Nitrogen mineralization and microbial biomass as affected by soil compaction

Resumo

A compactação do solo pode retardar a decomposição da matéria orgânica e a mineralização do nitrogênio (N) e aumentar as perdas gasosas de N. Investigamos o efeito da compactação do solo na rotatividade de N a partir de materiais orgânicos adicionados em vasos com plantas de azevém italiano (Lolium multiflorum Lam.). Esterco sólido de gado ou resíduos de trevo-branco (Trifolium repens L.) marcado com ¹⁵N foi incubado a temperatura controlada (15°C) e umidade (expresada como o  log do potencial matricial em hPa -pF- variando de pF 2,4 ou pF 1,8), em um solo franco-arenoso com densidade aparente de 1,1 ou 1,4 g cm⁻³. A distribuição do N do trevo marcado foi determinada após 22, 42, 64 e 98 dias. Além disso, a mineralização líquida de N a partir do esterco e do trevo foi determinada pela subtração dos valores para o solo não emendado. Sulfeto de hidrogênio, ácidos graxos voláteis, acidez do solo, fitotoxicidade (bioensaio), composição da atmosfera do solo (N₂O, O₂, CO₂) e bactérias formadoras de colônias após incubação anaeróbica e aeróbica de placas de diluição foram determinados como indicadores selecionados de anaerobiose no solo.

Após 98 dias a pF 2,4, a compactação do solo (1,4 g cm⁻³) reduziu a mineralização líquida do trevo ¹⁵N em 18% em comparação com o solo não compactado, uma redução correspondente a 4% do ¹⁵N adicionado. A recuperação total de ¹⁵N não foi reduzida pela compactação, e não houve evidência de metabolismo anaeróbico. Consequentemente, o aumento das perdas gasosas de N ou a decomposição retardada devido à deficiência de O₂ não puderam explicar a diferença. A compactação aumentou a retenção de ¹⁵N na matéria orgânica do solo em 8% e na biomassa microbiana (fumigação-extracção com clorofórmio) em 1% do ¹⁵N adicionado. Os efeitos da compactação aumentaram sucessivamente durante a incubação. O efeito negativo da compactação na mineralização de N foi mais forte no conteúdo de umidade do solo mais alto (pF 1,8, amostrado apenas no dia 64), mas não foi detectada evidência de anaerobiose. Os efeitos da compactação na mineralização de N, biomassa bacteriana (microscopia) e biomassa microbiana determinada pela diferença (solo emendado menos solo não emendado) concordaram com os resultados de ¹⁵N.

A compactação do solo reduziu o volume de poros com diâmetro > 30 μm, ou seja, poros disponíveis para nematoides, de 30,4 para 14,6% do volume total. O volume de poros < 3 μm, ou seja, poros que não estão disponíveis para organismos celulares ou disponíveis apenas para bactérias e fungos, aumentou de 12,7 para 15,6%. Os resultados sugerem fortemente que a mineralização de N em solo compactado foi reduzida pela maior proteção física dos materiais orgânicos e da biomassa microbiana contra novos ataques, particularmente por nematoides que se alimentam de microrganismos.

Abstract

Soil compaction may retard decomposition of organic matter and N mineralization and increase gaseous losses of N. We studied the effect of soil compaction on the turnover of N from added organic materials in pots with Italian-ryegrass (Lolium multiflorum Lam.) plants. Solid cattle manure or ¹⁵N-labelled white-clover (Trifolium repens L.) material was incubated at controlled temperature (15°C) and moisture (pF 2.4 or pF 1.8) in a sandy loam with a bulk density of 1.1 or 1.4 g cm⁻³. The distribution of labelled clover N was determined after 22, 42, 64 and 98 days. Also, net N mineralization from manure and clover was determined by subtraction of the values for unamended soil. Hydrogen sulphide, volatile fatty acids, soil acidity, phytotoxicity (bioassay), soil atmosphere composition (N₂O, O₂, CO₂), and colony-forming bacteria after anaerobic and aerobic incubation of dilution plates were determined as selected indicators of anaerobicity in the soil.

After 98 days at pF 2.4, soil compaction (1.4 g cm⁻³) had reduced the net mineralization of clover ¹⁵N by 18% compared to uncompacted soil, a reduction corresponding to 4% of added ¹⁵N. Total ¹⁵N recovery was not reduced by compaction, and there was no evidence of anaerobic metabolism. Consequently, increased gaseous N losses or retarded decomposition due to O₂ deficiency could not account for the difference. Compaction increased ¹⁵N retention in soil organic matter by 8% and in microbial biomass (chloroform fumigation-extraction) by 1% of added ¹⁵N. The compaction effects increased successively during the incubation. The negative effect of compaction on N mineralization was stronger at the higher soil moisture content (pF 1.8, sampled on day 64 only), but no evidence of anaerobicity was detected. Compaction effects on N mineralization, bacterial biomass (microscopy) and microbial biomass determined by difference (amended minus unamended soil) agreed with the ¹⁵N results.

Soil compaction reduced the volume of pores with neck dia > 30 μm, i.e. pores available to nematodes, from 30.4 to 14.6% of total bulk volume. The volume of pores < 3 μm, i.e. pores that are unavailable to cellular organisms or available only to bacteria and fungi, increased from 12.7 to 15.6%. The results strongly suggest that N mineralization in compacted soil was reduced by increased physical protection of organic materials and microbial biomass against further attack, particularly by nematodes grazing on microorganisms.