The effect of fertilisation and crop on the nitrogen cycle based on microbial analysis and N2O emissions
Laen...
Kuupäev
2023
Kättesaadavus
05.09.2023
Autorid
Ajakirja pealkiri
Ajakirja ISSN
Köite pealkiri
Kirjastaja
Eesti Maaülikool
Abstrakt
Nitrogen (N) is a crucial nutrient for crop growth production. The input of N in the form of
fertilisers increases crop yield. On the other hand, agricultural nitrogen inputs can cause N
leaching and the loss of N to the atmosphere, contributing to global warming.
The main objectives of the study were to evaluate whether and how different crop species
and fertilisation norms affect nitrous oxide (N2O) emissions and soil microbiome using the
closed chamber method and quantitative polymerase chain reaction (qPCR) analysis.
The study was done in the IOSDV (International Organic Nitrogen Long-term Fertilisation
Experiment) experimental field. The crop species studied were barley, sorghum, and wheat.
The fertiliser treatment is constituted of mineral N fertilisation and mineral N fertilisation
combined with farmyard manure amendment. Three N fertiliser treatment norms were used:
0, 80 and 160 kg ha−1
. Samples were collected over seven months, from April 2022 to
October 2022. qPCR was used to measure the abundance of bacterial and archaeal
specific16S rRNA, nitrification (bacterial, archaeal and COMAMMOX amoA genes),
denitrification (nirK, nirS, nosZI and nosZII genes) and dissimilatory nitrate reduction to
ammonium (DNRA; nrfA gene) marker genes from the soil samples.
The results of this study indicate that different fertilisation rates influence N2O emissions
and the highest N2O emissions are emitted from the highest N fertiliser treatment (160 kg
ha−1). Crop species did not have a significant effect on N2O emissions. Sorghum plots with
mineral N fertilisation combined with farmyard manure amendment had slightly higher
average N2O emissions compared to sorghum plots with mineral N fertilisation without
manure. The microbial analysis showed nitrification was the primary process resulting in
N2O emissions.
Lämmastik (N) on kriitilise tähtsusega toitaine taimekasvatuses. Lämmastiku lisamine väetisena tõstab põllukultuuride saagikust. Teisalt, lämmastiku lisamine võib kaasa tuua lämmastiku leostumise ja lämmastiku kaod atmosfääri, panustades globaalsesse kliima soojenemisse. Käesoleva uurimustöö põhieesmärk oli hinnata, kas ja kuidas erinevad põllukultuurid ja väetusnromid mõjutavad dilämmastikoksiidi (N2O) vooge ja mulla mikrobioomi kasutades staatilise pimekambri meetodit ja kvantitatiivset polümeraasi ahelreaktsiooni (qPCR). Uurimistöö tehti IOSDV (International Organic Nitrogen Long-term Fertilisation Experiment) katsepõllul. Uuritud põllukultuurid olid oder, sorgo ja nisu. Väetistöötlus koosnes väetamisest mineraalse lämmastikuga ja tahesõnnikuga kombineeritud mineraalväetamisest. Katses kasutati kolme erinevat mineraalväetise normi: 0, 80 ja 160 kg ha−1 N. Proove koguti seitsme kuu vältel aprillist oktoobrini aastal 2022. Mullaproovidest määrati bakterite ja arhede 16S rRNA, nitrifikatsiooni (bakterite, arhede ja COMAMMOX amoA geenid), denitrifikatsiooni (nirK, nirS, nosZI ja nosZII) ja dissimilatoorse nitraadi reduktsioon ammooniumiks (DNRA; nrfA geen) markergeenide arvukus reaal-aja polümeraasi ahelreaktsiooni (qPCR) meetodil. Töö tulemustest järeldus, et erinevad väetise normed mõjutasid N2O emissioonide kontsentratsiooni ja suurimad N2O emissioonid tulenesid suurima väetisenormiga lappidelt (160 kg ha−1). Põllukultuurid ei omanud statistiliselt olulist mõju N2O emissioonidele. Mineraalse lämmastiku ja sõnniku kooskasutamisel sorgo lapil olid keskmised N2O vood veidi suuremad võrreldes sorgo lappidega, kus kasutati vaid mineraalset lämmastikväetist. Mikrobioloogilised analüüsid näitasid, et suurimad N2O emissioonid tulenesid nitrifikatsiooni protsessist.
Lämmastik (N) on kriitilise tähtsusega toitaine taimekasvatuses. Lämmastiku lisamine väetisena tõstab põllukultuuride saagikust. Teisalt, lämmastiku lisamine võib kaasa tuua lämmastiku leostumise ja lämmastiku kaod atmosfääri, panustades globaalsesse kliima soojenemisse. Käesoleva uurimustöö põhieesmärk oli hinnata, kas ja kuidas erinevad põllukultuurid ja väetusnromid mõjutavad dilämmastikoksiidi (N2O) vooge ja mulla mikrobioomi kasutades staatilise pimekambri meetodit ja kvantitatiivset polümeraasi ahelreaktsiooni (qPCR). Uurimistöö tehti IOSDV (International Organic Nitrogen Long-term Fertilisation Experiment) katsepõllul. Uuritud põllukultuurid olid oder, sorgo ja nisu. Väetistöötlus koosnes väetamisest mineraalse lämmastikuga ja tahesõnnikuga kombineeritud mineraalväetamisest. Katses kasutati kolme erinevat mineraalväetise normi: 0, 80 ja 160 kg ha−1 N. Proove koguti seitsme kuu vältel aprillist oktoobrini aastal 2022. Mullaproovidest määrati bakterite ja arhede 16S rRNA, nitrifikatsiooni (bakterite, arhede ja COMAMMOX amoA geenid), denitrifikatsiooni (nirK, nirS, nosZI ja nosZII) ja dissimilatoorse nitraadi reduktsioon ammooniumiks (DNRA; nrfA geen) markergeenide arvukus reaal-aja polümeraasi ahelreaktsiooni (qPCR) meetodil. Töö tulemustest järeldus, et erinevad väetise normed mõjutasid N2O emissioonide kontsentratsiooni ja suurimad N2O emissioonid tulenesid suurima väetisenormiga lappidelt (160 kg ha−1). Põllukultuurid ei omanud statistiliselt olulist mõju N2O emissioonidele. Mineraalse lämmastiku ja sõnniku kooskasutamisel sorgo lapil olid keskmised N2O vood veidi suuremad võrreldes sorgo lappidega, kus kasutati vaid mineraalset lämmastikväetist. Mikrobioloogilised analüüsid näitasid, et suurimad N2O emissioonid tulenesid nitrifikatsiooni protsessist.
Kirjeldus
Master`s Thesis
Environmental Governance and Adaptation to Climate Change Curriculum
Märksõnad
magistritööd, master thesis, nitrogen cycle, nitrous oxide emission, microbiology, agriculture, Green University (thesis is related to EMÜ Green University iniciative's aims), natural resources, water resources, resources conservation, sustainability, sustainable development