Linking organic carbon, water content, and nitrous oxide emission in a reclaimed coal mine soil

Abstract

Mine?land reclamation for biomass production is often achieved by means of large applications of N and organic C with amendments that could create soil conditions favorable for N 2 O production and emissions. To investigate this possibility, we conducted a laboratory experiment using mine soil collected from an active surface coal mine site near Philipsburg, Pennsylvania. During a 37?d incubation period, we measured N 2 O and CO 2 fluxes from non?amended soil and from soil amended with ammonium nitrate (L?+?F), composted poultry manure (Comp), poultry manure alone (Man) and mixed with 3 rates of paper mill sludge (PMS) to obtain carbon to nitrogen ratios of 14, 20 and 27 (Man?+?PMS14, 20 and 27), each at 60% and 80% water filled pore space (WFPS). Results showed that manure alone leads to a greater emission of N 2 O under laboratory conditions than with L?+?F. However, composting manure effectively reduced the emissions compared to that of L?+?F despite a large addition of organic C and N. Composted manure?treated soil emitted less than all other manure?based treatments at both 60% and 80% WFPS. The emissions were greater from soil amended with the Man?+?PMS treatments compared to non?amended and L?+?F?amended soil, and it increased during periods of intense microbial activity created by the application of manure and PMS. Higher water content increased emissions particularly during periods of intense microbial activity coupled with inorganic N availability. Cumulative N 2 O emissions from manure?treated soils represented less than 0·1% loss of total applied N. Copyright ⓒ 2014 John Wiley & Sons, Ltd.바이오매스 생산을 위한 요약 Mine?land 매축은 N 2 O 생산과 방사를 위해 호의적인 토양 조건을 만들 수 있는 변경으로 종종 N와 유기적 C의 큰 애플리케이션에 의하여 달성된다. 이 가능성을 연구하기 위해, 우리는 필립스부르크, 펜실베니아 근처에 활성 표면 석탄 기계수뢰 사이트에서 수집된 광산 하수를 사용하여 실험실 실험을 수행했다. 37?d 잠복기 동안, 우리는 질산 암모늄 (L?+?F), 혼합된 가금 비료 (콤프), 가금으로 수정된 non?amended 흙으로부터 그리고 흙으로부터 2 플럭스가 홀로 비료를 주는 (남자) N 2 O와 CO를 측정했고 그리고 14, 20과 27 (Man?+?PMS14, 20 및 27), 60%와 80% 물 채워진 기공 공간 (WFPS)에 있는 각각의 질소 비율에 대한 탄소를 획득하기 위해 제지 공장 슬러지 (PMS)의 3가지 비율과 섞인다. 홀로 비료가 L?+?F로 보다 N 2 O 아래 실험실 조건의 더 큰 방사로 이어진다는 것을 결과는 보여주었다. 그러나, 효과적으로 비료에 비료를 주는 것 유기적 C와 N의 큰 추가에도 불구하고 L?+?F의 그것과 비교하여 방사를 감소시켰다. 양쪽 60%와 80% WFPS에 있는 다른 모든 manure?based 처리 보다 더 덜 방출된 혼합된 manure?treated 흙. 방사는 non?amended와 비교하여 Man?+?PMS 처리로 수정된 흙과 L?+?F?amended 흙으로부터 더 컸고 그것이 비료와 PMS의 응용에 의해 만들어진 강렬한 미생물 활성도의 주기 동안 증가했다. 더 높은 수분 함유량은 무기성 N 유용성과 연결된 강렬한 미생물 활성도의 주기 동안 특히 방사를 증가시켰다. 합계 응용된 N의 0·1% 손실 보다 더 덜 나타낸 manure?treated 흙으로부터의 누적된 N 2 O 방사. 저작권 ⓒ 2014 John wiley & sons사, 라이트드.