Effective organic matter stock management in agricultural practices: modeling and observation

Long-term fertilization experiments (LTFE), with the focus on analyzing soil fertility indicators and their interrelation with crop have fundamental importance for monitoring, modeling, and controlling the status of soils. Validation datasets from LTFE provide the basis for understanding cropland responses to key natural and management drivers such as climate and productivity, land use changes, soil fertility and greenhouse gas emissions. RothC model was used for simulation soil organic carbon (SOC) stocks in several Russian LTFE with mineral and organic fertilization. RothC was able to adequately simulate long-term SOC stock changes in the arable layer of different treatments of fertilization experiments on Podzols, Albeluvisols and Chernozems. Annual C inputs sufficient for maintaining constant SOM stocks and additional C gain were estimated. Simulation of SOC dynamics for plots with no fertilization and the lowest SOC stock revealed that above ground NPP input is sufficient for maintaining constant SOM stocks after conversion to a grassland for forage production and returning FYM in the same plot. The changes in the observed trends for different fields with the same treatments are related to the initial level of soil fertility and different crop-climatic year combinations. This simulation has demonstrated the role of crop rotations and fallowing in SOC dynamics and revealed possible C sequestration in a short-term as it is highly yield-dependent. Agricultural soils are sensitive to small changes of extreme year’s pattern with more expressed loss of the initial C stock under intensive management systems

Assessment of crop yields in modern agriculture on the basis of GIS-Technologies

Information-analytical system of ensuring agricultural technologies was developed on the base of several GIS and models of crop yield.The system included creation of maps of potential yield (function of the natural factors) and possible (function of the real level of the fieldfertility) yield of various crops. These dateswere received in the mass field experiments with fertilizers and in available modern bases ofagrochemical, landscape, climatic parameters. The uneven distribution of natural properties- for example, soil quality, topography, microclimate - on the territory of any size determined a different degree of their suitability for growing different groups of crops. The methodology for calculating the yield of various cropswas based on independent objective assessment of different impact factors bythe methods of linear and nonlinear multiple regression.Modeling results were presented in the form of yield maps with using several GIS.Impact yield factors are divided into two big groups – natural (climate, topography, soils, etc.) and agrochemical (applicationof fertilizers, plant protection agents, intensity of cultivation technologies, etc.)

Monitoring of Soil Fertility (Agroecological Monitoring)

Monitoring the ecological status of agricultural land is a fundamental precondition for controlling its sustainable functions for human society and for maintaining the ecosystem's capacity. We analyze fundamentals, developments, and trends and present results of agroecological monitoring in Russia. This system has been developed and operated by the Pryanishnikov Institute of Agrochemistry in Moscow. Agroecological monitoring in Russia was installed in the 1970s and is based on a regular 5-year agrochemical survey of agricultural lands all over the country, more than 300 field experiments in all bioclimatic zones of the country, and more than 1000 reference monitoring plots. In trials with different inputs of fertilizers, the focus is on analyzing soil fertility indicators and their impact on productivity. Some of these experiments are long-term experiments and part of international networks. Their results are of fundamental importance for monitoring, modeling, and controlling the status of soils in future despite climate change. In a regular survey, we found tendencies toward decreasing soil fertility in some regions, for example with decreased contents of humus and plant-available minerals, and topsoil acidification. Nutrient withdrawals must be compensated for by regular fertilization regimes, nutrient mining must be avoided. We detected some gaps in knowledge on the topic of balancing elements and modeling the agroecosystem's response to climate and land use changes. We conclude that there is a need to implement modern measurement and modeling systems in some key long-term trials. The Pryanishnikov Institute has taken responsibility for coordinating running programs in different regions and administrative units of the Russian Federation, and for elaborating methodical guidelines and highly advanced monitoring technologies. National and international cooperation, research programs and networks are key for agroecological monitoring systems of the twenty-first century in addressing challenges for a highly productive, stable, sustainable, and environmentally safe food production

Dynamik des Humusgehaltes in Dauerdüngungsversuchen auf Podsolböden aus lehmigem Sand

In einem 46 jährigen Dauerdüngungsversuch mit der Fruchtfolge: einjährige Lupine – Winterweizen – Kartoffel – Sommergerste wurde festgestellt, dass Corg - Gehalt im Boden ohne Düngung auf 0,093% sanken, was 15% vom ursprünglichen Zustand entspricht. Beim Einsatz der mineralischen Dünger sank der Humusgehalt auch, aber weniger im Vergleich zu Varianten ohne zusätzlicher Düngung. Der Einsatz von organischen Düngemittel ermöglichte die Stabilisierung und Zunahme des Humusgehaltes. Die größte Steigerung des Humusgehaltes in leichten Podsolböden erfolgten durch die Versorgung mit organischer Substanz in Form von Ernterückständen und organischen Düngemitteln

Von J. v. Liebig bis E. A. Mitscherlich. Die Grundlage ressourceneffizienter Pflanzenernährung

Mitscherlichs bedeutendste wissenschaftliche Leistung ist ein von ihm formuliertes Ertragsgesetz, das Wirkungsgesetz der Wachstumsfaktoren. Seine erste Veröffentlichung darüber erschien 1909 unter dem Titel Das Gesetz des Minimums und das Gesetz des abnehmenden Bodenertrages in der Zeitschrift Landwirtschaftliche Jahrbücher. Im Gegensatz zu dem von Carl Sprengel und Justus von Liebig aufgestellten Minimumgesetz, wonach von allen mineralischen Nährstoffen derjenige, der in geringster Menge im Boden vorhanden ist, den Pflanzenertrag maßgebend bestimmt, wies Mitscherlich nach, dass die Ertragshöhe von sämtlichen Wachstumsfaktoren abhängig ist. Nach seinen Forschungsergebnissen kann jeder einzelne Wachstumsfaktor mit einer ihm spezifischen Intensität (Wirkungsfaktor) die Ertragshöhe steigern. Mit zunehmender Annäherung an den Höchstertrag wird jedoch durch eine weitere Steigerung eines bestimmten Wachstumsfaktors im Vergleich zum Aufwand der Mehrertrag deutlich geringer. Die von Mitscherlich aus diesen Erkenntnissen abgeleitete Darstellung der Ertragssteigerungskurve als Logarithmische Verteilung fand in der Landbauwissenschaft weltweites Interesse. Sie gab der dynamisch-quantitativen Ertragsforschung neue Einsichten und führte zu einer kaum zu überblickenden Anzahl experimenteller Untersuchungen, aber auch zu kontroversen wissenschaftlichen Diskussionen. Mitscherlich hat umfangreichere Beiträge mit Forschungsergebnissen über sein Ertragsgesetz vor allem in der Zeitschrift Landwirtschaftliche Jahrbücher publiziert. Von mehreren Übersichtsarbeiten ist die 1956, kurz nach seinem Tode erschienene Schrift Ertragsgesetze hervorzuheben. Obgleich neuere Forschungsergebnisse zeigen, dass Mitscherlichs Ertragsgesetz uneingeschränkt nur für spezielle Versuchsbedingungen gilt, hat sein mathematisch orientiertes Forschungskonzept das Wissen um die Zusammenhänge von Wachstumsfaktoren und Ertragsbildung beträchtlich erweitert

Einsatz von Mikrogranulaten in Kombination mit Mikroorganismen zur Steigerung der Nährstoffeffizienz im Maisanbau

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Steigerung der Nährstoffnutzungseffizienz im Maisanbau. Der Schwerpunkt liegt dabei im restriktiven Einsatz von Phosphor vor dem Hintergrund steigender Anforderung seitens der Düngeverordnung. Verschärft wird das zulässige Maß der Phosphordüngung durch die Anpassung der Phosphorrichtwerte in den Bodengehaltsklassen. Zur Einhaltung der gesetzlichen Rahmenbedingungen ist eine weitere Begrenzung der Phosphatzufuhr aus mineralischen Düngern ein wesentlicher Ansatzpunkt. In einjährigen Praxisversuchen im brandenburgischen Müncheberg und im westfälischen Wadersloh wurde die Leistungsfähigkeit mineralischer Depotdüngungsvarianten im Hinblick auf den Silomaisertrag überprüft. Getestet wurden dabei die Unterfußdünger DAP sowie Wolf-nutraxP. Darüber hinaus wurde die Ertragswirkung des organisch-mineralisch formulierten Mikrogranulatdüngers Startec mit dem Applikationsverfahren der Saatbanddüngung überprüft. Bei diesem Verfahren wird der Dünger direkt mit dem Maiskorn in die Saatfurche abgelegt. Die Besonderheit des Düngers Wolf-nutraxP und Startec besteht darin, mit geringer Menge von unter 10 kg P2O5/ha das Kriterium einer ausreichenden Pflanzenverfügbarkeit insbesondere in der Jungendentwicklung zu erfüllen und gleichzeitig die P-Bilanz zu entlasten. Als eine weitere Besonderheit in dieser Versuchsanstellung gilt die Applikation von den Mikroorganismen Mykorrhiza, Bacillus amyloliquefaciens und Azospirillum, mit dem Ziel einer besseren Nährstoffausschöpfung der Maispflanze aus der Bodenmatrix. Im Hinblick auf die Ertragswirkung konnten beim Mikrogranulatdünger Startec signifikante Mehrerträge gegenüber der Standardvariante DAP auf beiden Standorten von rund 13 % festgestellt werden. Am Standort Wadersloh erzielt der Unterfußdünger Wolf-nutraxP vergleichbare Erträge zur DAP-Variante. Zudem stellte sich die Kombination Mykorrhiza und Bacillus amyloliquefaciens in Verbindung mit mineralischer Düngung als eine leistungsfähige Variante heraus

Acute transcriptional up-regulation specific to osteoblasts/osteoclasts in medaka fish immediately after exposure to microgravity

© The Author(s) 2016.Bone loss is a serious problem in spaceflight; however, the initial action of microgravity has not been identified. To examine this action, we performed live-imaging of animals during a space mission followed by transcriptome analysis using medaka transgenic lines expressing osteoblast and osteoclast-specific promoter-driven GFP and DsRed. In live-imaging for osteoblasts, the intensity of osterix- or osteocalcin-DsRed fluorescence in pharyngeal bones was significantly enhanced 1 day after launch; and this enhancement continued for 8 or 5 days. In osteoclasts, the signals of TRAP-GFP and MMP9-DsRed were highly increased at days 4 and 6 after launch in flight. HiSeq from pharyngeal bones of juvenile fish at day 2 after launch showed up-regulation of 2 osteoblast- and 3 osteoclast- related genes. Gene ontology analysis for the whole-body showed that transcription of genes in the category "nucleus" was significantly enhanced; particularly, transcription-regulators were more up-regulated at day 2 than at day 6. Lastly, we identified 5 genes, c-fos, jun-B-like, pai-1, ddit4 and tsc22d3, which were up-regulated commonly in the whole-body at days 2 and 6, and in the pharyngeal bone at day 2. Our results suggested that exposure to microgravity immediately induced dynamic alteration of gene expression levels in osteoblasts and osteoclasts

Search for Kaluza-Klein Graviton Emission in ppˉp\bar{p} Collisions at s=1.8\sqrt{s}=1.8 TeV using the Missing Energy Signature

We report on a search for direct Kaluza-Klein graviton production in a data sample of 84 ${pb}^{-1}$ of \ppb collisions at $\sqrt{s}$ = 1.8 TeV, recorded by the Collider Detector at Fermilab. We investigate the final state of large missing transverse energy and one or two high energy jets. We compare the data with the predictions from a $3+1+n$-dimensional Kaluza-Klein scenario in which gravity becomes strong at the TeV scale. At 95% confidence level (C.L.) for $n$=2, 4, and 6 we exclude an effective Planck scale below 1.0, 0.77, and 0.71 TeV, respectively.Comment: Submitted to PRL, 7 pages 4 figures/Revision includes 5 figure

Measurement of the average time-integrated mixing probability of b-flavored hadrons produced at the Tevatron

We have measured the number of like-sign (LS) and opposite-sign (OS) lepton pairs arising from double semileptonic decays of $b$ and $\bar{b}$-hadrons, pair-produced at the Fermilab Tevatron collider. The data samples were collected with the Collider Detector at Fermilab (CDF) during the 1992-1995 collider run by triggering on the existence of $\mu \mu$ and $e \mu$ candidates in an event. The observed ratio of LS to OS dileptons leads to a measurement of the average time-integrated mixing probability of all produced $b$-flavored hadrons which decay weakly, $\bar{\chi} = 0.152 \pm 0.007$ (stat.) $\pm 0.011$ (syst.), that is significantly larger than the world average $\bar{\chi} = 0.118 \pm 0.005$.Comment: 47 pages, 10 figures, 15 tables Submitted to Phys. Rev.