سازمان تحقیقات آموزش و ترویج کشاورزی، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان فارس پژوهش های آبخیزداری 2981-2313 39 1 2026 03 21 Analysis of the Impacts of Wind Erosion on the Chemical and Microbial Properties of Soil in the Dryland Ecosystem of Iranshahr, Sistan and Baluchestan Province تحلیل پیامدهای فرسایش بادی بر ویژگی‌های شیمیایی و میکروبی خاک بوم‌سازگان خشک در ایرانشهر استان سیستان و بلوچستان 64 83 134462 10.22092/wmrj.2025.370497.1630 FA مرتضی صابری دانشیار گروه مرتع و آبخیزداری، دانشکده آب و خاک، دانشگاه زابل، زابل، ایران محمدرضا دهمرده قلعه نو دانشیار گروه مرتع و آبخیزداری، دانشکده آب و خاک، دانشگاه زابل، زابل، ایران رسول خطیبی استادیار گروه مرتع و آبخیزداری، دانشکده آب و خاک، دانشگاه زابل. زابل، ایران Journal Article 2025 08 23 Introduction and Goal Soil degradation is closely related to the increased wind erosion, which is a major environmental challenge worldwide, especially in arid and semi-arid regions. Because, in these areas, soils have low cohesion and their structure is unstable and vegetation cover is sparse. In addition to the widespread effects of wind erosion on climate, air quality, and human health on a global scale, fine organic particles present on the soil surface are displaced and destroyed by this phenomenon. This process leads to a significantly reduces nutrient reserves, reduces fertility, and destroys the physical and biological structure of the soil. Considering the arid climatic conditions of the Iranshahr region in Sistan and Baluchestan Province and the effective role of strong winds in increasing wind erosion, investigating the consequences of this phenomenon on changes in soil properties is of particular importance. Therefore, this study aimed to investigate the consequences of wind erosion on the physical, chemical, and microbial properties of the soil of arid ecosystems in Iranshahr. Materials and Methods In the present study, based on field visits, field observations, and erosion maps of the region, the intensity of soil erosion as the main treatment was categorized into four levels: no erosion, low, moderate, and severe erosion. To investigate the effects of these treatments on soil property variations, sampling was conducted in the Rahmatabad watershed of Iranshahr using a completely randomized design in June 2023. At each erosion level, four homogeneous sites with approximately similar physiographic conditions were selected, and five soil samples were collected from each site at a depth of 0–30 cm. The samples were combined using a composite method. Some of the samples were transported to the laboratory immediately after harvest in sealed containers to measure biological properties, while maintaining the initial humidity, and stored in a refrigerator. The other part was prepared for determination of physical and chemical properties after drying in the open air and passing through a 2 mm sieve. Physical properties including soil texture, bulk density, and porosity; chemical properties included organic carbon, total nitrogen, available phosphorus and potassium, pH, and electrical conductivity; and microbial properties included catalase enzyme activity, basal and induced microbial respiration, microbial biomass carbon and nitrogen, and microbial contribution were evaluated. Data were analyzed using one-way analysis of variance (ANOVA) in SPSS version 26, and mean comparisons were performed using Duncan’s multiple range test at a 95% confidence level. Additionally, correlations among the studied properties were evaluated using R software. Results and Discussion The research findings showed that the effect of wind erosion intensity on the physical, chemical, and microbial properties of the soil was significant. Data analysis revealed that as erosion intensity increased, organic carbon and total nitrogen decreased significantly. Soil organic carbon decreased from 0.59% in non-eroded areas to 0.16% and total nitrogen decreased from 0.063 to 0.016% in severely eroded areas. Also, the sensitivity of available potassium and phosphorus to erosion was very high, with potassium decreasing from 161.3 to 79 mg/kg and available phosphorus decreasing from 8.32 mg/kg to 3.45 mg/kg, which was probably due to the movement of fine, nutrient-rich particles by the wind. Soil electrical conductivity of the soil increased with increasing erosion intensity from 0.54 dS/m in areas without erosion to 0.93 dS/m in severely eroded areas. Soil bulk density also increased from 1.36 to 1.58 g/cm³ and the porosity decreased from 46.6% to 33.2%, indicating greater soil compaction and degradation of soil aggregate structure. The decrease in catalase enzyme activity, basal and stimulated microbial respiration, biomass nitrogen, and microbial population was significant (p< 0.01) with increasing erosion intensity. These findings indicated limited food resources and reduced metabolic activity of microorganisms. However, change in biomass carbon to nitrogen ratio and soil microbial contribution were not significant (p < 0.05). This finding indicated the relative stability of some microbial processes even under severe erosion conditions. The results of this study showed that wind erosion reduced both the quality and quantity of soil nutrients and organic matter, and had a severe impact on soil structure and microbial activity. Therefore, these indices can be used as appropriate criteria for evaluating the effects of wind erosion in arid ecosystems, especially in Iranshahr. Correlation analysis showed that the effect of soil erosion on microbial characteristics was very negative. The correlation of catalase enzyme activity (−0.96), microbial respiration (−0.96), microbial carbon biomass (−0.95) and nitrogen (−0.98), and microorganism population (−0.98) with erosion intensity was very high and negative. Biological indicators functioned in a dependent manner, such that the relationship between the biomass carbon to nitrogen ratio and the microbial contribution was highly positive (0.92). These findings confirmed the reduction in the performance of the soil microbial network under the influence of erosion. Conclusion and Suggestions The results of the study in Iranshahr indicated that the best physical, chemical, and microbial soil conditions were observed in the treatment without erosion. The lowest specific gravity, highest porosity, highest water retention capacity, and highest soil microbial activity were related to the aforementioned treatment. As erosion intensity increased from low to high, soil quality steadily decreased; so that under conditions of high erosion, the greatest destruction of soil structure, reduction of available carbon, nitrogen, potassium, and phosphorus, and increase in electrical conductivity were observed. These findings indicated that optimal stability of the structure and function of dryland ecosystems is possible under conditions where minimal or no erosion occurs. Therefore, based on the results of this study, it is recommended to protect vegetation cover, reduce overgrazing, reduce plowing, and increase organic matter to prevent soil from entering advanced stages of erosion. مقدمه و هدف نابودی خاک ارتباط نزدیکی با افزایش فرسایش بادی دارد. فرسایش بادی یکی از چالش‌های زیست‌محیطی در سطح جهان و به‌ویژه در مناطق خشک و نیمه‌خشک آن است. زیرا، در این مناطق خاک‌ها چسبندگی کمی دارند و ساختار آنها ناپایدار است و پوششگیاهی به‌شکل پراکنده دیده می‌شود. افزون بر اثرات گستردة فرسایش بادی بر اقلیم، کیفیت هوا و سلامت انسان در مقیاس جهانی، ذرات ریز آلی موجود در سطح خاک به‌وسیلة این پدیده جابه‌جاشده و از بین می‌رود. این فرایند موجب کاهش قابل‌توجه ذخایر مواد مغذی، کاهش حاصلخیزی و نابودی ساختار فیزیکی و زیستی خاک می‌شود. با توجه به شرایط اقلیمی خشک منطقه ایرانشهر در استان سیستان و بلوچستان و نقش مؤثر بادهای شدید در افزایش فرسایش بادی، بررسی پیامدهای این پدیده بر تغییرات ویژگی‌های خاک اهمیت ویژه‌ای دارد. ازاین‌رو، این پژوهش با هدف بررسی پیامدهای فرسایش بادی بر ویژگی‌های فیزیکی، شیمیایی و میکروبی خاک بوم‌سازگان خشک در ایرانشهر انجام شد. مواد و روش‌ها در این پژوهش، بر اساس بازدیدهای میدانی، مشاهده‌های صحرایی و نقشه‌های فرسایش منطقه، شدت فرسایش خاک به‌عنوان تیمار اصلی در چهار سطح بدون فرسایش، فرسایش کم، متوسط و شدید دسته‌بندی شد. برای بررسی اثر این تیمارها بر تغییرات ویژگی‌های خاک، نمونه‌برداری در آبخیز رحمت‌آباد ایرانشهر بر اساس طرح کاملاً تصادفی در خرداد ماه ۱۴۰۲ انجام شد. در هر سطح فرسایش، چهار منطقه همگن با شرایط گیتاشناسی تقریباً مشابه انتخاب شد و از هر منطقه پنج نمونه خاک از ژرفای صفر تا ۳۰ سانتی‌متر برداشت شد. نمونه‌ها با روش مرکب ترکیب شدند. بخشی از نمونه‌ها بلافاصله پس از برداشت، برای اندازه‌گیری ویژگی‌های زیستی در ظروف دربسته و با حفظ رطوبت اولیه به آزمایشگاه انتقال یافت و در یخچال نگهداری شدند. بخش دیگر پس از خشک شدن در هوای آزاد و عبور از الک ۲ میلی‌متری برای تعیین ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی آماده شد. ویژگی‌های فیزیکی شامل بافت خاک، جرم مخصوص ظاهری و تخلخل، ویژگی‌های شیمیایی شامل کربن آلی، نیتروژن کل، فسفر و پتاسیم قابل دسترس، اسیدیته و هدایت الکتریکی و ویژگی‌های میکروبی شامل فعالیت آنزیم کاتالاز، تنفس پایه و برانگیخته میکروبی، کربن و نیتروژن زیست‌توده میکروبی و سهم میکروبی ارزیابی شد. داده‌ها با استفاده از تجزیه پراکنش یک‌طرفه (ANOVA) در نرم‌افزارSPSS نسخه ۲۶ تحلیل شدند و میانگین‌ها نیز با استفاده از آزمون دانکن در سطح احتمال ۹۵% مقایسه شدند. همچنین، همبستگی میان ویژگی‌های مطالعه‌شده با نرم‌افزار R بررسی شد. نتایج و بحث یافته های پژوهش نشان داد اثر شدت فرسایش بادی بر ویژگی‌های فیزیکی، شیمیایی و میکروبی خاک معنی‌دار بود. تحلیل داده‌ها نشان داد که با افزایش شدت فرسایش، کربن آلی و نیتروژن کل به‌طور قابل توجهی کاهش یافتند. کربن آلی خاک از ۵۹/%۰ در مناطق بدون فرسایش به ۱۶/%۰ و نیتروژن کل از 0/063 به ۰۱۶/%۰ در مناطق با فرسایش شدید، کاهش یافت. همچنین، حساسیت پتاسیم و فسفر قابل دسترس به فرسایش خیلی زیاد بود، به‌طوری که پتاسیم از 161/3 به 79 میلی‌گرم بر کیلوگرم و فسفر قابل دسترس از 8/32 به 3/45 میلی‌گرم بر کیلوگرم کاهش یافتند که احتمالاً ناشی از جابه‌جایی ذرات ریز غنی از مواد مغذی به‌وسیلة باد بود. هدایت الکتریکی خاک با افزایش شدت فرسایش از 0/54 دسی‌زیمنس بر متر در مناطق بدون فرسایش به 0/93 دسی‌زیمنس بر متر در مناطق با فرسایش شدید افزایش یافت. جرم مخصوص ظاهری خاک نیز از 1/36 به 1/58 گرم بر سانتی‌متر مکعب افزایش و تخلخل از 46/6 به 33/2 % کاهش یافت، که نشان‌دهنده تراکم بیشتر خاک و نابودی ساختار خاکدانه‌ها بود. کاهش فعالیت آنزیم کاتالاز، تنفس میکروبی پایه و برانگیخته، نیتروژن زیست‌توده و جمعیت میکروارگانیسم‌ها با افزایش شدت فرسایش معنی‌دار (p<0.01) بود. این یافته‌ها بیانگر محدودیت منابع غذایی و کاهش فعالیت متابولیکی میکروارگانیسم‌ها بود. با این حال، تغییرات نسبت کربن به نیتروژن زیست‌توده و سهم میکروبی خاک معنی‌دار (p<0.05) نبود. این یافته بیانگر پایداری نسبی برخی فرایندهای میکروبی حتی در شرایط فرسایش شدید بود. نتایج این پژوهش نشان داد فرسایش بادی هم کیفیت و کمیت عناصر غذایی و ماده آلی خاک را کاهش داد و هم روی ساختار و فعالیت میکروبی خاک به‌شدت تأثیرگذار بود. ازاین‌رو، می‌توان از این شاخص‌ها به‌عنوان معیارهای مناسب ارزیابی اثرات فرسایش بادی در بوم‌سازگان‌های خشک، به‌ویژه در ایرانشهر، استفاده کرد. تحلیل همبستگی نشان داد که اثر فرسایش خاک اثر بر ویژگی‌های میکروبی بسیار منفی بود. همبستگی فعالیت آنزیم کاتالاز (0/96-)، تنفس میکروبی (0/96-)، زیست‌توده کربن (0/95-) و نیتروژن (0/98-) و جمعیت میکروارگانیسم‌ها (0/98-) با شدت فرسایش بسیار زیاد و منفی بود. شاخص‌های زیستی به‌‌طور وابسته عمل کردند به‌طوری که رابطة نسبت کربن به نیتروژن زیست‌توده با سهم میکروبی بسیار مثبت (0/92) بود. این یافته‌ها تأییدکنندة کاهش عملکرد شبکه میکروبی خاک تحت تأثیر فرسایش بود. نتیجه‌گیری و پیشنهادها نتایج پژوهش در ایرانشهر نشان داد که بهترین شرایط فیزیکی، شیمیایی و میکروبی خاک مربوط به تیمار بدون فرسایش بود. کمترین جرم مخصوص ظاهری، بیشترین تخلخل، بیشترین ظرفیت نگهداری آب و بیشترین فعالیت میکروبی خاک مربوط به تیمار نامبرده بود. با افزایش شدت فرسایش از کم تا شدید، کیفیت خاک به‌طور پیوسته کاهش یافت؛ به‌طوری که در شرایط فرسایش شدید، بیشترین نابودی ساختار خاک، کاهش کربن، نیتروژن، پتاسیم و فسفر قابل دسترس و افزایش هدایت الکتریکی مشاهده شد. این یافته‌ها بیانگر آن بود که پایداری بهینه ساختار و عملکرد بوم‌سازگان‌های خشک در شرایطی که کمترین فرسایش رخ دهد یا وجود نداشته باشد، امکان‌پذیر است. ازاین‌رو، بر اساس نتایج این پژوهش برای جلوگیری از ورود خاک به مراحل پیشرفته فرسایش، حفاظت از پوشش گیاهی، کاهش چرای بیش از حد، کاهش شخم‌زنی و افزایش ماده آلی پیشنهاد می‌شود.

https://wmrj.areeo.ac.ir/article_134462_0e0fa982fc8b8e59e34777b7c7566ab2.pdf