Effect of Stocking Rate on Soil-Atmosphere CH4 Flux during Spring Freeze-Thaw Cycles in a Northern Desert Steppe, China

BACKGROUND: Methane (CH(4)) uptake by steppe soils is affected by a range of specific factors and is a complex process. Increased stocking rate promotes steppe degradation, with unclear consequences for gas exchanges. To assess the effects of grazing management on CH(4) uptake in desert steppes, we investigated soil-atmosphere CH(4) exchange during the winter-spring transition period. METHODOLOGY/MAIN FINDING: The experiment was conducted at twelve grazing plots denoting four treatments defined along a grazing gradient with three replications: non-grazing (0 sheep/ha, NG), light grazing (0.75 sheep/ha, LG), moderate grazing (1.50 sheep/ha, MG) and heavy grazing (2.25 sheep/ha, HG). Using an automatic cavity ring-down spectrophotometer, we measured CH(4) fluxes from March 1 to April 29 in 2010 and March 2 to April 27 in 2011. According to the status of soil freeze-thaw cycles (positive and negative soil temperatures occurred in alternation), the experiment was divided into periods I and II. Results indicate that mean CH(4) uptake in period I (7.51 µg CH(4)-C m(-2) h(-1)) was significantly lower than uptake in period II (83.07 µg CH(4)-C m(-2) h(-1)). Averaged over 2 years, CH(4) fluxes during the freeze-thaw period were -84.76 µg CH(4)-C m(-2) h(-1) (NG), -88.76 µg CH(4)-C m(-2) h(-1) (LG), -64.77 µg CH(4)-C m(-2) h(-1) (MG) and -28.80 µg CH(4)-C m(-2) h(-1) (HG). CONCLUSIONS/SIGNIFICANCE: CH(4) uptake activity is affected by freeze-thaw cycles and stocking rates. CH(4) uptake is correlated with the moisture content and temperature of soil. MG and HG decreases CH(4) uptake while LG exerts a considerable positive impact on CH(4) uptake during spring freeze-thaw cycles in the northern desert steppe in China

A Soil Management Assessment Framework (SMAF) Evaluation of Brazilian Sugarcane Expansion on Soil Quality

The Soil Management Assessment Framework (SMAF) was developed to evaluate impacts of land use and management practices on soil quality (SQ), but its suitability for Brazilian tropical soils was unknown. We hypothesized that SMAF would be sensitive enough to detect SQ changes associated with sugarcane (Saccharum officinarum L.) expansion for ethanol production. Field studies were performed at three sites across the south-central region of Brazil, aiming to quantify the impacts of a land use change sequence (i.e., native vegetation–pasture–sugarcane) on SQ. Eight soil indicators were individually scored using SMAF curves developed primarily for North American soils and integrated into an overall Soil Quality Index (SQI) and its chemical, physical, and biological sectors. The SMAF scores were correlated with two other approaches used to assess SQ changes, soil organic C (SOC) stocks and Visual Evaluation of Soil Structure (VESS) scores. Our findings showed that the SMAF was an efficient tool for assessing land use change effects on the SQ of Brazilian tropical soils. The SMAF scoring curves developed using robust algorithms allowed proper assignment of scores for the soil chemical, physical, and biological indicators assessed. The SQI scores were significantly correlated with SOC stocks and VESS scores. Long-term transition from native vegetation to extensive pasture promoted significant decreases in soil chemical, physical, and biological indicators. Overall SQI suggested that soils under native vegetation were functioning at 87% of their potential capacity, while pasture soils were functioning at 70%. Conversions of pasture to sugarcane induced slight improvements in SQ, primarily because of improved soil fertility. Sugarcane soils are functioning at 74% of their potential capacity. Based on this study, management strategies were developed to improve SQ and the sustainability of sugarcane production in Brazil

Response of P, K, Mg and NO 3 -N contents of carrots to irrigation, soil compaction, and nitrogen fertilisation

Soils ploughed in autumn were loosened by different tillage tools, or compacted to a depth of 25-30 cm by a tractor weighing 3 Mg (once or three times) before seed bed preparation for carrot under moist soil condition. Sprinkler irrigation was also applied to mineral soils when the soil moisture in top soil was 50% of plant-available water capacity, and the response of additional N application of 30 kg ha-1 was studied in an organic soil. Higher soil moisture tended to promote nutrient uptake, as the P content of carrot tap roots was increased by irrigation in loam. Compaction of organic soil low in P increased P and K contents and uptake by carrot roots and shoots. In severely compacted clay soil, the nutrient use decreased by increasing soil compactness. NO3-N contents were the highest in early season (25-30 mg kg-1 fresh matter) and decreased with advancing season. In loam, NO3-N content was increased by irrigation or loosening. Increasing the N fertilisation of organic soil from 30 kg ha-1 to 60 kg ha-1 increased the NO3-N content 30%. Soil type and its nutrient status, weather conditions, and growth stage had much more significant influence on the P, K, and Mg contents of carrots than soil treatments.Tiedetään, että maan tiiviys vaikuttaa herkästi porkkanan ulkoiseen laatuun. Karoteeni- ja sokeripitoisuuksiin maaperätekijät vaikuttavat huomattavasti vähemmän, minkä osoittivat Maatalouden tutkimuskeskuksessa vuosina 1989-1991 tehdyt kenttäkokeet. Tämä julkaisu kattaa näiden kenttäkokeiden tulokset porkkanan kivennäisaine- ja nitraattipitoisuuksista. Ravinteiden otto analysoitiin käyttämällä hyväksi aiemmin julkaistuja naatti- ja juurisadon määriä.Tutkimuksessa mitattiin kynnöksen kuohkeuttamisen ja tiivistämisen vaikutuksia porkkanan naattien ja juuresten P-, K-, Mg- ja NO3-N -pitoisuuksiin kasvukauden eri vaiheissa. Kivennäismailla verrattiin lisäksi sadetuksen ja multamaalla lisätyppilannoituksen vaikutusta edellä mainittuihin tekijöihin. Lajikkeena oli Nantes Duke, paitsi lisätyppilannoituskokeessa Narbonne. Kynnöstä kuohkeutettiin kolmella eri tavalla: 1. Perunamaan multausvantailla tehtiin 2 m levyisiin koeruutuihin neljä 10 cm:n harjua 45 cm:n välein. 2. Kelajyrsimellä kuohkeutettiin 2 m levyisiä penkkejä 20 cm:n syvyyteen hieta- ja turvemaalla sekä savimaalla 15 cm:n syvyyteen, tai 3. Multamaalla tehtiin suuria korkeudeltaan 30 cm:n harjuja 60 cm:n välein. Lisäksi kynnöstä tiivistettiin 3 Mg:n akselipainolla kosteissa olosuhteissa juuri ennen kylvöä ajamalla traktorin rengas ruudun koko pinta-alan yli. Koeruutu tiivistettiin näin kertaalleen tai kolmesti. Käsittelemättömän koejäsenen kylvöalusta äestettiin suoraan kynnökselle. Kaikissa maan mekaanisissa käsittelyissä käytettiin 2 m raideväliä, jotta ylimääräinen tallaus vältettiin. Mikäli maan kosteustila laski alle 50 % hyötykapasiteetista, hieta- ja savimaan kastelukäsittelyt sadetettiin . Lisätyppilannoituskäsittelyssä multamaalla annettiin 30 kg ka-1 lisätyppeä heinäkuun lopussa. Tässä kokeessa olivat mekaanisista käsittelyistä mukana vain iso harju, jyrsitty penkki ja kolmesti tiivistetty tasamaa. Kasvustonäytteet kerättiin noin 8 ja 4 viikkoa ennen sadonkorjuuta ja sadonkorjuun yhteydessä. Maalaji, maan ravinnepitoisuus, kasvukauden sääolot ja kasvun kehitysvaihe vaikuttivat huomattavasti enemmän P-, K- ja Mg -pitoisuuksiin kuin maan kuohkeuttaminen ja tiivistäminen tai sadetus. Sadetuksella oli suurempi merkitys kivennäispitoisuuksiin kuin muokkauksella sadetus lisäsi P- ja hieman K-pitoisuuksia mutta laski Mg-pitoisuuksia hietamaalla. Myös vähän fosforia sisältävän ja luontaisesti löyhän multamaan tiivistäminen lisäsi fosforipitoisuuksia naateissa ja juureksessa sekä näiden fosforinottoa. Esimerkiksi vuonna 1990 neljä viikkoa ennen korjuuta (129 päivää kylvöstä) kolmesti tiivistetyn maan juuresten P otto oli 15,4 kg ha-1, kun se kuohkeutetussa maassa oli 12,2 kg ha-1. Korjuuvaiheessa fosforin määrät juurisadoissa olivat vastaavasti 23,9 ja 20,7 kg ha-1, naateissa vastaavasti 6,0 ja 8,3 kg ha-1. Seuraavana vuonna 1991 tiivistäminen lisäsi juuresten P ottoa lähes 6 kg ha-1. Hyvin tiiviissä savimaan olosuhteissa, joissa kasvu heikentyi, maan tiivistäminen vähensi ravinteiden ottoa. Hietamaalla mekaaniset käsittelyt eivät juuri vaikuttaneet porkkanan kivennäisten pitoisuuksiin ja ottoon. Nitraatin kertyminen porkkanaan sen sijaan lisääntyi maan kuohkeuttamisen ja sadetuksen vaikutuksesta. Tosin maalaji ja kasvuvaihe vaikuttivat enemmän nitraattipitoisuuksiin kuin maan tiiviys tai lisätyppilannoitus. Kasvun alussa nitraattityppeä oli 25-30 mg kg-1 tuoreessa juureksessa, mutta hietamaalla pitoisuus laski alle 5 mg kg-1 kasvukauden loppuun mennessä. Multamaalla pitoisuudet säilyivät yli 10 mg kg-1, varsinkin kuohkeissa kasvualustoissa

Root growth dynamics in golf greens with different compression intensities and winter survival

The aim of this study was to measure root growth dynamics under Nordic putting green conditions in order to estimate the sensitivity of root growth to winter damages and compression. Root numbers of turfgrasses were measured from soil depths of 040 cm by minirhizotrons. The minirhizotrons tubes were installed in the most compressed (center) and less walked (edge) parts of putting greens with good or weak winter survival. The highest root numbers were recorded under less walked green edge areas with good winter survival. The lowest root numbers were measured from center areas of greens, especially from areas suffering winter damage in previous years. Morphological parameters of roots were studied by a destructive soil sampling method in midseason 1998. Based on image analysis of washed roots, root length density at soil depths of 02.5 cm was 400 cm cm3 in greens of weak winter survival and up to 900 cm cm3 in greens of good winter survival. Our findings emphasize that root growth of turfgrasses is highly dynamic and sensitive to compression despite of non significant effects on soil porosity. Reduced root growth of greens with weak winter survival continued despite of recovery of shoot growth.;Maan tiivistyminen vaikeuttaa juuriston kasvua sekäedelleen kasvien veden ja ravinteiden ottoa. Golfviheriöillä pelaamisesta aiheutuvan tallauksen tiedetään vahingoittavan kasvustoa, mutta tallauksen vaikutuksista juuristoon on vähän tietoa. Varsinkin huonosti talvehtineilla viheriöillä kasvuston on todettu olevan erityisen arka pelaamisesta aiheutuvalle kulutukselle. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli mitata pelaamisesta aiheutuvan tallauksen vaikutuksia viheriöiden nurmikkoheinien juuriston kasvuun kasvukauden eri aikoina. Juuriston kasvua mitattiin sekä hyvin että heikosti talvehtineilla viheriöillä. Tutkimus toteutettiin 19971999 Hyvinkäällä Hyvigolfin kentällä, jonka viheriöillä kasvoi kylänurmikkaa ja rönsyrölliä. Tutkimusmenetelminä käytettiin miniritsotronitekniikkaa ja maasta erikseen pestyjen juurien kuva-analyysiä. Miniritsotronit eli läpinäkyvät muoviputket (halkaisija 5 cm, pituus 60 cm) sijoitettiin syksyllä 1997 viheriöiden laidoille ja keskiosiin 45 asteen kulmaan maanpintaan nähden. Seuraavina vuosina juurikuvia tallennettiin putkien sisältä videokameralla 040 cm:n syvyyksissä. Juurikuvat (2,43 cm2) tallennettiin putkien yläpinnasta, ja kuvaus kohdennettiin samoihin kuva-alueisiin jokaisella 14 mittauskerralla. Kesällä 1998 otettiin lisäksi maanäytteitä, joista juuret eroteltiin vesi- ja ilmavirran avulla hydropneumaattisella elutrointi-laitteella. Juuret värjättiin ja skannattiin vesipatjan päällä lasitarjottimella. Skannatusta digitaalisesta kuva-aineistosta määritettiin juurien pituus ja paksuus kuva-analyysin avulla. Tulosten mukaan viheriöiden nurmikkoheinien juurten määrä vaihteli suuresti kasvukauden eri aikoina. Keväällä juuriston kasvu oli nopeaa, mutta videokuvista lasketut juurien ja juurten haarojen lukumäärät tasaantuivat keskikesällä. Tallatuilla viheriöiden keskiosilla juuria havaittiin huomattavasti vähemmän kuin viheriöiden reunoilla. Hyvin talvehtineilla ja vähän tallatuilla viheriöiden osilla juurien lukumäärät olivat suurimmat. Suurin osa juuristosta kasvoi 05 cm:n kerroksessa. Kuva-analyysin perusteella juuritiheys (= pituus maatilavuudessa) oli 20 cm:n syvyydessä keskimäärin 180 cm/cm3 hyvin talvehtineilla ja 110 cm/cm3 huonosti talvehtineilla viheriöillä (n = 4). Maan pinnassa (02,5 cm) vastaavat juuritiheydet olivat jopa 900 ja 400 cm/cm3, joka vastaa ulkomailla mitattuja golfnurmikkoheinien tiheyksiä. Tallausvaikutus oli suurin pintamaassa. Penetrometrillä mitattu maan mekaaninen vastus tai huokostilavuus ei kuitenkaan muuttunut merkittävästi 010 cm: n syvyydessä. Tulos viittaa siihen, että tallaus vaikutti juuristoon kuluttamalla maan päällistä kasvustoa, painamalla kuitukerrosta kasaan ja tuhoamalla maan huokosten jatkuvuutta. Kuitukerroksen painuminen kasaan hidastaa kaasujen vaihtoa, ja huokosten jatkuvuuden tuhoutuminen hidastaa veden johtavuutta kasvualustassa. Nämä muutokset saattavat aiheuttaa talvivaurioita lisäämällä jään muodostusta. Tutkimuksen mukaan huonosti talvehtineilla viheriöillä juuriston kasvu oli heikentynyt vielä kaksi vuotta talvivaurioiden toteamisen jälkeen, vaikka maanpäällinen kasvusto oli jo elpynyt

Quantification of fine root responses to selenium toxicity

The morphological changes of lettuce and ryegrass roots in response to Se toxicity were quantified by image analysis. Based on the assumption that soil stresses increase endogenous ethylene production in plants, changes indicating higher construction costs for roots, such as decreased specific root length, were expected. As lettuce roots in soil without Se addition (control) became older, their width increased whereas their specific length, specific surface area and specific volume decreased. In younger lettuce, large Se additions induced changes resembling those identified in the control plant upon senescence. In older plants, Se fertilisation reversed these changes or made them smaller. Ryegrass roots were not as sensitive to added Se as lettuce roots; a lower dosage stimulated root growth but a higher one reduced it. ;Juurten kasvua voivat rajoittaa maan fysikaaliset tekijät, kuten vedenpuute ja suuri mekaaninen vastus. Myös kemialliset tekijät, kuten eräiden mikroravinteiden korkeat pitoisuudet, voivat heikentää juurten kasvuedellytyksiä. Seleeni (Se) on ihmiselle ja eläimille välttämätön alkuaine, joka on kuitenkin myrkyllinen jo verraten pieninä pitoisuuksina. Suomessa moniravinteisiin lannoitteisiin on vuodesta 1984 lähtien lisätty seleeniä rehun ja ruoan ravitsemuksellisen arvon parantamiseksi. Viljelykasvien ei ole katsottu välttämättätarvitsevan seleeniä, mutta myös kasvien on vastikään havaittu hyötyvän pienestä seleenilisästä. Suuret lisäykset ovat selvästi haitallisia ja rajoittavat kasvin kasvua. Seleenin myrkytysoireiden ilmenemistä juurissa tutkittiin astiakokeessa, jossa salaattia ja raiheinää kasvatettiin melko suurilla, nousevilla seleenimäärillä (0, 0,1 ja 1,0 mg kg-1) lannoitetussa hiekkamaassa. Vertailusalaatin (Se ei lisätty) juuret tulivat vanhetessaan paksummiksi, kun taas niiden ominaispituus, -pinta-ala ja -tilavuus pienenivät. Suuri seleenilisäys aiheutti nuoren salaatin juurissa samanlaisia muutoksia kuin vanheneminen vertailusalaatissa. Kasvin vanhetessa seleenilannoituksen vaikutukset pienenivät tai muuttuivat vastakkaisiksi. Raiheinän juuret eivät reagoineet seleenin lisäykseen yhtä herkästi kuin salaatin juuret, mutta suurin seleenilisäys vähensi juurten kuivamassaa

Responses of yield and N use of spring sown crops to N fertilization, with special reference to the use of plant growth regulators

The role of plant growth regulators (PGR) in nitrogen (N) fertilization of spring wheat and oats (CCC), fodder barley (etephon/mepiquat) and oilseed rape (etephone) in crop rotation was studied in 19931996 on loamy clay soil. Carry over effect of the N fertilization rates (0180 kg ha-1 ) was evaluated in 1997. N fertilization rate for the best grain/seed yield (120150 kg ha-1 ) was not affected by PGRs. The seed and N yields of oilseed rape were improved most frequently by recommended use of PGR. The yields of oats were increased in 199596. Even though PGR effectively shortened the plant height of spring wheat, the grain yield increased only in 1995. N yield of wheat grains was not increased. Response of fodder barley to PGR was insignificant or even negative in 1995. The data suggest that PGRs may decrease some N leaching at high N rates by improving N uptake by grain/seeds, if the yield is improved. The carryover study showed that in soils with no N fertilization, as well as in soils of high N rates, N uptake was higher than in soils with moderate N fertilization (6090 kg ha-1 ), independent of PGRs. According to soil mineral N contents, N leaching risk is significant (1535 kg ha-1 ) only after dry and warm late seasons. After a favourable season of high yields, the N rates did not significantly affect soil mineral N contents. ;Voidaanko typpilannoituksen hyötyä parantaa kasvunsääteidenavulla vai lisäävätkö kasvunsääteet typen käyttöä tuottamatta lisää satoa? Näitä kysymyksiä sekä typpilannoituksen jälkivaikutuksia tutkittiin edesmenneen professori Paavo Elosen hietasavimaalle perustamassa kenttäkokeessa vuosina 19931997. Koekasveja viljeltiin neljässä vierekkäisessä lohkossa viljelykierrossa, seitsemällä eri typpitasolla (0180 kg/ha). Suurin sato saatiin typpilannoituksen tasolla 120150 kg/ha. Vuoden 1993 suositusten mukaiset kasvunsäädekäsittelyt, jotka vuonna 1995 tosin viivästyivät sateiden vuoksi, eivät vaikuttaneet tähän optimitasoon. Kasvunsääteet kuitenkin saattoivat lisätä jyvä- ja typpisatoja varsinkin suurilla typpilannoitusmäärillä, tehostaen siten typen ottoa. Lisäystä ei kuitenkaan havaittu kaikilla viljelykasveilla. Ainoastaan rypsi (cv. Kulta) hyötyi kasvunsäädekäsittelystä (Cerone) kaikkina koevuosina, jopa kuivana kesänä 1994. Kasvunsääde (CCC) lisäsi myös kauran (cv. Yty) jyvä- ja typpisatoja, mutta vain sateisina kesinä, jolloin lakoutuminen selvästi väheni käsittelyn myötä. Kevätvehnällä (cv. Satu) vuosittainen vaihtelu oli suuri, ja kasvunsääteen (CCC) edullinen vaikutus jyväsatoon oli merkittävä vain vuonna 1995, jolloin alkukesä oli hyvin sateinen ja loppukesä kuiva. Tällöin kasvunsääde lyhensi selvästi vehnän korren pituutta (30 cm). Typpisadot eivät kuitenkaan kohonneet, koska kasvunsääde laski jyvän typpipitoisuutta. Kasvunsääteen (Terpal) vaikutus rehuohran (cv. Loviisa) jyvä- ja typpisatoihin vaihteli suuresti eri vuosina. Typpisadot jopa laskivat merkitsevästi viivästyneen käsittelyn vaikutuksesta vuonna 1995. Kasvunsääteet lisäsivät yleensä puintikosteutta, mutta muuten jyvän laatu heikkeni vain vähän tai käsittelyillä ei ollut vaikusta valkuaispitoisuuksiin ja 1000 jyvän painoon, paitsi vehnällä vuonna 1995. Rypsin 1000 siemenen paino kasvoi vuosina 199495 kasvunsääteen ansiosta. Typpilannoituksen ja kasvunsäädekäsittelyjen jälkivaikutusta tutkittiin vuonna 1997, jolloin koko koealueelle kylvettiin rehuohraa. Typpilannoitustaso oli kaikissa koeruuduissa 30 kg/ha. Tulosten mukaan paras sato saatiin koealueilta, jotka lannoitettiin aiempina vuosina suurimmalla typpimäärällä. Myös typpisato oli näissä ruuduissa suurin, runsaat 50 kg/ha. Koevuosien lannoitustasoilla 6090 kg/ha typpisato oli tätä 10 kg/ha pienempi. Ilman typpilannoitusta viljellyissä ruuduissa ero oli vain 5 kg/ha. Pienempi ero osoitti, että maahan kertyy typpeä, mikäli typpilannoitusta ei käytetä lainkaan. Tällöin heikoksi jäävä kasvusto ei todennäköisesti pysty tyhjentämään maan typpivaroja yhtä tehokkaasti kuin kohtuullisesti lannoitetut kasvustot. Vastaavasti korkeilla typpilannoitustasoilla (150180 kg/ha) kasvi ei pysty hyödyntämään kaikkea käytettävissä olevaa typpeä, riippumatta kasvunsääteiden käytöstä. Suuret typpilannoitusmäärät lisäsivät korjuun jälkeisiä maan mineraalityppipitoisuuksia, mutta vain kuivan kesän jälkeen. Syksyllä 1994 maan nitraatti-typpipitoisuudet olivat 1535 kg/ha suuremmat typpilannoitustasoilla 127187 kg/ha verrattuna pienempiin typpilannoitusmääriin. Keväällä 1995 mineraalityppeä oli eniten jankossa suuria typpimääriä saaneilla koeruuduilla, osoittaen mahdollista huuhtoutumista. Vuoden 1996 suotuisan, hyviä satoja tuottaneen kasvukauden jälkeen maan minaraalityppipitoisuudet olivat lähes samanlaiset eri lannoitustasoilla. Typen huuhtoutumisen välttämiseksi tulokset puoltavat typpilannoitustasoa 90100 kg/ha. Tutkimus tukee näin nykyisiä ympäristötukiehtoja. Tulosten mukaan kasvunsääteet voivat parantaa typen hyväksikäyttöä, mutta tutkituilla aineilla todennäköisimmin vain rypsin ja sateisina kesinä kauran viljelyssä

Response of P, K, Mg and NO 3 -N contents of carrots to irrigation, soil compaction, and nitrogen fertilisation

Soils ploughed in autumn were loosened by different tillage tools, or compacted to a depth of 25-30 cm by a tractor weighing 3 Mg (once or three times) before seed bed preparation for carrot under moist soil condition. Sprinkler irrigation was also applied to mineral soils when the soil moisture in top soil was 50% of plant-available water capacity, and the response of additional N application of 30 kg ha-1 was studied in an organic soil. Higher soil moisture tended to promote nutrient uptake, as the P content of carrot tap roots was increased by irrigation in loam. Compaction of organic soil low in P increased P and K contents and uptake by carrot roots and shoots. In severely compacted clay soil, the nutrient use decreased by increasing soil compactness. NO3-N contents were the highest in early season (25-30 mg kg-1 fresh matter) and decreased with advancing season. In loam, NO3-N content was increased by irrigation or loosening. Increasing the N fertilisation of organic soil from 30 kg ha-1 to 60 kg ha-1 increased the NO3-N content 30%. Soil type and its nutrient status, weather conditions, and growth stage had much more significant influence on the P, K, and Mg contents of carrots than soil treatments