| تعداد نشریات | 282 |
| تعداد نشریات سازمان | 80 |
| تعداد شماره‌ها | 3,262 |
| تعداد مقالات | 36,057 |
| تعداد مشاهده مقاله | 55,176,181 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 94,175,542 |
تحلیل آثار فرسایش آبی بر ویژگی‌های خاک و ساختار میکروبی در آبخیز سرسارو شهرستان خاش | ||
| پژوهش های آبخیزداری | ||
| مقاله 9، دوره 38، شماره 4 - شماره پیاپی 149، دی 1404، صفحه 146-164 اصل مقاله (1.17 M) | ||
| نوع مقاله: پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22092/wmrj.2025.370181.1628 | ||
| نویسندگان | ||
| مرتضی صابری* 1؛ وحید کریمیان2؛ محمدرضا دهمرده قلعه نو1؛ رسول خطیبی3؛ مهدی سرپرست4 | ||
| 1دانشیار گروه مرتع و آبخیزداری، دانشکده آب و خاک، دانشگاه زابل، زابل، ایران | ||
| 2استادیار گروه مهندسی طبیعت، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه یاسوج، یاسوج، ایران | ||
| 3استادیار گروه مرتع و آبخیزداری، دانشکده آب و خاک، دانشگاه زابل، زابل، ایران | ||
| 4دکتری بیابان زدایی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، کارشناس سازمان منابع طبیعی و آبخیزداری، ایران | ||
| چکیده | ||
| مقدمه و هدف فرسایش آبی به‌عنوان یکی از مهم‌ترین عامل‌های ویرانی خاک، تأثیر قابل‌توجهی بر کیفیت و عملکرد خاک در بوم‌سازگان‌های گوناگون دارد. آبخیز سرسارو در شهرستان خاش به‌دلیل شرایط اقلیمی خاص و دخالت‌های انسانی ازجمله چرای بی‌رویه و ازبین رفتن پوشش گیاهی، از مناطق آسیب پذیر نسبت به فرسایش آبی به‌شمار می‌آید. با وجود اهمیت موضوع، بررسی‌های جامعی که به‌طور هم‌زمان ویژگی‌های فیزیکی، شیمیایی و زیستی خاک در این منطقه را نشان دهد، انجام‌نشده است. ازاین‌رو، این پژوهش با هدف ارزیابی اثرات فرسایش آبی بر تغییرات خاک و ساختار میکروبی در آبخیز سرسارو انجام شد تا با شناخت بهتر اثرات فرسایش، راهکارهایی برای مدیریت پایدار منابع‌طبیعی ارائه شود. مواد و روش‌ها در این پژوهش، نمونه‌برداری خاک به‌شکل طرح کاملاً تصادفی انجام شد. ابتدا از نقشه‌های فرسایش و رسوب موجود در منطقه برای طبقه‌بندی شدت‌های فرسایش خاک شامل: بدون فرسایش، فرسایش کم، فرسایش متوسط و فرسایش شدید، استفاده شد. سپس، در هر منطقۀ فرسایشی، چهار منطقه همگن با شرایط گیتا‌شناسی تقریباً مشابه انتخاب شد و در هرکدام از آن‌ها، پنج نمونه خاک (یک نمونه در مرکز و چهار نمونه به‌شکل علامت بعلاوه در پیرامون آن) برداشت شد. نمونه‌برداری از خاک از ژرفای صفر تا ۳۰ سانتی‌متر انجام شد. برای هر جایگاه فرسایشی، نمونه‌های برداشت‌شده از مناطق همگن باهم ترکیب شدند و یک نمونه مرکب تهیه شد. بلافاصله پس از برداشت، نمونه‌های خاک به دو بخش تقسیم شدند. بخشی از نمونه‌ها که برای اندازه‌گیری ویژگی‌های زیستی در نظر گرفته‌شده بودند، بدون الک کردن و با حفظ شرایط رطوبتی اولیه، در ظروف دربسته و در مجاورت یخ خشک به آزمایشگاه منتقل شدند و تا زمان انجام آزمایش‌ها در یخچال نگهداری شدند. بخش دیگر نمونه‌ها، برای اندازه‌گیری ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی، پس از خشک شدن در هوای آزاد و عبور از الک دو میلی‌متری، استفاده شد. تجزیه پراکنش یک‌طرفه (ANOVA) داده‌های مربوط به ویژگی‌های خاک با استفاده از نرم‌افزار SPSS انجام شد. مقایسه میانگین‌ها، با استفاده از آزمون دانکن با سطح اطمینان ۹۵% انجام شد. همچنین، تحلیل همبستگی میان سنجه‌های بررسی‌شده در محیط نرم‌افزار R انجام شد. نتایج و بحث نتایج تحلیل پراکنش نشان داد که شدت اثرات فرسایش بر ویژگی‌های فیزیکی خاک معنادار (0/01p<) بود. اندازة شن از 25% در خاک‌های بدون فرسایش به‌طور قابل‌توجهی افزایش یافت. همبستگی سیلت و رس با شدت فرسایش منفی و به‌ترتیب (0/96-) و (0/95-) بود و اندازة هر دو کاهش یافت. رطوبت خاک در زمین بدون فرسایش 12/5% بود که در فرسایش شدید به 6/09% کاهش یافت (0/01p<). همچنین، تخلخل کاهش (همبستگی منفی 0/97-) و جرم‌مخصوص‌ظاهری (همبستگی مثبت) افزایش یافت. سنجه‌های شیمیایی خاک نیز مانند کربن آلی از 2/23% به 0/93%، نیتروژن کل از 0/31% به 0/08%، پتاسیم قابل‌جذب و فسفر قابل‌جذب به‌طور معناداری کاهش یافتند (0/01p<). هدایت الکتریکی به‌طور معناداری (همبستگی مثبت 0/92) افزایش یافت. تغییرات اسیدیته چندان چشمگیر نبود (0/05p>). ویژگی‌های زیستی خاک به‌شدت کاهش یافتند؛ فعالیت آنزیم کاتالاز از 28/05 واحد در خاک‌های بدون فرسایش به 3/57 واحد در خاک‌های با فرسایش شدید کاهش یافت (0/01p<). کربن زی‌توده میکروبی از 223/6 میلی‌گرم به 3/93 میلی‌گرم، نیتروژن زی‌توده میکروبی از 31/6 به 7/8 میلی‌گرم و جمعیت میکروارگانیسم‌ها و تنفس میکروبی پایه نیز به‌طور معناداری کاهش یافتند (0/01p<). سهم میکروبی خاک نیز کاهش یافت و همبستگی آن با شدت فرسایش زیاد و منفی (بیش از 0/96-) بود. این داده‌ها بیانگر اثرات منفی و شدید فرسایش آبی بر کیفیت فیزیکی، شیمیایی و زیستی خاک و کاهش سلامت و ظرفیت تولیدی بوم‌سازگان‌ها است. نتیجه‌گیری و پیشنهادها نتایج این پژوهش نشان داد که اثرات فرسایش آبی بر کیفیت فیزیکی، شیمیایی و زیستی خاک در آبخیز سرسارو شدید و منفی بود. فرسایش با حذف لایه‌های سطحی، کاهش ماده آلی، ویرانی ساختار خاک، کاهش عناصر غذایی و تضعیف جامعه‌های میکروبی، سلامت و عملکرد بوم‌سازگان‌های خاک را به مخاطره می‌اندازد و توان تولیدی آن را کاهش می‌دهد. ازاین‌رو، برای جلوگیری از ویرانی بیشتر خاک و کاهش عملکرد زیستی آن، مهار فرسایش و مدیریت جامع منابع خاک از اولویت‌های مهم در مناطق آسیب‌پذیر مانند آبخیز سرسارو است. برپایة نتایج این پژوهش پیشنهاد می‌شود شاخص‌های زیستی به‌عنوان ابزارهای مؤثر در پایش سلامت خاک‌های فرسایش‌یافته در نظر گرفته شوند تا بستر مناسبی برای تصمیم‌گیری‌های مدیریتی فراهم آید. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| آنزیم کاتالاز؛ پایداری خاک؛ شاخص‌های زیستی؛ مناطق خشک و نیمه‌خشک؛ ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Analysis of the effects of water erosion on soil properties and microbial structure in the Sarsaro Watershed, Khash County | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Morteza Saberi1؛ Vahid Karimian2؛ Mohammad Reza Dahmardeh Ghaleno1؛ Rasool Khatibi3؛ Mehdi Sarparast4 | ||
| 1Associate Professor, Rangeland and Watershed Management Department, Faculty of Water and Soil, University of Zabol, Zabol, Iran | ||
| 2Assistant Professor, Nature Engineering of Department, Faculty of Natural Resources, Yasouj University, Yasouj, Iran | ||
| 3Assistant Professor, Rangeland and Watershed Management Department, Faculty of Water and Soil, University of Zabol. Zabol, Iran | ||
| 4Ph.D. in Natural Resources, Combating Desertification Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources Gorgan, Natural Resources and Watershed Management Organization, Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| Introduction and Goal Water erosion, as one of the most important factors of soil degradation, has a significant impact on soil quality and performance in various ecosystems. The Sarsaro watershed in Khash County is considered a vulnerable area to water erosion due to specific climatic conditions and human interventions such as over grazing and loss of vegetation cover. Despite the importance of the issue, comprehensive studies that simultaneously show the physical, chemical, and biological properties of the soil in this region have not been conducted. Therefore, this study aimed to evaluate the impact of water erosion on soil changes and microbial structure in the Sarsaro watershed in order to provide strategies for sustainable natural resource management through better understanding of erosion effects. Materials and Methods In this study, soil sampling was carried out in a completely randomized design. First, erosion and sediment map available in the region were used to classify soil erosion intensities, including: no erosion, low erosion, moderate erosion, and severe erosion. Then, in each erosion region, four homogeneous areas with almost similar physiographic conditions were selected, and in each of them, five soil samples were taken (one sample in the center and four samples in the form of a plus sign around it). Soil sampling was carried out from a depth of 0 to 30 cm. For each erosion site, samples taken from homogeneous areas were mixed to prepare a composite sample. Immediately after collection, the soil samples were divided into two parts. Some of the samples intended for measuring biological properties were transported to the laboratory in sealed containers in the vicinity of dry ice without sieving and while maintain the initial humidity conditions, and were stored in the refrigerator until the experiments were performed. The other part of the samples was used to measure physical and chemical properties after drying in the open air and passing through a 2 mm sieve. One-way analysis of variance (ANOVA) of soil properties data was performed using SPSS software. Comparison of means was performed using Duncan's test with a 95% confidence level. Also, the correlation analysis between the studied investigated measures was performed in the R software. Results and Discussion The results of the analysis of variance showed that intensity of erosion effects on soil physical properties was significant (p < 0.01). The sand size increased significantly from 25% in non-eroded soils. The correlation of silt and clay with erosion intensity was negative (-0.96) and (-0.95), respectively, and the amount of both decreased. Soil moisture in non-eroded lands was 12.5%, which decreased to 6.09% in severely erosion (p < 0.01). Also, porosity decreased (negative correlation -0.97) and apparent specific gravity increased (positive correlation). Soil chemical parameters such as organic carbon from 2.23% to 0.93%, total nitrogen from 0.31% to 0.08%, absorbable potassium and absorbable phosphorus decreased significantly (p < 0.01). Electrical conductivity increased significantly (positive correlation of 0.92). Changes in pH were not significant (p > 0.05). Soil biological properties were severely reduced: catalase enzyme activity decreased from 28.05 units in non-eroded soils to 3.57 units in severely eroded soils (p < 0.01). Microbial biomass carbon decreased from 223.6 mg to 93.3 mg, microbial biomass nitrogen from 31.6 mg to 7.8 mg, and the population of microorganisms and basal microbial respiration also showed significant decreases (p < 0.01). The soil microbial contribution also decreased and its correlation with erosion intensity was high and negative (greater than -0.96). These data indicate the severe and negative effects of water erosion in the physical, chemical, and biological quality of the soil, and the reduction in the health and productive capacity of ecosystem. Conclusion and Suggestions The results of this study demonstrated that the effect of water erosion on the physical, chemical, and biological quality of soils in the Sarsaru watershed were severe and negative. Erosion, through the removal of surface layers, reduction of organic matter, degradation of soil structure, depletion of essential nutrients, and weakening microbial communities, jeopardized the health and function of soil ecosystems and reduces their productive capacity. Therefore, to prevent further soil destruction and reduction in its biological function, controlling erosion and comprehensive management of soil resources are important priorities in vulnerable areas such as the Sarsaru watershed. Based on the results of this study, it is suggested that biological indicators be considered as effective tools in monitoring the health of eroded soils to provide a suitable basis for management decisions. | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| Arid and semi-arid regions, biological indicators, Catalase enzyme, physical and chemical properties, soil stability | ||
| مراجع | ||
|
Anderson JP. 1982. Soil respiration. Methods of soil analysis: Part 2 Chemical and Microbiological Properties. 9: 831-871. https://doi.org/10.2134/agronmonogr9.2.2ed.c41 Asghari SH, Arkhazloo HS. 2020. Effects of land use and slope on soil physical, mechanical and hydraulic quality in Heyran neck, Ardabil Province. Journal of Environmental Erosion Research. 37: 79–91. https://dor.isc.ac/dor/20.1001.1.22517812.1399.10.1.6.7 Banerjee S, Misra A, Sar A, Pal S, Chaudhury S, Dam B. 2020. Poor nutrient availability in opencast coalmine influences microbial community composition and diversity in exposed and underground soil profiles. Applied Soil Ecology. 152:103544. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2020.103544 Bastani M, Sadeghipour A, Kamali N, Zarafshar M, Bazoot S. 2023. How does livestock graze management affect woodland soil health? Frontiers in Forests and Global Change.6:1–8. https://doi.org/10.3389/ffgc.2023.1028149 Brookes PC, Landman A, Pruden G, Jenkinson DS. 1985. Chloroform fumigation and the release of soil nitrogen: A rapid direct extraction method to measure microbial biomass nitrogen in soil. Soil Biology and Biochemistry.17(6):837–842. https://doi.org/10.1016/0038-0717(85)90144-0 Chen L, Baoyin T, Xia F. 2022. Grassland management strategies influence soil C, N, and P sequestration through shifting plant community composition in semi-arid grasslands of northern China. Ecological Indicators. 34:1–12. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2021.108470 Das PP, Singh KRB, Nagpure G, Mansoori A, Singh RP, Ghazi IA, Kumar A, Singh J. 2022. Plant-soil-microbes: A tripartite interaction for nutrient acquisition and better plant growth for sustainable agricultural practices. Environmental Research. 214:113821. https://doi.org/10.1016/j.envres.2022.113821 Dungait JA, Ghee C, Rowan JS, McKenzie BM, Hawes C, Dixon ER, Paterson E, Hopkins DW. 2013. Microbial responses to the erosional redistribution of soil organic carbon in arable fields. Soil Biology and Biochemistry. 60:195–201. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2013.01.025 Franzluebbers A. J. 2020. Soil mass and volume affect soil‐test biological activity estimates. Soil Science Society of America Journal. 84(2):502-511. https://doi.org/10.1002/saj2.20038 Gayan A, Borah P, Nath D, Kataki R. 2023. Soil microbial diversity, soil health and agricultural sustainability. In: Sustainable agriculture and the environment. Elsevier. pp. 107–126. https://doi.org/10.1016/B978-0-323-90500-8.00006-3 González-Rosado M, Parras-Alcántara L, Aguilera-Huertas J, Lozano-García B. 2021. Soil productivity degradation in a long-term eroded olive orchard under semiarid Mediterranean conditions. Agronomy. 11(4):1-17. https://doi.org/10.3390/agronomy11040812 Guo Y, Wu J, Yu Y. 2022. Differential response of soil microbial community structure in coal mining areas during different ecological restoration processes. Processes. 10(10):1-21. https://doi.org/10.3390/pr10102013 Kamali N, Sadeghipour A, Souri M, Mastinu M. 2022. Variations in soil biological and biochemical indicators under different grazing intensities and seasonal changes. Land. 11:1-18. https://doi.org/10.3390/land11091537 Kennedy AC, Stubbs TL. 2006. Soil microbial communities as indicators of soil health. Annals of Arid Zone. 45:287–308. Lal R. 2001. Soil degradation by erosion. Land Degradation & Development. 12(6):519–539. https://doi.org/10.1002/ldr.472 Lal TN, Hinterberger T, Widman G, Schröder M, Hill NJ, Rosenstiel W, Elger CE, Scholkopf B, Birbaumer N. 2004. Methods towards invasive human brain computer interfaces. In: Saul LK, Weiss Y, Bottou L (eds.), Advances in Neural Information Processing Systems 17. MIT Press. Li S, Shi Z, Liu WH, Li W, Liang G, Liu K. 2025. Long-term Kentucky bluegrass cultivation enhances soil quality and microbial communities on the Qinghai-Tibet Plateau. Frontiers in Plant Science. 16:1-13. https://doi.org/10.3389/fpls.2025.1510676 Liu L, Sayer EJ, Deng M, Li P, Liu W, Wang X, et al. 2023. The grassland carbon cycle: Mechanisms, responses to global changes, and potential contribution to carbon neutrality. Fundamental Research. 3:209–218. https://doi.org/10.1016/j.fmre.2022.09.028 Mandal D, Chandrakala M, Alam NM, Roy T, Mandal U. 2021. Assessment of soil quality and productivity in different phases of soil erosion with the focus on land degradation neutrality in tropical humid region of India. Catena. 204:105440. https://doi.org/10.1016/j.catena.2021.105440 Mandal D, Patra S, Sharma NK, Alam NM, Jana C, Lal R. 2023. Impacts of soil erosion on soil quality and agricultural sustainability in the north western Himalayan region of India. Sustainability. 15(6):5430. https://doi.org/10.3390/su15065430 Martens R. 1995. Current methods for measuring microbial biomass C in soil: Potentials and limitations. Biology and Fertility of Soils. 19(2–3):87–99. https://doi.org/10.1007/BF00336303 Mohseni N. 2019. Impact of water erosion on soil biological diversity in arid ecosystems. Researches in Earth Sciences. 10(2):21–33. (In Persian). https://doi.org/10.52547/esrj.10.2.21 Moradi HR, Rezaei V, Erfanian M. 2024. Investigation of physicochemical characteristics of soil in badland areas formation. Researches in Earth Sciences. 15(3):91–105. (In Persian). https://doi.org/10.48308/esrj.2021.101282 Nimmo J, Lynch DH, Owen J. 2013. Quantification of nitrogen inputs from biological nitrogen fixation to whole farm nitrogen budgets of two dairy farms in Atlantic Canada. Nutrient Cycling in Agroecosystems. 96:93–105. https://doi.org/10.1007/s10705-013-9587-z Plotnikova OO, Demidov VV, Farkhodov YR, Tsymbarovich PR, Semenkov IN. 2024. Influence of water erosion on soil aggregates and organic matter in arable Chernozems: Case study. Agronomy. 14(8):1-15. https://doi.org/10.3390/agronomy14081607 Qiu L, Zhang Q, Zhu H, Reich PB, Banerjee S, van der Heijden MG, Wei X. 2021. Erosion reduces soil microbial diversity, network complexity and multifunctionality. The ISME Journal. 15(8):2474–2489. https://doi.org/10.1038/s41396-021-00946-4 Qu K, Guo F, Liu X, Lin Y, Zou Q. 2019. Application of machine learning in microbiology. Frontiers in Microbiology. 10:827. https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.00827 Qu Y, Tang J, Li Z, Zhou Z, Wang J, Wang S, Cao Y. 2020. Soil enzyme activity and microbial metabolic function diversity in soda saline–alkali rice paddy fields of northeast China. Sustainability. 12(23):1-15. https://doi.org/10.3390/su122310095 Rachwał K, Gustaw K, Kazimierczak W, Waśko A. 2021. Is soil management system really important? Comparison of microbial community diversity and structure in soils managed under organic and conventional regimes with some view on soil properties. Plos one. 16: 1-21. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0256969 Rasiah V, Kay BD. 1994. Characterizing changes in aggregate stability subsequent to introduction of forages. Soil Science Society of America Journal. 58:935–942. https://doi.org/10.2136/sssaj1994.03615995005800030029x Saberi M, Dahmardeh Ghaleno MR, Khatibi R, Karimian V. 2025. Assessment of the effects of water erosion on changes in soil physical, chemical, and biological properties in the Monzelab Watershed, Zahedan County. Iranian Journal of Soil and Water Research. Advance online publication. (In Persian). https://doi.org/10.22059/ijswr.2025.395713.669946 Saberi M, Nori M, Ebrahimi M. 2025. Microbial diversity response to changes in physical and chemical properties of soil caused by water erosion in the Dehbakari Watershed, Kerman province. Journal of Natural Environmental Hazards. Advance online publication. (In Persian). https://doi.org/10.22111/jneh.2025.51723.2110 Sadeghi S, Petermann J, Steffan B, Brevik J, Gedeon G. 2023. Predicting microbial responses to changes in soil physical and chemical properties under different land management. Applied Soil Ecology. 188:104878. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2023.104878 Schuman GE, Janzen HH, Herrick JE. 2002. Soil carbon dynamics and potential carbon sequestration by rangelands. Environmental Pollution. 116:391–396. https://doi.org/10.1016/S0269-7491(01)00215-9 Soltani Toularoud A, Asghari S. 2021. Assessment the effect of slope aspect and position on some soil microbial indices in rangeland and forest. Environmental Erosion Research Journal. 11(1):58–74. (In Persian). http://dx.doi.org/10.52547/jeer.11.1.58 Sui X, Zhang R, Frey B, Yang L, Liu Y, Ni H, Li MH. 2021. Soil physicochemical properties drive the variation in soil microbial communities along a forest successional series in a degraded wetland in northeastern China. Ecology and Evolution. 11:2194–2208. https://doi.org/10.1002/ece3.7179 Sun J, Fu B, Zhao W, Liu S, Liu G, Zhou H, et al. 2021. Optimizing grazing exclusion practices to achieve Goal 15 of the sustainable development goals in the Tibetan Plateau. Science Bulletin. 66:1493–1496. https://doi.org/10.1016/j.scib.2021.03.014 Ternan JL, Williams AG, Elmes A, Hartley R. 1996. Aggregate stability of soils in central Spain and the role of land management. Earth Surface Processes and Landforms. 21:181–193. https://doi.org/10.1002/(SICI)1096-9837(199602)21:2 Yang Q, Peng J, Ni S, Zhang C, Wang J, Cai C. 2024. Soil erosion-induced decline in aggregate stability and soil organic carbon reduces aggregate-associated microbial diversity and multifunctionality of agricultural slope in the Mollisol Region. Land Degradation and Development. 35(11):3714–3726. https://doi.org/10.1002/ldr.5163 Zhang X, Pei G, Zhang T, Fan X, Liu Z, Bai E. 2023. Erosion effects on soil microbial carbon use efficiency in the mollisol cropland in northeast China. Soil Ecology Letters. 5(4): 230176. https://doi.org/10.1007/s42832-023-0176-4 | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 593 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 206 |
||