifically, in the managed area, the percentage of sand, volumetric moisture content, pH, EC, total nitrogen, phosphorus, potassium, and ammonium production rate were significantly higher (P < 0.05). In contrast, no significant differences were observed in bulk density, organic carbon, or nitrate production between the two areas. PCA results revealed that the first two components explained over 67% of the total variance; the first component represented soil fertility and physicochemical quality, while the second was related to nitrogen cycling processes. The Soil Quality Index was significantly higher in the managed area than in the control. The GLM results indicated that potassium, bulk density, and phosphorus were the most influential variables in explaining SQI variation, and the model performed well with a coefficient of determination (R²) of 0.87.
Conclusion: The findings of this study suggest that single-tree selection forest management, when properly implemented based on sustainable harvesting principles, can have positive impacts on key soil properties and ultimately enhance soil quality. This indicates that selective harvesting, unlike large-scale clearcutting, has the potential to maintain or even improve the biological and chemical functioning of the soil. Since soil is a key factor in the sustainability and regeneration of forest ecosystems, its proper management can play a vital role in maintaining ecosystem health. Future studies are recommended to investigate the long-term effects of this type of management on soil carbon and nitrogen dynamics, the influence of vegetation species composition, and the role of soil microbial biodiversity. Additionally, the use of advanced modeling approaches to better predict spatial and temporal variations in SQI can support the development of more precise and adaptive forest management strategies.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Soil biological properties
  • Soil fertility
  • Soil quality
  • Silvicultural method
  • Hyrcanian forests