Nitrous Oxide and Ammonia Emissions from Crop Residue Decomposition in Soils
Émissions gazeuses d'oxyde nitreux et d'ammoniac provenant de la décomposition des résidus de culture dans les sols
Résumé
Agriculture is a prime source of gaseous mineral nitrogen emissions. The strong greenhouse gas nitrous oxide and the strong air pollutant ammonia are some of them, whose mitigation has become a necessity in the modern world. These gases are usually produced from organic and inorganic inputs to soil. In the present scenario of sustainable agriculture, the contributions of crop residue incorporation to these gas fluxes are increasing year by year. To study how this agriculture methodology influences soil biophysical and chemical properties yielding gas fluxes, we have done an extensive literature review. Our findings show that the crucial factor determining the extent of these gaseous emissions is the position of the residue incorporation. We carried out laboratory incubations of soil microcosms with a large particled soil and two small particled soils with nitrogen rich red clover and nitrogen deficient wheat residues incorporated in them in three positions - on the soil surface, mixed in top soil layer and layered at a depth of 4 cm in soil. Gas measurements were made in an incubator for 50-60 days at 15°C and 60% Water Filled Pore Space (WFPS). We found the mixed and layered residue treatment to have higher nitrous oxide fluxes than the surface treatments. In case of ammonia, fluxes were higher from surface treatment than the others. Next, we tried to create a coupled model (CANTIS-NOE-NH3 Volatilisation) to simulate these gaseous emissions. We used the experimental data to optimise the model parameters and we then ran a simulation and compared the results with experimental data. Our model qualitatively performed well but quantitatively fluxes were underestimated. This probably arose due to the usage of default parameters of NOE model rather than soil specific parameters. More work on microbial diversity is needed to refine these outcomes for better predictability of these gas emissions.
L'agriculture est une source principale d'émissions d'azote minéral gazeux. Le puissant gaz à effet de serre protoxyde d'azote et le fort polluant atmosphérique ammoniacal sont quelques-uns d'entre eux, dont l'atténuation est devenue une nécessité dans le monde moderne. Ces gaz sont généralement produits à partir d'apports organiques et inorganiques dans le sol. Dans le scénario actuel d'agriculture durable, les contributions de l'incorporation de résidus de récolte à ces flux de gaz augmentent d'année en année. Pour étudier comment cette méthodologie agricole influence les propriétés biophysiques et chimiques du sol produisant des flux de gaz, nous avons effectué une revue de littérature approfondie. Nos résultats montrent que le facteur crucial déterminant l'étendue de ces émissions gazeuses est la position d'incorporation des résidus. Nous avons effectué des incubations en laboratoire de microcosmes de sol avec un sol à grosses particules et deux sols à petites particules contenant du trèfle rouge riche en azote et des résidus de blé déficients en azote incorporés dans trois positions - à la surface du sol, mélangés dans la couche supérieure du sol et stratifiés en profondeur de 4 cm dans le sol. Les mesures de gaz ont été effectuées dans un incubateur pendant 50 à 60 jours à 15°C et 60 % d'espace poreux rempli d'eau (WFPS). Nous avons trouvé que le traitement des résidus mélangés et stratifiés avait des flux d'oxyde nitreux plus élevés que les traitements de surface. Dans le cas de l'ammoniac, les flux provenant du traitement de surface étaient plus élevés que les autres. Ensuite, nous avons essayé de créer un modèle couplé (CANTIS-NOE-NH3 Volatilisation) pour simuler ces émissions gazeuses. Nous avons utilisé les données expérimentales pour optimiser les paramètres du modèle, puis nous avons effectué une simulation et comparé les résultats avec les données expérimentales. Notre modèle a bien fonctionné qualitativement mais quantitativement les flux ont été sous-estimés. Cela est probablement dû à l'utilisation de paramètres par défaut du modèle NOE plutôt que de paramètres spécifiques au sol. Des travaux supplémentaires sur la diversité microbienne sont nécessaires pour affiner ces résultats et améliorer la prévisibilité de ces émissions de gaz.