| تعداد نشریات | 282 |
| تعداد نشریات سازمان | 80 |
| تعداد شماره‌ها | 3,262 |
| تعداد مقالات | 36,060 |
| تعداد مشاهده مقاله | 55,204,058 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 94,197,081 |
واکنش شاخص‌های رنگدانه‌ای پوسته زیستی، ماده آلی و نیتروژن خاک به تغییر کاربری اراضی و جهت جغرافیایی. | ||
| پژوهش های آبخیزداری | ||
| مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده، انتشار آنلاین از تاریخ 31 خرداد 1405 | ||
| نوع مقاله: پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22092/wmrj.2026.372702.1667 | ||
| نویسندگان | ||
| ماریا صیادی1؛ حسین خیرفام* 2؛ هانیه فرامرزی3 | ||
| 1دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مرتع و آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران | ||
| 2دانشیار گروه مرتع و آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه ارومیه، ایران. | ||
| 3دانشجوی دکتری تخصصی، گروه علوم خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران | ||
| چکیده | ||
| مقدمه و هدف زیست‌بوم‌های پایدار نقش بنیادین در تأمین خدمات زیست‌بومی و حفظ تعادل چرخه‌های بیوژئوشیمیایی ایفا می‌کنند. با این حال، تبدیل گسترده مراتع با پوشش‌های طبیعی به اراضی کشاورزی دیم، به‌ویژه در مناطق خشک و نیمه‌خشک، تعادل این سامانه‌ها را برهم زده و فرآیندهای تخریب خاک را تسریع می‌کند. چنین دگرگونی‌هایی نه‌تنها ساختار فیزیکی و حاصلخیزی خاک را تحت تأثیر قرار داده، بلکه کارکردهای حیاتی لایه سطحی از جمله پوسته‌های زیستی را نیز مختل ساخته است. علی‌رغم اهمیت این پوسته‌ها در تثبیت ذرات و ترسیب کربن، پاسخ هم‌زمان شاخص‌های شیمیایی و زیستی آن‌ها به تغییر کاربری (از مرتع به دیم فعال و سپس دیم رهاشده) کم‌تر مورد واکاوی قرار گرفته است. در این میان، پایش رنگدانه‌های فتوسنتزی و نسبت‌های آن‌ها به‌عنوان شاخص‌های حساس به تنش، می‌تواند بینش ارزشمندی درباره وضعیت فیزیولوژیک جامعه میکروبی ارائه دهد. از این‌رو، پژوهش حاضر با هدف بررسی تغییرات محتوای ماده آلی، نیتروژن کل و شاخص‌های رنگدانه‌ای (کلروفیل‌ها، کاروتنوئیدها و نسبت‌های مرتبط) در پوسته زیستی خاکِ سه کاربری مذکور و هم‌چنین ارزیابی اثر جهت جغرافیایی بر این متغیرها در یک آبخیز نیمه‌خشک طراحی و اجرا شد. مواد و روش‌ها پژوهش حاضر در آبخیز خانقاه سرخ شهرستان ارومیه، استان آذربایجان غربی با اقلیم نیمه‌خشک سرد اجرا شد. به‌منظور ارزیابی اثرات تغییر کاربری اراضی، سه نوع کاربری شامل مرتع طبیعی (مرجع)، دیم فعال تغییرکاربری‌یافته و دیم رهاشده (با سابقه دو تا سه سال از توقف کشاورزی دیم) در دو جهت جغرافیایی شمالی و جنوبی مورد مطالعه قرار گرفت. نمونه‌برداری بر پایه طرح فاکتوریل و به روش مرکب تصادفی-منظم انجام شد؛ بدین‌ترتیب برای هر یک از شش ترکیب کاربری-جهت، شش تکرار مستقل از لایه صفر تا دو سانتی‌متری خاک تهیه و در مجموع ۳۶ نمونه مرکب جمع‌آوری شد. نمونه‌ها بلافاصله در ظروف عایق و تاریک به آزمایشگاه منتقل و در دمای چهار درجه سلسیوس نگهداری شدند. مقادیر ماده آلی و نیتروژن کل به‌ترتیب از طریق روش‌های والکلی-بلک و کجلدال تعیین گردید. غلظت کلروفیل-آ، کلروفیل-ب و کاروتنوئیدها پس از استخراج با استون ۹۰ درصد و سانتریفیوژ، با اسپکتروفوتومتر قرائت و محاسبه شد. سه شاخص نسبتی کلیدی شامل نسبت کلروفیل-آ به کلروفیل-ب، نسبت کلروفیل-آ به کاروتنوئید و نسبت کاروتنوئید به مجموع کلروفیل‌ها به‌منظور ارزیابی وضعیت فیزیولوژیک و ترکیب جامعه میکروبی محاسبه گردید. داده‌های حاصل پس از بررسی مفروضات آماری، تحت آزمون تجزیه واریانس دوطرفه، آزمون تعقیبی توکی و ضریب همبستگی پیرسون در نرم‌افزار SPSS پردازش شدند. این طراحی آزمایشی امکان تفکیک اثرات خالص کاربری اراضی و جهت جغرافیایی را بر شاخص‌های پوسته زیستی خاک فراهم نمود. نتایج و بحث تجزیه واریانس دو طرفه نشان داد کاربری اراضی اثر معنی‌داری (۰۱/۰>p) بر ماده آلی، نیتروژن کل، کلروفیل‌ها، کاروتنوئیدها و نسبت‌های رنگدانه‌ای داشت. جهت جغرافیایی نیز بر اغلب متغیرها اثر معنی‌دار نشان داد، در حالی‌که اثر متقابل کاربری × جهت تنها برای نسبت کاروتنوئید به مجموع کلروفیل‌ها معنی‌دار بود. مقایسه میانگین‌ها نشان داد محتوای ماده آلی و نیتروژن کل در مرتع بیش‌تر از دیم فعال و رهاشده بود، به‌گونه‌ای که کاهش ۲۳ تا ۴۷ درصدی ماده آلی و ۲۱ تا ۲۷ درصدی نیتروژن نسبت به مرتع ثبت شد. هم‌چنین محتوای کلروفیل‌ها در مرتع بالاتر از اراضی دیم بود و کاهش ۶۰ تا ۸۰ درصدی این شاخص‌ها مشاهده گردید. کاروتنوئیدها نیز الگوی کاهشی مشابهی نشان دادند، اما شدت کاهش آن‌ها (۴۲ تا ۴۹ درصد) ملایم‌تر بود. در نسبت‌های رنگدانه‌ای، نسبت کلروفیل-آ به کاروتنوئید در مرتع بیش‌تر و نسبت کاروتنوئید به مجموع کلروفیل‌ها کم‌تر از اراضی دیم بود. همبستگی پیرسون مثبت و معنی‌دار کلروفیل‌ها را با ماده آلی (۸۳/۰ تا ۸۲/۰=r) و نیتروژن کل (۸۱/۰ تا ۷۹/۰=r) تأیید کرد. در مقابل، نسبت کاروتنوئید به مجموع کلروفیل‌ها همبستگی منفی معنی‌داری با این متغیرها نشان داد. این الگوها نشان می‌دهد افت زیست‌توده فتوسنتزکننده و تغییر استراتژی متابولیک به سمت مکانیسم‌های دفاعی، هم‌راستا با کاهش ذخایر کربن و نیتروژن در اراضی تغییرکاربری‌یافته رخ می‌دهد. نتیجه‌گیری و پیشنهادها تغییر کاربری اراضی در مناطق نیمه‌خشک، کارکردهای پوسته‌های زیستی و پایداری چرخه‌های کربن و نیتروژن را مختل کرده است. در این پژوهش، پاسخ شاخص‌های شیمیایی و رنگدانه‌ای پوسته زیستی به تغییر کاربری و جهت جغرافیایی ارزیابی شد. یافته‌ها نشان داد تغییر کاربری موجب افت ۴۰ تا ۸۰ درصدی ماده آلی، نیتروژن کل و زیست‌توده فتوسنتزکننده شد که حتی پس از دو تا سه سال رهاسازی، بازیابی معنی‌داری نداشت. نسبت‌های رنگدانه‌ای نیز تغییر استراتژی میکروبی به سمت مکانیسم‌های دفاعی در برابر تنش را نشان دادند. اثر جهت شمالی در حفظ رطوبت و پتانسیل فتوسنتزی، نقش تعدیل‌گر خرداقلیم را تأیید کرد. با توجه به همبستگی قوی رنگدانه‌ها با ذخایر کربن و نیتروژن، پایش آن‌ها ابزاری سریع و غیرمخرب برای سنجش سلامت خاک است. ناکارآمدی رهاسازی در احیا، ضرورت راهکارهای زیست‌بازسازی فعال را برجسته می‌سازد. پیشنهاد می‌شود مدیریت اراضی بر افزایش ریزموجودات فتوسنتزکننده، اصلاح خرداقلیم و پایش رنگدانه‌ای متمرکز شود. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| پایش زیستی خاک؛ تخریب اراضی؛ ظرفیت فتوسنتزی؛ شاخص‌های زیستی خاک؛ مدیریت اراضی دیم | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Response of soil biocrust pigment indices, organic matter and nitrogen to land-use change and geographic aspect | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Marya Sayadi1؛ Hossein Kheirfam2؛ Hanyieh Faramarzi3 | ||
| 1MSc student, 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 | ||
| 3Ph.D student, Department of Soil Science, Faculty of Agriculture, Urmia University, Urmia, Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| Introduction and Goal Sustainable ecosystems play a fundamental role in providing ecosystem services and maintaining the balance of biogeochemical cycles. However, the widespread conversion of the rangelands with natural vegetation to rainfed agricultural lands, particularly in arid and semi-arid regions, has disrupted the equilibrium of these systems and accelerated soil degradation processes. Such transformations have not only affected soil physical structure and fertility, but also impaired vital functions of the surface layer, including biological soil crusts (biocrusts). Despite the importance of these crusts in particle stabilization and carbon sequestration, the simultaneous response of their chemical and biological indices to Land-use changes (from rangeland to active rainfed and then abandoned rainfed) has received limited attention. In this context, monitoring photosynthetic pigments and their ratios as stress-sensitive indicators can provide valuable insights into the physiological status of microbial communities. Therefore, the present study was designed and conducted to investigate changes in soil organic matter, total nitrogen, and pigment indices (chlorophylls, carotenoids, and related ratios) in biocrusts across the three aforementioned Land-uses, as well as to evaluate the effect of geographical aspect on these variables in a semi-arid watershed. Materials and Methods This study was conducted in the Khanqah Sorkh watershed located in Urmia County, West Azerbaijan Province, which has a cold semi-arid climate. To assess the effects of Land-use change, three Land-use types including natural rangeland (reference), active rainfed land converted from natural rangeland, and abandoned rainfed land (with 2–3 years since cessation of the rainfed agriculture) were studied in two geographical aspects (northern and southern). Sampling was based on a factorial design using a systematic random-compound method; accordingly, for each of the six Land-use, aspect combinations, six independent replicates from the 0–2 cm soil layer (active biocrust zone) were collected, yielding a total of 36 composite samples. Samples were immediately transferred to the laboratory in insulated, dark containers and stored at 4°C to prevent degradation of light-sensitive pigments. In the analytical phase, soil organic matter and total nitrogen were determined using the Walkley-Black and Kjeldahl methods, respectively. Additionally, concentrations of chlorophyll-a, chlorophyll-b, and carotenoids were measured following extraction with 90% acetone and centrifugation, using a spectrophotometer at specified wavelengths. Subsequently, three key ratio indices, chlorophyll-a to chlorophyll-b, chlorophyll-a to carotenoid, and carotenoid to total chlorophyll, were calculated to evaluate the physiological status and microbial community composition of biocrusts. Data were analyzed using two-way ANOVA, Tukey's post-hoc test, and Pearson correlation coefficient in SPSS software after verifying statistical assumptions. Results and Discussion Two-way ANOVA revealed that Land-use had a significant effect (p<0.01) on variables including soil organic matter, total nitrogen, chlorophylls, carotenoids, and pigment ratios. Geographical aspect also showed significant effects on most variables; however, the Land-use × aspect interaction was significant only for the carotenoid to total chlorophyll ratio. Mean comparisons indicated that soil organic matter and total nitrogen contents were higher in rangeland than in active and abandoned rainfed lands, resulting in 23–47% reduction in organic matter and 21–27% reduction in nitrogen relative to rangeland. Similarly, chlorophyll contents were higher in rangeland than in rainfed lands, with 60–80% reductions recorded for these indices. Carotenoids also exhibited a similar declining pattern, though the magnitude of reduction (42–49%) was comparatively milder. Regarding pigment ratios, the chlorophyll-a to carotenoid ratio was higher and the carotenoid to total chlorophyll ratio was lower in rangeland compared to rainfed lands. Pearson correlation analysis confirmed significant positive correlations between chlorophylls and both soil organic matter (r= 0.82–0.83) and total nitrogen (r= 0.79–0.81). In contrast, the carotenoid to total chlorophyll ratio showed significant negative correlations with these chemical variables. These patterns indicate that the decline in photosynthetic biomass and the shift in metabolic strategy toward defense mechanisms occur concurrently with reductions in soil carbon and nitrogen stocks in converted lands. Conclusion and Suggestions Land-use change in arid regions has impaired biocrusts functions and challenged the stability of carbon and nitrogen cycles. This study evaluated the response of chemical and pigment indices in biocrusts to Land-use changes and geographical aspect. Findings demonstrated that land conversion caused 40–80% reductions in soil organic matter, total nitrogen, and photosynthetic biomass, with no significant recovery observed even after 2–3 years of abandonment. In contrast, pigment ratios effectively reflected microbial strategy shifts toward stress-defense mechanisms. The positive effect of northern aspect in preserving moisture and photosynthetic potential confirmed the moderating role of microclimate in mitigating degradation impacts. Given the strong correlations between pigments and carbon–nitrogen stocks, monitoring these indices offers a rapid, non-destructive tool for assessing soil health. The inefficiency of passive land abandonment in restoration underscores the necessity of active bioremediation approaches. It is recommended that land management prioritize strategies to enhance photosynthetic microorganisms, modify microclimate on sun-exposed slopes, and integrate pigment-based monitoring. Future research should focus on long-term evaluation of restoration interventions and microbial community dynamics. | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| Soil biomonitoring, land degradation, photosynthetic capacity, soil biological indicators, rainfed land management | ||
| مراجع | ||
|
| ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 540 |
||