SUPERVISOR
Farshid Noorbakhsh,Banafshe Khalili
فرشید نوربخش (استاد راهنما) بنفشه خلیلی (استاد راهنما)
STUDENT
Ghazaleh Mahdipourian
غزاله مهدی پوریان
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1397
TITLE
Effects of oak litter evolution on nitrogen mineralization in Zagros forests
Forest is a natural ecosystem in which litters play a major role in the nutrients return. Many factors affect the decomposition process of litter including physical and chemical environment, the quality of the litter and the population pattern of the decomposing community. This study was conducted to investigate the response of kinetic parameters of nitrogen mineralization process (determined by Stanford- Smith method) to the evolutionary level of litter in oak forest ecosystem and the possibility of estimating the kinetic parameters of nitrogen mineralization process from some N mineralization rapid indices on the oak forest litters. For these purposes, litter samples were collected in four levels, including fresh leaves (L 0 ), surface residues with low decomposition rate (L 1 ), residues with moderate decomposition rate (L 2 ) and residues with the highest decomposition rate (L 3 ) from Dalvara oak forest located in Chaharmahal and Bakhtiari province. This study was conducted in a completely randomized design with three replications. In this study, general factors of litter including electrical conductivity (EC), pH, carbon, total N and C:N ratio, nitrogen mineralization, soluble organic nitrogen (SON) and urease activity were measured. Nitrogen mineralization was measured either by Stanford-Smith methods or conventional aerobic incubations. Anaerobic index of N bioavailability was also determined. Urease activity was measured in two conditions: after sampling and after 22 weeks of incubation-leaching in the columns.. The results showed that a significant difference ( P 0.01) was observed in all measured general factors. With increasing decomposition of forest litter, EC, carbon and carbon to nitrogen ratio decreased. The highest value of EC (1.12 dS m -1 ), carbon (511 g kg -1 ) and C:N ratio (66.54) were measured at L 0 , but, pH and total nitrogen increased with increasing in litter decomposition and the highest value of pH (7.5) and total nitrogen (12.98 gkg -1 ) were observed at L 3 . As decomposition of forest litter proceeds, the rate of the amounts of N mineralized by Stanford-Smith procedure was increased ( P 0.01) and the highest rate of mineralization was observed in L 2 (N 0 = 0.15 and KN 0 = 121.47). The lowest value was obtained at L 1 (KN 0 = 34.24). The greatest and the lowest release of SON was observed in L 0 (KSON 0 = 198.42) and L 2 (KSON 0 = 102.79), respectively. The results showed that the difference in mineralization rate in the two methods of conventional aerobic and anaerobic incubation was significant ( P 0.01) and their highest values ??were at L 2 (N min anaerobic = 252 and N min aerobic = 740) and the lowest values ??were obtained at L 1 (N min anaerobic = 141 and N min aerobic = 400). Due to the significant associatio between the last week of incubation and the other incubation methods (aerobic and anaerobic) (r = 0.91 and P 0.01), the kinetic values obtained from the Stanford and Smith procedure can be successfully estimated by the two less time-consuming and labor intensive methods. The results showed that in the Stanford and Smith method, due to the high correlation between nitrogen mineralization in the final week and the tenth week (r = 0.97 and P 0.01), the experiment time can be reduced to ten weeks. The results showed that there was no significant correlation between urease activity and nitrogen mineralization. Overall, it can be concluded that the Stanford-Smith procedure can be successfully used for studying N mineralization in the litter as a different habitat. It is also concluded that the estimation of the kinetic parameters of N mineralization from N mineralized in the conventional methods are promising. The values of accumulated N mineralized at the end of 22 weeks of incubation-leaching were successfully estimated as the incubation time considerably shortened. Key Words: Forest litter, Nitrogen mineralization, Soluble organic nitrogen, Stanford-Smith method, Kinetic parameters
جنگل یک اکوسیستم طبیعی بوده که در آن لاشبرگ ها نقش عمده ای در بازگشت عناصر غذایی ایفا می کنند. عوامل بسیاری بر روند تجزیه لاشبرگ ها مؤثر بوده که از جمله مهمترین آن ها محیط فیزیکی و شیمیایی، کیفیت لاشبرگ و ترکیب جامعه تجزیه کننده می باشند. این پژوهش به منظور بررسی پاسخ شاخص های سینتیکی فرآیند معدنی شدن نیتروژن (تعیین شده از روش استنفورد - اسمیت) به سطح تکاملی لاشبرگ های موجود در اکوسیستم جنگل بلوط و امکان تخمین شاخص های سینتیکی فرآیند معدنی شدن نیتروژن از روی برخی شاخص های سریع مرتبط با چرخه نیتروژن در لاشبرگ های موجود در اکوسیستم جنگل بلوط انجام شد. بدین منظور نمونه های لاشبرگ در چهار سطح شامل برگ های تازه (L 0 )، بقایای سطحی با میزان تجزیه اندک (L 1 )، بقایای میزان تجزیه متوسط (L 2 ) و بقایای با بیشترین میزان تجزیه (L 3 ) از جنگل بلوط منطقه دالورا واقع در استان چهارمحال و بختیاری جمع آوری شد. این پژوهش در قالب طرح کاملأ تصادفی در سه تکرار انجام پذیرفت. در این پژوهش ویژگی های عمومی لاشبرگ (هدایت الکتریکی (EC)، pH، کربن، نیتروژن و نسبت کربن به نیتروژن)، معدنی شدن نیتروژن، نیتروژن آلی محلول و آنزیم اوره آز اندازه گیری گردید. معدنی شدن نیتروژن به دو روش استنفورد - اسمیت و انکوباسیون های معمول هوازی اندازه گیری شد. همچنین آمونیوم تولید شده در روش انکوباسیون بی هوازی و آنزیم اوره آز در دو وضعیت الف) پس از نمونه برداری و ب) پس از انکوباسیون به روش استنفورد - اسمیت بررسی شد. نتایج بدست آمده نشان داد که تفاوت معنی داری (??/? P ) در کلیه فاکتورهای عمومی اندازه گیری شده مشاهده گردید. با افزایش میزان تجزیه لاشبرگ های جنگل مقادیر EC، کربن و نسبت کربن به نیتروژن کاهش یافت و بیشترین مقدار EC (dS m -1 ??/?)، کربن (g kg -1 ???) و نسبت کربن به نیتروژن (??/??) در سطح L 0 دیده شد اما میزان pH و نیتروژن کل افزایش یافت و بیشترین مقدار pH (?/?) و نیتروژن کل (g kg -1 ??/??) در سطح L 3 مشاهده گردید. با پیشرفت تجزیه لاشبرگ جنگلی، میزان معدنی شدن نیتروژن در روش استنفورد - اسمیت افزایش معنی داری (??/? P ) نشان داد و بیشترین میزان معدنی شدن در سطح L 2 (??/?=N 0 و ??/???= KN 0 ) و کمترین مقدار آن در سطح L 1 (??/??= KN 0 ) بدست آمد. همچنین تفاوت در میزان نیتروژن آلی محلول به روش استنفورد – اسمیت معنی دار بود (??/? P ) و بیشترین مقدار آن در سطح L 0 (??/???= KSON 0 ) و کمترین مقدار آن در سطح L 2 (??/???= KSON 0 ) مشاهده گردید. نتایج نشان داد که تفاوت در میزان معدنی شدن در دو روش انکوباسیون معمول هوازی و بی هوازی معنی دار بود (??/? P ) و بیشترین مقادیر آن ها در در سطح L 2 (???= N min anaerobic و ???= N min aerobic ) و کمترین مقادیر آن ها در سطح L 1 (???= N min anaerobic و ???= N min aerobic ) بدست آمد. با توجه به همبستگی زیاد هفته پایانی روش استنفورد – اسمیت با روش انکوباسیون های معمول (هوازی و بی هوازی) (??/?= r aerobic ، ??/?= r anaerobic و ??/? P ) می توان بوسیله دو روش کوتاه مدت اشاره شده، به نتایج آزمایش بلند مدت استنفورد - اسمیت دست یافت. نتایج بدست آمده نشان داد که در روش استنفورد - اسمیت با توجه به همبستگی زیاد میان معدنی شدن نیتروژن در هفته پایانی با هفته دهم (??/?= r و ??/? P ) می توان زمان انجام آزمایش را به هفته دهم کاهش داد. بررسی نتایج نشان داد معدنی شدن نیتروژن در هفته پایانی به روش استنفورد - اسمیت با آنزیم اوره آز همسبستگی معنی داری نداشت. با توجه به داد های این پژوهش می توان نتیجه گیری کرد که امکان کاربرد روش استنفورد - اسمیت جهت بررسی تحولات نیتروژن در لاشبرگ های جنگلی وجود داشته و همچنین تخمین میزان معدنی شدن نیتروژن از روش های کوتاه مدت نظیر انکوباسیون های معمول نیز امکان پذیر است. کلمات کلیدی : لاشبرگ جنگلی، معدنی شدن نیتروژن، نیتروژن آلی محلول، روش استنفورد - اسمیت، سینتیک فرآیند