Nitrification inhibitors reduce nitrogen losses and improve soil health in a subtropical pastureland

Resumo

O manejo do fertilizante nitrogenados em campos agrícolas afeta o balanço de N do solo, o que pode ter implicações significativas na emissão de gases de efeito estufa e na poluição ambiental. Este estudo investiga os efeitos dos inibidores de nitrificação Dicianodiamida (DCD) e 3,4-dimetil pirazol fosfato (DMPP) com aplicação de ureia no balanço de N do solo e na comunidade microbiana em um campo de pastagem subtropical. Um experimento de campo composto por quatro tratamentos, incluindo controle, ureia, ureia DCD e ureia DMPP, foi realizado em 2016 e 2017. Foram quantificadas a emissão de óxido nitroso e as perdas de N inorgânico por lixiviação e escoamento. Além disso, a resposta da comunidade microbiana do solo aos tratamentos impostos foi caracterizada pela análise do ácido graxo fosfolipídico (PLFA). Os resultados mostraram que as aplicações de DCD e DMPP reduziram significativamente a emissão de N2O induzida por fertilizantes em mais de 76% e 67%, respectivamente. Embora as aplicações de inibidores de nitrificação (NIs) tenham reduzido bastante o NO3- no escoamento e na lixiviação, não houve impacto significativo de nenhum dos NIs na produção de biomassa das pastagens. Em comparação com a absorção de N pela planta, a perda de N por meio de emissão de N2O, escoamento superficial e lixiviação foi pequena na pastagem. As baixas perdas de N indicam que o potencial do NI para aumentar a produção é pequeno. A adição de 10 kg de DCD ha-1 e 1 kg de DMPP ha-1 reduziu o efeito negativo induzido pela ureia no PLFA microbiano total e beneficiou fungos, bactérias e actinomicetos em curto prazo. De modo geral, os resultados demonstram os efeitos positivos dos NIs na redução dos gases de efeito estufa, na qualidade da água e na melhoria da saúde do solo por meio do aumento da atividade microbiana total e da redução do estresse ambiental microbiano.

Abstract

Nitrogen (N) fertilizer management in agricultural field affects soil N budget that can have significant implication in greenhouse gas emission and environmental pollution. This study investigates the effects of nitrification inhibitors Dicyandiamide (DCD) and 3,4-dimethyl pyrazole phosphate (DMPP) with urea application on soil N budget and microbial community in a subtropical pasture field. A field experiment consisting of four treatments, including control, urea, urea DCD, and urea DMPP was conducted in 2016 and 2017. Nitrous oxide emission and inorganic-N losses through leaching and runoff were quantified. In addition, soil microbial community response to the imposed treatments was characterized by analysis of phospholipid fatty acid (PLFA). The results showed that DCD and DMPP applications significantly reduced fertilizer-induced N2O emission by over 76% and 67%, respectively. Although nitrification inhibitors’ (NIs) applications greatly reduced NO3– in runoff and leaching, there was no significant impact of either NI on pasture biomass yields. Comparing to the plant N uptake, N loss through N2O emission, runoff, and leaching were small in pasture. The low N losses would indicate that NI’s potential to increase yield is small. Addition of 10 kg DCD ha−1 and 1 kg DMPP ha−1 reduced the negative effect induced by urea on total microbial PLFA, and benefited fungi, bacteria, and actinomycetes in short-term. Overall, the results demonstrate the positive effects of NIs on greenhouse gas reduction, water quality, and improving soil health through enhancing total microbial activity and reducing microbial environmental stress.