A nitrogén csökkenti a talaj szervesszén-tartalmát a kukoricatermesztési rendszerekben

A szerves szén-dioxid-kibocsátás a talaj egészségének sarokköve. Javítja a talaj szerkezetét, miközben növeli a víz- és tápanyagtartó képességet, ami kulcsfontosságú tényező bármely mezőgazdasági termelési rendszer számára. Ennek felépítése érdekében a gazdálkodók növényi maradványokat építenek be a talajba.

Miért csökken tehát a talaj szerves szén-dioxid-tartalma a kukoricatermesztési rendszerekben, annak ellenére, hogy évtizedeken át termésmaradványokat juttattak be? A rövid válasz: a nitrogén miatt.

„Az intenzív nitrogéntrágyázással több kukorica-biomassza és jobb terméshozam érhető el, ami azt jelenti, hogy végül több maradékot juttatunk a talajba. Ezt a szenet azonban nem lehet a talajban tartani” – mondja Richard Mulvaney, az Illinois-i Egyetem Természeti Erőforrások és Környezettudományok Tanszékének (NRES) professzora. „A maradékban lévő nitrogén arra ösztönzi a mikrobákat, hogy légzéssel égessék el a szenet. Tehát többet lehet beletenni, de nem lehet megtartani”.

Ellentmondásos eredmények

Az az elképzelés, hogy a nitrogéntrágyázás befolyásolja a maradékok lebomlását – és ezáltal a maradékok beépülését a talaj szervesanyag-raktáraiba – nem számít újdonságnak. A korábbi tanulmányok azonban ellentmondásos eredményeket mutattak. Ezért Mulvaney és Tanjila Jesmin, az NRES két doktori kutatója arra vállalkozott, hogy tisztázza, hogyan befolyásolja a szermaradék minősége és a nitrogén formája a kukoricamaradék bomlását egy tipikus kukoricaövi talajban.

Az Illinois államban található történelmi Morrow-ültetvényeknek köszönhetően a csapat nagy nitrogéntrágyázással és anélkül termesztett kukoricamaradványokat tudott vizsgálni.

„Megterveztünk egy aerob inkubációs vizsgálatot, és ezt a két maradékot adtuk egy tipikusan termesztett talajhoz kétféle nitrogénnel, illetve anélkül. Ezután a szén-dioxid-termelés folyamatos mérésével, valamint az enzimaktivitás és a mikrobiális biomassza időszakos mérésével figyeltük a bomlási folyamatot” - mondja Jesmin.

A nitrogén jelenléte felgyorsítja a maradék bomlását

A kutatók megállapították, hogy a nitrogén jelenléte – akár exogén módon a maradékhoz adagolva, akár már beépülve a növekvő kukoricaszövetbe – felgyorsította a maradék bomlását, és több szén-dioxidot termelt. Az alkalmazott nitrogén formája – kálium-nitrát vagy ammónium-szulfát – nem okozott különbséget.

„A kukoricamaradékban lévő szén a légkörből származik, és a bomlás során visszatér a légkörbe. Ez nem probléma” – mondja Mulvaney. „A probléma az, hogy amikor a mikrobáknak nagy a nitrogénellátottságuk, akkor nagy szükségük van a szénre is mint energiaforrásra. Magas nitrogénmennyiség esetén az igényük meghaladhatja a maradékok szénkészletét. Ez pedig arra késztetheti őket, hogy megtámadják a stabil szerves anyagokat. És ebben rejlik a hosszú távú probléma.”

A talaj inkubációjának első hónapjában a maradékok szénbontása gyorsabb volt a nitrogénműtrágya jelenlétében, mint annak hiányában. A második hónapban azonban a szén-dioxid-termelés lassabb volt a műtrágyázott talajban, mint a műtrágyázatlanban. A vizsgálat végére a termelt szén-dioxid összmennyisége nagyobb volt hozzáadott nitrogénnel, mint hozzáadott nitrogén nélkül.

Kerülni kell a túlzott nitrogénbevitelt

„Olyan ez, mintha ősszel leveleket égetnénk. Ha több levelet teszünk a tűzre, több lángot kapunk. Így a hozzáadott nitrogénnel a lappangás elején a maradék gyorsabban eltűnik. Aztán a tűz kialszik, mert már elégetted a könnyen lebomló szubsztrátot. A nitrogénnel hamarabb odaérünk” – mondja.

Az eredmények megmagyarázzák, hogy miért nem épül fel a talaj szerves szene a nagy inputú kukoricaföldeken, és azt javasolják, hogy a gazdáknak kerülniük kellene a túlzott nitrogénbevitelt a talaj szerves anyagának fenntartása érdekében.

A kutatók szerint további vizsgálatok folynak az ásványi nitrogén a szermaradványok lebomlására gyakorolt hatásának értékelésére ellentétes tulajdonságokkal rendelkező talajokban. 

„Mivel inkubációnkban egyetlen talajtípust használtunk, az eredmények nem biztos, hogy mindenhol érvényesek. Az alacsony natív termékenységű talajok esetében az intenzív műtrágyázás gyakran hatékony a maradék szénbevitel növelésére. Szeretnénk látni, hogy ezek a bevitelek segítenek-e a talaj szerves szenének felépítésében” – mondja Jesmin.

A „Short-term effect of nitrogen fertilization on carbon mineralization during corn residue decomposition in soil” című tanulmány a Nitrogen [DOI: 10.3390/nitrogen2040030] című folyóiratban jelent meg. Társszerzőként Dakota Mitchell közreműködött a tanulmány elkészítésében.

(Forrás: https://aces.illinois.edu/news/study-clarifies-nitrogens-impact-soil-carbon-sequestration)