نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• مسلم رستم پور ¹
• سمیرا حسین جعفری ²
• رضا یاری ³

¹ استادیار، گروه مرتع و آبخیزداری و عضو گروه پژوهشی خشکسالی و تغییر اقلیم، دانشکده منابع طبیعی و محیط‌زیست، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

² استادیار، گروه مهندسی طبیعت و گیاهان دارویی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربت‌حیدریه، تربت‌حیدریه، ایران

³ استادیار پژوهشی، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان خراسان رضوی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، مشهد، ایران

چکیده

چکیده
سابقه و هدف: کشور ایران به دلیل وسعت زیاد مراتع، پتانسیل بالایی در ذخیره کربن آلی دارد. اکوسیستم­های مرتعی ذخیره­گاه کربن اتمسفر هستند. خاک منبعی مهم در ذخیره کربن بوده و محققان اثبات نموده­اند که ذخیره کربن در خاک بیش از سه برابر ذخیره موجود در اتمسفر و پوشش گیاهی است. با توجه به اینکه اطلاع از میزان ذخیره کربن خاک می­تواند بعنوان ابزاری مفید و کاربردی جهت درک بهتر چرخه کربن خاک مورد استفاده قرار گیرد، لذا هدف از این پژوهش بررسی و تعیین مهمترین عوامل خاکی موثر بر میزان ذخیره کربن آلی خاک در دو رویشگاه زیرکوه و فردوس در خراسان جنوبی با تیپ­های گیاهی متفاوت است.
مواد و روش‌ها: پژوهش حاضر در استان خراسان جنوبی در رویشگاه­های مرتعی درمنه­زار شهرستان زیرکوه شامل تیپ­های درمنه دشتی (Artemisia sieberi)، قیچ (Zygophyllum eurypterum) و گزدرختچه­ای (Tamarix stricta) و نواحی بیابانی شهرستان فردوس شامل تیپ­های اسکنبیل (Calligonum polygonoides)، اشنان (Sedilitzia rosmarinus)، سبد (Stipagrostis pennata) و قیچ (Zygophyllum eurypterum) انجام شد. بمنظور نمونه‌برداری از پوشش گیاهی و خاک، در منطقه معرف هر رویشگاه، 60 کوادرات 4×4 متر به طور تصادفی-سیستماتیک مستقر شد و درصد تاج­پوشش و تراکم گیاهی در هر پلات برآورد شد. سپس از هر گونه 10 پایه به صورتی تصادفی انتخاب گردید. در همان پلات­ها، در زیر تاج­پوشش گیاه، نمونه خاک تا عمق 70 سانتی­متر برداشت شد. در آزمایشگاه خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک تعیین شد. نمودار همبستگی (ضریب همبستگی پیرسون) بین خصوصیات محیطی و میزان ذخیره کربن ترسیم شد. ابتدا از تحلیل رگرسیون خطی چندگانه معمولی (OLS) برای بررسی روابط استفاده شد و هم خطی چندگانه بین خصوصیات محیطی و میزان ذخیره کربن آلی توسط معیار عامل تورم واریانس (VIF) بررسی شد. از آنجایی که نرمال بودن و عدم وجود همخطی از پیش فرض­های رگرسیون معمولی است، در پژوهش حاضر از  دو مدل رگرسیون حداقل مربعات جزئی (PLS) و رگرسیون مولفه­های اصلی (PCR) استفاده شد.
یافته‌ها: نتایج آمار توصیفی نشان داد که در رویشگاه زیرکوه بیشترین و کمترین تغییرات میزان ذخیره کربن خاک به ترتیب در رویشگاه گز (Mean=20.77, SD=11.66 ) و درمنه دشتی (Mean=13.83, SD=1.81 ) می­باشد. در منطقه فردوس بیشترین و کمترین تغییرات میزان ذخیره کربن خاک به ترتیب در رویشگاه اسکنبیل (Mean=6.96, SD=1.57 ) و قیچ (Mean=5.36, SD=0.80 ) مشاهده شد. در رویشگاه زیرکوه، ذخیره کربن با شن همبستگی منفی معنی­دار (p≤0.05) و با درصد پوشش­گیاهی، N، P، سیلت، EC  (p≤0.01)، آهک و K  (p≤0.05) همبستگی مثبت معنی­داری داشت. نکته جالب اینکه درصد شن با تمامی صفات در این نمودار همبستگی منفی معنی­داری داشت. در منطقه فردوس ذخیره کربن با گچ و پتاسیم همبستگی منفی معنی­دار (p≤0.05) و با N  همبستگی مثبت معنی­داری داشت. در پژوهش حاضر از دو مدل رگرسیون حداقل مربعات جزئی (PLS) و رگرسیون مولفه های اصلی (PCR) استفاده شد. در روش رگرسیون PLS به عنوان بهترین مدل، در رویشگاه زیرکوه، پارامترهای درصد شن، سیلت، فسفر و درصد پوشش گیاهی به عنوان متغیرهای معنی­دار در مدل باقی مانده و از بین آنها، درصد سیلت بیشترین تاثیر را در پیش بینی ذخیره کربن داشت. در رویشگاه فردوس پارامترهای درصد کربن آلی، سیلت، ازت، پتاسیم و گچ به عنوان متغیرهای معنی دار در مدل باقی ماندند.
نتیجه‌گیری: بررسی عوامل مؤثر بر میزان ذخیره کربن می­تواند مدیران و تصمیم گیران را در انتخاب روش­های مدیریتی و اصلاح روش­های موجود در راستای کاهش تراکم کربن اتمسفری یاری نماید. نتایج این پژوهش نشان داد که از بین دو مدل رگرسیون حداقل مربعات جزئی (PLS) و رگرسیون مولفه­های اصلی (PCR)، مدل PLS بهترین مدل برای تعیین عوامل موثر بر ذخیره کربن در این پژوهش است. رابطه مثبت بین میزان درصد پوشش گیاهی و عناصر غذایی خاک (N, P, K) و ذخیره کربن در رویشگاه زیرکوه برقرار بود که تأکیدی بر نقش عوامل مربوط به حاصلخیزی در ذخیره کربن است. با مدیریت صحیح مراتع در جهت حفاظت، اصلاح و احیای پوشش گیاهی، می­توان در راستای افزایش ذخیره کربن آلی خاک، مانع افزایش آلودگی هوا، تخریب پوشش گیاهی، و در نهایت کاهش آثار زیانبار تغییر اقلیم شد.

کلیدواژه‌ها

• اکوسیستم مرتعی
• خصوصیات خاک
• رگرسیون
• ذخیره کربن
• مدل PLS

عنوان مقاله [English]

Determining soil factors affecting soil organic carbon storage in rangeland and desert habitats of South Khorasan

نویسندگان [English]

• Rostam Moslempour ¹
• Samira Hossein Jafari ²
• Reza Yari ³

¹ Assistant Professor, Department of Rangeland and Watershed Management and Research Group of Drought and Climate Change, Faculty of Natural Resources and Environment, University of Birjand, Birjand, Iran

² Assistant Professor, Department of Nature Engineering and Medicinal Plants, Faculty of Agriculture, University of Torbat Heydarieh, Torbat Heydarieh, Iran

³ Assistant Professor, Khorasan-e-razavi Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Mashhad, Iran

چکیده [English]

Extended Abstract
 
Background and objectives: Iran has a high potential in carbon storage due to the large extent of rangelands. Rangeland ecosystems are atmospheric carbon sinks. Soil is an important source of carbon storage and it has been proved that carbon storage in soil is more than three times the storage in the atmosphere and vegetation. Knowing the amount of soil carbon sequestration and storage can be used as a useful and practical tool to better understand soil carbon cycle. Therefore, the purpose of this research is to investigate and determine the most important soil factors affecting the amount of soil carbon storage in Zirkouh and Ferdows habitats in South Khorasan with different plant types.
Methodology: The present research was carried out in South Khorasan province in rangeland habitats of Zirkouh, including Artemisia sieberi, Zygophyllum eurypterum, and Tamarix stricta plant types, and in the desert areas of Ferdows, including Calligonum polygonoides, Seidlitzia rosmarinus, Stipagrostis pennata, and Zygophyllum eurypterum types. 60 squares of 4×4 meters were established in the representative area of ​​each habitat by random-systematic method, and, canopy cover percentage and plant density was estimated in each plot. Then, 10 plants were randomly selected. Soil samples were taken to a depth of 70 cm in the plots, under the canopy cover of the plant. Soil physical and chemical properties were determined in the laboratory. The correlation diagram (Pearson correlation coefficient) between environmental characteristics and carbon storage was drawn. First, ordinary multiple linear regression (OLS) analysis was used to examine the relationships, and the multiple collinearity between environmental characteristics and organic carbon storage was examined by the variance inflation factor (VIF) criterion. Since normality and multiple collinearity are assumptions of ordinary regression, two regression models: Partial Least Squares (PLS) and Principal Component Regression (PCR), were used in the present study.
Results: The results of descriptive statistics showed that in Zirkouh habitat, the highest and lowest changes in soil carbon storage are in Tamarix habitat (Mean=20.77, SD=11.66) and Artemisia habitat (Mean=13.83, SD=1.81), respectively. In Ferdows region, the highest and lowest changes in the amount of soil carbon storage were observed in Calligonum (Mean=6.96, SD=1.57) and Zygophyllum (Mean=5.36, SD=0.80) habitats, respectively. In Zirkouh habitat, carbon storage had a significant negative correlation with sand (p≤0.05) and a significant positive correlation with canopy cover percentage, N, P, silt, EC (p≤0.01), lime and K (p≤0.05). Interestingly, sand percentage had a significant negative correlation with all measured soil properties in this diagram. In Ferdows region, carbon storage had a significant negative correlation with gypsum and potassium (p≤0.05) and a significant positive correlation with N. In the present study, two models of partial least square regression (PLS) and principal component regression (PCR) were used. In PLS regression method as the best model, in Zirkouh habitat, the parameters such as sand, silt, phosphorus and canopy cover percentages remained as significant variables in the model and among them, silt percentage had the most impact in predicting carbon storage. In Ferdows habitat, the parameters including organic carbon, silt, nitrogen, potassium and gypsum remained as significant variables in the model.
Conclusion: Investigating the effective factors on carbon storage can help managers and decision makers in choosing management methods and modifying existing methods in order to reduce atmospheric carbon density. The results of this research showed that among the two models of partial least square regression (PLS) and principal component regression (PCR), PLS model is the best model to determine the factors affecting carbon storage. There was a positive relationship between vegetation cover and soil nutrients (N, P, K) and carbon storage in the Zirkouh habitat, which emphasizes the role factors related to fertility in carbon storage. By implementing appropriate range management strategies—such as protection, improvement, and restoration of vegetation cover—we can increase soil organic carbon storage. This approach can help prevent air pollution, reduce vegetation degradation, and ultimately mitigate the harmful effects of climate change.

کلیدواژه‌ها [English]

• Carbon storage
• PLS model
• Rangeland ecosystem
• Regression
• Soil properties