تاثیر میزان رطوبت خاک بر دینامیک کربن و نیتروژن آلی بقایای گیاهی یونجه و جو

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد گروه علوم خاک دانشگاه زنجان

2 استاد گروه علوم خاک دانشگاه زنجان

3 استادیار گروه علوم خاک دانشگاه جیرفت

چکیده

چکیده
سابقه و هدف: میزان کربن و نیتروژن آلی خاک توسط دو فاکتور اساسی شامل میزان کربن و نیتروژن ورودی به خاک و سرعت تجزیه‌ی آن‌ها کنترل می‌شود. ترکیبی از فاکتورهای محیطی و بیولوژیکی در سرعت معدنی شدن کربن و نیتروژن آلی در خاک نقش دارند و میکروب‌ها عامل اصلی در تجزیه کلش‌ و بقایای گیاهی هستند. فاکتورهای غیر زنده شامل دما، نوع خاک، چگالی ظاهری، رطوبت خاک و کیفیت آب آبیاری از طریق تاثیرگذاری بر فعالیت‌های میکروبی بر معدنی شدن کربن و نیتروژن آلی موثرند. سرعت معدنی شدن کربن و نیتروژن آلی در مناطقی با دما و رطوبت بالا نسبت به مناطق سرد و خشک بیشتر است. با توجه به رابطه‌ی معکوس بین رطوبت خاک و میزان تهویه هدف این آزمایش بررسی تاثیر سطوح مختلف رطوبت خاک بر دینامیک کربن و نیتروژن آلی بقایای گیاهی یونجه و جو بود.
مواد و روش‌ها: به‌منظور بررسی تاثیر میزان رطوبت خاک بر دینامیک کربن و نیتروژن آلی یک آزمایش به صورت کرت‌های دو بار خرد شده، بر پایه‌ی طرح کاملا تصادفی، با سه تکرار و با استفاده از کیف کلش به اجرا در آمد. فاکتورهای مورد بررسی در این آزمایش شامل نوع بقایای گیاهی در دو سطح (جو و یونجه)، سطوح رطوبتی خاک در پنج سطح (10، 25، 50، 75 و 100 درصد رطوبت اشباع) و مدت زمان خوابانیدن بقایا در چهار سطح (1، 2، 3 و 4 ماه) بودند که به ترتیب در کرت‌های اصلی، فرعی و فرعی- فرعی قرار داده شدند. پس از سپری شدن فواصل زمانی خوابانیدن، کیف‌های کلش از خاک خارج و پس از اندازه‌گیری وزن بقایای گیاهی باقیمانده در آن‌ها میزان کربن آلی بقایا به‌روش خاکستر کردن در دمای 450 درجه‌ی سانتی‌گراد به مدت پنج ساعت و میزان نیتروژن کل با استفاده از روش کلدال اندازه‌گیری شد. مقدار هدررفت کربن و نیتروژن آلی از کسر میزان کربن و نیتروژن باقیمانده در هر بازه زمانی از میزان کربن و نیتروژن آلی باقیمانده‌ در بازه‌ی زمانی ما قبل آن محاسبه گردید.
یافته‌ها: در رطوبت‌های 10، 25، 50، 75 و 100 درصد رطوبت اشباع به ترتیب 05/12، 21/54، 59/70، 52/66 و 42/62 درصد کربن بقایای یونجه و 36/10، 37/48، 63/60، 38/59 و 29/55 درصد کربن بقایای جو در یک دوره‌ی چهار ماهه تلف گردید. همچنین مقدار هدررفت نیتروژن آلی در سطوح رطوبتی ذکر شده برای بقایای یونجه به ترتیب 54/20، 65/57، 44/70، 62/59 و 51/57 درصد و برای بقایای جو به ترتیب 68/11، 05/56، 61/63، 27/52 و 58/47 درصد در یک دوره‌ی چهار ماهه بود.
نتیجه‌گیری: مقدار هدررفت کربن و نیتروژن آلی بقایا در اولین ماه خوابانیدن به‌مراتب بیشتر از سه ماهه‌ی بعدی خوابانیدن بود. نتایج همچنین نشان دادند که کمبود رطوبت خاک در مقایسه با بیش بود آن (کمبود تهویه) عامل محدود کننده‌تری برای تجزیه‌ی بقایای گیاهی بود و در حالت اشباع نیز مقدار قابل توجهی از کربن و نیتروژن آلی بقایا تجزیه ‌گردید.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The effects of soil moisture levels on dynamics of organic carbon and nitrogen from alfalfa and barley residues

نویسندگان [English]

  • zahra najafi 1
  • ahmad golchin 2
  • saeid shafiei 3
1 M.Sc. Student, Dept. of Soil Science, The university of Zanjan
2 Professor, Dept. of Soil Science, The university of Zanjan
3 Assistant Prof., Dept. of Soil Science, The university of Jiroft
چکیده [English]

Abstract
Background and objectives: The organic carbon and nitrogen contents of soils are controlled by the amounts of organic carbon and nitrogen input into soils and by the decomposition rates of organic carbon and nitrogen of plant residues. A combination of environmental and biological factors are involved in organic carbon and nitrogen mineralization. Microbes are agents responsible for litter degradation and abiotic factors such as temperature, soil type, bulk density, soil moisture and irrigation water quality influence organic carbon and nitrogen mineralization rates since microbial activities are affected by these factors. The rate of organic carbon and nitrogen mineralization is higher in warm and moist environments than in cold or dry sites. Due to the inverse relationship between soil moisture and aeration this experiment was performed to evaluate the effects of soil moisture levels on dynamics of organic carbon and nitrogen from alfalfa and barley residues.
Materials and methods: This experiment was performed to evaluate the effects of soil moisture on organic carbon and nitrogen dynamics. For this purpose, a split – split plot experiment with three replications was conducted using litter bag method. Factors examined were types of plant residue (barley and alfalfa), soil moisture levels (10, 25, 50, 75 and100% of saturation levels) and incubation periods (1, 2, 3 and 4 months). At the end of incubation periods, the litter bags were pulled of the pots and the weights of plant residues remained in bags were measured. The plant residues were also analyzed for organic carbon and nitrogen using dry combustion and kjeldahl methods respectively. Organic carbon and nitrogen losses were calculated by subtracting the remaining amounts of organic carbon and nitrogen in one incubation time interval from those of the latter incubation.
Results: The results showed that the amounts of organic carbon lost after 4 months were 12.05, 54.21, 70.59, 66.52 and 62.04% for alfalfa residue and 10.36, 48.37, 60.63, 59.38 and 55.29% for barley residue when the soil moisture levels were adjusted at 10, 25, 50, 75 and 100% of saturation percentage (sp) respectively. The corresponding amounts for organic nitrogen lost were also 20.54, 57.65, 70.44, 59.62 and 57.51% for alfalfa residue and 11.68, 56.05, 63.61, 52.27 and 47.58% for barley residue respectively.
Conclusion: The amounts of organic carbon and nitrogen lost in the first month of incubation were higher than the sum of those lost in the other months of incubation. The results also showed that soil moisture deficit is a stronger limiting factor for plant residue decomposition than aeration and in saturated soils a significant amount of plant residues is decomposed.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Key words: Soil moisture
  • Organic carbon and nitrogen dynamic
  • Decomposition of plant residue
  • Alfalfa residue
  • Barley residue
1.Ali Ehyaei, M., and Behbahanizade, A.A. 1993. Methods of soil analysis. Soil and Water Research Institute. 1: 893. 6-98. (In Persian) 
2.Austin, A.T., and Vivanco, L. 2006. Plant litter decomposition in a semi-arid ecosystem controlled by photodegradation. Nature. 442: 555-558.
3.Baldock, J.A. 2007. Composition and cycling of organic carbon in soil. Nutrient Cycling in Terrestrial Ecosystems. Springer Berlin Heidelberg. Pp: 1-35.
4.Bremner, J.M., and Mulvaney, C.S. 1982. Nitrogen total. P 595-624, In: A.L. Page, R.H. Miller and D.R. Keeney (Eds.), Methods of soil analysis. Part 2. Chemical analysis. American Society of Agronomy Inc. and Soil Science Society of American Inc. Madison, WI.
5.Das, S.K., Reddy, S.G., Sharma, K.L., Vittal, K.P.R., Venkateswarlu, B., Reddy, M.N., and Reddy, Y.V.R. 1993. Prediction of nitrogen availability in soil after crop residue incorporation. Fertilizer research. 34: 209-215.
6.Ford, D.J., Cookson, W.R., Adams, M.A., and Grierson, P.F. 2007. Role of drying in nitrogen mineralization and microbial community function in semiarid grasslands of north-west Australia. Soil Biology and Biochemistry. 39: 1557-1569.
7.Franzluebbers, A.J. 1999. Microbial activity in response to water-filled pore space of variably eroded southern Piedmont soils. Applied Soil Ecology. 11: 91-101.
8.Kieft, T., Soroker, E., and Firestone, M. 1987. Microbial biomass response to a rapid increasein water potential when dry soil is wetted. Soil Biology and Biochemistry. 19: 119-126.
9.Kumar, K., and Goh, K.M. 2000. Crop residues andmanagement practices: effects on soil quality, soil nitrogen dynamic, crop yield, and nitrogen recovery. Advances in Agronomy. 68: 197-319.
10.Leiros, M.C., Trasar-Cepeda, C., Seoane, S., and Gil-Sotres, F. 1999. Dependence of mineralization of soil organic matter on temperature and moisture. Soil Biology and Biochemistry. 31: 327-335.
11.Linn, D.M., and Doran, J.W. 1984. Effect of water-filled pore space on carbon dioxide and nitrous oxide production in tilled and nontilledsoils. Soil Sci. Soc. Amer. J. 48: 1267-1272.
12.Lutzow, M.V., Kogel-Knabner, I., Ekschmitt, K., Matzner, E., Guggenberger, G., Marschner, B., and Flessa, H. 2006. Stabilization of organic matter in temperate soils: mechanisms and their relevance under different soil conditions: a review. Europ. J. Soil Sci. 57: 426-445.
13.Moorhead, D.L., Currie, W.S., Rastetter, E.B., Parton, W.J., and Harmon, M.E. 1999. Climate and litter quality controls on decomposition: An analysis of modeling approaches. Global Biochemical Cycles. 13: 2. 575-589.
14.Murungu, F.S., Chiduza, C., Muchaonyerwa, P., and Mnkeni, P.N.S. 2011. Decomposition, nitrogen and phosphorus mineralization from winter-grown cover crop residues and suitability for a smallholder farming system in South Africa. Nutr Cycl Agroecosyst.
89: 115-123.
15.Silveira, M.L., Reddy, K.R., and Comerford, N.B. 2011. Litter decomposition and soluble carbon, nitrogen, and phosphorus release in a forest ecosystem. Open J. Soil Sci. 1: 86-96.
16.Singh, Y., Singh, B., and Timsina, J. 2005.Crop residue management for nutrient cycling and improving soil productivity in rice-based cropping systems in the tropics. Advances in Agronomy. 85: 269-407.
17.Stanford, G., Frere, M.H., and Vanderpol, R.A. 1975. Effect of fluctuating temperature on soil nitrogen mineralisation. Soil Science. 119: 222-226.
18.Ogle, S.M., Jay, B.F., and Paustian, K. 2005. Agricultural management impacts on soil organic carbon storage under moist and dry climatic conditions of temperate and tropical regions. Biogeochemistry. 72: 87-121. 
19.Olson, J.S. 1963. Energy storage and balance of producers and decomposition in ecological systems. Ecology. 44: 322-331.
20.Pal, D., and Broadbent, F.E. 1975. Influence of moisture on rice straw decomposition in soils. Soil Science Society of America. 39: 59-63.
21.Quemada, M., and Cabrera, M.L. 1997. Temperature and moisture effects on C and N mineralization from surface applied clover residue. Plant and Soil. 189: 127-137.
22.Vaieretti, M.V., Pérez, H.N., and Gurvich, D.E. 2005. Decomposition dynamics and
physico-chemical leaf quality of abundant species in montane woodland in central Argentina. Plant and Soil. 21: 205-278.
23.Walkley, A., and Black, I.A. 1934. An examination of Degtjareff method for determining soil organic matter and proposed modification of the chromic acid titration method.
Soil Science. 37: 29-37.
24.Zak, D.R., Holmes, W.E., MacDonald, N.W., and Pregtizer, K.S. 1999. Soil temperature, matric potential and the kinetics of microbial respiration and nitrogen mineralization. Soil Sci. Soc. Amer. J. 63: 575-584.
25.Zhang, D., Hui, D., Luo, Y., and Zhou, G. 2008. Rates of litter decomposition in terrestrial ecosystems: global patterns and controlling factors. J. Plant Ecol. 1: 2. 85-93.