Consortional main: Influence of different moisture conditions and N-fertilization methods on NOx and CO2 production, fertility and microbiological activity of soil in field and model experiments  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
72926
Type K
Principal investigator Heltai, György
Title in Hungarian Konzorcium, fő p.: Eltérő nedvességviszonyok és nitrogén-tápanyagellátási módok hatása a talaj NOx és CO2 produkciójára, termékenységére és mikrobiológiai aktivitására szántóföldi és modellkísérletben
Title in English Consortional main: Influence of different moisture conditions and N-fertilization methods on NOx and CO2 production, fertility and microbiological activity of soil in field and model experiments
Keywords in Hungarian Szántóföldi tartam- és modellkísérletek, szerves- és műtrágyázás, talaj NOx és CO2 emissziója, mikrobiológiai aktivitás
Keywords in English Long-term field and model experiments, organic and mineral fertilization, NOx and CO2 emission of soil, microbial activity
Discipline
Agrochemistry (Council of Complex Environmental Sciences)100 %
Panel Complex agricultural sciences
Department or equivalent Kémia és Biokémia Tanszék (Hungarian University of Agriculture and Life Sciences)
Participants Bakonyi, Gábor
Gyarmati, Bernadett
Hosam E.A.F. Bayoumi, Hamuda
Kampfl, Györgyi
Kristóf, Krisztina
Méroné dr. Nótás, Erika
Mészárosné Bálint, Ágnes
Starting date 2008-04-01
Closing date 2012-06-30
Funding (in million HUF) 7.688
FTE (full time equivalent) 9.78
state closed project
Summary in Hungarian
A globális klímaváltozás várható hazai következményére, a szélsőséges ingadozások gyakoriságának növekedésére a mezőgazdaságban is fel kell készülnünk. E hatásokra a talaj szervesanyag-forgalmával biológiailag szorosan kapcsolt N-ciklusok reagálnak legérzékenyebben. Az eltérő víz- és nitrogén-ellátási (ásványi-N, illetve szervestrágyázás) viszonyok jelentősen befolyásolják a növénytáplálás hatékonyságát, s a talajban a C/N- ciklusokat. Ennek eredményeként megváltozhat az üvegházhatású gázok, a CO2 és a nitrogénoxidok (NOx) emissziója is. Ezekről az összefüggésekről a nemzetközi szakirodalomban is csak kevés eredményt lehet találni, s még kevesebb adattal rendelkezünk az üvegházhatású gázok produkciójáról hazai művelt talajokon. Ezért hoztuk létre ezt a konzorciumot a Keszthelyen folyó trágyázási tartamkísérletekhez kapcsolódva. A tartamkísérleteket a projekt keretében a következő talajtermékenységhez kapcsolódó vizsgálatokkal egészítjük ki: a talaj szerves anyag tartalmának (forróvíz-oldható szerves anyag és mikrobiális biomassza) és mikrobiális aktivitásának (arginin ammonifikáció) meghatározása. Tenyészedény, zárt mikrokozmosz és talajoszlop kísérletekben kívánjuk dinamikusan követni a talajlevegőben felhalmozódó, s a talajból kibocsátott N2O, NO és CO2 produkcióját befolyásoló tényezők (vízellátás, hőmérséklet, N-ellátás módja, talajlakó szervezetek) hatását. Tervezzük az adott körülményekre érvényes kvantitatív becslésekre alkalmas modell kifejlesztését éves, szezonális és rövid időtartamú gyors változások leírására. Kutatásainknak célja az ehhez szükséges mikrokozmosz és talajoszlop kísérleti technika és analitikai módszerek fejlesztése és matematikai modellek adaptálása is.
Summary
Due to the global climatic change the increase of frequency of extreme weather fluctuations is predictable in Hungary. The agricultural plant nutrition systems have to be prepared for the consequences of this change in time. The biologically coupled carbon and nitrogen cycles respond to the moisture and temperature fluctuations very sensitively, therefore the efficiency of plant nutrition is significantly influenced by the water supply and N-fertilisation (mineral or organic) conditions. As a result of these influences the emission of greenhouse gases (e.g. CO2 and NOx) from cultivated soil can change in the future. Relatively few data can be found in the international literature and even less in Hungary concerning the emission of CO2 and NOx from agricultural soils. Therefore a consortium was organized to study the influence of the factors (as water supply, temperature, the way of N-supply and the role of soil organisms) controlling the accumulation of N2O, NO and CO2 in soil and release to the atmosphere in greenhouse mesocosm, microcosm laboratory and soil column experiments based on a long term field experiment conducted in Keszthely. Soil fertility studies including the measurement of hot-water soluble organic matter content, microbial biomass and microbial activity (arginine ammonification) in the field experiment are planned, as well. The aim of the project is to develop a model which will be suitable for quantitative estimations considering the given circumstances in annual, seasonal and short time scale. The improvement and development of the necessary microcosm and soil column experimental technique, analytical methods and mathematical models are also among the aims of the project.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Célkitűzésünk olyan kísérleti rendszer kidolgozása volt, amely lehetővé teszi hazai ökológiai viszonyaink között a mezőgazdasági talajokban az üvegház hatású gázok képződése és a növényi tápanyag ellátás közötti összefüggések feltárását. Rendszerünket egy trágyázási tartamkísérletre építettük. Kiválasztott kezelésekből vett talajokkal nagyméretű tenyészedényekben a talajban 20 cm mélységben elhelyezett gázcsapdákból vett mintákból mértük a CO2 és N2O gázok képződését a tenyészidő alatt. A szegélyparcellákból kiemelt bolygatatlan talajoszlopokban tanulmányoztuk a CO2 és N2O gázok képződését 20 cm, 40 cm és 60 cm mélységben és a kilépését a felszínen. Laboratóriumi mikrokozmosz kísérletekkel értelmeztük a gázprodukciót befolyásoló környezeti és mikrobiológiai hatásokat. A gázprodukció követésére és nehézfémek erre gyakorolt hatásának értékeléséhez analitikai módszereket fejlesztettünk ki, illetve validáltunk. A CO2-t és az N2O-t gázkromatográfiásan mértük, az NOx-t kemilumineszcenciásan detektáltuk mikrokozmosz-gáztérből vett mintákban. Továbbfejlesztettük a nehézfémek hozzáférhetőségét becslő frakcionálási módszereket. A tenyészedény- és a talajoszlop kísérletben összefüggéseket tártunk fel az N2O és CO2 produkció szezonális dinamikája és a különböző tápanyagellátási módok, továbbá a környezeti és mikrobiológiai tényezők között. Létrehoztunk egy olyan adatbázist, amely megfelelő alapot képez az emissziós becslési modellek mezőgazdasági talajokra történő alkalmazására.
Results in English
Aim of the project was the elaboration of an experimental system suitable for study relationships between the production and emission of greenhouse gases and plant nutrition supply in agricultural soils under Hungarian ecological conditions. The system was based on a long-term ferilization field experiment. Mesocosm size pot experiments were conducted with soils originating from differently treated plots. The production of CO2 and N2O was followed during the vegetation period in gas traps built in 20 cm depth. Undisturbed soil columns were prepared from the untreated side parcels of the field experiment and the production of CO2 and N2O was studied at 20, 40 and 60 cm depth. A series of laboratory microcosm experiment was performed to clarify the microbial and environmental effects influencing the gas production in soils. Analytical methods were developed and validated for measure the gas production and evaluation of heavy metal contamination influence on that. The CO2 and N2O was deternined by gas chromatograpy. The NOx was detected by chemiluminescence method in headspace of microcosms. Sequential extraction methodology was developed for fractionation of heavy metal contamination. In the mesocosm and soil columns experiments influence of plant nutrion methods and environmental factors was succesfuly clarified on seasonal dynamics and depth profile on CO2 and N2O production. The database developed is suitable for estimation of CO2 and N2O emission from agricultural soils.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=72926
Decision
Yes





 

List of publications

  
Fekete I, Horváth M, Halász G, Rusnák R, Boková V, Remeteiova D, Flórián K, Heltai Gy: Szilárd környezeti minták nehézfémtartalmának frakcionálása a BCR ajánlás és az optimált CO2/H2O szekvens extrakciós módszerekkel, 51. Magyar Spektrokémiai Vándorgyűlés Előadások Összefoglalói . Nyíregyháza, 2008.,ISBN:978-963-9319-6,p.92-95., 2008
E. Nótás, K. Debreczeni, Gy. Heltai: Effect of different factors on the dry matter and N content of maize grain, Cereal Research Communications, Supplement,Vol. 36. 423-427., 2008
HOFFMANN, S. – BERECZ, K. – HOFFMANN, B. – BANKÓ, L: Yield response and N-utilization depending on crop sequence and organic or mineral fertilization., Cereal Research Commununication, Vol. 36, Supplement. pp. 1631-1634, 2008
Kampfl Gy, Kristof K, Balint A, Torkos K, Debreczeni K, Heltai Gy: Correction of water interference in gas chromatographic measurements of N2O and CO2 of soil origin, Geophysical Research Abstracts, Volume 10, 2008 : Abstracts of the Contributions of the EGU General Assembly 2008. Vienna, Ausztria, 2008.04.13-2008.04.18., 2008
Harshegyi Z., Gyarmati B., Heltai Gy., Meszaros C., Balint A.: Modelling with kinetic equations of transformation of different nitrogen fertilizer in a soil core incubation and a pot experiment, Cereal Research Communications, Supplement,Vol. 36. 1679-1682., 2008
Kristóf K., Kampfl Gy., Cserháti M., Harkai P., Heltai Gy.: Influence of different nutrient sources and microbial activity on the NO, N2O and CO2 emission of soil, Cereal Research Communications, Supplement,Vol. 36. 1071-1074., 2008
Heltai Gy, Flórián K, Halász G, Fekete I, Rusnák R, Remeteiová D, Boková V, Horváth M: Comparative studies of different sequential extraction schemes for characterization of environmental mobility of heavy metals in soils, sediments and gravitation dusts, Geophysical Research Abstracts, Volume 10, 2008 : Abstracts of the Contributions of the EGU General Assembly 2008. Vienna, Ausztria, 2008.04.13-2008.04.18., 2008
Algaidi A.A., Bayoumi Hamuda H.E.A.F., Horváth M., Nótás E., Heltai Gy.: A hőmérséklet hatása nehézfémekkel szennyezett talajok gázkibocsátására, Agrokémia és Talajtan, 57:147-160, 2008
Mészáros Cs, Gottschalk K, Farkas I, Bálint Á: Transient character of transport processes in binary mixtures., In: P Perré (szerk.) AFSIA 2009 European Drying Conference. Lyon, Franciaország, 2009.05.14-2009.05.15. pp. 20-21., 2009
Kristóf K., Molnár E., Heltai Gy., Bálint Á.: Mezőgazdasági talaj CO2, NO, N2O gázemissziójának mérése mikrokozmosz rendszerben., IX. Környezetvédelmi Analitikai és Technológiai Konferencia. 2009. október 7-9., Sopron. ISBN 978-963-9970-00-7. p. 40., 2009
HOFFMANN, S.: A talajtermékenység fenntarthatóságának vizsgálata szántóföldi tartamkísérletben., 51. Georgikon Napok Konferencia Kiadványa CD-n, teljes terjedelemben., 2009
Szili-Kovács T., Bálint Á., Kampfl G., Kristóf K., Heltai G., Hoffmann S., Lukács A., Anton A.: Szilikoncső alkalmazása talajlevegő mintavételhez bolygatatlan talajoszlopokban a CO2- és N2O-koncentráció meghatározásához., Agrokémia és Talajtan 58. 359-368., 2009
HOFFMANN, S.: A talaj termékenységének változása szerves és műtrágyázás hatására egy 46 éves szántóföldi tartamkísérletben., Tartamkísérletek jelentősége a növénytermesztés fejlesztésében. Jubileumi Tudományos Konferencia Martonvásár, 2009. október 15, ISBN: 978-963-8351-36-4, p. 227-235., 2009
ABDUOSALAM A. A. ALGAIDI: Predicting NO, N2O and CO2 emission from agricultural soil through related environmental parameters, www.doktori.hu : Szent István Egyetem, Környezettudományi Doktori Iskola, 2009
Á. Bálint, Gy. Kampfl, E. Nótás, S. Hoffmann, K. Berecz, K. Kristóf, A. Anton, T. Szili-Kovács, Gy. Heltai: The formation of nitrogen oxides and the carbon dioxide in soil and the greenhouse effect, Proceedings 16th Nitrogen Workshop, 28 June – 01 July, 2009, Turin, Italy,pp.123-124., 2009
E. Nótás, K. Debreczeni. A. Bálint, G. Heltai: Study of gaseous N-losses in greenhouse pot experiment., Proceedings 16th Nitrogen Workshop, 28 June – 01 July, 2009, Turin, Italy,pp.185-186., 2009
Szili-Kovács T., Bálint Á., Kampfl Gy., Kristóf K., Nótás E.,: Development of silicone tube soil air sampler to study water stress in soil monoliths, Cereal Research Communications 37. 419-422, 2009
Bálint Á., Kampfl Gy., Nótás E., Hoffmann S., Berecz K., Kristóf K., Anton A., Szili-Kovács T., Gyarmati B., Heltai Gy.: Az üvegházhatású nitrogén oxidok és széndioxid képződése a talajban., LII. Georgikon Napok. 2010. szeptember 30. – október 1., Keszthely. (http://napok.georgikon.hu), 2010
HOFFMANN, S. ,BERECZ, K. , KRISTÓF K. , BÁLINT Á. , PRÉSING M. ,SIMON S. , MOLNÁR E.: Ásványi és szerves trágyázás hatása kukoricanövények szárazanyag- és N-felhalmozására, valamint a talajlevegő co2-koncentrációjára tenyészedényes kísérletekben., 52. Georgikon Napok Konf. Kiadv. ISBN 978-963-9639-38-6 (www.napok. Georgikon.hu teljes terj.), 2010
Kristóf K., Molnár E., Heltai Gy.: Mikrokozmosz technika alkalmazása a talaj üvegházhatású, nitrogéntartalmú gázemissziójának mérésében., 53. Magyar Spektrokémiai Vándorgyűlés. 2010. június. 30. – július 2., Hajdúszoboszló. ISBN 978-963-9970-05-2, p. 70., 2010
Molnár Erik József: Ásványi és szerves trágyázás hatása a talaj CO2 és N2O gázemissziójára mezokozmosz kísérleti rendszerben, Környezetmérnök MSc Diplomamunka, SZIE Gödöllő, 2010
Simon Szandra: A nitrogén átalakulási formáinak vizsgálata mikrokozmosz rendszerben., Környezetmérnök MSc Diplomamunka, SZIE Gödöllő, 2010, 2010
HOFFMANN, S. - BERECZ, K. - SIMON, Sz.: Soil fertility depending on organic and mineral fertilization, in a 46-year long-term field experiment., Acta Agronomica Hungarica, Suppl.1., 35-40, 2010
HOFFMANN, S. - BERECZ, K. – TÓTH, Z.: Soil fertility as affected by long-term fertilization and crop sequence., Archives of Agronomy and Soil Science., Vol.56, 481-488, 2010
HOFFMANN, S. – BERECZ, K. – KRISTÓF, K. – SIMON, SZ. - MOLNÁR, E.: Studies on the agronomic and environmental aspects of low to high level organic and mineral fertilization in long-term field and model pot experiments., Növényterm. Vol. 59, Suppl. 1., 157-161, 2010
Horváth M., Boková V., Heltai Gy., Flórián K., Fekete I.: Study of application of BCR sequential extraction procedure for fractionation of heavy metal content of soils, sediments, and gravitation dusts., Toxicological & Environmental Chemistry, 92 (3), 429-441., 2010
B. Gyarmati, A. Szaniszló, B. Törő, Á. Bálint: Application of The garden cress (Lepidium Sativum) as possible biological indicator of a heavy metal accumulation., Növénytermelés Vol. 59, Suppl.1., 333-336, 2010
Simon Sz., Kristóf K., Hoffmann S.: Kukorica növény különböző tápanyagellátási módjainak vizsgálata tenyészedény rendszerekben, XVI. Ifjusági Tudományos Fórum, Keszthely, ISBN: 978-963-9639-36-2, 2010
G. BERNVALNER, B. GYARMATI, B. TÖRŐ, K. ERDŐSI, Á. BÁLINT: Investigation of the effect of zinc and copper on Lepidium sativum in pot experiment., Növénytermelés Vol 60., Különszám, p. 223-226 (2011), 2011
Szili-Kovács T, Molnár E, Villányi I, Bálint Á, Heltai Gy, Anton A.: Soil respiration and microbial activity of undisturbed soil columns under different nitrogen management. Acta Microbiologica et Immunologica Hungarica 58. 224-225. 2011., Acta Microbiologica et Immunologica Hungarica 58. 224-225., 2011
Erik Molnár, Krisztina Kristóf, Márk Horváth, György Heltai: Development of sampling and measurement techniques for detection of greenhouse gas emission of agricultural soils., XIV Hungarian – Italian Symposium on Spectrochemistry, Abstract Book edited by Mihucz V. and Záray Gy. 5-7 October 2011, Sümeg, Hungary. ISBN 978-963-9970-22-9. p. 50., 2011
HOFFMANN S. , BERECZ K. , HOFFMANN B.: Impact of organic and mineral fertilization rates on the yield of potato (Solanum tuberosum)., Növényterm. Vol. 60, Suppl. 1.,243-247, 2011, 2011
Hoffmann S., Lepossa A.: Impact of mineral and organic fertilization on the yield, C-content in the soil, as well as on C-, N- and energy balances in a long-term field experiment., Archives of Agronomy and Soil Sciences, Supplement 11. , (közlésre elfogadva), 2012
Hoffmann S., Lepossa A., Bálint Á., Molnár E., Heltai, G.: Comparative study of some agronomic and environmental effects of mineral and organic fertilization with maize (Zea mays L.) in field and model pot experiments., 19. ISTRO konferencia, (Montevideo) Abstract, 2012
Bálint Á., Hoffmann S., Berecz K., Kristóf K., Kampfl Gy., Nótás E., Horváth M., Gyarmati B., Molnár E., Anton A., Szili-Kovács T., Heltai Gy.: Influence of N-fertilization methods on NOx and CO2 production on model experiments and on grain yield in field experiments., Proceedings of the 17th Nitrogen Workshop – Innovations for sustainable use of nitrogen resources. 26-29 June 2012, Wexford, Ireland. pp. 126-127. ISBN: 1-84170-588-8., 2012
Horváth M., Halász G., Kucanová E., Kuciková B., Fekete I., Remeteiová D., Heltai Gy., Flórián K.: Sequential extraction studies on aquatic sediment and biofilm samples for the assessment of heavy metal mobility., Microchemical Journal (June 2012), doi:10.1016/j.microc.2012.05.024 Key: citeulike:10728760, 2012
Gyulai G., A Bittsánszky A., Gullner G., Heltai Gy., Pilinszky K., Molnár E., Kömíves T.: Gene reactivation induced by DNA demethylation in Wild Type and 35S-gshI-rbcS transgenic poplars (Populus x canescens). Novel plant sources for phytoremediation., J Chemical Science and Technology 1:9-13., 2012
Bayoumi Hamuda H.E.A.F., Molnár E., Heltai Gy.: Impacts of ecological factors on the rates of soil nitrogen mineralization and nitrification in clay loam brown forest soil., Proceedings of IX. National Scientific Conference with International Participation "Ecology & Health 2012" 17th – 19th May 2012. Plovdiv, Bulgaria. pp: (under press), 2012



Back »