ارزیابی تنوع کنه‌های اریباتید (Oribatida) تحت تاثیر چند نوع کشت و خاک

مقدمه

پوسته خاک پس از آب وهوا، سومین جزء عمده محیط زیست تلقی می­گردد. خاک علاوه بر این­که پایگاه موجودات روی زمین، به ویژه جوامع انسانی است، محیط منحصر به فردی برای زندگی انواع حیات، مخصوصا گیاهان به شمار می­رود. فعالیت­های کشاورزی به دلیل اضافه کردن موادی همچون کودهای شیمیایی و هم­چنین سموم شیمیایی مانند آفت­کش­ها به محیط خاک از منابع عمده آلوده کننده خاک به شمار می­رود (وولکویچ 2016). به جهت اینکه در کشاورزی خاک بیشتر در معرض آلاینده­ها است، بیشتر بررسی­ها روی آلودگی خاک­های کشاورزی صورت گرفته است. ارزیابی سلامت خاک شامل پایش­های زیستی، فیزیکی و شیمیایی است که در آن از شاخص­های خاصی استفاده می­شود. تنوع زیستی به عنوان یک شاخص مهم در برآورد میزان تاثیر­پذیری محیط از عوامل تاثیرگذار است (حسن­­زاده قورت­تپه 2010). تنوع زیستی به مجموعه­ای از ذخایر ژنی موجود در یک گونه و یا اکوسیستم اطلاق می­شود و تنوع گونه­ای ملموس­ترین مفهوم تنوع زیستی را در بر می­گیرد که تحت تاثیر تغییرات اکوسیستمی است.

به منظور تعیین تنوع گونه­ای یک اکوسیستم و ارائه­ی آن به­صورت یک کمیت عددی از یک سری شاخص­ها استفاده می­شود. یکی از شاخص­های مهم زیستی که در ارزیابی زیستگاه­ها از آن استفاده­ی زیادی می­شود، شاخص تنوع گونه­ای است. امروزه نسبت بین تعداد گونه­ها و کل تعداد افراد در یک اجتماع را به عنوان تنوع گونه­ای تعریف می­کنند که میزان آن به ثبات محیط ­زیست آن­ها بستگی دارد و از آنجایی که این ثبات در اجتماعات و اکوسیستم­های مختلف، متفاوت است وضعیت تنوع گونه­ای نیز در این مناطق دستخوش تغییرات محیطی خواهد بود. به همین دلیل تنوع گونه­ای اهمیت زیادی در بررسی عملکرد و دخالت­های انسانی در سیستم­های طبیعی دارد (اردکانی 2004).

از بین شاخص­های تنوع زیستی، شاخص شانون-وینر در بین اکولوژیست­ها از عمومیت بیشتری برخوردار است. مقدار شاخص شانون-وینر در یک محیط تحت استرس شدید با آلودگی زیاد، از مقدار عددی صفر شروع می­شود و تا حدود پنج الی شش که بیانگر یک محیط سالم است می­رسد (اردکانی 2004). در بررسی تنوع گونه­ای یک منطقه پایش تمام موجودات زنده امکان­پذیر نیست و لذا لازم است از نشانگرهایی استفاده شود که قادر به ارزیابی و بررسی شرایط اکوسیستم هستند. ارزیابی نشانگرهای زیستی، امروزه به علت تمایل به افزایش تلاش­ها برای مدیریت اکوسیستم­، در جهت حفظ و گسترش کشاورزی پایدار حائز اهمیت است. مهم­ترین صفت یک نشانگر زیستی، حساسیت بالای آن در برابر تغییرات محیطی است. یکی از مهم­ترین نشانگرهای زیستی در عرضه خاک کشاورزی، کرم­های خاکی و کنه­های اریباتید هستند. آلودگی خاک، جمعیت و تنوع گونه­ای این موجودات را کاهش می­دهد (بروکنر و همکاران 2017).

کنه­های اریباتید(Acari: Sarcoptiformes: Oribatida)  یکی از متداول­ترین و قدیمی­ترین گروه از بندپایان افق­های آلی اکثر خاک­ها می­باشند (رحمانی و همکاران 2012). این کنه­ها تنوع زیستگاهی بالایی دارند، توانایی سازگاری با تمام آشیان­های اکولوژیک را دارند و به­طور معمول بندپایان غالب اکوسیستم­هایی هستند که مواد آلی و پوسیده­ی فراوان دارند و از مواد آلی مرده، قارچ­ها، جلبک­ها و گلسنگ­ها در اکوسیستم­های خاکی سرتاسر جهان تغذیه می­کنند (سوبیاس 2015). کنه­های اریباتید در برابر آلاینده­های خاک مانند فلزات سنگین (منگنز، مس و سرب) آسیب­پذیر هستند لذا این ویژگی، آن­ها را به مدل­های مناسب برای بررسی آلودگی تمام­ خاک­ها به ویژه، اکوسیستم­های کشاورزی که در مجاور شهرها هستند، تبدیل کرده است (لبرون و وان استرالن 1995). نتایج مطالعاتی که به این منظور انجام شد، نشان داد که به علت توانایی تولید مثل کم و پراکندگی کم اریباتیدها، می‌توان از آن­ها به عنوان شاخص­های زیستی، برای بررسی تغییرات محیط مخصوصا خاک استفاده کرد )رحمانی و همکاران 2012؛ کرانتز و والتر 2009).

تنوع و تراکم کنه­های اریباتید نیز به نوبه­ی خود تحت تاثیر عوامل محیطی بسیار زیادی قرار دارد و مطالعات نسبتا کمی در رابطه با آن­ها صورت گرفته است (فوجیکاوا 2004؛ ایوان 2008؛ اورهان 2008؛ آندره 2013). در ایران نیز مطالعات خیلی کمی در ارتباط با تنوع کنه­های اریباتید صورت گرفته است که از جمله می­توان به مطالعات هاشمی خبیر و همکاران (2015) روی تنوع کنه­های اریباتید مراتع آذربایجان غربی و عظیمی و همکاران (2016) روی تنوع کنه­های اریباتید جنگل­های ارسباران اشاره کرد. هدف از پژوهش حاضر بررسی ارتباط تنوع و تعداد کنه­های اریباتید با نوع کشت، بافت و افق خاک می­باشد. بررسی­ها نشان می­د­هند که تاکنون مطالعه­ی منظمی روی فون افق­های مختلف خاک صورت نگرفته است و مطالعه­ی حاضر اولین قدم برای نیل به این هدف است.

مواد و روش­ها

 مرتع، مزارع و باغ­های مورد مطالعه: شهرستان مرند بین '7 °38 تا '56 °38 عرض شمالی و '15 °45 تا °46 طول شرقی با وسعت ۸/۳۳۰۸ کیلومترمربع قرار گرفته است که ۲/۳۸ درصد آن را اراضی کشاورزی، ۴۰ درصد اراضی مرتعی و ۸/۲۱ درصد بقیه را اراضی بایر، پستی و بلندی­ها، کوه‌ها و نقاط مسکونی روستایی و شهری تشکیل می‌دهد (سالنامه آمار ایران 2013). منطقه­ی مورد بررسی در این مطالعه در جنوب شرق شهرستان مرند در محدوده­ی جغرافیایی ''55'23°38 تا ''28'26°38 عرض شمالی و ''18'49°45 تا ''22'55°45 طول شرقی قرار داشت (شکل 1).

حفر پروفیل­های خاک­شناسی و برداشت نمونه: نمونه­برداری در اواخر شهریورماه 1393 انجام گرفت.جدول 1 و شکل 1 نمایی از نقاط نمونه­برداری در منطقه­ی مورد مطالعه و موقعیت ‌پروفیل‌های حفر شده به منظور برداشت نمونه‌ها را نشان می‌دهند. در جدول 2 نیز افق­های مورد بررسی آمده است. از تمام نمونه­برداری­ها و افق­های مورد بررسی مقدار مساوی خاک به اندازه­ی 5/0 ± 2 کیلوگرم برداشته شد. تمام نمونه­ها پس از جمع­آوری و ثبت مشخصات از جمله تاریخ و محل نمونه­برداری در داخل کیسه­های پلاستیکی به آزمایشگاه کنه­شناسی دانشکده­ی کشاورزی دانشگاه شهید مدنی آذربایجان انتقال داده شدند.

 استخراج و شناسایی کنه­ها: جهت استخراج نمونه­های موجود در خاک از قیف برلیز استفاده شد. کنه­های مورد بررسی با توجه به درجه­ی سخت­شدگی بدن در مایع نسبیت به مدت یک تا چهار هفته شفاف ­شدند که طی بررسی­های روزانه و در صورت شفاف شدن، نسبت به تهیه­ی اسلاید دائمی از آن­ها با کمک آمیخته­ی هویر اقدام گردید )کرانتز و والتر 2009). تمامی نمونه­ها با کمک منابع مکتوب موجود و با استفاده از میکروسکوپ Olympus BX53 در سطح گونه، مورد شناسایی قرار گرفتند. نمونه­ها در آزمایشگاه گروه گیاهپزشکی دانشگاه شهید مدنی آذربایجان نگه­داری شدند.

 تعیین بافت خاک: بعد از استخراج کنه­ها، نمونه­های خاک خشک شده بر اثر استخراج جهت تعیین بافت خاک به متخصصین مربوطه ارسال و با کمک روش­های رایج آزمایش خاک (بویوکوز 1962؛ آنونیموس 2014) نوع بافت آن­ها تعیین شد.

محاسبه­ی شاخص تنوع شانون-وینر: به منظور تعیین تنوع گونه­ای کنه‌ها و ارائه­ی آن به­صورت یک کمیت عددی، شاخص شانون- وینر با فرمول زیر محاسبه گردید.     

در این فرمول، H شاخص تنوع گونه­ای، N تعداد کل جمعیت افراد، Ni تعداد جمعیت گونه­ی i­ام و s تعداد کل گونه­ها است. در این مطالعه به منظور محاسبه­ی شاخص تنوع شانون-وینر از نرم­افزارEcological Methodology  (کربس 2001) استفاده شد.

شکل1-منطقه­ی مورد مطالعه و موقعیت نقاط نمونه­برداری در شهرستان مرند استان آذربایجان شرقی.

جدول 1- مختصات نقاط نمونه­برداری در این مطالعه.

تجزیه داده­ها

بررسی ارتباط تنوع، تعداد کل کنه­ها و تعداد کنه­های بالغ و نابالغ با نوع کشت روی داده­های حاصل از سه افق اول، دوم و سوم برای نه مزرعه­ی گندم، سه مزرعه­ی آفتابگردان، سه باغ (مخلوطی از درختان میوه) و سه مرتع انجام گرفت. نرمال بودن داده­ها با استفاده از تست کلموگروف اسمیرنوف در نرم­افزار MSTAT-C تست شد. داده­های مربوط به تنوع و تعداد کنه­های نابالغ در احتمال یک درصد نرمال بودند، ولی داده­های مربوط به تعداد کل کنه­ها و تعداد کنه­های بالغ نرمال نبودند که داده­های غیر نرمال ابتدا با استفاده از ضریب  نرمال شده و سپس تجزیه­ی واریانس به صورت آزمایش فاکتوریل بر پایه طرح بلوک کامل تصادفی با کمک نرم­افزار MSTAT-C انجام گرفت. در نهایت مقایسه­ی میانگین روی داده­های اصلی صورت گرفت.

بررسی ارتباط تنوع، تعداد کل کنه­ها و تعداد کنه­های بالغ و نابالغ با بافت و افق خاک روی داده­های حاصل از دو افق اول و دوم 9 مزرعه­ی گندم (گندم 9-1) انجام گرفت. در این مطالعه افق و نوع بافت خاک به صورت یک تیمار در نظر گرفته شد. برخی از تیمارهای افق-بافت بدون تکرار حذف و در نهایت پنج تیمار افق-بافت با تکرارهای نامساوی دو و سه تکرار، شامل موارد زیر به دست آمد:

تیمار 1:  افق1- بافت لومی رسی شنی؛ با دو تکرار

تیمار 2: افق1- بافت لومی شنی؛ با سه تکرار

تیمار 3: افق1- بافت لومی؛ با دو تکرار

تیمار 4:  افق2- بافت لومی رسی؛ با سه تکرار

تیمار 5: افق2- بافت لومی رسی شنی؛ با سه تکرار

در این بررسی تمامی داده­ها غیر نرمال بودند که پس از تبدیل داده­ها از طریق ضریب ، تجزیه­ی واریانس صورت گرفت. تجزیه­ی واریانس به صورت طرح کاملا تصادفی نامتعادل با کمک نرم­افزار آماری SPSS  نسخه 19 صورت گرفت (نوروسیس 1990).

نتایج و بحث

در مطالعه­ی حاضر­، در مجموع تعداد 546 کنه­ متشکل از 59 گونه متعلق به 44 جنس و 28 خانواده جمع­آوری و شناسایی شد. اکثر کنه­ها را افراد بالغ (به تعداد 447) تشکیل دادند که از دلایل آن احتمال بالای نمونه­برداری از افراد بالغ، به دلیل زاد و ولد پایین و طول عمر بالای کنه­های بالغ اریباتید را می­توان نام برد. به علت بالا بدن کنه­های استخراج شده، تنها گونه­هایی که بالاترین درصد فراوانی را در کل مناطق مورد بررسی به خود اختصاص داده­اند، به این ترتیب آورده شد. گونه­های Epilohmania cylindrica cylindrica  با 56 درصد و گونه Discoppia (Cylindrappia) cylindricaبا سی و یک درصد بیشترین درصد فراوانی نسبی را به خود اختصاص داده­اند. در بررسی مربوط به افق اول و دوم کشت­های گندم کنه­ی غالب D. (Cylindroppia) cylindrica  به تعداد 108 عدد بود که در حدود 71 درصد کنه­های این کشت را به خود اختصاص داد. گونه­های Adelphacarus reticulatus، Ctenacarus araneola، Cosmochthonius ruizi، Thamnacarus sp.، Jacotella frondeus، Corynoppia kosarovi kosarovi، Passalozetes africanus، Passalozetes sp. و Oribatula (Zygoribatula) sp. تنها از مرتع جمع­آوری شدند.

     گونه­هایBeklemishevia hispaniola ، Gehypochthonius rhadamanthus، Arborichthonius azarbaijanensis، Similochthonius sp.، Acrotritia ardua، Lasiobelba kuehnelti، Tectocepheus velatus، Berlesezetes aegypticus، Oribatul (Oribatula) tibialis allifera،fimbriatusScheloribates fimbriatusوBaloghiella foveolataتنها از گندم جمع­آوری شدند.

     گونه­های Tyrophagus perniciosus، Gilarovella demetrii، Separatoppia sp.وSuctobelbella italica  تنها از آفتابگردان جمع­آوری شدند.

     گونه­های Punctoribates liber (P.) ، Galumna (G.) iranensis، Galumna (G.) karajicaوGalumna sp. تنها از باغ جمع­آوری شدند.

نتایج مربوط به افق­های مختلف مورد نمونه­برداری، شاخص شانون- وینر، تعداد کل کنه­ها و تعداد کنه­های بالغ و نابالغ در تمامی افق­ها و نقاط نمونه­برداری در چهار نوع کشت به همراه بافت خاک در جدول 2 و 3 آمده است.

دو عامل ثبات و تنوع لازم و ملزوم یکـدیگر هستند و اثرات مکملی دارند. در واقع یک زیست بوم ابتدا باید برخوردار از یـک ثبـات نسـبی )تعـادل( باشـد تـا در آن تنـوع افزایش یابد. در چنین شرایطی با وجـود ثبـات نسـبی، افـزایش تنوع سبب حفظ و تداوم ثبات )پایداری( می­شود، لذا بالا بـودن شاخص­هایی نظیر شانون-وینـر در یـک منطقـه در درجـه اول نشان­دهنده ثبات آن منطقه می­باشد. همان­طور که نتایج جدول 2 و 3 نشان می­دهد تیمارهایی که شاخص شانون-وینـر آن­ها در محدوده 5/1 تا 3 است از ثبات بیشتری برخوردار است. مقادیر کمتر از این مقدار بیانگر وجود تنش در محیط است (ویسوا 2013). الزاما این تنش با توجه به نوع بافت خاک می­تواند ناشی از عدم نگهداری رطوبت باشد.

فراوانی نسبی این کنه­ها در زیستگاه­های دارای پوشش گیاهی بیشتر با کاربرد کمتر مواد شیمیایی نظیر آفت­کش­ها و کودهای شیمیایی، به طورمعنی­داری بیشتر از زیستگاه­های دارای پوشش گیاهی کمتر با عملیات کشاورزی رایج )استفاده ازآفت­کش­ها و کود شیمیایی، عملیات خاک­ورزی و شخم عمیق) است. طبق نتایج حاصله (جدول 2 و 3) بیشترین شاخص­های تنوع بالاتر از 5/1 در باغ مخلوط 3، مزارع آفتابگردان و مراتع به دست آمد که احتمالا می­تواند به خاطر عدم عملیات کشاورزی در مراتع و عملیات کشاورزی کم همراه با اکوسیستم مرطوب مزارع آفتابگردان و باغ باشد. پایین بودن شاخص­های تنوع در مزارع گندم نیز به خاطر عملیات خاک­ورزی بالا و این واقعیت که در بیشتر طول سال زمین مزارع گندم عاری از پوشش گیاهی و در معرض مستقیم تابش آفتاب است طبیعی می­باشد. انتظار می­رفت در باغ­ها به علت بالا بودن تنوع گیاهی تنوع این کنه­ها در مقایسه با کشت­های دیگر بیشتر باشد. اما نتایج این تحقیق به جز باغ 3، عکس این انتظار را نشان داد که می­تواند به علت بالا بودن مصرف سموم و کودهای شیمیایی باشد که تنوع کنه­های اریباتید را از حد انتظار در باغات کاهش داده است. از دیگر عوامل موثر بر شاخص تنوع گونه­ای و فراوانی کنه­های خاکزی، میزان آلودگی خاک به فلزات سنگین ناشی از فعالیت­های صنعتی انسان است (اولید و همکاران 2008). عدم تاثیر نوع کشت و بافت الزاما به معنی عدم وجود آلودگی در این کشت­ها نمی­باشد و تنها نتیجه­ای که می­توان گرفت این است که از نظر آلودگی و یا عدم آلودگی در یک سطح قرار دارند.

     طبق تجزیه­ واریانس صورت گرفته (جدول4)،  تنوع و تعداد کنه­های بالغ و نابالغ در کشت­ها و افق­های مختلف تفاوت معنی­داری نشان ندادند. تعداد کل کنه­ها نیز در کشت­های مختلف اختلاف معنی­داری را نشان نداد ولی افق­های مختلف از نظر تعداد کل کنه­ها اختلاف معنی­داری را در سطح احتمال % 5 نشان دادند. مقایسه­ی میانگین روی داده­های اصلی مربوط به  افق­ها نشان داد که افق دوم (با میانگین 25/14) با اختلاف خیلی کم با افق اول (با میانگین 08/14) بیشترین تعداد کنه­ها را داشت ولی افق سوم تعداد کمتری را با میانگین 84/2 نشان داد (جدول 5). بیشترین تنوع در افق دوم با میانگین شاخص شانون-وینر 51/1 و کمترین تنوع در افق سوم با میانگین شاخص شانون-وینر 59/0 مشاهده شد (شکل 2). پایین بودن تنوع و تعداد کل کنه­ها در افق سوم با نتایج اورهان و همکاران (2008) کاملا مطابقت دارد. بالا بودن تعداد و تنوع کنه­ها در افق دوم (جدول 5 و شکل 2) احتمالا ناشی از زمان نمونه­برداری یعنی اواخر شهریور ماه می­باشد. در منطقه مورد مطالعه طی مرداد و شهریورماه، طبیعتا کنه­ها برای فرار از خشکی و گرمای هوا به اعماق خاک نفوذ می­کنند و نتایج حاصله این پدیده را تایید می­کنند. از میان انواع کشت، آفتابگردان بیشترین تعداد کنه (با میانگین 66/53) را به خود اختصاص داد که به خاطر حضور گونه­ی غالب (بارلز 1904) Epilohmannia cylindrica cylindrica  با تعداد 51 نمونه در آفتابگردان 2 می­باشد، ولی تنوع کنه­ها در آن اختلاف چندانی با گندم و مرتع نداشت (برلیز 1904). برخلاف انتظار باغ کمترین تعداد (66/18) و تنوع کنه­ها (61/1) را نشان داد (شکل 3) که با مطالعات پیشین مطابقت ندارد (ایوان 2004). اثر متقابل نوع کشت و افق در هیچ­کدام از صفات معنی­دار نبود (جدول 4).

طبق تجزیه­ی واریانس صورت گرفته (جدول 6)، تنوع، تعداد کل کنه­ها و تعداد کنه­های بالغ و نابالغ در بافت‌ها و افق‌های مختلف مزارع گندم مورد مطالعه اختلاف معنی‌داری نشان ندادند. بیشترین تعداد کل کنه (با میانگین 66/20) در افق دوم با بافت لوم رسی مشاهده شد کهتعداد کنه­های بالغ (با میانگین 66/18) در آن بیشتر از کنه­های نابالغ (با میانگین 33/2) بود (شکل4). یکی از دلایل احتمالی آن حضور گونه­ی D. (Cylindroppia) cylindrica با 32 نمونه در این مکان­ می­باشد. این گونه بدنی کوچک و استوانه­ای­شکل دارد و به راحتی در داخل حجره­های کوچک بافت لوم رسی حرکت کرده و به اعماق خاک نفوذ می­کند. بیشترین تنوع (با میانگین شاخص شانون-وینر 58/1) در افق اول با بافت لوم رسی شنی مشاهده شد (شکل4). این نوع خاک حجره­بندی خوبی دارد و کنه­های با اندازه­ها و شکل­های متفاوت قادر به زندگی در آن می­باشند (پرز اینگو 1965). تمامی عوامل مورد مطالعه کمترین مقدار را در افق1 با بافت لوم شنی نشان دادند. زیرا این نوع بافت خاک به راحتی رطوبت خود را از دست می­دهد و کنه­های اریباتید نسبت به کاهش رطوبت بسیار حساس می­باشند (ویسوا 2013). در مورد کنه­ها و سایر موجودات خاک­زی، فاکتور رطوبت مهم­ترین عامل موثر تعیین کننده جمعیت و تنوع گونه­ای است (آگونومی و اومنا 2013) عدم تفاوت در نتایج تحقیق حاضر نشان می­دهد زیستگاه­های مختلف از نظر رطوبت خاک، تفاوت معنی­داری ندارند و اکثریت کنه­ها را افراد بالغ تشکیل دادند. باید در ماه­های مختلف سال بررسی­های بیشتر در این رابطه انجام گیرد.