A comparison of nitrogen and carbon reserves in acid sulphate and non acid sulphate soils in western Finland

Abstract

Tavanomaisten viljelymaiden hiilestä ja typestä valtaosa on sitoutuneena muokkauskerroksen orgaaniseen ainekseen. Happamissa sulfaattimaissa on melko runsaasti orgaanista ainesta myös muokkauskerroksen alapuolella. Tehokkaasti kuivatetuissa maissa näistä varoista voi mineraloitua melkoisesti typpeä maan toistuvan kuivumisen ja kostumisen seurauksena. Tässä tutkimuksessa verrattiin Lapualla sijaitsevan happaman sulfaattimaan ja vieressä sijainneen lajitekoostumukseltaan samanlaisen tavanomaisen maan hiili- ja typpivarojen määrää ja mineraalitypen (ammonium- ja nitraattityppi) esiintymistä. Molemmilla pelloilla oli viljelty pitkään perunaa, ja satojen typen otto oli poikkeuksetta runsaampaa kuin typpilannoitus. Maaprofiilit tutkittiin kerroksittain 240 cm:n syvyyteen saakka. Sulfaattimaalla 20 240 cm:n välisissä maakerroksissa oli 292 tonnia hiiltä ja 25 tonnia typpeä hehtaaria kohti, kun tavanomaisessa maassa vastaavalla syvyydellä oli hiiltä 152 tonnia ja typpeä 11 tonnia hehtaaria kohti. Syksyllä sulfaattimaassa oli mineraalityppeä 435 kg/ha ja tavanomaisessa maassa 137 kg/ha. Typen arveltiin mineraloituneen pääasiassa maan orgaanisesta aineksesta. Valtaosa sulfaattimaan mineraalitypestä oli ammoniummuodossa, kun taas tavanomaisessa maassa vapautunut typpi oli nitrifioitunut nitraattitypeksi. Ammoniumtypen runsauden sulfaattimaassa arvellaan olevan seurausta ainakin maan suuremmasta vesipitoisuudesta ja heikommasta ilmanvaihdosta, alhaisemmasta pH:sta ja runsaammasta liukoisten metallien pitoisuudesta. Tutkimuksen päätulos oli havainto siitä, että etenkin sulfaattimaan syvemmissä kerroksissa, ja myös tavanomaisella maalla, voi esiintyä suuria mineraalityppimääriä, jotka voivat kuormittaa pinta- ja pohjavesiä tai haihtua kaasumaisina typpiyhdisteinä. Nämä mineraalitypen varat ovat tähän asti jääneet huomaamatta, koska maanäytteet typpimäärityksiä varten otetaan yleensä korkeintaan metrin syvyyteen saakka.

Previous studies suggest that nitrogen (N) loads from acid sulphate soil (AS soil) catchments in Finland are higher than those from other agricultural catchments. This study seeks to explain this difference by measuring carbon (C) and N profiles in both an AS soil and a neighbouring non AS soil. In Lapua, western Finland, two adjacent fields (Dystric Cambisols), subjected to similar agricultural practices, were analysed to the depth of 240 cm for pH, total C (Ctot), total N (Ntot), NH4 +-N, NO3 --N, sulphur and bulk density. Field A, an AS soil, contained sulfidic materials and 0.9% Ctot below 170 cm, while Field B, not an AS soil, had 0.3% Ctot in the subsoil and no sulfides. In these soils, the groundwater level declined below 200 cm in summer, subjecting the subsoil to oxidation. This study revealed large stocks of Ctot, Ntot, and mineral N in the subsoil, particularly in the AS soil. At 20 240 cm, Field A contained 292 tons of Ctot ha-1 and 25 tons of Ntot ha-1, while Field B had 152 tons of Ctot ha-1 and 11 tons of Ntot ha-1. Field A contained up to 435 kg of mineral N ha-1 in autumn, while in Field B there was only up to 137 kg of mineral N ha-1. In Field A, NH4 +-N dominated strongly, while NO3 --N dominated in Field B. It is suggested that the greater concentration of mineral N in the AS soil is due to 1) a greater stock of total (mineralizable) N and 2) the slower rate of nitrification resulting in substantial NH4 +-N retention on cation exchange sites.