Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Rơm lúa mì và biochar của nó có tác động trái ngược đối với chu trình C và N trong đất hai mùa vụ sau khi bổ sung vào đất Black Chernozemic trồng lúa mạch
Tóm tắt
Việc ứng dụng rơm cây trồng và biochar do quá trình nhiệt phân chậm tạo ra có khả năng tăng cường sự tích tụ carbon (C) trong hệ thống sản xuất nông nghiệp. Tác động của việc bổ sung rơm cây trồng và biochar đối với tỷ lệ phát thải khí nhà kính và những thay đổi liên quan đến tốc độ chuyển hóa nitrogen (N) tổng trong đất nông nghiệp vẫn chưa được hiểu rõ. Chúng tôi đã đánh giá tác động của việc bổ sung rơm lúa mì và biochar của nó vào đất Black Chernozemic trồng lúa mạch, sau hai mùa vụ hoặc 15 tháng (tại giai đoạn nở hoa đầy đủ của lúa mạch trong mùa vụ thứ hai) sau khi áp dụng tại hiện trường, lên tỷ lệ phát thải CO2 và N2O, nitrogen vô cơ trong đất và tỷ lệ biến đổi nitrogen tổng trong đất trong một thí nghiệm ấp ủ trong phòng thí nghiệm. Tốc độ biến đổi nitrogen tổng được nghiên cứu bằng phương pháp pha loãng bể đồng vị 15N. Thí nghiệm tại hiện trường bao gồm bốn nghiệm thức: đối chứng, bổ sung rơm lúa mì (30 t ha−1), bổ sung biochar được nhiệt phân từ rơm lúa mì (20 t ha−1), và bổ sung rơm lúa mì cùng với biochar của nó (30 t ha−1 rơm lúa mì + 20 t ha−1 biochar). Mười lăm tháng sau khi áp dụng, việc bổ sung rơm lúa mì và biochar của nó đã làm tăng nồng độ carbon hữu cơ tổng trong đất (p = 0.039 và <0.001, tương ứng) nhưng không ảnh hưởng đến nồng độ carbon hữu cơ hòa tan, nitrogen tổng và nồng độ NH4+-N, cũng như pH của đất. Việc bổ sung biochar đã làm tăng nồng độ nitrogen NO3−-N trong đất (p = 0.004). Tỷ lệ phát thải CO2 và N2O trong đất đã tăng 40 (p < 0.001) và 17% (p = 0.03), tương ứng, sau khi bổ sung rơm lúa mì, nhưng không bị ảnh hưởng bởi việc áp dụng biochar. Việc bổ sung rơm và biochar của nó không làm thay đổi tỷ lệ khoáng hóa nitrogen tổng và net hoặc tỷ lệ nitrat hóa net. Tuy nhiên, việc bổ sung biochar đã làm gấp đôi tỷ lệ nitrat hóa tổng so với nhóm đối chứng (p < 0.001). Kết quả của chúng tôi cho thấy rằng việc ứng dụng biochar vào đất, thay vì bổ sung rơm lúa mì thô, có thể làm giảm phát thải CO2 và N2O và tăng cường sự tích tụ carbon trong đất. Tuy nhiên, những tác động của việc tăng tỷ lệ nitrat hóa tổng trong đất và nồng độ NO3−-N trong nghiệm thức bổ sung biochar đối với động lực học NO3−-N lâu dài và phát thải N2O cần được nghiên cứu thêm.
Từ khóa
#rơm lúa mì #biochar #phát thải khí nhà kính #chu trình nitrogen #chu trình carbon #tích tụ carbonTài liệu tham khảo
Aciego Pietri JC, Brookes PC (2009) Substrate inputs and pH as factors controlling microbial biomass, activity and community structure in an arable soil. Soil Biol Biochem 41:1396–1405
Anderson CR, Condron LM, Clough TJ, Fiers M, Stewart A, Hill RA, Sherlock RR (2011) Biochar induced soil microbial community change: implications for biogeochemical cycling of carbon, nitrogen and phosphorus. Pedobiologia 54:309–320
Ball RN, MacKenzie MD, DeLuca TH (2010) Wildfire and charcoal enhance nitrification and ammonium-oxidizing bacterial abundance in dry montane forest soils. J Environ Qual 39:1243–1253
Begum N, Guppy C, Herridge D, Schwenke G (2014) Influence of source and quality of plant residues on emissions of N2O and CO2 from a fertile, acidic Black Vertisol. Biol Fertil Soils 50:499–506
Bell MJ, Worrall F (2011) Charcoal addition to soils in NE England: a carbon sink with environmental co-benefits? Sci Total Environ 409:1704–1714
Berglund L, DeLuca TH, Zackrisson O (2004) Activated carbon amendments to soil alters nitrification rates in Scots pine forests. Soil Biol Biochem 36:2067–2073
Blanco-Canqui H (2013) Crop residue removal for bioenergy reduces soil carbon pools: how can we offset carbon losses? Bioenergy Res 6:358–371
Castaldi S, Riondino M, Baronti S, Esposito FR, Marzaioli R, Rutigliano FA, Vaccari FP, Miglietta F (2011) Impact of biochar application to a Mediterranean wheat crop on soil microbial activity and greenhouse gas fluxes. Chemosphere 85:1464–1471
Cayuela ML, Zwieten L, Singh BP, Jeffery AR, Sánchez-Monedero MA (2014) Biochar’s role in mitigating soil nitrous oxide emissions: a review and meta-analysis. Agric Ecosyst Environ 191:5–16
Chantigny MH, Rochette P, Angers DA (2001) Short-term C and N dynamics in a soil amended with pig slurry and barley straw: a field experiment. Can J Soil Sci 81:131–137
Cheng Y, Cai Z, Chang SX, Wang J (2012) Wheat straw and its biochar have contrasting effects on inorganic N retention and N2O production in a cultivated Black Chernozem. Biol Fertil Soils 48:941–946
DeLuca TH, MacKenzie MD, Gundale MJ, Holben WE (2006) Wildfire-produced charcoal directly influences nitrogen cycling in ponderosa pine forests. Soil Sci Soc Am J 70:448–453
Environment Canada (2010) National climate data and information archive. Available from http://climate.weatheroffice.gc.ca/climate_normals/
Firestone MK, Davidson EA (1989) Microbiological basis of NO and N2O production and consumption in soil. In: Andreae MO, Schimel DS (eds) Exchange of trace gases between terrestrial ecosystems and the atmosphere. Wiley, New York, pp 7–21
Hart SC, Staik JM, Davidson EA, Firestone MK (1994) Dynamics of gross nitrogen transformations in an old-growth forest: the carbon connection. Ecology 75:880–891
Hauck RD (1982) Nitrogen-isotope ratio analysis. In: Page AL (ed) Methods of soil analysis. Part 2. Chemical and microbiological properties. Soil Science Society of America, Madison, pp 735–779
Hockaday WC, Grannas AM, Kim S, Hatcher PG (2006) Direct molecular evidence for the degradation and mobility of black carbon in soils form ultrahigh-resolution mass spectral analysis of dissolved organic matter from a fire-impacted forest soil. Org Geochem 37:501–510
Jones DL, Murphy DV, Khalid M, Ahmad W, Edwards-Jones G, Deluca TH (2011) Short-term biochar-induced increase in soil CO2 release is both biotically and abiotically mediated. Soil Biol Biochem 43:1723–1731
Jones DL, Rousk J, Edwards-Jones G, Deluca TH, Murphy DV (2012) Biochar-mediated changes in soil quality and plant growth in a three year field trial. Soil Biol Biochem 45:113–124
Keeney DR, Nelson DW (1982) Nitrogen-inorganic forms. In: Page AL (ed) Methods of soil analysis. Part 2. Chemical and microbiological properties. Soil Science Society of America, Madison, pp 643–698
Kirkham D, Bartholomew WV (1954) Equations for following nutrient transformations in soil utilizing tracer data. Soil Sci Soc Am Proc 18:33–34
Lehmann J, Joseph S (2009) Biochar for environmental management: science and technology. Earthscan, London
Li P, Lang M (2014) Gross nitrogen transformations and related N2O emissions in uncultivated and cultivated black soil. Biol Fertil Soils 50:197–206
Luo Y, Durenkamp M, De Nobili M, Lin Q, Brookes PC (2011) Short term soil priming effects and the mineralization of biochar following its incorporation to soils of different pH. Soil Biol Biochem 43:2304–2314
Miller MN, Zebarth BJ, Dandie CE, Burton DL, Goyera C, Trevors JT (2008) Crop residue influence on denitrification, N2O emissions and denitrifier community abundance in soil. Soil Biol Biochem 40:2553–2562
Miranda KM, Espey MG, Wink DA (2001) A rapid, simple spectrophotometric method for simultaneous determination of nitrate and nitrite. Nitric Oxide Boil Chem 5:62–71
Mitchell RDJ, Harrison R, Russell KJ, Webb J (2000) The effect of crop residue incorporation date on soil inorganic nitrogen, nitrate leaching and nitrogen mineralization. Biol Fertil Soils 32:294–301
Muhammad S, Joergensen RG, Mueller T, Muhammad TS (2007) Priming mechanism: soil amended with crop residue. Pak J Bot 39:1155–1160
Müller C, Stevens RJ, Laughlin RJ (2004) A 15N tracing model to analyse N transformations in old grassland soil. Soil Biol Biochem 36:619–632
Nelissen V, Rütting T, Huygens D, Staelens J, Ruysschaert G (2012) Maize biochars accelerate short-term soil nitrogen dynamics in a loamy sand soil. Soil Biol Biochem 55:20–27
Ocio JA, Brookes PC, Jenkinson DS (1991) Field incorporation of straw and its effects on soil microbial biomass and soil inorganic N. Soil Biol Biochem 23:171–176
Prayogo C, Jones JE, Baeyens J, Bending GD (2014) Impact of biochar on mineralization of C and N from soil and willow litter and its relationship with microbial community biomass and structure. Biol Fertil Soils 50:695–702
Prendergast-Miller MT, Duvall M, Sohi SP (2011) Localisation of nitrate in the rhizosphere of biochar-amend soils. Soil Biol Biochem 43:2243–2246
Reijnders L (2009) Are forestation, bio-char and landfilled biomass adequate offsets for the climate effects of burning fossil fuels? Energ Policy 37:2839–2841
Smith JL, Collins HP, Bailey VL (2010) The effect of young biochar on soil respiration. Soil Biol Biochem 42:2345–2347
Song Y, Zhang X, Ma B, Chang SX, Gong J (2014) Biochar addition affected the dynamics of ammonia oxidizers and nitrification in microcosms of a coastal alkaline soil. Biol Fertil Soils 50:321–332
Spokas KA, Koskinen WC, Baker JM, Reicosky DC (2009) Impacts of woodchip biochar additions on greenhouse gas production and sorption/degradation of two herbicides in a Minnesota soil. Chemosphere 77:574–581
Steinbeiss S, Gleixner G, Antonietti M (2009) Effect of biochar amendment on soil carbon balance and soil microbial activity. Soil Biol Biochem 41:1301–1310
Verhoeven E, Six J (2014) Biochar does not mitigate field-scale N2O emissions in a Northern California vineyard: an assessment across two years. Agric Ecosyst Environ. doi:10.1016/j.agee.2014.03.008
Wang Z, Zheng H, Luo Y, Deng X, Herbert S, Xing B (2013) Characterization and influence of biochars on nitrous oxide emission from agricultural soil. Environ Pollut 174:289–296
Wu F, Jia Z, Wang S, Chang SX, Startsev A (2013) Contrasting effects of wheat straw and its biochar on greenhouse gas emissions and enzyme activities in a Chernozemic soil. Biol Fertil Soils 49:555–565
Yu L, Tang J, Zhang R, Wu Q, Gong M (2013) Effects of biochar application on soil methane emission at different soil moisture levels. Biol Fertil Soils 49:119–128
Zimmerman AR, Gao B, Ahn MY (2011) Positive and negative carbon mineralization priming effects among a variety of biochar-amended soils. Soil Biol Biochem 43:1169–1179
Zwieten LV, Kimber SWL, Morris SG, Singh BP, Grace PR, Scheer S, Rust J, Downie AE, Cowie AL (2013) Pyrolysing poultry litter reduces N2O and CO2 fluxes. Sci Total Environ 465:279–287