کربن آلی و ذخیره کربن آلی خاک در توده‎های مدیریت شده و مدیریت نشده راش-ممرز

علوم و تکنولوژی محیط زیست، دوره نوزدهم،ویژه نامه شماره4، بهار1396

کربن آلی و ذخیره کربن آلی خاک در توده‎های مدیریت شده و مدیریت نشده راش-ممرز

مریم مصلحی[1]*

m.moslehi@areeo.ac.ir

هاشم حبشی[2]

رامین رحمانی[3]

هرمز سهرابی[4]

خسرو ثاقب طالبی[5]

چکیده

زمینه و هدف: این تحقیق به منظور بررسی تاثیر فعالیت جنگل‎شناسی گزینشی بر کربن آلی (SOC) و ذخیره کربن آلی خاک (SOCP) در توده‎های آمیخته راش-ممرز در سری یک طرح جنگلداری دکتر بهرام‎نیا استان گلستان انجام گرفت.

روش بررسی: نمونه خاک سطحی (20-0 سانتی‎متری) جهت اندازه‎گیری کربن آلی (OC) و درصد سنگ و سنگریزه و80 نمونه خاک با استفاده از سیلندر جهت تعیین وزن مخصوص ظاهری، از چهار توده یک هکتاری (عمق 20-0 سانتی‎متری) در سال 1393 برداشت گردید. تیمارها شامل سه جنگل مدیریت شده (شیوه گزینشی) با مدت زمان 1، 7 و 10 سال گذشته از آخرین دخالت (به‎ترتیب تیمارهای مدیریت شده 1، 2 و 3) و جنگل مدیریت نشده (شاهد) بودند. سپس کربن آلی و ذخیره کربن آلی خاک محاسبه و با استفاده از آنالیز واریانس یکطرفه مقایسه گردید.

یافته‌ها: نتایج نشان داد میزان کربن آلی و ذخیره کربن آلی خاک در بین چهار تیمار از اختلاف معنی‎داری در سطح 5 درصد برخوردار بوده و در تیمار مدیریت نشده بیشترین و تیمار مدیریت شده 1 کمترین مقدار را داشت. همچنین همبستگی خصوصیات خاک با استفاده از ضریب همبستگی پیرسون بررسی و نشان داد، ماده آلی با وزن مخصوص ظاهری و درصد سنگ و سنگریزه همبستگی منفی دارد. تیمار مدیریت نشده و تیمارهای مدیریت شده 1، 2 و 3 به‎ترتیب 021/280 و 046/124، 497/143 و 298/181 تن دی‌اکسیدکربن اتمسفر را برای ذخیره 3/76، 8/33، 1/39 و 4/49 تن کربن در خاک یک هکتار جنگل (20-0 سانتی‎متر)، جذب نمودند

واژه­های کلیدی: شیوه گزینشی، جنگل مدیریت شده، ذخیره کربن آلی خاک، توده راش-ممرز.

Soil organic carbon and soil organic carbon pool in the managed and unmanaged beech-hornbeam stand

Maryam Moslehi[6]*

m.moslehi@areeo.ac.ir

Hashem Habashi[7]

Ramin Rahmani[8]

Hormoz Sohrabi [9]

Khosro Saghebtalebi [10]

Abstract

Background and Objective: In the present study the impact of silviculture activities on soil organic carbon (SOC) and soil organic carbon pool (SOCP) in the mixed beech-carpinus forest located in district one of Shastkolate forest, Golestan province, was investigated.

Method: In the first month of growth season in 2014, from 4 one-hectare treatments, 80 soil samples were randomly collected (up to depth of 20 cm) for organic carbon and coarse fragments estimation and 80 soil sample cylinders were  collected for bulk density measurement. Treatments were 3 managed forests (selection system) in time periods of 1, 7 and 10 after the last disturbance and 1 unmanaged forest (control). Amounts of SOC and SOCP in different treatments were compared by one-way variance analysis.

Findings: Result showed that the amounts of SOC and SOCP in 4 treatments were different significantly (p< 0.05). Also the highest and the lowest SOC and SOCP were observed in the control and managed treatment 1, respectively. Correlation of soil properties was investigated using Pearson's correlation coefficient. Organic matter, bulk density and fragments had negative correlation (p< 0.01). Control forest, managed treatments 1, 2 and 3 absorbed 280.021, 124.046, 143.497 and 181.298 ton CO₂ from atmosphere to store 76.3, 33.8, 39.1 and 49.4 ton carbon in soil in one hectare (0-20 cm), respectively.   

Keywords: Selection system, managed forest, soil organic carbon pool, beech-hornbeam stand.

مقدمه

کربن آلی خاک بزرگترین ذخیره‎گاه کربن (مکانی که در آن کربن ذخیره می‎گردد) در اکوسیستم خشکی است (1) که از توازن بین کربن ورودی از طریق لاشریزه و فعالیت قارچ‎های میکوریز و کربن خروجی از طریق تجزیه و تنفس حاصل می‎گردد (2). که نقش اصلی در چرخه جهانی کربن بازی می‎کند (1).

 در واقع دی اکسید کربن اتمسفری، در نهایت به‎صورت ماده آلی پایدار، در خاک ترسیب شده و منجر به ایجاد ترکیبات پایدارتری نسبت به کربن ترسیب شده در ذی‎توده سرپا می‎گردد که محتوای کربن آن 5/2 تا 3 برابر کربن ذخیره شده در گیاهان (3) و 2 یا 3 برابر دی اکسیدکربن اتمسفری می‎باشد (4).

 70 درصد کربن اکوسیستم خشکی، فقط در خاک اکوسیستم‎های جنگلی ذخیره شده است (5).

 بنابراین یک تغییر کوچک در خاک جنگل می‎تواند منجر به یک تغییر بزرگ در غلظت دی اکسید کربن اتمسفر گردد (6).

ورامش و همکاران (1390) میزان کربن آلی خاک را در توده‎های اقاقیا، زبان گنجشک (پارک چیتگر تهران) و مرتع، 19/78، 48 و 8/10 تن گزارش نموده و نشان دادند درصد سنگ و سنگریزه از عوامل تاثیرگذار بر کربن آلی خاک است (7).

 مالیک و هو (1997) در بررسی در جنگل‎های بوره‎آل به این نتیجه رسیدند که آماده سازی رویشگاه (برش در جنگل) منجر به کاهش رطوبت و ماده آلی می‎گردد و بر تعادل کربن تاثیر منفی می‎گذارد (8).

 ملیو و همکاران (2002) در تحقیق گرم شدن خاک و بازگشت کربن به اتمسفر بیان کردند گرم شدن خاک منجر به تسریع آزاد سازی کربن به اتمسفر می‎گردد که این روند در جنگل‎های پهن‎برگی که در عرض میانه واقع شدند بیشتر مشاهده می‎شود (9).

 موند (2004) ذخیره کربن را در جنگل‎های راش در آلمان، تحت تاثیر شیوه‎های مختلف جنگل‎شناسی بررسی و گزارش نمودند، میزان ذخیره کربن آلی خاک در جنگل دست نخورده بیشتر از جنگل گزینشی و پناهی است (10).

پری و کومیت (2007) گزارش نمودند بین کربن آلی خاک، وزن مخصوص ظاهری و مواد آلی در جنگل‎های بوره‎آل همبستگی قوی وجود دارد بطوری‎که این همبستگی بین کربن آلی خاک و ماده آلی 97/0 مشاهده شده است (11).

اسچالپ و همکاران (2008) ذخیره کربن آلی خاک را در بین گونه‎های مختلف بررسی و نشان دادند میزان ذخیره کربن خاک در گونه‎های مختلف، متغیر است بطوریکه میانگین آن در راش 7/3 درصد، بلوط 3/4 درصد و لاریکس 2/5 درصد بود و همچنین میزان ذخیره کربن آلی در جنگل مدیریت شده کمتر از مدیریت نشده بود (12).

 هرتل و همکاران (2009) در تحقیق تغییرات ریشه‎های مویین در جنگل‎های دست‏خورده و دست‎نخورده به این نتیجه رسیدند توده‎های دست نخورده، بیشترین تراکم، تولید و مرگ و میر ریشه‎های مویین را دارند و میزان کربن آلی که از طریق مرگ و میر این ریشه‎ها، به ذخیره کربن آلی خاک انتقال می‎یابد در این توده بیشتر از سایر توده‎ها است. همچنین میزان مرگ و میر و بازگشت ریشه‎های مویین به خاک با افزایش اندازه حفره‎ها در تاج، کاهش می‎یابد (13).

 چانگ و همکاران، (2010) در بررسی اهمیت لاشریزه در ذخیره کربن آلی خاک در جنگل‎های طبیعی تایوان، لایه لاشریزه را منبع مهمی از کربن در اکوسیستم جنگل‎های معتدله معرفی نمودند که تحت تاثیر اقلیم و  دخالت‎های انسان تغییر می‎کند (14).

 نوا و همکاران (2010) در بررسی تاثیر مدیریت بر ذخیره کربن آلی در جنگل‎های معتدله در سراسر جهان گزارش نمودند کاهش ذخیره کربن آلی خاک ناشی از دخالت انسان، براساس تیپ خاک و سن پس از قطع متفاوت است زمان بازگشت کربن به حالت اولیه بعد از دخالت، در خاک‎های اسپودوسول 50 تا 70 سال و در خاک‎های اینسپتی سول و آلتی سول 6 تا 20 سال است (15).

آبوگر و همکاران (2011) در تحقیق تعیین میزان لاشبرگ و تجزیه در تاج پوشش باز و بسته در غنا به این نتیجه رسیدند که میزان لاشبرگ در تاج پوشش بسته بیشتر از تاج پوشش باز است ولی نرخ تجزیه در تاج‎پوشش باز بیشتر بود (16).

گلمن و همکاران (2013) در تحقیقات خود به این نتیجه رسیدند که مدیریت جنگل برای ترسیب بهینه کربن بر ا ساس نوع تیپ متفاوت بوده و طول چرخش مطلوب برای ترسیب کربن و برداشت‎های تجاری گونه‎های معین، با یکدیگر متفاوت می‎باشد (17).

دی اکسید کربن یکی از مهم‎ترین گازهای گلخانه‎ای می‎باشد که اثرات سوء بسیار زیادی بر محیط زیست و حیات انسان بر روی کره زمین گذاشته است (7) این در حالی است که اکوسیستم‎های جنگلی با ذخیره 80 درصد کربن روزمینی و بیش از 70 درصد از کربن آلی در خاک (18)، نقش کلیدی در ذخیره کربن جهانی و کاهش آن در اتمسفر بازی می‎کند (19). ذخیره کربن آلی خاک و زمان بازگشت آن بسیار حساس به تغییرات اقلیم، خصوصیات خاک (20) و تولید (21) هستند لذا دخالت و عملیات جنگل شناسی با تغییری که در شرایط رویشگاه و خصوصیات خاک ایجاد می‎کند، می‎تواند تاثیر قابل توجهی بر دی‎اکسیدکربن اتمسفری داشته باشد، لذا در این تحقیق به بررسی تاثیر فعاالیت جنگل‎شناسی گزینشی بر کربن آلی (SOC) و ذخیره کربن آلی خاک (SOCP) در توده‎های آمیخته راش-ممرز در سری یک طرح جنگلداری دکتر بهرام‎نیا استان گلستان پرداخته شد.

مواد و روش‎ها

منطقه مورد مطالعه در سری 1 طرح جنگلداری دکتر بهرام نیا، حوزه آبخیز 85 طرح جامع جنگل‎های شمال کشور، در فاصله 8 کیلومتری جنوب غربی شهرستان گرگان در بین عرض‎های جغرافیایی 36 درجه و 43 دقیقه تا 36 درجه و 45 دقیقه شمالی و طول‎های جغرافیایی 54 درجه و 21 دقیقه تا 54 درجه و 24 دقیقه شرقی قرار گرفته است. جنگل آموزشی و پژوهشی شصت کلاته (براساس اطلاعات ایستگاه کلیماتولوژی هاشم آباد در فاصله 5 کیلومتری شمال منطقه طرح در جلگه) از لحاظ طبقه بندی اقلیمی آمبرژه دارای اقلیم مرطوب معتدل است و بر اساس اطلاعات 10 ساله (1384-1374) دارای بارندگی متوسط سالیانه 649 میلیمتر می‎باشد که بین 528 الی 817 میلیمتر در سال تغییر می‎کند. قطعات مورد مطالعه در پارسل‎های 32 (جنگل مدیریت نشده) و 30، 31 و 33 (مدیریت شده به شیوه گزینشی)، در سری یک جنگل شصت کلاته با حدود ارتفاعی 995-790 متر و 860-790، 980-790 و960-710 متر با تیپ آمیخته راش-ممرز و تاج‎پوشش100-75 درصد در روی خاک‎های کامبی‎سول واقع شده است که از زمان آخرین دخالت در آن‎ها 10، 1 و 7 سال می‎گذرد (22). جنگل مدیریت نشده به عنوان قطعه شاهد و تیمارهای گزینشی یا 1، 7 و 10 سال گذشته از آخرین دخالت به‎ترتیب تیمارهای مدیریت شده 1، 2 و 3 نام گرفت.

پس از جنگل‎گردشی، 3 قطعه تقریبا مشابه از لحاظ کلاسه قطری، سنی، گونه، ارتفاع از سطح دریا و جهت  در هر تیمار جدا شده و سپس یک قطعه از بین آن‎ها به‌صورت تصادفی جهت انجام کار، انتخاب شد. توده‎های یک هکتاری راش-ممرز در هر تیمار در میانگین ارتفاعی 850 متری و جهت شمال شرقی واقع شدند، 2 اشکوبه، میانسال، دارای گونه‎های همراه افرا پلت، توسکا، انجیلی، خرمندی می‎باشد. درختان قطع شده واقع در هر توده غالبا راش و بندرت ممرز بوده است. بعد از جدا نمودن توده‎های مشابه، در هر یک از توده‎ها، 20 نقطه بصورت تصادفی در اولین ماه فصل رویش (17/1/1393) انتخاب گردید[11] و در هر یک از این نقاط، از عمق 20-0 سانتی‎متر نمونه خاک جهت تعیین کربن آلی و ماده آلی به روش اکسیداسیون تر (23)، برداشت گردید. جهت اندازه‎گیری وزن مخصوص ظاهری، با استفاده از روش سیلندر با ابعاد 5/7*5 سانتی‎متری، نمونه خاک از نقاط نمونه‎برداری، تهیه و به مدت 24 ساعت در آون با دمای 105 درجه سانتی‎گراد انتقال یافت و با استفاده از رابطه (1) محاسبه گردید.

رابطه(1)

بعد از نرم نمودن خاک خشک‎شده و چند بار عبور متوالی از الک با روزنه‎های 2 میلی‎متری، باقی مانده وزن گردید و با استفاده از رابطه 2 درصد شن و سنگریزه محاسبه شد.

جهت اندازه‌گیری کربن آلی خاک و ذخیره کربن آلی خاک نیز از روابط 3 و  4 استفاده می‎گردد.

(رابطه3)

عمق خاک(متر)×10000=کربن آلی خاک(تن در هکتار)

×وزن مخصوص ظاهری(گرم بر سانتی متر مکعب)×

100/(کربن آلی)

رابطه(4)

=ذخیره کربن آلی خاک(تن در هکتار)

عمق خاک(متر)×کربن آلی(گرم کربن در کیلوگرم خاک)[

وزن مخصوص ظاهری(تن بر سانتی متر مکعب)×

(25)10×]((100/ذرات بیش از 2 میلی متر)-1)×

جهت مقایسه کربن آلی و ذخیره کربن آلی خاک، بین تیمارهای مدیریت شده با تیمار شاهد از آنالیز واریانس یکطرفه استفاده شد. همچنین جهت نشان دادن وضعیت متغیر ذخیره کربن آلی خاک نسبت به متغیرهای وزن مخصوص ظاهری، درصد سنگ و سنگریزه و ماده آلی از نمودارهای پراکنش ابر نقاط استفاده گردید. همچنین جهت بررسی همبستگی خصوصیات خاک با یکدیگر از ضریب هبستگی پیرسون استفاده گردید. نرمال بودن توزیع داده‎ها با استفاده از آزمون کولموگراف-اسمیرنوف و همگنی واریانس‎ها با استفاده از آزمون لون بررسی ‌گردید.

نتایج

برخی از خصوصیات شیمیایی و فیزیکی نمونه‎های خاک بررسی و ثبت گردید. تیمار شاهد از لحاظ درصد کربن آلی و ماده آلی نسبت به سایر تیمارها در وضعیت بهتری قرار داشت (جدول 1).

جدول 1- برخی خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک

Tabe 1-Soil physical and chemical characteristics 

کلیه داده‎های کربن آلی و ذخیره کربن آلی خاک در تیمارهای مختلف که از توزیع نرمالی برخوردار بودند با استفاده از آنالیز واریانس یکطرفه مقایسه شدند. نتایج نشان داد کربن آلی و ذخیره کربن آلی خاک در تیمارهای مختلف در سطح 5 درصد از اختلاف معنی‎داری برخوردار هستند (جدول 2).

جدول 2- آنالیز واریانس کربن آلی (گرم بر کیلوگرم)، کربن آلی خاک و ذخیره کربن آلی خاک (تن در هکتار) در تیمارهای مدیریت شده و شاهد

Table 2- Analysis variance of organic carbon (gr. Kg), soil organic carbon and soil organic carbon pool

 (t. ha^-1) in the managed treatment and control

مقایسه میانگین‎ها بر طبق آزمون دانکن نشان داد کربن آلی و ذخیره کربن آلی خاک، در بین تیمارهای مختلف از اختلاف معنی داری در سطح 5 درصد برخوردارند. مقایسه میانگین‎های OC نشان داد تیمارهای مدیریت شده 1 و 2 با مقدار 21/23 و 44/25 گرم کربن در کیلوگرم، در یک گروه قرار داشته و با تیمار مدیریت شده 3 و شاهد (12/38 و 75/52 گرم کربن در کیلوگرم) اختلاف معنی‎داری دارد (شکل 1 الف). همچنین در مقایسه میانگین‎های  SOC  و SOCP مشخص شد تیمار مدیریت شده 2 با میزان به‎ترتیب 11/41 و 14/39 تن کربن آلی و ذخیره کربن در هکتار، بین تیمارهای مدیریت شده 1و 3  مشترک بوده ولی اختلاف معنی‎دار قابل توجهی با تیمار شاهد دارد. قابل ذکر است کلیه تیمارهای مدیریت شده با تیمار شاهد اختلاف معنی‎داری را در سطح اطمینان 95 درصد نشان دادند (شکل 1 ب و ج).

شکل 1-مقایسه کربن آلی و ذخیره کربن آلی خاک در تیمارهای مدیریت شده و شاهد (مدیریت نشده) با استفاده از آنالیز واریانس یکطرفه (آزمون دانکن) در سطح اطمینان 95 درصد.

Figure1-Comparison of organic carbon and soil organic carbon pool in the managed treatment and control using one way analysis (Duncan^, s test) at the level of 95%

پراکنش ابر نقاط متغیر وابسته ذخیره کربن آلی خاک نسبت به متغیرهای مستقل، نشان می‎دهد بیشترین نظم و کمترین پراکندگی نقاط با گرایش مثبت بین دو متغیر ذخیره کربن آلی خاک و ماده آلی وجود دارد. 

همچنین در بررسی همبستگی ماده آلی، وزن مخصوص ظاهری و درصد سنگ و سنگریزه مشخص شد که ماده آلی با این دو متغیر در سطح احتمال 99 درصد، همبستگی منفی دارد ولی درصد سنگ و سنگریزه و وزن مخصوص ظاهری همبستگی مثبت دارند.

جدول 3. تجزیه همبستگی صفات اندازه‎گیری شده خاک در سطح احتمال 99 درصد

Tabe 3-Correlation of soil properties at the level of 99%.

بحث و نتیجه گیری

ترسیب کربن به‎وسیله جنگل و سپس ذخیره آن در خاک، عملکرد پیچیده‎ای است. خاک نقش حیاتی در چرخه جهانی کربن بازی می‎کند. غالب کربن در اکوسیستم خشکی در خاک جنگل و ماده آلی موجود در آن ذخیره می‌شود (27). که این ذخیره در خاک جنگل‎های معتدله 2 برابر کربنی است که در پوشش گیاهی موجود در آن ذخیره شده است (28). کربن آلی در خاک به‎کندی ذخیره و  با ‎سرعت بالا آزاد می‎شود که این ویژگی آن‎ را بسیار حساس به آشفتگی‎های طبیعی و دست‎اندازی‎های انسانی نموده است به‎طوریکه بهبود آن بعد از دست‎اندازی،  طی یک فرایند طولانی انجام می‎پذیرد (2).

درصد ماده آلی و کربن آلی در تیمار مدیریت نشده (شاهد) با میزان 07/9 و 28/5، بیشترین مقدار را داشت که با نتایج موند (2004) مطابقت داشت (جدول 1). همچنین میزان کربن و ذخیره کربن آلی خاک در تیمارهای مختلف از اختلاف معنی داری برخوردار بود و در تیمار شاهد (46/77 و 3/76 تن در هکتار) بیشتر از سایر تیمارها بود که با نتایج موند، (2004) و اسچالپ، همکاران، (2008) و هرتل و همکاران (2009) مطابقت داشت (13، 12، 10) (شکل 1).

عملکردهای مدیریتی انسان در جنگل با تغییر در نرخ ورورد ماده آلی به خاک، فسادپذیری موادآلی، رژیم رطوبتی و حرارتی و سرعت تجزیه بر ذخیره کربن آلی خاک تاثیر می‎گذارد (29). گرما یکی از عوامل تاثیرگذار بر تولید اولیه و تسریع تجزیه ماده آلی است که این خود منجر به تسریع بازگشت کربن می‎گردد (9). درواقع برداشت درخت در جنگل شرایط لازم برای تجزیه (رطوبت و حرارت) را بهبود بخشیده و با ایجاد یک میکروکلیمای مطلوب، سرعت تجزیه را در پوشش‎کف مرده افزایش، و خاک را در معرض گرمای شدید و مستقیم خورشید قرار می‎دهد. بدین‎ترتیب هم ماده آلی روزمینی در اثر تجزیه سریع از بین می‎رود و ورود کربن را به خاک کاهش می‎دهد (16، 30، 31) و هم ماده آلی خاک با افزایش دما و رطوبت، با سرعت زیاد معدنی شده و ذخیره کربن آلی خاک را کاهش می‎دهد (9). برداشت درختان علاوه بر حرارت بر میزان ورود باران بر داخل جنگل تاثیر می‎گذارد که این دو عامل می‎توانند بر میزان تولید ریشه‎های مویین و سرعت بازگشت کربن (تجزیه ماده آلی خاک) تاثیر گذاشته و تعادل ذخیره کربن آلی خاک را تغییر دهند (32). نقش بیومس ریشه‎های مویین در ذخیره کربن آلی خاک حتی مهم‎تر از لاشریزه است (33). در اثر دخالت در توده، تراکم ریشه‎های مویین در خاک کاهش می‎یابد که منجر به آزاد سازی ریشه از رقابت دریافت عناصر غذایی (زنده مانی بیشتر و کاهش مرگ و میر) است (34). تحت چنین شرایطی تراکم ریشه‎های مویین با طول عمر کوتاه و کارایی بالا در جذب (35) کاهش می‎یابد که این فرایند سبب کاهش ورود کربن از طریق ریشه به خاک می‎گردد. کاهش تولید ریشه‎های مویین در اثر برداشت، به‎ویژه در سال‎های ابتدایی برداشت می‎تواند یکی دیگر از عوامل کاهش کربن خاک باشد (13). تولید ریشه‌های مویین در ارتباط با تاج‎پوشش است (36). با کاهش تراکم آشکوب زبرین و ایجاد روشنه (به‎ویژه روشنه‎های بزرگ)، اولین واکنش جنگل را می‎توان در کاهش ریشه‎های مویین آن مشاهده نمود (37). علاوه بر کاهش تراکم و تولید ریشه‎های مویین، مرگ و میر و بازگشت این ریشه‎ها (عامل اصلی انتقال کربن آلی به ذخیره کربن آلی خاک) نیز تحت تاثیر دخالت انسان کاهش می‎یابد (13). در واقع نرخ مرگ و میر در جنگل‎های طبیعی با افزایش دخالت، کاهش می‎یابد. ‎لذا با توجه به جایگاه اصلی ریشه‎های مویین (بخش سطحی خاک) (13)، کاهش کربن آلی خاک در این بخش (عمق مورد اندازه‎گیری 20-0 سانتی‎متر) در توده‎های مدیریت شده، می‎تواند قابل انتظار باشد. کاهش تولید لاشبرگ یکی دیگر از اثرات برداشت درختان و دخالت انسان در جنگل است (13). لاشبرگ یکی از عوامل ورود کربن به ذخیره کربن آلی خاک است (14) که به علت برداشت درختان در توده‎های مدیریت شده و باز شدن تاج‌پوشش، طبیعی است که از میزان تولید آن کاسته شود و از میزان ورود ماده آلی و کربن آلی به خاک تا حدی نسبت به توده مدیریت نشده کاسته شود. با توجه به برداشت‎هایی که در اثر نشانه‎گذاری در این توده‎ها انجام شده و بازشدن تاج در اشکوب بالا، کاهش کربن آلی خاک تحت تاثیر عوامل فوق، طبیعی به نظر می‎رسد. گرما، همچنین تنفس خاک را کمی بیشتر از تولید تحریک می‎نماید و نرخ بازگشت کربن به اتمسفر را بدین طریق افزایش می‎دهد (38) که می‎تواند دلیل دیگر کاهش کربن آلی خاک در توده‎های مدیریت شده باشد. بسیاری از شیوه‎ها، با آشفتگی و آمیختگی لایه‎های خاک و در نهایت تسریع تجزیه مواد آلی (39) و آزاد شدن کربن از آن همراه است. چنین آشفتگی در بعضی از نقاط در قطعات مورد اندازه‎گیری به‎ویژه تیمار مدیریت شده 1 وجود داشت که در اثر برداشت و کشیدن درختان قطع شده به بیرون از جنگل ایجاد شده بود.

کربن آلی بر اساس گرم در کیلوگرم (OC) (از طریق تجزیه بقایای گیاهان، جانوران، ترشحات ریشه بقایای مرده و زنده جانوران خاکزی وارد خاک می‎شود) یکی از عوامل اصلی در تعیین کربن آلی خاک (SOC) و ذخیره کربن آلی خاک (SOCP) است، نشان دهنده میزان حضور یا تراکم کربن آلی در یک کیلوگرم خاک است (شکل 1، الف) که با وزن مخصوص ظاهری و عمق خاک (رابطه 3)، کربن آلی خاک (نگهداری قسمت اعظم کربن آلی ورودی در خاک) حاصل می‎گردد (شکل 1، ب). لذا میزان کربن آلی (گرم در کیلوگرم)، تاثیر مدیریت انسان بر توان رویشگاه در تولید ماده آلی و حفظ کربن در خاک را (از عوامل اصلی در تعیین کربن و ذخیره کربن آلی خاک در روابط 3 و 4)، بطور مستقیم نشان می‎دهد. در این بررسی بیشترین پتانسیل تولید و حفظ کربن در خاک به قطعه شاهد تعلق داشت که نشان از ظرفیت بالاتر این توده در تولید ماده آلی است.

پراکنش نقاط در نمودارهای ابر نقاط (بجز ماده آلی) از نظم خاصی پیروی نمی‎کند ولی بطورکلی متغیر وابسته ذخیره کربن آلی خاک با درصد سنگ و سنگریزه و وزن مخصوص ظاهری، در بخش‎های ابتدایی از بیشترین مقدار خود برخوردار بود که با نتایج پری و کومیت (2007) و موند (2004) مطابقت داشت (11 ،10) (شکل 2). همچنین نمودار پراکنش نقاط ذخیره کربن آلی خاک با متغیر مستقل ماده آلی، نشان داد بیشترین میزان کربن در بخش ابتدایی و کمترین مقدار در بخش انتهایی نمودار وجود دارد که با نتیجه پری و کومیت (2007) مطابقت دارد (11) (شکل 2). بنابراین می‎توان گفت بیشترین مقدار ذخیره کربن آلی خاک در بخشی که ماده آلی بیشترین مقدار خود را دارد، مشاهده می‎شود. با توجه به همبستگی منفی معنی‎دار بین ماده آلی و درصد سنگ و سنگریزه و وزن مخصوص ظاهری که با نتایج پری و کومیت (2007) مطابقت داشت (11) (جدول 3)، می‎توان یکی از دلایل اصلی تراکم بیشتر مقادیر بالای ذخیره کربن آلی خاک در مقادیر پایین درصد سنگ و سنگریزه و وزن مخصوص ظاهری، کاهش ماده آلی دانست. درصد سنگ و سنگریزه بر خصوصیات فیزیکی خاک به‎ویژه وزن مخصوص ظاهری و نفوذ آب در خاک تاثیر می‎گذارد (40). لذا می‎توان گفت درصد سنگ و سنگریزه با تاثیری که بر افزایش نفوذپذیری آب در خاک دارد (40)، میکروکلیمای خاک را برای فرایند تجزیه مطلوب‎تر نموده و با افزایش سرعت تجزیه، از میزان ذخیره کربن آلی خاک می‎کاهد.

در تیمارهای با مدت زمان متفاوت گذشته از آخرین دخالت، اختلاف معنی دار مشاهده شده است (شکل 1) (15). بعد از تیمار شاهد که بیشترین مقدار کربن را در خود جای داده بود، تیمار مدیریت شده 3 (10 سال گذشته از آخرین دخالت) بیشترین مقدار کربن و تیمار مدیریت شده 1 (1سال گذشته از آخرین دخالت) کمترین مقدار را در خود جای دادند (شکل 1، الف، ب، ج). اکوسیستم جنگلی جهت بازسازی و بهبود تغییرات ایجاد شده ناشی از فعالیت جنگل‎شناسی نیاز به زمان دارد. تاثیر این تغییرات در سال‎های ابتدایی بسیار پررنگ می‎باشد (13) و با گذشت زمان و ترمیم خود، اثرات آن روند کاهشی به خود می‎گیرد. چنانچه در نتایج نیز مشهود است، کربن آلی خاک با گذشت زمان، در حال افزایش است تا به میزان هدف (کربن ذخیره شده در توده شاهد) برسد.

تسریع گرمایش جهانی تحت تاثیر بازگشت کربن از اکوسیستم خشکی مهم‎ترین عامل تغییر آب و هوا در آینده است (41) که این روند گرمایش، با دخالت انسان در اکوسیستم‎های جنگلی که بیشترین پتانسیل را در ترسیب کربن اتمسفر دارد (29) به شدت در حال افزایش است. فعالیت‎های جنگل‌شناسی در اکوسیستم‎های جنگلی به علت ویژگی‎های خاصی که این اکوسیستم دارد (عمر طولانی درختان در مقایسه با سایر اکوسیستم‎ها، تراکم بالای بیومس زنده، میکروکلیمای بسیار مطلوب و چرخه تقریبا بسته عناصر غذایی) می‎تواند ذخیره کربن موجود در آن را، سال‎ها تا چندین دهه تحت تاثیر قرار دهد (10). طبق نتایج بدست آمده از این تحقیق هر هکتار توده شاهد 021/280 تن دی اکسید کربن اتمسفر جو را جذب نموده است تا بتواند 3/76 تن کربن آلی را در خاک خود ذخیره کند. توده‎های مدیریت شده 1، 2 و 3 نیز به‎ترتیب 046/124، 497/143 و 298/181 تن دی اکسید کربن را از اتمسفر جذب نمودند[12]. با توجه به هزینه پالایش کربن اتمسفری به طریقه مصنوعی در امریکا که 300-100 دلار به ازای هرتن کربن می‎باشد (43) ارزش اقتصادی ترسیب کربن توسط توده‎ مدیریت نشده و توده‎های مدیریت شده 1، 2، 3 با توجه به میزان SOCP (شکل 1- ج)، به‎ترتیب 15260، 6740، 7820 و 9880 دلار به ازای هر هکتار خواهد بود.

محاسبه دی اکسید کربن جذب شده از اتمسفر توسط تیمارهای مورد مطالعه، نقش قابل توجه جنگل در گرمایش جهانی و اثرات سوء فعالیت‎های جنگل‎شناسی (حتی با برنامه‎ریزی) را به تصویر کشیده است. بنابراین می‎توان چنین نتیجه گرفت شیوه گزینشی اگرچه شیوه‎ای است که در مجموع, تغییرات مثبتی در بخش روزمینی اکوسیستم ایجاد می‎کند ولی با تغییراتی که در عوامل موثر بر کربن در بخش روزمینی و به‎ویژه زیرزمینی ایجاد می‎نماید در سال‎های ابتدایی دخالت، منجر به کاهش شدید ذخیره کربن آلی در بخش زیرزمینی اکوسیستم می‎گردد. کاهش ذخیره کربن آلی خاک پایدار نیست و اکوسیستم  با گذشت زمان، میزان کربن را  به سمت میزان اولیه هدایت می‎کند. بنابراین در مدت ترمیم و تا زمان رسیدن ذخیره کربن به میزان اولیه (طول گردش ورود مجدد به توده)، نبایستی به اکوسیستم جنگلی مدیریت شده، وارد شد و به آن سیر قهقهرایی داد. بنابراین می‎توان گفت از آنجایی‎که بعد از گذشت 10 سال، میزان ذخیره کربن، هنوز به میزان کربن موجود در توده شاهد نزدیک نشده و اختلاف معنی‎دار با آن دارد،  به نظر می‎رسد طول گردش 10 سال در شیوه گزینشی برای ترمیم بخش زیرزمینی و سایر عوامل موثر بر ذخیره کربن آلی خاک، کافی نبوده و بایستی بر طول گردش افزود. بنابراین انتظار می‎رود از دخالت‎های غیراصولی و غیر تخصصی در جنگل که منجر به آشفتگی خاک می‎گردد، جلوگیری شود و در مقابل سایر اکوسیستم‎ها از اکوسیستم‎های جنگلی (بویژه بخش خاک جنگل که مدت ماندگاری کربن در آن طولانی‎تر است)، حفاظت و مراقبت بیشتری به عمل آورده شود. همچنین با توجه به تاثیر ریشه‎های مویین بر کربن آلی خاک، توصیه می‎شود جهت دستیابی به نحوه اثرگذاری شیوه گزینشی بر تغییرات ماده آلی خاک، ریشه‎های مویین و لاشریزی نیز بررسی گردد. 

سپاسگزاری

این مقاله مستخرج از رساله دکترای تخصصی مصوب و دفاع شده در دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان می‎باشد که نگارنده اول مقاله کمال تشکر را از حمایت‎های مالی و علمی  این دانشگاه دارد.

منابع

1-      Prentice, I. C., Farquhar, G. D., Fasham, M. J. R., Goulden, M. L., Heimann, M., 2003, The carbon cycle and atmospher-ic CO2. In: The Third Assessment Report of Intergovernmen-tal Panel on Climate Change (IPCC). Chapter 3, Cambridge University Press, Cambridge. 

2-      Jandl, R., Lindner, M., Vesterdal, L., Bauwens, B., Baritz, R., Hagedorn, F., Johnson, D. W., Minkkinen, K., Byrne, K. A., 2007.  How strongly can forest management influence soil

3-      carbon sequestration? Geoderma, Vol.137, pp. 253–268.

4-      Post, W. M., Pengh, T. H., Emanuel, W., King, A. W., Dale, V. H. and Delnglis., 1990, The global carbon cycle. American Science, Vol. 78, pp. 310-326.

5-      Davidson, E. A., Trumbore, S. E., Amudson R., 2000, Soil warming and organic carbon content. Nature, Vol. 408, pp. 789-790.

6-      Hudson, R.J.M., Gherini, S.A., Goldstein, R.A., 1994. Modeling the global carbon cycle: nitrogen fertilization of the terrestrial biosphere and the ‘‘missing’’ CO2 sink. Global Biogeochemical Cycles, Vol. 8, pp. 307–333.

7-      Raich, J.W., Schlesinger, W.H., 1992. The global carbon dioxide flux in soil respiration and its relationship to vegetation and climate. Tellus, Vol. 44B, pp. 81–99.

8-   ورامش، سعید. حسینی، محسن و عبدی، نوراله، تاثیر جنگلکاری با گونه‎های پهن‎برگ بر ترسیب کربن در خاک پارک جنگلی چیتگر، مجله پژوهش‎های خاک، 1390، جلد  25، شماره 3.

9-      Mallik, A., Hu, D., 1997. Soil respiration following site preparation treatments in boreal mixedwood forest. Forest Ecology and Management, Vol. 97, pp. 265–275.

10-  Melillo, J. M., Steudler, P. A., Aber, J. D., Newkirk, K., Lux, H., Bowles, F. P. et al. 2002: Soil warming and carbon-cycle feedbacks to the climate system. Science, Vol. 298, pp. 2173–2176.

11-  Mund, M., 2004. Carbon pools European beech forests (Fagussylvitica) under different silvicultural management, Phd dissertation, Gottingen University, 263 p.

12-  Perie, Ch., Quimet, R., 2007. Organic carbon, organic matter and bulk density relationship in boreal forest soil. Canadian Journal of Soil Science, pp. 315-325.

13-  Schulp, C. J. E., Nabuurs, G., Veburg, P. H., de Waal, R. W., 2008. Effect of tree species on carbon stocks in forest floor and mineral soil and implications for soil carbon inventories. Forest Ecology and management, Vol. 256, pp.482-490.

14-  Hertel, D., Harteveld, A. M. Leuschner, C., 2009. Cnversion of tropical forest into agroforest alters fine root-related carbon flux to the soil. Soil Biology and Biochemistry, Vol. 41, pp. 481-490.

15-  Chang, Ch. T., Wang, Ch. P., Chou, Ch. Z. Duh, Ch. T., 2010. The importance of litter biomass in estimating soil organic carbon pools in natural forests of Taiwan. Taiwan. Journal of Forest Science, Vol. 25 (2), pp. 171-180.

16-  Nave, L., Vance, E., Swanston, Ch., Curtis, P., 2010. Harvest impact on soil carbon storage in temperate forests. Forest Ecology and management, 259, pp. 857-866.

17-  Abugre, S., Oti-Boateng, C., Yeboah, M. F., 2011. Litter fall and decomposition trend of jatrophacurcasL.leaves mulches under two environmental conditions. Agri. and Bio. J. of North America, Vol. 2(3), pp. 462-470.

18-  Gelman, V., Hulkkonen, V., Kantola, R., Nousianen, M., Nousianen, V., Poku-Marboah, M., 2013. Impact of forest management practices on forest carbon. Interdisciplinary approach to forests and climate change. University of Helsinky., 20 pp.

19-  Schlesinger, W. H. 1977. Carbon balance in terrestrial detritus. Annual Review of Ecology and Systematics, Vol. 8, pp. 51–81.

20-  WBGU (Wissenschaftlicher Beirat der Bundesregierung Globale Umweltveränderungen). 1998. Die Anrechnung biologischer Quellen und Senken im Kyoto-Protokoll: Fortschritt Oder Rückschlag für den globalen Umweltschutz. Sondergutachten. Bremerhaven, Germany. 76 p.

21-  Hontoria, C., Rodriguez-Murillo, J. C., Saa, A., 1999. Relationship between soil organic carbon and site charactristics in peninsular Spain. Soil Science Society of American Journal, Vol. 63, pp. 614-621.

22-  Wang. Y., Amundson R. and Trumbore. S. 1999. The impact of land use change on C turnover in soils. Global Biogeochem Cycles, Vol. 13(1), pp. 47-57.

23-  طرح تجدید نظر طرح جنگلداری سری یک دکتر بهرام نیا. 1387. دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان. 481  صفحه.

24-  Page, A. L., Miller, R. H., Keeney, M., 1992 b. Metods of soil analysis, Part II, Chemical and microbiological metods. 2^nd Ed. Soil Science American Journal, 1159 p.

25-  Holey, France, 2013. The managing soil organic matter. Department of agriculture and food. Grain Research and Development cooperation (GRDC). Australia. 110 p.

26-  IPCC. 2003, Good Practice Guidance for Land Use, Land Use Change and Forestry. Published by the Institute for Global Environmental Strategies (IGES) for the IPCC. Publishers In-stitute for Global Environmental Strategies, Japan. 590 p.

27-  Pothier, D. and Savard, F. 1998. Actualisation des tables de production. Gouvernement du Que´bec. Ministe`re des Ressources naturelles du Que´bec, Que´bec, QC. Publication RN98-3054. 183p.

28-  Janzen, H. H., 2004. Carbon cycling in earth system: a soil science perspective. Agriculture Ecosystem Environment, Vol. 104, pp. 399-417.

29-  Malhi, Y., Baldocchi, D. D., Jarvis, P. G., 1999. The carbon balance of tropical, temperate and boreal forests. Plant. Cell. Environ. 22, Vol. pp. 715-740.

30-  Lal, R., 2005. Forest soils and carbon sequestration. Forest Ecology and Management, Vol. 220, pp. 242–258.

31-  Aussenac, G., 1987. Effets de l'èclaircie sur l'écophysiologie des peuplements forestiers. Schweizerische Zeitschrift fur Forstwesen, Vol. 138, pp. 685–700.

32-  Vesterdal, L. M., Dalsgaard, C., Felby, K., Raulund-Rasmussen, B. Jorgensen. B, 1995. Effects of thinning and soil properties on accumulation of carbon, nitrogen and phosphorus in the forest floor of Norway spruce stands. Forest Ecology and Management, Vol. 77, pp. 1-10.

33-  Knoepp, D. J., Swank, T. W., 1997. Forest management effect on surface soil organic carbon and nitrogen. Soil Science Society of America Journal, Vol. 61, pp. 928-935.

34-  Block, R. M. A., Van Rees, K. C. J., Knight, J. D., 2006. A review of fine root dynamics in Populus plantations. Agroforestry Systems, Vol. 76, pp. 73–84.

35-  Bazzaz, F. A., Pickett, S. T. A., 1980. Physiological ecology of tropical succession: a comparative review. Annual Reviews in Ecology and Systematics, Vol. 11, pp. 287–310.

36-  Wells, C. E., Eissenstat, D. M., 2001. Marked differences in survivorship among apple roots of different diameters. Ecology, Vol. 82, pp. 882-892.

37-  Sundarapandian, S. M., Chandrasekaran, S., Swamy, P.S., 1996. Influence of disturbance on

38-  fine root biomass and productivity in two deciduous forests of Western Ghats Tamil Nadu. Current Science, Vol. 70, pp. 242–246.

39-  Jones, R.H., Mitchell, R.J., Stevens, G.N., Pecot, S.D., 2003. Controls of fine root dynamics across a gradient of gap sizes in a pine woodland. Oecologia, Vol. 134, pp. 132–143.

40-  Rustad, L., Campbell, J., Marion, G., Norby, R., Mitchell, M., Hartley, A., Cornelissen, J., Gurevitch, J., 2001. A meta-analysis of the response of soil respiration, net nitrogen mineralization, and aboveground plant growth to experimental ecosystem warming. Oecologia, Vol. 126, pp. 543–562.

41-  Johansson, M.-B., 1994. The influence of soil scarification on the turn-over rate of slash needles and nutrient release. Scandinavian Journal of Forest Research, Vol.  9, pp. 170–179.

42-  Zoongiie, S., Yanhui, W., Pengtao, Y., Lihong, X., Wei, X., Hao, G., 2008. Effect of rock fragments on the percolation and evaporation of forest soil in Liupan Mountains, China, Acta Ecological Sinica, Vol. 28, pp. 6090-6098.

43-  Woodwell, G. M., MacKenzie, F. T., Eds., Biotic Feedbacks in the Global Climatic System: Will the Warming Feedthe Warming? (Oxford Univ. Press, New York, 1995), pp. 3–21. Roots of different diameters. Ecology, Vol. 82, pp. 882–892.

44-  Colombo, J. S., Parker, C. W., Luckai, N., Dang, Q., Cai, T., 2008. The effects of forest management on carbon storage in Ontario^, s forests. CCRR-03. Ontario. Canada. Applied Research and Development, 139 p.

45-  Cannel, M. G. R., Dewar, R. C., 1993. The carbon sinks provided by plantation forests and their products in Britain. Institute of terrestrial ecology, Scotland, 124 pp.