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バイオガス消化物とバイオ炭でミネラル肥料を置換すると、物理的に安定化した土壌炭素は増加するが、作物のバイオマスは増加しない
Substitution of mineral fertilizers with biogas digestate plus biochar increases physically stabilized soil carbon but not crop biomass in a field trial.
PMID: 31121498 DOI: 10.1016/j.scitotenv.2019.05.051.
抄録
土壌有機物（OM）の蓄積による気候変動を緩和しながら土壌生産性を確保するための農業経営戦略として、様々な有機質肥料が注目されている。この実験の目的は、バイオ炭とバイオガス消化物とミネラル肥料との比較により、作物の地上バイオマス、土壌有機炭素（SOC）の分画と鉱化に及ぼす影響を研究することであった。砂地のカンビゾルのサンプルは、ドイツでの圃場実験の確立から14ヶ月後に採取した。処置には、バイオ炭を使用しないミネラル肥料または液体バイオガス消化物の形で均等に窒素を施用した（B）、1Mgのバイオ炭を2期に渡って施用した（B）、または40Mgのバイオ炭を1haに施用した（B）が含まれていた。水中での土壌分画により、水から抽出可能な粒子状物質と遊離粒子状物質（fPOM）OMを分離し、その後、超音波処理とふるい分けにより、粒子状物質（oPOM）と20μm以下の凝集体と鉱物を含む粒子状物質を分離した。CO排出量は、10℃と20℃で92日間の実験室での培養期間中に測定された。分散分析の結果、ライ麦の地上部のバイオマスは、ミネラル肥料に比べて消化液の方が低かった（p<0.05）が、バイオ炭は影響を与えなかった（9.3 対 10.6Mgha）。B 処理は潜伏期間中の C の鉱化を 16%増加させ、B 処理の 3.8 倍の SOC を含有していた。この追加SOCは、fPOM（52％）、oPOM（22％）、および<20μm画分（26％）に割り当てられた。消化物の施用は、ミネラル肥料と比較して、oPOMのSOC含量を11%増加させた。さらに、40Mgのバイオ炭haに消化物を併用した場合、<20μm画分のSOCはミネラル肥料を併用したバイオ炭に比べて20%増加した。培養期間中の C ミネラル化に肥料やバイオ炭と肥料の相互作用が有意に影響しなかったことは、消化液単独またはバイオ炭との併用による SOC の安定性を示している。B 処理と B 処理の間で SOC 含有量に有意な差がないことは、低バイオ炭施用率では圃場での SOC 貯留を記録することが困難であることを示している。
Various organic amendments are scrutinized as potential agricultural management strategies to ensure soil productivity while mitigating climate change due to the accumulation of soil organic matter (OM). The objectives of this experiment were to study the effects of biochar and biogas digestate versus mineral fertilizer on crop aboveground biomass as well as fractions and mineralization of soil organic carbon (SOC). Samples of a sandy Cambisol were taken 14 months after establishment of a field experiment in Germany. Treatments included application of equal nitrogen in the form of mineral fertilizer or liquid biogas digestate without biochar (B), with 1 Mg biochar haseason for two growing seasons (B), or with 40 Mg biochar ha application (B). Soil fractionation in water separated water-extractable and free particulate (fPOM) OM, followed by sonification and sieving to isolate occluded particulate (oPOM) and < 20 μm aggregate-occluded and mineral-associated OM. CO emissions were measured during 92-day laboratory incubations at 10 and 20 °C. Analysis of variance found digestate lowered (p < 0.05) rye aboveground biomass compared to mineral fertilizer (9.3 vs. 10.6 Mg ha), while biochar had no effect. B treatments increased C mineralization during incubation by 16% and contained 3.8 times more SOC than B treatments. This additional SOC was allocated to fPOM (52%), oPOM (22%), and the <20 μm fraction (26%). Digestate application increased SOC content of oPOM by 11% compared to mineral fertilizer. Furthermore, combined application of 40 Mg biochar ha with digestate resulted in 20% more SOC in the <20 μm fraction than biochar with mineral fertilizer. The lack of a significant fertilizer or biochar-fertilizer interaction effect on C mineralization during incubation demonstrates the stability of SOC from digestate alone or in combination with biochar. The absence of significant differences in SOC content between B and B treatments demonstrates the difficulty of documenting SOC sequestration in the field at low biochar application rates.
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