پهنه بندی و ارزیابی پتانسیل ترسیب کربن، تولید خالص اولیه و ضرایب تخصیص کربن در گیاه سویا (Glycine max L.) در شهرستان گرگان

بوم شناسی کشاورزی

مقاله 11، دوره 12، شماره 3 - شماره پیاپی 45، مهر 1399، صفحه 541-559   

نوع مقاله: علمی - پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jag.v12i3.79031

نویسندگان

سمانه بخشنده لاریمی¹؛ حسین کاظمی^{* 2}؛ افشین سلطانی³؛ بهنام کامکار³

¹رشته زراعت، دانشکده تولید گیاهی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، ایران

²گروه زراعت، دانشکده تولید گیاهی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، ایران. گرگان

³گروه زراعت، دانشکده تولید گیاهی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، ایران.

چکیده

تغییر اقلیم و تشدید گرمایش جهانی یکی از مهم‌ترین چالش­ها در توسعه پایدار محسوب می­گردد که ناشی از افزایش غلظت گازهای گلخانه­ای در اتمسفر می­باشد. دی­اکسیدکربن عمده­ترین جزء گازهای گلخانه­ای محسوب می­شود. به­منظور کاهش دی­کسیدکربن اتمسفر و ایجاد تعادل در محتوای گازهای گلخانه­ای، کربن اتمسفر می­بایـست جذب و در شکل­های آلی ترسیب گردد. به‌منظور برآورد پتانسیل ترسیب کربن در اندام‌های گیاه سویا (Glycine max L.) در اراضی زراعی شهرستان گرگان طی سال زراعی 96- 1395، نمونه­برداری از 150 مزرعه به‌روش تصادفی با کوادرات 5/0 × 5/0 مترمربعی انجام و اندام‌های هوایی و زیرزمینی به‌صورت جداگانه به‌طور کامل برداشت شده و به آزمایشگاه تحقیقات زراعی دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان منتقل گردید. برای تعیین پتانسیل ترسیب کربن در اندام‌های سویا (شامل غلاف و بذر، ساقه، برگ و ریشه) از روش احتراق استفاده شد. همچنین نسبت اندام هوایی به زیرزمینی و شاخص برداشت به‌منظور تعیین تولید خالص اولیه بر اساس کربن در اندام هوایی، زیرزمینی و کل گیاه و ضرایب تخصیص کربن در هر یک از اندام‌های گیاهی نیز برآورد شد. بعد از بررسی نرمال بودن داده­ها، با استفاده از انواع روش­های مختلف درون‌یابی در محیط ArcGIS، توزیع مکانی پتانسیل ترسیب کربن در اندام‌های گیاهی برگ، ساقه، دانه، غلاف و ریشه سویا ترسیم شد. نتایج روش­های درون‌یابی نشان داد که روش کریجینگ بهترین مدل جهت درون‌یابی پتانسیل ترسیب کربن در اراضی زراعی شهرستان گرگان می­باشد. میزان پتانسیل ترسیب کربن در برگ، ساقه، دانه، غلاف و ریشه به‌ترتیب 64/579، 81/744، 16/881، 16/340 و 21/540 کیلوگرم در هکتار به‌دست آمد. اصولاً عوامل مختلفی بر میزان ترسیب کربن مؤثرند، به‌عنوان مثال بهبود کیفیت خاک، افزایش میزان مواد آلی خاک و کاهش عملیات خاک‌ورزی از دلایل اصلی افزایش ترسیب کربن است. در مزارع سویا علاوه‌بر بهبود ساختمان خاک به‌واسطه تثبیت زیستی نیتروژن در ریشه‌ها، اضافه کردن بقایای گیاهی از جمله ساقه­ها به خاک می­تواند به‌طور مستقیم محتوی ماده آلی بهبود ببخشد و به‌طور غیرمستقیم در بهبود ترسیب کربن تأثیرگذار باشد. همچنین در این تحقیق بعد از دانه، رتبه دوم تجمع کربن به ساقه­ها اختصاص یافت. علت بالا بودن میزان پتانسیل ترسیب کربن در دانه گیاه سویا را می­توان فراهمی کمتر رطوبت خاک در هنگام پر شدن دانه­ها دانست. با توجه به متوسط شاخص برداشت 32 درصد و عملکرد دانه 13/3461 کیلوگرم در هکتار، نسبت اندام هوایی به ریشه 30/4 و میزان تولید خالص کل گیاه (NPPc) 83/6734 کیلوگرم در هکتار، تولید خالص اندام هوایی (ANPPc) 2/4867 کیلوگرم در هکتار و تولید خالص بخش زیرزمینی (BNPPc) 63/1867 کیلوگرم در هکتار برآورد شد. میزان سهم ضریب تخصیص هر یک از اندام‌های اقتصادی، ساقه و برگ، ریشه و ترشحات ریشه به‌ترتیب برابر با 23/0، 49/0، 16/0 و 12/0تعیین گردید. نتایج پهنه­بندی نشان داد که در بخش­های شرقی، شمال و جنوب شرقی بیشترین و در بخش­های مرکزی، غرب و جنوب غربی محدوده کشاورزی شهرستان گرگان کمترین میزان پتانسیل ترسیب کربن مشاهده شد. به‌طوری‌که، میزان کل پتانسیل ترسیب کربن (مجموع اندام هوایی و زیرزمینی) در گیاه سویا در این بررسی برابر با 98/3085 کیلوگرم در هکتار برآورد شد. در این بررسی بیشترین میزان سهم نسبی کربن به اندام‌های هوایی (مجموع ساقه و برگ) و بعد از آن­ها به دانه اختصاص یافت و کربن حاصل از ترشحات ریشه کمتر از سایر اندام‌های گیاه بود، چرا که رابطه مستقیمی بین میزان تسهیم کربن و نوع گونه گیاهی وجود دارد، به‌طوری­که معمولاً هر چه نسبت بافت­های چوبی درگیاه بیشتر باشد، توان جذب کربن افزایش می­یابد. همچنین پایین­تر بودن سهم اندام زیرزمینی گیاه سویا نسبت به کل اندام هوایی، باعث کاهش میزان حجم ریشه و تراوه­های ریشه­ای شده است. به‌طور کلی، نتایج نشان داد که بین اندام‌های گیاهی از نظر میزان پتانسیل ذخیره‌سازی کربن اختلاف وجود دارد و برخی از عوامل مانند مدیریت زراعی مزرعه، خاک و شرایط اقلیمی می­تواند بر میزان آن تأثیرگذار باشد.

کلیدواژه‌ها

اندام‌های گیاهی؛ تولید خالص کربن؛ درون‌یابی

مراجع

Atkins, C.A., Pate, J.S., and White, S.T., 1980. Economy of carbon and nitrogen in nodulated and non-nodulated (NO3-grown cowpea (Vigna ungriculata (L.) walp.). Plant Physiology 66: 978-983.

Ayobi, S., Mohammad Zamani, S., and Khormali, F., 2007. Prediction total N by organic matter content using some geostatistic approaches in part of farm land of Sorkhankalateh, Golestan Province. Journal Agriculture Sciences and Natural Resource 14(4): 1-10. (In Persian with English Summary)

Betts, R.A., Falloon, P., Goldewijk, K.K., and Ramankutty, N., 2007. Biogeophysical effects of land use on climate: model simulations of radiative forcing and large-scale temperature change. Agricultural and Forest Meteorology 142: 216-233.

Bolinder, M.A., Janzen, H.H., Gregorich, E.G., Angers, D.A., and VandenBygaart, A.J., 2007. An approach for estimating net primary productivity and annual carbon inputs to soil for common agricultural crops in Canada. Agriculture, Ecosystems and Environment 118: 29-42.

Conen, F., and Smith, K.A., 1998. A re-examination of closed flux chamber methods for the measurement of trace gas emissions from soils to the atmosphere. European Journal of Soil Science 49: 701-707.

Deutsch, C.V., 2002. Geostatistical reservoir modeling. Oxford University Press 376 p.

Dieleman, C.M., Branfireun, B.A., Mclaughlin, J.W., and Lindo, Z., 2015. Climate change drives a shift in peatland ecosystem plant community: implications for ecosystem function and stability. Global Change Biology 21: 388-395.

Duiker, S.W., and Lal, R., 2000.Carbon budget study using CO2 flux measurement from a no till system in cereal Ohio. Soil and Tillage Research 54: 21-30.

Frank, A.B., and Karn, J.F., 2003. Vegetation indices, CO2 Flux, and biomass for northern plains grasslands. Journal of Range Management 55:16-22.

Forozeh, M., Heshmati G., Ghanrian, G., and Mesbah, H., 2008. Comparing of the carbon sequestration potential by three species in arid rangelands of Iran. Journal of Environmental Studies 34(46): 65-72.

Gao, Y.H., Lue, P., Wu, C.H., and Wang, G.X., 2007. Grazing intensity impacts on carbon sequestration in an Alpine Meadow on the Eastern Tibetan Plateau. Journal of Agricultural and Biological Science 3(6): 642-647.

Gan, Y.T., Campbell, C.A., Janzen, H.H., Lemke, R.L., Basnyata, P., and Mc Donald, C.L., 2009. Carbon input to soil from oilseed and pulse crops on the Canadian prairies. Agriculture, Ecosystems and Environment 132: 290-297.

Gill, R.A., Kelly, R.H., Parton, W.J., Day, K.A., Jackson, R.B., Morgan, J.A., Scurlock, J.M.O., Tieszen, L.L., Castle, J.V., Ojima, D.S., and Zhang, X.S., 2002. Using simple environmental variables to estimate belowground productivity in grasslands. Global Ecology and Biogeography 11: 79-86.

Golestan Province Meteorological Office, 2016., http://portal.golestanmet.ir/ (In Persian)

Hasanipak, A., 1998. Geostatistics. Tehran University Press, 314 p. (In Persian)

Jafarian, Z., and Tayefeh Seyyed Alikhani, L., 2012. Carbon sequestration potential in dry farmed wheat in Kiasar Region. Journal of Agricultural Knowledge and Sustainable Production 23(1): 31-41. (In Persian with English Summary)

Jansson, C., Wullschleger, S.D., Kalluri, U.C., and Tuskan, G.A., 2010. Phytosequestration: Carbon biosequestration by plant and prospects of genetic engineering. BioScience 60: 658-696.

Jose, S., and Bardhan, S., 2012. Agroforestry for biomass production and carbon sequestration: an overview. Agricultural Systems 86: 105-111.

Kazemi, H., Tahmasebi Sarvestani, Z., Kamkar, B., Shataee, SH., and Sadeghi, S., 2012. Estimation of land statistics methods for estimation and zonation of primary nutrient elements in some agricultural lands in Golestan province. Journal of Water and Soil Science 1(22): 201-218.

Khan, S., Hanjra, M.A., and Mu, J., 2009. Water management and crop production for food security in china: A review. Agricultural Water Management 96: 349-360.

Khorramdel, S., Koocheki, A., Nassiri Mahallati, M., and Khorasani, R., 2011. Effect of different crop management systems on net primary productivity and relative carbon allocation coefficients for corn (Zea mays L.). Journal of Agroecology 2(4): 667-680. (In Persian with English Summary)

Khorramdel, S., Rezvani Moghaddam, P., and Jafari, L., 2016. Evaluation of Potential for Carbon Sequestration in Rapeseed (Brassica napus L.) in Razavi Khorasan province. Journal of Crop Production 9(3): 22-43. (In Persian with English Summary)

Khorramdel, S., Rezvani Moghaddam, P., and Moallem Benhagi, F., 2018. Evaluation of carbon allocation coefficients and net production of primary crops in Khorasan Razavi province. Journal of Crop Production 11(1): 141-152. (In Persianwith English summary)

Kravchenko, A., and Bullock, D.G., 1999. A comparative study of interpolation methods for mapping soil properties.Agronomy Journal 91: 393-400.

Kutsch, W.L., Aubinet, M., Buchmann, N., Smith, P., Osborne, B., Eugster, W., Wattenbach, M., Schrumpf, M., Schulze, E.D., Tomelleri, E., Ceschia, E., Bernhofer, C., Beziat, P., Carrara, A., DiTommasi, P., Grünwald, T., Jones, M., Magliulo, V., Marloie, O., Moureaux, C., Olioso, A., Sanz, M.J., Saunders, M., Sogaard H., and Ziegler, W., 2010. The net biome production of full crop rotations in Europe. Agriculture, Ecosystems and Environment 139: 336-345.

Lambers, H., Chapin F.S., and Pones T.L., 2008. Plant Physiological Ecology. 2nd Edition Springer 604 p.

Li, S., Li, Y., Li, X., Tian, X., Zhao, A., Wang, S., Wang, S., and Shi, J., 2016. Effect of straw management on carbon sequestration and grain production in a maize-wheat cropping system in Anthrosol of the Guanzhong Plain. Soil and Tillage Research 157: 43-51.

Lichtfouse, E., 2009. Climate change, intercropping, pest control and beneficial microorganisms. Springer 524 p.

Luedling, E., Kindt, R., Hunth, N., and Koenig, K., 2014. Agroforestry systems in a changing climate – challenges in projecting future performance. Current Opinion in Environmental Sustainability 6: 1-7.

Mahdian, M.H., 2007. Application of Geostatistics in Soil Science. Proceedings of the First Conference on Soil, Sustainable Development and the Environment. University of Tehran, Tehran, Iran. (In Persian)

Mozaffari, G.H., Mirmosavi, S.H., and Khosravi, Y., 2012. Estimation of land statistics and linear regression methods in determination of spatial description of precipitation (Case study: Bushehr city). Geography and Development Magazine 27: 63-76.

Nassiri Mahallati, M., Koocheki, A., Mansoori, H., and Moradi, R., 2015. Study of long term cycle of carbon and its sequestration in Iran's agricultural system: I- Primary net production and annual carbon input for various crops. Journal of Agroecology 6(4): 741-752. (In Persian with English Summary)

Noorbakhsh, F., Koocheki, A., and Nassiri Mahallati, M., 2016. Evaluation of the effect of species diversity on some agro-ecosystem services in maize, soybean and hatchet mixture 2- Performance, land parity ratio, respiration and microbial biomass of soil and carbon sequestration potential. Journal of Crop Production 9(1): 49-68. (In Persian with English Summary)

NOAA, NOAA is an agency that enriches life through science. Our reach goes from the surface of the sun to the depths of the ocean floor as we work to keep citizens informed of the changing environment around them. http://www.noaa.gov.

Pate, J.S., Layzell, D.B., and Atkins, C.A., 1979. Economy of carbon and nitrogen in a nodulated and nonnodulated (NO3-grown) legume. Plant Physiology 64: 1083-1088.

Polidori, A., Turpin, B.J., Davidson, C.I., Rodenburg, L.A., and Maimone, F., 2008. Organic PM 2.5: Fractionation by polarity, FTIR spectroscopy, and OM/OC ratio for the pittsburgh aerosol. Journal of Aerosol Science and Technology 42: 233-246.

Post, W.M., and Kwon, K.C., 2000. Soil carbon sequestration and land-use change: processes and potential. Global Change Biology 6: 317–327.

Ramachandran Nair, P.K., Nair, V.D., Mohan Kumar, B., and Showalter, J.M., 2010. Chapter Five – Carbon Sequestration in Agroforestry Systems 108: 237-307.

Ryle, G.J.A., Powell, C.E., and Gordon, A.J., 1979. The respiratory costs of nitrogen fixation in soybean, cowpea, and white clover. II. Comparisons of the cost of nitrogen fixation and the utilization of combined nitrogen. Journal of Experimental Botany 30 (114): 145-153.

Sarvi, V., and Matinfar, H.R., 2016. Evaluation of carbon sequestration potential in alfalfa, maize and canola fields of Moghan plain using different statistical methods in GIS environment. First Conferences on Remote Sensing and Geographic Information Systems in Earth Sciences. Faculty of Agriculture, Shiraz University, Iran. Oceanic and Oceanographic Research Center, Iran. (In Persian)

Singh, G., Bala, N., Chaudhuri, K.K., and Meena, R.L., 2003. Carbon sequestration potential of common access resources in arid and semi-arid regions of northwestern India. The Indian Forester 129: 859- 864.

Smith, J., Smith, P., Wattenbach, M., Gottschalk, P., Romanenkov, V.A., Shevtsova, L.K., Sirotenko, O.D., Rukhovi, D.I., Koroleva, P.V., Romanenko, I.A., and Lisovoi, N.V., 2007. Projected changes in the organic carbon stocks of cropland mineral soils of European Russia and the Ukraine, 1990-2070. Global Change Biology 13: 342-356.

Smith, P., Lanigan, G., Kutsch, W.L., Buchmann, N., Eugster, W., Aubinet, M., Ceschia, E., Beziat, P., Yeluripati, J.B., Osborne, B., Moors, E.J., Brut, A., Wattenbach, M., Saunders, M., and Jones, M., 2010. Measurements necessary for assessing the net ecosystem carbon budget of croplands. Agriculture, Ecosystems and Environment 139: 302-315.

Verchot, L.V., Noordwijk, M.V., Kandji, S., Tomich, T., Ong, C., Albrecht, A., Mackensen, J., Bantilan, C., Anupama, K.V., and Palm, C., 2007. Climate change: Linking adaptation and mitigation through agroforestry. Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 12: 901-918.

Webster, R., and M.A., Oliver., 2000. Geostatistics for environmental scientists. Wiley Press, 271 p.

Yong Zhong, S.U., 2007. Soil carbon and nitrogen sequestration following the conversion of crop land to alfalfa land in northwest china. Journal of Soil and Tillage Research 92: 181-189.