Effect of biochar amendment on soil nitrous oxide emission

• Main Author: Deng, Hong Yuan
• Other Authors: Joann Karen Whalen (Internal/Cosupervisor2)
• Format: Others
• Language: en
• Published: McGill University 2013
• Subjects: Agriculture - Soil Science
• Online Access: http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=117192

In Canada, agricultural soils are the source of about 70% of the total emissions of nitrous oxide (N2O), a potent greenhouse gas (298 times CO2 equivalent) and ozone-depleting substance. The denitrification reaction that occurs in soils under anoxic conditions (e.g., after rainfall and snowmelt) is responsible for converting nitrate (NO3-) from fertilizer into N2O gas. Biochar is a soil amendment that is proposed to mitigate soil N2O emission by altering soil physical, chemical and biological properties, although the mechanism responsible for N2O reduction in biochar-amended soil is still not known. The aim of this study was to determine if biochar-amended soil resulted in lower soil N2O emissions from denitrification and whether changes in soil chemistry could explain the biochar effect on denitrification. Two experiments were conducted to measure denitrification in soils under controlled laboratory conditions. The first experiment with a sandy loam soil (topsoil and subsoil layers) evaluated actual (N2O only) and potential N2O (N2O + N2) production after 6 h of incubation, with or without acetylene blocking at 80% water filled pore space (WFPS). The highest biochar treatment (30 g kg-1 soil) reduced actual and potential N2O production in topsoil by 80% and 88%, respectively. A supplemental nitrate (NO3-) addition did not reverse the biochar-induced effect, indicating that the reduction in N2O production was not due to adsorption of inorganic N by biochar. In the next experiment, soil moisture was adjusted to 90% WFPS and the effect of biochar on basal (without supplemental C and N) and potential (with supplemental C and N) denitrification rates in the topsoil layer from sandy and loamy soils were determined. The change in soil pH after the addition of biochar was measured. The results showed that sandy soil did not favor denitrification and the denitrification rate was not affected by the biochar amendment; however, the biochar amendment significantly (p<0.0001) increased soil pH and increased the potential denitrification rate in the loamy soil. In conclusion, soil pH is a critical factor in controlling the potential denitrification rate in loamy soils, and the increase in soil pH following the addition of biochar to acidic soils could decrease N2O production from the topsoil layer. === Au Canada les terres agricoles sont la source de près de 70% des émissions d'oxyde nitreux (N2O). Un puissant gaz à effet de serre, près de trois cent fois plus actif que le CO2, il appauvrit aussi la couche d'ozone. Après une pluie ou un dégel, la réaction de dénitrification qui a lieu en conditions anoxiques dans le sol, est responsable de la conversion des nitrates (NO3-), provenant d'apports en engrais, en gaz N2O. Quoique le mode d'action du biochar ne soit pas connu, son utilisation comme amendement du sol, par voie d'une modification des caractéristiques physiques, chimiques et biologiques du sol, semble permettre d'atténuer les émissions de N2O. La présente étude tentera d'établir si un sol enrichi de biochar présente un taux d'émissions de N2O provenant de dénitrification moins élevé qu'un sol sans amendement, et si l'effet d'une modification chimique du sol sur la dénitrification en est responsable. En laboratoire, sous des conditions contrôlées, la dénitrification dans le sol fut mesurée sous deux conditions. Dans une première expérience la production réelle (N2O seulement) et potentielle (N2O + N2) de N2O fut évaluée après 6 h d'incubation dans un loam sableux (couche arable et sous-sol) avec une proportion de pores remplis d'eau (PPRE) de 80%, avec ou sans blocage par l'acétylène. L'amendement en biochar le plus élevé (30 g kg-1 sol) réduisit la production réelle et potentielle de N2O dans la couche arable de 80% et 88%, respectivement, par rapport à un sol sans amendement. L'ajout de NO_3^- ne renversa pas l'effet du biochar, indiquant que la réduction de la production en N2O par le biochar n'était pas lié à son adsorption d'azote inorganique. Dans une seconde expérience, l'humidité du sol fut ajustée à 90% PPRE et l'effet d'un ajout de biochar sur le taux de dénitrification de base (sans ajout de C ou N) et potentiel (ajouts de C et N) fut évalué pour une couche arable sablonneuse et une limoneuse. L'effet de l'ajout de biochar sur le pH du sol fut aussi évalué. L'ajout de biochar n'altéra pas le taux de dénitrification dans un sol sablonneux, déjà défavorable à la dénitrification, mais augmenta à la fois le pH et le taux de dénitrification potentiel (P < 0.0001) du sol limoneux. Notant que le pH du sol semble être un important facteur déterminant le taux de dénitrification potentiel du sol limoneux, et il est suggéré que l'augmentation du pH du sol suivant un ajout de biochar pourrait diminuer le taux de production de N2O du sol arable.