Distinct effect of nitrogen fertilisation and soil depth on nitrous oxide emissions and nitrifiers and denitrifiers abundance

Abstract

Inglés: The nitrous oxide and molecular N emissions from 5-cm length subsamples taken from 20-cm length sample corers containing eutric Cambisol soil fertilised either with urea, ammonium or nitrate for 1 year have been examined using gas chromatography. At the beginning of the incubation, the same N rate (260 kg N/ha) was added to the soil and kept constant during the experiment. The total abundance of the soil Bacteria and Archaea and that of nitrifiers and denitrifiers was estimated by quantitative PCR of the corresponding biotic variables 16S rRNA, amoA and napA, narG, nirK, nirS, norB, nosZI and nosZII genes. The abiotic variables dissolved oxygen, pH, exchangeable NH4+-N and NO3−-N contents and total C and total N were also analysed. None of the three fertilisers affected the total abundance of Bacteria and Archaea and nitrification was the main driver of nitrous oxide production in the 0- to 5-cm and 5- to 10-cm soil layers while denitrification was in the 10- to 15-cm and 15- to 20-cm soil horizons. Parallel to the reduction in the content of dissolved oxygen along the soil profile, there was a decrease in the total and relative abundance of the bacterial and archaeal amoA gene and an increase in the abundances of the denitrification genes, mainly in the 10- to 15-cm and 15- to 20-cm soil layers. A non-metric multidimensional scaling plot comparing the biotic and abiotic variables examined in each of the four 5-cm soil subsamples and the whole 20-cm sample showed a disparate effect of N fertilisation on N gas emissions and abundance of nitrifiers and denitrifiers bacterial and archaeal communities.

Español: Se examinaron las emisiones de óxido nitroso (N₂O) y nitrógeno molecular (N₂) en submuestras de 5 cm de longitud tomadas de muestras de 20 cm de longitud que contenían suelo Eutric Cambisol fertilizado con urea, amonio o nitrato durante 1 año, utilizando cromatografía de gases. Al inicio de la incubación, se añadió al suelo la misma cantidad de nitrógeno (260 kg N/ha), la cual se mantuvo constante durante todo el experimento. La abundancia total de bacterias y arqueas en el suelo, así como la de los nitrificantes y desnitrificantes, se estimó mediante PCR cuantitativa de las variables bióticas correspondientes: 16S rRNA, amoA, napA, narG, nirK, nirS, norB, nosZI y nosZII. También se analizaron variables abióticas como oxígeno disuelto, pH, contenido de NH₄⁺-N y NO₃⁻-N intercambiables, así como carbono total y nitrógeno total. Ninguno de los tres fertilizantes afectó la abundancia total de bacterias y arqueas. La nitrificación fue el principal proceso responsable de la producción de N₂O en las capas de suelo de 0 a 5 cm y de 5 a 10 cm, mientras que la desnitrificación predominó en los horizontes de suelo de 10 a 15 cm y de 15 a 20 cm. Paralelamente a la disminución del contenido de oxígeno disuelto a lo largo del perfil del suelo, se observó una reducción en la abundancia total y relativa del gen amoA bacteriano y arqueano, y un aumento en la abundancia de los genes de desnitrificación, principalmente en las capas de 10 a 15 cm y de 15 a 20 cm. Un análisis de escalado multidimensional no métrico, que comparó las variables bióticas y abióticas en cada una de las cuatro submuestras de suelo de 5 cm y en la muestra completa de 20 cm, mostró un efecto diferencial de la fertilización nitrogenada sobre las emisiones de gases de nitrógeno y sobre la abundancia de las comunidades bacterianas y arqueanas de nitrificantes y desnitrificantes.