REPORTS 15 SEPTEMBER 2000 VOL 289 S

R
EPORTS
15 SEPTEMBER 2000 VOL 289 SCIENCE www.sciencemag.org
1922
eralizable N were 3 to 10 times lower in the
poplar sites than in any of the high-N
2
O
sites ( Table 1).
The difference in N
2
O production be-
tween cropped and successional systems pro-
vides an estimate of background fluxes in
agriculture now missing from current glob-
al flux estimates. The current Intergovern-
mental Panel on Climate Change (IPCC)
methodology for assessing direct N
2
O
emissions from agricultural fields (
17
)
multiplies total N inputs (from synthetic
fertilizer, manure, legumes, and crop resi-
due) by an N
2
O emission factor calculated
as the difference between N
2
O flux from
fertilized versus unfertilized experimental
plots plus a background flux equivalent to
that of the unfertilized plot. The difference
between the estimated background flux and
the actual preagricultural flux is missing
(
18
). In our site, the N
2
O flux difference
between the unfertilized early successional
site and the late successional forest (
15
)
would add 40% to estimates of background
N
2
O emissions, or about 20% to estimates
of annual crop emissions based on IPCC
emission factors alone (
19
). The magnitude
of this increase further underscores the im-
portance of contemporary agriculture, as
suggested in recent revisions of the global
N
2
O budget (
18
)
.
A 20% increase in the
total flux attributed to cultivated soils in the
most recent IPCC assessment (
1
) adds 0.7
Tg N year
2
1
to the global N
2
O flux.
We used current IPCC factors (
20
)to
estimate the GWP for each of these systems
based on contributions of individual gases.
GWP provides a measure of the cumulative
radiative forcing of various greenhouse gases
relative to some reference gas, usually CO
2
,
over a specific time horizon, here 20 years
(
21
). We calculated net CO
2
flux on the basis
of changes in soil organic matter and the CO
2
cost of agronomic inputs—N fertilizer, lime,
and fuel. Changes in soil organic matter re-
flect the difference between net C uptake by
plants and losses of carbon from crop harvest
and from the microbial oxidation of crop
residues and soil organic matter (
22
)
.
The conventional tillage system exhibited
a net GWP of 114 g CO
2
equivalents m
2
1
year
2
1
( Table 2). About half of this potential
was contributed by N
2
O production (52 g
CO
2
equivalents m
2
2
year
2
1
), with an equiv-
alent amount (50 g CO
2
equivalents m
2
2
year
2
1
) contributed by the combined effects
of fertilizer and lime. The CO
2
cost of fuel
use was also significant but less than that of
either lime or fertilizer. No soil C accumulat-
ed in this system, nor did CH
4
oxidation
significantly offset any GWP sources.
The net GWP of the no-till system (14 g
CO
2
equivalents m
2
2
year
2
1
) was substan-
tially lower than that of the conventional
tillage system, mostly because of increased
C storage in no-till soils. Slightly lower
fuel costs were offset by somewhat higher
lime inputs and N
2
O fluxes. Intermediate to
Fig. 1.
CH
4
oxidation
(
top
) and N
2
O pro-
duction (
bottom
)in
annual and perennial
cropping systems and
unmanaged systems.
Annual crops were
managed as conven-
tional cropping sys-
tems, as no-till sys-
tems, as low–chemical
input systems, or as
organic systems (no
fertilizer or manure).
Midsuccessional sys-
tems were either nev-
er tilled (NT ) or his-
torically tilled (HT )
before establishment.
All systems were rep-
licated three to four
times on the same or
similar soil series; flux-
es were measured
over the 1991–99 pe-
riod. There are no sig-
nificant differences
(
P
.
0.05) among bars
that share the same
letter on the basis of
analysis of variance.
Triangles indicate av-
erage fluxes when in-
cluding the single day of anomalously high fluxes in the no-till and low-input systems in 1999 and
1991, respectively (
15
).
Table 1.
Patterns of aboveground net primary production (ANPP), soil nitrogen availability, and soil organic carbon (
30
) among study sites (
10
). Values are
means (
6
SE) of annual ecosystem averages (
n
5
8 years), except that organic C values are 1999 means.
Ecosystem management
ANPP
(MT ha
2
1
year
2
1
)
NO
3
-N
†
(
m
gg
2
1
)
N mineralization
potential
†
(
m
gg
2
1
day
2
1
)
Organic C
‡
(%)
Organic C
‡
(kg m
2
2
)
D
C
(g m
2
2
year
2
1
)
Annual crops (Corn-soybean-
wheat rotation)
Conventional tillage 9.24 (1.41) 6.54 (0.53) 0.13 (0.05) 1.00 (0.07) 0.94 (0.05) 0.0
No till 9.19 (1.48) 4.74 (0.32) 0.17 (0.03) 1.24 (0.05) 1.24 (0.06) 30.0
Low input with legume cover 8.84 (1.39) 4.34 (0.21) 0.23 (0.02) 1.08 (0.03) 1.05 (0.01) 11.0
Organic with legume cover 7.79 (1.11) 3.83 (0.20) 0.21 (0.02) 1.09 (0.05) 1.02 (0.04) 8.0
Perennial crops
Alfalfa 8.18 (1.67) 2.53 (0.17) 0.26 (0.02) 1.30 (0.05) 1.38 (0.08) 44.0
Poplar 10.17 (4.00) 0.30 (0.02) 0.04 (0.01) 1.40 (0.14) 1.26 (0.11) 32.0
Successional communities
Early successional 4.24 (0.37) 0.63 (0.04) 0.08 (0.01) 1.63 (0.06) 1.54 (0.05) 60.0
Midsuccessional (HT )* 2.60 (0.27) 0.37 (0.05) 0.16 (0.04) 1.61 (0.19) 1.37 (0.14) 0.9
Midsuccessional (NT )* 4.93 (0.22) 0.47 (0.03) 0.03 (0.02) 3.63 (0.28) 2.84 (0.22) 0.0
Late successional forest 5.26 (0.11) 1.84 (0.11) 0.28 (0.03) 2.93 (0.47) 2.29 (0.21) 0.0
*HT, historically tilled; NT, never tilled.
†
0- to 25-cm depth.
‡
0- to 7.5-cm depth.
R
EPORTS
www.sciencemag.org SCIENCE VOL 289 15 SEPTEMBER 2000
1923

Hasil (Bahasa Indonesia) 1:

REPORTS 15 SEPTEMBER 2000 VOL 289 ilmu www.sciencemag.org 1922eralizable N adalah 3-10 kali lebih rendah Poplar situs daripada dalam tinggi-N2O situs (Tabel 1). Perbedaan dalam N2O produksi menjadi-tween dipotong dan successional sistem pro-Vides perkiraan fluks latar belakang di pertanian sekarang hilang dari gumpal yang saat ini-Al fluks memperkirakan. Saat ini Intergovern-mental Panel tentang perubahan iklim (IPCC) suatu metodologi untuk menilai langsung N2O emisi dari lahan pertanian)17) mengalikan total N input (dari sintetis pupuk, pupuk, kacang-kacangan, dan tanaman resi-jatuh tempo) oleh N2O faktor emisi dihitung sebagai perbedaan antara N2O fluks dari dibuahi versus sel eksperimental Plot ditambah latar belakang fluks setara dengan bahwa plot sel. Perbedaan antara fluks perkiraan latar belakang dan fluks preagricultural aktual hilang (18). Di situs kami, N2O fluks perbedaan antara sel awal successional situs dan hutan successional (akhir15) akan menambah 40% perkiraan latar belakang N2O emisi, atau sekitar 20% untuk perkiraan dari emisi tanaman tahunan berdasarkan IPCC faktor emisi (sendirian19). Besarnya Peningkatan ini lebih lanjut menggarisbawahi im-portance pertanian kontemporer, sebagai disarankan dalam hari revisi global N2O anggaran ()18). Peningkatan 20% Total fluks dikaitkan dengan tanah dibudidayakan di Pemesanan IPCC assessment (1) menambahkan 0,7 TG N tahun21 untuk global N2O fluks. Kami menggunakan (faktor IPCC) saat ini20) untuk memperkirakan GWP untuk masing-masing sistem Berdasarkan kontribusi individu gas. GWP menyediakan ukuran kumulatif memaksa radiasi dari beragam gas rumah kaca relatif ke beberapa referensi gas, biasanya CO2, selama waktu tertentu horizon, sini 20 tahun (21). Kami menghitung bersih CO2 fluks atas dasar perubahan dalam bahan organik tanah dan CO2 biaya input agronomi-pupuk N, kapur, dan bahan bakar. Perubahan dalam tanah bahan organik re-flect perbedaan antara bersih C penyerapan oleh kerugian karbon dari panen tanaman dan tanaman dan dari oksidasi mikroba tanaman residu dan tanah organik penting)22). Sistem budidaya konvensional yang dipamerkan GWP bersih 114 g CO2 m setara21 tahun21 (Tabel 2). Sekitar setengah dari potensi ini disumbangkan oleh N2O produksi (52 g CO2m setara22tahun21), dengan equiv -jumlah alent (50 g CO2 m setara22 tahun21) disumbangkan oleh efek gabungan pupuk dan kapur. CO2 biaya bahan bakar kegunaan adalah juga penting tetapi kurang dari yang kapur atau pupuk. Tidak ada tanah C accumulat-Ed dalam sistem ini, begitu pula CH4 oksidasi secara signifikan mengurangi sumber GWP. GWP bersih no-sampai sistem (14 g CO2 m setara22 tahun21) adalah substan -tially lebih rendah daripada konvensional sistem tanah yg dikerjakan, sebagian besar karena dari meningkat C penyimpanan dalam no-sampai tanah. Sedikit lebih rendah biaya bahan bakar telah diimbangi oleh agak lebih tinggi kapur input dan N2O fluks. Perantara untuk Gambar 1. CH4 oksidasi (atas) dan N2O pro -duction)bawah) di tahunan dan abadi sistem tanam dan tidak dikelola sistem. Tanaman tahunan yang dikelola sebagai mengkonversikannyaili tanam sys-Tems, sebagai no-sampai sys-Tems, sebagai rendah-kimia masukan sistem, atau sebagai sistem organik (no pupuk atau pupuk). Midsuccessional SIS-Tems yang baik nev-eh digarap (NT) atau -torically digarap (HT) sebelum pendirian. Semua sistem yang rep-licated tiga sampai empat kali yang sama atau seri tanah serupa; fluks-es diukur Selama 1991 – 99 pe-riod. Ada tidak ada sig-perbedaan nificant (P.0.05) antara Bar yang berbagi sama Surat berdasarkan umur, jenis Analisis varians. Segitiga menunjukkan av-fluks Temperature ketika di-cluding hari anomalously tinggi air dalam sistem no-sampai dan rendah-masukan pada tahun 1999 dan tahun 1991, masing-masing (15). Tabel 1. Pola tanah utama produksi bersih (ANPP), tanah ketersediaan nitrogen dan karbon organik tanah (30) antara studi situs ()10). Nilai-nilai berarti)6SE) ekosistem tahunan rata-rata ()n5 8 tahun), kecuali bahwa C organik nilai yang berarti 1999. Manajemen ekosistem ANPP (MT ha21 tahun21) Tidak3-N† (mGG21) N mineralisasi potensi† (mGG21 hari21) C organik‡ (%) C organik‡ (kg m22) DC (g m22 tahun21) Tanaman tahunan (jagung - kedelai-rotasi gandum) Tanah yg dikerjakan konvensional 9.24 (1,41) 6,54 (0,53) 0,13 (0.05) 1,00 (0,07) 0.94 (0.05) 0,0 Tidak sampai 9.19 (1,48) 4.74 (0.32) 0.17 (0.03) 1,24 (0.05) 1,24 (0.06) 30.0 Masukan rendah dengan kacangan penutup 8.84 (1.39) 4.34 (0,21) 0,23 (0.02) 1,08 (0.03) 1,05 (0.01) 11.0 Organik dengan kacangan penutup 7.79 (1.11) 3,83 (0,20) 0,21 (0.02) 1,09 (0.05) 1,02 (0,04) 8.0 Tanaman Perennial Alfalfa 8,18 (1.67) 2.53 (0.17) 0,26 (0.02) 1,30 (0.05) 1,38 (0.08) 44.0 Poplar 10,17 (4.00) 0,30 (0.02) 0,04 (0.01) 1,40 (0,14) 1.26 (0.11) 32,0 Successional masyarakat 4.24 successional awal (0.37) 0.63 (0,04) 0.08 (0.01) 1,63 (0.06) 1,54 (0.05) 60,0 Midsuccessional (HT) * 2,60 (0.27) 0.37 (0.05) 0,16 (0,04) 1,61 (0.19) 1.37 (0,14) 0,9 Midsuccessional (NT) * 4.93 (0.22) 0,47 (0.03) 0.03 (0.02) 3,63 (0.28) 2,84 (0.22) 0,0 Akhir successional hutan 5,26 (0.11) yaitu 1.84 (0.11) 0.28 (0.03) 2,93 (0,47) 2,29 (0,21) 0,0 * HT, secara historis digarap; NT, pernah digarap. †kedalaman 0 untuk 25 cm. ‡kedalaman 0 untuk 7,5 cm. REPORTS nomor www.sciencemag.org ilmu VOL 289 15 SEPTEMBER 2000 tahun 1923