Published June 26, 2020 | Version v1
Publication Open

Effect of nitrogen (N) deposition on soil-N processes: a holistic approach

Creators

  • 1. Banaras Hindu University

Description

Abstract Nitrogen (N) deposition is a serious environmental issue for soil fertility and human wellbeing. Studies on various terrestrial ecosystems yielded fragmented information on soil-N status (microbial biomass- and mineral-N) and dynamics (N-mineralization and -leaching) whereas the holistic view on this issue is relatively unknown. A complete understanding of soil-N status and dynamics in response to N deposition is essential for sustainable management of ecosystem structure and function as needed for human wellbeing. Therefore, we conducted an experiment in the N-limited tropical grassland to explore the question whether N-deposition weakens the soil-N status and dynamics; if yes, then what could be the optimum amount of deposited N and the related controlling mechanism? We undertook a 3-year (2013–2016) experimental N fertilization (control, 30, 60, 90, 120, and 150 kg N ha −1 year −1 ) study (using urea as a source of N deposition). The data from a total of 72, 1 × 1 m plots (six treatments with 12 replicates) were collected and properly analysed with statistical software. N deposition caused significant differences in the parameters of soil-N status and dynamics. The responses of microbial biomass-N, N-mineralization, and mineral-N to the N deposition were quadratic (maximum values were in N 90 ) whereas N-leaching showed a linear response. Compared to control, N deposition (30–150 kg N) consistently enhanced (29–96%) leaching of N. As a mechanism, acidification induced aluminium toxicity, carbon to nitrogen ratio and litter decomposition governed the soil-N status and dynamics. N deposition over and above 90 kg ha −1 year −1 resulted in a negative feedback to soil N transformation and availability. Hence, N deposition below 90 kg ha −1 year −1 could be a limit for the sustainable functioning of the tropical or similar grasslands.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يعد ترسيب النيتروجين التجريدي (N) قضية بيئية خطيرة لخصوبة التربة ورفاهية الإنسان. أسفرت الدراسات التي أجريت على مختلف النظم الإيكولوجية الأرضية عن معلومات مجزأة عن حالة التربة - N (الكتلة الحيوية الميكروبية - والمعادن - N) والديناميكيات (N - التمعدن والترشيح) في حين أن النظرة الشاملة حول هذه القضية غير معروفة نسبيًا. يعد الفهم الكامل لحالة التربة N وديناميكياتها استجابة لترسب N أمرًا ضروريًا للإدارة المستدامة لهيكل النظام الإيكولوجي ووظيفته حسب الحاجة لرفاهية الإنسان. لذلك، أجرينا تجربة في الأراضي العشبية الاستوائية المحدودة N لاستكشاف مسألة ما إذا كان ترسيب N يضعف حالة التربة N وديناميكياتها ؛ إذا كانت الإجابة بنعم، فما هي الكمية المثلى من N المودعة وآلية التحكم ذات الصلة ؟ أجرينا دراسة تسميد N تجريبية لمدة 3 سنوات (2013–2016) (التحكم، 30، 60، 90، 120، و 150 كجم N هكتار -1 سنة −1 ) (باستخدام اليوريا كمصدر لترسب N). تم جمع البيانات من ما مجموعه 72، 1 × 1 متر من المخططات (ست معالجات مع 12 تكرارًا) وتحليلها بشكل صحيح باستخدام البرامج الإحصائية. تسبب ترسيب N في اختلافات كبيرة في معلمات حالة وديناميكيات التربة N. كانت استجابات الكتلة الحيوية الميكروبية N والتمعدن N والمعادن N لترسيب N من الدرجة الثانية (كانت القيم القصوى في N 90 ) في حين أظهر الترشيح N استجابة خطية. بالمقارنة مع التحكم، فإن ترسيب N (30–150 كجم N) عزز باستمرار (29-96 ٪) من ترشيح N. كآلية، فإن التحمض الناجم عن سمية الألومنيوم ونسبة الكربون إلى النيتروجين وتحلل القمامة يحكم حالة وديناميكيات التربة N. أدى ترسب النيتروجين فوق 90 كجم هكتار −1 سنة −1 إلى ردود فعل سلبية على تحول التربة وتوافرها. وبالتالي، يمكن أن يكون ترسب النيتروجين أقل من 90 كجم هكتار −1 سنة −1 حدًا للأداء المستدام للأراضي العشبية الاستوائية أو ما شابهها.

Translated Description (French)

Résumé Les dépôts d'azote (N) sont un grave problème environnemental pour la fertilité des sols et le bien-être humain. Les études sur divers écosystèmes terrestres ont donné des informations fragmentées sur l'état du sol-N (biomasse microbienne et N minéral) et la dynamique (minéralisation et lixiviation de l'azote) alors que la vision holistique sur cette question est relativement inconnue. Une compréhension complète de l'état et de la dynamique du sol-N en réponse aux dépôts d'azote est essentielle à la gestion durable de la structure et du fonctionnement des écosystèmes, selon les besoins du bien-être humain. Par conséquent, nous avons mené une expérience dans les prairies tropicales à N limité pour explorer la question de savoir si le dépôt d'azote affaiblit l'état et la dynamique du sol-N ; si oui, quelle pourrait être la quantité optimale d'azote déposé et le mécanisme de contrôle associé ? Nous avons entrepris une étude expérimentale de 3 ans (2013–2016) sur la fertilisation azotée (contrôle, 30, 60, 90, 120 et 150 kg N ha −1 an −1 ) (en utilisant l'urée comme source de dépôt d'azote). Les données d'un total de 72 placettes de 1 × 1 m (six traitements avec 12 répétitions) ont été collectées et correctement analysées avec un logiciel statistique. Les dépôts d'azote ont provoqué des différences significatives dans les paramètres de l'état et de la dynamique de l'azote du sol. Les réponses de la biomasse microbienne - N, de la minéralisation de l'azote et du minéral - N au dépôt d'azote étaient quadratiques (les valeurs maximales étaient dans l'azote 90 ) tandis que le lessivage de l'azote montrait une réponse linéaire. Par rapport au témoin, les dépôts d'azote (30–150 kg N) ont constamment augmenté (29-96%) le lessivage de N. En tant que mécanisme, la toxicité de l'aluminium induite par l'acidification, le rapport carbone/azote et la décomposition de la litière ont régi l'état et la dynamique du sol-N. Les dépôts d'azote supérieurs à 90 kg ha −1 an −1 ont entraîné une rétroaction négative sur la transformation et la disponibilité de l'azote du sol. Par conséquent, les dépôts d'azote inférieurs à 90 kg ha −1 an −1 pourraient être une limite pour le fonctionnement durable des prairies tropicales ou similaires.

Translated Description (Spanish)

Resumen La deposición de nitrógeno (N) es un problema ambiental grave para la fertilidad del suelo y el bienestar humano. Los estudios sobre diversos ecosistemas terrestres arrojaron información fragmentada sobre el estado del suelo-N (biomasa microbiana y mineral-N) y la dinámica (N-mineralización y lixiviación), mientras que la visión holística sobre este tema es relativamente desconocida. Una comprensión completa del estado y la dinámica del suelo-N en respuesta a la deposición de N es esencial para la gestión sostenible de la estructura y función del ecosistema según sea necesario para el bienestar humano. Por lo tanto, realizamos un experimento en los pastizales tropicales limitados en N para explorar la cuestión de si la deposición de N debilita el estado y la dinámica del suelo-N; en caso afirmativo, ¿cuál podría ser la cantidad óptima de N depositado y el mecanismo de control relacionado? Realizamos un estudio experimental de fertilización con N de 3 años (2013–2016) (control, 30, 60, 90, 120 y 150 kg de N ha −1 año −1 ) (utilizando urea como fuente de deposición de N). Se recogieron los datos de un total de 72 parcelas de 1 × 1 m (seis tratamientos con 12 réplicas) y se analizaron adecuadamente con software estadístico. La deposición de N causó diferencias significativas en los parámetros del estado y la dinámica del suelo-N. Las respuestas de biomasa microbiana-N, N-mineralización y mineral-N a la deposición de N fueron cuadráticas (los valores máximos fueron en N 90 ) mientras que la lixiviación con N mostró una respuesta lineal. En comparación con el control, la deposición de N (30–150 kg de N) mejoró consistentemente (29–96%) la lixiviación de N. Como mecanismo, la acidificación indujo la toxicidad del aluminio, la proporción de carbono a nitrógeno y la descomposición de la basura gobernaron el estado y la dinámica del suelo-N. La deposición de N por encima de 90 kg ha −1 año −1 dio como resultado una retroalimentación negativa para la transformación y disponibilidad de N del suelo. Por lo tanto, la deposición de N por debajo de 90 kg ha −1 año −1 podría ser un límite para el funcionamiento sostenible de los pastizales tropicales o similares.

Files

s41598-020-67368-w.pdf.pdf

Files (1.8 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:36340609fdf1194fdc31d9bba0e50250
1.8 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تأثير ترسيب النيتروجين (N) على عمليات التربة N: نهج شامل
Translated title (French)
Effet du dépôt d'azote (N) sur les processus sol-N : une approche holistique
Translated title (Spanish)
Efecto de la deposición de nitrógeno (N) en los procesos de suelo-N: un enfoque holístico

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3037527513
DOI
10.1038/s41598-020-67368-w

Is supplement to
https://openalex.org/W3178470992 (Other)
https://openalex.org/W2408945782 (Other)
https://openalex.org/W2384193737 (Other)
https://openalex.org/W2094955567 (Other)
https://openalex.org/W2050435256 (Other)
https://openalex.org/W2050309075 (Other)
https://openalex.org/W2040016745 (Other)
https://openalex.org/W2035119604 (Other)
https://openalex.org/W2027141232 (Other)
https://openalex.org/W1526398043 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
India

References

  • https://openalex.org/W113362187
  • https://openalex.org/W1574927323
  • https://openalex.org/W1603255813
  • https://openalex.org/W1746595101
  • https://openalex.org/W1841373544
  • https://openalex.org/W1935089707
  • https://openalex.org/W1956735888
  • https://openalex.org/W1963771009
  • https://openalex.org/W1964994969
  • https://openalex.org/W1965626067
  • https://openalex.org/W1965969965
  • https://openalex.org/W1966373162
  • https://openalex.org/W1967423793
  • https://openalex.org/W1968233852
  • https://openalex.org/W1968496587
  • https://openalex.org/W1971804150
  • https://openalex.org/W1976982219
  • https://openalex.org/W1981590261
  • https://openalex.org/W1982912161
  • https://openalex.org/W1992065142
  • https://openalex.org/W2000996586
  • https://openalex.org/W2002634380
  • https://openalex.org/W2003156834
  • https://openalex.org/W2003759074
  • https://openalex.org/W2004256739
  • https://openalex.org/W2013490478
  • https://openalex.org/W2014318870
  • https://openalex.org/W2014535492
  • https://openalex.org/W2015696447
  • https://openalex.org/W2020985306
  • https://openalex.org/W2023575956
  • https://openalex.org/W2027632719
  • https://openalex.org/W2028392499
  • https://openalex.org/W2031809412
  • https://openalex.org/W2032629254
  • https://openalex.org/W2037239732
  • https://openalex.org/W2037478874
  • https://openalex.org/W2038392723
  • https://openalex.org/W2041230234
  • https://openalex.org/W2050037544
  • https://openalex.org/W2051610971
  • https://openalex.org/W2052917070
  • https://openalex.org/W2056542220
  • https://openalex.org/W2058567577
  • https://openalex.org/W2066977267
  • https://openalex.org/W2073703618
  • https://openalex.org/W2075960942
  • https://openalex.org/W2078302556
  • https://openalex.org/W2080241710
  • https://openalex.org/W2081167167
  • https://openalex.org/W2087353444
  • https://openalex.org/W2090013292
  • https://openalex.org/W2090481688
  • https://openalex.org/W2098751571
  • https://openalex.org/W2106245180
  • https://openalex.org/W2108111419
  • https://openalex.org/W2108356966
  • https://openalex.org/W2111403511
  • https://openalex.org/W2112148277
  • https://openalex.org/W2114185778
  • https://openalex.org/W2115309006
  • https://openalex.org/W2120457905
  • https://openalex.org/W2122215641
  • https://openalex.org/W2124163338
  • https://openalex.org/W2128863256
  • https://openalex.org/W2129469195
  • https://openalex.org/W2131914262
  • https://openalex.org/W2134343602
  • https://openalex.org/W2134914335
  • https://openalex.org/W2136142996
  • https://openalex.org/W2137270765
  • https://openalex.org/W2145521287
  • https://openalex.org/W2145617679
  • https://openalex.org/W2146323422
  • https://openalex.org/W2148185586
  • https://openalex.org/W2148492494
  • https://openalex.org/W2148772131
  • https://openalex.org/W2149352713
  • https://openalex.org/W2150284769
  • https://openalex.org/W2153368860
  • https://openalex.org/W2156075246
  • https://openalex.org/W2156620406
  • https://openalex.org/W2157994386
  • https://openalex.org/W2160637085
  • https://openalex.org/W2164087962
  • https://openalex.org/W2165163979
  • https://openalex.org/W2168967863
  • https://openalex.org/W2171127082
  • https://openalex.org/W2177500088
  • https://openalex.org/W2183644348
  • https://openalex.org/W221962173
  • https://openalex.org/W2273811145
  • https://openalex.org/W2318523633
  • https://openalex.org/W2543064249
  • https://openalex.org/W2581450379
  • https://openalex.org/W2587695432
  • https://openalex.org/W2606272462
  • https://openalex.org/W2608335291
  • https://openalex.org/W2739350169
  • https://openalex.org/W2747698611
  • https://openalex.org/W2759832932
  • https://openalex.org/W2765218981
  • https://openalex.org/W2765778341
  • https://openalex.org/W2787435731
  • https://openalex.org/W2789555382
  • https://openalex.org/W2794529768
  • https://openalex.org/W2952378962
  • https://openalex.org/W2986405618
  • https://openalex.org/W2990943672
  • https://openalex.org/W348571181
  • https://openalex.org/W4245419802
  • https://openalex.org/W4248019032
  • https://openalex.org/W4248844325
  • https://openalex.org/W4253848551
  • https://openalex.org/W4285719527
  • https://openalex.org/W4379193305