عنوان

سهم گلومالین به عنوان نشانگر بیوشیمیایی برای ترسیب کربن در کاربری‌های مختلف زراعی و مرتعی

پ۲۷۶۰۴

per

سهم گلومالین به عنوان نشانگر بیوشیمیایی برای ترسیب کربن در کاربری‌های مختلف زراعی و مرتعی

آرزو صیامی

کشاورزی

۱۴۰۱

۱۳۱ص.

سی دی

دکتری

کشاورزی بیولوژی و بیوتکنولوژی خاک

۱۴۰۱/۰۶/۱۹

قارچ‌های میکوريز آربوسکولار (AMF) به‌‌عنوان همزیست ریشه‌ بسیاری از گیاهان در تأمین عناصر غذایی، جذب آب و کاهش اثر تنش‌های زیستی و غیرزیستی و همچنین پایداری نظام‌های کشاورزی نقش مهمی دارند. گلومالین به¬عنوان گلیکوپروتئینی اختصاصی که توسط قارچ‌های AM در خاک و درون ریشه تولید می‌شود، در پایداری خاکدانه‌ها و بهبود ویژگی‌های زیستی، شیمیایی و فیزیکی خاک مؤثر است. همچنین به‌دلیل پایداری مولکولی، مدت‌های مدیدی در خاک باقی مانده و در ترسیب کربن در خاک‌ها نقش مهمی ایفا می‌کند. در برخی خاک‌ها، گلومالین به تنهایی حدود 30 درصد کربن آلی خاک را به خود اختصاص می‌دهد. برای انجام این تحقیق، منطقه¬ای به وسعت 310 کیلومترمربع واقع در دشت سراب انتخاب گردید که مزارع آن عمدتا زیر کشت گیاهان گندم، یونجه و سیب‌زمینی بود. از مراتع منطقه نیز گیاه فستوکا به‌عنوان گیاه غیر‌زراعی در نظر گرفته شد. تعداد 120 نمونه از خاک و ریشه¬های گیاهان به‌صورت تصادفی شبکه‌بندی شده (SRS)تهیه و مختصات مکان¬های نمونه‌برداری با استفاده از سامانه موقعیت‌یاب جهانی (GPS) تعیین گرديد. خصوصیات فیزیکی و شیمیایی مانند بافت خاک، pH و EC گل اشباع، کربن آلی (OC)، فسفر قابل جذب و همچنین کلسیم کربنات معادل خاک (CCE) اندازه‌گیری شد. علاوه‌بر‌این، گلومالین کل (TG)، گلومالین ساده استخراج خاک (EEG) و گلومالین ریشه به روش الایزای غیرمستقیم (ELISA) تعیین گرديد. همچنین بعد از رنگ‌آمیزی ریشه، درصد کلنیزاسیون میکوریزی اندازه‌گیری شد. آناليز آماری به‌صورت طرح کرت خرد شده در قالب بلوک‌های کامل تصادفی با 4 نوع گیاه در 30 تکرار انجام گرفت. تجزیه واریانس، مقایسه میانگین‌ها و تحلیل¬های آماری با نرم‌افزارهای MSTATC و SPSS انجام شد. از آنجایی‌که تولید گلومالین ‌تنها تابع گونه گیاهی نبوده و هر عامل محیطی که بر رشد گیاه تأثیر داشته باشد، می¬تواند بر آن نیز اثرگذار باشد، لذا استفاده از متغیرهای محیطی می¬تواند برای پیش¬بینی توزیع پراکنش مکانی آن مفید واقع شود. بنابراین، تغییرات گلومالین خاک (TG و EEG) و همچنین نسبت‌های TG/OC و EEG/OC در منطقه مورد مطالعه، با استفاده از داده‌های واقعی اندازه¬گیری شده و تعداد 17 متغیر کمکی مشتق شده از مدل رقومی ارتفاع (DEM) در محیط برنامه¬نویسی R مدل¬سازی گردید. بدین منظور مدل‌های جنگل تصادفی (RF)، رگرسیون خطی چندگانه (MLR) و کیوبیست (CU) مورد ارزیابی قرار گرفت و در نهایت نقشه¬های پیوسته مکانی شاخص¬های موردمطالعه با استفاده از دقیق¬ترین مدل که دارای کونکوردنس (CCC) بالا و جذر میانگین مربعات خطا (RMSE) پایین بود تهیه گردید. نتایج نشان داد که مقدار گلومالین خاک در هر دو بخش، به‌عنوان یک منبع کربن مقاوم، همبستگی مثبت معنی‌داری با OC خاک دارد و در گیاه مرتعی این همبستگی بیشتر از گیاهان زراعی می¬باشد. در بررسی رگرسیون ساده میان هر بخش از گلومالین خاک و کربن آلی خاک، رابطه تقریباً خطی در مقادیر پایین‌ترOC مشاهده شد و در مقادیر بالای کربن آلی به¬ویژه در مرتع، با افزایش کربن آلی خاک، هر دو بخش گلومالین خاک با آهنگ بیشتری افزایش یافته است ولی در گیاهان زراعی با افزایش ماده آلی، کاهش در میزان گلومالین در هر دو بخش مشاهده شد. TG در گیاهان چندین ساله فستوکا و یونجه چندین برابر EEG بود در صورتی‌که در مزارع گندم و سیب‌زمینی TG تقریبا برابر EEG است. همچنین رابطه خطی قابل‌توجهی بین دو بخش گلومالین خاک EEG) و (TG در کاربری¬های زراعی و مرتعی وجود داشت. با بررسی روابط میان گلومالین ریشه و فسفر ‌قابل‌جذب خاک نیز مشخص شد که در غلظت‌های پایین فسفر قابل‌جذب خاک، با افزایش فسفر، کلنیزاسیون ریشه افزایش یافته است ولی در غلظت‌های بالاتر فسفر (غلظت حدود 50 میلی‌گرم بر کیلوگرم خاک)، افزایش فسفر قابل‌جذب خاک، باعث کاهش کلنیزاسیون ریشه گیاهان گردید. علی‌رغم درصد بالاتر کلنیزاسیون ریشه یونجه، مقدار گلومالین ساده استخراج خاک و گلومالین ریشه یونجه کم‌تر از سایر گیاهان بود. باتوجه‌به کلنیزاسیون کمتر ریشه در دو کاربری گندم و سیب‌زمینی، میزان گلومالین ریشه در گندم بیشتر از سیب‌زمینی بود. علاوه بر بررسی¬های آماری، یافته‌های این تحقیق نشان داد که به‌طور‌کلی نقشه-برداری رقومی خاک (DSM) می¬تواند نقش مهمی در پیش‌بینی صفات بیولوژیکی دیریافت خاک داشته باشد و متعاقباً موجب تسهیل در آمایش سرزمین و مدیریت منابع طبیعی باشد. ارزیابی¬های تفصیلی نیز نشان داد که شدت نورگیری مشتمل بر شاخص¬های تابش نور پخشیده (DFI) و تابش نور مستقیم (DRI) از بین سایر مشتقات DEM نقش مهمی در نقشه‌برداری رقومی گلومالین خاک دارد. همچنین بر اساس نتایج به¬دست آمده، مدل RF دارای بیشترین دقت برای پیش‌بینیEEG و سپس EEG/OC، TG و TG/OC می‌باشد.

Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) as symbionts of the roots of many plants play an important role in providing nutrients, absorbing water and alleviating the effects of biotic and abiotic stresses, as well as the stability of agricultural systems. Glomalin, as a specific glycoprotein produced by AM fungi in the soil and inside the root, improves the stability of soil structure, as well as its biological, chemical and physical characteristics. Also, due to its molecular stability, it remains in the soil for a long time and plays an important role in carbon sequestration in the soil. In some soils, glomalin alone accounts for about 30% of soil organic carbon. In this study, an area of 310 square kilometers located in Sarab plain was selected, which was cultivated mainly with wheat, alfalfa, potato. Also, festuca from natural pastures, was considered as non-cultivated plant. A total of 120 soil and root samples were prepared in stratified random sampling (SRS) manner and the coordinates of the sampling locations were determined using the Global Positioning System (GPS). Physical and chemical properties such as soil texture, pH and EC of saturated soil, organic carbon (OC), available phosphorus and soil calcium carbonate equivalent (CCE) were measured. In addition, total glomalin (TG), easily extractable glomalin (EEG) of soil and root glomalin were determined by indirect ELISA method. Also, after staining the roots, the percentage of mycorrhizal colonization was determined. Statistical analysis was done as a split plot design in the form of randomized complete block design (RCBD) with 4 types of plants in 30 replications. Analysis of variance, comparison of means and other statistical analyses were performed with MSTATC and SPSS softwares. Since the production of glomalin is not only dependent on the plant species, but any environmental factor that affects plant growth can also affect glomalin production, so the use of environmental variables can be useful for predicting its spatial distribution. Therefore, soil glomalin changes (TG and EEG) as well as TG/OC and EEG/OC ratios in the study area were calculated using actual data and 17 auxiliary variables derived from the Digital Elevation Model (DEM) in the environment. R programming was modeled. For this purpose, random forest (RF), multiple linear regression (MLR) and cubist (CU) models were evaluated and finally spatial continuous maps of the studied indicators using the most accurate model with high concordance (CCC) and low root mean square error (RMSE) were prepared. The results showed that the amount of soil glomalin (TG and EEG), as a resistant carbon source, has a significant positive correlation with soil OC, and this correlation is higher in pasture plant than in agricultural plants. In the simple regression analysis between TG, EEG and soil organic carbon, an almost linear relationship was observed in lower OC values, while in high organic carbon values, especially in pasture, with the increase of soil organic carbon, both parts of soil glomalin increased more rapidly. Under agricultural plants cultivation, with the increase of soil organic matter, a decrease in the amounts of TG and EEG was observed. TG in perennial plants of festuca and alfalfa was several times higher than EEG, while in wheat and potato fields (as annals), TG is almost equal to EEG. Also, there was a significant linear relationship between the two parts of soil glomalin (EEG) and (TG) in agricultural and pasture land uses. By examining the relationship between root glomalin and soil available phosphorus, it was also determined that at low concentrations of available phosphorus, with increasing phosphorus, root mycorhizal colonization has increased, but in higher concentrations of phosphorus (above 50 mg/kg soil), the increase of available phosphorus caused a decrease in plant root colonization. Despite the higher percentage of alfalfa root colonization, the amount of EEG extracted from the soil and alfalfa root glomalin were lower than other plants. Despite the less root colonization in wheat and potato, the amount of root glomalin was higher in wheat than in potato. In addition to the statistical analysis, the findings of this research revealed that digital soil mapping (DSM) can play an important role in predicting soil biological properties and subsequently facilitate land survey and natural resource management. Detailed evaluations also showed that the intensity of light including diffuse light radiation (DFI) and direct light radiation (DRI) among other DEM derivatives, plays an important role in digital mapping of soil glomalin. Also, based on the obtained results, the RF model has the most accuracy for predicting EEG, followed by EEG/OC, TG and TG/OC

Contribution of glomalin as a biochemical marker for carbon sequestration in different agronomic and pasture land uses

‏صیامی،

‏‏آرزو

تهیه کننده

‏علی‌اصغرزاد،

‏عاقبتی‌ملکی،

‏نجفی،

‏شهبازی،

‏‏ناصر

‏لیلی

‏‏نصرت اله

فرزین

استاد راهنما

استاد راهنما

استاد مشاور

استاد مشاور

تبریز