RESEARCH PAPER
Mineral nitrogen content in the 60-90 cm layer of grassland soils relative to other fodder crops, way of managing agricultural lands and farming intensity
| 1 | Instytut Nowych Syntez Chemicznych, al. Tysiąclecia Państwa Polskiego 13 A, 24-110 Puławy |
| 2 | Katedra Łąkarstwa i Kształtowania Krajobrazu, Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie
ul. Akademicka 15, 20-950 Lublin |
| 3 | Instytut Nauk Rolniczych, Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Chełmie, ul. Pocztowa 54, 22-100 Chełm |
| 4 | Katedra Chemii Rolnej i Środowiskowej, Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie, ul. Akademicka 15, 20-033 Lublin |
| 5 | Zakład Metrologii i Modelowania Procesów Agrofizycznych, Instytut Agrofizyki im. Bohdana Dobrzańskiego Polskiej Akademii Nauk |
CORRESPONDING AUTHOR
Jaromir Krzyszczak
Zakład Metrologii i Modelowania Procesów Agrofizycznych, Instytut Agrofizyki im. Bohdana Dobrzańskiego Polskiej Akademii Nauk, ul. Doświadczalna, 4, 20-290 Lublin, Polska
Zakład Metrologii i Modelowania Procesów Agrofizycznych, Instytut Agrofizyki im. Bohdana Dobrzańskiego Polskiej Akademii Nauk, ul. Doświadczalna, 4, 20-290 Lublin, Polska
Final revision date: 2018-09-28
Acceptance date: 2018-09-28
Publication date: 2018-10-04
Acta Agroph. 2018, 25(3), 343–357
KEYWORDS
TOPICS
ABSTRACT
Mineral nitrogen occurring at the depth of 60-90 cm of the soil profile, which is unavailable to the main root mass of grassland plants and arable land crops and which is located in this layer due to leaching to deeper soil layers, can pose a serious threat to water quality. This study attempted to evaluate Nmin content in grassland soils depending on soil type, land use, and farming intensity (i.e. livestock density). Regardless of observation period and natural factors evaluated, both land use and grassland use had a significant effect on mineral nitrogen content in the 60-90 cm soil layer. The lowest nitrogen content was shown in grassland mineral soils, whereas the cultivation of both maize and mixed cereals promoted greater accumulation of this nutrient in the soil profile at the depth of 60-90 cm. Mineral nitrogen content also depended on the use of grassland ecosystems. In mineral soils, the highest amounts of Nmin were found in hay grasslands, whereas in organic soils - in hay and pasture grasslands. The lowest amounts of nitrogen in the investigated soil layer were observed in alternate grasslands. It was also revealed that strong significant correlations exist between livestock density and the content of mineral nitrogen in the 60-90 cm soil layer. Calculated regression equation describing those relationships can help the farmer to plan sustainable fertilisation depending on livestock density of his farm.
METADATA IN OTHER LANGUAGES:
Polish
Zawartość azotu mineralnego w warstwie 60-90 cm gleb użytków zielonych na tle innych upraw o przeznaczeniu paszowym, sposobów zagospodarowania użytków rolnych oraz intensywności gospodarowania
straty azotu, sposób użytkowania, mieszanka zbożowa, kukurydza, użytki zielone, intensywność gospodarowania
Azot mineralny występujący na głębokości 60-90 cm profilu glebowego, niedostępny dla głównej masy korzeniowej roślin użytków zielonych i gruntów ornych, a znajdujący się w tej warstwie w wyniku wymywania do głębszych warstw gleby, może stanowić poważne zagrożenie dla jakości wód. W pracy podjęto próbę oceny zawartości Nmin w glebach użytków zielonych w zależności od typów gleby, sposobów jej użytkowania oraz intensywności gospodarowania (np. rozmiary produkcji zwierzęcej). Niezależnie od okresu prowadzonych obserwacji i ocenianych czynników naturalnych istotny wpływ na zawartość azotu mineralnego w warstwie gleby 60-90 cm miały zarówno sposób użytkowania gleby, jak i sposób zagospodarowania użytków rolnych. Najniższą zawartość azotu wykazano w glebach mineralnych użytków zielonych, natomiast zarówno uprawa kukurydzy, jak i mieszanek zbożowych sprzyjała większemu nagromadzeniu tego składnika w profilu glebowym na głębokości 60-90 cm. Zawartość azotu mineralnego zależała także od sposobu użytkowania ekosystemów trawiastych. W glebach mineralnych najwyższe ilości Nmin stwierdzano pod wpływem użytkowania kośnego, zaś na organicznych – kośno-pastwiskowego. Najmniejsze ilości azotu w ocenianej warstwie gleby notowano pod przemiennymi użytkami zielonymi. Wykazano także istnienie znaczącej zależności pomiędzy rozmiarami produkcji zwierzęcej a zawartością azotu mineralnego na głębokości 60-90 cm profilu glebowego. Otrzymane równania regresji mogą ułatwić rolnikom planowanie zrównoważonego nawożenia w zależności od obsady zwierzęcej w ich gospodarstwach.
REFERENCES (36)
1.
Baranowski P., Krzyszczak J., Sławiński C.C., Hoffmann H., Kozyra J., Nieróbca A., Siwek K., Gluza A., 2015. Multifractal analysis of meteorological time series to assess climate impacts. Clim. Res., 65, 39-52, doi:10.3354/cr01321.
2.
Baryła R., Kulik M., 2006. Content of nitrogen and basic mineral components in pasture sward in different years of its utilisation (in Polish). Annales UMCS sec. E, 61, 157-164.
3.
Fotyma E., 2000. Monitoring of the content of mineral nitrogen in soils of arable lands of Poland – the possibilities of practical use (in Polish). Biul. Inf. IUNG Puławy, 12, 18-25.
4.
Fotyma M., Kęsik K., Pietruch C., 2010. Mineral nitrogen in soils of Poland as an indicator of plants nutrient requirements and soil water cleanness (in Polish). Nawozy Nawoż., 38, 4-83.
5.
Fronzek S., Pirttioja N., Carter T.R., Bindi M., Hoffmann H., Palosuo T., Ruiz-Ramos M., Tao F., Trnka M., Acutis M., Asseng S., Baranowski P., Basso B., Bodin P., Buis S., Cammarano D., Deligios P., Destain M.-F., Dumont B., Ewert F., Ferrise R., François L., Gaiser T., Hlavinka P., Jacquemin I., Kersebaum K.C., Kollas C., Krzyszczak J., Lorite I.J., Minet J., Minguez M.I., Montesino M., Moriondo M., Müller C., Nendel C., Öztürk I., Perego A., Rodríguez A., Ruane A.C., Ruget F., Sanna M., Semenov M.A., Slawinski C., Stratonovitch P., Supit I., Waha K., Wang E., Wu L., Zhao Z., Rötter R.P., 2018. Classifying multi-model wheat yield impact response surfaces showing sensitivity to temperature and precipitation change. Agric. Syst., 159, 209-224, doi:10.1016/j.agsy.2017.08.004.
6.
Hoffmann H., Baranowski P., Krzyszczak J., Zubik M., Sławiński C., Gaiser T., Ewert F., 2017. Temporal properties of spatially aggregated meteorological time series. Agric. For. Meteorol., 234-235, 247-257, doi:10.1016/j.agrformet.2016.12.012.
7.
Igras J., Lipiński W., 2006b. Estimation of selected elements of soil fertility and quality of shallow water on the background of crop production intensity in the regional scale (in Polish). Pam. Puł., 142, 147-161.
8.
Jadczyszyn T., Kowalczyk J., Lipiński W., 2010a. Fertilizer recommendations for field crops and permanent grassland. Instructions for dissemination. IUNG Puławy, 95, 1-23.
9.
Jadczyszyn T., Pietruch, Cz., Lipiński W., 2010b. Soil monitoring in Poland for the content of mineral nitrogen in the years 2007-2009 (in Polish). Nawozy i Nawoż., 38, 84-110.
10.
Koc J., Ciećko, Cz., Janicka R., Rochwerger A., 1996. The factors shaping the minimum level of nitrogen forms in agricultural lands waters (in Polish). Zesz. Probl. Post. Nauk Rol., 440, 175-185.
11.
Kornas I., 2012. Evaluation of factors shaping the outflow of mineral nitrogen from agricultural soils of the Lublin region. PhD dissertation. Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie.
12.
Krzyszczak J., Baranowski P., Hoffmann H., Zubik M., Sławiński C., 2017a. Analysis of Climate Dynamics Across a European Transect Using a Multifractal Method. In: Advances in Time Series Analysis and Forecasting: Selected Contributions from ITISE 2016. (Eds) I. Rojas, H. Pomares, O. Valenzuel. Springer International Publishing, Cham, 103-116, doi:10.1007/978-3-319-55789-2_8.
13.
Krzyszczak J., Baranowski P., Zubik M., Hoffmann H., 2017b. Temporal scale influence on multifractal properties of agro-meteorological time series. Agric. For. Meteorol., 239, 223-235, doi:10.1016/j.agrformet.2017.03.015.
14.
Lamorski K., Pastuszka T., Krzyszczak J., Sławiński C., Witkowska-Walczak B., 2013. Soil Water Dynamic Modeling Using the Physical and Support Vector Machine Methods. Vadose Zone J., 12(4), doi:10.2136/vzj2013.05.0085.
15.
Lipiński W., Lipińska H., Kornas R., 2010. An attempt to estimate nitrogen loss from agricultural soils in the Podlasie region (in Polish). Zesz. Naukowe WSA w Łomży, 46, 137-142.
16.
Mazur Z., Mazur T., 2006. Results of nitrogen eutrophication of soils. Acta Agroph., 8(3), 699-705.
17.
Murat M., Malinowska I., Gos M., Krzyszczak J., 2018. Forecasting daily meteorological time series using ARIMA and regression models. Int. Agrophys., 32, 253-264, doi:10.1515/intag-2017-0007.
18.
Pecio A., Rutkowska A., Leszczyńska D., 2005. Variability of mineral nitrogen content in the soil profile in the conditions of many years of fertilising experiments (in Polish). Fragm. Agron., 1(85), 214-224.
19.
Pirttioja N., Carter T.R., Fronzek S., Bindi M., Hoffmann H., Palosuo T., Ruiz-Ramos M., Tao F., Trnka M., Acutis M., Asseng S., Baranowski P., Basso B., Bodin P., Buis S., Cammarano D., Deligios P., Destain M.-F., Dumont B., Ewert F., Ferrise R., François L., Gaiser T., Hlavinka P., Jacquemin I., Kersebaum K.C., Kollas C., Krzyszczak J., Lorite I.J., Minet J., Minguez M.I., Montesino M., Moriondo M., Müller C., Nendel C., Öztürk I., Perego A., Rodríguez A., Ruane A.C., Ruget F., Sanna M., Semenov M.A., Sławiński C., Stratonovitch P., Supit I., Waha K., Wang E., Wu L., Zhao Z., Rötter R.P., 2015. Temperature and precipitation effects on wheat yield across a European transect: a crop model ensemble analysis using impact response surfaces. Clim. Res., 65, 87-105, doi:10.3354/cr01322.
20.
Regulation of the Minister of Environment of 23 December 2002 concerning the criteria for designation of waters vulnerable to pollution by nitrogen compounds from agricultural sources, Dz.U. (Journal of Laws) of 2002, No. 241, item 2093.
21.
Ruiz-Ramos M., Ferrise R., Rodríguez A., Lorite I.J., Bindi M., Carter T.R., Fronzek S., Palosuo T., Pirttioja N., Baranowski P., Buis S., Cammarano D., Chen Y., Dumont B., Ewert F., Gaiser T., Hlavinka P., Hoffmann H., Höhn J.G., Jurecka F., Kersebaum K.C., Krzyszczak J., Lana M., Mechiche-Alami A., Minet J., Montesino M., Nendel C., Porter J.R., Ruget F., Semenov M.A., Steinmetz Z., Stratonovitch P., Supit I., Tao F., Trnka M., de Wit A., Rötter R.P., 2018. Adaptation response surfaces for managing wheat under perturbed climate and CO2 in a Mediterranean environment. Agric. Syst., 159, 260-274, doi:10.1016/j.agsy.2017.01.009.
22.
Rutkowska B., Łabętowicz J., Szulc W., 2002. The content of mineral nitrogen in the soil profile under the conditions of long-term permanent model experiment (in Polish). Nawozy Nawoż., 1(10), 76-82.
23.
Sapek A., Sapek B., 2007. Changes of the mineral nitrogen content in meadow soil on the background of differentiated nitrogen fertilization. Rocz-i Glebozn., 58(1), 99-108.
24.
Sapek B., Kalińska D., 2007. Mineralisation of nitrogen and phosphorus compounds in the soil of agriculturally used and not used meadow (in Polish). Rocz. Glebozn., 58(1), 109-120.
25.
Sapek B., Kalińska D., 2004. Mineralisation of soil organic nitrogen compounds in the light of long-term grassland experiments in IMUZ (in Polish). Woda. Śr. Obsz. Wiej., 4, 1(10), 183-200.
26.
Sapek B., 2010. Nitrogen and phosphorus release from soil organic matter (in Polish). Woda. Śr. Obsz. Wiej., 10, 3(31), 229-256.
27.
Sawicki B., 2006. The role of fodder, landscape and tourist constant grasslands at the Kozłowiecki Landscape Park (in Polish). Ann. UMCS sec. E., 61, 361-367.
28.
Soon Y.K., Clayton G.W., Rice W.A., 2001. Tillage and previous crop effects on dynamics of nitrogen in a wheat – soil system. Agron. J. 93, 842-849, doi:10.2134/agronj2001.934842x.
29.
Sosulski T., Stępień M., Szara E., Mercik S., 2005. Nitrogen content in soil and the balance of this component in long-term experiments (in Polish). Fragm. Agron., 1(85), 264-273.
30.
Tkaczyk P., Bednarek W., Dresler S., Krzyszczak J., Baranowski P., 2017a. Relation of mineral nitrogen and sulphate sulphur content in soil to certain soil properties and applied cultivation treatments. Acta Agroph., 24, 523-534.
31.
Tkaczyk P., Bednarek W., Dresler S., Krzyszczak J., Baranowski P., Sławiński C., 2017b. Relationship between assimilable-nutrient content and physicochemical properties of topsoil. Int. Agrophys., 31, 551-562, doi:10.1515/intag-2016-0074.
32.
Tkaczyk P., Bednarek W., Dresler S., Krzyszczak J., 2018a. The effect of some soil physicochemical properties and nitrogen fertilisation on winter wheat yield. Acta Agroph., 25(1), 107-116, doi:10.31545/aagr0009.
33.
Tkaczyk P., Bednarek W., Dresler S., Krzyszczak J., Baranowski P., Brodowska M.S., 2018b. Content of certain macro and microelements in orchard soils in relation to agronomic categories and reaction of these soils. J. Elem., 23(4), 1361-1372, doi:10.5601/jelem.2018.23.1.1639.
34.
Walczak R., Witkowska-Walczak B., Baranowski P., 1997. Soil structure parameters in models of crop growth and yield prediction. Physical submodels. Int. Agrophys., 11, 111-127.
35.
Wasilewski Z., 2009. Present status and directions of grassland management according to the requirements of the Common Agricultural Policy (in Polish). Woda Śr. Obsz. Wiej., 9, 2(26), 169-184.
36.
Żabikowska B., 2002. Effect of long-term fertilisation with farmyard manure and mineral fertilisers on the balance of nitrogen (in Polish). Nawozy Nawoż., 1(10), 188-197.
RELATED ARTICLE
