اثر چرای شدید بلندمدت بر خصوصیات خاک و حضور مجدد گونه غالب در مراتع قوشچی ارومیه

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 نویسنده مسئول، دانشجوی دکتری علوم و مهندسی مرتع، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران

2 استاد گروه علوم و مهندسی مرتع، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران.

3 دانشیار گروه علوم و مهندسی مرتع، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران.

چکیده

سابقه و هدف: اکوسیستم‌های مرتعی به علت تنوع محصولات و خدمات اکوسیستم‌های مرتعی به علت تنوع محصولات و خدمات از جمله جمله دامداری دامداری، پناهگاه پناهگاه حیات‌وحش، تنوع گونه‌های گیاهی و جانوری همچنین تنظیم جریان رواناب و کیفیت آن‌ها دارای اهمیت به‌سزایی هستند. این اکوسیستم‌ها نسبت به تغییرات عوامل محیطی حساس هستند (1). ارزیابی مراتع در درازمدت، زمینه برنامه‌ریزی اصولی و جلوگیری از تخریب مراتع و حفظ خاک را فراهم می‌نماید. همچنین پراکنش هرگونه گیاهی در محدوده‌های جغرافیایی خاصی امکان‌پذیر است، زیرا گیاهان نیازهای محیطی ویژه‌ای دارند که اگر قرار باشد در یک منطقه معین رشد و تولید مثل کنند، باید این احتیاجات تأمین گردد. ارزیابی حضور مجدد گونه‌های گیاهی در عرصه پس از چرای مفرط، اطلاعات مهمی درباره ظرفیت مراتع برای بازیابی ساختار و خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خود و جلوگیری از فرسایش خاک مراتع ارائه می‌کند. در مطالعه حاضر، پژوهشی 4 ساله در مراتع منطقه قوشچی ارومیه به منظور بررسی اثر شرایط چرایی بر خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و فرسایش خاک و حضور مجدد گونه‌ غالب گیاهی پس از چرای شدید اجرا شد.
مواد و روش‌ها: سایت 2 هکتاری منطقه قوشچی ارومیه با استفاده از حصارکشی به دو سایت یک هکتاری تحت قرق و چرا تقسیم و به مدت چهار سال از سال 1400 الی 1403 تحت بررسی قرار گرفت. در سایت تحت چرا، چرای شدید توسط دامگذاری به مدت دو هفته در ابتدای بهار سال 1400 اعمال و حضور مجدد گونه‌ گیاهی غالب چرا شده در بهار و تابستان هرسال از بهار سال 1400 تا بهار سال 1403 و مجموعاً هفت نوبت توسط روش ترانسکت کوادرات و پلات‌گذاری در نقاط یکسان با قبل از چرا مشخص شد. از طرف دیگر، شدت فرسایش خاک در هر دو سایت تحت قرق و تحت چرای شدید با معیارهای چهارگانه فرسایش سطحی، شیاری، آبراهه‌ای و خندقی ارزیابی شد. نمونه‌برداری از خاک در دو عمق 0 تا 10 و 10 تا 20 سانتی‌متر در داخل هر پلات انجام گرفت. فرسایش سطحی با بررسی دانه‌بندی ذرات (MWD) و ماده آلی (OM) خاک، فرسایش‌های شیاری و آبراهه‌ای با روش مشاهده میدانی و فرسایش خندقی به کمک شاخص‌های هدایت الکتریکی (EC) و نسبت جذب سدیم (SAR) تعیین شد. فرسایش سطحی براساس شاخص نسبت قطر ذرات خاک در فراوانی معین در خاک سطحی (10-0 سانتی‌متر) به خاک زیرسطحی (20-10 سانتی‌متر) بیان شد. از نظر مستعد بودن خاک برای فرسایش، اسیدیته 9/5 و هدایت الکتریکی 1/0 حد آستانه برای فرسایش خطی اعم از لوله‌ای، شیاری و خندقی می‌باشند. از طرف دیگر، مقدار رس موجود در بافت خاک منطقه زیر 10 درصد است، خاک درشت بافت بوده و منافذ خاک حفظ شده و نفوذ آب به درون خاک در طول زمان کاهش نخواهد یافت تا منجربه ایجاد روان آب سطحی گردد. در نتیجه، روان آب بستر خود را عمیق نمی‌کند که با افزایش آن فرسایش خندقی ایجاد گردد.
یافته‌ها: نتایج نشان داد که اثر سال‌ تنها بر ماده آلی و اسیدیته خاک معنی‌دار است. همچنین اثر شرایط چرایی (قرق یا تحت چرا) بر تمامی پارامترها به غیر از ماده آلی معنی‌دار بوده و اثر متقابل سال در شرایط چرایی بر هیچ یک از پارامترها معنی‌دار نبود. بیشترین میزان ماده آلی در سال 1401 به میزان 55/1 درصد و کمترین آن در سال 1402 به میزان 1/1 درصد بدست آمد. بیشترین میزان اسیدیته در سال 1403 به میزان 83/7 و کمترین آن در سال 1402 به میزان 59/7 بدست آمد. اسیدیته، هدایت الکتریکی و نسبت جذب سدیم در سایت تحت چرا به طور معنی‌داری بیشتر از سایت تحت قرق بودند اما میانگین قطر وزنی خاکدانه‌ها در سایت تحت قرق به طور معنی‌داری بیشتر از سایت تحت چرا بود (P<0.01). نتایج بررسی حضور مجدد در سایت تحت چرای شدید نشان داد که اثر سال، فصل و اثر متقابل آن‌ها بر حضور مجدد درمنه دشتی (Artemisia Sieberi) در عرصه، معنی‌دار هستند. کمترین مقدار حضور مجدد این گونه به علت فاصله زمانی کم پس از چرا در بهار سال 1400 به میزان 6 درصد و بیشترین آن به علت فاصله زمانی زیاد پس از چرا در تابستان سال 1403 به میزان 3/124 درصد بود. در میان پارامترهای تحت بررسی، تقریباً ارتباط مستقیمی بین ماده آلی خاک و حضور مجدد وجود داشت اما بقیه خصوصیات خاک با حضور مجدد گونه غالب ارتباط خاصی نداشتند. خاک منطقه در طبقه سدیمی قرار داشت و صرف‌نظر از فرسایش‌های شیاری و خندقی که در هر دو سایت تحت قرق و چرا به ترتیب، متوسط و خیلی کم بودند، دو نوع دیگر فرسایش شامل سطحی و آبراهه‌ای در سایت تحت چرا بیشتر از سایت تحت قرق بودند. در مجموع چرای شدید علاوه بر اثرات منفی که بر روی پوشش گیاهی داشت، موجب فرسایش بیشتر خاک نیز شد.
نتیجه‌گیری: اسیدیته، هدایت الکتریکی و نسبت جذب سدیم در سایت تحت چرا به طور معنی‌داری بیشتر از سایت تحت قرق بودند اما میانگین قطر وزنی خاکدانه‌ها در سایت تحت قرق به طور معنی داری بیشتر از سایت تحت چرا بود. نتایج بررسی حضور مجدد نشان داد که اثر سال، فصل و اثر متقابل آن‌ها بر حضور مجدد گونه غالب درمنه دشتی معطر، معنی‌دار هستند. کمترین میزان حضور مجدد گونه تحت بررسی در بهار سال 1400 به میزان 6 درصد و بیشترین آن در تابستان سال 1403 به میزان 3/124 درصد بود. پیشنهاد می‌گردد در عمل، در حد بضاعت مراتع از آن‌ها بهره‌گیری شود. فصل چرا و ورود دام به عرصه، کارشناسی شده صورت پذیرد. نتیجه کاربردی این که پس از وقوع چرای شدید باید به مرتع فرصت بازیابی داد تا گونه‌های گیاهی غالب به عرصه بازگشته و جلوی فرسایش خاک گرفته شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

The effect of long-term intensive grazing on soil properties and the reversibility of dominant species in Ghoshchi rangelands of Urmia

نویسندگان [English]

  • Zhila Ghorbani 1
  • Zeinab Jafarian 2
  • Jamshid Ghorbani 3
1 Corresponding Author, Ph.D. Student of Rangeland Sciences and Engineering, Faculty of Natural Resources, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran.
2 Professor, Dept. of Rangeland Sciences and Engineering, Faculty of Natural Resources, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran
3 Associate Prof., Dept. of Rangeland Sciences and Engineering, Faculty of Natural Resources, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran
چکیده [English]

Background and purpose: Rangeland ecosystems are of great importance due to the diversity of products and services they provide, including livestock production, wildlife refuges, Rangeland ecosystems are of great importance due to the diversity of products and services they provide, including livestock production, wildlife refuges, Rangeland ecosystems are of great importance due to the diversity of products and services they provide, including livestock production, wildlife refuges, plant and animal species diversity, and the regulation of runoff flow and quality. These ecosystems are sensitive to changes in environmental factors (1). Long-term rangeland assessment provides the basis for systematic planning, prevention of rangeland degradation, and soil conservation. It is also possible for any plant to spread within specific geographical areas, because plants have specific environmental needs that must be met if they are to grow and reproduce in a given area. Reversibility assessment of plant species after overgrazing provides important information about the capacity of pastures to restore their structure and function plus prevent soil erosion. In this study, 4-year research was conducted in the Urmia Ghoshchi rangelands for investigating the effect of graze conditions on the physical, chemical and soil erosion and the reversibility of the dominant plant species after overgrazing.
Materials and methods: A 2-hectare site in Urmia Ghoshchi region was divided into two 1-hectare sites under graze and exclosure using intermediate fencing and was investigated for 4 years from 1400 to 1403. In the graze site, overgrazing by deliberate animal husbandry for 2 weeks at the beginning of the spring of 1400 and the reversibility of the dominant plant species grazed in the spring and summer of each year from the spring of 1400 to the spring of 1403 and a total of 7 times by transect quadrat technic and plotting was determined at the same points as before graze. On the other hand, the intensity of soil erosion in both sites under exclosure and under overgraze was evaluated with the four criteria of surface erosion, furrow, watercourse and ditch. Soil sampling was done at two depths of 0 to 10 and 10 to 20 cm inside each plot. Surface erosion was determined by MWD and organic matter (OM), furrow erosion by field observation and ditch erosion using EC and sodium absorption ratio (SAR). Surface erosion was expressed as an index of the ratio of soil particle diameters at a given frequency in the topsoil (0-10 cm) to the subsurface soil (10-20 cm). In terms of soil susceptibility to erosion, acidity of 5.9 and electrical conductivity of 0.1 are the thresholds for linear erosion, including tubular, furrow, and ditch erosion. On the other hand, the amount of clay in the soil texture of the area is below 10 percent, the soil is coarse-textured, and the pores of the soil are preserved, and water penetration into the soil will not decrease over time, leading to the creation of surface runoff. As a result, the runoff will not deepen its bed, which will increase and cause ditch erosion.
Findings: The results showed that the effect of year is significant only on OM and soil pH. Also, the effect of graze conditions was significant on all parameters except OM, and the interaction effect of year on graze conditions was not significant on any of the parameters. The highest amount of OM was obtained in 1401 at the rate of 1.55 and the lowest in 1402 at the rate of 1.1. The highest amount of pH was obtained in 1403 at the rate of 7.83 and the lowest in 1402 at the rate of 7.59. pH, EC and SAR in the site under grazing were significantly higher than the site under exclosure, but the soil MWD in the site under exclosure was significantly higher than the site under graze. The results of the reversibility section in the site under overgraze showed that the effect of year, season and their interaction on the reversibility of Artemisia Sieberi are significant. The lowest amount of reversibility was 6% in the spring of 1400 and the highest was 124.3% in the summer of 1403. Among the parameters under investigation, there was almost a direct relationship between OM and reversibility, but the rest of the soil properties had no special relationship with reversibility. The soil of the area was in the sodic layer, and regardless of ditch erosion, which was very low in both sites, the other types of erosion were higher in the graze site than in the exclosure site. In total, overgraze, in addition to the negative effects it had on the vegetation, also caused more soil erosion.
Conclusion: pH, EC and SAR in the site under graze were significantly higher than the site under flooding, but the average weight diameter of soil grains in the site under flooding was significantly higher than the site under graze. The results of the reversibility section showed that the effect of year, season and interaction effect of them on the reversibility of the Artemisia Sieberi are significant. Lowest value of reversibility was 6% in the spring of 1400 and the highest value was 124.3% in the summer of 1403. It is suggested that in practice, pastures should be utilized to the extent of their capacity. The grazing season and livestock entry into the field should be done in an expert manner. The practical conclusion is that after heavy grazing, the pasture should be given a chance to recover so that the dominant plant species can return to the field and soil erosion can be prevented.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Rangeland
  • soil erosion
  • reversibility
  • sodium absorption ratio
  • Acidity
1.Heshmati, G. A., Karimian, A. A., Karami, P., & Amirkhani, M. (2007). Qualitative assessment of hilly range ecosystems potential at Inche- boron area of Golestan province. Iranian Journal of Agricultural Sciences and Natural Resources, 14(1), 174-182. [In Persian]
2.Godefroid, S., & Koedam, N. (2007). Urban plant species patterns are highly driven by density and function of built-up areas. Landscape Ecology, 22(8), 1227-1239. https://doi.org/10. 1007/s10980-007-9102-x.
3.Jarema, S. I., Samson, J., McGill, B. J., & Humphries, M. M. (2009). Variation in abundance across species range predicts climate change responses in the range interior will exceed those at the edge: a case study with north American beaver. Global Change Biology, 15, 508-522.
4.Chaturvedi, O. H., Sankhyan, S. K., Sahoo, A., & Karim, S. A. (2012). Nutrient utilization and reproductive performance of flushing ewes grazing on Community rangeland. Indian Journal of Animal Sciences, 82(11), 1446-1450.
5.Keeley, J. E., Franklin, J., & D’Antonio, C. (2010). Fire and invasive plants on California landscapes. The landscape ecology of fire, Book Chapter, pp 193-221.
6.Sharifi, J., & Emani, A. (1999). Fire effect on vegetation and species composition. Iranian Journal of Natural Resources, 59, 517-525. [In Persian]
7.Guevara, J. C., Estevez, O. R., Stasi, C. R., & Le Houerou, H. N. (2006). The Role of Weeping Lovegrass, Eragrostis curvula, in the Rehabilitation of Deteriorated Arid and Semiarid Rangelands in Argentina. Arid Land Research and Management, 19(2), 125-146.
8.Koutsias, N., & Karteris, M. (2000). Burned areas mapping using logistic regression modeling of a single post-fire Landsat-5 Thematic Mapper image. International Journal of Remote Sensing, 21, 673-687.
9.Abdi, N., Maddah Arefi, H., & Zahedi Amiri, Gh. (2008). Estimation of carbon sequestration in Astragalus rangelands of Markazi province (Case study: Malmir rangeland in Shazand region). Iranian Journal of Range and Desert Research, 15(2), 269-282. [In Persian]
10.Akafi, H. M., & Ejtehadi, H. (2007). Investigating the diversity of plant species in two regions using frequency distribution models. Journal of Basic Sciences of Islamic Azad University,
66, 63-72.
11.Graham, R. T., Jain, T. B., & Kingery, J. L. (2010). Ameliorating conflicts among deer, elk, cattle and/or other ungulates and other forest uses: a synthesis. Forestry, 83(3), 245-255.
12.Certini, G., (2005). Effects of fire on properties of forest soils: a review. Oecologia, 143(1), 1-10.
13.Kristofor, R. B. (2006). Soil physiochemical changes following 12 years of annual burning in humid-subtropical tall grass prairie. A hypothesis. Acta Ecologica, 30, 407-413.
14.Ortmann, J., Beran, D. D., Masters, R. A., & Stubbendieck, J. L. (2008). Grassland management with prescribed Fire. Nebraska cooperative extension. EC 98-148. Historical materials from university of Nebrasca-Lincoln Extension.
15.Cassie, L., Hebel, J., Smith, E., & Cromack, K. (2009). Invasive plant species and soil microbial response to wildfire burn severity in the Cascade Range of Oregon. Applied Soil Ecology, 42, 150-159.
16.Duckworth, B. (2000). Rangeland fragile in hot spot. Reading List, Livestock Producer.
17.Amiri, M. S. (2006). Floristic survey of Tirgan watershed located in Hazar Masjid area. Master's Thesis, Department of Biology of Plant Sciences, Ferdowsi University of Mashhad, 174 p. [In Persian]
18.Anderson, D. W., Saggar, S., Bettany, J. R., & Stewart, J. W. B. (1981). Particle size fractions and their use in studies of soil organic matter: I. The nature and distribution of forms of carbon, nitrogen, and sulfur. Soil Science Society of America Journal, 45(4), 767-772.
19.Jafarian, Z., & Tayefeh Seyyed Alikhani, L. (2013). Carbon Sequestration Potential in Dry Farmed wheat in Kiasar Region. Agricultural science and sustainable development, 23(1), 31-41. [In Persian]
20.Asghari Saraskanroud, S. (2017). Analysis of effective parameters on the formation and improvement of soil ditch erosion. Geographic space, 17(58), 285-301. [In Persian]
21.Raoufirad, V., Heidari, Gh., & Bagheri, S. (2015). Analysis of the relationship between production and area, the number of livestock and the number of pasture operators (Case study: Isfahan province summer grazing projects. Iranian Natural Ecosystems, 6(4), 57-68. [In Persian]
22.Samiee, M., Ghazavi, R., Pakparvar, M., & Vali, A. A. (2018). Mapping spatial variability of soil salinity in a coastal area located in an arid environment using geostatistical and correlation methods based on the satellite data. Desert, 23(2), 233-242.
23.Azarnivand, H., Joneidi, H., Zare Chahooki, M. A., & Maddah Arefi, H. (2011). Investigation of the effects of some ecological factors on carbon sequestration in Artemisia sieberi rangelands of Semnan province. Journal of range and watershed management, 64(1), 107-127. [In Persian]
24.Shahrivar, A., Teh Boon Sung, Ch., Shamsuddin, J., Abdul Rahim, A., & Soufi, M. (2012). Roles of SAR and EC in Gully Erosion Development (A Case Study of Kohgiloye va Boyerahmad Province, Iran). Journal of Research in Agricultural Science, 8(1), 1-12.
25.Ghorbani, ZH., Sefidi, K., Keyvan Behjo, F., Moammeri, M., & Soltanitolarod, A. (2019). Predicting the soil fragmentation caused by grazing using adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS). Journal of Range and Watershed Mnagement, 72(2), 557-568. [In Persian]
26.Bahrami, B., Dianati Tilaki, G. A., Beigi, S. K., Janizadeh, S., & Moetamedi, J. (2013). Evaluation of Artificial Neural Network (ANN), Adative Neuro-Fuzzy Inference System (ANFIS) and Regression Models in Prediction of Particulate Organic Matter-Carbon (POM-C) in the Rangelands Kharabe Sanji of Urmia. Operational Researches about Soil, 1(1), 94-106. [In Persian]
27.Brahim, N., Blavet, D., Gallali, T., & Bernoux, M. (2011). Application of structural equation modeling for assessing relationships between organic carbon and soil properties in semiarid Mediterranean region. International Journal of Environmental Science and Technology, 8(2), 305-320.
28.Ghorbani, Zh., Sefidi, K., Keivan Behjo, F., Moammeri, M., & Soltanitolarod, A. (2015). The effect of different intensities of grazing on soil physical and chemical properties in southeastern rangelands of Sabalan. Journal of Rangeland, 4(3), 353-366. [In Persian]
29.Menezes, R. S. C., Elliott, E. T., Valentine, D. W., & Williams, S. A. (2001). Carbon and nitrogen dynamics in elk winter ranges. Journal of Rangeland Management, 54(1), 400-408.
30.Xie, Y., & Wittig, R. (2004). The impact of grazing intensity on soil characteristics of Stipa grandis and Stipa bungeana steppe in North China (autonomous region of Ningxia). Acta Oecol, 25, 197-204.
31.Bayat, M., Arzani, H., Jalili, A., & Ghalijnia, H. (2018). The effect of climatic factors on canopy cover and range forage production in semi-steppe rangelands (Case Study: Polur and Rineh-Mazandaran province). Journal of range and watershed management, 71(2), 367-378. [In Persian]
32.Ejtehadi, H., Zahedipour, H. A., & Sepehri, A. (1999). Description of the ecological diversity of beta using ranking and classification methods in three stations with different grazing management in Mote Plain. The 8th National Biology Conference of Iran, Razi University, Kermanshah.
33.Heidarian Aghakhani, M., Naghipour Borj, A. A., & Tavakoli, H. (2010). The Effects of grazing intensity on vegetation and soil in Sisab rangelands, Bojnord, Iran. Iranian journal of Range and Desert Reseach, 17(2), 243-255.
34.Kohandel, A., Arzani, H., & Hosseini Tavassol, M. (2009). Effect of grazing intensity on soil and vegetation characteristics using Principal components Analysis. Iranian journal of Range and Desert Reseach, 17(4), 518-526.
35.Kamali, P., & Erfanzadeh, R. (2014). Impact of edaphic factors on vegetation and soil seed bank diversity under grazing and exclosure conditions (Case study: Vaz watershed). Iranian Journal of Range and Desert Research,21(4), 698-707.
36.Ghorbani, A., Moameri, M., Dadjou, F., & Andalibi, L. (2021). Modeling of Biomass by Soil Parameters in Hir-Neur Rangelands, Ardabil Province. Journal of Water and Soil Science, 25(2), 191-202.
37.Handayani, I. P., Prawito, P., Muktamar, Z., & Coyne, M. S. (2006). Nurturing soil science in Indonesia by combining indigenous and scientific knowledge. Soil Survey Horizons, 47, 79-80.
38.Dormaar, J. F., Adams, B. W., & Willms, W. D. (1997). Impacts of rotational grazing on mixed prairie soils and vegetation. Journal of Rangeland Management, 50, 647-651.
39.Vaezi, A. R., Bayat, Z., & Foroumadi, M. (2018). Investigating indices of soil surface erosion and their relations to slope characteristics in semi-arid rangelands. Conservation of Water and Soil Resources, 7(4), 25-38.
40.Krueger, E., Prior, S. A., Kurtener, D., Rogers, H. H., & Runion, G. B. (2011). Characterizing root distribution with adaptive neuro-fuzzy analysis. International Agrophysics, 25(1), 93-96.
41.Mobin, P. (1989). Plants of Iran: Flora of vascular plants. Tehran University Publications.
42.Moghimi, S., Parvizi, Y., Mahdian, M. H., & Masihabadi, M. H. (2015). Comparison of applying multi-linear regression analysis and artificial neural network methods for simulating topographic factors effect on soil organic carbon. Journal of Watershed Engineering and Management, 6(4), 312-322. [In Persian]