Characterization of dissolved organic nitrogen in leachate from a newly established and fertilized turfgrass

Resumo

Compreender os mecanismos de retenção e perda de nitrogênio (N) em gramados urbanos adubados é fundamental para desenvolver práticas que reduzam o transporte de N e protejam a qualidade da água em ecossistemas urbanos. Investigou-se o destino do N em lisímetros com placas de grama-de-santo-agostinho, adubados com 15N marcado na forma de sulfato de amônio ou ureia. A espectrometria de massa por ressonância ciclotrônica de íons com transformada de Fourier (FTICR-MS) foi empregada para identificar as diversas classes biomoleculares no N orgânico dissolvido (NOD) lixiviado de um lisímetro de cada tratamento e do controle. As concentrações médias de NOD, ao longo de 92 dias, corresponderam a 88, 94 e 94% do N total no lixiviado dos tratamentos controle, ureia e sulfato de amônio, respectivamente. A análise isotópica mostrou que menos de 3% do N do lixiviado era proveniente do fertilizante nitrogenado recém-aplicado, sugerindo que o restante derivava dos compartimentos do solo ou da biomassa da grama no lisímetro. A recuperação do 15N do fertilizante foi maior no solo (44–48%), seguida da placa de grama + palhada (18–33%), das aparas de grama (10–13%) e do lixiviado (<3%). Apesar da evidência isotópica de pequena contribuição do N dos fertilizantes no lixiviado, uma fração do sulfato de amônio foi recuperada como NOD no lixiviado, provavelmente após a absorção e conversão do fertilizante inorgânico em exsudatos orgânicos das plantas e/ou subprodutos microbianos. A FTICR-MS identificou fórmulas moleculares orgânicas contendo N no lixiviado dos tratamentos com ureia e sulfato de amônio, evidenciando a lixiviação, a partir de gramado recém-implantado, de compostos de NOD com diversas composições biomoleculares, como moléculas semelhantes a lipídios, proteínas, carboidratos e lignina.

Abstract

Understanding the mechanisms of nitrogen (N) retention and loss from fertilized urban turfgrass is critical to develop practices that mitigate N transport and protect water quality in urban ecosystems. We investigated the fate of N in lysimeters sodded with St. Augustine turfgrass and amended with labeled 15N from either ammonium sulfate or urea. Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectroscopy (FTICR-MS) was employed to identify various biomolecular classes in the leached dissolved organic N (DON) from one lysimeter for each treatment and the control. Mean DON concentrations, over 92 days, were 88, 94, and 94% of total N in the leachate from the control, urea, and ammonium sulfate treatments, respectively. Isotopic analysis showed that <3% of N in the leachate originated from newly applied N fertilizer, suggesting that the remainder of the N in the leachate was derived from the lysimeter soil or sod biomass pools. The 15N fertilizer recovery was greatest in soil (44–48%), followed by sod+thatch (18–33%), grass clippings (10–13%), and leachate (<3%). Despite isotopic evidence of little contribution of N from fertilizers in the leachate, a fraction of ammonium sulfate fertilizer was recovered as DON in the leachate, likely after uptake and conversion of inorganic fertilizer to organic plant exudates and/or microbial byproducts. FTICR-MS identified N-bearing organic molecular formulas in the leachate from urea and ammonium sulfate treatments, providing evidence of N leaching from newly established turfgrass of DON compounds in a range of biomolecular compositions such as lipid-, protein-, carbohydrate-, and lignin-like molecules.