It has widely been observed that the effect of elevating atmospheric $CO_2$ concentrations on rice productivity depends largely on soil N availabilities. However, the responses of ammonia volatilization from flooded paddy soil that is an important pathway of N loss and thus affecting fertilizer N availability to concomitant increases in atmospheric $CO_2$ and temperature has rarely been studied. In this paper, we first report the interactive effect of elevated $CO_2$ and temperature on ammonia volatilization from rice paddy soils applied with urea. Urea labeled with $^{15}N$ was used to quantitatively estimate the contribution of applied urea-N to total ammonia volatilization. This study was conducted using Temperature Gradient Chambers (TGCs) with two $CO_2$ levels [ambient $CO_2$ (AC), 383 ppmv and elevated $CO_2$ (EC), 645 ppmv] as whole-plot treatment (main treatment) and two temperature levels [ambient temperature (AT), $25.7^{\circ}C$ and elevated temperature (ET), $27.8^{\circ}C$] as split-plot treatments (sub-treatment) with triplicates. Elevated temperature increased ammonia volatilization probably due to a shift of chemical equilibrium toward $NH_3$ production via enhanced hydrolysis of urea to $NH_3$ of which rate is dependent on temperature. Meanwhile, elevated $CO_2$ decreased ammonia volatilization and that could be attributed to increased rhizosphere biomass that assimilates $NH_4^+$ otherwise being lost via volatilization. Such opposite effects of elevated temperature and $CO_2$ resulted in the accumulated amount of ammonia volatilization in the order of ACET>ACAT>ECET>ECAT. The pattern of ammonia volatilization from applied urea-$^{15}N$ as affected by treatments was very similar to that of total ammonia volatilization. Our results suggest that elevated $CO_2$ has the potential to decrease ammonia volatilization from paddy soils applied with urea, but the effect could partially be offset when air temperature rises concomitantly.
질소비료(窒素肥料)의 시용량(施用量)에 따른 암모니아의 휘산량(揮散量)을 밝히기 위하여 토양 25g에 요소태질소(尿素態窒素)를 3.75mg, 7.5mg, 11.25mg 씩 가(加)하여 7 주간(週間) $35{\sim}40^{\circ}C$로 보온 처리한 결과(結果)는 다음과 같다. 요소(尿素)의 시용량(施用量)이 증가함에 따라 암모니아의 휘산량(揮散量)이 증가하였는데 그 증가는 암모니아의 생성증가에 따른 토양반응의 상승(上昇)과 밀접(密接)한 관계가 있다. 2. 석회(石灰)의 과용(過用)은 요소(尿素)의 가수분해(加水分解)와 토양질소의 유효화를 휘제(揮制)하여 암모니아의 휘산량(揮散量)을 줄였다. 이 경향(傾向)은 토양의 pH가 8.0 이상(以上)이 되면 더욱 심(甚)해졌다.
Ammonia (NH3) that reacts with nitric or sulfuric acid in the air is the major culprit contributing to the formation of fine particulate matter (PM2.5). NH3 volatilization mainly originates from nitrogen fertilizer and livestock manure applied to arable soil. Cation exchange capacity (CEC) of peat moss (PM) and zeolite (ZL) is high enough to adsorb ammonium (NH4+) in soil. Therefore, they might inhibit volatilization of NH3. The objective of this study was to compare the effect of PM and ZL on NH3 volatilization from upland soil. For this, a laboratory experiment was carried out, and NH3 volatilization from the soil was monitored for 12 days. PM and ZL were added at the rate of 0, 1, 2, and 4% (wt wt-1) with 354 N g m-2 of urea. Cumulative NH3-N volatilization decreased with increasing addition rate of both materials. Mean value of cumulative NH3-N volatilization across application rate with PM was lower than that with ZL. CEC increased with increasing addition rate of both materials. While the soil pH increased with ZL, it decreased with PM. Increase in CEC resulted in NH4+ adsorption on the negative charge of the external surface of both materials. In addition, decrease in soil pH hinders the conversion of NH4+ to NH3. Based on the above results, the addition of PM or ZL could be an optimum management to reduce NH3 volatilization from the soil. However, PM was more effective in decreasing NH3 volatilization than ZL due to the combined effect of CEC and pH.
This study focused on high school laboratory research and the main purpose was to develop alternative additives for livestock waste and ammonia volatilization methods with high school students as participants and to provide information to business owners based on the results. Compared to the control groups, The bentonite and illite treatment groups had similar ammonia volatilization, pH, EC, and total nitrogen content. In particular, the alum and aluminum chloride mixed treatment group showed low pH and ammonia volatilization, and high EC and total nitrogen content for poultry litter. As a result, when focusing on high school laboratory research, the alum and aluminum chloride mixed agent treatment fulfilled its role as an alternative additive for ammonia reduction. In addition, this approach can be suggested as a method to solve difficulties in adapting to the field through a practical cooperative relationship with livestock farms.
Losses of nitrogenin the gaseous form were determined with closed systems in the filed under different vegetation types. Ammonia volatilization was greatest from the pine stand, and least from the sod stand, and was greatly reduced in all three sites in the rainy season due to the low temperature. There were only insignificant differences in the nitrogen dioxide volatilization from the soil of the three vegetation types. Losses of ammonia and nitrogen dioxide at various soil depth also showed little variation. Evidently the microbial activity responsible for the $NO_2$ loss was relatively unaffected by the changes in temperature and soil moisture content during the investigation.
Im, Jong-Uk;Jeon, Seong-Hwa;Oh, Young-a;Lim, Hwan-Kyu;Lee, Yong Bok
한국토양비료학회지
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제50권1호
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pp.49-55
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2017
Chinese cabbage cultivation and ammonia volatilization experiments were done to evaluate the efficiency of Agrotain coated urea (GSP 80% + Agro; GSP 100% + Agro) against conventional urea (GSP 80%; GSP 100%). Fresh weight of Chinese cabbage were 17.2% and 7.3% higher in the treatments that received GSP 80% + Agro and GSP 100% + Agro, respectively, of those from the treatments that received urea alone. Likewise, the nitrogen use efficiency of Chinese cabbage in the treatments that received Agrotain coated urea were significantly higher at the rate of 3.5% (GSP 80% + Agro) and 1.9% (GSP 100% + Agro) compared to urea alone treatments. Ammonia emission was substantially higher at the rate of $107.6N\;mg\;chamber^{-1}$ with the application of only GSP 100%. However, nearly 28.3% of ammonia emission was considerably reduced with the use of Agrotain coated urea. Hence, we recommend the use of Agrotain coated urea in conventional farming for increased crop yield as well as simultaneous reduction of nitrogenous fertilizer use.
퇴비화 과정 중 암모니아 휘산과 관련된 난분해성 및 이분해성 유기물의 역할을 재조명하기 위해 분뇨와 톱밥(난분해성) 또는 쌀겨(이분해성)를 혼합한 후 4주간 $CO_2$ 발생량과 $NH_3$ 휘산량을 조사하였다. 이산화탄소 발생량은 톱밥처리구에 비해 쌀겨처리구에서 43$\sim$122% 정도 높았으며, 이에 상응하게 최종 건물중 손실률도 쌀겨처리구가 35.1$\sim$41.5%로 톱밥처리구의 18.7$\sim$22.6%에 비해 유의하게(P$\sim$0.05) 높았다. 톱밥처리구에서는 시험기간인 4주간 암모니아 휘산이 발생하지 않았는데, 이는 톱밥의 C/N 비가 높아 질소무기화가 지체되었고 톱밥 자체가 $NH_4^+$를 흡착할 수 있는 능력이 있기 때문으로 판단되었다. 반면, 이분해성인 쌀겨 처리구에서는 퇴비화 초기에는 질소부동화에 의해 암모니아 휘산이 나타나지 않았지만, 8일 이후부터는 쌀겨처리량이 낮은 순서대로 이분해성 유기물의 고갈에 의한 질소재무기화에 의해 암모니아 휘산이 관측되었다. 따라서, 이분해성 유기물은 초기 암모니아 부동화를 통해 암모니아 휘산을 감소시킬 수 있지만, 부동화된 질소의 재무기화에 의해 퇴비화 중반기에 오히려 암모니아 휘산이 증가할 수 있는 것으로 나타났다. 반면, 난분해성 유기물인 톱밥은 암모니아 고정능이 있어 물리화학적 흡착에 의해 암모니아 휘산을 저감시킬 수 있는 것으로 판단되었다.
석회물질(石灰物質)과 볏짚의 시용(施用)이 암모니아 휘산(揮散)에 주는 영향(影響)을 밝히기 위하여 요소(尿素)를 시용(施用)한 담수토양(湛水土壤)을 34일간(日間) $30{\sim}35^{\circ}C$에서 (보관(保管)) 질내시험결과(窒內試驗結果)는 아래와 같다. 1. 수산화(水酸化)칼슘과 규산(珪酸)칼슘은 중탄산염 만들어 담수토양(湛水土壤)의 pH를 높이고 암모니아의 휘산량(揮散量)을 증가시켰고 담수토양(湛水土壤)의 수충능(綬衝能)을 크게 하는 효과가 컸다. 2. 볏짚분(粉)의 시용(施用)은 탄산(炭酸)을 집적(集積)시켜 담수토양(湛水土壤)의 pH를 낮추고 암모니아의 휘산(揮散)을 줄였는데 그 효과는 석회(石灰)를 시용(施用)하지 않았을 때에 컸다. 3. 수산화(水酸化)칼슘은 담수초(湛水初) $CO_2$의 발생을 억제(抑制)했는데 규산(珪酸)칼슘은 토양(土壤)에 수(綬)한 변화를 주어 담수초(湛水初)부터 토양질소(土壤窒素)의 유효화(有效化)를 촉진(促進)하고 볏짚의 시용(施用)도 이런 토양조건을 빨리 조성(造成)하는 것으로 판단되였다.
질소를 함유한 유기인계 살충제로 널리 사용되고 있는 diazinon이 논토양에 살포되었을 때 토양내에서 일어나는 질소대사중 암모니아휘산에 미치는 영향을 조사하고자 질소질비료원의 종류와 diazinon 처리량에 따른 암모니아 휘산의 차이를 조사하였다. 1. 시험토양에 요소, 유안, 유기질비료를 처리후 담수상태가 지속되면서 토양 pH가 약간씩 증가하였으며 토양 pH 증가에 함께 암모니아 휘산량이 증가하는 경향이었다. 2. 질소비료원을 시비하지 않은 시험구에서 diazinon 처리량을 0, 35, 70, 105g a.i./10a로 하였을 때 처리량에 따른 암모니아 휘산량 차이는 인정되지 않았다. 요소, 유안 및 유기질비료원을 시비후 diazinon 처리시 70g a.i/10a에서 가장 많은 암모니아 휘산이 발생하였으나 시간이 경과함에 따라 완만하게 감소하는 경향이었다. 3. 요소비료, 유기질비료 및 유안비료 처리시 질소질비료원의 종류에 따라 암모니아 휘산량이 차이를 보였는데 요소비료는 diazinon 무처리시 약 23%, diazinon 표준처리시 약 42%, 2배처리시 약 66%, 유안비료는 diazinon 처리시 약 3.2%, diazinon 표준처리시 약 4.8%, 2배처리시 약 5.7%, 유기질비료는 diazinon 무처리시 약 1.8%, diazinon 표준처리시 약 8.9%, 2배처리시 약 28.4%의 암모니아 휘산이 발생하였으며 요소비료>유기질비료>유안비료의 순으로 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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