مدیریت اکوسیستم‌های طبیعی

مدیریت اکوسیستم‌های طبیعی

ذخیره کربن آلی در مراتع کوهستانی تحت تاثیر شرایط متفاوت مدیریتی مرتع (مطالعه موردی: منطقه خامسان، سنندج)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 استادیار، گروه مهندسی طبیعت، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، دانشگاه ملایر، ملایر، ایران.
2 دانش‌آموخته کارشناسی‌ارشد، گروه مهندسی طبیعت دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، دانشگاه ملایر، ملایر، ایران.
3 دانشیار، گروه مهندسی احیاء مناطق خشک و کوهستانی، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران، تهران، ایران.
چکیده
افزایش و ذخیره کربن آلی در اکوسیستم‌های مرتعی به‌عنوان ترسیب کربن شناخته می‌شود، که یکی از راه حل‌های اصلی کاهش غلظت دی‌اکسیدکربن اتمسفری است. هدف این مطالعه ارزیابی ذخیره کربن در سیستم گیاه-خاک در مراتع تحت شرایط متفاوت مدیریتی شامل قرق، چرا، کودپاشی و بذرپاشی است. تعداد 24 نمونه‌ خاک سطحی، 20 نمونه لاشبرگ و زی‌توده گیاهی (هوایی و زیرزمینی) با استفاده از طرح تصادفی سیستماتیک در شرایط مدیریتی مختلف در زیرحوزه خامسان در بهار 1393 جمع‌آوری شدند. میزان کربن آلی خاک و بافت گیاهی به‌ترتیب با استفاده از روش والکی-‌بلک و احتراق در کوره الکتریکی اندازه‌گیری شد. نتایج نشان داد شیوه‌های مدیریتی اثر معنی‌داری بر روی مقدار کربن آلی زی‌توده هوایی، زیرزمینی، مقدار لاشبرگ و خاک دارند (0/0001p≤). میانگین ذخیره کربن آلی خاک به ترتیب111/2تن در هکتار در مدیریت قرق، 85/5 تن در هکتار در مدیریت چرا، 130/5تن درهکتار در مدیریت کود‌پاشی و139/4 تن در هکتار در مدیریت بذر‌پاشی برآورد شد. بیشترین مقدار کربن آلی در زی‌توده هوایی، زیرزمینی و لاشبرگ به ترتیب در مدیریت‌های قرق (تفاوت معنی‌دار با مدیریت‌های بذرپاشی و چرا)، کود‌پاشی (تفاوت معنی‌دار با مدیریت‌های بذرپاشی، قرق و چرا)، و کودپاشی (تفاوت معنی‌دار با مدیریت‌ چرا)، مشاهده شد که میانگین مقدار آنها برابر با 5، 1 و 4 کیلوگرم در هکتار بود. به‌طور کلی بیشترین مقدار کربن آلی در سیستم گیاه-خاک مراتع نیمه‌استپی خامسان تحت مدیریت‌های مختلف به‌ترتیب در خاک، زی‌توده هوایی، لاشبرگ و ریشه مشاهده شد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Organic carbon storage in mountain rangelands under different conditions of rangemanagement (Case study: Khamesan, Sanandaj)

نویسندگان English

Behnaz Attaeian 1
Shima Zandi Manesh 2
Hamed Joneidi Jafari 3
1 Assistant Professor, Nature Engineering, Faculty of Natural Resources and Environment, Malayer University, Malayer, Iran.
2 M.Sc., Nature Engineering, Faculty of Natural Resources and Environment, Malayer University, Malayer, Iran.
3 Associate Professor, Dryland and Desert Rehabilitation, Faculty of Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran.
چکیده English

The increase and storage of organic carbon in rangeland ecosystems, known as carbon sequestration, is a primary approach for reducing atmospheric carbon dioxide concentrations. The aim of this study is to evaluatecarbon storage within the plant-soil system under different management practices, including grazing exclusion, grazing, fertilization, and seeding. 24 samples of surface soil, along with 20 samples of leaf-litter and plant biomass (both aboveground and belowground), were collected using a systematic randomized design under different management conditions in the Khamsan sub-basin in the spring of 2014.The amount of organic carbon in soil and Plant tissue were measured using the Walkley-Black method and combustion in an electric furnace, respectively. The results showed that management methods have a significant effect on the amount of organic carbon in aboveground and belowground biomass, litter, and soil (p ≤ 0.0001). The average soil organic carbon storage was estimated at 111.2 tons per hectare under Exclosure Management, 85.5 tons per hectare under grazing management, 130.5 tons per hectare with Fertilizer management, and 139.4 tons per hectare with seeding management. The highest amount of organic carbon aboveground biomass, belowground biomass, and litter were observed under exclusion management (significant difference compared to seeding and grazing management), fertilization (significant difference compared to seeding, grazing exclusion, and grazing management), and fertilization (significant difference compared to grazing management), respectively, with mean values of 5, 1, and 4 kilograms per hectare. In general, the highest amount of organic carbon in the plant-soil system of the semi-steppe rangelands in Khamsan under various management was observed in soil, aboveground biomass, litter, and root, respectively.

کلیدواژه‌ها English

Carbon Sequestration
Rangeland Management
Litter
Plant Biomass
Soil Surface
اصغر‌نژاد، ل.، و اکبرلو، م. (1392). بررسی اثر قرق بر بازآوری جنسی و بیوماس گونه Puccinella distans (Jucq.) Parl در منطقه تالاب گمیشان. مرتع، 1، 10-1.
اداره منابع طبیعی استان کردستان. (1389). گزارش مطالعات پایه حوزه آبخیز معرف خامسان (استان کردستان)، 98 ص.
ارزانی، ح.، آذرنیوند، ح.، مهربانی، ا. ا.، نیک‌خان، ا.، و فاضل دهکردی، ل. (۱۳۸۷). حداقل مراتع مورد نیاز برای چوپانی در استان سمنان. پژوهش و سازندگی، 74، 113-107.
باغستانی‌میبدی، ن،. زارع، م. ت.، و عبدالهی، ج. (1385). تأثیر قرق بر تغییرات پوشش گیاهی مراتع استپی یزد در دو دهه گذشته 1365-1383. تحقیقات مرتع و بیابان ایران، (4)13، 337-346.
تمرتاش، ر.، یوسفیان، م.، مهدوی، س. خ.، و مهدوی، م. (1391). بررسی اثر قرق بر میزان ترسیب کربن درمنه‌زارها در مناطق خشک استان سمنان. منابع طبیعی ایران، 3، 352-341.
ترکمانی، ف.، پیری‌صحراگرد، ح.، پهلوان‌راد، م. ر.، و نهتانی، م. (1398). تعیین توزیع مکانی کربن آلی خاک و عوامل مؤثر بر آن با استفاده از مدل جنگل تصادفی در حوضه آبخیز راونگ میناب. مهندسی زراعی، (4)42، 104-89.
جعفری حقیقی، م. (1384). روش‌های تجزیه خاک- نمونه‌بـرداری و تجزیه‌های مهم فیزیکی و شیمیایی «با تأکید بر اصـول تئـوری و کاربردی». مازندران: انتشارات ندای ضحی، 236ص.
جعفری، ا.، سفیدی، ح.، و رحیمی، م. (1401). بررسی رابطه تغییرات مکانی ترسیب کربن خاک با عناصر اقلیمی دما و بارش در سال‌های اخیر (منطقه مطالعه حوضه آهنگران). پژوهش‌های تغییرات آب و هوایی، (12)3، 20-1.
جنیدی‌جعفری، ح. (1388). بررسی تأثیر عوامل بوم‌شناختی و مدیریتی بر میزان ترسیب کربن در رویشگاه‌های گونة درمنة دشتی، مطالعة موردی: مراتع استان سمنان، رسالة دکتری، دانشگاه تهران.
روستا، م. ج.، سلیمان‌پور، س. م.، عنایتی، م.، و پاک‌پرور، م. (1400). مقایسه میزان ذخیره‌ی کربن و نیتروژن خاک در دشت گربایگان فسا در دو وضعیت پخش سیلاب و بدون پخش سیلاب. مدیریت حوزه آبخیز، (24)12، 170-181.
فتح العلومی، س.، واعظی، ع.، علوی‌پناه، ک.، و قربانی، ا. (1399). مدل‌سازی تغییرات کربن آلی خاک با استفاده از شاخص‌های سنجش از دور در حوضه آبخیز بالیخلی‌چای اردبیل. تحقیقات آب و خاک ایران، (9)51، 2429-2417.
قیطوری، م.، حشمتی، م.، و پرویزی، ی. (1392). تأثیر چرای شدید دام بر تغییرات کربن آلی خاک در مراتع استان کرمانشاه. جغرافیا و پایداری محیط، (2)3، 18-13.
کمالی، ن.، و صادقی‌پور، ا. (1397). بررسی تاثیر برخی عوامل محیطی بر ذخیره کربن خاک (مطالعه موردی: هشتگرد البرز)، هفتمین کنفرانس ملی مرتع و مرتعداری ایران،  18-19 اردیبهشت 1397، کرج، البرز.
محمودزاده، ح.، متین‌فر، ح. ر.، تقی‌زاده‌مهرجردی، ر. (1399). رقومی‌سازی کربن آلی خاک (مطالعه موردی: شهرستان کامیاران، استان کردستان). مدیریت خاک و تولید پایدار، (4)10، 98-77.
نقی‌پور برج، ع. ا.، دیانتی تیلکی، ق.، توکلی، ح.، و حیدریان آقاخانی، م. (2009). تأثیر شدت چرا بر میزان ترسیب کربن خاک و زیتوده گیاهی در مراتع نیمه‌خشک (مطالعه موردی: مراتع سیساب بجنورد). تحقیقات مرتع و بیابان ایران، (3)16، 385-375.
Akhzari, D., Pessarakli, M., and Eftekhari Ahandani, S. (2015). Effects of grazing intensity on soil and vegetation properties in a Mediterranean rangeland. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 46(22), 2798-2806.
Bar-On, Y. M., Phillips, R., and Milo, R. (2018). The biomass distribution on Earth. Proceedings of the National Academy of Sciences, 115(25), 6506-6511.
Bai, Y., and Li, S. (2022). Growth peak of vegetation and its response to drought on the Mongolian Plateau. Ecological Indicators, 141, 109150.
Benke, K. K., Norng, S., Robinson, N. J., Chia, K., Rees, D. B., and Hopley, J. (2020). Development of pedotransfer functions by machine learning for prediction of soil electrical conductivity and organic carbon content. Geoderma, 366, 114210.
Boone, R. B., Conant, R. T., Sircely, J., Thornton, P. K., and Herrero, M. (2018). Climate change impacts on selected global rangeland ecosystem services. Global Change Biology, 24(3), 1382-1393.
Crank, C., Kuhl, A., Kelley, C., and Merrill, Q. (2024). An investigation of rangeland and pasture soil health and its drivers. Institute of Water Research, Michigan State University.
Cochran, W. G. (1977). Sampling techniques. Johan Wiley & Sons Inc., USA, 442 p.
Davies, B. E. (1974). Loss‐on‐ignition as an estimate of soil organic matter. Soil Science Society of America Journal, 38(1), 150-151.
De Deyn, G. B., Cornelissen, J. H., and Bardgett, R. D. (2008). Plant functional traits and soil carbon sequestration in contrasting biomes. Ecology Letters, 11(5), 516-531.
De Deyn, G. B., and Van der Putten, W. H. (2005). Linking aboveground and belowground diversity. Trends in Ecology & Evolution, 20(11), 625-633.
Derner, J. D., and Schuman, G. E. (2007). Carbon sequestration and rangelands: a synthesis of land management and precipitation effects. Journal of Soil and Water Conservation, 62(2), 77-85.
Fan, S., Tang, Y., Yang, H., and Hu, Y. (2024). Effects of fertilization and planting modes on soil organic carbon and microbial community formation of tree seedlings. Plants, 13(18), 2665.
Feng, H., Guo, J., Peng, C., Kneeshaw, D. D., Roberge, G., Pan, C., Ma, X., Zhou, D., and Wang, W. (2023). Nitrogen addition promotes terrestrial plants to allocate more biomass to aboveground organs: A global meta‐analysis. Global Change Biology, 29, 3970 - 3989.
Ghaemi, M., and Astaraei, A. (2014). Determining soil indicators for soil sustainability assessment using principal component analysis of astan quds- east of mashhad- Iran. Journal of Soil Science and Plant Nutrition, 14, 1005-1020.
Gebremedhn, H. H., Kelkay, T. Z., Tesfay, Y., and Tufa, S. (2024). The effect of customary grazing management systems on rangeland carbon stock and sequestration in semiarid pastoral ecosystems of Eastern Ethiopia. RUFORUM Working Document Series, 19(1), 397-406.
Harrison, K. A., and Bardgett, R. D. (2010). Influence of plant species and soil conditions on plant-soil feedback in mixed grassland communities. Journal of Ecology, 98(2), 384-395.
Helmke, P. A., and Sparks, D. L. (1996). Lithium, sodium, potassium, rubidium, and cesium. Methods of soil analysis: Part 3 chemical methods, 5, 551-574.
Hieroo, J., Branch, L., Villarrel, D., and Clark, K. (2008). Predictive equation for biomass and fuel characteristics of Argentine Shrubs. Journal of Range management, 53(6), 617-621.
IPCC. (2014). Climate Change 2014: The Physical Science Basis. Working Group, I Contribution to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. S. Solomon, D. Qin, M. Manning, M. Marquis, K. Averyt, M.M.B. Tignor, H. L. Miller, Jr., and Z. Chen (Eds.). Cambridge University Press, Cambridge, UK, 996 p.
ILRI, I. (2021). UNEP and ILC. 2021. ILRI, IUCN, FAO, WWF, UNEP and ILC. Rangelands Atlas. Nairobi Kenya: ILRI. 42 p.
Jensen, J. L., Giannini‐Kurina, F., and Eriksen, J. (2024). Similar root and stubble biomass carbon in grass–clover leys irrespective of yield, species composition, sward age, and fertilization. Journal of Plant Nutrition and Soil Science, 187(4), 494-503.
Khan, N., Jhariya, M. K., Raj, A., Banerjee, A., and Meena, R. S. (2021). Soil carbon stock and sequestration: Implications for climate change adaptation and mitigation. In: Jhariya, M.K., Meena, R.S., Banerjee, A. (eds) Ecological Intensification of Natural Resources for Sustainable Agriculture. Springer, 461-489.
Kent, M., and Coker, P. (1992). Vegetation Description and Analysis: A Practical Approach. Wiley-Blackwell. 448 p.
Kim, J., Ale, S., Kreuter, U. P., Teague, W. R., DelGrosso, S. J., and Dowhower, S. L. (2023). Evaluating the impacts of alternative grazing management practices on soil carbon sequestration and soil health indicators. Agriculture, Ecosystems and Environment, 342, 108234.
Lai, L., and Kumar, S. A. (2020). Global meta-analysis of livestock grazing impacts on soil properties. PLoS One, 7,15(8): e0236638.
Lal, R. (2004). Soil carbon sequestration to mitigate climate change. Geoderma, 123: 1-22.
Lam, S. K., Chen, D., Mosier, A. R., and Roush, R. (2013). The potential for carbon sequestration in Australian agricultural soils is technically and economically limited. Science Report, 3(1), 2179.
McSherry, M. E., and Ritchie, M. E. (2013). Effects of grazing on grassland soil carbon: a global review. Global Change Biology, 19, 1347–1357.
McDaniel, M. D., Kaye, J. P., Kaye, M. W., and Bruns, M. A. (2014). Climate change interactions affect soil carbon dioxide efflux and microbial functioning in a post-harvest forest. Oecologia, 174, 1437-1448.
Matula, R., Damborska, L., Nečasová, M., Geršl, M., and Šrámek, M. (2015). Measuring biomass and carbon stock in resprouting woody plants. PloS one, 10(2), e0118388.
FAO. Assessing carbon stock and modelling win-win scenarios of carbon sequestration through land-use changes.By: R. Ponce Hernandez. 2004, 13 P.
Sharp, S. J., Davidson, K. E., Angelini, C., Fischman, H. S., Pennings, S., Fowler, M. S., and Griffin, J. N. (2024). Large grazers suppress a foundational plant and reduce soil carbon concentration in eastern US saltmarshes. Journal of Ecology, 112(11), 2624-2637.
Sun, H., Nelson, M., Chen, F., and Husch, J. (2007). Effect of structural water in clay minerals on the estimation of soil organic matter content by loss-on-ignition analytical method. Geologicagl Society American Denver Annual­ Meeting, 39(6), 218-248.
Taghizadeh-Mehrjardi, R., Schmidt, K., Amirian-Chakan, A., Rentschler, T., Zeraatpisheh, M., Sarmadian, F., and Scholten, T. (2020). Improving the spatial prediction of soil organic carbon content in two contrasting climatic regions by stacking machine learning models and rescanning covariate space. Remote Sensing, 12(7), 1095.
Tessema, Y., Gebremedhn, H. H., Kelkay, T. Z., and Tufa, S. (2024). The effect of customary grazing management systems on rangeland carbon stock and sequestration in semiarid pastoral ecosystems of Eastern Ethiopia. RUFORUM Working Document Series, 19(1), 397-406.
Teague, R., and Kreuter, U. (2020). Managing grazing to restore soil health, ecosystem function, and ecosystem services. Frontiers in Sustainable Food Systems, 4, 534187.
Thomas, S. C., and Martin, A. R. (2012). Carbon Content of Tree Tissues: A Synthesis. Forests, 3, 332-352
Verdoodt, A., Mureithi, S. M., and Van Ranst, E. (2010). Impacts of management and enclosure age on recovery of the herbaceous rangeland vegetation in semi-arid Kenya. Journal of Arid Environments, 74(9), 1066-1073.
Wang, L., and Collins, S. L. (2024). The complex relationship between precipitation and productivity in drylands. Cambridge Prisms: Drylands, 1, e1, 1-5.
Wang, S., Fan, J., Li, Y., and Huang, L. (2019). Effects of grazing exclusion on biomass growth and species diversity among various grassland types of the Tibetan Plateau. Sustainability, 11(6), 1705.
Wan, L., Liu, G., and Cheng, H. (2024). Optimizing grazing exclusion for carbon sequestration in diverse ecosystems. Frontiers in Plant Science, 15, 1123.
Wells, A. J., Harrington, J., and Balster, N. J. (2024). Seeding Density Alters the Assembly of a Restored Plant Community after the Removal of a Dam in Southern Wisconsin, USA. Environments, 11(6), 115.
Wilson, J. B., and Agnew, A. D. (1992). Positive-feedback switches in plant communities. Advances in Ecological Research, 23, 263-336.
Yan, Y., and Lu, X. (2015). Is grazing exclusion effective in restoring vegetation in degraded alpine grasslands in Tibet, China, PeerJ, 3, e1020.
Yang, Z. C., Zhao. N., Huang, F., and Y. Z. LV. (2015). Long-term effects of different organic and inorganic fertilizer treatments on soil organic carbon sequestration and crop yields on the North China Plain. Journal of Soil and Tillage Research, 146, 47-52.
Yang, B. Y., Ali, A., Xu, M. S., Guan, M. S., Li, Y., Zhang, X. N., and Yang, X. D. (2022). Large plants enhance aboveground biomass in arid natural forest and plantation along differential abiotic and biotic conditions. Frontiers in Plant Science, 13, 999793.
Zhu, L., Zhou, X., Liu, W., and Kong, Z. (2023). Total organic carbon content logging prediction based on machine learning: A brief review. Energy Geoscience, 4(2), 100098.
Zhan, Z., and Gifford, R. (2020). Plant community traits respond to grazing exclusion duration in alpine meadow and alpine steppe on the Tibetan Plateau. Frontiers in Plant Science, 13, 863246.
Zhang, Z. C., Liu, Y., Sun, J., and Wu, G. L. (2021). Suitable duration of grazing exclusion for restoration of a degraded alpine meadow on the eastern Qinghai-Tibetan Plateau. Catena 207:105582.
Zhu, L., Cheng, H., and Ma, J. (2024). Phylogenetic diversity drives soil multifunctionality in arid montane forest-grassland transition zone. Frontiers in Plant Science, 15, 1344948.

  • تاریخ دریافت 13 خرداد 1403
  • تاریخ بازنگری 27 آبان 1403
  • تاریخ پذیرش 04 آذر 1403