Effect of soil wetness on air composition and nitrous oxide emission in a loam soil

Abstract

Kaksivuotinen kenttäkoe tehtiin hiuemaalla Etelä-Suomessa. Faktorikokeen koetekijöinä olivat rankka kastelu ja typpilannoitus. Osa ruuduista oli kasvittomia, osalla kasvoi heinää. Maan ilman koostumusta 15 ja 30 cm syvyydessä seurattiin yhden tai kahden viikon välein otetuista näytteistä. Myös maan kosteutta (TDR) ja lämpötilaa mitattiin säännöllisesti. Kasvittoman, kastelemattoman ja lannoittamattoman maan ilmassa oli 14-21 % happea, 0,1-2 % hiilidioksidia ja 0,2-100 µl l-1 dityppioksidia. Lukuunottamatta toisen vuoden toukokuun kaikkein suurimpia dityppioksidipitoisuuksia, suurin pitoisuus oli 27 µl l-1. Maan kosteus vaihteli välillä 11-45 % ja lämpötila 15 cm syvyydessä välillä 0-21 °C. Kasvipeite ja kastelu vähensivät happipitoisuutta ja lisäsivät hiilidioksidipitoisuutta. Happipitoisuus muuttui selvästi enemmän syvemmällä maassa (30 cm) kuin matalammassa (15 cm), sen sijaan hiilidioksidipitoisuuden muutos oli syvyydestä riippumaton. Kasvipeitteisen ja kastellun maan pienimmät happipitoisuudet olivat 7 % (15 cm syvyydessä) ja 3 % (30 cm syvyydessä). Suurimmat hiilidioksidipitoisuudet olivat 9 %. Typpilannoitus ei vaikuttanut merkitsevästi maan ilman happi- ja hiilidioksidipitoisuuksiin. Kastelu lisäsi maan ilman dityppioksidipitoisuutta silloin kun maassa oli runsaasti nitraattia. Kasvittomassa maassa oli runsaasti nitraattia jäljellä vielä elokuussa. Typpilannoitus nosti maan ilman dityppioksidipitoisuutta erityisesti kastellussa kasvittomassa maassa. Kasvipeite vähensi dityppioksidipitoisuutta. Maan ilman koostumuksen vaihtelua voitiin osittain selittää arvioidun ilmahuokoisuuden avulla. Muutamalta ruudulta suljetun kammion menetelmällä mitattu koekentän dityppioksidiemissio vaihteli välillä 0-40 g N ha-1 d-1. Kaikkien mittausten keskiarvo oli 7 g N ha-1 d-1. Emissio korreloi 15 cm syvyydestä mitatun dityppioksidipitoisuuden kanssa (r=0,80; n=234) ja 30 cm syvyydestä mitatun pitoisuuden kanssa (r=0,65, n=234).

Effects of cropping (bare fallow, grass), heavy irrigation and N fertilization (0, 100 kg ha-1) on soil air (at depths of 15 and 30 cm) and N2O emission were studied in a factorial two-year field experiment in southern Finland. The responses of soil mineral N, dry-matter yield and uptake of N were also determined. Irrigation was performed during two periods in 1993 and one period in 1994. During sampling periods, the soil moisture ranged from 11% to 45% (v/v) and soil temperature from 0°C to 21°C. Unirrigated bare fallow contained 14-21% O2, 0.1-2% CO2 and 0.2-100 µl l-1 N2O (1993 maximum 27 µl l-1) in the soil air. Cropping and irrigation lowered O2 (minimum 3-7%) and raised CO2 (maximum 9%) in soil air, but fertilization had no effect. Irrigation raised N2O in the soil air if nitrate was present abundantly. Consequently, fertilization increased N2O especially in the irrigated bare soil, which still contained plenty of nitrate in autumn 1993. Cropping decreased N2O. The variation in soil air composition was partly explained by that in soil air-space. The average daily N2O-N emission amounted to 0-40 g ha-1 (mean 7 g ha-1) and correlated positively with N2O concentration in the soil air.