سامانه مدیریت نشریات علمی دانشگاه شهید بهشتی

تفضلی, مهرسده, جلیلوند, حمید, حجتی, سیدمحمد, لمرسدورف, نوربرت. (1396). اثر تهنشست نیتروژن شبیه سازی شده بر ویژگی های شیمیایی خاک در توده دست کاشت افرا پلت. , 15(2), 39-54.
مهرسده تفضلی; حمید جلیلوند; سیدمحمد حجتی; نوربرت لمرسدورف. "اثر تهنشست نیتروژن شبیه سازی شده بر ویژگی های شیمیایی خاک در توده دست کاشت افرا پلت". , 15, 2, 1396, 39-54.
تفضلی, مهرسده, جلیلوند, حمید, حجتی, سیدمحمد, لمرسدورف, نوربرت. (1396). 'اثر تهنشست نیتروژن شبیه سازی شده بر ویژگی های شیمیایی خاک در توده دست کاشت افرا پلت', , 15(2), pp. 39-54.
تفضلی, مهرسده, جلیلوند, حمید, حجتی, سیدمحمد, لمرسدورف, نوربرت. اثر تهنشست نیتروژن شبیه سازی شده بر ویژگی های شیمیایی خاک در توده دست کاشت افرا پلت. , 1396; 15(2): 39-54.

اثر تهنشست نیتروژن شبیه سازی شده بر ویژگی های شیمیایی خاک در توده دست کاشت افرا پلت

فصلنامه علوم محیطی
مقاله 3، دوره 15، شماره 2، تیر 1396، صفحه 39-54    اصل مقاله (1.01 M)
نوع مقاله: مقاله پژوهشی
نویسندگان
مهرسده تفضلی1؛ حمید جلیلوند* 1؛ سیدمحمد حجتی1؛ نوربرت لمرسدورف2
1گروه جنگلداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران.
2گروه خاکشناسی مناطق معتدله، دانشگاه جورج آگوست گوتینگن، گوتینگن، آلمان.
چکیده
سابقه و هدف:
با توجه به افزایش استفاده از سوخت‌های فسیلی و کودهای شیمیایی، مقدار ورود ترکیبات نیتروژن‌دار به جو به ویژه در مناطق صنعتی افزایش یافته است. از جمله پیامدهای افزایش ترکیبات نیتروژن‌دار در جو، ایجاد پدیده ته‌نشست نیتروژن است. ته‌نشست نیتروژن اشاره به فرآیندی دارد که طی آن ترکیبات نیتروژنی موجود در هوا بر سطح جامد قرار می‌گیرند. با توجه به کمبود اطلاعات در ارتباط با اثرات ته‌نشست نیتروژن بر ویژگی­های خاک جنگل، هدف از این پژوهش بررسی اثرات ته‌نشست نیتروژن شبیه­سازی شده بر ویژگی ­های شیمیایی خاک در توده دست‌کاشت افراپلت واقع درجنگل آموزشی- پژوهشی دانشکده منابع طبیعی ساری بود.
مواد و روش­ ها:
در توده پژوهشی تعداد 12 پلات 20×10 متر پیاده شد. ته‌نشست نیتروژن در چهار سطح شامل، صفر (شاهد)، 50 (کم)، 100 (متوسط) و 150 (زیاد) کیلوگرم نیتروژن در هکتار در سال در نظر گرفته شد. نیتروژن به صورت محلول آمونیم- نیترات در هر پلات به‌صورت دستی و ماهانه در طول یکسال اسپری شد. سه نمونه خاک از عمق 10-0 سانتی‌متر از هر پلات در هر فصل طی یکسال با روش استوانه فلزی تهیه و به آزمایشگاه منتقل شد. در آزمایشگاه ویژگی‌های فیزیکی درصد رطوبت به روش وزنی و بافت خاک به روش هیدرومتری اندازه‌گیری شد. ویژگی­های شیمیایی خاک شامل pH خاک به روش پتانسیومتری، EC به روش هدایت سنجی (نسبت خاک به آب برابر با 1 به 5/2 بود) اندازه­ گیری شدند. کربن آلی به روش والکی و بلاک، نیتروژن به روش کجلدال، فسفر قابل جذب با روش اولسن، پتاسیم با روش عصاره­گیری با استات آمونیم اندازه ­گیری شدند.
نتایج و بحث:
نتایج نشان داد که ته‌نشست نیتروژن باعث کاهش معنی‌دار مقدار pH و EC خاک شد. در انتهای دوره مورد بررسی، مقدار نیتروژن در تیمارهای متوسط (0/010±0/47 درصد) و زیاد (0/013±0/59 درصد) به­ طور معنی‌داری بیشتر از شاهد (0/006±0/36 درصد) بود. مقدار فسفر در تیمار متوسط (0/39±15/98) و زیاد (0/43±14/95) به ­طور معنی‌داری کمتر از شاهد (1/05±24/97) بود. همچنین افزایش ته‌نشست نیتروژن باعث کاهش معنی‌دار پتاسیم در خاک شد. در انتهای دوره مورد بررسی، مقدار آمونیم (کم: 6/04، متوسط: 7/23 و زیاد: 8/53) و نیترات (کم: 7/21، متوسط: 9/95 و زیاد: 20/51) به­ طور معنی‌داری بیشتر از شاهد (آمونیم: 4/93 و نیترات: 5/06) بود. دلیل کاهش pH و EC می­تواند ناشی از آب­شویی کاتیون­های قلیایی به دنبال بروز پدیده آب­شویی نیترات و افزایش غلظت آمونیم در خاک باشد. دلیل افزایش میزان نیترات را می­توان اضافه شدن آن و همچنین تولید نیترات در حضور آمونیم بیان کرد. به ­طور کلی نتایج نشان داد که ته‌نشست نیتروژن اثرات مخربی بر ویژگی­ های شیمیایی خاک داشت که باعث کاهش میزان  pHو EC، پتاسیم، فسفر و همچنین افزایش نیتروژن کل، کربن آلی، آمونیم و نیترات در خاک شد.
نتیجه ­گیری:
افزایش نیتروژن در مراحل اول می‌تواند تا حدی باعث افزایش رویش درختان شود ولی با گذشت زمان و اشباع نیتروژن در خاک و وقوع پدیده آب­شویی نیترات و کاهش حاصلخیزی خاک، شرایط برای رشد و رویش گیاهان نامناسب خواهد شد. با توجه به کمبود اطلاعات در زمینه اثرات ته‌نشست نیتروژن بر ویژگی­ های خاک، انجام مطالعات گسترده‌تر در ارتباط با اثرات آن روی ویژگی­ های زیستی خاک از جمله فعالیت­ های میکروبی و آنزیمی و  همچنین تنفس خاک پیشنهاد می‌شود.
کلیدواژه‌ها
تهنشست نیتروژن؛ آمونیم؛ نیترات؛ جنگل دارابکلا
عنوان مقاله [English]
The effect of simulated nitrogen deposition on soil chemical properties in maple plantation stand
نویسندگان [English]
Mehrcedeh Tafazoli1؛ Hamid Jalilvand1؛ Seyyed Mohammad Hojjati1؛ Norbert Lamersdorf2
1Department of forestry, Sari University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Sari , Iran
2Department of temperate Soil Science, University of Göttingen, Institute of Soil Science, Göttingen, Germany
چکیده [English]
Introduction:
The amount of nitrogen compounds released into the atmosphere has increased, and is higher in industrial areas due to the increasing usage of fossil fuels and chemical fertilizers (Gruber and Galloway, 2008). Nitrogen deposition is one the consequences of increasing atmospheric nitrogen compounds. Nitrogen deposition refers to a process that nitrogen compounds in the atmosphere deposit on a solid surface (Cornell et al., 2003). Due to the lack of information about the effects of nitrogen deposition on forest soil properties, the aim of this study was to investigate the effects of simulated nitrogen deposition on soil chemical properties in a maple plantation located at the educational and research forest of Faculty of Natural Resources (Sari).
Material and methods:
Twelve plots of 20 m × 10 m were established in the study plantation stand. Four nitrogen treatments were considered including zero (control), 50 (low), 100 (medium) and 150 (high) kg N ha−1 year−1. Nitrogen in the form of NH4NO3 solution was manually sprayed onto the plots monthly during one year. Three soil samples were taken seasonally at a depth of 0-10 cm in each plot using a coring method and were transported to the laboratory (Xingren et al., 2017). In the laboratory, the physical properties including water content and soil texture were measured by a weighing and hydrometer method, respectively. Chemical properties of soil including pH and EC were measured by potentiometric and electrical conductivity methods, respectively (Soil to water ratio 1:2.5). Soil organic carbon, total nitrogen, phosphorus and potassium were measured using the Walkley and Black method, Kjeltec System Instrument, Olsen P extracting solution and extracted using ammonium acetate, respectively.
Results and discussion:
The results showed that the nitrogen deposition had significantly decreased the pH and EC. At the end of the study period, the amount of nitrogen in medium (0.47%± 0.010) and high (0.59%± 0.013) treatments was significantly higher than the control (0.36%± 0.006). The amount of phosphorus in medium (15.95± 0.39 mg kg-1) and high (14.95± 0.43 mgkg-1) treatments was significantly lower than the control (24.97± 1.05 mgkg-1). In addition, nitrogen deposition had caused a significant reduction in soil potassium. The amounts of ammonium (low: 6.04, medium: 7.23 and high: 8.53) and nitrate (low: 7.21, medium: 9.95 and high: 20.51) were significantly higher than in the control treatment (ammonium: 4.93 nitrate: 5.06). The reason for reduced soil pH and EC can be the leaching of base cations followed by leaching of nitrate and an increased ammonium concentration in the soil. The reason for increased nitrate can be its addition as well as the production of nitrate in the presence of ammonium. In general, results showed that the nitrogen deposition treatments had destructive effects on soil chemical properties that decreased pH and EC, potassium and phosphorus and increased the total nitrogen, organic Carbon, ammonium and nitrate in the soil.
Conclusion:
Increased nitrogen at the early stages may be partly responsible for tree growth but, with the passage of time and the saturation of nitrogen in the soil and the occurrence of nitrate leaching as well as loss of soil fertility, conditions for the growth of plants would become unsuitable. Due to a lack of data on the effects of nitrogen deposition on soil properties, extensive studies about its effects on the soil chemical and biological properties, such as soil microbial and enzyme activities as well as soil respiration, is suggested.
کلیدواژه‌ها [English]
Nitrogen deposition, Ammonium, Nitrate, Darabkola forest
مراجع
  1. Aber, J.D., Nadelhoffer, K.J., Steudler, P. and Melillo, J.M., 1989. Nitrogen saturation in northern forest ecosystems. Bio Science. 39, 378–386.
  2. Anonymous, 1996. Forest Management Plan of Darabkola Forest. Published by Forests, Range and Watershed Management Organization of Iran.
  3. Anonymous, 2013. Statistics of synoptic stations, Meteorological Organization of Mazandaran Province.
  4. Asner, G.P., Townsend, A.R., Riley, W.J., Matson, P.A., Neff, J.C. and Cleveland, C.C., 2001. Physical and biogeochemical controls over terrestrial ecosystem responses to nitrogen deposition. Biogeochemistry. 54, 1–39.
  5. Berg, B. and Matzner, E., 1997. Effect of N deposition on decomposition of plant litter and soil organic matter in forest systems. Environmental Reviews. 5, 1-25.
  6. Bobbink, R., Hicks, K., Galloway, J., Spranger, T., Alkemade, R., Ashmore, M., Bustamante, M., Cinderby, S., Davidson, E., Dentener, F., Emmet, B., Erisman, J. W., Fenn, M., Gilliam, F., Nordin, A., Pardo, L., and De Vries, W., 2010. Global assessment of nitrogen deposition effects on terrestrial plant diversity: a synthesis. Ecological Applications. 20, 30-59.
  7. Bouyoucos, G.J., 1951. A recalibration of the hydrometer for making mechanical analysis of soils. American Society of Agronomy. 43, 434–438.
  8. Cornell, S,E., Jickells, T.D. and Cape, J.N., 2003. Organic nitrogen deposition on land and coastal environments, a review of methods and data. Atmospheric Environment. 37, 2173–2191.
  9. Du, E., 2017. Integrating species composition and leaf nitrogen content to indicate effects of nitrogen deposition. Environmental Pollution. 221, 392-397.
  10. Erisman, J. W. and Draaijers, G. 2003. Deposition to forests inEurope, most important factors influencing dry depositionandmodels used for generalisation. Environmental Pollution. 124, 379–388.
  11. Espahbodi, K., Khoranke, S., Pourpanah, H., Rezaei, S., and Bagheri A., 2007. The effect of habitat factors on growth and resistance maple seedlings in nursery. Iranian Journal of Rangelands Forests Plant Breeding and Genetic Research. 15, 42-50 (In Persian with English abstract).
  12. Fan, H.B. and Hong, W., 2001. Estimation of dry deposition and canopy exchange in Chinese fir plantations. Forest Ecology and Management. 147, 88-107.
  13. Fang, H., Mo, J., Peng, S., Li, Z., and Wang, H., 2007. Cumulative effects of nitrogen additions on litter decomposition in three tropical forests in southern China. Plant and Soil. 297, 233-242.
  14. Fang, H., Mo, J., Peng, S., Li, Z. and Wang, H., 2007. Cumulative effects of nitrogen additions on litter decomposition in three tropical forests in southern China. Plant and Soil. 297, 233-242.
  15. Fang, Y.T., Gundersen, P., Mo, J.M. and Zhu, W.X., 2008. Input and output of dissolved organic and inorganic nitrogen in subtropical forests of South China under high air pollution. Biogeosciences. 5, 339–352.
  16. Galloway, J.N., Aber, J.D., Erisman, J.W., Seitzinger, S.P., Howarth, R.W., Cowling, E.B. and Cosby, B.J., 2003. The nitrogen cascade. Bioscience. 53, 341-356.
  17. Galloway, J.N., Dentener, F.J., Capone, D.G., Boyer, E.W., Howarth, R.W., Seitzinger, S.P., Asner, G.P., Cleveland, C.C., Green, P.A., Holland, E.A., Karl, D.M., Michaels, A.F., Porter, J.H., Townsend, A.R. and Vorosmarty, C.J., 2004. Nitrogen cycles, past, present, and future. Biogeochemistry. 70, 153-226.
  18. Gao, W., Zhao, W., Yang, H., Yang, H., Chen, G., Luo, Y., Fang, H. and Li, S., 2015. Effects of nitrogen addition on soil inorganic N content and soil N mineralization of a cold-temperate coniferous forest in Great Xing'an Mountains. Acta Ecologica Sinica. 35, 130-136.
  19. Ghazanshahi, J., 1997. Soil and plant analysis. Homa Publications, Tehran, Iran.
  20. Gruber, N.and Galloway, J.N.,2008.An earth-system perspective of the global nitrogen cycle. Nature. 451, 293–296.
  21. Gundersen, P., Emmett, B. A., Kjonaas, O. J., Koopmans, C. J. and Tietema, A., 1998. Impact of nitrogen deposition on nitrogen cycling in forests, A synthesis of NITREX data. Forest Ecology and Management. 101, 37–55.
  22. Guo-Liang, X.U., Jiang-Ming, M.O., Guo-Yi, Z.H.O.U. and Sheng-Lei, F.U., 2006. Preliminary response of soil fauna to simulated N deposition in three typical subtropical forests11project supported by the national natural science foundation of China. Pedosphere. 16, 596-601.
  23. Högberg, P., Fan, H., Quist, M., Binkley, D. and Tamm, C.O., 2006. Tree growth and soil acidification in response to 30years of experimental nitrogen loading on boreal forest. Global Change Biology. 12, 489–499.
  24. Hojjati, S.M., Hagen-Thorn, A, and Lamersdorf, N.P., 2009. Canopy composition as a measure to identify patterns of nutrient input in a mixed European beech and Norway spruce forest in central Europe. European Journal of Forest Research. 128, 13–25.
  25. Jafarihaghighi, M., 2003. Sampling and analysis of important physical and chemical soil analysis. Neda Zoha Press. Tehran, Iran.
  26. Kou, L., Wang, H., Gao, W., Chen, W., Yang, H. and Li, S., 2017. Nitrogen addition regulates tradeoff between root capture and foliar resorption of nitrogen and phosphorus in a subtropical pine plantation. Trees, 31, 77–91.
  27. Liu, X., Song, L., He, C. and Zhan, F., 2010. Nitrogen deposition as an important nutrient from the environment and its impact on ecosystems in China. Journal of Arid Land. 2, 137−143.
  28. Magill, A.H., Aber, J.D., Currie, W.S., Nadelhoffer, K.J., Martin, M.E., McDowell, W.H., Melillo, J. M. and Steudler,P., 2004. Ecosystem response to 15 years of chronic nitrogen additions at the Harvard Forest LTER, Massachusetts,USA. Forest Ecology and Management. 196, 7–28.
  29. Marvi Mohajer, M. R. 2007. Silviculture. Tehran University Press, Tehran, Iran.
  30. Minocha, R., Long, S., Magill, A. H., Aber, J. and McDowell, W. H., 2000. Foliar free polyamine and inorganic ion contentin relation to soil and soil solution chemistry in two fertilized stands at the Harvard Forest, Massachusetts. Plant and Soil. 222, 119–137.
  31. Mo, J., Zhang, W., Zhu, W., Fang, Y., Li, D. and Zhao, P., 2007. Response of soil respiration to simulated N depositionin a disturbed and a rehabilitated tropical forestin southern China. Plant Soil. 296, 125–135.
  32. Nelson, D.W., Sommers, L.E., 1996. Total carbon, organic carbon and organic matter. In: Page, A.L., Miller, R.H. (Eds.), Methods of Soil Analysis. Part 2. Agronomy, 2nd ed. American Society of Agronomy, Madison. WI, pp. 961–1010.
  33. Nordin, A., Strengbom, J., Witzell, J., Nasholm, T. and Ericson, L., 2005. Nitrogen deposition and the biodiversity ofboreal forests, Implications for the nitrogen critical load. AMBIO: A Journal of the Human Environment. 34, 20–24.
  34. Olsen, S.R., Cole, C.V., Watanabe, F.S., and Dean, L.A., 1954. Estimation of Available Phosphorus in Soils by Extraction with Sodium Bicarbonate. USDA Circular 030. U.S. Government Printing Office, Washington, DC.
  35. Potter, P., Ramankutty, N., Bennett, E.M. and Donner, S.D., 2010. Characterizing the spatial patterns of global fertilizer application and manure production. Earth Interactions. 14, 1-22.
  36. Sabeti, H. 2008. Forests, Trees and Shrubs of Iran. Yazd University press. Yazd, Iran.
  37. Salahi, A., Gruber, F., Geranfar, S. and Moniri, V.R., 2014. Investigation on nitrogen deposition in the greater Tehran metropolitan area and Caspian Sea lowland areas of Iran, up to altitude of 2200 meters. International Journal of AgriScience. 4, 426-431.
  38. Song, Y., Song, C., Meng, H., Swarzenski, C.M., Wang, X. and Tan, W., 2017. Nitrogen additions affect litter quality and soil biochemical properties in a peatland of Northeast China. Ecological Engineering. 100, 175-185.
  39. Stevens, C.J., Lind, E.M., Hautier, Y., Harpole, W.S., Borer, E.T., Hobbie, S., Seabloom, E.W., Ladwig, L., Bakker, J.D., Chu, C. and Collins, S., 2015. Anthropogenic nitrogen deposition predicts local grassland primary production worldwide. Ecology. 96, 1459-1465.
  40. Sumann, M., Amelung, W., Haumaier, L. and Zech, W., 1998. Climatic effects on soil organic phosphorus in the North American Great Plains identified by phosphorus-31 nuclear magnetic resonance. Soil Science Society of America Journal. 62, 1580–1586.
  41. Turner, B.L. and Romero T.E., 2010. Stability of hydrolytic enzyme activity and microbial phosphorus during storage of tropical rain forest soils. Soil Biology and Biochemistry. 42, 459–465.
  42. Turner, B.L., Chudek, J.A., Whitton, B.A. and Baxter, R., 2003. Phosphorus composition of upland soils polluted by long-term atmospheric nitrogen deposition. Biogeochemistry. 65, 259–274.
  43. Vitousek, P.M. and Howarth, R.W., 1991. Nitrogen limitation on land and in the sea, How can it occur? Biogeochemistry. 13, 87–115.
  44. Vitousek, P.M., Aber, J.D., Howarth, R.W., Likens, G.E., Matson, P.A. and Schindler, D.W., 1997. Human alteration of the global nitrogen cycle, sources and consequences. Ecological Applications. 7, 737–750.
  45. Wang, S., Chen, J.M., Ju, W.M., Feng, X., Chen, M., Chen, P. and Yu, G., 2007. Carbon sinks and sources in China¹s forests during 1901-2001. Journal of Environmental Management. 85, 524-537.
  46. Wei, X., Blanco, J.A., Jiang, H. and Kimmins, J.H., 2012. Effects of nitrogen deposition on carbon sequestration in Chinese fir forest ecosystems. Science of the Total Environment. 416, 351-361.
  47. Xian-Kai, L.U., Jiang-Ming, M.O., Gundersern, P., Wei-Xing, Z.H.U., Guo-Yi, Z.H.O.U., De-Jun, L.I. and Zhang, X., 2009. Effect of Simulated N Deposition on Soil Exchangeable Cationsin Three Forest Types of Subtropical China. Pedosphere. 19, 189–198.
  48. Xingren, L.I.U., Zhang, Q., Shenggong, L.I., Zhang, L. and Jianqiang, R.E.N., 2017. Simulated NH 4+-N Deposition Inhibits CH 4 Uptake and Promotes N 2 O Emission in the Meadow Steppe of Inner Mongolia, China. Pedosphere. 27, 306-317.
  49. Zhang, G., Chen, Z., Zhang, A., Chen, L. and Wu, Z., 2014. Influence of climate warming and nitrogen deposition on soil phosphorus composition and phosphorus availability in a temperate grassland. China. Journal of Arid Land. 6, 156-163.
  50. Zhang, L., Zou, J. and Siemann, E., 2017. Interactive effects of elevated CO 2 and nitrogen deposition accelerate litter decomposition cycles of invasive tree (Triadica sebifera). Forest Ecology and Management. 385, 189-197.
  51. Zhang, W., Mo, J., Fang, Y., Lu, X. and Wang, H., 2008. Emissions of nitrous oxide from three tropical forests in Southern China in response to simulated nitrogen deposition. Plant and Soil, 306. 221–236.
  52. Zhu, X., Zhang, W., Chen, H. and Mo, J., 2015. Impacts of nitrogen deposition on soil nitrogen cycle in forest ecosystems: A review. Acta Ecologica Sinica. 35, 35-43.
آمار
تعداد مشاهده مقاله: 11,854
تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 4,569