Effect of increasing rates of15N-labelled fertilizer on recovery of fertilizer N in plant and soil N pools in a pot experiment with winter wheat

Abstract

The effect of increasing rates of 15N-labelled Ca(NO3)2 (N0 = no N application, N300 = 300 mg N/pot; N600 = 600 mg N/pot; N900 = 900 mg N/pot) on recovery of fertilizer N in winter wheat plants and soil (total soil N, soil microbial biomass N [Nmic], extractable organic N [Norg]) and on N mineralization (NMsoil) was investigated at milk-ripe growth stage in a pot experiment. The N rates were equally split at tillering, stem elongation and ear emergence. Fertilizer N recovered in crops increased with increasing N rates (N300: 223.5 mg N/pot [74.5% of applied fertilizer N], N600: 445.6 mg N/pot [74.3%], N900: 722.1 mg N/pot [80.2%]). NMsoil slightly increased from N0 (43.8 mg N/pot) to N900 (75.6 mg N/pot) indicating that N application enhanced availability of soil-derived N for the plants. However, in fertilized treatments NMsoil is balanced by immobilization and losses (non-recovered fertilizer N). Therefore the effective soil N mineralization is indicated by apparent net N mineralization (ANNM = NMsoil — fertilizer N immobilization — lost fertilizer N). Fertilizer N immobilization in soil increased from N300 (38.7 mg N/pot) to N600 (60.7 mg N/pot) and N900 (65.5 mg N/pot). Lost fertilizer N increased from N300 (14.8 mg N/pot) to N600 (56.7 mg N/pot) and N900 (62.1 mg N/pot). As a consequence negative ANNM values were calculated at N600 and N900. Due to the small differences between N600 and N900 fertilizer N immobilization and lost fertilizer N did not increase linearly with increasing N rates, i.e. both processes were limited by factors other than N rate. Only 5.6—7.4% of the immobilized fertilizer N was recovered in Norg and 5.4—9.3% in Nmic soil pools. It is assumed that most of the immobilized fertilizer N was in non-extractable organic N forms. Nmic and Norg were weak indicators for the extent of fertilizer N immobilization. Einfluss steigender 15N-Düngermengen auf die Wiederfindung von Düngerstickstoff in Winterweizenpflanzen und N-Fraktionen des Bodens im Gefäßversuch In einem Gefäßversuch wurde der Einfluss steigender Mengen von 15N-markiertem Ca(NO3)2 (N0 = ungedüngt, N300 = 300 mg N/Gefäß, N600 = 600 mg N/Gefäß, N900 = 900 mg N/Gefäß) auf die Wiederfindung dieses 15N-markierten Düngerstickstoffs in Winterweizenpflanzen und N-Fraktionen des Bodens (gesamter N im Boden, mikrobieller Biomasse N [Nmic], extrahierbarer organischer N [Norg]) sowie auf die N-Mineralisation aus dem Bodenvorrat (NMsoil) untersucht. Die Düngung wurde zu gleichen Teilen zur Bestockung, zum Schossen und zum Ährenschieben appliziert. Der Versuch wurde zur Milchreife geerntet. Die Wiederfindung des Düngerstickstoffs nahm mit steigender N-Düngung zu (N300: 223,5 mg N/Gefäß [74,5% des Dünger-N], N600: 445,6 mg N/Gefäß [74,3%], N900: 722,1 mg N/Gefäß [80,2%]). Auch NMsoil nahm durch die N-Düngung zu (75,6 mg N/Gefäß für N900 gegenüber 43,8 mg N/Gefäß für N0). In gedüngten Prüfgliedern wird NMsoil durch Immobilisation und Verluste von Dünger-N ausgeglichen. Die den Pflanzen effektiv zur Verfügung stehende N-Mineralisation wird daher durch die apparente Netto-N-Mineralisation (ANNM = NMsoil — Dünger-N-Immobilisation — Dünger-N-Verluste) beschrieben. Für N600 und N900 wurden negative ANNM-Werte errechnet. Die Dünger-N-Immobilisation nahm zwischen N300 (38,7 mg N/Gefäß) über N600 (60,7 mg N/Gefäß) bis N900 (65,5 mg N/Gefäß) zu und die Dünger-N-Verluste stiegen von N300 (14,8 mg N/Gefäß) über N600 (56,7 mg N/Gefäß) bis N900 (62,1 mg N/Gefäß). Die geringen Unterschiede zwischen N600 und N900 zeigen an, dass weder die Immobilisation noch Verluste von Dünger-N stetig linear mit steigender N-Düngung zunahmen und andere Faktoren als die N-Düngermenge limitierend waren. Nur 5,6—7,4% des immobilisierten Dünger-N konnten als Norg und 5,4—9,3% im Nmic gefunden werden. Der Rest des immobilisierten Dünger-N lag in nicht-extrahierbaren organischen N-Fraktionen vor. Nur anhand von Nmic oder Norg konnte daher nicht auf die Höhe der Dünger-N-Immobilisation geschlossen werden.