Application of geochemical indices [S:Al; Mg:Al] and partition coefficient [Kd] for evaluating response of crops to aluminum toxicity

Field trials were carried out in order to examine the role of some geochemical indices (S : Al; Mg : Al) and partition coefficient (Kd) for evaluating response of crops to aluminum toxicity under acid soil conditions. They were established in 2007/2008 at Głuszyna Leśna (52014, N and 16056, E), a 300-hectare agricultural farm near Poznan. Two different crop plants were tested: (i) winter oilseed rape, variety Cabriolet, (ii) maize, variety Anamur. The source of magnesium and sulphur was kieserite (MgSO4⋅H2O) applied at four Mg rates: 0, 25, 50, 100 kg Mg ha–1 in the first decade of November 2007. The results revealed that the values of partition coefficient for magnesium (KdMg) decreased along with a rise in pH, although a reverse trend was observed for the partition coefficient of aluminum KdAl. Changes in S : Al indices observed at both sites along with increasing kieserite (Mg) rates suggest that S-SO4 concentrations in soil may reduce Al toxicity. The introduction of S-SO4 to soil may be intended to meet plant’s nutritional requirements and, simultaneously, react with exchangeable aluminum (Alex) in order to mitigate its phytotoxicity. On the other hand, the incorporated magnesium (Mg2+) was expected to exchange with Al3+ ions in the soil cation exchange complex (CEC). The values of Mg : Al indices decreased with raising kieserite rates at the oilseed rape site. Changes of Mg : Al indices observed under extremely acid soil conditions (maize site) along with increasing kieserite (Mg) rates suggest that Mg : Al cannot be treated as a direct index describing the Mgex – Alex interaction, especially at 25 and 50 kg Mg ha–1 rates. The values of S : Al and Mg : Al indices were lower at the maize site than at the oilseed rape site because of large amounts of Alex concentrated in soil solution (amounts of Alex on the maize site were ca 3-fold higher than those determined at the oilseed rape site).

Doświadczenie założono, aby zbadać rolę niektórych wskaźników geochemicznych (S : Al oraz Mg : Al) oraz współczynnika podziału (Kd) w ocenie reakcji roślin uprawnych na toksyczność glinu w warunkach zakwaszenia gleby. Polowe doświadczenia przeprowadzono w sezonie wegetacyjnym 2007/2008 w gospodarstwie rolnym o powierzchni 300 ha, w Głuszynie Leśnej (52014, N and 16056, E) k. Poznania. Doświadczenia obejmowały dwie rośliny uprawne: rzepak ozimy i kukurydzę oraz cztery dawki magnezu: 0, 25, 50 i 100 kg Mg ha–1 zastosowane w postaci kizerytu (MgSO4⋅H2O), w pierwszej dekadzie listopada 2007. Wykazano, iż współczynnik podziału dla magnezu (KdMg) zmniejszał się wraz ze wzrostem pH gleby, natomiast odwrotny trend zaobserwowano w przypadku współczynnika podziału dla glinu (KdAl). Zmiany wskaźników S/Al, obserwowane na obu stanowiskach, sugerują, że zawartość S-SO4 w glebie może redukować toksyczność glinu. Zastosowany S-SO4 służył zarówno do zaspokojenia potrzeb pokarmowych rośliny względem siarki, jak i do neutralizowania glinu wymiennego (Alwym), aby ograniczyć jego fitotoksyczność. Z drugiej strony wprowadzenie do gleby magnezu (Mg2+), poza żywieniowym aspektem, może powodować wypieranie jonów Al3+ z glebowego kompleksu sorpcyjnego (KS). Na stanowisku z rzepakiem ozimym wartości wskaźnika Mg/Al malały wraz z rosnącymi dawkami kizerytu. Zmiany wartości wskaźnika Mg : Al, zachodzące wraz z rosnącymi dawkami kizerytu (Mg) na stanowisku z kukurydzą (skrajnie kwaśne warunki zakwaszenia gleby), wskazują, iż wskaźnik Mg : Al nie może być traktowany jako bezpośredni czynnik opisujący współdziałanie Mg – Al, szczególnie dla dawek 25 i 50 kg Mg ha–1. Wartości wskaźników S : Al i Mg : Al były zdecydowanie niższe na stanowisku z kukurydzą w porównaniu ze stanowiskiem z rzepakiem ozimym. Wynikało to z bardzo dużej zawartości Alwym w roztworze glebowym (zawartość Alwym na stanowisku z kukurydzą była 3-krotnie wyższa niż na stanowisku z rzepakiem ozimym).