پويايي عناصر غذايي در باران، تاجبارش و لاشريزه درختان ممرز در جنگلهاي خزري شمال ايران (مطالعه موردي: جنگل شصت كلاته گرگان)

(Nutrient dynamics in rainfall, troughfall and litterflow of Hornbeam trees in the Caspian forests of northern Iran (Case study: Shastkalateh forest

سابقه و هدف: چرخه عناصر غذايي در جنگل، ارتباط تنگاتنگي به چرخه هيدرولوژيكي دارد زيرا آب به عنوان حلال اصلي و انتقال عناصر غذايي از تاج و لاشريزه به خاك ميباشد. هدف از اين پژوهش بررسي تغييرات ماهانه و سالانه سديم، پتاسيم و كلسيم در آبشويي تاج و لاشريزه گونه ممرز (Carpinus betulus L.) در طول سال و مقايسه آن با عناصر غذايي موجود در آب باران در توده آميخته ميباشد. مواد و روشها: اين تحقيق از تاريخ بهمن 1390 تا تاريخ بهمن 1391 در توده آميختهاي در جنگل شصتكلاته (جنگل پژوهشي دانشگاه گرگان) انجام گرفت. در منطقه مورد مطالعه در يك مساحت 5000 متر مربعي، 3 درخت نمونه سالم، با تاجي متقارن و آزاد و تنهاي متقارن، براي بررسي مشخصههاي شيميايي تاجبارش و آبشويي لاشريزه، انتخاب شد. نمونه هاي باران، آبشويي تاج و لاشريزه، به مدت يك سال، بعد از هر بارندگي جمعآوري شد. ظروف جمعآوري بعد از هر باران بلافاصله خالي و قبل از جايگذاري، با آب دوبار تقطير شستشو شد. براي تجزيه محتوي شيميايي آبشويي تاج، لاشريزه و باران، نمونهها به آزمايشگاه دانشگاه علوم كشاورزي گرگان انتقال و در دماي 4 درجه سانتيگراد نگهداري شد. غلظت عناصر سديم، پتاسيم و كلسيم با استفاده از دستگاه فليم فتومتري اندازهگيري شد. جهت بررسي مقدار عناصر آبشويي شده در تاج و لاشريزه در مقايسه با آب باران و همچنين بررسي تغييرات ماهانه عناصر آبشويي شده در طول سال، بهترتيب از آناليز آماري تي تست و آناليز واريانس يكطرفه در سطح احتمال 95 درصد استفاده شد. يافتهها: نتايج نشان داد ميزان آبشويي عنصر سديم در تاجبارش با مقدار 116/37 كيلوگرم در هكتار در سال و عناصر سديم و پتاسيم در آبشويي لاشريزه (78/79 و 158/45 كيلوگرم در هكتار در سال) بهطور معنيداري كمتر از مقادير سديم و پتاسيم در آب باران با مقادير 172/82 و 217/72 كيلوگرم در هكتار در سال بود. همچنين ميزان آبشويي عناصر در آبشويي تاج و لاشريزه در ماههاي مختلف در طول سال، بطور معنيداري متفاوت بود. بيشترين مقدار آبشويي عناصر سديم، پتاسيم و كلسيم در تاج بارش با مقادير بهترتيب 24/51، 58/30، 3/14 كيلوگرم در هكتار و سديم (19/93 كيلوگرم در هكتار) و كلسيم (4/17 كيلوگرم در هكتار) در آبشويي لاشريزه در ماه مهر بود. همچنين كمترين ميزان آبشويي عناصر سديم، پتاسيم و كلسيم در دو لايه تاج (0/84، 3/22 و 0/15 كيلوگرم در هكتار) و لاشريزه (0/45، 0/52 و 0/03 كيلوگرم در هكتار) در ماه شهريور مشاهده شد. نتيجهگيري كلي: در طول اين فرايند پيچيده مشخص شد در مبادله عناصر در تاج حين بارش، تاج گونه ممرز بر خلاف انتظار تمايل كمتري به انتشار عناصر از بافتهاي شاخ و برگ خود و آبشويي آن دارد و بيشتر تمايل دارند عناصر را از آب باران جذب نموده و بخشي از نياز غذايي خود را از اين طريق برطرف نمايند.

Background and Objectives: Nutrient cycles in forests are tightly linked to the hydrological cycle because water acts as the main solvent and transporting agent for nutrient from the aboveground tree canopy to the underlying soil. The aim of this research was to evaluate the monthly and annual changes in chemical properties (calcium, sodium and potassium) of the canopy and litter leaching of hornbeam (Carpinus betulus L.) trees during a year compared to nutrients in rainfall (RF). Materials and Methods: This study occurred from January 2012 to February 2013 in a mixed natural stand at Shastkalate Forest Research Station of Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources. In a 5000 m2 area in the study site 3 healthy trees with free and symmetrical crown and stem were selected for sampling of RF, throughfall (TF) and litterfall (LF) chemistry. RF, TF and LF were sampled after each rainfall within a year. The collectors were emptied after each rainfall (as soon as rain ceased) and were thoroughly rinsed with deionized water and dried before being replaced. To analyze the chemical content of RF, TF and LF, samples were transported to the laboratory of Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources and stored at 4 ºC. The concentrations of sodium (Na+), potassium (K+) and calcium (Ca2+) were determined using flame photometer. In order to compare amount of nutrients in TF and LF with RF and to investigate monthly nutrient dynamics of TF and LF, t-test analysis and the one way variance analysis were used. Results: Results showed that Na+ amount in TF (116.37 kg ha-1year-1), and K+ and Na+ amounts in LF (158.45 and 78.79 kg ha-1year-1 respectively), were significantly lower than K+ and Na+ (217.72 and 172.82 kg ha-1year-1) in RF (P<0.05). Also amounts of nutrient leaching of TF and LF in various months were different significantly. The highest leaching amounts of Na+, K+ and Ca2+ were observed for TF, 24.51, 58.30 and 3.14 kg. ha-1, respectively. However highest amounts of Na+ and Ca2+ were measured in October for LF; 19.93 and 4.17 kg. ha-1, respectively. Also the lowest leaching of Na+, K+ and Ca2+ of TF (0.84, 3.22 and 0.15 kg ha-1 respectively) and LF (0.45, 0.52 and 0.03 kg ha-1 respectively) were measured in September. Conclusion: In this complex process, in crown cation exchange, the absorption tendency of hornbeam crown was higher than its cation diffusion from leaf and branch tissues, so hornbeam crown tends to absorb nutrition from RF to meet its nutrient need.