Modelling nitrogen and carbon dynamics of vegetable cultures  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
62548
Type K
Principal investigator Rajkainé Végh, Krisztina
Title in Hungarian Szén- és nitrogénforgalom modellezése zöldségtermesztésben
Title in English Modelling nitrogen and carbon dynamics of vegetable cultures
Keywords in Hungarian C- és N-forgalom, szabadföldi, fitotronos és laboratóriumi kísérletek, modell adaptáció, COUP modell, modellparaméterezés, modell érvényesítés, dinamikus szimuláció
Keywords in English C and N dynamics, experiments in field, phytotron and laboratory, model adaptation, COUP Model, parameterization, validation, dynamic simulation
Discipline
Soil sciences, soil biology, soil chemistry, soil physics (Council of Complex Environmental Sciences)100 %
Panel Complex agricultural sciences
Department or equivalent Research Institute for Soil Science and Agricultural Chemistry of HAS
Participants Németh, Tamás
Rajkai, Kálmán
Szili Kovács, Tibor
Starting date 2006-02-01
Closing date 2011-01-31
Funding (in million HUF) 12.000
FTE (full time equivalent) 0.42
state closed project
Summary in Hungarian
A hazánkban perspektivikus zöldségtermesztés – az öntözés, a szerves- és műtrágya használat miatt – jelentősen terhelheti a környezetet. Kidolgozandó a növény tápanyag-felvételi dinamikájához alkalmazkodó, az öntözéssel és a N-mineralizáció dinamikájával összhangban lévő tápanyagellátás.
A zöldségkultúra szerves/szervetlen szén és nitrogén forgalmának leírására a COUP folyamat-orientált rendszermodellt adaptáljuk. Szabadföldi mikroparcellás zöldségkísérletben a talajba installált bolygatatlan talajoszlopokban in situ vizsgáljuk a N mineralizációt és nitrát kimosódást. Különböző mélységekbe helyezett szerves maradványok, és cellulóztesztek alkalmazásával tanulmányozzuk adott C:N arányú szerves anyag lebomlását és a mikrobiológiai aktivitást. Fitotronban, rizomonolitban, laboratóriumi inkubációs kísérletekben vizsgáljuk a dekompozíciót, a gázfázis összetételt és a különböző N és C frakciók dinamikáját a talajban a kritikus szélső paraméter értékek meghatározása céljából.
A kísérletek alapján felparaméterezett modellt liziméteres kísérletben érvényesítjük.
Várható, nemzetközi viszonylatban is új kutatási eredmény:
1. a különböző zöldségkultúrák szénmérlegének meghatározása
2. a különböző sebességgel átalakuló szervesanyag-készletek definiálása, kölcsönhatásaik számszerűsítése,
3.az ásványi N eloszlási dinamika leírása a gyökérzónában;
4.a növény N-felvételi dinamikájának és hatékonyságának meghatározása
Ezek alapján összehangolható a szerves- és műtrágya alkalmazása a növény igényével az adott termesztési és ökológiai feltételeknek megfelelően; és csökkenthető, ill. elkerülhető a környezet terhelése.
A modell felhasználható az oktatásban és a szaktanácsadásban.
Summary
Vegetable farming has various environmental impacts associated with irrigation and high nutrient use. For the elaboration of cropping practices including nutrient management precisely to match crop demand, it is essential to understand C and N dynamics, both in terms of the rates of the decomposition of organic matter and the fate of actual decomposition products.
The aim of our research is to describe the main C and N flows in the soil and crop in vegetable culture by the adaptation of Swedish COUP model. Since insufficient process-level knowledge exists on the effects of the vegetable cropping on nutrient cycling, crop uptake, carbon budget and SOM properties, we focus on these major processes by measurement and simulation.
In the research we evaluate the C and N pools of SOM, estimate the decomposition rates of plant residues characterized by various C:N ratio and placed in different soil depth as affected by biotic and abiotic conditions; quantify the rate of N mineralisation and transport using soil core incubation in field; study organic matter decomposition, composition of soil air in field, in rhizomonolit and laboratory experiments. Experimental data will be used in selecting functions and in parameterization of the model. A lysimeter experiment will be used for the validation of the model.
Expected research findings:
1. Evaluation of C budget in various vegetable systems;
2. Characterization of the various OM pools and their interactions in the soil;
3. Description of the dynamics of mineral N in the root zone;
4. Prediction of the dynamics and efficiency of plant N-uptake.
The model will be well suited in education as its dynamic nature gives opportunity to the students to understand the interactions of the elements of the system and study the influence of different management activities.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Három eltérő textúrájú, szervesanyag tartalmú és biológiai aktivitású talajon öntözéses zöldségkísérleteket folytattunk. Meghatároztuk a mineralizálható N-eloszlást. A parcellákba installált kisméretű, bolygatatlan talajoszlopokban., valamint laboratóriumban is vizsgáltuk a N mineralizációt és nitrát kimosódást. Különböző szerves maradványok, valamint cellulóztesztek felhasználásával tanulmányoztuk adott C:N arányú szerves anyagok lebomlását és a mikrobiológiai aktivitást. Meghatároztuk a mikrobiális kötött nitrogén és szén frakciók mennyiségét és a N-trágyázás erre gyakorolt hatását. Megvizsgáltuk a N-trágyázás hatását a rendszer CO2 kibocsájtására a különböző talajokban. Leírtuk a termesztett zöldségnövények növekedés dinamikáját, biomassza akkumulációját, N felvételi dinamikáját, és megállapítottuk a szimulációs modell futtatásához szükséges allokációs összefüggéseket és paramétereiket. Becsültük a különböző növények gyökérzetével bevitt szerves C-mennyiséget.a különböző talajtípusok N-kezeléseiben. Dinamikus szimulációval, mérési eredményeink felhasználásával tanulmányoztuk a N-trágyázás- növény – talaj kölcsönhatásokat a nitrát kimosódásra. Leírtuk (számszerűsítettük) a legfontosabb abiotikus stressz feltételeket és hatásdinamikájukat a növényi növekedésre szabadföldi mérési adataink felhasználásával.
Results in English
The aim of our research was to describe the main C and N flows in the soil and crop in irrigated and fertilized vegetable culture by the adaptation of the Swedish CoupModel. Since insufficient process-level knowledge exists on the effects of the vegetable cropping on nutrient cycling, crop uptake, carbon budget and SOM properties, we focus on these major processes by measurement and simulation. We evaluated the C and N pools of SOM in different soil textures and N treatments, estimated the decomposition rates of plant residues characterized by various C:N ratios and placed in different soil depths as affected by abiotic conditions; quantified the rate of N mineralization and transport using soil core incubation in field; described organic matter decomposition, studied CO2 evaluation from soil air in field experiments. We used our experimental data in selecting functions and in parameterization of the model. Research findings: 1. evaluation of C budget in various vegetable systems; 2. characterization of the various OM pools and their interactions in the soil; 3. description of the dynamics of mineral N in the root zone; 4. prediction of the dynamics and efficiency of plant N-uptake. The model will be well suited in education as its dynamic nature gives opportunity to the students to understand the interactions of the elements of the system and study the influence of different management activities
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=62548
Decision
Yes





 

List of publications

  
Végh K. R., Rajkai K., Szili-Kovács T, Cserni I and Németh T.: Nitrogen efficiency in tomato culture., Cereal Res. Commun. 35 (2): 973-976., 2007
Cserni I, Borsné Pető J., Hüvely A., Végh, K. R., Rajkai K., Szili-Kovács T., and Németh T:: NPK tartalom alakulása különböző tápanyagellátottságú talajokon paradicsom bogyóban, AGTEDU 2007 Tudományos Konferencia Kiadványa, Szerk: Belina K, Klebniczki J., Lipócziné Csabai S., Borsné Pető J., Kecskemét 42-48., 2007
Rajkai K, Végh K. R. and Németh T: Sustainability measures of different land uses., Cereal Res. Commun. 35 (2): 969-972., 2007
Végh K. R., Szili-Kovács T, Rajkai K., Cserni I and Németh T: Carbon turnover in soils under vegetable production, Book of Abstracts, Symp. Organic Matter Dynamics in Agro-Ecosystems, Poitiers, France, 2007 July 16-19, Sep. Sh. 1-2., 2007
Cserni I, Borsné Pető J., Hüvely A., Végh, K. R., Rajkai K., Szili-Kovács T., and Németh T:: A talajok tápanyagtartalmának és a csemegekukorica beltartalmi értékeinek változása nitrogénkezelések függvényében, AGTEDU 2008 Tudományos Konferencia Kiadványa, Szerk: Belina K, Klebniczki J., Lipócziné Csabai S., Borsné Pető J., Kecskemét 57-62., 2008
Cserni I, Borsné Pető J, Hüvely A, Németh T. and Végh K. R.: Nitrogen, phosphorus, potassium, acid , sugar and vitamin content in tomato grown in different soil types and under different nitrogen doses, Cereal Res. Commun. 36: 1415-1419., 2008
Végh K. R., Rajkai K., Szili-Kovács T, Cserni I and Németh T.: Effects of nitrogen fertilization on carbon flows in soils with contrasting texture, Cereal Res. Commun. 36: 1871-1875., 2008
Cserni I, Borsné Pető J., Hüvely A., Végh, K. R., Rajkai K., Szili-Kovács T., and Németh T.: Néhány beltartalmi érték alakulása paradicsom bogyóban különböző talajtípusokon és nitrogén ellátottság mellett. (Changes in acid, sugar and vitamin C content in tomato), Erdei Ferenc Tudományos Konferencia Kiadványa, 2007. aug.27-28. Kecskemét. pp.232-235., 2008
Végh K. R., Rajkai K., Szili-Kovács T, Cserni I and Németh T.: Simulated and measured nitrogen conditions in tomato culture., Commun. Soil Sci Plant Anal. 40: 610-619., 2009
Szili-Kovács T, Cserni I Végh K. R., Rajkai K., and Németh T.: Fertilizer effect on carbon dynamics in three different textured soils under tomato culture., Commun. Soil Sci Plant Anal. 40: 835-843., 2009
Végh K R, Füleky G.: Prediction of nitrate leaching under different climatic and nitrogen management scenarios., Proc of 2nd CEMEPE Conference 2009 June, Myconos, Greece. 485-493., 2009
Végh K. R., Cserni, I., Lévai P.: Quantifying abiotic stress: the use of response functions, Cereal Res. Commun.37: 101-104., 2009
Cserni I, Borsné Pető J, Rajkai K, Hüvely A, Szili-Kovács T, Kapitány J, Németh T, Rajkainé Végh K.: A fűszerpaprika terméstömege és őrleményének minősége, különböző talajtípusok és nitrogénkezelések függvényében., AGTEDU 2009 A Magyar Tudomány Ünnepe alkalmából rendezett tudományos konferencia kiadványa, Kecskemét, 49-53., 2009
Cserni I. - Rajkai K. - Borsné Pető J.-Hüvely A.- Szili-KovácsT.-Németh T.-Kovács A.-Ralkainé Végh K.: A nitrogén termésnövelő hatása az étkezési paprika termés tömegére tenyészedényekben , különböző talajtipusokon., AGTEDU Kecskemét 2010 4-5 vol.I 69-73, 2010
Borsné Pető J, Cserni I, Hüvely A, Végh KR: Effects of increasing nitrogen doses and soil types on the chemical composition of tomato and sweet corn, Comm Soil Sci Plant Anal 42 (közlésre elküldve), 2011



Back »