Impacts of Different Nitrogen Fertilization on Greenhouse Gas Emissions and Lettuce Productivity in Upland Soils during Cultivation

Abstract

Nitrogen (N) fertilization improves crop growth and productivity, but can cause adverse environmental problems in particular nitrous oxide (N2O) emissions, requiring reasonable fertilization strategy for a better agroecosystem. Our goal was to understand how different N fertilizations influence greenhouse gas (GHG) emissions (CO2, CH4, and N2O) and global warming potential (GWP), soil properties, and productivity from lettuce (Lactuca sativa) cultivated fields [control (No fertilizer), urea ((NH2)2CO), ammonium sulfate ((NH4)2SO4), and compost (10 Mg ha -1)]. Inorganic N fertilizations significantly increased GWP as compared to the control, mainly increasing N2O emissions. However, CH4 and CO2 were not significantly different among all treatments, indicating N2O emissions were main contributors to be influenced by N fertilizations. Ammonium sulfate showed higher GWP than the urea. However, GWP was lowest in the control, but was not significantly different as compared to the compost. Lettuce yield was significantly enhanced by chemical N fertilizations, showing much greater biomass in ammonium sulfate than the urea. Lettuce yield with the compost was less than with chemical fertilizations, but significantly greater than control. GWP per productivity as an indicator for sustainability was lowest in compost treatment among all treatments mainly due to reduced GHG emissions by less mineralization. Conclusively, compost application could be a sustainable way to mitigate GHG emissions, maintaining soil quality and productivity in upland soils.

Long-Term Inorganic and Organic Fertilizations Affect CH4 Oxidation Potential and Methanotrophic Community Structure in Paddy Soils

“…크로마토그래피 (GC-2014, Shimadzu, Japan)를 이용하여 정량 분석하였다 (Choi et al, 2020;Lee et al, 2020Lee et al, , 2021. 세균의 정량분석을 위해 qPCR을 실시하였다 (Fig.…”

Characteristics of Distribution and Decomposition of Organic Matter in Soils Cultivated with Various Fruits and Vegetables in Plastic Film House Fields

“…국내에서 토양유기물 증진을 위한 다양한 시도가 이루어지고는 있으나, 대부분 유기물 축적량이 상대적으로 많은 벼 논을 중심으로 연구가 수행되어 왔다. 토양유기물 함량을 증진하기 위해 토양 내 유기물 투입을 증가시키기 위한 녹비작물 활용 기술 (Lee et al, 2010;Kim et al, 2012Kim et al, , 2013Kim et al, , 2015Hwang et al, 2015), 투입된 유기물이 토양에서 분해되면서 손실되는 양을 최소화 시킬 수 있는 유기물 활용 기술 (Jeong et al, 2018;Lee et al, 2020b;Park et al, 2021) 개발과 관련한 연구가 주로 수행되어 왔다. 또한 경운 혹은 비닐 멀칭과 같은 재배 관리방법에 따른 농경지 내 유기물 변동과 축적량을 현장에서 비교하는 연구 (Kim et al, 2016;Lee et al, 2019) 토양유기물의 분해 (decomposition)는 토양호흡량 (soil respiration rate)에 의해 결정되며, 토양 내 다양한 요인 특 히 토양수분함량, 토양온도, 미생물 대사에 필요한 탄소기질 종류 및 이 ‧ 난분해성 함량 등에 의해 영향을 받는다 (Lloyd and Taylor, 1994;Buchmann, 2000;Li et al, 2008;Ko et al, 2016).…”

Effects of Combined Application of Organic and Inorganic Fertilizers on Mitigating Greenhouse Gas Emissions and Improving Maize Productivity in a Field Condition

“…또한, 유기물의 투입은 토양에서 양이온치환용량 (CEC)을 증가시켜, 작물 재배기간 중 질소 손실을 효과적으로 저감시킬 수 있다 (Liu et al, 2021). (Choi et al, 2020;Lee et al, 2020Lee et al, , 2021a.…”

“…Total GWP (kg CO 2 eq. ha 조건에서 탈질과정과 질산화과정을 통해 배출되는 것으로 알려져 있으며 (Cai et al, 1997), 다양한 환경요인 중 기후, 토양온도, 수분함량, 무기태 질소함량 등과 밀접한 관계가 존재한다 (Kim et al, 2010(Kim et al, , 2014(Kim et al, , 2018Butterbach-Bahl et al, 2013;Lee et al, 2020)…”

“…특히, NPK 처리구와 비교하였을 때도 유의한 차이가 없을 정도이 며, 혼용 처리를 통해 무기질 비료에 버금가는 수량을 충분하게 얻을 수 있다는 점에서 시사하는 바가 크다. 따라서 무 기질 비료와 유기퇴비의 혼용 처리는 옥수수 생산성 증진에 긍정적인 효과를 줄 수 있을 것으로 판단된다.질소비료 시비 방법에 따른 옥수수의 단위 수량 당 총 온실가스 잠재능을 평가하기 위해 옥수수 단위수량당 온실가 스배출지수 (GWP per yield)라는 지표를 사용하여 지속가능성에 대한 효과를 비교 분석하였다(Choi et al, 2020;Lee et al, 2020Lee et al, , 2021b. 옥수수 단위 수량당 온실가스 배출지수의 경우 NPK+퇴비에서 가장 낮은 값을 나타냈다.이는 무처리에 비해 38%, 동량 질소 처리한 NPK 처리구에 비해 11% 가량 낮은 값이었다 (Fig.5B).…”