Mitigation of methane and nitrous oxide emissions from flood-irrigated rice by no incorporation of winter crop residues into the soil

Abstract

Winter cover crops are sources of C and N in flooded rice production systems, but very little is known about the effect of crop residue management and quality on soil methane (CH4) and nitrous oxide (N2O) emissions. This study was conducted in pots in a greenhouse to evaluate the influence of crop residue management (incorporated into the soil or left on the soil surface) and the type of cover-crop residues (ryegrass and serradella) on CH4 and N2O emissions from a flooded Albaqualf soil cultivated with rice (Oryza sativa L.). The closed chamber technique was used for air sampling and the CH4 and N2O concentrations were analyzed by gas chromatography. Soil solution was sampled at two soil depths (2 and 20 cm), simultaneously to air sampling, and the contents of dissolved organic C (DOC), NO3-, NH4+, Mn2+, and Fe2+ were analyzed. Methane and N2O emissions from the soil where crop residues had been left on the surface were lower than from soil with incorporated residues. The type of crop residue had no effect on the CH4 emissions, while higher N2O emissions were observed from serradella (leguminous) than from ryegrass, but only when the residues were left on the soil surface. The more intense soil reduction verified in the deeper soil layer (20 cm), as evidenced by higher contents of reduced metal species (Mn2+ and Fe2+), and the close relationship between CH4 emission and the DOC contents in the deeper layer indicated that the sub-surface layer was the main CH4 source of the flooded soil with incorporated crop residues. The adoption of management strategies in which crop residues are left on the soil surface is crucial to minimize soil CH4 and N2O emissions from irrigated rice fields. In these production systems, CH4 accounts for more than 90 % of the partial global warming potential (CH4+N2O) and, thus, should be the main focus of research.Plantas de cobertura de inverno são fontes de C e de N em sistemas de produção de arroz irrigado, mas pouco se conhece sobre o efeito do manejo e da qualidade dos seus resíduos culturais nas emissões de metano (CH4) e de óxido nitroso (N2O) do solo. O estudo consistiu de um experimento conduzido em casa de vegetação e teve como objetivo principal avaliar a influência do manejo (incorporado ou em superfície) e do tipo de resíduos culturais (azevém e serradela) de plantas de cobertura sobre as emissões de CH4 e de N2O de um Planossolo Háplico sob cultivo de arroz irrigado por inundação. Utilizou-se o método da câmara fechada, e as concentrações de CH4 e de N2O nas amostras de ar foram determinadas por cromatografia gasosa. Coletas da solução do solo em duas profundidades (2 e 20 cm) foram realizadas simultaneamente às coletas de ar. A manutenção dos resíduos culturais na superfície do solo resultou em menor emissão de CH4 e de N2O em comparação à sua incorporação. O tipo de resíduo cultural não teve efeito na emissão de CH4, enquanto para o N2O a distinção entre os resíduos ocorreu apenas quando estes foram mantidos na superfície do solo condição na qual as maiores emissões ocorreram com a adição dos resíduos da leguminosa (serradela). O processo mais intenso de redução do solo em subsuperfície (20 cm), evidenciado pelos maiores teores de íons reduzidos (Mn2+ e Fe2+), e a estreita relação entre a emissão de CH4 e os teores de C orgânico dissolvido nessa profundidade indicam que a camada subsuperficial foi a principal fonte de CH4 quando da incorporação dos resíduos culturais. A adoção de estratégias de manejo que promovam a manutenção dos resíduos culturais na superfície do solo é fundamental quando se visa à mitigação das emissões de CH4 e N2O em solos sob cultivo de arroz irrigado. O CH4 compõe mais de 90 % do potencial de aquecimento global parcial (CH4 + N2O) nesses sistemas de produção e, portanto, deve ser o foco principal da pesquisa.