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

Soil Quality and Crop Yield Potential of International Experimental Sites in Russia, Kazakhstan and Germany

Das Muencheberger Soil Quality Rating (M-SQR) ist ein Verfahren zur skalenübergreifenden Bewertung der Produktivitätsfunktion von Böden. Die Kennziffern dieses für den globalen Maßstab konzipierten Bodenschätzungsverfahrens sollen eine Begutachtung von Ertragspotentialen anhand von standörtlichen Indikatoren ermöglichen. Im Hinblick auf die Objektivierung der Schätztabellen prüften wir die Beziehungen zwischen Standortfaktoren, Boden-Bonitierungsverfahren und Ertrag landwirtschaftlicher Kulturen auf einer Vielzahl von Agrarstandorten. Grundlage waren Felduntersuchungen an Bodenprofilen, mittlere monatliche Klimadaten und mittlere Ernteerträge benachbarter Parzellen. Die Daten wurden mit multivariaten statistischen Verfahren analysiert. Im Ergebnis konnten wir die standörtliche Trockenheit und das Thermalregime der Böden als maßgebliche ertragsbeeinflussende Faktoren identifizieren und quantifizieren. Auf dieser Grundlage wurden sowohl die Bewertungstabellen des M-SQR-Verfahrens präzisiert als auch Regressionsgleichungen für die Abschätzung von Erträgen aus den Bodenpunkten des M-SQR abgeleitet. Wir schlussfolgern, dass das M-SQR Verfahren als Welt-Bodenschätzung hinreichend präzise und praktikabel ist. Das beinhaltet sowohl die Feldmethodik als auch die Kartierung von Ertragspotentiale

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

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

Bodenhydrologische Untersuchungen in verschiedenen Skalen für eine nachhaltige Landwirtschaft

Zusammenfassung Eine umfassende Analyse von interaktiven Prozessen zwischen Boden, Wasser, Pflanze, Tiere und Atmosphäre für eine nachhaltige Landwirtschaft erfordert Kenntnisse von Parametern und Prozessen in unterschiedlichen Skalen. Ergebnisse aus bodenhydrologischen Studien in Nordostdeutschland werden vorgestellt. Die Untersuchungen erfolgten im Labor, Lysimeter, Feld und Einzugsgebiet. Die Messung bodenhydraulischer Kennwerte- Wasserretentionsfunktion, ungesättigte hydraulische Leitfähigkeit- wurde mit der erweiterten Verdunstungsmethode (EEM) und dem HYPROP Messgerät durchgeführt. Der Messbereich ist zwischen Wassersättigung und nahe dem permanenten Welkepunkt. Die Messzeit beträgt 3 bis 10 Tagen. Die zusätzliche Quantifizierung von Schrumpfung und Hysteresis sind möglich. Eine Feldmethode zur Quantifizierung der Sickerwasserbildung und des Stoffaustrages unter natürlichen Boden- und Bewirtschaftungsbedingungen wurde entwickelt, die Eignung im Vergleich mit Lysimeterergebnissen nachgewiesen und auf 40 bodenhydrologischen Feldmessplätzen in Nordostdeutschland angewendet. Die Hypothese wurde bestätigt, dass Ackerland die Hauptquelle für Grundwasserneubildung in Nordostdeutschland ist. Unter Wald war die Sickerwasserbildung deutlich reduziert und tendierte bei Niederschlägen unter 550 mm/a gegen Null. Für die Erhaltung von Feuchtgebieten und die Absicherung der Grundwasserneubildung in Regionen mit negativer klimatischer Wasserbilanz sollte dieser Fakt bei geplanten Landnutzungsänderungen und Aufforstungsmaßnahmen berücksichtigt werden. EEM und HYPROP und die vorgestellte bodenhydrologische Feldmethode, als „virtuelles Lysimeter“ bezeichnet, haben das Potential zur Verbesserung bodenhydrologischer Studien in Europa und anderen Regionen der Welt

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

ЭПИДЕМИОЛОГИЧЕСКИЕ ИНДИКАТОРЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ОБЪЕМОВ ВЫСОКОТЕХНОЛОГИЧНЫХ ВИДОВ МЕДИЦИНСКОЙ ПОМОЩИ В СЛУЧАЯХ РАКА МОЛОЧНЫХ ЖЕЛЕЗ

Introduction. The diagnostic possibilities for breast cancer (BC) are expanding. The results of BC patients treatment are also improving. The 5-year survival rate in BC patients is increasing. The number of mastectomy (ME) in BC patients does  not decrease. Therefore, the BC epidemiological data analysis in the female population of Russia is in demand to predict the need of the volumes of the breast reconstruction after ME.Methods and materials. A retrospective cohort study was conducted. The information on BC cases in St. Petersburg residents in 2011–2018 yr. was analyzed. Statistical processing was carried out using the programs Statistica 12.0 for Windows, «Population cancer registry».Resalts and discussion. In 2017 yr., in St. Petersburg, the incidence of BC was 60.11 0/0000. The prevalence of BC in the analyzed period is higher than the national indicator by 19.3 %. In 2018 yr., women of working age were diagnosed with BC 16.6 % more often than in 2011. The frequency of the I–II stage BC verification in 2011 – 2018 yr. increased 1.2 times, reaching 72.2 % in 2018 yr. In 2018 yr., the 5-year survival rate in BC patients was 63.4 %.Conclusion. In connection with the annual increase in the number of BC patients undergoing ME, it is reasonable to expect an increase in potential needs for breast reconstruction, which will necessitate the expansion of the volume of hightech types of medical care provided to BC patients.Введение. Возможности диагностики рака молочных желез (РМолЖ) расширяются. Улучшаются результаты лечения больных злокачественными новообразованиями (ЗНО) молочных желез. Параметры 5-летней выживаемости больных РМолЖ увеличиваются. Число случаев проведения мастэктомии (МЭ) по поводу ЗНО МолЖ не снижается. Поэтому анализ эпидемиологических данных о наблюдениях ЗНО МолЖ у женского населения России востребован для прогнозирования необходимости оптимизации объемов восстановительного компонента оказания медицинской помощи (МП) пациенткам, подвергшимся МЭ.Методы и материалы. Проведено ретроспективное когортное исследование. Проанализированы сведения о случаях РМолЖ у жительниц Санкт-Петербурга в 2011–2018 гг. Статистическая обработка проведена с применением программ «Statistica 12,0» для Windows, «Популяционный раковый регистр».Результаты. В 2017 г. в Санкт-Петербурге заболеваемость РМолЖ зарегистрирована на уровне 60,11 0/0000. Распространенность ЗНО МолЖ за анализируемый период выше общероссийского показателя на 19,3 %. В 2018 г. РМолЖ у горожанок трудоспособного возраста диагностирован на 16,6 % чаще, чем в 2011 г. Удельный вес случаев верификации РМолЖ I–II стадии опухолевого процесса в 2011–2018 гг. возрос в 1,2 раза, достигнув 72,2 % в 2018 г. В 2018 г. параметр 5-летней выживаемости больных РМолЖ составил 63,4 %.Заключение. В связи с ежегодным увеличением численности больных РМолЖ, перенесших МЭ, допустимо ожидать рост потенциальных потребностей в протезировании МолЖ, что обусловит необходимость расширения объемов высокотехнологичных видов МП, оказываемой пациенткам с ЗНО МолЖ.