Labile organic nitrogen fractions: characteristics, dynamics and significance to soil nitrogen supply in agricultural soils

Short-term nitrogen (N) availability in agricultural soils is derived mostly from the labile organic N pool. A better understanding of N transformation processes that occur in key labile organic N fractions is necessary to recognize their role in N cycling and their relative contribution to N mineralization. The objectives of this thesis were to (1) examine, under field conditions, the influence of preceding legume and non-legume crops on microbial biomass N (MBN), water-extractable organic N (WEON), and particulate and light fraction organic matter N (POMN, LFOMN) across five sites and how these fractions supply N to canola (Brassica napus L.), as determined from N uptake and grain yield, and (2) investigate under controlled conditions, the incorporation and turnover of crop residue N through MBN, WEON, POMN and LFOMN. Labile organic N fractions were similar regardless of preceding crop but varied across sites due to soil and climatic conditions. The POMN was the best single predictor of soil N supply (R2 = 0.56 and R2 = 0.70 for yield and N uptake, respectively). Soil N supply was related to POMN, mineral N and sand content, which explained 68% of the variation in grain yield and 71% of the variation in N uptake. Sandy-loam and clay soils were incubated for 112 d with 15N-labelled faba bean (Vicia faba, C/N ratio = 29) and wheat (Triticum aestivum L, C/N ratio = 91) residues. After 3 d, most (17-30%) of the residue 15N was recovered in the POMN, with a greater proportion of the wheat than the faba bean residue recovered in the POMN fraction. The 15N recovered in the POMN fraction after 3 d was significantly related to mineral N released after 112 d (r = 0.78, P<0.001), with more 15N released as mineral N in sandy-loam than clay soil and from faba bean than wheat residue. Net N mineralization in whole soil (WS) + POM mixtures was better related to POM N concentration and less to soil mineral N, soil texture or pH, suggesting that the extent to which POM contributes to N mineralization depends on the crop residue chemistry from which it was derived. I conclude that the turnover of POMN is a major pathway through which mineral N is released in the short-term in agricultural soils. Current N fertilizer recommendations can be improved by considering POM and soil mineral N concentrations, soil texture and environmental conditions. This will help to minimize the negative impacts of N losses on the environment and make a significant step towards enhancing N-use efficiency in agroecosystems.La disponibilité à court terme de l'azote (N) dans les sols agricoles est essentiellement issue de la fraction labile du N organique. Une meilleure compréhension des processus de transformation de ces fractions est nécessaire pour connaitre leur rôle dans le cycle de l'azote et leur contribution relative à la minéralisation de N. Les objectifs de cette thèse étaient de (1) examiner, sous les conditions de champs, l'effet du précédent cultural (légumineuse vs non-légumineuse) sur la biomasse microbienne de l'azote (MBN), l'azote organique extrait à l'eau (WEON) et les fractions légère et particulaire de la matière organique (POMN, LFOMN) à travers cinq sites et comment ces fractions sont-elles liées à l'approvisionnement en N [canola (Brassica napus L.) prélèvement de N et rendement en grains] and (2) étudier, sous des conditions contrôlées, l'incorporation et le turnover de l'azote des résidus des cultures via MBN, WEON, POMN et LFOMN. Les fractions labiles du N organique étaient similaires quel que soit le précédent cultural mais varie avec les sites due aux sols et aux conditions climatiques. Le POMN était le meilleur indicateur de l'approvisionnement en N (R2 = 0,56 and R2 = 0,70 pour le rendement en grains et le prélèvement en N, respectivement). De plus, l'approvisionnement en N était premièrement relié à l'effet combiné de POMN, l'azote minéral et la teneur du sol en sable; ces paramètres expliquent 68% de la variation dans le rendement en grains et 71% de la variation dans le prélèvement en N .Deux sols, loam sableux et argileux, ont été incubés pendant 112 jours avec des résidus d'haricot (Vicia faba, C/N = 29) et du blé (Triticum aestivum L, C/N = 91) marqués à 15N. Après 3 jours, la majeure partie (17-30%) des résidus de 15N a été trouvée dans la fraction POMN par comparaison aux autres fractions. Une plus grande proportion de résidus de blé que de résidus d'haricot a été trouvée dans la fraction POMN. La forme minérale du 15N libérée a été plus élevée dans le sol laom-sableux que dans l'argile et avec l'incorporation de l'haricot comparée au blé. Le 15N incorporé au POMN après 3 jrs a été significativement relié à l'azote minéral libéré après 112 jrs (r = 0.78, P