اثر نوع بقایای گیاهی بر معدنی‌شدن نیتروژن در شرایط تنش خشکی در یک خاک آهکی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 فارغ التحصیل

2 استاد گروه علوم خاک دانشگاه صنعتی اصفهان

چکیده

سابقه و هدف: برگرداندن بقایای گیاهی به خاک یک عمل مدیریتی توصیه‌شده برای حفظ یا افزایش سطح ماده آلی خاک است. هر چند، میزان اثر آن ممکن است وابسته به نوع خاک، اقلیم و کیفیت اولیه بقایای گیاهی باشد. از سوی دیگر اقلیم در مقیاس جهانی در حال تغییر است و افزایش تنش خشکی در مقیاس وسیعی پیش‌بینی شده است. در نتیجه این تغییرات، تمام فرآیندهای خاک که با دما و رطوبت خاک در ارتباط هستند، از جمله معدنی‌شدن عناصر، تحت تاثیر قرار می‌گیرند. این پژوهش با هدف بررسی اثر برهم‌کنش تنش خشکی و کیفیت بقایای گیاهی بر معدنی‌شدن نیتروژن در خاک تیمار شده با بقایای گیاهی مختلف انجام شد.
مواد و روش‌ها: بدین منظور چهار نوع بقایای گیاهی شامل اندام هوایی یونجه، شبدر، ذرت و گندم برداشت گردید. بقایای گیاهی با یک خاک آهکی مخلوط و به همراه خاک شاهد (بدون افزودن بقایای گیاهی) در سه سطح ثابت رطوبتی 25، 35 و 55 درصد گنجایش نگهداشت آب به مدت 150 روز در دمای 25 درجه سلسیوس انکوباسیون شدند و در پایان دوره انکوباسیون فرآیندهای نیتریفیکاسیون خالص، آمونیفیکاسیون خالص، معدنی‌شدن خالص نیتروژن، تغییرات خالص نیتروژن آلی محلول اندازه‌گیری شد.
یافته‌ها: نتایج نشان داد که بیش‌ترین مقدار نیتریفیکاسیون خالص (NO3- kg-1 mg 33/282)، آمونیفیکاسیون خالص (NH4+ kg-1 mg 11/52)، معدنی‌شدن خالص نیتروژن (NO3-+NH4+ kg-1 mg 44/334) و تغییرات خالص نیتروژن آلی محلول (N kg-1 mg 43/141) مربوط به تیمار بقایای گیاهی یونجه بود. شاخص‌های اندازه‌گیری شده به طور معنی داری با افزایش مقدار آب خاک در طول انکوباسیون افزایش یافتند. نیتریفیکاسیون خالص (***798/0=r)، معدنی‌شدن خالص نیتروژن (***816/0=r) و تغییرات خالص نیتروژن آلی محلول (***803/0=r) همبستگی مثبت و معنی‌داری با غلظت نیتروژن بقایا داشتند. همبستگی‌های منفی معنی‌داری بین شاخص‌های اندازه‌گیری شده تحولات نیتروژن با میزان لیگنین یا LG (***589/0-=r، ***605/0-=r و ***612/0-=r) و نسبت‌های C/N (***418/0-=r، ***410/0-=r و ***424/0-=r) و لیگنین به نیتروژن (***650/0-=r، ***655/0-=r و ***657/0-=r) به ترتیب مشاهده شدند. آمونیفیکاسیون خالص با نیتریفیکاسیون خالص (007/0-=r)، معدنی‌شدن خالص نیتروژن (051/0=r) و تغییرات خالص نیتروژن آلی محلول (048/0=r) رابطه معنی‌داری نداشت. در شرایط تنش خشکی، نیتریفیکاسیون خالص همبستگی قوی‌تری با معدنی‌شدن نیتروژن (***998/0=r) نسبت به آمونیفیکاسیون خالص (007/0-=r داشت.
نتیجه‌گیری: اثر تنش خشکی بر شاخص‌های تحول نیتروژن در بین خاک‌های تیمار شده با بقایای گیاهی مختلف مشابه نیست. بقایای گیاهی با محتوای نیتروژن بیش‌تر مانند یونجه و شبدر نسبت به بقایای حاوی مقادیر کم نیتروژن اولیه یا نسبت‌های زیاد کربن به نیتروژن و لیگنین به نیتروژن) نظیرگندم و ذرت بیش‌تر تحت تاثیر تنش خشکی قرار گرفتند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The effect of crop residues quality on N mineralization under drought stress in a calcareous soil.

نویسندگان [English]

  • mohammad khorasani 1
  • farshid nourbakhsh 2
  • mohammad reza Mosaddeghi 2
2 prof. of Department of Soil Science, College of Agriculture, Isfahan University of Technology,
چکیده [English]

Background and Objectives: The incorporation of plant residues into soil is a recommended management practice for maintaining or increasing the level of soil organic matter. Although, its effect may be controlled by the soil type, climate and the initial quality of the plant residues. On the other hand, climate on a global scale is changing and the increase of drought stress is predicted in a large scale. As a result of these changes, all soil processes that are related to soil moisture and temperature, including mineralization of nutrients are being affected. This study was conducted to investigate the interactive effects of drought stress and plant residues quality on N mineralization in soils treated with different plant residues.
Materials and Methods: For this purpose, four types of plant residues including alfalfa, clover, corn and wheat shoots were collected. Plant residues-treated soils along with a control (without plant residue application) were incubated under three soil moisture levels 25, 35 and 55% of water holding capacity at 25৹C for 150 days. At the end of incubation period, net nitrification, net ammonification, net nitrogen mineralization and net production of soluble organic nitrogen were measured.
Results: The results indicated that the maximum amount of net nitrification (282.33 mg NO3- kg-1), net ammonification (52.11 mg NH4+ kg-1), net nitrogen mineralization (334.44 mg NO3-+NH4+ kg-1) and net changes of soluble organic nitrogen (141.43 mg N kg-1) were observed in the alfalfa-treated soils. The measured indices were significantly increased as the level of soil water during the incubation increased. Net nitrification (r=0.798***), net nitrogen mineralization (r=0.816***) and net changes of soluble organic nitrogen (r=0.803***) had a positive and significant correlation with nitrogen concentration of the plant residues. Negative significant correlations were observed between the measured N transformation indices and lignin content (r= -0.589***, r= -0.605*** and r= -0.612***) and ratios of C/N (r= -0.418***, r= -0.410*** and r= -0.424***) and LG/N (r= -0.650***, r= -0.655*** and r= -0.657***), respectively. Net ammonification did not significantly correlated with net nitrification (r=-0.007), net nitrogen mineralization (r=0.051) and net changes of soluble organic nitrogen (r=0.048). Under drought stress conditions, net nitrification (r=.998***) was more strongly correlated with net nitrogen mineralization than net ammonification (r=0.051).
Conclusions: In conclusion, the effect of drought stress on the N transformation indices were not similarly observed among the plant residue-treated soils. The soils treated with plant residues with greater N content (alfalfa and clover) showed to be more negatively affected by the drought stress compared to those treatments contained less initial N or greater C:N or lignin:N ratios (corn and wheat).

کلیدواژه‌ها [English]

  • Keywords: Ammonification
  • Nitrification
  • Soluble organic nitrogen
  • Plant residues degradation
1.Aber, J., and Melillo, J. 2001. Terrestrial Ecosystems, second ed. Harcourt Academic Press,
San Diego, California, USA, 560p.
2.Bouwman, A.F., Beusen, AH.W., Griffioen, J., Van Groenigen, J.W., Hefting, M.M.,
Oenema, O., Van Puijenbroek, P.J.T.M., Seitzinger, S., Slomp, C.P., and Stehfest, E. 2013.
Global trends and uncertainties in terrestrial denitrification and N2O emissions. Philos.
Trans. Royal Soc. Biol. Sci. 368: 1-11.
3.Burt, R. 2011. Soil Survey Laboratory Information Manual, second ed. National Soil Survey
Center, Lincoln, Nebraska, USA, 530p.
4.Burtona, J., Chen, C., Xu, Z., and Ghadiria, H. 2007. Soluble organic nitrogen pools in adjacent
native and plantation forests of subtropical Australia. Soil Biol. Biochem. 39: 2723-2734.
5.Cabrera, M.L., and Beare, M.H. 1993. Alkaline persulphate oxidation for determining total
nitrogen in microbial biomass extracts. Soil Sci. Soc. Am. J. 57: 1007-1012.
6.Canarini, A., and Dijkstra, F.A. 2015. Dry-rewetting cycles regulate wheat carbon
rhizodeposition, stabilization and nitrogen cycling. Soil Biol. Biochem. 81: 195-203.
7.Chen, Q.H., Feng, Y., Zhang, Y.P., Zhang, Q.C., Shamsi, I.H., Zhang, Y.S., and Lin, X.Y.
2012. Short-term responses of nitrogen mineralization and microbial community to moisture
regimes in greenhouse vegetable soils. Pedosphere. 22: 263-272.
8.Dessureault-Rompre, J., Bernie, J., Georgallas, A., Burton, D.L., and Grant, C.A. 2011. A
biophysical water function to predict the response of soil nitrogen mineralization to soil
water content. Geoderma. 167: 214-227.
9.Fierer, N., and Schimel, J.P. 2001. Effects of drying-wetting frequency on soil carbon and
nitrogen transformations. Soil Biol. Biochem. 34: 777-787.
10.Finn, D., Page, K., Catton, K., Strounina, E., Kienzle, M., Robertson, F., Armstrong, R., and
Dalal, R. 2015. Effect of added nitrogen on plant litter decomposition depends on initial soil
carbon and nitrogen stoichiometry. Soil Biol. Biochem. 91: 160-168.
11.Goering, H.K., and Van Soest, P.J. 1970. Forage fiber analyses (apparatus, reagents,
procedures and some applications). Agriculture Handbook no. 379, Agriculture Research
Service USDA, Washington (DC), USA, 20p.
12.Guleryuz, G., Titrek, E., and Arsalan, H. 2008. Nitrogen mineralization in the ruderal
sub-alpine communities in Mount Uludag, Turkey. Eur. J. Soil Biol. 44: 408-418.
13.Guntinas, M.E., Leiros, M.C., Trasar-Cepeda, C., and Gil-Sotres, F. 2012. Effects of
moisture and temperature on net soil nitrogen mineralization: A laboratory study. Eur. J. Soil
Biol. 48: 73-80.
14.Hobbie, S.E. 2005. Contrasting effects of substrate and fertilizer nitrogen on the early stages
of litter decomposition. Ecosystem. 8: 644-656.
15.Janssen, B.H. 1996. Nitrogen mineralization in relation to C/N ratio and decomposability of
organic materials. Plant Soil. 181: 39-45.
16.Jin, V.L.R., Haney, L.A., Philip, H., and Wayne, P. 2013. Soil type and moisture
regime control microbial C and N mineralization in grassland soils more than atmospheric
CO2-induced changes in litter quality. Soil Biol. Biochem. 58: 172-180.
17.Luce, M.S., Whalen, J.K., Ziadi, N., Zebarth, B.J., and Chantigny, M.H. 2014. Labile
organic nitrogen transformations in clay and sandy-loam soils amended with 15N-labelled
faba bean and wheat residues. Soil Biol. Biochem. 68: 208-218.
18.Mulvaney, R.L. 1982. Determination of ammonium, nitrate and nitrite in soil extraction-
Steam distillation methods. P 1131-1139. In: D.L. Sparks, A.L. Page, R.H. Loeppert, P.N.
Soltanpour, M.A. Tabatabai, C.T. Johnston and M.E. Sumner (Ed.), Methods of Soil
Analysis, Part 3, Chemical methods. American Society of Agronomy, Madison WI, USA.
19.Nemecek, T., von Richthofen, J.S., Dubois, G., Casta, P., Charles, R., and Pahl, H.
2008. Environmental impacts of introducing grain legumes into European crop rotations.
Eur. J. Agron. 28: 380-393.
20.Nourbakhsh, F., and Dick, R.P. 2005. Net nitrogen mineralization or immobilization
potential in a residue-amended calcareous soil. Arid Land Res. Manage. 19: 299-306.
21.Quilty, J.R., and Cattle, S.R. 2011. Use and understanding of organic amendments in
Australian agriculture: a review. Soil Res. 49: 1-26.
22.Seneviratne, G. 2000. Litter quality and nitrogen release in tropical agriculture: a synthesis,
Biol. Fertil. Soils. 31: 60-64.
23.Tian, Y., Ouyang, H., Gao, Q., Xu, X., Song, M., and Xu, X. 2010. Responses of soil
nitrogen mineralization to temperature and moisture in alpine ecosystems on the Tibetan
Plateau. Procedia Environ. Sci. 2: 218-224.
24.Trinsoutrot, I., Recous, S., Bentz, B., Lineres, M., Cheneby, D., and Nicolardot, B. 2000.
Biochemical quality of crop residues and carbon and nitrogen mineralization kinetics under
non–limiting nitrogen conditions. Soil Sci. Soc. Am. J. 64: 918-926.
25.Vahdat, E., Nourbakhsh, F., and Basiri, M. 2011. Lignin content of range plant residues
controls N mineralization in soil. Eur. J. Soil Biol. 47: 243-246.
26.Yu, Z., Huang, Z., Wang, M., Liu, R., Zheng, L., Wan, X., Hu, Z., Davis, M.R., and Lin,
T.C. 2015. Nitrogen addition enhances home-field advantage during litter decomposition in
subtropical forest plantations. Soil Biol. Biochem. 90: 188-196.
27.Zhonglu, G., Shuhua, Z., Juan, J., and Chongfa, C. 2015. Nitrogen mineralization controlled
by N/P ratio of plant residues from riparian buffer strip. Eur. J. Soil Biol. 67: 5-11.