بررسی اثر تبدیل مراتع به اراضی کشاورزی بر ذخیره کربن

بررسی اثر تبدیل مراتع به اراضی کشاورزی بر ذخیره کربن

قرن بیستم، رشد جمعیت انسانی، افزایش بازده های کشاورزی و کاهش اراضی را تجربه کرده است. تغییر اقلیم و افزایش درجه حرارت یكی از مسایل مهم زیست محیطی بشر به حساب می آید كه در سالهای اخیر توجه بسیاری از دانشمندان و حتی عموم مردم را به خود جلب كرده است

. محققین بر این باورند که عامل اصلی گرما دی اکسید کربن است. ترسیب بیولوژیک کربن به وسیله زیتوده گیاهی و خاک تحت آن ساده ترین و عملی ترین راه کار است. در این میان درمنه زارها به عنوان یکی از وسیعترین اکوسیستم های مرتعی که 28 درصد مساحت کشور را در برگرفته است و به صورت کمربندی مناطق بیابانی و کویری ایران را احاطه کردند و یکی از گزینه های مناسب ترسیب کربن مناطق خشک و نیمه خشک می باشد از اهمیت خاصی برخوردار هستند. خاک، یکی از مهمترین اجزای این اکوسیستم ها، در مقیاس جهانی سومین مخزن ذخیره کربن و در توازن جهانی کربن و ترسیب مجدد آن نقش بسزایی دارد. با انقلاب صنعتی، تقریبا40 % از مراتع جهان به عنوان اراضی زراعی مدیریت شدند. تبدیل سیستم ها از مرتع به زمین کشاورزی در کشور ما نیز در حال افزایش است و بخش زیادی از مراتع به زمین کشاورزی (کشت گونه های درختی مثمر و غیر مثمر)، کشت محصولات زراعی گندم و جو، عملیات خاک ورزی..)تبدیل شده است. در درمنه زارهای استان سمنان نیز درمنه زارهای تبدیل شده­ی زیادی وجود دارد. لذا در این تحقیق به منظور براورد ذخیره کربن درمنه زار و درمنه زار تبدیل شده به اراضی زراعی و بررسی اثر تبدیل مراتع به اراضی زراعی آبی بر میزان ذخیره کربن، 6 تیمار شامل (1) درمنه زار،  درمنه زار تبدیل شده به (2)زمین جو زراعی آبی، (3) زمین آیش 2 ساله (خیار)، (4) زمین زراعی آبی ذرت ،(5) زمین زراعی آبی جو،  (6) زمین زراعی رها شده در منطقه یی 5 کیلومتر قبل از ایوانکی و 4 تیمار شامل (1)درمنه زار، (2) زمین زراعی آبی خربزه، (3) زمین زراعی آبی خربزه، (4) زمین زراعی آبی ذرت در منطقه یی 8 کیلومتر بعد از ایوانکی و 4 تیمار شامل (1)درمنه زار، (2) اراضی زراعی یونجه کاری شده، (3) ذرت و (4) زمین زراعی آبی جو در منطقه سرخه انتخاب گردید. نمونه برداری از پوشش گیاهی در هر تیمار به روش تصادفی- سیستماتیک در قالب 20 تا 30 پلات 1 متر مربعی در طول 2 تا 3 ترانسکت 200 متری انجام شد. در هر پلات درصد پوشش تاجی، تراکم، طول و عرض و ارتفاع هر پایه ، بیوماس اندام زیرزمینی و هوایی تعیین شد. به منظور براورد بیوماس اندام هوایی و زیرزمینی از معادلات بدست آمده در تحقیق های قبلی در منطقه استفاده گردید. در بخش گیاه ، کربن آلی ، ازت محاسبه شد. در بخش خاک، درصد رس، سیلت و ماسه، وزن مخصوص ظاهری، کربن آلی، اسیدیته، هدایت الکتریکی، نیتروژن ، درصد سنگ و سنگریزه در عمق 0-50 سانتی متری در 5 پروفیل در درمنه زارها و 3 نمونه در اراضی زراعی آبی و در مجموع در 50 نمونه اندازه گیری شد.

 جهت بررسی اثر اقدامات کشاورزی در درمنه­زارها بر میزان ذخیره کربن از آزمون تی استیودنت مستقل استفاده گردید. به منظور مقایسه میانگین ذخیره کربن در بین کاربری­های مختلف و همچنین مقایسه میزان ذخیره کربن در 3 منطقه مورد بررسی از آزمون تجزیه واریانس استفاده گردید. نتایج نشان داد که توان ذخیره کربن با حداقل و حداکثر در درمنه زارهای استان سمنان به ترتیب  18.2 و 2/78 تن در هکتار در مناطق مختلف متفاوت و معنی دار می­باشد. تغییر کاربری اراضی از درمنه زار به جو، ذرت، آیش، اراضی رها شده در منطقه اول و تبدیل به ذرت و خربزه در منطقه دوم و تبدیل به یونجه در منطقه سوم تاثیر قابل توجهی در افزایش کمی کربن ذخیره شده در اکوسیستم داشت، اما تغییر کاربری به جو و ذرت در منطقه سوم موجب کاهش ذخایر کربن گردید. به طور کلی نتایج بیانگر آنست که اثر کشاورزی در درمنه­زار بر میزان ذخیره کربن در منطقه اول ایوانکی در سطح 1 درصد معنی دار و در منطقه دوم ایوانکی در سطح 5 درصد و در منطقه سرخه غیر معنی دار و در نهایت بدون تفکیک مکان با اطمینان 99 درصد معنی دار گردید.

کلمات کلیدی: تبدیل اراضی، ذخیره کربن، درمنه­زار، اراضی زراعی، خصوصیات خاک، استان سمنان

فهرست مطالب

چکیده.......................................................  1

فصل اول

1-­ کلیات ..................................................... 2

1 -1- مقدمه........................................................ 3

1-2- اهداف تحقیق ........................................ 6

1-3- فرضیه تحقیق ............................ 6

فصل دوم

2- مرور منابع ........................................ 8

2-1- چرخه کربن آلی و ذخیره کربن آلی خاک و اکوسیستم .................................8

2-2- ذخیره کربن آلی در خاک های مناطق خشک.........................................9

2-3- عوامل ترسیب کربن در خاک­های خشک ....................................... 13  

2-4- اثرات تغییر کاربری اراضی بر ذخیره کربن آلی خاک و اکوسیستم ............................. 14

2-5- مقایسه خصوصیات فیزیکوشیمیایی خاک و خصوصیات گیاه با میزان ذخیره کربن در آنها.................... 21

2-6- جمع بندی  ................................. 23

فصل سوم

3- مواد و روش­ها ................................................ 24

3-1-  معرفی منطقه مورد مطالعه ..................................................................................................................... 25

3-1-1- منطقه ایوانکی .................................................................................................................................... 25

3-1-2- منطقه سرخه........................................................................................................................................ 25

3-2-پارامترهای اقلیمی .................................................................................................................................... 27

3-2-1- دما....................................................................................................................................................... 27

3-2-2- بارش.................................................................................................................................................. 28

3-2-3- باد....................................................................................................................................................... 28

3-2-4- اقلیم.................................................................................................................................................... 28

3-2-5-جمع بندی............................................................................................................................................29

3-3- پوشش گیاهی ........................................................................................................................................ 32

3-3-1- درمنه دشتی (Artemisia seiberi) .............................................................................................. 32

3-4- روش تحقیق .......................................................................................................................................... 33

3-4-1-نمونه برداری ...................................................................................................................................... 33

3-4-2- عملیات آزمایشگاهی ..........................................................................................................................34

3-4-2-1- عملیات ازمایشگاهی مربوط به پوشش گیاهی ...............................................................................34

3-4-2-2- عملیات ازمایشگاهی مربوط به خاک............................................................................................. 34

3-4-3- عملیات آماری ................................................................................................................................... 35

فصل چهارم

4- نتایج ........................................................................................................................................................... 36

4-1-    تشریح تیمارهای مورد مطالعه (اراضی زراعی آبی و درمنه زارها) به تفکیک ناحیه ...................................................37

4-1-1- ناحیه اول ایوانکی.................................................................................................................................37

4-1-1-1 درمنه­زار.............................................................................................................................................37

4-1-1-2 درمنه زار تبدیل شده به اراضی زراعی آبی با محصول جو................................................................37

4-1-1-3- درمنه زار تبدیل شده به اراضی زراعی آبی با محصول خیار(2 سال آیش) .....................................38

4-1-1-4- درمنه زار تبدیل شده به اراضی زراعی آبی با محصول ذرت...........................................................38

4-1-1-5- درمنه زار تبدیل شده به اراضی زراعی رها شده..............................................................................38

4-1-2-ناحیه دوم ایوانکی..................................................................................................................................39

4-1-2-1- درمنه­زار...........................................................................................................................................39

4-1-2-2- درمنه زار تبدیل شده به اراضی زراعی آبی با محصول خربزه..........................................................39

4-1-2-3- درمنه زار تبدیل شده به اراضی زراعی آبی با محصول ذرت...........................................................39

4-1-3 - ناحیه سرخه.........................................................................................................................................40

4-1-3-1- درمنه­زار...........................................................................................................................................40

4-1-3-2- درمنه زار تبدیل شده به اراضی زراعی آبی با محصول یونجه..........................................................40

4-1-3-3- درمنه زار تبدیل شده به اراضی زراعی آبی با محصول ذرت...........................................................40

4-1-3-4- درمنه زار تبدیل شده به اراضی زراعی آبی با محصول جو دایر.......................................................41

4-2-    مقایسه مقدار ذخیره کربن و ازت اکوسیستم در کاربری های مختلف .....................................................41

4-3-    مقایسه خصوصیات خاک در کاربری های مختلف...................................................................................49

4-4-   بررسی اثر تبدیل درمنه زار به اراضی زراعی آبی بر میزان ذخیره کربن و تثبیت ازت..............................52

4-4-1- ناحیه اول ایوانکی................................................................................................................................52

4-4-2- ناحیه دوم ایوانکی................................................................................................................................53

4-4-3- ناحیه سرخه.........................................................................................................................................54

4- 5  اثر کلی (زراعت آبی )بر ذخیره کربن و تثبیت ازت در درمنه زارهای استان سمنان.................................56

4-6- اثر تبدیل اراضی مرتعی به اراضی زراعی بر مشخصات خاک................................................................. 57

4-7- جمع بندی................................................................................................................................................58

4-7- اثر تبدیل کاربری اراضی از درمنه زار به اراضی زراعی آبی بر ذخیره کربن.............................................58

4-8-    مشخصات پوشش گیاهی و خاک در رویشگاههای درمنه­زار................................................................... 58

4-8-1- ناحیه اول در ایوانکی.......................................................................................................................... 58

4-8-1-1- بخش بیوماس اندام هوایی.............................................................................................................. 58

4-8-1-2- بخش بیوماس اندام زیر زمینی (ریشه) .......................................................................................... 59

4-8-1-3      بیوماس کل........................................................................................................................................ 59

4-8-2-    ناحیه دوم در ایوانکی........................................................................................................................... 59

4-8-2-1      بخش بیوماس اندام هوایی................................................................................................................ 59

4-8-2-2      بخش بیوماس اندام زیر زمینی (ریشه) ............................................................................................. 59

4-8-2-3         بیوماس کل.......................................................................................................................................59

4-8-2-4         بخش خاک .....................................................................................................................................59

4-8-3      ناحیه سرخه...........................................................................................................................................59

4-8-3-1      بخش بیوماس اندام هوایی.....................................................................................................................59

4-8-3-2  بخش بیوماس اندام زیر زمینی (ریشه) ...................................................................................................59

4-8-3-3  بیوماس کل...........................................................................................................................................60

4-9-           مقایسه میزان ترسیب کربن اندام­ها...................................................................................................................60

4-10 مقایسه میزان کربن و ازت در 3 ناحیه رویشی......................................................................................................60

فصل پنجم

5- بحث و نتیجه­گیری ..................................................................................................................................... 67

5-1- بررسی میزان کربن آلی و ازت گونه درمنه دشتی.................................................................................... 68

5-2- میزان ذخیره کربن و ازت در 3 ناحیه رویشگاهی................................................................................... 69

5-3- اثر تبدیل درمنه زار به اراضی زراعی برمیزان ذخیره کربن ..................................................................... 69

5-4- نتایج آزمون تجزیه واریانس برای مقایسه میزان ذخیره کربن خاک و گیاه در بین کاربری های مختلف........................... 71

5-5- نتیجه­گیری ............................................................................................................................................. 71

5-6- پیشنهادات .............................................................................................................................................. 72

منابع ................................................................................................................................................................. 74

پیوست ..............................................................................................................................................................89

چکیده انگلیسی.................................................................................................................................................98

فهرست جداول

جدول 3-1: پارامترهای اقلیمی در مناطق مورد مطالعه در استان سمنان............................................................ 30

جدول3-2: لیست فلورستیک گونه­های موجود در مناطق مورد مطالعه............................................................. 32

جدول4-1: نتایج تجزیه واریانس مقدار ذخیره کربن در کاربری های  مختلف.................................................42

جدول4-2: مقایسه کربن و ازت ذخیره شده در بین تیمارهای اراضی زراعی و درمنه زار (شاهد) در نواحی استان به طور جداگانه.........................................................................................................................................44

جدول4- 3: میانگین کربن و ازت اکوسیستم (تن در هکتار) در تیمارهای مختلف مطالعاتی.............................45

جدول 4-4: نتایج آزمون تجزیه واریانس برای مقایسه خصوصیات خاک در بین کاربری­های مختلف اراضی..52

جدول 4-5: مقایسه اثر تبدیل اراضی درمنه زار به اراضی زراعی آبی بر کربن ترسیب شده در ناحیه ایوانکی (ناحیه اول و دوم) و سرخه............................................................................................................................... 55

جدول4-6: مقایسه اثر تبدیل درمنه زار به اراضی زراعی  آبی  بر ازت تثبیت شده در ناحیه ایوانکی (ناحیه اول و دوم) و سرخه................................................................................................................................................. 55

جدول4- 7: مقایسه اثر (زراعت آبی) بر ذخیره کربن و ازت در درمنه زارهای استان سمنان........................... 56

جدول 4-8: تاثیر اقدامات زراعی در درمنه زارهای استان سمنان بر مشخصات خاک...................................... 57

جدول4-9: مقایسه میزان ترسیب کربن بین اندام های هوایی و زیر زمینی....................................................... 60

جدول4-10: مقایسه کربن و ازت ترسیب شده در اندام هوایی، زیر زمینی، خاک درمنه زار در 3 زیر ناحیه رویشی در استان سمنان..................................................................................................................................... 61

جدول4-11: مقایسه خصوصیات محیطی در رویشگاههای مختلف در استان سمنان........................................ 62

جدول4-12: مقایسه خصوصیات خاک در مناطق مختلف رویشی در استان سمنان.......................................... 63

فهرست اشکال

شکل 3-1:  موقعیت جغرافیایی مناطق مورد مطالعه در استان سمنان................................................................ 26

شکل 3- 2: موقعیت ایستگاههای هواشناسی ................................................................................................... 30

شکل3- 3: آمبروترمیک ایستگاه سینوپتیک سمنان در سال 88-89................................................................... 31

شکل3- 4: آمبروترمیک ایستگاه سینوپتیک گرمسار در سال 88-89................................................................. 31

شکل4-1: مقایسه میانگین کربن کل در کاربری های مختلف در 3 رویشگاه  (تن در هکتار) ......................... 46

شکل4-2: مقایسه میانگین کربن کل اکوسیستم در کاربری های مختلف در رویشگاه اول (تن در هکتار).........46

شکل4-3: مقایسه میانگین درصد کربن در کاربری های مختلف در رویشگاه اول .......................................... 47

شکل4-4: مقایسه میانگین درصد ازت در کاربری های مختلف در رویشگاه دوم ........................................... 47

شکل4-5: مقایسه میانگین درصد کربن در کاربری های مختلف در رویشگاه سوم.......................................... 48

شکل4- 6: مقایسه میانگین درصد ازت در کاربری های مختلف در رویشگاه سوم.......................................... 48

شکل4-7: مقایسه میانگین ازت کل اکوسیستم در کاربری های مختلف در رویشگاه سوم (تن در هکتار)

(حروف مشابه بیانگر عدم تفاوت معنی دار بین تیمارها.....................................................................................49

شکل4-8: مقایسه میانگین درصد پوشش تاجی  در نواحی رویشگاهی استان سمنان (مناطق شاهد) با آزمون دانکن در سطح 5درصد..................................................................................................................................... 64

شکل4-9: مقایسه میانگین درصد تراکم در نواحی رویشگاهی استان سمنان (مناطق شاهد) با آزمون دانکن در سطح 5درصد..................................................................................................................................................... 64

شکل4-10: مقایسه میانگین درصد کربن آلی در نواحی رویشگاهی استان سمنان (مناطق شاهد) با آزمون دانکن در سطح............................................................................................................................................................. 65

شکل4-11: مقایسه میانگین درصد سنگ و سنگریزه  در نواحی رویشگاهی استان سمنان (مناطق شاهد) با آزمون دانکن در سطح 5درصد.............................................................................................................................................................. 65

شکل4-12: مقایسه میانگین هدایت الکتریکی در نواحی رویشگاهی استان سمنان (مناطق شاهد) با آزمون دانکن در سطح 5درصد................................................................................................................................................ 66

شکل4-13: مقایسه میانگین کربن(تن در هکتار) در نواحی رویشگاهی استان سمنان (مناطق شاهد) با آزمون دانکن در سطح 5درصد..................................................................................................................................... 66