Skip to main content
SpringerLink
Log in

Available nitrogen in soils and its determination by the ‘Nmin-method’ and by electroultrafiltration (EUF)

  • Published:
Fertilizer research Aims and scope Submit manuscript

Abstract

Excess nitrogen fertilizer rates are an environmental hazard. To avoid excess rates, the level of available nitrogen in the soil must be known and considered for assessing the nitrogen fertilizer rate. In arable soils nitrate and exchangeable ammonium in the rooting depth of a crop are directly available to plant roots. These two nitrogen forms are recovered with the ‘Nmin method’ and they are considered in assessing the nitrogen fertilizer rate for arable crops.

Besides nitrate and ammonium recovered by the ‘Nmin method’ from soil samples taken in early spring, a considerable amount of organic soil nitrogen may be mineralized during the growth period and contribute to crop nutrition. The nitrogen mineralization potential can be determined in incubation tests. The absolute quantities of mineralized nitrogen thus obtained, however, are much higher than the mineralization rates under field conditions. It is for this reason that incubation tests have not obtained a major importance for assessing nitrogen fertilizer rates.

With the electro-ultrafiltration (EUF) method nitrate, ammonium, and a minor portion of organic soil nitrogen are extracted from a soil suspension. There is experimental evidence that this organic nitrogen (=Norg) is easily mineralizable. Based on field experiments with cereals and maize formulae were established by which the nitrogen fertilizer rate can be calculated. In these formulae nitrate, ammonium and organic nitrogen extracted by EUF are considered.

Advantages and drawbacks of the ‘Nmin method’ and ‘EUF method’ are discussed.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this article

Log in via an institution

Price excludes VAT (USA)
Tax calculation will be finalised during checkout.

Instant access to the full article PDF.

Institutional subscriptions

Similar content being viewed by others

References

  1. Appel T and Mengel K (1989) Untersuchung der N-Dynamik von Sandböden in Feldversuchen mit Getreide mittels EUF- und CaCl2-Methode. Presentation of the VDLUFA Congress Bayreuth

  2. Appel T and Mengel K (1990) Importance of organic nitrogen fractions in sandy soils, obtained by electroultrafiltration or CaCl2, for nitrogen mineralization and nitrogen uptake of rape. Biol Fertil Soils 10: 97–101

    Google Scholar 

  3. Appel D and Steffens D (1988) Vergleich von Elektro-Ultrafiltration (EUF) und Extraktion mit 0.01 molarer CaCl2-Lösung zur Bestimmung des pflanzenverfügbaren Stickstoffs im Boden. Z Pflanzenernähr Bodenk 151: 127–130

    Google Scholar 

  4. Azam F, Malik KA and Hussain F (1986) Microbial biomass and mineralization-immobilization of nitrogen in some agricultural soils. Biol Fertil Soils 2: 157–163

    Google Scholar 

  5. Barekzai A, Becker A and Mengel K (1988) Einfluß einer Gülledüngung auf EUF-N-Fraktionen bei Ackerland und Grünland. VDLUFA-Schriftenreihe 28, Kongreßband II: 27–42

    Google Scholar 

  6. Beck T (1983) Die N-Mineralisierung von Böden im Laborbrutversuch. Z Pflanzenernähr Bodenk 146: 243–252

    Google Scholar 

  7. Becker FA and Lange V (1982) Standortvergleich zur N-Frühjahrsdüngung des Wintergetreides nach der Nmin-Methode. Z Acker- und Pflanzenbau 151: 459–472

    Google Scholar 

  8. Blackmer AM, Pottker D, Cerrato ME and Webb J (1989) Correlations between soil nitrate concentrations in late spring and corn yields in Iowa. J Prod Agric 2: 103–109

    Google Scholar 

  9. Borst NP and Mulder C (1971) Stikstofgehalte, stikstofbemesting en oprengst van wintertarwe op zeeland-klei-en zavelgronden in Noord-Holland. Bdrijfsontwikkelig 2,3 editie Akkerbouw, 31–35

  10. Brändlein W (1987) Consumption, Production, World Trade. In: Fertilizers Vol A 10, p 414–417. Ullmann's Encycl. Industrial Chemistry, VHC Verlagsgesellschaft, D-6940 Weinheim

    Google Scholar 

  11. Campbell CA (1978) Soil organic carbon, nitrogen and fertility In: M Schnitzer and SU Khan (eds) Development in soil science 8; soil organic matter, p 174–271. Elsevier, Amsterdam

    Google Scholar 

  12. Craswell ET and Godwin DC (1984) The efficiency of nitrogen fertilizers applied to cereals in different climates. Adv Plant Nurt 1: 1–55

    Google Scholar 

  13. Delwiche CC (1983) Cycling of elements in the biosphere. In: Inorganic Plant Nutrition (A Läuchli and RL Bieleski, eds) Encycl Plant Physiol New Series Vol 15, p 212–238. Springer Verlag, Berlin, Heidelberg

    Google Scholar 

  14. Diez T and Hege U (1980) Stickstoffdüngung des Weizens nach Bodenuntersuchung (Nmin) in Abhängigkeit von den Standortverhältnissen. Bayr Landw Jahrbuch 57: 944–951

    Google Scholar 

  15. Dijk H van (1968) Das C/N-Verhältnis im Al(p)-Horizont von kultivierten Sandböden im Zusammenhang mit Kohlenstoffund Stickstoffmineralisierung. Stikstof 12: 89–96

    Google Scholar 

  16. Dressler A and Mengel K (1985) Bedeutung des peripheren spezifisch gebundenen NH +4 von Löß- und Alluvialböden für die N-Düngerbedarfsermittlung. VDLUFA-Schriftenreihe 16 Kongressband: 137–146

    Google Scholar 

  17. Feyerabend I (1984) Ein Beitrag zur Frage der Stickstoffnachleiferung von Böden unter Zuckerrüben. Zuckerindustrie 109: 209–214

    Google Scholar 

  18. Freytag HE and Rausch H (1981) Zeitliche Veränderungen des löslichen Stickstoffs im Boden nach Zusatz verschiedener organischer Dünger im Feldmodellversuch ohne Bewuchs. Arch Acker- u Pflanzenbau u Bodenk 25: 445–450

    Google Scholar 

  19. Fürstenfeld F and Nemeth K (1984) EUF-N-Fraktionen unter Güllebewirtschaftung und ihre Bedeutung für die Ernährung der Zuckerrübe. Landw. Forsch. Kongressband 37: 175–187

    Google Scholar 

  20. Heyn J (1985) Veränderungen der Nmin-Gehalte unter Winterweizen und deren Bedeutung für Ertrag und Ertragsmerkmale. Ph D Thesis, FB 19, Justus-Liebig-Universität, Giessen

    Google Scholar 

  21. Heyn J and Brüne H (1990) Ein Vergleich zwischen N-Dünge-empfehlungen nach Nmin und EUF-Bodenuntersuchungen anhand hessischer Feldversuche. VDLUFA-Schriftenreihe 30: 195–200

    Google Scholar 

  22. Horn D (1990) Die Erstellung eines Stickstoffdüngungsmodells für Mais auf der Basis von Feldversuchen und der Elektroultrafiltrationsmethode. Ph D Thesis, FB 17 Justus-Liebig-Universität, Giessen

    Google Scholar 

  23. Houba VJG, Novozamsky I, Huybregts AWM and van der Lee JJ (1986) Comparison of soil extractions by 0.01 M CaCl2, by EUF and by some conventional extraction procedures. Plant and Soil 96: 433–437

    Google Scholar 

  24. Houba VJG, Novozamsky I and van der Lee JJ (1990) Some aspects of determinations of nitrogen fractions in soil extracts. VDLUFA-Schriftenreihe 30: 305–312

    Google Scholar 

  25. Hütsch B and Mengel K (1990) Effect of tillage practice on nitrogen dynamics in soils. Poster presentation at the International Symposium on ‘Nitrogen Metabolism in Plants’, Giessen

    Google Scholar 

  26. Keeney DR (1982) Nitrogen-availability indices AL Page et al (eds) Method of Soil Analysis Part 2: Chemical and microbiological properties. Agronomy 9: 711–732

    Google Scholar 

  27. Keerthisinghe G, DeDatta SK and Mengel K (1985) Importance of exchangeable and nonexchangeable soil NH +4 in nitrogen nutrition of lowland rice. Soil Sci 140: 194–201

    Google Scholar 

  28. Ke F, Dou H and Mengel K (1990) Turnover of plant matter in soils as assessed by electroultrafiltration (EUF) and CaCl2 extracts. Agribiol Res 43: 337–347

    Google Scholar 

  29. Kohl A and Werner W (1986) Untersuchungen zur saisonalen Veränderung der EUF-Fraktionen und zur Charakterisierung des leicht mobilisierbaren Bodenstickstoffs durch Elektroultrafiltration (EUF). VDLUFA-Schriftenreihe 20: 333–341

    Google Scholar 

  30. Kohl A and Werner W (1989) Möglichkeiten und Grenzen methodischer Ansätze zur Prognose des mobilisierbaren Stickstoffs. VDLUFA-Schriftenreihe 28 Teil II: 1–14

    Google Scholar 

  31. Kuhlmann H, Barraclough PB and Weir AH (1989) Utilization of mineral nitrogen in the subsoil by winter wheat. Z Pflanzenernähr Bodenk 152: 291–295

    Google Scholar 

  32. Kuhlmann H, Köhler J and Wehrmann J (1986) Eignung der EUF-Methode zur Ermittlung der K- und N-Versorgung von Lößböden in Südniedersachsen. Landw Forsch 39: 87–96

    Google Scholar 

  33. Kuikman PJ and van Veen JA (1989) The impact of protozoa on the availability of bacterial nitrogen to plants. Biol Fertil Soils 8: 13–18

    Google Scholar 

  34. Li C, Fan X and Mengel K (1990) Turnover of interlayer ammonium in loess derived soil grown with winter wheat in the Shaanxi Province of China. Biol Fertil Soils 9: 211–214

    Google Scholar 

  35. Lochmann R, van der Ploeg RR and Huwe B (1989) Zur Parametrisierung der Stickstoff-Mineralisierung in einem Ackerboden unter Feldbedingungen. Z Pflanzenernähr Bodenk 152: 319–324

    Google Scholar 

  36. Loll MJ and Bollag JM (1983) Protein transformation in soil. Adv Agron 36: 351–382

    Google Scholar 

  37. Low AJ and Armitage ER (1970) The composition of the leachate through cropped and uncropped soils in lysimeters compared with that of the rain. Plant and Soil 33: 393–411

    Google Scholar 

  38. Mattson L (1986) Nitrogen fertilization of barley with regard to soil mineral nitrogen and clay content in two areas of Sweden. Soil Sci 141: 214–218

    Google Scholar 

  39. Mengel K (1979) Pflanzenbau ohne Mineraldüngung, eine Alternative? Kali-Briefe (Büntehof) 14 (10): 707–711

    Google Scholar 

  40. Mengel K (1985) Dynamics and availability of major nutrients in soils. Adv Soil Sci 2: 65–131

    Google Scholar 

  41. Mengel K (1990) Impacts of intensive plant nutrient management on crop production and environment. Transac 14 Intern Congr Soil Sci, Plenary Papers p 42–52. Kyoto

  42. Mengel K and Scherer HW (1981) Release of nonexchangeable (fixed) soil ammonium under field conditions during the growing season. Soil Sci 131: 226 - 232

    Google Scholar 

  43. Mühling KH, Breininger MT and Barekzai A (1989) Dymamik verschiedener N-Fraktionen auf Dauergrünland nach einer Gülleapplikation untersucht mit der Nmin- und der CaCl2-Methode. Landw Forsch 42: 61–71

    Google Scholar 

  44. Nemeth K (1979) The availability of nutrients in the soil as determined by electro-ultrafiltration (EUF). Adv Agron 31: 155–188

    Google Scholar 

  45. Nemeth K (1983) Pflanzenverfügbare N-Fraktionen im Boden und ihre Bedeutung für die N-Ernährung der Zuckerrübe. In ‘Stickstoff und Zuckerrübe’ Intern Institut für Zuckerrübenforschung Brüssel (ed) p 169–187

  46. Nemeth K (1988) Wissenschaftliche Grundlagen der EUF-Stickstoffempfehlung zu Getreide und Hackfrüchten. EUF-Symposium Mannheim 1988: ‘Kostensenkung und Umweltschutz’ Bd 1: 11–46

    Google Scholar 

  47. Nemeth K, Bartels H, Vogel M and Mengel K (1988) Organic nitrogen compounds extracted from arable and forest soils by electro-ultrafiltration and recovery rates of amino acids. Biol Fertil Soils 5: 271–275

    Google Scholar 

  48. Nemeth K, Maier J and Mengel K (1987) EUF-extrahierbarer Stickstoff und dessen Beziehung zu Stickstoffaufnahme und Ertrag von Weizen. Z Pflanzenernähr Bodenk 150: 369–374

    Google Scholar 

  49. Olfs HW and Werner W (1989) Veränderungen extrahierbarer ‘Norg-Mengen’ unter dem Einfluß variierter C/N-Verhältnisse und Biomasse. VDLUFA-Schriftenreihe 28: 15–26

    Google Scholar 

  50. Parsons JW (1981) Chemistry and distribution of amino sugars in soils and soil organisms. In: Soil Chemistry Vol 4 (Paul EA and Ladd JN, eds) p 197–227. Marcel Dekker Inc, New York and Basel

    Google Scholar 

  51. Poletschny H and Fabian M (1989) Vergleichende Erprobung verschiedener Stickstoffbestimmungsmethoden in Böden. Schriftenreihe des Bundesmin. f. Ernährung, Landwirtschaft u. Forsten, Reihe A: Angewandte Wissenschaft, Heft 378

  52. Praag HJ van, Fischer V and Riga A (1980) Fate of fertilizer nitrogen applied to winter wheat as Na15NO3 and (15NH4)2SO4 studied in microplots through a fourcourse rotation: 2. Fixed ammonium turnover and nitrogen reversion. Soil Sci 130: 100–105

    Google Scholar 

  53. Scherer HW (1987) Zur Verfügbarkeit von Zwischenschicht-Ammonium der Tonminerale. Landw Forsch 40: 259–276

    Google Scholar 

  54. Scherer HW and Mengel K (1986) Importance of soil type on the release of nonexchangeable NH +4 and availability of fertilizer NH +4 and fertilizer NO -3 . Fert Res 8: 249–258

    Google Scholar 

  55. Scherer HW, Werner W and Kohl A (1988) Einfluß langjähriger Gülledüngung auf den Nährstoffhaushalt des Bodens. 1. Mitteilung: N-Akkumulation und N-Nachlieferungsvermögen. Z Pflanzenernähr Bodenk 151: 57–61

    Google Scholar 

  56. Schmeer H and Mengel K (1985) Der Einfluß der Strohdüngung auf die Nitratgehalte im Boden im Verlaufe der Wintermonate. Landw Forsch Kongreßband 1984: 214–229

    Google Scholar 

  57. Schnier HF, DeDatta SK and Mengel K (1987) Dynamics of15N-labeled ammonium sulfate in various inorganic and organic soil fractions of wetland rice soils. Biol Fertil Soils 4: 171–177

    Google Scholar 

  58. Schnitzer M and Spiteller M (1986) The chemistry of the ‘unknown’ soil nitrogen. Intern Soil Sci Congr Hamburg 1986

  59. Schön HG (1982) Die Bedeutung des austauschbaren Ammoniums in überfluteten Reisböden für die Ertragsbildung von Reis und für die Basis einer Stickstoffdüngerempfehlung. Ph D Thesis, FB 19 Justus-Liebig-Universität, Giessen

    Google Scholar 

  60. Schubert S, Paul R and Uhlenbecker K (1990) Charakterisierung des nachlieferbaren Kaliums aus der nichtaustauschbaren Fraktion von acht Böden mittels einer Austauschermethode und EUF. VDLUFA-Schriftenreihe 30: 329–334

    Google Scholar 

  61. Singh BR, Urigo AP and Loutu BJ (1978) Distribution and stability of organic forms of nitrogen in forest soil profiles in Tanzania. Soil Biol Biochem 10: 105–108

    Google Scholar 

  62. Soper RJ and Huang PM (1963) The effect of nitrate nitrogen in the soil profile on the response of barley to fertilizer nitrogen. Canad J Soil Sci 43: 350–358

    Google Scholar 

  63. Stadelmann FX, Furrer OJ, Gupta SK and Lischer P (1983) Einfluß von Bodeneigenschaften, Bodennutzung und Bodentemperatur auf die N-Mobilisierung von Kulturböden. Z Pflanzenernähr Bodenk 146: 228–242

    Google Scholar 

  64. Steffens D, Barekzai A, Bohring J and Poos F (1990) Die EUF-löslichen Stickstoffgehalte in Ackerböden des Landkreises Giessen. Agribiol Res 43: 319–329

    Google Scholar 

  65. Steinhauser H (1987) Economic Aspects. In: Fertilizers, Vol A10, p 411–414. Ullmann's Encycl Industrial Chemistry, VHC Verlagsgesellschaft, D-6940 Weinheim

    Google Scholar 

  66. Strebel O, Duynisveld WHM, Grimme H, Renger M and Fleige H (1983) Wasserentzug durch Wurzeln und Nitratanlieferung (Massenfluß, Diffusion) als Funktion von Bodentiefe und Zeit bein einem Zuckerrübenbestand. Mitteil Dtsch Bodenkundl Ges 38: 153–158

    Google Scholar 

  67. Stumpe H and Garz J (1974) Vorfruchtbedingte Unterschiede in der Stickstoffversorgung des Getreides und die Möglichkeit ihres Nachweises durch Bestimmung des anorganischen Bodenstickstoffes. Arch Acker- u Pflanzenbau u Bodenkd 18: 737–746

    Google Scholar 

  68. Süß A and Maier F (1990) Einfluß von Extraktionsverfahren, Trocknungstemperatur und -dauer auf die löslichen N-Fraktionen im Boden. VDLUFA-Schriftenreihe 30: 299–304

    Google Scholar 

  69. Tomar JS and Soper RJ (1981) Fate of tagged urea N in field with different methods of N and organic matter placement. Agron J 73: 991–995

    Google Scholar 

  70. Warman PR and Isnor RA (1989) Evidence of peptides in low molecular-weight fractions of soil organic matter. Biol Fertil Soils 8: 25–28

    Google Scholar 

  71. Wehrmann J and Scharpf HC (1979) Der Mineralstick-stoffgehalt des Bodens als Maßstab für den Stickstoffdüngerbedarf (Nmin-Methode). Plant and Soil 52: 109–126

    Google Scholar 

  72. Wehrmann J and Scharpf HC (1986) The Nminmethod — an aid to integrating various objectives of nitrogen fertilization. Z Pflanzenernähr Bodenk 149: 428–440

    Google Scholar 

  73. Werner W and Kohl A (1988) Mehrjährige Erfahrungen mit Prognosemethoden des Stickstoffdüngerbedarfs zu Zuckerrübben im Rheinland. EUF-Symposium 1988 ‘Kostensenkung und Umweltschutz’ Vol 2: 649–661

    Google Scholar 

  74. Wiklicky L, Nemeth K and Recke H (1983) Beurteilung des Stickstoff-Düngebedarfs für die Zuckerrübe mittels EUF. Symposium ‘Stickstoff und Zuckerrübe’. Intern Institut für Zuckerrübenforschung, Brüssel (ed) p 533–543

    Google Scholar 

  75. Ziegler K, (1989) Feldversuche zur Ermittlung der Stickstoffverfügbarkeit fränkischer Ackerböden zur weiteren Eichung des EUF-Verfahrens im Getreidebau. Ph D Thesis, FB 19, Justus-Liebig-Universität, Giessen

    Google Scholar 

Download references

Author information

Authors and Affiliations

  1. Institute of Plant Nutrition of the Justus-Liebig-University, Südanlage 6, DW-6300, Giessen, Germany

    K. Mengel

Authors
  1. K. Mengel
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

Rights and permissions

Reprints and permissions

About this article

Cite this article

Mengel, K. Available nitrogen in soils and its determination by the ‘Nmin-method’ and by electroultrafiltration (EUF). Fertilizer Research 28, 251–262 (1991). https://doi.org/10.1007/BF01054326

Download citation

  • Received:

  • Accepted:

  • Issue Date:

  • DOI: https://doi.org/10.1007/BF01054326

Key words

Search

Navigation