Mitigation of methane and nitrous oxide emissions from flood-irrigated rice by no incorporation of winter crop residues into the soil

Winter cover crops are sources of C and N in flooded rice production systems, but very little is known about the effect of crop residue management and quality on soil methane (CH4) and nitrous oxide (N2O) emissions. This study was conducted in pots in a greenhouse to evaluate the influence of crop residue management (incorporated into the soil or left on the soil surface) and the type of cover-crop residues (ryegrass and serradella) on CH4 and N2O emissions from a flooded Albaqualf soil cultivated with rice (Oryza sativa L.). The closed chamber technique was used for air sampling and the CH4 and N2O concentrations were analyzed by gas chromatography. Soil solution was sampled at two soil depths (2 and 20 cm), simultaneously to air sampling, and the contents of dissolved organic C (DOC), NO3-, NH4+, Mn2+, and Fe2+ were analyzed. Methane and N2O emissions from the soil where crop residues had been left on the surface were lower than from soil with incorporated residues. The type of crop residue had no effect on the CH4 emissions, while higher N2O emissions were observed from serradella (leguminous) than from ryegrass, but only when the residues were left on the soil surface. The more intense soil reduction verified in the deeper soil layer (20 cm), as evidenced by higher contents of reduced metal species (Mn2+ and Fe2+), and the close relationship between CH4 emission and the DOC contents in the deeper layer indicated that the sub-surface layer was the main CH4 source of the flooded soil with incorporated crop residues. The adoption of management strategies in which crop residues are left on the soil surface is crucial to minimize soil CH4 and N2O emissions from irrigated rice fields. In these production systems, CH4 accounts for more than 90 % of the partial global warming potential (CH4+N2O) and, thus, should be the main focus of research.

Volatilização de amônia da ureia alterada por sistemas de preparo de solo e plantas de cobertura invernais no Centro-Sul do Paraná

O sistema plantio direto (PD) intensifica as perdas de N da ureia por volatilização, em comparação ao preparo convencional (PC). O objetivo deste estudo foi avaliar a magnitude desse efeito nas condições de temperatura amena e primavera chuvosa da região Centro-Sul do Paraná, bem como avaliar a influência de diferentes plantas de cobertura invernais (aveia-branca e ervilhaca comum) nas perdas de amônia (NH3) em PD. O estudo sobre o efeito dos preparos de solo foi realizado em experimento de longa duração (28 anos), e a avaliação das plantas de cobertura foi feita em experimento implantado especificamente com esse fim em área em PD por longo período (> 15 anos). Em ambos os experimentos cultivou-se milho. A ureia foi aplicada nas doses de 0, 80 e 160 kg ha-1 de N em apenas uma aplicação no experimento de preparos, e nas doses de 0, 100 e 200 kg ha-1 de N, divididas em duas aplicações, no experimento de plantas de cobertura. A volatilização de amônia foi avaliada durante 20 dias após a aplicação da ureia, utilizando coletores semiabertos estáticos. A atividade da urease no solo foi avaliada em ambos os experimentos. As maiores taxas de perda de NH3 ocorreram nos cinco dias que sucederam à aplicação de ureia. As perdas acumuladas atingiram 18 % da dose aplicada no PD e 3 % no PC, e as maiores perdas no PD podem ser parcialmente relacionadas à maior atividade da urease na camada superficial do solo. A volatilização de amônia não foi alterada pelo tipo de planta de cobertura. O parcelamento da adubação nitrogenada em cobertura por si só não garante a diminuição das perdas de N por volatilização, a qual é relacionada à ocorrência de chuva no período imediatamente posterior à aplicação da ureia.

Ammonia losses estimated by an open collector from urea applied to sugarcane straw

The quantification of ammonia (NH3) losses from sugarcane straw fertilized with urea can be performed with collectors that recover the NH3 in acid-treated absorbers. Thus, the use of an open NH3 collector with a polytetrafluoroethylene (PTFE)-wrapped absorber is an interesting option since its cost is low, handling easy and microclimatic conditions irrelevant. The aim of this study was to evaluate the efficiency of an open collector for quantifying NH3-N volatilized from urea applied over the sugarcane straw. The experiment was carried out in a sugarcane field located near Piracicaba, São Paulo, Brazil. The NH3-N losses were estimated using a semi-open static collector calibrated with 15N (reference method) and an open collector with an absorber wrapped in PTFE film. Urea was applied to the soil surface in treatments corresponding to rates of 50, 100, 150 and 200 kg ha-1 N. Applying urea-N fertilizer on sugarcane straw resulted in losses NH3-N up to 24 % of the applied rate. The amount of volatile NH3-N measured in the open and the semi-open static collector did not differ. The effectiveness of the collection system varied non-linearly, with an average value of 58.4 % for the range of 100 to 200 kg ha-1 of urea-N. The open collector showed significant potential for use; however, further research is needed to verify the suitability of the proposed method.

Comparison of the methane oxidation rate in four media

Landfill gas emissions are one of the main sources of anthropogenic methane (CH4), a major greenhouse gas. In this paper, an economically attractive alternative to minimize greenhouse gas emissions from municipal solid waste landfills was sought. This alternative consists in special biofilters as landfill covers with oxidative capacity in the presence of CH4. To improve the quality/cost ratio of the project, compost was chosen as one of the cover substrates and soil (Typic red yellow-silt-clay Podzolic) as the other. The performance of four substrates was studied in laboratory experiments: municipal solid waste (MSW) compost, soil, and two soil-compost at different proportions. This study aimed to evaluate the suitability and environmental compatibility as a means of CH4 oxidation in biofilters. Four biofilters were constructed in 60 cm PVC tubes with an internal diameter of 10 cm. Each filter contained 2.3 L of oxidizing substrate at the beginning of the experiment. The gas used was a mixture of CH4 and air introduced at the bottom of each biofilter, at a flow of 150 mL min-1, by a flow meter. One hundred days after the beginning of the experiment, the best biofilter was the MSW compost with an oxidation rate of 990 g m-3 day-1 , corresponding to an efficiency of 44 %. It can be concluded that the four substrates studied have satisfactory oxidative capacity, and the substrates can be used advantageously as cover substrate of MSW landfills.

Volatilização de amônia em solos alagados influenciada pela forma de aplicação de ureia

A volatilização de amônia (NH3) e a nitrificação seguida pela desnitrificação são os principais mecanismos de perdas de N nos solos alagados destinados ao cultivo do arroz. Se os fertilizantes nitrogenados não forem manejados adequadamente, os índices de recuperação de N pelas plantas serão muito baixos. O objetivo deste trabalho foi quantificar a volatilização de amônia em solos alagados influenciada pela forma de aplicação de ureia, em casa de vegetação. Foram conduzidos dois experimentos, sendo um em Cambissolo (Thermic Vertic Haplaquepts), no Estado do Mississippi, EUA, e outro em Gleissolo (Entisol Aeric Typic), em Santa Catarina, Brasil. A captação de amônia foi realizada por esponjas acidificadas, colocadas dentro de tubos de PVC (15 cm de diâmetro e 60 cm de altura) encravados dentro de baldes com 15 cm de espessura de solo, sem a presença de plantas. Em cada vaso, foram aplicados 353 mg de N, equivalente a 200 kg ha-1 de N, nas seguintes formas: ureia sólida aplicada sobre a superfície do solo úmido, sem alagamento posterior; ureia solubilizada em água deionizada e aplicada sobre a lâmina de água de alagamento; ureia sólida aplicada sobre a lâmina de água de alagamento; ureia incorporada na lama, seguida de alagamento; ureia aplicada sobre solo seco, seguida de alagamento 48 h depois; e uma testemunha alagada (sem N). As esponjas captadoras de amônia foram trocadas ao serem completados 1, 3, 6, 9, 13, 17 e 22 dias de alagamento, e nelas determinou-se a quantidade de amônia volatilizada. Na água de alagamento do solo, determinaram-se o pH e a concentração de amônio. A emissão de amônia variou com a forma de aplicação da ureia, e o comportamento foi similar nos dois solos. A volatilização de amônia na testemunha foi insignificante. Nos tratamentos com ureia, as menores perdas ocorreram quando ela foi incorporada na lama (com posterior alagamento) seguida pela aplicação em solo seco com alagamento 48 h após, tendo atingido, respectivamente, 4 e 15 % do N aplicado no Cambissolo (CXbe) e 6 e 10 % no Gleissolo (GXbd). As maiores perdas ocorreram quando a ureia foi aplicada na lâmina de água, tanto na forma líquida (34 % no CXbe e 38 % no GXbd) quanto na sólida (29 % no CXbe e 37 % no GXbd), seguida pela ureia aplicada em solo úmido, sem alagamento (26 % no CXbe e 22 % no GXbd). A fim de evitar excessiva volatilização de amônia em solos cultivados com arroz no sistema inundado, a ureia deve ser aplicada na lama ou em condições de solo seco e, em ambos os casos, seguida de alagamento imediato.

Urea coated with oxidized charcoal reduces ammonia volatilization

Urea is the most consumed nitrogen fertilizer in the world. However, its agronomic and economic efficiency is reduced by the volatilization of NH3, which can reach 78 % of the applied nitrogen. The coating of urea granules with acidic compounds obtained by charcoal oxidation has the potential to reduce the volatilization, due to the acidic character, the high buffering capacity and CEC. This work aimed to evaluate the effect of HNO3-oxidized carbon on the control of NH3 volatilization. These compounds were obtained by oxidation of Eucalyptus grandis charcoal, produced at charring temperatures of 350 and 450 ºC, with 4.5 mol L-1 HNO3. The charcoal was oxidized by solubilization in acidic or alkaline medium, similar to the procedure of soil organic matter fractionation (CHox350 and CHox450). CHox was characterized by C, H, O, N contents and their respective atomic relations, by the ratio E4 (absorbance 465 nm) by E6 (absorbance 665 nm), and by active acidity and total acidity (CEC). The inhibitory effect of CHox on the urease activity of Canavalia ensiformis was assessed in vitro. The NH3 volatilization from urea was evaluated with and without coating of oxidized charcoal (U-CHox350 or U-CHox450) in a closed system with continuous air flow. The pH of both CHox was near 2.0, but the total acidity of CHox350 was higher, 72 % of which was attributed to carboxylic groups. The variation in the ionization constants of CHox350 was also greater. The low E4/E6 ratios characterize the high stability of the compounds in CHox. CHox did not inhibit the urease activity in vitro, although the maximum volatilization peak from U-CHox450 and U-CHox350 occurred 24 h after that observed for uncoated urea. The lowest volatilization rate was observed for U-CHox350 as well as a 43 % lower total amount of NH3 volatilized than from uncoated urea.

Methane efflux in rice paddy field under different irrigation managements

Paddy rice fields may contribute to methane (CH4) emission from soil due to anaerobic conditions after flooding. Alternatives to continuous flooding irrigation in rice have been developed to mitigate CH4 efflux into the atmosphere. This study aims to investigate the effects of irrigation managements in the CH4 efflux during the rice growing season. An experiment was carried out at in Santa Maria, Rio Grande do Sul State, Brazil, during 2007/08 and 2009/10 growing seasons. The treatments were continuous flooding and intermittent irrigation in 2007/08 and continuous flooding, intermittent irrigation and flush irrigation in 2009/10. Intermittent irrigation is effective in mitigating CH4 efflux from rice fields when climatic conditions enable water absence during cultivation, but its efficiency depends on the electrochemical soil conditions during the flooding cycles.

Volatilização de amônia oriunda de ureia pastilhada com micronutrientes em ambiente controlado

Novas tecnologias com o intuito de minimizar as perdas de N-NH3 por volatilização devem ser desenvolvidas para aumentar a eficiência de uso do N-ureia. A incorporação de boro e cobre na ureia pode reduzir esses efeitos por meio da inibição da atividade da urease. O experimento foi conduzido em casa de vegetação, onde foram aplicados diferentes fertilizantes nitrogenados (ureia pastilhada com e sem boro e cobre, sulfato de amônio, ureia com inibidor da urease NBPT, ureia granulada e ureia revestida com boro e cobre) na superfície de um Planossolo Háplico contido em bandejas (0,1 m² de área e 10 cm de profundidade), em dose equivalente a 200 kg ha-1 de N. Foram avaliadas as perdas de N-NH3 por volatilização durante 18 dias, com o auxílio de um coletor semiaberto. A adição de cobre e boro no processo de pastilhamento da ureia reduziu as perdas de amônia por volatilização em até 54 %, quando comparado com a ureia granulada comercial, comprovando ser eficiente contra as perdas de N-NH3 por volatilização.

Methane fluxes from waterlogged and drained Histosols of highland areas

Soil can be either source or sink of methane (CH4), depending on the balance between methanogenesis and methanotrophy, which are determined by pedological, climatic and management factors. The objective of this study was to assess the impact of drainage of a highland Haplic Histosol on CH4 fluxes. Field research was carried out in Ponta Grossa (Paraná, Brazil) based on the measurement of CH4 fluxes by the static chamber method in natural and drained Histosol, over one year (17 sampling events). The natural Histosol showed net CH4 eflux, with rates varying from 238 µg m-2 h-1 CH4, in cool/cold periods, to 2,850 µg m-2 h-1 CH4, in warm/hot periods, resulting a cumulative emission of 116 kg ha-1 yr-1 CH4. In the opposite, the drained Histosol showed net influx of CH4 (-39 to -146 µg m-2 h-1), which resulted in a net consumption of 9 kg ha-1 yr-1 CH4. The main driving factors of CH4 consumption in the drained soil were the lowering of the water-table (on average -57 cm, vs -7 cm in natural soil) and the lower water content in the 0-10 cm layer (average of 5.5 kg kg-1, vs 9.9 kg kg-1 in natural soil). Although waterlogged Histosols of highland areas are regarded as CH4 sources, they fulfill fundamental functions in the ecosystem, such as the accumulation of organic carbon (581 Mg ha-1 C to a depth of 1 m) and water (8.6 million L ha-1 = 860 mm to a depth of 1 m). For this reason, these soils must not be drained as an alternative to mitigate CH4 emission, but effectively preserved.

Volatilização de Amônia Proveniente de Ureia Compactada com Enxofre e Bentonita, em Ambiente Controlado

Nos últimos anos, novas tecnologias têm sido desenvolvidas para reduzir as perdas de N quando se utiliza ureia como fonte desse macronutriente. A utilização de fertilizantes de características ácidas pode reduzir as perdas de amônia por volatilização, quando combinados com a ureia. O objetivo deste trabalho foi avaliar as perdas de amônia provenientes de fontes de N revestidas e, ou, incorporadas com ou sem enxofre e bentonita. Esses foram aplicados na superfície de um Planossolo Háplico contido em bandejas (0,1 m2 de área e 10 cm de profundidade), em dose equivalente a 200 kg ha-1 de N. Foram avaliadas as perdas de N-NH3 por volatilização durante 21 dias, com auxílio de um coletor semiaberto. A adição de diferentes fontes de enxofre e de bentonita no processo de compactação da ureia reduziu as perdas de amônia em até 29 %, quando comparadas com a ureia granulada comercial, comprovando serem alternativas promissoras para aumentar a eficiência da adubação nitrogenada.

MANAGEMENT OF IRRIGATION AND NITROGEN FERTILIZERS TO REDUCE AMMONIA VOLATILIZATION

ABSTRACT Nitrogen losses by ammonia (NH3) volatilization can be reduced by appropriate irrigation management or by alternative N sources, replacing urea. The objective of this study was to evaluate the efficiency of irrigation management and N source combinations in decreasing NH3 volatilization from an Argissolo Vermelho Distrófico típico cultivated for 28 years with black oat (Avena strigosa) and maize (Zea mays), under no-tillage in the region of Depressão Central, Rio Grande do Sul, Brazil. The experiment was arranged in a randomized block design with split plots with three replications, where the main plots consisted of irrigation systems: no irrigation; irrigation immediately before and irrigation immediately after fertilization. The subplots were treated with different N sources: urea, urea with urease inhibitor and slow-release fertilizer, at an N rate of 180 kg ha-1, broadcast over maize, plus a control treatment without N fertilization. Ammonia volatilization was assessed using semi-open static collectors for 1, 2, 4, 6, and 10 days after N fertilization. In general, more than 90 % of total NH3-N losses occurred until three days after N fertilization, with peaks up to 15.4 kg ha-1 d-1. The irrigation was efficient to reduce NH3 losses only when applied after N fertilization. However, reductions varied according to the N fertilizer, and were higher for urea (67 %) and slightly lower for urea with urease inhibitor (50 %) and slow-release fertilizer (40 %), compared with the mean of the treatments without irrigation and irrigation before fertilization. The use of urea with urease inhibitor instead of urea was only promising under volatilization-favorable conditions (no irrigation or irrigation before N fertilization). Compared to urea, slow-release fertilizer did not reduce ammonia volatilization in any of the rainfed or irrigated treatments.

Metano entérico de bovinos leiteiros em condições tropicais brasileiras

O objetivo deste trabalho foi quantificar a taxa de emissão de metano (CH4) pela técnica do gás traçador, hexafluoreto de enxofre (SF6), em bovinos leiteiros a pasto em condições tropicais brasileiras. As medições foram realizadas na estação das chuvas, com adequada oferta de forragem, em animais da raça Holandesa e Mestiça Leiteira Brasileira em pastagem de capim-tobiatã (Panicum maximum Jacq. cv. Tobiatã) adubada, com vacas em lactação, vacas secas e novilhas, e em pastagem de capim-braquiária (Brachiaria decumbens Stapf.) não adubada com novilhas. As concentrações de CH4 e SF6 foram determinadas por cromatografia gasosa. A emissão de CH4 pelas vacas em lactação foi de 13,8 a 16,8 g/hora, pelas vacas secas de 11,6 a 12,3 g/hora, pelas novilhas em pastagem adubada de 9,5 g/hora, e pelas novilhas em pastagem sem adubo de 7,6 a 8,3 g/hora ou 66 a 72 kg/animal/ano. A emissão de CH4 por matéria seca digestiva ingerida foi de 42 a 69 g/kg em vacas em lactação, de 46 a 56 g/kg em vacas secas, 45 a 58 g/kg em novilhas ingerindo pasto adubado e 58 a 62 g/kg em novilhas em pastagem sem adubo. A emissão de CH4 por bovinos leiteiros ingerindo gramíneas tropicais é superior à emissão por bovinos ingerindo gramíneas de clima temperado.

Calibração de câmara semiaberta estática para quantificação de amônia volatilizada do solo

O objetivo deste trabalho foi calibrar uma câmara prática e de baixo custo, para quantificar a amônia volatilizada do solo. A calibração da câmara foi realizada pela técnica do balanço do isótopo 15N. A amônia volatilizada foi capturada por uma câmara semiaberta livre estática (SALE), confeccionada a partir de garrafa de plástico transparente de politereftalato de etileno (PET) de 2 L. O interior da câmara apresentava livre circulação de ar, e possuía uma lâmina de espuma de poliuretano, com 2,5 cm de largura e 25 cm de comprimento, pendurada verticalmente, com a extremidade inferior inserida em frasco com solução ácida, que mantinha a espuma saturada. A recuperação do 15N-NH3 no coletor aumentou de forma linear com o aumento da taxa de volatilização de NH3 do solo. Os testes de campo mostraram eficiência de 57% na recuperação do N-NH3 volatilizado do solo. O intervalo de coletas das espumas pode variar de um a seis dias, sem comprometer a eficiência do sistema. Para estudos de campo, com uso do método proposto, o fator de correção de 1,74 deve ser usado para estimar a real taxa de volatilização de amônia do solo.

Volatilização de amônia proveniente de ureia com zeólita natural

O objetivo deste trabalho foi avaliar os efeitos da adição de zeólita a grânulos de ureia e dos diâmetros de grânulos nas perdas de NH3 por volatilização e na absorção de N pelo sorgo. Formulações de ureia com adição de zeólita e ligante orgânico, nos diâmetros menores que 2 mm, 2-4 mm e maiores que 4 mm e, sulfato de amônio e ureia-NBPT, foram aplicados à superfície do solo sobre bandejas, em casa de vegetação. A adição de zeólitas naturais à superfície dos grânulos de ureia ou à composição destes diminuiu as perdas por volatilização em 20% e aumentou a extração de N pelas plantas. A acumulação de N nas plantas de sorgo foi inversamente proporcional às perdas de N por volatilização.

Transformações do nitrogênio no solo após adição de dejeto líquido e cama sobreposta de suínos

O objetivo deste trabalho foi avaliar as transformações do N no solo após a aplicação de dejeto líquido (DLS) e cama sobreposta (CSS) de suínos, com e sem palha de aveia, e com e sem incorporação ao solo. Os tratamentos avaliados foram: solo (S), S + palha incorporada (S + Pi), S + palha em superfície (S + Ps), S + CSS incorporada (S + CSSi), S + CSS em superfície (S + CSSs), S + DLS incorporado (S + DLSi), S + DLS em superfície (S + DLSs), S + Pi + DLSi e S + Ps + DLSs. Avaliaram-se a volatilização de amônia, a nitrificação e a mineralização do N do DLS e da CSS. A incorporação do DLS reduziu a volatilização de amônia em 93%, em comparação à aplicação na superfície do solo. O N amoniacal da CSS foi nitrificado nos cinco primeiros dias. A taxa de nitrificação líquida foi duas vezes maior com a incorporação do DLS ao solo do que na superfície. A mineralização do N orgânico não diferiu com o modo de aplicação do DLS e da CSS no solo. Na CSS, 14,6% do N foi mineralizado, contra 34,9% no DLS. A aplicação do DLS com a palha de aveia na superfície do solo favorece a imobilização microbiana de N, mas não reduz as perdas de N por volatilização de amônia.