The effects of phosphorus fertilizers with organic materials on phosphorus fractions of soil under different soil pH

Year 2024, Volume: 13 Issue: 3, 101 - 111, 31.12.2024

Yağmur Kaya , Rasim Koçyiğit , İrfan Oguz

Abstract

The increasing global demand for food and agricultural production highlights the importance of sustainable soil and nutrient management. Nutrient bioavailability in soils is influenced by various properties, especially pH. This study investigates the effects of phosphorus fertilizers (TSP and Ground Phosphate (GP)) at 60 mg P₂O₅ kg⁻¹ combined with organic amendments (2% Biochar (B), 4% Vermicompost (V), and 4% Farmyard Manure (FM)) on phosphorus fractions insoils with different pH levels. Changes in phosphorus fractions were assessed through soil incubation experiments and pot trials with maize. In the incubation study, TSP+FM in acidic soils (836 ppm) and GP+FM in neutral (987 ppm) and basic soils (473 ppm) significantly increased total phosphorus (PT). For inorganic phosphorus (PI), the highest content was found with GP+V in acidic soils (114 ppm) and TSP+FM in neutral and basic soils (110 ppm). Similarly, TSP+FM enhanced organic phosphorus (PO) in acidic soils (725 ppm), in neutral soils (928 ppm), and GP+FM in basic soils (410 ppm). In the pot experiment, PT increased with TSP+FM in acidic (726 ppm) and basic soils (421 ppm), while GP+FM was highest in neutral soils (946 ppm). The maximum PI was obtained with GP+V in acidic soils (109 ppm) and TSP+FM in neutral (97 ppm) and basic soils (100 ppm). PO was highest with GP+FM in acidic (654 ppm) and neutral soils (904 ppm), while TSP+B was highest in basic soil (328 ppm). Results indicate phosphorus fractions with soil pH and amendment type, with FM and V significantly enhancing phosphorus bioavailability.

Keywords

Phosphorus fertilizer, Organic materials, Phosphorus fractions, Acid soil, Neutral soil

Farklı pH’ya sahip topraklarda fosforlu gübrelerin organik materyaller ile birlikte kullanımının toprağın fosfor fraksiyonlarına etkisi

Abstract

Dünyada gıdaya ve tarımsal üretime olan talebin sürekli artması, sürdürülebilir toprak ve besin maddesi yönetimini önemli hale getirmektedir. Topraktaki besin elementlerinin yarayışlılığı, başta pH olmak üzere toprak özelliklerinden etkilenmektedir. Bu çalışmada, fosforlu gübrelerin (TSP ve Öğütülmüş Fosfat) farklı pH’ya sahip topraklarda, organik materyaller (Biochar %2, Vermikompost ve Çiftlik Gübresi %4 oranında) ile birlikte kullanımının fosfor fraksiyonlarına etkisi araştırılmıştır. Toprak inkübasyon ve saksı çalışmalarıyla fosfor fraksiyonlarındaki değişim gözlemlenmiştir. İnkübasyon çalışmasında, asit topraklarda TSP+Çiftlik gübresinin (836 ppm P), nötr (987 ppm P) ve bazik (473 ppm P) topraklarda ise Öğütülmüş Fosfat+Çiftlik gübresinin toplam fosforu (PT) artırdığı tespit edilmiştir. İnorganik fosfor (Pİ) içeriği asit toprakta Öğütülmüş Fosfat+Vermikompost ile 114 ppm P, nötr ve bazik topraklarda ise TSP+Çiftlik gübresi ile 110 ppm P olarak en yüksek değerlerde bulunmuştur. Saksı çalışmasında, asit (726 ppm P) ve bazik (421 ppm P) topraklarda TSP+Çiftlik, nötr topraklarda ise Öğütülmüş Fosfat+Çiftlik gübresinin toplam fosforu artırdığı görülmüştür. Sonuçlar, fosfor fraksiyonlarının toprak pH’ına ve uygulanan organik materyale bağlı olarak değiştiğini, çiftlik gübresi ve vermikompostun fosfor yarayışlılığında önemli artış sağladığını göstermektedir.

Keywords

Fosforlu gübre, Organik materyal, Fosfor fraksiyonları, Asit toprak, Nötr toprak, Bazik toprak

References

• Akhtar, M., McCallister, D.L., Francis, D.D. ve Schepers J.S., 2005. Manure Source Effects on Soil Phosphorus Fractions and Their Distribution. Soil Science, 170(3). DOI: 10.1097/01.ss.0000160030.00061.c2
• Alıcı, Ü., 2010, Gübreleme ve Sulama Arasındaki İlişkiler, Atatürk Üniversitesi, Ziraat Fakültesi Dergisi. 12 (1).
• Bayraklı, B., 2020. Kaya fosfat ve TSP gübresi ile uygulanan Micrococcus luteus AR-72'nin toprağın bazı biyolojik özellikleri, NO3 ve alınabilir P içeriğine etkisi. Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Dergisi 8(2) 157 – 166.
• Bertrand, I., Hinsinger, P., Jaillard, B., ve Arvieu, J.C. 1999. Dynamics of phosphorus in the rhizosphere of maize and rape grown on synthetic phosphated calcite and goethite. Journal of Plant and Soil, 211(1):111-119. https://doi.org/10.1023/A:1004328815280.
• Bertrand, I., McLaughlin, M.J., Holloway, R.E., Armstrong, R.D. ve McBeath, T., 2006. Changes in P bioavailability induced by the application of liquid and powder sources of P, N and Zn fertilizers in alkaline soils. Journal of Nutrient Cycling in Agroecosystems, 74(1) 27-40.
• Brady, N. C. ve Weil, R. R., 2008, The nature and properties of soils, Prentice Hall Upper Saddle River, NJ, p. Brohi, A.R., Özcan, S., Savaşlı, E. ve Aktaş A., 2000. Çeşitli fosforlu gübrelerin buğday bitkisinin verim ve bazı bitki besin maddesi alımına etkisi. GOÜ. Ziraat Fakültesi Dergisi 2000, 17 (I) 129-132.
• Bundy, L. G., Tunney, H., ve Halvorson, A. D. 2005. Agronomic aspects of phosphorus management. In J. T. Sims, ve A. N. Sharpley (Eds.), Phosphorus: Agriculture and the environment (pp. 685–727) ASA, CSSA, and SSSA.
• Cross, A.F., ve Schlesinger, W. 2001. Biological and geochemical controls on phosphorus fractions in semiarid soils. Biogeochemistry, 52:155-172. https://doi.org/10.1023/A:1006437504494.
• Demirtaş, E.I., Öktüren Asri, F., Özkan, C.F. ve Arı, N., 2012. Organik ve kimyasal gübre uygulamalarının örtüaltı domates yetiştiriciliğinde toprak verimliliği ve bitkinin beslenmesine etkileri. Batı Akdeniz Tarımsal Araştırma Enstitüsü Derim Dergisi, 2012, 29 (1) 9-22.
• Dinç, U., Şenol, S., Sayın, M., Kapur, S., Güzel, N., Derici, R., Yeşilsoy, M., Yeğengil, İ., Sarı, M. ve Kaya, 1988. Tarım Ormancılık Araştırma Grubu, Güdümlü Araştırma Projesi Kesin Sonuç Raporu, TAOG, Güneydoğu anadolu bölgesi toprakları. (GAT): I, 534.
• Erdal, İ., Bozkurt, M.A., Cimrin, M., Karaca, S. ve Sağlam, M., 2000. Kireçli bir toprakta yetiştirilen mısır bitkisi gelişimi ve fosfor alımı üzerine humik asit ve fosfor uygulamasının etkisi. Turkish Journal of Agriculture and Foresty 24: 664-668.
• Fransson, A.-M., van Aarle, I. M., Olsson, P. A. ve Tyler, G., 2003, Plantago lanceolata L. and Rumex acetosella L. differ in their utilisation of soil phosphorus fractions. Journal of Plant and Soil, 248 (1), 285-295.
• Gallet, A., Flisch, R., Ryser, J. P., Frossard, E. ve Sinaj, S. J., 2003, Effect of phosphate fertilization on crop yield and soil phosphorus status. Journal of Plant Nutrition and Soil Science, 166 (5), 568-578.
• Griffin, T:S., Honeycutt, C.W. ve He, Z., 2003. Changes in Soil Phosphorus from Manure Application. Journal of Soil Science Society American. 67:645-653.
• Hou, J., Evans, L. J. ve Spiers, G. A., 1994, Boron fractionation in soils. Journal of Comunications in Soil Science and Plant Analysis, 25 (9-10), 1841-1853.
• Kacar, B. 2009. Toprak analizleri. Nobel Yayın No: 1387, Fen Bil. 90, Nobel Basımevi, Ankara, 468 s.
• Korkmaz, A., Gökmen Yılmaz, F. ve Gezgin, S., 2020. Organomineral gübre ve K-humat’ın tane mısırın verim ve fosfor kullanım etkinliği üzerine etkilerinin kimyasal gübreyle karşılaştırması. Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Dergisi 8(2) 137 – 144.
• Lambers, H. 2021. Annual review of plant biology phosphorus acquisition and utilization in plants. Annual Review of Plant Biology., 73:17–42. https://doi.org/10.1146/annurev-arplant-102720
• Lee, K.D., Lee, K.B., Gil. G., Song I., Kang, J. ve Hwang, S., 2011. Nitrogen and Phosphorus Content Changes in Paddy Soil and Water As Addected by Organic Fertilizer Application. Korean Journal of Enviromental Agriculture. 30(1), 1-8. https://doi.org/10.5338/KJEA.2011.30.1.1
• Lehmann, J., 2007. Bio-energy in the black. Frontiers in Ecology and the Environment, 5(7), 381-387.
• Mai, W., Xue, X., Feng, G., Yang, R., ve Tian, C. 2019. Arbuscular mycorrhizal fungi—15-fold enlargement of the soil volume of cotton roots for phosphorus uptake in intensive planting conditions. Eur. J. Soil Biol., 90:31–35. https://doi.org/10.1016/j.ejsobi.2018.12.002
• Marschner, P., Solaiman, Z., ve Rengel, Z. 2005. Growth, phosphorous uptake and rhizosphere microbial-‐community composition of a phosphorus‐efficient wheat cultivar in soils differing in pH. Journal of Plant Nutrition and Soil Science, 168; 343-351. https://doi.org/10.1002/jpln.200424101
• McDowell, R.W. ve Sharpley, A.N., 2001. Soil phosphorus fraction in solution: influnce of fertiliser and manure, filtration and method of determination. Chemosphere, 45, 737-748.
• Mehdi, S. M., Sajjad, N., Sarfraz, M., Khalid, B. Y., Hassan, G. ve Sadiq, M., 2003. Response of wheat to different phosphatic fertilizers in various textured salt affected soils. Pakistan Journal Agricultural Sciences 30: 64‒68.
• Motavalli, P.p., ve Miles, R.J., 2002. Soil phosphorus fractions after 111 years of animal manure and fertilizer applications. Biol Fertil Soils, 36:35-42 DOİ: 10.1007/s00374-002-0500-6
• Olsen, S. R., Cole, C. V., Watanabe, F. S., Dean, L. A. 1954, Estimation of available phosphorus in soils by extraction with sodium bicarbonate, Circular 939, Washington, D.C., United States Department of Agriculture, p.
• Pierzynski, G. M., 2000, Methods of phosphorus analysis for soils, sediments, residuals, and waters, North Carolina State University Raleigh.
• Roberts, T. L. ve Johnston, A. E., 2015, Phosphorus use efficiency and management in agriculture. Journal of Resources, Conservation and Recycling, 105, 275-281.
• Sabir, M., Sultan, T., Yaseen, M., Ahmad, R. ve Tara, Z. H., 2021. Comparative Effect of Different Phosphatic Fertilizers on Growth of Rapeseed (Brassica napus L.) in Alkaline Calcareous Saline-Sodic Soils. Journal of Communications in Soil Science and Plant Analysis, VOL. 52, NO. 20: 2588–2596.
• Sarkhot, D. V., Ghezzehei, T. A., ve Berhe, A. A., 2013. Biochar for nutrient recapture from dairy wastewater: recovery of major nutrients, J. Environ. Qual., 42, 1545–1554.
• Schwartz, R.C., Dao, T.H. ve Bell, J.M., 2011. Manure and Mineral Fertilizer Effects on Seasonal Dynamics of Bioactive Soil Phosphorus Fractions. Journal of Agronomy, Soils and Environmental Quality. 103 (6), 1724-1733.
• Shen, J., Rengel, Z., Tang, C., ve Zhang, F. 2003. Role of phosphorus nutrition in development of cluster roots and release of carboxylates in soil-grown lupinus albus. Journal of Plant and Soil, 248:199-206.
• Suriyagoda, L. D., Ryan, M. H., Renton, M. ve Lambers, H., 2014, Plant responses to limited moisture and phosphorus availability: a meta-analysis. Jounal of Advances in Agronomy, 124, 143-200.
• Tamer, N., Başalma, D., Türkmen, C. ve Namlı, A., 2021. Organik toprak düzenleyicilerin toprak parametreleri ve ayçiçeği (Helianthus annuus L.) bitkisinin verim ve verim öğeleri üzerine etkileri. / Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Dergisi 4 (1) 11 – 21.
• Verma, S., Subehia, S.K. ve Sharma, S.P., 2005. Phosphorus fractions in an acid soil continuously fertilized with mineral and organic fertilizers. Biol Fertil Soils, 41: 295–300.
• Voort, J. 2010. The effect of carbon on grass-encroachment in the Dutch coastal dunes. Master Thesis Research. Institute for Biodiversity and Ecosystem Dynamic.
• Yağmur, B., ve Okur, B., 2018. Bazı Doğal Toprak Düzenleyicilerin Mısır (Zea Mays L.) Bitkisinin Verim Parametreleri Üzerine Etkileri. Ege Üniv. Ziraat Fak. Derg., 55 (4) 471-477.
• Yaman, K. ve Olhan, E., 2011. Arıtma Çamuru Kullanımının Buğdayın Verim, Fiziki Girdi ve Maliyetleri Üzerindeki Etkisi. Tarım Bilimleri Dergisi – Journal o f Agricultural Sciences. 17:157‐166.
• Yu, W., Ding, X., Li. S., Liao, X. ve Wang, R., 2013. Effects of organic-matter application on phosphorus adsorption of three soil parent materials. Journal of Soil Science and Plant Nutrition. Vol:13, No:4 Temuco dic.Zhang, H., Chen, C.,