SUPERVISOR
Nematola Etemadi shalamzari,Farshid Noorbakhsh
نعمت اله اعتمادی شلمزاری (استاد مشاور) فرشید نوربخش (استاد راهنما)
STUDENT
Sasan Mirshekari
ساسان میرشکاری
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391
TITLE
The Effect of Forest Plant Residue Quality on Nitrogen Biodegradability and Mineralization Indices in Soil
This study aimed to investigate the kinetics of organic carbon mineralization in a calcareous soil as affected by the initial chemistry of 17 forest plant residues. The relationship betwee C mineralization kinetic properties and nitrogen mineralization rates was also studied.. For this purpose, a composite soil sample was taken from garden topsoil (0 to 15 cm) located in Cham Ali Shah area, located on the lower terraces of Zayandeh Rood. In order to study the kinetics of carbon mineralization, an equivalent of 10 g kg -1 of organic carbon from the plant residues including Parotia persica, Ficus carica, Cornus australis, Robinia pseudoacacia, Alnus glutinosa, Zelkova carpinifolia, Diospyros sp., Acer velutinum, Quercus castanifolia, Populus caspica, Ulmus minor, Alnus subcordata, Crataegus aronia, Diospyros lotus, Parotia persica, Quercus brantii and Elaeagnus angustifolia leafs were added separately in triplicates to the soils and were incubated at 25 °C and 50% water holding capacity for 31 days. A control treatment (a soil incubated at similar condition except that no plant residue was amended) was also run.In a parallel experiment, soils amended with the plant residues as well as the control treatment were incubated at similar temperature and moisture conditions for 90 days. At the end of the incubation period, inorganic N was extracted by 2M KCl and N mineralization was calculated by subtracting the final inorganic N concentratio from the initial amounts.Carbon concentration in the plant residues ranged from 404 to 528 g kg-1 for Alnus subcordata and Crataegus aronia , respectively. The maximum (19.7 g kg -1 ) and minimum (7.7 g kg -1 ) amount of nitrogen were observed in Elaeagnus angustifolia Alnus glutinosa , respectively. The maximum amount of lignin was observed in Crataegus aronia (255.4 g kg -1 ) while the minimum amount of lignin was observed in Elaeagnus angustifolia (132.9 g kg -1 ). Cumulative carbon mineralized (C m ) during the 31 days of incubation, was conformed well toa first order kinetic representing an exponential increase in the amounts of cummulative CO 2 respired. At the end of the incubation period, Elaeagnus angustifolia revealed the maximum (5657 mg kg -1 ) whereas the control treatment possessed the minimum (975 mg/Kg), amount of cumulative carbon mineralized followed by Alnus glutinosa (1294 mg kg -1 ). Chemical and biochemical quality of the plant residues significantly influenced the rates of lant residues mineralization. Elaeagnus angustifolia treatment which contained the minimum amount of lignin (132.9 g kg -1 ) , carbon to nitrogen ratio (25.43) and lignin to nitrogen ratio (6.82) and also maximum amount of total nitrogen (19.7 mg/Kg), supported the maximum amounts of cumulative carbon mineralized (5657 mg kg). A significant positive correlation was observed between Cm and the plant residue organic carbon (r =0.43 P 0.05), total nitrogen (r =0.77 P 0.001) lignin (r = -0.87 P 0.001), carbon to nitrogen ratio (r = -0.65 P 0.001), and lignin to nitrogen ratio (r =-0.81 P 0.001). After fitting the data obtained from the cumulative carbon mineralization of CO 2 evolved at the end of incubation, with the first order kinetics, parameters of carbon mineralization potential (C 0 ) and the product of k and C 0 (kC 0 ) were calculated. It was observed that C 0 (r =0.95 P 0.001) is a better index than kC 0 (r =0.88 P 0.001) to anticipate cumulative inorganic carbon (C m ). Total nitrogen (r =0.92 P 0.001) and organic carbon (r =0.45 P 0.001) had positive correlation with nitrogen mineralization, however the amount of lignin (r =0.69 P 0.001), carbon to nitrogen ratio (r = -0.74 P 0.001)and lignin to nitrogen ratio (r = -0.88 P 0.001) wrer negatively correlated. Correlation of mineralized nitrogen with mineralized carbon was depended on incubation time So that the maximum correlation was observed at 6 days of incubation (r = -0.86 P 0.001) Keywords : carbon, nitrogen, plant residues, mineralization, chemical and biochemical characteristics, kinetic parameters.
تحقیق حاضر با هدف مطالعه روند سینتیک معدنی شدن کربن آلی در یک خاک آهکی مخلوط شده با بقایای گیاهی جنگلی و ارتباط آن با معدنی شدن نیتروژن در این بقایا و همین طور تأثیر خصوصیات شیمیایی و بیوشیمیایی بقایای گیاهی بر روند فرآیندهای مذکور صورت گرفت. بدین منظور از خاک سطحی (صفر تا 15 سانتی متری) باغی واقع در منطقه چم علیشاه، قرار گرفته بر تراس های پایینی زاینده رود یک نمونه مرکب برداشت گردید. به منظور بررسی سینتیک معدنی شدن کربن معادل 10 گرم بر کیلوگرم کربن آلی از بقایای درختان مختلف شامل اندام برگ انجیلی1، انجیر، سیاه ال، اقاقیای گل سفید، توسکای سیاه، آزاد، خرمالوی وحشی، افرا، بلوط(بلندمازو)، سفیدپلت، اوجا، توسکای ییلاقی، زالزالک وحشی، خرمندی(کلهو)، انجیلی2، بلوط ایرانی و سنجد به خاک های هواخشک اضافه گردید و همراه با شاهد به مدت 31 روز برای مطالعه ی معدنی شدن کربن و هم چنین سه ماه به منظور بررسی معدنی شدن نیتروژن انکوباسیون شدند. کربن آلی بقایا دارای طیف وسیعی بود که کم ترین مقدار در تیمار توسکای ییلاقی(404 گرم بر کیلوگرم) و بیش ترین مقدار در گونه ی زالزالک وحشی (528 گرم بر کیلوگرم) اندازه گیری شد. بیش ترین مقدار نیتروژن در تیمار سنجد(7/19 گرم بر کیلوگرم) و کم ترین مقدار آن در تیمار توسکای سیاه(7/7 گرم بر کیلوگرم) مشاهده شد. پس از اندازه گیری مقدار لیگنین در بقایای گیاهی مشاهده شد که بیش ترین مقدار لیگنین در اندام برگی بقایای گیاهی، در گونه زالزالک وحشی (4/255 گرم بر کیلوگرم) و کم ترین مقدار لیگنین در تیمار سنجد (9/132 گرم بر کیلوگرم) وجود دارد. کربن تجمعی معدنی شده(C m ) طی 31 روز انکوباسیون با معادله سینتیک رده اول برازش داده شد و مشاهده گردید که معدنی شدن کربن با زمان دارای توزیع نمایی بوده و روند آن از سینتیک رده اول تبعیت می نماید. پس از پایان دوره انکوباسیون تیمار سنجد (5657 میلی گرم بر کیلوگرم خاک) بیش ترین مقدار کربن تجمعی معدنی شده را دارا بود. پس از شاهد (975 میلی گرم بر کیلوگرم خاک) کم ترین مقدار کربن تجمعی معدنی شده در تیمار توسکای سیاه(1294 میلی گرم بر کیلوگرم خاک) مشاهده شد. تأثیر خصوصیات شیمیایی و بیوشیمیایی بقایای گیاهی بر فرآیند معدنی شدن بقایای گیاهی معنی دار بود. تیمار سنجد که کم ترین مقدار لیگنین(9/132 گرم بر کیلوگرم) ، نسبت کربن به نیتروژن (43/25) و نسبت لیگنین به نیتروژن (82/6) و همین طور بیش ترین مقدار نیتروژن کل (7/19 گرم بر کیلوگرم) بین دیگر بقایای موردمطالعه را داشت، دارای بیش ترین مقدار کربن تجمعی معدنی شده(5657 میلی گرم بر کیلوگرم خاک) طی انکوباسیون بود. بین کربن آلی( 05/0 P 43 /0r=)، نیتروژن کل بقایا ( 001/0 P 77 /0r=) و کربن تجمعی معدنی (C m )، همبستگی مثبت و معنی داری مشاهده شد در حالی که این همبستگی برای مقدار لیگنین ( 001/0 P 87 /0- r=)، نسبت کربن به نیتروژن ( 001/0 P 65 /0- r=)، و نسبت لیگنین به نیتروژن ( 001/0 P 81 /0- r=)، منفی و معنی دار بود. پس از برازش داده های حاصل از کربن تجمعی معدنی حاصل از تنفس در پایان انکوباسیون، با تابع سینتیک رده اول پارامتر های پتانسیل معدنی شدن کربن (C 0 ) و شاخص حاصل ضربی معدنی شدن کربن (kC 0 ) تخمین زده شدند. در این مطالعه مشاهده شد C 0 ( 001/0 P 95 /0r=)، نسبت به kC 0 ( 001/0 P 88 /0r=)شاخص بهتری جهت سنجش کربن تجمعی معدنی (C m ) است. اثر خصوصیات شیمیایی و بیوشیمیایی بقایای گیاهی بر معدنی شدن نیتروژن نیز معنی دار بود. نیتروژن کل ( 001/0 P 92/0r=) و کربن آلی ( 001/0 P 45/0r=)همبستگی مثبت و مقدار لیگینین ( 001/0 P 69/0r=)، نسبت کربن به نیتروژن ( 001/0 P 74/0-r=) و نسبت لیگنین به نیتروژن ( 001/0 P 88/0-r=)اثر منفی بر معدنی شدن نیتروژن گذاشتند. همبستگی نیتروژن معدنی شده با کربن معدنی شده به زمان انکوباسیون بستگی داشت. به طوری که بیش ترین همبستگی 6 روز پس از آغاز انکوباسیون مشاهده گردید( 001/0 P 86/0-r=). کلمات کلیدی: کربن، نیتروژن، بقایای گیاهی، معدنی شدن، خصوصیات شیمیایی و بیوشیمیایی، پارامترهای سینتیکی.