ارزیابی زی‌توده و اندوخته کربن خشک‌دار، لاشبرگ و خاک در توده جنگلی برودار (.Quercus brantii Lindl) در شهرستان لردگان

نوع مقاله : علمی- پژوهشی

نویسندگان

1 نویسنده مسئول، دانشیار پژوهش، بخش تحقیقات منابع طبیعی، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان اصفهان، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، اصفهان، ایران

2 پژوهشگر پسادکتری، بخش تحقیقات منابع طبیعی، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان چهارمحال و بختیاری، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، شهرکرد، ایران

چکیده

سابقه و هدف: جنگل‌های زاگرس به‌عنوان یکی از مهم‌ترین ذخیره‌گاه‌های کربن در ایران، نقش حیاتی در تعادل بوم‌سازگانی و چرخه کربن دارند. با توجه ‌به تهدیدهای فزاینده‌ای که این جنگل‌ها با آن‌ها مواجه هستند، شناخت و ارزیابی دقیق اندوخته کربن در اجزای مختلف جنگل ازجمله زی‌توده خشک‌‌دار، لاشبرگ و خاک، اهمیت ویژه‌ای دارد. پژوهش پیش‌‌رو به‌بررسی تأثیر فرم رویشی (دانه‌زاد یا شاخه‌زاد) برودار (Quercus brantii Lindl.) بر زی‌توده و اندوخته کربن خشک‌دار، لاشبرگ و خاک در جنگل‌های آتشگاه لردگان واقع در استان چهارمحال و بختیاری می‌پردازد. نتایج این پژوهش با ارائه داده‌های دقیق‌تر می‌تواند به مدیریت بهتر و پایدارتر این بوم‌سازگان‌های حیاتی کمک کند.
مواد و روش‌ها: این پژوهش با هدف ارزیابی زی‌توده و اندوخته کربن خشک‌دار، لاشبرگ و خاک درختان برودار دانه‌زاد و شاخه‌زاد در منطقه جنگلی آتشگاه لردگان انجام شد. منطقه مورد مطالعه با وسعت 90 هکتار در فلات مرکزی زاگرس قرار دارد و تیپ غالب پوشش گیاهی آن، برودار است. به‌منظور انتخاب پایه‌های مورد بررسی، 30 قطعه‌نمونه 1000 مترمربعی به‌طور تصادفی انتخاب شد. در هر قطعه‌نمونه، نزدیک‌ترین درخت به مرکز قطعه‌نمونه که در طبقه قطری مورد نظر قرار داشت، انتخاب شد. به‌طوری‌که در طبقه‌های مختلف قطر برابر سینه در درختان دانه‌زاد و طبقه‌های مختلف قطر تاج در درختان شاخه‌زاد، نمونه مورد نیاز وجود داشته باشد. بدین‌ترتیب در فرم رویشی دانه‌زاد، 16 پایه و در فرم شاخه‌زاد، 14 پایه به‌طور تصادفی انتخاب و نشانه‌گذاری شدند. انتخاب پایه‌‌ها به‌‌منظور اندازه‌‌گیری مقدار خشک‌‌دارهای ایستاده موجود در درختان مورد بررسی که در قالب شاخه‌های خشک‌شده وجود داشتند، انجام شد. لاشبرگ و نیز نمونه‌های خاک از عمق صفر تا 30 سانتی‌متر زیر هر درخت جمع‌آوری شدند. برای اندازه‌گیری کربن آلی خاک از رابطه محاسباتی مبتنی بر غلظت کربن، وزن مخصوص ظاهری خاک، عمق نمونه‌برداری و درصد قطعه‌های بزرگ استفاده شد. نمونه‌های جمع‌آوری‌شده برای تعیین وزن خشک و مقدار کربن به آزمایشگاه منتقل شدند. از روش‌های استاندارد برای اندازه‌گیری درصد کربن آلی نمونه‌های گیاهی و خاک استفاده شد.
نتایج: یافته‌های مربوط به درختان دانه‌زاد نشان داد که زی‌توده خشک‌‌دار ایستاده بین طبقه‌های مختلف قطر برابر سینه، اختلاف معنی‌داری داشت، درحالی‌که در خشک‌‌دارهای افتاده، چنین تفاوتی مشاهده نشد. بیشترین زی‌توده خشک‌‌دارِ این درختان در طبقه قطری 30 تا 40 سانتی‌متر مشاهده شد. در مقابل، در درختان شاخه‌زاد، زی‌توده خشک‌‌دار افتاده در طبقه‌های مختلف قطر تاج، اختلاف معنی‌داری داشت، اما تفاوت زی‌توده خشک‌دار ایستاده بین طبقه‌های مختلف قطر تاجِ درختان شاخه‌زاد، غیرمعنی‌دار بود. مقایسه بین درختان دانه‌زاد و شاخه‌زاد نشان داد که زی‌توده خشک‌‌دارهای ایستاده در درختان دانه‌زاد، بیشتر از درختان شاخه‌زاد بود. همچنین، مقدار متوسط اندوخته کربن خشک‌دارها در منطقه مورد مطالعه 171/0 تن در هکتار محاسبه شد. تفاوت معنی‌داری در مقدار کربن، نیتروژن و فسفر خاک بین فرم‌های رویشی دانه‌زاد و شاخه‌زاد مشاهده نشد. همبستگی زیادی بین کربن و نیتروژن خاک با ضریب تبیین 94/0 مشاهده شد، درحالی‌که کربن و فسفر خاک، همبستگی قابل‌توجهی باهم نداشتند. کربن لاشبرگ در زیر درختان دانه‌زاد و شاخه‌زاد، تفاوت معنی‌داری نداشتند. درمجموع، مقدار متوسط اندوخته کربن لاشبرگ در منطقه مورد مطالعه 327/0 تن در هکتار به‌‌دست آمد.
نتیجه‌گیری کلی: با وجود توجه زیاد به زی‌توده و اندوخته کربن روی زمینی در بوم‌سازگان‌های جنگلی، به زی‌توده خشک‌‌دارها کمتر توجه شده است، درحالی‌که خشک‌‌دارها می‌توانند بخش قابل‌توجهی از کربن جنگل را در خود ذخیره کنند. گونه‌های غالب درختی و ویژگی‌های ساختاری جنگل ازجمله جمعیت، قطر برابر سینه و ارتفاع درختان، عوامل مهمی در تعیین میزان زی‌توده و ذخیره‌سازی کربن هستند. در این پژوهش، تفاوت‌های میانگین مشخصه‌های کمی درختان دانه‌زاد و شاخه‌زاد به‌عنوان دلایل اصلی تفاوت در زی‌توده خشک‌‌دارهای ایستاده و افتاده شناسایی شدند. همچنین، تأثیر دخالت‌های انسانی بر کاهش زی‌توده روی زمینی بررسی شد. مقدار کربن آلی خاک در دو فرم رویشی مشابه بود که این موضوع به مشابهت حجم لاشبرگ در دو رویشگاه نسبت داده شد. این پژوهش به واکاوی اهمیت زی‌توده و اندوخته خشک‌‌دار، لاشبرگ و خاک و تأثیر آن بر بوم‌سازگان‌های جنگلی می‌پردازد و می‌تواند در بهبود مدیریت جنگل‌ها و حفظ تنوع زیستی استفاده شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Biomass and carbon stock in deadwood, litter, and soil of Persian oak (.Quercus brantii Lindl) stands in Lordegan County, Iran

نویسندگان [English]

  • Y. Iranmanesh 1
  • M.K. Parsapour 2
1 Corresponding author, Associate Prof., Department of Natural Resources Research, Agricultural and Natural Resources Research and Education Center of Isfahan Province, ARREO, Isfahan, Iran
2 Postdoctoral Researcher, Department of Natural Resources Research, Agricultural and Natural Resources Research and Education Center of Chaharmahal and Bakhtiari Province, ARREO, Shahrekord, Iran
چکیده [English]

Background and Objective: Zagros forests, as one of Iran's most important carbon sinks, play a crucial role in maintaining ecosystem balance and the carbon cycle. Given the increasing threats to these forests, accurately identifying and assessing carbon stocks in various forest components, such as deadwood, litter, and soil, is particularly important. This study aims to investigate how the stand form (high forest and coppice) of Persian oak (Quercus brantii Lindl.) affects biomass and carbon stock in deadwood, litter, and soil in the Atashgah forest area of Lordegan County in Chaharmahal and Bakhtiari Province, Iran. The goal is to provide more accurate data to support better and more sustainable management of these vital ecosystems.
Methodology: This study evaluated the aboveground biomass and carbon stocks of deadwood, litter, and soil in high forest and coppice of Persian oak trees in the Lordegan forest zone. The study area, covering 90 hectares, is located in the central Zagros plateau and is predominantly characterized by Persian oak vegetation. Thirty random sample plots of 1000 square meters each were established to select sample trees. Within each plot, the nearest tree to the center that fell within the desired diameter class was chosen, ensuring samples were collected across different diameter at breast height (DBH) classes for single-stem trees and different crown diameter classes for coppice shoots. Following this procedure, 16 single-stem and 14 coppice trees were randomly selected and marked for measurement. The selection aimed to quantify the amount of standing deadwood in the form of dried branches present in the investigated trees. Litter and soil samples were collected from a depth of 0 to 30 centimeters beneath each tree. A computational formula based on carbon concentration, bulk density of the soil, sampling depth, and the percentage of coarse fragments was used to measure soil organic carbon. The collected samples were transferred to the laboratory for determination of dry weight and carbon content, following standard methods for measuring the percentage of organic carbon in plant and soil samples.
Results: The findings showed that standing deadwood in high forest trees had significant statistical differences among various diameter classes, while fallen deadwood did not exhibit such differences. The highest values of standing deadwood biomass were observed in the 30-40 cm diameter class. In contrast, in coppice shoots, fallen deadwood biomass showed significant statistical differences among different crown diameter classes. However, the difference in standing deadwood biomass between different crown diameter classes of coppice shoots was insignificant. A comparison between high forest and coppice revealed that standing deadwood biomass in high forest trees exceeded that in coppice. Additionally, the average carbon sequestration of deadwood in the study area was calculated as 0.171 tons per hectare. No significant statistical differences were observed in soil carbon, nitrogen, and phosphorus content between high forest and coppice bases. A high correlation coefficient of 0.94 was observed between soil carbon and nitrogen, while no significant correlation was found between soil carbon and phosphorus. The carbon content of litter did not show significant statistical differences between high forest and coppice in the study area. Overall, the average carbon sequestration of litter in the study area was estimated as 0.327 tons per hectare.
Conclusion: Despite considerable attention to aboveground and belowground carbon stocks in forest ecosystems, carbon stored in deadwood has received less emphasis. However, deadwood can represent a significant portion of forest carbon reserves. Dominant tree species and structural characteristics of the forest, such as population density, diameter at breast height, and tree height, are important factors in determining aboveground biomass and carbon storage. This study identified the average quantitative differences between high forest and coppice trees as the main reasons for differences in aboveground biomass and carbon storage in standing and fallen deadwood. Furthermore, the impact of disturbances and human interventions on the reduction of soil carbon stocks was examined. The study found that soil carbon stocks were similar in both growth forms, which was related to the similarity in litter volume in the two habitats. This research highlights the importance of carbon storage in deadwood, litter, and soil and its impact on forest ecosystems, contributing to improved forest management and biodiversity preservation.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Aboveground biomass
  • fallen deadwood
  • growth form
  • standing deadwood
  • Zagros

مراجع

- Allen, S.E., Grimshaw, H.M. and Rowland, A.P., 1986. Chemical analysis: 285-344. In: Moore, P.D. and Chapman, S.B. (Eds.). Method in Plant Ecology. Blackwell Scientific Publication, Hoboken, New Jersey, USA, 589p.
- Amorim, H.C.S., Araujo, M.A., Lal, R. and Zinn, Y.L., 2023. What C:N ratios in soil particle-size fractions really say: N is preferentially sorbed by clays over organic C. Catena, 230: 107230.
- Andivia, E., Rolo, V., Jonard, M., Formánek, P. and Ponette, Q., 2016. Tree species identity mediates mechanisms of top soil carbon sequestration in a Norway spruce and European beech mixed forest. Annals of Forest Science, 73: 437-447.
- Askarii, Y., Iranmanesh, Y. and Pourhashemi, M., 2021. The economic value and comparison of carbon storage in different forest areas in Kohgiluyeh and Boyer-Ahmad province. Iranian Journal of Forest, 13(2): 169-182 (In Persian with English summary).
- Azizi, Y., Akhavan, R., Kia-Daliri, H. and Soleimani, R., 2022. Effect of management activities and aspect on tree, soil and biodiversity variables of tree species in Dinarkuh forests of Ilam. Iranian Journal of Forest, 14(3): 275-290 (In Persian with English summary).
- Badalamenti, E., Battipaglia, G., Gristina, L., Novara, A., Rühl, J., Sala, G., ... and La Mantia, T., 2019. Carbon stock increases up to old growth forest along a secondary succession in Mediterranean island ecosystems. PLoS One, 14(7): e0220194.
- Behera, S.K., Sahu, N., Mishra, A.K., Bargali, S.S., Behera, M.D. and Tuli, R., 2017. Aboveground biomass and carbon stock assessment in Indian tropical deciduous forest and relationship with stand structural attributes. Ecological Engineering, 99: 513-524.
- Berg, B. and McClaugherty, C., 2003. Influence of site factors other than climate: 163-172. In: Berg, B. and McClaugherty, C. (Eds.). Plant Litter: Decomposition, Humus Formation, Carbon Sequestration. Springer, Berlin, Germany, 286p.
- Bremner, J.M. and Mulvaney, C.S., 1982. Nitrogen-total: 595-624. In: Page, A.L., Miller, R.H. and Keeney, D.R. (Eds.). Methods of Soil Analysis, Part 2: Chemical and Microbiological Properties, Second Edition. American Society of Agronomy, Inc., Soil Science Society of America, Inc., Madison, Wisconsin, 1159p.
- Daba, D.E., Dullo, B.W. and Soromessa, T., 2022. Effect of forest management on carbon stock of tropical moist Afromontane Forest. International Journal of Forestry Research, 2022: 3691638.
- Duchesne, L., Houle, D., Ouimet, R., Lambert, M.C. and Logan, T., 2016. Aboveground carbon in Quebec forests: stock quantification at the provincial scale and assessment of temperature, precipitation and edaphic properties effects on the potential stand-level stocking. PeerJ, 4: e1767.
- Giweta, M., 2020. Role of litter production and its decomposition, and factors affecting the processes in a tropical forest ecosystem: a review. Journal of Ecology and Environment, 44(1): 11.
- Hanafi-Bojd, A.A., Sharififard, M., Jahanifard, E., Navidpour, Sh. and Vazirianzadeh, B., 2020. Presence probability of Hemiscorpius lepturus Peters, 1861 using maximum entropy approach in the western areas of Zagros Mountains, Iran. Veterinary World, 13(2): 296-303.
- Harmon, M.E., Franklin, J.F., Swanson, F.J., Sollins, P., Gregory, S.V., Lattin, J.D., ... and Cummins, K.W., 1986. Ecology of coarse woody debris in temperate ecosystems. Advances in Ecological Research, 15: 133-302.
- Hérault, B. and Piponiot, C., 2018. Key drivers of ecosystem recovery after disturbance in a neotropical forest. Forest Ecosystems, 5(1): 2.
- IPCC, 2003. Good Practice Guidance for Land Use, Land-Use Change and Forestry. Published by the Institute for Global Environmental Strategies (IGES) for the IPCC, National Greenhouse Gas Inventories Pro‌‌gramme, Hayama, Japan, 590p.
- IPCC, 2007: Summary for policymakers: 1-18. In: Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (Solomon, S., Qin, D., Manning, M., Chen, Z., Marquis, M., Averyt, K.B., … and Miller, H.L. (Eds.)). Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, USA, 996p.
- Iranmanesh, Y., 2013. Assessment on biomass estimation methods and carbon sequestration of Quercus brantii Lindl. in Chaharmahal & Bakhtiari forests. Ph.D thesis, University of Tarbiat Modares, Nur, Iran, 106p (In Persian with English summary).
- Iranmanesh, Y., Pourhashemi, M., Jahanbazi, H., Bordbar, K., Askari, Y., Henareh Khalyani, J., ... and Ghasempour, S., 2023. An analysis of carbon storage status in Zagros forest habitats. Journal of Iran Nature, 8(2): 15-20 (In Persian with English summary).
- Kianmehr, A., Hojjati, S.M., Kooch, Y. and Ghasemi Aghbash, F., 2022. Investigation of litter nutrient dynamics in pure and mixed stands of beech and hornbeam (Darabkola of Mazandaran). Iranian Journal of Forest, 14(1): 89-103 (In Persian with English summary).
- Kooch, Y. and Parsapour, M.K., 2016. The effects of broad and needle-leaved forest covers on soil microbial indices. Journal of Water and Soil Conservation, 23(2): 195-210 (In Persian with English summary).
- Kooch, Y., Parsapour, M.K., Egli, M. and Moghimian, N., 2021. Forest floor and soil properties in different development stages of Oriental beech forests. Applied Soil Ecology, 161, p.103823.
- Lafleur, B., Fenton, N.J., Simard, M., Leduc, A., Paré, D., Valeria, O. and Bergeron, Y., 2018. Ecosystem management in paludified boreal forests: enhancing wood production, biodiversity, and carbon sequestration at the landscape level. Forest Ecosystems, 5: 27.
- Lee, J., Yoon, T.K., Han, S., Kim, S., Yi, M.J., Park, G.S., ... and Son, Y., 2014. Estimating the carbon dynamics of South Korean forests from 1954 to 2012. Biogeosciences, 11(17): 4637-4650.
- Li, Q., Yang, D., Jia, Z., Zhang, L., Zhang, Y., Feng, L., ... and Zhao, X., 2019. Changes in soil organic carbon and total nitrogen stocks along a chronosequence of Caragana intermedia plantations in alpine sandy land. Ecological Engineering, 133: 53-59.
- MacDicken, K.G., 1997. A guide to monitoring carbon storage in forestry and agroforestry projects. Forest Carbon Monitoring Program, Winrock International Institute for Agricultural Development, Arkansas, USA, 87p.
- Mahmoudi Taleghani, E., Zahedi Amiri, Gh., Adeli, E. and Sagheb-Talebi, Kh., 2007. Assessment of carbon sequestration in soil layers of managed forest. Iranian Journal of Forest and Poplar Research, 15(3): 241-252 (In Persian with English summary).
- Mo, L., Zohner, C.M., Reich, P.B., Liang, J., de Miguel, S., Nabuurs, G.J., … and Crowther, T.W., 2023. Integrated global assessment of the natural forest carbon potential. Nature, 624: 92-101.
- Olsen, S.R. and Sommers, L.E., 1982. Phosphorus: 403-430. In: Page, A.L., Miller, R.H. and Keeney, D.R. (Eds.). Methods of Soil Analysis, Part 2: Chemical and Microbiological Properties, Second Edition. American Society of Agronomy, Inc., Soil Science Society of America, Inc., Madison, Wisconsin, 1159p.
- Oswalt, S.N., Brandeis, T.J. and Woodall, C.W., 2008. Contribution of dead wood to biomass and carbon stocks in the Caribbean: St. John, U.S. Virgin Islands. Biotropica, 40(1): 20-27.
- Pan, Y., Birdsey, R.A., Fang, J., Houghton, R., Kauppi, P.E., Kurz, W.A., ... and Hayes, D., 2011. A large and persistent carbon sink in the world’s forests. Science, 333(6045): 988-993.
- Pato, M., Salehi, A., Zahedi Amiri, G. and Banj Shafiei, S.A., 2017. Soil carbon stock and its relationship with physical and chemical characteristics in soil of different land-uses in Zagros region. Journal of Forest and Wood Product, 69(4): 747-756 (In Persian with English summary).
- Pedersen, L.B. and Bille-Hansen, J., 1999. A comparison of litterfall and element fluxes in even aged Norway spruce, sitka spruce and beech stands in Denmark. Forest Ecology and Management, 114(1): 55-70.
- Pfeifer, M., Lefebvre, V., Turner, E., Cusack, J., Khoo, M., Chey, V.K., ... and Ewers, R.M., 2015. Deadwood biomass: an underestimated carbon stock in degraded tropical forests? Environmental Research Letters, 10(4): 044019.
- Sarvazad, A., Fallah, A. and Vahedi, A.A., 2022. Changes in carbon storage of Quercus brantii Lindl in relation to physiographic factors‎ of Zagros forests. Journal of Forest Research and Development, 8(3): 329-341 (In Persian
with English summary).
- Sun, W. and Liu, X., 2020. Review on carbon storage estimation of forest ecosystem and applications in China. Forest Ecosystems, 7: 4.
- Takahashi, M., 2005. Direct estimation of carbon mass of organic layer from dry weight. Journal of Forest Research, 10: 239-241.
- Takahashi, M., Ishizuka, S., Ugawa, S., Sakai, Y., Sakai, H., Ono, K., ... and Morisada, K., 2010. Carbon stock in litter, deadwood and soil in Japan’s forest sector and its comparison with carbon stock in agricultural soils. Soil Science and Plant Nutrition, 56(1): 19-30.
- Talebi, M., Sagheb-Talebi, Kh. and Jahanbazi, H., 2006. Site demands and some quantitative and qualitative characteristics of Persian oak (Quercus brantii Lindl.) in Chaharmahal & Bakhtiari Province (western Iran). Iranian Journal of Forest and Poplar Research, 14(1): 79-67 (In Persian with English summary).
- Tavankar, F., Kivi, A.R., Taheri-Abkenari, K., Lo Monaco, A., Venanzi, R. and Picchio, R., 2022. Evaluation of deadwood characteristics and carbon storage under different silvicultural treatments in a mixed broadleaves mountain forest. Forests, 13(2): 259.
- Vahedi, A.A., Fallah, A. and Nazariani, N., 2023. Accumulation trend of fine woody debris volume stock in the altitudinal range of Kheiroud research forest, Iran. Iranian Journal of Forest and Poplar Research, 31(3): 186-202 (In Persian with English summary).
- Varamesh, S., Hosseini, S.M., Abdi, N. and Akbarinia, M., 2010. Increment of soil carbon sequestration due to forestation and its relation with some physical and chemical factors of soil. Iranian Journal of Forest, 2(1): 25-35 (In Persian with English summary).
- Victor, A.D., Valery, N.N., Louis, Z., Davy, A.A. and Chantal, M., 2019. Carbon stocks in dead wood biomass of Savannah ecosystems in Northern Region Cameroon. Journal of Botany Research, 2(1): 60-70.
- Zianis, D., Muukkonen, P., Mäkipää, R. and Mencuccini, M., 2005. Biomass and stem volume equations for tree species in Europe. Silva Fennica Monographs, 4: 63p.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار