Szilikoncső alkalmazása talajlevegő mintavételhez bolygatatlan talajoszlopokban a CO 2 - és N 2 O-koncentráció meghatározásához

AGROKÉMIA ÉS TALAJTAN 58 (2009) 2 359 368 Szilikoncső alkalmazása talajlevegő mintavételhez bolygatatlan talajoszlopokban a CO 2 - és N 2 O-koncentráció meghatározásához 1 SZILI-KOVÁCS TIBOR, 2 BÁLINT ÁGNES, 2 KAMPFL GYÖRGYI, 2 KRISTÓF KRISZTINA, 2 HELTAI GYÖRGY, 3 HOFFMANN SÁNDOR, 1 LUKÁCS ANDRÁS és 1 ANTON ATTILA 1 MTA Talajtani és Agrokémiai Kutatóintézet (MTA TAKI), Budapest 2 Szent István Egyetem Kémia és Biokémia Tanszék, Gödöllő 3 Pannon Egyetem Növénytermesztéstani és Talajtani Tanszék, Keszthely A talajfelszín szén-dioxid és más üvegházhatású gáz kibocsátását Magyarországon is intenzíven kutatják (BERECZ et al., 2005; TÓTH et al., 2005; ZSEMBELI et al., 2005; KOÓS & NÉMETH, 2007; MACHON et al., 2008; LELLEI-KOVACS et al., 2008; RAJKAI et al., 2008). A talajok egyaránt lehetnek a gázok kibocsátói és elnyelői (LEAHY et al., 2004), ezért mindazoknak a kémiai és biokémiai folyamatoknak az ismerete, ami képződésükhöz, átalakulásukhoz vezet, továbbá a talajszerkezettel összefüggő transzportfolyamatok megértése elengedhetetlenül fontos az üvegházhatású gázok kibocsátását becslő modellek fejlesztésében (HÁRSHEGYI et al., 2008; HORN & PETH, 2009). Ugyanakkor a talajlevegő összetétele a talajprofil eltérő mélységeiben kevésbé vizsgált. Ez talajoszlopok segítségével történhet bolygatott talajmintát tömörítve az eredeti térfogattömeg helyreállításával (CLOUGH et al., 2006), vagy bolygatatlan talajoszlop elkészítésével (PÁRTAY et al., 1992; LUKÁCS et al., 2008). Akár bolygatott, akár bolygatatlan talajoszloppal dolgozunk, különböző mélységben elhelyezett, megfelelően kialakított gázmintavételi pontokra van szükség. Többen (HOLTER, 1990; JACINTHE & DICK, 1996) szilikoncsövet alkalmaztak a talajlevegő passzív mintavételéhez, mivel ennek falán keresztül a gázok diffúzióval áthatolnak, a víz viszont nem. A mérés gyakran nem a mintavétel helyén történik, ezért gondoskodni kell a talajlevegő-minta biztonságos tárolásáról és szállításáról. Ehhez az előre vákuumozott, szeptummal ellátott mintacsövek alkalmasnak bizonyultak. Ezek, még repülőgéppel történő szállítás során, a jelentősen megváltozott hőmérséklet és nyomás mellett is tartani tudták a vákuumot (GLATZEL & WELL, 2008). Jelen közleményben bemutatott kísérlet során szilikoncsövet és vákuumozott mintatartó edényeket használtunk a talajlevegő mintavételéhez. Az új mintavételi technikával két kérdésre kerestük a választ: 1. a CO 2 és N 2 O koncentrációja a talajoszlopban változik-e a mélységgel; 2. a mintavételi időpont az oszlopba vetett növény növekedése során a gyökérlégzésből adódóan, továbbá a Postai cím: SZILI-KOVÁCS TIBOR, MTA Talajtani és Agrokémiai Kutatóintézet, 1022 Budapest, Herman Ottó út 15. E-mail: szili_k@rissac.hu

360 SZILI-KOVÁCS et al. hőmérséklet és talajnedvesség változásával befolyásolja-e a talajlevegő CO 2 és N 2 O koncentrációját? Anyag és módszer Hat bolygatatlan talajoszlopot készítettünk a PÁRTAY és munkatársai (1992) által közöltek szerint. In situ preparálásukat a Pannon Egyetem Szerves- és Műtrágyázási Tartamkísérlet parcellái mellett (Keszthely), egy sok éve trágyázatlan szegélyterületen történt 2008 áprilisában. A Ramann-féle barna erdőtalaj (Eutric cambisol) szántott rétegének humusztartalma 1,7%, a ph(kcl) 5,4 volt. Az oszlopok magassága 90 cm, átmérőjük 40 cm volt. A preparált oszlopokat a MTA TAKI Őrbottyáni Kísérleti Telepére szállítottuk, ahol azokat egy szerelőaknában helyeztük el úgy, hogy a talajfelszínnel egy magasságban legyenek. A szilikoncsöveket (320 mm hosszú; 12 mm belső átmérőjű és 2,0 mm falvastagságú) 20, 40 és 60 cm mélységben az oszlopra merőlegesen, az oszlop belsejébe fúrt lyukakban helyeztük el, és mindkét végüket szürke butilgumi szeptummal zártuk le. A szilikoncső oszlopból kilógó végét szigeteltük, itt a lezáró szeptum könnyen cserélhető. Kukoricamagokat vetettünk mindegyik oszlopba, 2008. május 23-án, és semmilyen más kezelést nem alkalmaztunk. Az oszlopokban 3 3 növényt neveltünk fel. A talajoszlopok preparálását és a gázmintavételeket Radimszky László végezte. A talajlevegő mintavételezését a vetéstől a 102. napig kéthetente, összesen hét alkalommal végeztük, azonos napszakban (reggel) és egyenlő időközökben, kivéve az utolsó mérést, ami három héttel követte a megelőzőt. A mintavételhez gáztömör Hamilton fecskendőt használtunk (10 cm³, side-port hole syringe ) és a gázmintát vákuumozott Exetainer csövekbe (Labco Ltd., UK) injektáltuk. A csöveket a mintavétel napján a Szent István Egyetem laboratóriumába szállítottuk, és 12 órán belül a mintákat lemértük. A szén-dioxid és dinitrogén-oxid mérését gázkromatográfiás módszerrel (KAMPFL et al., 2007) Halász Gábor, Horváth Márk, Kruppiné Fekete Ilona és Kiss Lászlóné végezte. Ehhez egy másik gáztömör fecskendőt használtunk, amellyel 0,250 cm³ gázmintát közvetlenül a gázkromatográfba (HP 5890) injektáltuk. A komponensek elválasztása Porapak Q oszlopon történt. A szén-dioxidot hővezető képességi, a dinitrogén-oxidot elektronbefogásos detektorral mértük, három ismétlésben. A mennyiségi meghatározás külső standarddal készített egypontos kalibráció alapján történt. Az Őrbottyáni Kísérleti Telep meteorológiai adatait (napi középhőmérséklet és csapadék) is összegyűjtöttük. Az adatokat kéttényezős varianciaanalízissel értékeltük, ahol a talajmélység volt az egyik, és a mintavételi időpont a másik tényező. A hat oszlopot ismétlésként vettük figyelembe, annak megállapítására, hogy az egyes oszlopok eltérnek-e egymástól.

Szilikoncső alkalmazása talajlevegő mintavételhez bolygatatlan talajoszlopokban 361 Eredmények és értékelésük A bolygatatlan talajoszlopban elhelyezett szilikoncső a talajlevegő csapdázására alkalmasnak bizonyult, mivel a CO 2 és N 2 O atmoszférikus koncentrációjának a többszörösét tudtuk segítségével mérni. Mivel más összehasonlító módszer nem állt rendelkezésünkre például valósidejű CO 2 szenzor (TANG et al., 2003), a mintázás torzitásmentességét nem tudtuk megállapítani. Azt viszont tudjuk, hogy az 1,6 mm falvastagságú szilikoncső esetében 4 óra, a 3,2 mm-esnél 8 10 óra (DESUTTER et al., 2006), míg az általunk használt szilikoncső (2,0 mm) belső és külső oldala között a CO 2 koncentrációja kb. 3 óra alatt egyenlítődött ki (utóbbi saját vizsgálat alapján). Így a mérési időközökhöz képest, a diffúziós kiegyenlítődés ideje szilikoncső alkalmazásával elhanyagolhatóan rövid. A napszakos ingadozások nyomon követéséhez más, a gázokat gyorsabban áteresztő műanyagból készült cső használata szükséges. Vizsgálataink alapján a CO 2 -koncentrációt a talajmélység és a mintavételi időpont szignifikánsan befolyásolta (p<0,001). A N 2 O koncentrációját is szignifikánsan befolyásolta (p<0,001) a mintavételi időpont, ugyanakkor a talajmélység hatása még éppen, hogy szignifikáns volt (p<0,05). A talajlevegő összetételében a CO 2 -koncentráció két maximumot adott (40. és 69. napon) a 40 és 60 cmes mélységben, míg a 20 cm-es mélységben jóval kisebb ingadozás mellett a 25. és 69. napon jelent meg egy egy maximum, majd a második után fokozatos csökkenés következett be mind a három mélységben (1. ábra). Az első maximum a kukoricagyökér intenzív növekedésekor történt egy esős periódus után, amelyet az átlaghőmérséklet emelkedése követett. A második maximum szintén egy esős időszakot követően megemelkedett átlaghőmérséklet után jelent meg (2. ábra). A N 2 O-kon- 250 CO2 koncentráció (mg/l) 200 150 100 50 0 20 cm 40 cm 60 cm 0 20 40 60 80 100 Idő (nap) 1. ábra A talajlevegő átlagos CO 2 koncentrációja (±szórás; mg Liter -1 ) a talajoszlop 20, 40 és 60 cmes mélységében (n = 6 oszlop) a kukorica növekedése során

362 SZILI-KOVÁCS et al. centráció egy maximumot mutatott (25. nap) a kísérlet kezdeti szakaszában, ami egybeesett a kezdeti intenzív gyökérnövekedéssel, és feltehetően a talajlégzés révén jelentős O 2 -fogyasztással járhatott, a 20 cm-es mélységben mért kiemelkedően nagy CO 2 -koncentráció alapján. Ezáltal a talajban lévő anaerob zóna kiterjedt, és a denitrifikációból származó N 2 O-képződés sebességét fokozta (3. ábra). A nagy ned- Napi csapadék (mm); átlaghőmérséklet ( o C) 60 50 40 30 20 10 0 0 20 40 60 80 100 Idő (nap) 2. ábra Napi átlaghőmérséklet ( o C) (vonalkázással jelölve) és a napi csapadék (mm) (oszloppal jelölve) a kukorica növekedése során 40 20 cm 40 cm 60 cm N2O koncentráció (µg/l) 30 20 10 0 0 20 40 60 80 100 Idő (nap) 3. ábra A talajlevegő átlagos N 2 O koncentrációja (±szórás; µg Liter -1 ) a talajoszlop 20, 40 és 60 cmes mélységében (n = 6 oszlop) a kukorica növekedése során

Szilikoncső alkalmazása talajlevegő mintavételhez bolygatatlan talajoszlopokban 363 vességtartalom (víztartó képesség 100%-a), valamint kukoricaszár hozzáadása a talajhoz nemcsak a denitrifikációt fokozza, hanem a N 2 O fokozott termelését is az összes N-tartalmú gázveszteséghez viszonyítva (DEBRECZENI et al., 2002). BERECZ és munkatársai (2004) szántóföldi tartamkísérleti területen beállított, kétéves mikroparcellás kísérletében a szerves- vagy ásványi trágyázás hatását a talajlevegő N- tartalmú gázainak koncentrációjára vagy részarányára csak a nedvesebb és melegebb évben lehetett kimutatni. Talajoszlopainkban a N 2 O-képződés csökkenése feltehetően a talaj NO 3 -N készletének növényi felvétel által okozott kimerülése miatt következhetett be, és így az alacsony ásványi-n koncentráció nem kedvezett a N 2 O-képződés számára, hasonlóan HYNŠT és munkatársai (2007) eredményéhez. Ebben a későbbi időszakban a N 2 O-képződés fő forrása a nitrifikáció lehetett a dominánsan aerob viszonyok miatt. A CO 2 -koncentráció növekedett a talajmélységgel, míg a N 2 O csak kismértékben változott, és a CO 2 -dal ellentétben a talajoszlop felső rétegében volt a legnagyobb. Amíg a talajrespiráció a talajnedvesség és hőmérséklet függvényében jól jellemezhetően változik, addig a N 2 O-képződés mértékét nehéz megbecsülni, mivel különböző biokémiai folyamatokban, ammónia oxidáció, denitrifikáció és más reakciók során is képződhet (ROBERTSON & TIEDJE, 1987). A talajnedvesség-tartalom változása megváltoztatja az aerob és anaerob mikrohabitátok eloszlását és kiterjedését, és így a N 2 O- és CO 2 -képződésben közreműködő mikrobiális folyamatok intenzitását is. A vízstressz (HAGYÓ et al., 2007; TÓTH et al., 2008) és egyéb, például nehézfémstressz (ANTON & MÁTHÉ-GÁSPÁR, 2005; MÁTHÉNÉ GÁSPÁR et al., 2006; BIRÓ & TAKÁCS, 2007; ALGAIDI et al., 2008) jelentősen megváltoztatja a talaj szén- és nitrogénforgalmi dinamikáját. Amellett, hogy a N 2 O-képződés egyik fő forrása a denitrifikáció, a talaj nitrátszintjének a növekedése megnövelheti a N 2 O produkcióját, vagyis a denitrifikációs gáztermékeken belül az N 2 O:N 2 arány megnő (ROBERTSON & TIEDJE, 1987). Ennélfogva a szerves- és műtrágyázás egyaránt megnöveli a talajok N-tartalmú gázveszteségét, közte a N 2 O produkcióját, ráadásul a szerves anyagok szubsztrátot biztosítanak a denitrifikáló baktériumok számára (KRISTÓF et al., 2007; NÓTÁS et al., 2007), növelve a talajok O 2 fogyasztását. Ugyanakkor a nitrogén hozzáférhetősége is megváltozhat a növény mikroba kölcsönhatási rendszerben (TAKÁCS et al., 2007). A nagyméretű talajoszlopokkal a talajprofilban lezajló folyamatok jól modellezhetők, viszont az a hátrányuk, hogy nagy a helyigényük, az elkészítésük nagyon munkaigényes, továbbá toxikus oldószergőzök kerülnek a levegőbe a műgyantás előkészítés során. Kisméretű bolygatatlan talajoszlopok is alkalmasak a felszíni talajrétegben az üvegházhatású gázok képződésének nyomon követésére laboratóriumi körülmények között, ami sorozatvizsgálatra is felhasználható (TÓTH et al., 2009). Vizsgálatainkból azt a következtetést vontuk le, hogy a szilikoncső alkalmas a talajlevegő passzív mintavételezéséhez bolygatatlan talajoszlopokból, ami lehetővé teszi az üvegházhatású gázok (CO 2 és N 2 O) kvantitatív elemzését. A CO 2 és N 2 O koncentrációja a talajmélység és időpont szerint is szignifikánsan változott. A kukorica növekedésének időszakában a N 2 O- egy a CO 2 -koncentráció pedig két ma-

364 SZILI-KOVÁCS et al. ximummal rendelkezett, aminek a képződésüket befolyásoló eltérő biokémiai mechanizmusok lehettek az okai. A gyökérnövekedés leállása után a talajlevegő CO 2 és N 2 O koncentrációja egyaránt lecsökkent. Következő lépésként ugyanezekben az oszlopokban különböző adagú N-kezelések CO 2 - és N 2 O-képződésre gyakorolt hatását tervezzük vizsgálni, ezen kívül nedvesség- és hőmérsékletmérő szondák beépítésével pontosabb képet kaphatunk a hatótényezők időbeli változásáról. Összefoglalás Az utóbbi időben az atmoszférába irányuló folyamatosan növekvő üvegházhatású gázok kibocsátása fokozott figyelmet érdemel. Míg a talaj felszínéről történő gázemissziót széleskörűen tanulmányozzák, viszonylag kevesen vizsgálják a talajprofilon belül az üvegházhatású gázok transzportját és koncentrációváltozását. Vizsgálatunk célja ezeknek a folyamatoknak a tanulmányozása volt bolygatatlan talajoszlopokban. Mivel a talajlevegő mintavétele gyakran körülményes, különösen vízzel átitatott és nedves talajokban, egy szilikoncsöves talajlevegő mintavevőt fejlesztettünk ki bolygatatlan talajoszlopok számára. Hat bolygatatlan talajoszlopot preparáltunk a Pannon Egyetem Georgikum Mezőgazdaságtudományi Karának keszthelyi tartamkísérleti területének művelés alól kivont részéről. A talajlevegő mintavételezéséhez szilikoncsöveket helyeztünk el a talajoszlop három eltérő mélységében (20, 40 és 60 cm). Mivel a szilikoncső falán keresztül a gázok diffúzióval könnyen átjutnak, a szén-dioxid és dinitrogén-oxid koncentrációját mérni tudtuk. A talajoszlopokba kukoricát vetettünk és a növények növekedése során közel egyenlő időközökben vizsgáltuk a talajgáz összetételét. Míg a CO 2 koncentrációja a talajmélységgel szignifikánsan változott, addig a N 2 O eloszlása alig változott. A talajlevegő CO 2 - és N 2 O-tartalma időben jelentősen változott. A tenyészidőszak alatt a CO 2 -koncentráció két csúcsot mutatott, ezek közül az első csúcs a 20 cm-es mélységben korábban jelent meg, mint a 40 és 60 cm-es mélységben. A 20 cm-es mélységben a CO 2 - koncentráció időbeli ingadozása sokkal kisebb volt. A második csúcs után a CO 2 koncentrációja mind a három mélységben fokozatosan lecsökkent. A N 2 O- koncentráció egy maximumot mutatott a kísérlet kezdeti szakaszában, ami egybeesett a kezdeti intenzív gyökérnövekedéssel, és feltehetően a talajlégzés általi jelentős O 2 -fogyasztás miatt növekedett az anaerob talajtérfogat, ami a denitrifikáció fokozódásához vezetett. Ezt követően a N 2 O-képződés fokozatosan lecsökkent. A talaj gázösszetétel dinamikájában nyomon követhető változások a gyökérlégzés intenzitásával, a talajnedvesség és a hőmérséklet változásával állhattak kapcsolatban, amire közvetett módon a csapadék- és léghőmérséklet adatok alapján következtettünk. A kutatómunkát az Országos Tudományos Kutatási Alap finanszírozta (OTKA konzorcium: K 72926, K 73326, K 73768).

Szilikoncső alkalmazása talajlevegő mintavételhez bolygatatlan talajoszlopokban 365 Kulcsszavak: széndioxid, dinitrogén-oxid, talajoszlop, talajlevegő Irodalom ANTON, A. & MÁTHÉ-GÁSPÁR, G., 2005. Factors affecting heavy metal uptake in plant selection for phytoremediation. Z. Naturforsch. C. 60. 244 246. ALGAIDI, A. A. et al., 2008. A hőmérséklet hatása nehézfémekkel szennyezett talajok gázkibocsátására. Agrokémia és Talajtan. 57. 147 160. BERECZ K., KISMÁNYOKY T. & DEBRECZENI B.-NÉ, 2005. Az ásványi és szervestrágyázás néhány növénytermesztési és környezeti hatása. Növénytermelés. 54. 169 179. BERECZ, K., KISMÁNYOKY, T. & DEBRECZENI, K., 2004. Nitrogeneous gas production in soil air in crop years with different precipitation. In: Proc. III. Alps-Adria Scientific Workshop. Dubrovnik, Croatia, 1 6 March 2004. 118 123. BIRÓ, I. & TAKÁCS, T., 2007. Effects of Glomus mosseae strains of different origin on plant macro- and micronutrient uptake in Cd-polluted and unpolluted soils. Acta Agron. Hung. 55. 183 192. CLOUGH, T. J. et al., 2006. Diffusion of 15 N-labelled N 2 O into soil columns: a promising method to examine the fate of N 2 O in subsoils. Soil Biol. Biochem. 38. 1462 1468. DEBRECZENI, K. et al., 2002. Nitrogenous gas production in the soil air as affected by different N fertiliser forms and water supplies in model experiments. Acta Agron. Hung. 50. 433 440. DESUTTER, T. M., SAUER, T. J. & PARKIN, T. B., 2006. Porous tubing for use in monitoring soil CO 2 concentrations. Soil Biol. Biochem. 38. 2676 2681. GLATZEL, S. & WELL, R., 2008. Evaluation of septum-capped vials for storage of gas samples during air transport. Environ. Monit. Assess. 136. 307 311. HAGYÓ, A. et al., 2007. Water cycle of different wheat genotypes under different water stresses. Cereal Res. Commun. 35. 437 440. HÁRSHEGYI, ZS. et al., 2008. Modelling with kinetic equations of transformation of different nitrogen fertilizer in a soil core incubation and a pot experiment. Cereal Res. Commun. 36. 1679 1682. HOLTER, P., 1990. Sampling air from dung pats by silicone rubber diffusion chambers. Soil Biol. Biochem. 22. 995 997. HORN, R. & PETH, S., 2009. Soil structure formation and management effects on gas emission. Biologia. 64. 448 452. HYNŠT, J., ŠIMEK, M. & BRUCEK, P., 2007. Nitrous oxide emissions from cattleimpacted pasture soil amended with nitrate and glucose. Biol. Fert. Soils. 43. 853 859. JACINTHE, P. A. & DICK, W. A., 1996. Use of silicone tubing to sample nitrous oxide in the soil atmosphere. Soil Biol. Biochem. 28. 721 726. KAMPFL, GY. et al., 2007. Study of NOx and CO 2 production of cultivated soil in closed microcosm experimental system. Microchem. J. 85. 31 38. KOÓS, S. & NÉMETH, T., 2007. Relation between carbon-dioxide fluxes and nitrogen content of soil in a long-term fertilization experiment. Cereal Res. Commun. 35. 641 644.

366 SZILI-KOVÁCS et al. KRISTÓF, K. et al., 2007. Examination of NOx and CO 2 production in agricultural soils. Cereal Res. Commun. 35. 689 692. LEAHY, P., KIELY, G. & SCANLON, T. M., 2004. Managed grasslands: A greenhouse gas sink or source? Geophys. Res. Lett. 31. 20. LELLEI-KOVACS, E. et al., 2008. Experimental warming does not enhance soil respiration in a semiarid temperate forest-steppe ecosystem. Community Ecol. 9. 29 37. LUKÁCS, A., PÁRTAY, G. & FARKAS, CS., 2008. Studying the soil water plant relationships on winter wheat grown in undisturbed soil columns. Cereal Res. Commun. 36. 479 482. MACHON, A. et al., 2008. Non-CO 2 greenhouse gas flux measurement above a nature reserve grassland in Kiskunság in an unusual year. Cereal Res. Commun. 36. 199 202. MÁTHÉNÉ GÁSPÁR G. et al., 2006. Kadmiumszennyezés utóhatása a talajra és növényekre egy barna erdőtalajon. Agrokémia és Talajtan. 53. 143 154. NÓTÁS, E. et al., 2007. Effect of N fertilisers and soil moisture levels on the N-gaseous losses and the plant N uptake in a maize pot experiment. Cereal Res. Commun. 35. 853 856. PÁRTAY G. et al., 1992. A gázfázis vizsgálata bolygatatlan szerkezetű talajoszlopban, kvadrupol tömegspektrométerrel. Agrokémia és Talajtan. 41. 299 322. RAJKAI, K. et al., 2008. Effects of nitrogen fertilization on carbon flows in soils with contrasting texture. Cereal Res. Commun. 36. 1870 1874. ROBERTSON, G. P. & TIEDJE, J. M., 1987. Nitrous oxide sources in aerobic soils: nitrification, denitrification, and other biological processes. Soil Biol. Biochem. 19. 187 193. TAKÁCS, T., VÖRÖS, I. & BIRÓ, I., 2007. Changes in infectivity and effectiveness of Glomus mosseae in relation to soil nitrogen nutrition. Symbiosis. 44. 101 107. TANG, J. T. et al., 2003. Assessing soil CO 2 efflux using continuous measurements of CO 2 profiles in soils with small solid-state sensors. Agr. Forest Meteorol. 118. 207 220. TÓTH, E., KOÓS, S. & FARKAS, CS. 2009. Soil carbon dioxide efflux determined from large undisturbed soil cores collected in different soil management systems. Biologia. 64. 643 647. TÓTH, E. et al., 2005. Carbon-dioxide emission from calcareous chernozem soil. Cereal Res. Commun. 33. 129 132. TÓTH, E. et al., 2008. Assessment of spatial variation of the soil water regime in the soil plant system. Cereal Res. Commun. 36. 303 306. ZSEMBELI, J. et al., 2005. CO 2 -measurements in a soil tillage experiment. Cereal Res. Commun. 33. 137 140. Érkezett: 2009.szeptember 23.

Szilikoncső alkalmazása talajlevegő mintavételhez bolygatatlan talajoszlopokban 367 Use of silicon tubes to take soil air samples from undisturbed soil columns for the study of CO 2 and N 2 O contents 1 T. SZILI-KOVÁCS, 2 Á. BÁLINT, 2 G. KAMPFL, 2 K. KRISTÓF, 2 G. HELTAI, 3 S. HOFFMANN, 1 A. LUKÁCS and 1 A. ANTON 1 Research Institute for Soil Science and Agricultural Chemistry (RISSAC) of the Hungarian Academy of Sciences, Budapest; 2 Department of Chemistry and Biochemistry, Szent István University, Gödöllő (Hungary) and 3 Institute of Crop Production and Soil Science, Pannon University, Keszthely (Hungary) Summary In recent years considerable attention has been given to the continuous increase in greenhouse gases being emitted into the environment. While gas emission from the soil surface has been widely investigated, relatively few studies have been made on the transport and concentration of greenhouse gases within the soil profile. The aim of the present work was to investigate these processes in undisturbed soil columns. As the sampling of soil air is often complicated, particularly in saturated or wet soils, a silicon tube was developed for sampling the soil air in undisturbed soil columns. Six undisturbed soil columns were prepared from the set-aside plot in a long-term experiment set up by the Georgikon Faculty of Agriculture of the Pannon University in Keszthely. The ploughed layer of the Ramann s brown forest soil (Eutric cambisol) had a humus content of 1.7% and ph(kcl) 5.4. The columns were 90 cm high and 40 cm in diameter. To sample soil air, silicon tubes (320 mm long, with an internal diameter of 12 mm and wall thickness of 2.0 mm) were placed in the soil column at three different depths (20, 40, 60 cm). As gases readily diffuse through the walls of the silicon tubes, it was possible to measure the concentrations of carbon dioxide and dinitrogen oxide. Maize was sown in the soil columns, and the composition of the soil gas was analysed at regular intervals during the plant growth period. While the CO 2 concentration changed significantly with soil depth, there was little change in the distribution of N 2 O. The CO 2 concentration exhibited two peaks during the vegetation period, the first of which was detected earlier at a depth of 20 cm than at 40 or 60 cm. There was far less fluctuation in the CO 2 concentration over time at a depth of 20 cm. After the second peak the CO 2 concentration gradually declined at all three depths. The N 2 O concentration exhibited a single maximum in the early stages of the experiment, coinciding with initial intensive root growth. Probably due to the significant O 2 demand of soil respiration, there was an increase in the anaerobic soil volume, leading to an increase in denitrification. After this, the N 2 O formation gradually declined. The changes detected in the dynamics of soil gas composition could have been due to the intensity of root respiration and to changes in soil moisture and temperature, which were deduced indirectly from rainfall and air temperature data. Fig. 1. Mean CO 2 concentration of the soil air (±SD; mg L -1 ) in the soil column at depths of 20, 40 and 60 cm (n = 6 columns) during maize growth.

368 SZILI-KOVÁCS et al. Fig. 2. Mean daily temperature ( C) (designated by hatching) and daily rainfall (mm) (columns) during maize growth. Fig. 3. Mean N 2 O concentration of the soil air (±SD; μg L -1 ) in the soil column at depths of 20, 40 and 60 cm (n = 6 columns) during maize growth.