Effetti dell'interazione tra la gestione dell'acqua e fertilizzazione sulla nutrizione azotata del riso

In paddy fields, the nitrogen cycle (N) is affected by the oscillations of the redox conditions of the soil caused by the different dry and submerged phases typical of the crop cycle. The criticalities of the nitrogen cycle in paddy fields are negatively affected by alternative water managements, such as alternate wetting and drying (AWD) which consists of alternating periods of submersion with dry periods. In this work the effect of an AWD management on the availability of N for the plant was investigated compared to a classical management in continuous submersion (CF), evaluating the effect exerted by different management of crop residues and mineral fertilizer on the N absorption by plant. To trace the contribution of the different sources of N to the nitrogen nutrition of the plant (fertilizer, crop residues or soil), the stable 15N isotope was used. The test was entirely conducted in pots inside a growth chamber with controlled conditions of photoperiod (12h) and temperature (20 ° C). The theses compared included (i) Irrigation management: CF or AWD; (ii) Period of incorporation of the straw into the soil: 30 (S30) or 60 (S60) days before sowing; (iii) Nitrogen fertilizer administration between sowing and tillering: fair (60 + 60 kg ha-1; N60-N60) or uneven (80 + 40 kg ha-1; N80-N40). For each thesis, one third of the mesocosms received marked straw, another third marked fertilizer, and another third both straw and natural abundance fertilizer. During the 60 days of plant growth, the concentrations of NO3-, NH4 +, C and dissolved organic N, Fe2 + in the soil water were monitored at 10-day intervals. Furthermore, at 30 and 60 days after sowing, destructive samplings were carried out on the mesocosms, to evaluate the degree of biomass development of the plant (leaves and roots), assimilation of N and allocation of 15N, while in the soil the content of NO3 -, NH4 +, microbial carbon and the distribution of 15N in the fractions of the organic substance. The AWD water regime was found to penalize the development and plant N nutrition, with better performance obtained from the S30-N60-N60 treatment. The greatest contribution of N came from the soil and depended on the microbial degradation of the organic matter, favored by late incubation of the straws (S30); however, this treatment increased microbial immobilization by reducing the efficiency of the N fertilizer, with particular emphasis on the AWD water regime characterized by an aerobic microflora. The incorporation of the straw contributed minimally to plant N nutrition, but provided labile material which in anoxic conditions promotes the reductive dissolution of Fe oxides, the release of soil organic matter by desorption, and the mineralization of the organic N present in it. The second major N source was that of the fertilizer. The unequal division of the fertilizer gave the desired results only in the CF water regime, in which the S30-N80-N40 treatment showed the best performance; in AWD, this treatment has non or even negative effect compared to S30-N60-N60, suggesting that the absorption dynamics of N by the plant and microbial biomass are different in AWD than in CF

In risaia, il ciclo dell’azoto (N) risente delle oscillazioni delle condizioni redox del suolo causate dalle diverse fasi di asciutta e sommersione tipiche del ciclo colturale. Le criticità del ciclo dell’azoto in risaia sono negativamente influenzate da gestioni idriche alternative, come quella dell’alternate wetting and drying (AWD) che consiste nell’alternanza di periodi di sommersione a periodi di asciutta. In questo lavoro è stato indagato l’effetto di una gestione AWD sulla disponibilità di N per la pianta rispetto ad una gestione classica in sommersione continua (CF), valutando l’effetto esercitato da diverse gestioni di residui colturali e di fertilizzante minerale sull’assorbimento vegetale di N. Per tracciare il contributo delle diverse fonti di N alla nutrizione azotata della pianta (fertilizzante, residui colturali o suolo) è stato utilizzato l'isotopo stabile 15N. La prova è stata interamente condotta in vasi all’interno di una camera di crescita con condizioni controllate di fotoperiodo (12h) e temperatura (20 C°). Le tesi messe a confronto includevano (i) Gestione irrigua: CF o AWD; (ii) Periodo di incorporazione delle paglie nel suolo: 30 (S30) o 60 (S60) giorni prima della semina; (iii) Somministrazione di fertilizzante azotato tra semina e accestimento: equa (60+60 kg ha-1; N60-N60) oppure diseguale (80+40 kg ha-1; N80-N40). Per ogni tesi, un terzo dei mesocosmi ha ricevuto paglia marcata, un altro terzo fertilizzante marcato e un altro terzo sia paglia che fertilizzante ad abbondanza naturale. Durante i 60 giorni di crescita della pianta, sono state monitorate le concentrazioni di NO3-, NH4+, C ed N organico dissolto, Fe2+ nell’acqua del suolo ad intervalli di 10 giorni. Inoltre, a 30 e 60 giorni dopo la semina sono stati effettuati dei campionamenti distruttivi sui mesocosmi, per valutare il grado di sviluppo di biomassa della pianta (foglie e radici), assimilazione di N e allocazione del 15N, mentre nel suolo il contenuto di NO3-, NH4+, carbonio microbico e la distribuzione del 15N nelle frazioni della sostanza organica. Il regime idrico AWD è risultato penalizzante sullo sviluppo e sulla nutrizione azotata delle piante, con migliori performance ottenute dal trattamento S30-N60-N60. Il maggior contributo di N è risultato provenire dal suolo e dipendere dalla degradazione microbica della sostanza organica, favorita con incubazione tardiva delle paglie (S30); questo trattamento aumenta però l’immobilizzazione microbica riducendo l’efficienza dell’N fertilizzante, con particolare enfasi nel regime idrico AWD caratterizzato da una microflora aerobica. L’incorporazione delle paglie contribuisce in minima parte alla nutrizione azotata della pianta, ma fornisce materiale labile che in condizioni anossiche promuove la dissoluzione riduttiva degli ossidi di Fe, il rilascio di sostanza organica del suolo per desorbimento, e la mineralizzazione dell’N organico presente in essa. La seconda fonte di N maggiormente presente nella pianta risulta essere quella del fertilizzante. La divisione ineguale del fertilizzante ha dato i risultati sperati solo nel regime idrico CF, in cui il trattamento S30-N80-N40 ha dimostrato le performance migliori; in AWD, questo trattamento ha effetto nullo o addirittura negativo rispetto all’ S30-N60-N60, lasciando supporre che le dinamiche di assorbimento di N da parte della pianta e della biomassa microbica siano diverse in AWD rispetto che in CF