Determination of spatial variability of some magnesium forms in Phaeozem using geostatistical methods

• Autorzy: Kobierski M. , Dlugosz J. , Piotrowska-Dlugosz A.

Warianty tytułu

PL

Analiza zmienności przestrzernnej wybranych form magnezu w czarnej ziemi z wykorzystaniem metod geostatystycznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The spatial variability analysis of soil properties facilitates the prediction of their contents across various sites, useful for design of site-specific farming practices. Intrapopulation and spatial variation of soil available (Mg-A), exchangeable (Mg-E) and water-soluble (Mg-H2O) magnesium forms was evaluated in a field on Phaeozem soil, located in the village Orlinek near Mrocza, in the Province of Kujawy and Pomorze (województwo kujawsko-pomorskie), north-western Poland. Soil samples were collected from an area of 0.5 ha situated within an 80-hectare arable field. In April 2007, 50 soil samples were collected in a 10 x 10 m grid square pattern from the field cropped with winter wheat. The content of Mg forms was analyzed with descriptive statistics and the geostatistic modeling of semivariograms to plot variability maps. The Mg-A content ranged from 4.9 to 12.2 mmol kg-1, while the Mg-E form varied from 5.6 to 16.4 mmol kg-1. The average content of Mg-H2O was 1.27 mmol kg-1. All the properties revealed a normal content distribution, which coincided with similar values of means, medians and significantly lower values of standard deviations (SD) than the means. Moderate variability of all the Mg forms content was confirmed by the coefficient of variation (CV%), falling within 19.4-23.6%. The spatial dependence of the Mg forms content was evaluated by the use of semivariograms and krigged maps. The parameters of variogram models, except for the Mg-A content, revealed a share of random variance (a nugget) in total variability (sill). The content of Mg-E demonstrated high spatial dependence (the nugget effect <25%), while the content of Mg-H2O and the percentage share of Mg-E in the sum of base cations (S) fell within the moderate class of spatial variability (the nugget effect between 25% and 75%). The spatial correlation of the properties studied was assessed by 11.1 to 21.3 m range. The spatial variation maps showed that the Mg-A and Mg-E contents had a similar distribution in the research area, while the Mg-H2O content and the percentage of the Mg-E in (S) presented a different pattern of variability. The maps revealed that almost 80% of the field showed a very high Mg-A content (Class I abundance), which suggested that Mg fertilizer is unnecessary.

PL

Analiza zmienności przestrzennej parametrów glebowych umożliwia oszacowanie ich zawartości między miejscami pobrania próbek glebowych, co jest podstawą stosowanego coraz częściej systemu rolnictwa precyzyjnego. Badano zmienność zarówno wewnątrzpopulacyjną, jak i przestrzenną dotyczącą zawartości Mg przyswajalnego (Mg-A), wymiennego (Mg-E) oraz wodnorozpuszczalnego (Mg-H2O) w czarnej ziemi w okolicach wsi Orlinek k. Mroczy (województwo kujawsko-pomorskie). Próbki glebowe pobierano z obszaru 0,5 ha znajdującego się w obrębie 80-hektarowego pola produkcyjnego, na którym uprawiano pszenicę ozimą. W kwietniu 2007 r. pobrano 50 prób glebowych rozmieszczonych w siatce kwadratów o boku 10 m x 10 m. Zawartości badanych form magnezu analizowano z wykorzystaniem podstawowych statystyk opisowych oraz metod geostatystycznych, które posłużyły do wykreślenia map ich zmienności. Zawartość Mg-A wynosiła 4,9-12,2 mmol kg-1, zawartość Mg-E od 5,6 do 16,4 mmol kg-1, średnia zawartość Mg-H2O 1,27 mmol kg-1. Wszystkie badane parametry wykazywały normalny rozkład zawartości, co potwierdzone zostało przez zbliżone wartości średnich, median oraz istotnie niższe wartości odchylenia standardowego (SD), w porównaniu ze średnimi. Umiarkowaną zmienność zawartości badanych form magnezu potwierdzono za pomocą współczynnika zmienności (CV%), którego wartości mieściły się w granicach 19,4-23,6%. Zależność przestrzenną zawartości badanych form magnezu oszacowano za pomocą semivariogramów oraz wykreślonych na ich podstawie map rastrowych. Parametry modeli variogramów, z wyjątkiem zawartości Mg-A, wskazywały na udział zmienności losowej (samorodek) w kształtowaniu całkowitej zmienności tego parametru. Zawartość Mg-E wykazywała wysoką zależność przestrzenną (efekt samorodka <25%), natomiast zawartość Mg-H2O oraz udział procentowy Mg-E w sumie zasadowych kationów (S) mieściły się w umiarkowanej klasie zmienności (efekt samorodka między 25% a 75%). Korelację przestrzenną badanych parametrów oznaczono z wykorzystaniem zakresu od 11,1 do 12,3 m. Mapy zmienności przestrzennej wykazały, że zawartości Mg-A i Mg-E charakteryzowały się podobnym do siebie rozmieszczeniem na powierzchni badanego obszaru, natomiast zawartość Mg-H2O oraz udział procentowy Mg-E w (S) wykazywały odmienne rozmieszczenie w porównaniu z pozostałymi parametrami. Mapy rastrowe wykazały bardzo wysoką zawartość Mg-A (I klasa zasobności) na prawie 80% powierzchni badanego pola, co wskazywało, że nawożenie magnezem nie jest konieczne.

• Wydawca: -
• Czasopismo: Journal of Elementology
• Rocznik: 2014
• Tom: 19
• Numer: 1
• Opis fizyczny: p.165-176,fig.,ref.

Twórcy

autor

Kobierski M.

• Department of Soil Science and Soil Protection, University of Technology and Life Sciences in Bydgoszcz, Bernardynska 6/8 St., 85-029 Bydgoszcz, Poland

autor

Dlugosz J.

• Department of Soil Science and Soil Protection, University of Technology and Life Sciences in Bydgoszcz, Bernardynska 6/8 St., 85-029 Bydgoszcz, Poland

autor

Piotrowska-Dlugosz A.

• Department of Biochemistry, University of Technology and Life Sciences in Bydgoszcz, Bydgoszcz, Poland

Bibliografia

• Balanda K.P., MacGillivray H.L.1988. Kurtosis: A critical review. Amer. Statist., 42(2): 111-119.
• Brejda J.J., Moorman T.B., Smith J.L., Karlen D.L., Allan D.L., Dao T.H. 2000. Distribution and variability of surface soil properties at a regional scale. Soil Sci. Soc. Am. J., 64: 974-983.
• Burgess T.M., Webster R. 1980. Optimal interpolation and isarithmic mapping of soil properties: I. The semi-variogram and punctual krigging. J. Soil Sci., 31: 315-331.
• Buscaglia H.J., Varco J.J. 2003. Comparison of sampling designs in the detection of spatial Variability of Mississippi Delta Soils. Soil Sci. Soc. Am. J., 76: 1180-1185.
• Cahn M.D., Hummel J.W., Brouer B.H. 1994. Spatial analysis of soil fertility for site-specific crop management. Soil Sci. Soc. Am. J., 58: 1240-1248.
• Cambardella C.A., Karlen D.K. 1999. Spatial analysis of soil fertility parameters. Precision Agric., 1: 5-14.
• Cambardella C.A., Moorman T.B., Novak J.M., Parkin T.B., Karlen D.L., Turco R.F., Konopka A.E. 1994. Field-scale variability of soil properties in Central Iowa Soils. Soil Sci. Soc. Am. J., 58: 1501-1511.
• Cavigelli M.A., Lengnick L.L., Buyer J.S., Fravel D., Handoo Z., McCarty G., Mill ner P., Sikora L., Wright S., Vinyard B., Rabenhorst M. 2005. Landscape level variation in soil resources and microbial properties in a no-till corn field. Appl. Soil Ecol., 29: 99-123.
• Cobo J.G., Dercon G., Cadisch, G. 2010. Nutrient balances in African land use systems across different spatial scales: a review of approaches, challenges and progress. Agric. Ecosyst. Environ., 136: 1-15.
• Cowan J.A. 2002. Structural and catalytic chemistry of magnesium-dependent enzymes. BioMetals, 15(3): 225-235.
• Dampney P.M.R., Froment M.A., Dawson C.J. 1997. The variability of pH and available phosphorus, potassium and magnesium in soils within arable fields in England. In: Precision agriculture ’97. Staff ord J.V. (ed.). BIOS Sci. Publishers Ltd, UK, 79-86 pp.
• De Leăo M.G.A., Marques Júnior J., De Souza Z.M., Siqueira D.S., Pereira G.T. 2011. Terrain forms and spatial variability of soil properties in an area cultivated with citrus. Eng. Agric. Jaboticabal., 31(4): 643-651.
• Ebel H., Gunther T. 1980. Magnesium metabolism: a review. J. Clin. Chem. Clin. Biochem., 18: 257-270.
• Grzebisz W. 2011. Magnesium – food and human health. J. Elem., 16(2): 299-323.
• Huang Sh.-W., Jin J.-Y., Yang L.-P., Bai Y.-L. 2006. Spatial variability of soil nutrients and influencing factors in a vegetable production area of Hebei Province in China. Nutr. Cycling Agroecosyst., 75: 201-212.
• Idriceanu A., Chripă A., Stan S., Popescu S., Mihăilă V. 1999. Changes regarding magnesium mobility on a cambic chernozem soil depending on crop technology. Rom. Agric. Res., 11-12: 71-79.
• ISO 11260:1994. Soil quality – determination of effective cation exchange capacity and base saturation level using barium chloride solution.
• IUSS Working Group WRB. 2006. World reference base for soil resources 2006. World Soil Resources Reports No. 103. FAO, Rome.
• Kobierski M., Długosz J., Piotrowska A. 2011. Spatial variability of different magnesium forms in luvisols formed from glacial till. J. Elem., 16(2): 205-214.
• Kondratowicz-Maciejewska K., Kobierski M. 2011. Content of available magnesium, phosphorus and potassium forms in soil exposed to varied crop rotation and fertilisation. J. Elem., 16(4): 543-553.
• Łabętowicz J., Majewski E., Radecki A., Kaczor A. 2004. Magnesium balance in selected farms in Poland. J. Elementol., 9(3): 367-376.
• Marschner H. 1995. Mineral nutrition in higher plants. 2nd ed. San Diego: Academic Press. pp. 889.
• Matheron G. 1963. Principles in geostatistics. Econ. Geol., 58: 1246-1266.
• Mulla D.J. 1989. Soil spatial variability and methods of analysis, In: Soil, crop and water management in the Sudano-Sahelian Zone. Renard C., Van Den Beldt J., Parr J.F. (Eds.). ICRISAT, Patancheru, 241-252 pp.
• Mulla D.J., McBratney A.B. 2000. Soil saptial variability, In: M. E., (Ed.). Handbook of Soil Science, Sumner, CRC Press, Boca Raton, A321-A352 pp.
• PN-ISO 10390. 1997. Soil quality. Determining pH. (in Polish)
• PN-R-04020:1994/Az1. 2004. Chemical and agricultural analysis of soil. Determining the content of available magnesium. (in Polish)
• Rossi J., Govaerts A., De Vos B.D., Verbist B., Vervoort A., Poesen J., Muys B., Deckers J. 2009. Spatial structures of soil organic carbon in tropical forests – A case study of Southeastern Tanzania. Catena, 77(1): 19-27.
• Sapek B. 2007. Potassium and magnesium in the soil and water from the farmstead in the context of their equilibrium in the environment. Environ. Prot. Nat. Res., 31:170-176. (in Polish).
• Sapek B. 2008. Potassium to magnesium ratio in meadow herbage and soil as an indicator of the environmental changes in grasslands. Water-Environment-Rural Areas, 8(2): 139-151. (in Polish)
• Sebai T.El., Lagacherie B., Soulas G., Martin-Laurent F. 2007. Spatial variability of isoproturon mineralizing activity within an agricultural field: Geostatistical analysis of simple physicochemical and microbiological soil parameters. Environ. Pollut., 145(3): 680-690.
• Stutter M.I., Deeks L.K., Billett M.F. 2004. Spatial variability in soil ion exchange chemistry in a granitic upland catchment. Soil Sci. Soc. Am. J., 68: 1304-1314.
• Sun B., Zhou S., Zhao Q. 2003. Evaluation of spatial and temporal changes of soil quality based on geostatistical analysis in the hill region of subtropical China. Geoderma, 115(1-2): 85-99.
• Štripek K., Vanék V., Száková J., Černý J., Šilha J. 2004. Temporal variability of available phosphorus, potassium and magnesium in arable soil. Plant Soil Environ., 50(12): 547-551.
• Tabi F.O., Ogunkunle A.O. 2007. Spatial variability of soil physicochemical properties in southwestern Nigeria. Nig. J. Soil Env. Res., 7: 82-91.
• Wang H.J., Shi X.Z., Yu D.S., Weindorf D.C., Huang B., Sun W.X., Ritsema C.J., Milne E. 2009. Factors determining soil nutrient distribution in a small-scaled watershed in the purple soil region of Sichuan Province, China. Soil Till. Res., 105(2): 300-306.
• Wilding L.P. 1985. Spatial variability: its documentation, accommodation, and implication to soil surveys, In: Soil spatial variability, Nielsen D.R., Bouma, J. (eds.). Pudoc, Wageningen, 166-194 pp.
• Yanai J., Sawamoto T., Oe T., Kusa K., Yamakawa K., Sakamoto K., Naganawa T., Inubushi K., Hatano R., Kosaki T. 2003. Spatial variability of nitrous oxide emissions and their soil-related determining factors in an agricultural field. J. Environ. Qual., 32(6): 1965-1977.

Uwagi

PL

Rekord w opracowaniu

Identyfikatory

DOI

10.5601/jelem.2014.19.1.604