اثر فعالیت مورچه ها و آهوان بر ویژگیهای بیولوژیکی و آنزیمی خاک در پارک ملی کلاه قاضی

پارک ملی کلاه­قاضی یکی از بهترین زیستگاه­های حیات­وحش در ایران است که در جنوب شرقی اصفهان واقع شده است. یکی از گونه­های فعال علف­خوار در این منطقه آهوی ایرانی(Gazelle subguturosa) می­باشد.  مورچه جمع کننده بذر از گونه Messor. sp نیز یکی دیگر از گونه­های فعال این منطقه است. فعالیت این دوگونه (لانه­سازی مورچه­ها و تجمع سرگین آهوان) به دلیل وقوع برهم­کنش بین آن­ها می­تواند باعث تغیرات موضعی در خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیک خاک در طول زمان شود. از آنجایی که شاخص­های بیولوژیک نسبت به تغییرات خاکی به سرعت عکس­العمل نشان می­دهند، اندازه­گیری این شاخص­ها کمک زیادی به شناخت تغییراتی که تحت تأثیر فعالیت آهوان و مورچه­ها در خاک این منطقه بوجود آمده است، می­کند. به همین منظور در منطقه کلاه قاضی 4 سایت مشخص شد که در هر سایت 5 حوزه فعالیت وجود داشت [حوزه شاهد (غیاب آهو- غیاب مورچه)C ، حوزه لانه مورچه (حضور مورچه- غیاب آهو)A ، حوزه تجمع سرگین آهوان (حضور آهو- غیاب مورچه) G، حوزه تجمع سرگین آهو در کنار لانه مورچه و نمونه برداری از لانه­های مورچه A/A+G، حوزه تجمع سرگین آهو در کنار لانه مورچه و نمونه برداری از تجمع سرگین­های آهوG/A+G  ]. سپس از هر کدام از حوزه­ها نمونه­گیری شد، به طوری کلی 20 نمونه خاک تهیه گردید. بافت خاک، pH، هدایت الکتریکی، آهک، کربن آلی و نیتروژن کل خاک­ها تعیین گردید. بافت کلیه خاک­ها لومی شنی بوده و جزو خاک­های آهکی قرار گرفتند. نیتروژن آلی محلول، نیتروژن معدنی اولیه، معدنی شدن نیتروژن در شرایط هوازی و بی­هوازی، نیتروژن توده زنده میکروبی، فعالیت آنزیم­های ال- آسپاراجیناز، ال گلوتامیناز و اوره آز به عنوان شاخص­های بیولوژیک اندازه­گیری شدند. نتایج تجزیه واریانس نشان داد که فعالیت آهوان و مورچه­ها باعث تغییرات معنی­داری بر خصوصیات مورد مطالعه شد. کمترین میزان  ECخاک، کربن آلی، نیتروژن کل، نیتروژن آلی محلول، شاخص بی هوازی معدنی شدن نیتروژن، فعالیت آنزیم­اوره آز، فعالیت آنزیم­ال -آسپاراژیناز و فعالیت آنزیم­ال –گلوتامیناز در تمام سایت­ها درحوزه شاهد مشاهده شد. در حوزه  G/A+Gیکی از سایت­ها به جای معدنی شدن نیتروژن در شرایط هوازی، ایموبیلیزاسیون مشاهده شد. با توجه به همبستگی­های ساده مشخص شد که معدنی شدن نیتروژن در شرایط هوازی و بی­هوازی با تعدادی پارامترهای بیوشیمیایی و آنزیمی خاک همبستگی نشان دادند، لذا برای ارائه بهترین مدل برای تخمین پتانسیل معدنی شدن نیتروژن در شرایط هوازی و بی­هوازی در خاک­های مورد مطالعه در منطقه کلاه قاضی، رگرسیون چند متغیره گام به گام انجام شد، تا سهم هر یک از این پارامترها در توجیه تغییرات مدل مشخص شود. نتایج رگرسیون گام به گام بین معدنی شدن نیتروژن در شرایط بی­هوازی و پارامترهای بیولوژیک نشان داد که مهم­ترین پارامترهای ورودی به مدل نیتروژن آلی محلول و نسبت نیتروژن معدنی اولیه به نیتروژن کل بودند. نتایج رگرسیون گام به گام برای معدنی شدن نیتروژن در شرایط هوازی نشان دادکه ازبین ویژگی­های بیولوژیک ارائه شده به مدل فعالیت آنزیم ال -گلوتامیناز، نیتروژن معدنی اولیه، نیتروژن توده زنده میکروبی، فعالیت آنزیم ال -آسپاراژینازو نسبت کربن به نیتروژن به ترتیب وارد مدل شدند. به منظور تفکیک اثر ویژگی­های اندازه­گیری شده بر معدنی شدن نیتروژن در شرایط هوازی و بی­هوازی با استفاده از نرم افزار Path2آنالیز مسیر صورت گرفت. نتایج نشان داد که همبستگی بین شاخص بی­هوازی معدنی شدن نیتروژن و نیتروژن آلی محلول بیشتر به خاطر اثر مستقیم  SONبر این فرایند است و در درجه بعدی کربن آلی و بعد از آن نیتروژن کل خاک در این همبستگی سهیم بوده­اند. هم­چنین همبستگی بین معدنی شدن نیتروژن در شرایط هوازی با نیتروژن کل، نیتروژن توده زنده میکروبی، نیتروژن معدنی و آنزیم ال -گلوتامیناز بیشتر به صورت مستقیم و همبستگی بین معدنی شدن نیتروژن در شرایط هوازی با آنزیم­های اوره آز و ال-آسپاراجیناز به صورت غیر مستقیم و از طریق اثر نیتروژن معدنی بود. تجزیه­های تبعیضی نشان داد که حوزه­های مختلف در ارتباط با صفات مورد بررسی تأثیرات یکسانی برجای نگذاشته­اند. به عبارت دیگر فعالیت دو گونه آهو و مورچه در حوزه­ها به خوبی توانسته­اند تمایز قابل توجهی در ویژگی­های اندازه­گیری شده بوجود آورند، چرا که محدوده پراکنش حوزه­ها همپوشانی با یکدیگر نداشتند. نتایج تجزیه به مؤلفه­های اصلی نشان داد که بردارهای مربوط به متغیرهای کربن آلی، نیتروژن کل، فعالیت آمیدوهیدرولازها دارای راستا و جهت یکسانی بوده که نشان­دهنده ارتباط قوی بین این متغیرهاست. بین کربنات کلسیم خاک و دیگر متغیرها ارتباط بسیار کم و از نوع منفی وجود داشت. همبستگی معنی­دار منفی بین نیتروژن توده زنده میکروبی با هدایت الکتریکی خاک و pH خاک مشاهده شد. به طورکلی نتیجه­گیری می­شود که مجموع فعالیت آهوان و مورچه­های جمع کننده بذر در این مناطق بر سرعت بازچرخ نیتروژن در خاک از طریق عوامل مستقیم یا غیر مستقیم موثر بوده و حداقل بخشی از رشد سریعتر گیاهان و تنوع زیستی غنی گیاهان در این مناطق موضعی را باید به نیتروژن قابل جذب بیشتری که از طریق فرآیند معدنی شدن نیتروژن بوسیله واکنش­های آنزیمی حاصل می­شود، معطوف نمود.

 کلمات کلیدی: آهوایرانی ( Gazelle subguturosa)، مورچه جمع­کننده بذر از گونه Messor. sp، منطقه کلاه قاضی، آمیدوهیدرولازها، معدنی شدن نیتروژن

فهرست مطالب

   فهرست مطالب   

فهرست شکل ها یازده

فهرست جدول ها دوازده

چکیده. 1

فصل اول: مقدمه و بررسی منابع

1-کلیات و بررسی منابع 2

1-1-تأثیر فعالیت مورچه­ها بر رشد گیاهان و خصوصیات خاکی.. 3

1-2-تأثیر علف­خواران بر اکوسیستم­های خاکی و مرتع. 6

1-3- تأثیر علف خواران بر میکروارگانیسم­های خاک.... 6

1- 4- برهم­کنش فعالیت علف­خواران و جانوران ریزجثه. 7

1-5-مورچه­های برداشت کننده بذر. 9

1-6- آهوی ایرانی.. 10

1-7-اجزای اکوسیستم خاکی.. 10

1-8- نیتروژن در خاک.... 11

1-9- نیتروژن آلی محلول.. 11

1-10- معدنی شدن نیتروژن 12

1-11- عوامل مؤثر بر معدنی شدن نیتروژن 13

1-12- توده زنده میکروبی 14

1-13-آنزیم­ها در خاک.... 15

1-13-1-آنزیم ال -آسپاراجیناز. 16

1-13-2- آنزیم ال -گلوتامیناز. 17

1-13-3-آنزیم اوره­آز 17

1-14- عوامل مؤثر بر فعالیت آنزیم­ها 17

1-15- فرضیات و اهداف 19

1-15-1- فرضیات... 19

1-15-2-اهداف... 19

فصل دوم: مواد و روش­ها 

2-1- معرفی منطقه مورد مطالعه 20

2-2- نمونه­برداری.. 21

2-3- آماده سازی نمونه­ها 23

2-4- تعیین برخی خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک 23

2-4-1-pHخاک 23

2-4-2- قابلیت هدایت الکتریکی خاک (EC). 23

2-4-3- کربنات کلسیم معادل (آهک) خاک 23

2-4-4- بافت خاک 23

2-4-5-کربن آلی خاک.... 23

2-4-6- نیتروژن کل خاک 23

2-5-اندازه­گیری نیتروژن آلی محلول(SON). 24

2-6-اندازه­گیری معدنی شدن نیتروژن در شرایط بی­هوازی (شاخص بی­هوازی معدنی شدن نیتروژن ) 24

2-7-اندازه­گیری معدنی شدن نیتروژن در شرایط هوازی 24

2-8-اندازه­گیری نیتروژن توده زنده میکروبی 25

2-9-اندازه­گیری فعالیت آنزیم ال-آسپاراجیناز 26

2-10- اندازه­گیری فعالیت آنزیم ال-گلوتامیناز. 26

2-11- اندازه­گیری فعالیت آنزیم اوره­آز. 27

2-12- طرح آزمایش و تجزیه و تحلیل آماری.. 27

فصل سوم: نتایج و بحث

3-1-خصوصیات خاک­های مورد مطالعه 29

3-2-دامنه مقادیر خصوصیات شیمیایی و بیوشیمیایی حوزه­ها 29

3-3- پاسخ هدایت الکتریکی(EC) خاک به فعالیت آهوان و مورچه­ها 32

3-4-پاسخpHخاک به فعالیت آهوان و مورچه­ها 32

3-5- پاسخ کربنات کلسیم معادل خاک به فعالیت آهوان و مورچه­ها 34

3-6- پاسخ کربن آلی خاک به فعالیت آهوان و مورچه­ها 37

3-7- پاسخ نیتروژن کل خاک به فعالیت آهوان و مورچه­ها 39

3-8- پاسخ نیتروژن آلی محلول خاک به فعالیت آهوان و مورچه­ها 41

3-9- پاسخ نیتروژن معدنی خاک به فعالیت آهوان و مورچه­ها 43

3-10- پاسخ نسبت کربن به نیتروژن خاک به فعالیت آهوان و مورچه­ها 43

3-11- پاسخ نسبت نیتروژن معدنی به نیتروژن کل خاک به فعالیت آهوان و مورچه­ها 46

3-12- پاسخ معدنی شدن نیتروژن در شرایط هوازی به فعالیت آهوان و مورچه­ها 48

3-13- پاسخ شاخص بی هوازی معدنی شدن نیتروژن به فعالیت آهوان و مورچه­ها 48

3-14- پاسخ نیتروژن توده زنده میکروبی به فعالیت آهوان و مورچه­ها 50

3-15- پاسخ فعالیت آنزیم اوره­آز به فعالیت آهوان و مورچه­ها 52

3-16- پاسخ فعالیت آنزیم ال-آسپاراجیناز به فعالیت آهوان و مورچه­ها 54

3-17- پاسخ فعالیت آنزیم ال-گلوتامیناز به فعالیت آهوان و مورچه­ها 57

3-18- همبستگی­های ساده خطی  59

3-18-1- همبستگی بین ویژگی­های فیزیکی و شیمیایی خاک­ها 59

3-18-2- همبستگی بین ویژگی­های فیزیکی و شیمایی خاک­ها با صفات بیولوژیکی اندازه­گیری شده 60

3-18-3- همبستگی بین صفات بیولوژیکی اندازه­گیری شده. 63

3-19- آنالیز مسیر(تحلیل علیت). 65

3-19-1-آنالیز مسیر برای متغیر وابسته معدنی شدن نیتروژن در شرایط هوازی 65

3-19-2- آنالیز مسیر برای متغیر وابسته شاخص بی­هوازی معدنی شدن نیتروژن 66

3-20-رگرسیون چند متغیره 69

3-20-1- رگرسیون چند متغیره جهت تخمین معدنی شدن نیتروژن در شطرایط هوازی 69

3-20-2-رگرسیون چند متغیره جهت تخمین شاخص بی­هوازی معدنی شدن نیتروژن.. 70

3-21- تحلیل تأثیر حوزه­ها بر ویژگی­های مورد بررسی با استفاده از روش تجزیه­های تبعیضی.. 70

3-22-تحلیل اطلاعات به کمک روش تجزیه به عامل­ها بر اساس مؤلفه­های اصلی.. 71

فصل چهارم: نتیجه­گیری و پیشنهادها

4-1- نتیجه­گیری.. 73

4-2- پیشنهادها 74

4-5- توصیه کاربردی.. 74

پیوست­ها 75

فهرست منابع. 78

فهرست شکل­ها 

شکل 1-1- شمایی کلی از نحوه نمونه برداری در منطقه کلاه قاضی.. 22

شکل 3-1- اثر اصلی سایت، حوزه و اثر متقابل سایت و حوزه  بر هدایت الکتریکی (dS m^-1) 33

شکل 3-2-اثر اصلی سایت،حوزه و اثر متقابل سایت و حوزه بر pH خاک ها 35

شکل 3-3- اثراصلی سایت، حوزه و اثر متقابل سایت و حوزه بر کربنات کلسیم معادل (g kg^-1). 36

شکل 3-4- اثر اصلی سایت، حوزه و اثر متقابل سایت و حوزه بر میزان کربن آلی خاک (g kg^-1). 38

شکل 3-5-اثر اصلی سایت، حوزه و اثر متقابل سایت و حوزه بر میزان نیتروژن کل خاک (g kg^-1). 40

شکل 3-6- اثر اصلی سایت، حوزه و اثر متقابل سایت و حوزه بر میزان نیتروژن آلی محلول خاک ها (mg kg^-1). 42

شکل 3-7- اثر اصلی سایت، حوزه و اثر متقابل سایت و حوزه بر میزان نیتروژن معدنی اولیه خاک ها (mg kg^-1). 44

شکل 3-8- اثر اصلی سایت، حوزه و اثر متقابل سایت و حوزه بر میزان نسبت کربن به نیتروژن خاک­ها 45

شکل 3-9- اثر اصلی سایت، حوزه واثر متقابل سایت و حوزه بر میزان نسبت نیتروژن معدنی به نیتروژن کل خاک­ها 47

شکل 3-10- اثر اصلی سایت، حوزه و اثر متقابل سایت و حوزه بر معدنی شدن نیتروژن در شرایط هوازی(mg N kg^-1). 49

شکل 3-11- اثر اصلی سایت، حوزه و اثرمتقابل سایت وحوزه بر شاخص بی­هوازی معدنی شدن نیتروژنmg NH₄⁺-Nkg^-1). 51

شکل 3-12- اثر اصلی سایت، حوزه و اثر متقابل سایت و حوزه بر میزان نیتروژن توه زنده میکروبی (mg N kg^-1). 53

شکل 3-13-اثر اصلی سایت، حوزه و اثر متقابل سایت و حوزه بر  فعالیت آنزیم اوره آز(mg NH₄⁺-N kg^-1 h^-1). 55

شکل 3-14- اثر اصلی سایت، حوزه و اثر متقابل سایت و حوزه بر فعالیت آنزیم ال-آسپاراجیناز(mg NH₄⁺-N kg^-1 h^-1) 56

شکل 3-15- اثر اصلی سایت، حوزه و اثر متقابل سایت و حوزه بر فعالیت آنزیم ال-گلوتامیناز(mg NH₄⁺-N kg^-1 h^-1). 58

شکل 3-16- تجزیه های تبعیضی اثر حوزه­ها بر ویژگی های اندازه گیری شده. 71

شکل 3-17- تجزیه به مؤلفه های اصلی برای متغیرهای اندازه گیری شده. 72

فهرست جدول­ها

جدول 3-1- برخی ویژگی­های فیزیکی و شیمایی خاک­های مورد مطالعه. 29

جدول 3-2- دامنه مقادیر ویژگی های اتدازه گیری شده در خاک های مورد مطالعه 30

جدول 3-3- تجزیه واریانس تأثیرسایت وحوزه بربرخی خصوصیات اندازه­گیری شده در خاک­های مورد مطالعه 31

جدول 3-4 - ماتریس همبستگی بین ویژگی های فیزیکی و شیمیایی در خاک های مورد مطالعه 59

جدول 3-5- همبستگی بین ویژگی های فیزیکی و شیمایی با صفات بیولوژیکی در خاک های مورد مطالعه 62

جدول 3-6- ماتریس همبستگی بین صفات بیولوژیکی اندازه گیری شده در خاک های مورد مطالعه. 64

جدول 3-7- نتایج تجزیه مسیر برای متغیر وابسته معدنی شدن نیتروژن در شرایط هوازی در خاک های مورد بررسی.. 67

جدول 3-8- نتایج تجزیه مسیر برای متغیر وابسته شاخص بی هوازی معدنی شدن نیتروژن در خاک های مورد بررسی.. 68

جدول 3-9-نتایج رگرسیون چند متغیره جهت تخمین معدنی شدن نیتروژن در شرایط هوازی.. 69

جدول 3-10-نتایج رگرسیون چند متغیره جهت تخمین شاخص بی هوازی معدنی شدن نیتروژن.. 70