METHANE AND NITROUS OXIDE EMISSIONS FROM ANMETHANE AND NITROUS OXIDE EMISSIONS FROM AN URUGUAYAN RICE FIELD

MSc Pilar Irisarri D t t f Pl t Bi lDepartment of Plant BiologyFacultad de  AgronomíaUniversidad de la RepúblicaMontevideo URUGUAYMontevideo, URUGUAY

MARCO/GRA Joint Workshop on Paddy Field Management and Greenhouse Gases

BACKGROUND ‐ Uruguay

20%

10%

0%

10%

70%Temperature Oct‐Apr: 17. 6ºC

Rain: 1100 mm  

Heliophany: 6.6 h

Area: 162000 ha

Yield: 7670 kg ha‐1

BACKGROUND ‐ GHG

GHG National Inventory, 2002

15000

5000

10000 C

O2

-5000

0

on /

kton

eq

-15000

-10000kto

-20000

Emisión neta (kton) -19157 688 31E i ió t (kt d CO2) 19157 14446 9697 4986

CO2 CH4 N2O Total

Emisión neta (kton eq. de CO2)100 años

-19157 14446 9697 4986

BACKGROUND – Non‐CO2 GHGCH4 emissions: 14.4 Mt CO2‐e N2O emissions: 9.7 Mt CO2‐e

Desechos - Residuos Sólidos

Urbanos8% Agricultura -

Cultivo de arroz A i lt

Agriculture:i

Agriculture:

Urban solid waste8%

Desechos - Efl t lí id

Cultivo de arroz4% Agricultura -

Manejo del estiércol

2%

Agricultura - Suelos

agrícolas (Emisiones indirectas)

33%

Agricultura - Suelos

agrícolas (Emisiones directas)

rice4%

Agriculture: manure management2%

indirect emissions from managed soils33%

Liquid

Agriculture:direct emissions from managed soils

Efluentes líquidos industriales y domésticos

2%Agricultura -

Fermentación entérica Desechos -

Excremento

directas)6%

Agriculture: enteric fermentation

Liquid waste2%

6%

84% Excremento humano

1%Agricultura - Suelos de pastoreo

(Emisiones directas por excreta de

fermentation84% Agriculture: 

animal excreta inputs to grazed soils60% animales)

60%

60%

BACKGROUND – Rice production system

•Only one rice crop per year•Only one rice crop per year

The crop is dr direct seeded Depending on rainfall oc rrence•The crop is dry‐direct seeded. Depending on rainfall ocurrence, flushing (1 or 2) is required to prevent water stress, before establishing the permanent flood 30‐40 days after planting till15 20 days before harvest

•Starter fertilizers are normally applied at seeding and mainly 

15 ‐20  days before harvest.

consist in N and P applications. One or two N top dressings are normally used (tillering /panicle initiation). Average 60 kg N ha‐1.

•Rice production rotates with 3 to 4 years of pastures.

OBJECTIVES

• To measure CH4 and  N2O emissions in a ricefield of the Eastern production zoneEastern production zone.

• To assess the effect of paddy field management on CH4 and• To assess the effect of paddy field management on CH4 and  N2O fluxes

– Flooding regime – Nitrogen fertilization

Winter cover crop– Winter cover crop

MATERIALS AND METHODS – Experimental design

• Greenhouse– Experimental Station INIA TyT– 3 treatments (DAE):

• Flooding 21 DAE, with N• Flooding 45 DAE with NFlooding 45 DAE, with N• Flooding 21 DAE, without N

• Field– Unidad “Paso de la Laguna” INIA TyT– 4 treatments:

• Ryegrasss as winter cover crop• Ryegrasss as winter cover crop –with or without N

• Without cover ‐ with or without N– Flooding 21 DAE– 9 x 4 m2 plots

OC %

Total N%

P Bray I (µg/g)

K (meq/100g)

pH (H2O)

Ap dens (g cm-3)

1.9 0.17 7.8 14.6 5.4 1.4

MATERIALS AND METHODS ‐ CH4 y N2O measurements4 y 2

“Closed chambers method”– Permanently installed bases, water‐sealy ,– Fan– Internal chamber temperature 

Ai l ll t d t 0 30 60 i– Air samples collected at 0, 30, 60 min– Samples stored in vacutainers

A l i GCAnalysis: GC– CH4: flame ionization detector– N2O: electronic capture detector2 p

Mass flux (g/ha.d): F = ρ.h(dC/dt)

MATERIALS  ‐ RESULTS

MATERIALSMATERIALS

RESULTS ‐ Greenhouse

• N2O N O– Without N:

almost no emission– With N: 50

60

708090

N2O

2O (g/ h

a.d)

– With N:Highest when fertilization was inmediately after flooding (p<0 0001) 10

0102030

4050

20 0 20 40 60 80 100 120

Flujo N‐N

2

(p<0.0001)

• CH4

-10-20 0 20 40 60 80 100 120

Tiempo (DDE)

CH44– Emission begins 5 weeks after 

flooding (21 DAE)– Date of flooding was not as

4000

5000

6000

7000 4

‐CH 4

(g /ha.d)

– Date of flooding was not as determinant as phenological stage of rice (emission begins at reproductive stage)

0

1000

2000

3000

-20 0 20 40 60 80 100 120

Flujo C‐

at reproductive stage)Tiempo (DDE)

RESULTS ‐ Field

N2O• N2O

5060

708090

N2O– Emission increases after 

flooding and flushing– No significant differences 2O

 (g/ h

a.d)

100

1020

304050

30 10 10 30 50 70 90 110 130 150 170

No significant differences (p<0.0964)

– Slight increase after drainage previous harvest

Flujo N‐N

2

-10-30 -10 10 30 50 70 90 110 130 150 170

Tiempo (DDE)

CH4

p

• CH4– Emission begins 5 weeks after 

4000

5000

6000

7000

4gflooding  with ryegrass earlier

– Ryegrass + N: highest H 4(g /

ha.d)

0

1000

2000

3000

-30 -10 10 30 50 70 90 110 130 150 170

Ryegrass   N: highest (interaction p<0.0001)

– Decreases with drainage Flujo C‐CH

-100030 10 10 30 50 70 90 110 130 150 170

Tiempo (DDE)

DISCUSSION 

CHCH4

Water soil content‐ redox potentialWater soil content redox potentialRyegrass and N fertilization Phenological stage of riceMETHANOGENESIS METHANOTROPHYMETHANOGENESIS – METHANOTROPHY

N2O2

N fertilizationW il d i lWater soil content – redox potentialNITRIFICATIONDENITRIFICATION

PRELIMINARY CONCLUSIONS

• CH4 major GHG

• Emission patterns for both gases followed inverse trends

• Rice after ryegrass cover crop emitted 2 times more methane than without cover crop

• No methane was detected during fallow or in the pasture‐rotation phase.

• CH4 emission predicted using IPCC methodology was 80 kg h ‐1 ‐1 hil th l l t d t fl 61ha‐1 yr‐1 while the calculated net mass flux was among 61‐112 kg ha‐1 yr‐1 for the field treatments

The “dream team”Acknowledgements

Silvana TarleraSilvana Tarlera, Mariana Urraburu, Virginia Pereyra, Leticia PéreLeticia Pérez,Ana Fernández, Pilar Irisarri