Estimation of Annual Soil Nitrogen Mineralization Rates using an Organic-Nitrogen Budget Approach

Resumo

A eficiência do uso de fertilizantes de nitrogênio (N) pode ser melhorada quando as entradas de N não fertilizantes, incluindo a mineralização de N da matéria orgânica do solo, podem ser quantificadas com precisão. Os objetivos deste estudo foram (i) calcular as taxas anuais de mineralização de N com base em um balanço de entradas e saídas de N orgânico para solos de culturas anuais no Vale Central da Califórnia e (ii) comparar os resultados com as taxas de mineralização de N ajustadas pela temperatura e umidade de uma incubação em laboratório. O balanço de N orgânico incluiu entradas de N orgânico de resíduos de culturas acima do solo, raízes e exsudatos radiculares, bem como alterações de longo prazo no N orgânico do solo. Uma incubação de laboratório de 10 semanas foi realizada a 25°C e teor de umidade ideal com núcleos de solo não perturbados coletados antes do plantio na primavera de 2016 e 2017 de 30 locais de campo. Os locais não tinham histórico recente de aplicações de culturas de cobertura, adubo ou composto. Com base no balanço de N orgânico, as taxas anuais de mineralização de N nos 30 cm superiores do perfil variaram de 76 a 123 kg ha-1 ano-1. Levando em conta a umidade e a temperatura do solo em campos irrigados por sulcos, aproximadamente metade dessa quantidade foi mineralizada durante uma estação de cultivo de meados de abril a meados de agosto. Mesmo quando corrigidas pela temperatura diária e pelo teor de umidade, as taxas de mineralização de N no estudo de incubação foram consideravelmente mais altas do que as taxas estimadas com o balanço de N orgânico. O balanço de N orgânico fornece uma estimativa das taxas anuais de mineralização de N nesses solos. Os ajustes para as propriedades do solo e o manejo da cultura provavelmente melhorarão as estimativas para locais individuais.

Abstract

Nitrogen (N) fertilizer use efficiency can be improved when nonfertilizer N inputs, including N mineralization from soil organic matter, can be quantified accurately. The objectives of this study were (i) to calculate annual N mineralization rates based on a budget for organic N inputs and outputs for soils under annual crops in California’s Central Valley and (ii) to compare the results with temperature- and moisture-adjusted N mineralization rates from a laboratory incubation. The organic-N budget included organic N inputs from aboveground crop residues, roots, and root exudates as well as long-term changes in soil organic N. A 10-wk laboratory incubation was performed at 25°C and optimal moisture content with undisturbed soil cores collected pre-plant in spring 2016 and 2017 from 30 field sites. The sites had no recent history of cover crops, manure, or compost applications. Based on the organic-N budget, annual N mineralization rates in the top 30 cm of the profile ranged from 76 to 123 kg ha−1 yr−1. Taking soil moisture and temperature in furrow-irrigated fields into account, approximately half of this amount was mineralized during a cropping season from mid-April to mid-August. Even when corrected for daily temperature and moisture content, N mineralization rates in the incubation study were considerably higher than the rates estimated with the organic-N budget. The organic-N budget provides an estimate of the annual N mineralization rates in these soils. Adjustments for soil properties and crop management will likely improve estimates for individual sites.