铵态氮源和碳源对土壤N_2O、CO_2释放的影响

在田间持水量WFPS为70%、温度为20℃的条件下,通过室内静态培养方法研究铵态氮源与不同碳源结合,对华北平原典型小麦-玉米轮作体系土壤N_2O、CO_2释放的影响。其中,碳源种类分别为葡萄糖、果胶、淀粉、纤维素、木质素和秸秆。结果表明添加葡萄糖和果胶有效促进了土壤N_2O的释放,并在第1 d达到最大值,分别为4 039.85μg N_2O-N·kg~(-1)·d~(-1)和2 533.44μg N_2O-N·kg~(-1)·d~(-1);添加纤维素和只施秸秆处理降低了N_2O释放。施入碳源增加了CO_2释放,顺序为纤维素淀粉葡萄糖果胶秸秆木质素。培养结束后土壤中铵态氮几乎消耗完全,除添加葡萄糖处理外,其他施碳土壤的硝态氮含量均有所增加。在培养前3d,土壤NH~+_4和NO~-_3总含量与N_2O释放量显著相关。     

水稻土和菜田添加碳氮后的气态产物排放动态

【目的】动态连续监测添加碳氮底物后各气体产物—O2、 NO、 N2O、 CH4和N2的排放,对土壤碳氮转化过程和气体产生过程做更深入的理解,揭示不同土地利用方式典型红壤的温室气体产生机制。【方法】采集长江中游金井小流域不同土地利用方式稻田和菜地土壤为研究对象,利用全自动连续在线培养检测体系(Robot系统),通过两组试验分别研究土壤碳氮转化过程中各气体产物的动态变化。试验1采用菜地和稻田土壤进行好气培养,设置不施氮对照、 添加40 mg/kg铵态氮、 添加40 mg/kg铵态氮+1%硝化抑制剂、 添加40 mg/kg硝态氮、 添加40 mg/kg硝态氮+1%葡萄糖、 缺氧条件下添加40 mg/kg硝态氮+1%葡萄糖6个处理。试验2采用稻田土壤进行淹水培养,设不施氮对照、 添加40 mg/kg铵态氮、 添加40 mg/kg铵态氮+1%硝化抑制剂、 添加40 mg/kg铵态氮+1%秸秆、 缺氧条件下添加40 mg/kg铵态氮+1%的葡萄糖、 添加40 mg/kg硝态氮、 添加40 mg/kg硝态氮+1%葡萄糖、 缺氧条件下添加40 mg/kg硝态氮+1%葡萄糖8个处理。培养温度均为20℃,土壤水分含量为70% WFPS (土壤孔隙含水量),培养周期为15天。【结果】从菜地和稻田土壤不同碳氮添加处理气态产物及无机氮的动态变化可看出: 1)菜地土壤好气培养初期硝化作用产生了大量N2O; 受低碳和低含水量的限制,反硝化作用较弱。当提供充足碳源和厌氧条件,出现N2O和NO的大量排放。2)在好气稻田和淹水稻田培养过程中,反硝化作用是N2O产生的主要途径。3)稻田土壤中,提供充足碳源和厌氧条件,各气态产物出现的顺序依次是NO、 N2O和N2,与三种气体在反硝化链式反应过程中的生成顺序一致。淹水稻田加铵态氮和碳源处理N2为主要产物,添加硝态氮处理后,N2O成为主要气态产物。当土壤碳源充足时,反硝化过程进行彻底,反硝化产物以终产物(N2)为主。4)在稻田土壤出现厌氧或添加碳源条件下,均检测到大量CH4产生; 且在甲烷产生的同时,NO-3几乎消耗殆尽。【结论】金井小流域典型红壤菜地N2O主要来自于硝化作用,好气和淹水稻田N2O主要来源于反硝化作用; 当碳源充足和厌氧时,菜地及稻田反硝化作用增强; 反硝化产物组成、 产物累积量及出峰顺序与碳源和氧气浓度有关。     

玉米秸秆及其黑炭添加对黄绵土氮素转化的影响

采用室内培养试验,研究在相同的土壤水分和施氮量条件下,不同碳源(玉米秸秆及其黑炭)添加对土壤无机氮转化和N2O排放的影响机制。结果表明,不同碳源(玉米秸秆和黑炭)的施加对氮素净矿化量的影响差异极显著(p0.01)。与直接施加玉米秸秆相比,施加黑炭增加了土壤硝态氮和铵态氮的含量,显著降低了土壤N2O排放量;施加黑炭后土壤无机氮浓度变化在整个培养期间较平缓,而施加秸秆后土壤氮转化在前两周较为剧烈。相较于添加秸秆,施加黑炭有利于减少温室气体N2O的排放。     

炭输入及生化调控对设施菜田土壤N_2O排放的影响

本研究以河北永清蔬菜基地设施菜田土壤为研究对象,控制温度(25±1)℃和土壤含水量(70%WFPS),采用静态培养方法,通过监测培养期间土壤N_2O排放通量、无机氮含量及土壤中酶活性的变化情况,研究炭输入及生化调控对设施菜田N_2O排放及氮素转化的影响。结果表明,土壤添加尿素后,N_2O排放峰值达到644.11μg N·kg~(-1)·d~(-1),添加双氰胺(DCD)和石灰氮(CaCN_2)的土壤N_2O排放峰值分别为101.47μg N·kg~(-1)·d~(-1)和36.74μg N·kg~(-1)·d~(-1),对于N_2O减排效果好,且能有效抑制亚硝态氮的产生;施用控释尿素、添加黑炭或有机肥能减少N_2O排放,而添加石灰氮闷棚显著增加了N_2O排放。控释尿素、秸秆、黑炭、DCD和CaCN_2均对铵态氮向硝态氮的转化有一定抑制作用,施加石灰氮或有机肥有助于减少硝态氮向亚硝态氮的转化。相关分析表明,土壤中硝态氮和亚硝态氮含量增加,有助于反硝化过程的进行,增加了N_2O排放的风险。     

硝化抑制剂和秸秆对潮棕壤碳氮转化和微生物群落特征的短期影响

氮是植物和微生物生长繁殖的必需营养元素,而氮矿化表征了土壤供氮能力。通过盆栽实验,采用同位素稀释法和磷脂脂肪酸(PLFA)法,研究了添加硝化抑制剂和秸秆条件下,潮棕壤碳氮矿化和微生物群落组成变化特征。结果表明,与施氮量N 0.1 g·kg~(-1)的单施氮肥处理(NF)相比,氮肥配施1%硝化抑制剂(NFI)的土壤铵态氮提高32%,而硝态氮降低53%。氮肥与施用量为5 g·kg~(-1)的秸秆配施(NS),土壤氮素总矿化速率增加36%,微生物生物量碳提高51%,β-葡萄糖苷酶活性提高36%,同时显著增加了土壤总PLFA以及细菌、真菌、真菌/细菌和革兰式阴性菌(P0.05),土壤呼吸熵降低50%。与氮肥配施秸秆处理(NS)相比,氮肥、秸秆和硝化抑制剂配施处理(NSI),土壤铵态氮提高33%,硝态氮下降47%。综上所述,氮肥和秸秆配施可以提高土壤微生物生物量,改变土壤微生物群落组成,配施1%(N)硝化抑制剂后降低土壤硝化速率,增加土壤供氮能力。     

碳氮添加对淹水农田黑土温室气体排放的影响

为探究外源碳氮添加对农田土壤温室气体排放的影响，以农田黑土为对象，在25℃和淹水条件下开展室内培养试验，研究外源碳(葡萄糖和乙酸)和氮(硫酸铵)添加对温室气体排放的影响。结果表明，淹水条件碳氮配施显著降低了土壤硝态氮含量，以氮肥配施葡萄糖处理效果更明显。与不施肥的对照处理相比，单施氮肥处理对CO₂排放速率无显著影响；与单施氮肥处理相比，碳氮配施显著提高了CO₂的排放速率，氮肥配施葡萄糖处理和氮肥配施乙酸处理的CO₂累积排放量分别为单施氮肥处理的3.93和2.44倍。与不施肥的对照处理相比，单施氮肥显著增加了N₂O排放速率，其累积排放量是对照处理的3.60倍；与单施氮肥处理相比，氮肥配施葡萄糖处理仅在第1天对N₂O排放速率有显著促进效果，培养期间N₂O累积排放量与单施氮肥处理无显著差异；氮肥配施乙酸处理对N₂O排放速率的促进效果持续了5 d，其N₂O累积排放量是单施氮肥处理的3.58倍。与不施肥的对照处理相比，单施...     

综合产量和土壤N2O排放的马铃薯施氮量分析

施氮可提高作物产量,但同时也增加温室气体N_2O的土壤排放量。研究施氮量与产量和土壤N_2O排放的关系,对保障作物产量并兼顾环境效应的农业生产实践具有重要指导意义。该研究设置N0(0)、N1(67.5 kg/hm~2)、N2(125 kg/hm~2)、N3(187.5 kg/hm~2)4个施氮水平,采用静态箱-气相色谱法对土壤N_2O排放进行田间原位测定,研究施氮量对马铃薯产量、土壤N_2O排放的影响,分析综合产量与土壤N_2O排放的合理施氮量。结果表明:施氮显著增加马铃薯产量和土壤N_2O累积排放量,较不施氮(N0)处理,N1、N2和N3处理马铃薯产量增加78.5%、93.1%和95.6%;生育期N1、N2和N3处理马铃薯土壤N_2O累积排放量分别是N0处理的2.3、4.4和6.7倍。同时,随施氮量增加,N_2O排放系数、硝态氮强度和单产N_2O排放量均显著增加。在低氮处理(N0、N1)时,土壤N_2O排放通量与土壤温度、湿度显著正相关,而在高氮水平时,土壤N_2O排放通量与土壤硝态氮含量显著正相关。施氮67.5 kg/hm~2可确保研究区马铃薯产量并有效降低土壤N_2O排放。     

不同施氮量对设施甜椒温室气体排放及净温室效应的影响

本研究在华北地区进行温室甜椒(Capsicum)栽培肥料试验,通过测定不同施氮处理土壤N_2O和CH_4排放量、排放特征和土壤呼吸强度,估算化肥投入、灌溉能源消耗、机械燃油、农药施用等生产投入产生的CO_2当量进而计算净温室效应,探讨了氮肥用量对当地温室蔬菜栽培温室气体排放、净温室效应的影响。田间试验设当地农民传统施肥量(C)、不施氮肥(CK)、推荐施氮量(T1)、推荐施氮量+硝化抑制剂(NP)(T1+NP)4个处理,土壤排放的温室气体用静态箱法采集、Agilent 6820型气相色谱仪测定,土壤呼吸用LI-8100土壤碳通量自动监测系统监测。结果表明,与传统施肥量处理相比,推荐施肥量处理,N_2O排放量明显下降;而4个处理的土壤CO_2累积排放量分别为3.36、3.19、3.25、3.07 thm~(-2),处理间无明显差异,CH_4累积排放量表现出随施氮量升高而下降的趋势;4个处理的净温室效应分别为5460.91、3439.28、4873.21、4622.85 kghm~(-2),因此,可以认为N_2O排放和土壤CO_2当量随施氮量的增加而升高,减少氮肥投入使之保持在适当水平,可降低N_2O、CH_4等温室气体的排放;而在等氮肥投入量的条件添加硝化抑制剂也能,减少温室气体排放和减轻净温室效应。     

秸秆与氮肥调节C/N比对潮土CH_4,CO_2和N_2O排放/吸收的影响

为了探讨秸秆还田与氮肥配施对砂质潮土CH_4,CO_2和N_2O排放/吸收规律及土壤碳、氮含量的影响,采用恒温培养的方法,在土壤中添加定量秸秆情况下,通过尿素调节不同C/N比(分别为9、12.5、25、40、71),并设单施氮肥处理(N),同时以原土(不施肥)为对照(CK),研究了玉米秸秆与氮肥调节C/N比对砂质潮土不同形态碳、氮含量的变化以及对CH_4,CO_2和N_2O等温室气体动态排放特征。结果表明,培养结束时,随着配施C/N比的增加,土壤可溶性有机碳(DOC)呈先增加后降低趋势,以C/N比为25时最高,可溶性有机氮(DON)呈增加趋势,以C/N比为9时最高;秸秆添加后对土壤NH_4~+-N和NO_3~--N含量具有一定的抑制作用,但随着配施氮肥量的增加NH_4~+-N和NO_3~--N含量呈增加趋势。同时发现,在37 d室内培养试验中,各处理土壤整体表现为对CH_4的吸收,单施N肥较CK对CH_4的排放无显著影响,C/N比为71(单独添加秸秆)促进了CH_4的吸收,而秸秆与氮肥配施抑制了土壤对CH_4的吸收。CO_2排放通量整体上随时间呈现出"上升-下降-稳定"的过程;各处理均在培养的第3 d达到排放峰值,且在添加秸秆情况下C/N比越小CO_2排放通量越高,最高达5.47mg kg~(-1)h~(-1)。不同处理N_2O的排放通量随时间变化具有不同的变化趋势,C/N比为71、40和25的3个处理在培养第1 d即达到排放最大值,而C/N比为12.5和9及单施N等3个处理排放峰值则出现在培养的第3 d,且排放峰值随氮肥用量的增加而增高,C/N比为9时达到最高,为2.64滋g kg~(-1)h~(-1)。CO_2和N_2O累积排放量最大的处理为C/N比为9,分别为1551.3 mg kg~(-1)和240.5 mg kg~(-1)。由此得出,秸秆与氮肥的配施促进了砂质潮土CO_2和N_2O的排放以及对CH_4的吸收,随着配施C/N的减小,砂质潮土对CO_2和N_2O的排放以及CH_4的吸收增强。     

不同氮肥管理方式对华北粮田N_2O排放和作物产量的影响分析

通过华北小麦和玉米田已发表文献分析,明确不同施氮量、氮肥基追比及氮素调控措施对土壤N_2O排放和作物产量的影响。结果表明:高氮水平下减少氮肥用量并调整基追比有助于减少土壤N_2O排放;添加硝化抑制剂双氰胺(DCD)对小麦和玉米产量的提高和土壤N_2O的减排效果均较好。兼顾华北粮田N2O减排和作物产量,小麦季推荐合理施氮量167~174 kg·hm~(-2),基追比1∶1,添加DCD,土壤N_2O总排放量为0.31 kg·hm~(-2),籽粒产量6 200 kg·hm~(-2)以上;玉米季推荐合理施氮量177~181 kg·hm~(-2),基追比2∶3~1∶2,添加DCD,土壤N_2O总排放量1.70 kg·hm~(-2),籽粒产量9 000 kg·hm-2以上。     

秸秆与生物质炭施用对土壤温室气体排放的影响差异

采用室内培养试验,向土壤中添加小麦秸秆和不同量生物质炭,同时比较探究秸秆与生物质炭施用对土壤温室气体排放及微生物活性的影响差异。试验共设5个处理:土壤(S)、土壤+1%小麦秸秆(WT)、土壤+1%生物质炭(BC1)、土壤+2%生物质炭(BC2)和土壤+4%生物质炭(BC4)。在培养期内,施秸秆处理土壤CO2排放量比对照处理S显著增加约12.60%～2 005.63%,而施生物质炭处理降低约51.49%～97.93%。施秸秆处理的温室气体增温潜势(GWP)是对照处理S的1.12～19.24倍,而施生物质炭处理,即处理BC1、BC2和BC4的GWP分别降低了0.27%～64.06%,15.78%～94.01%和29.43%～92.28%。小麦秸秆施用会明显增加土壤温室气体排放,增加温室效应;而添加生物质炭对土壤CO2、N2O排放表现出一定的抑制作用,并明显减弱温室气体增温潜势,即生物质炭能明显减弱温室效应。添加小麦秸秆促进土壤微生物生物量碳的增加,提高FDA水解酶、脲酶、过氧化氢酶、磷酸酶活性;生物质炭施用一段时间后对土壤过氧化氢酶活性表现为显著激活作用。     

碳源类型和添加量对植烟黄壤氮素同化的影响

  【目的】  降低烤烟生长后期植烟土壤的氮素供应对提高烤烟烟叶质量非常重要,而微生物同化作用在调控土壤有效氮含量过程中起着重要作用,且受添加有机碳源质量和数量的影响。因此,我们研究不同有机碳源降低土壤矿质氮的效果,以及碳添加量与矿质氮降低量间的定量关系。  【方法】  供试土壤采自贵州玉米烟草轮作土壤,属于黄壤土。供试有机碳源有5种,分别为小麦秸秆、玉米秸秆、芦苇秸秆、木屑和葡萄糖。有机碳源添加量均设置4个纯碳水平,分别为0、2.0、5.0和10.0 g/kg,在室内培养开始前,每个处理添加N 0.2 g/kg (NH₄NO₃),培养周期为30天,期间共采集培养瓶内气体样品8次,测定CO₂排放量和N₂O排放量,采集土壤样品5次,分析了土壤矿质氮、有机碳和微生物量碳含量。  【结果】  与未添加碳源处理相比,添加碳源处理在培养结束时显著提高了土壤呼吸速率,CO₂累积排放量增加幅度为64.8%～729.3%;并显著增加了微生物量碳含量,且微生物量碳含量与碳添加量之间呈极显著正相关。培养结束时,添加碳源处理显著降低了矿质氮含量,降低幅度分别为20.7%～55.9% (玉米秸秆)、24.4%～99.8% (小麦秸秆)、21.4%～99.7% (芦苇秸秆)、31.4%～99.9% (木屑) 和44.3%～84.8% (葡萄糖);且矿质氮降低量与碳添加量之间呈极显著正相关关系,1 g有机碳降低矿质氮的量为玉米秸秆11.4 mg、小麦秸秆20.8 mg、芦苇秸秆20.8 mg、木屑20.5 mg和葡萄糖16.1 mg。当碳添加量 ≤ 5.0 g/kg时,有机碳源的C/N值与培养结束时的矿质氮降低量之间呈极显著正相关 (P < 0.01)。添加秸秆类碳源可降低N₂O排放量,比未添加碳源处理降低78.7%～96.5%,而添加葡萄糖可显著增加N₂O排放量,比未添加碳源处理增加153.6%～298.6%。  【结论】  有机碳源的C/N值显著影响着其降低矿质氮含量的潜力,在一定添加范围内,向植烟土壤中添加有机碳源,矿质氮的降低量随有机碳添加量的增加而增大,而且添加秸秆类碳源还可显著减少土壤N₂O的排放量,尤其以添加木屑的效果最优。     

添加秸秆碳源对土壤微生物生物量和原生动物丰富度的影响

为了研究引入秸秆碳源对根结线虫(Meloidogyne spp.)病害严重土壤中微生物生物量和原生动物的影响, 以番茄为供试作物, 设置4个梯度的小麦秸秆添加量[CK(0 g·kg^-1), 1N(2.08 g·kg^-1)、2N(4.16 g·kg^-1)和4N(8.32 g·kg^-1)], 研究不同种植时间(6个月和4个月)下土壤微生物生物量碳、氮和原生动物丰度的变化。研究结果表明: 添加秸秆对微生物生物量碳、氮和原生动物丰富度有明显促进作用, 添加的秸秆量越多, 这种促进作用越明显。不同秸秆添加量处理中, 微生物生物量碳、氮和原生动物丰度为: 4N>2N>1N>CK。秸秆对原生动物的群落结构也有显著影响, 在各处理中, 鞭毛虫和肉足虫占有绝大比例, 分别占总丰度的29.44%和66.19%, 纤毛虫仅占4.37%。在相同添加秸秆量条件下, 土壤原生动物丰度随种植时间的延长而提高, 而微生物生物量碳、氮量随种植时间的延长而降低。而在种植时间相同条件下, 随着秸秆量的增加土壤微生物生物量碳、氮量和微生物生物量碳氮比和原生动物总丰度相应增加。     

Microbial mineralization of biochar and wheat straw mixture in soil: A short-term study

A short-term incubation study was carried out to investigate the effect of biochar addition to soil on CO₂ emissions, microbial biomass, soil soluble carbon (C) nitrogen (N) and nitrate–nitrogen (NO₃–N). Four soil treatments were investigated: soil only (control); soil + 5% biochar; soil + 0.5% wheat straw; soil + 5% biochar + 0.5% wheat straw. The biochar used was obtained from hardwood by pyrolysis at 500 °C. Periodic measurements of soil respiration, microbial biomass, soluble organic C, N and NO₃–N were performed throughout the experiment (84 days). Only 2.8% of the added biochar C was respired, whereas 56% of the added wheat straw C was decomposed. Total net CO₂ emitted by soil respiration suggested that wheat straw had no priming effect on biochar C decomposition. Moreover, wheat straw significantly increased microbial C and N and at the same time decreased soluble organic N. On the other hand, biochar did not influence microbial biomass nor soluble organic N. Thus it is possible to conclude that biochar was a very stable C source and could be an efficient, long-term strategy to sequester C in soils. Moreover, the addition of crop residues together with biochar could actively reduce the soil N leaching potential by means of N immobilization.     

长期连续秸秆还田和生物质炭施用对稻田N2O排放的影响

为了评估麦季多年连续秸秆还田和生物质炭施用对稻麦轮作系统下稻田N₂O排放的影响，于2010年麦季开始开展了为期11 a的麦季秸秆还田和生物质炭施用定位试验。试验共包括5个处理：无玉米秸秆还田和生物质炭施用(CK);6 t/(hm²·a)玉米秸秆还田(CS);2.4 t/(hm²·a)生物质炭施用(BC1);6 t/(hm²·a)生物质炭施用(BC2)和12 t/(hm²·a)生物质炭施用(BC3)。结果表明，BC2和BC3处理较CK均显著提高了土壤碱解氮、有效磷、速效钾、易氧化碳、可溶性有机氮和土壤微生物生物量氮含量。CS、BC1和BC2处理水稻生长季N₂O总排放量与CK没有显著差异，但是BC3处理的N₂O总排放量比CK提高了245.31%，并显著高于其他处理。BC3处理的N₂O总排放量和施氮肥后N₂O排放高峰期的累积排放量分别比CK提高了3.84 kg/hm²和3.3...     

不同碳源添加对钙质土高累积硝态氮向土壤有机氮库转化的研究

Excessive amounts of nitrate have accumulated in many soils on the North China Plain due to the large amounts of chemical N fertilizers or manures used in combination with low carbon inputs. We investigated the potential of different carbon substrates added to transform soil nitrate into soil organic N (SON). A 56-d laboratory incubation experiment using the 15 N tracer (K15 NO3 ) technique was carried out to elucidate the proportion of SON derived from accumulated soil nitrate following amendment with glucose or maize straw at controlled soil temperature and moisture. The dynamics and isotopic abundance of mineral N (NO3 and NH+4 ) and SON and greenhouse gas (N2O and CO2 ) emissions during the incubation were investigated. Although carbon amendments markedly stimulated transformation of nitrate to newly formed SON, this was only a substitution effect of the newly formed SON with native SON because SON at the end of the incubation period was not significantly different (P > 0.05) from that in control soil without added C. At the end of the incubation period, amendment with glucose, a readily available C source, increased nitrate immobilization by 2.65 times and total N2O-N emission by 33.7 times, as compared with maize straw amendment. Moreover, the differences in SON and total N2O-N emission between the treatments with glucose and maize straw were significant (P < 0.05). However, the total N2O-N emission in the straw treatment was not significantly (P > 0.05) greater than that in the control. Straw amendment may be a potential option in agricultural practice for transformation of nitrate N to SON and minimization of N2O emitted as well as restriction of NO3-N leaching.     

玉米植株不同部位还田土壤活性碳、氮的动态变化

探讨玉米植株不同部位腐解对还田土壤活性碳、 氮动态变化的影响。采用室内培养方法,通过动态监测土壤微生物量碳（SMBC）、微生物量氮（SMBN）、可溶性碳（DOC）和矿质氮含量,研究等量玉米根茬、秸秆、茎及叶4个部位在连续7季还田（秸秆+根茬还田）和不还田土壤（仅根茬还田）中的腐解转化特征。结果表明,秸秆腐解的最初 7 d是土壤活性碳、 氮动态变化的高峰期;腐解期间（62 d）SMBC、SMBN含量表现为添加秸秆始终高于根茬,叶分别在前28 d、14 d内高于茎,后期则低于茎,秸秆介于茎、叶之间;土壤DOC、矿质氮含量为叶＞秸秆＞茎＞根茬;培养结束时,各处理SMBC和矿质氮含量均较起始（0 d）显著提高,DOC含量基本保持不变,SMBN含量显著下降。与不还田土壤相比,还田土壤对新鲜残体的腐解影响不显著,且两者间土壤活性氮组分的差异较碳组分明显。腐解期间土壤活性碳、 氮的动态变化主要取决于各器官碳、 氮等化学组分的差异性,等量秸秆较根茬更有利于补充土壤活性碳、氮数量,土壤活性氮组分对还田土壤的响应较碳组分灵敏。     

Co-incorporation of rice straw and leguminous green manure can increase soil available nitrogen (N) and reduce carbon and N losses: An incubation study

Returning rice straw and leguminous green manure alone or in combination to soil is effective in improving soil fertility in South China. Despite the popularity of this practice, our understanding of the underlying processes for straw and manure combined application is relatively poor. In this study, rice straw (carbon (C)/nitrogen (N) ratio of 63), green manure (hairy vetch, C/N ratio of 14), and their mixtures (C/N ratio of 25 and 35) were added into a paddy soil, and their effects on soil N availability and C or N loss under waterlogged conditions were evaluated in a 100-d incubation experiment. All plant residue treatments significantly enhanced CO₂ and CH₄ emissions, but decreased N₂O emission. Dissolved organic C (DOC) and N (DON) and microbial biomass C in soil and water-soluble organic C and N and mineral N in the upper aqueous layer above soil were also enhanced by all the plant residue treatments except the rice straw treatment, and soil microbial biomass N and mineral N were lower in the rice straw treatment than in the other treatments. Changes in plant residue C/N ratio, DOC/DON ratio, and cellulose content significantly affected greenhouse gas emissions and active C and N concentrations in soil. Additionally, the treatment with green manure alone yielded the largest C and N losses, and incorporation of the plant residue mixture with a C/N ratio of 35 caused the largest net global warming potential (nGWP) among the amended treatments. In conclusion, the co-incorporation of rice straw and green manure can alleviate the limitation resulting from only applying rice straw (N immobilization) or the sole application of leguminous green manure (high C and N losses), and the residue mixture with a C/N ratio of 25 is a better option because of lower nGWP.