Journal of Rangeland

fa پیش‌بینی میزان کربن ترسیب شده در خاک مراتع تحت تأثیر عمق و ارتفاع نمونه‌برداری از خاک با استفاده از روش سطح پاسخ (RSM) Predicting the amount of sequestrated carbon in rangeland soil under the effect of soil sampling depth and height using the response surface methodology (RSM) تخصصي Special پژوهشي Research سابقه و هدف: کربن آلی خاک یکی از پارامترهای مهم تعیینکننده میزان حاصلخیزی خاک، قابلیت تولید و شاخص مهمی در نشان دادن کیفیت خاک مخصوصاً خاکهای مناطق خشک و نیمهخشک است. مراتع، در حدود نیمی از خشکیهای جهان را تشکیل میدهند و حاوی بیش از یک سوم ذخایر کربن زیست کره خاکی هستند. با توجه به این که مراتع به عنوان مهمترین اکوسیستمهای خشکی، ذخایر طبیعی کربن به شمار میروند، بسیار مورد توجه بوده و نحوه و میزان ترسیب کربن در آنها مهم است. مواد و روشها: در این تحقیق پس از انتخاب مراتع واقع در دامنه جنوبی کوه دماوند،  با توجه به وضعیت جغرافیایی و پوشش گیاهی منطقه، 4 طبقه ارتفاعی از سطح دریا با نوع و ترکیب پوشش گیاهی یکسان همچنین شیب متوسط به گواهی بازدید میدانی و اطلاعات اداره منابع طبیعی ناحیه شامل طبقه ارتفاعی 1 (2664-2504 متر)، طبقه 2 (2896-2730 متر)، طبقه 3 (3050-2923 متر) و طبقه 4 (3545-3119 متر) جهت نمونهبرداری از خاک در ارتفاعهای متفاوت، معین گردید. در هر طبقه ارتفاعی، 13 نقطه تصادفی مشخص و از هر نقطه، سه نمونه خاک (در نقش تکرار) از اعماق 15-0 و 30-15 سانتیمتر تهیه گردید. پس از اندازهگیری میزان کربن ترسیب شده در هر نمونه خاک، دادهها مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. میزان ترسیب کربن در خاک با ضرب میزان کربن آلی خاک در وزن مخصوص ظاهری و عمق مورد مطالعه و در واحد هکتار (10000 متر مربع) محاسبه شد. سپس اقدام به ایجاد معادلات رگرسیونی و روش سطح پاسخ (RSM) شده و دقت آنها در پیشبینی میزان ترسیب کربن با یکدیگر مقایسه گشته و روش دقیقتر مشخص شد. برای ارزیابی دقت مدلهای رگرسیونی و روش سطح پاسخ از ضریب تعیین (R2) میان دادههای اندازهگیری شده و پیشبینی شده استفاده شد.    نتایج: نتایج تجزیه واریانس دادهها نشان داد که فقط عمق نمونهبرداری، اثر معنیداری بر میزان ترسیب کربن خاک داشته و اثر ارتفاع نمونهبرداری همچنین اثر متقابل عمق و ارتفاع نمونهبرداری بر میزان ترسیب کربن خاک بیمعنی بود. در حالت کلی، میزان ترسیب کربن در عمق 30-15 سانتیمتری بیشتر از 15-0 سانتیمتر بوده و در هر دو عمق تحت بررسی، طبقه ارتفاعی 4 (3545-3119 متر) بیشترین میزان ترسیب کربن خاک را داشت. به علاوه پس از طبقه ارتفاعی4، بیشترین میزان ترسیب کربن مربوط به طبقه ارتفاعی1 (2664-2504 متر) بود. بیشترین میزان ترسیب کربن به میزان 604654 گرم در متر مربع مربوط به طبقه ارتفاعی4 و عمق 30-15 سانتیمتر و کمترین میزان ترسیب کربن در حدود 225000 گرم در متر مربع مربوط به طبقه ارتفاعی 2 و عمق 15-0 سانتیمتر بود. در بخش مدلسازی، مدل درجه دوم روش سطح پاسخ با دقت بالاتر (7363/0R2=) نسبت به مدل خطی همین روش (6014/0R2=) و مدل کم دقتتر رگرسیونی (428/0R2=)، میزان ترسیب کربن خاک مراتع را پیشبینی نمود. به علاوه، روش سطح پاسخ موفق به بهینهسازی ورودیها به صورت ارتفاع 3500 متری و عمق دوم به منظور یافتن میزان ترسیب کربن در خاک به صورت 699/808811 گرم در متر مربع با رضایتمندی 976/0 گردید. نتیجهگیری: روش سطح پاسخ (RSM) به عنوان یک ابزار نوین نهتنها در پیشبینی و بهینهسازی میزان ترسیب کربن خاک مراتع تحت شرایط عمق و ارتفاع نمونهبرداری متفاوت عملکرد مطلوبی دارد، بلکه میتوان از آن به عنوان ابزاری هوشمند در جهت پیشبینی پارامترهای مختلف در علوم مرتع و مراتع تحت بررسی به عنوان مثال در پیشبینی حجم زیست توده زیرزمینی و روزمینی، نحوه پراکنش گونههای مرتعی و ... استفاده نمود. Background and Objectives: Organic carbon is a crucial parameter for assessing soil fertility, productivity, and quality, particularly in dry and semi-dry lands. Rangelands cover approximately 50% of the Earth's land area and store over 33% of the global carbon reservoirs. Considering rangelands as significant terrestrial ecosystems and natural carbon reserves, understanding and quantifying carbon sequestration in these ecosystems is of great importance. Methodology: This research focused on rangelands in the southern domain of Damavand mountain. Four height groups were selected based on geographic conditions, regional plant cover, and slope. Each height group represented a different elevation range: group 1 (2504-2664 m), group 2 (2730-2896 m), group 3 (2923-3050 m), and group 4 (3119-3545 m). Soil sampling was conducted at two depths (0-15 cm and 15-30 cm) using 13 random points within each height group. Soil organic carbon and bulk density were measured, and carbon sequestration was calculated at the hectare level by multiplying organic carbon and depth. Regression equations and response surface models (RSM) were developed using design software to predict carbon sequestration and compare their accuracy. Results: Analysis of variance (ANOVA) showed that only sampling depth significantly affected soil carbon sequestration, while sampling height and the interaction between depth and height had no significant effect. Carbon sequestration was higher at a depth of 15-30 cm compared to 0-15 cm. Among the height groups, group 4 (3119-3545 m) exhibited the highest soil carbon sequestration, followed by group 1 (2504-2664 m). The highest carbon sequestration (6046.54 g/m2) was observed in height group 4 at a depth of 15-30 cm, while the lowest (2250 g/m2) was found in height group 2 at a depth of 0-15 cm. The quadratic model of the response surface methodology demonstrated higher accuracy (R2 = 0.7363) in predicting soil carbon sequestration compared to the linear model (R2 = 0.6014) and the less accurate regression model (R2 = 0.428). The response surface method successfully optimized the inputs, suggesting a height of 3500 meters and a specific depth to achieve a soil carbon sequestration amount of 8088.117 g/m2 with a satisfaction level of 0.976. Conclusion: The response surface methodology (RSM) proved to be a valuable tool for predicting and optimizing soil carbon sequestration in rangelands, considering different sampling depths and heights. It can also be utilized for predicting various parameters in rangeland science, such as above and underground biomass volume and plant species coverage. RSM offers a novel approach for understanding and managing rangeland ecosystems.   مدل‌سازی, روش سطح پاسخ, رگرسیون, ترسیب کربن, بهینه سازی Modeling, response surface methodology, regression, carbon sequestration, optimization 179 194 http://rangelandsrm.ir/browse.php?a_code=A-10-107-9&slc_lang=fa&sid=1 Zeinab Jafarian زینب جعفریان z.jafarian@sanru.ac.ir 100319475328460016036 100319475328460016036 Yes Department of Rangeland Management, Faculty of Natural Resources, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari گروه مرتعداری، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری Zhila Ghorbani ژیلا قربانی engzhghorbani@gmail.com 100319475328460016037 100319475328460016037 No Department of Rangeland Management, Faculty of Natural Resources, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari گروه مرتعداری، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری