Liming effect on barley (Hordeums vulgare L.) yield formation and nitrogen uptake efficiency in acidic sulphate soil.

Tiivistelmä – Referent – Abstract Happamat sulfaattimaat muodostuvat sulfidipitoisista sedimenttikerrostumista, joissa rikki esiintyy rautasulfideina. Päästessään kosketuksiin ilman kanssa sulfidikerroksissa käynnistyy pitkä ketju biokemiallisia ja kemiallisia reaktioita, jotka lisäävät maan happamuutta ja sulfaattipitoisuutta. Maaperän liiallinen happamuus rajoittaa kasvien kehitystä ja kasvua, sillä happamuus lisää alumiinin liukoisuuden myrkylliselle tasolle juuristoalueella ja hidastaa orgaanisen aineksen mikrobiologista hajotusta, minkä seurauksena typen mineralisoitumisen vähenee. Aiemmat tutkimustulokset ovat osoittaneet, että voimakkaalla kalkituksella on mahdollista nostaa sulfaattimaiden pH-arvoa ja sitä kautta vähentää sulfaattimaiden happamuutta. Korkeassa pH-arvossa ammoniumin ja nitraatin pitoisuudet maassa kasvavat, mikä helpottaa typenottoa ja sitä kautta mahdollisesti parantaa myös kasvien typenoton tehokkuutta. Lisäämällä kasvien typenoton tehokkuutta ja typen hyväksikäyttöä on mahdollista parantaa typenkäytön hyötysuhdetta ja sitä kautta vähentää sulfaattimaissa tapahtuva denitrifikaatiota ja sen aiheuttamia N2O- päästöjä. Tähän asti kuitenkin kalkituksen vaikutusta kasvien typenoton (UPE) ja hyväksikäytön tehokkuuteen (UTE) ja niiden kautta kasvien typenkäytön hyötysuhteeseen (NUE) on tutkittu vähän. Tämän tutkielman tarkoituksena on selvittää, miten kalkitus vaikuttaa ohran (Hordeum vulgare L.) sadon muodostukseen ja typenottoon lannoittamattomassa ja lannoitetussa happamassa sulfaattimaassa. Kenttäkoe perustettiin Viikissä keväällä 2018. Koe on faktoriaalinen osaruutukoe, jossa pääruutuina olivat kasvi- ja typpilannoituskäsittelyn yhdistelmät (lannoittamaton tai Suomen salpietarilla 100 kg N/ha lannoitettu ohra (Kaarle) tai lannoittamaton kesanto) ja osaruutuina kalkkikäsittelyt (0; 7,7 ja 15,3 t/ha) neljänä kerranteena. Kalkitus nosti odotetusti maan pH-arvoa ja lisäsi typen mineralisaatiota, mikä heijastui typen ottoon. Kalkituksen ja lannoituksen vaikutus sadon muodostumiseen jäi pieneksi ohran biomassan, satokomponentin ja jyväsadon osalta. Kalkkikäsittely pienensi typenoton tehokkuutta ja typen hyväksikäytön tehokkuutta ja sitä kautta typenkäytön hyötysuhdetta. Lannoitus lisäsi typenottoa, mutta pienensi myös typen hyväksikäytön tehokkuutta ja typen satoindeksiä. Kalkituksen ja lannoituksen yhdysvaikutus lisäsi typen mineralisaatiota. Kalkkikäsittely lisäsi typen mineralisaatiota selkeästi enemmän lannoittamattomassa maassa kuin lannoitetussa maassa (kalkitustasojen välillä ei ollut eroa). Kesäkuun kuivuus ja maan vähäinen kosteus rajoittivat lannoitteesta vapautuvan typen mobilisaatiota maassa, mikä selittäisi typpilannoitekäsittelyn vaikutuksen jäämisen melko pieneksi. Kuivuus rajoitti myös juurten kehitystä ja sitä kautta niin typen kuin muiden ravinteiden ottoa. Kalkkikäsittely ei tuonut muutoksia NUE:ssa, UPE:ssa ja UTE:ssa, mutta se lisäsi typen mineralisaatiota ja typenottoa kasvukaudella, mikä viestii siitä, että otollisemmissa olosuhteissa kalkkikäsitellyn avulla olisi ehkä mahdollista parantaa typenoton hyötysuhdetta ja sitä kautta parantaa ohran viljelyn kannattavuutta ja ekologisuutta. Lisää jatkotutkimuksia tarvitaan, sillä muualla tehdyt tutkimusten tulokset eivät välttämättä päde boreaalisissa olosuhteissa.Tiivistelmä - Referat – Abstract Acid sulfate soils are formed from sediment deposits containing sulfides, in which sulfur is present in the form of iron sulfides. In contact with air, the sulfur layer initiates a long-chain of biochemical and chemical reactions that increase the acidity of the soil and the amount of sulfate. Excessive acidity restricts plant development and growth. In acid soil, the aluminum solubility reaches a high level of toxicity for roots and slows down the microbiological degradation of organic matters, resulting in a reduction of nitrogen mineralization. Previous research results have shown that important liming has the potential to raise the pH of sulphate soils, and thereby reduce its acidity. With a high pH, the concentrations of ammonium and nitrate in the soil increase, facilitating nitrogen uptake and thereby also improving the efficiency of nitrogen uptake by plants. It has been speculated that, by increasing the nitrogen uptake efficiency and nitrogen utilization in plants, it will improve nitrogen use efficiency and so will reduce denitrification in sulphate soils and the resulting N2O emissions. However, to date, the studies on the effect of liming on plant nitrogen uptake (UPE) and utilization efficiency (UTE) and, consequently, on plant nitrogen utilization efficiency (NUE) have been minimal. The purpose of this study is to investigate how liming affects the yield formation and nitrogen uptake efficiency for barley (Hordeum vulgare L.) in unfertilized and fertilized acid sulfate soils. The field trial was established in Viikki, Helsinki, in the spring 2018. It followed split-plot design, in which the main plots were combinations of plant and nitrogen fertilization treatments (0 or 100 kg of nitrogen per hectare of fertilized barley (Kaarle) or unfertilized fallow) and lime treatments (0; 7,7; 15,3 t/ha) in four replicates. Liming raised the soil pH as expected and also increased nitrogen mineralization during the growing season, which is reflected in the nitrogen uptake. The effect of liming and fertilization on crop formation was small for barley biomass, yield component and grain yield. On the other hand, the liming effect reduced the nitrogen absorption efficiency and the nitrogen utilization efficiency and thereby the efficiency of nitrogen use. Fertilization also increased nitrogen uptake, but also decreased nitrogen utilization efficiency and nitrogen harvest index. The combined effect of liming and fertilization increased nitrogen mineralization. Liming treatment clearly increased nitrogen mineralization more in unfertilized soils than fertilized (there was no difference between liming levels). The drought in June and the low moisture limited the mobilization of nitrogen released from fertilizer in the soil, which would explain the effect of the nitrogen fertilizer treatment remaining relatively small. The drought also limited the development of the roots and thus the uptake of nitrogen and other nutrients. Lime treatment did not change NUE, UPE and UTE, but increased nitrogen mineralization and nitrogen uptake during the growing season, suggesting that under more favorable conditions the liming treatment could improve the efficiency and therefore improve the profitability and ecology of the barley crop. Further studies are needed as the results of studies performed elsewhere may not be valid under boreal conditions