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Short term N2O, CO2, NH3 fluxes and N/C transfers in a Danish grass-clover pasture after simulated urine deposition in autumn

Bol, Roland; Petersen, Søren O.; Christofides, Calliopi; Dittert, Klaus and Hansen, Martin Nørregaard (2004) Short term N2O, CO2, NH3 fluxes and N/C transfers in a Danish grass-clover pasture after simulated urine deposition in autumn. [Udledninger af lattergas, kuldioxid og ammoniak samt N/C-omsætning i en dansk kløvergræsmark efter simuleret afsætning af urin om efteråret.] Journal of Plant Nutrition and Soil Science, 167, pp. 568-576.

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Online at: http://www3.interscience.wiley.com/cgi-bin/fulltext/109658945/PDFSTART

Summary

Urine patches are significant hot-spots of C and N transformations. To investigate the effects of urine composition on C and N turnover and gaseous emissions from a Danish pasture soil, a field plot study was carried out in September 2001. Cattle urine was amended with two levels of 13C- and 15N-labeled urea, corresponding to 5.58 and 9.54 g urea-N l-1, to reflect two levels of protein intake. Urine was then added to a sandy-loam pasture soil equivalent to a rate of 23.3 or 39.8 g urea-N m-2. Pools and isotopic labeling of nitrous oxide (N2O) and CO2 emissions, extractable urea, ammonium (NH4+), and nitrate (NO3-), and plant uptake were monitored during a 14 d period, while ammonia (NH3) losses were estimated in separate plots amended with unlabeled urine. Ammonia volatilization was estimated to account for 14% and 12% of the urea-N applied in the low (UL) and high (UH) urea treatment, respectively. The recovery of urea-derived N as NH4+ increased during the first several days, but isotopic dilution was significant, possibly as a result of stress-induced microbial metabolism. After a 2 d lag phase, nitrification proceeded at similar rates in UL and UH despite a significant difference in NH4+ availability. Nitrous oxide fluxes were low, but generally increased during the 14 d period, as did the proportion derived from urea-N. On day 14, the contribution from urea was 23% (UL) and 13% (UH treatment), respectively. Cumulative total losses of N2O during the 14 d period corresponded to 0.021% (UL) and 0.015% (UH) of applied urea-N. Nitrification was probably the source of N2O. Emission of urea-derived C as CO2 was only detectable within the first 24 h. Urea-derived C and N in above-ground plant material was only significant at the first sampling, indicating that uptake of urine-C and N via the leaves was small. Urine composition did not influence the potential for N2O emissions from urine patches under the experimental conditions, but the importance of site conditions and season should be investigated further.

Summary translation

Harnflecken stellen ausgeprägte Aktivitätszentren für C- und N-Umsetzungen in Böden dar. Auf einem dänischen Grünlandstandort wurde im September 2001 ein Feldversuch durchgeführt, um die Bedeutung der Harnzusammensetzung für C- und N-Umsetzungen und gasförmige Emissionen zu untersuchen. In zwei Versuchsstufen wurde auf einem sandig-lehmigen Grünland-Standort in simulierten Harnflecken Rinderharn ausgebracht, der mit 13C- und 15N-markiertem Harnstoff versetzt war und insgesamt Harnstoffmengen von 23,3 und 39,8 g N m-2 entsprach. Pools und Isotopenmarkierung von Lachgas- (N2O) und CO2-Emissionen, von extrahierbarem Harnstoff, Ammonium und Nitrat im Boden und die Pflanzenaufnahme wurden über einen Zeitraum von 14 Tagen untersucht. Ammoniakverflüchtigung wurde in einem separaten Versuchsblock mit unmarkiertem Harn abgeschätzt, sie betrug 14 % bzw. 12 % des ausgebrachten Harnstoff-N in den Harnflecken mit niedriger (UL) bzw. hoher (UH) Harnstoff-Konzentration. Die Wiederfindung des harnstoffbürtigen N als NH4+ stieg in den ersten Tagen der Untersuchung an, dann jedoch kam es zu signifikanter Isotopenverdünnung, die vermutlich auf stressinduzierte mikrobielle Umsetzungen zurückzuführen ist. Nach einer 2-tägigen Lag-Phase setzte in UL und UH die Nitrifikation mit ähnlicher Intensität ein, obwohl sich die Behandlungen in ihrem verfügbaren NH4+ signifikant unterschieden. Die N2O-Emissionen lagen auf niedrigem Niveau, stiegen aber im Verlauf der 14-tägigen Untersuchung ebenso wie der harnstoffbürtige Anteil des N2O an. Dieser betrug zum Schluss der Untersuchung 23 % in Behandlung UL und 13 % in UH. Die kumulativen Gesamtverluste durch N2O-Emissionen entsprachen 0,021 (UL) und 0,015 % (UH) des insgesamt ausgebrachten Harnstoff-N. Nitrifikation war vermutlich die Quelle für N2O. Flüsse von harnstoffbürtigem C in Form von CO2 konnten nur innerhalb der ersten 24 Stunden nachgewiesen werden, auch waren die Anteile von harnstoffbürtigem C und N in der oberirdischen Pflanzenbiomasse nur bei der ersten Beprobung signifikant, was als Hinweis auf geringe Harnstoff-C- und -N-Aufnahme durch die Blätter gesehen wird. Darüber hinaus zeigte sich, dass die Harnzusammensetzung die N2O-Emissionspotenziale aus Harnflecken unter den Versuchsbedingungen nicht beeinflusste. Zukünftig sollten die Bedeutung der Standortbedingungen und der Jahreszeit nähergehend untersucht werden.

EPrint Type:Journal paper
Subjects: Environmental aspects > Air and water emissions
Research affiliation: Denmark > DARCOF II (2000-2005) > I.13 (DINOG) Dinitrogen fixation and nitrous oxide losses in grass-clover pastures
Deposited By: Petersen, Dr. Søren O.
ID Code:4060
Deposited On:13 Dec 2004
Last Modified:03 Dec 2013 13:55
Document Language:English
Status:Published
Refereed:Peer-reviewed and accepted

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