Nitrogen leaching from soils in the aspect of its balance

• Autorzy: Kuczuk Anna , Pospolita Janusz

Warianty tytułu

PL

Wymywanie azotu z gleby w aspekcie jego bilansu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Nitrogen is the basic element directly affecting plant yielding. This causes that it is widely used as a component of mineral fertilizers. With increased doses of mineral nitrogen, only a certain part of it is used by plants. The rest goes into the environment, polluting the environment. The study attempts to determine changes in the nitrogen content in the arable layer and to determine the nitrogen flux leached from the soil. The research was carried out over a year and a half for three fields with different soils, under different crop conditions. Relations between soil moisture, suction pressure and unsaturated water conductivity were determined for the tested soils. In the mathematical model of water movement in soil, the Richards equation and the equation for the flow of soil solution were used. The source elements of the equations include water and nitrogen uptake by plants. There is a very clear correlation between precipitation and a stream of nitrogen deep into the soil. Soil physical properties play a very important role. The total amount of nitrogen washed out into the soil was determined. It is respectively 14.4 kg· ha-1 for clay soil and 75.5 and 91.4 kg·ha-1 for sandy soils with the same rainfall. In addition, the results were referred to the gross nitrogen balance of the studied fields.

PL

Azot jest podstawowym pierwiastkiem, który bezpośrednio wpływa na plonowanie roślin. Powoduje to, że jest on powszechnie stosowany jako komponent nawozów mineralnych. Przy zwiększonych dawkach azotu mineralnego tylko pewna jego część zostaje wykorzystana przez rośliny. Reszta przechodzi do otoczenia zanieczyszczając środowisko. W pracy podjęto próbę wyznaczenia zmian zawartości azotu w warstwie ornej oraz określenia strumienia azotu wymywanego z gleby. Badania przeprowadzono w okresie półtorarocznym dla trzech pól o różnych glebach w warunkach różnorodności upraw. Dla badanych gleb wyznaczono zależności między wilgotnością gleby, ciśnieniem ssącym i przewodnością wodną w stanie nienasyconym. W modelu matematycznym ruchu wody w glebie zastosowano równanie Richardsa oraz równanie ciągłości przepływu roztworu glebowego. W członach źródłowych równań uwzględniono pobór wody i azotu przez rośliny. Istnieje bardzo wyraźna korelacja między opadami a strumieniem azotu w głąb gleby. Bardzo duże znaczenie odgrywają właściwości fizyczne gleby. Wyznaczono sumaryczną ilość azotu wymytego w głąb gleby. Wynosi ona odpowiednio 14,4 kg·ha-1 dla pyłu gliniastego oraz 75,5 i 91,4 kg·ha-1 dla gliny piaszczystej, przy takich samych opadach. Dodatkowo odniesiono wyniki do bilansu azotu brutto gleby badanych pól.

Słowa kluczowe

EN

soil; nitrogen leaching; nitrogen balance

PL

gleba; wymywanie azotu; bilans azotu

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Poznański Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 64, nr 3
• Strony: 39--50
• Opis fizyczny: Bibliogr. 47 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Kuczuk Anna

• Politechnika Opolska, Katedra Techniki Cieplnej i Aparatury Przemysłowej, ul. St. Mikołajczyka 5, 45-271 Opole, Poland

autor

Pospolita Janusz

• Politechnika Opolska, Katedra Techniki Cieplnej i Aparatury Przemysłowej, ul. St. Mikołajczyka 5, 45-271 Opole, Poland

Bibliografia

• [1] Vitousek P.M., Aber J.D., R., Howarth W., Likens G.E., Matson P.A., Schindler D.W., Schlesinger H.W., Tilman D.G.: Human alteration of the global nitrogen cycle: Sources and consequences. Ecological Applications, 1997, 7(3), 737-750.
• [2] Goralski J., Żywienie roślin i nawożenie, PWRiL, Warszawa, 1968.
• [3] Wang D., Zhao J., Xu Z., Wang Y.: Excessive nitrogen application decreases grain yield and increases nitrogen loss in a wheat–soil system. Acta Agriculturae Scandinavica, Section B - Soil & Plant Science (ACTA AGR SCAND B-S P, 2011, 61(8), 681-692.
• [4] Daane K.M., Johnson R.S., Michailides T.J., Crisosto C.H., Dlott J.W., Ramirez H.T., Yokota G., Morgan D.P.: Excess nitrogen raises nectarine susceptibility to disease and insects. California Agriculture, 1995, 49(4), 13-18.
• [5] Filipczak J., Olszewski T.: Różne spojrzenia na nawożenie azotem sadów jabłoniowych. Zeszyty Naukowe Instytutu Sadownictwa i Kwiaciarstwa, 2005, t. 13, 5-15.
• [6] Nowacki W.: Uprawa i nawożenie ziemniaka. [w:] Metodyka integrowanej ochrony ziemniaka dla producentów. Red. Wójtowicz A., Mrówczynski M. IOR-PIB, 2013, Poznań.
• [7] Buttel F.H.: Internalizing the Societal Costs of Agricultural Production. Plant Physiology, 2003, 133(4), 1656-1665.
• [8] Summers R., Weaver D.: Environmental impact of nitrogen and phosphorus fertilisers in high rainfall areas. Gov. of West. Australia Dep. of Primary Indus. and Reg. Develop. Agriculture and Food, 2018, https://www.agric.wa.gov.au/high-rainfall-pastures/environmental-impact-nitrogen-andphosphorus-fertilisers-high-rainfall-areas.
• [9] Savci S.: Investigation of Effect of Chemical Fertilizers on Environment. APCBEE Procedia, 2012, 1, 287-292.
• [10] Liu L., Zhang T., Gilliam F.S., Gundersen P., Zhang W., Chen H., Mo J.: Interactive Effects of Nitrogen and Phosphorus on Soil Microbial Communities in a Tropical Forest. PLoS, 2013, 8(4), e61188.
• [11] Keeler B.L., Gourevitch J.D., Polasky S., Isbell F., Tessum Ch.W., Hill J.D., Marshall J.D.: The social costs of nitrogen. Science Advances, 2016, 2(10), e1600219.
• [12] Tegtmeier E.M., Duffy M.D.: External Costs of Agricultural Production in the United States. International Journal of Agricultural Sustainability, 2004, Vol. 2, Issue 1, 1473-5903.
• [13] Skorupski J., Bankasuskaite R., Butze-Ruhnenstinere H., Gabrielsson E., Hrytsyshyn P., Kalach A., Kalnina E., Kotkas M., Liepa I., Merisaar M., Norén G., Ovcharenko V., Schmiedel J.: Report on Industrial Livestock Farming in the Baltic Sea Region – Environmental Protection Conetxt. Coalition Clean Baltic For Protection of The Baltic Sea Environment, 2013, Uppsala, www.ccb.se.
• [14] Lassaletta L., Billen G., Grizzetti B., Anglade J., Garnier J.: 50 year trends in nitrogen use efficiency of world cropping systems: the relationship between yield and nitrogen input to cropland. Environmenal Research Letters, 2014, Vol. 9, No. 10, 1-9.
• [15] Sapek A.: Rolnictwo polskie i ochrona jakości wody, zwłaszcza wody Bałtyku. Woda Środowisko Obszary Wiejskie, 2010, t. 10 z. 1 (29), 175-200.
• [16] Islam M.A., Adjesiwor A.T.: Nitrogen Fixation and Transfer in Agricultural Production Systems (in:) Nitrogen in Agriculture (Ed.: Dr. Amanullah), 2018, Chapter 6, 95-110, IntechOpen.
• [17] Council Directive 91/676/EEC of 12 December 1991 concerning the protection of waters against pollution caused by nitrates from agricultural sources.
• [18] Ustawa Prawo wodne Dz. U. z dnia 20 lipca 2017, poz. 1566.
• [19] Rozporządzenie Rady Ministrów w sprawie przyjęcia „Programu działań mających na celu zmniejszenie zanieczyszczenia wód azotanami pochodzącymi ze źródeł rolniczych oraz zapobieganie dalszemu zanieczyszczaniu”, Dz. U. z dnia 5 czerwca 2018 r., poz. 1339.
• [20] Fotyma M., Igras J., Kopiński J., Głowacki M.: Bilans azotu, fosforu i potasu w rolnictwie polskim. Pamiętniki Puławskie, 2000, Z. 120/I, 91-104.
• [21] Kopiński J.: Określenie kryteriów do obliczania sald głównych składników nawozowych w ujęciu wojewódzkim, ekspertyza, IUNG-PIB, Puławy, 2008, 3.
• [22] Kodeks Dobrej Praktyki Rolniczej, MRiRW, MŚ, 2002.
• [23] Nurietnt balance: https://data.oecd.org/agrland/nutrientbalance.htm#indicator-chart.
• [24] Krysztoforski K.: Bilans składników pokarmowych i zasady jego liczenia. Dobre Praktyki rolnicze na obszarach szczególnie narażonych na azotany pochodzenia rolniczego, tzw. OSN. CDR Brwinów O/Radom, 2013. http://iung.pl/dpr/Mat_szkoleniowe/6.pdf.
• [25] Gast R.E.G., Nelson W.W., MacGregor J.M.: Nitrate and Chloride Accumulation and Distribution in Fertilized TileDrained Soils. Journal of Environmental Quality, 1974,Vol. 3 No. 3, 209-213.
• [26] Sørensen P., G. RubÆk G.H.: Leaching of nitrate and phosphorus after autumn and spring application of separated solid animal manures to winter wheat. Soil Use and Management, 2012, Vol. 28, Issue, 1-11
• [27] Hermanson R., Pan W., Perillo C., Stevens R., Stockle C.: Nitrogen Use by Crops and the Fate of Nitrogen in the Soil and Vadose Zone. A Literature Search. Washington State University and Washington Dep. of Ecology Interagency Agreement No. C9600177 Publication No. 00-10-015.
• [28] Allison F.E.: The Fate of Nitrogen Applied to Soils. Advances in Agronomy, 1996, Vol.18, 219-258.
• [29] Kolenbrander, G.J.: Leaching of Nitrogen in Agriculture. In: J.C. Brogan (ed.) Nitrogen Losses and Surface Runoff from Landspreading of Manures. Martinus Nijhoff/Dr. JunkPublishers. The Hague, 1981.
• [30] Liang B.C., MacKenzie A.F.: Corn yield, nitrogen uptake and nitrogen use efficiency as influenced by nitrogen fertilization. Can. J. S.Sci., 1994, 74(2), 235-240.
• [31] Kanwar R.S., Baker J.L., Laflen J.M.: Nitrate Movement Through the Soil Profile in Relation to Tillage System and Fertilizer Application Method. Agr. and Bios. Eng. Public., Iowa State University, 1985: American Society of Agricultural Engineers, Vol. 28(6), 1802-1807.
• [32] Yagioka A., Komatsuzaki M., Kaneko N., Ueno H.: Effect of notillage with weed cover mulching versus conventional tillage on global warming potential and nitrate leaching. Agriculture, Ecosystems and Environment, 2015, Vol. 2000, 42-53.
• [33] Stalenga J., Jończyk K.: Nutrient management and soil organic matter balance in the organic crop production system evaluated by NDICEA model. Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering, 2008, Vol. 53(4), 78-84.
• [34] Singh S., Compton J.E., Hawkins T.R., Sobota D.J., Cooter E.J.: A Nitrogen Physical Input-Output Table (PIOT) model for Ilinois. Ecological Modelling., 2017, Vol. 360, 194-203.
• [35] Gärdenäs A.I., Hopmans J.W., Hanson B.R., Šimůnek J.: Two-dimensional modeling of nitrate leaching for various fertigation scenarios under micro-irrigation. Agricultural Water Management, 2005, 74, 2019-242.
• [36] Leip A., Britz W., Weiss F., de Vries W.: Farm, land, and soil nitrogen budgets for agriculture in Europe calculated with CAPRI. Environmental Pollution, 2011, 159, 3243-3253.
• [37] Bhatnagar P.R., Chauhan H.S.: Soil water movement under a single Surface trickle source. Agricultural Water Management, 2008, Vol. 95, Issue 7, 799-808.
• [38] Kandelous M.M., Šimůnek J.:Njmerical simulations of water movement in a subsurface drip irrigation system under field and laboratory conditions using HYDRUS-2D. Agricultural Water Management, 2010, Vol. 97, 1070-1076.
• [39] Kowalik P.: Ochrona środowiska glebowego. PWN, Warszawa, 2012.
• [40] Rocznik Statystycznych Ochrona Środowiska 2015. GUS, Warszawa 2015.
• [41] Rocznik Statystycznych Ochrona Środowiska 2016. GUS, Warszawa 2016.
• [42] Ulén B., Pietrzak S., Tonderski K.: Samoocena gospodarstw w zakresie zarządzania składnikami nawozowymi i oceny warunków środowiskowych. IT-P Falenty, 2013.
• [43] Jadczyszyn T.: Planowanie nawożenia w oparciu o bilans składników pokarmowych w skali pola. IUNG PIB, http://iung.pl/dpr_eng/publikacje/Bilans%20azotu.pdf.
• [44] Albasha R., Mailhol J-C., Cheviron B.: Compensatory uptake functions in empirical macroscopic root water uptake models – Experimental and numerical analysis. Agricultural Water Management, 2015, Vol. 155, Issue C, 22-39.
• [45] Feddes R., Kowalik P., Zaradny H.: Simulation of field water use and crop yield. Simulation Monograph Series, 1978, Pudoc, Wageningen, The Netherlands.
• [46] Kuczuk A., Pospolita J.: Modelling of water flow in soil. Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering, 2014, Vol. 50(4), 26-30.
• [47] Lewandowska J., Szymkiewicz A., Auriault J-L.: Upscaling of Richards’ equation for soils containing highly conductive inclusions. Advances in Water Resources, 2005, Vol. 28, Issue 11, 1159-1170.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).