جستجوی مقالات مرتبط با کلیدواژه "ترسیب کربن" در نشریات گروه "کشاورزی"
-
مقدمهاین پژوهش با هدف اندازه گیری و برآورد مقدار زی توده، ترسیب کربن و شاخص سطح برگ درختان کیکم (Acer monspessulanum L.) در سه محدوده از منطقه حفاظت شده مانشت و قلارنگ در جنگل های شهرستان سیروان در استان ایلام انجام گرفت.مواد و روش هابا استفاده از روش نمونه برداری تصادفی، 20 درخت از هر محدوده (در مجموع 60 اصله) گزینش شده و فاکتورهای کمی آنها شامل قطر بزرگ و کوچک تاج، ارتفاع درخت، طول تاج و قطر یقه اندازه گیری شد. سپس برگ های یک چهارم تا یک هشتم تاج به نسبت بزرگی و کوچکی تاج درختان نمونه جمع آوری شد. پس از خشک کردن در داخل آون، وزن خشک برگ ها و پس از سوزاندن مقدار کافی از برگ های خشک شده در کوره الکتریکی، وزن مواد آلی و ضریب کربن برگ ها (47/0) به دست آمد. برای محاسبه شاخص سطح برگ از روش وزنی و برای تعمیم نتایج به دست آمده از درختان نمونه به کل جنگل از روش درخت متوسط استفاده شد.نتایجبراساس نتایج، متوسط زی توده برگ، متوسط ذخیره کربن برگ و متوسط مقدار جذب دی اکسید کربن از جو در منطقه قلارنگ 28/221، 68،/103، 50/380؛ در منطقه مانشت 92/199، 38/100، 34/368 و در منطقه میان تنگ 32/186، 38/87، 68/320 کیلوگرم در هکتار برآورد شد. متوسط شاخص سطح برگ کیکم برای هر درخت نیز 52/1 و در هکتار 119/0 محاسبه شد. ارزش اقتصادی ترسیب کربن در برگ درختان کیکم 045/21 دلار در هکتار محاسبه شد که معادل 10522500 ریال برآورد می شود.نتیجه گیریتفاوت در متغیرهای بررسی شده کیکم در سه منطقه مدنظر ممکن است به علت تفاوت در تراکم توده، مراحل توالی و اندازه درختان و نیز اقدامات مدیریتی اعمال شده یا شرایط متفاوت تخریب باشد.کلید واژگان: ترسیب کربن, روش درخت متوسط, شاخص سطح برگ, کیکم, مانشت و قلارنگIntroductionThis research was carried out to measure and estimate the amount of leaf biomass, carbon sequestration, and leaf area index of Montpellier maple (Acer monspessulanum L.) trees in three regions of Manesht and Qalarang protected areas of in the forests of Sirvan County located in Ilam province.Materials and MethodsUsing the random sampling method, 20 tree samples were selected from each region (60 trees in total) and their quantitative factors including the large and small diameter of the crown, tree height, crown length and collar diameter of the target trees were measured. Then, the leaves of one-fourth to one-eighth of the crown area of the sample trees were collected. After drying in the oven, the dry weight of the leaves was weighed. The weight of organic matter and carbon content of the leaves (0.47) were obtained, after burning sufficient dried leaves in an electric oven. The weight method was used to calculate the leaf area index. In addition, to generalize the results obtained from the sample trees to the whole forest, the mean tree method was used.ResultsThe results showed that the average leaf biomass, average leaf carbon storage, and average amount of carbon dioxide absorption from the atmosphere were 221.28, 103.68, 380.50 (kg/ha) in Qalarang, 199.92, 100.38, 368.34 (kg/ha) in Manesht, and 186.32, 87.38, 320.68 (kg/ha) for MianTang, respectively. The average leaf area index of A. monspessulanum was estimated 1.52 for each tree and 0.119 per hectare in the study areas . Additionally, the economic value of the carbon sequestered in the leaves of A. monspessulanum was 21.045 dollars per hectare, which is estimated to be equivalent to 10522500 rials.ConclusionIn general, the difference in the investigated variables of A. monspessulanum species in the three study areas can be due to the difference in density per hectare of the species, the difference in the succession stages and the size of the trees in these areas, as well as the applied management strategies or the different degradation conditions in study areas.Keywords: Acer Monspessulanum L, Carbon Sequestration, Leaf Area Index, Mean Tree Method, Manesht, Qalarang
-
ذخیره سازی کربن در اکوسیستم های زمینی بخش مهمی از ذخیره سازی جهانی کربن است و نقشی حیاتی در کاهش تغییرات اقلیمی ایفا می کند. پژوهش حاضر با هدف بررسی اثرات انواع کاربری/پوشش زمین بر میزان ترسیب کربن خاک و زیتوده گیاهی به عنوان یک خدمت اکوسیستمی مهم در حوزه آبخیز سفیددشت واقع در استان چهارمحال و بختیاری انجام شد. نمونه برداری از خاک و پوشش گیاهی به صورت تصادفی- سیستماتیک انجام شد. بدین منظور در هر کاربری، از 60 پلات 4 مترمربعی جهت جمع آوری خاک، زیتوده گیاهی و لاشبرگ استفاده شد. زیتوده گیاهی به روش اندازه گیری مستقیم نمونه برداری شد. نمونه های خاک نیز از عمق 0-30 سانتی متری و به تعداد 20 نمونه در هر منطقه جمع آوری شد. مقایسه بین مناطق با استفاده از آنالیز واریانس یک طرفه و آزمون چند دامنه ای دانکن انجام گرفت. نتایج نشان داد در مجموع از منظر ذخیره کربن کل بین مناطق مورد بررسی اختلاف معنی داری وجود دارد. ذخیره کربن کل از بیشترین به کمترین به ترتیب شامل مرتع متراکم (42/46 تن بر هکتار)، مرتع نیمه متراکم (49/38 تن بر هکتار)، اراضی کشاورزی (62/31 تن بر هکتار)، مرتع کم تراکم (12/26 تن بر هکتار) و اراضی بایر (21/17 تن بر هکتار) می باشد. ارزش اقتصادی کل ذخیره کربن در هر هکتار از کاربری های بررسی شده شامل مراتع متراکم، مراتع نیمه متراکم، اراضی کشاورزی، مراتع کم تراکم و اراضی بایر به ترتیب 5446، 4516، 3710 ، 3065 و 2019 دلار تعیین شد. بنابراین می توان نتیجه گیری نمود که اجرای سیاست های مناسب برای جلوگیری و یا به حداقل رساندن تبدیل کاربری های زمینی با ظرفیت ذخیره سازی کربن بالاتر به کاربری هایی که ظرفیت ذخیره سازی کربن کمتری دارند، از اهمیت ویژه ای برخوردار است.
کلید واژگان: اراضی مرتعی, پوشش اراضی, ترسیب کربن, تغییر اقلیم, توزیع کربنCarbon storage in terrestrial ecosystems is an important part of global carbon storage and plays a vital role in mitigating climate change. The purpose of this research is to investigate the effects of different types of land uses/land covers (dense rangelands, semi-dense rangelands, low density rangelands, barren lands and agricultural lands) on the amount of soil carbon and plant biomass sequestration as an important ecosystem service in Sefiddasht watershed in in Chaharmahal va Bakhtiari province. Sampling of soil and vegetation was done randomly and systematically. For this purpose, 60 plots of 4 square meters were used for collecting soil, plant material and litter. Plant biomass was sampled by direct measurement method. Soil samples were also collected from the depth of 0-30 cm and 20 samples in each area. The results showed that there is a significant difference between the investigated regions in terms of total carbon storage. The total carbon storage from the highest to the lowest in order includes dense rangelands (46.42 tons/ha), semi-dense rangelands (38.49 tons/ha), agricultural lands (31.62 tons/ha), low-density rangelands (26.12 tons) per hectare) and barren lands (17.21 tons per hectare). The economic value of the total carbon storage per hectare of the examined uses, including dense rangelands, semi-dense rangelands, agricultural lands, low-dense rangelands, and barren lands, was determined to be $5446, $4516, $3710, $3065, and $2019, respectively. Therefore, it can be concluded that the implementation of appropriate policies to prevent or minimize the conversion of land uses with a higher carbon storage capacity to land uses with a lower carbon storage capacity is of particular importance.
Keywords: Rangelands, Land Cover, Carbon Sequestration, Climate Change, Carbon Distribution -
افزایش و ذخیره کربن آلی در اکوسیستم های مرتعی به عنوان ترسیب کربن شناخته می شود، که یکی از راه حل های اصلی کاهش غلظت دی اکسیدکربن 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 زی توده گیاهی (هوایی و زیرزمینی) با استفاده از طرح تصادفی سیستماتیک در شرایط مدیریتی مختلف در زیرحوزه خامسان در بهار 1393 جمع آوری شدند. میزان کربن آلی خاک و بافت گیاهی به ترتیب با استفاده از روش والکی- بلک و احتراق در کوره الکتریکی اندازه گیری شد. نتایج نشان داد شیوه های مدیریتی اثر معنی داری بر روی مقدار کربن آلی زی توده هوایی، زیرزمینی، مقدار لاشبرگ و خاک دارند (0/0001≤p). میانگین ذخیره کربن آلی خاک به ترتیب 111/2تن در هکتار در مدیریت قرق، 85/5 تن در هکتار در مدیریت چرا، 130/5تن درهکتار در مدیریت کود پاشی و139/4 تن در هکتار در مدیریت بذر پاشی برآورد شد. بیشترین مقدار کربن آلی در زی توده هوایی، زیرزمینی و لاشبرگ به ترتیب در مدیریت های قرق (تفاوت معنی دار با مدیریت های بذرپاشی و چرا)، کود پاشی (تفاوت معنی دار با مدیریت های بذرپاشی، قرق و چرا)، و کودپاشی (تفاوت معنی دار با مدیریت چرا)، مشاهده شد که میانگین مقدار آنها برابر با 5، 1 و 4 کیلوگرم در هکتار بود. به طور کلی بیشترین مقدار کربن آلی در سیستم گیاه-خاک مراتع نیمه استپی خامسان تحت مدیریت های مختلف به ترتیب در خاک، زی توده هوایی، لاشبرگ و ریشه مشاهده شد.
کلید واژگان: ترسیب کربن, مدیریت مراتع, لاشبرگ, زی توده گیاهی, خاک سطحیThe 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.
Keywords: Carbon Sequestration, Rangeland Management, Litter, Plant Biomass, Soil Surface -
با توجه به وسعت مراتع و نقش آن ها در جذب و ذخیره کربن اتمسفری، تحقیق حاضر به بررسی میزان ترسیب کربن مراتع تحت چرای دام اهلی و حیات وحش در مناطق دشتی مهریز در استان یزد پرداخته است. به این منظور پس از تعیین منطقه رویشی درمنه دشتی در دو سایت چرای حیات وحش و دام اهلی، نمونه برداری از این گیاه غالب و خاک در هر یک از این مناطق با استفاده از روش تصادفی سیستماتیک صورت گرفت. نمونه برداری از 30 پایه گونه غالب درمنه دشتی انجام گرفته و پس از قطع اندام های هوایی (برگ و ساقه) و ریشه توزین آن ها صورت گرفت. همراه با نمونه برداری گیاهی در هر پلات، نمونه های خاک نیز تا عمق 50 سانتیمتری در محدوده پای گیاهان برداشت شد. در آزمایشگاه درصد کربن آلی نمونه های گیاهی و خاک تعیین گردید. آنالیز داده ها در نرم افزار SPSS انجام شد. نتایج نشان داد که میزان ذخیره کربن زیتوده هوایی در هر دو سایت حیات وحش (7/56 کیلوگرم در هکتار) و دام اهلی (6/90 کیلوگرم در هکتار) افزایش معنی داری نسبت به اندام زیرزمینی داشته و ساقه بیشترین مقدار را داشت (0/01>p). مقادیر ذخیره کربن ریشه در سایت حیات وحش و دام اهلی به ترتیب 3/61 و 3/47 کیلوگرم در هکتار بدست آمد. همچنین میزان ترسیب کربن اندام های گیاهی در منطقه چرایی دام اهلی نسبت به حیات وحش مقادیر کمتری را داشت. در سایت حیات وحش، میزان ذخیره کربن در اندام هوایی، زیرزمینی و کل زیتوده گیاهی به ترتیب 7/56، 3/61 و 11/17 کیلوگرم در هکتار بوده در حالی که در سایت دام اهلی 6/91، 3/47 و 10/37 کیلوگرم در هکتار بود. در مورد خاک نیز کاهش معنی دار میزان کربن ترسیب شده در سایت دام اهلی (6/76 تن در هکتار) نسبت به منطقه حیات وحش (10/33 تن در هکتار) مشاهده گردید. از این رو می توان چرای غیر اصولی و بیش از اندازه دام را به عنوان یک عامل مهم در جهت کاهش ترسیب کربن در منطقه معرفی نمود.
کلید واژگان: ترسیب کربن, چرای دام, حیات وحش, درمنه, مهریزAccording to extent of rangelands and their role in capturing and storing atmospheric carbon dioxide, the present research has been investigated. Carbon sequestration between two regions under livestock and wildlife grazing in the plain areas of Mehriz in Yazd province. For this purpose, in order to determine the level of steppe desert vegetation in two wildlife and livestock grazing sites, sampling of this dominant plant and soil in each of these areas was done in a systematic random way. Sampling of 30 dominant species was done in simple steppe and after cutting the aerial organs (leaves and stems) and roots, they were weighed. Along with plant sampling in each plot, soil samples were collected to the depth of 50cm near the plants. In laboratory, the organic carbon percentage of plant and soil samples was determined Data analysis was done in SPSS software. The results showed that aerial biomass carbon sequestration in both wildlife (7.56 kg/ha) and livestock (6.90 kg/ha) sites had a significant increase compared to underground biomass and stem had the highest amount (p<0.01). The amounts of root carbon storage in wildlife and livestock sites were obtained as 3.61 kg/ha and 3.47 kg/ha, respectively. Also, the amounts of carbon sequestration of plant organs in the area under livestock grazing was lower than that of wildlife. In wildlife site, the amounts of carbon storage in aerial, underground and total plant biomass were 7.56 kg/ha, 3.61 kg/ha and 11.17 kg/ha, respectively, while in livestock site was 6.91 kg/ha, 3.47 kg/ha and10.37 kg/ha. About the soil, also a significant decrease in the amount of carbon sequestered in livestock site (6.76 tons/ha)) was observed compared to wildlife site (10.33 tons/ha). So, Therefore, unprincipled and excessive livestock grazing can be introduced as an important factor in reducing carbon sequestration in the region.
Keywords: Carbon Sequestration, Livestock Grazing, Wildlife, Artemisia Sieberi, Mehriz -
پتانسیل ذخیره کربن مراتع به سبب تعدیل غلظت دی اکسید کربن اتمسفری حائز اهمیت است. ذخیره کربن آلی خاک در مراتع تحت پوشش گونه مرتعی کامفروزما دشت قهاوند در استان همدان بررسی شد. نمونه های خاک (سطحی 0-15 و زیرسطحی 1550 سانتی متری) و زی توده هوایی گیاه کامفروزما به روش سیستماتیک -تصادفی در اواسط فصل رشد انتخاب و برداشت شدند. سپس کربن آلی خاک و گیاه، بافت خاک، اسیدیته، هدایت الکتریکی، جرم مخصوص ظاهری، نیتروژن کل و نیتراتی و آمونیومی اندازه گیری و همبستگی خطی پارامترها بررسی شد. نتایج نشان داد به جز درصد رس و جرم مخصوص ظاهری (05/0 ≤p) تغییرات معنی داری در سایر خصوصیات خاک سطحی و زیر سطحی شامل درصد کربن آلی خاک، میزان اسیدیته، درصد رس، درصد نیتروژن کل، درصد نیتروژن نیتراتی، غلظت نیتروژن نیتراتی و غلظت نیتروژن آمونیومی (05/0 >p) مشاهده نشد. نتایج همبستگی خطی پیرسون بین پارامترهای خاک و گیاه بیانگر رابطه معنی دار و معکوس درصد سیلت و درصد کربن آلی خاک بود (05/0 ≤p). فقط در صورت افزایش سطح معنی داری ارتباط خطی معنی داری بین درصد کربن آلی خاک و گیاه با نیتروژن گیاه قابل مشاهده است (1/0 ≤p). میزان ترسیب کربن در عمق 0-50 سانتی متری مراتع منطقه معادل 9/90 تن در هکتار تخمین زده می شود. با توجه به نتایج حاصل، مطالعه عوامل محیطی بررسی نشده در این تحقیق به همراه افزایش حجم نمونه، برای مطالعات آتی پیشنهاد می شود.
کلید واژگان: ترسیب کربن, کافوری, نیتروژن, مراتع خشکIntroductionPlant and soil conservation play a vital role in effective rangeland management, especially in dealing with the threats caused by climate change. On the other hand, there exists a complex interaction between soil and vegetation in rangeland ecosystems, neither of which is solely dependent on the other. Moreover, various natural factors, including climate change, aridity, desertification, and drought, may accelerate the degradation of rangelands, making the identification of such a relationship a necessity for evaluating the potential for carbon sequestration in arid and semi-arid landscapes. In this regard, as rangeland ecosystems in Qahavand plain, Hamadan, have been influenced by drought and desertification, this study sought to examine the relationship between soil parameters and the key species of the Qahavand rangeland, that is, Camphorosma Monspeliaca L. , concentrating on the storage of organic carbon.
Materials and Methodsto collect soil and plant samples from the study area during the mid-growing season, three transects and eleven plots were selected using a systematic randomized sampling method. The positions of the transects were chosen based on the overall slopes of the area, and the plots were selected randomly along each transect using Google Earth software and GPS. Moreover, soil samples were taken from depths of 0-15 and 15-50 cm, which were then transferred to the laboratory for analysis. In this regard, a total of twenty-two soil samples and eleven aerial biomass samples were collected for further chemical analysis so that changes in soil and plant properties can be studied. Finally, various parameters such as soil and plant organic carbon, soil texture, pH, EC, bulk density, total nitrogen, nitrate, and ammonium were measured, followed by the performance of statistical analysis and linear correlation using SAS v.9.4 software.
Results and DiscussionChanges in the organic carbon content and their relationship with other parameters were investigated in the areas covered by Camphorosma Monspeliaca L. The results revealed no significant changes in organic carbon, acidity, total nitrogen content, nitrate, and ammonium at depths of 0-15 cm and 15-50 cm (P>0.05). Therefore, it can be argued that the presence of Camphorosma Monspeliaca L. species does not exert a significant influence on those parameters in surface and subsurface soils. On the other hand, notable changes were found in clay percentage and specific bulk density at both soil depths mentioned above. Moreover, Pearson's linear correlation analysis between soil parameters and organic carbon content indicated that except for silt percentage (p>0.05), there was no strong and significant relationship between the two. Generally, changes in soil organic carbon content, acidity, clay percentage, sand percentage, total nitrogen percentage, nitrate, and ammonium were found to have been aligned in the same direction. However, the organic carbon content showed an inverse relationship with other parameters. Therefore, it could be argued that except for silt percentage (r=-0.41, p ≤ 0.05), there was no significant correlation between soil organic carbon and the other parameters.While variations in soil organic carbon were generally expected to be found within the 0-50 cm depth, no significant changes were reported within the study area in this regard. In other words, the analysis of changes in soil organic carbon and linear correlations did not show any substantial difference in the organic carbon content between the surface and subsurface layers of the soil covered by Camphorosma Monspeliaca L, indicating that no significant alteration has occurred in soil organic carbon storage within the 0-50 cm depth of Qahavand rangelands which is dominantly covered by Camphorosma Mmonspeliaca L. The phenomenon could be attributed to the plant's morphology and root growth patterns, considering the fact that Camphorosma Monspeliaca L. is characterized by a deep robust root system that can extend up to a depth of six meters and cover an area of 60-70 cm, contingent upon the groundwater depth. Furthermore, the absence of noticeable changes in other key properties of both surface and subsurface soil may also be related to such a phenomenon.Additionally, no significant correlation was found between the organic carbon storage in surface and subsurface layers of the soil and the plant’s organic carbon. It should be noted that interactions among numerous factors play a crucial role in predicting soil carbon reservoirs and that inorganic carbon could potentially constitute a significant reservoir in Qahavand rangeland soils. Accordingly, it is recommended that a broader range of physical and chemical properties of both the soil and Camphorosma Monspeliaca L. be monitored to gain a comprehensive understanding of soil carbon sequestration within the region. Based on the average soil organic carbon content and soil bulk density, estimations suggest that the potential for soil organic carbon sequestration within the 0-50 cm depth of Qahavand rangelands approaches 90.9 tons per hectare.
Keywords: Carbon Sequestration, Qahavand Plain, Camphorosma Monspeliaca L, Soil Organic Carbon -
سابقه و هدفکاربرد سوخت های فسیلی و تغییر کاربری اراضی سبب افزایش فاجعه بار کربن در اتمسفر شده است و کاهش کیفیت خاک، گرمایش جهانی و تغییر اقلیم را بدنبال داشته است. کمبود ماده آلی، شوری و قلیایی بودن خاک، سه محدودیت مهم خاک های مراتع قشلاقی ایران است. بیوچار، یک ماده غنی از کربن است که طی فرایند پیرولیز از مواد اولیه حاوی کربن در دمای بالا و شرایط تقریبا بدون اکسیژن تولید می شود و به منظور بهبود کیفیت خاک، ترسیب کربن و حذف آلاینده ها از محیط زیست استفاده می شود. بیوچار را می توان به منظور کاربردهای خاص یا نیل به نتایجی بخصوص، مهندسی طراحی نمود. افزایش درصد کربن پایدار و بهبود خصوصیات فیزیکی- شیمیایی بیوچارهای مهندسی شده می تواند نقش مهمی در ترسیب کربن و اصلاح خصوصیات خاک های مراتع قشلاقی ایفا نماید.مواد و روش هاساقه پنبه پس از شستشو و خشک شدن به قطعات کمتر از 2 سانتیمتر خرد گردید. آنگاه به مدت 4 ساعت در محلول با غلظت 20 درصد نمک های فلزی کلرید کلسیم، کلرید منیزیم و کلرید آهن غوطه ور شده، دوباره خشک گردید. سپس، در کوره الکتریکی و در دماهای 300، 400، 500، 600 و700 درجه سانتی گراد و با زمان ماندگاری دو ساعت، 20 بیوچار شاهد و مهندسی شده از ساقه های پنبه تیمار شده با نمک های فلزی مختلف و تیمار نشده تولید شده، درصد عملکرد، درصد کربن آلی، درصد کربن پایدار، اسیدیته، و هدایت الکتریکی آنها اندازه گیری شد و نسبت وزن کربن پایدار به وزن ماده اولیه نیز، محاسبه گردید. تجزیه و تحلیل آماری در نرم افزار SPSS نسخه 16 با استفاده از روش تجزیه واریانس واریانس یک طرفه و آزمون توکی انجام شد.یافته هابا افزایش دمای پیرولیز در تمامی بیوچارها (مهندسی شده و شاهد) روند کاهشی عملکرد مشاهده گردید بطوریکه بیشترین درصد عملکرد آنها در دما پیرولیز 300 درجه سانتی گراد مشاهده شد. بالاترین درصد عملکرد (20/50 درصد) در بیوچار تیمار شده با کلرید آهن تولید شده در دمای 300 درجه سانتی گراد بدست آمد. بیشترین میزان کربن آلی (97/50 درصد) و کربن پایدار (57/99 درصد) به ترتیب در بیوچارهای شاهد تولید شده در دمای 500 درجه سانتی گراد و بیوچار تیمار شده با کلرید آهن تولید شده در دمای 700 درجه سانتی گراد به دست آمد. بیشترین افزایش در نسبت وزن کربن پایدار به وزن ماده اولیه در بیوچار تیمار شده باکلرید آهن تولید شده در دمای 300 درجه سانتی گراد مشاهده شد. کمترین و بیشترین قابلیت هدایت الکتریکی (1/1 و 43/7 دسی زیمنس یر متر) در بیوچار شاهد تولید شده در دمای 300 درجه سانتی گراد و بیوچار تیمار شده با کلرید کلسیم تولید شده در دمای 700 درجه سانتی گراد به دست آمد. بیشترین و کمترین اسیدیته (83/9 و 60/5) در بیوچار شاهد تولیدشده در دمای 700 درجه سانتی گراد و بیوچار تیمار شده با کلرید آهن تولید شده در دمای 300 درجه سانتی گراد مشاهده شد.نتیجه گیریبا توجه به محدودیت های موجود در خاک مراتع قشلاقی ایران و خصوصیات بیوچارهای شاهد و اصلاح شده به همراه انرژی لازم برای تولید آنها، بیوچار تولید شده از ساقه پنبه تیمار شده با نمک کلرید آهن در دما300 درجه سانتی گراد دارای بیشترین عملکرد و کربن پایدار بالایی بوده، پایین ترین اسیدیته و هدایت الکتریکی قابل قبولی دارد. لذا، به منظور استفاده در پروژه های ترسیب کربن و بوته کاری در مراتع قشلاقی ایران توصیه می شود.کلید واژگان: نمک های فلزی, بیوچار, ساقه پنبه, ترسیب کربنBackground and ObjectivesThe use of fossil fuels and land use change has caused a catastrophic increase in carbon in the atmosphere, which has led to a decrease in soil quality, global warming, and climate change. The deficiency of organic matter, salinity and alkalinity of the soil are three important limitations of the soils of winter rangelands in Iran. Biochar is a carbon-rich material that is produced during the pyrolysis process from raw materials containing carbon at high temperature and under almost oxygen-free conditions. It is used to improve soil quality, carbon sequestration and remove pollutants from the environment. Biochar can be engineered/designed for specific applications or to achieve specific results. Increasing the percentage of stable carbon and improving the physico-chemical properties of engineered biochars can play an important role in carbon sequestration and improving the properties of winter rangelands soils.Materials and MethodsAfter washing and drying, the cotton stalk was cut into pieces of less than 2 cm. Then it was immersed for 4 hours in a solution with a concentration of 20% metal salts of calcium chloride, magnesium chloride and iron chloride, and dried again. Then, in the electric furnace, at various temperatures of 300, 400, 500, 600 and 700 degrees centigrade, within two hours, 20 biochars (control and engineered ) were produced from treated cotton stalks with different metal salts and untreated cotton stalks. Finally, properties of produced biochars including yield percent, organic carbon percentage, stable carbon percentage, acidity and salinity were measured. Statistical analysis was performed in SPSS16 software using one-way analysis of variance and Tukey's test.ResultsThe yield of produced biochars (control and engineered) significantly decreased with increasing temperature, so that the highest percentage of their yield was observed at pyrolysis temperatures of 300 °C. The highest percentage of yield (50.20%) was obtained in biochar treated with iron chloride produced at 300°C. The highest organic carbon (50.97%) and stable carbon (99.57%) were obtained in control biochar produced at 500°C and biochar treated with iron chloride produced at 700°C, respectively. The highest increase in the ratio of the weight of stable carbon to the weight of the feed stock was observed in biochar treated with iron chloride produced at 300 °C. The lowest and highest electrical conductivity (1.1 and 7.43 dSm) were obtained in control biochar produced at 300°C and calcium chloride treated biochar produced at 700°C. The highest and lowest acidity (9.83 and 5.60) were observed in control biochar produced at 700°C and iron chloride treated biochar produced at 300°C.ConclusionConsidering the limitations in the soil of Iran's winter rangelands and the characteristics of control and engineered biochars along with the energy required for their production, Biochar produced from cotton stalks treated with iron chloride salt at 300°C has the highest performance and high stable carbon, the lowest acidity and acceptable electrical conductivity, therefore, it is recommended to use in carbon sequestration and plantation projects in winter rangelands of Iran.Keywords: Metal Salts, Biochar, Cotton Stalk, Carbon Sequestration
-
در تحقیق حاضر، ظرفیت ترسیب کربن و ارتباط آن با برخی خصوصیات خاک و پوشش سطح خاک بررسی شده است. نمونه برداری در شمال کوه سبلان در شش مکان، شامل سه مکان با پوشش علف- بوته زار و سه مکان علفزار در سه طبقه ارتفاعی کم تر از 2000، 2000-2500 و بیش تر از 2500 متر از سطح دریا انجام شد. در هر مکان نمونه برداری خاک در دو عمق صفر تا 15 و 15 تا 30 سانتی متری انجام شد. در هر یک از مکان های مورد بررسی سه ترانسکت به طول 100 متر و در امتداد هر ترانسکت، 10 پلات یک مترمربعی مستقر شد. برای مقایسه کلی خصوصیات دو رویشگاه علف-بوته زار و علف زار و نیز بررسی اثر متقابل عوامل ارتفاع و نوع رویشگاه از آزمون GLM و برای مقایسه میانگین ها از آزمون چند دامنه ای دانکن استفاده شد. ارتباط بین صفات اندازه گیری شده خاک و ترسیب کربن نیز با استفاده از آزمون همبستگی پیرسون بررسی شد. نتایج نشان داد که با افزایش میزان ارتفاع در دو رویشگاه مورد بررسی (علف زار و علف-بوته زار) کربن ترسیب شده خاک، افزایش پیدا می کند. هم چنین، نتایج حاکی از آن است که عمق خاک نیز به طور معنا داری بر توان ترسیب کربن تاثیرگذار است. به طوری که بیش ترین میزان ترسیب کربن خاک به ترتیب به عمق صفر تا 15 سانتی متری خاک در رویشگاه علف زار با ارتفاع بیش از 2500 متر (53/70 گرم بر سانتی متر مربع)، سپس عمق صفر تا 15 سانتی متری رویشگاه علف -بوته زار در ارتفاع بیش تر از 2500 متر (98/63) و عمق 15 تا 30 سانتی متری خاک رویشگاه علفزار در ارتفاع 2000-2500 متر (73/62) بوده و کم ترین مقدار آن نیز متعلق به عمق 15 تا 30 سانتی متری خاک رویشگاه علف-بوته زار در طبقه ارتفاعی کم تر از 2000 متر (53/11) است. نتایج تحلیل همبستگی ترسیب کربن در رویشگاه ها و طبقات ارتفاعی مختلف، حاکی از رابطه منفی با درصد شن، اسیدیته و هدایت الکتریکی خاک بوده و همبستگی مثبت با درصد رس و سیلت، درصد کربن آلی و ماده آلی، درصد کربن و ماده آلی ذره ای و نیتروژن خاک است.
کلید واژگان: ترسیب کربن, خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک, رویشگاه مرتعی, شهرستان مشگین شهر, استان اردبیلIntroductionRangeland ecosystems cover more than half of the earth's land surface, these ecosystems have high carbon sequestration and cause the formation of about 10% of the total biomass carbon reserves and 30% of soil carbon. Carbon sequestration potential differs according to plant species, habitats, and management methods. Each ecosystem has a certain potential which is determined by utilizing of natural vegetation, climatic conditions, and physical and chemical properties of the soil. Moreover, the amount of carbon in the soil and plants depends on the characteristics of topography, and any change in the elevation and slope of the habitat will affect the amount of organic carbon in the soil and plant cover and carbon sequestration. Therefore, it is important to determine the effects of elevation and slope characteristics, type of vegetation and canopy cover, and soil characteristics on the amount and changes of carbon sequestration. In this study, the carbon sequestration capacity and its relationship with some physical and chemical characteristics of soil, topography, and rangeland habitat have been investigated.
Materials and MethodsSampling was conducted in six sites in elevation gradient (from 1400 to 3600 m above sea level; rainfall from 350 to 700 mm; the mean temperature varies from -0.24 to 10.1 °C) in the north of Sablan Mountain, Meshginshahr County, Iran, including three sites with the dominant physiognomy of grass-shrublands and three sites with grassland in three elevation levels of less than 2000, 2000-2500 and more than 2500 m above sea level. In each site, soil sampling was conducted at two depths of 0-15 and 15-30 cm. The random-systematic method was used to study vegetation variables. In this way, 10 plots of one m2 (based on the distribution pattern of plants) were established in each of the three transects with a length of 100 m along each transect. After determining the normality of the data and the homogeneity of the variance of the data, two-way analysis of variance general linear model (GLM) was used for the overall comparison.
ResultsThe results showed that with the increase in elevation in the two investigated habitats (grassland and grass-shrubland), the carbon sequestration in the soil increased. Moreover, the results indicate that the depth of the soil has a significant effect on the carbon sequestration capacity. Thus the highest amount of soil carbon deposition is in the soil depth of 0-15 cm in the grassland habitat with an elevation of more than 2500 m (70.53 gr cm-2), then the depth of 0-15 cm in the grass-shrub habitat. At an elevation of more than 2500 m (63.98) and a soil depth of 30-15 cm, the grassland habitat is at an elevation of 2000-2500 m (62.73), and its lowest amount belongs to a soil depth of 30-15 cm. The grass-shrub habitat is at an elevation of less than 2000 m. The results of the correlation analysis of carbon sequestration in habitats and different elevation classes indicate a negative relationship with the percentage of sand, acidity, and electrical conductivity of the soil, and a positive correlation with the percentage of clay and silt, the percentage of organic carbon and organic matter, the percentage of carbon, particulate organic matter, soil nitrogen, and total vegetation cover has shown.
Discussion and ConclusionThe distribution of carbon stocks between biomass and soil varies among ecosystems and is influenced by elevation, so that the carbon sequestration potential is more significant in high elevation classes than in lower classes. Based on the estimated carbon values in the studied habitats, it can be concluded that the higher percentage of canopy cover and density preserves more moisture and prevents evaporation, which in turn can affect the amount of cover and density. Therefore, the effect of vegetation in different elevation classes on the amount of changes in soil carbon deposition is confirmed based on the results obtained in this research. Overall, the carbon sequestration potential is different according to habitat and elevation classes; therefore, by better understanding these factors and investigating the management factors that affect the sequestration process, we can take steps towards strengthening carbon sequestration and sustainable management of rangelands.
Keywords: Ardabil province, Carbon sequestration, Meshginshahr county, physical, chemical properties of soil, Rangeland habitat -
مجله تحقیقات حمایت و حفاظت جنگلها و مراتع ایران، سال بیست و یکم شماره 2 (پیاپی 42، پاییز و زمستان 1402)، صص 267 -282سابقه و هدف
گونه های درختی می توانند به دلیل تحمل شرایط سخت محیطی، تغییراتی را در ویژگی های خاک و ذخیره کربن آلی ایجاد کنند. بنابراین، با شناخت گونه هایی که قابلیت بیشتری برای ذخیره کربن دارند می توان اصلاح و احیای جنگل های شهری را نیز از منظر شاخص ذخیره کربن آلی خاک (ترسیب کربن) بررسی کرد. درختچه های تاغ و گز ازجمله گونه های هالوفیت مهم ناحیه رویشی ایران- تورانی هستند. در این مناطق، نقش این درختچه ها در ذخیره کربن و افزایش تنوع زیستی گیاهی دارای اهمیت است. پژوهش پیش رو در نظر دارد، توان ذخیره کربن خاک و شاخص های تنوع زیستی گیاهی را در رویشگاه های این دو گونه در استان قم بررسی کند.
مواد و روش هارویشگاه طبیعی گز (Tamarix hispida) واقع در دشت مسیله استان قم و رویشگاه دست کاشت تاغ (Haloxylon ammodendron) در سال 1362، واقع در منطقه حسین آباد میش مست در دشت قم با آب و هوایی خشک قرار دارد. نمونه برداری از خاک در سطح یک هکتار به شکل تصادفی با تعداد 30 نمونه خاک از جهت شرقی زیر تاج پوشش و خارج از تاج پوشش، به کمک سیلندر از عمق 0-15 سانتی متری خاک در هر دو رویشگاه تاغ و گز به طور مجزا انجام شد. به منظور محاسبه ذخیره کربن آلی خاک و به دست آوردن جرم مخصوص ظاهری و کربن آلی و برخی فاکتورهای فیزیکی و شیمیایی خاک، نمونه برداری انجام گردید. برای مطالعه پوشش گیاهی در هر رویشگاه، از پلات 400 مترمربعی با روش پیاده سازی پلات به صورت چهار قطعه 10 در 10 متر به منظور پراکنش بهتر در سطح یک هکتار و برای مطالعه پوشش گیاهی کف از 20 میکروپلات یک مترمربعی (پنج میکروپلات در هر پلات اصلی) استفاده شد. برای محاسبه شاخص های تنوع زیستی گیاهی، مقادیر تنوع گونه ای در هر قطعه نمونه با استفاده از شاخص های سیمپسون، شانون- وینر و غنای گونه ای با استفاده از شاخص های مارگالف، منهینیک و یکنواختی با شاخص های پیلو و شلدون برای هر میکروپلات محاسبه شد. برای محاسبه همبستگی بین فاکتورهای ذخیره کربن و کربن خاک با برخی فاکتورهای فیزیکی و شیمیایی از آزمون اسپیرمن استفاده شد.
نتایج و یافته هامیانگین همه فاکتورهای اندازه گیری شده در خاک برای گونه گز بالاتر بود. اثر گونه و موقعیت نمونه برداری و اثر متقابل گونه در موقعیت نمونه برداری بر مقدار فاکتورهای اسیدیته، درصد کربن آلی، پتاسیم و ترسیب کربن (ذخیره کربن آلی) خاک در سطح پنج درصد تفاوت معنی دار داشت. همچنین، براساس نتایج به دست آمده از مقایسه میانگین تیمارها مشخص شد که بیشترین میزان ذخیره کربن خاک در تیمار زیر تاج درختچه گز با میزان 13/191 تن در هکتار است. نتایج نشان داد، میزان ذخیره کربن خاک بین دو گونه تاغ و گز، دارای اختلاف معنی دار بوده و در خاک گز بالاتر است. ویژگی های خاک مانند مقدار ذخیره کربن، %OC،pH و K در زیرتاج پوشش گز بالاتر از منطقه شاهد (خارج از تاج پوشش) است. همبستگی بین ویژگی ذخیره کربن و سایر فاکتورها نشان داد که فاکتورهای OC،pH و EC می توانند به عنوان مهمترین عوامل تاثیرگذار برای برآورد ذخیره کربن خاک استفاده شوند. شاخص های تنوع زیستی گیاهی شامل تنوع گونه ای، غنای گونه ای و یکنواختی برای هر میکروپلات، فقط در تاغزار محاسبه شد، زیرا رویشگاه گز به دلیل تنش شدید خشکی، فاقد پوشش کف و زادآوری بود. شاخص های منهینیک و مارگالف با میزان 39/1 و 68/1 به ترتیب میانگین غنای گونه ای رویشگاه تاغ را به خود اختصاص داده اند.
نتیجه گیریبا توجه به تاثیر مثبت درختچه گز بر عناصر مغذی و افزایش ماده آلی و ذخیره کربن خاک که در طولانی مدت موجب بهبود ساختمان خاک می شود، همین طور توانایی سازگاری و مقاومت مطلوب با شرایط آب و هوایی خشک و شکننده منطقه مسیله، حفظ و احیای این گونه بومی باارزش بسیار حیاتی است و گونه ای مناسب برای جنگل کاری در مناطقی با چنین مشخصاتی است. همچنین، با توجه به تاثیر مثبت گونه تاغ در افزایش شاخص های تنوع زیستی رویشگاه که در طولانی مدت سبب حفاظت و بهبود ساختمان خاک می شوند، موضوع حفظ و احیای این گیاهان با ارزش برای منطقه و استان قم ضروریست.
کلید واژگان: تاغ, گز, تنوع زیستی, ترسیب کربن, مناطق خشک, رویشگاه ایران- تورانیBackground and objectivesTree species can cause changes in soil characteristics and organic carbon storage due to their tolerance to harsh environmental conditions. Therefore, by knowing the species that have more ability to store carbon, it would be possible to follow the improvement and regeneration of urban forests from the perspective of carbon sequestration index. Haloxylon ammodendron and Tamarix hispida shrubs are among the important halophyte species of the Irano-Turanian vegetation zone. In these areas, it is important the role of these shrubs in storing carbon and increasing plant biodiversity. The current research aims to investigate the soil carbon sequestration and plant biodiversity indicators in the habitats of these two species in Qom province.
MethodologyThe natural habitat of Tamarix located in Mesila plain of Qom province and the cultivated habitat of Haloxylon in 1362, located in Hossein-Abad area of Mish-mast in Qom plain with arid climate. Soil sampling was done randomly on one hectare with 30 samples from the eastern direction under the canopy and outside the canopy, by a cylinder at the depth of 0-15 cm in both Haloxylon and Tamarix habitats separately. Sampling was done to calculate the soil organic carbon reserve to obtain the apparent specific mass and organic carbon and some soil physical and chemical factors. To study the vegetation coverage in each habitat, from a plot of 400 m2 with the method of implementing the plot in the form of four plots of 10 x 10 meters in order to better distribute it on the surface of one hectare, and to study the vegetation of the floor from 20 micro-plots of one m2 (five micro-plots in each plot) was used. The values of species diversity in each microplate from each sample plot was calculated using Simpson, Shannon-Wiener indices and species richness using Margalef, Menchick and uniform indices with Pillo and Sheldon indices. Spearman's test was used to calculate the correlation between soil carbon deposition factors and some physical and chemical factors.
ResultsThe average of all measured factors in the soil was higher for Tamarix. The effect of species and sampling position and the mutual effect of species in sampling position on the amount of acidity factors, percentage of organic carbon, potassium and carbon deposition (organic carbon storage) of the soil had a significant difference at the level of 5%. Furthermore, based on the comparison of the average of the treatments, it was found that the highest amount of soil carbon deposition is in the treatment under canopy of the Tamarix shrub with the amount of 191.13 tons per hectare. The results showed a significant difference in the amount of soil carbon sequestration between two species of Haloxylon and Tamarix, and it is higher in Tamarix soil. Soil characteristics such as carbon deposition, %OC, pH and K under canopy of Tamarix are higher than outside the canopy. The correlation between carbon sequestration characteristics and other factors showed that OC, pH and EC factors can be used as the most important influencing factors to estimate soil carbon sequestration. The indicators of plant biodiversity, including species diversity, species richness and uniformity, were calculated for each micro-plot only in Haloxylon habitat, because the Tamarix habitat was lack of floor cover and reproduction due to severe drought stress. The Menhinik and Margalef indices with the values of 1.39 and 1.68, respectively, have assigned the average species richness of Haloxylon habitat.
ConclusionDue to the positive effect of Tamarix on the increase of organic matter and soil carbon deposition, which improves the soil structure in the long term, as well as the ability to adapt and resist the dry and fragile weather conditions of Mesileh region. The revival of this valuable species is vital and it is a suitable species for forestry in areas with such characteristics. Likewise, considering the positive effect of Haloxylon species in increasing habitat biodiversity indicators, which in the long term protect the soil structure, the issue of preserving and revitalizing these valuable plants is necessary for Qom province.
Keywords: Haloxylon, Tamarix, Plant Biodiversity, Carbon sequestration, arid regions, Irano-turanian region -
زمینه و هدف
بیوچار یک ماده کربنی مقاوم به تجزیه است که از حرارت دادن انواع زیست توده های آلی در یک محیط عاری از اکسیژن و یا با اکسیژن محدود تولید می شود و با هدف افزایش کربن آلی و بهبود ویژگی های فیزیکی، شیمیایی و زیستی خاک به کار برده می شود. بنابراین کاربرد آن در خاک های کم حاصلخیز مناطق گرم و خشک ایران که غالبا دچار کمبود کربن آلی هستند، حائز اهمیت است. علاوه بر آن، بیوچار به علت پایداری بسیار زیاد در خاک، می تواند دی اکسیدکربن اتمسفری را برای مدت چند صد الی چند هزار سال در خاک ترسیب نماید. همچنین، می تواند حاصلخیزی خاک را برای مدت طولانی با تاثیر بر خواص فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی آن بهبود ببخشد. بنابراین، پایداری بیوچار تحت تاثیر عوامل متعددی همچون ویژگی های بیوچار و خاک، برهم کنش بیوچار با اجزای خاک و عوامل محیطی قرار می گیرد که در این مقاله مورد بررسی قرار می گیرد. استفاده از بیوچار در خاک های مناطق خشک و نیمه خشک ایران که اغلب دارای کمبود کربن آلی هستند، حائز اهمیت است.
روش پژوهش:
در این مقاله مروری، ضمن بررسی شواهدی از پایداری زیاد بیوچار در خاک ها، مهم ترین عوامل موثر در سرنوشت بیوچار شامل سازوکارهای خروج بیوچار از خاک، تثبیت بیوچار و برهم کنش های بیوچار با اجزای خاک مورد بررسی قرار گرفته و خلاها و زمینه های تحقیقاتی مورد نیاز در این زمینه ارائه می شود.
یافته هابیوچار در مقایسه با اجزای اصلی کربن در زیست توده مقاومت بیشتری برای تجزیه و تخریب دارد. با این حال، با برهم کنش با اجزای خاک، به مرور زمان دچار تغییر و تحول شده و از خاک خارج می شود. شدت این تغییر و تحول ها و مدت زمان ماندگاری بیوچار در خاک به نوع بیوچار بستگی دارد؛ به طوری که بیوچارهای تولید شده از زیست توده های علفی و بیوچارهای تولید شده در دماهای پایین پایداری کمتری دارند. علاوه برآن، بیوچار با تمام اجزای خاک شامل، مواد آلی، ذرات معدنی، عناصر غذایی، موجودات زنده و آب و هوای خاک برهم کنش داشته و برآیند این برهم کنش ها میزان پایداری بیوچار در خاک را تعیین می نماید. عوامل بیرونی مانند حضور گیاه و تغییرات القایی ریشه، فرسایش های بادی و آبی، آبشویی و آتش سوزی نیز بر سرنوشت بیوچار در خاک تاثیر می گذارند. از این میان، با توجه به برهم کنش های بین ریزجانداران و بیوچار در خاک، به نظر می رسد ریزجانداران خاک مهم ترین نقش را در تجزیه و تخریب بیوچار ایفا می کنند. با این حال، سازوکارهایی مانند حبس شدن ذرات بیوچار در داخل خاک دانه ها، پیوند بیوچار با اجزای آلی و معدنی خاک و غیرفعال سازی آنزیم های خاک توسط بیوچار می تواند پایداری و ماندگاری بیوچار را در خاک افزایش دهد.
نتایجبا توجه به پایداری بسیار زیاد بیوچار در خاک و ضرورت افزایش کربن آلی خاک به عنوان اصلی ترین عامل حاصلخیزی، کاربرد بیوچار در خاک های ایران می تواند ضمن افزایش کربن آلی خاک، به طور مستقیم و غیرمستقیم حاصلخیزی این خاک ها را بهبود بخشد. با این حال، بیوچار بعد از افزوده شدن به خاک، با اجزای خاک وارد برهم کنش شده و ویژگی های آن در طی زمان دچار تغییر و تحول می شود و به علت نوظهور بودن فناوری بیوچار و گستردگی زمینه های کاربرد آن، هنوز اطلاعات ما در زمینه برهم کنش های آن با اجزای مختلف خاک و تغییر و تحولات بلندمدت آن در خاک و محیط زیست به روشنی مشخص نشده و تحقیقات زیادی در این زمینه مورد نیاز است.
کلید واژگان: ویژگی های خاک, ترسیب کربن, کربن آلیBackground and AimBiochar is a carbon-rich charcoal material resistant to decomposition, which is produced by heating biomasses in an oxygen-free environment or with limited oxygen. It is used with the aim of increasing organic carbon and improving the physical, chemical and biological characteristics of the soil. Thus its use in the low-fertile soils of hot and dry regions of Iran, which are often deficient in organic carbon, is important. Addition to its high stability in the soil, biochar can sequester atmospheric carbon dioxide in the soil for several hundred to several thousand years. In addition, it can improve soil fertility for a long time by affecting its physical, chemical, and biological properties. The stability of biochar is affected by several factors, such as the characteristics of biochar and soil, the interaction of biochar with soil components and environmental factors, which are examined in this article. Therefore, it is important to use biochar in the soils of arid and semi-arid regions of Iran, which are often deficient in organic carbon.
MethodIn this review article, while investigating the evidences of the high stability of biochar in the soils, the most effective factors the fate of biochar in the soil, including the mechanisms of biochar removal from the soil, biochar stabilization in the soil, and interactions of biochar with soil components, and the gaps and required research areas are presented.
ResultsBiochar is higher resistant to degradation than the original carbon compounds in biomass. However, by interacting with soil components, biochar undergoes changes over time and is removed from the soil. The intensity of these changes and biochar residence time in the soil depends a lot on the type of biochar; So, biochars produced from grassy biomass and biochars produced at low temperatures are less stable. In addition, biochar interacts with all soil components, including organic matter, mineral particles, nutrients, living organisms, and soil water and atmosphere, and the result of these interactions determines the stability of biochar in soil. External factors such as the presence of plant and induced root changes, wind and water erosions, leaching, and fire also affect the fate of biochar in the soil. Among these, considering the interactions between microorganisms and biochar in soil, it seems that soil microorganisms play the most important role in the decomposition and destruction of biochar in soil. However, mechanisms such as the entrapment of biochar particles inside aggregates, binding of biochar with organic and inorganic components of soil, and inactivation of soil enzymes by biochar can increase the stability and durability of biochar in soil.
ConclusionConsidering the very high stability of biochar in soil and the necessity of increasing soil organic carbon as the main factor of soil fertility factor, the use of biochar in Iranian soils it can directly and indirectly improve the fertility of these soils while increasing soil organic carbon. However, after biochar is added to the soil, it interacts with the soil components and its characteristics change and evolve over time (aging). However, due to the novelty of biochar technology and the wide range of its application fields, our information on its interactions with various soil components, its long-term changes and developments in the soil and environment, and its long-term effects on the soil and the environment are not yet clearly defined and much research is needed in this field.
Keywords: Carbon sequestration, organic carbon, Soil Properties -
بیش از 80 درصد از مساحت ایران را مناطق خشک و نیمه خشک تشکیل می دهند. خاک های خشک و نیمه خشک دارای مشکلات و محدودیت های متعددی هستند. یکی از مهم ترین عوامل محدودکننده حاصلخیزی خاک و تولید محصول در این مناطق، کمبود مواد آلی خاک است. در بیش از 60 درصد از اراضی کشاورزی ایران، میزان کربن آلی خاک کمتر از یک درصد است؛ در حالی که حد مطلوب آن در خاک 3-2 درصد می باشد. مواد آلی خاک به عنوان یکی از مهم ترین شاخص های سلامت خاک، نقش محوری در حاصلخیزی خاک و تولید محصول دارند؛ به طوری که با افزایش میزان مواد آلی خاک می توان ویژگی های فیزیکی، شیمیایی و زیستی خاک را بهبود بخشید و عملکرد گیاه را افزایش داد. با این حال، پایداری و اثر باقی مانده کودها و مواد زاید آلی در خاک کم است. امروزه تبدیل انواع بقایای آلی به بیوچار و افزودن آن به خاک، از روش های نوین افزایش کربن آلی خاک به شمار می رود. این روش، علاوه بر افزودن کربن آلی و بهبود حاصلخیزی خاک و افزایش عملکرد محصول، به دلیل پایداری بسیار زیاد، دارای اثرهای باقی مانده زیادی در خاک می باشد. با این حال، به دلیل ویژگی های خاص خاک های مناطق خشک و نیمه خشک، به کار بردن بیوچار در این مناطق با چالش هایی همراه بوده و کمتر مورد توجه قرار گرفته است. در این مقاله، ضمن مرور اثرات مثبت بیوچار بر شاخص های کیفی خاک و تولید محصول، چالش های کاربرد بیوچار در خاک های مناطق خشک و نیمه خشک به ویژه دیم زارها و راهکارهای برطرف نمودن این چالش ها مورد بررسی قرار گرفته است.
کلید واژگان: ترسیب کربن, دیم, کربن آلی, حاصلخیزی, مواد آلی خاکMore than 80% of Iran's area is arid and semi-arid. Arid and semi-arid soils have various problems and limitations. One of the most important factors limiting soil fertility and crop production in these areas is the lack of soil organic matter (SOM). In more than 60% of Iran's agricultural lands, the amount of SOM is less than 1%; While its optimal level in soils should be 2-3%. SOM, as one of the most important indicators of soil health, plays a vital role in soil fertility and crop production; So, by increasing the amount of SOM, the physical, chemical, and biological characteristics of the soil and crop yield can be improved. However, the stability and residual effects of the fertilizers and organic wastes in the soil are low. Nowadays, converting organic wastes and residues into biochar and adding them to the soil is one of the new methods of increasing soil organic carbon, which enhance soil fertility and crop yield and has high residual effects due to its high stability. However, due to the specific characteristics of the soils of arid and semi-arid regions, using biochar in these regions is associated with challenges and has received less attention. In this review article, while reviewing the positive effects of biochar on soil quality indicators and crop production, the challenges of using biochar in the soils of arid and semi-arid areas, especially in drylands, and the solutions to overcome these challenges have been reviewed.
Keywords: Carbon sequestration, Fertility, Organic carbon, Rainfall, Soil organic matter -
ارزیابی مقدار زی توده، ترسیب کربن و شاخص سطح برگ گونه زالزالک (Crataegus aronia L) در جنگل های ایلامتحقیق حاضر با هدف، برآورد زی توده، ذخیره کربن و شاخص سطح برگ گونه زالزالک (Crataegus aronia L.) در جنگل های سرطاف شهرستان ایلام انجام شد. بدین منظور و با استفاده از روش نمونه برداری تصادفی، 30 اصله درخت زالزالک انتخاب و متغیرهای قطر یقه، ارتفاع درخت، طول تاج، قطر بزرگ و کوچک تاج و متوسط قطر تاج اندازه گیری شد. سپس برگ های یک چهارم تا یک هشتم تاج درختان نمونه جمع آوری شد. پس از خشک کردن در داخل آون، وزن خشک برگ ها تعیین شد. پس از سوزاندن مقدار کافی از برگ های خشک شده در کوره الکتریکی، وزن مواد آلی و مقدار کربن برگ ها به دست آمد. نتایج نشان داد که متوسط زی توده برگ، ذخیره کربن برگ، مقدار جذب دی اکسید کربن از جو به ترتیب 18/99، 61/46، 59/170 کیلوگرم در هکتار به دست آمد. متوسط شاخص سطح برگ گونه زالزالک برای هر درخت 08/9 و در هکتار منطقه 095/0 محاسبه شد. نتایج بررسی روابط آلومتریک با استفاده از روابط رگرسیونی مدل های مختلف نشان داد که همبستگی مثبت و معنی داری بین متغیر متوسط قطر تاج با متغیرهای زی توده و شاخص سطح برگ درختان زالزالک در جنگل های ایلام وجود دارد. به طور کلی، نتایج حاصل از این تحقیق توانایی اندازه گیری زی توده، ترسیب کربن و شاخص سطح برگ گونه زالزالک را با استفاده از معادلات آلومتریک نشان می دهد.کلید واژگان: ترسیب کربن, روش درخت متوسط, مدل رگرسیونی توانی, شاخص سطح برگThe objective of this research was to estimate the biomass, carbon storage and leaf area index of hawthorn species (Crataegus aronia L.) in Sartaf forests of Ilam city. For this purpose, using random sampling method, 30 hawthorn trees were selected and variables of collar diameter, tree height, crown length and large and small diameter of the crown were measured. Then, the leaves from 1/4 or 1/8 of the crown of sample trees were collected. After drying the leaves in the oven, the dry weight of the leaves was determined. After burning a sufficient amount of dried leaves in an electric oven, the weight of organic matter and carbon content of the leaves were obtained. The weight method was used to calculate the leaf area index. The results showed that the average leaf biomass, leaf carbon sequestration, and carbon dioxide absorption from the atmosphere were 99.18, 46.61, and 170.59 kg per hectare, respectively. The average leaf area index of hawthorn species was calculated as 9.08 for each tree and 0.095 per hectare in study area. The results of allometric relationships using different regression models showed a positive and significant correlation between the variable of mean crown diameter with the variables of biomass and leaf area index of hawthorn trees in Ilam forests. In general, the results of this research show the ability of using allometric equations to measure biomass, carbon sequestration, and leaf area index of Crataegus aronia.Keywords: carbon sequestration, Mean tree method, Power regression model, Leaf Area Index
-
سابقه و هدف
کربن آلی خاک یکی از پارامترهای مهم تعیین کننده میزان حاصلخیزی خاک، قابلیت تولید و شاخص مهمی در نشان دادن کیفیت خاک مخصوصا خاک های مناطق خشک و نیمه خشک است. مراتع، در حدود نیمی از خشکی های جهان را تشکیل می دهند و حاوی بیش از یک سوم ذخایر کربن زیست کره خاکی هستند. با توجه به این که مراتع به عنوان مهمترین اکوسیستم های خشکی، ذخایر طبیعی کربن به شمار می روند، بسیار مورد توجه بوده و نحوه و میزان ترسیب کربن در آن ها مهم است.
مواد و روش هادر این تحقیق پس از انتخاب مراتع واقع در دامنه جنوبی کوه دماوند، با توجه به وضعیت جغرافیایی و پوشش گیاهی منطقه، 4 طبقه ارتفاعی از سطح دریا با نوع و ترکیب پوشش گیاهی یکسان همچنین شیب متوسط به گواهی بازدید میدانی و اطلاعات اداره منابع طبیعی ناحیه شامل طبقه ارتفاعی 1 (2664-2504 متر)، طبقه 2 (2896-2730 متر)، طبقه 3 (3050-2923 متر) و طبقه 4 (3545-3119 متر) جهت نمونه برداری از خاک در ارتفاع های متفاوت، معین گردید. در هر طبقه ارتفاعی، 13 نقطه تصادفی مشخص و از هر نقطه، سه نمونه خاک (در نقش تکرار) از اعماق 15-0 و 30-15 سانتی متر تهیه گردید. پس از اندازه گیری میزان کربن ترسیب شده در هر نمونه خاک، داده ها مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. میزان ترسیب کربن در خاک با ضرب میزان کربن آلی خاک در وزن مخصوص ظاهری و عمق مورد مطالعه و در واحد هکتار (10000 متر مربع) محاسبه شد. سپس اقدام به ایجاد معادلات رگرسیونی و روش سطح پاسخ (RSM) شده و دقت آن ها در پیش بینی میزان ترسیب کربن با یکدیگر مقایسه گشته و روش دقیق تر مشخص شد. برای ارزیابی دقت مدل های رگرسیونی و روش سطح پاسخ از ضریب تعیین (R2) میان داده های اندازه گیری شده و پیش بینی شده استفاده شد.
نتایجنتایج تجزیه واریانس داده ها نشان داد که فقط عمق نمونه برداری، اثر معنی داری بر میزان ترسیب کربن خاک داشته و اثر ارتفاع نمونه برداری همچنین اثر متقابل عمق و ارتفاع نمونه برداری بر میزان ترسیب کربن خاک بی معنی بود. در حالت کلی، میزان ترسیب کربن در عمق 30-15 سانتی متری بیشتر از 15-0 سانتی متر بوده و در هر دو عمق تحت بررسی، طبقه ارتفاعی 4 (3545-3119 متر) بیشترین میزان ترسیب کربن خاک را داشت. به علاوه پس از طبقه ارتفاعی4، بیشترین میزان ترسیب کربن مربوط به طبقه ارتفاعی1 (2664-2504 متر) بود. بیشترین میزان ترسیب کربن به میزان 604654 گرم در متر مربع مربوط به طبقه ارتفاعی4 و عمق 30-15 سانتی متر و کمترین میزان ترسیب کربن در حدود 225000 گرم در متر مربع مربوط به طبقه ارتفاعی 2 و عمق 15-0 سانتی متر بود. در بخش مدل سازی، مدل درجه دوم روش سطح پاسخ با دقت بالاتر (7363/0=R2) نسبت به مدل خطی همین روش (6014/0=R2) و مدل کم دقت تر رگرسیونی (428/0=R2)، میزان ترسیب کربن خاک مراتع را پیش بینی نمود. به علاوه، روش سطح پاسخ موفق به بهینه سازی ورودی ها به صورت ارتفاع 3500 متری و عمق دوم به منظور یافتن میزان ترسیب کربن در خاک به صورت 699/808811 گرم در متر مربع با رضایتمندی 976/0 گردید.
نتیجه گیریروش سطح پاسخ (RSM) به عنوان یک ابزار نوین نه تنها در پیش بینی و بهینه سازی میزان ترسیب کربن خاک مراتع تحت شرایط عمق و ارتفاع نمونه برداری متفاوت عملکرد مطلوبی دارد، بلکه می توان از آن به عنوان ابزاری هوشمند در جهت پیش بینی پارامترهای مختلف در علوم مرتع و مراتع تحت بررسی به عنوان مثال در پیش بینی حجم زیست توده زیرزمینی و روزمینی، نحوه پراکنش گونه های مرتعی و... استفاده نمود.
کلید واژگان: مدل سازی, روش سطح پاسخ, رگرسیون, ترسیب کربن, بهینه سازیJournal of Rangeland, Volume:17 Issue: 2, 2023, PP 179 -194Background and ObjectivesOrganic carbon is a crucial parameter for assessing soil fertility, productivity, and quality, particularly in dry and semi-dry lands. Rangelands cover approximately 50% of the Earth's land area and store over 33% of the global carbon reservoirs. Considering rangelands as significant terrestrial ecosystems and natural carbon reserves, understanding and quantifying carbon sequestration in these ecosystems is of great importance.
MethodologyThis research focused on rangelands in the southern domain of Damavand mountain. Four height groups were selected based on geographic conditions, regional plant cover, and slope. Each height group represented a different elevation range: group 1 (2504-2664 m), group 2 (2730-2896 m), group 3 (2923-3050 m), and group 4 (3119-3545 m). Soil sampling was conducted at two depths (0-15 cm and 15-30 cm) using 13 random points within each height group. Soil organic carbon and bulk density were measured, and carbon sequestration was calculated at the hectare level by multiplying organic carbon and depth. Regression equations and response surface models (RSM) were developed using design software to predict carbon sequestration and compare their accuracy.
ResultsAnalysis of variance (ANOVA) showed that only sampling depth significantly affected soil carbon sequestration, while sampling height and the interaction between depth and height had no significant effect. Carbon sequestration was higher at a depth of 15-30 cm compared to 0-15 cm. Among the height groups, group 4 (3119-3545 m) exhibited the highest soil carbon sequestration, followed by group 1 (2504-2664 m). The highest carbon sequestration (6046.54 g/m2) was observed in height group 4 at a depth of 15-30 cm, while the lowest (2250 g/m2) was found in height group 2 at a depth of 0-15 cm. The quadratic model of the response surface methodology demonstrated higher accuracy (R2 = 0.7363) in predicting soil carbon sequestration compared to the linear model (R2 = 0.6014) and the less accurate regression model (R2 = 0.428). The response surface method successfully optimized the inputs, suggesting a height of 3500 meters and a specific depth to achieve a soil carbon sequestration amount of 8088.117 g/m2 with a satisfaction level of 0.976.
ConclusionThe response surface methodology (RSM) proved to be a valuable tool for predicting and optimizing soil carbon sequestration in rangelands, considering different sampling depths and heights. It can also be utilized for predicting various parameters in rangeland science, such as above and underground biomass volume and plant species coverage. RSM offers a novel approach for understanding and managing rangeland ecosystems.
Keywords: Modeling, response surface methodology, regression, carbon sequestration, optimization -
سابقه و هدف
گرچه به نظر می رسد فرآیند چرای دام موجب تسریع چرخه کربن در اکوسیستم های مرتعی شود، اما تاثیر آن بستگی به عوامل مدیریتی و محیطی دارد و غیرقابل پیش بینی است. دلایل اصلی این عدم قطعیت، عبارتند از: (1) مشکل بودن ردیابی تغییرات کوچک در ذخایر کربن مراتع، به علت حجم بالای این ذخایر (2) فقدان اطلاعات پایه قبل از اعمال هرگونه سیستم چرایی و (3) فقدان مراتع دارای مدیریت بلندمدت چرایی. با توجه به موارد فوق هدف این مطالعه، بررسی روابط و چگونگی اثرگذاری پارامترهای گیاهی و خاک بر ذخیره کربن آلی در مراتع قرق 10 ساله در مراتع کوهستانی اسدآباد، همدان است.
مواد و روش هاپس از شناسایی مقدماتی منطقه مورد مطالعه، دو سایت مطالعاتی تحت چرا و قرق (10 ساله) تعیین شدند. به منظور به حداقل رساندن اثر گرادیان عوامل اکولوژیکی و بیولوژیکی، سایت های مطالعاتی به نحوی انتخاب شدند که این عوامل همگن باشند و پارامترهایی مانند ارتفاع، جهت شیب، شیب و تیپ گیاهی مشابهی داشته باشند. پس از مشخص کردن سایت های معرف در هر دو منطقه مدیریتی، نمونه برداری از پوشش گیاهی و خاک سطحی در طول دو ترانسکت (عمود برهم) 100 متری به فواصل 20 متر (مجموعا 10 پلات در هر منطقه) و به روش تصادفی- سیستماتیک انجام شد. پارامترهای درصد پوشش گیاهی، شاخص های تنوع (سیمپسون)، یکنواختی (شانون-وینر) و غنا (مارگالف) (با استفاده از نرم افزار Past 4.03) محاسبه شدند و میزان عناصر کربن آلی، فسفر، پتاسیم و نیتروژن خاک اندازه گیری شدند. آنالیز آماری نتایج با استفاده از نرم افزار SAS V.4.1 و پراکنش متغییرها با توجه به طول گرادیان (1SD) از روش تجزیه مولفه های اصلی PCA با استفاده از نرم افزار Canoco 5 بررسی شد.
نتایجنتایج حاصل از مطالعه حاضر نشان داد که درصد پوشش گیاهی، غنا و تنوع گونه ای در منطقه قرق بیشتر است. درصد پوشش گیاهی و تعداد گونه ها در منطقه تحت چرا و قرق به ترتیب برابر 1/35، 6/67 درصد و 127، 139 است. بیشترین میزان کربن ذخیره در پوشش گیاهی و خاک، با اختلاف معنی داری، در منطقه قرق مشاهده شد. ذخیره کربن آلی در واحدهای مدیریتی قرق و چرا در خاک سطحی به ترتیب 13/83 و 35/74 و در پوشش گیاهی به ترتیب 00273/0 00219/0 تن بر هکتار برآورد شد (05/0 <p). نتایج بیانگر روند افزایشی معنی دار شاخص تنوع گیاهی (سیمپسون) در منطقه قرق 83/13 نسبت به منطقه تحت چرا 63/12 بود. افزایش شاخص غنای مارگالف در منطقه قرق معنی دار بوده است. همچنین اندازه گیری عناصر فسفر، پتاسیم و نیتروژن خاک بیانگر افزایش 51، 7/25 و 15 درصدی این عناصر در شرایط قرق است (05/0 <p). براساس نتایج آنالیز همبستگی، ارتباط خطی معنی داری بین کربن آلی با عناصر فسفر (55/0=r) و نیتروژن (80/0= r) وجود داشت (05/0 <p). هرچند همبستگی معنی داری بین شاخص های تنوع گیاهی با ذخیره کربن آلی پوشش گیاهی مشاهده نگردید.
نتیجه گیریبررسی نتایج حاصل از این مطالعه بیانگر اثرگذاری قرق بلندمدت 10 ساله بر پارامترهای خاک و پوشش گیاهی در مراتع کوهستانی است (05/0 <p). علاوه بر ذخیره کربن آلی گیاه و خاک سطحی، سایر عناصر خاک مورد ارزیابی فسفر، پتاسیم و نیتروژن، درصد پوشش گیاهی و شاخص های تنوع و غنا در شرایط قرق افزایش داشته است. افزایش معنی دار شاخص تنوع گیاهی سیمپسون بیانگر مناسب بودن این شاخص در ارزیابی تغییرات تنوع گیاهی در مراتع کوهستانی است. برغم تغییرات افزایشی تنوع گیاهی و غنا در منطقه قرق، شاخص یکنواختی تغییرات معنی داری نشان نداد. به نظر می رسد به دلیل عدم مشاهده ارتباط خطی معنی دار بین شاخص های تنوع و ذخیره کربن آلی، عوامل دیگری بجز تنوع گیاهی بر افزایش ذخیره کربن اکوسیستم های کوهستانی تاثیر مستقیم دارند.
کلید واژگان: ترسیب کربن, مدیریت مراتع, غنا, یکنواختیJournal of Rangeland, Volume:17 Issue: 2, 2023, PP 246 -262Background and ObjectivesThe impact of grazing on the carbon cycle in mountain rangelands depends on various factors, including management practices and environmental conditions. However, the effects of grazing on carbon stocks remain uncertain due to challenges in tracking small changes in rangeland carbon stocks, lack of baseline information, and limited long-term grazing management data. This study aims to investigate the relationships between plant and soil parameters and organic carbon storage in a 10-year-old exclosure in the mountain rangelands of Asadabad, Hamadan.
MethodologyTwo study sites, one under grazing and the other under a 10-year-old exclosure, were selected in a manner that minimized the gradient effect of ecological and biological factors. Vegetation and topsoil samples were collected along two 100-meter transects at 20-meter intervals, resulting in a total of 10 plots in each area. Vegetation parameters, including percentage cover, diversity (Simpson index), evenness (Shannon-Wiener index), and richness (Margaluf index), were calculated using Past 4.03 software. Soil organic carbon, phosphorus, potassium, and nitrogen were measured. Statistical analysis was performed using SAS V.4.1 software, and the distribution of variables was analyzed using principal component analysis (PCA) in Canoco 5 software.
ResultsThe findings revealed higher vegetation cover and plant diversity (richness and evenness) in the exclosure area. The vegetation cover percentage and species count in the grazing area were 35.1% and 127, respectively, while in the exclosure area, they were 67.6% and 139. The carbon stocks in vegetation and soil were significantly higher in the exclosure area, with values of 83.13 and 74.35 ton/ha in the soil surface, and 0.00219 and 0.00273 ton/ha, respectively (p < 0.05). The exclosure area exhibited a significant increase in Simpson diversity index (13.83) compared to the grazed area (12.63). Additionally, the Margaluf richness index showed a significant increase in the exclosure area. Soil phosphorus, potassium, and nitrogen nutrient measurements indicated an increase of 51%, 25.7%, and 15% in the exclosure area (p < 0.05). Correlation analysis revealed a significant linear relationship between organic carbon and phosphorus (r = 0.55) and nitrogen (r = 0.80) (p < 0.05). However, no significant correlation was observed between plant diversity indices and vegetation organic carbon storage.
ConclusionThe study demonstrated the positive impact of long-term exclosure on soil and vegetation parameters in mountain rangelands (p < 0.05). Exclosure not only enhanced plant and soil organic carbon storage but also resulted in increased soil nutrient levels, vegetation cover, and diversity and richness indices. The significant increase in plant diversity highlights the suitability of the Simpson index for evaluating diversity in mountain rangelands. However, the lack of a significant linear relationship between diversity index and organic carbon stocks in plants and soils suggests that factors other than plant diversity directly influence carbon stocks in mountain ecosystems.
Keywords: Species diversity, species richness, vegetation cover percentage, carbon sequestration, Soil Organic Carbon -
بوم سازگان های جنگلی از بزرگ ترین منابع ذخیره کربن هستند. به منظور برآورد ظرفیت ترسیب کربن زی توده زیرزمینی، خاک و ریشه در توده راش و ممرز در جنگل لیره سر در تنکابن، 30 نمونه از هر یک از دو گونه راش و ممرز ریشه کن شده از زیر تنه و به طور تصادفی انتخاب شد. نمونه برداری خاک در سه عمق 10-0، 30-10، 50-30 سانتی متری و نمونه برداری ریشه در شش طبقه قطری کمتر از یک، 5-1، 10-5، 20-10، 50-20 و بالاتر از 50 میلی متری از قسمت های مختلف ریشه انجام شد. نمونه های خاک از الک 2 میلی متری عبور داده شد و نمونه های ریشه خشک و با دستگاه آسیاب کن پودر شدند. مقدار ذخیره کربن در ریشه های گونه راش 8404 کیلوگرم در هکتار و در ریشه ممرز 6235 کیلوگرم در هکتار و مقدار کلی کربن ترسیب شده در لایه های معدنی خاک از عمق 10-0 تا عمق 50-30 سانتی متر مربوط به راش 121 و ممرز 161 تن در هکتار محاسبه شدند. نتایج حاصل از ترسیب کربن خاک در دو گونه راش و ممرز نشان داد که مقدار ترسیب کربن خاک در گونه ممرز در همه لایه ها به ترتیب 3/62، 5/72 و 9/56 و در گونه راش به ترتیب 42، 6/43 و 7/35 تن در هکتار است. نتایج آزمون تی مستقل نیز نشان داد که بین کربن ذخیره شده در قطرهای مختلف ریشه راش اختلاف معنی داری با ممرز وجود ندارد. مقدار ترسیب کربن خاک در گونه ممرز در همه لایه ها بیشتر از راش است که تاثیر تنوع گونه ای بر مقدار ترسیب کربن خاک را نشان می دهد. با توجه به تاثیر آمیختگی گونه ها بر ذخیره و ترسیب کربن در مقایسه با گونه خالص راش، انتظار می رود که در جنگلکاری در مناطق مستعد، از ترکیب گونه های مختلف درختی استفاده شود. همچنین با توجه به پراکنش گسترده راش و ممرز در جنگل های هیرکانی، به نظر می رسد که گونه ممرز تعدیل کننده در تجزیه عناصر و ترسیب کربن در خاک باشد.
کلید واژگان: بوم سازگان های جنگل, ترسیب کربن, ذخیره کربن, زی توده زیرزمینیForest ecosystems are one of the principal sources of carbon storage. The Lirehsar forest in Tonekabon was studied to assess the carbon sequestration capacity of underground biomass, soil, and roots of beech and hornbeam mixed stands. Thirty samples of uprooted beech and hornbeam trees were unintentionally selected. Soil sampling was carried out at three depths (0-10, 10-30, 30-50 cm), and root diameter sampling was conducted in six classes (50 mm) from distinct parts of the root. Soil samples were passed through a 2 mm sieve, and root samples were dried and pulverized with a grinder. The carbon storage value in beech and hornbeam roots was 8404 kg.ha-1 and 6235 kg.ha-1, respectively. The total amount of carbon deposited in soil mineral layers from 0-10 cm to 30-50 cm depth on beech and hornbeam was calculated 121 and 161 t.ha, respectively. Furthermore, the study results on soil carbon sequestration in beech and hornbeam revealed that the amount of soil carbon sequestration in all layers was 56.9, 72.5, and 62.3 t.ha for hornbeam, while its value for beech in all layers was 42, 43.6, and 35.7 t.ha. The independent t-test results showed no significant difference between carbon stored in diverse root diameters in beech and hornbeam. Findings showed that the amount of soil carbon sequestration on hornbeam was higher than on beech in all layers, revealing the influence of species diversity on soil carbon sequestration. It is expected that a variety of different tree species can be employed for reforestation in suitable areas as a result of the species diversity effect on carbon storage and carbon sequestration compared to pure beech species. It is supposed that hornbeam is a mitigated species for decomposition of soil elements and carbon sequestration in forest soil due to the developed distribution of the studied species in Hyrcanian forests.
Keywords: Forest Ecosystems, Carbon sequestration, carbon storage, Underground biomass -
مجله تحقیقات حمایت و حفاظت جنگلها و مراتع ایران، سال بیست و یکم شماره 1 (پیاپی 41، بهار و تابستان 1402)، صص 135 -152
توسعه مناطق انسانی و فعالیت های بشر در طی زمان موجب تقاضا برای منابع طبیعی از جمله استفاده از خدمات اکوسیستم و به دنبال آن تغییر کاربری زمین می شود. از آنجایی که فرایند تخصیص کاربری موجب ارتباط بین محیط طبیعی و منابع انسانی می شود، رقابت میان کاربری هایی که در تعارض هستند در این فرایند از اهمیت بالایی برخوردار است. ابزارهای مختلفی برای رفع تعارض میان کاربری ها و شبیه سازی تغییرات کاربری زمین استفاده می شوند. مدل CLUMONDO ابزاری است که با دخالت دادن خدمات اکوسیستمی متنوع در تخصیص و تغییر کاربری ها، به شبیه سازی تغییرات کاربری زمین و پوشش زمین می پردازد. در این پژوهش، از این مدل برای پیش بینی میزان تغییرات تقاضا برای کاربری های اصلی حوزه آبخیز قره سو، برای دوره زمانی 10 ساله (1410-1400) استفاده شد. متغیرهای شیب، جهت، ارتفاع، تعداد سلول شهری در همسایگی 7*7، دما، بارش، فاصله از رودخانه، فاصله از شهر و فاصله از جاده در این مدل استفاده شد. برای بهینه سازی در یک سناریو افزایش پتانسیل ترسیب کربن و افزایش مناطقی برای سکنی گزیدن به صورت همزمان بررسی شد. تجزیه و تحلیل نتایج با استفاده از نرم افزار Idrisi Terrset و Arc GIS انجام شد. نتایج نشان داد، برای بهبود خدمات اکوسیستم در 10 سال آینده (1410) کاربری انسان ساخت و جنگل متراکم روند افزایشی و اراضی جنگلی نیمه متراکم و کشاورزی به دلیل تبدیل به کاربری های دیگر کاهش یافته است. این مطالعه نشان داد که می توان تلفیقی از خدمات متنوع و گاهی متضاد را در کنار هم به گونه ای برآورد کرد که نیازهای انسانی نیز برآورده شود.
کلید واژگان: بهینه سازی, ترسیب کربن, سکونتگاه انسانی, خدمات اکوسیستم, مدل CLUMONDOOver time, the development of human settlements and activities has led to an increasing demand for natural resources, including ecosystem services, which subsequently drives changes in land use. As the process of land allocation establishes a link between the natural environment and human resources, the competition among conflicting land uses becomes significantly important in this context. Various tools are employed to address conflicts among land uses and simulate changes in land use. The CLUMONDO model is one such tool that employs various ecosystem services in the allocation and transformation of land uses, allowing for the simulation of land use changes and land cover. In this research, the CLUMONDO model was utilized to predict the extent of changes in demand for major land uses within the Qareh-Sou watershed over a 10-year period (2020-2030). Variables such as slope, aspect, elevation, the number of neighboring urban cells in a 7x7 grid., temperature, precipitation, distance from rivers, distance from urban areas, and distance from roads were incorporated into the model. An optimization approach was implemented to simultaneously enhance carbon sequestration capacity and designate additional residential areas in a specific scenario. The analysis of results was conducted using Idrisi Terrset and ArcGIS software. The findings indicated that over the next 10 years (2020-2030), land use changes for constructed areas and dense forests followed an increasing trend, while semi-dense forests and agricultural lands experienced a decrease due to their conversion into other land uses. This transformation was aimed at enhancing ecosystem services. This study showcases the possibility of harmonizing diverse, and at times conflicting, services in a way that also addresses human needs
Keywords: optimization, Carbon sequestration, human settlement, Ecosystem services, CLUMONDO model -
در این پژوهش به بررسی تاثیر جوامع گیاهی جنگل دارابکلا بر ذخیره کربن زی توده روزمینی و خاک پرداخته شده و پنج جامعه گیاهی طبیعی انجیلی-ممرزستان، آزاد-بلوطستان، تاج ریزی جنگلی-راشستان، افرا پلت-انجیلیستان، فرفیون جنگلی-راشستان و یک توده جنگلکاری افرا پلت مقایسه شدند. نمونه برداری به روش آماربرداری منظم تصادفی با ابعاد شبکه 400×400 متر انجام شد. پس از حذف نقاط حاشیه ای، نمونه خاک از مرکز 163 قطعه نمونه به ابعاد 20×20 متر برداشت شد. نتایج آزمون های تجزیه واریانس، مقایسه میانگین و تجزیه مولفه های اصلی نشان داد که بیشترین مقدار پتاسیم خاک در توده جنگلکاری (97/18 ± 96/336) و کمترین آن در جامعه تاج ریزی جنگلی-راشستان (75/10 ± 25/160) مشاهده شد. مشخصه فسفر خاک دارای بیشترین مقدار در جامعه افرا پلت-انجیلیستان (55/0 ± 65/4) و کمترین مقدار در جامعه تاج ریزی جنگلی-راشستان (14/0 ± 95/1) بود. جامعه افرا پلت-انجیلیستان (08/2 ± 80/34 درصد) و تاج ریزی جنگلی-راشستان (22/1 ± 73/22) به ترتیب بیشترین و کمترین درصد رطوبت را داشتند. با این وجود، جوامع مختلف تاثیر معنی داری بر ذخیره کربن و درصد شن خاک نداشتند. جامعه آزاد-بلوطستان (33/23 ± 82/242) بالاترین و توده جنگلکاری (55/5 ± 78/54) کمترین ذخیره کربن زی توده را داشتند.کلید واژگان: جنگلکاری, جامعه گیاهی, جنگل طبیعی, ترسیب کربن, جنگل هیرکانیCurrent study reviews effect of the Darabkola forest plant communities on Carbon sequestration in soil and Above Ground Biomass (AGB). It compared five natural communities, including Parrotio persicae-Carpinetum betuli, Zelkovo carpinifoliae-Quercetum castaneifoliae, Solano kieseritzkii-Fagetum orientalis, Aceri velutini-Parrotietum persicae, Euphorbio amygdaloidea-Fagetum orientale, and one Maple plantation stand. Sampling was done using systematic randomized with 400×400 meters dimensions. After removal of marginal points, soil samples were collected from center of 163 plots with 20×20 meters dimension. Results of ANOVA, mean comparison, and PCA showed that the highest soil Potassium belongs to the plantation stand (336.96±18.97), while the least one, belongs to Solano kieseritzkii-Fagetum orientalis (160.25±10.75). On the other hand, soil Phosphorus was the highest in the Aceri velutini-Parrotietum persicae (4.65±0.55), and it was the lowest in Solano kieseritzkii-Fagetum orientalis (1.95±0.14). Aceri velutinid-Parrotietum persicae (34.80±2.08) and Solano kieseritzkii-Fagetum orientalis (22.73±1.22) had the highest and the lowest soil moisture content, respectively. However, the study proved that different communities did not affect soil sand percent and carbon sequestration. Zelkovo carpinifoliae-Quercetum castaneifoliae (242.82±23.22) had the highest, and plantation stand (54.78±5.55) had the lowest carbon sequestration in AGB.Keywords: forest plantation, Plant community, natural forest, carbon sequestration, Hyrcanian forest
-
نظام های زراعی انواع خدمات تامینی، حمایتی، تنظیمی و فرهنگی را به جوامع انسانی ارایه می دهند. در این مطالعه خدمات تامینی، حمایتی، تنظیمی در کشت بوم های گندم (Triticum aestivum L.) شرکت زراعی دشت ناز ساری (استان مازندران) در سال زراعی 99-1398 ارزیابی و کمی سازی شد. قطعات تحت کشت گندم شامل چهار رقم تیرگان، احسان، کلکتور و N-92-9 بودند که به عنوان تیمارهای آزمایش در نظر گرفته شد. در این مطالعه، انواع خدمات بوم سازگانی شامل تنوع زیستی حشرات و گیاهان هرز از زیرمجموعه خدمات حمایتی با استفاده از شاخص های شانون-واینر، سیمپسون، مارگالف، یکنواختی و منهنیک، خدمات تنظیمی با استفاده از نمایه های تنفس میکروبی خاک، ترسیب کربن، فراوانی کرم خاکی، ماده آلی، پایداری خاکدانه ها، تولید اکسیژن و خدمات تامینی شامل عملکرد دانه و میزان پروتیین دانه ارزیابی و کمی سازی شدند. برای تعیین میزان تنفس میکروبی، ماده آلی و ترسیب کربن، نمونه های خاک قبل از کشت گندم در آبان 1398 و پس از برداشت آن در خرداد 1399 از عمق 0-30 سانتی متری برداشت شدند. تولید اکسیژن بر اساس تولید خالص اولیه برآورد گردید. داده های آزمایش به صورت طرح کاملا تصادفی نامتعادل تجزیه شدند. نتایج نشان داد که بیشترین میزان خدمت تولید اکسیژن حدود 43/13 تن در هکتار و عملکرد دانه گندم حدود 84/4 تن در هکتار از رقم کلکتور حاصل گردید. بالاترین درصد پروتیین دانه از زیرمجموعه خدمات تامینی، به میزان 15/12 درصد به رقم احسان اختصاص یافت. در این پژوهش، بیشترین میزان ترسیب کربن (33/2 تن در هکتار) و فعالیت تنفس میکروبی قبل از کشت و بعد از برداشت محصول به ترتیب به میزان 46/76 و 52/38 میلی گرم 2CO به ازای هر کیلوگرم خاک در روز، به قطعه 15 تعلق داشت. ارزیابی وضعیت تنوع زیستی در حشرات و گیاهان هرز نشان داد که بیشترین میزان شاخص تنوع شانون- واینر و شاخص یکنواختی در گیاهان هرز به ترتیب به میزان 63/2 و 82/0 از قطعات 23 و 15 به دست آمد و همچنین شاخص شانون- واینر و شاخص یکنواختی جوامع حشرات به ترتیب به میزان 07/2 و 94/0 برای قطعه 22 محاسبه شد. به طور کلی، ارایه خدمات ترسیب کربن، ماده آلی، تنفس میکروبی، فراوانی کرم خاکی و پایداری خاکدانه ها بر اساس شاخص های میانگین وزنی قطر (MWD)و میانگین هندسی قطر (GMD) در قطعات 14 و 15 تحت کشت گندم بهتر از سایر قطعات بود. نتایج این مطالعه نشان داد که مدیریت زراعی و اجرای نظام کشاورزی فشرده، بر ارایه بسیاری از خدمات بوم سازگان در مزارع گندم در منطقه دشت ناز ساری تاثیرگذار بود، به طوری که این خدمات تحت تاثیر عواملی متعددی مانند رقم زراعی، تناوب زراعی، روش های خاکورزی و غیره قرار گرفتند.
کلید واژگان: ترسیب کربن, تنوع زیستی, تولید اکسیژن, خدمات تامینی, خدمات حمایتیAgroecology journal, Volume:15 Issue: 2, 2023, PP 277 -299IntroductionEcosystem services are usually divided into four categories: (a) provision services, (b) regulating services, (C) cultural services and (d) supporting services. Ecosystem services are managed in agroecosystems primarily for food production. But, agricultural ecosystems provide provision, regulating and cultural services for human society. These services respond strongly to human socio-economic needs. Quantifying the various services and functions of agroecosystems is one of the most important effective strategies in order to increase attention pay to these services. Therefore, the purpose of this study was evaluation and quantification of ecosystem services in wheat (Triticum aestivum L.) agroecosystems of Dasht-e-Naz, Sari.
Materials and MethodsThis experiment was performed as an unbalanced completely design in wheat agroecosystems of Dasht-e-Naz, Sari (Mazandaran province), during 2019-2020. In this study, 9 wheat plots with 4 cultivars including Tirgan, Ehsan, Collector and N-92-9 were surveyed and monitored. In this study, some ecosystem services such as insect and weed biodiversity (using Shannon-Weiner, Simpson, Margalf, Uniformity and Menhinick indices), soil microbial respiration, carbon sequestration, organic matter, abundance of earthworms, grain yield, protein content oxygen production, and soil protection (by the stability of aggregates) were evaluated and quantified. Soil samples were taken from a depth of 0-30 cm before wheat planting in November 2019 and after harvest in June 2020 for assessment of rate of microbial respiration, organic matter and carbon sequestration. Also, oxygen production was estimated based on net primary production. Sampling of yield and plant biodiversity was harvested based on W pattern and with quadrate 0.5 × 0.5 m2. All samples were moved to the crop research laboratory of Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources and the plant flora was determined by genus and species names.
Results and DiscussionThe results showed that crop management and performance of intensive agricultural system were effective on providing many services of ecosystems in wheat fields of Dasht-e-Naz, Sari. These services are influenced by several factors such as cultivar type, crop rotation, tillage, etc. The results showed that the effect of different cultivars was significant on grain yield and protein percentage. The highest percentage of grain protein as a provision service was obtained from Ehsan cultivar (12.15%) and the lowest content was obtained about 11.42% from N-92-9 cultivar. The highest wheat grain yield and oxygen production were calculated from plots under Collector cultivar. In additional, the highest amount of carbon sequestration (2.33 ton/ha) and microbial respiration rate in before planting and after harvest (76.46 and 38.52 mg CO2 per kg of soil per day, respectively) belonged to plot 15. Also, it was determined that plot 15 was better than other plots from soil protection service view based on the diameter mean weight index (MWD) and the geometric mean diameter index (GMD). In this research, three beneficial insects (biodiversity assessment) were observed such as Coccinella septempunctata Linnaeus and Aphidius matricariae, and Chrysoperla carnea. The highest values of Shannon-Weiner and uniformity indices of weeds were as 2.63 and 0.82 in plots 23 and 15, respectively. Furthermore, Shannon-Weiner and uniformity indices of insect communities were obtained as 2.07 and 0.94 from plot 22, respectively.
ConclusionGenerally, carbon sequestration, organic matter, microbial respiration, earthworm abundance, aggregate stability index, average weight diameter (MWD) and geometric mean diameter index (GMD) were better in plots 14 and 15 under wheat cultivation than other plots. The results of this study showed that crop management and implementation of intensive agricultural system were effective in providing many ecosystem services in wheat fields in Dasht-e Naz region of Sari. So that, these services were affected by several factors such as cultivar, crop rotation and tillage methods.
Acknowledgment
The authors gratefully acknowledge the financial support of Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources and Dr. Hamid Sakinin for his help.Keywords: Biodiversity, Carbon sequestration, Oxygen production, Provisioning services, Regulation service, wheat -
سابقه و هدفجنگل های کران رودی با وجود اشغال فضای نسبتا کوچک، پتانسیل ترسیب کربن بیشتر و سریعتر را داشته، کانون-های تنوع زیستی بوده و خدمات ارزشمند اکوسیستمی متعددی را ارایه می دهند. جنگل های کران رودی بر الگوهای تنوع زیستی گیاهی، ویژگی های خاک و کیفیت زیستگاه نیز تاثیر می گذارند. جنگل های کران رودی با وجود دارا بودن ارزش های محیط زیستی و حفاظتی بالا تا کنون به عنوان پوشش های جنگلی کمتر مورد توجه قرار گرفته اند و اغلب مطالعات مربوط به الگوی پراکنش گونه-ها و ویژگی های جامعه جانوری خاک آنها بود. هدف پژوهش حاضر، بررسی تاثیر انواع کاربری های زمین بر ویژگی های فیزیکی، شیمیایی و ترسیب کربن خاک حاشیه رودخانه کرخه بود.مواد و روش هادر این تحقیق، اثر کاربری های جنگل طبیعی، جنگلکاری، کشاورزی و اراضی بایر در حاشیه رودخانه کرخه بر برخی مشخصه های فیزیک و شیمیایی و ترسیب کربن خاک انجام شد. بدین ترتیب که با روش تصادفی، تعداد 30 نقطه در هر کاربری انتخاب و نمونه های خاک از عمق 20-0 سانتی متر در مرکز هر قطعه برداشت شدند. مشخصه های درصد رطوبت، بافت، جرم مخصوص ظاهری، pH، هدایت الکتریکی، کربن آلی، نیتروژن کل، پتاسیم و فسفر قابل جذب و کربنات کلسیم در آزمایشگاه اندازه گیری و میزان ترسیب کربن محاسبه شد. داده ها با استفاده از آنالیز واریانس یک طرفه (ANOVA) و آزمون مقایسه میانگین SNK مورد تحلیل قرار گرفتند. کلیه تجزیه و تحلیل های آماری با استفاده از نرم افزار SAS 9 انجام شد.یافته هانتایج نشان داد که کاربری زراعی با 45/18 درصد رس، جنگل طبیعی و کاربری کشاورزی به ترتیب با 29/46 و 92/43 درصد سیلت و کاربری جنگلکاری و اراضی بایر به ترتیب با 47/60 و 86/56 درصد شن اختلاف معنی داری را نشان دادند. جرم مخصوص ظاهری طی تغییر کاربری جنگل افزایش یافت. بیشترین مقدار هدایت الکتریکی با 17/3 دسی زیمنس بر متر در اراضی بایر مشاهد شد که افزایش 35/71 درصدی نسبت به جنگل طبیعی داشت. در کاربری زراعی پتاسیم قابل جذب با کاهش 04/62 درصدی نسبت به جنگل طبیعی به کمترین میزان رسید. با توجه به نتایج، تغییر کاربری دارای تاثیر معنی دار و کاهشی بر میزان ترسیب کربن بوده، بطوری که جنگل طبیعی با 37/63 تن در هکتار بیشترین مقدار ترسیب کربن را داشته و کمترین ذخیره کربن مربوط به کاربری کشاورزی با 53/41 تن در هکتار بود.نتیجه گیریبه طور کلی جنگل های کران رودی از کیفیت و ترسیب کربن خاک بیشتری برخوردار بوده و تغییر کاربری موجب آسیب این رویشگاه ها می شود. بررسی ترسیب کربن در اکوسیستم های ساحلی ممکن است به تعیین شرایط پایه کمک کرده و می-تواند برای تقویت طرح های احیا یا پرداختن به تاثیر تغییرات آب و هوایی بر ذخایر کربن در این نواحی مورد استفاده قرار بگیرد.کلید واژگان: جنگل های ساحلی, ترسیب کربن, تغییر کاربری, گازهای گلخانه ایBackground and objectivesdespite occupying a relatively small space, the border forests have the potential to accumulate more and faster carbon, are centers of biodiversity and provide many valuable ecosystem services. Riverine forests also affect plant biodiversity patterns, soil characteristics, and habitat quality. Despite having high environmental and conservation values, the riverine forests have been paid less attention as forest covers, and most of the studies related to the distribution pattern of species and characteristics of the animal community It was their soil. The aim of this research was to investigated the effect of different types of land use on the physical, chemical and carbon deposition characteristics of the soil along the Karkhe River.Materials and methodsIn this research, the effect of natural forest uses, forestry, agriculture and barren lands on the banks of the Karkheh River on some physical and chemical characteristics and soil carbon deposition was done. Thus, by random method, 30 points were selected in each field and soil samples were taken from a depth of 0-20 cm in the center of each plot. The characteristics of moisture percentage, texture, specific gravity, pH, electrical conductivity, organic carbon, total nitrogen, absorbable potassium and phosphorus, and calcium carbonate were calculated in the measuring laboratory and the amount of carbon deposition. Data were analyzed using one-way analysis of variance (ANOVA) and SNK mean comparison test. All statistical analyzes were performed using SAS 9 software.FindingsThe results showed that agricultural use with 18.45% clay, natural forest and agricultural use with 46.29 and 43.92% silt, respectively, and forestry and barren land use with 60.47 and 56.86% sand, respectively. They showed a significant difference. Apparent specific mass increased during forest use change. The highest value of electrical conductivity with 3.17 decisiemens/meter was observed in barren lands, which had an increase of 71.35% compared to the natural forest. In agricultural use, absorbable potassium reached the lowest level with a decrease of 62.04% compared to the natural forest. According to the results, the change of use has a significant and decreasing effect on the amount of carbon sequestration, so that the natural forest has the highest amount of carbon sequestration with 63.37 tons per hectare, and the lowest carbon storage related to agricultural use with 41.53 tons. It was per hectare.ConclusionIn general, the forests along the river have more quality and soil carbon deposition, and the change of land use causes damage to these habitats. Investigating carbon sequestration in coastal ecosystems may help determine baseline conditions and can be used to strengthen restoration plans or address the impact of climate change on carbon stocks in these areas.Keywords: coastal forests, carbon sequestration, Land use change, Greenhouse gases
-
سابقه و هدف
اهمیت دستیابی به اطلاعات و آمار واقعی از اثر بخشی پروژه های آبخیزداری و مرتعداری درنهایت ارزیابی فنی و اقتصادی آنها از طریق حوزه های معرف و زوجی امکانپذیر می باشد. از آنجایی که عملیات مدیریتی و خصوصیات توپوگرافی تاثیر زیادی بر روی نگهداشت کربن در اکوسیستم ها دارد. هدف تحقیق حاضر تعیین میزان کربن آلی خاک با توجه به تغییرات برخی عوامل توپوگرافی شامل ارتفاع، جهت و درصدهای مختلف شیب در منطقه مورد مطالعه و اندازه گیری و پهنه بندی میزان کربن قبل از انجام اقدامات آبخیزداری شامل عملیات بیولوژیکی و مکانیکی در بخشی از مراتع حوضه زوجی گنبد همدان می باشد.
مواد و روش هابه همین منظور 27 واحد کاری در بخشی از مراتع زیر حوضه نمونه به مساحت 25 هکتار به عنوان منطقه نمونه برداری انتخاب شد. نمونه های مرکب مشتمل از 5 نمونه خاک از مرکز و چهار گوشه پلات هایی به ابعاد10*10 مترمربع و از عمق 0-10 سانتی متر جمع آوری و پارامترهای میزان ماده آلی و کربن آلی، بافت، وزن مخصوص ظاهری، هدایت الکتریکی و اسیدیته خاک در آزمایشگاه اندازه گیری شدند. به منظور انجام تجزیه و تحلیل های آماری از نرم افزار SAS v9.1 استفاده شد. پس از انجام آزمون های نرمالیتی، همگنی واریانس بروش آنالیز واریانس ANOVA بدست آمد. سپس جهت بررسی میزان همبستگی و تعیین ارتباط بین متغیر های مستقل و وابسته (کربن آلی) از ضریب همبستگی پیرسون و آنالیز رگرسیون خطی استفاده شد. به منظور ارزیابی تغییرات مکانی کربن آلی خاک و تهیه نقشه پهنه بندی. پس از تست نرمال بودن داده ها ، انواع روش های درون یابی بکار رفته و سپس پارامترهای موثر در آنها بهینه شدند. در نهایت، با استفاده از معیارهای آماری میانگین مطلق خطا و ریشه دوم میانگین مربعات خطا مقدار انحراف داده های واقعی با داده های برآوردی سنجیده و بهترین روش میانیابی کربن آلی خاک مشخص گردید.
نتایجنتایج تحقیق نشان داد پارامترهای فیزیوگرافی شامل شیب جهت و ارتفاع اثر معنی داری بر میزان کربن آلی خاک سطحی ندارند (05/≤0p). هر چند میزان کربن و ماده آلی خاک منطقه تحت تاثیر پارامتر جهت شیب قرار گرفت (05/0≥p). به طوری که جهت شیب شمالی به ترتیب دارای بیشترین میزان کربن و ماده آلی (46/8 و 87/55 تن/هکتار) و جهت شیب جنوبی به ترتیب دارای کمترین میزان کربن و ماده آلی (9/0و 77/22 تن/هکتار) می باشد. مراتع منطقه مورد مطالعه از لحاظ زمان بهره برداری جزو مراتع ییلاقی ست که بطور متوسط دارای 45% پوشش گیاهی است. تیپ اصلی مراتع منطقه عمدتا Astragalus spp. وspp. Stipa، است که با توجه به مطالعه اثرات ویژگیهای توپوگرافیک این حوزه، فقیرترین پوشش در جهت شیب جنوبی مشاهده شد که خود از عوامل مهم کاهش ذخیره کربن آلی در شیب جنوبی است. نتایج بهینه سازی، روش های زمین آماری با استناد به آماره های خطای جذر میانگین مربعات (RMSE) و میانگین مطلق خطا (MAE) نشان داد براساس روش کوکریجینگ ساده از بین سایر روش ها داری خطای کمتری می باشد. و تهیه نقشه پهنه بندی کربن نشان از توزیع مکانی ضعیف و میزان پایین ترسیب کربن در منطقه می باشد.
نتیجه گیرینتایج حاصل از آنالیزهای آماری در این تحقیق حاضر نشان کربن آلی خاک منطقه تحت تاثیر پارامترهای فیزیوگرافی حوضه قرار ندارد، اما تغییرات میزان کربن آلی و ماده آلی خاک نسبت به تغییرات جهت شیب معنی دار بود. تغییرات کربن آلی منطقه در جهات شیب، تحت تاثیر تغییرات پوشش گیاهی و عمق خاک قرار گرفته است. کاهش پوشش گیاهی شیب جنوبی بمعنی کاهش ورودی کربن آلی به خاک است. هرچند که بالاترین میزان کربن آلی خاک سطحی در شیب شمالی منطقه نیز بمیزان 46/8 تن/هکتار برآورد شده است که میتوان گفت که حوزه آبخیز گنبد در مجموع از لحاظ کربن آلی فقیر است.
کلید واژگان: ترسیب کربن, پارامترهای فیزیوگرافی, زمین آمار, گنبدJournal of Rangeland, Volume:16 Issue: 4, 2023, PP 846 -859Background and objectivesAccess to real information and data on the impact of watershed management projects and their technical and economic evaluation is possible through representative and paired catchments. Since management operations and topographic characteristics have a great impact on carbon retention in ecosystems, this study aimed to determine the amount of soil organic carbon due to changes in some topographic factors including altitude, direction, and different percentages of slope and measurement and zoning of soil organic carbon before biological and mechanical watershed management operation.
MethodologyFor this purpose, 27 land units in a part of the rangelands of sample sub-basin with an area of 25 hectares were selected as the study area. soil samples were collected from plots with dimensions of 10 * 10 m2 per unit. Composite samples consisting of 5 soil samples were collected from the center and four corners of the mentioned plots from a depth of 0-10, Soil samples were analyzed for some soil properties; including, organic carbon, organic matter, texture, bulk density, electrical conductivity, and pH.. SAS v9.1 software was used for statistical analysis. After performing normality tests, homogeneity of variance was obtained by ANOVA analysis test. Then, Pearson correlation coefficient and linear regression analysis were used to evaluate the correlation and determine the relationship between independent and dependent variables (organic carbon) then, the evaluation of spatial changes of soil organic carbon and zoning map were investigated using the geostatistical method after testing the normality of the data, interpolation methods were used and the effective parameters were optimized. Finally, using the statistical criteria of Mean Absolute Error (MAE) and Root Mean Square Error (RMSE) the amount of deviation of the actual data was measured with the estimated data and the best method for interpolation of soil organic carbon was determined.
ResultsThe results showed no significant changes of soil organic carbon in response to physiographic parameters. However, soil organic matter and organic carbon was significantly influenced by different aspects (p≤0.05). The maximum (8.46 and 55/87 t/ha) and minimum (0.9 and 22/77t/ha) organic carbon and soil organic matter were observed in north-facing and south-facing slope, respectively. Furthermore, there was a positive correlation between soil OC and organic matter and negative correlation with Ph. In order to interpolate soil OC, geostatistical and Classical statistics methods were compared considering RMSE and MAE values following by optimization procedure. The results showed geostatistical methods have lower error and higher accuracy comparing to Classical statistics methods. In summary, simple Co-kriging with organic carbon as auxiliary variable is the most appropriate one for soil organic carbon interpolation in the study area. The results indicate poor spatial distribution and low carbon sequestration in the region due to the degradation of rangelands. The exploitation and overgrazing of livestock is one of the main factors of low carbon storage potential in this basin
ConclusionThe results of statistical analysis in this study show that the soil organic carbon of the region is not affected by the physiographic parameters of the basin, but changes in the amount of organic carbon and soil organic matter were significant compared to changes in slope direction.. Changes in the organic carbon of the area in the slope directions are affected by changes in vegetation and soil depth. Decreased vegetation on the southern slope means the reduced entry of organic carbon into the soil. However, the highest level of organic carbon in the topsoil in the northern slope of the region is estimated at 8.46 tons/hectare, which can be said that the Gonbad watershed is generally poor in terms of organic carbon.
Keywords: Carbon sequestration, physiographic parameters, Geostatistics, Gonbad -
خاک با از دست دادن کربن به شکل کربن دی اکسید، پتانسیل زیادی برای تشدید گرمایش زیست کره دارد. از سوی دیگر امکان ترسیب کربن در خاک، راهکار مناسبی جهت کاهش انتشار کربن دی اکسید شناخته می شود. خاک های مناطق خشک و نیمه خشک جهان اگرچه حاوی مقادیر کمی کربن آلی هستند؛ اما به واسطه وسعت زیاد، امکان ترسیب مقادیر قابل توجهی کربن آلی را دارند. از این رو جهت بررسی تغییرات ذخایر کربن آلی خاک اراضی زراعی اقلیم نیمه خشک جلگه رخ واقع در استان خراسان رضوی، مدل رتامستد با استفاده از داده های مطالعات پیشین و مقادیر اندازه گیری شده در سال 2020 اعتبارسنجی شد. مقایسه بین مقادیر کربن آلی اندازه گیری شده و شبیه سازی شده توسط مدل، نشانگر قابلیت مدل در ارایه پیش بینی هایی با دقت مناسب بود. به طوری که مقادیر ضریب تبیین، ریشه میانگین مربعات خطا، میانگین مطلق خطا، تفاوت میانگین و شاخص کارایی مدل به ترتیب معادل 97/0، 78/2، 11/2، 33/2 و 70/0 به دست آمدند. سپس تاثیر تغییرات اقلیمی بر انتشار کربن دی اکسید و ذخایر کربن آلی خاک منطقه مدل سازی شد. بررسی تغییرات اقلیمی منطقه در (دوره آماری 1981 تا 2020) نشانگر کاهش بارندگی و افزایش معنی دار دما طی 40 سال گذشته بوده است. مدل سازی تغییرات اقلیمی تا پایان قرن جاری با اعمال افزایش دما و کاهش بارندگی انجام شد که نتایج بیانگر کاهش همه ذخایر کربن فعال مدل بود، چنان که مخازن مواد گیاهی تجزیه پذیر، مواد گیاهی مقاوم، زیست توده میکروبی، مواد آلی هوموسی شده و کل کربن آلی خاک به ترتیب معادل 41/2، 72/2، 51/2، 04/1 و 32/1 درصد نسبت به شرایط عدم وقوع تغییرات اقلیمی کاهش و میزان انتشار تجمعی کربن دی اکسید از خاک، 26/1 درصد افزایش نشان داد. افزایش دما باعث افزایش ضریب تصحیح دما (a) به میزان 20/2 درصد شد که منجر به افزایش سرعت تجزیه کربن آلی و تلفات کربن به شکل کربن دی اکسید شده است؛ اگرچه باعث افزایش تولید خالص اولیه بوم نظام نیز گردید. کاهش بارندگی و افزایش تبخیر و تعرق پتانسیل نیز باعث کاهش ضریب تصحیح رطوبت (b) به میزان 23/0 درصد شد؛ این فرایند از یک سو با کاهش فعالیت ریزجانداران موجب کاهش تجزیه زیستی کربن و انتشار کربن دی اکسید از خاک شده است؛ اما از سوی دیگر موجب کاهش درصد پوشش گیاهی و پیرو آن به دام انداختن کربن دی اکسید طی فرایند فتوسنتز و انتقال آن به خاک می گردد.
کلید واژگان: تجزیه ماده آلی خاک, ترسیب کربن, شاخص کارایی, گرمایش جهانی, مدل رتامستدIntroductionSoil is one of the main drivers of global warming through losing carbon in the form of CO2. On the other hand, its ability to sequester carbon is a suitable option for reducing CO2 emissions. Therefore, even few changes in carbon sequestration or decomposition of soil organic carbon affect the global atmospheric CO2 content. Although the soils of arid and semi-arid regions have low organic carbon content, they can sequester substantial amounts of carbon due to the large area of these regions. So, the Rothamsted carbon model was used to predict the impact of future climate changes on the amount of CO2 emissions and low soil organic carbon stocks in the semi-arid arable lands of Razavi Khorasan province. This model is one of the most widely used models for the study of soil organic carbon turnover and has been evaluated in a variety of ecosystems including grasslands, forests and croplands and in various climate regions. The RothC model is consists of five conceptual soil carbon pools, four active fractions and a small amount of inert organic matter (IOM) that is resistant to decay. The active pools splits into: Decomposable Plant Material (DPM), Resistant Plant Material (RPM), Microbial Biomass (BIO) and Humified Organic Matter (HUM). This model is able to reveal the effect of soil texture, temperature, rainfall, evaporation, vegetation and crop management on the soil organic carbon turnover process.
Materials and MethodsThe Rothamsted carbon model was calibrated and validated using data measured in 2020 and available data from the long-term field experiments in the semi-arid agricultural lands of Jolge Rokh. Then, by analyzing the climate change of the study area, the impact of climate change until the end of the current century on the amount of CO2 cumulative emissions, total organic carbon (TOC) and active carbon pools model were modeled and compared in the current climate and also climate change conditions.
Results and DiscussionThe comparison between the measured and simulated soil organic carbon values by the model shows the potential of the model to provide predictions with acceptable accuracy. The outcome of comparisons revealed that R2, Root Mean Square Error (RMSE), Mean Difference (MD), Mean Absolute Error (MAE) and Model efficiency were 0.97, 2.78, 2.11, 2.33 and 0.70 respectively. Assessment of climate changes in the region (during 1981-2020) showed a decrease in precipitation and a significant increase in temperature over the past 40 years. Climate change simulation was carried out by temperature increasing and decreasing the precipitation until the end of the current century, indicated the decrease of all active carbon pools. It was found that DPM, RPM, BIO, HUM and TOC decreased respectively to 2.41, 2.72, 2.51, 1.04 and 1.32% compared to the current climatic conditions, while the cumulative CO2 emission increased by 1.26%. Temperature rising leads to increase the rate modifying factor (a) by 2.20%, which enhances microbial respiration and decomposition rate of organic carbon and CO2 emissions (carbon output). However, it also increases the ecosystem's net primary productivity (carbon input). Decreases in rainfall and increase in potential evapotranspiration cause a reduction of the rate modifying factor (b) to 0.23%, which on one side reduces the activity of microorganisms and carbon biodegradation; but on the other side, it decreases the vegetation cover and following that reduces CO2 trapping during the photosynthesis process and transfers it to the soil. It seems that in arid and semi-arid climates where the lack of moisture is the most important limiting factor of the plants growth; the role of precipitation in carbon decomposition and sequestration is greater than temperature.
ConclusionThe Rothamsted carbon model is suitable for regional simulations because it requires only easily obtainable inputs. Therefore RothC is an appropriate tool for estimating long-term effects of climate change and agricultural management (such as application of manures, returning plant residues to the soil, crop rotations, conservation tillage etc.). The RothC model validation in the cold semi-arid agricultural lands of the region, shows the ability of model to properly simulate the pattern of organic carbon changes. Also, simulation of soil organic carbon changes under the climate changes conditions indicates an increase in cumulative CO2 emissions and decrease in soil organic carbon pools of the study area. The methodology can be applied to other regional estimations, provided that the relevant data are available. The predictions allowed to identify the land management potential to carbon sequestration. Such information demonstrate a beneficial tool for evaluation of past land management effects on soil organic carbon trends and also estimation of future climate change effects on soil organic carbon stocks and CO2 emissions.
Keywords: Global warming, Carbon sequestration, Decomposition of soil organic matter, Model efficiency, Rothamsted carbon model
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.