Improvement of Nitrogen-Fertilizer Recommendation by Consideration of Long-Term Site and Cultivation Effected Mineralization
Abstract
:1. Introduction
2. Materials and Methods
2.1. Permanent Field Plots
- -
- winter wheat 24.9%
- -
- winter rape 18.3%
- -
- winter barley 15.7%
- -
- silage maize 10.5%
- -
- spring barley 7.8%
- -
- triticale 4.8%
- -
- winter rye 3.5%
- -
- sugar beet 3.1%
- -
- grain maize 1.5%
- -
- others 9.9%.
2.2. Application of Process Models
- -
- Calculation of contents or differences of Corg: mean error (ME) = −0.0016–−0.0041% Corg, root–mean–square error (RMSE) = 0.14–0.16% Corg, r = 0.74 (p < 0.001).
- -
- Nt calculations: ME = −0.0101–−0.0108% Nt, RMSE = 0.021–0.026% Nt, r = 0.40 (p < 0.001).
- -
- From the change in the Corg content, conclusions can also be drawn about the OM balance.
2.3. Organic Matter and Nitrogen Balancing
2.4. Procedure for Determining Fertilizer Requirements
- -
- Soil Nmin reserve at the beginning of vegetation;
- -
- N-delivery during vegetation depending on the previous crop species, the organic fertilization of the previous crop and the type of soil;
- -
- N-supply from organic fertilization for the cultivated crop species, in particular as ammonium-N, depending on the amount, the type and the application date;
- -
- Plus/minus vegetation status, irrigation, weather, etc.
- -
- slurry and liquid digestate 30–40%;
- -
- stable manure and solid digestate 60–65%;
- -
- compost 90%.
- N-base value
- −Nmin values at the beginning of vegetation
- −N delivery from soil (calculated from model CCB=mineralization, Nm)
- −N supply from manure (calculated from model CCB=Nm)
- −Other N supplies
- =NFR (mineral fertilizer).
- -
- Determination according to the farmers’ needs (=actual condition of the TP);
- -
- Determination of needs according to BEFU on the basis of the field card records of the TP;
- -
- Determination of needs with BEFU using the N mineralization of the TP according to CCB.
2.5. Statistical Methods
3. Results
3.1. Fertilizer Recommendations
Component | BEFU calculation | CCB calculation |
Nmin values | 23 | 24 |
N delivery | 8 | - |
N mineralization | - | 35 |
N mineral fertilization | 69 | 42 |
N total input | 100 | 100 |
3.2. Organic Matter and N Balancing
4. Discussion
5. Conclusions
Author Contributions
Funding
Institutional Review Board Statement
Informed Consent Statement
Data Availability Statement
Conflicts of Interest
References
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OM Balance (HEQ ha−1 a−1) | Group | Evaluation |
---|---|---|
<−200 | A | Unfavorable effects on soil functions and yield |
−200 to −76 | B | Tolerable in the medium term, especially on soils enriched with OM |
−75 to 100 | C | Optimal in terms of yield security with low risk of loss, long-term fixation of site-specific OM contents |
101 to 300 | D | Tolerable in the medium term, especially on soils impoverished with OM |
>300 | E | Not tolerable in the long term, increased risk of N loss, low N efficiency |
N Balance (kg N ha−1 a−1) | Group | Evaluation |
---|---|---|
<−30 | A | Undersupply, increased yield risk |
−29 to −1 | B | Short-term tolerable, especially after crops with low-N stand and root residues |
0 to 49 | C | Optimal in terms of yield security with low risk of N losses |
50 to 80 | D | Short-term tolerable, especially after crops with N-rich stand and root residues |
>80 | E | Increased risk of N losses, low N efficiency |
Column: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Crop Species | N Base Value | Nmin Value (Spring) | BEFU N Supply Organic Fertilization | BEFU N Delivery Soil | BEFU Calculated NFR | CCB N Mineralization (Nm) | BEFU, CCB Calculated NFR | Practice NFR (Actual Use) | Correlation BEFU Requirement/Use | Correlation CCB Requirement/Use |
(n = Cultivation Years) | (kg ha−1) | (kg ha−1) | (kg ha−1) | (kg ha−1) | (kg ha−1) | (kg ha−1) | (kg ha−1) | (kg ha−1) | (r) | (r) |
winter wheat (n = 841) | 210 | 52 (±28) | 3 (±25) | 6 (±5) | 150 (±28) | 30 (±56) | 128 (±64) | 147 (±44) | 0.174 (p < 0.001) | 0.302 (p < 0.001) |
winter barley (n = 565) | 180 | 40 (±19) | 3 (±6) | 1 (±3) | 137 (±20) | 55 (±61) | 58 (±64) | 116 (±38) | 0.093 (p < 0.05) | 0.243 (p < 0.001) |
triticale (n = 212) | 190 | 39 (±21) | 7 (±14) | 7 (±14) | 144 (±26) | 102 (±82) | 49 (±86) | 88 (±40) | 0.140 (p < 0.05) | 0.188 (p < 0.01) |
winter rape (n = 668) | 200 | 38 (±26) | 9 (±9) | 19 (±3) | 135 (±29) | 108 (±68) | 54 (±73) | 153 (±39) | 0.034 | 0.281 (p < 0.001) |
sugar beet (n = 88) | 170 | 64 (±29) | 24 (±24) | 36 (±3) | 57 (±32) | 88 (±48) | 19 (±61) | 67 (±30) | 0.376 (p < 0.01) | 0.227 (p < 0.05) |
grain maize (n = 50) | 200 | 60 (±45) | 44 (±52) | 26 (±5) | 71 (±74) | 52 (±103) | 87 (±119) | 74 (±50) | 0.646 (p < 0.001) | 0.593 (p < 0.001) |
MW (n = 2424) | - | 45 | 17 (column 3 + 4) | 137 | 66 | 80 | 132 | - | - |
Crop Species | N Base Value | Nmin Value (Spring) | N Mineralization (Nm, CCB) | NFR (Calculated) | NFR (Actual Use) | Correlation Requirement/Use |
---|---|---|---|---|---|---|
(n = Cultivation Years) | (kg ha−1) | (kg ha−1) | (kg ha−1) | (kg ha−1) | (kg ha−1) | (r) |
Test Plots Without Organic Fertilization (Stockless) | ||||||
winter wheat (n = 702) | 210 | 51 (±28) | 20 (±56) | 139 (±57) | 150 (±43) | 0.241 (p < 0.001) |
winter rape (n = 297) | 200 | 35 (±25) | 67 (±61) | 98 (±55) | 131 (±39) | 0.268 (p < 0.001) |
Test plots with organic fertilization (livestock) | ||||||
winter wheat (n = 139) | 210 | 58 (±28) | 81 (±64) | 71 (±68) | 133 (±46) | 0.316 (p < 0.001) |
winter rape (n = 371) | 200 | 41 (±25) | 140 (±65) | 19 (±67) | 146 (±37) | 0.187 (p < 0.001) |
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Meyer, D.; Kolbe, H. Improvement of Nitrogen-Fertilizer Recommendation by Consideration of Long-Term Site and Cultivation Effected Mineralization. Agronomy 2021, 11, 2492. https://doi.org/10.3390/agronomy11122492
Meyer D, Kolbe H. Improvement of Nitrogen-Fertilizer Recommendation by Consideration of Long-Term Site and Cultivation Effected Mineralization. Agronomy. 2021; 11(12):2492. https://doi.org/10.3390/agronomy11122492
Chicago/Turabian StyleMeyer, Dietmar, and Hartmut Kolbe. 2021. "Improvement of Nitrogen-Fertilizer Recommendation by Consideration of Long-Term Site and Cultivation Effected Mineralization" Agronomy 11, no. 12: 2492. https://doi.org/10.3390/agronomy11122492
APA StyleMeyer, D., & Kolbe, H. (2021). Improvement of Nitrogen-Fertilizer Recommendation by Consideration of Long-Term Site and Cultivation Effected Mineralization. Agronomy, 11(12), 2492. https://doi.org/10.3390/agronomy11122492