Áhrif niðurbrots plöntuleifa á laust nitur í jarðvegi

Abstract

Hér í þessu riti eru dregnar saman nokkrar niðurstöður úr norrænu samstarfsverkefni, sem höfundar voru aðilar að. Niðurstöður verkefnisins hafa verið birtar áður í erlendum vísindagreinum (Stenberg o.fl. 2004, Jensen o.fl. 2005, Bruun o.fl. 2005, Henriksen o.fl. 2007, Salo o.fl. 2006). Í verkefninu var fylgst með breytingum á lausu nítri (NO3- og NH4+ ) úr mismunandi plöntuleifum, sem blandað var í jarðvegi. Hitastigi og vatnsspennu jarðvegsins var haldið stöðugu við 15°C og 10 kPa allan tíman.Breytingar sem urðu eftir íblöndun 76 mismunandi plöntusýna voru vaktaðar í alls 217 daga. Samsetning plöntusýnanna m.t.t. vatnsleysanlegra efna, sápuleysanlegra efna (NDS), sellulósa, hemisellulósa og lignins var greind með van Soest aðferð. Magn C og N og hlutfall þeirra (C/N) í einstökum þáttum var einnig ákvarðað. Þegar borin voru saman áhrif mismunandi plöntusýna á laust nítur á hverjum tíma kom í ljós að breytingar á lausu nítri sýndu að jafnaði meiri fylgni (Pearson fylgnistuðull) við heildarstyrk N (Nalls) í plöntusýnunum, en við aðra einstaka efnaþætti, sem mældir voru (Jensen o.fl. 2005). Lítill munur var samt á fylgni við Nalls og við sápuleysanlegt N (NDS-N). Breytingar á lausu nítri sýndu lítið eitt meiri fylgni við vatnsleysanlegt N en Nalls fram til 22. dags en fylgdu Nalls betur eftir það til lokadags tilrauna. Að öllu samanlögðu er því mæling á Nalls í plöntusýnunum heppilegasti mælikvarðinn á breytingar sem verða á lausu nítri í jarðvegi við niðurbrot þeirra. Auk þess er aðstaða til mælinga á Nalls nær alltaf fyrir hendi á rannsóknastofum, en aðstaða til van Soest mælinga, þar á meðal NDS-N sjaldnar.Innan hvers sýnitökudags var breytingum á lausu nítri eins og þær mældust, best lýst með S-falli (Boltzmann sigmoid) af upphaflegum níturstyrk (Nalls) í plöntum. Þessar líkingar voru kvarðaðar gagnvart minnsta fráviki frá mælingunum. Líkingarnar skýra vaxandi hluta af breytileika í lausu nítri frá 4. til 42. dags eða frá 69-89%, eftir það fer hlutfallið lækkandi og var á lokadegi mælinga 76%.Breytingum á lausu nítri frá einum sýnadegi til annars var að jafnaði best lýst líkingu af svo nefndri Monod gerð. Við kvörðun líkingarinnar reyndist skipting níturs milli frymis og einstakra byggingarefnaþátta samkvæmt van Soest greiningu best. Oftast var nægjanlegt að nota aðeins einn þátt við kvörðunina (Bruun o.fl. 2005).Skoðað var sérstaklega niðurbrot 34 valinna plöntusýna. Valin voru sýni af plöntum sem annað hvort eru þegar ræktaðar hér eða hafa reynst vel í prófunum. Skipta má þessum sýnum í fjóra hópa eftir því hvernig niðurbrot þeirra gengur fram. Þessi skipting fylgir einnig í grófum dráttum heildarstyrk N í sýnunum í upphafi.Í fyrsta hópnum eru sýni með Nalls á bilinu 44,9-59,1 mg N g-1þurrefnis (þe). Hjá þessum hópi eykst laust nítur í jarðvegi í upphafi en það dregur úr þeirri aukningu þegar á líður. Laust nítur er þó allan tíman meiri en í byrjun. Í öðrum hópnum eru sýni með Nalls á bilinu 19,7-50,4 mg N g-1 þe. Hjá þessum hópi verður nær stöðug aukning á lausu nítri í jarðvegi allan tímann. Í þriðja hópnum eru sýni með Nalls á bilinu 13,7-25,3 mg N g-1 þe. Hjá þessum hópi er niðurbrotið með þeim hætti að laust nítur í jarðvegi minnkar í upphafi þ.e.a.s. örverur taka meira af því nítri, sem er laust í jarðveginum en losnar á sama tíma úr plöntuleifunum. Þegar líður á niðurbrotið eykst laust nítur aftur í jarðveginum og er við lok tímans orðið meira en það var í byrjun. Í fjórða hópnum eru svo sýni með Nalls á bilinu 2,9- 13,6 mg N g-1 þe. Hjá þessum hópi verður í upphafi lækkun á lausu nítri, þ.e. meira er bundið af örverum en losnar úr plöntuleifunum, en síðan tekur við hægfara aukning sem er þó vart merkjanleg hjá sumum sýnum. Aukningin nær þó ekki að auka laust nítur í jarðvegi umfram það sem það var í byrjun. Úr sýni af trénuðum hörstönglum var N bundið í jarðvegi umfram losun úr plöntuleifum allan mælingatímann, þ.e.a.s. nettóbinding var allan tímann.

In this paper results from the Nordic research project: Characterization of plant residue quality for prediction of decomposition and nitrogen release in agricultural soils are summarized. The results of the project have been presented in published papers, (Stenberg et al. 2004, Jensen et al. 2005, Bruun et al. 2005, Henriksen et al. 2007, Salo et al. 2006). In the project changes in mineral nitrogen (NO3- and NH4+ ) and carbon dioxide release during 217 days from 76 plant residues of highly variable quality were measured. The samples were incubated at 15°C and 10 kPa water tension during the whole incubation period. The composition of the samples was analysed with the van Soest method; water-soluble substances, neutral detergent soluble, cellulose, hemicellulose, cellulose and lignin. Carbon and nitrogen concentrations and the C/N ratios in in each fraction were also determined. Total N in plant material (mg N g-1 of added C) was at the average the single factor closest correlated (Pearson correlation coefficient) to the mineral N released from the plant residues at each sampling time (Jensen et al. 2005). The difference of the correlations was though minimal between total N and neutral detergent soluble N (ND-N) as independent variables. The correlation was slightly higher for ND-N until day 22 of the incubation, but for the remaining sampling occasions the net N mineralization was better correlated to total N.The best empirical function of some previously used functions to describe the time pattern of net nitrogen mineralization was a Monod type of equation (Bruun et al. 2005). The parameters of the function for N mineralization were better predicted by use of van Soest fractions than with C/N ration or NIR spectra and in PLS models the N content was the most important factor (Bruun et al. 2005).In the present work the net N mineralization at each sampling date, as a function of the initial total N concentration in plant residues, was fitted by least squares with the Bolzmann equation. An increasing part of the total variation in net mineralization of N is explained by the equations from day 4 to 42 in the incubation or from 69 to 89% and after that slowly decreasing to 76% at the last day.The N content of plant residues at onset of N net mineralization was determined by use of the Boltzmann equations on each sampling date. The time elapsing from inclusion of the residue in soil to the release of nitrogen in soil was closely related the initial nitrogen concentration in the residue.Some aspects of the nitrogen mineralization from the residues are considered here by the example of 34 plant samples of crops species used or tested with good results in Iceland. The samples can be classified in four groups according to the pattern of net nitrogen mineralization. The groups are approximately classified by their initial N content. The N content of the residues in the first group ranges from 44.9-59.1 mg N g-1 dry matter. The N mineralized increases rapidly in the beginning butdeclines slightly towards the end of the incubation. In the next group are samples with 19.7-50.4 mg N g-1 DM with a steadily and in the beginning rapidly increasing net N mineralization. In the third groupwith 13.7-25.3 mg N g-1 DM the gross immobilization is higher in the beginning than the gross mineralization. Later on the net mineralization increases and exceeds at the end of the incubation the net N mineralized in the beginning. The N content of samples in the fourth group is in the range 2.9-13.6 mg N g-1 DM. In this group net immobilization takes place in the beginning and later on there is only a slight net mineralization or no change in mineral N. At the end of the 217 day incubation the inorganic N released in soil was not higher than in the beginning.