تأثير چرخه‌هاي تر و خشك شدن، دما و غلظت هاي‌ كربن دي اكسيد بر ماده آلي ذره اي در خاكدانه‌هاي دو خاك جنگلي و مرتعي

خاكدانه‌ها راكتورهاي بيوشيميايي خاك محسوب مي‌شوند و نقش مهمي در چرخه كربن اكوسيستم خاك ايفا مي‌كنند. تغيير اقليم به تغييرات بلندمدت در دما و الگوهاي آب و هوايي مانند بارندگي اشاره دارد. اين تغييرات ممكن است بر خصوصيات خاكدانه‌ها و عملكرد حمايتي آن‌ها براي اكوسيستم‌هاي خاك تأثير بگذارد. در اين تحقيق فرض شد كه پاسخ چرخه كربن خاك به تغييرات اقليمي شبيه‌سازي شده ممكن است در اندازه‌هاي مختلف خاكدانه‌ها متفاوت باشد. به منظور انجام اين تحقيق، نمونه‌هاي مركب خاك از خاك جنگلي و خاك علفزار جمع‌آوري شد. سپس ماده آلي ذره‌اي آزاد و محصور شده در خاكدانه‌ها در اندازه‌هاي 4-2 ميلي‌متر، 2-25/0 ميلي‌متر و 05/0-25/0 ميلي‌متر تحت تيمارهاي چرخه تر و خشك شدن در دماي 25 و 45 درجه سلسيوس تحت دو غلظت مختلف دي اكسيد كربن (400 و 800 ميكرومول در مول) اندازه‌گيري شد. داده‌ها با طرح آزمايشي فاكتوريل با چهار عامل (در دو تكرار) شامل دما (دو سطح)، اندازه خاكدانه (سه سطح)، تعداد چرخه‌هاي تر و خشك شدن (سه سطح) و CO2 افزايش يافته (دو سطح) تجزيه و تحليل شدند. نتايج در خاك جنگلي نشان داد كه، بيشترين مقدار ماده آلي ذره‌اي آزاد (fPOM) در خاكدانه‌ها در اندازه 2-25/0 ميلي‌متر مشاهده شد. چرخه‌هاي تر و خشك شدن به طور معني¬داري مقدار (p <‎ 0.05) fPOM را در هر دو دما كاهش دادند و اين كاهش در دماهاي خشك شدن بيشتر ‌ محسوس‌تر بود. ماده آلي ذره‌اي محصور شده (oPOM) در خاكدانه‌هاي 2-25/0 ميلي‌متري خاك‌هايي با ماده آلي زياد به حداكثر رسيد، در حالي كه خاكدانه‌هاي كوچك‌تر در خاك‌هاي با ماده آلي كم حاوي oPOM بيشتري بودند. به طور كلي، اعمال چرخه‌ها oPOM را كاهش دادند، اين كاهش در دماهاي خشك شدن بيشتر به ويژه در خاكدانه‌هاي كوچك (05/0-25/0 ميلي‌متر) خاك‌هاي با ماده آلي كم شديدتر بود. تيمارهاي CO2 افزايش يافته به طور معني¬داري (p <‎ 0.05) fPOM را در خاكدانه‌هاي كوچك و متوسط خاك‌هاي با ماده آلي كم كاهش دادند. اما اين تيمار مقادير oPOM را به طور معني¬داري (p <‎ 0.05) افزايش داد، به ويژه در خاك‌هاي با ماده آلي كم و ً در خاكدانه‌هاي كوچك‌تر كه تحت اعمال چرخه هاي تر و خشك بودندااگرچه، CO2 افزايش يافته تنها اثرات جزئي بر oPOM در خاك‌هاي با ماده آلي زياد داشت. خاكدانه‌هاي بزرگ‌تر و متوسط به طور كلي oPOM بيشتري در هر دو نوع خاك نشان دادند.. نتايج در خاك مرتعي نشان داد، حداكثر fPOM در خاكدانه‌هاي متوسط (0.25-2 ميلي‌متر) يافت شد و اين خاكدانه‌ها fPOM بيشتري در خاك‌هاي OCL نسبت به خاك‌هاي OCH داشتند. پاسخ fPOM به افزايش تعداد چرخه‌ها به دماي خشك شدن بستگي داشت بطوريكه_در 25 درجه سلسيوس كاهش يافت اما در 45 درجه افزايش يافت. خاك‌هايي با ماده آلي زياد به طور كلي fPOM كمتري نشان دادند. چرخه‌هاي تر و خشك شدن باعث كاهش‌هاي معني¬دار fPOM (p <‎ 0.05) در تمام اندازه‌هاي خاكدانه به ويژه در خاك‌هاي با ماده آلي كم شدند. خاك‌هاي OCH در خاكدانه‌هاي متوسط oPOM بيشتري نسبت به خاك‌هاي OCL داشتند، اما در هر دو نوع خاك، oPOM با اندازه خاكدانه از متوسط به كوچك كاهش يافت. بيشترين ذخاير oPOM در خاكدانه‌هاي متوسط (2-25/0 ميلي‌متر) در خاك‌هاي باماده آلي زياد بدون اعمال چرخه مشاهده شد. با اين حال، چرخه‌ها به طور معني-داري (p <‎ 0.05) oPOM را در تمام اندازه‌هاي خاكدانه كاهش دادند. تيمارهاي CO2 افزايش يافته به طور معناداري (p <‎ 0.05) fPOM را در مقايسه با چرخه‌هاي تر-خشك شدن تحت CO2 شاهد به ويژه در خاكدانه‌هاي كوچك‌تر كاهش دادند.. خاك‌هاي با ماده آلي كم به طور كلي حاوي مقادير بيشتر fPOM در خاكدانه‌هاي متوسط نسبت به خاك‌هاي با ماده آلي زياد بودند.كاهش fPOM با افزايش چرخه‌ها در 25 درجه شديدتر از 45 درجه سلسيوس بود. CO2 افزايش يافته oPOM را در خاك‌هاي با ماده آلي كم افزايش داد اما در خاك‌هاي با ماده آلي زياد آن را كاهش داد. افزايش تعداد چرخه‌هاي تر-خشك شدن بر پويايي fPOM و oPOM به گونه‌اي متفاوت تأثير گذاشت كه اين تأثير به دما، مقدار ماده آلي خاك و اندازه خاكدانه بستگي داشت. در مجموع، CO2 افزايش يافته ماده آلي ذره‌اي آزاد را كاهش داد اما ماده آلي ذره‌اي محصور شده را افزايش داد. در خاك‌ها با ماده آلي كم اندازه خاكدانه به شدت بر هر دو شكل ماده آلي ذره‌اي تأثير گذاشت، به‌طوري‌كه خاكدانه‌هاي متوسط و بزرگ در اكثر موارد fPOM و oPOM بيشتري نشان دادند. دماي خشك شدن اثرات چرخه‌هاي تر و خشك شدن و تيمارهاي CO2 را تحت تأثير قرار داد، به‌طوري‌كه دماي بيشتر، كاهش‌ها در ماده آلي ذره‌اي آزاد را تشديد كردند اما در اكثر موارد ماده آلي محصور شده را افزايش داد.

Soil aggregates are the biochemical reactors of soil an‎d play an important role in the carbon cycle of soil ecosystem. Climate change refers to long-term shifts in temperatures an‎d weather patterns such as precipitation. These changes may affect soil aggregates properties an‎d their supporting services for soil ecosystems. We hypothesized that the response of soil carbon cycle to simulated climate changes may differ across various sizes of soil aggregates. To do this, composite soil samples were collected from forest soil an‎d grasslan‎d soil. We measured free particulate organic matter an‎d occluded particulate organic matter in 2-4 mm, 0.25-2 mm an‎d 0.05-0.25 mm soil aggregates under wetting an‎d drying cycle treatments at 25 an‎d 45°C under tow different concentrations of CO2 (400 an‎d 800 ppm). The data were analyzed using a factorial experimental design with four factors (in two replicates): temperature (two levels), aggregate size (three levels), wet–dry cycles (three levels) an‎d Elevated CO2 (two levels). The results showed that, in the forest soil, the highest levels of free particulate organic matter (fPOM) were observed in soil aggregates sized 0.25–2 mm. Wetting-drying cycles significantly (p <‎ 0.05) reduced fPOM at both temperatures, with more pronounced decreases occurring at higher drying temperatures. Occluded particulate organic matter (oPOM) peaked in 0.25–2 mm aggregates of soils with high organic matter, while smaller aggregates in low-organic-matter soils contained higher oPOM. Overall, cycles decreased oPOM, with stronger reductions at higher drying temperatures—especially in small aggregates (0.05–0.25 mm) of low-organic-matter soils. Elevated CO2 treatments significantly (p <‎ 0.05) reduced fPOM in small an‎d medium aggregates of low-organic-matter soils but significantly (p <‎ 0.05) increased oPOM, particularly in these low organic matter soils an‎d especially in smaller aggregates where reductions occurred under cycling. In contrast, elevated CO2 had only minor effects on oPOM in high-organic-matter soils. Larger an‎d medium-sized aggregates generally contained more oPOM in both soil types. Wetting-drying cycles notably reduced oPOM after the first cycle across all aggregate sizes, although some increases in oPOM were observed in medium aggregates under elevated CO2 in low-organic-matter soils. In the grasslan‎d soil, the maximum fPOM was found in medium aggregates (0.25–2 mm) of low-organic-matter soil; these aggregates had higher fPOM in OCL than in OCH soils. The response of fPOM to increasing cycle numbers depended on drying temperature: it decreased at 25°C but increased at 45°C. Soils with higher organic matter consistently showed lower fPOM. The wetting-drying cycles caused significant decreases (p <‎ 0.05) in fPOM across all aggregate sizes, especially in low-organic-matter soils. OCH soils had higher oPOM in medium aggregates compared to OCL soils, but in both soil types, oPOM decreased with aggregate size from medium to small. The largest oPOM pools were observed in medium-sized aggregates (0.25–2 mm) in high-organic-matter soils without cycling; however, cycles significantly (p <‎ 0.05) reduced oPOM across all aggregate sizes. Elevated CO2 treatments significantly (p <‎ 0.05) reduced fPOM compared to wetting-drying cycles under ambient CO2, especially in smaller aggregates. Low-organic-matter soils generally had higher fPOM in medium aggregates compared to high-organic-matter soils. The decrease in fPOM with increased cycles was more severe at 25°C than at 45°C. Elevated CO2 increased oPOM in low-organic-matter soils but decreased it in high-organic-matter soils. Larger an‎d medium-sized aggregates contained greater amounts of oPOM in both soils. Elevated CO2 altered the sensitivity of oPOM to wetting-drying cycles, substantially increasing oPOM reserves, particularly under 25°C drying.

بنفشه خليلي

محمدرضا مصدقي

فرشيد نوربخش , حميدرضا عشقي زاده