Effect of long-term slurry application on contents of available forms of soil macronutrients

Renata Gaj 1 , Anna Budka 2 , Jacek Antonkiewicz 3 , Krzysztof Bąk 1  and Paulina Izychard 1
  • 1 Poznań University of Life Sciences, Department of Agricultural Chemistry and Environmental Biogeochemistry, 60-625, Poznań, Poland
  • 2 Poznań University of Life Sciences, Department of Mathematical and Statistical, 60-637, Poznań, Poland
  • 3 University of Agriculture in Krakow, Department of Agricultural Environment Protection, 33-332, Kraków, Poland

Abstract

The objective of the study was to assess the effects of long-term application of liquid manure from pig production and digestate from manure fermentation installation for biogas production on chemical changes in the soil, i.e.: soil reaction, accumulation of available forms of phosphorus, potassium, and magnesium in the soil arable layer, as well as the phosphorus balance. The assessment was carried out in two highly productive farms specialising in pig production, located in the Zachodniopomorskie Province. The soils under the study were treated with slurry and digestate annually for subsequent 12 years. The assessment of changes in nutrient content and accumulation was performed twice: after 10 and 12 years of fertiliser treatments. The rate of changes in soil reaction due to slurry and digestate application varied depending on the analysed field. Irrespective of the analysed field, 12-year application of slurry caused a drop in soil pH by an average of half a unit. The direction of changes in the content of available nutrient forms in the soil varied depending on the element evaluated. Notwithstanding the analysed field and the type of slurry used, a decrease in the content of available forms of potassium in the soil was observed. Slurry fertilisation did not affect magnesium contents in the soil. In the study period, the content of magnesium remained unchanged. Among the evaluated nutrients, an increased nutrient content in the soil was only found in the case of phosphorus – as a result of application of liquid manure in combination with mineral fertilisation. In the analysed farms, in the case of fields fertilised with slurry and digestate, the phosphorus balance was positive, and ranged from 15 to 40 kg P·ha−1. The obtained values of the phosphorous balance strongly suggest that regardless of the type of liquid manure used on the farm, measures should be taken to introduce changes in the scope of fertilisation plans, with particular emphasis on the principles of balanced fertilisation.

If the inline PDF is not rendering correctly, you can download the PDF file here.

  • Arheimer B., Liden R., 2000. Nitrogen and phosphorus concentrations from agricultural catchments – influence of spatial and temporal variable. Journal of Hydrology 227: 140–159.

  • Barrow N.J., 1984. Modelling effects of pH on phosphate sorption by soils. Journal of Soil Science 35: 283–297.

  • Berg W., Brunsch R., Pazsiczki I. 2006. Greenhouse gas emissions from covered slurry compared with uncovered during storage. Agricultural, Ecosystems and Environment 112: 129–134.

  • Blanes-Vidal V., Hansen M.N., Pedersen S., Rom H.B., 2008. Emission of ammonia, methane, and nitrous oxide from pig houses and slurry: Effects of rooting material, animal activity and ventilation flow. Agricultur Ecosystem and Environment 124: 237–244.

  • Bohdziewicz J., Kuglarz M., 2009. Animal by-products-potential source of renewable energy. Proceedings of ECOpole 3(2): 421–425.

  • Carpenter S.R., Caraco N.F., Correll D.L., Howarth R.W., Sharpley A.N., Smith V.H., 1998. Nonpoint pollution of surface waters with phosphorus and nitrogen. Ecological Applications 8 (3): 559–568.

  • Ellmer F., Baumecker M., Schweitzer K., 1999. Soil organic matter and P, K balance in the nutrient deficiency experiment at Thyrow (Germany) after 60-years. Zeszyty Problemowe Postępu Nauk Rolniczych 465: 93–102.

  • Fardeau J.C., Guiraud G., Marol C., 1997. Phosphate fertilization: The evolution of its representation over the century. Scientific Representation in Agronomy and Plant Physiology 117: 131.

  • Foged H.L., Flotats X., Blasi A., Palatsi J., Magri A., Schelde K.M., 1997. Inventory of manure processing activities in Europe. Technical Report No. I concerning „Manure Processing Activities in Europe” to the European Commission, Directorate-General Environment 10–130.

  • Fotyma E., Fotyma M., Gosek S., 2006. Ocena środowiskowych skutków azotu stosowanego w nawozach mineralnych i w gnojowicy. Nawozy i Nawożenie – Fertilizers and Fertilization 1: 30–43.

  • Gaj R., 2008. Sustainable management of phosphorus in soil and plant in conditions of intensive plant production. Nawozy i Nawożenie – Fertilizers and Fertilization 33: 153 pp.

  • Gaj R., Bellaloui N., 2012. Evaluation of phosphorus and nitrogen balances as an indicator for the impact of agriculture on environment: A comparison of a case study from Poland and Mississippi US. Agriculture Science 3: 317–329.

  • Grzebisz W., Przygocka-Cyna K., Łukowiak R., 2009. Rolnicze zagospodarowanie odpadu pofermentacyjnego z biogazowni rolniczej. [W:] Odnawialne źródła energii nowym wyzwaniem dla obszarów wiejskich w Polsce, Opole, FAPA: 21–28.

  • Gosek S., 2002. Bilans i przemieszczanie fosforu w profilu gleby nawożonej gnojowicą i nawozami mineralnymi. Nawozy i Nawożenie – Fertilizers and Fertilization 4: 124–129.

  • Haneklaus S., Schick J., Kratz S., Rückamp D., Schnug E., 2016. Variable rate application of manure – gain or pain. Landbauforsch 1 (66): 11–20.

  • Haussermann A., Hartung E., Gallmann E., Jungbluth T., 2006. Influence of season, ventilation strategy, and slurry removal on methane emissions from pig houses. Agricultural, Ecosystems and Environment 112: 115–121.

  • Hede A.R., Skovmand B., Lopez-Cesati J., 2001. Acid soils and aluminium toxicity. [In:] Reynolds i in. (eds.). Application of physiology in wheat breeding. Mexico, D.F., CIMMYT: 172–182.

  • Hinsinger P., 1998. How do plant roots acquire mineral nutrients? Chemical processes involved in the rhizosphere. Advances in Agroomy 64: 225–265.

  • Igras J., Fotyma M., 2013. Wykorzystanie i straty obszarowe fosforu z polowej produkcji roślinnej. [W:] Udział polskiego rolnictwa w emisji związków azotu i fosforu do Bałtyku (Igras J., Pastuszak M., Redaktorzy). IUNG-PIB Puławy: 163–196.

  • Igras J., Lipiński W., 2005. Zagrożenie dla środowiska przy różnym poziomie intensywności produkcji roślinnej w ujęciu regionalnym. [W:] Efektywne i bezpieczne technologie produkcji roślinnej. Materiały 9 Konferencji Naukowej: 1–2.06.2005 IUNG Puławy: 141–150.

  • Jadczyszyn T., Filipiak K., Igras J., 2009. Ocena i prognoza stanu agrochemicznego gleb w średnio intensywnych gospodarstwach rolnych. Studia i Raporty IUNG-PIB, Puławy 2009, 14: 175–185.

  • Jurga B., Winiarski R., 2016. Innowacje w zagospodarowaniu i stosowaniu nawozów naturalnych. Studia i Raporty IUNGPIB. z. 48(2): 19–34.

  • Kidd P.S., Proctor J., 2001. Why plants grow poorly on very acid soils: are ecologists missing the obvious? Journal of Experimental Botany 52, 357: 791–799.

  • Kodeks Dobrej Praktyki Rolniczej, 2002. Praca zbiorowa. Red. I. Duer, M. Fotyma, A. Madej. Warszawa: MRiRW, MOE: 112 ss.

  • Koper J., Maćkowiak C., Lemanowicz J., 2002. Wpływ nawożenia gnojowicą na zawartość fosforu związków organicznych, ogółem i kwasów nukleinowych oraz aktywność enzymatyczną gleby. Acta Agrophysica 70: 209–216.

  • Kopiński J., 2007. Bilans azotu brutto dla Polski i województw w latach 2002–2005. Studia i raporty IUNG-PIB 5: 117–131.

  • Kopiński J., Tujaka A., 2009. The nitrogen and phosphorus balance in agriculture of Poland Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie T. 9, z. 4: 103–116.

  • Kupiec J., 2015. Przegląd metod bilansowania makroskładników NPK w produkcji rolnej. Inżynieria i Ochrona Środowiska 18(3): 323–342.

  • Kupiec J., Zbierska J., 2010. Nadwyżki fosforu w wybranych gospodarstwach rolnych zlokalizowanych na obszarach szczególnie narażonych na zanieczyszczenie azotanami. Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie 1(29): 59–71.

  • Lipiński W., 2005. Odczyn gleb Polski. Nawozy i Nawożenie 2(23): 33–40.

  • Maćkowiak C., 1999. Przechowywanie i stosowanie nawozów organicznych zgodnie z wymogami UE i ochrony środowiska. Szepietowo: PODR: 14 s.

  • Maćkowiak C., 2001. Bilans fosforu przy wieloletnim obciążeniu gleby gnojowicą. Zeszyty Problemowe Postępu Nauk Rolniczych 475: 209–213.

  • Maguire R.O., Sims J.T., 2002. Soil testing to predict phosphorus leaching. Journal of Environment Quality 31: 1601–1609.

  • Marschner H., 1991. Mechanisms of adaptation of plants to acid soils. Plant & Soil 134: 1–20.

  • Mazur T., Mazur Z., 2007. Przyczyny degradacji środowiska glebowego w gospodarstwach hodowlanych. Zeszyty Problemowe Postępu Nauk Rolniczych 520: 143–149.

  • Mazur T., Sądej W., 2002. Porównanie stanu zakwaszenia gleb w wyniku wieloletniego nawożenia gnojowicą, obornikiem i nawozami mineralnymi. Zeszyty Problemowe Postępu Nauk Rolniczych 482: 375–383.

  • McLaughlin M.J., Alston A.M., Martin J.K., 1988. Phosphorus cycling in wheat-pasture rotations. I. The source of phosphorus taken up by wheat. Australian Journal Soil Research 26: 323–331.

  • Mogge B., Kaiser E.A., Munch J.Ch., 1999. Nitros oxide emission and denitrification N-losses from agricultural soils in the Bornhoved Lake region: influence of organic fertilizers and land-use. Soil Biology Biochemistry 31: 1245–1252.

  • Myczko A., 2000. Niekonwencjonalne źródła energii na potrzeby wiejskich osiedli. Z. Edukacyjne IMUZ Falenty 6: 99–110.

  • Oniszk A., 2000. Wykorzystanie ścieków i odpadów rolniczych do produkcji biogazu. Zeszyty Edukacyjne IMiUZ Falenty 6: 111–122.

  • Ozturk L., Eker S., Torun B., Cakamak I., 2005. Variation in phosphorus efficiency among 73 bred and genotypes grown in phosphorus-deficient calacerous soil. Plant and Soil 269(1): 69–80.

  • Paavola T., Rintala J., 2008. Effects of storage on characteristics and hygienic quality of digestates from four co-digestion concepts of manure and biowaste. Bioresource Technology 99, 15: 7041–7050.

  • Philippe F-X, Nicks B., 2015. Review on greenhouse gas emissions from pig houses: Production of carbon dioxide, methane and nitrous oxide by animals and manure. Agricultural, Ecosystems and Environment 199: 10–25.

  • Pietrzak S., 2013. Straty azotu i fosforu z gospodarstw rolnych. [W:] Udział polskiego rolnictwa w emisji związków azotu i fosforu do Bałtyku (Igras J., Pastuszak M., Redaktorzy). IUNG-PIB Puławy: 199–231.

  • PN-R-04031:1997: Instrukcja pobierania próbek glebowych. https://www.schr.gov.pl/index.php?c=getfile&id=31

  • Potarzycki J., 2000. Właściwości chemiczne gleb po dwudziestoletnim nawożeniu gnojowicą bydlęcą i NPK. Zeszyty Naukowe AR Szczecin 84: 405–410.

  • Potarzycki J., 2006. Bilans fosforu w polskim rolnictwie. https://drive.google.com/file/d/0B05RXzCcQyTnZ2FnLW5wVXVyVGM/view

  • Romaniuk W., 2000. Ekologiczne systemy gospodarki obornikiem i gnojowicą. IBMER, Warszawa: 80 s.

  • Sassenrath G.F., Schneider, J.M., Gaj R., Grzebisz W., Halloran J.M., 2013. Nitrogen balance as an indicator of environmental impact: Toward sustainable agricultural production. Renewable Agriculture and Food Systems 28: 276–289.

  • Sądej W., 2000. Badania nad przemianami fosforu w glebach i jego wykorzystanie przez rośliny uprawne w warunkach zróżnicowanego nawożenia. Praca habilitacyjna. UWM Olsztyn: 33.

  • Sapek A., 2000a. Emisja gazów cieplarnianych z rolnictwa do atmosfery. Zeszyty Edukacyjne IMiUZ Falenty 6: 9–21.

  • Sapek A., 2000b. Scientific basis to mitigate the nutrient dispersion into the environment in Poland. Conference Proceedings Falenty IMUZ 2000: 14–24.

  • Sapek A., Sapek B., 1993. Assumed non-point water pollution based on the nitrogen budget in Polish Agriculture Water Science Technology 28, 3–5: 483–488.

  • Sims J.T., Simard R.R., Joern B.C., 1998. Phosphorus loss in agricultural drainage: historical perspective and current research. Journal of Environment Quality 27: 277–293.

  • Sharpley A.N., 1986. Disposition of fertilizers phosphorus applied to winter wheat. Soil Science Society American Journal 50: 953–958.

  • Tambone F., Genevini P., D’Imporzano G., Adani F., 2009. Assessing amendment properties of digestate by studying the organic matter composition and the degree of biological stability during the anaerobic digestion of organic fraction of MSW. Bioresource Technology 100, 12: 3140–3142.

  • Tkaczyk P., Bednarek W., 2011. Ocena odczynu gleb Lubelszczyzny. Acta Agrophysica 18(1): 173–186.

  • Tujaka A., Gosek S., 2009. Utilization of phosphorus depending on applied rates and form of fertilizer. Fragmenta Agronomica 26(2): 158–164.

  • Ustawa o Nawozach i Nawożeniu z dnia 10 lipca 2007 roku. Dziennik Ustaw nr 147, pozycja 1033 (z pózn. zmianami).

  • Van Breeman N., Nulder J., Driscoll C.T., 1983. Acidification and alkalization of soils. Plant and Soil 75: 383–308.

OPEN ACCESS

Journal + Issues

Search