Ecology of Iranian Forests

fa پاسخ‎ های رویشی و فیزیولوژیکی نهال‎ های نر و ماده صنوبر تبریزی (Populus nigra L.) به تنش کادمیوم Growth and Physiological Responses of Populus nigra L. Male and Female Seedlings under Cadmium Stress اکولوژی جنگل اکولوژی جنگل پژوهشي Research <div style="text-align: justify;">مقدمه و هدف: تجمع کادمیوم یکی از سمّی&lrm;ترین آلاینده&lrm;ها در خاک، می&lrm;تواند به کاهش فعالیت&lrm;های میکروبی و حاصلخیزی خاک و در نتیجه مرگ و میر گیاهان منجر شود؛ این مسأله همواره نگرانی‌های جهانی را به‌همراه داشته است. پژوهش حاضر با هدف بررسی مقاومت به کادمیوم پایه&lrm;های نر (کلون 62/167) و ماده (کلون 62/149) صنوبر تبریزی (Populus nigra L.) بر اساس مشخصه&lrm;های رویشی و فیزیولوژیکی انجام شد. مواد و روش‌ها: برای این&lrm;منظور، یک آزمایش گلخانه‌ای در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی با دو عامل غلظت کادمیوم در سه سطح (0، 50، 150 و 200 میلی‌گرم در کیلوگرم خاک) و جنسیت  در دو سطح (پایه نر و پایه ماده صنوبر تبریزی) در یک دوره 120 روزه انجام شد. متغیرهای فیزیولوژیک نهال&lrm;ها از جمله، نرخ فتوسنتز خالص، نرخ تعرّق، هدایت روزنه&lrm;ای، کارایی مصرف آب، پتانسیل آبی، هدایت مزوفیلی و غلظت CO2 درون سلولی و مشخصه&lrm;های رویشی از جمله قطر و ارتفاع نهال&lrm;ها، زی‌توده کل و سطح برگ مورد بررسی قرار گرفت. تیمار تنش آلودگی در اوایل خرداد از طریق آبیاری با محلول نمک کادمیوم به‌صورت هفتگی و به&lrm;مدت پنج هفته اول انجام شد. پس از آن، آبیاری نهال&lrm;ها با آب باران با رعایت ظرفیت زراعی خاک در فواصل سه روزه تا پایان دوره (اوایل مهر) صورت گرفت. یافته‌ها: صرف&lrm;نظر از جنس پایه، با افزایش غلظت کادمیوم، سطح برگ و رویش ارتفاع نهال&lrm;ها کاهش یافت. در تیمار شاهد، بیشترین رویش ارتفاع (30/4 سانتی‌متر) و سطح برگ (51/8 سانتی‌متر مربع)، و در تیمار غلظت 50 میلی‌گرم در کیلوگرم کادمیوم، بیشترین زی‌توده کل نهال (59/2 گرم) مشاهده شد. صرف نظر از غلظت کادمیوم، اندازه رویش قطر یقه (نر 2/1، ماده 2 میلی‌متر)، رویش ارتفاع نهال (نر 21/5، ماده 19/9 سانتی‌متر)، سطح برگ (نر 43/08 ، ماده 43/64 سانتی‌متر مربع)، زی‌توده کل نهال (نر 46/48، ماده 44/19 گرم)، کارایی مصرف آب (نر 0/31، ماده 0/26 میکرومول بر میلی‌مول)، هدایت مزوفیلی (نر 0/003، ماده 0/002 مول بر متر مربع در ثانیه) و هدایت روزنه‌ای (نر 0/45، ماده 0/39 مول بر مترمربع در ثانیه) در جنس نر بیشتر از جنس ماده بود و تنها، مقدار تعرق (نر 3/31، ماده 4/01 میلی‌مول بر مترمربع در ثانیه) در جنس ماده بیشتر از جنس نر بوده است. اگرچه با افزایش غلظت کادمیوم، اندازه&lrm;های فتوسنتز، پتانسیل آب، کارایی مصرف آب، قطر، ارتفاع، سطح برگ و زی‌توده روند کاهشی داشت؛ اما به‌طور کلی، نهال‌های هر دو جنس در غلظت‌های بالای کادمیوم فعالیت&lrm;های فیزیولوژیکی و رویشی خود را تا حدودی حفظ کردند. نتیجه‌گیری: از نتایج این تحقیق استنتاج می&lrm;شود که هر دو پایه، تحمل به غلظت&lrm;های بالای کادمیوم را دارند؛ با این&lrm;وجود، برای جنگل&lrm;کاری با صنوبر تبریزی در خاک&lrm;های آلوده به کادمیوم، استفاده از پایه نر (کلون 62/167) می‌تواند موفقیت بیشتری نسبت به پایه ماده (کلون 62/149) به&lrm;دنبال داشته باشد.</div> <div style="text-align: justify;"> Extended Abstract Background: The accumulation of cadmium (Cd) in soil is a pressing environmental issue, recognized as one of the most toxic pollutants affecting terrestrial ecosystems. Cadmium can significantly reduce microbial activity and soil fertility, ultimately leading to the death of plants. This problem has raised global concerns due to its widespread occurrence and detrimental effects on agricultural productivity and ecosystem health. The present study aims to investigate the resistance of male (clone 62-167) and female (clone 62-149) individuals of black poplar (Populus nigra L.) to cadmium exposure. By examining various vegetative and physiological characteristics, this research seeks to provide insights into the potential for utilizing these clones in afforestation efforts on Cd-contaminated soils. Methods: To achieve the study's objectives, a greenhouse experiment was designed following a randomized complete block design. This design incorporated two main factors: cadmium concentration (with levels of 0, 50, 150, and 200 mg/kg of soil) and gender (male and female clones of black poplar). The experiment was conducted over a period of 120 days, providing ample time to assess the impacts of cadmium on the seedlings. The physiological variables measured included net photosynthesis rate, transpiration rate, stomatal conductance, water use efficiency, water potential, mesophilic conductance, and intracellular CO2 concentration. In addition, several vegetative characteristics were evaluated, such as root collar diameter growth, height growth, total biomass, and leaf area. The stress treatment commenced in late May, where seedlings were irrigated weekly with a cadmium salt solution for the first five weeks. This approach ensured that the plants were exposed to cadmium in a controlled manner. Following this initial stress period, the seedlings were irrigated with rainwater, respecting the soil's water-holding capacity, at intervals of three days until the end of the experimental period in late September. This methodology allowed for a comprehensive assessment of how cadmium exposure affected the growth and physiological responses of both male and female clones. Results: The results indicated a clear trend: as cadmium concentration increased, both leaf area and height growth of the seedlings decreased significantly. In the control group (0 mg/kg Cd), the highest height growth was recorded at 30.4 cm, while the maximum leaf area recorded was 51.8 cm². Interestingly, the highest total biomass of seedlings (59.2 g) was observed at the 50 mg/kg Cd concentration, suggesting that moderate levels of cadmium might not be as detrimental as higher concentrations. When comparing male and female clones, several key differences emerged. Regardless of the cadmium concentration, male seedlings demonstrated greater growth metrics than their female counterparts. Specifically, the collar diameter growth averaged 2.1 mm for males compared to 2.0 mm for females. In terms of height growth, males reached an average of 21.5 cm, while females achieved 19.9 cm. The leaf area measurements also favored males, with averages of 43.08 cm² for males and 43.64 cm² for females. Total seedling mass showed similar trends, with males averaging 46.48 g and females 44.19 g. Water use efficiency was also higher in males, measuring 0.31 μmol mmol⁻¹ compared to 0.26 μmol mmol⁻¹ in females. Mesophilic conductance and stomatal conductance followed this pattern, with males recording 0.003 mol m⁻² s⁻¹ and 0.45 mol m⁻² s⁻¹, respectively, while females recorded 0.002 mol m⁻² s⁻¹ and 0.39 mol m⁻² s⁻¹. Notably, the only physiological parameter where females outperformed males was in transpiration, with females showing an average of 4.01 mol m⁻² s⁻¹ compared to 3.31 mol m⁻² s⁻¹ in males. Despite the adverse effects of increasing cadmium concentrations on most physiological and growth characteristics—including photosynthesis, water potential, water use efficiency, collar diameter, height, leaf area, and biomass—both male and female clones managed to maintain some level of physiological and growth activity even under high cadmium stress. Conclusion: In conclusion, both male and female clones of black poplar exhibit a degree of tolerance to high concentrations of cadmium. However, for afforestation projects aimed at rehabilitating Cd-contaminated soils, the male clone (62-167) appears to be more successful than the female clone (62-149). This study highlights the potential for using male black poplar individuals in environmental remediation efforts, emphasizing the importance of selecting appropriate clones based on their physiological responses to pollutants. Future research should focus on elucidating the mechanisms behind cadmium tolerance in these clones, as well as exploring additional strategies for enhancing the resilience of plant species in contaminated environments.   </div> آلودگی خاک, پتانسیل آبی, درخت تبریزی, زی‌توده, گیاه دوپایه Biomass, Black poplar, Dioecious plant, Soil pollution, Water potential 99 109 http://ifej.sanru.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-33-5&slc_lang=fa&sid=1 Jamshid Hatam جمشید حاتم jamshid.hatam1989@gmail.com 10031947532846009741 10031947532846009741 No Department of Forestry, Faculty of Natural Resources, Tarbiat Modares University, Noor, Iran گروه جنگلداری، دانشکده منابع طبیعی و علوم دریایی، دانشگاه تربیت مدرس، نور، ایران Masoud Tabari مسعود طبری کوچکسرایی mtabari@modares.ac.ir 10031947532846009742 10031947532846009742 Yes Department of Forestry, Faculty of Natural Resources, Tarbiat Modares University, Noor, Iran گروه جنگلداری، دانشکده منابع طبیعی و علوم دریایی، دانشگاه تربیت مدرس، نور، ایران Nader Bahramifar نادر بهرامی فر n.bahramifar@modares.ac.ir 10031947532846009743 10031947532846009743 No Department of Environmental Sciences, Tarbiat Modares University, Noor, Iran گروه محیط‌ زیست، دانشکده منابع طبیعی و علوم دریایی، دانشگاه تربیت مدرس، نور، ایران Ali Reza Fallah Nosratabad علی رضا فلاح نصرت آباد rezafayah@yahoo.com 10031947532846009744 10031947532846009744 No Soil and Water Research Institute, Karaj, Iran موسسه تحقیقات خاک و آب کشور، کرج، ایران