مقدمه­ اي بر پوسته های زيستي خاک در ایران و جهان و نقش آنها در حفاظت خاك و كاهش ریزگردها | MYCO-LICH

مقدمه­ اي بر پوسته های زيستي خاک در ایران و جهان و نقش آنها در حفاظت خاك و كاهش ریزگردها

ShareThis
تدوین از فرامز دهمرده و محمد سهرابی و غلامرضا بلالی
کارشناسی ارشد و دانش آموخته گروه زيست شناسي دانشگاه اصفهان
عضو هیات علمی سازمان پژوهشهای علمی وصنعتی ایران
دانشيار گروه زيست شناسي دانشگاه اصفهان

ایران کشوری است با پهنای  165 میلیون هکتار که از نظر  عوارض طبیعی و اقلیم و پوشش های گیاهی و گونه های جانوری بسیار متنوع و گوناگون  می باشد.  قرار گیری  ایران  در مابین مدارهای 30  تا 60 درجه شمالی   موجب به وجود آمدن  یک اقلیم خشک و نیمه خشک  می شود که  این  اقلیم  در حال حاضر بیش از 90 درصد وسعت کشور  را  در بر  می گیرد. مطابق آمار های سازمان  هوا شناسی حدود 13 % کشور   از  سطح  بارندگی   کمتر  از 100  میلیمتر برخوردار است. بیش از  نیمی  از  کشور ارتفاعی بیش از 1000 متر از  سطح  دریا دارد.  باتوجه به میزان بارندگی و  میزان ارتفاع، تنوع زیستگاه  ها و بوم  نظامهای مختلف در ایران بسیار قابل توجه  هستند. مراتع ایران  از مهمترین زیستگاه های کشور هستند که با توجه به میزان رطوبت دریافتی و  ارتفاع از از تنوع گونه ای متفاوتی برخوردار هستند که طبقه بندی آنها در علم مرتع  شناسی با توجه  به میزان بهره  برداری متفاوت  هستند در اینجا با توجه به اهمیت گلسنگها در مراتع و نقش آنها در حفاظت  خاک و همچنین کاهش ریزگرد ها از طریق گونه های خاکزی می پردازیم.

 

مقدمه­ اي بر پوسته زيستي خاک در ایران و جهان

در زمين­هاي خشک و نيمه­ خشک سراسر جهان، پوشش گياهي اغلب پراکنده يا فاقد پوشش است. با اين وجود، در فضا­هاي باز ميان گياهان مرتفع، معمولاً سطح خاک فاقد زندگي اتوتروفي نيست، بلکه توسط جامعه­ اي از موجودات زنده بسيار تخصص يافته پوشانده شده است. اين جوامع را به عنوان پوسته ­هاي زيستي خاک يا کريپتو­گاميک ،کريپتو­بيوتيک، ميکرو­فلورال ، ميکرو­فيتيک،  ميکرو­بيوتيک يا پوسته­ هاي ارگانوژنيک خاک اشاره مي­کنند. پوسته زيستي خاک نتيجه يک پيوند و رابطه نزديک بين ذرات خاک و سيانوباکتري­ها، جلبک­هاي سبز، ريزقارچ­ها، گلسنگ­ها، خزه ­ها و باکتري­ها مي­ باشد. از ­آنجايي ­که اجزاي غالب  زيست پوسته خاک ارگانيسم­هاي فتوسنتز­ کننده هستند، آنها در نزديکي يا در سطح خاک يافت مي­ شوند. وقتي خاک خشک باشد، بخش عمده زيست ­توده پوسته در حدود 5/. ميلي­متري زير سطح خاک قرار مي­گيرند(Paul, 2007، Bardgett, 2005، (Belnap et al,. 2001a و(Belnap and Lange, 2003)). خزه­ ها، گلسنگ­ها و برخي از سيانو­باکتري­ها رنگدانه­ هايي دارند که از آنها در برابر   UVمحافظت مي­ کنند، درنتيجه روي سطح خاک ظاهر مي­ شوند. اين گونه ­ها سايه­ اي را براي گونه ­هايي که فاقد اين رنگدانه ­هاي حفاظت ­کننده در برابر  UV هستند، ايجاد مي­ کنند، که اندکي زير سطح خاک ايجاد مي­ شوند((Belnap, 2003(Belnap et al,. 2001a)). سيانو­باکتري­ها و رشته­ هاي ريز ­قارچ­ها در چند ميلي­متر قسمت فوقاني خاک در­هم تنيده مي ­شوند، اين اجزا به طور سست به هم مي­ چسبند و تشکيل يک ماتريکسي را مي ­دهند که باعث تثبيت و حفاظت سطح خاک در برابر عوامل فرسايشي مي­ شود. اين پوسته ­ها در تمام مناطق گرم، سرد خشک و نيمه خشک رخ مي ­دهند و ممکن است بيش از 70% پوشش را در برخي از جوامع گياهي تشکيل دهند(Belnap et al,. 2001a). از بعد ساختاري پوسته­ هاي زيستي يک سطح خشن و نا­صاف يا پوسته­اي داراي پستي-بلندي(بين 1 تا 10 سانتيمتر ارتفاع دارد) هستند. زير زمين، رزين­ها يا ريزوييد هاي (اندام ريشک مانند) گلسنگ­ها و خزه­ها، هيف­ هاي قارچ­ها و رشته ­هاي سيانو­باکتري­ها يک شبکه­ اي را تشکيل مي ­دهند، که ذرات خاک را به همديگر مي چسبانند. بر­خلاف گياهان آوندي، ارگانيسم ­هاي زيست پوسته، بويژه گلسنگ­ها تا حد زيادي به وسيله شرايط آب و هوايي کوتاه مدت تحت تاثير قرار نمي ­گيرند(Belnap et al,. 2001a).

زيست پوسته گلسنگي و نقش آن

سيانو­باکتري­ها و سيانو­گلسنگ­ها به عنوان بخش عمده­اي از  زيست پوسته خاک در سطوح خاک­هاي بياباني غالب هستند(Belnap et al,. 2001a). رايجترين سيانو­باکتري­ها در زيست پوسته خاک، جنس­هاي Nostoc، Scytonema، Phormidium، Oscillatoria و Microcoleusمي­باشند((Schmidt and Schaechter, 2011)و(Breckle et al., 2008)). گلسنگ­ها از اجزاي عمومي جوامع پوسته خاک هستند. پوسته­ هاي گلسنگي بر­روي هيدرولوژي، فرسايش، خواص خاک، بازيابي و احياي گياهان آوندي اثر دارند و آنها را تحت تاثير قرار مي­دهند. آنها به­طور­کلي فرسايش را کاهش و روان­آب و توزيع مجدد آب و ثبات و پايداري سطح خاک را افزايش مي­ دهند. اکثر مطالعات تاييد­کننده اين است که اين پوسته علاوه ­بر حفظ رطوبت خاک، PH و مقدار و در دسترس بودن مواد مغذي را افزايش مي­دهند و همچنين نيتروژن را تامين مي­کنند. به­ طور­کلي 70%نيتروژن تثبيت ­شده توسط سيانو­باکتري­ها و سيانو­گلسنگ­ها مستقيماً به خاک منتقل مي­ شوند. اين پوسته ­ها به توسعه پوشش گياهي کمک مي­ کنند، زيرا علاوه ­بر افزايش حاصلخيزي خاک، آنها به عنوان تله­ اي براي دانه­ ها، آب و مواد­ معدني عمدتاً از طريق افزايش نا­همواري و درشتي سطح عمل مي­ کنند. هر­ چند اثر پوسته ­ها بر­روي گياهان به فاکتور­هاي محلي زيادي (گونه ­هاي گلسنگي، نوع دانه بندي و خاک) بستگي دارد از سويي ديگر شواهدي وجود دارد که پوسته ­هاي زيستي خاک مي ­توانند توسعه پوشش گياهي را به تاخير بي اندازد. در زيست پوسته خاک همه انواع مختلف فرم هاي رويشي گلسنگ ها ديده مي­شود، با اين حال اکثريت قريب به اتفاق گلسنگ­هاي پوسته خاک از نوع فلسي هستند و گونه­ هاي بوته­ اي داراي حداقل فراواني هستند(Belnap et al,. 2001a). طي بررسي انجام شده در زيستگاه­ هاي بياباني واقع در غرب ايالات متحده جوامع گلسنگ­هاي خاکزي آن مورد توصيف و بحث قرار گرفته است. نتايج بدست آمده از اين مطالعه، نشان داده است که، اکثر گلسنگ­هاي پوسته خاک يا فلسي يا برگي (79%) هستندکه گونه ­هاي فلسي رايج­تر هستند. از 34 گونه موجود در جوامع پوسته خاک شناخته شده از اين منطقه، 59% فلسي، 21%برگي، 12% پوسته­اي و 9% بوته­اي هستند(Clair et al., 1993). در جوامع زيست پوسته هاي مختلف شناخته شده در ايران نيز همين روند قابل مشاهده است. فرم رويشي بوته اي بر روي خاک، بندرت در بيابان هاي ايران مشاهده مي شود. در خاک­هاي گچي زيستگاه­هاي بياباني واقع در غرب ايالات متحده، جوامع گلسنگي بهترين رشد و توسعه يافتگي را نشان دادند. گونه­هاي برگي و بوته­اي که داراي اتصال سست به بستر هستند در مکان­هاي گچي ديده نمي­ شوند. از جمله گونه ­هايي که در پوسته ها­ي خاک در اين منطقه مشاهده شدند  Acarospora nodulosa ، Aspicilia reptans، Buellia elegans، Collema  tenax ، Psora decipiens، Toninia caeruleonigricans، Toninia tristis و غيره بودند(Clair et al., 1993). در ايران نيز مطالعه­اي در منطقه الاگل واقع در 80 کيلومتري شمال گلستان ( استان گلستان) براي بررسي و مقايسه برخي از خصوصيات خاک­هاي پوسته­اي و غير­پوسته اي انجام گرفته است، که در اين مطالعه گونه ­هاي Collema tenax، Diploschistes muscorum، Squamarina cartilaginea، Fulgensia bracteata، Fulgensia subbracteata، Fulgensia fulgens، Psora decipiens، Endrocarpon posillium،  Toninia sedifoliaمشاهده و ثبت شده­اند(Jafari et al., 2004)، که برخي از گونه ­هاي مشاهده شده در اين منطقه، با گونه­ هاي مشاهده شده در  زيستگاه­هاي بياباني واقع در غرب ايالات متحده يکسان بودند.

نقش پوسته­ هاي زيستي خاک در جلوگيري از فرسايش بادي

پوسته ميکروبيوتيک يا همان پوسته ­هاي زيستي خاک ذرات خاک را به هم متصل کرده که اين باعث افزايش قابل توجهي در پايداري و ثبات سطح خاک و مقاومت در برابر فرسايش بادي مي­شود(Goudie and Middleton, 2006). تمام مطالعات نشان داده است که پوسته­ هاي زيستي خاک يک نقش معني­ داري در کاهش از دست رفتن خاک بوسيله باد دارند. هرچه ميزان توسعه و پيشرفت پوسته بيشتر باشد به همان اندازه محافظت در برابر فرسايش بادي بيشتر مي­شود. واين اشاره بر اين دارد که پوسته­ هاي زيستي خاک يک نقش مهمي در محافظت در برابر فرسايش بادي در همه انواع خاک ها ايفا مي ­کنند(Belnap, 2001).

نقش زيست ­پوسته در پيدايش گياهان آوندي

 وجود پوسته ­هاي زيستي خاک مي­تواند به ميزان قابل توجهي سبب تغييرات فيزيکي و شيميايي در محيط­هاي خاکي شود(Belnap et al., 2001b)، که اين تغييرات مي­تواند بر جوانه ­زني، بقا(Belnap et al., 2001b و(Laity, 2009)) و وضعيت تغذيه­ اي گياهان آوندي اثر بگذارد. برخي از بررسي­ها يک ارتباط منفي ميان پوسته ­هاي زيستي خاک و پوشش گياهان آوندي را نشان دادند، که اساس آن بر اين است که برخي از محققين معتقدند که ارگانيسم­هاي پوسته، پوشش گياهان آوندي را محدود مي­کنند. در حمايت از اين موضوع محققين بسياري گزارش کردند که پوشش گياهان آوندي هيچ ارتباطي با پوشش پوسته ندارد يا به عبارت ديگر يک ارتباط مثبت بين پوشش پوسته و گياهان آوندي وجود دارد(Belnap et al., 2001b).

نقش پوسته ­هاي خاک بر روي جوانه ­زني دانه ها

تحرک خاک نقش مهمي در جوانه ­زني دانه ­ها دارد. به­طور­ کلي عمق خاصي از خاک براي تدفين دانه­ ها مطلوب و بهينه است و افزايش و کاهش اين عمق مي­ تواند از جوانه ­زني آنها جلوگيري کند از آنجايي که پوسته ­هاي خاک ثبات خاک را افزايش مي­ دهند، حضور يا عدم حضور آنها اثرات مختلفي در جوانه­ زني دانه ­ها دارد. مطالعات آزمايشگاهي نشان داده است که افزايش نيتروژن مي­تواند جوانه­ زني دانه را دربرخي از گونه­ هاي گياهي تحريک کند. در نتيجه جوانه ­زني برخي از گونه­ ها ممکن است با حضور پوسته­ ها تحريک شود. مشابهاً، PH اثرات بسيار زيادي بر­روي جوانه ­زني دانه ­ها دارد. بنابراين با افزايش  PH در سطوح پوسته­اي خاک ممکن است جوانه­ زني دانه هايي برخي از گونه ­هاي گياهي را تحت تاثير قرار بدهد (Belnap et al., 2001b).

اختلالات

لگد­مال کردن تا حد زيادي فرآيند­هاي بيابان­زايي را از طريق افزايش از دست دادن زيست پوسته خاک تسريع مي­کند. خاکها در مناطق خشک اغلب به شدت فرسايش­ پذير هستند و از طرفي تشکيل خاک بسيار آهسته و کند مي­باشد. اجزاي پوسته وقتي که خشک باشند آسيب­ پذير و شکننده هستند و اتصالاتي که بين دانه­ هاي شن بوجود آورده ­اند به آساني خرد مي ­شود (Meurisse et al., 1988).

پوسته­ ها به شدت در معرض اختلالات و آتش هستند و اختلال­هاي ايجاد شده در پوسته­ ها مي­ توانند باعث کاهش حاصلخيزي و پايداري خاک شود(Evans and Johansen, 1999). اختلالات زياد در پوسته­ ها به ميزان زيادي مقاومت در برابر فرسايش را در همه انواع خاک کاهش مي­دهد. مثلاً سيانو­باکتري­ها و گلسنگ­ها وقتي که خشک باشند، شکننده هستند و به راحتي خرد مي­ شوند. نتيجه کاهش مقاومت در برابر باد باعث افزايش جا­به ­جايي و حرکت رسوب­ها مي­ شود. پوسته­ هاي زيستي خاک که نزديک و مجاور محلي که رسوبات از آنجا حرکت مي­ کنند، هستند، ممکن است به وسيله اين رسوبات دفن شوند و زير اين رسوبات قرار گيرند که نتيجه آن مرگ ارگانيسم­هاي فتوسنتز­کننده مي ­باشد، که مهمترين اثري که مي­تواند داشته باشد اين است که به طور چشمگيري حاصلخيزي خاک بعلاوه ثبات سطح خاک کاهش مي­يابد(Meurisse et al., 1988).

تثبيت نيتروژن و کربن

از­آنجايي­که در بسياري از اکوسيستم­هاي بياباني توليد خالص اوليه نيتروژن محدود مي­باشد چرخه­ هاي نيتروژن طبيعي در حاصلخيزي خاک­هاي نيمه ­خشک و در جلوگيري از بيابان­زايي بسيار مهم و حياتي هستند. سيانو باکتري­ها (Nostoc و Scytonema) و گلسنگ­هاي خاک حاوي سيانو­باکتري­ها (به عنوان مثال Collema و Heppia) مي­توانند منبع مهم تثبيت نيتروژن براي هر­دوي گياهان و خاک­ها در اکوسيستم­هاي بياباني باشند(Webb et al., 2009). ميزان 5 تا88% تثبيت نيتروژن براي نوستوک نشان داده شده است که وارد بستر اطراف مي­ شود. توليد نيتروژن از اين ارگانيسم­ها  براي گياهان ­آوندي که نزديک آنها هستند قابل استفاده مي­ باشد(Belnap et al,. 2001a). اين پوسته­ ها علاوه ­بر نيتروژن، کربن را نيز در بيابان­ها تثبيت مي­ کنند و ميزان ورودي­ کربن  توسط پوسته­ هاي سيانوباکتريايي ­از­4/. تا 2.3­ گرم­ بر­ متر مربع (g m-2)­و­ ميزان وردوي نيتروژن در نتيجه ­تثبيت آن معمولاً در حدود  1 (kg ha-1 ya-1 )مي­ باشد(Bardgett, 2005).

منابع:

  • Bardgett, R. D. (2005). The biology of soil: a community and ecosystem approach. Oxford University Press, USA.
  • Belnap, J. (2001). Biological soil crusts and wind erosion. Biological Soil Crusts: Structure, Function, and Management: 339-347.
  • Belnap, J. (2003). Biological soil crusts in deserts: a short review of their role in soil fertility, stabilization, and water relations. Algological Studies 109(1): 113-126.
  • Belnap, J. &Lange, O. L. (2003). Biological soil crusts: structure, function, and management. Springer Verlag.
  • Belnap, J., Prasse, R. &Harper, K. (2001b). 21 Influence of Biological Soil Crusts on Soil Environments and Vascular Plants. Biological Soil Crusts: Structure, Function, and Management 150: 283.
  • Breckle, S. W., Yair, A. &Veste, M. (2008). Arid dune ecosystems: the Nizzana Sands in the Negev Desert. Springer.
  • Clair, L. L. S., Johansen, J. R. &Rushforth, S. R. (1993). Lichens of soil crust communities in the intermountain area of the western United States. Western North American Naturalist 53(1): 5-12.
  • Evans, R. &Johansen, J. (1999). Microbiotic crusts and ecosystem processes. Critical Reviews in Plant Sciences 18(2): 183-225.
  • Goudie, A. S. &Middleton, N. J. (2006). Desert dust in the global system. Springer.
  • Jafari, M., Tavili, A., Zargham, N., Heshmati, G. A., Chahouki, M. A. Z., Shirzadian, S., Azarnivand, H., Zehtabian, G. R. &Sohrabi, M. (2004). Comparing some properties of crusted and uncrusted soils in Alagol region of Iran. Pakistan Journal of Nutrition 3(5): 273-277.
  • Laity, J. J. (2009). Deserts and desert environments. Wiley-Blackwell.
  • Paul, E. A. (2007). Soil microbiology, ecology, and biochemistry. Academic Press.
  • Schmidt, T. &Schaechter, M. (2011). Topics in ecological and environmental microbiology. Academic Press.
  • Webb, R., Fenstermaker, L., Heaton, J. &Hughson, D. (2009). The Mojave Desert: ecosystem processes and sustainability. University of Nevada Press
  • Belnap, J., Kaltenecker, J. H., Rosentreter, R., Williams, J., Leonard, S. & Eldridge, D. (2001a). Biological soil crusts: ecology and management. Bureau of Land Management. National Science and Technology Center.
منبع قابل استناد: 

  فرامز دهمرده ، محمد سهرابی و غلامرضا بلالی ( تدوين) (1392) مقدمه­ اي بر پوسته های زيستي خاک در ایران و جهان و نقش آنها در حفاظت خاك و كاهش ریزگردها. منتشر شده در سامانه مايكو-ليك (www.myco-lich.ir) تاريخ دسترسي در وب: شنبه ۱۴ تیر ۱۳۹۹ ۰۴:۴۱