آلومتری زی­توده و ذخیرة کربن برگ بلوط­های باغ گیاه­شناسی ملی ایران 

پریسا پناهی^*،1، مهدی پورهاشمی² و مریم حسنی­نژاد¹

¹ تهران،  مؤسسه تحقیقات جنگل­ها و مراتع کشور، بخش تحقیقات گیاه­شناسی

² تهران، مؤسسه تحقیقات جنگل­ها و مراتع کشور، بخش تحقیقات جنگل

تاریخ دریافت: 23/3/91               تاریخ پذیرش: 9/8/91

چکیده

این پژوهش در قطعة زاگرس باغ گیاه­شناسی ملی ایران با مساحت 2/3 هکتار و با هدف تعیین معادلات آلومتریک برای برآورد زی­توده و اندوختة کربن برگ سه گونة برودار (Quercus brantii)، مازودار (Q. infectoria) و وی­ول (Q. libani) انجام شد. همچنین میزان کربن ترسیب­شده در برگ سه گونة فوق محاسبه شد. ابتدا با استفاده از روش نمونه­برداری طبقه­ای تصادفی از هر گونه 15 درخت انتخاب، شماره­گذاری و فاکتورهای کمی آنها اندازه­گیری شد. سپس برگ­های یک قطاع 45 درجة تاج جمع­آوری، توزین (وزن تر) و پس از خشک کردن در داخل آون مجدداً وزن (وزن خشک) شدند. پس از سوزاندن مقدار کافی از برگ­های خشک­شده در کورة الکتریکی و توزین خاکستر، وزن مواد آلی برگ و مقدار کربن برگ­ها بدست آمد. همچنین میزان دی­اکسید کربن جذب شده از جو توسط برگ­ها تعیین و با استفاده از مدل­ رگرسیونی توانی روابط آلومتریک محاسبه شد. براساس نتایج، متوسط زی­تودة برگ برودار، مازودار و وی­ول به­ترتیب 1/282، 3/216 و 3/152 کیلوگرم در هکتار و متوسط اندوختة کربن برگ سه گونة فوق نیز به­ترتیب 2/140، 3/107 و 6/75 کیلوگرم برآورد شد. همچنین در دو گونة برودار و مازودار مدل رگرسیونی بر مبنای متغیر مستقل قطر برابر سینه و در وی­ول بر مبنای متغیر مستقل قطر متوسط تاج به­عنوان بهترین مدل انتخاب شدند.

واژه­های کلیدی: آلومتری، باغ گیاه­شناسی ملی ایران، بلوط، زی­تودة برگ، ترسیب کربن.

* نویسنده مسئول، تلفن: 5-44580282-021 ، پست الکترونیکی: Panahi@rifr-ac.ir

مقدمه

امروزه استفاده از روابط آلومتریک که به توصیف تغییرات یک ویژگی براساس یک ویژگی دیگر می­پردازند (35 و 39) کاربرد فراوانی در علوم مختلف دارد. یکی از مهم­ترین کاربردهای معادلات آلومتریک که در پژوهش­های متعددی (16، 36 و 42) بکار برده شده است، برآورد زی­توده و ذخیرة کربن اندام­های مختلف گیاهان (برگ، شاخه، ساقه و ریشه) است که طی آن سعی می­شود با اندازه­گیری متغیرهای کمی درخت مانند قطر برابر سینه که به­سادگی اندازه­گیری می­شوند و تعیین مدل رگرسیونی مناسب، زی­توده و ذخیرة کربن این اندام­ها که اندازه­گیری مستقیم آنها بسیار وقت­گیر، پرهزینه و مخرب است، برآورد شود به­طوری­که بتوان این مدل را برای سایر درختان گونة موردنظر در منطقة موردمطالعه و همچنین در سال­های آینده استفاده نمود. دراین­صورت با اندازه­گیری تعدادی درخت نمونه و تعیین معادلات آلومتریک و تعمیم نتایج می­توان از اندازه­گیری مستقیم زی­توده و ذخیرة کربن سایر درختان که باعث تخریب آنها نیز می­شود، جلوگیری نمود. زی­توده و ذخیرة کربن از ویژگی­های مهم درختان به­شمار می­آیند و نقش مهمی در فرآیندهای بیولوژیک و فیزیولوژیک گیاهان دارند. اهمیت کربن ترسیب­شده در گیاهان ناشی از افزایش دما و گرم شدن کرة زمین به­دلیل انتشار گازهای گلخانه­ای­ است که امروزه یکی از چالش­های اساسی انسان در مسیر توسعة پایدار می­باشد (18). دی­اکسیدکربن مهم­ترین گاز گلخانه­ای است (33)، به­طوری­که حدود نیمی از سهم گرم شدن گلخانه­ای زمین مربوط به این گاز می­باشد (40 و 41). ترسیب کربن توسط برگ گیاهان طی فرآیند فتوسنتز و استفاده از کربن آن برای ساخت زی­توده که شامل برگ، ریشه، ساقه و میوه است، ارزان­ترین و ساده­ترین راهکار ممکن برای کاهش مقدار این گاز در جو می­باشد (11). از آنجایی­که پوشش­های گیاهی با بافت چوبی از توان ترسیب کربن بیشتری برخوردارند (12)، بنابراین جنگل­ها نقش مهمی در ذخیرة طبیعی کربن در مقیاس جهانی دارند (22)، تا آنجا که 80 درصد زی­تودة روی زمین و 40 درصد زی­تودة زیرزمین را اکوسیستم­های خشکی تشکیل می­دهند (9). هر چند سهم زی­تودة برگ در مقایسه با سایر اندام­های درخت کمتر می­باشد (1 و 21) اما در بین اندام­های مختلف درختان، نقش زی­تودة برگ به­دلیل محل انجام عمل فتوسنتز و تولید مادة آلی و همچنین برگشت سالانة عناصر به جریان چرخة زیستی مواد بین بخش زنده و غیرزندة اکوسیستم از اولویت زیادی برخوردار است (20 و 43). برآورد زی­توده کاربردهای فراوانی در جنگل دارد. به­عنوان مثال زی­توده در ارزیابی اندوخته و نوسانات برخی عناصر بیوشیمیایی و مقدار انرژی اولیة جنگل (32) کارآیی دارد. همچنین زی­توده متغیر کلیدی در بسیاری از مدل­های اکولوژیک و اکوفیزیولوژیک می­باشد (16، 30 و 31).

جنگل­های شهری یکی از باارزش­ترین اکوسیستم­های جنگلی هستند که به­دلیل ارتباط مستقیم با انسان و نیز کارکردهای متنوع خود از قبیل زیبایی منظر، ترسیب کربن جو، کاهش انواع آلودگی­ها، تولید اکسیژن و تلطیف هوا ارزش قابل­توجهی دارند (3 و 8) و باغ­های گیاه­شناسی که معمولاً از تراکم و تنوع قابل­ملاحظه­ای از گیاهان علفی و چوبی (درختی، درختچه­ای و بوته­ای) تشکیل شده­اند، از مهم­ترین جنگل­های شهری محسوب می­شوند. کارکرد    باغ­های گیاه­شناسی در کاهش دی­اکسید کربن جو موقعی بیشتر می­شود که در داخل یا اطراف شهرهای بزرگ و صنعتی احداث شوند. باغ گیاه­شناسی ملی ایران با مساحت 145 هکتار و دارابودن کلکسیون­های مختلف جنگلی و غیرجنگلی بومی و غیربومی از این ویژگی برخوردار بوده و به­دلیل نزدیکی با شهر تهران نقش مهمی در کاهش آلودگی هوای این شهر دارد. سابقة احداث این باغ عظیم که در 5 کیلومتری غرب تهران و در موسسة تحقیقات جنگل­ها و مراتع کشور واقع شده است، به سال 1347 برمی­گردد (2 و 6). از ابتدای تأسیس باغ به­تدریج گونه­های مختلف درختی،   درختچه­ای و علفی از نقاط مختلف کشور و جهان جمع­آوری و براساس یک برنامة مدون در رویشگاه­های مختلف آن کاشته شده­اند به­طوری­که برخی از درختان موجود در باغ امروزه سنی بیشتر از 30 سال دارند (4). در یک تقسیم­بندی کلی باغ به دو بخش جنگلی و غیرجنگلی تقسیم می­شود و قطعة زاگرس که موضوع این پژوهش می­باشد، جزو کلکسیون­های جنگلی باغ محسوب می­شود. ازجمله مهم­ترین گونه­های درختی موجود در قطعة زاگرس، بلوط­های بومی غرب کشور شامل برودار یا بلوط ایرانی، مازودار و وی­ول می­باشند که طی سالیان گذشته به این قطعه منتقل و کاشته  شده­اند، به­طوری­که پس از گذشت بیش از دو دهه به­خوبی در شرایط آب و هوایی تهران سازگار شده و به­سهولت تجدیدحیات می­کنند. هدف این پژوهش تعیین روابط آلومتریک برآورد زی­توده و ذخیرة کربن برگ گونه­های مذکور با استفاده از متغیرهای کمی درخت است که اندازه­گیری آنها آسان و کم­هزینه است.

باتوجه به اینکه برای تعیین معادلات آلومتریک زی­توده و ذخیرة کربن اندام­های مختلف درختان برای یکبار نیاز به اندازه­گیری مستقیم می­باشد که قبلاً به مشکلات آن اشاره شد، در داخل کشور استقرار معادلات آلومتریک با هدف موضوع پژوهش پیش­رو در تحقیقات محدودی مدنظر بوده است. در پژوهش­های انجام­شدة داخلی، معادلات آلومتریک برگ دو گونة بلوط ایرانی و بنه (Pistacia atlantica) در جنگل­های یاسوج محاسبه شد که براساس نتایج این پژوهش در گونة بنه متغیر قطر برابر سینه و در گونة بلوط ایرانی ترکیبی از متغیرهای قطر بزرگ و کوچک تاج و ارتفاع کل درخت نسبت به سایر متغیرها از درجة اهمیت بیشتری برخوردار بودند (10). همچنین روابط آلومتریک برآورد زی­توده و ذخیرة کربن برگ بنه در باغ گیاه­شناسی ملی ایران مورد بررسی قرار گرفت (5) و در پژوهش دیگری این معادلات برای برآورد زی­تودة روی زمین همین گونه در پارک ملی خجیر تعیین شدند (9). برخلاف محدودیت منابع داخلی، در منابع خارجی پژوهش­های متعددی در این زمینه انجام شده است. به­عنوان مثال روابط آلومتریک برآورد زی­توده و شاخص سطح برگ گونة Kandelia candel در جنگل­های مانگرو ژاپن (29)، روابط آلومتریک برای برآورد زی­تودة 10 گونة درختی در جنگل­های معتدلة چین (44) و روابط آلومتریک زی­تودة روی زمین گونه­های مانگرو در کشور برزیل (26) را می­توان ذکر کرد. در پژوهش دیگری نیز روابط آلومتریک برای برآورد زی­توده و مواد غذایی برگ گونة Avicennia germinans در مانگروهای مکزیک محاسبه شد (27) و ویژگی­های معادلات آلومتریک خطی و غیرخطی و نحوة انتخاب معادلة مناسب برای برآورد زی­تودة جنگل نیز در پژوهش دیگری بررسی شد (24).

مواد و روشها

برای اجرای این پژوهش که در سال 1390 انجام شد، سه گونه از بلوط­های بومی جنگل­های طبیعی زاگرس به نام­های برودار، مازودار و وی­ول که از مدتها قبل در قطعة زاگرس باغ گیاه­شناسی ملی ایران با مساحت 2/3 هکتار (شکل­های 1 و 2) کاشته شده­ بودند، درنظر گرفته شد. ابتدا دامنة پراکنش قطری هر سه گونه مشخص شد و با استفاده از روش نمونه­برداری طبقه­ای تصادفی از هر گونه 15 درخت انتخاب شد، به­طوری­که در هر طبقة قطری 5 سانتی­متری حداقل 2 درخت اندازه­گیری شود. درختان نمونه شماره­گذاری و فاکتورهای کمی آنها شامل قطر برابر سینه، ارتفاع کل درخت، طول تاج و دو قطر بزرگ و کوچک تاج اندازه­گیری شد. برآورد زی­تودة برگ به­صورت مستقیم با چیدن کلیة برگ­های یک قطاع 45 درجه از تاج هر درخت نمونه انجام شد و برای اینکه خطای آماربرداری از بین برود، جمع­آوری برگ­ها از یک درخت به درخت دیگر به­صورت سیستماتیک صورت پذیرفت (5 و 10). برگ­های جمع­آوری شده با استفاده از ترازوی دیجیتالی توزین شده (وزن تر)، سپس به آزمایشگاه منتقل شده و به‌مدت 48 ساعت در دمای 65 درجه سانتیگراد در داخل آون قرار داده شدند (5، 10 و 11). سپس برگ­ها خارج شده‌ و به‌مدت 30 الی 45 دقیقه در دسیکاتور قرار گرفتند تا خشک شوند و بار دیگر وزن شدند (وزن خشک). اعداد بدست آمده از یک چهارم سطح تاج تبدیل به کل (ضرب در 4) شدند. درصد کربن آلی از روش احتراق خشک با جریان هوا در کورة الکتریکی (1، 23 و 25) محاسبه شد. برای محاسبة درصد کربن آلی از برگ­های خشک هر درخت به­مقدار کافی جدا شد و به­مدت 3 ساعت در دمای 450 درجة سانتی­گراد در داخل کوره قرار داده شدند (1، 5 و 12). وزن خاکستر نمونه­ها پس از سرد شدن در دسیکاتور اندازه­گیری شد. در این روش کاهش وزن حاصل از احتراق، مقدار مادة آلی را نشان می­دهد که معمولاً 50 درصد آن به­عنوان کربن در نظر گرفته می­شود (13 و 28). نتایج به­دست­آمده از میزان ذخیرة کربن برگ به کل درخت تعمیم داده شد.

تحلیل آماری داده­ها: فرض نرمال بودن داده­ها با استفاده از آزمون کولموگروف- سمیرنوف انجام شد و مشخص شد که متغیرهای موردبررسی نرمال هستند، بنابراین به­کمک متغیرهای اندازه­گیری شده، معادلات رگرسیونی براساس حداقل مربعات برازش داده شد. با توجه به اینکه عمدتاً در معادلات آلومتریک برآورد زی­توده و اندوختة کربن از مدل رگرسیونی توانی با معادلة y = b₀x^b1 (که در آن y و x به­ترتیب متغیر‌های وابسته و مستقل و b₀ و b₁ ضرایب رگرسیون هستند) استفاده می­شود (15 و 19)، در این پژوهش نیز از مدل توانی استفاده شد. اعتبارسنجی مدل­ها با استفاده از شاخص­های ضریب تبیین، انحراف­معیار مدل برازش­یافته، تحلیل واریانس رگرسیون، آزمون t ضریب­های مدل و تبعیت توزیع مقادیر باقیمانده­ها از توزیع نرمال انجام شد (9 و 34). کلیة محاسبات و تحلیل آماری داده­ها در محیط نرم­افزارهای Excel و SPSS انجام شد.

                                                                                                     شکل 2-  نقشة قطعة زاگرس 

                  شکل 1- نقشة باغ گیاه­شناسی ملی ایران

نتایج

بیشینه، متوسط و کمینة زی­توده، اندوختة کربن و مقدار جذب CO₂ از جو توسط برگ هر سه گونه در شکل 3 ارائه شده است. با توجه به اینکه هر سه گونه فقط در قطعة زاگرس باغ پراکنش دارند، تعداد آنها در داخل قطعه شمارش شد و با توجه به مساحت قطعه (2/3 هکتار) تعداد در واحد سطح (هکتار) آنها مشخص شد. سپس با در نظر گرفتن اندازه­های متوسط زی­توده، اندوختة کربن و مقدار جذب CO₂ از جو (شکل 3)، محاسبات مربوط به اندازة زی­توده، ذخیرة کربن و مقدار جذب CO₂ از جو توسط برگ هر سه گونه در واحد سطح و در کل قطعه انجام شد (جدول 1).

نتیجة برازش متغیرهای مختلف برای برآورد زی­توده و اندوختة کربن برگ نشان داد که در دو گونة برودار و مازودار متغیر قطر برابر سینه و در گونة وی­ول متغیر قطر متوسط تاج از نظر شاخص­های مدل­سازی نتایج بهتری را به­همراه داشته و سهم بیشتری از زی­توده و اندوختة کربن برگ را توجیه می­کردند. ضریب تبیین مدل­های برآوردکنندة زی­توده و اندوختة کربن برگ گونه­های برودار، مازودار و وی­ول به­ترتیب 8/0، 67/0 و 63/0 بود (شکل 4). در هر سه گونه تلحیل واریانس مدل و آزمون t برای بررسی معنی­دار بودن ضریب­های مدل، نتایج معنی­داری داشتند (جدول 2).

بحث

بررسی معادلات آلومتریک برای برآورد زی­توده و اندوختة کربن برگ در این پژوهش به­خوبی بیانگر استقرار این نوع معادلات درمورد سه گونة برودار، مازودار و وی­ول در قطعة زاگرس باغ گیاه­شناسی ملی ایران بود، به­طوری­که در دو گونة برودار و مازودار متغیر مستقل قطر برابر سینه و در گونة  وی­ول  متغیر  مستقل  قطر  متوسط  تاج  به­خوبی

برآوردکنندة زی­توده و ذخیرة کربن برگ بودند.  

شکل 3- بیشینه، متوسط و کمینة زی­توده، اندوختة کربن و مقدار جذب  CO₂از جو توسط برگ گونه­های بلوط

جدول 1- اندازة زی­توده، اندوختة کربن و مقدار جذب CO₂ از جو توسط برگ گونه­های بلوط در واحد سطح و در کل قطعة زاگرس

شکل 4- ابر نقاط و مدل رگرسیونی توانی برآورد زی­توده و اندوختة کربن برگ بلوط­های موردمطالعه

جدول 2- نتیجة تحلیل رگرسیون غیرخطی برای تعیین مدل برآورد زی­توده و اندوختة کربن برگ بلوط­های موردمطالعه

توضیحات: F: آمارة تحلیل واریانس، ٭٭٭ معنی­داری در سطح 001/0 خطا ،٭ معنی­داری در سطح 05/0 خطا، ns عدم معنی­داری