تأثیر نیتروژن، فسفر و پتاسیم خاک بر پراکنش گونه‌های مرتعی، علف‌های هرز و پایداری گونه‌ها در مراتع خلعت‌پوشان- تبریز

مقدمه

کشور ایران به دلیل شرایط متنوع جغرافیایی و آب و هوایی، محل حضور گونه­های گیاهی بسیاری است بطوریکه تاکنون بالغ بر9000 گونه گیاهی جمع آوری و نامگذاری شده است و  این امر ایران را به یکی از ده خاستگاه مهم گونه­زایی گیاهی در جهان تبدیل کرده است (قهساره اردستانی و همکاران 1389). قسمت عمده این گیاهان در مراتع که بالغ بر 90 میلیون هکتار از سطح کشور را در بر­گرفته­اند، یافت می­شوند. مراتع به عنوان یکی از اکوسیستم­های طبیعی در برگیرنده منابع عظیمی از ذخایر ژنتیکی و گونه­های گیاهی متنوع می­باشد که همواره این گوناگونی متضمن پایداری مرتع در برابر فاکتورهای زیستی و غیرزیستی است. در رابطه با مدیریت اکوسیستم­ها از جمله اکوسیستم­های مرتعی می­توان اظهار کرد که مدیریت پایدار آنها مستلزم شناخت و ارزیابی تغییرات مکانی و زمانی در خصوصیات آن به منظور بهره­برداری بهینه و پایدار از منابع می­باشد. شناسایی فاکتورهای مهم در پراکنش گونه­های گیاهی می تواند کنترل علف های هرز را بهبود بخشد (آندرسن و کووگارد 2009). حضور و پراکنش جوامع گیاهی در اکوسیستم­های مرتعی، تصادفی نیست بلکه عوامل اقلیمی، خاکی، پستی و بلندی و انسانی در گسترش آنها نقش مهمی ایفا می­کنند (لئونارد و همکاران 1984). گونه­های گیاهی مرتعی علاوه بر تولید علوفه و مصارف صنعتی و دارویی در امر حفاظت آب و خاک نقش مهمی را ایفا می­کنند. تاثیر فاکتورهای غیر زیستی از جمله منطقه جغرافیایی، ارتفاع، آب و هوا و خاک در مقالات متعددی بررسی شده است (آندرسن و همکاران  1991 و پیسک و همکاران 2005). از مهم­ترین فاکتورهای موثر در مدیریت پایدار اکوسیستم حفظ کیفیت خاک آن می­باشد. به این منظور درک چگونکی توزیع مکانی خصوصیات خاک مهم است (چنگ و همکاران 2006). تغییر در خصوصیات خاک ممکن است منشأ اولیه یا ثانویه داشته باشد. منشأ اولیه تغییرات در خصوصیات خاک تحت تأثیر عوامل خاک­زایی است، در صورتیکه منشأ ثانویه تغییرات می­تواند بر اثر کاربری­ها و مدیریت­های مختلف اتفاق افتد. این تغییرات مکانی در محدوده وسیعی از خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و زیستی خاک مشاهده می­شود (ایوبی و جلالیان 1385).

هولچک و همکاران (1989) در بررسی­های خود گزارش کردند که خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک در رابطه با پوشش گیاهی باعث پراکنش جغرافیایی گیاهان می­شوند. رستم­پور (1388) در تحقیقات خود نشان داد که بافت، ماده آلی، شیب، ارتفاع، متوسط درجه حرارت و بارندگی سالیانه مهمترین عوامل محیطی بودند که با غنا و تنوع گونه­ای همبستگی داشتند و رطوبت و شوری خاک از مهم­ترین عواملی بودند که با تنوع گونه­ای همبستگی منفی، و آهک، شن، ارتفاع و شیب از عواملی که همبستگی مثبت معنی‌داری با یکنواختی داشتند. .علی و همکاران (2000)، رابطه بین تنوع گونه­ای را با عوامل محیطی و خصوصیات پوشش گیاهی در مصر بررسی کرده و نشان دادند که حدود 53 درصد تغییرات تنوع گونه­ای توسط خصوصیات تاج پوشش، رطوبت خاک و شدت چرا توجیه می­شود. شریفی نیارق (1377)، در بررسی ارتباط تنوع گیاهی فرم­های رویشی چمنزارهای طبیعی منطقه اردبیل را بررسی کرد و نشان داد که عوامل اقلیمی و خاکی در تنوع پوشش گیاهی منطقه نقش اساسی دارند. زارع چاهوکی و همکاران (1388)، در مطالعه موردی مراتع آرتون- فشندک طالقان به بررسی رابطه بین تنوع گونه­ای و عوامل محیطی پرداختند و اظهار نمودند که از بین عوامل مورد بررسی جهت جغرافیایی، عمق، بافت، آهک و پتاسیم خاک بیشترین تأثیر را بر تنوع گونه­ای دارند. داولینگ و همکاران (1986)، در بررسی رویشگاه Acaciaharpophylla مشاهده نمودند که با افزایش فاکتورهایی از قبیل ماده آلی، نیتروژن، گوگرد، پتاسیم، فسفر، کلسیم تبادلی و عمق خاک درصد پوشش تاجی گونه مذکور افزایش می­یابد. یاری و همکاران (1391) در بررسی رابطه بین تنوع گونه­ای و عوامل محیطی در مراتع سرچاه عماری بیرجند گزارش کردند که هدایت الکتریکی، مقدار گچ، ماده آلی، شیب و درصد شن بیشترین تأثیر را بر تنوع گونه­ای منطقه مورد مطالعه دارد. جیانگ (2007) به بررسی الگوهای تنوع گونه­ای در اکوسیستم­های کوهستانی مناطق بیابانی چین با استفاده از روش CCA به منظور تعیین تأثیر عوامل محیطی بر خصوصیات جوامع گیاهی پرداخت. تکنیک CCA، اثرات ویژه متغیرها را به مقدار زیادی توسعه داده و نشان می­دهد که مدلی قوی برای تعیین ارتباط بین گونه­ها و محیط می­باشد (رید و همکاران 1993). این مدل ارتباط بین گونه­ها و عوامل محیطی را نشان می­دهد (باشکین و همکاران 2003). از مشخصات ویژه CCA، کاربرد رگرسیون و همبستگی می­باشد که برای بررسی روابط بین توزیع گونه­ها و عوامل محیطی استفاده می­شود (تربراک و پرنتیس 1988). در CCA، از همبستگی و رگرسیون داده­های فلوریستیکی و عوامل محیطی در داخل آنالیز رگرسیون استفاده می­شود (حسن نژاد 1389). نتایج تحقیقات جیانگ (2007) حاکی از این بود که عامل ارتفاع همبستگی قوی مثبتی نسبت به محور اول دارد و 50 درصد تغییرات را توجیه می­کند و عامل شیب همبستگی قوی نسبت به محور دوم دارد و 4/21 درصد از تغییرات پوشش را توجیه می­کند.

در اکوسیستم­های مناطق خشک و نیمه خشک به دلیل شرایط حساس و شکننده، پایداری گونه­ها و سایر عوامل، تعیین سهم عوامل موثر بر پراکنش گونه­ها از اهمیت ویژه­ای برخوردار است. بدین منظور در این پژوهش گونه­­های مرتعی و علف­های هرز موجود در این مرتع شناسایی شده وارتباط بین پراکنش گونه ها با عناصر غذایی موجود در خاک (N، P، K) مورد بررسی قرار گرفت.

مواد و روش ها

مطالعات منطقه­ای

به منظور مطالعه گونه­های مرتعی و علف­های هرز مراتع خلعت پوشان تبریز و بررسی ارتباط پراکنش آنها با عناصر غذایی موجود در خاک، پژوهشی در بهار سال 1391 صورت گرفت. مساحت مرتع مورد مطالعه در حدود 14 هکتار بود. نمونه برداری از 9 تپه و 176 نقطه به روش شبکه­ای در فواصل 40 متر × 20 متر با استفاده از کوادرات­های 5/0 متر × 5/0 متر انجام و جهت مطالعه دقیق­تر عناصر غذایی خاک و بررسی رابطه آن با پراکنش گونه‌های گیاهی، یکی از قطعات مورد مطالعه انتخاب و از 50 کوادرات موجود نمونه خاکی از عمق 0 تا 30 سانتی‌متر برداشت شد. تجزیه نمونه­های خاک در آزمایشگاه خاک شناسی دانشکده کشاورزی دانشگاه تبریز صورت گرفت. به منظور شناسایی گونه های گیاهی موجود از منابع معتبری همچون فلور ایرانیکا و ترکیه در هرباریوم گیاه­شناسی دانشکده کشاورزی دانشگاه تبریز استفاده شد (رشینگر 2007- 1963 و دیویس 1985- 1965).

شاخص­های مورد مطالعه

به منظور رسته­ بندی پوشش گیاهی از نرم افزار PC-ORD نسخه 17/4 (مک کوئین و میفرد 1999) و نرم­افزار CANOCO نسخه 5/4 استفاده شد. رسته­­بندی گونه­های مرتعی به روش آنالیز تطبیقی متعارفی  (CCA)^[1] و آنالیز مؤلفه‌­های اصلی (PCA)^[2]  انجام شد. در این بررسی داده­های مربوط به گونه­های مرتعی و ارتباط پراکنش آنها نسبت به هم با روش PCA با استفاده از نرم افزار PC-ORD  نسخه 17/4 (مک کوئین و میفرد 1999) مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. همچنین ارتباط بین داده­های مربوط به عناصر غذایی موجود در خاک (N، P، K) روی پراکنش گونه­های مرتعی و علف هرزی مشاهده شده در مراتع مورد مطالعه نیز با روشCCA  با استفاده ازنرم افزار CANOCO ورژن 5/4 مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. دیاگرام این رسته بندی تغییرات داده­های محیطی و داده­های گونه های متأثر از این عوامل را نشان می­دهد (مصداقی 1380 و 1384). در روش PCA از داده­های حضور و عدم حضور (1 و 0)، 18 گونه مرتعی و علف­های هرز غالب در مراتع ایستگاه تحقیقاتی خلعت پوشان به منظور مطالعه صحیح­تر ارتباط بین گونه­ها استفاده شد. در رابطه با روش CCA نیز داده­های مربوط به بیوماس 18 گونه مرتعی و علف­های هرز غالب برای تشکیل داده­های مربوط به ماتریس اول مورد بررسی قرار گرفت. به منظور رتبه‌بندی گونه­های مرتعی که دارای نیازهای اکولوژیکی مشترک می­باشند از آنالیز دوطرفه (TWINSPAN)[3]، و نیز رتبه‌بندی کوادرات­های مشابه از لحاظ عناصر غذایی موجود در خاک، از آنالیز خوشه­ای[4] (CA) استفاده شد.

نتایج و بحث

آنالیز مؤلفه‌ های اصلی (PCA)

در رابطه با روش PCA نتایج نشان داد که گونه­های Salvia nemerosa L.،Astragalus (Tragacantha) parrowianus  و Melilotus officinalis (L.) Pall. به ترتیب با کد 1، 5 و 9، گونه­های Scariola orientalis (Boiss.) Sojak  و Astragalus (Onobrychium) effuses. به ترتیب با کد 6 و 13 و همین طور گونه­های Tragopogon kotsschys boiss ، Noaea Mucronata (Forsk). Aschers.، Thymus Kotschyanus Boiss. & Hohen. ، Trigonella fischeriana Ser. و .Poa bulbosa L به ترتیب با کد 10، 4، 16، 12 و 3 از بیشترین میزان همبستگی با هم برخوردار بوده و همواره در کنار یکدیگر حضور داشتند. بررسی بای پلات PCA (شکل 1)، بیانگر این موضوع است  که گونه­های Jurinea leptoloba DC.، Astragalus (Tragacantha) strictifolius و Iris barnumae Baker. به ترتیب با کد 14، 15 و 17 از جمله گونه­هایی محسوب می‌شوند که بصورت پراکنده در نمودار PCA مشاهده شده و ارتباطی با پراکنش سایر گونه­های گیاهی نداشتند (شکل 1).

آنالیز تطبیقی متعارفی (CCA)

نتایج آنالیز تطبیقی متعارفی حاکی از وجود همبستگی بالا بین عناصر غذایی موجود در خاک و پراکنش گونه­های مرتعی و علف­های هرز بود. چنانکه در این آنالیز دو محور اول CCA، حدود 85 درصد واریانس گونه­ها را نشان داد (جدول 2). محور اول همبستگی منفی معنی­دار (17/0 و 21/0 درصد) با محتوی نیتروژن و پتاسیم موجود در خاک و همبستگی مثبت معنی دار (39/0) با میزان فسفر خاک داشت (جدول 3). با توجه به نتایج می­توان اظهار نمود که در مجموع میزان فسفر و پتاسیم موجود در خاک سهم بیش­تری را در مقایسه با میزان نیتروژن در پراکنش گونه­های مرتعی و علف­های هرز به خود اختصاص دادند که بررسی علت این موضوع نیاز به تجزیه گونه­های گیاهی دارد. در این آنالیز نزدیکی گونه مرتعی به هر کدام از بردارهای فسفر، نیتروژن و پتاسیم نشان از همبستگی بالای آن گونه به عامل مذکور دارد. در رابطه با ارتباط این عوامل نسبت به همدیگر، عواملی که بیشترین و کمترین زاویه را با هم تشکیل می­دهند به ترتیب کمترین و بیشترین همبستگی را با هم ایجاد می­کنند. همانطور که در شکل (2) نشان داده شده، در این بررسی محتوی نیتروژن و پتاسیم خاک بیشترین همبستگی را با هم و در عین حال کمترین همبستگی را با میزان فسفر خاک دارند. چمن پیازک­دار(Poa bulbosa L.) ، گاو چاق کن(Scariola orientalis (Boiss.) Sojak) ، آویشن (Thymus Kotschyanus Boiss & Hohen.) و گون (Astragalus (Onobrychium) effusus.)  به ترتیب با کدهای 3، 6، 16 و 13 از جمله گونه‌هایی بودند که بیشترین همبستگی را با محتوی فسفر خاک داشتند. بطوری که، با افزایش میزان فسفر خاک بر بیوماس این گونه­های مرتعی افزوده شد. در حالیکه، اسپرس آذربایجانی (Onobrychisatropatana Boiss.) و یونجه زرد (Melilotus officinalis (L.) Pall.) به ترتیب با کد 7 و 9 با محتوی فسفر همبستگی منفی داشته و افزایش میزان فسفر خاک سبب کاهش بیوماس این دو گونه مرتعی ­شد. شنبلیله گرجستانی(Trigonella fischeriana Ser.) با کد 12 از گیاهانی بود که با میزان نیتروژن خاک بیش­ترین همبستگی را داشت. استپی ((Stipa sp. با کد 2 نیز بیش­ترین همبستگی را با میزان پتاسیم خاک داشت. در صورتیکه، مریم گلی مزرعه روی  (Salvia nemerosa L.) با کد 1 از گونه­هایی بود که با میزان نیتروژن و پتاسیم موجود در خاک همبستگی منفی داشته و با افزایش میزان این عناصر در خاک از بیوماس این گونه کاسته شد. بید گیاه (Agropyron repens L.) نیز بیشترین همبستگی را با محتوای پتاسیم خاک داشت (شکل 2).  

آنالیز گونه­های شاخص دوطرفه (TWINSPAN)

آنالیز گونه­های شاخص دوطرفه یا آنالیز رتبه بندی دو مقسمی (TWINSPAN) نشان دهنده گونه­های مرتعی و علف­های هرز با نیازهای اکولوژیکی مشترک می­باشد. همان طور که جدول حاصل از این آنالیز نشان می­دهد (4)، گونه با کد 8 یعنی Astragalus (Hymenostegis) lagopoides Lam. نیاز اکولوژیکی منحصر به فرد داشته و در یک گروه جداگانه طبقه­بندی شد. گونه­های با کد 18، 17 و 2 یعنی  Iris barnumae Baker ,Astragalus sp.و Stipa sp. نیاز مشابه داشته و متعلق به یک گروه بودند. همچنین، گونه­های مرتعی با کد 7، 5 و 1 در یک گروه، گونه­های با کد 9 و 3 با هم، گونه­های با کد 16، 15، 14، 12، 10 و 4 در یک گروه و کد­های 13، 11 و 6 نیز به عنوان گیاهان همراه هم در یک گروه قرار گرفتند. با استفاده از کلید انتهایی این جدول می‌توان به گروه بندی کادرهای مختلف پرداخت. چنانچه می‌توان گفت کادر 31 با بقیه کادرها از نظر نوع پوشش گیاهی کاملاً متفاوت بوده و در سطح بعد مشاهده شد که کادرهای 26، 28، 29 و 30 متفاوت از بقیه کادرها هستند. وقتی تقسیم بندی ادامه پیدا کرد مشاهده شد که کادرهای 5، 24، 27، 32، 33، 36، 37، 39، 42، 43 و  44 در یک گروه، کادرهای  34، 38 و 40  در گروهی دیگر، کادرهای 1، 11، 14، 15، 16، 20 و 23 در یک گروه و کادرهای 2، 3، 4، 6، 7، 8، 9، 10، 12، 13، 17، 18، 19، 12، 22، 35، 35، 41 و 45 در گروهی جداگانه قرار گرفتند (جدول 4).

آنالیز خوشه­ای (CA)

از آنالیز خوشه­ای (CA) می­توان برای رسته­بندی کوادرات­های نمونه برداری مشابه از لحاط عناصر غذایی موجود در خاک استفاده کرد. براساس این آنالیز مشاهده شد که در سطح احتمال 50 درصد کوادرات­های نمونه برداری از لحاظ عناصر غذایی موجود در خاک در 6 گروه مجزا قرار گرفتند (شکل 3). در این تقسیم بندی گروه اول شامل کوادرات­های 1، 5، 25، 40، 48، 47 و 49، گروه دوم کوادرات­های 33، 34، 36، 41 و 44، گروه سوم 37، 43 و 45 و گروه چهارم شامل کوادرات­های 28، 30، 29، 31، 32 و 38 می­باشند. در گروه پنجم این تقسیم بندی کوادرات­های 2، 4، 3، 7، 8، 13، 18، 22، 23، 27، 46، 50، 6، 9، 12، 20، 10 و 19 و نیز در گروه ششم کوادرات­های 11، 14، 15، 21، 17 و 24 با هم همگروه بوده و از خصوصیات مشابهی از لحاظ عناصر غذایی موجود در خاک برخوردار می­باشند (شکل 3).

بنابراین، می­توان نتیجه گرفت که پراکنش گونه­های مرتعی و علف­های هرز موجود تحت تأثیر عناصر غذایی موجود در خاک قرار گرفته است، به طوری که، خطیبی و همکاران (1391) نیز در بررسی رابطه خصوصیات خاکی موثر بر تیپهای رویشی مرتع دجینگ خاش­ـ تفتان بلوچستان گزارش کردند که درصد مواد آلی، رس و پتاسیم قابل جذب از مهمترین عوامل موثر در پراکنش گونه­های شاخص مرتعی در منطقه بودند. تارمی و همکاران (2009) نیز در تحقیقات خود گزارش کردند فسفر و PH خاک از عوامل خاکی مؤثر در ترکیب جوامع گیاهی می باشند. زارع چاهوکی (1380) در بررسی رابطه چند گونه مرتعی با برخی از خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک دریافت که مهمترین فاکتورهای خاکی مؤثر در تفکیک تیپ­های گیاهی منطقه مورد مطالعه بافت خاک، هدایت الکتریکی، املاح پتاسیم و گچ بوده است. ژااو و همکاران (2007)، تغییرات تنوع گونه­ای و تولید را در رابطه با خصوصیات خاک در شش رویشگاه در شن‌زار هورکین مورد تجزیه و تحلیل قرار داده و نتایج آنالیز CCA نشان داد که مواد غذایی خاک عامل کلیدی برای تعیین پراکنش و الگوی تیپ­های گیاهی اصلی منطقه هستند. همچنین آنان گزارش کردند که تغییرات تنوع گونه­ای و تولید تحت تأثیر مواد غذایی خاک، مقدار آب در دسترس، اسیدیته خاک و هدایت الکتریکی قرار دارند. بنابراین بایستی در پی شناخت نوع گونه‌های گیاهی یک منطقه، آشنایی با نیازهای اکولوژیک آن‌ها و شناخت عوامل محیطی و مدیریتی مؤثر روی پراکنش گونه‌ها، به بررسی کلیه روش‌های مدیریتی ممکن پرداخته و با برنامه‌ریزی دقیق و استفاده تلفیقی از روش‌های مدیریتی مناسب در راستای مدیریت تلفیقیلف‌های‌هرز[5] (IWM) در منطقه گام برداشت.با توجه به نتایج آزمایش می­توان اظهار نمود که فقر، کمبود و یا عدم تعادل نیتروژن، فسفر و پتاسیم از عناصر ضروری، موجب کاهش گونه­های مفید و خوشخوراک مرتعی و افزایش گونه­های مهاجم و غیرخوشخوراک می­گردد و پایداری مراتع را دچار تهدید و آسیب جدی می­نماید. فلذا برای مدیریت پایدار گونه­های خوشخوراک مراتع توجه مداوم به تعادل NPK ضرورت پیدا می­کند.