اثر گونه درختی ارس (Juniperus excelsa M.Bieb) بر مشخصه‌های فیزیکی، شیمیایی و زیستی خاک در ناحیة ایران-تورانی

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 محقق غیر هیأت‌ علمی، بخش تحقیقات جنگل و مرتع، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان کرمان، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرمان، ایران.

2 دانشیار، مؤسسه تحقیقات جنگل‌ها و مراتع کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران.

3 استادیار، بخش تحقیقات جنگل و مرتع، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان کرمان، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرمان، ایران.

4 محقق غیر هیأت ‌علمی، مؤسسه تحقیقات جنگل‌ها و مراتع کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران

5 محقق ، غیر هیأت ‌علمی، مؤسسه تحقیقات جنگل‌ها و مراتع کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران.

6 محقق، غیر هیأت ‌علمی بخش تحقیقات جنگل و مرتع، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان کرمان، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرمان، ایران.

7 محقق ، هیأت ‌علمی بخش تحقیقات جنگل و مرتع، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان کرمان، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرمان، ایران.

8 محقق غیر هیأت ‌علمی بخش تحقیقات جنگل و مرتع، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان کرمان، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرمان، ایران.

چکیده

سابقه و هدف: در پی بهره‌برداری‌های بی‌رویه از عرصه‌های طبیعی، به‌ویژه جنگل‌ها، حاصلخیزی خاک کاهش یافته و پایداری تولید با اختلال مواجه شده است. از این رو، آگاهی از وضعیت خاک‌های جنگلی و بررسی اثرات فعالیت‌های مختلف بر ویژگی‌های خاک، نقشی حیاتی در مدیریت جنگل ایفا می‌کند. این پژوهش با هدف ارزیابی ویژگی‌های فیزیکی، شیمیایی و زیستی خاک در رویشگاه گونه درختی ارس (Juniperus excelsa M.Bieb) در منطقه گلوچار رابر استان کرمان انجام شد.
مواد و روش‌ها: نمونه‌برداری خاک به روش انتخابی از رویشگاه‌های جنگلی ارس و منطقه شاهد (فاقد پوشش گیاهی) انجام شد. بدین منظور، 25 پایه از گونه ارس با قطر تنه و تاج پوشش مشابه انتخاب گردید. نمونه‌های خاک از عمق 0 تا 25 سانتی‌متری برداشت شد و سپس هر پنج نمونه خاک در زیر درختان مجاور هم مخلوط شدند و یک نمونه ترکیبی برای انجام آزمایش‌های خاک حاصل شد. در راستای کاهش اثر عوامل محیطی مداخله‌گر، تلاش شد تا تمامی درختان و نقاط نمونه‌برداری انتخاب‌شده از نظر ارتفاع از سطح دریا، شیب و جهت جغرافیایی در شرایط نسبتاً یکسانی قرار داشته باشند. نمونه‌ها پس از انتقال به آزمایشگاه، جهت سنجش ویژگی‌های فیزیکی (بافت خاک)، شیمیایی (واکنش خاک، هدایت الکتریکی، کربنات کلسیم، کربن آلی، نیتروژن کل، فسفر قابل جذب، پتاسیم قابل جذب، کلسیم قابل جذب و منیزیم قابل جذب)، مشخصه‌های ریز مغذی (آهن، روی، مس، منگنز و سدیم) و زیستی (تنفس میکروبی پایه و برانگیخته، زی‌توده میکروبی کربن، پتانسیل نیتریفیکاسیون) با استفاده از روش‌های استاندارد آماده‌سازی و اندازه‌گیری شدند. در ادامه، داده‌های به‌دست‌آمده از نمونه‌های خاک زیر تاج درختان با داده‌های مربوط به منطقه شاهد (فاقد پوشش گیاهی) با استفاده از آزمون t مستقل مورد مقایسه آماری قرار گرفت.
یافته‌ها: نتایج نشان داد که زیر تاج درخت ارس، درصد سیلت خاک افزایش معناداری داشته، اما تفاوت آماری معنی‌داری در سایر اجزای بافت‌ خاک مشاهده نگردید. همچنین، مقادیر ویژگی‌های شیمیایی خاک مانند اسیدیته، هدایت الکتریکی، کربنات کلسیم، کربن آلی، نیتروژن کل و فسفر قابل جذب زیر تاج ارس نسبت به منطقه شاهد به‌طور قابل‌توجهی افزایش یافته است، در حالی که کربنات کلسیم قابل جذب، فسفر قابل جذب و منیزیم قابل جذب تفاوت آماری معنی‌داری را نشان ندادند. عناصر ریزمغذی (به جز مس) خاک زیر تاج ارس نسبت به منطقه شاهد به‌طور قابل‌توجهی افزایش یافته است. علاوه بر این، شاخص‌های زیستی خاک مانند تنفس پایة میکروبی، تنفس برانگیخته میکروبی، زی‌تودة میکروبی کربن و پتانسیل نیتریفیکاسیون نیز زیر تاج ارس افزایش معناداری نشان داد که مؤید تأثیر مثبت این گونه درختی بر فعالیت میکروبی خاک است.
نتیجه‌گیری: در مجموع، یافته‌های این پژوهش نمایانگر تأثیر مثبت و معنی‌دار گونه درختی ارس بر بهبود شاخص‌های شیمیایی و زیستی خاک، از جمله افزایش قابل توجه تنفس میکروبی پایه و برانگیخته، زی‌توده میکروبی کربن و پتانسیل نیتریفیکاسیون در زیر تاج درختان است. این امر مؤید تحریک قوی فعالیت میکروبی ناشی از تجمع مواد آلی و بهبود شرایط میکروکلیمی در مجاورت تاج پوشش این گونه می‌باشد. بر اساس نتایج حاصله، پیشنهاد می‌گردد در راستای حفظ و ارتقاء حاصلخیزی و سلامت خاک در مناطق کوهستانی با خاک‌های فقیر، به‌کارگیری گونه ارس در برنامه‌های جنگل‌کاری و احیاء رویشگاه‌ها مد نظر قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

The Effect of Juniperus excelsa M. Bieb on Soil Physical, Chemical and Biological Characteristics in the Irano-Turanian Region

نویسندگان [English]

  • Mashaallah Chonchepour 1
  • Mohammad Matinizadeh 2
  • Mohammad Bayranvand 3
  • Elham Nouri 4
  • Tahereh Alizadeh 5
  • Ahmad Pourmirzaei 6
  • Fatemeh Darijani 7
  • Mohammad Reza Kudori 8
1 Non-faculty researcher, Forest and Rangeland Research Department, Kerman Province Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, Agricultural Research, Education and Extension Organization, Kerman, Iran.
2 Associate Professor, National Forest and Rangeland Research Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization, Tehran, Iran.
3 Assistant Professor, Forest and Rangeland Research Department, Kerman Province Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, Agricultural Research, Education and Extension Organization, Kerman, Iran.
4 Non-faculty researcher, National Forest and Rangeland Research Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization, Tehran, Iran
5 Non-faculty researcher, National Forests and Rangelands Research Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization, Tehran, Iran.
6 Non-faculty researcher, Forest and Rangeland Research Department, Kerman Province Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, Agricultural Research, Education and Extension Organization, Kerman, Iran.
7 Researcher, Faculty of Forest and Rangeland Research, Kerman Province Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, Agricultural Research, Education and Extension Organization, Kerman, Iran.
8 Non-faculty researcher, Forest and Rangeland Research Department, Kerman Province Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, Agricultural Research, Education and Extension Organization, Kerman, Iran.
چکیده [English]

Background and Objectives: Following excessive exploitation of natural areas, particularly forests, soil fertility has declined, and production sustainability has been disrupted. Therefore, understanding the condition of forest soils and examining the effects of various activities on soil characteristics play a vital role in forest management. This study aimed to evaluate the physical, chemical, and biological characteristics of soil in the habitat of the Juniper tree species (Juniperus excelsa M.Bieb) in the Galouchar region of Rabar, Kerman Province.
Materials and Methods: Soil sampling was conducted using a selective method in J. excelsa forest habitats and a control area (without vegetation cover). For this purpose, 25 J. excelsa trees with similar trunk diameters and canopy cover were selected. Soil samples were taken from a depth of 0 to 25 cm, and then every five soil samples from under adjacent trees were mixed, and a composite sample was obtained for soil tests. In order to reduce the effect of interfering environmental factors, an effort was made to ensure that all selected trees and sampling points had relatively uniform conditions in terms of altitude, slope, and geographical direction. After transferring the samples to the laboratory, they were prepared and measured using standard methods to determine physical (soil texture), chemical [i.e., pH, electrical conductivity (EC), calcium carbonate equivalent (CCE), organic carbon (OC), total nitrogen (TN), available phosphorus (P), available potassium (K), exchangeable calcium (Ca), exchangeable magnesium (Mg)], Micronutrient characteristics [i.e., iron (Fe), zinc (Zn), copper (Cu), manganese (Mn) and sodium (Na)] and biological [i.e., basal and substrate-induced respiration (SMR and SIR), microbial biomass carbon (MBC), potential nitrification (PN)] parameters. Subsequently, the data obtained from soil samples under tree canopies were statistically compared with the data related to the control area (without vegetation cover) using an independent t-test.
Results: The results showed that under the Juniper tree canopy, the soil silt percentage significantly increased, but no significant statistical difference was observed in other soil texture components. Also, the values of soil chemical characteristics such as pH, EC, CCE, OC, TN, and K significantly increased under the Juniper canopy compared to the control area, while available calcium, P, and Mg did not show significant statistical differences. Micronutrients (except Cu) significantly increased in the soil under the Juniper canopy compared to the control area. Furthermore, soil biological indicators such as SMR, SIR, MBC and PN also showed a significant increase under the Juniper canopy, confirming the positive effect of this tree species on soil microbial activity.
Conclusion: Overall, the findings of this research demonstrate the positive and significant effect of the J. excelsa tree species on improving soil chemical and biological indices, including a substantial increase in basal and induced microbial respiration, microbial biomass carbon, and nitrification potential under tree canopies. This confirms the strong stimulation of microbial activity resulting from the accumulation of organic matter and the improvement of microclimatic conditions in the vicinity of the canopy cover of this species. Based on the results obtained, it is suggested that to preserve and enhance soil fertility and health in mountainous areas with poor soils, the use of J. excelsa species be considered in afforestation and habitat restoration programs.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Kerman Province
  • Junipers forest community
  • Soil chemical
  • Microbial biomass carbon
  • Nitrification potential
 1.Delijani, N. B., Moshki, A., Matinizadeh, M., Ravanbakhsh, H., & Nouri, E. (2022). The effects of fire and seasonal variations on soil properties in Juniperus excelsa M. Bieb. Stands in the Alborz Mountains, Iran. Journal of Forestry Research. 33(5), 1471-1479.
2.Moradi, Gh., & Zahedi Amiri, Gh. (2012). Life forms of the plants in the Irano-Tourani region and the situation of this region in the world. Journal of Wood and Forest Science and Technology, 16(3), 77-91. [Translated in Persian]
3.Zaki, S. A. (2013). Study of Juniperus excelsa habitats in relation to land types and soil characteristics in the northern Semnan forest Areas. Journal of Natural Resources Science and Technology, 8(1), 127-139. [Translated in Persian]
4.Sarangzai, A. M., Siddiqui, M. F., Ahmed, M., Hussain, M. I., Laghari, S. K., & Ahmed, A. (2015). Relationship between soil properties and natural regeneration pattern of Juniperus excelsa forest in Ziarat, Balochistan. Pakistan Journal of Botany. 47(3), 905-910.
5.Ravanbakhsh, H., HamzeH'Ee, B., Etemad, V., Marvie Mohadjer, M. R., & Assadi, M. (2016). Phytosociology of Juniperus excelsa M. Bieb. Forests in the Alborz mountain range in the north of Iran. Plant Biosystems-An International Journal Dealing with all Aspects of Plant Biology. 150(5), 987-1000.
6.Matinizadeh, M., Khoshnevis, M., Teimouri, M., & Ghasemi, M. H. (2010). Impact of canopy and seasoning on the activity of soil enzymes in some Juniper habitats of Iran. Iranian Journal of Forest and Poplar Research. 18(1), 152-162. [Translated in Persian]
7.Tistechok, S., Roman, I., Fedorenko, V., Luzhetskyy, A., & Gromyko, O. (2023). Diversity and bioactive potential of Actinomycota from the rhizosphere soil of Juniperus excelsa. Folia Microbiologica. 68(4), 645-653.
8.Sadeghi, S. M. M., Alijani, V., Namiranian, M., & Mohammadizadeh, M. (2016). Structural characteristics of Juniperus excelsa in the mountainous forests of Alborz south-facing slope (Case study: Atashgah, Karaj). Iranian Journal of Forest. 8(1), 35-39. [Translated in Persian]
9.Daghestani, M., Zanganeh, M., & Taheri, M. (2017). Investigation on quantitative characteristics and soil properties of Juniperus excelsa M.Bieb stands in Tarom, Zanjan. Forest Research and Development. 3(2), 175-190. [Translated in Persian]
10.Gülser, F., Türkoğlu, N., & Çığ, A. (2013). The determination of nutrient contents of native juniper (Juniperus excelsa Bieb) leaves related to soil properties in the Van region. International Caucasian Forestry Symposium. 23-26 October 2013, Artvin, Turkey.
11.Rostamikia, Y., Matinizadeh, M., & Anbaran, S. M. (2024). Influence of scattered Greek juniper trees on soil properties in semi-arid woodlands in the northwest of Iran. Journal of Forest Science (1212-4834), 70(11).
12.Primka, IV, E. J., Chen, S., Wan, L., Du, D., Zhang, H., Will, R., & Zou, C. B. (2024). Juniper (Juniperus virginiana) encroachment into grassland results in increased trace-element inputs. Plant and Soil. 505(1), 199-208.
13.Gupta, S. K., Panwar, P., Banyal, R., & Ramanan, S. S. (2025). Forest Soils. In Textbook of Forest Science (pp. 165-189). Singapore: Springer Nature Singapore.
14.Zarafshar, M., Vincent, G., Korboulewsky, N., & Bazot, S. (2024). The impact of stand composition and tree density on topsoil characteristics and soil microbial activities. Catena. 234, 107541.
15.Bayranvand, M., Kooch, Y., & Rey, A. (2017). Earthworm population and microbial activity temporal dynamics in a Caspian Hyrcanian mixed forest. European Journal of Forest Research. 136, 447-456.
16.Bayranvand, M., Akbarinia, M., Jouzani, G. S., Gharechahi, J., & Baldrian, P. (2021). Distribution of soil extracellular enzymatic, microbial, and biological functions in the C and N-cycle
pathways along a forest altitudinal gradient. Frontiers in Microbiology. 12(660603), 1-12.
17.Zangiabadi, S., Naseri, F., & Ahmadimoghadam, A. (2012). Investigation on silvicultural properties and soil characteristics of Juniperus excelsa M. Bieb in the Southeast of Iran. American–Eurasian Journal of Agriculture and Environmental Science. 12(3), 269-274.
18.Bayranvand, M., Akbarinia, M., Salehi Jouzani, Gh., & Gharechahi, J. (2021). Evaluation of fungal and enzymatic activities in relation to soil quality along an altitudinal gradient in Hyrcanian forests (Case study: Vaz watershed - Mazandaran province). Forest and Wood Products. 74 (2), 183-195. [Translated in Persian]
19.Ghazan Shahy, C. (2006). Analysis of soil and plants. Homa Publication, 272p.
20.Rhoades, J. D. 1996. Salinity: Electrical conductivity and total dissolved solids. Methods of soil analysis: Part 3 Chemical methods. 5, 417-435.
21.Walkley, A., & Black, I. A. (1934). An examination of the Degtjareff method for determining soil organic matter, and a proposed modification of the chromic acid titration method. Soil science. 37(1), 29-38.
22.Bremner, J. M. (1996). Total nitrogen. In Methods of soil analysis Part 3 chemical methods (Pp 1085-1121).
Soil Science Society of America, Inc.
23.Olsen, S. R., Cole, C. V., Watanabe,
F. S., & Dean, L. A. (1954). Estimation of available phosphorus in soils by extraction with sodium bicarbonate.
US Department of Agriculture.
24.Anderson, J. P. E., & Domsch, K. H. (1978). A physiological method for the quantitative measurement of microbial biomass in soils. Soil Biology and Biochemistry. 10(3), 215-221.
25.Schinner, F., Ohlinger, R., Kandeler, E., & Margesin, R. (1996). Methods in
soil biology. Springer-Verlage Berline Hidelberg, 418p.
26.Nwankwo, C. E. I., Okeke, E. S., Umeoguaju, F. U., Ejeromedoghene, O., Adedipe, D. T., & Ezeorba, T. P. C. (2025). Addressing emerging contaminants in agriculture affecting plant–soil interaction: a review on bio-based and nano-enhanced strategies for soil health and global food security (GFS). Discover Toxicology, 2(1), 1-30.
27.Handiso, M. A., Lemma, B., Asfaw, Z., Bromm, T., Mellisse, B. T., & Glaser, B. (2025). Farmers’ perceptions of Terminalia brownii management in agroforestry Parklands and its impact on soil physicochemical properties in the South Ari District, Southern Ethiopia. Agroforestry Systems. 99(2), 1-16.
28.Bayranvand, M., Kooch, Y., & Bahmani, M. (2019). Variability analysis of soil carbon and nitrogen storage under Prosopis cineraria, Calotropis procera & Ziziphus spinosa species in the South of Kerman. Arid Biome Scientific and Research Journal. 8(2), 92-101. [Translated in Persian]
29.Johnson, B. G., Verburg, P. S., & Arnone, J. A. (2016). Plant species effects on soil nutrients and chemistry
in arid ecological zones. Oecologia. 182, 299-317.
30.Shukla, M. K., Lal, R., Ebinger, M., & Meyer, C. (2006). Physical and chemical properties of soils under some piñon-juniper-oak canopies in a semi-arid ecosystem in New Mexico. Journal of Arid Environments. 66(4), 673-685.
31.Jocienė, L., Krokaitė, E., Rekašius, T., Vilčinskas, R., Judžentienė, A., Marozas, V., & Kupčinskienė, E. (2023). Ionomic parameters of populations of common juniper (Juniperus communis L.) depending on the habitat type. Plants. 12(4), p.961.
32.Burton, J., Chen, C., Xu, Z., & Ghadiri, H. (2010). Soil microbial biomass, activity, and community composition in adjacent native and plantation forests of subtropical Australia. Journal of Soils and Sediments. 10, 1267-1277.