بررسی ارتباط خاصیت آب‌گریزی با گونه‌های درختان جنگلی، مخازن کربن آلی خاک و پایداری خاکدانه‌ها (پژوهش موردی: ایستگاه تحقیقات بذر و نهال گونه‌های جنگلی شلمان، استان گیلان)

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 جهاد کشاورزی

2 هیئت علمی گروه علوم خاک دانشگاه زنجان

3 هیئت علمی مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی استان گیلان

چکیده

سابقه و هدف: خاصیت آب‌گریزی خاک شامل مقاومت خاک در برابر خیسیدگی است که می‌تواند سبب کاهش سرعت نفوذ آب برای چند ثانیه تا ساعت‌ها و یا حتی هفته‌ها گردد. در کنار اثرات سوء آب‌گریزی خاک در پژوهش‌های علمی، به نقش مثبت آن در بسیاری از پدیده‌ها از قبیل ساختمان خاک نیز اشاره شده است. در حالی که بسیاری از مطالعات مواد آلی خاک را به عنوان منشاء شیمیایی آب‌گریزی معرفی می‌کنند، اما برخی دیگر عدم ارتباط معنی‌دار میان این دو صفت را گزارش کرده‌اند. به نظر می‌رسد شناسایی گروه‌های عاملی آبگریز به جای در نظر گرفتن کل توده کربن آلی خاک به کمک روش‌ جداسازی مخازن کربن آلی بر اساس ذرات تشکیل دهنده خاک بتواند اطلاعات با‌ارزشی را در رابطه با میزان و منشاء آب‌گریزی خاک ارائه دهد. لذا تحقیق حاضر جهت بررسی ارتباط مخازن مختلف کربن آلی با خاصیت آب‌گریزی خاک و همچنین نظر به مطالعات اندک صورت گرفته در خصوص نحوه تأثیر آب‌گریزی خاک بر ساختمان خاکدانه‌ها طراحی و به مرحله اجرا درآمد.
مواد و روش‌ها: نمونه‌هایی از اعماق 5-0، 10-5 و20-10 سانتی‌متری از خاک تحت پوشش گونه‌های درختی شامل کاج تدا (Pinus taeda)، دارتالاب (Taxodium distichum)، ارس (Juniperus polycarpos)، توسکا (Alnus glutinosa)، بلوط بلندمازو (Quercus castaneifolia) و سفیدپلت (Populus caspica) جمع‌آوری گردید. در این نمونه‌ها مخازن کربن آلی به تفکیک ذرات اولیه خاک، میزان آب‌گریزی، اسیدیته و میانگین وزنی قطر خاکدانه اندازه‌گیری و پس از تجزیه واریانس دوطرفه، داده‌ها بر اساس متغیرهای مستقل(گونه درختی و عمق) در قالب طرح کاملا تصادفی با آرایش فاکتوریل مورد آنالیز آماری قرار گرفته و جهت بررسی وضعیت ارتباط میان صفات مورد اندازه‌گیری از همبستگی پیرسون استفاده گردید.
یافته‌ها: نتایج اولیه بیانگر تأثیر گونه‌های درختی و عمق بر میزان خاصیت آب‌گریزی خاک و صفات اندازه‌گیری شده مورد بررسی می‌باشد. بیشترین زمان‌های ثبت شده برای وضعیت آب‌گریزی خاک در ضخامت 5-0 سانتی متری ثبت شد. از میان گونه‌های مورد بررسی، کاج تدا، دارتالاب و ارس دارای بیشترین تنوع کلاس‌های آب‌گریزی بودند به طوری که نمونه‌های با زمان آب‌گریزی بیش از یک ساعت صرفاً در لایه 5-0 سانتی متری و در خاک تحت پوشش کاج تدا و دارتالاب به ترتیب با مقادیر 33/13 و 33/3 درصد نمونه‌های جمع آوری شده مشاهده گردید و کمترین آن در نمونه‌های درختان سفیدپلت، توسکا و بلوط اندازه‌گیری شد. با افزایش عمق خاک، زمان آب‌گریزی در تمامی گونه‌ها کاهش یافت به گونه‌ای که 22/82 درصد از کل نمونه‌های جمع آوری شده از عمق 20-10 سانتی‌متری دارای زمان آب‌گریزی 5-0 ثانیه بودند. علی‌رغم وجود همبستگی میان کربن آلی کل و آب‌گریزی (r=0.19, P نتیجه‌گیری: وجود همبستگی معنی‌دار میان آب‌گریزی با میزان کربن آلی جزء شن بیانگر تجمع ترکیبات کربنه آب‌گریز در جزء شن بوده لذا این بخش از کربن آلی کنترل کننده میزان آب‌گریزی خاک محدوده مورد مطالعه می‌باشد. با این وجود کاهش پ‌هاش خاک و همچنین درجه پوسیدگی مواد آلی می‌تواند بر کیفیت ماده آلی خاک اثر گذاشته و متعاقب آن منجر به کاهش خاصیت آب‌گریزی خاک گردد. علیرغم نقش مواد آلی و جزء آب‌گریز آن در تشکیل و پایداری خاکدانه‌ها ولی کیفیت نامطلوب ماده آلی، وجود پ‌هاش پایین و تشکیل خاکدانه‌های کوچک در خاک‌های تحت پوشش درختان سوزنی‌برگ ایجاب می‌کند که در انتخاب درختان سوزنی‌برگ برای پروژه‌های جنگل‌کاری و فضای سبز این موارد در نظر گرفته شود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Evaluation the soil water repellency in relation to tree species, soil organic carbon pools and aggregate stability (Case study: Shalman Seed and Seedling of Forest Tree Species Research Station, Guilan Province)

نویسندگان [English]

  • Karim Atashnama 1
  • Ahmad Golchin 2
  • Abdollah Mousavi Koupar 3
2 Faculty of Soil Science Department, Zanjan University.
3 Faculty of Agricultural and Natural Resources Research and Education center of Guilan
چکیده [English]

Background and Objectives: Soil water repellency (SWR) is a soil characteristic that creates strong resistance to water penetration and decreases infiltration time from a few seconds to hours, days or weeks. The undesirable consequences of SWR have received interest from the scientific literature. However, the SWR has some beneficial aspects like increasing aggregate stability. Although several authors have reported the soil organic carbon as the origin of SWR but it seems only some parts of the soil organic carbon are hydrophobic and are involved in SWR. Thus, the aims of this study were: (a) to determine which soil organic carbon pools are linked with SWR, (b) to assess the impact of SWR on aggregate stability and (c) to determine which vegetative cover produce more hydrophobic organic compounds and contribute to SWR.
Materials and Methods: Soil samples were collected from the 0-5, 5-10 and 10-20 cm layers of the lands under different forest tree species including Populus caspica, Oak (Quercus castaneifolia), Alder (Alnus glutinosa), Bald cypress (Taxodium distichum), Loblolly pine (Pinus taeda) and Juniper (Juniperus polycarpos). The soil samples were analyzed for organic carbon content, pH, water repellency and aggregate stability (MWD) and were also separated to different organic matter pools based on particle size fractionation. The experimental variables were soil depth and kinds of vegetative cover and the data obtained from the soil samples were analyzed statistically by a two-way analysis of variance (ANOVA) using a factorial experiment with completely randomized design and 30 replications. Also Pearson linear correlation was used to indicate the relationships between the measure characteristics.
Results: The vegetative covers and soil depths had significant impacts on SWR and the measured soil properties. The highest water drop penetration time (WDPT) was measured for the surface soil layer (0-5 cm). About 13.33 and 3.33 % (n=30) of the samples collected from the soil surface under P. taeda and T. distichum had the more than one hour WDPT (extremely repellent class). In contrast, the lowest SWR classes were mostly observed under the vegetative covers of P. caspica, Q. castaneifolia and A. glutinosa which were broadleaves tree species. The water repellency decreased with soil depth and 82.22% of the soil samples collected from the 10-20 cm layer of all tree species (n=180) determined as wettable soil (WDPT< 5 s). The Pearson linear correlation showed a positive relationship among SWR and total organic carbon (r=0.19, P Conclusion: The strong correlation between SWR and the organic carbon content of the sand fraction indicates that this fraction contains organic compounds that contribute to SWR. Increase in soil pH and extent of decomposition of soil organic matter, however changes the solubility of soil organic matter and decrease SWR. As the soil aggregation depends on the total soil organic carbon content, the stability of aggregates is affected by hydrophobic fraction of soil organic carbon. Despite the extreme SWR in coniferous, Considering the undesirable quality of soil under coniferous trees such as low pH, MWD and organic carbon content, it is recommended to use discretion in the selection of these species for afforestation and reforestation projects.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Soil water repellency
  • Aggregate stability
  • sand fraction
  • soil organic carbon pools
  • depth

مراجع

1.Aelamanesh, P., Mosaddeghi, M.R., Mahboubi, B., and Safari Singani, A.A. 2014. Water
Repellency in Calcareous Soils Under Different Land Uses in Western Iran. Pedosphere.
24: 3. 378-390.
2.Alvarez, E., Fernandez Marcos, M.L., Torrado, V., and Fernandez Sanjurio, M.J. 2008.
Dynamics of macronutrients during first stage of litter decomposition from forest species in a
temperate area (Galicia, NW Spain). Nutr. Cycle. Agroecosystem. 80: 3. 243-256.
3.Beheshti, A., Raiesia, F., and Golchin, A. 2012. Soil properties, C fractions and their
dynamics in land use conversion from native forests to croplands in northern Iran.
Agricultural Ecosystems and Environment. 148: 121-133.
4.Binkley, D., and Giardina, C. 1998. Why do tree species affect soils? The warp and woof of
tree-soil interactions. Biogeochemistry. 42: 89-106.
5.Bisdom, E.B.A., Dekker, W., and Schoute, J.F.Th. 1993. Water repellency of sieve fractions
from sandy soils and relationships with organic material and soil structure. Geoderma.
56: 105-118.
6.Capriel, P., Beck, T., Borchert, H., Gronholz, J., and Zachmann, G. 1995. Hydrophobicity of
the organic matter in arable soils. Soil Biology and Biochemistry. 27: 1453-1458.
7.Chenu, C., Le Bissonnais, Y., and Arrouays, D. 2000. Organic matter influence on clay
wettability and soil aggregate stability. Soil Sci. Soc. Amer. J. 64: 1479-1486.
8.Doerr, S.H., Shakesby, S.H., and Walsh, R.P.D. 2000. Soil water repellency: its causes,
characteristics and hydro-geomorphological significance. Earth-Science Reviews. 51: 33-65.
9.Doerr, S.H., Llewellyn, C.T., Douglas, J.T., Morley, C.P., Mainwaring, K.A., Hskins, C.,
Johnsey, L., Ritsema, C.J., Stagnitti, F., Allinson, G., Ferreira, A.J.D., Keizer, J.J., Ziogas,
A.K., and Diamantis, J. 2005. Extraction of compounds associated with water repellency in
sandy soils of different origin. Austr. J. Soil Res. 43: 3. 225-237.
10.Emadodin, I., Reiss, S., and Rudolf Bork, H. 2009. A study of the relationship between land
management and soil aggregate stability (case study near Albersdorf, northern-Germany).
J. Agric. Biol. Sci. 4: 4. 48-53.
11.Franco, C.M.M., Clarke, P.J., Tate, M.E., and Oades, J.M. 2000. Hydrophobic properties and
chemical characterization of natural water repellent materials in Australian sands. J. Hydrol.
231-232: 47-58.
12.Golchin, A., and Asgari, H. 2008. Land use effects on soil quality indicators in north-eastern
Iran. Austr. J. Soil Res. 46: 1. 27-36.
13.Gryze, S., Jassogne, L., Bossuyt, H., Six, J., and Merckx, R. 2006. Water repellence and soil
aggregate dynamics in a loamy grassland soil as affected by texture. Eur. J. Soil Sci.
57: 235-246.
14.Han, K.H., Ha, S.G., and Jang, B.C. 2010. Aggregate stability and soil carbon storage as
affected by different land use practices. Proc. of Int. Workshop on evaluation and sustainable
management of soil carbon sequestration in Asian countries. Bogor, Indonesia. Sep, 28-29.
15.Harper, R.J., McKissock, I., Gilkes, R.J., Carter, D.J., and Blackwell, P.S. 2000. A
multivariate framework for interpreting the effects of soil properties, soil management and
landuse on water repellency. J. Hydrol. 231-232: 371-383.
16.Horne, D.J., and McIntosh, J.C. 2000. Hydrophobic compounds in sands in New Zealandextraction,
characterisation and proposed mechanisms for repellency expression. J. Hydrol.
231-232: 35-46.
17.Jordán, A., Martínez-Zavala, L., and Bellinfante, N. 2008. Heterogeneity in soil hydrological
response from different land cover types in southern Spain. Catena. 74: 137-143.
18.Jordan, A., Zavala, M.L., Nava, A.L., and Alanis, N. 2009. Occurrence and hydrological
effects of water repellency in different soil and land use types in Mexican volcanic
highlands. Catena. 79: 60-71.
19.Jordan, A., Zavala, L.M., Mataix-Solera, J., and Doerr, S.H. 2013. Soil water repellency:
Origin, assessment and geomorphological consequences. Catena. 108: 1-5.
20.Kavvadias, V.A., Alifragis, A., Tsiontsis, G., Brofas, G., and Stamatelos, G. 2001. Litterfall,
litter accumulation and litter decomposition rates in four forest ecosystem in northern
Greece. Forest Ecology and management. 144: 113-127.
21.Kroetsch, D., and Wang, C. 2008. Particle size distribution. P 713-725, In: M.R. Carter and
E.G. Gregorich (Eds.), Soil Sampling and Methods of Analysis. Canadian Society of Soil
Science, CRC Press, Taylor and Francis Group, Boca Raton, FL.
22.Lozano, E., Jimenez-Pinilla, P., Mataix-Solera, J., Arcenegui, V., Bárcenas, G.M., Gonzalez-
Perez, J.A., Garcia-Orenes, F., Torres, M.P., and Mataix-Beneyto, J. 2013. Biological and
chemical factors controlling the patchy distribution of soil water repellency among plant
species in a Mediterranean semiarid forest. Geoderma. 207-208: 212-220.
23.Mataix-Solera, J., and Doerr, S.H. 2004. Hydrophobicity and aggregate stability in calcareous
topsoils from fire-affected pine forests in southeastern Spain. Geoderma. 118: 77-88.
24.McKissock, I., Gilkes, R.J., and van Bronswijk, W. 2003. The relationship of soil water
repellency to aliphatic C and kaolin measured using DRIFT. Austr. J. Soil Res. 41: 251-265.
25.McLean, E.O. 1982. Soil pH and lime requirement. P 199-224, In: A.L. Page, R.H. Miller
and D.R. Keeney (Eds.), Methods of Soil Analyses, Part 2: Chemical and Microbiological
Properties. 2nd ed. American Society of Agronomy, Madison, WI.
26.Mirbabaei, S.M., Shabanpour Shahrestani, M., Zolfaghari, A., and Taheri Abkenar, K. 2013.
Relationship between soil water repellency and some of soil properties in northern Iran.
Catena. 108: 26-34.
27.Nelson, D.W., and Sommers, L.E. 1982. Total carbon, organic carbon, and organic matter.
P 539-579, In: A.L. Page, R.H. Miller and D.R. Keeney (Eds.), Methods of Soil Analysis.,
Part 2: Chemical and Microbiological Properties. 2nd ed. American Society of Agronomy,
Soil Science Society of America, Madison, WI.
28.Onweremadu, E., Osuji, G., Eshett, T., Unamba-Oparah, I., and Onwuliri, C. 2010. Soil
carbon sequestration in aggregate size of a forested isohyperthermic Arenic Kandiudults.
Agriculture Science. 43: 9-15.
29.Piccolo, A., and Mbagwu, J.S.C. 1999. Role of hydrophobic components of soil organic
matter in soil aggregate stability. Soil Sci. Soc. Amer. J. 63: 1801-1810.
30.Roy, J.L., and McGill, W.B. 2000. Flexible conformation in organic matter coatings: a
hypothesis about soil water repellency. Can. J. Soil Sci. 80: 143-152.
31.Salminen, J.P., Roslin, T., Karonen, M., Sinkkonen, J., Pihlaja, K., and Pulkkinen, P. 2004.
Seasonal variation in the content of hydrolyzable tannins, flavonoid glycosides and
proanthocyanidins in oak leaves. J. Chem. Ecol. 30: 1693-1711.
32.Soil Survey Staff. 2010. Keys to soil taxonomy. USDA Natural Resources Conservation
Service, Washington, DC.
33.Theng, B.K.G., Ristori, G.G., Santi, C.A., and Percival, H.J. 1999. An improved method for
determining the specific surface areas of top soils with varied organic matter content, texture
and clay mineral composition. Europ. J. Soil Sci. 50: 309-316.
34.Urbanek, E., Hallett, P., Feeney, D., and Horn, R. 2007. Water repellency and distribution of
hydrophilic and hydrophobic compounds in soil aggregates from different tillage systems.
Geoderma. 140: 147-155.
35.Vogelmann, E.S., Reicher, J.M., Reinert, D.J., Mentges, M.I., Vieira, D.A., Peixoto de
Barros, C.A., and Fasinmirin, J.T. 2010. Water repellency in soils of humid subtropical
climate of Rio Grande do Sul, Brazil. Soil and Tillage Research. 110: 126-133.
36.Vogelmann, E.S., Reichert, J.M., Prevedello, J., Awe, G.O., and Mataix-Solera, J. 2013.
Can occurrence of soil hydrophobicity promote the increase of aggregates stability? Catena.
110: 24-31.
37.Woche, S.K., Goebel, M.O., Kirkham, M.B., Horton, R., Vander Ploeg, R.R., and
Bachmann, J. 2005. Contact angle of soils as affected by depth, texture, and land
management. Europ. J. Soil Sci. 56: 239-251.
38.Zavala, L.M., Garcia-Moreno, J., Gordillo-Rivero, A.J., Jordan, A., and Mataix-Solera, J.
2014. Natural soil water repellency in different types of Mediterranean woodlands.
Goederma. 226-227: 170-178.
39.Zolfaghari, A., and Hajabassi, M.A. 2008. The effects of land use change on physical
properties and water repellency of soils in Lordegan forest and Freidunshar pasture. J. Water
Soil (Agricultural Sciences and Technology). 22: 2. 251-262. (In Persian)
مجله مدیریت خاک و تولید پایدار
دوره 7، شماره 1
فروردین 1396
صفحه 71-86

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار