| تعداد نشریات | 282 |
| تعداد نشریات سازمان | 80 |
| تعداد شماره‌ها | 3,251 |
| تعداد مقالات | 35,917 |
| تعداد مشاهده مقاله | 54,565,929 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 93,689,332 |
ارزیابی اثرات تلقیح غلظت‌های مختلف سیانوباکتری بر محتوای ماده آلی و نیتروژن بسترهای خشک‌شده تالاب‌های فصلی | ||
| پژوهش های آبخیزداری | ||
| مقاله 3، دوره 39، شماره 1 - شماره پیاپی 150، فروردین 1405، صفحه 26-44 اصل مقاله (1.86 M) | ||
| نوع مقاله: پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22092/wmrj.2025.370375.1629 | ||
| نویسندگان | ||
| صائمه صادقی گجوتی1؛ حسین خیرفام* 2؛ سعید نجفی3 | ||
| 1دانش‌آموختة کارشناسی ارشد گروه مرتع و آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران | ||
| 2دانشیار گروه مرتع و آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران | ||
| 3استادیار گروه مرتع و آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران | ||
| چکیده | ||
| مقدمه و هدف بوم‌سازگان‌های سالم برای توسعه پایدار بسیار مهم هستند و به‌عنوان پایه و اساس امنیت غذایی و تنوع زیستی بوده و منابع و خدمات ضروری برای بقاء و رفاه را فراهم می‌آورند. ضعف در اجرای طرح توسعه پایدار باعث افزایش بهره‌برداری از منابع و ناپایداری بوم‌سازگان‌ها، به‌ویژه در مدیریت آب و خاک می‌شود. افزون بر این، شیوه‌های ناپایدار منجر به شکل‌گیری مناظر جدید و شکننده شده است. خشکی دائمی یا دوره‌ای (فصلی) تالاب‌ها به‌دلیل مصرف ناپایدار آب، از جمله پیامدهای منفی بهره‌برداری غیراصولی از منابع آب است که بستر آنها را به منابع تولید گرد و غبار تبدیل می‌کند. به‌رغم تلاش‌های گسترده برای تثبیت و افزایش پایداری بسترها، ماندگاری و عملکرد راهکاری مرسوم برای مهار فرسایش بادی در این بسترها به‌دلیل آبگیری دوره‌ای تالاب‌ها، با چالش مواجه‌شده است. اخیراً، رویکرد تلقیح سیانوباکترها با هدف تثبیت بسترهای حساس به فرسایش مورد توجه قرار گرفته اما کارایی آن تحت شرایط خشکی- آبگیری تالاب‌ها بررسی‌نشده است. افزون‌براین، اندازه‌گیری مستقیم فرسایش بادی ناشی از اقدامات تثبیت بسترها، استفاده از شاخص‌های تعیین‌کننده حساسیت به فرسایش خاک از قبیل محتوای ماده آلی و نیتروژن کل از مؤلفه‌های غنای پوسته زیستی خاک نیز، مرسوم است. ازاین‌رو، این پژوهش با هدف ارزیابی اثرات تلقیح غلظت‌های مختلف سیانوباکترهای بومی بر محتوای ماده آلی و نیتروژن خاک تحت شرایط خشکی کامل و خشکی-آبگیری اجرا شد. مواد و روش‌ها برای انجام این پژوهش، تالاب بین‌المللی قوبی باباعلی در استان آذربایجان‌غربی در شمال‌غرب ایران، انتخاب شد. این تالاب 500 هکتاری که به کنوانسیون رامسر معروف است. تالاب نامبرده به‌دلیل کاهش بارندگی و استفاده ناپایدار از آب در بالادست، به‌طور فصلی تحت تناوب خشکی و آبگیری است. نمونه‌های حجمی از خاک بستر خشک‌شده تالاب تهیه شد و برای آماده‌سازی درون سینی‌های کوچک فرسایشی انتقال یافتند. هم‌زمان، سیانوباکترهای بومی و مؤثر در حفاظت خاک بستر خشک‌شده تالاب، استخراج، شناسایی، خالص‌سازی و ازدیاد شدند. از سیانوباکترهای به‌دست آمده (Nostoc sp. و Oscillatoria sp.) چهار غلظت صفر، 1/5، 3 و 6 گرم بر مترمربع تهیه شد. سپس، سیانوباکترهای تهیه‌شده بر اساس تیمارهای تعریف‌شده در چهار تکرار روی سینی‌های آماده‌شده آب-تلقیحی شدند. ژرفای نفوذ مایه تلقیح حداقل یک سانتی‌متر بود. سپس، سینی‌های تیمارشده در دو شرایط خشکی کامل (نشان‌دهنده تالاب خشک‌شده دائمی) به‌مدّت 134 روز و خشکی-آبگیری (نشان‌دهنده تالاب فصلی با تجربه تناوب خشکی در فصول گرم سال و آبگیری در فصول بارشی سال) به‌طور 60 روز خشکی، 60 روز غرقابی و 14 روز خشکی (مجموعاً 134 روز) قرار گرفتند. در مجموع 32 آزمایش (16 آزمایش در شرایط خشکی کامل و 16 آزمایش در شرایط خشکی-آبگیری) انجام شد. این پژوهش در قالب طرح آزمایشی کامل تصادفی و از تیر تا آبان ماه سال 1401 انجام شد. پس از پایان آزمایش، اندازه‌های ماده آلی و نیتروژن کل خاک به‌ترتیب با استفاده از روش‌های والکلی-بلک و کجلدال اندازه‌گیری شد. در پایان، تحلیل آماری نتایج با استفاده از تجزیه پراکنش یک و دوطرفه و آزمون تی مستقل انجام شد. نتایج و بحث یافتهها نشان داد که اثرات تیمارهای تلقیح سیانوباکترها (غلظت صفر، 1/5، 3 و 6 گرم بر مترمربع) روی محتوای نیتروژن در هر دو شرایط خشکی کامل و خشکی-آبگیری در ژرفای صفر تا یک سانتی‌متر، معنی‌دار (در سطح احتمال یک درصد) بود. اثرات تیمارهای تلقیح روی محتوای نیتروژن تحت شرایط خشکی-آبگیری در ژرفای صفر تا پنج سانتی‌متر نیز معنی‌دار (در سطح احتمال یک درصد) بود. تأثیرپذیری محتوای ماده آلی خاک از تیمارهای تلقیح در هر دو ژرفای صفر تا یک و صفر تا پنج سانتی‌متر و تحت هر دو شرایط خشکی کامل و خشکی-آبگیری معنی‌دار (در سطح احتمال پنج درصد) بود. محتوای نیتروژن با تلقیح غلظت‌های متوسط سیانوباکتر (3 گرم بر مترمربع) و زیاد (6 گرم بر مترمربع) تحت شرایط خشکی به‌ترتیب 26 و 39% و تحت شرایط خشکی-آبگیری به‌ترتیب 28 و 44% افزایش یافت. ماده آلی نیز با تلقیح 3 و 6 گرم بر مترمربع تحت شرایط خشکی کامل به‌ترتیب 65 و 72% و با تلقیح 1/5، 3 و 6 گرم بر مترمربع تحت شرایط خشکی-آبگیری به‌ترتیب 49، 54 و 63% افزایش یافت. اثرات متقابل شرایط رطوبتی (خشکی کامل و خشکی-آبگیری) و تلقیح سیانوباکترها بر محتوای نیتروژن و ماده آلی خاک معنی‌دار نبود (در سطح احتمال پنج درصد). عملکرد تلقیح غلظت کم سیانوباکترها (1/5 گرم بر مترمربع) در بهبود مؤلفه‌های بررسی‌شده قابل قبول نبود. نتیجه‌گیری و پیشنهادها نتایج این پژوهش نشان داد اثرات آبگیری طبیعی سالانه تالاب بر بهبود محتوای ماده آلی و نیتروژن خاک و به‌بیان دیگر بر گسترش پوسته زیستی خاک در بسترهای خشک، مثبت نبود. ازاین‌رو، اجرای اقدامات دیگری مانند تلقیح سیانوباکترها برای بهبود مواد آلی و نیتروژن به‌عنوان مؤلفه‌های پایداری خاک ضروری است. یافتهها نشان داد که هنگامی که سیانوباکتری‌ها در شرایط خشکی-آبگیری به خاک تلقیح شدند، هم زنده ماندند و هم رشد کردند و همانند شرایط خشکی کامل، اندازه‌های ماده آلی و نیتروژن را افزایش دادند. در حالی‌که، تلقیح سیانوباکترها برای بهبود مؤلفه‌های پایداری خاک در برابر عامل‌های فرساینده اثرگذار است، نگرانی‌هایی هم برای اثرات منفی آنها بر تالاب‌ها به‌عنوان یک گونه مهاجم، به‌ویژه در مقیاس‌های بزرگ، وجود دارد که مستلزم بررسی بیشتر است. تلقیح سیانوباکتری‌ها، به‌ویژه با غلظت حداقل 3 گرم بر مترمربع، روشی سریع و سازگار با محیط زیست برای تثبیت بستر تالاب‌های خشک، به‌ویژه برای تالاب‌هایی با شرایط آبگیری و خشکی متناوب، است. پیشنهاد می‌شود پژوهش‌های تکمیلی در مقیاس صحرایی با شرایط تناوب خشکی و خشکی-آبگیری طبیعی همراه با اندازه‌گیری میدانی فرسایش بادی انجام شود. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| بوم‌سازگان‌های خشک و نیمه‌خشک؛ پایداری خاک؛ تلقیح خاک؛ مدیریت منابع آب و خاک؛ ویژگی‌های خاک | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Assessment of the Effects of Inoculating Different Concentrations of Cyanobacteria on Organic Matter and Nitrogen Content in the Dried Seasonal Wetlands Bedsof seasonal wetlands | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Saemeh Sadeghi Gajouti1؛ Hossein Kheirfam2؛ Saeed Najafi3 | ||
| 1M.Sc., Graduate, Department of Range and Watershed Management, Faculty of Natural Resources, Urmia University, Urmia, Iran | ||
| 2Associate Professor, Department of Range and Watershed Management, Faculty of Natural Resources, Urmia University, Urmia, Iran | ||
| 3Assistant Professor, Department of Range and Watershed Management, Faculty of Natural Resources, Urmia University, Urmia, Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| Introduction and Goal Healthy ecosystems are vital for sustainable development, serving as the foundation for food security and biodiversity while providing essential resources and services for survival and well-being. Weaknesses in implementating sustainable development plans lead to increased exploitation of resources and instability of ecosystems, particularly in water and soil management. Furthermore, unsustainable practices have led to the formation of new and fragile landscapes. Permanent or seasonal dryness of wetlands, due to unsustainable water consumption, is one of the negative consequences of improper exploitation of water resources, turning their beds into sources of dust. Despite extensive efforts to stabilize and enhance the sustainability of beds, the durability and effectiveness of conventional solutions for controlling wind erosion in these beds have faced challenges due to the periodic flooding of wetlands. Recently, the approach of inoculating cyanobacteria aimed at stabilizing erosion-sensitive beds has gained attention; however, its effectiveness under dry-flooding conditions of wetlands has not been examined. Furthermore, direct measurement of wind erosion resulting from bed stabilization efforts, as well as the use of indicators determining soil erosion sensitivity, such as organic matter content and total nitrogen from the components of soil biological richness, is also common. Therefore, this study was conducted to evaluate the effects of inoculating different concentrations of native cyanobacteria on the organic matter content and nitrogen in the soil under conditions of complete dryness and dry-flooding. Materials and Methods For this research, the international Kobi Baba Ali Wetland, in West Azerbaijan Province in northwestern Iran was selected. This 500-hectare wetland is known as the Ramsar Convention. The mentioned wetland is subject to seasonal cycles of dryness and flooding due to decreased rainfall and unsustainable water use upstream. Volume soil samples from the dried bed of the wetland were collected and transferred for preparation into small erosion trays. Simultaneously, native cyanobacteria for soil conservation of the dried-up wetland bed were extracted, identified, purified, and propagated. From the obtained Cyanobacterial (Nostoc sp. and Oscillatoria sp.) four concentrations of 0, 1.5, 3, and 6 g m-2 were prepared. Then, the prepared cyanobacteria were water-inoculated on prepared trays based on the defined treatments in four replicates. The penetration depth of the inoculation solution was at least one cm. Then, the treated trays were placed under two conditions: completely dry (representing a permanently dried wetland) for 134 days, and dry-dewatering (representing a seasonal wetland experiencing cycles of dryness in the warm seasons and flooding during the rainy seasons) with a total of 60 days of dryness, 60 days of flooding, and 14 days of dryness (a total of 134 days). A total of 32 experiments were conducted (16 experiments under complete dryness conditions and 16 experiments under dry-flooding conditions). The study was conducted in the from of a completely randomized experimental design from July to November 2022. After the completion of the experiments, the measurements of organic matter and total nitrogen in the soil were determined using the Walkley-Black and Kjeldahl methods, respectively. Finally, statistical analysis of the results was conducted using one-way and two-way analysis of variance and independent t-tests. Results and Discussion The findings showed that the effects of cyanobacteria inoculation treatments (concentrations of 0, 1.5, 3, and 6 g m-2) on nitrogen content at depths of 0 to 1 cm were significant (at the 1% probability level) under both complete dryness and dry-flooding conditions. The effects of the inoculation treatments on nitrogen content under dry-flooding conditions at depths of 0 to 5 cm were also significant (at the 1% probability level). The effect of inoculation treatments on soil organic matter content was significant (at the 5% probability level) at both depths of 0 to 1 and 0 to 5 cm and under both complete drought and drought-waterlogging conditions. Nitrogen content increased by 26% and 39% under complete dryness conditions with the inoculation of medium (3 g m-2) and high (6 g m-2) concentrations of cyanobacteria, and by 28% and 44% under dry-flooding conditions, respectively. Organic matter also increased by 65% and 72% under complete dryness conditions with the inoculation of 3 and 6 g m-2, and by 49%, 54%, and 63% with the inoculation of 1.5, 3, and 6 g m-2 under dry-flooding conditions, respectively. The interaction effects of moisture conditions (dry vs. dry-dewatering) and cyanobacterial inoculation on soil nitrogen and organic matter content were not insignificant (at the 5% probability level). The performance of inoculating low concentrations of cyanobacteria (1.5 g m⁻²) in improving the examined components was not acceptable. Conclusion and Suggestions The results of this study indicated that the effects of the annual natural flooding of the wetland on improving soil organic matter and nitrogen content, and in other words, on the expansion of the soil biological crust in dry beds, were not positive. Therefore, the implementation of other measures, such as the inoculation of cyanobacteria, is essential for improving organic matter and nitrogen as components of soil sustainability. The findings showed that when cyanobacteria were inoculated into the soil under dry-flooding conditions, they both survived and grew, similar to complete dryness conditions, increasing the measurements of organic matter and nitrogen. While the inoculation of cyanobacteria is effective in improving soil sustainability components against erosive factors, there are also concerns about their negative effects on wetlands as an invasive species, especially on a large scale, which requires further investigation. The inoculation of cyanobacterial, especially at a concentration of at least of 3 g m-2 is a rapid and environmentally friendly method for stabilizing the substrates of dried wetlands, particularly for wetlands with alternating flooding and dryness conditions. It is recommended that complementary studies be conducted on a desert scale with conditions of alternating dryness and natural dry-flooding, along with field measurements of wind erosion. | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| Arid and semi-arid ecosystems, soil and water resource management, soil inoculation, soil properties, soil stability | ||
| مراجع | ||
|
Ahmady-Birgani H, Agahi E, Ahmadi SJ, Erfanian M. 2018. Sediment source fingerprinting of the Lake Urmia sand dunes. Scientific Reports. 8(1): 206. Ansari S, Fatma T. 2016. Cyanobacterial polyhydroxybutyrate (PHB): screening, optimization and characterization. PloS One, 11(6): e0158168. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0158168. Asghari S, Zeinalzadeh K, Kheirfam H, Azar BH. 2022. The impact of cyanobacteria inoculation on soil hydraulic properties at the lab-scale experiment. Agricultural Water Management. 272: 107865. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2022.107865. Avecilla F, Panebianco JE, Buschiazzo DE. 2015. Variable effects of saltation and soil properties on wind erosion of different textured soils. Aeolian Research. 18: 145-53. https://doi.org/10.1016/j.aeolia.2015.07.005. Belnap J, Walker BJ, Munson SM, Gill RA. 2014. Controls on sediment production in two US deserts. Aeolian Research. 14: 15-24. https://doi.org/10.1016/j.aeolia.2014.03.007. Chamizo S, Cantón Y, Miralles I, Domingo F. 2012. Biological soil crust development affects physicochemical characteristics of soil surface in semiarid ecosystems. Soil Biology and Biochemistry. 49: 96-105. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2012.02.017. Chamizo S, Mugnai G, Rossi F, Certini G, De Philippis R. 2018. Cyanobacteria inoculation improves soil stability and fertility on different textured soils: gaining insights for applicability in soil restoration. Frontiers in Environmental Science. 6: 49. https://doi.org/10.3389/fenvs.2018.00049. D’Acqui LP. 2016. Use of indigenous cyanobacteria for sustainable improvement of biogeochemical and physical fertility of marginal soils in semiarid tropics. InBioformulations: For sustainable agriculture, New Delhi: Springer India. pp. 213-232. https://doi.org/10.1007/978-81-322-2779-3_12. Dang A, Bennett JM, Marchuk A, Biggs A, Raine SR. 2018. Quantifying the aggregation-dispersion boundary condition in terms of saturated hydraulic conductivity reduction and the threshold electrolyte concentration. Agricultural Water Management. 203: 172-178. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2018.03.005. Eimanifar A, Mohebbi F. 2007. Urmia Lake (northwest Iran): A brief review. Saline Systems. 3(1): 5. https://doi.org/10.1186/1746-1448-3-5. Fan J, Jiang X, He G. 2025. Soil Aggregates and Organic Carbon Transformation in Response to Microplastics Pollution. Water, Air and Soil Pollution. 236(8): 523. https://doi.org/10.1007/s11270-025-08202-9. Han Y, Zhao W, Ding J, Ferreira CS. 2023. Soil erodibility for water and wind erosion and its relationship to vegetation and soil properties in China's drylands. Science of the Total Environment. 903: 166639. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.166639. Hassanzadeh E, Zarghami M, Hassanzadeh Y. 2012. Determining the main factors in declining the Urmia Lake level by using system dynamics modeling. Water Resources Management. 26(1): 129-145. https://doi.org/10.1007/s11269-011-9909-8. Keesstra S, Mol G, De Leeuw J, Okx J, De Cleen M, Visser S. 2018. Soil-related sustainable development goals: Four concepts to make land degradation neutrality and restoration work. Land. 7(4): 133. https://doi.org/10.3390/land7040133. Kheirfam H. 2022. Spatial prioritization of wind-erosion-prone areas in the dried-up beds of Lake Urmia; using field sampling and in-vitro measurement. Catena. 217: 106507. https://doi.org/10.1016/j.catena.2022.106507. Kheirfam H, Asadzadeh F. 2020. Stabilizing sand from dried-up lakebeds against wind erosion by accelerating biological soil crust development. European Journal of Soil Biology. 98: 103189. https://doi.org/10.1016/j.ejsobi.2020.103189. Kheirfam H, Roohi M. 2020. Accelerating the formation of biological soil crusts in the newly dried-up lakebeds using the inoculation-based technique. Science of the Total Environment. 706: 136036. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.136036. Kjeldahl C. 1883. A new method for the determination of nitrogen in organic matter. Zeitschrift für Analytische Chemie. 22: 366. Mager DM, Thomas AD. 2011. Extracellular polysaccharides from cyanobacterial soil crusts: a review of their role in dryland soil processes. Journal of Arid Environments. 75(2): 91-97. https://doi.org/10.1016/j.jaridenv.2010.10.001. Nan L, Dong Z, Xiao W, Li C, Xiao N, Song S, Xiao F, Du L. 2018. A field investigation of wind erosion in the farming–pastoral ecotone of northern China using a portable wind tunnel: a case study in Yanchi County. Journal of Arid Land. 10(1): 27-38. https://doi.org/10.1007/s40333-017-0073-8. Nawaz T, Fahad S, Gu L, Saud S, Zhou R. 2024. Cyanobacteria: Role in sustainable biomanufacturing and nitrogen fixation. Biofuels, Bioproducts and Biorefining. (6): 2132-2155. https://doi.org/10.1002/bbb.2674. Oishy MN, Shemonty NA, Fatema SI, Mahbub S, Mim EL, Raisa MB, Anik AH. 2025. Unravelling the effects of climate change on the soil-plant-atmosphere interactions: A critical review. Soil and Environmental Health. 13: 100130. https://doi.org/10.1016/j.seh.2025.100130. Roncero-Ramos B, Román JR, Gómez-Serrano C, Cantón Y, Acién FG. 2019. Production of a biocrust-cyanobacteria strain (Nostoc commune) for large-scale restoration of dryland soils. Journal of Applied Phycology. 31(4): 2217-2230. https://doi.org/10.1007/s10811-019-1749-6. Sadeghi SHR, Kheirfam H, Zarei Darki B. 2020. Controlling runoff generation and soil loss from field experimental plots through inoculating cyanobacteria. Journal of Hydrology. 585: 124814. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2020.124814. Schweizer SA, Bucka FB, Graf-Rosenfellner M, Kögel-Knabner I. 2019. Soil microaggregate size composition and organic matter distribution as affected by clay content. Geoderma. 355: 113901.https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2019113901. Sommer CG, Lehning M, Fierz C. 2018. Wind tunnel experiments: influence of erosion and deposition on wind-packing of new snow. Frontiers in Earth Science. 6: 4. https://doi.org/10.3389/feart.2018.00004. Taylor MD, Kim ND, Hill RB, Chapman R. 2010. A review of soil quality indicators and five key issues after 12 yr soil quality monitoring in the Waikato region. Soil Use and Management. 26(3): 212-224. https://doi.org/10.1111/j.1475-2743.2010.00276.x. Visser S, Keesstra S, Maas G, De Cleen M, Molenaar C. 2019. Soil as a basis to create enabling conditions for transitions towards sustainable land management as a key to achieve the SDGs by 2030. Sustainability, 11(23): 6792. https://doi.org/10.3390/su11236792. Vos P, Garrity G, Jones D, Krieg NR, Ludwig W, Rainey FA, Schleifer KH, Whitman WB, editors. 2011. Bergey's manual of systematic bacteriology: Volume 3: The Firmicutes. Springer Science and Business Media. 1450 p. https://doi.org/10.1007/978-0-387-68489-5. Walkley A, Black IA. 1934. An examination of the Degtjareff method for determining soil organic matter, and a proposed modification of the chromic acid titration method. Soil Science. 37(1): 29-38. Wang W, Liu Y, Li D, Hu C, Rao B. 2009. Feasibility of cyanobacterial inoculation for biological soil crusts formation in desert area. Soil Biology and Biochemistry. 41(5): 926-929. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2008.07.001. Zhao F, Meng Z, Liu Y, Li P, Tang G. 2025. Soil carbon and nitrogen changes due to soil particles redistribution caused by photovoltaic array. Frontiers in Environmental Science. 13: 1552447.https://doi.org/10.3389/fenvs.2025.1552447. | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 493 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 153 |
||