سنجش پتانسیل معدنی شدن و شاخص قابلیت جذب نیتروژن توسط برخی ویژگی های بیولوژیک خاک

STUDENT

DEGREE

YEAR

Nitrogen (N) is the most required element for plants. In soil ecosystem, N is one of the limiting factors for the plants growth. Nitrogen mostly exists in the soil in the form of organic molecules, which due to amidohydrolases activity is transformed into inorganic form so that it can be absorbed by plants. More information of the mechanisms and indicators of N mineralization is needed to better use of fertilizers and to prevent contamination of surface and groundwater. In order to evaluate the relationship between N mineralization process and N uptake by the plant ( Lepidium sativum ) with some soil biological parameters, 22 soil samples from different geographical regime of Iran were selected and their physiochemical properties determined. The N pools were determined by measuring inorganic N (nitrate and ammonium), solution organic N (SON), hot kCl extractable ammonia, potentially mireralizable N under either aerobic or anaerobic condition. The microwave induced N mineralization was also measured. The activities of L-asparginase, L-glutaminase, and urease were determined, basal respiration, arginine ammonification, microbial biomass N, and absorption of 280nm in extracts were studied as biological indicators. The results showed that all soils were calcareous and some of them were saline. The simple linear regression between the physical-chemical characteristics of the soils, N pools, biological indicators and the plant indexes, and also regression equations were calculated. The increase of organic N, improved amount of mineralized N, enzymes activities and plant N uptake and concentration. Based on the cluster analysis results, the soils can be divided into three major categories. One of the samples was categorized separately, after omitting this soil from statistical analysis, stronger correlations were observed. The results of Principle Component Analysis (PCA) demonstrated that the vectors related to potentially minreralizable N under aerobic and anaerobic conditions, the activity of urease enzyme, organic carbon and arginine ammonification had the same direction and showed the stronger correlation between these variables. The particle size distribution and soil enzyme activities were not associated. The result of PCA highly supported the results obtained by regression methods. In order to find out the best model for estimating potentially mireralizable N under aerobic and anaerobic conditions, and the test plants N uptake and concentration, stepwise multivariate regression analysis was performed. In multiple regression models for N mineralization process in both aerobic and anaerobic condition, organic carbon and ultraviolet absorption were the most important parameters entered into the model. The measurement of ultraviolet absorption is not a common method in soil science la therefore, after deleting these parameters from statistical analysis, nitrate and inorganic N were entered respectively into the models of N mineralization both under aerobic and anaerobic conditions. The activity of L-glutaminase played the largest role in the multiple regression models for the plant N uptake and concentration. Key words : amidohidrolases, arginine ammonification, potentially mireralizable N, plants nitrogen uptake.

نیتروژن پرمصرف ترین عنصر مورد نیاز گیاهان می باشد. در اکوسیستم های خاکی نیتروژن قابل دسترس اغلب یکی از عوامل محدود کننده رشد گیاهان است. این عنصر در خاک بیش تر در قالب مولکول های آلی قرار دارد و بر اثر فعالیت آمیدوهیدرولازها به فرم معدنی در آمده تا برای گیاهان قابل جذب شود. شناخت بهتر مکانیسم ها و شاخص های معدنی شدن نیتروژن برای استفاده بهتر از کودها و جلوگیری از آلودگی آب های سطحی و زیرزمینی ضروری است. به منظور تأثیر پارامترهای بیولوژیک بر فرایند معدنی شدن نیتروژن و جذب آن توسط گیاه، 22 نمونه خاک از نقاط مختلف ایران با رژیم های آب و هوایی متفاوت برداشت شد. بافت خاک، مقدار pH، هدایت الکتریکی، آهک و کربن آلی خاک ها تعیین گردید. خاک های مورد مطالعه بافت های متفاوتی از لوم شنی تا رسی را داشتند. کلیه خاک ها آهکی بوده و تعدادی از این خاک ها در محدوده خاک های شور قرار گرفتند. ذخایر نیتروژن شامل : نیتروژن معدنی اولیه (آمونیوم و نیترات)، نیتروژن آلی محلول، آمونیوم قابل عصاره گیری با کلرید پتاسیم داغ، پتانسیل معدنی شدن نیتروژن در شرایط هوازی و بی هوازی و معدنی شدن نیتروژن القاء شده با استفاده از انرژی ریزموج اندازه گیری شدند. فعالیت آنزیم های ال-آسپارجیناز، ال-گلوتامیناز و اوره آز، تنفس پایه میکروبی، آمونیفیکاسیون آرجینین، نیتروژن زیست توده میکروبی و شدت جذب اشعه ماوراءبنفش به عنوان شاخص های بیولوژیک مورد مطالعه قرار گرفتند. به منظور بررسی جذب نیتروژن از نمونه خاک های مورد مطالعه و تأثیر هر یک از پارامترهای اندازه گیری شده بر روی گیاه محک، کشت گلخانه ای گیاه شاهی از خانواده چلیپائیان ( Lepidium sativum ) به مدت 2 ماه در قالب طرح کاملاً تصادفی انجام گرفت. رگرسیون ساده خطی بین صفات فیزیکی، شیمیایی خاک ها، ذخایر نیتروژن، شاخص های بیولوژیک و شاخص hy;های گیاهی انجام گرفت و معادلات رگرسیونی لازم نیز به دست آمد. نتایج رگرسیون های خطی نشان داد که، افزایش ماده آلی از یک سو نیتروژن بیش تری را برای معدنی شدن فراهم می نماید و از سوی دیگر امکان استقرار و تثبیت آنزیم های مؤثر در فرایند معدنی شدن نیتروژن بر سطوح کلوئیدهای آلی را فراهم نموده و در نتیجه باعث افزایش غلظت و جذب نیتروژن گیاه می شود. نتایج تجزیه و تحلیل خوشه ای مشخص کرد که، نمونه خاک های مورد مطالعه در 3 گروه عمده قرار می گیرند. یکی از خاک ها در گروهی مجزا نسبت بقیه قرار گرفت. با حذف این خاک از آنالیزهای آماری همبستگی های قوی تری به دست آمد. نتایج تجزیه به مؤلفه های اصلی نشان داد که، بردارهای مربوط به متغیرهای معدنی شدن نیتروژن در شرایط بی هوازی، پتانسیل معدنی شدن نیتروژن در شرایط هوازی، فعالیت آنزیم اوره آز، آمونیفیکاسیون آرجینین و کربن آلی دارای راستا و جهت یکسانی بوده که نشان دهنده ارتباط قوی بین این متغیرها می باشد. وجود زاویه نزدیک به قائمه بین بردارهای هر یک از متغیرهای درصد ذرات شن، سیلت و رس با فعالیت آنزیم ها بیانگر این موضوع است که، فعالیت این آنزیم ها با درصد ذرات خاک ارتباطی ندارد. استفاده از روش تجزیه به مؤلفه های اصلی تا حد زیادی تأیید کننده تفسیرهایی بود که از روش های رگرسیونی به دست آمد. برای پیش بینی بهترین مدل برای تخمین پتانسیل معدنی شدن نیتروژن در شرایط هوازی و بی هوازی و غلظت و جذب نیتروژن در گیاه محک? رگرسیون چند متغیره گام به گام انجام شد، تا سهم هر یک از این پارامترها در توجیه تغییرات مدل مشخص شود. در مدل های رگرسیونی چند متغیره برای معدنی شدن نیتروژن در شرایط هوازی و بی هوازی کربن آلی و جذب تابش اشعه ماوراءبنفش مهم ترین پارامترهای ورودی به مدل بودند. از آنجایی که اندازه گیری جذب تابش اشعه ماوراء بنفش یک روش آزمایشگاهی روزمره در آزمایشگا های خاکشناسی نیست لذا، با حذف این پارامتر از آنالیزهای آماری نیترات و نیتروژن معدنی اولیه به ترتیب وارد مدل های معدنی شدن نیتروژن در شرایط هوازی و بی هوازی شدند. فعالیت آنزیم ال-گلوتامیناز بیش ترین سهم تغییرات را در مدل های رگرسیونی چند متغیره برای غلظت نیتروژن گیاه و جذب نیتروژن توسط گیاه محک به همراه داشت.