Acid organic soils drained for agriculture are hotspots for nitrous oxide (N2O) emissions. Previous studies have indicated that water table (WT) depth and nitrogen (N) availability are important environmental controls, however, little is known about pathways leading to N2O emission. We investigated a raised bog drained for agriculture (pH 4.6 to 5.5) with, respectively, rotational grass and a potato crop in the experimental year and subplots with and without N fertilisation. The emissions and isotopic composition of N2O were monitored during spring and autumn periods with significant changes in WT depth, and in the availability of ammonium (NH4+) and nitrate (NO3−). Nitrous oxide emissions were determined at 6-h intervals using eight automated chambers interfaced with a laser instrument for N2O isotopomer analysis. A threshold of 600 ppb N2O (final concentration) was adopted to stabilise estimates of site preference (SP) and δ15Nbulk of emitted N2O against the background of N2O in ambient air. Nitrous oxide emissions varied consistently with land use, slope position and time of day and year, but with little effect of N fertilisation. Isotopic signatures of N2O from the grassland site could not be investigated due to generally low emissions. In the potato field, in total 255 and 266 flux measurements exceeded the 600 ppb threshold in unfertilised and fertilised subplots, respectively. Both N2O emissions and isotopic signatures responded to WT dynamics, individual rain events, and soil N availability. Across eight individual periods, the δ15Nbulk of N2O emitted from the soil varied between − 55 and + 18‰, while site preference (SP) varied between − 4 and + 25‰. The first and the last period (shoulder seasons) were both N limited, and here isotopic signatures of N2O were similar and distinctly different from signatures in mid-season periods with mineral N accumulation. Nitrifier denitrification and chemodenitrification were proposed as potential pathways to N2O production in shoulder seasons, whereas in mid-season periods the isotopic signatures could be associated with either ammonia oxidation or fungal denitrication (late spring), or with bacterial denitrification (early autumn). The interpretation of isotopic signatures of N2O was confounded by the possible effect of N2O reduction. The study provides evidence that both sources and pathways of N2O emissions from managed organic soil vary dynamically with WT changes and N availability.

中文翻译：

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N2O 同位素分析显示，用于农业排水的酸性有机土壤中 N2O 的季节性不同来源

为农业排水的酸性有机土壤是一氧化二氮 (N2O) 排放的热点。先前的研究表明，地下水位 (WT) 深度和氮 (N) 可用性是重要的环境控制措施，但是，对导致 N2O 排放的途径知之甚少。我们调查了一个用于农业排水的凸起沼泽（pH 4.6 至 5.5），在试验年份分别种植轮作草和马铃薯作物，以及施肥和不施氮的子地块。在春季和秋季期间监测 N2O 的排放和同位素组成，WT 深度发生显着变化，氨（NH4+）和硝酸盐（NO3-）的可用性发生显着变化。一氧化二氮的排放量以 6 小时为间隔，使用与激光仪器连接的八个自动化室进行测定，以进行 N2O 同位素分析。采用 600 ppb N2O（最终浓度）的阈值来稳定环境空气中 N2O 背景下排放 N2O 的地点偏好 (SP) 和 δ15Nbulk 的估计值。一氧化二氮排放随土地利用、坡度位置以及一天中和一年中的时间而变化，但施氮的影响很小。由于排放量普遍较低，因此无法研究来自草原场地的 N2O 的同位素特征。在马铃薯田中，在未施肥和施肥的子地块中，总共有 255 次和 266 次通量测量值超过了 600 ppb 的阈值。N2O 排放和同位素特征都对 WT 动力学、个别降雨事件和土壤 N 可用性做出响应。在八个单独的时期，从土壤中排放的 N2O 的 δ15Nbulk 在 - 55 到 + 18‰之间变化，而站点偏好 (SP) 在 - 4 和 + 25‰ 之间变化。第一个和最后一个时期（肩季）均受 N 限制，此处 N2O 的同位素特征与具有矿物 N 积累的中期时期的特征相似但明显不同。硝化器反硝化和化学脱氮被认为是平季中 N2O 生产的潜在途径，而在中季，同位素特征可能与氨氧化或真菌反硝化（晚春）或细菌反硝化（早秋）有关。N2O 的同位素特征的解释被 N2O 还原可能产生的影响所混淆。该研究提供的证据表明，管理有机土壤中 N2O 排放的来源和途径随 WT 变化和 N 可用性而动态变化。第一个和最后一个时期（肩季）均受 N 限制，此处 N2O 的同位素特征与具有矿物 N 积累的中期时期的特征相似但明显不同。硝化器反硝化和化学脱氮被认为是平季中 N2O 生产的潜在途径，而在中季，同位素特征可能与氨氧化或真菌反硝化（晚春）或细菌反硝化（早秋）有关。N2O 的同位素特征的解释被 N2O 还原可能产生的影响所混淆。该研究提供的证据表明，管理有机土壤中 N2O 排放的来源和途径随 WT 变化和 N 可用性而动态变化。第一个和最后一个时期（肩季）均受 N 限制，此处 N2O 的同位素特征与具有矿物 N 积累的中期时期的特征相似但明显不同。硝化器反硝化和化学脱氮被认为是平季中 N2O 生产的潜在途径，而在中季，同位素特征可能与氨氧化或真菌反硝化（晚春）或细菌反硝化（早秋）有关。N2O 的同位素特征的解释被 N2O 还原可能产生的影响所混淆。该研究提供的证据表明，管理有机土壤中 N2O 排放的来源和途径随 WT 变化和 N 可用性而动态变化。在这里，N2O 的同位素特征与具有矿物质 N 积累的季节中期的特征相似但明显不同。硝化器反硝化和化学脱氮被认为是平季中 N2O 生产的潜在途径，而在中季，同位素特征可能与氨氧化或真菌反硝化（晚春）或细菌反硝化（早秋）有关。N2O 的同位素特征的解释被 N2O 还原可能产生的影响所混淆。该研究提供的证据表明，管理有机土壤中 N2O 排放的来源和途径随 WT 变化和 N 可用性而动态变化。在这里，N2O 的同位素特征与具有矿物 N 积累的季节中期的特征相似但明显不同。硝化器反硝化和化学脱氮被认为是平季中 N2O 产生的潜在途径，而在中季，同位素特征可能与氨氧化或真菌反硝化（晚春）或细菌反硝化（早秋）有关。N2O 的同位素特征的解释被 N2O 还原可能产生的影响所混淆。该研究提供的证据表明，管理有机土壤中 N2O 排放的来源和途径随 WT 变化和 N 可用性而动态变化。硝化器反硝化和化学脱氮被认为是平季中 N2O 生产的潜在途径，而在中季，同位素特征可能与氨氧化或真菌反硝化（晚春）或细菌反硝化（早秋）有关。N2O 的同位素特征的解释被 N2O 还原可能产生的影响所混淆。该研究提供的证据表明，管理有机土壤中 N2O 排放的来源和途径随 WT 变化和 N 可用性而动态变化。硝化器反硝化和化学脱氮被认为是平季中 N2O 生产的潜在途径，而在中季，同位素特征可能与氨氧化或真菌反硝化（晚春）或细菌反硝化（早秋）有关。N2O 的同位素特征的解释被 N2O 还原可能产生的影响所混淆。该研究提供的证据表明，管理有机土壤中 N2O 排放的来源和途径随 WT 变化和 N 可用性而动态变化。或用细菌反硝化（初秋）。N2O 的同位素特征的解释被 N2O 还原可能产生的影响所混淆。该研究提供的证据表明，管理有机土壤中 N2O 排放的来源和途径随 WT 变化和 N 可用性而动态变化。或用细菌反硝化（初秋）。N2O 同位素特征的解释被 N2O 还原可能产生的影响所混淆。该研究提供的证据表明，管理有机土壤中 N2O 排放的来源和途径随 WT 变化和 N 可用性而动态变化。