293 research outputs found
Interview with Professor Roel Merckx, IITA Board Chair
No full textIn this interview, Prof Roel Merckx delves into his plans for the Institute as the new IITA Board Chair
IITA Townhall meeting with BoT and Staff_23 May 2023
No full textTownhall meeting with the Board of Trustees and Staff including both outgoing, Prof. Christian Borgemeister and incoming, Roel Merckx, Board chairs at the HQ on 23 May 2023
Data for Water deficit and potassium affect carbon isotope composition in cassava bulk leaf material and extracted carbohydrates
No full textThis repository contains data and scripts to reproduce results that are presented in the manuscript: Van Laere, J., Merckx, R., Hood-Nowotny, R., Dercon, G. (2023) Water deficit and potassium affect carbon isotope composition in cassava bulk leaf material and extracted carbohydrates. Front. Plant Sci. 14:1222558 doi: 10.3389/fpls.2023.122255
Metal complexation properties of freshwater dissolved organic matter are explained by its aromaticity and by anthropogenic ligands
No full textDissolved organic matter (DOM) in surface waters affects the fate and environmental effects of trace metals. We measured variability in the Cd, Cu, Ni, and Zn affinity of 23 DOM samples isolated by reverse osmosis from freshwaters in natural, agricultural, and urban areas. Affinities at uniform pH and ionic composition were assayed at low, environmentally relevant free Cd, Cu, Ni, and Zn activities. The C-normalized metal binding of DOM varied 4-fold (Cu) or about 10-fold (Cd, Ni, Zn) among samples. The dissolved organic carbon concentration ranged only 9-fold in the waters, illustrating that DOM quality is an equally important parameter for metal complexation as DOM quantity. The UV-absorbance of DOM explained metal a
ffinity only for waters receiving few urban inputs, indicating that in those waters, aromatic humic substances are the dominant metal chelators. Larger metal a
ffinities were found for DOM from waters with urban inputs. Aminopolycarboxylate ligands (mainly EDTA) were detected at concentrations up to 0.14 μM and partly explained the larger metal affinity. Nickel concentrations in these surface waters
are strongly related to EDTA concentrations (R2= 0.96) and this is underpinned by speciation calculations. It is concluded that metal complexation in waters with anthropogenic discharges is larger than that estimated with models that only take into account binding on humic substances.Stijn Baken, Fien Degryse, Liesbeth Verheyen, Roel Merckx, and Erik Smolder
Water repellence and soil aggregate dynamics in a loamy grassland soil as affected by texture
No full textDe Gryze, S.; Jassogne, L.; Bossuyt, H.; Six, J.; Merckx, R
Isotopische uitwisseling als middel voor het voorspellen van fosforbeschikbaarheid en -opname door maïs en vlinderbloemigen in sterk verweerde bodems
No full textFosfordeficiëntie is één van de belangrijkst limiterende factoren v oor gewasgroei in de bodems van West-Afrika. Kunstmest betekent echter e en te grote investering voor vele boeren en daarom zijn alternatieve str ategieën noodzakelijk om de fosforvoorziening van gewassen te verbeteren . Eén van deze strategieën is het inbrengen van specifieke vlinderbloemi gen in rotatie met het graangewas. Bepaalde vlinderbloemigen worden vero ndersteld de fosfor-vruchtbaarheid binnen het gewassysteem te verbeteren doordat (i) ze niet-labiel fosfor in de bodem mobilizeren door aangepas te rhizosfeer-processen, en (ii) de afbraak van de residus van de vlind erbloemige fosfor vrijstelt in de bodem, die dan opgenomen kan worden do or een volgend gewas. Vanlauwe et al. (2000a,b) stelden in een veldproef in Noord-Nigeria plaats-specifieke, positieve rotatie-effecten op opbre ngsten van maïs volgend op Mucuna pruriens of Lablab purpureus opgegroei d in bodems behandeld met rotsfosfaat (RP) vast, in vergelijking met een maïs monocultuursysteem, na correctie voor stikstofbijdragen door N2-fi xatie. Dit onderzoek is gericht op het identificeren van de mechanismen en bodemprocessen onderliggend aan de gunstige effecten van deze maïs-vl inderbloemige rotaties op fosfor-opname door het maïsgewas. Fosforspeciatie in de bodem werd geanalyseerd met isotopische dilutiemet hoden, wat een mechanistische benadering van fosforbeschikbaarheid in de bodem toelaat. Het labiele bodemfosfor (genaamd P kwantiteit en gemeten als de E-waarde) werd bepaald met een techniek die isotopische uitwisse ling combineert met resinextractie (Maertens et al., 2004). Het bodemfos for toegankelijk voor maïs (de L-waarde), bepaald in een potproef, kwam nauw overeen met de E-waarde, onafhankelijk bepaald in incubatie-experim enten, wat aantoonde dat maïs enkel in staat was het labiele bodemfosfor te benutten. Vlinderbloemigen bleken toegang te hebben tot een grotere hoeveelheid bodemfosfor dan maïs. In een bodem uit Noord-Nigeria werden verhoogde L-waarden waargenomen in controles en in bodems behandeld met RP, wat een lokale en goedkope, maar weinig oplosbare bron van fosfaat i s. In vergelijking met de E-waarde, waren controle L-waarden twee maal h oger voor pigeon pea en drie maal hoger voor cowpea. In een bodem met ro tsfosfaattoepassing was de L-waarde voor pigeon pea dubbel zo hoog als v oor maïs. Hoewel de vlinderbloemigen toegang hadden tot een grotere P kw antiteit in de bodem, waren ze echter niet in staat om een grotere hoeve elheid fosfor uit de bodem op te nemen, relatief ten opzichte van maïs. Fosforopname door planten kon niet voorspeld worden door enkel een schat ter voor de P kwantiteit, en bleek beter gecorreleerd te zijn met de fos forconcentratie in de bodemoplossing (een maat voor de fosforintensiteit ). De relatie tussen fosforopname door planten en de fosforkwantiteit en i ntensiteit in de bodem werd verder uitgediept. In een potexperiment werd pigeon pea opgegroeid in 4 bodems met sterk uiteenlopende fosforbufferc apaciteiten en behandeld met verschillende dosissen oplosbaar fosfor. Fo sforopname kon nauwkeurig gesimuleerd worden door een mechanistisch nutr iëntenopnamemodel. Een gevoeligheidsanalyse op de gemodelleerde fosforop names toonde aan dat zowel de kwantiteits- als de intensiteitsfactor fos foropname beïnvloedden, maar het effect van de intensiteitsfactor overst eeg het effect van de kwantiteitsfactor. Om fosforbeschikbaarheid nauwke urig te voorspellen dient een meting van de fosforintensiteit (bv. de fo sforconcentratie in een 10:1 0.01 M CaCl2 extract) aangevuld te wor den met een meting van de fosforkwantiteit (bv. de E-waarde) of met een meting van de fosforbuffercapaciteit (bv. de KD). Het model toonde ook a an dat bij de lage fosforkwantiteiten die gewoonlijk gevonden worden in de bodems van West-Afrika (E-waarde < 20 mg P kg-1), zeer hoge fosf or-concentraties in het poriewater (CP > 5 mg P L-1) vereist zijn o m fosforopname te verhogen. In de meeste onbehandelde bodems liggen fosf orconcentraties beneden 0.01 mg P L-1. Het is zeer onwaarschijnlijk dat de rhizosfeerprocessen van vlinderbloemigen kunnen leiden tot dergelijke sterk verhoogde fosforconcentaties, en dit verklaart waarom de toename in de L-waarde voor vlinderbloemigen geen toename in fosforopname als ge volg heeft. De respons van maïs en verschillende vlinderbloemigen op fosfortoedienin g als een KH2PO4 oplossing werd onderzocht in een analoge studie. Maïs v ereiste een 4 maal lagere fosforconcentratie in het poriewater dan pigeo n pea om de helft van de maximale fosforopname vastgesteld bij de hoogst e fosfordosis te behalen. Het is algemeen aanvaard dat vlinderbloemigen omwille van hun fosformobilizerende eigenschappen fosforefficiënter zijn dan graangewassen. Nochthans bewijst de lagere externe fosforbehoefte d at maïs efficiënter het labiele bodemfosfor benut dan vlinderbloemigen. Simulaties met het mechanistisch nutriëntenopnamemodel duidden aan dat d e morfologie van het wortelsysteem, en in het bijzonder van de wortelhaa rtjes, een cruciale rol spelen in fosforopname bij lage intensiteit en g emiddelde tot hoge fosforbuffercapaciteit. Wortelhaartjes van maïs waren langer in vergelijking met pigeon pea, wat maïs toeliet beter gebruik t e maken van het labiele bodem-fosfor. Om efficiënte fosforbenutting te v erzekeren, dienen beheersstrategieën in gewas-systemen daarom het uitdro gen van de toplaag te vermijden en een goede wortelontwikkeling en acti viteit te beogen. Uiteindelijk werd deze informatie gebruikt om veranderingen in fosforspe ciatie in een Mucuna&shy;-maïs rotatiesysteem en maïs monocultuursysteem waarin RP toegediend werd aan het eerste gewas te vergelijken onder gec ontroleerde omstandigheden. In het eerste seizoen werd waargenomen dat m aïs en Mucuna gelijkaardig reageerden op RP toediening. Op het einde van het seizoen was de fosforkwantiteit en intensiteit echter enkel verhoo gd in de bodems waar RP werd toegediend en Mucuna werd gegroeid. In tege nstelling tot maïs was Mucuna in staat het RP te mobilizeren en fosforbe schikbaarheid in de bodem te verbeteren, hoewel het tegelijkertijd een a anzienlijke hoeveelheid fosfor uit de bodem opnam. In het volgende seizo en werden sterk significante, positieve effecten van de groei van Mucuna vastgesteld: graanopbrengst en fosforopname waren twee maal hoger voor maïs volgend op Mucuna in vergelijking met maïs volgend op het eerste ma ïsgewas. Binnen elk systeem verdubbelde RP toediening ook maïsopbrengste n, maar het al dan niet inwerken van de residus van het eerste gewas ha d geen effect op graanopbrengsten van maïs in het tweede seizoen. Nochta ns stelde de afbraak van de residus fosfor vrij in de bodem en leidde t ot aanzienlijke verhogingen in labiel bodemfosfor en in fosforconcentrat ies in de bodemoplossing, vergeleken met behandelingen waar de residus werden weggenomen. De grote pH toename teweeggebracht door residu-inwerk ing reduceerde de beschikbaarheid van het toegediende RP, terwijl als re sidus werden weggenomen, de lage pH werd behouden en een kleine verzuri ng in de rhizosfeer het oplossen en opnemen van RP kon bevorderen. Bijge volg had het inwerken van de Mucuna residus geen netto effect op fosfor opname door maïs. Tot besluit kan het groeien van vlinderbloemigen in bo dems met RP toediening de fosforbeschikbaarheid (in termen van kwantitei t en intensiteit) aanzienlijk verbeteren. Fosforopname door een volgend maïsgewas was echter minder beïnvloed door de rotatie dan voorspeld werd door de fosfor-beschikbaarheidsindices. Bovendien werd opgenomen fosfor in het Mucuna-maïs rotatie-systeem beter benut en leidde tot hogere dro ge-stofopbrengsten, vergeleken met het maïs monocultuursysteem. Dit duid t er sterk op dat het groeien van Mucuna, naast het verbeteren van fosfo rbeschikbaarheid, andere nadelige, mogelijk bodemmicrobiële effecten oph eft. Verder onderzoek gericht op een dieper inzicht in deze positieve ro tatie-effecten zijn cruciaal om te begrijpen wanneer, waar en hoe deze r otatiesystemen met vlinderbloemigen toegepast dienen te worden.status: Publishe
Van de Broek et al. (2016) Controls on soil organic carbon stocks in tidal marshes along a salinity gradient, Biogeosciences, supplementary data
No full textThis is supplementary data for the article Van de Broek M, Temmerman S., Merckx R., Govers G., 2016, Controls on soil organic carbon stocks in tidal marshes along an estuarine salinity gradient, Biogeosciences. For study site descriptions, material and methods and interpretation of this data we refer to this article
Vrijgavekinetiek en beschikbaarheid van polycyclische aromatische koolwaterstoffen in bodems verontreinigd met koolteer en creosootolie
No full textTerreinen waar in het verleden stadgasfabrieken of installaties voor het impregneren van hout gevestigd waren, zijn vaak zwaar verontreinigd met polyaromatische koolwaterstoffen of PAKs. Heel wat PAKs hebben mutage ne of kankerverwekkende eigenschappen, en zijn in deze bodems terechtgek omen vervat in koolteer of creosootolie. Om een inschatting te kunnen ma ken van het risico uitgaande van deze bodems, en om een keuze te kunnen maken tussen saneringstechnieken is niet alleen de totale concentratie a an PAKs in de bodem van belang, maar ook en vooral hun beschikbaarheid. In dit onderzoek werd de beschikbaarheid van PAKs in zulke zwaar veron treinigde bodems onderzocht, en meer in detail ook de invloed van de aan wezige koolteer en creosootolie hierop. De beschikbaarheid van de PAKs in de bodem werd nagegaan aan de hand van de snelheid waarmee ze worden vrijgegeven, gemeten met behulp van Tenax TA. PAKs die snel worden vrij gegeven, worden beschouwd als goed beschikbaar, PAKs die traag worden v rijgegeven als slecht beschikbaar. De PAK vrijgavekinetiek werd gedurende lange tijd (>4000 u) opgemeten vo or twee grondstalen afkomstig van verontreinigde sites en een grondstaal dat kunstmatig werd verontreinigd met koolteer. De data konden beschrev en worden met een parallel eerste orde model met drie sites. Dit houdt i n dat er een snel, traag en heel traag vrijkomende PAK fractie kan worde n onderscheiden. De grootte van de verschillende fracties en de snelheid sconstanten van vrijzetting waren functie van de specifieke PAK en het g rondstaal. Grote PAKs worden trager vrijgegeven dan kleine PAKs: ze ve rtonen kleinere snelheidsconstanten van vrijgave en kleinere snelle frac ties. De snel vrijgegeven fractie varieerde van 3 tot 60 %, wat erop dui dt dat de beschikbaarheid van de PAKs sterk varieert tussen grondstalen die nochtans vergelijkbare concentraties aan PAKs bevatten. De orde va n grootte van de snelheidsconstanten was 100-10-1 h-1 voor de snelle fra ctie, 10-2-10-3 h-1 voor de trage fractie en 10-4-10-5 h-1 voor de heel trage fractie. De PAK vrijgavekinetiek voor een reeks kunstmatig verontreinigde grondst alen met uiteenlopende bodemkarakteristieken was quasi alleen afhankelij k van of er nu koolteer dan wel creosootolie aanwezig was. Grondstalen, verontreinigd met koolteer, vertoonden een veel tragere PAK vrijgavekine tiek dan grondstalen, verontreinigd met creosootolie. Zowel bodemeigensc happen als textuur en natuurlijk organisch koolstofgehalte, als verouder ing (die in het huidige experiment enkel standtijd inhield, geen uitspoe ling of biodegradatie van de PAKs) hadden geen substantiële invloed op de vrijgavekinetiek van de PAKs, ondanks de variatie in textuur van puu r zand tot leem, de veroudering gedurende een periode van 5 maanden en e en verhouding van natuurlijke bodem organische koolstof tot koolteer of creosootolie koolstof van 7 tot 0. De snelheidsconstanten van vrijgave w aren vergelijkbaar qua orde van grootte met deze gemeten in de literatuu r voor grondstalen die vooral of enkel natuurlijke organische stof bevat ten. De absolute concentratie (mg/kg OC) aan PAKs die traag werde n vrijgegeven uit de bodemstalen verontreinigd met koolteer, daarentegen , waren een veelvoud (minstens een factor 10 tot 100) van de maximale ho eveelheden die werden opgetekend in de literatuur en het huidige onderzo ek voor grondstalen die enkel natuurlijke organische stof bevatten. Kool teer kan dus heel wat meer traag vrijgegeven PAKs binden dan natuurlijk e organische stof. Verschillende soorten organische stof kunnen dus een totaal verschillend effect hebben op de PAK beschikbaarheid, en het tota al organische koolstofgehalte van een bodem geeft dan ook niet noodzakel ijk een indicatie van de beschikbaarheid van de PAK die er in zitten. Naast de eerder beschreven kunstmatig verontreinigde grondstalen werd er ook een hele reeks grondstalen bestudeerd afkomstig van terreinen van v oormalige stadsgasfabrieken en houtbehandelingsinstallaties. De meeste v an deze gronden (16 van de 18 stalen) vertoonden slechts zeer beperkte f racties snel vrijgegeven PAK (fractiegrootte 1-28%, afhankelijk van de P AK). Twee van de onderzochte stalen vertoonden evenwel wel nog een aanzi enlijk grote fractie snel vrijgegeven of goed beschikbare PAKs (fractie grootte 21-83%, afhankelijk van de PAK), ondanks hun aanwezigheid op het terrein voor meerdere tientallen jaren. Een mogelijke verklaring hiervo or kan zijn dat er op de plaats waar de grondstalen zich bevonden nauwel ijks biodegradatie of uitloging heeft plaatsgevonden. Het biodegradatiep otentieel werd voor de verschillende grondstalen nagegaan in een aërobe incubatie. Zestien van de 18 stalen vertoonden geen of nauwelijks biodeg radatie van de aanwezige PAKs, wat in overeenstemming is met de minieme concentratie aan snel vrijgegeven PAKs. Van de 2 stalen die een groter e snelle PAK fractie bevatten vertoonde er 1 wel aanzienlijke afbraak va n de PAKs, met na 193 dagen incubatie een hoeveelheid die biologisch we rd afgebroken overeenkomend met de oorspronkelijk aanwezige snelle fract ie. Het tweede staal vertoonde echter nauwelijks biodegradatie, wat moge lijk te wijten is aan de aanwezige microflora in dit bodemstaal. Uitgezo nderd dit laatste resultaat bevestigen de resultaten van het incubatie-e xperiment literatuurgegevens die de link leggen tussen biologische besch ikbaarheid en vrijgavekinetiek. Tot slot bestond er ook een (ruwe) corre latie (R² = 0.67) tussen de trage fractie van de PAKs en de fractie van de organische koolstof die niet kon worden geëxtraheerd uit de bo dem met n-hexaan. Dit doet vermoeden dat asfaltenen grote organische mo leculen aanwezig in koolteer en creosootolie- een belangrijke rol spelen in het bepalen van de PAK vrijgavekinetiek. In een laatste experiment werd onderzocht of de snel vrijgegeven PAK fra ctie volledig en blijvend kon worden verwijderd. Hiertoe werd de snelle PAK fractie verwijderd van een grondstaal, kunstmatig verontreinigd met koolteer, met behulp van Tenax. De snelle fractie bleek weer te worden a angevuld binnen een tijdsspanne van 45 dagen. De nieuw gevormde snelle f ractie was evenwel minder groot dan oorspronkelijk (zowel in concentrati e als in percentage van de aanwezige hoeveelheid PAKs) en bovendien min der groot naarmate er meer PAKs werden verwijderd. Meer diepgaand onder zoek is wenselijk om na te gaan of dit gevolgen heeft voor de risico-eva luatie van zulke verontreinigde gronden.status: Publishe
Eigenschappen en milieu-impact van het 'verbeterd extensief' garnalenproductiesysteem in Cai Nuoc district, Mekong delta van Vietnam
No full textThe Mekong delta of Vietnam covers 39,000 km2 and supports a population of approximately 18 million people. It holds 88% of the shrimp aquaculture areas and accounts for more than 75% of the total shrimp production in Vietnam in 2010. Following the initial success of shrimp aquaculture practices in the late 1990s, the central government released the resolution 09/NQ-CP in 2000 which allowed the conversion of coastal rice fields into shrimp farms. As a result, shrimp aquaculture boomed in the area. In Cai Nuoc district (Camau province, Mekong delta of Vietnam), all of the rice farmers adopted the conversion in that year or the year after. Besides the rice fields, vast areas of coconut farms, orchard areas, and small plots of land around the houses were also converted. Most of the shrimp farms are of the so called "improved extensive" shrimp system type, in which production is all year round, stocking density is low (0.8-5.5 post-larvae/m2 followed by supplementary stocking), no feeding is done, fertilizers are irregularly applied, water exchange also is irregular and sediment removal limited. The average shrimp yield is currently about 390 kg/ha/yr and is lower compared to initial yields (500 kg/ha/yr) or to potential yields (600-1,500 kg/ha/yr) in shrimp systems of similar stocking densities. This shrimp system is the most abundant (>70% of the area) in the district and has been adopted mainly by the low and middle income farmers. This study aims to identify the yield limiting factors of the improved extensive shrimp (Penaeus monodon) system in Cai Nuoc district. We hypothesize that (1) the management strategy applied to this shrimp system is not suitable, (2) the physico-chemical and biological characteristics of water and sediment in the improved extensive shrimp ponds are not optimal for shrimp production, and (3) sediment removal in the wet season during shrimp production significantly improves pond conditions of the improved extensive shrimp ponds.To explore pond characteristics of the improved extensive shrimp system and quality of water and sediment in the surrounding waters of Cai Nuoc district, a survey was carried out between 2008 and 2011. In this survey, the physico-chemical characteristics of pond water of the improved extensive shrimp system proved to be not optimal for shrimp aquaculture. Several key parameters (dissolved oxygen (DO), total suspended solids (TSS), and hydrogen sulphide (H2S)) very often showed values beyond the acceptable range for shrimp aquaculture throughout the year. DO shortage in early mornings (10000 CFU/mL) and Vibrios (>1000 CFU/mL) indicate a high potential risk for outbreaks of shrimp diseases. The low density of benthos, presence of toxin producing blue-green algae, and the high counts of Vibrios in both pond water and sediment are the main biological factors that contribute to shrimp stress and possibly lower shrimp yields.Manually removing and dumping the removed pond sediment on pond dikes in the wet season during shrimp production did not significantly improve the water and sediment quality of the improved extensive shrimp ponds. The physico-chemical and biological properties of the ponds remained almost unaltered compared to the initial conditions. The only benefit of this management activity was just a small and temporary increase in redox potential (p<0.01), which might lead to a minor decrease in harmful substances produced in the anaerobic pond bottom. Financially, the labour cost of sediment removal constitutes the main cost of shrimp pond preparation. The shrimp farmers are, therefore, strongly recommended not to undertake this task in the wet season as it is simply a waste of time, money and other resources.In the last part, environmental aspects of the shrimp productions were assessed. The waters surrounding the ponds are saline, even at the end of the wet season (salinity 17.23±2.44 g/L). This is the direct consequence of bringing in salt water to the interior field for shrimp aquaculture since 2000. Organic loadings in the surrounding waters (BOD 4-9.6 mg/L, chemical oxygen demand (COD) 17-80 mg/L) were higher than those in the shrimp ponds (BOD 0.32-5.68 mg/L, COD 2.8-22 mg/L). Because most shrimp farms in the area are extensive and "improved extensive" shrimp system types of low intensification levels, contribution of organic loadings from shrimp pond discharge to the surrounding waters is small. Most of the organic loadings in the surrounding waters originate from domestic and industrial effluents, and discharge from the local markets other than from pond discharge. The river sediment was saline (conductivity of saturated extract (ECe) 11.79 dS/m) and anaerobic (Eh -274.1 mV). It is characterized by high contents of organic matter (OM 11.07 %). Hydrogen sulphide was present in the river sediment (mean 154.2, max. 357.5 mg/kg). Phytoplankton density in the surrounding waters was significantly lower than that in the shrimp ponds while densities of zooplankton and macrobenthos did not differ between the two environments. The surrounding waters of Cai Nuoc district can be classified as from heavily to moderately polluted.status: Publishe
Impact van het langetermijn bemesten met verschillende organische meststoffen op fosforuitspoeling
No full textPhosphorus (P) is an essential nutrient for all living organisms. P is present in every living cell, and no other element can replace it in its vital role in several physiological and biochemical processes. However, its supply in the earths crust is limited. P is of most concern because of the rate of exploitation of this non-renewable resource to meet current demand. Globally, recycling processes gain in interest to reduce the required amount of mined P.Many agricultural soils around the globe, mainly in tropical regions, are P deficient. However, in many agricultural regions such as Northwestern Europe, several states in the United States of America, the Baltic sea region and several provinces in China, P accumulation took place in the past decades, due to high doses of P fertilization. These are due to (i) the availability of cheap mineral P fertilizers and/or (ii) the large livestock, fed with large amounts of imported feed. These feeds contain large amounts of P, transferred inefficiently by animals to animal products and largely transferred to animal manure, that is mainly applied on the agricultural fields nearby. P is being sorbed to the soil by reactive clay particles, Ca, Al and Fe (hydr)oxides, organic matter and carbonates and is therefore quite immobile in the soil. However, all soils have a finite capacity to retain P and continued application of fertilizers will ultimately reach the environmental limit for safe storage of P. The amount of P lost to the environment with non-point leaching, will be determined by the sorbed amount of P and the P retention capabilities of the soil. This implies that P leaching is mainly determined by the total P fertilization. However in several studies based on long term field trials, it was observed that with the addition of organic amendments to the soil, soil P intensity and P leaching were increased, compared to mineral fertilizers at the same P input level. This means that the eventual P leaching will also be determined by the type of fertilizer and his chemical composition.In Flanders, many intensively managed agricultural soils suffer from decreasing soil organic carbon (SOC) levels, but have also extremely elevated P contents (P-AL >> 180 mg/kg dry soil). One of the strategies to maintain the SOC levels, is growing catch crops during autumn, and incorporating the produced biomass in early spring. Incorporation of catch crops in early spring, can however induce P mineralization, before the next crop is installed and starts taking up P from the soil solution. We hypothesized that in excessively P containing soils thiese catch crop residues increase the P leaching losses. Another strategy is adding organic amendments to the soil by applying a wide variety of organic fertilizers such as animal slurries, farmyard manure, several types of compost, processed digestate products, etc. However, the chemical and organic matter composition of these organic fertilizers is very different, which has an important influence on the potential to increase the SOC level. Furthermore, it is not known which influence these differences have on P leaching. This study was conducted to investigate which organic fertilizers have the highest potential to increase or at least maintain the SOC level without any further increase in P leaching.We investigated whether P leaching was increased by winter/early spring incorporation of catch crop residues from white mustard (Sinapis alba L.), Italian ryegrass (Lolium multiflorum L.), black oats (Avena strigosa L.) and a mixture of perennial ryegrass/white clover (Lolium perenne L./Trifolium repens L.). The incorporation of the catch crop residues was imitated by mixing a sample of the soil where the catch crop was grown, with a plant sample at a dose equal to the biomass crop yield of the catch crop in the field trial and in the state the plant tissue was in early spring. By conducting a leaching experiment with these mixtures, the influence of the incorporated catch crop residue on the P leaching could be compared with the fallow soil. Incorporation of white mustard, Italian ryegrass and perennial ryegrass/white clover crop residues, resulted in an approximately 40% decrease of P concentrations in the leachate, compared to the fallow soil and the soil with incorporation of black oats. We indicated that Italian ryegrass and perennial ryegrass/white clover incorporation reduced the P leaching by P immobilization processes. In contrast, decomposition of the white mustard and black oats was small. Little or no P was mineralized by these catch crop residues. The crop residues of black oats contained however 5 times more soluble P compared to white mustard crop residues. P in the black oats was eventually leaked out of the plant tissue during the leaching experiment, leading to P concentrations in the leachates, comparable to those of the fallow soil. We conclude that incorporation of the studied catch crops do not increase P leaching. Repeating this experiment with more types of catch crops and at different growth stages (and therefore different in composition and biodegradability) will help to understand better the effects of decomposition of plant residues on P leaching.In order to investigate the influence of organic amendments on SOC levels, soil P intensity and P leaching on the long term, two long term fertilizer field trials were intensively sampled during this study. The first field trial at Melle, Belgium (Ghent University,° 2005, silt loam) was sampled to compare the influences of the long term application of 3 different types of plant-based composts, dairy farmyard manure and cattle slurry with the long term application of mineral fertilizer (NPK) and a non-fertilized soil. The second field trial at Feucherolles, France (INRA France,°1998, silt loam) was sampled to compare 2 different types of plant-based composts and dairy farmyard manure with mineral N fertilizer (no P fertilization). In the field trial at Melle, applications of dairy farmyard manure and plant-based composts could enhance the SOC levels to 1.21-1.32%, compared to 1.03% for the mineral fertilized soil. In the field trial at Feucherolles, applications of dairy farmyard manure and plant-based composts had comparable effects on the SOC level, which increased to 1.30-1.58%, compared to 1.05% in the mineral N fertilized soils. In both field trials, the soil P intensity was however significantly increased in the soils with farmyard manure applications, compared to the mineral fertilized soils. In contrast, applications of compost at the field trial in Melle did not increase the soil P intensity, measured as 0.01 M CaCl2 extractable P (P-CaCl2) and hot water extractable P (HWP), compared to a non-fertilized soil. Similarly in the field trial at Feucherolles, the repeated application of composts based on plant material resulted in a comparable soil P intensity compared to the mineral N fertilized soil with no P input. Soil samples from both field trials were also brought to the laboratory to conduct leaching experiments. These experiments revealed that P concentrations in the leachates from dairy farmyard manure amended soils, were also significantly increased, compared to compost and mineral fertilized soils. In the field trial at Feucherolles, the total P concentration in the leachates per unit of P fertilized since the beginning of the experiment was 1.5 to 3 times increased for farmyard manure amended soils, compared to the compost amended and mineral fertilized soils.Since P-CaCl2 is easily influenced by environmental conditions, it was checked whether the increased soil P intensity levels and P concentrations in the leachates from the farmyard manure amended soils were increased the whole season. From 8th September 2012 to 12th October 2013, P-CaCl2 and HWP were monitored in all treatments of the field trial in Melle. The seasonal fluctuations in P-CaCl2 and HWP were similar for all treatments and could be explained by seasonal changes in pH-H2O, temperature, precipitation and P uptake by crops. P-CaCl2 and HWP were throughout the whole season significantly increased in the soil with addition of dairy farmyard manure, compared to all other treatments. This proves that the increased soil P intensity was not a random phenomenon.In a sorption experiment with radioactive labelled 33PO4, the orthophosphate distribution coefficient as estimator of the soil orthophosphate sorption strength was determined in both field trials. The P concentrations in the leachates of the leaching experiments were strongly negatively correlated to the soil orthophosphate sorption strength, which means that the adsorption of orthophosphate is affected by the organic fertilizer type, rather than a difference in organic P mobility between the organic fertilizers. The long term application of farmyard manure decreased the orthophosphate adsorption strength of the soil, where long term amendments of composts based on plant-based tended to have no or even an increasing effect on the soil orthophosphate adsorption strength.Both compost and farmyard manure will release organic acids in the soil that can chelate P sorption sites and compete strongly with orthophosphate on these P sorption sites (Fe and Al (hydr)oxides). In addition, organic C in organic fertilizer amendments forms stable complexes with P and enhances P retention in organic fertilizer amended soils. Since compost is a more decomposed and stable product than farmyard manure, we speculated that the release of organic acids from compost is smaller than from farmyard manure. Furthermore, more and more stable P containing organic C complexes are formed during composting of plant-based. We hypothesize that P amended with compost is retained in compost particles and is less soluble, whereas P and organic acids are rapidly released by farmyard manure. Based on our results, the differences in soil P sorption are less likely to be a pH-effect. We also found no evidence for Ca-P forming in or induced by plant-based composts.A third fertilization trial (Ghent University, °2010, silt loam) was sampled (i) to compare the effects of several processed digestate products with mineral fertilizers, VFG compost and animal manure, and (ii) to compare the effects of zero P fertilization, with continued yearly mineral P fertilization at 37 kg P/ha, on soil P intensity (P-CaCl2 and HWP), desorbable P stocks (P-AL) and P leaching (P concentrations in leachates). Substitution of mineral P fertilization by the solid fraction of mechanical separation of digestate from anaerobic digestion of plant material, increased both the soil P availability (P-CaCl2) and P leaching (P concentrations in leachates) by approximately 20%, compared to mineral P fertilization at an equal P fertilization rate of 37 kg P/ha.year. Similarly to dairy farmyard manure, the composition of this processed digestate product influenced clearly the properties of the soil, to retain P. Reduction to zero P fertilization significantly reduced the P concentrations in soil leachates from 0.43 mg P/L to 0.30 mg P/L, without any further effects on crop yield and P export.A pooled dataset was compiled with the data of the three field trials above and the data of two additional long term fertilizer field trials, conducted in silt loam soils in Melle (ILVO and Ghent University) to compile prediction models for P concentrations in soil leachates based on soil parameters. We observed that such a model is preferably based on soil P availability parameters P-CaCl2 or HWP. Although the P-CaCl2 based model had the highest model efficiency, P-CaCl2 fluctuates throughout the season. This means that P-CaCl2 can only predict the P leaching short after the soil sampling, or that the parameters that induce the seasonal trends in P-CaCl2 such as pH-H2O, need to be included in the model.The pooled dataset was also used to investigate whether farmyard manure, mineral fertilizers, cattle slurry and composts based on vegetal debris have a different effect on the soil P intensity. Based on this dataset, the soil P intensity was not determined by the fertilizer type, but however by the soil P content (P-AL and total P content of the soil). As this dataset contains soils with a large range of P contents, this could be expected. The eventual amount of P that becomes available in the soil solution will be determined by the soil P content. However, within one field, with the same P fertilizer history and P content, the capacity to retain P in the soil will be dependent on the fertilizer type. This is supported by the effect of fertilizers, that was observed in the long term fertilizer field trials separately. Although soil A with a larger soil P content than soil B, will result in a larger soil P intensity, the application of dairy farmyard manure will increase the soil P intensity and P concentrations in soil leachates in both soils. Based on this study, compost based on vegetal debris is a better option than farmyard manure to enhance SOC levels in (historical) excessively P fertilized soils. In contrast to farmyard manure, composts enhance the SOC levels without an increase in P leaching losses, compared to the reference situation. The underlying mechanism is however not yet fully understood and should be subject of further research. We suggest that future research should focus on the properties (straw/manure ratio, C/P ratio, biodegradability, organic acid content, biochemical composition, product stability, Ca content, pH,
) of farmyard manure, but also other organic fertilizers, that have an impact on soil P intensity and P leaching.status: Publishe
- …
