نیتروژن که یکی از عناصر پر مصرف مورد نیاز گیاهان است، به شکل آلی و معدنی در خاكها وجود دارد. معدنی
شدن نیتروژن در خاكها با تجزیه بقایای آلی و آمونیفیکاسیون آغاز میشود که طی آن نیتروژن موجود در بخش آلی
NH خاك، توسط جمعیتهای هتروتروف خاك به شکل معدنی ( 3
+ ) در میآید. در ادامه روند معدنی شدن نیتروژن، آمونیوم توسط دو گروه از نیتریفیکاتورها به نیترات
NO تبدیل میشود. در مرحله اول، ساخت نیتریت ( 2
- ) توسط نیتروزوموناس اتفاق میافتد و پس از آن نیتروباکتر
نیتریت را به نیترات (
کلمات کلیدی: چرخههای خشک و مرطوب شدن، معدنی شدن نیتروژن، تخریب جنگل و توزیع لاشبرگ در جنگل
) تبدیل میشود و در خاك در حضور آب بهصورت
NH آمونیوم ( 4
NO3- ) تبدیل میکند. فرایندهای معدنی شدن نیتروژن که ناشی از فعالیتهای میکروبی و آنزیم-
های موجود در خاك است، به تنشهای محیطی پاسخ میدهد و بهعنوان شاخص و نشانگر برای کیفیت خاك و
تنشهای محیطی به خاك مورد استفاده قرار میگیرد. چرخههای خشک و مرطوب شدن یکی از مهمترین رخدادهای
رطوبتی خاك است که در اقلیمهای خشک و نیمه خشک رایج میباشد. این چرخهها بر فرایندهای مربوط به معدنی
شدن نیتروژن اثر میگذارند. ریزش نامنظم برگ در زیر تاج پوشش درختان جنگل منجر به توزیع نامنظم مواد آلی در
فواصل متفاوت از تنه درخت در خاك جنگل میشود و از این طریق بر معدنی شدن نیتروژن تاثیر میگذارد. همچنین
تخریب جنگل و تبدیل آن به اراضی دیم میتواند بر فرایند معدنی شدن نیتروژن تاثیر داشته باشد. در این تحقیق اثر
چرخههای خشک و مرطوب شدن بر فرایند معدنی شدن نیتروژن در دو آزمایش جداگانه مورد بررسی قرار گرفت. در
آزمایش اول، تاثیر چرخهها بر خاك جنگل بلوط و جنگل بلوط تخریب شده که به مدت چند دهه تحت کشت دیم
قرار داشته است، مورد بررسی قرار گرفت. در آزمایش دوم، تاثیر چرخهها بر چهار خاك جنگل بلوط با فواصل
3و 4 متر) که از توزیع ناهمگن لاشبرگ برخوردار بودند، مورد بررسی قرار گرفت. برای ،2 ، متفاوت از تنه درخت ( 1
0 ظرفیت نگهداشت آب خاك و دو تیمار نوسان / 0 و 3 / این منظور، چهار تیمار رطوبتی شامل دو تیمار ثابت رطوبتی 5
0 ظرفیت نگهداشت آب خاك، به مدت 90 روز و در دمای 25 درجه سانتیگراد به خاك- /1-0/ 0 و 3 /1-0/ رطوبتی 5
ها اعمال شد. این آزمایش در قالب طرح کاملاً تصادفی و در سه تکرار اجرا شد و پس از دوره انکوباسیون فرایندهای
آمونیفیکاسیون، نیتریفیکاسیون، معدنی شدن نیتروژن و سرعت فرایند آرجینین آمونیفیکاسیون اندازهگیری شد. نتایج
نشان داد که بین تیمارهای رطوبتی در فرایندهای اندازهگیری شده تفاوت معنیدار وجود دارد. در هر دو آزمایش،
0 ظرفیت نگهداشت آب خاك بود /1-0/ بیشترین مقدار فراورده فرایندهای اندازهگیری شده مربوط به تیمار رطوبتی 5
و این نوع از نوسان رطوبتی نهتنها بهعنوان یک تنش برای فرایندهای اندازهگیری شده عمل نکرده است، بلکه افزایش
0 ظرفیت نگهداشت آب خاك، برای /1-0/ در این فرایندها را در پی داشته است. در حالیکه تیمار نوسان رطوبتی 3
فرایندهای آمونیفیکاسیون، نیتریفیکاسیون و معدنی شدن خالص نیتروژن ایجاد محدودیت و تنش کرد. فرایند
آمونیفیکاسیون بیشترین حساسیت و فرایند آرجینین آمونیفیکاسیون کمترین حساسیت را به تیمارهای رطوبتی نشان
دادند. بدین ترتیب بهترین فرایند جهت نمایش تمایز بین تیمارهای رطوبتی، فرایند آمونیفیکاسیون بود که بهخوبی
0 ظرفیت نگهداشت آب خاك را از سایر تیمارهای رطوبتی متمایز ساخت. در آزمایش /1-0/ تیمار نوسان رطوبتی 5
اول، بیشترین مقدار آمونیفیکاسیون در خاك جنگل بلوط و بیشترین مقدار نیتریفیکاسیون و معدنی شدن خالص
نیتروژن در خاك جنگل بلوط تخریب شده مشاهده شد و بین جنگل بلوط و جنگل بلوط تخریب شده در فرایند
آرجینین آمونیفیکاسیون تفاوت معنیدار مشاهده نشد. در آزمایش دوم بیشترین مقدار فراورده فرایندهای اندازهگیری
شده، در نزدیکترین خاك به تنه درخت (موقعیت 1) که دارای بیشترین مقدار مواد آلی نسبت به دیگر خاكها بود،
مشاهده شد

تاثیر چرخه های خشک و مرطوب شدن بر فرایند معدنی شدن نیتروژن در خاك جنگل بلوط

 

نیتروژن که یکی از عناصر پر مصرف مورد نیاز گیاهان است، به شکل آلی و معدنی در خاكها وجود دارد. معدنی شدن نیتروژن در خاكها با تجزیه بقایای آلی و آمونیفیکاسیون آغاز میشود که طی آن نیتروژن موجود در بخش آلیNH خاك، توسط جمعیتهای هتروتروف خاك به شکل معدنی ( 3+ ) در میآید. در ادامه روند معدنی شدن نیتروژن، آمونیوم توسط دو گروه از نیتریفیکاتورها به نیتراتNO تبدیل میشود. در مرحله اول، ساخت نیتریت ( 2- ) توسط نیتروزوموناس اتفاق میافتد و پس از آن نیتروباکترنیتریت را به نیترات (کلمات کلیدی: چرخههای خشک و مرطوب شدن، معدنی شدن نیتروژن، تخریب جنگل و توزیع لاشبرگ در جنگل) تبدیل میشود و در خاك در حضور آب بهصورتNH آمونیوم ( 4NO3- ) تبدیل میکند. فرایندهای معدنی شدن نیتروژن که ناشی از فعالیتهای میکروبی و آنزیم-های موجود در خاك است، به تنشهای محیطی پاسخ میدهد و بهعنوان شاخص و نشانگر برای کیفیت خاك وتنشهای محیطی به خاك مورد استفاده قرار میگیرد. چرخههای خشک و مرطوب شدن یکی از مهمترین رخدادهایرطوبتی خاك است که در اقلیمهای خشک و نیمه خشک رایج میباشد. این چرخهها بر فرایندهای مربوط به معدنیشدن نیتروژن اثر میگذارند. ریزش نامنظم برگ در زیر تاج پوشش درختان جنگل منجر به توزیع نامنظم مواد آلی درفواصل متفاوت از تنه درخت در خاك جنگل میشود و از این طریق بر معدنی شدن نیتروژن تاثیر میگذارد. همچنینتخریب جنگل و تبدیل آن به اراضی دیم میتواند بر فرایند معدنی شدن نیتروژن تاثیر داشته باشد. در این تحقیق اثرچرخههای خشک و مرطوب شدن بر فرایند معدنی شدن نیتروژن در دو آزمایش جداگانه مورد بررسی قرار گرفت. درآزمایش اول، تاثیر چرخهها بر خاك جنگل بلوط و جنگل بلوط تخریب شده که به مدت چند دهه تحت کشت دیمقرار داشته است، مورد بررسی قرار گرفت. در آزمایش دوم، تاثیر چرخهها بر چهار خاك جنگل بلوط با فواصل3و 4 متر) که از توزیع ناهمگن لاشبرگ برخوردار بودند، مورد بررسی قرار گرفت. برای ،2 ، متفاوت از تنه درخت ( 10 ظرفیت نگهداشت آب خاك و دو تیمار نوسان / 0 و 3 / این منظور، چهار تیمار رطوبتی شامل دو تیمار ثابت رطوبتی 50 ظرفیت نگهداشت آب خاك، به مدت 90 روز و در دمای 25 درجه سانتیگراد به خاك- /1-0/ 0 و 3 /1-0/ رطوبتی 5ها اعمال شد. این آزمایش در قالب طرح کاملاً تصادفی و در سه تکرار اجرا شد و پس از دوره انکوباسیون فرایندهایآمونیفیکاسیون، نیتریفیکاسیون، معدنی شدن نیتروژن و سرعت فرایند آرجینین آمونیفیکاسیون اندازهگیری شد. نتایجنشان داد که بین تیمارهای رطوبتی در فرایندهای اندازهگیری شده تفاوت معنیدار وجود دارد. در هر دو آزمایش،0 ظرفیت نگهداشت آب خاك بود /1-0/ بیشترین مقدار فراورده فرایندهای اندازهگیری شده مربوط به تیمار رطوبتی 5و این نوع از نوسان رطوبتی نهتنها بهعنوان یک تنش برای فرایندهای اندازهگیری شده عمل نکرده است، بلکه افزایش0 ظرفیت نگهداشت آب خاك، برای /1-0/ در این فرایندها را در پی داشته است. در حالیکه تیمار نوسان رطوبتی 3فرایندهای آمونیفیکاسیون، نیتریفیکاسیون و معدنی شدن خالص نیتروژن ایجاد محدودیت و تنش کرد. فرایندآمونیفیکاسیون بیشترین حساسیت و فرایند آرجینین آمونیفیکاسیون کمترین حساسیت را به تیمارهای رطوبتی نشاندادند. بدین ترتیب بهترین فرایند جهت نمایش تمایز بین تیمارهای رطوبتی، فرایند آمونیفیکاسیون بود که بهخوبی0 ظرفیت نگهداشت آب خاك را از سایر تیمارهای رطوبتی متمایز ساخت. در آزمایش /1-0/ تیمار نوسان رطوبتی 5اول، بیشترین مقدار آمونیفیکاسیون در خاك جنگل بلوط و بیشترین مقدار نیتریفیکاسیون و معدنی شدن خالصنیتروژن در خاك جنگل بلوط تخریب شده مشاهده شد و بین جنگل بلوط و جنگل بلوط تخریب شده در فرایندآرجینین آمونیفیکاسیون تفاوت معنیدار مشاهده نشد. در آزمایش دوم بیشترین مقدار فراورده فرایندهای اندازهگیریشده، در نزدیکترین خاك به تنه درخت (موقعیت 1) که دارای بیشترین مقدار مواد آلی نسبت به دیگر خاكها بود،مشاهده شد.

چکیده ................................................................................................................................................................... 1

فصل اول: مقدمه و بررسی منابع

-1-1 مقدمه ............................................................................................................................................................ 2

-2-1 شاخصهای کیفیت یا سلامت خاك ............................................................................................................. 3

-1-2-1 شاخصهای قابل مشاهده ............................................................................................................................ 4

-2-2-1 شاخصهای فیزیکی خاك ......................................................................................................................... 4

-3-2-1 شاخصهای شیمیایی خاك ......................................................................................................................... 4

-4-2-1 شاخصهای بیولوژیک خاك ..................................................................................................................... 4

-3-1 تنشهای طبیعی ............................................................................................................................................. 7

-1-3-1 کمبود آب و خشکی خاك ........................................................................................................................ 8

-2-3-1 خشک و مرطوب شدن خاك ................................................................................................................... 11

-4-1 تنشهای ناشی از فعالیتهای بشر ............................................................................................................. 18

-1-4-1 تبدیل جنگل به اراضی دیم ........................................................................................................................ 18

-5-1 فرضیات تحقیق ............................................................................................................................................ 27

-6-1 اهداف تحقیق .............................................................................................................................................. 27

فصل دوم: مواد و روشها

-1-2 منطقهی مورد مطالعه .................................................................................................................................... 28

-2-2 نمونه برداری خاك ...................................................................................................................................... 29

-3-2 خصوصیات کلی خاكها ............................................................................................................................ 30

-4-2 آزمایشهای انکوباسیونی ............................................................................................................................. 30

-1-4-2 آماده سازی خاكها ................................................................................................................................. 30

-2-4-2 تیمارهای رطوبتی ..................................................................................................................................... 30

-3-4-2 طراحی آزمایش اول ................................................................................................................................ 30

-4-4-2 طراحی آزمایش دوم ................................................................................................................................ 31

-5-4-2 دوره ی انکوباسیون ................................................................................................................................... 31

-5-2 اندازهگیریهای پس از دوره انکوباسیون ....................................................................................................... 32

-1-5-2 آرجینین آمونیفیکاسیون ........................................................................................................................... 32

-2-5-2 معدنی شدن خالص نیتروژن، آمونیفیکاسیون و نیتریفیکاسیون ............................................................. 32

-6-2 آنالیزهای آماری ......................................................................................................................................... 32

فصل سوم: نتایج و بحث

-1-3 آزمایش اول ................................................................................................................................................. 34

-1-1-3 خصوصیات عمومی خاكها ...................................................................................................................... 34

-2-1-3 بررسی اثر تیمارها بر معدنی شدن نیتروژن ......................................................................................... 35

-3-1-3 همبستگی بین صفات اندازهگیری شده ................................................................................................... 42

-4-1-3 تحلیل تبعیضی تیمارهای رطوبتی به کمک صفات اندازهگیری شده ................................................ 43

-5-1-3 نمودار درختی .......................................................................................................................................... 48

-2-3 آزمایش دوم ................................................................................................................................................ 49

-1-2-3 خصوصیات عمومی خاكها .................................................................................................................... 49

-2-2-3 بررسی اثر تیمارها بر معدنی شدن نیتروژن .............................................................................................. 50

-3-2-3 همبستگی بین صفات اندازهگیری شده ...................................................................................................... 60

-4-2-3 تحلیل تبعیضی خاكهای جنگل بلوط به کمک صفات اندازهگیری شده ................................................... 61

-5-2-3 تحلیل تبعیضی تیمارهای رطوبتی به کمک صفات اندازهگیری شده ..................................................... 65

-6-2-3 نمودار درختی ........................................................................................................................................... 70

-3-3 همبستگی ساده بین فرایندهای اندازه گیری شده و خصوصیات خاك ......................................................... 71

-4-3 رگرسیون چند متغیره ................................................................................................................................... 73

-1-4-3 رگرسیون چند متغیره بین آرجینین آمونیفیکاسیون و پارامترهای اندازهگیری شده ................................... 73

-2-4-3 رگرسیون چند متغیره بین آمونیفیکاسیون و پارامترهای اندازهگیری شده ............................................ 74

-3-4-3 رگرسیون چند متغیره بین نیتریفیکاسیون و پارامترهای اندازهگیری شده ................................................. 74

-4-4-3 رگرسیون چند متغیره بین معدنی شدن خالص نیتروژن و پارامترهای اندازهگیری شده ............................. 74

فصل چهارم: نتیجهگیری کلی و پیشنهادها

-1-4 نتیجهگیری کلی .......................................................................................................................................... 75

-1-1-4 آزمایش اول ............................................................................................................................................. 75

-2-1-4 آزمایش دوم ............................................................................................................................................. 75

-2-4 پیشنهادها ..................................................................................................................................................... 76

منابع ..................................................................................................................................................................... 77

چکیده انگلیسی .................................................................................................................................................... 88