نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 دانشجوی دکتری گروه مرتعداری، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تربیت مدرس، نور، ایران
2 دانشیار گروه مرتعداری ،دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تربیت مدرس، نور، ایران
3 Instituto Pirenaico de Ecología (IPE-CSIC), Jaca, Huesca, Spain
4 Área de Biodiversidad y Conservación. Universidad Rey Juan Carlos, Tulipán s/n, 28933 Móstoles, Madrid, Spain
چکیده
چکیده
سابقه و هدف
رویشگاه‌های گچی محیطی پرتنش را برای گیاهان ایجاد میکنند و به علت وجود سمیت یونی استقرار گیاهان تحت تاثیر قرار می‌گیرد. گیاهان بوتهای به عنوان گیاه پرستار میتوانند از گونههای زیراشکوب خود در برابر شرایط سخت این رویشگاه محافظت کنند. این گیاهان در شرایط محیطی سخت اهمیت بیشتری دارند زیرا آن‌ها از فرایندهای خاصی استفاده میکنند تا شرایط خردزیستگاهی را تغییر داده و به توسعه گیاهان زیراشکوب کمک کنند. این مطالعه با هدف بررسی تأثیر زیستی Artemisia diffusa و گونههای زیراشکوب آن در یک شیب ارتفاعی در رویشگاه گچی استان سمنان انجام شد.
مواد و روش‌ها
برای این منظور 4 رویشگاه با میزان گچ بالای 40 درصد و بر اساس شیب ارتفاعی انتخاب شد. این رویشگاهها شامل تلخه، سرخه پایین، رامه و سرخه بالا با ارتفاع به ترتیب 1302، 1358، 1431 و 1544 متر از سطح دریا بودند. در هر رویشگاه 20 پلات زوجی در زیراشکوب گونه پرستار A.diffusa و فضای باز مجاور آن‌ها مستقر و سپس درصد پوشش آن‌ها برآورد شد. در مجموع 80 پلات در این مطالعه بررسی شده است. واحد نمونهبرداری بوته است که به عنوان یک لکه در نظرگرفته می‌شود. برای بررسی پاسخ گیاهان، آن‌ها در چهار گروه عملکردی شامل گندمیان یکساله، پهن‌برگان یکساله، پهن‌برگان چند ساله و بوته‌ای‌ها قرار گرفتند. برای تحلیل پارامترهای خاک در هر رویشگاه 10 نمونه خاک به‌صورت زوجی در زیراشکوب A.diffusa و فضای باز مجاور آن برداشت شد و خصوصیات فیزیکو شیمیایی شامل اسیدیته، شوری، گچ، کربنات کلسیم، شن، سیلت، رس، فسفر، کربن، نیتروژن و سولفور بررسی گردید.
تفاوت بین تیمارها ازمدل خطی ترکیبی تعمیم یافته و مقایسه میانگینها با استفاده از آزمون توکی HSD انجام شد. پارامترهای خاک با استفاده از آنالیز مؤلفه اصلی PCA تحلیل و تمام محاسبات در نرم افزار R انجام شد. برای اندازه‌گیری روابط زیستی بین گیاهان از شاخص نسبی روابط زیستی استفاده شد.
نتایج
بر اساس نتایج به دست آمده در مجموع 22 گونه گیاهی متعلق به 16 خانواده شناسایی شدند. نتایج نشان داد که ارتفاع و موقعیت قرار گرفتن گونه‌ها در زیراشکوب و فضای باز مجاور اثر معناداری در رویشگاه‌های مختلف دارد. درصد پوشش گیاهی کل گونه‌ها در تلخه (9/1±7/7)، سرخه پایین (36/2±2/13) و سرخه بالا (3/5±75/12)، در زیر اشکوب بیشتر از فضای باز بود و در سایت رامه تفاوت معناداری نداشت. به علاوه، در تلخه درصد پوشش پهن‌برگان یکساله (2/1±3/5)، در سرخه پایین گندمیان یکساله (3/2±3/8) و پهن‌برگان یکساله (06/1±5) در سرخه بالا بوته‌ای‌ها (5/3±5/7) و گندمیان یکساله (84/0±15/3) در زیراشکوب بیشتر از فضای باز مجاور پایه گیاهی بودند. همچنین نتایج نشان داد که در تمام رویشگاهها رابطه زیستی درمنه برای کل گونههای زیراشکوب دارای اثر تسهیلی است و موجب بهبود شرایط برای استقرار گونه‌ها در زیر تاج پوشش خود می‌شود، که میزان شدت تسهیل آن با افزایش ارتفاع کاهش معناداری داشت (05/0; P <95/2(F=. این مطالعه نشان داد که تسهیل پهن‌برگان یکساله با افزایش ارتفاع (1544 متر از سطح دریا) کاهش می‌یابد (001/0; P <01/10F=) در حالی‌که تسهیل برای گونههای بوتهای صرفا در ارتفاع بالا ایجاد می‌شود (006/0; P <5(F=. نتایج حاصل از مدل نشان داد ارتفاع، موقعیت و اثر متقابل ارتفاع و موقعیت اثر معناداری را بر پارامترهای شیمیایی خاک داشتند. در رویشگاه تلخه به طور معناداری میزان سولفور (21/1±57/4)، فسفر (3/0±1/2)، رس (24/2±12/17)، سیلت (61/1±78/31)، کربن (78/0±17/4) و آهک (76/5±65/24) در زیراشکوب بیشتر از فضای باز و میزان شن (22/3±8/71) و گچ (47/3±93/56) کمتر از فضای باز مجاور پایه گیاهی بود. به طور کلی میزان گچ در ارتفاعات پایین کمتر و میزان اسیدیته بیشتر بود و در رویشگاه بالا عکس این نتیجه مشاهده شد.
نتیجه‌گیری
به طور کلی گیاه Artemisia diffusa در رویشگاه گچی استان سمنان دارای اثرات تسهیلی است که با افزایش ارتفاع از اثرات تسهیلی آن کاسته می‌شود. زیرا با افزایش ارتفاع و مقدار گچ شرایط محیطی سخت‌تر می‌شود در نتیجه رقابت بین گیاهان برای کسب منابع محدود افزایش پیدا می‌کند. با توجه به اینکه رویشگاه‌های گچی دارای گونههای خاص و بومی هستند دانستن نوع روابط در این گونه رویشگاهها از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است تا در صورت لازم برای احیای این مناطق از گونههای پرستار سازگار با شرایط استفاده شود.
کلیدواژه‌ها
عنوان مقاله [English]
Changes in the biotic interactions of Artemisia diffusa Krasch. ex Poljakov along the altitude gradient of gypsum ecosystems (case study: Semnan Province)
نویسندگان [English]
- Khadijeh Bahalkeh 1
- Mehdi Abedi 2
- Sara Palacio 3
- Arantzazu Luzuriaga 4
- Adrian Escudero 4
1 PhD student, Department of Range Management, Faculty of Natural Resources and Marine Sciences, Tarbiat Modares University, Noor, Mazandaran Province, Iran
2 Associate Professor, Department of Range Management, Faculty of Natural Resources and Marine Sciences, Tarbiat Modares University, Noor, Iran
3 Instituto Pirenaico de Ecología (IPE-CSIC), Jaca, Huesca, Spain
4 Área de Biodiversidad y Conservación. Universidad Rey Juan Carlos, Tulipán s/n, 28933 Móstoles, Madrid, Spain
چکیده [English]
Abstract
Background and objective
Gypsum habitats create a stressful environment for plant and the establishment of plants is affected by ionomic toxicity. Shrub plants as nurse plants can safeguard their understory species in the harsh conditions of this habitat. These plants are more important in extreme environmental conditions because they use particular processes to modify the microhabitat conditions and assist the development of subordinate species. This study attempted to explore the biotic effect of Artemisia diffusa shrubs on its subordinate species in an altitude gradient in the gypsum habitat of Semnan province.
Methodology
For this purpose, four habitats with gypsum content above 40% were chosen based on their altitude gradient. These habitats include Talkheh, Sorkheh Down, Rameh and Sorkheh Up with altitudes 1302, 1358, 1431 and 1544 meters above sea level, respectively. In each habitat, 20 twin plots were established under a canopy of A. diffusa and their nearby open spaces and then, their percentage of cover was measured within the plots. The sampling unit is the shrub, which is considered as a patch. To investigate the response of the plants, they were divided into four functional groups: annual grasses, annual forbs, perennial forbs and shrubs. To analyze the soil parameters in each habitat, ten soil samples were collected as pairs under canopy of A. diffusa and their nearby open spaces and physicochemical properties including pH, EC, gypsum content, CaCO3, sand, silt, clay, phosphorus, organic carbon, nitrogen and sulfur were examined. The difference between treatments was examined using the generalized linear mixed model, and means were compared using Tukey's HSD test. Soil properties were examined using multivariate PCA analysis. All computations were performed with R program. The relative interaction index was developed to measure biotic interactions between plants.
Results
Based on the obtained results, 22 plant species from 16 families were recognized. The findings revealed that the altitude and location of the species under the patch and their nearby open spaces have a major impact on various ecosystems. In Talkheh (7.7±1.9), Sorkheh down (13.2±2.36), and Sorkheh up (12.75±5.3), the percentage of total cover of species under patch is greater than their nearby open spaces. Additionally, in Talkheh, the percentage of annual forbs (5.3±1.2) and at Sorkheh down annual grasses (8.3±2.3) and annual forbs (5±1.06) under patch, also in Sorkheh up shrubs (7.5±3.5) and annual grasses (3.15±0.84) were more abundant under patch than in their nearby open spaces. Also the results showed that the biotic interaction of A.diffusa facilitates all species in all environments, however the intensity decreased with increasing altitude (F=2.95; P<0.05).
The study found that annual forbs facilitation declines with increasing altitude (F=10.01; P < 0.001), while shrub species only experience facilitation at high altitude (F = 5; P < 0.006). The model's results demonstrated that altitude, position, and their interactions had a considerable effect on soil properties. In the Talkhe habitat, the amount of sulfur (4.57±1.21), phosphorus (2.1±0.3), clay (17.12±2.24), silt (31.78±1.61), and carbon (4.17±0.78) was much higher under the patch than in their nearby open spaces and the amount of sand (71.8±3.22) and gypsum content (56.93±3.47) was lower than the nearby open spaces. In general, lower altitudes had less gypsum and higher acidity, while the opposite was true in the upper environment.
Conclusion
In general, Artemisia diffusa plants in Semnan province's gypsum ecosystem have enabling effects that decrease as altitude increases. Because as altitude and gypsum levels rise, environmental conditions grow more severe, increasing competition among plants for limited resources. Given that gypsum ecosystems feature unique and endemic species, it is critical to understand the types of interactions so that, if necessary, appropriate nurse species can be employed to restore these places.
کلیدواژه‌ها [English]
- Altitude
- Facilitation
- Semnan
- Competition
- Functional group
- Abedi, M., Arzani, H., Shahryari, E., Tongway, D. and Aminzadeh, M., 2007. Assessment of patches structure and function in arid and semi arid rangeland. Journal of Environmental Studies, 32:117–126.
- Arroyo, A.I., Pueyo, Y., Reiné, R., Giner, M.L. and Alados, C.L., 2017. Effects of the allelopathic plant Artemisia herba-albaAsso on the soil seed bank of a semi-arid plant community. Journal of Plant Ecology, 10(6):927-936. https://doi.org/10.1093/jpe/rtw120.
- Ahmadian, N., 2017. Functional Traits of Biological Soil Crusts and their Effects on Germination ofRangeland Species and Microhabitats Charactristics (Case Study: Golestan National Park). M.Sc. thesis. Tarbiat Modares University. 144 P.
- Ahmadian, N., Abedi, M., Escudero, A., Sohrabi, M. and Luzuriaga, A. L., 2022. Artemisia sieberi dominated landscapes of Northeastern Iran host great diversity in lichen and annual plant species. Flora, 288: 152019. https://doi.org/10.1016/j.flora.2022.152019.
- Bahalkeh, K., Abedi, M. and DianatiTilaki, G.A., 2017. Competition effects of Onobrychiscornuta changes between exposures and fire (Case Study Golestan Natural Park). The Rangeland Journal, 11(3):342-352.
- Bahalkeh, K., Abedi, M., DianatiTilaki, G.A. and Michalet, R., 2021. Artemisia sieberi shrubs have contrasting specific effects on understory species in Iranian steppes. Journal of Vegetation Science, 32(4):p.e13067. https://doi.org/10.1111/jvs.13067.
- Bai, Y., Michalet, R., She, W., Qiao, Y., Liu, L., Miao, C., Qin, S. and Zhang, Y., 2021. Contrasting responses of different functional groups stabilize community responses to a dominant shrub under global change. Journal of Ecology, 109(4):1676-1689. https://doi.org/10.1111/1365-2745.13588.
- Bertness, M.D. and Callaway, R., 1994. Positive interactions in communities. Trends in Ecology & Evolution, 9(5): 191-193. https://doi.org/10.1016/0169-5347(94)90088-4.
- Bashirzadeh, M., Abedi, M. and Farzam, M., 2024. Plant-plant interactions influence post-fire recovery depending on fire history and nurse growth form. Fire Ecology, 20(1): p.9.
- Bolukbasi, A., Kurt, L. and Palacio, S., 2016. Unravelling the mechanisms for plant survival on gypsum soils: an analysis of the chemical composition of gypsum plants from Turkey. Plant Biology, 18(2):271–279. https://doi.org/10.1111/plb.12401.
- Brooker, RW., Maestre, F.T., Callaway, R.M., Lortie, C.L., Cavieres, L.A., Kunstler, G., Liancourt, P., Tielbörger, K., Travis, J.M. and Anthelme F., 2008. Facilitation in plant communities: the past, the present, and the future. Journal of Ecology, 96(1):18-34.
- Callaway, R. M., DeLucia, E. H., Moore, D., Nowak, R. and Schlesinger, W. H., 1996. Competition and facilitation: contrasting effects of Artemisia tridentata on desert vs. montane pines. Ecology, 77: 2130-2141.
- Caldwell, M.M. and Richards, J.H., 1989. Hydraulic lift: water efflux from
upper roots improves effectiveness of water uptake by deep roots.
Oecologia, 79: 1–5. https://doi.org/10.2307/2265707. - Casby-Horton, S., Herrero, J. and Rolong, N.A., 2015. Gypsum soils—Their morphology, classification, function, and landscapes. Advances in agronomy, 130:231-290. https://doi.org/10.1016/bs.agron.2014.10.002.
- Cavieres, L.A., Badano, E.I., Sierra‐Almeida, A., Gómez‐González, S. and Molina‐Montenegro, M.A., 2006. Positive interactions between alpine plant species and the nurse cushion plant Laretia acaulis do not increase with elevation in the Andes of central Chile. New Phytologist, 169(1):59-69. https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.2005.01573.x.
- Cera, A., Duplat, E., Montserrat-Martí, G., Gómez-Bolea, A., Rodríguez-Echeverría, S. and Palacio, S., 2021. Seasonal variation in AMF colonisation, soil and plant nutrient content in gypsum specialist and generalist species growing in P-poor soils. Plant and Soil, 468:509-524. https://doi.org/10.1007/s11104-021-05140-3.
- Choler, P., Michalet, R. and Callaway, R.M., 2001. Facilitation and competition on gradients in alpine plant communities. Ecology, 82(12):3295-3308. https://doi.org/10.1890/0012-9658(2001)082[3295:FACOGI]2.0.CO;2.
- Grime, J.P., Brown, V.K., Thompson, K., Masters, G.J., Hillier, S.H., Clarke, I.P., Askew, A.P., Corker, D. and Kielty JP.,2000. The response of two contrasting limestone grasslands to simulated climate change. Science, 289:762–765. https://doi.org/10.1126/science.289.5480.762.
- Grime, J.P., Fridley, J.D., Askew, A.P., Thompson, K., Hodgson, J.G. and Bennett, C.R., 2008. Long-term resistance to simulated climate change in an infertile grassland. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 105:10028–10032. https://doi.org/10.1073/pnas.0711567105.
- Guerrero-Campo, J., Alberto, F., Hodgson, J., Garcı́a-Ruiz, J.M. and Montserrat-Martı́, G., 1999. Plant community patterns in a gypsum area of NE Spain. I. Interactions with topographic factors and soil erosion. Journal of Arid Environments, 4(41): 401–410.
- Escudero, A., Albert, M.J., Pita, J.M. and Pérez-García, F., 2000. Inhibitory effects of Artemisia herba-alba on the germination of the gypsophyte Helianthemum squamatum. PlantEcology, 148:71–80. https://doi.org/10.1023/A:1009848215019.
- Escudero, A., Palacio, S., Maestre, F.T. and Luzuriaga, A.L., 2015. Plant life on gypsum: a review of its multiple facets. Biological Reviews, 90(1):1–18. https://doi.org/10.1111/brv.12092.
- Holmgren, M., Scheffer, M. and Huston, M.A., 1997. The interplay of facilitation and competition in plant communities. Ecology, 78:1966–1975. https://doi.org/10.1890/0012-9658(1997)078[1966:TIOFAC]2.0.CO;2.
- Jalili, A., 2015. Ecology, Evolution. and Biogeography of Artemisia L. Research Inistitute
of Forests and Rangelands Publications, Tehran, I.R. Iran, p. 494. - Jankju, M., 2013. Role of nurse shrubs in restoration of an arid rangeland: effects of microclimate on grass establishment. Arid Environments, 89: pp.103-109. https://doi.org/10.1016/j.jaridenv.2012.09.008.
- Johnson, E.A. and Miyanishi, K. eds., 2010. Plant disturbance ecology: the process and the response.
- Luzuriaga, A.L, González, J.M. and Escudero A., 2015. Annual plant community assembly in edaphically heterogeneous environments. Journal of Vegetation Science, 26:866–875. https://doi.org/10.1111/jvs.12285.
- Michalet, R., Chen, S., An, L., Wang, X., Wang, Y., Guo, P., Ding, Cc. and Xiao, S., 2015. Communities: are they groups of hidden interactions? Journal of Vegetation Science, 26(2): 207–218. https://doi.org/10.1111/jvs.12226.
- Michalet, R., Le Bagousse Pinguet, Y., Maalouf, J.P. and Lortie, C.J., 2014. Two alternatives to the stress gradient hypothesis at the edge of life: the collapse of facilitation and the switch from facilitation to competition. Journal of Vegetation Science, 25(2):609-613. https://doi.org/10.1111/jvs.12123.
- Mohammadabadi, F., Farzam, M. and Ejtehadi, H., 2019. Facilitation Effects of the Rangeland Shrubs Astragalus chrysostachysBoiss and Artemisia kopetdaghensis (Poljakov) YR Ling on the Species Diversity, Along a Gradient of Livestock Grazing. Iranian Journal of Applied Ecology, 8(2):17-29.
- Mohammadi, A., Arianfar, A. and Noori, M., 2017. Chemical composition, antioxidant and antibacterial activity of Artemisia diffusa essential oil. Journal of Essential Oil Bearing Plants, 20(5): pp.1235-1243. https://doi.org/10.1080/0972060X.2017.1345329.
- Moore, M., Mota, J., Douglas, N., Flores-Olvera, H. and Ochoterena H. 2014. The ecology, assembly, and evolution of gypsophile floras. In: Rajakaruna N, Boyd RS, Harris TB,eds. Hauppauge, NY: Nova Science Publishers, 97–128.
- Muller, G. and Gatsner M., 1971. Chemical analysis. Neues Jahrb Für Mineral Monatshefte 10:466–469.
- Ning, Z., Zhao, X., Li, Y., Wang, L., Lian, J., Yang, H. and Li, Y., 2021. Plant community C: N: P stoichiometry is mediated by soil nutrients and plant functional groups during grassland desertification. Ecological Engineering, 162: p.106179. https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2021.106179.
- Page, A.L., 1982. Methods of Soil Analysis. Part 2. Chemical and MicrobiologicalProperties. American Society of Agronomy, Soil Science Society of America, Madison, Wisconsin.
- Palacio, S., Escudero, A., Montserrat-Martí, G., Maestro, M., Milla, R. and Albert, M.J., 2007. Plants living on gypsum: beyond the specialist model. Annals of Botany 99:333–343.
- Porta, J., López-Acevedo, M. and R. Rodríguez., 1986. Técnicas y experimentos en edafología. Col·legi Oficial d'Enginyers Agrònoms de Catalunya.
- Poschlod, P., Abedi, M., Bartelheimer, M., Drobnik, J., Rosbakh, S and Saatkamp, A., 2013. Seed ecology and assembly rules in plant communities. Vegetation ecology, 2: pp.164-202. https://doi.org/10.1002/9781118452592.ch6.
- Pueyo, Y., Moret‐Fernández, D., Arroyo, A.I., de Frutos, A., Kéfi, S., Saiz, H., Charte, R., Giner, M.D.L.L. and Alados, C.L., 2016. Plant nurse effects rely on combined hydrological and ecological components in a semiarid ecosystem. Ecosphere, 7(10): p.e01514. https://doi.org/10.1002/ecs2.1514.
- Pugnaire, F., Haase, P., Puigdefábregas, J., Cueto, M., Clark, S. and Incoll, L.z., 1996. Facilitation and succession under the canopy of a leguminous shrub, Retama sphaerocarpa, in a semi-arid environment in south-east Spain. Oikos, 76(3):455-464. https://doi.org/10.2307/3546339.
- Raath‐Krüger, M.J., McGeoch, M.A., Schöb, C., Greve M. and Le Roux, P.C., 2019. Positive plant–plant interactions expand the upper distributional limits of some vascular plant species. Ecosphere, 10(8): p.e02820. https://doi.org/10.1002/ecs2.2820.
- Raffaele, E. and Veblen, T.T., 1998. Facilitation by nurse shrubs of resprouting behavior in a post‐fire shrubland in northern Patagonia, Argentina. Journal of Vegetation Science 9: 693–698. https://doi.org/10.2307/3237287.
- Rahmanian, S., Ejtehadi, H., Farzam, M., Hejda, M., Memariani, F. and Pyšek, P., 2021. Does the intensive grazing and aridity change the relations between the dominant shrub Artemisia kopetdaghensis and plants under its canopies? Ecology and Evolution, 11(20):14115-14124. https://doi.org/10.1002/ece3.8124.
- Rechinger, K.H., 1986. Artemisia, in: Flora Iranica , Compositae, 158.
- Ruiz, J. M., López-Cantarero, I., Rivero, R. M. and Romero, L., 2003. Sulphur phytoaccumulation in plant species characteristic of gypsiferous soils. International Journal of Phytoremediation, 5(3):203–210.
- Van Andel, J. and van der Maarel, E., 2006. Species interactions structuring plant communities. Vegetation ecology. In: van der Maarel, E. & Franklin, J. (eds.) Vegetation Ecology, pp. 238-264. John Wiley & Sons, Chichester, UK.
- Vandenberghe, C., Smit, C., Pohl, M., Buttler, A. and Freléchoux F., Does the strength of facilitation by nurse shrubs depend on grazing resistance of tree saplings? Basic and Applied Ecology, 10(5):427-436. https://doi.org/10.1016/j.baae.2008.08.009.
)