Magnesium as a nutritional tool of nitrogen efficient management - plant production and environment

• Autorzy: Grzebisz W , Przygocka-Cyna K. , Szczepaniak W. , Diatta J. , Potarzycki J.

Warianty tytułu

PL

Magnez jako czynnik zywieniowy efektywnego gospodarowania azotem - produkcja roslinna i srodowisko

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Nowadays, the main objectives of plant crop growers aim at two targets (i) increasing food production and (ii) simultaneously, reducing the environmental impact of increasing fertilizer nitrogen consumption. On a global scale, fertilizer nitrogen recovery ranges from 33 to 50%. The required efforts stimulating production but protecting the environment focus on increasing unit productivity of fertilizer N. Magnesium, owing to its biological functions in plants, should play a much more important role In modern agriculture controlling N economy of crop plants and, consequently, nitrogen dispersion in the environment. In Poland, arable soils are generally poor in total and available magnesium. This state can be considered as indicating the necessity of applying magnesium and then maintaining a wellfeed plant nutritional status of growing crops. Crops well supplied with magnesium since the beginning of their growth, as seen from studies on the response of sugar beets and maize, are in a position to increase nitrogen unit productivity. Cereals respond to Mg supply when a dressing treatment takes place just before the onset of flowering. Another factor significantly affecting fertilizer nitrogen recovery in Poland is soil pH. Acid soils fertilized with Mg contain increased soil exchangeable Mg levels, which in turn depress the pressure of toxic aluminum on growing crops. Improvement of the plant Mg nutritional status enables plants to incorporate some of potentially residual N into biomass, increasing biomass yield. It can therefore be concluded that magnesium, owing to its ameliorating function in arable soils, meets the main requirement of sustainable nitrogen management, both in agriculture and in the environment.

PL

Główne zadania stawiane współcześnie producentom roślin uprawnych skupiają się na dwóch celach: (i) zwiększeniu produkcji żywności, i (ii) jednocześnie zmniejszeniu ujemnego wpływu wzrastającego poziomu nawożenia azotem na środowisko. W skali globalnej wykorzystanie azotu szacuje się od 33 do 50%. Wymagane działania proprodukcyjne i proekologiczne skupiają się na zwiększeniu jednostkowej produkcji azotu stosowanego w nawozach. W nowoczesnym rolnictwie magnez, ze względu na funkcje biologiczne w roślinie, powinien odgrywać dużo większą rolę w kontroli gospodarki azotowej rośliny, a tym samym rozproszenia azotu w środowisku. W Polsce gleby uprawne są ogólnie ubogie w całkowity i przyswajalny magnez, co stwarza konieczność stosowania nawozów magnezowych w sposób zabezpieczający odpowiedni poziom odżywienia rośliny. Rośliny dobrze zaopatrzone w magnez od początkowych faz rozwoju, jak wynika z reakcji buraków lub kukurydzy, są w stanie istotnie zwiększyć jednostkową produktywność azotu. Zboża reagują na nawożenie magnezem wówczas, gdy zabieg odbywa się tuż przed kwitnieniem. Drugim istotnym czynnikiem ograniczającym wykorzystanie azotu przez rośliny uprawiane w Polsce jest odczyn gleb. Traktowanie gleb kwaśnych nawozami magnezowymi, w następstwie wzrostu koncentracji wymiennego magnezu w glebie, istotnie zmniejsza presję toksycznego glinu na rosnącą roślinę. Poprawa stanu odżywienia roślin magnezem umożliwia włączenie części potencjalnie niewykorzystanego N (azot rezydualny) w biomasę, co zwiększa jej plon użytkowy. Można zatem stwierdzić, że stosowanie magnezu, mającego wpływ na poprawę funkcjonowania gleb uprawnych, wypełnia tym samym zadania związane z realizacją zrównoważonej gospodarki azotowej w rolnictwie i środowisku.

Słowa kluczowe

EN

magnesium; nutritional tool; nitrogen management; plant production; environment; sustainable agriculture; nitrogen productivity; crop plant; soil fertility; aluminium; toxicity; environment protection

• Wydawca: -
• Czasopismo: Journal of Elementology
• Rocznik: 2010
• Tom: 15
• Numer: 4
• Opis fizyczny: p.771-788,fig.,ref.

Twórcy

autor

Grzebisz W

• Poznan University of Life Sciences, Wojska Polskiego 71F street, 60-625 Poznan, Poland

autor

Przygocka-Cyna K.

autor

Szczepaniak W.

autor

Diatta J.

autor

Potarzycki J.

Bibliografia

• Alexandratos N. 1999. World food and agriculture: outlook for the medium and longer term. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 96 (11): 5908-5914.
• Andrieu B., Allirand J.M., Jaggard K.W. 1997. Ground cover and leaf area index of maize and sugar beet crops. Agronomie, 17: 315-321.
• Barłóg P., Grzebisz W. 2001. Effect of magnesium foliar application on the yield and quality of sugar beet roots. Rostl. Vyr., 9: 418-422.
• Britto D.T., Kronzucker H.J. 2002. NH4+ toxicity in higher plants: a critical review. J. Plant Physiol., 159: 567-584.
• Cakmak I., Kirkby A.K. 2008. Role of magnesium in carbon partitioning and alleviating photo-oxidative damage. Physiol. Plant., 133: 692-704.
• Cannel M., Thornley J. 2000. Modeling the components of plant respiration: some guiding principles. Ann. Bot., 85: 45-54.
• Diatta J., Bocianowski J., Skubiszewka A. 2010. Sulphate-based aluminum phytotoxicity mitigation under strong soil acidification. Fresen. Environ. Bull., 19 (12) (in press).
• Dobermann A., Cassman K.G. 2002. Plant nutrient management for enhanced productivity in intensive grain production systems of the United States and Asia. Plant Soil, 247: 153-175.
• Dyson T. 1999. World food trends and prospects to 2025. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 96: 5929-5936.
• Eickhout B., Bouwmann A., Zeisjt VAN H., 2006. The role of nitrogen in world food production and environmenetal sustainability. Agric., Ecosystem Environ., 116: 4-14.
• FAOSTAT. Available online at: http://faostat.fao.org/default.aspx. (Verified 29.8.2010).
• Fernandes M.S., Rossiello R.O. 1995. Mineral nutrition in plant physiology and plant nutrition. Crit. Rev. Plant Sci., 14 (2): 111-148.
• Galloway J.N., Cowling E.B. 2002. Reactive nitrogen and the World: 200 years of change. Ambio, 30(2): 64-71.
• Gastal F., Lemaire G. 2002. N uptake and distribution in crops: an agronomical and ecophysiological perspective. J. Exp. Bot., 53 (570): 789-799.
• Grzebisz W., Barłóg P., Feć M. 1998. The dynamics of nutrient uptake by sugar beet and its effect on dry matter and sugar yield. Bibl. Fragm. Agron., 3 (98): 242-249.
• Grzebisz W., Barłóg P., Lehrke R. 2001. Effect of the interaction between the method of magnesium application and amount nitrogen fertilizer on sugar recovery and technical quality of sugarbeet. Zuckerindustrie, 956-960.
• Grzebisz W. 2005. Potassium fertilization of arable crops — the crop rotation oriented concept. Fertilizer and Fertilization, 3: 328-341.
• Grzebisz W., Wrońska M., Diatta J., Szczepaniak W. 2008. Effect of zinc foliar application at an early stages of maize growth on patterns of nutrients and dry matter accumulation by the canopy. Part II. Nitrogen uptake and dry matter accumulation patterns. J. Elementol., 13 (1): 29-39.
• Grzebisz W., Szczepaniak W., Cyna K., Potarzycki J. 2009. Fertilizers management in the CEE countries — consumption trends — effect on current and future yield performance. Fertilizers and Fertilization, 37: 204-225.
• Hermans i in. 2005. Magnesium deficiency in sugar beets alters sugar partitioning and phloem loading in young mature leaves. Planta, 220: 541-549.
• Hundt I., Kerschberger M. 1991. Magnesium und Pflanzenwachstum. Kali-Briefe, 20(7/8): 539-552.
• Imsande J., Touraine B. 1994. N demand and the regulation of nitrate uptake. Plant Physiol., 105: 3-7.
• Janssen B. 1998. Efficient use of nutrients: an art of balancing. Field Crops Res., 56: 197-201.
• Keltjens W.G., Kezheng Tan. 1993. Interactions between aluminum, magnesium and calcium with different monocotyledonous and dicotyledonous species. Plant Soil, 155/156: 485-488.
• Kinraide Th.B, Pedler J.F., Parker D.R. 2004. Relative effectiveness of calcium and magnesium in the alleviation of rhizotoxicity in wheat induced by copper, zinc, aluminum, sodium and low pH. Plant Soil, 259: 201-208.
• Kubik-Dobosz G. 1998. Pobieranie jonów amonowych przez rośliny wyższe. Wiad. Bot., 42(2): 37-48.
• Lipiński W. 2005a. Zasobność gleb Polski w magnez przyswajalny. Fertilizers and Fertilization, 2(23): 61-67.
• Lipiński W. 2005b. Odczyn gleb Polski [Reaction of soils in Poland]. Fertilizers and Fertilization, 2(23): 33-40. (in Polish)
• Ma J., Ryan O., Delhaize E. 2001. Aluminum tolerance in plants and the complexing role of organic acids. Trends Plant Sci., 6 (6): 273-278.
• Marschner H. 1991. Mechanisms of adaptation of plants to acid soils. Plant Soil, 134: 1-20.
• Ochał J., Myszka A. 1984. Poziom magnezu i równowaga kationowa w liściach ziemniaka na tle równowagi kationowej kompleksu sorpcyjnego gleby [Magnesium level and kation balance in potarto leaves against the background of a kation balance in the soihs sorptive complex]. Pam. Puł. Pr. IUNG, 82: 161-177. (in Polish)
• Pan J-W., Zhu M., Chen H. 2001. Aluminium-induced cell death in root-tip cells of barley. Environ. Exp. Bot., 46: 71-79.
• Pannatier E., Walther L., Blaser P. 2004. Solution chemistry in acid forest soils: Are the BC: Al ratios as critical as expected in Switzerland. J. Nutrit. Soil Sci., 167: 160-168.
• Raynaud X., Leadley P. 2004. Soil characteristics play a key role in modeling nutrient composition in plant communities. Ecology, 85(8): 2200-2214.
• Rosegrant M., Paisner M.S., Meijer S., Witcover J. 2001. Global Food Projections to 2020, Emerging trends and alternative futures. IFPRI, pp. 206.
• Rubio G., Zhu J., Lynch J. 2003. A critical test of the prevailing theories of plant response to nutrient availability. Am. J. Bot, 90 (1): 143-152.
• Schweiger P., Amberger A. 1979. Mg-Auswaschung und Mg-Bilanz in einem langjaerigen Lysimeterversuch. Z. Acker-und Pflanzenbau, 148: 403-410.
• Silva S. i in. 2010. Differential aluminum changes on nutrient accumulation and root differentiation in an Al sensitive vs. tolerant wheat. Environ. Exp. Bot., 68: 91-98.
• Shaul O. 2002. Magnesium transport and function in plants: the tip of the iceberg. Biometals, 15: 309-323.
• Socolow R.H. 1999. Nitrogen management and the future of food: Lessons from the management of energy and carbon. Proc. Natl. Acad.Sci. USA, 96: 6001-6008.
• Strong D.T., Fillery I.R. 2002. Denitrification response to nitrate concentrations in sandy soils. Soil Biol. Bioch., 34: 945-954.
• Skubiszewska A., Diatta J. 2008. Overcoming aluminum negative effects by the application of magnesium sulfate. Ochr. Środ. Zas. Natur., 35/36: 289-296.
• Subedi K.D., Ma B.L. 2005. Nitrogen uptake and partitioning in stay-green leafy maize hybrids. Crop Sci., 45: 740-747.
• Szulc P. 2010. Effects of differentiated levels of nitrogen fertilization and the method of magnesium application on the utilization of nitrogen by two different maize cultivars for grain. Pol. J. Environ. Stud., 19(2): 407-412.
• Teraoka T., Kaneko M., Mori S., Yoshimura E. 2002. Aluminium rapidly inhibits cellulose in roots of barley and wheat seedlings. J. Plant Physiol., 159: 17-23.
• Tewari Kumar R., Kumar O., Sharma P.N. 2006. Magnesium deficiency induced oxidative stress and antioxidant responses in mulberry plants. Scienta Horticult., 108: 7-14.
• Tilman D. 1999. Global environmental impacts of agricultural expansion: The need for sustainable and efficient practices. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 96: 5995-6000.
• Townsend A.L. i in. 2003. Human health effects of a changing global nitrogen cycle. Front. Ecol. Environ., 1 (95): 240-246.
• Yang J.L., Jinag F.Y., Ya Y.L., Ping W., Shao J.Z. 2007. Magnesium enhances aluminum-induced citrate secretion in rice bean roots (Vigna umbellata) by restoring plasma membrane H+-ATP-ase aactivity. Plant Cell Physiol., 48: 66-73.