توصيفگر ها :
چرخههاي تر و خشك شدن , دما , اندازه خاكدانه , نيتروژن زيست توده ميكروبي , معدني شدن خالص نيتروژن
چكيده فارسي :
جنگلها از مهم¬ترين اكوسيستمهاي خشكي محسوب ميشوند. خاكدانهها نقش بنياديني در چرخه نيتروژن خاك ايفا نموده، همانند راكتورهاي ببوشيميايي عمل كرده و فرآيندهايتثبيت و نيتريفيكاسيون نيتروژن خاك را تنظيم ميكنند. تغييرات درازمدت در الگوهاي دما و بارندگي، به همراه تفاوت در كيفيت و تركيب ماده آلي خاك و ويژگيهاي فيزيكي خاكدانهها، تأثير قابلتوجهي بر فرآيندهاي اكوسيستم خاكي ايفا مي¬كنند. فرضيه اين پژوهش تفاوت پاسخ چرخه نيتروژن خاك به تغييرات اقليمي شبيهسازيشده در اندازههاي مختلف خاكدانه است. به منظور بررسي اين فرضيه، نمونههاي مركب از دو نوع خاك جنگلي با مقادير متفاوتي از ماده آلي برداشت شد. سپس تغييرات معدني¬شدن خالص نيتروژن و نيتروژن زيست¬توده ميكروبي در خاكدانههايي با اندازههاي 8–4 ميليمتر، 4–2 ميليمتر و كم¬تر از 2 ميليمتر، تحت تيمارهاي چرخههايتر و خشك شدن در سه سطح دمايي شامل 7، 25 و 45 درجه سلسيوس به مدت 60 روز مورد بررسي قرار گرفت. تحليل دادهها با استفاده از آزمايش فاكتوريل با چهار فاكتور شامل دما (در سه سطح 7، 25 و 45 درجه سلسيوس)، اندازه خاكدانه (در سه سطح 8–4 ميليمتر، 4–2 ميليمتر و كم¬تر از 2 ميليمتر)، چرخههاي تر و خشك شدن (در سه سطح 5،1و10) و در طي شش زمان اندازه گيري، بودند. نتايج نشان داد كه زمان، دما، اندازه خاكدانه و چرخههاي تر و خشك شدن اثر معنيداري در سطح احتمال يك درصد بر ميزان معدني شدن خالص نيتروژن و نيتروژن زيست¬توده ميكروبي در خاك¬هاي با ماده آلي زياد و كم داشتند. در خاكهاي جنگلي با ماده آلي زياد، روند معدني شدن نيتروژن طي 60 روز با افزايش دما و تعداد چرخههاي تر و خشك شدن به طور قابل توجهي افزايش يافت. بيشترين ميزان معدني شدن خالص نيتروژن در دماي 45 درجه سلسيوس و با اندازه خاكدانههاي 2 تا 4 ميليمتر در پايان دوره مشاهده شد. همچنين، افزايش تعداد چرخههاي تر و خشك شدن، به ويژه در چرخه دهم، باعث افزايش چشمگير معدني شدن خالص نيتروژن نسبت به چرخه اول شد. در خاكهايي كه ماده آلي كم داشتند، تأثير دما برجستهتر بود و بيشترين معدني شدن نيتروژن در دماي 45 درجه سلسيوس و خاكدانههاي 4 تا 8 ميليمتر رخ داد. برهمكنش بين دما و اندازه خاكدانه نشان داد كه خاكدانههاي كوچكتر (كمتر از 2 ميليمتر) در دماي پايين (7 درجه سلسيوس) معدني شدن كمتري نسبت به خاكدانههاي درشتتر داشتند، اما در دماي بالا (45 درجه سلسيوس) فعاليت ميكروبي در اين خاكدانهها افزايش يافت. به طور كلي، نتايج اين پژوهش نشان ميدهد كه معدني شدن خالص نيتروژن و نيتروژن زيستتوده ميكروبي تحت تأثير پارامترهاي اقليمي شبيهسازي¬شده و اندازه خاكدانهها است. بنابراين، بررسي چرخه نيتروژن در مقياس خاكدانه ميتواند دانسته¬هاي ارزشمندي براي درك بهتر ارتباط بين عوامل اقليمي و ويژگيهاي خاك در چرخه نيتروژن اكوسيستمهاي خشك فراهم كند.
واژگان كليدي: چرخههاي تر و خشك شدن، دما، اندازه خاكدانه، نيتروژن زيستتوده ميكروبي، معدني شدن خالص نيتروژن
چكيده انگليسي :
Forests are considered among the most important terrestrial ecosystems. Soil aggregates play a fundamental role in the soil nitrogen cycle by functioning as biochemical reactors that regulate soil nitrogen cycling processes. Long-term changes in temperature and precipitation patterns, along with differences in the quality and composition of soil organic matter (SOM) and the physical properties of soil aggregates, significantly influence soil ecosystem processes. In this study, it was hypothesized that the response of the soil nitrogen cycle to simulated climate change may vary across different aggregate sizes. To investigate this hypothesis, composite samples were collected from two types of forest soils with different organic matter contents. Subsequently, changes in net nitrogen mineralization and microbial biomass nitrogen were assessed in soil aggregates of three size classes (8–4 mm, 4–2 mm, and <2 mm), under wet–dry cycles at three temperature levels (7°C, 25°C, and 45°C) for a period of 60 days. The data were analyzed using a factorial experimental design with four factors (in three replicates): temperature (three levels), aggregate size (three levels), wet–dry cycles (four levels over six sampling times. The results showed that time, temperature, aggregate size, and wet–dry cycles had significant effects (at the 1% level) on net nitrogen mineralization and microbial biomass nitrogen in the both soils with high and low organic matter contents. In the forest soils with high organic matter content, the net nitrogen mineralization process significantly increased over the 60-day period with increasing temperature and the number of wet–dry cycles. The highest rate of net nitrogen mineralization was detected at 45°C and in the 2–4 mm aggregate size at the end of the incubation period. Moreover, increasing the number of wet–dry cycles led to a significant increase (p<0.01) in net nitrogen mineralization compared to the one wet–dry cycle. In the soils with lower organic matter content, the effect of temperature of wet–dry cycle was more pronounced, and the highest net nitrogen mineralization occurred at 45°C in the 4–8 mm aggregate size. The interaction between temperature and aggregate size revealed that smaller aggregates (<2 mm) showed lower net nitrogen mineralization at lower temperatures (7°C) compared to larger aggregates, but microbial nitrogen biomass increased in these smaller aggregates at the higher temperature (45°C) (p<0.01) The results indicated that microbial nitrogen biomass (MBN) was significantly influenced by these factors. The highest values were generally observed after ten wetting-drying cycles. At 45°C and in aggregates smaller than 2 mm, maximum microbial nitrogen biomass concentrations were recorded, particularly on days 21 and 40 of incubation. Additionally, at 7°C, an early increase in microbial nitrogen biomass was detected on day 7 in finer particles, indicating high initial microbial activity. Overall, particles smaller than 2 mm exhibited the highest microbial nitrogen biomass values, while in larger aggregates (4–8 mm), increases were more prominent under higher temperatures and longer moisture cycles.. Overall, the results of this study indicate that net nitrogen mineralization and microbial biomass nitrogen are affected by simulated climatic parameters, and these effects depend on aggregate size. Therefore, examining the nitrogen cycle at the soil aggregate scale can provide valuable insights into understanding the relationships between climatic factors and soil properties in the nitrogen cycle of dryland ecosystems.
Keywords: wet–dry cycles, temperature, aggregate size, microbial biomass nitrogen, net nitrogen mineralization