بررسی قابلیت ترسیب کربن گونه قیچ در خاک مرتع لوچوناسی شهرستان زاهدان

ترسیب مژده شیرزایی ، مهدیه ابراهیمی ، مرتضی صابری

در کشور ایران ۹۰ میلیون هکتار مرتع وجود دارد که قادرند نقش مهمی در فرآیند ترسیب کربن داشته باشند. بهره­ برداری از مراتع در حد توان آن­ها، علاوه­ بر تامین نیازهای انسان، موجب حفظ نقش کارکردی این اکوسیستم­ها خصوصا از نظر ذخیره کربن خواهد شد. در مطالعه حاضر، توان ذخيره كربن گونه­ی قیچ در خاک مراتع لوچوناسی شهرستان زاهدان، استان سیستان و بلوچستان مورد مطالعه قرار گرفت. در منطقه مورد مطالعه ۳ ترانسکت ۱۰۰ متری بطور تصادفی و در طول هر ترانسکت ۴ پلات با فواصل ۲۵ متر، بصورت سیستماتیک مستقر گردید. در ابتدا و انتهای هر ترانسکت یک پروفیل خاک به عمق ۰-۳۰، ۳۰-۶۰ و ۶۰-۹۰ سانتی متر حفر گردید و نمونه‌های خاک جهت اندازه‌گیری ذخیره کربن آلی به آزمایشگاه انتقال یافت. برای تجزیه و تحلیل داده‌ها از نرم افزار  Spss و آزمون تجزیه واریانس یکطرفه و T مستقل استفاده شد. بین مقدار ذخیره کربن آلی خـاك در گونه مورد مطالعه بین عمق‌های مورد بررسی اختلاف معنی‌داري وجود داشت. مقایسه میانگین‌ها نشان داد مقدار ذخیره کربن در عمق اول نسبت به دو عمق دیگر بیشتر بود. بیشترین ذخیره کربن در گونه قیچ در عمق ۰-۳۰ سانتیمتر برابر با ۰۱/۱۴ تن در هکتار بدست آمد.

مقدمه

خاک‌ها نقش عمده‌ای در چرخه‌های بیوژيوشیمیایی شامل هوازدگی، ذخیره عناصر غذایی و کربن، بازی می‌کنند. جهت درک نقش خاک در چرخه جهانی کربن، ایجاد تخمین‌های قابل اعتمادی از مقدار کربن ذخیره شده در خاک و سایر مخازن کربن زمینی از موارد مهم و ضروری به شمار می رود (Stark and Grellmann, 2002).  پالايش كربن با روش‌هاي مصنوعي مثل فيلتر و غیره هزينه‌هاي سنگيني در برداد . لذا به منظور كاهش دي اكسيد كربن اتمسفري و ايجاد تعادل در محتواي گازهاي گلخانه‌اي، كربن اتمسفر مي‌بايست جذب و در فرم‌هاي متعدد ترسيب گردد. ترسيب كربن در زيتوده گياهي و خاك‌هايي كه تحت اين زيتوده هستند ساده‌ترين و به لحاظ اقتصادي، عملي‌ترين راهكار ممكن مي‌باشد (Noel and Bloodworth, 2000).

اکوسیستم­های مرتعی توان بالایی در ترسیب کربن و دارند. زیرا نیمی از خشکی­های کره زمین را در برگرفته­اند (Derner and Schuman, 2007). ترسیب کربن زيستی شامل جذب دی اکسید کربن اتمسفری توسط گیاه و میکروارگانیسم‌ها و تبديل ان به زيست توده و کربن الی يا هوموس می باشد. اراضی مرتعی به دلیل وسعت زياد در جهان قابلیت بالايی در ترسیب کربن دارند. اين موضوع موجب شده که سازمان‌های بین‌المللی مانند فايو اين مناطق را برای اجرای برنامه‌های ترسیب کربن به منظور کاهش گازهای گلخانه‌ای انتخاب نمايند (Lal, 2013). Zhang و همکاران (2016) معتقدند که افزایش میزان گازهای گلخانه­ای و تغییرات آب و هوایی به­طور چشمگیری تحت تاثیر چرخه عناصر غذایی، ذخیره کربن خاک قرار دارند. یکی از شیوه­های پیشنهادی جهت کاهش گازهای گلخانه­ای اتمسفر، افزایش ذخایر کربن در خاک­ به­وسیله گونه­های درختی و درختچه­های مناطق در مناطق خشک و نیمه­خشک است، زیرا خاک­ها دارای حدودا ۷۵ درصد ذخایر کربن در اکوسیستم­های خشکی هستند (سوبانسکی و مارکویس، ۲۰۱۴). ذخیره کربن خاک نقش اساسی در کارکرد اکوسیستم­ها ایفا می­کند و به میزان زیاد تحت تاثیر شرایط منطقه­ای و گونه­های گیاهی قرار میگیرند (ژانگ و همکاران، ۲۰۱۶: باری و همکاران، ۲۰۱۷). به­­طور کلی، از جمله عوامل موثر بر ذخیره کربن در خاک، می­توان عوامل زنده مانند پوشش گیاهی و موجودات خاکزی و عوامل غیرزنده مانند نوع خاک و وضعیت آب و هوا نام برد (وستردال و همکاران، ۲۰۱۳: باری و همکاران، ۲۰۱۷). مایا و همکاران (2009) در مطالعه میزان کربن ذخیره شده در خاک علفزارهای کشور برزیل در سه تیمار علفزار با سیر بهبودیافته، معمولی و قهقرایی، اذعان داشتند که در علفزارهایی با شرایط قهقرا، میزان ترسیب کربن خاک کاهش و در علفزارهایی با شرایط بهبودیافته، میزان ترسیب کربن خاک به­طور چشمگیری افزایش یافته است. کمالی و همکاران (۱۳۹۹) با بررسی اثر سطوح مختلف حفاظتی – مدیریتی مرتع بر توزیع کربن آلی در اجزای اندازه ای خاک در خراسان شمالی به این تنیجه رسیدند که در منطقه حفاظت شده به دلیل چرای متوسطی که توسط حیات وحش و دامهای عشایری صورت می‌گیرد رشد ریشه و افزایش مواد آلی در لایه های زیرین کم و بیشترین مقدار کربن در لایه های سطحی مشاهده شد. در منطقه شکار ممنوع چرای شدید دام باعث کاهش مواد گیاهی و هدررفت زیاد دی اکسید کربن شده و در نتیجه مقدار کربن در کمترین حد می باشد. سوری و همکاران (۱۳۹۸) توان ذخیره کربن گونه درمنه تحت تاثیر قرق در منطقه کلات سادات آباد شهرستان سبزوار را بررسی کردند. نتایج نشان داد در هر دو عمق تحت مطالعه، منطقه قرق نسبت به منطقه تحت چرا، ذخیره کربن بیشتری داشت. کولاچی  (۲۰۱۱)، بيان كرد كه اجراي صحيح پروژه‌هاي اصلاحي، باعث افزايش ذخيره كربن در خاك گرديده است. همچنين وي اظهار كرد كه در صورت مديريت اراضي مرتعي، زراعي و جنگلي، در ۳۰ سال آينده اين اراضي توانايي جذب ۳۰۰ هزار تا ۶۰۰ هزار ميليون تن كربن را خواهند داشت. سان و همکاران (۲۰۱۰) به بررسی و مقایسه تغییرات کربن خاک بر مبنای داده‌های استخراج شده از ۱۴۶ پروژه منتشر شده در رابطه با ترسیب کربن در اراضی مرتعی چین پرداختند. نتایج آنها نشان می دهد که میزان کربن آلی خاک در مناطق شمالی و شرقی چین بیشتر افزایش می یابد. همچنین تراکم کربن آلی در ۳۰ سانتیمتر سطح خاک ۳۶/۳ مگاگرم در هکتار از سال ۱۹۸۰ تا ۲۰۰۰ منجر شده بود و بطور کلی آنها توان ترسیب کربن در چین را ۲-۵/۲ پیکوگرم ارزیابی کردند که تا سال ۲۰۵۰ قابل ارزیابی است.

افزايش ذخيره كربن خاك به افزايش توليد، بهبود حاصلخيزي خاك، افزايش نگهداري اب در خاك و جلوگيري از فرسايش ابي و بادي منتهي مي‌شود. دستيابي به افزايش ذخيره كربن به عنوان روش مناسبي براي كاهش تراكم دي اكسيد كربن اتمسفري مي‌باشد. داشتن اطلاعات در مورد ميزان ترسيب كربن در اكوسيستم‌هاي خشكي  مي‌تواند يكي از مهمترين منابع براي اكولوژيستها بمنظور مديريت، برنامه‌ريزي و مهار بحران زيست‌محيطي مذكور محسوب شود (Attaeian, 2016).

مراتع توان قابل توجهی در ذخیره کربن اتمسفری دارند که مرتع لوچوناسی شهرستان زاهدان نیز از این قاعده مستثنی نیست. خشکسالی­های اخیر منطقه، خاک تخریب یافته، پیدایش پایه­های Peganum Harmala (که نشانه سیر قهقرایی یک مرتع است) در برخی نقاط این مرتع و عدم انجام عملیات اصلاحی و احیایی بیانگر این است که در گذشته پوشش گیاهی مرتع از شرایط بهتری برخوردار بوده است. باتوجه به وجود کارخانه‌های صنعتی و صنایع آلاینده در حاشیه شهر زاهدان و همچنین اهمیت و حساسیت موضوع تغییر اقلیم و گرمایش جهانی و نقش اکوسیستم­های مرتعی در کنترل این معضل جهانی، معرفی گونه مناسب براساس توان ترسیب کربن جهت اصلاح و توسعه مراتع منطقه امری ضروری به نظر می­رسد. لذا اين تحقيق با هدف بررسي توان ذخيره كربن در گونه قیچ در عمق‌هاي مختلف خاک در منطقه لوچوناسی شهرستان زاهدان انجام گردید.

 مواد و روشها

معرفی منطقه مورد مطالعه

محدوده مورد مطالعه بخشی از مرتع لوچو ناسی شهرستان زاهدان استان سیستان و بلوچستان می‌باشد، که در محدوده جنوب شرق کشور و فاصله ۱۷ کیلومتری شهرستان زاهدان قرار دارد و موقعیت جغرافیایی آن ۶۰ درجه و ۴۴ دقیقه تا ۶۰ درجه و ۴۶ دقیقه طول شرقی و ۲۹ درجه و ۱۵ دقیقه تا ۲۹ درجه و ۱۷ دقیقه عرض شمالی شهرستان زاهدان است. مساحت مرتع مورد نظر 2081/10994 هکتار می‌باشد. متوسط ارتفاع جغرافیایی آن ۱۶۵۰ متر از سطح دریا است. این مرتع مورد مطالعه بخشی از حوزه آبخیز منزلاب است (شکل۱). از نظر آب و هوایی این منطقه جزء ناحیه ایران-تورانی و دارای اقلیم سرد خشک می­باشد. به علت وجود سرما در طول پاییز و تا اواسط اسفند تقریبا همه گیاهان منطقه به صورت خشك بوده واز اواسط اسفند و اوایل فروردین رویش گیاهی شروع می­شود. عناصر گیاهی حوزه با توجه به بارندگی، دما و سایر عوامل اقلیمی از گیاهان منطقه رویشی استپی تشکیل شده است (سازمان جنگل­ها، مراتع و آبخيزداری،۱۳۹۰).

شکل ۱- موقعیت جغرافیایی منطقه مورد مطالعه

روش تحقیق

نمونه‌برداری در اردیبهشت‌ماه (با توجه به رشد پوشش گیاهی منطقه مورد مطالعه) انجام شد. در ابتدا با توجه به اطلاعات موجود در مورد کاشت گونه‌های مورد مطالعه و بازدید میدانی، محدوده مورد مطالعه که کاشت گونه‌ی قیج صورت گرفته تعیین شد. . در منطقه مورد مطالعه ۳ ترانسکت ۱۰۰ متری بطور تصادفی و در طول هر ترانسکت ۴ پلات با فواصل ۲۵ متر، بصورت سیستماتیک مستقر گردید. به‌منظـور تعیـین میـزان کربن  ذخیره شده در خاك، در ابتدا و انتهای هر ترانسکت بعد از کنار زدن لاشبرگ­ها، تعداد ۶ پروفیل ۹۰ سانتیمتري حفر گردید و میزان کافی خاك از سه عمق 30-0 و 60-30 و 90-60 سانتیمتري جمع­آوري و به آزمایشگاه انتقال یافت. در مجموع 18 نمونه خاك برداشت شد. نمونه‌های خاک پس از خشک شدن در آون، از الک ۲ میلی‌‌متری عبور داده شدند. ذخیره کربن آلی با استفاده از رابطه 1 و ذخیره نیتروژن خاک با استفاده از رابطه 2 (Morisada et al, 2004) به­دست آمد.

CP^[1] وNP^[2] به ترتیب میزان ذخیره کربن آلی و نیتروژن کل خاك (kg m^-2) ، TN^[3]و SOC^[4] به ترتیب غلظت کربن آلی نیتروژن کل خاك (g kg^{– 1})، BD^[5]  وزن مخصوص ظاهري خاك (mg m^–3) و D^[6] عمق نمونه برداری (m) می­باشد. براي بيان ميزان كربن ذخيره‌اي در واحد سطح و عمق خاص بايد جرم مخصوص ظاهري اندازه‌گيري شود. جرم مخصوص ظاهري از روش كلوخه تعیین شد (Derner, J.D. and Schuman, G.E., 2007).

نتایج

اماره‌های حاصل از بررسی خصوصیات خاک در عمق‌های متفاوت رویشگاه Zygophyllum atriplicoides در جدول (۱) امده است. نتایج نشان می‌دهد مقادیر کربن الی در عمق‌های مورد مطالعه تفاوت معنی‌داری در سطح یک درصد اماری، و جرم مخصوص ظاهری در سطح ۵ درصد اماری دارند.

جدول ۱- نتایج تجزیه واریانس صفات اندازه‌گیری شده خاک در عمق­های متفاوت رویشگاه Zygophyllum atriplicoides

* ، ** و ns به­ترتیب تفاوت عدم معنی داری، معنی­دار در سطح احتمال پنج و یک درصد

مقایسه میانگین‌ها نشان می‌دهد بیشترین مقدار کربن الی در رویشگاه Zygophyllum atriplicoides از نمونه‌های حاصل از عمق ۰-۳۰ سانتی متر برابر با  ۲۷/۰ حاصل شد که تفاوت معنی داری با دو عمق دیگر داشت.  کمترین کربن الی خاک در عمق ۹۰-۶۰ سانتی متر به ترتیب ۱۶/۰ درصد حاصل شد. بیشترین میزان جرم مخصوص ظاهری را عمق ۳۰-۰ سانتی متری برابر با 1/9  گرم بر سانتی‌متر مکعب به خود اختصاص داد. با توجه به نتایج بافت خاک در هر سه عمق مورد مطالعه شنی لومی بود (جدول ۲).

جدول ۲- نتایج مقایسه میانگین خصوصیات خاک در عمق­های متفاوت رویشگاه Zygophyllum atriplicoides

حروف متفاوت در هر ستون نشان­­دهنده تفاوت معنی­داری بین عمق­های نمونه­برداری است (5٪P<). (داده­ها± اشتباه از معیار)

نتایج تجزیه و تحلیل اماری نشان داد بین فاکتور ذخیره کربن و نیتروژن خاک در عمق‌های ۰-۳۰، ۳۰-۶۰ و ۶۰-۹۰ سانتی متر رویشگاه قیچ تفاوت معنی‌داری در سطح یک درصد اماری وجود دارد (جدول 3). مقایسه میانگین‌ها نشان می‌دهد مقدار ذخیره و نیتروژن الی و کربن الی خاک به ترتیب در عمق اول (۰-۳۰ سانتی متر) برابر با ۳۸/۱ و ۰۱/۱۴ تن در هکتار و بیشتر از دو عمق دوم و سوم بود. همچنین کمترین مقدار ترسیب کربن در عمق ۳۰-۶۰ سانتی متر خاک در رویشگاه گونه قیچ بدست آمد (جدول 4).

جدول 3- نتایج تجزیه واریانس مقادیر ذخیره کربن و نیتروژن خاک در عمق­های متفاوت رویشگاه  Zygophyllum atriplicoides

** تفاوت معنی­دار در سطح احتمال یک درصد

جدول 4- نتیجه مقایسه میانگین مقادیر ذخیره کربن آلی و  نیتروژن آلی خاک رویشگاه Zygophyllum atriplicoides

 بحث و نتیجه گیری

در بررسی اثر عمق بر میزان افزایش ترسیب کربن نیز مشاهده شد که با افزایش عمق، میزان ترسیب کربن به شدت کاهش یافت. که با نتایج سوری و همکاران (۱۳۹۸)، کمالی و همکاران (۱۳۹۹)، سان و همکاران (۲۰۱۰)  و ریس (۲۰۰۰) مطابقت دارد. بالا بودن مقدار کربن ترسیب شده در عمق ۰- ۳۰ سانتیمتر می‌تواند به این دلیل باشد که، عمده مواد الي خاك، مربوط به تجزيه ريشه‌هاي مرده و همچنين تبديل بيوماس ميكروبي، به مواد الي در این عمق قرار دارد Ghasemi Nejad Raeeni و Sadeghi (۲۰۱۸) در مطالعه قابلیت ترسیب کربن در اندام­های مختلف و خاک زیر اشکوب گونه­های قیچ (Z. atriplicoides) و گروج (Gymnocarpus decander) دریافتند که بیشترین میزان ترسیب کربن مربوط به عمق 15-0 سانتی­متر خاک بود.. بالا بودن مقدار کربن ترسیب شده در عمق ۰- ۳۰ سانتیمتر می‌تواند به این دلیل باشد که، عمده مواد الي خاك، مربوط به تجزيه ريشه‌هاي مرده و همچنين تبديل بيوماس ميكروبي، به مواد الي در این عمق قرار دارد (Dianatitilki et al., 2009). همچنين، بيشتر بودن ميزان ذخيره كربن در عمق ۰-۳۰ سانتیمتر منطقه مي‌تواند به اين علت باشد كه جرم مخصوص ظاهري عمق ۰-۳۰ سانتی متر خاك منطقه بيشتر از وزن ظاهري عمق ۳۰-۶۰ و ۶۰-۹۰ سانتی متر بود.  وزن مخصوص ظاهري خاك يك مشخصه نسبي است كه در براورد مقدار ذخيره كربن خاك، نقش مهمي دارد (Hill et al., 2003). به طوري كه جهت براورد كربن در حجم مشخصي از خاك، خاكي كه داراي وزن مخصوص ظاهري بيشتري است، محتواي كربن الي بيشتري را هم دارد. در واقع وزن مخصوص ظاهري، شامل وزن ذرات جامد خاك به علاوه املاح موجود در خلل و فرج خاك است (Hernandez et al., 2004). مکنزي و همکاران (۲۰۰) در تحقیقات خود بیان کردند که وزن مخصوص ظاهري خاك یکی از عوامل مهم براورد ظرفیت ترسیب کربن خاك می‌باشد.

بطور كلي مي‌توان نتيجه گرفت كه گونه‌هاي گياهي غالب در هر منطقه به دليل برخورداري از سطح گسترش بيشتر، نقش مهمی را در ذخيره كربن رويشگاه‌ها ايفا مي‌كنند. با توجه به اهمیت فرايند ترسیب کربن مراتع در تعديل گازهای گلخانه‌ای و کاهش دمای زمین و با درنظر گرفتن رتبه هفتم ايران در انتشار گاز دی اکسید کربن در جهان، می‌بایست با شناخت گونه‌های مرتعی با قابلیت زياد جهت ترسیب کربن، به اصلاح و احیای اراضی مرتعی کل کشور اقدام نمود.

منابع

سازمان جنگلها ، مراتع و آبخيزداری، (۱۳۹۰). مطالعات تفصيلی_ اجرایی آبخيزداری حوزه منزلاب شهرستان زاهدان. اداره کل منابع طبيعی و آبخيزداری استان سيستان و بلوچستان.

سوری، م.، فیاض، م.، کمالی، ن.، ناطقی، س. و عشوری، پ. (۱۳۹۸). توان ذخیره کربن گونه درمنه دشتی تحت تاثیر قرق( کلات سادات آباد شهرستان سبزوار. مجله پژوهش های گیاهی (مجله زیست شناسی ایران)، ۳۲(۴): ۱-۱۰.

کمالی، ن.، سوری، م.، افتخاری ع. و عشوری پ. (۱۳۹۹). اثر سطوح مختلف حفاظتی-مدیریتی مرتع بر توزیع کربن آلی در اجزا اندازه‌های خاک. نشریه علمی مرتع، ۱۴(۱): ۸۵-۹۴.

Attaeian, B. (2016). Estimation of Aboveground Biomass Carbon Sequestration Potential in the Rangeland Ecosystems of Iran. Journal of Ecopersia .4(1); 1283-1294.

Barre, P. and et al. (2017). Geological control of soil organic carbon and nitrogen stocks at the landscape scale. Geoderma, 285,: 50-56.

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

Dianatitilki, GH, Naghipoor borj, A., Tavakkoli, H., Heidarianaghkhani, M. and Saeed afkhamoshoara, M.R. (2009). Effect of enclosure on soil and plant carbon sequestration in semi- arid rangeland of northern Khorasan. Journal of Iranian Range management society, 3, 668-679.

Ghasemi Nejad Raeeni, M. and Sadeghi, H. (2018). Evaluation of carbon sequestration in soil and plant organs of Zygophyllum atriplicoides and Gymnocarpus decander (Case study: Saleh-Abad, Hormozgan).Iranian Journal of Range and Desert Research.Volume 24 :699-707..

Hernandez, R., Koohafkan, P. and Antoine, J. (2004). Assessing Carbon Stocks and modeling win- win Scenarios of carbon sequestration through land-usevhange, 166p.

Hill, M.J., Braaten, R. and McKeon, G.M. (2003). A scenario calculator for effects of grazing land management on carbon stocks in Australian rangelans, Environmental Modeling & Software Volume 18(7), 644-672.

Kolahchi, N. (2011). Carbon sequestration, in rangeland ecosystems. Journal of Sonboleh, Natural resource Section, 210: 38-42.

Lal, R. (2013). Soil carbon sequestration. scs2013 – soil carbon sequestration, for climate, food security and ecosystem services. international conference Reykjavik, ICELAND, May 26- 29 May 2013.p.6

Maya, P., Holmgren, P., Achard, F., Eva, H., Stibig, H., Branthomme, A. (2009). Tropical forest cover change and options for future monitoring. Philosophical Transactions of the Royal Society of London B 360, 373 384.

Mckenzie N, Ryan P, Fogarty P and Wood J. (2000). Sampling measurement and analytical protocols for carbon sequestration in soil, litter and coarse woody debris. National Carbon Accounting System, Technical Report no. 14p.

Noel, D. and Bloodworth, H. (2000). Global climate change and effect of conservation practices in USA griculture, Global of Environmental Change, 10(6): 197-209.

Sobanski., N. Marques, M. (2014). Effects of soil characteristics and exotic grass cover on the forest restoration of the Atlantic Forest region. Journal for Nature Conservation, 22, 217-222..

Stark., S. Grellmann. D. (2002). Soil microbial responses to herbivory in an arctic tundra heath at two levels of nutrient availability. Ecology, 83:2736-2744.

Sun, W., Huang, Y., and Zhang, W., Yu, Y. 2010. Carbon sequestration and its potential in agricultural soils of China, Global Biogeochem. Cycles, 24, 76-88.

Vesterdal., L. Clarke., N. Sigurdsson., B.D. Gundersen. P. (2013). Do tree species influence soil carbon stocks in temperate and boreal forests? Forest Ecology and Management, 309, 4-18.

Zhang., X. Xu., M. Sun., N. Xiong., W. Huang., S. Wu. L. (2016). Modelling and predicting crop yield, soil carbon and nitrogen stocks under climate change scenarios with fertiliser management in the North China Plain. Geoderma, 265, 176- 186.

مطلب مرتبط

بانک مقالات محیط زیست