Application of geochemical indices [S:Al; Mg:Al] and partition coefficient [Kd] for evaluating response of crops to aluminum toxicity

• Autorzy: Skubiszewska A , Diatta J.B.

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie geochemicznych wskaznikow [S:Al; Mg:Al] oraz wspolczynnika podzialu [Kd] do oceny reakcji roslin uprawnych na toksycznosc glinu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Field trials were carried out in order to examine the role of some geochemical indices (S : Al; Mg : Al) and partition coefficient (Kd) for evaluating response of crops to aluminum toxicity under acid soil conditions. They were established in 2007/2008 at Głuszyna Leśna (52014, N and 16056, E), a 300-hectare agricultural farm near Poznan. Two different crop plants were tested: (i) winter oilseed rape, variety Cabriolet, (ii) maize, variety Anamur. The source of magnesium and sulphur was kieserite (MgSO4⋅H2O) applied at four Mg rates: 0, 25, 50, 100 kg Mg ha–1 in the first decade of November 2007. The results revealed that the values of partition coefficient for magnesium (KdMg) decreased along with a rise in pH, although a reverse trend was observed for the partition coefficient of aluminum KdAl. Changes in S : Al indices observed at both sites along with increasing kieserite (Mg) rates suggest that S-SO4 concentrations in soil may reduce Al toxicity. The introduction of S-SO4 to soil may be intended to meet plant’s nutritional requirements and, simultaneously, react with exchangeable aluminum (Alex) in order to mitigate its phytotoxicity. On the other hand, the incorporated magnesium (Mg2+) was expected to exchange with Al3+ ions in the soil cation exchange complex (CEC). The values of Mg : Al indices decreased with raising kieserite rates at the oilseed rape site. Changes of Mg : Al indices observed under extremely acid soil conditions (maize site) along with increasing kieserite (Mg) rates suggest that Mg : Al cannot be treated as a direct index describing the Mgex – Alex interaction, especially at 25 and 50 kg Mg ha–1 rates. The values of S : Al and Mg : Al indices were lower at the maize site than at the oilseed rape site because of large amounts of Alex concentrated in soil solution (amounts of Alex on the maize site were ca 3-fold higher than those determined at the oilseed rape site).

PL

Doświadczenie założono, aby zbadać rolę niektórych wskaźników geochemicznych (S : Al oraz Mg : Al) oraz współczynnika podziału (Kd) w ocenie reakcji roślin uprawnych na toksyczność glinu w warunkach zakwaszenia gleby. Polowe doświadczenia przeprowadzono w sezonie wegetacyjnym 2007/2008 w gospodarstwie rolnym o powierzchni 300 ha, w Głuszynie Leśnej (52014, N and 16056, E) k. Poznania. Doświadczenia obejmowały dwie rośliny uprawne: rzepak ozimy i kukurydzę oraz cztery dawki magnezu: 0, 25, 50 i 100 kg Mg ha–1 zastosowane w postaci kizerytu (MgSO4⋅H2O), w pierwszej dekadzie listopada 2007. Wykazano, iż współczynnik podziału dla magnezu (KdMg) zmniejszał się wraz ze wzrostem pH gleby, natomiast odwrotny trend zaobserwowano w przypadku współczynnika podziału dla glinu (KdAl). Zmiany wskaźników S/Al, obserwowane na obu stanowiskach, sugerują, że zawartość S-SO4 w glebie może redukować toksyczność glinu. Zastosowany S-SO4 służył zarówno do zaspokojenia potrzeb pokarmowych rośliny względem siarki, jak i do neutralizowania glinu wymiennego (Alwym), aby ograniczyć jego fitotoksyczność. Z drugiej strony wprowadzenie do gleby magnezu (Mg2+), poza żywieniowym aspektem, może powodować wypieranie jonów Al3+ z glebowego kompleksu sorpcyjnego (KS). Na stanowisku z rzepakiem ozimym wartości wskaźnika Mg/Al malały wraz z rosnącymi dawkami kizerytu. Zmiany wartości wskaźnika Mg : Al, zachodzące wraz z rosnącymi dawkami kizerytu (Mg) na stanowisku z kukurydzą (skrajnie kwaśne warunki zakwaszenia gleby), wskazują, iż wskaźnik Mg : Al nie może być traktowany jako bezpośredni czynnik opisujący współdziałanie Mg – Al, szczególnie dla dawek 25 i 50 kg Mg ha–1. Wartości wskaźników S : Al i Mg : Al były zdecydowanie niższe na stanowisku z kukurydzą w porównaniu ze stanowiskiem z rzepakiem ozimym. Wynikało to z bardzo dużej zawartości Alwym w roztworze glebowym (zawartość Alwym na stanowisku z kukurydzą była 3-krotnie wyższa niż na stanowisku z rzepakiem ozimym).

Słowa kluczowe

EN

geochemical index; oilseed rape; winter oilseed rape; maize; partition coefficient; crop; aluminium; toxicity; soil acidity

• Wydawca: -
• Czasopismo: Journal of Elementology
• Rocznik: 2010
• Tom: 15
• Numer: 2
• Opis fizyczny: p.331-342,fig.,ref.

Twórcy

autor

Skubiszewska A

• Poznan University of Life Sciences, Wojska Polskiego 71F, Poznan, Poland

autor

Diatta J.B.

Bibliografia

• Barcelo J., Poschenrieder CH., Vasquez M.D., Gunse B. 1996. Aluminum phytotoxicity. A challenge for plant scientist. Fert. Res., 43: 217-223.
• Diatta J.B., Kociałkowski W.Z., Grzebisz W. 2003. Lead and zinc partition coefficients of selected soils evaluated by Langmuir, Freudlich and Linear isotherms. Commun. Soil Sci. Plant Anal., 34(17&18): 2419-2439.
• Diatta J.B., Grzebisz W., Wiatrowska K. 2004. Competitivity, selectivity and heavy metals - induced alkaline cation displacement in soils. Soil Sci. Plant Nutr., 50(6): 899-908.
• Diatta J.B., Grzebisz W., Skubiszewska A. 2009. Overcoming aluminum toxicity in crop plants by soil application of magnesium sulphate (kieserite). Final Report for international Potash Institute (IPI), Kassel — Germany.
• Dijkstra F.A., Fitzhugh R.D. 2003. Aluminum solubility and mobility in relation to organic carbon in surface soils affected by six tree species of the northeaster United States. Geoderma, 114: 33-47.
• Grzebisz W., Szczepaniak W., Diatta J.B. 2005. ABC wapnowania gleb uprawnych. [.ABC of arable soils liming]. Wyd. Prodruk. (in Polish)
• Grzebisz W., Hardter R. 2006. ESTA® Kizeryt — naturalny siarczan magnezu. [Esta — a natural magnesium sulphate]. Wyd. K&S, 126 s. (in Polish)
• Grzebisz W., Diatta J.B., Szczepaniak W. 2006. Produkcyjne i ekologiczne uwarunkowania wapnowania gleb gruntów ornych [Producton and ecological background of arable soil leming]. Nawozy i Nawożenie [Fertilizers and Fertilization], 2: 69-85. (in Polish)
• Kidd P.S., Proctor J. 2001. Why do plants grow poorly on very acid soils: are ecologists missing the obvious? J. Exp. Botany, 52 (357): 791-799.
• Kinraide T.B. 1993. Aluminium enhancement of plant growth in acid rooting media. A case of reciprocal alleviation of toxicity by two toxic cations. Physiol. Plantarum, 88: 619-625.
• Lindsay W.L. 1979. Chemical equilibrium in soils. John Wiley & Sons, New York.
• Mocek A., Drzymała S., Maszner P. 2000. Geneza, analiza i klasyfikacja gleb [Origin, analysis and soils classification]. Wyd. AR w Poznaniu, ss. 191-275. (in Polish)
• Polish Standardisation Committee, ref. PrPN-ISO 10390. 1994. Soil quality and pH determination. First edition, 1994. (in Polish).
• Skubiszewska A., Diatta J.B. 2008. Overcoming aluminum negative effect by the application of magnesium sulphate. Part II. Sulphur as the antidote to aluminum phytotoxicity. Ochr. Środ. Zasob. Natur. (Environ. Protect. Nat. Res.) 35/36: 297-300.
• Sparks D. L. 1996. Methods of soil analysis. Part 3. Chemical methods. SSA Book Ser. 5. SSSA, Madison, Wi.: 961-1010.
• Strzemski M., Siuta J., Witek T. 1973. Przydatność rolnicza gleb Polski [Agricultural usefulness of Polish silos]. PWRiL, Warszawa. (in Polish)
• Szatanik-Kloc A., Józefaciuk G. 2002. Kwasowość gleby i jej wpływ na rośliny [Soil acidity and its influence on plants]. Acta Agroph., 59: 55-66. (in Polish)
• Thomas G.W. 1982. Exchangeable cations. Methods of Soil Analysis. Part 2. Chemical and microbial properties (No. 9), ASA-SSSA. Second Edition, Eds. by Page A.L., Miller R.H. and Keeney D.R. Madison, Wisconsin, USA, pp. 159-165.
• Walker W.J., Cronan C.S., Bloom P.R. 1990. Aluminum solubility in organic soil horizons from Northern and Southern forested watersheds. Soil Sci. Soc. Am. J., 54: 369-374.