Effect of nitrogen fertilisation on nitrous oxide emission and the abundance of microbial nitrifiers and denitrifiers in the bulk and rhizosphere soil of Solanum lycopersicum and Phaseolus vulgaris

Abstract

Aims To determine the effect of three N-fertilisers on N2O emission and abundance of nitrification and denitrification genes in bulk and rhizosphere soil of tomato and common bean, two vegetable crops representative of main horticultural crops in South Spain. Methods Four consecutive harvests of tomato and common bean fertilised with urea, ammonium or nitrate were carried out. The total abundance of bacteria, archaea, nitrifiers and denitrifiers was estimated by quantitative PCR. Soil physicochemical properties and N2O emission were also determined. Results Regardless of the plant species, the highest N2O emission was produced by the soil treated with urea, followed by ammonium and nitrate. Bacteria were more abundant than archaea in the bulk and rhizosphere soil. The abundance of the ammonia-oxidising archaea was greater than the ammonia-oxidising bacteria in the rhizosphere, but lower in the bulk soil. N-fertilisation increased the gene copy number of denitrifiers, which were more abundant in the bulk soil. Conclusions N-fertilisation decreases N2O production due to increased abundance of the nosZ gene. The abundance of nitrification and denitrification genes in bulk and rhizosphere soils is dependent on the type of fertiliser. For both plant species, the ratio of the genes involved in production and reduction of N2O by bulk and rhizosphere was similar.

Objetivos Determinar el efecto de tres fertilizantes nitrogenados sobre la emisión de N₂O y la abundancia de genes de nitrificación y desnitrificación en el suelo bruto y la rizosfera del tomate y la judía común, dos cultivos hortícolas representativos del sur de España. Métodos Se llevaron a cabo cuatro cosechas consecutivas de tomate y judía común fertilizados con urea, amonio o nitrato. La abundancia total de bacterias, arqueas, nitrificantes y desnitrificantes se estimó mediante PCR cuantitativa. También se determinaron las propiedades fisicoquímicas del suelo y la emisión de N₂O. Resultados Independientemente de la especie vegetal, la mayor emisión de N₂O se produjo en el suelo tratado con urea, seguido del amonio y el nitrato. Las bacterias fueron más abundantes que las arqueas en el suelo bruto y en la rizosfera. La abundancia de arqueas oxidadoras de amonio fue mayor que la de bacterias oxidadoras de amonio en la rizosfera, pero menor en el suelo bruto. La fertilización nitrogenada aumentó el número de copias de genes de desnitrificación, los cuales fueron más abundantes en el suelo bruto.. Conclusiones La fertilización nitrogenada reduce la producción de N₂O debido al aumento en la abundancia del gen nosZ. La abundancia de genes de nitrificación y desnitrificación en el suelo bruto y la rizosfera depende del tipo de fertilizante. Para ambas especies vegetales, la relación entre los genes involucrados en la producción y reducción de N₂O en el suelo a granel y la rizosfera fue similar.