Plant and Soil

, Volume 127, Issue 1, pp 129–136

Importance of the subsoil for the K nutrition of crops

  • H. Kuhlmann
Article

Abstract

A K/Rb isotope dilution method was used to determine the uptake of K from undisturbed subsoils. Rb was applied to the topsoil (0–30 cm) to trace the K taken up from the topsoil by crops. The K/Rb ratio in the crops increases when roots contact the Rb-free subsoil. This change in the K/Rb ratio enables the calculation of the uptake of K from the subsoil.

Results of 34 field experiments on loess-parabrown soils in N. Germany showed that the subsoil (>30 cm) supplied, on average, 34% of the total K uptake by spring wheat (range 9–70%).

The range between the experimental sites is considered in relation to the contents of K in the top and subsoils (as extracted by 0.025 N CaCl2 solution), the proportion of the total root length in the subsoils, and competition for K between roots in the top and subsoil.

In subsoils with similar K contents, uptake from the subsoil decreased significantly from 65 to 21% of total K uptake, as K contents in the topsoils increased from 4 to 8 mg K/100 g.

On sites with the same K contents in topsoils (9 mg K/100 g), the subsoil supplied 12 to 61% of total K uptake as the K contents of the subsoil increased from 2 to 27 mg K/100 g.

The contribution of uptake of K from the subsoil increased with the development of the crop, from 8% at first node stage to 35% at ear emergence, as the proportion of total root length in the subsoil increased.

High root length densities in the topsoil (9 cm/cm3) resulted in competition for K between roots and increased uptake of K from the subsoil.

Key words

K uptake spring wheat subsoil K/Rb ratio root density 

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References

  1. Alten, F and Gottwick, R 1993 Ein Beitrag zur Frage der Vertretbarkeit des Kaliums durch Rubidium und Cäsium für die Pflanzenernährung. Ernähr. d. Pflanze 21, 293–399.Google Scholar
  2. Baligar, V C and Barber, S A 1978 Potassium and rubidium adsorption and diffusion in soil. Soil Sci. Soc. Am. J. 42, 251–254.CrossRefGoogle Scholar
  3. Barraclough, P B 1986 The growth and activity of winter wheat roots in the field: Nutrient uptakes of high-yielding crops. J. Agric. Sci. Camb. 106, 42–52.Google Scholar
  4. Barraclough, P B and Leigh, R A 1984 The growth and activity of winter wheat roots in the field: The effect of sowing date and soil type on root growth of high-yielding crops. J. Agric. Sci. Camb. 103, 59–74.CrossRefGoogle Scholar
  5. Böhm, W 1978 Untersuchungen zur Wurzelentwicklung bei Winterweizen. Z. Acker- Pflanzenbau 147, 216–269.Google Scholar
  6. Böhmer M 1980 Der Mineralstickstoffgehalt von Böden mit Feldgemüsebau and seine Bedeutung für die Stickstoffernährung der Pflanze. Dissertation Universität Hannover.Google Scholar
  7. Borst, N P and Mulder, C 1971 Stikstofgehalte, stikstofbemesting en opbrengst van wintertarwe op zeezand-, klei- en zavelgronden in Noord-Holland. Bedrijfsontwikkeling 2 (3), 31–36.Google Scholar
  8. Claassen, N and Jungk, A 1982 Kalimundynamik im wurzelnahen Boden in Beziehung zur Kaliumaufnahme von Maispflanzen. Z. Pflanzenernaehr. Bodenkd. 145, 513–525.Google Scholar
  9. Fried, M, Hawkes, G and Mackie, W Z 1959 Rubidium-Potassium relations in the soil-plant system. Soil Sci. Soc. Am. Proc. 23, 360–362.CrossRefGoogle Scholar
  10. Greenwood, D J, Gerwitz, A, Stone, D A and Barnes, A 1982 Root development of vegetable crops. Plant and Soil 68, 75–96.CrossRefGoogle Scholar
  11. Grimme, H, Strebel, O, Renger, M and Fleige, H 1981 Die potentielle K-Anlieferung an die Pflanzenwurzeln durch Diffusion. Mittl. Dt. Bodenkdl. Ges. 32, 367–374.Google Scholar
  12. Grosse, H and Hammer, U 1968 Ergebnisse von Unterbodenuntersuchungen in den Bezirken Rostock, Schwerin and Neubrandenburg. Albrecht-Thaer-Arch. 12, 341–349.Google Scholar
  13. Haak, E 1977 Isotope-aided studies in cereals on the relative uptake of Ca, P and K from plow layer and subsoil. Agricultural College of Sweden, Department of Radiobiology, Uppsala, Report, SLU-IRB-37.Google Scholar
  14. Haak E 1981 Nutrient uptake from subsoil by cereals. 16 Coll. Intern. Potash Inst. Bern, Switzerland, 87–94.Google Scholar
  15. Heins, B and Schenk, M 1987 Root growth and nitrate uptake of vegetable crops. J. Plant Nutr. 10, 1743–1751.CrossRefGoogle Scholar
  16. Hößlin, R v 1955 Ein Beitrag zur Kenntnis des Wurzelwachstums einiger Gemüsearten unter natürlichen Verhältnissen. Festschr. 25jähr. Bestehen gärtn. Hochschulstud. Deutschland, 14455, 47–62.Google Scholar
  17. Kmoch, H G, Ramig, R E, Fox, R L and Koehler, F E 1957 Root development of winter wheat as influenced by soil moisture and nitrogen fertilization. Agron. J. 49, 20–25.CrossRefGoogle Scholar
  18. Kuchenbuch R 1983 Die Bedeutung von Ionenaustausch-prozessen im wurzelnahen Boden für die Pflanzenverfüg-barkeit von Kalium. Dissertation Universität Göttingen.Google Scholar
  19. Kuchenbuch, R and Jungk, A 1984 Wirkung der Kaliumdüngung auf die Kaliumverfügbarkeit in der Rhizosphäre von Raps. Z. Pflanzenernaehr. Bodenkd. 147, 435–448.Google Scholar
  20. Kuhlmann H 1983 Beurteilung der Kaliumversorgung von Lößböden durch Düngungsversuche, Boden- und Pflanzenanalysen. Dissertation Universität Hannover.Google Scholar
  21. Kuhlmann H 1988 Ursachen und Ausmaß der N-, P-, K- und Mg-Ernährung der Pflanzen aus dem Unterboden. Habilitationsschrift Universität Hannover.Google Scholar
  22. Kuhlmann, H, Claassen, N and Wehrmann, J 1985 A method for determining the K uptake from subsoil by plants. Plant and Soil 83, 449–452.CrossRefGoogle Scholar
  23. Kuhlmann, H and Wehrmann, J 1984 Kali-Düngeempfehlung auf der Grundlage von 81 K-Düngungsversuchen zu Getreide und Zuckerrüben auf Lößböden in Südniedersachsen. Z. Pflanzenernaehr. Bodenkd. 147, 349–360.Google Scholar
  24. Marckwordt, U and Niederbudde, E A 1964 Tracerversuche zur Verfügbarkeit des Kaliums in fixierenden Böden. Landw. Forsch. 18, Sonderh., 75–83.Google Scholar
  25. Marschner, H and Schimansky, Ch 1971 Suitability of using Rb-86 as a tracer for K in studying K uptake by barley plants. Z. Pflanzenernaehr., Dueng. Bodenkd. 128, 129–143.Google Scholar
  26. Molitor H D 1982 Der Mineralstickstoffgehalt von Löß- und Geestböden in Niedersachsen-Faktoren und Bedeutung für die Ernährung der Pflanze. Dissertation Universität Hannover.Google Scholar
  27. Schachtschabel, P 1937 Aufnahme von nichtaustauschbarem Kali durch die Pflanzen. Z. Pflanzenernaehr. Dueng. Bodenkd. 48, 107–133.Google Scholar
  28. Schachtschabel, P and Heinemann, C G 1974 Beziehungen zwischen den Kaliumgehalten in Böden und in jungen Haferpflanzen. Z. Pflanzenernaehr. Bodenkd. 137, 123–134.Google Scholar
  29. Steffens G 1980 Feldversuche und Messungen mit Grundwasserlysimetern auf humosen und lehmigen Sandböden Nord-west-Deutschlands zur Ertragswirkung und Auswaschung von N, P, K, Na, Cl und organisch gebundenem C bei Düngung mit Schwelnegülle in steigenden Gaben. Göttinger Bodenkdl. Ber. 65.Google Scholar
  30. Wehrmann, J and Scharpf, H C 1979 Der Mineralstickstoffgehalt des Bodens als Maßstab für den Stickstoffdüngerbedarf (Nmin-Methode). Plant and Soil 52, 109–126.CrossRefGoogle Scholar
  31. Wehrmann, J and Scharpf, H C 1986 The Nmin-method-an aid to integrating various objectives of nitrogen fertilization. Z. Pflanzenernaehr. Bodenkd. 149, 428–440.Google Scholar
  32. Witter, B 1964 Untersuchungen über Beziehungen zwischen dem Nährstoffvorrat in Krume und Unterboden Thüringer Ackerböden. Albrecht-Thaer-Arch. 8, 407–416.Google Scholar

Copyright information

© Kluwer Academic Publishers 1990

Authors and Affiliations

  • H. Kuhlmann
    • 1
  1. 1.Centre for Plant Nutrition and Environmental ResearchDülmenFRG

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