efecte ale utilizarii intensive ale fertilizarii in mediul uman.pdf

8/10/2019 efecte ale utilizarii intensive ale fertilizarii in mediul uman.pdf

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B : 1 ' ; O F C O N T E N T S

I n t r o d u c t i o n

L i s t o f P a r t i c i p a n t s

S u m m a r y o f T e c h n i c a l D i s c u s e i o n s

C o n c l u s i o n s

R e c o m m e n d a t i o n s

T e c h n i c 4 1 ¡ ' a p e r o :

E f f e c t s

o r

i n t e n s i v e f e r t i l i z e r u n e o n t h e h u m a n

e n v i r o n m e n t :

A S u m m a r y R e v i e w .

M a x i m i z i n g t h e e t i l i z a t i o n e f f i c i e n c y o f f e r t i l i z e r N

b y s o i l a n d c r o p m a n a g e m e n t .

C h e m i c a l a n d b i o c h e m i c a l c o n s i d e r a t i o n s f o r m a X i m i z i n g

t h e e f f i c i e n c y o f f e r t i l i z e r n i t r o g e n .

F a c t o r e d e t e r m i n i n g t h e l e a c h i n g o f n i t r o g e n f r o m s o i l ,

i n e l u d i n g s o m e a e p e c t s o f m a i n t e n a n c e o f w a t e r q u a l i t y .

T h e r e l a t I o n s h i p o f s o i l a n d f e r t i l i z e r p h o s p h o r u s

t o w a t e r q u a l i t y .

M a n ' n p h o s p h o r u s r e q u i r e m e n t s a n d t h e i r e f f e c t s o n

t h e e n v i r o n m e n t .

S o r p t i o n a n d m o b i l i t y o f p o t a s e i u m i n s o i l s .

S o i l a n d w a t e r m a n a g e m e n t t o c o n t r o l p l a n t n u t r i e n t s

i n n a t u r a l w a t e r s .

T h e e x t e n t a n d e f f e c t s o f a t m o s p h e r i c p o l l u t i o n o n s o i l ' s .

S o m e a c t i v i t i e s a n d a t t i t u d e s c o n c e r n i n g p e s t i c i d e e .

E f f e c t s

o r

t h e a p p l i c a t i o n

o r

i n o r t c ; a n i c a n d o r g a n i c

m a n u r e s o n t h e m a r k e t q u a l i t y a n d o n t h e b i o l o g i c a l

v a l u e o f a v i c u l t u r a l p r o d u c t s .

R e s e a r c h o n t h e e f f e c t o f i n t e n s i v o f e r t i l i z e r u s e

o n t h e h u m a n e n v i r o n m e n t i n i i u l g a r i a .

T h P m a i n s o u r c e s o f e u t r o p h i c a t i o n o f i n l a n d w a t e r s

w i t h s p e c i a l r e f e r e n c e t o t h e c o m p a r a t i v e m a g n i t u d e

o f p o l l u t i o n s o u r o e s

O . J a a g

E u t r o p h i c a t i o n o f i n l a n d w a t e r s w i t h s p e . e i a l r e f e r e n c e

t o t h e i n f l u e n c e o f a g r i e u l t u r a l p r a c t i c e s , i n c l u d i n g

t t e ' m e o r e e r t i l i z e v e .

D . J . H a l l i d a y

2 8 8

P a g e

i v

1

1 1

R . O l s o n

1 5

R . O l s o n

J . F . P a r r 5 3

J . j u n g

8 7

V . J . K i l m e r 1 0 6

R . O . O e r v y

1 2 6

H . G r i m m °

1 4 1

A . A . K l i n g e b i e l

1 5 2

S v a n t e O d é n

1 7 9

E . E . T u r t l e

1 9 5

W . S c h u p h a n

1 9 8

I . G a r b o u c h e v &

N . M i t r e v a

2 2 5



T h e p r e s e n t p r o b l e m s o f w a s t e d i s p o s a l a n d

t h e f u t u r e w a s t e m a n a g e m e n t i n E u r o p e .

E u t r o p h i c a t i o n f r o m a g r i c u l t u r e w i t h s p e c i a l

r e f e r e n c e t o f e r t i l i z e r s a n d a n i m a l w a s t e .

N u t r i e n t c y c l e s a n d a g r i c u l t u r a l r e s o u r c e m a n a g e m e n t .

( C o n s i d e r a t i o n s f o r d e c i s i o n m a k i n g )

E f f e c t o f s o i l e n r i c h m e n t w i t h m i n e r a l e l e m e n t s a n d

f e r t i l i z e r s o n s u r f a c e w a t e r a n d p l a n t s .

T w o s t a t e m e n t s o n t h e p a n e l d i s c u s s i o n .

P a g e

0 . J a a g

2 5 6

G . J . K o / e n b r a n d e r

3 0 5

W . H . G a r r e a n

3 2 8

A . C o t t e n i e

3 4 3

E . W e l t e

3 5 7



I N T R O D U C T I O N

D u r i n g t h e l a s t t w o d e c a d e s f e r t i l i z e r s h a v e b e c o m e i n d i s p e n s a b l e f o r

s u p p l y i n g

t h e n e c e s s a r y f o o d f o r i n c r e a s i n g p o p u l a t i o n s . B e t w e e n 1 9 5 0 a n d 1 9 7 0 w o r l d

f e r t i l i z e r

c o n s u m p t i o n h a s i n c r e a s e d f o u r f o l d a n d i t i s e x p e c t e d t h a t t h i s u p w a r d t r e n d w i l l

c o n t i n u e .

T h e i n c r e a s i n g u s e o f a g r o - c h e r n i c a l s h a s n o t p a s s e d u n n o t i c e d b y t h e g e n e r a l

p u b l i c w h o h a v e v o i c e d c o n c e r n a b o u t t h e p o s s i b l e s i d e e f f e C t s o f i n t e n s i v e

f e r t i l i z e r

u s e o n t h e h u m a n e n v i r o n m e n t .

C o n s i d e r i n g t h e i m p o r t a n c e o f a p p l i e d p l a n t n u t r i e n t s

i n s t e p p i n g u p a g r i c u l t u r a l p r o d u c t i o n i t i s i m p e r a t i v e t h a t

a n y c o n c l u s i o n s o n t h e r e l a t i o n -

s h i p s b e t w e e n i n t e n s i v e f e r t i l i z e r u s e a n d t h e q u a l i t y o f t h e

e n v i r o n m e n t b e d r a w n o n t h e

b a s i s o f f a c t .

T h u s i t w a s w i t h a v i e v . , t o o b t a i n i n g f i r s t h a n d i n f o r m a t i o n

o n t h e r e s u l t s

o f r e s e a r c h a n d e x p e r i m e n t a t i o n t h a t F A O c o n v e n e d

a c o n s u l t a t i o n o n t h i s s u b j e c t i n R o m e

t o w h i c h a g r o u p o f e x p e r t s w o r k i n g i n t h i s s p e c i f i c f i e l d

w e r e i n v i t e d .

T h e c o n s u l t a t i o n w a s h e l d i n F A O ' s R o m e H e a d q u a r t e r s f r o m 2 5

t o 2 8 J a n u a r y 1 9 7 2 .

a n d w a s m a d e p o s s i b l e b y f i n a n c i a l s u p p o r t r e c e i v e d f r o m t h e S w e d i s h

I n t e r n a t i o n a l

D e v e l o p m e n t A u t h o r i t y .

T h i s g e n e r o u s a s s i s t a n c e i s m o s t g r a t e f u l l y a c k n o w l e d g e d .

E x p e r t a d v i c e w a s s o u g h t f r o m c o u n t r i e s w h e r e f e r t i l i z e r c o n s u m p t i o n

i s r e l a t i v e l y

h i g h s i n c e i t i s c e r t a i n t h a t a n y i l l - e f f e c t s w i l l f i r s t a p p e a r

i n a r e a s w h e r e f e r t i l i z e r s a r e

i n t e n s i v e l y a p p l i e d .

I n f o r m a t i o n w a s a l s o o b t a i n e d f r o m r e s e a r c h c a r r i e d o u t , b y t h e

n i t r o -

g e n , p h o s p h a t e a n d p o t a s s i u m f e r t i l i z e r i n d u s t r i e s .

T h e p r e s e n t r e p o r t r e c o r d s t h e f i n d i n g s o f t h e c o n s u l t a t i o n .

T h e s e i n d i c a t e t h a t

t h e e f f e c t s o f i n t e n s i v e f e r t i l i z e r u s e o n t h e e n v i r o n m e n t

a r e m a i n l y p o s i t i v e .

I t b e c a m e

a p p a r e n t t h a t w h e n f e r t i l i z e r s a r e a p p l i e d c o r r e c t l y t h e i r c o n t r i b u t i o n

t o t h e n u t r i e n t

c o n t e n t o f s u r f a c e w a t e r s i s s m a l l i n p r o p o r t i o n t o n u t r i e n t s d e r i v e d f r o m

o t h e r s o u r c e s .

W h e r e d e t r i m e n t a l e f f e c t s w e r e o b s e r v e d , t h e y

w e r e m o s t l y d u e t o i n w r o p e r u s e o f f e r t i -

l i z e r w h i c h c o u l d b e c o r r e c t e d b y r a t i o n a l s o i l m a n a g e m e n t p r a c t i c e s .

I n t h i s r e s p e c t

i t w a s n o t e d t h a t t h e a m o u n t s o f f e r t i l i z e r s u s e d a t

p r e s e n t i n d e v e l o p i n g c o u n t r i e s a r es t i l l v e r y l o w a n d t h a t l o c a l e x c e s s e s i n s o m e o f t h e i n d u s t r i a l i z e d

c o u n t r i e s s h o u l d i n

n o w a y p r e j u d i c e t h e i n t e n s i f i c a t i o n o f a g r i c u l t u r a l p r o d u c t i o n i n t h e d e v e l o p i n g w o r l d .

F A O w i l l u s e t h e m a t e r i a l a s s e m b l e d h e r e i n t h e d e v e l o p m e n t o f i t s f e r t i l i z e r

u s e p r o g r a m m e .

T h e c o n t a c t s e s t a b l i s h e d w i t h r e s e a r c h o r g a n i z a t i o n s w i l l b e m a i n t a i n -

e d s o t h a t t h e m o s t u p - t o - d a t e i n f o r m a t i o n o n e f f e c t s o f f e r t i l i z e r u s e o n t h e e n v i r o n m e n t

c a n b e m a d e t o s e r v e a g r i c u l t u r a l d e v e l o p m e n t .



P a r t i c i p a n t s

M r . J . B r o c a r t

P r o f . D r . A . C o t t e n i e

M r . L o r i n

P r o f . I . G a r b o u c h e v

D r . W . H . G a r m a n

M r . A . O e r v y

D r . G r i m m e

M r . D . J . H a l l i d a y

P r o f . P r . O . J a a g

D r . J . J u n g

L i s : o f P a r t i c i p a n t e

U g i n e - K u h l m a n n , D i r e c t i o n C e n t r a l e

d u D é v e l o p p e m e n t E t u d e e t R e c h e r c h e s

B o l t e P o s t a l e 1 7 5 , P a r i s 1 6 e

F r a n c e

S t a t e A g r i c u l t u r a l U n i v e r s i t y

C o u p u r e L i n k s 5 3 3

9 0 0 0 G h e n t , B e l g i u m

W a t e r S e c t i o n

E n v i r o n m e n t D i r e c t o r a t e - O E C D

2 , r u e A n d r 6 - P a s c a l

P a r i s 1 6 e , F r a n c e

N . P o u s h k a r o v I n s t i t u t e o f S o i l S c i e n c e

9 S e p t e m b e r B o u l e v a r d

S o f i a 1 3 6 , B u l g a r i a

T e c h n i c a l A s s i s t a n c e B u r e a u

D e p a r t m e n t o f S t a t e

A g e n c y f o r I n t e r n a t i o n a l D e v e l o p m e n t

W a s h i n g t o n D . C . 2 0 5 2 3 , U . S . A .

S y n d i c a t P r o f e s s i o n n e l d e l ' I n d u s t r i e d e s

E n g r a i s P h o s p h a t é s

1 , A v e n u e F r a n k l i n D . R o o s e v e l t

P a r i s , B e , F r a n c o

A g r i c u l t u r a l R e s e a r c h S t a t i o n B U n t e h o f

B U n t e w e g 2

D - 3 H a n n o v e r - K i r c h r o d e

F e d e r a l R e p u b l i c o f G e r m a n y

A g r i c u l t u r a l D i v i s i o n

I m p e r i a l C h e m i c a l I n d u s t r i e s L i m i t e d

P . O . B o x 1

B i l l i n g h a m , T e e s s i d e

E n g l a n d

E i d g . I n s t i t u t e f o r W a t e r S u p p l y

U e b e r l a n d s t r .

1 3 3

8 6 0 0

D U b e n d o r f , S w i t z e r l a n d

B A S F L i m b u r g e r h o f

C a r l B o s c h - s t r a s s e

3 8

L u d w i g s h a f e n / R h e i n




D e . V . J . K i l m e r

M r . A . A . K l i n g e b i e l

I r . G . . . K o l e n b r a n d e r

P r o f . D r . S . O d k n

P r o f . D r . P . A . O l s o n

D r . J . F . P a r r

P r o f . D r . E . W . B u n n e l l

P r o f . D r . W . S c h u p h a n

C h i e f , S o i l a n d F e r t i l i z e r R e o e a r c h B r a n c h

T V A , M u s c l e S h o a l s

T e n n e s s e e , U S A

D i r e c t o r , S o i l

S u r v e y I n t e r p r e t a t i o n

S o i l C o n s e r v a t i o n S e r v i c e

l r Z D e p a r t m e n t o f A g r i c u l t u r e

W a s h i n c t o n D . C . 2 0 2 5 0 1

U S A

I n s t i t u t e

f o r S o i l F e r t i l i t y

O o s t e r w e g 9 2

H a r e n , 3 r o n i n g e n

N e t h e r l a n d s

C o l l e g e o f A g r i c u l t u r e

S - 7 5 0 0 7 U p p s a l a 7

S w e d e n

D e p a r t m e n t

o f A g r o n o m y

U n i v e r s i t y o f N e b r a s k a

L i n c o l n , 6 e b r a s k a 6 8 5 0 3 , U S A

L o u i s i a n a S t a t e U n i v e r o i t y

S o i l a n d W a t e r C o n s e r v a t i o n R e s e a r c h D i v i s i o n

A g r i c u l t i i r a l R e s e a r c h S e r v i c e

P . O . D r a w e r U -

U n i v e r s i t y S t a t i o n

B a t o n R o u g e , L o u i s i a n a

7 0 8 0 3

U S A

3 ]

B r o o k l y n

D r i v e

E m m e r O r e e n , H e a d i n g R 0 4 8 S R

E n g l a n d

D i r e c t o r ,

F e d e r a l

I n s t i t u t e f o r Q u a l i t y

R e s e a r c h o f P l a n t P r o d u c t o

C e i c e n h e i m / R h e i n g a u


D r . J . A . S t e w a r t

I . M . C . L i b e r t y v i l l e

I l l i n o i s 6 0 0 4 8 , U S A

D r . E . E . T u r t l e

P e s t i c i d e s S p e c i a l i s t

P e s t i c i d e s a n d P o s t - H a r v e s t C o n t r o l G r o u p

P l a n t P r o d u c t i o n a n d P r o t e c t i o n D i v i s i o n

F . A . O . , R o n e

P r o f . D r . E . W e l t e

D i r e c t o r ,

o f

A 6 r i c u 1 t u r a l C h e m i s t r y

U n i v e r s i t y o f C l i t t i m a n

F e d e r a l l i c : ) a b l i c o r G e r m a n y

D r . F . F o u r n i e r

U N K . 0 0

; i f , p a r t T e n t

: ; 1 1 . u r a

R e s o u r c e s



O b s e r v e r s

D r . A . K a t t g e

D r . F . J . S t u r m

M r . S . B a t h

M f . P . L o u i s

D r . A . C h e l i n i

P r o f . A . C a r i l l i

D r . T . L a N o c e

D r .

L . V o l t e r r a

L i a i s o n O f f i c e r

F A O - F e r t i l i z e r i n d u s t r y

A d v i s o r y C o m m i t t e e

F A O , R o m e

A u s t r i a n N i t r o g e n

W o r k s

S t . P e t e r 2 2 4

A - 4 0 2 0 L i n z , A u s t r i a

P e r m a n e n t R e p r e s e n t a t i v e o f

B r a z i l

t o F A O

B r a z i l i a n E m b a s s y

P i a z z a N a v o n a

0 0 1 8 9 R o m e ,

I t a l y

A g r o n o m i s t

I . S . M . A .

6 r u e d e l é n i n g r a d

P a r i s 8 e , F r a n c e

A g r o n o m i s t

M i n i s t e r ° A g r i c o l t u r a e F o r e s t e

D . C . B o n i f i c a - D i v . X X

V i a X X S e t t e m b r e 2 0

R o m e , I t a l y

M i c r o b i o l o g i s t

I s t i t u t o S u p e r i o r e S a n i t a '

V i a l e R e g i n a E l e n a 2 9 9

R o m e , I t a l y

R i c e r c a t o r e C a p o d e l C o n s i g l i o N a z i o n a l e

d e l l e R i c e r c h e

V i a B o r m i d a

5

0 0 1 9 8 R o m e , I t a l y

B i o l o g i s t

C o n s i g l i o N a z i o n a l e d e l l e R i c e r c h e

V . I g n a z i o R i b o t t i 1 9

0 0 1 4 9 R o m e l . I t . a l y



O f f i c e r s o f t h e m e e t i n g

P r o f . D r . R . A . O l s o n

P r o f . D r . E . W . R u s s e l l

D r . R . D u d a l

D r . G . H a u s e r

S I D A R e p r e s e n t a t , i o n

M r . E r i k C o r n e l l

F i r s t S e c r e t a r y

T h e R o y a l S w e d i s h E m b a s s y

P i a z z a R i o d e J a n e i r o 3

0 0 1 6 1 - R o m e , I t a l y

P A O R e p r e s e n t a t i o n

M r . E . S a o u m a , D i r e c t o r

L a n d a n d W a t e r D e v e l o p m e n t D i v i s i o n

C h a i r m a n , : n t e r D e p a r t m e n t a l W o r k i n g G r o u p

o n N a t u r a l R e s o u r c e s a n d H u m a n E n v i r o n m e n t

D e p a r t m e n t o f A g r o n o m y


L i n c o l n , N e b r a s k a

6 8 5 0 3 ,

U S A

3 . 1 B r o o k l y n D r i v e

E m m e r G r e e n , R e a d i n g R G 4 8 S R

E n g l a n d

S o i l R e s o u r c e s D e v e l o p m e n t

a n d C o n s e r v a t i o n S e r v i c e


F A O , R o m e

S o i l R e s o u r c e s D e v e l o p m e n t

a n d C o n s e r v a t i o n S e r v i c e


F A O , R o m e .

C h a i r m a n

F A O C o n s u l t a n t /

R a p p o r t e u r

O f f i c e r - i n - C h a r g e

T e c h n i c a l S e c r e t a r y



S U M M A R Y O F T E C H N I C A L D I S C U S S I O N S

p r e p a r e d b y

P r o f . D r . E . W . R u s s e l l

A n u m b e r o f c o u n t r i e s i n E u r o p e a n d N o r t h A m e r i c a

h a v e b e e n u s i n g f e r t i l i z e r s

h e a v i l y f o r a n u m b e r o f y e a r s a n d p a r t i c u l a r l y s i n c e

1 9 4 5 .

T h i s h i g h l e v e l o f f e r t i l i z e r

a p p l i c a t i o n s i s e s s e n t i a l t o s u p p l y t h e n e c e s s a r y f o o d

f o r i n c r e a s i n g p o p u l a t i o n s a n d t o

m e e t h i g h e r d e m a n d s f o r a n i m a l a n d p l a . n t .

p r o d u c t s .

E f f e c t s o f f e r t i l i z e r u s e o n t h e

e n v i r o n m e n t s h o u l d s h o w u p f i r s t i n c o u n t r i e s w h e r e

f e r t i l i z e r s h a v e b e e n u s e d i n t e n -

s i v e l y f o r s o m e t i m e a n d w h e r e c o n s u m p t i o n i s s t e a d i l y

r i s i n g .

I t i s t h e e x p e r i e n c e

g a i n e d i n s u c h c o u n t r i e s w h i c h i s b e i n g d i s c u s s e d b e l o w

w i t h a v i e w t o a s s e s s i n g t h e

i m p a c t o f f e r t i l i z e r s O n t h e h u r n a n e n v i r o n m e n t , i n c l u d i n g

t h e d e v e l o p m e n t o f m e t h o d s

f o r r e c o g n i z i n g a n d i r t i n i m i z i n g a n y u n d e s i r a b l e c o n s e q u e n c e s

w h i c h m a y b e p r o d u c e d .

I t s h o u l d b e r e a l i z e d t h a t h i g h d e n s i t i e s o f h u m a n p o p u l a t i o n

c o m b i n e d w i t h i n t e n s i v e

c r o p a n d l i v e s t o c k p r o d u c t i o n h a v e

l e d t o t h e p r o d u c t i o n o f o r g a n i c v . , a s t e s a t a r a t e

t o o h i g h f o r n a t u r a l p r o c e s s e s t o c o n v e r t

i t i n e c o l o g i c a l l y s a f e c o m p o u n d s . T h e r e f o r e

b o t h d i r e c t a n d i n d i r e c t e f f e c t s o f i n t e n s i v e f e r t i l i z e r u s e

h a v e b e e n r e v i e w e d . .

S i d e e f f e c t s o f a n i n c r e a s e d f o o d s u p p l y

T h e g r e a t l y i n c r e a s e d p r o d u c t i o n o f f o o d f r o m f a r m s i n E u r o p e a n d

' N o r t h A m e r i c a

h a s i n v o l v e d b o t h t h e i n t r o d u c t i o n o f c r o p v a r i e t i e s c a p a b l e

o f g i v i n g g r e a t l y i n c r e a s e d

y i e l d s u n d e r c o n d i t i o n s o f h i g h s o i l f e r t i l i t y , a n d a l s o t h e

u p g r a d i n g o f l i v e s t o c k t o g i v e

e i t h e r h i g h e r y i e l d s o f m i l k o r e g g s , o r m u c h f a s t e r

g r o w t h r a t e s u n d e r c o n d i t i o n s o f

h i g h n u t r i t i v e f o d d e r s .

T h u s t h e e x t e n s i v e u s e o f f e r t i l i z e r s h a s h a d t h e d i r e c t

e f f e c t ,

i n m a n y f a r m a r e a s , o f g r e a t l y e x p a n d e d n u m b e r s o f a n i m a l s

f e d o n d i e t s o f m u c h h i g h e r

n u t r i t i v e v a l u e t h a n i n t h e p a s t .

B o t h c r o p s a n d a n i m a l s l e a v e r e s i d u e s b e h i n d , b u t

w h i l s t a l a r g e p r o p o r t i o n o f c r o p r e s i d u e s t h a . t a r e n o t

c o n s u m e d b y a n i m a l s t e n d t o b e

l o v . , i n n i t r o g e n a n d t o h a v e m o s t o f t h e i r m i n e r a l e l e m e n t s p r e s e n t

i n r e l a t i v e l y i n s o l u b l e

f o r m s , t h o s e f r o m a n i m a l s t e n d t o b e h i g h i n u r e a a n d

d e c o m p o s a b l e o r g a n i c n i t r o g e n

c o m p o u n d s , a n d m u c h o f t h e m i n e r a l e l e m e n t s a r e p r e s e n t i n a

r e l a t i v e l y s o l u b l e f o r m .



F u r t h e r , t h e t y p i c a l a n i m a l f o d d e r c r o p s a r e g r a s s , g r a s s - l e g u m e o r p u r e a t a n d s o f

p a s t u r e 1 ( g u r n e s w h i c h t e n d t o b u i l d u p t h e h u m u s c o n t e n t o f t h e s o i l w h i l s t a r a b l e c r o p p i n g

t e n d s t o l o w e r i t .

A g r e a t l y i n c r e a s e d a n i m a l p o p u l a t i o n o n f a r m s c a n h a v e u n d e s i r a b l e e f f e c t s o n t h e

e n v i r o n m e n t u n l e s s v e r y s t r i c t p r e c a u t i o n s a r e t a k e n . A d a i r y c o w p r o d u c e s a b o u t 1 5 t i m e s

a s m u c h d u n g a s a h u m a n b e i n g , 8 0 q u i t e a s m a l l d a i r y h e r d w i l l p r o d u c e a s m u c h a s a

m o d e r a t e s i z e d v i l l a g e . F u r t h e r t h e h e r d i s u s u a l l y k e p t i n a y a r d f o r p a r t o f t h e y e a . r , o r

p a r t o f t h e d a y , s o t h a t t h e r e w i l l b e a l a r g e c o n c e n t r a t i o n o f d u n g a n d u r i n e i n a r e l a t i v e -

l y s m a l l ' a r e a o f l a n d . A s l o n g a s t h e a n i m a l p o p u l a t i o n p e r h e c t a r e o n t h e f a r r o i s

g o o d m a n a g e m e n t i n t h e f a r m y a r d a l l o w s m o s t o f t h e a n i m a l e x c r e t i o n t o b e r e t u r n e d t o

t h e l a n d a t a r e l a t i i e l y l o w r a t e o f r e t u r n p e r h e c t a . r e , a n d t h e l o s s e s f r o m t h e f a r m n e e d

n o t b e v e r y l a r g e . B u t t h e p r o b l e m o f d i s p o s i n g o f t h e m a n u r e b e c o m e s v e r y m u c h m o r e

d i f f i c u l t o n c e t h e n u M b e r o f a n i m a l s p e r h e c t a r e e x c e e d s a c e r t a i n t h r e s h o l d v a l u e , a n d i t

c a n b e c o m e v e r y d i f f i c u l t t o p r e v e n t s o l u b l e i n o r g a n i c a n d o r g a n i c c o n s t i t u e n t s g e t t i n g

y e a s h e d i n t o e i t h e r t h e g r o u n d w a t e r o r t h e d i t c h e s a n d s t r e a m s d r a i n i n g t h e a r e a .

T h e i n t e n s i v e u s e o f f e r t i l i z e r s c a n b e n e f i t t h e e n v i r o n m e n t i n d i r e c t l y i n t h a t , b y i n -

c r e a s i n g c o n s i d e r a b l y t h e y i e l d s o f f o o d s t u f f s p e r h e c t a r e , i t a l l o w s w i t h d r a w i n g f r o m

c u l t i v a t i o - n l a n d o f l o w i n h e r e n t q u a l i t y , s u c h a s s t e e p l a n d , l a n d w i t h s h a l l o w s o i l s , a n d

/ a n d v e r y s u s c e p t i b l e t o e r o s i o n , w i t h o u t r e d u c i n g t h e t o t a l f o o d p r o d u c t i o n o f t h e r e g i o n

a p p r e c i a b l y . T h e c o r r e c t u s e o f f e r t i l i z e r s e a s e s t h e p r o b l e m o f e r o s i o n c o n t r o l o n e r o -

s i o n - s e n s i t i v e l a n d b e c a u s e a s t r o n g l y - g r o w i n g w e l l - m a n u r e d c r o p , p r o p e r l y m a n a g e d ,

g i v e s m u c h b e t t e r p r o t e c t i o n t o t h e s u r f a c e s o i l t h a n a h a l f - s t a r v e d c r o p . S o i l w a . s h c a n

b e a v e r y s e r i o u s s o u r c e o f p o l l u t i o n o f r i v e r s a n d l a k e s , n o t m e r e l y b e c a u s e o f t h c . -

s i l t i n g

u p o f w a t e r w a y s i t c a u s e s , b u t b e c a u s e t h e s o i l p a r t i c l e s m o s t e a s i l y w a s h e d o f f t h e s u r -

f a c e a r e t h e f i n e c l a y a n d c l a y - h u m u s p a r t i c . l e s w h i c h a r e r i c h i n p l a n t n u t r i e n t s , s i n c e

t h e y a b s o r b a l l t h o s e f e r t i l i z e r c o m p o n e n t s t h a t s o i l s c a n h o l d i n r e l a t i v e l y i n s o l u b l e f o r m .

U n c o n t r o l l e d w a t e r r u n - o f f f r o m s t e e p s l o p e s o r e r o s i v e s o i l s a l s o i n c r e a s e s f l o o d h a z a r d s

d u r i n g p e r i o d s o f h e a v y r a i n a n d d r o u g h t h a z a r d s i n p e r i o d s o f l o w r a i n f a l l s i n c e t h i s w a t e r

r u n s o f f t h e l a n d i n s t e a d o f p e r c o l a t i n g i n t o t h e s o i l .

S i d e e f f e c t s o f f e r t i l i z e r s r e s i d u e s

N o t a l l t h e n u t r i e n t i o n s i n a f e r t i l i z e r a p p l i e d t o a f i c _ d d s o i l a r e t a k e n u p b y t h e g r o v e i n g

c r o p , a n d t h e f a t e o f t h e r e m a i n d e r i s v e r y i m p o r t a n t i n a n y d i s c u s s i o n o n t h e e f f e c t s o f

t h e i r l o n g - t e r m i n t e n s i v e u s e . T h r e e t h i n g s c a n h a p p e n t o t h e s e r e s i d u e s i n t h e s o i l ; t h e y

m a y r e m a i n i n t h e s o i l , t h e y m a y b e r e m o v e d i n t h e w a t e r l e a c h i n g t h r o u g h t h e s o i l o r

r u n n i n g o f f ' t h e s u r f a c e o f t h e s o i l , o r t h e l f m a y b e l o s t t o t h e a t m o s p h e r e b y v o l a a i l i s a t i o n .

T h e r e l a t i v e i m p o r t a n c e o f t h e s e d e p e n d s o n t h e p h y s i c . o - c h e m i c a l a n d b i o l o g i c a l r e a c t i o n s

. t h e i o n s t a k e p a r t i n .

P h o s p h a t e a n i o n s

W h e n a w a t e r - s o l u b l e p h o s p h a t e f e r t i l i z e r i s a d d e d t o . a s o i l , t h e p h o s p h a t e p o r t i o n i s

r a p i d l y c o n v e r t e d i n t o f o r m s h a v i n g a v e r y l o w s o l u b i l i t y i n t h e s o i l w a t e r , u n l e s s t h e s o i l

i s a n a l m o s t p u r e s a n d o r p e a t l o w i n a c t i v e i r o n o r a l u m i n i u m i o n s . T h u s a l t h o u g h t h e

s o / u t i o n d i f f u s i n g o u t o f a p e l l e t o f g r a n u l a r s u p e r p h o s p h a t e p l a c e d i n a m o i s t s o i l h a s a

p h o s p h a t e c o n c e n t r a t i o n o f a b o u t 4 m o l a r ( 1 4 0 g / l ) , A t s c o n c e n t r a t i o n a f e w m i l l i m e t r e s

f r o m t h e g r a n u l e w i l l p r o b a b l y b e a b o u t 1 0 - D t o 1 0

m o l a r ( 3 0 0 - 3 0 u g / 1 ) , t h a t i s a b o u t



a m i l l i o n t i m e s m o r e d i l u t e . P h o s p h a t e i s , i n f a c t , a n e x a m p l e o f a n u t r i e n t i o n t h a t i s e x -

t r e m e l y i m m o b i l e i n t h e s o i l . I t i s a b s o r b e d v e r y s t r o n g l y b y s u r f a c e s o f i r o n , a l u m i n i u m

a n d m a n g a n e s e o x i d e s a n d h y d r o x i d e s , i t i s a b s o r b e d b y c l a y p a r t i c l e s , a n d i t i s p r e c i p i -

t a t e d b y c a l c i u m i o n s t o g i v e c a l c i u m p h o s p h a t e s s u c h a s h y d r o x y a p a t i t e o r , i n c a l c a r e o u s

s o i l a , c a l c i u m o c t a p h o s p h a t e . T h u s i n s o f a r a s f e r t i l i z e r p h o s p h a t e i s n o t r e m o v e d i n t h e

h a r v e s t e d c r o p , i t r e m a i n s i n t h e s o i l e x c e p t w h e n t h e s o i l i t s w a s h e d o f f t h e l a n d b y r u n -

o f f , o r e x c e p t i o n a l l y , i f h e a v y r a i n f a l l s s h o r t l y a f t e r t h e p h o s p h a t e h a s b e e n a p p l i e d t o a

w e t b o i l s u r f a c e . P h o s p h a t e c a n , h o w e v e r , o c c u r i n h i g h e r c o n c e n t r a t i o n s i n t h e s o i l

s o l u t i o n o f s o m e i n u n d a t e d s o i l s , a n d h i g h l e v e l s o f p h o s p h a t e f e r t i l i z e r g i v e n t o a w a r n p

r i c e m a y r a i s e t h e c o n c e n t r a t i o n o f p h o s p h a t e i n t h e d r a i n a g e w a t e r t o l e v e l ° a p p r e c i a b l y

a b o v e t h a t f o u n d f r o m b e t t e r a e r a t e d s o i l s .

C r o p s m a y r e m o v e i n t h e f i r s t y e a r s o m u c h a s 2 0 p e r c e n t o f t h e p h o s p h a t e a d d e d , i f

g r o w i n g i n a s o i l l o w i n p h o s p h a t e a n d t h e p h o s p h a t e i s p l a c e d c l o a e t o t h e p l a n t , b u t i n

n o r m a l w e l l - f a r m e d l a n d c o n s i d e r a b l y l o w e r r e c o v e r i e s a r e m o r e c o m m o n . S i n c e m a n y

p r o g r e s s i v e f a r m e r s a d d p h o s p h a t e t o t h e i r s o i l s e v e r y y e a r o r e v e r y s e c o n d y e a r . t h e

p h o s p h a t e s t a t u s o f t h e i r s o i l s i s n o w h i g h a n d t h e y u s e t h e i r p h o s p h a t e f e r t i l i z e r s e i t h e r

o n c r o p s r e q u i r i n g a h i g h l e v e l o f s o l u b l e p h o s p h a t e f o r h i g h y i e l d ' s , s u c h a s p o t a t o e s f o r

e x a m p l e , o r t o m a i n t a i n r a t h e r t h a n i n c r e a s e t h e p r e s e n t s a t i s f a c t o r y l e v e l s .

T h e P a n e l c o n c l u d e d t h a t o n l y a n e g l i g i b l e

p r o p o r t i o n o f f e r t i l i z e r p h o s p h a t e i s

l e a c h e d f r o m s o i l s i n t o t h e d r a i n a g e w a t e r , s i n c e i t i s v e r y i m m o b i l e i n m o s t s o i l s .

F e r t i l i z e r p h o s p h a t e w i l l h o w e v e r b e c a r r i e d i n t o r i v e r s i f a d s o r b e d o n a n y s o i l p a r t i c l e s

c a r r i e d o f f t h e / a n d b y s o i l e r o s i o n , a n d a s s o l u b l e o r g a n i c w a s t e s v i a f o d d e r p l a n t s a n d

t h e b o d i e s o f l i v e s t o c k .

P o t a s s i u m c a t i o n s

A l m o s t a l l p o t a s s i u m f e r t i / i z e r s i n u s e a r e v e r y s o l u b l e i n w a t e r , b u t o n c e d i s s o l v e d

i n t h e s o i l w a t e r , t h e y a l s o a r e s u b j e c t t o a b s o r p t i o n b y t h e s o i l p a r t i c l e s .

B u t t h e y a r e

h e l d b y a d i f f e r e n t p r o c e s s f r o m p h o s p h a t e , f o r t h e y t a k e p a r t i n c a t i o n e x c h a n g e . W h e n

p o t a s m i u m i o n s a r e a b s o r b e d b y a c l a y o r h u m u s p a r t i c l e , a n e q u i v a l e n t a m o u n t o f o t h e r

c a t i o n s a r e d i s p l a c e d i n t o t h e s o l u t i o n . I n n o r m a l f e r t i l e s o i l s t h e d i s p l a c e d c a t i o n s a r e

p r e d o m i n a n t l y c a l c i u m t h o u g h t h e y w i l l u s u a l l y i n c l u d e s o m e m a g n e s i u m i n a d d i t i o n . B u t

t h e s e i o n s a r e h e l d m u c h l e s s t i g h t l y t h a n a r e t h e p h o s p h a t e s , . . . r o t h a t . . . V i e p o t a s s i u m i o n

c o n c e n t r a t i o n i n t h e S O H s o l u t i o n i s u s u a l l y i n t h e r a n a c o f 1 0

t o 1 0

m o l a r , t h o u g h o n

s o i l s w e l l s u p p l i e d w i t h p o t a s s i u m i t m a y r i s e t o 1 0

m o l a r . I f t h e l e v e l o f e x c h a n g e a b l e

p o t a s s i u m i s i n c r e a s e d b y a d d i n g a p o t a s s i u m f e r t i l i z e r , i t i s c o m m o n l y f o u n d t h a t a p r o -

p o r t i o n o f t h e a d d e d e x c h a n g e a b l e i o n s i s c o n v e r t e d t o a f o r m t h a t i s m u c h l e s s a c c e s s i b l e

t o t h e s o i l s o l u t i o n - t h e i o n s a r e s a i d t o b e f i x e d - a n d t h i s f i x a t i o n t a k e s p l a c e w i t h i n

t h e l a y e r R o f m i c a c e o u s a n d v e r m i c u l i t i c c l a y p e r t i c l e s . S i n c e m o s t s o i l s t h a t a r e n o t e x -

c l u s i v e l y c o m p o s e d o f v e r y s t r o n g l y w e a t h e r e d m i n e r a l s c o n t a i n t h e s e t y p e s o f c l a y , t h e y

h a v e a g r e a t a b i l i t y t o h o l d p o t a a a i u m w h e n s o l u b l e p o t a s s i u m s a l t s a r e a d d e d t o t h e s o i l .

A d d e d p o t a s s i u m t h a t i s n o t t a k e n u p b y a c r o p i s i n c o n s e q u e n c e , n o t v e r y m o b i l e i n

s o i l s c o n t a i n i n g m u c h c l a y . O n c l a y a n d l o a m s o i l s i t i s u n l i k e l y t h a t a n y a p p r e c i a b l e

a m o u n t w i l l m o v e m o r e t h a n 5 0 - 7 0 c m b e l o w t h e d e p t h o f i n c o r p o r a t i o n . S - o m e c r o p w i l l

h o w e v e r t a k e u p l a r g e a m o u n t s o f p o t a s s i u m f r o m a s o i l . T h u s g r a s s c r o p s , w i l l r e m o v e

v e r y l a r g e a m o u n t s o f p o t a s s i u m f r o m t h e s o i l i f t h e h a r v e s t e d g r a s s b e r e m o v e d c o m -

p l e t e l y . C e r e a l s t r a w i s a l s o f a i r l y h i g h i n p o t a s s i u m - t h o u g h m u c h l o w e r t h a n h e a v i l y -

m a n u r e d g r a s s - a s a r e t h e l e a v e s o f m a n y f o d d e r p l a n t s , s o t h a t a l a r g e a m o u n t o f



p o t a s s i u m m a y b e i n c y c l e o n f a r m s f e e d i n g t h e i r c r o p s t o l i v e s t o c k . S i n c e

m o s t o f t h e

p o t a s s i u m e x c r e t e d b y c a t t l e a n d p i g s i s i n t h e u r i n e , t h e r e i s

a t e n d e n c y f o r t h e r e t o b e

l a r g e p o t a s s i u m l o s s e s f r o m t h e f a r m i n t h e l i q u i d

m a n u r e s t h a t g e t w a s h e d a w a y f r o m

t h e f a r m y a r d s a n d d a i r i e s .

T h e P a n e l c o n c l u d e d t h a t o n l y a s m a l l p r o . p o r t i o n o f f e r t i l i z e r p o t a s s i u m

c a n b e l o s t

b y l e a c h i n g b e c a u s e m o s t s o i l s h o l d a d d e d p o t a s s i u m s u f f i c i e n t l y s t r o n g l y f o r o n l y

l i t t l e

t o e n t e r t h e s o i l s o l u t i o n .

C a l c i u m a n d M a g n e s i u m

I n s o f a r a s t h e u s e o f n i t r o g e n f e r t i l i z e r s i n c r e a s e s t h e

a m o u n t o f n i t r a t e l e a c h i n g o u t

o f t h e s o i l , t h i s n i t r a t e w i l l b e l o s t a s c a l c i u m a n d ,

t o a l e s s e r e x t e n t , m a g n e s i u m n i t r a t e .

T h e i r u s e t h e r e f o r e i n v o l v e s t h e r e g u l a r a p p l i c a t i o n o f l i m i n g m a t e r i a l s

t o n o n - c a l c a r e o u s

s o i l s , i n o r d e r t o r e s t o r e t h e e x t r a c t e d c a l c i u m a n d m a g n e s i u m i n t h e s o i l

a n d t h u s p r e -

v e n t a . c i d i f i c a t i o n .

N i t r o g e n F e r t i l i z e r s

T h e e f f e c t s o f a d d i n g n i t r o g e n f e r t i l i z e r s t o s o i l s

o n t h e m o v e m e n t o f s o l u b l e n i t r o g e n

c o m p o u n d s t h r o u g h t h e s o i l a r e c o m p l e x . T h e t y p i c a l n i t r o g e n f e r t i l i z e r s o f

c o m m e r c e

a r e u r e a , a m m o n i a , a m m o n i u m s a l t s a n d n i t r a t e s a l t s ; t h o u g h t h e r e i s

a v e r y r e s t r i c t e d

u s e o f p r o t e i n a c e o u s r e s i d u e s s u c h a s w o o l w a s t e , d r i e d b l o o d a n d s o m e t y p e s o f

m e a t

a n d b o n e w a s t e . I n a d d i t i o n o n f a r m s o n w h i c h l i v e s t o c k

a r e k e p t , t h e r e i s l i k e l y t o b e a

r e t u r n o f f a r m y a r d m a n u r e o r s l u r r y t o t h e l a n d . U n d e r n o r m a l f a r m i n g c o n d i t i o n s ,

o n

w e l l - d r a i n e d s o i l s w h e n t h e s o i l i s w a . r r n , a l l s o l u b l e n i t r o g e n c o m p o u n d s

a r e u s u a l l y

f a i r l y r a p i d l y o x i d i s e d t o n i t r a t e , a n d n i t r a t e i s n o t a b s o r b e d

t o a n y a p p r e c i a b l e e x t e n t

b y s o i l s p a r t i c l e s . I t i s t h e r e f o r e a l l p r e s e n t i n t h e s o i l s o l u t i o n ,

a n d w i l l d i f f u s e f a i r l y

r a p i d l y t h r o u g h t h e s o i l s o l u t i o n , i n c l u d i n g t h a t w i t h i n t h e

v e r y f i n e s o i l p o r e s .

S o m e f e r t i l i z e r n i t r o g e n c a n b e l o s t t o t h e a t m o s p h e r e b y

v o l a t i l i z a t i o n o f a m m o n i a

s h o r t l y a f t e r i t h a s b e e n a p p l i e d . W h e n a n h y d r o u s a m m o n i a

i s b e i n g i n j e c t e d i n t o a s o i l ,

a c e r t a i n p r o p o r t i o n i s o f t e n n o t a b s o r b e d b y t h e s o i l b u t e s c a p e s i n t o t h e a i r . A g a i n

i f

u r e a i s s p r e a d o n t h e s u r f a c e o f a c l a m p s o i l w i t h a p H a b o v e 6 , a n d t h e w e a t h e r

r e m a i n s

d r y a f t e r s p r e a d i n g , i t w i l l h y d r o l y s e t o a m m o n i u m c a r b o n a t e , w h i c h w i l l

d e c o m p o s e

g i v i n g o f f a m m o n i a t o t h e a t m o s p h e r e ; a n d t h e

s a r n e l o s s o c c u r s i f a . m m o n i u m s u l p h a t e

i s s p r e a d o n t h e s u r f a c e o f a c a l c a r e o u s s o i l .

T h e n i t r a t e c a n b e r e m o v e d f r o m t h e s o i l i n f o u r

w a y s : i t m a y b e t a k e n u p b y t h e c r o p ,

i t r n a y b e t a k e n u p b y t h e s o i l m i c r o o r g a n i s m s a n d c o n v e r t e d i n t o

h u m u s , i t m a y b e w a s h e d

o u t o f t h e s o i l a s n i t r a t e , o r i t m a y b e d e n i t r i f i e d a n d l o s t t o t h e a t m o s p h e r e e i t h e r

a s n i -

t r o g e n g a s o r a s o x i d e s o f n i t r o g e n , p r i n c i p a l l y n i t r o u s o x i d e N 2 0 .

T h e t e c h n i c a l d i f f i c u l t i e s i n d e t e r m i n i n g t h e f a t e o f t h e a d d e d

n i t r o g e n a r e f i r s t l y t h a t

i t i s n o t u s u a l l y p o s s i b l e t o d e t e r m i n e e i t h e r t h e a m o u n t o f n i t r a t e b e i n g

l e a c h e d o u t o f

t h e s o i l o r t h e a m o u n t t h a t i s d e n i t r i f i e d i n n o r m a l f i e l d s o i l s ; a n d

s e c o n d l y t h a t o n l y a

p a r t o f t h e n i t r a t e p r e s e n t i n t h e s o i l i s d e r i v e d f r o m t h e f e r t i l i z e r , f o r

a p o r t i o n , a n c l i n

s o m e s y s t e m s t h e g r e a t e r p o r t i o n h a s b e e n d e r i v e d f r o m t h e d e c o m p o s i t i o n o f

s o m e o f t h e

s o i l o r g a n i c m a t t e r . F u r t h e r t h e t o t a l a m o u n t o f n i t r a t e p r o d u c e d i n

t h e s o i l d u r i n g t h e

g r o w i n g s e a s o n i s s m a l l c . o m p a r e d w i t h t h e t o t a l a m o u n t o f o r g a n i c

n i t r o g e n i t c o n t a i n s ,

a d i t c a n n o t i a s u a l l y b e d e t e r m i n e d f r o m t h e c h a n g e i n t h e

t o t a l s o i l n i t r o g e n o v e r t h e



s e a s o n a s i t i s o f t h e s a m e o r d e r o f m a g n i t u d e a s t h e s a m p l i n g a n d a n a l y t i c a l e r r o r s i n t h e

t o t a l s o i l n i t r o g e n d e t e r m i n a t i o n s .

T h i s p r o b l e m i s s t i l l f u r t h e r c o m p l i c a t e d o n m o s t f a r m s c a r r y i n g l i v e s t o c k b e c a u s e a

p r o p o r t i o n o f f o r a g e c r o p s a r e g r o w n w h i c h i n c l u d e l e g u n i i n o u s p l a n t s s u c h a s c l o v e r o r

l u c e r n e , o f t e n a d m i x e d w i t h g r a s s . T h e s e p l a n t s h a v e n o d u l e s o n t h e i r r o o t s w h i c h f i x

a t m o s p h e r i c n i t r o g e n , c o n v e r t i n g i t i n t o o r g a n i c c o m p o u n d s , a n d s o m e o f t h e s e a r e l e f t

i n t h e s o i l . I t i s c o m m o n p r a c t i c e f o r f a r m e r s

u s i n g t h i s t y p e o f c r o p p i n g n o t t o g i v e a n y

n i t r o g e n f e r t i l i z e r t o t h e f i r s t c r o p a f t e r t h e f o r a g e c r o p h a s b e e n p l o u g h e d i n , a n d e v e n

t h e n t h e a m o u n t o f n i t r a t e r e l e a s e d i s m o r e t h a n t h e c r o p c a n t a k e u p . F u r t h e r i t i s n o w

p o s s i b l e t o p r o v e t h a t b l u e - g r e e n a l g a e f i x a t m o s p h e r i c n i t r o g e n i n m a n y a r a b l e s o i l s a n d

n o n - s y m b i o t i c n i t r o g e n - f i x i n g b a c t e r i a a r e o p e r a t i v e i n b o t h a r a b l e a n d g r a s s l a n d s o i l s .

A p r o p o r t i o n o f t h e s e o r g a n i c n i t r o g e n c o m p o u n d s a r e r e l a t i v e l y e a s i l y o x i d i s e d i n t h e s o i 1 4 .

e v e n o n f a r m s g r o w i n g n o l e g u m i n o u s c r o p s , a p o r t i o n o f t h e n i t r a t e p r e s e n t i n t h e s o i l

s o l u t i o n m a y h a v e b e e n d e r i v e d b i o l o g i c a l l y f r o m t e a i r ;

T h e s e c o m p l i c a t i o n s h a v e t h e c o n s e q u e n c e t h a t i t i s n o t y e t p o s s i b l e t o p r o v e c o n c l u -

s i v e l y w h a t p r o p o r t i o n o f t h e n i t r a t e s i n s t r e a m s d r a i n i n g o u t o f w e l l - f a r m e d l a n d h a s

b e e n d e r i v e d d i r e c t l y f r o m n i t r o g e n f e r t i l i z e r s a d d e d t o t h e s o i l . T h e e v i d e n c e f r o m c h a n g e s

i n t h e n i t r a t e c o n t e n t o f r i v e r w a t e r s o v e r t h e l a s t 1 0 - 2 0 y e a r s , i n r e g i o n s w h e r e f e r t i l i -

z e r u s e h a s b e e n g r e a t l y i n c r e a s e d , i s p o o r a n d i n c o n c l u s i v e - p o o r b e c a u s e o f t h e r e l a -

t i v e l y f e w s t r e a m s a n d r i v e r s d r a i n i n g p r e d o m i n a n t l y a g r i c u l t u r a l a r e a s w h o s e f l o w h a s

b e e n g a u g e d a n d w h o s e w a t e r h a s b e e n r e g u l a r l y a n a l y s e d , a n d i n c o n c l u s i v e b e c a u s e t h e

r e s u l t s o b t a i n e d f r o m t h e f e w l o n g - t e r m r e c o r d s o f r i v e r s s o g a u g e d a n d a n a l y s e d h a v e

n o t b e e n c o n s i s t e n t . T h u s r e s e a r c h i n G r e a t B r i t a i n h a s s h o w n t h a t o f t h e 1 8 r i v e r s f o r

w h i c h r e c o r d s a r e a v a i l a b l e , t h e c o r r e l a t i o n c o e f f i c i e n t b e t w e e n t h e a m o u n t o f n i t r o g e n

f e r t i l i z e r e s t i m a t e d t o b e u s e d i n t h e i r c a t c h m e n t s a n d t h e n i t r a t e l e a v i n g t h e c a t c h m e n t

i n t h e r i v e r w a s o v e r 0 . 7 f o r o n l y f o u r , b u t o n e o f t h e l a r g e s t o f t h e s e c o e f f i c i e n t s ( 1 - 4 . 9 )

w a s n e g a t i v e , w h i c h m e a n s t h a t t h e i n c r e a s i n g u s e o f n i t r o g e n f e r t i l i z e r a p p e a r s t o h a v e

d e c r e a s e d s i g n i f i c a n t l y t h e a m o u n t o f n i t r a t e l e a v i n g t h e a r e a .

H o w e v e r t h i s m e t h o d o f j u d g i n g t h e e f f e c t o f n i t r o g e n f e r t i l i z e r i n t h i s w a y i s i n v a l i d

u n l e s s i t c a n b e p r o v e d t h a t t h e o n l y f a c t o r a f f e c t i n g t h e n i t r a t e c o n t e n t o f r i v e r w a t e r i s

t h e c h a n g e i n t h e a m o u n t o f n i t r a t e d r a i n i n g o u t o f f i e l d s d u e t o t h e u s e o f n i t r o g e n f e r t i -

l i z e r s . T h i s i s n a t u r a l l y v e r y d i f f i c u l t t o p r o v e , b u t t h e p o s s i b i l i t y t h a t t h i s a s s u m p t i o n

i s v a l i d c a n n o t b e r u l e d o u t b e c a u s e t h e n i t r a t e c o n c e n t r a t i o n i n t h e w a t e r o f s o m e r i v e r s

w a s h i g h e e r i n w i n t e r , w h e n t h e f l o w w a s h i g h , t h a n i n s u m m e r , w h e n i t w a s l o w ; a n d t h i s

i s p r o b a b l y a r e f l e c t i o n o f t h e c o n c e n t r a t i o n o f n i t r a t e s i n t h e s o i l w a t e r . T h e r e a s o n f o r

t h e n i t r a t e s b e i n g h i g h e r i n w i n t e r t h a n i n s u m m e r , i s t h a t f e y . , E n g l i s h a r a b l e s o i l s c a r r y

a n a c t i v e l y g r o w i n g c r o p i n l a t e a u t u m n o r e a r l y w i n t e r , y e t t h e s o i l t e m p e r a t u r e s a r e

a d e q u a t e f o r a m o d e r a t e r a t e o f n i t r a t e p r o d u c t i o n . a n d t h i s n i t r a t e a c c u m u l a t e s i n t h e

s o i l a n d i n p a r t w a s h e s o u t a f t e r e n o u g h r a i n h a s f a l l e n t o w e t t h e s o i l p r o f i l e . I n s u m m e r

t i m e t h e l a n d i s c a r r y i n g a n a c t i v e l y g r o w i n g c r o p , s o t h a t a l t h o u g h n i t r i f i c a t i o n i s t a k i n g

p l a c e m o r e r a p i d l y t h a n i n w i n t e r , t h e c r o p i s d r a w i n g s t r o n g l y o n t h i s s u p p l y . T h u s . i n

w e s t e r n E u r o p e , n i t r a t e l o s s e s f r o m t h e s o i l a r e m u c h l a r g e r i n w i n t e r t h a n i n s u m m e r

t i m e , a n d i n s o f a r a s t h e d r a i n a g e w a t e r s a r e n o t b e i n g i n - i p o u n d e d i n r e s e r v o i r s f o r l o n g

p e r i o d s o f t i m e , t h e p e r i o d s o f h i g h n i t r a t e c o n c e n t r a t i o n i n

t h e w a t e r t e n d t o o c c u r w h e n

t h e w a t e r i s c o l d a n d a l g a l a c t i v i t y l o w . T h e s e w i n t e r l o s s e s o f n i t r a t e s c a n b e r e d u c e d i f

a f a s t g r o w i n g c a t c h c r o p i e p l a n t e d d i r e c t l y a f t e r t h e m a i n w h e a t o r b a r l y c r o p s h a v e b e e n

h a r v e s t e d o n l a n d t h a t i s t o b e s p r i n g s o w n . H o w e v e r t h e r e w a s a c l e a r i n d i c a t i o n t h a t f o r

o n e E n g l i s h r i v e r , i n a y e a r w i t h a n a b n o r m a l l y w e t A p r i l , t h e p e a k o f r i v e r f l o w d u e t o



t h i s r a i n w a s a l s o a p e a k o f n i t r a t e c o n c e n t r a t i o n i n t h e w a t e r , d u e a l m o s t c e r t a i n l y t o

s o m e o f t h e n i t r o g e n f e r t i l i z e r a p p l i e d t o t h e l a n d i n M a . r c h o r e a r l y A p r i l b e i n g w a s h e d

o u t o f t h e s o i l b y t h i s h e a v y r a i n .

V e r y l i t t l e i s k n o w n a b o u t t h e l o s s e s o f n i t r a t e f r o m s o i l s b y d e n i t r i f i c a t i o n . A l l

a t t e m p t s a t d r a y . r i n g u p b a l a n c e s h e e t s f o r t h e f a t e o f f e r t i l i z e r n i t r o g e n a p p l i e d t o c r o p s

g r o w i n g i n l y s i m e t e r s s h o w t h a t , f o r n - i o s t s o i l s , a c o n s i d e r a b l e a r n o u n t , u s u a l l y o f t h e

o r d e r o f o n e - t h i r d , o f t h e a d d e d n i t r o g e n c a n n o t b e a c c o u n t e d f o r a n d i s p r e s u m e d t o h a v e

b e e n l o s t b y d e n i t r i f i c a t i o n . P r e s e n t - d a y k n o w l e d g e o n t h e b i o l o g i c a l a n d b i o c h e m i c a l p r o -

c e s s e s r e s p o n s i b l e f o r d e n i t r i f i c a t i o n i s c o n c o r d a n t w i t h t h e e x i s t e n c e o f a p p r e c i a b l e l o s s e E

b e c : a u s e t h e f i r s t e f f e c t o f a r e s t r i c t i o n o f o x y g e n s u p p l y i s f O r a l l t h e s o i l n i t r a t e t o b e

r e d u c e d t o g a s e o u s f o r m s b e f o r e r e d u c t i o n o f f e r r i c t o f e r r o u s i r o n c a n b e g i n . F i e l d s o i l s

a r e l i k e l y t o c o n t a i n r n a n y v o l u m e s o r p o c k e t s o f s o i l t h a t r a p i d l y b e c o m e a n a e r o b i c d u r i n g

w e t w e a t h e r , d u e t o c o m p a c t i o n b y t r a c - t o r s a n d c u l t i v a t i o n a n d h a r v e s t i n g m a c h i n e r y , s o

t h a t d e n i t r i f i c a t i o n c a n t a k e p l a c e a c t i v e l Y a t i n t e r v a l s d u r i n g t h e g r o w i n g s e a s o n e v e n i n

s o i l s t h a t a p p e a r t o b e w e l l - d r a i n e d . D e n i t r i f i c a t i o n s t u d i e s . i n l y s i t n e t e r s a r e l i k e l y t o

u n d e r - e s t i m a t e t h e a m o u n t t a k i n g p l a c e i n t h e f i e l d d u e t o n e g l e c t o f t h e s e i s o l a t e d v o l u m e s

o f c o m p a c t e d s o i l .

T h i s s u b j e c t o f t h e a m o u n t o f d e n i t r i f i c a . t i o n t a k i n g p l a c e i n t h e f i e l d ,

p a r t i c u l a r l y u n d e r c o n d i t i o n s o f h i g h n i t r o g e n f e r t i l i z e r u s e , i s i n u r g e n t n e e d o f m o r e i n -

t e n s i v e r e s e a r c h .

T h e P a n e l c o n c l u d e d t h a t n i t r o g e n i s t h e m o s t l i k e l y f e r t i l i z e r e l e m e n t t o b e l e a c h e d

o u t o f t h e s o i l , b u t t h e r e w a s s t i l l n o g o o d e v i d e n c e t h a t t h e i r u s e h a s h a d a n y a p p r e c i a b l e

e f f e c t o n t h e c o m p o s i t i o n o f r i v e r w a t e r s . T h e P a n e l r e c o g n i s e d , h o w e v e r , t h a t i t i s t e c h -

n i c a l l y v e r y d i f f i c u l t t o i n t e r p r e t c h a n g e s i n t h e n i t r a t e c o n t e n t o f d r a i n a g e w a t e r s i n t e r m s

o f c h a n g e s i n f e r t i l i z e r n i t r o g e n u s e d u e t o o u r p r e s e n t i n a b i l i t y t o m e a s u r e s u f f i c i e n t l y

a c c u r a t e l y t h e r a t i o o f b i o l o g i c a l n i t r o g e n f i x a t i o n , t h e r a . t e o f o x i d a t i o n o f s o i l o r g a . n i c

n i t r o g e n t o n i t r a t e , a n d t h e r a t e o f r e d u c t i o n o f n i t r a t e t o n i t r o u s o x i d e a n d n i t r o g e n g a s .

T h e p r o b l e m i s s t i l l f u r t h e r c o m p l i c a t e d i f l i v e s t o c k a r e k e p t , f o r s o m e o f t h e n i t r a t e s

d r a i n i n g o u t o f t h e f a r m w i l l h a v e b e e n d e r i v e d f r o m t h e i r w a s t e s

E f f e c t s o f f e r t i l i z e r s o n f o o d q u a l i t y

F e r t i l i z e r s , a n d p a r t i c u l a r l y n i t r o g e n f e r t i l i z e r s , , . v i l l r a i s e t h e n u t r i t i o n a l v a l u e o f

g r a s s f o r l i v e s t o c k f e e d ; a n d v e r y h i g h a m o u n t s o f f e r t i l i z e r n i t r o g e n , c a n b e e f f e c t i v e l y

c o n v e r t e d i n t o g r a s s p r o t e i n d u r i n g a g r o w i n g s e a s o n , p r o v i d e d t h e w a t e r s u p p l y i s n o t

l i m i t i n g g r o w t h . B u t , i n g e n e r a l , t h e a p p l i c a t i o n o f f e r t . i l i z e r s t o w e l l - f a r m e d l a n d h a s

l i t t l e e f f e c t o n e i t h e r t I r n u t r i t i o n a l q u a l i t y o r t h e f l a v o u r o f c r o p s g r o l . v n f o r h u m a n c o n -

s u m p t i o n ; a n d i n s o f a r a s t h e y h a v e a n e f f e c t , t h e y a r e m o r e l i k e l y t o r a i s e ( h a n t o l o w e r

t h e n u t r i t i o n a l v a l u e o f f o o d . T h i s i s b e c a u s e a d d i n g a n i t r o g e n f e r t i l i z e r , f o r e x a m p l e ,

t e n d s t o r a i s e t h e p r o t e i n c o n t e n t o f t h e c r o p , t h o u g h i t r n a . y n o t r a i s e t h e c o n t e n t o f a l l

t h e c . o n s t i t u e n t a m i n o - a c i d s i n t h e s a m e p r o p o r t i o n . I n t h e s a m e w a y a d d i n g a p h o s p h a t e

f e r t i l i z e r m a y r a i s e , b u t w i l l n o t l o w e r , t h e p h o s p h a t e c o n t e n t o f t h e c r o p . T h e e f f e c t i s

u s u a l l y s m a l l a n d r a r e l y o f e c o n o m i c s i g n i f i c a n c e . T h e r e a r e h o w e v e r e x a m p l e s o f n i t r o -

g e n f e r t i l i z e r s , a p p l i e d a t t h e p r o p e r t i m e , i n c r e a s i n g t h e m a r k e t v a l u e o f a c r o p c l u e t o

t h e i n c r e a s e i n p r o t e i n c o n t e n t . T h u s a n e x a m p l e f r o m G e r m a n y w a s m e n t i o n e d , w h e r e

n i t r o g e n f e r t i l i z e r s a r e c o n s i d e r e d t o i n c r e a s e t h e p r o t e i n c o n t e n t o f w h e a t s u f f i c i e n t l y

t . E . ) b r i n g t h e f l o u r u p

L O

M a n i t o b a q u a l i t y f o r b r e a d - m a k i n g . N i t r o g e n f e r t i l i z e r s a r e a l s o

k n o w n t o i n c r e a s e t h e p r o t e i n c o n t e n t o f b a r l e y - a d e s i r a b l e e f f e c t i f t h e g r a i n i s f o r a n i -

m a l f o o d b u t u n d e s i r a b l e i f f o r s o m e t y p e s o f m a l t .



T h e h e a v y u s e o f n i t r o g e n f e r t i l i z e r s o n c r o p s w h e n t h e l e a f i s c o n s u m e d c a n h o w e v e r

h a v e a n u n d e s i r a b l e e f f e c t . T h e e f f e c t o f m o d e r a t e d r e s s i n g s i s t o i n c r e a s e t h e c o n t e n t o f

l e a f p r o t e i n s , a d e s i r a b l e e f f e c t s a s t h e y h a v e a h i g h n u t r i t i o n a l q u a l i t y ; b u t a t h i g h d r e s s -

i n g s s o n i c o f t h e n i t r a t e t a k e n u p b y t h e p l a n t i s t r a n s l o c a t e t l t o t h e l e a f a n d c o n c e n t r a t e s

i n t h e l e a f p e t i o l e s , p r e s u m a b l y b e c a u s e t h e b i o c h e m i c a l p r o c e s s e s f o r r e d u c i n g n i t r a t e

a n d i n c o r p o r a t i n g t h e n i t r o g e n i n t o a m i n o - a c i d s c a n n o t k e e p p a c e v . . i t l e t h e t r a n s l o c a t i o n

f r o m t h e s o i l . T h e c o n s e q u e n c e

o f h i g h n i t r a t e o n f o o d w i l l b e d i s c u s s e d i n t h e n e x t s e c -

t i o n .

I l e a v y n i t r o g e n u s e c a n h a v e a n u m b e r o f o t h e r u n d e s i r a b l e c o n s e q u e n c e s . I t i n c r e a s e s

t h e l i a b i l i t y o f c r o p l e a v e s t o a t t a c k b y a n u m b e r o f p e s t s a n d d i s e a s e s , i t i n c r e a s e s t h e

t e n d e n c y o f c e r e a l s t o l o d g e , a r

m a y r e d u c e t h e q u a l i t y o f t h e c r o p i n a . r i o b v i o u s m a n n e r .

T h u s t o o h i g h a l e v e l o f f e r t i l i z . . r n i t r o g e n i s l i k e l y t o l o w e r t h e s t o r a g e a n d c o o k i n g q u a -

l i t y o f p o t a t o e s . a n d i t w i l l m a k e s u g a r f r o m s u g a r b e e t m o r e d i f f i c u l t t o r e f i n e . i n g e n e r a l .

t h e r e f o r e , i t i s i n t h e f a r m e r ' s i m m e d i a t e i n t e r e s t t o k e e p t h e l e v e l o f n i t r o g e n u s e d b e l o w

t h a t w h i c h w i l l g i v e t h e s e c o m p l i c a t i o n s . B u t t h i s ( l o e s n o t a p p l y t o t h e h o r t i c u l t u r i s t g r o w -

i n g s a l a d a n d l e a l v e g e t a b l e c r o p s . f o r h i g h n i t r o g e n g i v e s r a p i d l e a f g r o w t h a n d s o f t s u c c u -

l e n t l e a v e s ; c h a r a c t e r s w h i c h m a y h a v e a p o s i t i v e m a r k e t v a l u e . T h u s t h e p r o f i t a b l e s h o r t -

t e r m o v e r - u s e o f n i t r o g e n f e r t i l i z e r g i v i n g a n u n d e s i r a b l e e f f e c t o n f o o d q u a l i t y i s p r i m a r i -

l y r e s t r i c t e d t o t h e h i g h n i t r a t e c o n t e n t t h a t i t m a y c a u s e i n l e a f v e g e t a b l e a n d s a l a d c r o p s .

C o n s e q u e n t - e s o f h i e h n i t r a t e s i n w a t e r a n d v e g e t a b l e s f o r h u m a n h e a l t h .

A n a m b e r o f m e d i c a l s p e c i a l i s t s h a v e e x p r e s s e d c o n c e r n a b o u t t h e u n d e s i r a b l e e f f e c t s

o f a h i g h n i t r a t e i n t a k e o n h u m a n h e a l t h , a n d i n p a r t i c u l a r o n t h e h e a l t h o f b a b i e s u p t o

a b o u t . 1 m o n t h s o f a g e . T h e c a u s e o f t h e c o n c e r n i s d u e t o t h e e f f e c t s o f n i t r i t e o n h e a l t h ,

f o r n i t r a t e m a y b e c o m e r e d u c e d t o n i t r i t e i n t h e i n t e s t i n a l t r a c t , w h i c h i s t h e n a b s o r b e d

i n t o t h e b l o o d s t r e a m . B a b i e s b e l o w a c e r t a i n a g e m a y b e u n a b l e t o d e t o x i f y t h i s n i t r i t e .

w h i c h c o m b i n e s w i t h h a e m o g l o b i n t o g i v e m e t h a e m o g l o b i n , a n d t h i s r e d u c e s t h e c a p a c i t y

o f t h e b l o o d t o t r a n s p o r t o x y g e n . S o m e m e d i c a l s p e c i a l i s t s h a v e a l s o c l a i m e d t h a t , e v e n

f o r a d u l t s , a h i g h n i t r a t e i n t a k e i s u n d e a i r a b l e b e c a n s e s o m e o f t h e n i t r i t e p r o d u c e d m a y

b e c o n v e r t i d C O n i l r o s a m n r c s , W h i C h c o u l d , i n t u r n , c a u s e s o m e h a z a r d s t o h e a l t h .

T h e P a n e l w a s n o t c o m p e t e n t t o d i s c u s s t h i s p r o b l e m s i n c e i t c o n t a i n e d n o m e d i c a l

s p e c i a l i s t s . b u t i t n o t e d t h e i m p o r t a n c e o f a c r i t i c a l l y b a s e d a s s e s s m e n t o f m a x i m u m p e r -

m i s a i b l e n i t r a t e l e v e l s i n d r i n k i n g w a t e r a n d i n f o o d , p a r t i c u l a r l y f o r b a b i e s .

I t w a s a l s o

t o l d t h a t i n

A m e r i c a t h e r e i s . i n i m p o r t a n t b o d y o f m e d i c a l o p i n i o n w h i c h c o n s i d e r s a h i g h

n i t r a t e i n t a k e b y b a b i e s i s n o t i n i t s e l f d i r e c t l y h a r m f u l . t h e h a r m f u l e f f e c t b e i n g d u e t o

t h e c o m b i n a t i o n o f a h i g h n i t r a t e i n t a k e c o u p l e d w i t h e n t e r o - g a s t r i t i s c a u s e d b y c o l i f o r m

a n d d o u b t l e s s o t h e r p a t h o e e n i c b a c t e r i a . T h i s v i e w i s . i n e f f e c t , t h a t i t i s c l u e t o i n a d e -

q u a t e l y p u r i f i e d s e w a g e .

T h e F . A . O . S o i l s B u l l e t i n N o . 1 3 , i s s u e d i n 1 9 7 1 a n d m a d e a v a i l a b l e t o a l l m e m b e r s

o f t h e P a n e l c o n t a i n s a s h o r t d i s c u s s i o n o n t h e h a z a r d s o f n i t r a t e i n d r i n k i n g w a t e r a n d

v e g e t a b l e s . T h i s B u l l e t i n h a d c o n t r i b u t i o n s f r o m W .

a n d o n p a g e 7 6 i t s t a t e s t h a t

t h e r e h a d n o t b e e n , u p t o t h e t i m e o f w r i t i n g , a n y r e p o r t s o f n i t r a t e p o i s o n i n g a s s o c i a t e d

w i t h t h e i n g e s t i o n o f f o o d h i g h i n n i t r a t e s , a n d c o n f i r m e d t h a t i n A m e r i c a n o c a s e s o f

m e t h a e m o g l o b i n a r m i a h a d b e e n r e p o r t e d i n b a b i e s u s i n g p u b l i c w a t e r s u p p l i e s , e v e n w h e n

t h e n i t r a t e c o n t e n t w a s i n e x c e s s o f t h e l i r n i t s s e t b y t h e U . S . P u b l i c H e a l t h S e r v i c e : a l l

t h e c a s e s r e p o r t e d i n v o l v e d t h e u s e o f u n p u r i f i e d p r i v a t e w e l l w a t e r .



T h e P a n e l c o n s i d e r e d t h a t , i n v i e w o f t h e f e a r s e x p r e s s e d b y

m a n y d o c t o r s a n d e n v i r o n -

m e n t a l i s t s , W . H . O . s h o u l d b e a s k e d t o m a k e a d e f i n i t e a s s e s s m e n t o f t h e h a z a r d s t o h e a l t h

o f v a r i o u s l e v e l s o f n i t r a t e s i n d r i n k i n g w a t e r a n d i n v e g e t a b l e s . I n t h e m e a n t i m e a g r i c u l -

t u r a l a d v i s e r s s h o u l d b e r e c o m m e n d e d t o t a k e s p e c i a l c a r e i n t h e u s e o f n i t r o g e n f e r t i l i z e r s ,

l e g u m i n o u s c r o p s a n d a n d l i v e s t o c k w a s t e s i n c r i t i c a l a r e a s w h e r e a n a p p r e c i a b l e h a z a r d

t o h e a l t h m i g h t a r i s e .

E f f e c t o n t h e . c o m p o s i t i o n o f r i v e r w a t e r : E u t r o p h i c a t i o n

A n u m b e r o f e n v i r o m - n e n t a l s c i e n t i s t s h a v e c l a i m e d t h a t t h e u s e o f f e r t i l i z e r s

o n f a r m

l a n d h a s s e r i o u s l y i n c r e a s e d t h e l i a b i l i t y o f i n l a n d w a t e r t o b e c o m e e u t r o p h i c , c a u s i n g

p o l l u t i o n i n / a l c a . s a n d r e s e r v o i r s b o t h h y t h e a l g a l p i g m e n t s b e c o m i n g d i s t r i b u t e d i n t h e

w a t e r a n d b y c r e a t i n g a n a e r o b i c c o n d i t i o n s i n t h e s u b s u r f a c e w a t e r s . T h e P a n e l ( L i d n o t

c o n t a i n f r e s h w a t e r b i o l o g i s t s , a n d c o u l d t h e . r e f o r e o n l y d i s c u s s i n g e n e r a l t e r m s t h e c o n -

d i t i o n s n e c e s s a r y f o r u n d e s i r a b l e c o n s e q u e n c e s o f e u t r o p h i c a t i o n t o b e c o m e i m p o r t a n t .

T h e y n o t e d t h a t e u t r o p h i c a t i o n n e e d n o t l e a d t o p o l l u t i o n , a n d i n f a c t e u t r o p h i c

w a t e r s c a n

b e v e r y p r o d u c t i v e f o r f r e s h w a t e r f i s h .

T h e h a r m f u l e f f e c t s o f e u t r o p h i c a t i o n n y b e d u e t o c o n s e q u e n c e s o f a l g a e m u l t i p l y i n g

r a p i d l y t h r o u g h o u t t h e d e p t h o f w a t e r w h i c h r e c e i v e s s u n l i g h t , o r i t r i - l a y b e c l u e t o c o n s e -

q u e n c e s o f a l g a l c e l l s a n d s i m p l e a q u a t i c p l a n t s m u l t i p l y i n g r a p i d l y o n t h e s u r f a c e o f t h e

w a t e r g i v i n g a g r e e n s c u m w h i c h r e d u c e s v e r y s e r i o u s l y t h e a m o u n t o f l i g h t p e n e t r a t i n g

t h e w a t e r l a y e r s b e l o w t h e s u r f a c e . T h i s p r e v e n t s a l g a l c e l l s i n t h e s e s u b s u r f a c e w a t e r s

p h o t o s y n t h e s i n g a n d e x c r e t i n g o x y g e n

i n

t h e w a t e r , w h i c h k e e p s i t a e r o b i c . F u r t h e r w h e n

- e p l a n t s d i e , t h e i r o r g a n i c r e m a i n s s i n k i n t o t h e s u b s u r f a c e w a t e r s o r f a l l o n c o t h e

o o t t o r n w h e r e t h e y a r e f l i r t h e r c i e c o m p o s e d b y b a c t e r i a , w h i c h s e t u p s e v e r e a n a e r o b i c

c o n d i t i o n s i n t h e w a t e r a n d w h i c h e x c r e t e i n t o t h e w a t e r u n d e s i r a b l e p r o d u c t s o f b i o l o g i c a l

r e d u c t i o n p r o c e s s e s . I n a d d i t i o n , u n d e r s o m e r a r e c o n d i t i o n s , a f e w s p e c i e s o f a l g a e

s u d d e n l y b l o o m a n d e x c r e t e a b r o v e n p i g m e n t i n t o t h e w a t e r , w h i c h c a n n o t e a s i l y b e

r e -

m o v e d b y t h e n o r m a l p u r i f i c a t i o n p r o c e s s e s u s e d b y v a t e r s u p p l y a u t h o r i t i e s .

T h e e x a c t c o n d i t i o n s t h a t a r e r e q u i r e d f o r t h e s e u n d e s i r a b l e e f f e c t s o f e u t r o p h i c a t i o n

t o o c c u r a r e n o t k n o w n . T l i k m e r e p r e s e n c e o f p h o s p h a t e a n d n i t r a t e a b o v e d e f i n i t e t h r e s -

h o l d c o n c e n t r a t i o n s i s n o t s u f f i c i e n t , f o r t h e y c a n o c c u r i n w a t e r s o f v e r y l o w p h o s p h a t e

c o n t e n t , a l t h o u g h a n u m b e r o f w o r k e r s c o n s i d e r t h a t t h e p h o s p h a t e c o n t e n t i s t h e m o s t

i m p o r t a n t f a c t o r c o n t r i b u t i n g t o t h e c r e a t i o n o f t h e s e c o n d i t i o n s . T h e s e u n d e s i r a b l e e f f e c t s

a r e n o t s o l e l y d u e t o m a n ' s i n t e r f e r e n c e w i t h t h e e n v i r o n m e n t , f o r t h e y h a v e o c c u r r e d i n

r e g i o n s w h e r e m a n ' s a c t i v i t y h a s b e e n m i n i i n a l . l l o w e v e r t h e P a n e l n o t e d t h a t a l g a e h a v e

a d e m a n d f o r s u i t a b l e c a r b o n s o u r c e s t h a t i s m o r e t h a n s e v e r a l h u n d r e d t i m e s t h e i r d e -

m a n d f o r p h o s p h o r u s i r t h e y a r e t o m a k e a c t i v o g r o w t h , s o t h a t a r a p i d g r o w t h o f a l g a e

c a n o n l y t a k e p l a c e i n w a t e r h a v i n g a l a r g e s u p p l y o f c a r l i o n d i o x i d e , a n d t h e m o s t l i k e l y

s o u r c e o f t h i s i s f r o m a c t i v e d e c o m p o s i t i o n o f r e a d i l y m e t a b o l i s a b l e o r g a n i c s u b s t a n c e s

i n t h e w a t e r . T h i s s u g g e s t s t h a t w a t e r r e c e i v i n g f a r m w a s t e s o r i n a d e q u a t e l y t r e a t e d

s e w a g e w o u l d b e m u c h m o r e l i k e l y t o d e v e l o p t h e s e t r o u b l e s t h a n w a t e r d e r i v e d s o l e l y

f r o m p e r c o l a t i o n t h r o u g h c u l t i v a t e d s o i l s . T h e P a n e l c o n s i d e r s i t

v e r y i m p o r t a n t f o r

i n t e n s i v e a g r i c u l t u r a l d e v e l o p m e n t t h a t m o r e r e s e a r c h b e c o n d u c t e d o n t h e e x a c t c o n d i t i o n s

r e q u i r e d f o r e u t r o p h i c a t i o n t r o u b l e s t o o c c u r , s o t h a t t h e e s s e n t i a l p r e c a u t i o n s t h a t

m u s t

b e t a k e n o n f a r m s c a n b e e s t a b l i s h e d , i f f a r m e r s a r e t o p l a y t h e i r f u l l p a r t i n m i n i m i s i n g

t h o i r c i r i f t e r .



M a x i m i s i n g t h e E f f i c - i e n c y o f F e r t i l i z e r s

I n s o f a r a s f e r t i l i z e r s h a v e a n y u n d e s i r a b l e s i d e - e f f e c t s o n t h e h u m a n e n v i r o n m e n t ,

t h e s e w i l l b e m i n i m i s e d i f f e r t i l i z e r s a r e u s e d w i t h t h e _ m a x i m u m e f f i c i e n c y o n t h e f a r m ,

f o r t h i e w i l l r e d u c e t h e t e n d e n c y f o r t h e i r o v e r - u s e . I t i s n a t u r a l l y i n t h e f a r m e r s i n t e r e s t ,

a s w e l l a s t h e e n v i r o n m e n t a l i s t ' s , t h a t r e s e a r c h b e c o n t i n u e d o n t h i s p r o b l e m b y a g r o n o -

m i s t s ; a n d i n f a . c t r e s e a r c h o n t h e s e p r o b l e m a h a s a l w a y s b e e n o f m a j o r i m p o r t a n c e i n a l l

c r o p a n d a n i m a l h u s b a n d r y d e v e l o p m e n t p r o g r a m m e s . T h e P a n e l h e a r d e x a m p l e s

o f h o w t h e

u s e o f t h e c o r r e c t o f c h o i c e o f f e r t i l i z e r , c o r r e c t l y f o r m u l a t e d , a n d a p p l i e d a t t h e m o s t

a p p r o p r i a . t e t i m e , c a n m i n i m i s e t h e a m o u n t o f n u t r i e n t s t h a t a r e l i a b l e t o b e . w a s h e d o r

l e a c h e d i n t o t h e d r a i n a g e w a t e r . B u t i t a l s o n o t e d t h a t t h e r e a r e o f t e n s e r i o u s p r a c t i c a l

p r o b l e m s i n g i v i n g f e r t i l i z e r a t a t i m e w h e n t h e m a x i m u m p r o p o r t i o n w i l l b e t a k e n u p b y

t h e c r o p , d u e b o t h t o t h e i n a b i l i t y t o m a k e . a c c u r a t e l o n g - r a n g e w e a t h e r f o r e c a s t s a n d t o

t h e d i f f i c u l t y o f a p p l y i n g t h e f e r t i l i z e r w i t h o u t h a r m i n g t h e c r o p .

T h e s e d i f f i c u l t i e s c a n , i n t h e o r y , b e o v e r c o m e i f f e r t i l i z e r s c o u l d b e d e v e l o p e d i n

w h i c h t h e n i t r o g e n w a s h e l d i n a n i n s o l u b l e f o r m i n t h e s o i l , b u t w h i c h r e l e a s e d t h e i r n i -

t r o g e n a s n i t r a t e i n t o t h e s o i l s o l u t i o n d u r i n g t h e g r o w i n g s e a s o n a t a r a t e c o m p a r a b l e t o

t h e n e e d s o f t h e c r o p f o r n i t r a t e . C o m p o u n d s o f t h i s t y p e , o r n i t r o g e n f e r t i l i z e r s f o r m u -

l a t e d w i t h s u i t a b l e i n h i b i t o r s t o a c h i e v e t h i s p u r p o s e , a r e k n o w n a s s l o w - r e l e a s e f e r t i l i -

z e r s . T h e r e a r e s t i l l n o s a t i s f a c t o r y s l o w - r e l e a s e f e r t i l i z e r s a v a i l a b l e f o r g e n e r a l f a r m

u s e , b u t t h i s i s a p r o b l e m w h i c h i s a c t i v e l y b e i n g s t u d i e d b o t h b y t h e f e r t i l i z e r i n d u s t r y

i t s e l f a n d o f f i c i a l l a b o r a t o r i e s s u c h a s t h o s e o f t h e A m e r i c a n T . V . A .

T h e r e c y c l i n g o f l i v e s t o c k a n d h u m a n o r g a n i c w a s t e o n t h e f a r m

T h e P a n e l ' s a t t e n t i o n w a s r e p e a t e d l y d r a w n d u r i n g t h e m e e t i n g t o t h e p r o b l e m o f d i s -

p o s i n g o f t h e w a s t e p r o d u c t s o f l i v e s t o c k w i t h o u t c a u s i n g p o l l u t i o n i n t h e d r a i n a g e o r r u n -

o f f w a t e r l e a v i n g t h e f a r m . S o l u b l e w a s t e o r g a n i c r n a t t e r f r o m m a n u r e h e a p s f o r e x a m p l e ,

w i l l c a r r y c o n s i d e r a b l e a m o u n t s o f p h o s p h a t e w i t h t h e m , a n d i n s o f a r a s m o r e i n t e n s i v e

f a r m i n g i n c r e a s e s t h e p h o s p h a t e c o n t e n t o f t h e w a t e r , t h i s w i l l b e d u e m u c h m o r e t o p h o s -

p h a t e d e r i v e d f r o m m a n u r e t h a n f r o m f e r t i l i z e r . A s a n e x a m p l e o f t h e a m o u n t o f p h o s p h a t e

i n c y c l y o n w e s t e r n E u r o p e a n f a r m s , i t w a s n o t . e d t h a t t h e t o t a l p h o s p h a t e c o n t e n t o f t h e

f o d d e r f e d t o l i v e s t o c k w a s 1 0 t i m e s g r e a t e r t h a n i n t h e f o o d c o n s u m e d b y t h e h u m a n p o p u -

l a t i o n .

I f t h e n u t r i e n t s i n l i v e s t o c k w a s t e s c o u l d b e e f f i c i e n t l y r e - c y c l e d o n t h e f a . r r n ,

i t

w o u l d b e o f g r e a t i m p o r t a n c e f o r t h e c o n s e r v a t i o n o f s o m e o f t h e w o r l d ' s e x p l o i t a b l e n a t u -

r a l r e s o u r c e s , a n d p a r t i c u l a r l y o f t h e p h o s p h a t e r e s o u r c e s .

T h e g r e a t d i f f i c u l t y i n r e c y c l i n g t h e n u t r i e n t s i n l i v e s t o c k w a s t e s i s - t h e p r e v e n t i o n o f

s o l u b l e o r g a n i c c o m p o u n d s g e t t i n g i n t o t h e d r a i n a g e d i t c h e s a n d s t r e a m s , f o r t h i s c a u s e s

v e r y s e r i o u s p o l l u t i o n . T h e s p r e a d i n g o f m a n u r e o r s l u r r y o n f r o z e n o r w e t s o i l i n w i n t e r

o r e a r l y s p r i n g i s v e r y l i k e l y t o b e t h e c a u s e o f r u n - o f f o f t h e s e s o l u b l e o r g a n i c w a . s t e s ;

b u t w h e n t h e s u r f a c e b e c o m e s d r y i n l a t e s p r i n g o r e a r l y s u m m e r , t h e r e i s c o m m o n l y

l i t t l e l a n d a v a i l a b l e o n v . r h i c h t h e s e w a s t e s c a n b e s p r e a d . I f t h e a m o u n t o f o r g a n i c m a t t e r

i s r e d u c e d b e f o r e s p r e a d i n g , b y e n c o u r a g i n g a e r o b i c o x i d a t i o n , i t i s l i k e l y t h a t a c o n s i -

d e r a b l e p a r t o f t h e n i t r o g e n m a y b e l o s t b y d e n i t r i f i c a t i o n ; a n d i t m a y t u r n o u t t h a t w i t h

i n t e n s i v e l i v e s t o c k h u s b a n d r y , a t t e n t i o n s h o u l d b e c o n c e n t r a t e d o n r e c y c l i n g p h o s p h a t e

a n d t h e o t h e r m i n e r a l e l e m e n t s , a n d a l l o w i n g m o s t o f t h e c a r b o n a n d n i t r o g e n t o b e c o n -

v e r t e d i n t o g a s e o u s p r o d u c t s . I t i s q u i t e c l e a r t h a t i n f u t u r e f a r m e r s f o l l o w i n g s u c h s y s -

t e m s o f i n t e n s i v e l i v e s t o c k p r o d u c t i o n w i l l h a v e t o b e p r e p a r e d t o s p e n d m u c h m o r e m o n e y

o n t h e s a f e d i e p o s a l o f t h e s e a n i m a l w a s t e s .



C O N C L U S I O N S

F e r t i l i z e r s a r e e s s e n t i a l f o r h i g h y i e l d s p e r h e c t a r e , a n d f o r b r i n g i n g m a n y i n h e r e n t -

l y p o o r s o i l s i n t o p r o d u c t i o n .

T h e e f f i c i e n t u s e o f f e r t i l i z e r s a l l o w s f o r t h e i n t e n s i v e c r o p p i n g o f h i g h q u a l i t y l a n d ,

a n d t h e w i t h d r a w a l o f l o w q u a l i t y l a n d f r o m c u l t i v a t i o n .

3

I f f e r t i l i z e r s a r e u s e d e f f i c i e n t l y , t h e r e i s n o e v i d e n c e t h a t t h e y l o w e r t h e n u t r i t i o n a l

q u a l i t y o f f o o d , a n d u n d e r s o m e c o n d i t i o n s t h e y w i l l i n c r e a s e i t .

I f f e r t i l i z e r s a r e u s e d e f f i c i e n t l y , a n d g o o d f a r m p r a c t i c e s a d o p t e d , t h e r e i s n o

e v i d e n c e t h a t t h e y h a r m t h e s o i l .

T h e e f f i c i e n t u s e o f f e r t i l i z e r s i n v o l v e s t h e a d o p t i o n o f f a r m p r a c t i c e s t h a t v . , i l l

a l l o w t h e c r o p s t o m a k e t h e b e s t p o s s i b l e u s e o f t h e a d d e d f e r t i l i z e r s . T h e s e p r a c t i -

c e u i n c l u d e t h e c o r r e c t c h o i c e o f c r o p v a r i e t y , p l a n t p o p u l a t i o n , t i m e o f s o w i n g a n d

p l a n t i n g , a d e q u a t e d i s e a s e , p e s t a n d w e e d c o n t r o l a n d s u i t a b l e s o i l c o n s e r v a . t i o n

p r a c t i c e s .

T h e a d d i t i o n o f p h o s p h a t e f e r t i l i z e r s t o s o i l s h a s n o b i o l o g i c a l l y s i g n i f i c a n t e f f e c t o n

t h e p h o s p h a t e c o n t e n t o f t h e w a t e r l e a c h i n g t h r o u g h a s o i l , u n l e s s t h e s o i l i s a l m o s t

a p u r e s a n d , o r i s s u b j e c t t o f l o o d i n g . H o w e v e r i f p h o s p h a t e f e r t i l i z e r i s a d d e d t o t h e

s u r f a c e o f a w e t s o i l , a n d h e a v y r a i n f o l l o w s , s o m e o f t h e p h o s p h a t e m a y b e c a r r i e d

o f f t h e s o i l w i t h t h e r u n - o f f w a t e r .

' 7 .

T h e e x p e r i m e n t a l e v i d e n c e f o r t h e p r o p o r t i o n o f i h e n i t r o g e n a d d e d i n a f e r t i l i z e r

t h a t p e r e o l a t a n t h r o u g h t h e s o i l i n t o t h e g r o u n d w a t e r a n d s t r e a m s d r a i n i n g t h e a r e a

i s s t i l l p o o r . T h i s i s c l u e t o t h e t e c h n i c a l d i f f i c u l t y o f d i s t i n g u i s h i n g b e t w e e n t h e

n i t r a t e s i n t h e w a t e r t h a t h a v e b e e n d i r e c t l y d e r i v e d f r o m t h e f e r t i l i z e r f r o m t h o s e

d e r i v e d f r o m o t h e r s o u r c e s , e s p e c i a l l y f r o m t h e m i n e r a l i s a t i o n o f s o i l o r g a n i c m a t -

t e r . T h i s l a t t e r s o u r c e i s o f t e n l a r g e r t h a n t h e f o r m e r .

T h e r e i s s t i l l i n a d e q u a t e e v i d e n c e o n t h e f a t e o f s u r p l u s i n o r g a n i c n i t r o g e n c o m p o u n d s

t h a t a c c u m u l a t e i n t h e s o i l w h e n t h e a m o u n t o f n i t r o g e n a d d e d a s f e r t i l i z e r i s n - l u c h

l a r g e r t h a n t h e a m o u n t t a k e n u p b y t h e c r o p . T h i s i s b e c a u s e o f t h e c o m p l e t e l a c k

o f k n o w l e d g e o f t h e p r o p o r t i o n o f t h i s s u r p l u s t h a t i s l o s t t o t h e a t m o s p h e r e b y d e n i -

t r i f i c a t i o n i n d i f f e r e n t s o i l s t h a t a p p e a r t o b e w e l l - d r a i n e d . H o w e v e r i f a n i t r o g e n

f e r t i l i z e r i s a d d e d t o a s o i l i n s p r i n g b e f o r e t h e c r o p h a s m a d e a p p r e c i a b l e g r o w t h ,

a n d s u f f i c i e n t r a i n f a l l s t o c a u s e a n a p p r e c i a b l e a m o u n t . o f d r a i n a . g e t o t a k e p l a c e ,

a s i g n i f i c a n t p r o p o r t i o n o f t h e n i t r o g e n m a y b e w a s h e d o u t i n t o t h e d r a i n s o r g r o u n d -

w a t e r . T h i s i s a l s o l i k e l y t o h a p p e n i f m u c h n i t r o g e n f e r t i l i z e r i s a d d e d i n l a t e

a u t u m n o r 1 . v i n t e r t o c r o p s w h i c h a r e u n a b l e t o t a k e u p m u c h n i t r o g e n a t t h a t t i m e .

V e r y h e a v y u s e o f n i t r o g e n f e r t i l i z e r s o n c e r t a i n s a l a d a n d l e a f v e g e t a b l e c r o p s m a y

- a i s e t h e i r n i t r a t e c o n t e n t t o u n d e s i r a b l e l e v e l s .



W a t e r r u n n i n g o f f t h e l a n d m a y c a r r y a w a y f i n e p a r t i c l e s f r o m t h e s o i l s u r f a c e

w h i c h h a v e a b s o r b e d n u t r i e n t s o f t h e a d d e d f e r t i l i z e r a n d t h u s e n r i c h t h e n u t r i e n t

c . o n t e n t o f s u r f a c e w a t e r s .

T h e u s e o f f e r t i l i z e r s t h e r e f o r e s h o u l d b e c o m b i n e d

w i t h p r o p e r s o i l c o n s e r v a t i o n p r a c t i c e s .

T h e i m p o r t a n c e o f f e r t i l i z e r u s e f o r a g r i c u l t u r a l p r o d u c t i o n w a r r a n t . s u p p o r t

b e i n g g i v e n t o a c o n t i n u e d m o n i t o r i n g o f i t s e f f e c t s o n t h e e n v i r o n m e n t , s o s h o u l d

a n y u n f o r e s e e n u n d e s i r a b l e c o n s e q u e n c e s a r i s e , s u i t a b l e a c t i o n c a n b e t a k e n t o

m i n i m i z e t h e m .



R E C O M M E N D A T I O N S

A s a r e s u l t o f i t s d e l i b e r a t i o n s t h e

e x p e r t g r o k t p r e c o m m e n d e d t h a t ;

1

F . A . O . c o n t i n n e a n d e x p a n d

i t s v . o r k o f p r o m o t i n g t h e e f f i c i e n t { a n d c o r r e c t )

U s e o f f e r t i l i z e r s , t o h e l p c o m b a t m a l n u t r i t i o n b y t h e i n c r e a s e d p r o d u c t i o n o f h i g h

q u a l i t y a n d n u t r i t i o u s f o o d s t u f f s , a n d s o t o h e l p r a i s e s t a n d a r d s o f l i v i n g t h r o u g h o u t

t h e w o r l d .

F . A . O . d r a w

t h e a t t e n t i o n o f l a n d u s e p l a n n i n g o f f i c e r s t o t h e p o s s i b i l i t y o f

u s i n g t h e i n c r e a s e d p r o d u c t i o n o f f o o d s t u f f s m a d e p o s s i b l e b y t h e e f f i c i e n t u s e o f

f e r t i l i z e r s o n h i g h q u a l i t y l a : :

t o w i t h d r a w m a r g i n a l l a m d a n d l a n d v e . r y l i a b l e t o

e r o s i o n f r o m c u l t i v a t i o n . F i n e s u r f a c e s o i l p a r t i c l e s w a s h e d i n t o r i v e r s a n d l a k e s

b y e r o s i o n a r e a s e r i o u s c a u s e o f p o l l u t i o n d u e t o t h e p l a n t n u t r i e n t s t h e y h o l d .

E x p e r i m e n t a l a n d e x t e n s i o n w o r k e r s c o n t i n u e t o d e v e l o p a s a m a t t e r o f u r g e n c y

i m p r o v e d m e t h o d s f o r m a x i m i s i n g t h e u p t a k e o f n u t r i e n t s a d d e d i n f e r t i l i z e r s b y

p r o v e d f a r m p r a c t i c e s , a s f o r e x a m p l e , t h e u s e o f h i g h - y i e l d i n g v a r i e t i e s o f c r o p s

t h a t a r c a l s o p e s t a n d d i s e a s e r e s i s t a n t , a n d b y t h e s e l e c t i o n o f t h e m o s t s u i t a b l e

f o t m o f t h e f e r t i l i z e r , a n d t h e m o s t s u i t a b l e m e t h o d s o f a p p l i c a t i o n . I n t h e

c a s e o f

n i t r o g e n f e r t i l i z e r s , m o r e r e s e a r c h i s d e s i r a b l e o n t h e d e v e l o p m e n t o f s l o w - a c t i n g

n i t r o g e n f e r t i l i z e r s s o f o r m u l a t e d t h a t t h e r a t e o f r e l e a s e o f t h e i r n i : t r o g e n a s n i t r a t e

d u r i n g t h e g r o w i n g s e a s o n c o r r e s p o n d s a s c l o s e l y a s p o s i b l e w i t h t h e r a t e o f u p t a . k e

b y t h e c r o p r e q u i r e d f o r o p t i m u m p r o d u c t i o n .

M o r e a t t e n t i o n b e g i v e n t o t h e c o n s e q u e n c e s f o r t h e e n v i r o n m e n t o f c h a n g i n g t h e

s y s t e m o f a g r i c u l t u r e , d u e t o t h e i n c r e a s e d u s e o f f e r t i l i z e r s . T w o p r o b l e m s i n

p a r t i c u l a r n e e d a t t e n t i o n : t h r e f f e c t , o f s u c h a r h a n g e o n t h e l e v e l o f s o i l o r g a n i c

m a t t e r , a n d o n t h e d i s p o s a l o f a n i m a l w a s t e s w h e n a m o r e i n t e n s i v e s y s t e m o f l i v e -

s t o c k h u s b a n d r y i s i n t r o d u c e d . I t i s p a r t i c u l a r l y i m p o r t a n t t o d e v e l o p s y s t e m s w h i c h

a l l o w t h e r e c y c l i n g o n f a r m s o f t h e n u t r i e n t s p r e s e n t i n t h e a n i m a l % m a s t e s , a n d i f

p o s s i b l e i n m u n i c i p a l w a s t e s a l s o , i n s u c h a v . a y t h a t t h e r e i s a m i n i m u m r i s k o f

t h e o r g a n i c w a s t e s t h e m s e l v e s e n t e r i n g t h e d r a i n a g e s y s t e m .

C o o p e r : I l k : e r e s e a r c h p r o j e c t s b e d e v e l o p e d b e t v i e e n a g r i c u l t u r a l a n d n u t r i t i o n a l

g r i e n t i S t s

o n t h e e f f e c t s o f t h e l e v e l o f f e r t i l i z e r s u s e d , a n d o n t h e : . m e t h o d s a n d

t i m e s o f t h e i r a p p l i c a t i o n , o n t h e n u t r i t i o n a l a n d m a r k e t q u a l i t y o f f o o d s t u f f s ; a n d

i n p a r t i c u l a r t h e r e s h o u l d b e c o o p e r a t i v e w o r k b e t w e e n t h e s e g r o u p s a n d p u b l i c h e a l t h

a n d m e d i c a l a u t h o r i t i e s t o e s t a b l i s h a c c e p t a b l e l i m i t s f o r , f o r e x a m p l e , t h e n i t r a t e

c o n t e n t o f d i f f e r e n t f o o d s t u f f s .

F e r t i l i z e r u s e r e c o m m e n d a t i o n s s h o u l d t a k e i n t o a c c o u n t t h e u n d e s i r a b l e e f f e c t s

o f a n i r r a t i o n a l u s e o f f e r t i l i z e r s . p a r t i c u l a r l y e X C e s s i v e l y h i g h u s e o n f a r m s w h e . r e

i n t e n s i v e l i v e s t o c k h u s b a n d : y i s p r a c t i c . e d , a n d w h e r e w i d e - s p a c e d c r o p s w i t h a

p o o r -

l y d e v e l o p e d r o o t s y s t e m a r e g r o w n . T h e y s h o u l d a l s o t a k e i n t o a c c o u n t t h e p o s s i b i -

l i t y t h a t , i n s o m e a r e a s , t h e i r r a t i o n a l u s e o n l y c a u s e d e p l e t i o n i n t h e s o i l o f n u t r i -

e n t s n o t c o n t a i n e d i n O w f e r t i l i z e r s b e i n g a p p l i e d .



M o r e r e s e a r c h b e u n d e r t a k e n t o e s t a b l i s h t h e l e v e l s i n s o i l s a n d p l a n t s a t w h i c h

s o m e h e a v y m e t a l s p r e s e n t i n e l e c t r o l y t i c a n d o t h e r i n d u s t r i a l w a s t e s b e c o m e

t o x i c

t o p l a n t a n d a n i m a l l i f e , a n d t o d e v e l o p m e t h o d s f o r m i n i m i s i n g t h e h a r m f u l e f f e c t o f

a n y o f t h e s e m e t a l s s h o u l d t h e y b e g i n t o a c c u m u l a t e i n t h e s o i l d u e t o t h e u s e o f

s e w a g e s l u d g e o r f r o m a n y o t h e r c a u s e s .

M o r e a t t e n t i o n b e g i v e n t o r e s e a r c h o n e s t a b l i s h i n g t h e c o m p l e t e n i t r o g e n b a l a n c e

s h e e t f o r f i e l d s , w i t h p a r t i c u l a r r e f e r e n c e t o t h e d e v e l o p m e n t o f n e l . v t e c h n i q u e s f o r

m e a s u r i n g t h e m a g n i t u d e o f t h e v a r i o u s c o m p o n e n t s . I t i s p a r t i c u l a r l y i m p o r t a n t

t h a t m o r e w o r k b e d o n e o n m e a s u r i n g t h e l o s s e s o f n i t r o g e n b y d e n i t r i f i c a t i o n ,

l e a c . h i n g a n d . b y t h e v o l a t i l i s a t i o n o f a m m o n i a f r o m s o i l s .

M o r e a t t e n t i o n b e p a i d b y r e s e a r c h w o r k e r s t o d e t e r m i n i n g t h e s o u r c e s o f t h e

n u t r i e n t e l e m e n t s i n a l l s t u d i e s o n t h e n u t r i e n t c o n t e n t o f s u r f a c e o r g r o u n d - w a t e r s .

M o r e r e s e a r c h b e u n d e r t a k e n o n t h e f a c t o r s t h a t c o n t r o l t h e p o p u l a . t i o n d e n s i t y o f

a l g a e a n d a q u a . t i c p l a n t s i n w a t e r , t o a l l o y . , a m o r e a c c u r a t e a s s e s s m e n t o f t h e c o n -

d i t i o n s u n d e r w h i c h f a r m w a s t e s a n d p e r c o l a t e s m a y i n f l u e n c e t h e s i z e o r r a t e o f

m u l t i p l i c a t i o n o f t h i s p o p u l a t i o n .

W . H . O . b e r e q u e s t e d t o o b t a . i n t h e c o n s i d e r e d v i e w s o f p u b l i c h e a l t h a u t h o r i t i e s

o n t h e h a z a r d s t o t h e h e a l t h o f a c o m m u n i t y o f d i f f e r e n t l e v e l s

o f n i t r a t e i n t h e

d r i n k i n g w a t e r , i n v i e w o f t h e s t a t e m e n t m a d e t h a t i n t h e U n i t e d S t a t e s o f A m e r i c a

h i g h n i t r a t e s i n t h e d r i n k i n g w a t e r h a v e o n l y c a u s e d s e r i o u s

t r o u b l e i n b a b i e s a l -

r e a d y s u f f e r i n g f r o m g a s t r o - e n t e r i t i s c a u s e d b y a H . c o l i f o r m e i n f e c t i o n .

A c c u r a t e a n d a d e q u a t e a n c i l l a r y d a t a o n t h e p h y s i c a l e n v i r o n m e n t s h o u l d a l w a y s

a c c o m p a . n y a l l r e s e a r c h r e p o r t s o n t h e i n f l u e n c e o f f e r t i l i z e r o n t h e h u m a n e n v i r o n -

m e n t . T h e t y p e o f d a t a n e e d e d f o r t h e p r o p e r a p p r e c . i a t i o n o f s u c h r e p o r t s i n c l u d e a

d e s c r i p t i o n o f t h e k i n d o f s o i l a n d i t s c o n d i t i o n a t r e l e v a n t t i m e s , t h e s y s t e m o f f a r -

m i n g b e i n g p r a c t i c e d a n d t h e h y d r o l o g i c a l r e g i m e d u r i n g t h e c o u r s e o f t h e e x p e r i -

m e n t . I n p a r t i c u l a r , t h e c o r r e c t n a m e s s h o u l d b e g i v e n t o a l l t h e s o i l s i n v e s t i g a t e d

i n r e g i o n s w h e r e a s o i l s u r v e y h a s b e e n m a d e .

M e m b e r g o v e r n m e n t s s h o u l d e n s u r e t h a t t h e i r a g r i c u l t u r a l e x t e n s i o n s e r v i c e s b e

k e p t u p - t o - d a t e o n a l l r e s e a r c h f i n d i n g s r e l e v a n t t o t h e o p t i m u m u s e o f f e r t i l i z e r s ,

b o t h s o t h a t t h e i r f a r m e r s c a n o b t a i n t h e m a x i m u m b e n e f i t f r o m t h e i r e f f i c i e n t u s e ,

a n d a l e o t h a t a n y p o s s i b l e u n d e s i r a b l e e f f e c t s f r o m t h e i r m i s u s e c a n b e m i n i m i s e d .

F A O c o n t i n u e t o p l a y a n a c t i v e r o l e i n a s s e m b l i n g i n f o r m a t i o n o n t h i s t o p i c a n d

I n p o i n t i n g t h e w a y t o i t n p r o v i n g t h e q u a l i t y o f t h e e n V i r o n m e n t i n a n i n c r e a s i n g l y

d e n s e l y p o p u l a t e d w o r l d .

T h e e x p e r t g r o u p w e l c o m e d t h e i n i t i a t i v e o f S I D A i n m a k i n g

t h i s m e e t i n g p o s s i b l e a n d e x p r e s s e s t h e h o p e t h a t f u r t h e r s u p p o r t w o u l d b e e x t e n d e d

t o t h i s f i e l d o f w o r k , .



E F F E C T S O F : E N T E N s I V E 1 1 7 R T I L I Z E R U S E O N T I E H U M A N E N V I R O N M E N T

A S u m m a r y R v i e w

R . A . O l s o n

P r o f e s s o r o f A g r o n o m y


A g r i c u l t u r e m u s t c o m e f i r s t i n t h e p a t h t o n a t i o n a l p r o s p e r i t y i n t h e d e v e l o p i n g

c o u n t r i e s o f t h e w o r l d .

E s t a b l i s h m e n t

o r a

h e a v y i n d n s t r y b a s e f i r s t w i l l n o t m e e t

t h e n u t r i t i o n a l n e e d s o f t h e p e o p l e m a n n i n g t h e m a c h i n e s .

I t i s f u r t h e r n e c e s s a r y t h a t

t h e e n t i r e a g r i c u l t u r a l e n t e r p r i s e b e p r o f i t m o t i v a t e d f o r p r o v i d i n g i n c e n t i v o t o

t h e

n a t i v e f a r m e r s c o n c e r n e d .


o r

f e r t i l i z e r h a n g r e a t e r i m m e d i a t e i m p a c t t h a n

a n y o t h e r i n p u t f o r e f f e c t i n g

t h e l a t t e r

o b j e c t i v e i n

m o s t p r i m i t i v e

f a r m i n g s i t u a t i o n s .

O n t h e

o t h e r

h a n d , t h e r e i s s o m e e v i d e n c e t h a t e x c e s s i v e f e r t i l i z e r u s e m a y c a u s e

d e t e r i o r a t i o n i n w a t e r q u a l i t y

w i t h p o t e n t i a l

h a z a r d s t o h u m a n h e a l t h a m i t h e a e s t h e t i c

e n v i r o n m e n t .

T h u s , t h e f u n d a m e n t a l r e s p o n s i b i l i t y o f t h i s P a n e l i s t o a d v i s e F A O i n h o w

f a r t h i n i n t e r n a t i o n a l o r g a n i z a t i o n s h o o l d s u p p o r t

t h e

e x t e n s i o n o f i n t e n s i v e f e r t i l i z e r

U s e i n t o t h e d e v e l o p i n g w o r l d .

F E R T I L I Z E R B E N E F I T S T O T H E H U M A N E N V I R O N M E N T

A l o g i c a l f i r u t q u e s t i o n

t o

b e a n s w e r e d i n t h i s s u m m a r y c n n c e r n s w h a t i s g o o d a b o u t

f e r t i l i z e r s , i f a n y t h i n g , i n r e l a t i o n t o t h e h u m a n e n v i r o n m e n t , p r i o r t o a L o o k a t t h e

c o n v e r s e .

S o m e t h i n g o t h e r t h a n a p r o f i t m o t i v e a l o n e m u s t h a v e b e e n r e s p o n s i b l e - f o r t h e

m u s h r o o m i n g p r o d u c t i o n o f f e r t i l i z e r p r o d u c t s t h a t h a s t a k e n p l a c e s i n c e W o r l d W a r I I .

T h e c u r r e n t w o r l d w i d e c o n s u m p t i o n r a t e o f f e r t i l i z e r n u t r i e n t s o f 5 0 m i l l i o n m e t r i c

t o n s ( 2 5 )

i n c o n t r a s t w i t h 1 / 5 t h a t a m o u n t 2 5 y e p . r s e a r l i e r r e p r e s e n t s a n a p p r o x i M a t e

a n n u a l g r o w t h r a t e o f 1 5 p e r c e n t a n d s t r o n g l y i m p l i e s t h a t s o m e w o r t h w h i l e

r e s u l t s

a c c r u e d f r o m t h e d e v e l o p m e n t .

S o m e o f t h e s e f o l l o w .

H o p e f o r a P o o d H u n g r y W o r l d

D r . N o r m a n R o r l a u g i n a c c e p t i n g h i s N o b e l P e a c e P r i z e i r .

1 9 7 0 m a d e a s t r o n g p o i n t

o f t h e f a c t t h a t t h e w o r k o f m a n y d e d i c a t e d w o r k e r s a n d t h e i n t e g r a t i o n o f s e v e r a l

a g r i c u l t u r a l p r o d u c t i o n p r a c t i c e s w e r e r e s p o n s i b l e f o r t h e r e c o g n i t i o n a c c o r d e d h i m .

T h e

i m p r o v e d w h e a t v a r i e t i e o d e v e l o p e d u n d e r h i s d i r e c t i o n d e p e n d e d

v e r y

h e a v i l y o n i m p r o v e d

w a t e r m a n a g e m e n t p r a c t i c e s , t h e u s e o f a d e q u a t e f e r t i l i z e r , a n d m e a s u r e s f o r

w e e d ,

d i s e a s e a n d p e s t c o n t r o l .

I n c o n s e q u e n c e o f t h e b r e a k t h r o u g h s

a c h i e v e d b y C = 7 7 1 ' , I E R I , I R I , C I A M , F A O , A I D

a n d o t h e r s w o r k i n g i n t h e d e v e l o p i n g c o u n t r i e s a b r i g h t r a y o f h o p e b e g a n

t o a p p e a r

i n t h e l a t e 1 9 6 0 ' s t h a t t h e w o r l d ' s c u r r e n t 3 . 5

b i l l i o n p e o p l e c o u l d i n d e e d b e a d e q u a t e l y

f e d w i t h t h e t e c h n o l o g y i n s i g h t , a t e c h n o l o g y v e r y h e a v i l y h i n g e d t o f e r t i l i z e r u s e

( 1 3 , 4 7 ) .

A f e w s p e c i f i c e x a m p l e s a r e ( a ) t h e c o m p l e t e o r n e a r s a t i s f a c t i o n o f c o u n t r y

n e e d s f o r w h e a t i n P a k i s t a n , I n d i a a n d T u r k e y f r o m a p r e v i o u s s i t u a t i o n o f s e r i o u s

s h o r t a g e c o m i n g f r o m i n t r o d u c t i o n o f M e x i c a n w h e a t s a n d s y s t e m s f o r t h e i r e f f e c t i v e p r o -

d u c t i o n ;

( b ) s a t i s f a c t i o n o f r i c e r e q u i r e m e n t s o f t h e P h i l i p p i n e s a n d v a s t l y i m p r o v e d



s u p p l i e n o f t h i n s t a p l e f o o d i n s o v e r a l e t h e r c o u n t r i e s o f a ' E A s i a b y t h e m i r a c l e r i c e

v a r i e t i e s o f E i n , a g a d n w h e n p r o p e r l y m a n a p e d w i t h a d e f . - f u a t e f e r t i l i z e r ;

( c ) m e a n n

d e v e l o p e d

f o r c o n v e r o i o n o r

t h e C a m p o S e r r a n a

o r

B r a v i l a n d a d j a c e n t S o u t h A m e r i c a n

c o u n t r i e s f r o m v e r y

l o w p r o d u c t i v i t y r a n g e l a n d t o p r o d u c t i v e c r o p l a n d b y a p p r o p r i a t e

f e r t i l i z e r

t r e a t m e n t s t h r o u g h w o r : :

o f C l i f f ,

I R . . ' a n d

o t h e r s ;

a n d ( d ) d e m o n s t r a t i o n b y

t h e F e r t i l i z e r P r o g r a m m e o f r A 0 t h r o u g h h u n d r e d * o f d e m o n s t r a t i o n s a n d t r i a l o t h a t

p r o d u o t i o n o f f o o d c r o p s i n t h e d e v e l o p i n g c o u n t r i e s c o u l d b e i n c r e a s e d

o v e r

5 0 p e r c e n t

b y s i m p l e i n t r o d u c t i o n o f t h e a p p r o p . r i a t e f e r t i l i z e r t r e a t m e n t t o t h e e x i s t i n g

a q r i -

u u l t u r a l s Y s t e m ( 4 7 ) .

T h e O r e e n

R e v o l u t i o n

i n f a r M o r e

a f i g m e n t o f s o m e o n e ' s

i m a z i n a t i o n , b u t w i l l c o n t i n u e t o e v o l v e e n l y

a a

i t i s f u e l e d w i t h a d e u a t e n u t r i e n t s .

M o o t w i l l a g r e e t h a t t h e f o o d p r o b l e m i n b a s i c a l l y o n e o f t o o m a n y p e o p l e . M a j o r

e ' f o r t e m u s t b e m a d e t o w a r d c o n t r o l l i n g t h e w o r l d p o p u l a t i o n e x p l o s i o n a s a f i n a l s o l u t i o n

t o

f r e e d ' o m C r o m h u n g e r . i n t n e m e a n t i m e , h u m , i n i t y d i c t a t e o t h a t a l l c f t h o s e r o w l i v i n g

s h o u l d . n a v e a n e q u a l r i g h t t o t h e i r 7 1 5 t ' 3 4 - c ; d o r i e s p e r d a y w i t h a s s o c i a t e d n e c e ; , J e a r y

p r o t e i n a n d m i n e r a l s . T n e c o n t i n u o d

e x 1 0 7 e 1 0 e o f

F A O i * p r e d i c a t e d u p o n t h i s

p r i n c i p l e .

S o i l s a r e I m p r o v e d : o y

N t u r e < L i d , v e r y p o o r l y b y m o s t s o i l s f o n n d i n h u i d r e g i o T : s o r t h e w o r l d ,

e s p e c i a l l y

t h i c o L e i n s u b l ; r o p i c a l a r d t r e p i c a l a r e ; 2 . s w h e r e

a m a j o r i t y o f t h ,

p e o p l e l i v e .

I n h e r e n t

n u t r i , e n t

s u p p l i e s c o m m o n l y w i l l a l l o w o n l y 2 - 3

y e a r s e c o n o m i c

O V O p p n , - ;

r 0 1 1 0 W e d b y

2 0 - 3 0 y e a r u b u s h f a l l o ' .

T h e p r i s t i n e e n v i r o n m e n t l e a v e s v ' i r . r . m c h t o

D C

d e s i r e d i n

t h i s

O a S O ,

a n d c a n b e n o t r I b l y A p r o v v d ' u y t h e i n t r o d u c t i o n o f f e r t i l i 4 e r s ( 3 2 : ) .

I t i s q u i t e f a n c i f u l t o

i ; 1 1 g e m - - ,

t h a t p r o d u c t i o n o f

i e ' u r n e u a n d s p r e a d i n g o f a n i m a l

m a n u r e s

s h o u l d

b , c p r a c t i c e d f o r

a c h i e v i n g t h e s o i : i m p r o w _ a e n t

o b j e c t i v e o n t f w e e p o o r

o n s . T h e

; . t i a n t i t i e s o f m a n u r e r e q u i r e d w o u l d n o t ' c e a v a i l a b l e ,

o r w o u l a i t b e p o s s i b l e

t o g e t u s e f u l l e g u m e s t o 7 . r O w w i t o l . : 1 : e x t e n s i v e s o i l

a m e n d m e n t s .

. , . . , V Q 1 1

i f i t w e r e p o s s i b l e

t O s u p p l y t h e a m o u n t o f N n e e d e d b y t h i s p r o c e d u r e , i t o p o l l u t i o n p o t e n t i a l w o u l d

b e . ' , u s t

a n g r e a - ,

n t T i a t a r r o r f i c : i p r e s e n t l y f r o m c h e m i c a l s o u r c ? i . ; : .

C s n t r a r y t o S O M Q c O h l . n t : 0 1 W . t n a t f e r t i l a t i r s a r o d e o t r o y i n g g o o d s o i l s , o u e s t a n t i a l

v i d e f % c e e x i s t s L c

: - , m t r a r y .

a n d o r g a n f c N c o n t e n t s o r c e r t a l n N e w Z e a l a n d

r .

n ;

A , 0 , t r . ,

. : ; 0 1

1 ;

. 2 % 1 : I l ì n r r o ' e : t L y

1 , : ; ' , 4 1 i t t r :

7 . . . . I r r : s

. 4

o n

7

. t L r . f

r t . 1

1

1

. 7 L I

1 r : .

1 4 . 1

r ,

c R C : t h a ' r I t e d

h a v e n o w r e c e i v e J c h e m i c a l f e r t i l i z e r s o b o e 1 6 4 ) a r e m o r e p r o d u c t i v e t o d a y

t h a n

a t a n y -

t i m e i n t h e

r c r w k i W : a v t . .

T h e s a n e c a n ; : : e

a i d , f o r t h e s o i l o f t h e A s k o v s t a t i o n i n

D e n m a , 7 ' k w h e r e c h e m i c a l f e r t i l i z e r s p r o v e d . m o r e e f f e c t i v e t h a n t h e s a m e T I F Y u l l ,

o r

n u t r i e n t s f r o m a r g u c i a s o u r c o : o v e r m o r e t h a n a h a i r c e n t u r y p e r i o d

( D ) .

T h e a m r e g a t i n g

a c t i o n f r o m e n h a n c e d r u o t p r o l i f e r a t i o n

: r e a t e r a m o u n t o f d e c a y i n g r e e i d u e s f r o m w e l l

r c r t i l i z e n

c r o p s h a v e a c t u a l l y W o o d m a k e s o i 1 R m o r e f r i a b l e , t i l l a b l e

a n d r e c e p t i v e

t o w a t e r .

W i t h t h e m o d e r n a d v e n t o r

e x t e n s i v e f e r t i l i z e r u s e , a n

e n t i r e l y n e w e q u i l i b r i u m

r e l . F . t i u n P h i p o f s o i l n u t r i e n t o h a s c o m e i n t o b e i n P ; ( 1 6 ) , o n e i n w h i c h

t h e d e c l i n i n g

r e r t i l i

p r o c e s o f r o m c r o p p i n g o f t h e p a s t h a n b e e n r e v e r s e d .

G r a n . ' , e d t h a t r e p o r t o

e x i s t w h e r e N a N O

u s e d a s

t h e s o u r c e o f N

o v e r e x t e n d e d p e r i o d o

h a s c a u s e d . s o i l . s t r . ; . c t u r e : i c t e r i o r a t i o n , t l q s w o u l d b e

p r e d i c t e d t o d a y o n t h e b a r r i o o r t h e

k n o w n d e f l o c c u 1 a t i n g a c t i o n o f t h e N a i o n .

F o r t u n a t o l y , N a N O , h a n h e e n a n i n s i g n i f i c a n t

c o m p o n e n t o f t h e f e r t i l i z e r N m a . r k e t d u r i n g t h e p a s t t w o d e c a e n

o f r a p i d i n c r e a s e i n

f e r t i l i e r N C o n s u m p t i o n .

O t h e r c a s e 2 , o f p o o r s o i i m a n a g e m e n t e x i s t

f o r w n i c h f e r t i l i z e r s

h a v e s o m e t i m e s b e e n u n j u s t l y



F a r m i n g E f f i c i e n c y i n I m p r o v e d b y F e r t i l i z e r s

T h e e x t e n o i v e i n t e n s i v e t y p o o f f a r m i n g c o p r a c t i s e d i n t h e h i g h l y d e v e l o p e d

c o u n t r i e s

o f t h o w o r l d , p r o v i d i n g m a s s i v e q u a n t i t i t e s o f f o o d m a t e r i a l s a t m i n i m u m

c o s t , w o u l d b e

q u i t e

i m p o u o i b l e

t o d a y w i t h o u t f o r t i l i z e r a .

W i t h o u t t h e b e n e f i t o f f e r t i l i z e r e f a r m e r s

w o u l d h a v e

t o c o v e r a u b u t a n t i a l l y m o r e a r e a t o a c h i e v e t h e s a n o t o t a l p r o d u c t i o n a n d

w o u l d n e c e s u a r i l y b r e a k o u t l a n d u w h i c h e h o u l d n e v e r

b e

c u l t i v a t e d .

F o o d s t u f f u w o u l d

i m m e d i a t e l y b e c o m e m o r o e x p e n a i v o .

D e p e n d i n g o n o o i l c o n d i t i o n u w h e r e

g r o w n a n d

t y p e o f

c r o p , t h e y i e l d l o s e w o u l d b o m o d e s t t o v e r y u e v e r e i n t h e f i r u t y e a r f e r t i l i z e r

w a s

e x c l u d e d , m a g n i t u d e o f l o s e r e f l e c t i n g h o w m u c h r e s i d u a l f e r t i l i t y h a d b e e n o t o r e d .

T a b l e

1 u u m m a r i z e u f i r u t y e a r b o n o s t h a t c o u l d b e e x p e c t e d o n a f e w i m p o r t a n t

c r o p e

o f t h e U . S .

A d d i t i o n a l p e r e e n t a g e l o o u e s w o u l d o c c u r w i t h e a c h e u c c e e d i n g y e a r u n t i l

s o m e

m u c h l o w e r e q u i l i b r i u m l e v e l o f p r o d u c t i o n w a u r e a c h e d .

P a b l o 1 .

E f f e c t o f e l i m i n a t i n g N a n d P f e r t i l i z e r ° o n y i e l d l o o p f o r

a g r i c u l t u r a l e u b r e g i o n n o f

t h e U . S . ( 2 3 ) .

C r o p g e a l i t v I m p r o v e d b y F e r t i l i z e r

T h e m i n e r a l , p r o t e i n a n d v i t a m i n c o n t e n t o o f c r o p s m a y b e i m p r o v e d a s j u d i c i o u s

f e r t i l i z a t i o n c o r r e c t a a p r e v i e u e l y e x i s t i n g i n a d n q u A t e l e v e l o f n u t r i e n t a v a i l a b i l i t y

( 4 8 ) .

B a k i n g q u a l i t y

o r

w h e a t f l o u r a n d t h e c o l o r , c r i s p n e u s a n d t e x t u r a l c h a r a c t e r

o f v a r i o u s v e g e t a b l e c r o p s a r o o r t e n b e n e f i c i a l l y i n f l u e n c e d b y a p p r o p r i a t e f e r t i l i z a t i o n .

T h e r e i n n o a n s u r a n c e , h o w e v e r , t h a t

o p t i m u m

g r o w t h o f a g i v e n p l a n t a s s u r e n a d e q u a c y o f

a l l m i n e r a l e l e m e n t n i n i t f o r t h e n u t r i t i o n o f a n i m a l s o r m a n .

D i f f e r e n t u p o c i e o o f

p l a n t o v a r y g r e a t l y i n t h e i r m i n e r a l c o n c e n t r a t i o n a n o d o v a r i e t i e s w i t h i n a o p e c i e s .

M o r e o v e r , m a m m a l l a n r e q e i r e m e n t n F o r e p e c i f i c n u t r i e n t s v a r y w i t h s t a c e o f m a t u r i t y a n d

w i t h g e n t a t i e n p e r i e d n a m o n e .

C r o p

A g r i c u l t u r n l

s u b r e g i o n

N

F e r t i l i z e r

u u e d

p

T

F i r u t y e a r l o s e

( 1 9 6 4 )

f r o m e x c l u d i n g

f e r t i l i z e r

k g / h a

M a i z e S . E . I o w a

7 7

2 0

2 0

E . C . I l l i n o i s

7 3

1 9

3 7

V e g e t a b l e n D e l a w a r e

3 5

3 1

4 3

W h e a t

W . & C . K a n n a e

3 4

9

1 1

i c e

C . V a l l e y C a l i f .

1 0 2

1 6

4 9

P o t a t o e u

S . I d a h o

1 4 1 4 5

3 6

C e l e r y C . F l o r i d a

1 1 3

9 8

6 9



N i t r o g e n f e r t i l i z a t i o n o f n o n l e g u m e c r o p s w i l l u s u a l l y i n c r e a s e p r o t e i n l e v e l s

w i t h

r a t a s a t a n d a b o v e t h a t r e q u i r e d f o r m a x i m u m y i e l d .

T h e i n c r e a s e s . s o e f f e c t e d , h o w e v e r ,

w i l l n e v e r c o n v e r t a l o w p r o t e i n g r a i n s u c h a s g r a i n s o r g h u m t o t h e l e v e l

a t t a i n a b l e i n

a n i n h e r e n t l y h i g h e r

p r o t e i n c r o p l i k e w h e a t .

T h e d a t a o f F i g .

1

i n a d r y f a r m i n g

s i t u a t i o n ( 4 2 ) a r e r e p r e s e n t a t i v o .

N e i t h e r i o t h e r e a n y p r o b a b i l i t y t h a t t h e p r o t e i n

q u a l i t y o f t h e f e r t i l i z e d c r o p w i l l b e i m p r o v e d , i . e . , t h e r a t i o

o f e s s e n t i a l a m i n o a c i d s

( r e q u i r e d b y m o n o g a s t r i c a n i m a l s

i n c l u d i n g

M a n ) t o t h e t o t a l p r e s e n t ( 4 8 ) .

A n e x c e p t i o n ,

o f c o u r s e , i s t h e c a s e o f t h e r u m i n a n t a n i m a l s w h i c h

a r e c a p a b l e o f s y n t h e e i z i n g t h e i r

o w n r e q u i r e d a m i n o a c i d s , a n d i n t h i s c a s e , w i t h i m p r o v e d p l a n t p r o t e i n p r o d u c t i o n f r o m

f e r t i l i z a t i o n a g r e a t e r p r o d u c t i o n o f b o t h m i l k a n d m e a t p r o d u c t s a n d

m o r e e s s e n t i a l a m i n o

a c i d s r e s u l t .

A o p o i n t e d o u t b y A l l a w a y ( 1 ) t h e d i e t o o f h i g h c i v a l i t y p r o t e i n i n p e o p l e

o f N e w Z e a l a n d i s i n d i r e c t l y d u e t o e f f e c t i v e p a s t u r e a n d f o r a g e c r o p f e r t i l i z a t i o n

a s

p r a c t i s e d i n t h a t c o u n t r y .

T h e r e a r e m a n y c a s e s o f r e c o r d w h e r e f e r t i l i z a t i o n o f c r o p s w i t h P , M g , S , C o , C u ,

M o ,

S e

h a s r e d u c e d o r e l i m i n a t e d d e f i c i e n c i e s i n

d i e t s

o f a n i m a l s c o n s u m i n g t h e c r o p s ( 1 ) .

L e r g e a r e a e o f t h e w e s t e r n U . S . , A u s t r a l i a a n d N e w Z e a l a n d h a v e b e e n o p e n e d t o e f f e c t i v e

l i v e s t o c k p r o d u c t i o n b y d i s c o v e r y o f t h e r e q u i r e d n u t r i t i o n a l r o l e s s e r v e d b y c e r t a i n

o f t h e n ( ) e l e m e n t s a d d e d a s f e r t i l i z e r . .

3

o

2

o

N o t P r o f i t

/

x

N .

Y i e l d I n c .

1 0

V

2 0

'

0

2 3

4 5

6 8 < K g N / h a : .

0 2 3

4 5

6 8

9 0 1 1 3

1 0 . 3

1 1 . 1

1 1 . 6 / 2 4 < P R O T E I N P E R C E N T

7 5 '

8 0 9 . 5 1 0 2 1 0 4

1 0 . 5

F i g u r e 1

R e s p o n s e o f w i n t e r w h e a t a n d g r a i n s o r g h u m t o v a r i e d r a t e o f N f e r t i l i z e r

u n d e r d r y f a r m i n g c o n d i t i o n s i n w e s t e r n N e b r a s k a ( 1 0 e x p e r i m e n t u

o n g r a i n

s o r g h u m ,

1 9 5 9 - 6 2 ,

a n d

5 4

e x p e r i m e n t s o n w i n t e r

w h e a t , ' 1 9 5 2 - 6 7 ;

c a l c u l a t i o n s b a s e d o n w h e a t v a l u e d a t 3 2 . 2 0 a n d g r a i n s o r g h u m a t $ ) . 3 0 / c w t ,

n i t r o g e n a t 2 2 / / . )

W . W H E A T

G . S O R G H U M



E f f e c t i v e F e r t i l i z e r U s o R e t a r d e e r e : l i e n

A w e l l f e r t i l i z e d c o i l

s u p p o r t i n g a t h r i f t i l y g r o w i n g c r o p

i 8

m u c h l e s s e r o s i o n p r o n e

i n e l o p i n g p o s i t i o n n t h a n a c o r r e n p o n d i n g s o i l . s u p p o r t i n g

a p o o r c r o p .

T h e g r e a t e r

u u r f a c e

c a n o p y f o r p r o t e c t i o n a g a i n s t w i n d a n d w a t e r a c t i o n a n d t h e g r e a t e r b i n d i n g a c t i o n o f

a

m o r e

p r o l i f i c r o o t s y u t e m a c c o m p a n y i n g t h e c r o p t h a t ' e n j o y o a d e q u a t e

n u t r i t i o n a r e i n i t i a l l y

r e e p o n n i b l e . T h e r e s i d u a l e f f e c t s o f t h e g r e a t e r o r g a n i c p r o d u c t i o n

a r o s i g n i f i c a n t , t o o ,

i n t h e i m p r o v e d s o i l a g g r e g a t i o n i m p a r t e d b y

t h e l a r g e r q u a n t i t y o f f r e e h o r g a n i c

r e t u r n .

I t j o w e l l r e c o g n i z e d

t h a t o e d i m e n t f r o m a g r i c u l t u r a l l a n d o i n a p r i m e c o u r c e o f w a t e r

p o l l u t i o n , b o t h f r o m t h e p e d i m e n t i t n e l f a n d t h e n u t r i e n t s a d s o r b e d

o n

c l a y p a r t i c l e °

o r c o n -

t a i n e d a s p a r t o f o r g a n i c m o l e c u l e n .

T h u s , W a d l e i g h ( 6 0 ) r e p o r t o a n a v e r a g e a n n u a l

p e d i m e n t b u r d e n o f t h e M i s c i s s i p p i R i v e r o f 5 0 0 m i l / i o n s h o r t t o n s c o n t a i n i n g 5 0 0 , 0 0 0

t o n s

o f N a n d 7 5 0 , 0 0 0 t o n o o f P , O , .

F e r t i l i z e r u s e e n t e r z t h e p i c t u r e i n a d i f f e r e n t c o n t e x t

h e r e b y

a l l o w i n g i n t e n e i v e 4 p i o d u c t i o n o n b e t t e r s o i l n o f f a v o u r a b l e t o p o g T a p h y t h e r e b y

m a k i n g i t p o s s i b l e t o r e l e g a t e i n a c c e e e i b l e p a r c e l s a n d h i g h l y e r o u i v e s o i l

a r e a n t o

p e r m a n e n t

c o v e r .

T h i u n o t o n l y

p r o m o t e n e f f i c i e n c y

i n t h e f a r m i n g

o p e r a t i o n b u t c a n

a d d i t i o n a l l y r e n u l t i n p o l l u t i o n a b a t e m e n t b y k e e p i n g e r o s i o n a l

e e d i m e n t e o u t o f t h e

e t r e a m u .

E f f e c t i v e . ' c i e i l i e a t i e n C o n s e r v e e W a t e r

A g r i c u l t u r e i n b e i n g i n c r e a n i n g l y p i n c h e d i n t h e d e v e l o p e d c o u n t r i e s o f t h e w o r l d

f o r t h e s h a r e o f w a t e r t h a t c a n b e d e v o t e d t o i t . T h e p r o b l e m l a p a r t i c u l a r l y

a c u t e

i n t h e d r i e r f a r m i n g r e g i o n s w h e r e c r o p p r o d u c t i o n i n h e a v i l y d e p e n d e n t o n i r r i g a t i o n

p r a c t i c e . A

s i m i l a r

p r o b l e m i s c e r t a i n t o b e n o m e e v i d e n t w i t h i n c r e a e i n g a f f l u e n c e ,

a n d

a c c o m p a n y i n g h e a v y u c e o f w a t e r , i n t h e d e v e l o p i n g n a t i o n s .

E a r l i e r p a p e r n o f t h i s P a n e l h a v e d e l v e d i n t o t h e i n t e r a C t i o n H b e t w e e n f e r t i l i z e r

N a n d w a t e r m a n a g e m e n t .

T h e l i t e r a t u r e c i t e d t h e r e m a k e s i t q u i t e c l e a r t h a t f e r t i l i z e r

w i / 1 n o t s u b s t i t u t o f o r w a t e r .

T h e w a t e r c o o l e d e n g i n e o f a c r o p p l a n t i s n o t v e r y

e f f i -

c i e n t i n i t u t r a n s p i r e t i o n a l p r o c e o n s u p p o r t i n g p h o t o - n y n t h e s i s i n a n y c a s e , ' o u t i u

v a u t l y i m p r o v e d w h e n t r a n n f o r m e d f r o m a s t a t e o f

t a a r v a t i o n

t o t h r i f t y g r o w t h b y

j u d i c i o u n f e r t i l i n a t i o n .

W h e r e w a t e r i s i n s h o r t s u p p l y a n d c a n b e c o n t r o l l e d , t h e n , i t

i n e n s e n t i a l t h a t e o m e t h i n g a p p r o a c h i n g t h e e c o n o m i c m a x i m u m o f p l a n t m n t e r i a l b e

p r o d u c e d t o a s s u r e a h i g h w a t e r u n e e f f i c i e n c y .

T h i s o b j e c t i v e w i l l

b e a c h i e v e d

o n l y w i t h

a w e l l n o u r i s h e d p l a n t .

F e r t i l i z e r s P r o m o t e A i r P u r i f i c a t i o n

P h y s i o l o g i e t n n t r e n s t h e r o l e o f l i v i n g p l a n t s i n a i r p u r i f i c a t i o n , a b s o r b i n g

C O ,

f r o m t h e a t m o s p h e r e f o r u s e i n t h e p h o t o s y n t h e e i s o f c a r b o h y d r a t e s , a n d

r e l e a s i n g

0 0

S m i t h

( 5 0 )

h a s e s t i m a t e d t h n t s o m e

' 8 . 5

s h o r t t o n n o f C O , i s r e m o v e d f r o m t h e a t m o e p h e r e '

o v e r a

m a i z e f i e l d p r o d u c i n g 6 3 0 0 k g g r a i n / h a a s a p p r o x i m a t e l y 1 5 t o n n

0 2 i s r e l e a s e d .

T h i n h e c t a r e o f m a i z e w o u l d p r o d u c e e n o n g h o x y g e n i n

A

y e a r f o r a b o u t 3 0 P e - 0 P / e .

S t i m u l a t e d

v e g e t a t i v e

p r o d u c t i o n w i t h t h e a i d o f

f e r t i l i z e r s c l e a r l y m e a n s m o r e

f r e s h a i r

f o r m a n k i n d , a r e a l b o n u s a s w e t a k e i n v e n t o r y o f t h n i n e r e a e i n g a m o o n t s o f C O ?

t h a t

m a n ' s e v e r e x p a n d i n g a c t i v i t i e s a m r e l e a n i n g t o t h e a t m o s p h e r e .

O t h e r v o l a t i / e n o f a i r c o n t a m i n a t i o n s u c h a s S O , a n d N H ? a r t d h t n a l y a h n o r h e A f r o m

t h e . ' i r i n p r o p o r t i o n t o t h e

t n t l

e r n w t h o f c r o p .

t h c c r o p p l a n t g r o w i n g t h r i f t i l y

w i t h a d e q u a t e a v a i l a b l e

n ,

P a n d X w i l l a l w a y s p r o v e

A

b e t t e r ' a t m o s p h e r e s c r u b b e r '

t h a n a s p i n d l i n g , e t a r v i n g p i n n t .

C r o p p i n g i s

p e r h n p s t h e o n l y p r o d n e t i o n t r o c e e n

k n o w n t o a c t u a l l y i m p r o v e t h e s u r r o u n d i n g

e n v i r o n m e n t : 1 . n

t h e e n d p r o d u c t d e v e l o p e .



D A M A G E S C A U S E ) ) B Y F E V T I L I ' Z E N S T O T H E H U M A N E N V I R O N M E N T

H o w s e r i o u s i s t h e i m p a c t t h a t f e r t i l i z e r t e c h n o l o g y m a y b e h a v i n g o n t h e e n v i r o n m e n t ?

S o m e c l a i m s o f d i r e c o n s e q u e n c e s h a v e b c e n l e v e l l e d a g a i n s t f e r t i l i z e r s , a n d m o s t p a r t i c u -

l a r l y a g a i n s t t h e n i t r o g e n s e c t o r ( 7 ) . -

T h e m o s t c o m m o n l y c i t e d ' h a z a r d s a r e t h e e u t r o p h i -

c a t i o n o f s u r f a c e w a t e r s , t h e t o x i c i t y p o t e n t i a l s o f h i g h N O - i . - l e v e l s i n g r o u n d a n d s u r f a c e

w a t e r s , c r o p d a m a g e , a n d r u i n a t i o n o f s o i l s b y d e s t r u c t i o n o f t h e n a t u r a l N c y c l e .

D a m a g e t o C r o p s

F e r t i l i z e r u s e a t e x c e s s i v e r a t e s h a s b e e n k n o w n t o h a v e d e l e t e r i o u s e f f e c t s o n c r o p

e r o w t L .

E x a m p l e s a r e t h e l o d g i n g o f s m a l l g r a i n s a n d t h e l o w s u g a r c o n t e n t o f s u g a r b e e t s

f r o m e x c e s s i v e N , n u t r i t i o n a l d i u o r d e r s i n v o l v i n g s u c h t r a c e e l e m e n t s a s Z r . a n d F e i n c u r r e d

b y e x c e s s i v e P f e r t i l i z e r a n d l i m e , d a m a g i n g s a l t e f f e c t s o n s e e d g e r m i n a t i o n a n d s e e d l i n g

i n j u r y f r o m t o o m u c h s o l u b l e f e r t i l i z e r s a l t a d j a c e n t t o t h e s e e d r o w , a c i d i f y i n g a c t i o n o f

e x c e s o i v e f e r t i l i z e r N o n s o i l a n d i n d u c e d A l a n d M h t o x i c i t i e s w h e n c o m p a n o a t i n g l i m e i s

n o t a p p l i e d , i n c r e a s e d i n c i d e n c e o f p l a n t d i s e a s e a n d p e s t a t t a c k s w i t h e x c e s s i v e N , e t c .

J a a g ( 2 ' ) )

i n h i G r e p o r t t o t h i s P a n e l n o t e s a n e w c o n c e p t i n p l a n t n u t r i t i o n e v o l v e d b y

V o i s i n a n d M o t i l e t o c o m p l e m e n t L i e b i g A o " L a w o f t h e M i n i m u m " w h i c h w o u l d b e c a l l e d t h e " L a w

o f N a x i m o m " .

i t s p u r p o s e i n t o e s t a b l i s h f e r t i l i z e r r a t e c e i l i n g s a b o v e w h i c h l o s s e s i n

q u a n t i t y a s w e l l a s q u a l i t y o f c r o p s c o u l d b e e x p e c t e d .

S o i . V i e r o - a n d M a c r o - o r o a n i s m o

L a t o / y s o m e a r g u m e n t i n f a v o u r o f o r g a n i c m a n u r i n g h a s c e n t e r e d a r o u n d t h e f a t e o f t h o

e a r t h w o r m w i t h i n t e n s i v e f e r t i l i z a t i o n .

I L i s p o s s i b l e t o d e m o n s t r a t e t h e l e t h a l e f f e c t s

o f f e r t i l i z e r c a l t u a n d a n h y d r o u s a m m o n i a w h e n a p p l i e d i n c o n t a c t w i t h a l i v i n g w o r m .

i W t i t i r , o n l y a v e r y s m a l l p o r t i o n o f t h e s o i l h a b i t a t o c c u p i e d b y w o r m s t h a t a p p l i e d f e r t i -

l i z e r s d i r e c t l y c o n t a c t , a n d t h e p r o p o r t i o n o f t h e t o t a l p o p u l a t i o n d e t r i m e n t a l l y a f f e c t e d

i s s m a l l .

O f f a r g r e a t e r s i g n i f i c a n c e t o t h e e a r t h w o r m i s t h e g r e a t e r s u p p l y

o r

f r e s h o r g a n i c

m a t e r i a l f o r i t s s o s t e n a n c e ' a f f o r d e d t h r o u g h f e r t i l i z a t i o n .

S i z e a n d n u m h e r o o f e a r t h w o r m s

i n v a r i a b l y i n c r e a s e a s s o i l o a r e b r o u g h t f r o m

a

l o w t o h i g h l e v e l o f f e r t i l i t y t h r o u g h e f f e c t -

i v e f e r t i l i z a t i o n .

H e a v y

u s e o f N f e r t i l i z e r i s k n o w n t o b e i n i m i c a l t o t h e a c t i v i t y o f s y m b i o t i c N f i x i n g

o r g a n i s m s s u c h a s P h i z o h i u m s p .

T h e l e g u m e p l a n t w e l l e u P p l i e d w i t h s o i l a n d f e r t i l i z e r N

i s n o t a v e r y e f f i c i e n t N f i x e r .

W e c a n p e r h a p s h e s t p i n t h e b l a m e i n t h i s m a t t e r t o t h e

l a z y c h a r a c t e r o f t h e s y m b i o t i c r e l a t i o n o h i p t h a n t o t h e N f e r t i l i s e r . F a r m e r s d o n e e d t o

r e c o g n i z e t h e s i t u a t i o n a n d t o l i m i t N f e r t i l i z e r u s e p r i o r L o g r o w t h o f t h e l e g u m e i f t h e y

a r e t o o b t a i n m a x i m u m b e n e f i t f r o m t h e f r e e N s o u r n e .

C o n t e n t i o n h a s a l s o b e e n m a d e t h a t f e r t i l i z e r u s e , m o s t p a r t i c u l a r l y N , w i l l i n h i b i t

o o l l o ' e a p a c i t y t o n i t r i f y N f r o m t h e n a t i v e o r g a n i c m i t t e r s o u r c e .

N u m e r o u s s t u d i e s h a v e

d e m o n n t r a t e d t h e b e n e f i c i a l e f f e c t s t o n i t r i f i c a t i o n d e r i v e d f r o m p r o v i d i n g d e f i c i e n t n u t r i e n t s

a s P , C a a n d N t o t h e s o i l .

T h e m a n y k i n d s o f o r g a n i s m s s u p p o r t i n g o r c o m p e t i n g w i t h t h e

n i t r i f i c a t i o n p r o c e s o r e q u i r e a N s u p p l y j u s t a o d o h i g h e r p l a n t s .

I n t h e a b s e n c e o f a s u f -

f i c i e o t N l e v e ) w i t h p l e n t i f u l c a r b o n a c e o o s m a t e r i a l p r e s e n t , i . e . , a h i g h C / N r a t i o o f t h e

t o t a l o o i l e n v i r o n m e n t , t h e r e w i l l b e e s o e n t i a l l y n o r e l e a s e o f a v a i l a b l e N t h r o u g h n i t r i f i -

c a t i o n f o r c r o p u s e b e c a u c e t h e m i c r o o r g a n i s m s ' e a t a b t h e f i r s t t a b l e ' .

O n t h e o t h e r h a n d ,

N P 1 - r e l e a s e f r o m o r g a n i c o o u r c e s

i G

e n h a n c e d w i t h s o i l N l e v e l s m a i n t a i n e d h i g h e n o u g h f o r

e c 6 n o m i c c r o p p r o d u c t i o n .

D a m a g e t o

T o s a y t h a t e x t e n d e d f e r t i l i z e r u s e r e n u l t s i n s t e r i l e , u n p r o d u c t i v e s o i l i s t o d i s r e g a r d

t h e l o n g t e r m

r e s u l t s o f

R o t h a m s t e d ' s

B r o a d b a l k p l o t o ,

t h e

A s k o v f i e l d

o f D e n m a r k , a n d o t h e r s .

T h e t w o f i e l d s m e n t i o n e d h a v e n o t o n l y d e m o n o t r a t e d t h e e f f e c t i v e n e s s o f i n o r g a n i c f e r t i l i z e r s

f o r m a i n t a i n i n g p r o d u c t i v i t y , b u t h a v e s h o w n e q u i v a l e n c e i f n o t s u p e r i o r i t y o f t h e i n o r g a n i c

s o u r c e w h e n c o m p a r e d w i t h e q u a l a m o u n t s o f n u t r i e n t s a i l d e d a s m a n u r e .



T h e E u t r o p h i c a t i o n P r o c e s o

M u c h h a s b e e n w r i t t e n a n d s a i d c o n c e r n i n g e u t r o p h i c a t i o n i n t h i o P a n e l s e s s i o n .

N o n o w i l l d i s a g r e e t h a t i t i s a n u n o i g h t l y p r o c e s o t h a t d e g r a d e s t h e a e s t h e t i c q u a l i t i e o

o f o u r f a c e w a t e r b o d i e s t h a t t r a d i t i o n a l / y p r o v i d e t h e b a s o f o r e u m m e r w a t e r s p o r t s .

D e g r a d a t i o n m a y b e i n r e s p e c t o f e x c e o p i v e a l g a l s c u m a n d a q u a t i c w e e d s a s w e l l a s

u n d e e i r a b l e c o l o r , t a c i t ° a n d o d o r o f t h e w a t e r .

N o r c a n a n y o n e d i s p u t e t h a t e u t r o p h i c a t i o n

i s a n a t u r a l p r o c e s s w h i c h h a s c o n e o n f o r a g e s a o e v i d e n c e d b y t h o t r e m e n d o u s a r e a s o f

p e a t b o g o f o u n d i n t h e h i g h e r l a t i t u d e s w h i c h w e r e c r e a t e d p r i o r t o t h e a d v e n t o f m o d e r n

m a n o n t h e s c e n e .

W e c a n g e e t h e p r o c e s s t a k i n g p l a c e e v e n t o d a y i n w i l d e r n e s s a r e a o

w h e r e m a n ' n a g r i c u l t u r a l t e c h n o l o g i e n h a v e n o t y e t b e e n e x p r e s s e d .

F a c t o r s t h a t h a v e b e e n p i n p o i n t e d a s t r i g g e r i n g t h e e u t r o p h i c a t i o n p r o c e s s a r e

n u t r i e n t e n r i c h m e n t ( 5 4 ) , e n p e c i a l l y P a n d N , a c a r b o n n o u r c e o f C O 2 , f a v o u r a b l e t e m p e r a t u r e

a n d n o n - t u r b i d w a t e r .

I f t h e l a t t e r t h r e e a r e f a v o u r a b l e a n d n u t r i e n t c o n c e n t r a t i o n °

r e a c h 0 . 3 p p m N 4 . a n d 1 0 p p b P t h e a l c a l a n d v a r i o u n w a t e r p l a n t g r o w t h s a r e l i k e l y t o

V o w ( 2 3 ) .

O t E e r n u t r i e n t s a r o i n v o l v e d a s w e l l , j u c t a s w i t h l i g h e r p l a n t s , a l t h o u c h

K

c o n c e n t r a t i o n b a o p r o b a b l y n e v e r l i m i t e d t h e e u t r o p h i c a t i o n p r o c e s s ( 2 1 ) .

N o t t o b e

o v e r l o o k e d i s t h e f a c t t h a t s h a l l o w f a r m p o n d s d e v o t e d t o c o m m e r c i a l f i s h p r o d u c t i o n w i l l

c o m m o n l y r e c e i v e i n t h e o r d e r o f 8 0 - 1 0 0 k g / h a o f e a c h o f N a n d

a n n u a l l y t o a o p u r e t h e

g r o w t h o f p l a n k t o n a n d o t h e r w a t e r p l a n t o t h a t w i l l a l l o w e c o n o m / e f i c h p r o d u c t i o n .

T h e n e

r a t e u a p p l i e d a t o n e t i m o p r o d u c e N a r a l P c o n e e n t r a t i o n u i n t h e w a t e r w e l l i n e x c e u u o f

t h o s e n p o c i f i e d a b o v e .

A l t h o u g h N a n d

c o n c e n t r a t i o n : : h a v e d o m i n a n t i n f l u e n c e o n a t r e a m o r l a k e p r o d u c t i v i t y ,

o t h e r : : i n c i u d i n g t r a c e e l e m e n t n u t r i e n t n a r e i n v o l v e d a n d d e f i n i t i o n o f t h e n i g n i f i c a n c e o f

a a y : : t n , ; l e n u t r i e n t t o t h c w a t e r - n u t r i e n t - p l a n t - a n i m a l s y m t e m i s d i f f i c u l t

( 1 5 ) .

A m a j o r a o u r c e o f m o s t n u t r i e n t s f o u n d i n s u r f a c e w a t e r s i s i n s e d i m e n t s d i o l o d g o d

a n d c a r r i e d i n r u n o f f f r o m t h e u o i l s u r f a c e .

T h e o r g a n i c f r a c t i o n w i t h i t a s u b n t a n t i a l l y

h i g h e r c a t i o n e x c h a n g e c a p a c i t y t h a n p o n s e s s e d b y s o i l m i n e r a l p a r t i c l e s i s p a r t i c u l a r l y

s i g n i f i c a n t i n t h i s r e g a r d .

M o r e o v e r , t h e o r g a n i c f r a c t i o n b y s o m e o b s c u r e c o m p l e x i n g

r e a c t i o n p r o t e c t s a n u m b e r o f t r a c e e l e m e n t s f r o m p r e c i p i t a t i o n r e a c t i o n s t h a t w o u l d r e m o v e

t h e m f r o m t h e n u t r i t i o n a l l y a v a i l a b l e s t a t u s ( 3 8 ) .

I n f a c t , t h e r o i n i n c r e a s i n g e v i d e n c e

t h a t o r g a n i c m a t e r i a l f r o m l i v e s t o c k o r o t h e r s o u r c c I m u o t b e a d d e d t o t h e w a t e r , s u p p l y i n g

e n e r g y m a t e r i a l f o r b a c t e r i a t h a t w o u l d g e n e r a t e C O 2 f o r t h e p h o t o s y n t h e t i c a l g a e , f o r

t r i g g e r i n g t h e e u t r o p h i c a t i o n p r o c e n n ( 1 7 ) .

I n a r e a n o f l i m i t e d l e a c h i n c d u r i n g s o i l f o r m a t i o n a n d e e p e c i a l l y w h e r e p o l l f o r m i n g

m a t e r i a l ° w e r e i n i t i a l l y h i g h i n n u t r i e n t s ( a s w i t h m o a t l o o s e ) , P a n d N l e v e l s i n

i m p o u n d e d w a t e r s a r e a l m o s t c e r t a i n t o b e m o r e t h a n a d e q u a t e t o s u p p o r t e u t r o p h i c a t i o n .

T h u a , n a m p l i n g g r o u n d w a t e r f r o m a o m e 1 2 0 0 i r r i g a t i o n w e l l ° i n s e m i a r i d / o u b h u m i d N e b r a s k a

( 3 3 ) o h o w e d a n a v e r a g e c o n c e n t r a t i o n o f 0 . 2 5 p i P , f a r m o r e t h a n e n o u g h t o s u p p o r t e u t r o -

p h i c a t i o n o n c e t h e w a t e r w a u i m p o u n d e d a n d s u f f i c i e n t l y w a r m e d .

N u t r i e n t n i n W a t e r a n d F o o t l e I n i m i c a l t o H u m a n a n d A n i m a l W e l f a r e

M n a y f a c t o r s o f c h e m i c a l , p h y s i c a l a n d

b i o l o g i c n l

c h a r a c t e r c o n t r i b u t e t o w a t e r q u a l i t y ,

a n d w h a t i s h i g h q u a l i t y w a t e r f o r o n e s e g m e n t o f s o c i e t y m a y b e q u i t e u n d e s i r a b l o t o

a n o t h e r .

T h e b a s i c t h e m e

o r

t h i s e a n e l i n d e a l i n g w i t h f q r t i l i z e r

c o n t r i b u t i o n s t o q u a l i t y

d e g r a d a t i o n , h o w e v e r , c o n s i d e r a t i o n

i n g i v e n o n l y t o t h o s e a s p e c t s o f m i n e r a l c o n c e n t r a t i o n

t h a t m i g h t b e i n f l u e n c e d b y f e r t t / i z e r a n d m o s t p a r t i c u l a r l y n i t r o g e n .



A p e r m i s s i b l e l e v e l o f n o m o r e t h a n 1 0 p p m N O - z -

p l u s N O 2 - N

h a s b e e n e s t a b l i s h e d f o r

w a t e r t o b e u s e d f o r h u m a n c o n s u m p t i o n i n t h e U . S . - ( 5 7 ) , n o t b e c a u s e c f t h e t o x i c i t y o f N O 3

b u t d u e s o t h e p o s s i b i l i t y o f t h e N O , -

b e i n g r e d u c e d t o N O 2 -

a f t e r i n g e s t i o n .

T h e l a t t e r

c o m b i n i n g w i t h h e m o g l o b i n i n t h e b l b 6 d p r o d u c e s m e t h e m o g l o b i n , r e d u c i n g t h e c a p a c i t y o f t h e

b l o o d c o t r a n y p o r t o x y g e n .

L o c a l s t a t e l a w i n C a l i f o r n i a a l l o w s u p t o 2 0 p p m w i t h c o n t i n u o u s

s u r v e i l l a n c e .

I t

a s

g e n e r a l l y r e c o g n i z e d n o w t h a t m a n y c a s e s i n i n f a n t s p r e v i o u s l y d i a g n o s -

e d a s m e t h e m o g l o b i n e m i a w e r e l i k e l y c o n f o u n d e d w i t h e n t e r i c i n f e c t i o n f r o m w a t e r c o n t a i n i n g

f e c a l c o h t a m i n a t i o n

( 5 ) ) .

T h e q u e s t i o n o f w h a t i s a c c e p t a b l e N O - -

c o n c e n t r a t : c n o f w a t e r

r e m a i n s a d e b a t a b l e i s s u e f o r h u m a n s s i n c e n o r e p o r t s o f m e t h e m o g l o b i n e m i a h a v e b e e n m a d e o f

i n f a n t s d r i n k i n g f r o m p u b l i c w a t e r s u p p l y

s y s t e m s i n

t h e U n i t e d . S t a t e s .

I t i s e v e n m o r e c o n -

j e c t u r a l i n t h e c a s e o f a n i m a l s , b u t p e r h a p s h i g h e r b y a f a c t o r

o r 4 - 5 .

N i t r a t e l e v e l s h a v e s i m i l a r l y b e e n e s t a b l i s h e d f o r

v a r i o u s f r e s h v e g e t a b l e s a n d f o r

c a n n e d b a b y f o o d s f r o m n a t u r a l s o u r c e s a s w e l l a s N O - J

+

N O 2 - i n p r e s e r v e d f i s h a n d

m e a t s .

T h e v e g e t a b l e s s p i n a c h , c e l e r y , l e t t u c e a n d k a l e h a v ë a s u b s t a n t i a l c a p a d

b y t o a c c u m u l a t e

n i t r a t e

a s d o s u c h f o r a g e s a s s u d a n g r a s s , a n n u a l g r a s s e s , i m m a t u r e c e r e a l s a n d m a i z e o u t

f o r . s i l a g e .

S o m e w e e d s p e c i e s a s p i g w e e d a r e a l s o n o t a b l e a c c u m u l a t o r s o f N O 3 - .

A f a c t o r

t h a t m u s t b e

c o n s i d e r e d

i n t h i s c o n n e c t i o n a s t h a t m a n i n t h e d e v e l o p e d c o u n t r i e s e a t s a

v a r i e t y o f f o o d s s u c h t h a t c o n s u m p t i o n o f s u b s t a n t i a l N O

f r o m a g i v e n s o u r c e i s n o t l i k e l y ,

w h e r e a s d a i r y c a t t / e e a t m u c h o f a s i n g l e s o u r c e o f f o o d ' m a t e r i a l o v e r e x t e n d e d p e r i o d s o f

L i m e .

N o t o n l y a r e m a n a n d a n i m a l s u b j e c t t o n i t r a t e / n i t r a t e t o x i c i t y f r o m h i g h N O - , - c r o p

p r o d u c e , b u t l e t h a l N O , N O 2 a n d N 2 0 4 t r i a , y b e p r o d u c e d w h e n f o r a g e s h i g h i n N O 1 - a r e

r i s i l e d .

A f u r t h e r d a n g e r i s t h e p o s s i b i l i t y o f N O 2 - i n h i g h N O

r e a c t i n g w i t h s e c o n d a r y

a m i n e s t o p r o d u c e n i t r o s a m i n e s . S u b s t a n t i a l e v i d e n c e e x i s t s f o r a d e c r e a s e d s h e l f l i f e o f

v a r i o u s f r u i t s a n d v e g e t a b l e s , f o r l o s s i n f l a v o u r o f s o m e c o m m o d i t i e s , f o r i n c r e a s e d c o n t e n t s

o f u n d e s i r e d f r e e m e n i n o a c i d s , a n d f o r d e c r e a s e d a s c o r b i c a c i d a n d

K a c n t e n t . e o f

p r o d u c e w h e n

e x c e s s i v e f e r t i l i v . e r N h a s b e e n u s e d , t h e p r o b l e m s b e i n g n o t a b l y w o r s e w i t h s o m e c u l t i v a r e

t h a n o t h e r s ( 4 8 ) .

D e f i c i e n c y c f M g h a s b e e n r e c o g n i z e d a s a m a j o r p r o b l e m i n t h e n u t r i t i o n o f c a t t l e i n

m a n y d i f f e r e n t r e g i o n s o f t h e w o r l d .

I t i n o n e o f m a n y f a c t o r s r e s p o n s i b l e f o r " g r a s s t e t a n y "

n o t i c e d e s p e c i a l l y i n l a c t a t i n g c o w s g r a z i n g ' c e r t a i n g r a s s e s d u r i n g c o o l s e a s o n s .

T h e p r o b l e m

i s c o m m o n l y a s s o c i a t e d w i t h a w i d e r a t i o o f K t o M g i n . t h e g r a u s a n d i s a c c e n t u a t e d b y v e r y

h i g h s o i l l e v e l s o f a v a i l a b l e K r e l a t i v e t o M g .

H e a v y . f e r t i l i z a t i o n w i t h K s a l t s o r m a n u r e

h a n b e e n k n o w n t o b e n n c o n t h e m a l a d y .

I t s h o u l d b e m e n t i o n e d , h o w e v e r , t h a t m a n y s e r i o u s

o u t b r e a k s h a v e b e e n r e c o r d e d i n a r e a s w h e r e n o K f e r t i l i z e r s h a v e b e e n u s e d a n d t h e u n d e r -

s t a n d i n g o f a l l c a u s e s r e m a i n s a c o m p l e x p r o b l e m ( 2 2 ) .

E x c e s s i v e c a t e s o f P f e r t i l i z e r h a v e b e e n k n o w n . t o c a u s e s u b s t a n t i a l r e d u c t i o n i n t h e

a b o v e - g r o u n d c o n c e n t r a t i o n o f s u c h e l e m e n t s a s F e a n d Z 4 i n p l a n t s .

I n m a n y c a s e s o f r e c o r d ,

p a r t i c u l a r l y o n s o i l s

o f h i g h p H ,

t h e r e d u c t i o n h a s b e e n g r e a t e n o u g h t o c a u s e d e p r e s s i o n s

i n c r o p y i e l d . T h e e l e m e n t s F e a n d 7 n b e i n g e s s e n t i a l f o r a n i m a l s a s w e l l , i t i s c o n c e i v a b l e

t h a t h e a v y P f e r t i l i z a t i o n c o u l d r e d u c e a n i m a l i n t a k e

t o

d e f i c i e n c y l e v e l s a l t h o u g h n o c a s e s

h a v e b e e n r e c o r d e d t o d a t e ( 1 ) .

W H O r e c o m m e n d e d s t a n d a r d s f o r d r i n k i n g w a t e r i n E u r o p e a r e :

0 - 1 1 . 3 p p m

N O 3 - N

r e c o m m e n d e d , 1 1 , 3 - 2 2 . 6 o p m a c c e p t a b l e , a n d a b o v e 2 2 . 6 p p m n o t r e c o m m e n d e d .



A p e r m i s s i b l e l e v e l o f n o m o r e t h a n 1 0 p p m N 0 e -

p l u s N O 2 - N

h a s b e e n e s t a b l i e h e d f o r

w a t e r t o b e u s e d f o r h u m a n c o n s u m p t i o n i n t h e U . S . - ( 5 7 ) , n o t b e c a u s e c f t h e t o x i c i t y o f N O - ;

b u t d u e s o t h e p o s s i b i l i t y o f t h e N O , -

b e i n g r e d l e e d t o N O 2 -

a f t e r i n g e s t i o n .

T h e l a t t e r

c o m b i n i n g w i t h h e m o g l o b i n i n t h e b l o é e l p r o d u c e s m e t h e m o g l o b i n , r e d u c i n g t h e c a p a c i t y o f t h e

b l o o d t o t r a n y p o r t o x y g e n .

L o c a l s t a t e l a w i n C a l i f o r n i a a l l o w s u p t o 2 0 p p m w i t h c o n t i n u o u s

s u r v e i l l a n c e

. 1 /

I t i s g e n e r a l l y r e c o g n i z e d n o w t h a t m a n y c a s e s i n i n f a n t s p r e v i o u s l y d i a g n o s -

e d a s m e t h e m o g l o b i n e m i a w e r e l i k e l y c o n f o u n d e d w i t h e n t e r i c i n f e c t i o n f r o m w a t e r c o n t a i n i n g

f e c a l c o n t a m i h a t i o n ( 5 ) ) . T h e q u e s t i o n o f w h a t i s a c c e p t a b l e N O - - c c n c e n t r a t I o n o f w a t e r

r e m a i n s a d e b a t a b l e i s s u e F o r h u m a n s s i n c e n o r e p o r t s o f m e t h e m o g l o b i n e m i a h a v e b e e n m a d e o f

i n f a n t s d r i n k i n g f r o m p u b l i c w a t e r s u p p l y s y e t e m s i n t h e U n i t e d . S t a t e s .

I t i s w e n m o r e c o n -

j e c t u r a l i n t h e c a s e o f a n i m a l e , b u t p e r h a p s h i g h e r b y a f a c t o r o f

- 5 .

N i t r a t e l e v e l s h a v e s i m i l a r l y b e e n e s t a b l i s h e d f o r v a r i o u s f r e s h v e g e t a b l e s a n d f o r

c a n n e d b a b y F o o d s f r o m n a t u r a l s o u r c e s a s w e l l a s N O - -

+

N O 2 - i n p r e s e r v e d f i s h a n d m e a t s .

T h e v e g e t a b l e s s p i n a c h , c e l e r y , l e t t u c e a n d k a l e h a v ' e a s u b s t a n t i a l c a p a c i t y t o a c c u m u l a t e

n i t r a t e

d o s u c h f o r a g e s a s s u d a n g r a e s , a n n u a l g r a s s e s , i m m a t u r e c e r e a l s a n d m a i z e o u t

f o r . s i l a g e .

S o m e w e e d s p e c i e s a s p i g w e e d a r e a l s o n o t a b l e a c c u m u l a t o r s o f N O 3 - .

A f a c t o r

t h a t m u s t b e c o n s i d e r e d i n t h i s c o n n e c t i o n

2 S

t h a t m a n i n t h e d e v e l o p e d c o u n t r i e s e a t s a

v a r i e t y o f f o o d s s u c h t h a t c o n s u m p t i o n o f s u b s t a n t i a l N O

f r o m a g i v e n s o u r c e i s n o t l i k e l y ,

w h e r e a s d a i r y c a t t / e e a t m u c h o f a s i n g l e e o u r c e o f f o o d . m a t e r i a l o v e r e x t e n d e d p e r i o d s o f

L i m e .

N o t o n l y a r e m a n a n d a n i m a l s u b j e c t t o n i t r a t e / n i t r i t e t o x i c i t y f r o m h i g h N O 1 - c r o p

p r o d u c e , b u t l e t h a l N O , N O 2 a n d N 2 0 4 m a y b e p r o d u c e d w h e n f o r a g e s h i g h i n N O 1 - a r e é n s i l e d .

A f u r t h e r d a n g e r i s t h e p o s s i b i l i t y

o r N O 2 - i n h i g h N O 3

v e g e t a b l e s r e a c t i n w i t h s e c o n d a r y

a m i n e s t o p r o d u c e n i t r o e a m i n e e . S u b s t a n t i a l e v i d e n c e e x i s t e f o r a d e c r e a s e d s h e l f l i f e o f

v a r i o u n F r u i t s a n d v e g e t a b l e s , f o r l o s s i n f l a v o u r o f s o m e c o m m o d i t i e s , f o r i n c r e a s e d c o n t e n t s

o f u n d e s i r e d f r e e a m i n o a c i d s , a n d f o r d e c r e a s e d a s c o r b i c a c i d a n d

K c o n t e n t e o f

p r o d u c e w h e n

e x c e s s i v e f e r t i l i e e r N h a s b e e n u s e d , t h e p r o b l e m s b e i n g n o t a b l y w c e s e w i t h s o m e c u l t i v a r s

t h a n o t h e r s ( 4 8 ) .

D e f i c i e n c y o f M g h a s b e e n r e c o g n i z e d a s a m a j o r p r o b l e m i n t h e n u t r i t i o n o f c a t t l e i n

m a n y d i f f e r e n t r e g i o n s o f t h e w o r l d . I t i s o n e o f m a n y f a c t o r s r e s p o n s i b l e f o r " g r a s s t e t a n y "

n o t i c e d e s p e e i a l l y i n l a c t a t i n g c o w s g r a z i n g ' c e r t a i n g r a s s e s d u r i n g c o o l s e a s o n s .

T h e p r o b l e m

i s c o m m o n l y a s s o c i a t e d w i t h a w i d e r a t i o o f K t o M g i n . t h e g r a u s a n d i s a c c e n t u a t e d b y v e r y

h i g h s o i l l e v e / s o f a v a i l a b l e K r e l a t i v e t o M g .

H e a v y : f e r t i l i z a t i o n w i t h K s a l t s o r m a n u r e

h a n b e e n k n o w n t o b e n n e o n t h e m a l a d y .

I t s h o u l d b e m e n t i o n e d , h o w e v e r , t h a t m a n y s e r i o u s

o u t b r e a k s h a v e b e e n r e c o r d e d i n a r e a s w h e r e n o K f e r t i l i z e r s h a v e b e e n u s e d a n d t h e u n d e r -

s t a n d i n g o f a l l c a u s e s r e m a i n s a c o m p l e x p r o b l e m ( 2 2 ) .

E x c e o s i v e r a t e s o r

P f e r t i l i z e r h a v e b e e n k n o w n t o c a u s e s u b s t a n t i a l r e d u c t i o n i n t h e

a b o v e - g r o u n d c o n c e n t r a t i o n o f s u c h e l e m e n t s a s F e a n d Z 4 i n p l a n t s .

I n m a n y c a s e s o f r e c o r d ,

p a r t i c u l a r l y o n s o i l s

o f h i g h p H ,

t h e r e d u c t i o n h a s b e e n g r e a t e n o u g h t o c a u s e d e p r e s s i o n s

i n c r o p y i e l d .

T h e e l e m e n t s F e a n d i n b e i n g e e s e n t i a l f o r a n i m a l s a s w e l l , i t i s c o n c e i v a b l e

t h a t h e a v y P f e r t i l i z a t i o n c o e l d r e d u c e a n i m a l i n t a k e

t o

d e f i c i e n c y l e v e l s a l t h o u g h n o c a s e s

h a v e b e e n r e c o r d e d t o d a t e ( 1 ) .

W H O r e c o m m e n d e d s t a n d a r d s f o r d r i n k i n g w a t e r i n E u r o p e a r e :

0 - 1 1 . 3 p p m

N O 3 - N

r e c o m m e n d e d , 1 1 . 3 - 2 2 . 6 p p m a c c e p t a b l e , a n d a b o v e 2 2 . 6 p p m n o t r e c o m m e n d e d .



T a b l e ? . E s t i m a t e d a m o u n t s o f n u t r i e n t s c o n t r i b u t e d f r o m v a r i o u s s o u r c e s f o r

w a t e r s u p p l i c a o f t h e U . S . ( 3 7 ) .

S t u d y o f t h e P o t o m a c R i v e r w a t e r s h e d ( 6 1 ) , o n t h e o t h e r h a n d , g a v e i n d i c a t i o n o f a

s u b s t a n t i a l l y l o w e r a g r i c u l t u r a l c o n t r i b t u i o n o f n u t r i e n t s t h a n p r o p o s e d i n T a b l e 2 .

S o m e 2 4 m i l l i o n p o u n d s o r N a n d 8

m i l l i o n p o u n d s P w e r e r e p o r t e d a s b e i n g r e l e a s e d

a n n u a l l y i n t o t h e P o t o m a c f r o m s e w a g e p l a n t s o f W a s h i n g t o n , D . C .

B e t w e e n J a n u a r y a n d

A u r u s t ,

1 9 6 9 ,

o n l y 3 4 p e r c e n t o f t h e N a n d 1 4 p e r c e n t o f t h e P i n t h e r i v e r c a r n e f r o m t h e

1 2 , 0 0 0 s q u a r e m i l e P o t o m a c w a t e r s h e d a b o v e t h e c i t y a n d c o n s i d e r a b l e o f t h e s e a m o u n t s

c o u l d b e a t t r i b u t e d t o

s e w e r f a c i l i t i e s o f s m a l l e r t o w n s u p s t r e a m .

T h e h i g h p h o s p h a t e d e t e r g e n t s h a v e h a d t h e i r d a y i n c o u r t a n d b e e n f o u n d g u i l t y .

T h e y h a v e b e e n a p r e d o m i n a n t c o n t r i b u t o r t o P p o l l U t i o n o f s t r e a m s i n m o s t c o u n t r i e s

o f t h e d e v e l o p e d w o r l d a n d a r e p r e s e n t l y b e i n g r e p l a c e d b y o t h e r m a t e r i a l s o f l o w e r

P c o n c e n t r a t i o n , w i t h m u c h c o n c e r n n o w b e i n g e x p r e s s e d o n p o t e n t i a l h a z a r d s o f t h e s u b -

s t i t u t e s c o m p a r e d w i t h t h e f o r m e r h i g h l y e f f i c i e n t p h o s p h a t e d e t e r g e n t s .

T h e s u m m a r y o f

n u t r i e n t

s o u r c e s i n T a b l e 3 f o r s u r f a c e w a t e r s o f t h e s t a t e o f W i s c o n s i n e m p h a s i z e s t h c

n e e d f o r r e m o v i n g t h e d e t e r g e n t c o n t r i b u t i o n t o t h e

5 8

p e r c e n t o f t o t a l P c o m i n g f r o m

m u n i c i p a l a n d p r i v a t e s e w a g e f a c i l i t i e s .

U . S . e s t i m a t e s a s w e l l a s t h o s e o f J a a g ( 2 9 )

i n S w i t z e r l a n d s u g g e s t t h a t a b o u t h a l f o f t h e s e w a g e P c a m e f r o m d e t e r g e n t s o u r c e .

A l t e r n a t i v e l y , t e r t i a r y t r e a t m e n t w o u l d s e e m i n g l y b e c a l l e d f o r a t e a r l y d a t e w i t h s u b -

s t a n t i a l i n c r e a s e i n t a x e s f o r b u i l d i n g t h e t r e a t m e n t f a c i l i t i e s .

T h e l a r g e l o s s o f N

a n d P f r o m m a n u r e d l a n d n i s d u e t o m a n u r e h a v i n g b e e n s p r e a d o n f r o z e n s o i l , a p r a c t i c e

t o b e d i s c o u r a g e d .

T h e 4 2 p e r c e n t o f N i n s u r f a c e w a t e r s c o m i n g f r o m g r o u n d w a t e r s u g g e s t s

t h a t a g r i c u l t u r a l d r a i n a g e i s s u p p l y i n g a s u b s t a n t i a l p r o p o r t i o n o f t h e t o t a l .

S o l u b l e P c o n c e n t r a t i o n i n s t r e a m s t e n d n t o i n c r e a s e w i t h i n c r e a s i n g w a t e r f l o w ,

p r e s u m a b l y d u e t o s t i r r i n g u p o f b o t t o m s e d i m e n t s c o n t a i n i n g r e l a t i v e l y s o l u b l e f e r r o u s

p h o s p h a t e . ( 6 1 ) .

N i t r o g e n a l s o t e n d s t o b e h i g h e r d u r i n g s p r i n g m o n t h s o f t e m p e r a t e

r e g i o n s .

V a r i o u s e x p l a n a t i o n s h a v e b e e n g i v e n , b u t c e r t a i n l y a c c e l e r a t e d r u n o f f i n t h e

s p r i n g f r o m u r b a n a r e a s a n d f e e d l o t s a s w e l l a s f a r m e d l a n d m u s t h a v e c o n t r i b u t e d

t o t h e

p o r t i o n c o m i n g f r o m g r o u n d w a t e r .

N u t r i e n t S o u r c e

N i t r o g e n

P h o s p h o r u s

M i l l i o n s o f k g / y e a r

D o m e s t i c w a s t e

5 0 0 7 3 0 9 1

2 2 7

I n d u s t r i a l w a s t o

4 5 5

R u r a l r u n o f f

A g r i c u l t u r a l l a n d

6 8 0 6 8 0 0

5 5 - 5 5 0

N o n a g r i c u l t u r a l

l a n d

1 8 0 8 6 0

6 8

3 4 0

F a r m a n i m a l w a s t e

4 5 5

U r b a n r u n o f f

5 0

5 0 0

5 -

7 7

" I t i n f a l l

1 4

2 7 0

1 . 4

4



e x p l a i n a b l e b y t h e f a c t

t n a t

f r o z e n s o i l b e l o w a l l o w e d n i n i m a l

c o n t a c t

b e t w e e n

t h e w a t e r

a n d s o i l p a r t i n l e s

f o r P a d s o r p t i o n .

T h e l u c e r n e c r o p w i t h a n a p p r e c i a b l e o r g a n i c m a t o n

t h e s u r f a c e a f f o r d e d

3 . 5

t i m e s a s m u c h r u n o f f P n s w a t e r f r o m m a i z e s t u b b l e .

S u c h r e s i d u e

s o u r c e o f r u n o f f P c e r t a i n l y

c a n n o t b e a s c r i b e d t o f e r t i l i z e r .

T h e r e d o e s n o t s e e m t o h e a

s i g n i f i c a n t p r o b l e m o f p h o s p h a t e f e r t i l i z e r m a t e r i a l s

m o v i n g t o u t r e a m s a n d g r o u n d w a t e r e x c e p t a s e r o s i o n a l s e d i m e n t s b e a r i n g

a l s o r b e d P

a r e

w a s h e d

i n t o w a t e r c o u r s e s ( 3 1 ) , n o r i s t h e r e l i k e l i h o o d

o r

a p p r e c i a b l e K

b e i n g l e a n h e d

t o

t h e g r o u n d w a t e r o t h e r t h a n

t h r o u g h

v e r y s a n d y s o i l s ( 2 1 ) .

H i g h l y s i g n i f i c a n t i s t h e

f a c t t h a t s o l u b l e p h o s p h a t e c o n c e n t r a t i o n o f

t h e

K a s k a s k i a R i v e r a t S h e l b y v i l l e , I l l i n o i s ,

h a s r e m a i n e d v i r t u a l l y c o n s t a n t

s i n c e 1 9 6 2 ,

a p e r i o d d u r i n g w h i c h f e r t i l i z e r P c o n s u m p t i o n

h a s t r i p l e d ( 2 4 ) .

m u c h

o r

t h e d i s c u s s i o n t h a t f o l l o w s d e a l s w i t h N a c c u m u l a t i o n s s i m e e i t i s

- L n e l e m e n t

a b o u t t b e u s e o f w h i c h

c o n c e r n h a s h e e n v o i c e d . T h e r e a r e n u m e r o u s c a s e s o f r e c o r d o f

e x c e s s i v e l y

h i g h m i n e r a l N o o h t ( m t 6 O f

E r o u n q a n l s u r f a c e w a t e r s .

E t i s e s p e c i a l l y i m p o r t a n t

t h a t p r i m a r y s u r e s ) b e r e c o g n i g e d f o r e n v i r o n m e n t a l p r o t e t I o n a s

w t 7 1 A n

p r p t , , , : q 3 o n o f

a r k y a n c w ? P d i n n o c n t e .

T a b l e 3 .

E s t i m a t e s o f s o u r c e s o f p l a n t n u t r i e n t s e n t e r i n g

W i s c o n s i n

s u r f a c e w a t e r s ( B ) .

5 o u r e e

N

M u n i c i p a l t r e a t m e n t f a c i l i t i e s

2 4 . 5

5 5 . 1

P r i v a t e

s e w a g e

s y s t e m s

5 . 9

2 . 2

I n d u s t r i a l w a s t e s

1 . 8

0 . 8

P a r a . s o u r c e s :

M a n u r e d l a n d s

9 . 9

2 1 . 5

C t h e r c r o p l a n d

0 . 7

3 . 1

F o r e s t l a n d

0 . 5

0 . 3

P a s t u r e , w o o d l o t a w ?

o t h e r l a n a s

0 . /

2 . 9

C r o . . u i d w a t e r

4 2 . 0

2 . 1

U r b a n r u n o f f

3 . 5

1 0 . 0

P a i n f a l l o n

w a t e r a r e a s

8 . 5

1 . 2

S u ' s s t a n t i a l i n o r g a n i c P c a n f i n d i t s w a y t o s t r e a m s o r i g i n a t i n g f r o m p l a n t

r e s i d u e s

t h r o u g h w h i c h

r u n o f f

w a t e r s h a d

p e n e t r a t e d i n t h e s p r i n g ( 2 6 ) .

E s p e c i a l l y d i d

s n o w m e l t w a t e r c a r r y h i g h e r a m o u n t s o f P t h a n r u n o f f

d u r i n g o t h e r p a r t s o f t h e y e a r ,



A s p o i n t e d o u t b : r V i e t s a n d H a c o m a n ( 5 9 ) , t h e c o r n e n t r a t i o n o f f e e d l o t a n i m a l n

i n t o v e r y l i m i t e d a r e a s , f o r e x a m p l e i n t h e o r d e r o f

8 3 0

c a t t l e / h e c t a r e , h a s

g r e a t l y a c c e n t u a t e d t h e p o l l u t i o n c o n t r o l p r o b l e m a s e o c i a t e d w i t h a n i m a l w a s t e a .

T h e

a p p r o x i m a t e 1 . 8 b i l l i o n m e t r i c t o n s o f m a n u r e ( s o l i d p l u s l i q u i d ) p r o d u c e d a n n u a l l y

i n t h e U . S . b y d o m e s t i c a n i m a l n , e a c h c o w p r o d u c i n g t h e a p p r o x i m a t e s e w a g e o f 1 2 - 1 6 p e o p l e ,

w o u l d n e c e c a i t a t e s e w a g e p l a n t f a c i l i t i e s f a r i n e x c e s s o f t h o s e n o w e x i s t i n g f o r t h e

u r b a n p o p u l a t i o n i f t h e w a s t e s w e r e t o b e s o h a n d l e d .

S u c h a n a n a l o g y i s h a r d l y a p p r o p r i a t e

i n t h i s c a s e , h o w e v e r , s i n c e a m a j o r p o r t i o n o f t h e c o n a t i t u e n t n o f r a n u r e i n p r o p e r l y

m a n a g e d f e e d l o t s n e v e r r e a c h e u w a t e r c o u r s e s o r g r o u n d w a t e r d u e t o s u r f a c e d e c o m p o s i t i o n ,

i f n e t i n c o r p o r a t e d w i t h s o i l a s f e r t i l i z e r . C o n c e n t r a t i o n s o f n u t r i e n t s c o n t a i n e d i n

a n i m a l w a s t e u v a r y w i d e l y d e p e n d i n g o n t y p e o f a n i m a l , r a t i o n p r o v i d e d t h e a n i m a l ,

' c l i m a t i c c o n d i t i o n ° a n d m e t h o d s o f h a n d l i n g t h e m a n u r e ( 4 6 ) .

T h e v a l u e o f N , P a n d K

c o n t a i n e d i n m a n u r e f o r c r o p g r o w t h h a s l o n g b e e n k n o w n , b u t a d d i t i o n a l p o t e n t i a l

p o l l u t i o n h a z a r d c

a r e v a r i o : M

d i e t a d d i t i v e s i n c l u d i n g C u , Z n , A u a n d N a C 1 a s w e l l a n

p e s t i c i d e s a n d g r o w t h h o r m o n e s .

P l a n t a n d a n i m a l p a t h o g e n s a n d u n d e s i r a b l e w e e d D e e d s

m a y a l s o b e d i s s e m i n a t e d i n a n i m a l w a s t e c .

A e i d e f r o m t h o a c c u m u l a t e d m a n u r e i t s e l f ,

r u n o f f f r o m b e e f c a t t l e f e e d l o t s w i l l o f t e n c o n t a i n v e r y u u b a t a n t i a l a m o u n t s o f N 0 1 - ( 1 9 )

a n d p r e s u m a b l y o t h e r w a t e r s o l u b l e p o l l u t a n t s .

S u b s t a n t i a l a m o u n t s o f N O 3

m a y a c d u m u l a t e

i n t h e c o i l b e l o w t h e f e e d l o t s ( T a b l e 4 ) , a s w e l l a s

i n

f a r m w a t e r s u p p l y ' s y s t e m s . ( 5 3 ) .

S u b s t a n c e s w h i c h w e r e t r a c e d i n l e a c h i n g f r o m f e e d l o t n w o r e r e c o g n i z e d a s t h e p r i m a r y s o u r c e

o f h i g h N O

t h e m u i f e r a . n t u d i e d .

S m i t h ( 5 0 ) i n M i u s o u r i c i m i l a r l y r e c o g n i z e d t h a t

l o c a l g r o u n d w a t e r a c c u m u l a t i o n a o f N w e r e a s s o c i a t e d w i t h c o n c e n t r a t i o n s o f f e c d / o t

a n i n a l a . T h e l a t t e r t w o g r o u p s o f r e s e a r c h e r s c o n t e n d e d

t h a t

f e r t i l i z e r N h a s n o t

c o n t r i b u t e d s i g n i f i c a n t l y t o N O - b u i l d u p t o d a t e , b u t c o u l d b e c o m e a f a c t o r i n t h e

f u t u r e

w i t h e v e r i n c r e a e i n g a m o u n t s o f 3 f e r t i l i z e r N c o n s u m e d .

S i g n i f i c a n t q u a n t i t i e s o f N O , - f o u n d i n s t r e a m s c a n m o s t l i k e l y b e

a t t r i b u t e d t o

s e e p a g e f r o m t h e g r o u n d w a t e r o t

t 6

w a s t e s f r o m c i t i e s , f e e d l o t e o r i n d u s t r i e s .

L e a s

i m p o r t a n t w o u l d b e t h a t d e r i v e d b y r u n o f f f r o m s o i l a u r f a c e s b y r e a c o n o f t h e r e a d y m o v e -

m e n t o f N O 3 - i o n s d o w n w a r d t h r o u g h n o i l m e d i a .

F e w c a s e s e x i a t o f c o n s i s t e n t l y i n -

c r e a s i n g N O 3 - c o n t e n t s

o r

U . S . a t r e a m s w h e r e f e r t i l i z e r u s e o n a g r i c u l t u r a l l a n d a

a d j a c e n t c a n b e d o c u m e n t e d a s r e u p o n o i b l e .

P e r h a p s t h e m o s t c o m p r e h e n s i v e s t u d y t h a t h a s

b e e n m a d e i s t h a t o f t h e U . S . S a l i n i t y L a b o r a t o r y ( 6 ) i n t h e U p p e r R i o G r a n d e w a t e r s h e d

o f N e w M e x i c o o v e r t h e a p p r o x i m a t e 3 0

y e a r p e r i o d o f 1 9 3 4 - 1 9 6 3 . u r i n g t h i s t i m e

f e r t i l i z e r N u s e o n t h e a d j a c e n t i r r i g a t e d v a l l e y l a n d i n c r e a c e d m a n y - f o l d w h i l e a

s u b s t a n t i a l d e c l i n e o c - u r r e d i n t h e r i v e r l a N O

l o a d , w i t h t h e d e c l i n e b e i n g a t t r i b u t e d

t o a d e c r e a n e d r i v e r f l o w . S i m i l a r l y , n i t r a t e 3 c o n c e n t r a t i o n s d i d n o t i n c r e a s e i n t h e

m a j o r i t y o f 1 7 B r i t i s h s t r e a m a a t u d i e d d u r i n g t h e p e r i o d

1 9 5 3 - 1 9 6 7 d e o p i t e a s u b a t a n t i a l

i n c r e a u o i n f e r t i l i z e r u s e d u r i n g t h e p e r i o d ( 2 3 ) .



T a b l e 4 .

A v e r a ; : e O

i n t h o o u r f a c e 6 . 5 m e t e r s o f s o i l a n d i n t h e w a t e r t a b l e

b e l o w u G d l o r a d o ( 5 3 ) .

N 0 1 - N

W a t e r t a b l e s

G r o u n d -

C o n n i d e r a l i e

o r t e r e c o n l e d d a t a o n m i n e r a l N c o n t e n t s

o f s u r f a c e w a t e r s i s o f

q u e s t i o n a b l e v a t e d u e t o t h e m a n n e r

o r

s a m p l e

p r o c e s s i n g .

I t i o a l s o i m p o r t a n t t o

r e c r n i z e t h a t ' g r a b ' s a m p l e s a r e n o t e s p e c i a l l y m e a n i n g f u l i n

e x p r e s s i n g t r e n d s o f

N H

a n d N O

l o a d s i n s t r e a m n n i n c e q u a n t i t i e s

f o u n d v a r y t r e m e n d o u o l y o v e r s h o r t

t i r e i n t e r v % t o d e p e n d i n g o n i n p u t i n t o t h e s t r e a m

a b o v e t h e n a m p l e c i t e ( 6 2 ) .

C o n c e n -

t r a t i o n o i n s u r f o s . : r .

w a t e r s t e n d t o v a r y m u c h m o r e o v e r s h o r t d i s t a n c e s t h a n i n g r o u n d -

w a t e r s d n e t o

i n i . r r o

r , , n d I x t O r o o n : : : n i n m a s o i m i l a t i o n .

A f u r t h e r c o n f o u n d i n g f a c t o r

s u g g e s t e d b y V i , t s ( 5 3 ) i n t h a t

i n c r e a s i n g N O

i n a n t r e a m o v e r t i m e m a y

r e f l e c t e v i d e n c e o f t h e e l i m i n a t i o n o f o r g a n i e p o l l u t i o n b y r a w s e w a g e .

A s D O D

a s s o c i a t e d w i t h s e w a g e i s e l i m i n a t e d b y e f f e c t i v e

d i g e o t i o n i n o e w o z e p l a n t s , m o r e N O -

a P P e a r s

i n

t h e w a t e r .

U l t i m a t e s o l u t i o n t o t h i s d i l e m m a w i t h i n c r e a s i n g

n u m b e r n o f

3

p e o p l e r e q u i r e s

t e r t i a r y a n d m u c h

m o r e c o n t l y t r e a t m e n t f o r n e m o v i n g t h e

1 1 0 3 - .

r k

o r

S t o u t a n d D u r a n ( 5 6 ) i n C a l i f o r n i a i n d i c a t e d t h a t l e v e l o f

s o i l

f e r t i l i t y

w a s a p r i m e f a c t o r i n f l u e n c i n g N 0 1 - c o n c e n t r a t i o n o f t h e

g r o u n d w a t e r

b e l o w , a n d t h a t

c o n c e n t r a t i o n w a s

i n

p r o p o r t i o n

t d t h e f r a c t i o n

o f a p p l i e d w a t e r p a s s i n g

b e l o w t h e

r o o t z o n e .

T h e o t u d y a l o o s h o w e d t h a t c o n t a m i n a t e d

i r r i g a t i o n

w a t e r

c a n b e p u r i f i e d b y

c r o p s

i f f e r t i l i z a t i o n

i

a d j u s t e d t o

c r o p n e e d .

I r r i g a t i o n o f o o i l s i n t h e d r i e r r e s i o n o i s p e r h a p s a s m u c h r e s p o n s i b l e a n a n y o t h e r

f a c t o r f o r t h o o e

c a n e s w h e r e

i n c r e a s e d N O

c o n c e n t r a t i o n o f t h e g r o u n d w a t e r h a s b e e n

o b s e r v e d .

R e a s o n f o r t h i s i n n o t s o m u c h a r e s u l t

o f

c o m p o s i t i o n o f t h e i r r i g a t i o n w a t e r

i t s e l f o r f e r t i l i z a t i o n a n s o e i a t e d w i t h i r r i g a t i o n p r a c t i c e , b u t r a t h e r t h a t s o m e o f t h e

v e r y s u b s i - t i a l a m o u n t s o f N c o m i n g f r o m d e c a y o f t h e n a t i v e n o i l o r g a n i c

m a t t e r i n c i d e n t

t o

c u l t i v a t i o n m o v e s t h r o u g h w i t h

t h e

w a t e r .

C o n t r i b u t i n g l o c a l l y h a v e b e e n l a r g e a m o u n t s o f a n c i c n t . n i t r a t e p r e s e n t i h t h e s o i l

p r o f i l e a b o v e t h e w a t e r t a b l e .

T h n n , O l a n d o n a n d B e c k ( 2 0 ) s u g g e o t t h a t t h e n e h i s h

r e s i d u a l n a c c o u n t

r o r l a r g e r q u a n t i t i e s

o f

n i t r o g e n i n

d r a i n a g e w a t e r s o f C a l i f o r n i a t h a n

w a s p r o v i d e d b y f e r t i l i z e r s .

S i m i l a r o b s e r v a t i o n s h a v e b e e n m a d e l o c a l l y i n i r r i g a t e d

L n n d u s e

P r o f i l o o

s a m p l e d

i n 6 . 5

r t

o f s o i l

n a m p l e d

b o l o w

w a t e r

n 0 3 7 ' N

k g / h a

n o .

P P m

N a t i v e g r a s s l a n d

1 7

1 0 1 8

1 1 . 5

D r y f a r m i n g c r o p l a n d

2 1

2 9 4

4

7 . 4

I r r i g a t e d l a n d

E x c l n d i n g a l f a l f a

2 8

5 6 9

1 9

1 1 . 1

I n a l f a l f a

1 3

8 9 1 1

9 . 5

F e e d l o t s

4 7

1 , 6 1 6

3 3

1 3 . 4



P a b l o 4 .

A v e r a g e N O , - N i n t h o o u r f a c e 6 . 5 m e t e r s o f o o i l a n d i n t h e w a t e r t a b l e

b e l o w L u C l o c a d o ( 5 3 ) .

N O 1 - N

W a t e r t a b l e s

G r o u n d -

L n n d u n e

P r o f i l o o

i n 6 . 5 r e

n a m p l e d w a t e r

o a m p l e d

o f s o i l

b o l o w

N O 3 7 . / 1

k g / h a

n o .

P P m

C o n n i d e r a l i e o r t h e r e c o r d e d d a t a o n

m i n e r a l N c o n t e n t s o f

o u r f a c e w a t e r s i 3 o f

q u e s t i o n a b l e v A l u e d u e t o t h e m a n n e r o f s a m p l e p r o c e o s i n C .

I t 1 * a l s o i m p o r t a n t t o

r e e r n i z e t h a t ' g r a b ' s a m p l e s a r o n o t e o p e c i a i l y m e a n i n g f u l i n e x p r e s s i n g t r e n d s o f

N 1 (

a n d N O 1

l o a d o i n

n t r o n m o : L i n e r : q u a n t i t i e s f o u n d v a r y t r c m e n d o u o l y o v e r u h o r t

t i r o i n t e r w % t o d e p e n d i n g o n i n p u t i n t o t h e s t r e a m a b o v e t h c o a m p l e

n i t e ( 6 2 ) .

C o n c e n -

t r a t i o n s i n s u r f e c w a t e r s t e n d t o v a r y m o c h m o r e o v e r s h o r t d i u t o n c e s t h a n i n

g r o u n d -

w a t e r s d u e L o m i c r o a n d m o e r o o r g a n i s m a o o i m i l a t i o n .

A f u r t h e r c o n f o u n d i n g f a c t o r

s u g g e o t e d b y V i e t o

( 5 3 )

i n t h a t i n c r e a s i n g N O , - m e a s u r e m e n t o i n a n t r e a m o v e r t i m e m a y

r e f l e c t e v i d e n c e o f t h e

e l i m i n a t i o n o f o r i : a n i e p o l l u t i o n b y r a w s e w a g e .

A s P O D

a s s o c i a t e d w i t h s e w a g e i s e l i m i n a t e d b y

e f f e c t i v e d i g e o t i o n i n : s e w a g e p l a n t s , m o r e N O

a P P e a r s

i n t h e w a t e r .

U l t i m a t e s o l u t i o n L o t h i s d i l e m m a w i t h i n c r e a s i n g

n u m b e r n o f

-

p e o p l e r e q u i r e s t e r t i a r y

a n d m u c h m o r e c o o t l y t r e a t m e n t f o r n e m o v i n g t h e N O 3 - .

W o r k

o r

S t o u t a n d B u r a u ( 5 6 )

i n C a l i f o r n i a

i n d i c a t e d t h a t l e v e l o f s o i l f e r t i l i t y

w a s a p r i m e f a c t o r i n f l u e n c i n g N O 1 -

c o n c e n t r a t i o n o f t h e g r o u n d w a t e r

b e l o w , a n d t h a t

c o n c e n t r a t i o n

w a s i n p r o p o r t i o n t d t h e f r a c t i o n o f a p p l i e d w a t e r p a u s i n g b e l o w t h e

r o o t z o n e .

T h e s t u d y a l s o o h o w e d t h a t c o n t a m i n a t e d i r r i g a t i o n w a t e r c a n

b e

p u r i f i e d b y

c r o p u i f f e r t i l i z a t i o n

i s a d j u o t e d t o c r o p n e e d .

I r r i g a t i o n o f s o i l s

i n t h n d r i e r

r e s i o n o i s p e r h a p o a u m u c h r e s p o n s i b l e s o a n y

o t h e r

f a c t o r f o r t h o u e c a s e s w h e r e i n c r e a s e d N O

c o n c e n t r a t i o n o f t h e

g r o u n d w a t e r h a s b e e n

o b s e r v e d .

R e a o o n f o r t h i u i n n o t s o

m u c h 3 a r e n u l t o f c o m p o s i t i o n o f t h e i r r i g a t i o n

w a t e r

i t s e l f o r f e r t i l i z a t i o n a o s o c i a t e d w i t h i r r i g a t i o n

p r a c t i c e , b u t r a t h e r t h a t s o m e

o f t h e

v e r y s u b s t t i a l a m o u n t s o f N

c o m i n g f r o m d e c a y o f t h e n a t i v e s o i l o r g a n i c

m a t t e r i n c i d e n t

t o c u l t i v a t i o n

m o v e s

t h r o u g h w i t h t h e

w a t e r .

C o n t r i b u t i n g l o c a l l y h a v e b e e n l a r g e a m o u n t s o f a n c i e n t * n i t r a t e

p r e s e n t i n

t h e u o i l

p r o f i l e a b o v e t h e w a t e r t a b l e .

T h n o , G l a n d o n a n d B e c k ( 2 0 ) u u g g e n t t h a t t h e o e h i s h

r e n i d u a l n

a c c o u n t f o r l a r g e r q u a n t i t i e s o f n i t r o g e n i n d r a i n a g e w a t e r s o f C a l i f o r n i a t h a n

w a s p r o v i d e d b y f e r t i l i z e r s .

S i m i l a r o b s e r v a t i o n s h a v e b e e n m a d e l o c a l l y

i n

i r r i g a t e d

N a t i v o g r a o s l a n d

1 7

1 0 1 a

1 1 . 5

D r y f a r m i n g c r o p l a n d

2 1 2 9 4

4

7 . 4

I r r i g a t e d l a n d

E x c l u d i n g a l f a l f a

2 8

5 6 9

1 9

1 1 . 1

I n a l f a l f a

1 3

8 9

1 1

9 . 5

F e e d l o t s

4 7

1 , 6 1 6

3 3

1 3 . 4



K o h l o t a l . ( 3 4 )

h a v e r e c e n t l y a t t e m p t e d t o d i s t i n g u i s h s o u r c a 1 s o f N O , i n

I l l i n o i s s t r e a w b y i s o t o p i c d i o t r i b u t i o n o f 1 ) N a n d A N . * T h e a p p r o a c h p r 4 s u m e s t h a t

f e r t i l i z e r N h a a

t h e s a m e i s o t o p i c

r a t i o a o a t m o s p h e r i c N , w h i l e N o f b i o l o g i c a l

B O O .

O r i g i n i a e n r i c h e d i n 1 5 N .

B a n e d o n r a t i o s m e a a u r e d o n d r a i n a g e w a t e r f r o m t i L e l i n e a

a n d o u r f a c o w a t e r s i n a n I l l i n o i s w a t e r e h e d t h e y e s t i m a t e d t h a t

5 5 - 6 0 p e r c e n t o f t h e

N O , f o u n d o r i g i n a t e d f r o m f e r t i l i z e r N .

A q u e s t i o n a b l e ( a s p e c t o f t h e i n t e r p r e t a t i o n s

m a d e i s t h a t m i n e r a l i z e d N O 3 , w h i c h w a u u u e d a s t h e b a s e f o r c o m p a r i s o n , w a s g e n e r a t e d

f r o m s o i l c o l l e c t e d a t a s i n g l e s i t o i n t h e w a t e r s h e d .

D e l w i c h e a n d S t e y n ( 1 0 ) , f o r

e x a m p l e , h a v e d e m o n a t r a t e d t h a t s o i l N h a s

n o f i x e d i o o t o p e

r a t i o d u e t o t h e c o m p l e x i t y

o f t h e N t r a n u f o r m a t i o n s i n v o l v e d ,

w h i c h w o u l d s u g g e s t t h a t q u i t e a r a n g e i n

i s o t o p e

-

r a t i o s m i g h t h a v e b e e n o b t a i n e d h a d

n i t r i f i e d N

f r o m m a n y l o c a t i o n ° i n

t h e w a t e r s h e d

b e e n m e a u u r e d .

U n q u e o t i o n a b l y , e x c e n s i v o a m o u n t s o f N f e r t i l i z e r h a v e b e e n a p p l i e d l o c a l l y , a n d

i n p a r t i c u l a r f o r s p e c i a l i t y c r o p ) o f v e r y h i g h

h a r v e o t v a l u e l i k e v e g e t a b l e s f o r t h e

f r e a h m a r k e t , c i t r u a a n d o t h e r r r a i t n , a n d t h e n u t c r o p a .

T h e A r r o y a G r a n d e G r o v o r

C i t y a r e n o f C a l i f o r n i a i s a c a n a i n p o i n t w h e r e

a v e r a g e a n n u a l

a p p l i c a t i o n o f N f o r

e t r a w b e r r i e o w a o

r e p o r t e d t o b e 1 6 3 k g / h a a n d f o r c e l e r y 3 2 6 k g ( 6 4 ) .

. N i t r a t e c o n c e n -

t r a t i o n o f t h e s h a l l o w g r o u n d w a t e r i n t h i e a r e a

i G

v e r y h i g h .

S i m i l a r l y , B i n g h a m e t

a l .

( 4 )

r e p o r t a n a v e r a g e 1 4 6 k g N / h a b e i n g a p p l i e d t o a

m a l l w a t e r s h e d d e v o t e d t o

c i t a p r o d u c t i o n i n s o u t h e r n C a l i f o r n i a w i t h N O 3 i n t h e p e r c o l a t e e q u a l i n g a b o u t

4 5

p e r c e n t

o r t h e N a p p l i e d .

T h e U S D A S a S r e p o r t s h o w i n g N e b r a u k a w i t h t h e

h i g h e u t r a t e

o f N u s e o n m a i z e o f

a l l s t a t e s i n

t h e U . i % i n

1 9 6 8 a t

1 6 8

k g / h a s u g g e s t s t h a t a n u m b e r

o f f a r m e r a h a v e b e e n u s i n o r a t e n w e l l i n e x c e s s o f n e e d , p r e s u m a b l y d u e t o l o w c o o t o f

f e r t i l i z e r .

S o m e l e s a o n s h a v e b e e n l e a r n e d t o o w e l l i n p l a c e s , i n t h i s c a s e c r o p r e m o v a l

v s r e t u r n ,

f o r w h i c h s o a e u n l e a r n i n g w i l l b e r e q u i r e d .

A c a c e i n p o i n t i s t h e

s t a t e

o f

I l l i n o i s w h i c h i n 1 9 7 0 a d d e d 2 9 p e r c e n t m o r e N a n d

6 7

p e r c e n t m o r e P t h a n w a s h a r v e a t e d

i n c r o p ( 6 5 ) .

W e c a n n o t c o n d o n o c a s e s o f k n o w n e x c e a a e s , a n d m u u t s t r o n g l y a d v o c a t e

t h a t a l l i n d u o t r y a n d a g r i c u l t u r a l a d v i a o r y

s e r v i c e s a d j u o t N

r a t e r e c o m m e n d a t i o n s t o

r e a l i n t i c l o v e l e .

T h e

d e v e l o p i n g

c o u n t r i e s , o n t h e o t h e r h a n d , a r c f a r b e l o w t h e u s e

l e v e l s e m p l o y e d i n d e v e l o p e d c o u n t r i e s o f t h e w o r l d a n d t h e r e n h o u l d

b e n o c a u s e f o r

c o n c e r n i n t h e f o r e s e e a b l e f u t a r e i f f o r n o o t h e r r e a s o n t h a n t h e c o o t o f N t h e r e .

R a t e o f f e r t i l i z e r N s h o u l d a f f o r d b e s t r e t u r n i n q u a n t i t y a n d q u a l i t y o f c r o p

a n d a t t h e s a m e t i m e m i n i m i z e l o a n t o t h e e n v i r o n m e n t .

S o m e a g r o n o m i s t a a r e n o w

s u g g e s t i n g t h a t y i e l d l e v e l s i n t h e o r d e r o f 9 0 p e r c e n t o f p o t e n t d a l a h o u l d b e t h e o b -

j e c t i v e w h e r e f e r t i l i z e r N i s i n v o l v e d b e c a u e e o f t h e r a p i d d e c l i n e i n u t i l i z a t i o n

e f f i c i e n c y t h a t a c c o m p a n i e s r a t e n a p p r o a c h i n g a n d a b o v e t h o e c o n o m i c m a x i m u m .

A n a d d i t i o n a l

r e a s o n t h a t h a s b e e n c i t e d b y S c h u p h a n ( 4 8 ) i s t h e n e e d

w i t h s o m e c r o p o t o a p p l y a N r a t e

b e l o w t h e l e v e l r e q u i r e d f o r m a x i m u m y i e l d i n o r d e r t o a a s u r e b e s t b i o l o g i c a l

v a l u e o f t h e

p r o d u c e .

A s n o m i n a l r a t e n o f N a r c e m p l o y e d , t i m e o f a p p l i c a t i o n o f t h e N b e c o m o n o f

t h e e s n e n c o b c c a u r o t h e l o n g e r t h e r e s i d e n c e o f f e r t i l i z e r N i n c o i l b e f o r e

r o o t u p t a k e

t h e g r e a t e r i n t h e p r o b a b i l i t y o f i t u i o n s b y o n e

m e c h a n i a m

o r a n o t h e r .

C o n s e q u e n t l y , t h e

s a m e y i e l d c a n b e p r o d u c e d w i t h l e n e N t h e c l o s e r a p p l i c a t i o n

t i m e c a n b e a d j u a t e d t o t h o

t i m e o f m a x i m u m c r o p d e m a n d

( 3 5 , 4 3 ) .

L o s s p o t e n t i a l o f g r e a t e s t c o n c e r n f r o m t h e

e n v i r o n m e n t a l s t a n d p o i n t i s t h a t f r o m l e a c h i n g .

G r e a t e s t l i k e l i h o o d o f l e a c h i n g l o n n t o

t h e g r o u n d w a t e r c a n b e a n t i c i p a t e d w i t h c o a r s e t e x t u r e d s o i l ° t h a t a r e

w e l l a e r a t e d f r o m

t h e s u r f a c e t o t h e w a t e r t a b l e , a n d l e a u t i n t h o s e p o o r l y

d r a i n e d t y p e s i n w h i c h d e n i t r i -

f i c a t i o n c a n o c c u r d u r i n g a n d i m m e d i a t e l y a f t e r p e r i o d s o f r a i n o r

i r r i a a t i o n .

O t h e r w i s e ,

t h e r e i s n o t l i k e l y t o b e s i g n i f i c a n t l e a c h i n g l o s s o f

N 0 1 . d u r i n g t h e g r o w i n g s e a a o n o f

t e m p e r a t e r e g i o n n s i n c e r a t e o f c r o p w a t e r u s e n o r a a l l y e c e e d s

r a i n f a l l r e c e i v e d d u r i n g

t h a t p e r i o d .

T h i u p r i n c i p l e m a y n o t h o l d f o r t r o p i c a l r e g i o n s , h o w e v e r ,

w h e r e t h e c r o p

g r o w a d u r i n g t h e r a i n y s e a s o n

( 1 7 ) .

L o o s e s a r e a l s o r e l a t e d t o t h e k i n d o f c r o p p i n g

p r a c t i c e d , w i t h l e a s t l o e s o c c u r r i n g w i t h g r a s s p r o d u c t i o n

( 3 0 ) .



I n t h o

e v e n t d e t r i m e n t a l e f f e c t e f r o m w i d e s p r e a d u s o o f N a n d P f e r t i l i z e r s

d o b e c o m o a p p a r e n t , w e k n o w o f s e v e r a l w a y s t o r e d u c e l e s s e n w i t h o u t s a c r i f i c i n g t h o

v e r y i m p o r t a n t b e n e f i t s t o b e d e r i v e d f r o m f e r t i l i z e r s ( 3 9 ) .

R a t e a a n d t i m e s o f

N a p p l i c a t i o n c n n b e a d j u s t e d t o b e t t o r ' s a t i s f y t h e c r o p ' s n e e d e w i t h o u t l o s s p o t e n t i a l s

( 3 0 , 4 3 , 4 4 ) ,

d e l a y e d r e l e a s e N p r o d u c t o c a n b e e m p l o y e d ( 4 4 ) , b e t t e r c o n t r o l o f

i r r i g a t i o n w a t e r c a n b e a c h i e v e d , a n d i m p r o v e d s o i l c o n o e r v a t i o n p r a c t i c e s c a n b e u s e d

t o r e t a r d s u r f a c e l o s s e s o f s o i l N a n d P ( 3 2 ) :

C a l i b r a t i o n o f n o i l t e s t i n g p r o c e d u r e s

w i t h t h e m a j o r i t y o f n u t r i e n t c l e m e n t e h a n p r o g r e s s e d t o t h e s t a g e t h a t w o c a n c o n f i -

d e n t l y p r e d i c t n o t o n l y d e f i c i e n c y b u t e x c e s s l e v e l s o f n u t r i e n t ° i n t h e r o o t i n g p r o f i l e

f o r o p e c i f i e d c r o p s : w e h a v e o n l y t o g i v e c r e d e n c e t o t h e s e c a l i b r a t i o n s a n d a b i d e b y

t h e m .

C O N C L U S I O N S .

C l e a r l y , f e r t i l i z e r s h a v e

d o n e m u c h

t o w a r d m a k i n g t h i s . w o r l d a b e t t e r p l a c e i n

w h i c h

t o l i v e .

T h e y a r c p r e s e n t l y 3 n d w i l l b e c o m e i n c r e a s i n g / y i n d i o p e n s a b l e f o r p r o v i d i n g

r 0 0 , 1

f o r t h o s e n o w l i v i n g a n d t h e g e n e r a t i o n s t o c o m e .

T h e l o n g - t e r m e v i d e n c e t h a t i s a v a i l a b l e

f a r f r o m p r o v i n g t h a t f e r t i l i z e r n a r e d a m a g i n g t o s o i l s a n d t h e i r o r g a n i c r e s e r v e s

s h o w s

t h e c o n t r a r y .

L e u u a p p a r e n t b u t g e n u i n e b e n e f i t s d e r i v e d f r o m p r o p e r f e r t i l i z e r t i n e a r e

a n e n h a n c e d w a t e r u s e e f f i c i e n c y a n d a c l e a n e r a t m o s p h e r e f r o m t h e b e t t e r c r o p

g r o w t h

a c h i e v e d .

A b u s e n t o t h e e n v i r o n m e n t h a v e b e e n i n d u c e d b y e x c e s s i v e f e r t i l i z e r u s e i n

c e r t a i n l o c a l i t i e s , a n d i t i s I m p o r t a n t t h a t c o r r e c t i o n

b e . e f f e c t e d i n t h e s e c a s e s . O n a

w o r l d - w i d e b a s i s , h o w e v e r , i t s e e m s r e a s o n a b l e t o p r e d i c t t h e r e w o u l d b e a s t r o n g b a c k l a s h

t o t h e e n v i r o n m e n t a l c r u s a d e i f f o o d b e c a m e m o r e d e a r

t h r o u g h

r e s t r i c t i o n s o n

f e r t i r i z e r u s e .

W h a t m a y b e e n v i s a g e d a s r e q u i r e m e n t s f o r t h e f u t u r e t o p r e s e r v e t h e i n t e g r i t y

o f t h e

e n v i r o n m e n t i n s o f a r a s f e r t i l i z e r u s e i s c o n c e r n e d ?

I n m y h u m b l e o p i n i o n , t h e t w o k e y w o r d s

a r e m o d e r a t i o n a n d m o n i t o r i n g .

N e i t h e r

w i l l

b e t o o d i f f i c u l t t o p u t i n t o p r a c t i c e .

T h e

u n d e r -

l y i n g q u e n t i o n

w i l l

r e v o l v e a r o u n d h o w m u c h w e a r e w i l l i n g t o p a y t o a c c o m p l i s h t h e o b j e c t i v e .



R E F E R E N C E Z C I T E M

I .

A l l a w a y , W . H .

F e e d a n d f o o d q u a l i t y i n r e l a t i o n t o f e r t i l i z e r u s e .

I n F e r t i l i z e r

1 9 7 1

T e c h n o l o g a n d U s e , R . A . O l e o n e t a l . ( e d s . ) , S o i l S c i . S o c . A m e r . ,

M a d i s o n , d i s e :

5 3 3 - 5 5 6

A l l i s o n , F . E .

T h e e n i g m a o f s o i l n i t r o g e n b a l a n c e s h e e t s .

A d v a n . A g r o n

7 : 2 1 3 - 2 5 0

1 9 5 5

B i g g a r , J . W . , a n d R . B . C o r e y ,

A g r i o u l t u r a l d r a i n a g e a n d e u t r o p h i c a t i o n .

I n E u t r o p h i c a t i o n :

1 9 6 9

C a s e s , C o n s e q u e n o e s , C o r r e c t i o n .

N a t . A c a d . S c i . , W a s h i n g t o n , D . C :

4 0 4 - 4 4 5 .

B i n g h a m , F . T . , S . D a v i s a n d E . S h a d e , W a t e r r e l a t i o n s , s a l t b a l a n c e ,

a n d n i t r a t e l e a c h i n g

1 9 7 1

l o u s e e o f a 9 6 0 - a c r e c i t r u e w a t e r s h e d .

S o i l S c i .

1 1 2 : 4 1 0 - 4 1 8 .

B o n d o r f f , K . A . , F i e l d e x p e r i m e n t s w i t h f a r m y a r d m a n u r e a n d

a r t i f i c i a l f e r t i l i z e r s a t

1 9 5 2

A s k o v ,

1 8 9 4 - 1 9 4 8 .

A g r i - C h e m R e v i e w ( A m . C y a n a m i d C o . ) 1 : 3 - 5 .

B o w e r , C . A . a n d L . V . W i l c o x ,

N i t r a t e c o n t e n t o f t h e U p p e r R o G r a n d e a s i n f l u e n c e d b y

1 9 6 9

n i t r o g e n f e r t i l i z a t i o n o f a d j a c e n t i r r i g a t e d l a n d e .

S o i l S c i , S o c . A m e r .

P r o c . 3 3 : 9 7 1 - 9 7 3

C o m m o n e r , B a r r y

B a l a n c e o f n a t u r e .

I n P r o v i d i n g Q u a l i t y E n v i r o n m e n t i n o u r C o m m u n i t i e s ,

1 9 6 8

W . W . K o n k l e ( e d . ) , G r a d u a t e S c h o o l P r e s s , U . S . D . A . , W a s h i n g t o n ,

D . C :

3 7 - 6 2

C o r e y , R . B . , A . D . B a s l e r , G . F . L e e e t a l .

E x c e e n i v e w a t e r f e r t i l i z a t i o n .

R e p o r t t o t h e

1 9 6 7

W a t e r S u b c o m m i t t e e , N a t u r a l R e s o u r c e ° C o m m i t t e e o f S t a t e A g e n c i e s ,

M a d i s o n , W I S C .

C o t t e n i e , A .

S t u d i e s o n t h e e f f e c t s o f i n t e n s i v o f e r t i l i z e r u s e o n

t h e h u m a n e n v i r o n m e n t

1 9 7 2

i n B e l g i u m .

S o i l B u l l e t i n N o . 1 6 , F A O R o m e

D e l w i c h e , C . C . , a n d P . C . S t e y n ,

N i t r o g e n i s o t o p e f r a c t i o n a t i o n i n s o i l s a n d m i c r o b i a l

1 9 7 0

r e a c t i o n s , E n v i r o n . S o i . T e c h .

4 :

9 2 9 - 9 3 5

D r u c k e r , P e t e r F .

T h e h i a h c o s t o f p r o t e c t i n g o u r f u t u r e :

s a v i n g t h e c r u s a d e .

H a r p e r ' s

1 9 7 2

M a g a z i n e , J a n :

6 6 - 7 1

F e t t , J . H .

N i t r o g e n c o m p o u n d s i n n a t u r a l w a t e r s - - a r e v i e w .

W a t e r R e s o u r c e s R e s .

1 9 6 6

2 : 4 1 - 5 8

F o o d a n d A g r i c u l t u r e O r g a n i z a t i o n o f t h e U . N .

P r o v i s i o n a l i n d i c a t i v e w o r l d p l a n f o r

1 9 6 9

a g r i c u l t u r a l d e v e l o p m e n t . R o m e .

1 4 ,

P r i n k , C . R .

P l a n t n u t r i e n t s a n d w a t e r q u a l i t y .

A a r . S c i . R e v i e w

9 , C . S . R . S . ,

U . S . D . A :

1 9 7 1 1 1 - 2 5

P r u h ,

E . G . , K . M . S t e w a r t , 0 . F . L e o a n d G . A . R o h l i c k .

M e a s u r e m e n t e o f e u t r o p h i o a t i o n

1 9 6 6

t r e n d n .

J . W a t e r P o l l . C o n t . F e d .

3 8 : 1 2 3 7 - 1 2 5 8

G a r b o u c h e 7 , Y . R e s e a r c h o n t h e e f f e c t s o f i n t e n s i v e

f e r t i l i z e r u n e o n t h e h u m a n e n v i r o n m e n i

1 3 7 2

i n B u l g a r i a .

S o i l s B u l l e t i n N o . 1 6 , F A O , R o m e

G a r m a n , W . H .

N u t r i e n t c y c l e s a n d a g r i c u l t u r a l r e s o u r c e

m a n a g e m e n t .

S o i l s B u l l e t i n N o . 1 6 ,

1 9 7 2

F A O 1 R o m e

I t .

G e r v y , R . G .

P h o s p h o r u e r e q u i r e m e n t s o f m a n k i n d a n d t h e i r

e f f e c t s o n t h e e n v i r o n m e n t .

1 9 7 2

S o i l s B u l l e t i n N o . 1 6 , F A O , R o m e

G i l b e r t s o n , C . D . , T . M . M c C a l l a , J . R . E l l i s e t a l .

T h e e f f e c t o f a n i m a l d e n s i t y a n d

1 9 7 0

n u r f a c e s l o p e o n c h a r a c t e r i s t i c s o f r u n o f f ,

s o l i d w a s t e a n d n i t r a t e m o v e m e n t

o n u n p a v e d f e e d y a r d u .

N e b r . A g r . a P . S t a . B u l . 5 0 8 , U n i v . o f N e b r a s k a ,

L i n c o l n , N e b r .

G l a n d o n , L . A . , J r . , a n d L . A . B e c k .

M o n i t o r i n g n u t r i e n t s a n d p e s t i c i d e s i n

s u b s u r f a c e

1 9 6 9

a g r i c u l t u r a l d r a i n a g e .

I n C o l l e c t e d P a p e r s R e g a r d i n g N i t r A t e s

i n

A g r i c u l t u r a l W a s t e W a t e r .

U . S . D . I . , F . W . Q . A . W a t e r P o l l u t . C o n t r .

R e s .

S e r . 1 3 0 3 0 E L Y

1 2 / 7 9 ,

W a s h i n g t o n , D . C . :

5 3 - 7 9 .

G r i m m e , H .

S o r p t i o n a n d m o b i l i t y o f p o t a s s i u m i n

s o i l s .

S o i l s B u l l . 1 6 , F A O , R o m e .

1 9 7 2



° r u n e s , D a . , P . R . S t o u t a n d J . R . B r o w n e l l .

G r a o s t o t a l l y o f r u m i n a n t s .

A d v a n . A g r o n .

1 9 7 0

2 2 : 3 3 1 - 3 7 3 ,

H a l l i d a y , D . J .

E u t r o p h i c a t i o n o f i n l a n d w a t e r s w i t h a p e o i a l r e f e r e n c e t o t h e i n f l u e n c e

1 9 7 2

o f a g r i o u l t u r a l p r a c t i c e s , i n c l u d i n g t h e u s e o f f e r t i l i z e r s .

S o i l a B u l l .

1 6 , F A O , R o m o .

H a r m e s o n , R . H . , a n d T . E . L a r s o n .

Q u a l i t y o f s u r f a o e w a t e r s i n I l l i n o i s .

S t . W a t e r S u r v .

1 9 6 9

D i v . B u l .

5 4 .

H a r r e , E d w i n A . , W i l l a r d H . G a r m a n , a n d W m . C . W h i t e .

T h e w o r l d f e r t i l i z e r m a r k e t . I n

1 9 7 1 F e r t i l i z e r T e c h n o l o g y a n d U s e , R . A . ° l o o n e t a l . ( e d s . ) , S o i l S c i . S o o .

A m e r . , M a d i s o n ,

W i s o . i 7 7 - 5 5 4 .

H o l t , R . F . , D . R . T i m m o n s , a n d J . J . L a t e r e l l .

A o c u m u l a t i o n o f p h o s p h a t e s i n w a t e r . J . A g r .

1 9 7 0

F o o d C h e m . 1 8 :

7 8 1 - 7 8 4 .

H u t c h i n s o n , G . L . , a n d F . J . V i e t s , J R .

N i t r o g e n e n r i c h m e n t o f s u r f a c e w a t e r b y a b s o r p t i o n

1 9 6 9

o f a m m o n i a v o l a t i l i z e d f r o m c a t t l e f e e d l o t s .

S c i . 1 6 6 :

5 1 4 - 5 1 5 .

I b a c h , D . B . , a n d J . R . A d a m s .

C r o p y i e l d r e s p o n s e t o f e r t i l i z e r i n t h e U n i t e d S t a t e s .

1 9 6 8

U . S . D . A . S t a t i u . B u l .

4 3 1 s 2 9 5 P .

J a a g , O .

T h e m a i n s o u r c e s o f e u t r o p h i c a t i o n o f i n l a n d w a t e r s w i t h s p e c i a l r e f e r e n o e t o t h e

1 9 7 2

c o m p a r a t i v o m a g n i t u d e s o f p o l l u t i o n a o u r c e u .

S o i l s B u l l .

1 6 . F A O , R o m e .

J u n g , J .

F a c t o r s d e t e r m i n i n g t h e l e a c h i n g o f n i t r o g e n f r o m c o i l , i n c l u d i n g u o m e a u p e c t e

1 9 7 2

o f m a i n t e n a n c e o f w a t e r q u a l i t y .

S o i l u B u l l . 1 6 , F A O , R o m e .

K i l m e r , V i c t o r J .

T h e r e l a t i o n s h i p o f c o i l a n d f e r t i l i z e r p h o s p h o r u s t o w a t e r q u a l i t y .

1 9 7 2

S o i l s B u l l . 1 6 , F A O , R o m e .

K l i n g e b i e l , A . A .

S o i l a n d w a t e r m a n a g e m e n t t o r e d u c e l o s o o f p l a n t n u t r i e n t u t h r o u A h

1 9 7 2

r u n o f f a n d e r o s i o n .

S o i l s B u - 1 1 . 1 6 , F A O , R o m o .

K n u d n o n , D e l n o , C l i n t o n A . H o o v e r , P a u l F i s c h b a c h a n d D e o n D . A x t h e l m .

T h e N e b r a s k a w a t e r

1 9 6 5

q u a l i t y s u r v e y .

N e b r . A g r . E x t . S e r . C i r c .

6 5 - 1 6 5 .

K o h l , D a n i e l H . , G e o r g i a B . S h e a r e r , a n d B a r r y C o m m o n e r .

F e r t i l i z e r n i t r o g e n :

C o n t r i b u t i o n

1 9 7 1

t o n i t r a t e i n s u r f a c e w a t e r i n a C o r n B o l t w a t e r s h e d .

S c i e n c e

1 7 4 : 1 3 3 1 - 1 3 3 4 4

L a t h w e l l , D . J . t D . R . B o u l d i n , a n d W . S . R e i d .

E f f e c t s o f n i t r o g e n f e r t i l i z e r a p p l i c a t i o n s i n

1 9 7 0

a g r i c u l t u r e .

I n R e l a t i o n s h i n o f A r r i c u l t u r e t o S o i l a n d

W a t e r P o l l u t i o n ,

P r o c . C o r n e l l U n i v . C o n f . o n A g r . W a s t e M g m t . h e l d i n S y r a c u s e ,

N . Y . 1 9 2 - 2 0 6 .

L e e , D . H . K .

N i t r a t e s , n i t r i t e s a n d m e t h e m o g l o b i n e m i a .

E n v i r o n . R e v . N o .

2 . ,

N a t l . I n s t .

1 9 7 0

o f E n v i r o n . H e a l t h S c i . , U . S . D e p t . H e a l t h , E d u o . a n d W e l f a r e ,

W a s h i n g t o n , D . C .

M c C a r t y , P . L . ,

C h a i r m a n

T a o k G r o u p 2 6 1 0 1 ) .

S o u r c e n o f n i t r o g e n a n d p h o s p h o r u s i n w a t e r

1 9 6 7

s u p p l i e s .

J . A m . W a t e r W o r k s A s s o c .

5 9 : 3 4 4 - 3 6 6 .

M o r t e n s e n , J . L .

C o m p l e x i n g o f m e t a l s b y s o i l o r g a n i c m a t t e r .

S o i l S c i . S o c . A m e r . P r o o .

1 9 6 3

2 7 : 1 7 9 - 1 8 6 .

N e l s o n , L . B .

A g r i c u l t u r a l c h e m i o a l o i n r e l a t i o n t o e n v i r o n m e n t a l q u a l i t y :

C h e m i c a l

1 9 7 2

f e r t i l i z e r ° , p r e o e n t a n d f u t u r e .

J . E n v i r o n . Q u a l i t y 1 :

2 - 6 .

° d e n , S v a n t e .

T h e e x t e n t a n d e f f e c t s o f a t m o s p h e r i c p o l l u t i o n o n s o i l s .

S o i l s B u l l .

1 9 7 2

1 6 F A O R o m e .

O l s o n , R . A .

T h e f e r t i l i z e r p r o g r a m m e o f t h e F r e e d o m f r o m

H u n g e r C a m p a i g n .

I n C h a n g e

1 9 7 0

i n

A g r i c u l t u r e , A . B . B u n t i n g ( e d . ) , G e r a l d D u c k w o r t h a n d C o . L t d . ,

L o n d o n : 5 9 9 - 6 0 5 .

O l o o n , R . A . , a n d A . F . D r e i e r .

F e r t i l i z e r p r a c t i c e s f o r c r o p s i n d r y f a r m i n g .

I n :

1 9 7 0

I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o n

M e c h a n i z e d

D r y l a n d F a r m i n g , W . C . B u r r o w n , e t a l .

( e d s ) , D e e r e & C o . , M o l i n e ,

1 2 4 - 1 4 4 .

O l o o n , R . A . , A . F . D r e i e r , C . T h o m p s o n e t a l .

U o i n g f e r t i l i z e r n i t r o g e n e f f e o t i v o l y o n

1 9 6 4

'

g r a i n c r o p u .

N e b r . A g r . E x p . S t a .

B u l . 4 7 9 , 4 2

P P .

P a r r , J . F .

C h e m i c a l a n d b i o c h e m i c a l c o n n i d e r a t i o n s f o r m a x i m i z i n g

t h e e f f i c i e n c y o f

1 9 7 2

f e r t i l i z e r N . S o i l s B u l l . 1 6 , F A O , R o m o .

P e t e r s o n , G . A . , a n d D . J . V e t t e r .

S o i l n i t r o g e n b u d g e t o f t h e w h e a t - f a l l o w a r e a .

N e b r .

1 9 7 1

A g r . E x p . S t a . Q u a r t .

1 7 ( W i n t e r ) :

2 3 - 2 5 .

P e t e r n o n , J . R . , T . M . M c C a l l a , a n d G e o r g e E . S m i t h .

H u m a n a n d a n i m a l w a s t e s a s f e r t i l i z e r a .

1 9 7 1

I n F e r t i l i z e r T e c h n o l o g y a n d U s e , R . A . O l s o n e t

a l . ( e d s . ) , S o i l S c i . S o c .

A m e r . , M a d i s o n , W i s . :

5 5 7 - 5 9 6 .



P r e s i d e n t ' e S c i e n c e A d v i s o r y C o m m i t t e e , P a n e l o n t h e W o r l d F o o d S u p p l y .

T h e w o r l d f o o d

1 9 6 7

p r o b l e m . T h e W h i t e H o u s e , W a s h i n g t o n , D . C .

S C h t i p t i a n , W .

E f f e c t s o f t h e a p p l i c a t i o n o f i n o r g a n i o a n d o r g a n i c m a n u r e s o n t h e m a r k e t

1 9 7 2

q t e a l i t y a n d o n t h e b i o l o g i c a l v a l u e o f a g r i c u l t u r a l p r o d u o t s .

S o i l s

B u l l . 1 6 , F A O , R o m o .

S e i m , E x . , P . N . M o a h e r , a n d R . A . O l s o n .

H o w m u c h p o l l u t i o n f r o m f e r t i l i z e r a ?

N e b r .

1 9 7 2

A g r . E x p . S t a . Q u a r t . ( W i n t e r ) .

S m i t h , G e o r g e E . S t a t e m e n t a t S e n a t e s u b c o m m i t t e e h e a r i n g o n a i r a n d w a t e r p o l l u t i o n ,

1 9 7 1

K a n s a a C i t y , M o . , A p r . 2 .

S m i t h , 0 . E ,

N i t r a t o p r o b l e m s i n w a t e r a s r e l a t e d t o s o i l s , p l a n t a a n d w a t e r .

W a t e r F o r u m .

1 9 6 5

S p e c . R a p t .

# 5 5 ,

U n i v . o f M i s s o u r i , C o l o m b i a , M s .

S t a n f o r d , G . , C . D . E n g l a n d , a n d A . W . T a y l o r .

F e r t i l i z a r u s e a n d w a t e r q u a l i t y .

U . S . : D . A . ,

1 9 7 0 A . R . S . 4 1 - 1 6 9 .

U . S . G o v t . P r i n t i n g O f f . , W a s h i n g t o n , D . C .

S t e w a r t , B . A . , F . G . V i e t s , J r . , G . L . H u t c h i n s o n , e t a l .

D i e t r i b u t i o n o f n i t r a t e s a n d o t h e r

1 9 6 7

w a t e r p o l l u t a n t s u n d e r f i e l d a a n d c o r r a l s i n t h e m i d d l e S o u t h P l a t t e

V a l l e y o f C o l o r a d o .

U . S . D e p t . A g r . , A g r i . R e s . S e r v . , A R S 4 1 - 1 3 4 2 0 6 p p .

S t e w a r t , K . M . , a n d

G . A . R o h l i c h .

E u t r o p h i c a t i o n - - a r e v i e w .

' P u b .

3 4 .

S t a t a W a t e r Q u a l i t y

1 9 6 7

C o n t r o l B d . , C a l i f .

S t e w a r t , R . , a n d W . P e t o r s o n , T n e n i t r i c n i t r o g e n c o n t e n t o f t h o c o u n t r y r o c k .

S o i l

1 9 1 6

S c i .

2 : 3 4 5 - 3 6 1 .

S t o u t , P e r r 7 R . , a n d R . G . D u r a u .

T h e e x t e n t a n d s i g n i f i c a n c e o f f e r t i l i z e r b u i l d u p i n

1 9 6 7 * o i l a s r e v e a l e d b y v e r t i c a l d i a t r i b u t i o n s o f n i t r o g e n o t t a m a t t e r b e t w e e n

c o i l a a n d u r d e r l y i n g w a t e r r e s e r v o i r s .

S y m p o a i u m o n 1 7 . 1 . c u l t u r e a n d t h e

. W . a l i t v o f O u r E e v i r o n m e n t . A . A . A . S . P u b . 6 5 , W a n h i n g t o n , D . C .

5 " .

U n t t e d S t a t e s

D e I e w t m e n t o f H e a l t h , E d u c a t i o n a n d W e l f a r e .

P u b l i c h e a l t h a e r v i c e

d r i a k i n g

1 9 6 2

w a t e r s t a n d a r d s .

U . S . D e p t . H e a l t h , E d u a . a n d W e l f a r e P u b .

9 5 6 , W a s h i n g t o n ,

D . C . ,

& 1

V i e t a , F . G . , J r .

W a t e r

q u a l i t y i n r e l a t i o n

t o

f a r m u n e o f f e r t i l i z e r .

D i o - S c i e n c e 2 1 :

1 9 7 1

4 6 0 - 4 6 7 .

V i e l a , F r a n k G . , J r . , a n d R i c h a r d R . H a g e m a n .

F a c t o r s a f f e c t i n g t h e a c c u m u l a t i o n o f

1 9 7 1

n i - t r a t e i n s o i l , w a t e r , a n d p l a n t s .

U . S . D . A . , A . R . S . A g r . H a n d b o o k

n o . 4 1 3 , 6 3 p p .

W a d l e i g h , C . H .

a a t e s i n r e l a t i o n

t o a g r i c u l t u r e a n d f o r e s t r y .

U . S . D . A . M i s c . P u b .

1 9 6 8

1 0 6 5 , 1 1 2 p p .

W a d l e i g h , C . H . P l a n t

n u t r i e n t s w i t h

r e s p e c t t o w a t e r q u a l i t y .

I n t e r s t a t e C o m m .

o n t h e

1 9 6 9

P o t o m a c R i v e r .

W a d l e i g h , C e a i l H . , a n d C l a r e n c e S . B r i t t . I e s u e s i n f o o d p r o d u c t i o n a n d c l e a n w a t e r .

I n

1 9 7 0

A r i c u l t u r a l P r a o t i c e e a n d

W a t e r q u a l i t v , T o d . L . W i l l r i o h

a n d

G e o r g e E . S m i t h

T h a I o w a S t a t e U n i v e r s i t y P r e s s , A m e s , l a . : X I X - X X V I I .

W a l k e r , T . W . , D . K . T h a p a , a n d A . F . R . M a m a .

S t u d i e s o n

D o n

o r g a n i c

m a t t e r : 3 .

1 9 5 9

A c o u m u l a t i o n o f

c a r b o n , n i t r o g e n , a u l p h u r , o r g a n i c a n d t o t a l p h o s p h o r u n i n

i m p r o v e d g r a s s l a n d D o n a .

S o i l S c i .

8 7 : 1 3 5 - 1 4 0 .

W a r d , P . C .

F i a t i n g l e v e l a o f

n i t r a t e a i n

w a t e r s - - t h e C a l i f o r n i a s i t u a t i o n .

I n N i - t r a t e

1 9 7 0

a n d W a t e r S u p p l e r ;

S o u r c e a n d C o n t r o l .

T w e l f t h S a n i t .

E n g i n . C o n f .

E n g i n . P u b . O f f . , U n i v . I l l i n o i s , U r b a n a , I l l . : 1 4 - 2 6 .

W e l o h , L . F .

P e r s o n a l c o m m u n i c a t i o n .

1 9 7 1

W e l t e ,

S e l l a D u l l . 1 6 , F A O , H o m e .

1 9 7 2

T a a l o n , D . H .

T h e c o n c e n t r a t i o n o f a t i l i n O r d a a n d

n i t r a t e i n r a i n w a t e r o v n r I s r a e l i n

1 9 6 4

r e l a t i o n t o e n v i r o n m e n t a l f a c t o r s . T e l l u s 1 6 : 2 & o - 2 ( 4 .



M A X W I Z I N G T H E U T I L I Z A T I O N F F I C I E N C Y O F F E k T I L I Z E k N

B Y S O I L A D C R O P M A N A G E M E N T

e

R . A . O l s o n

P r o f e s u o r o f A g r o n o m y , U n i v e r s i t y o f N e b r a s k a


F e r t i l i z e r N a t s o m e 2 7 m i l l i o n m e t r i c t o n s i s t h e m o s t e x t e n s i v e l y r e q u i r e d a n d u e e d

n u t r i e n t w o r l d - w i d e f o r e c o n o m i c c r o p p r o d u c t i o n .

W i t h p r o j e c t i o n s o f a d o u b l e d c o n s u m p t i o n

i n t h o n e x t

1 5

y e a r s , i t c l e a r l y c o n s t i t u t e s a m a j o r i n p u t c o o t f o r t h e w o r l d ' s f a r m e r s .

E v i d e n c e o f t h e i m p a c t o f f e r t i l i z e r N o n m o d e r n c r o p p r o d u c t i o n i s p r e s e n t e d i n

F i g u r e 1

( u p d a t e d f r o m d a r b e r a n d O l n o n , 1 9 6 8 ) .

I t i s o b v i o u s t h a t f e r t i l i z e r N p l a y e d a

m a j o r r o l e i n t h e n e a r t r i p l i n g o f e t a t e a v e r a g e y i e l d s w h i c h o c c u r r e d b e t w e e n 1 9 4 8 - 1 9 7 0

i n N e b r a s k a a n d I n d i a n a r e p r e s e n t i n g t h e w e s t e r n a n d e a n t e r n p o r t i o n s o f t h e C o r n B e i t ,

U . S . A .

O t h e r t e c h n o l o g i c a l a d v a n c e s d u r i n g t h e p e r i o d u n d o u b t e d l y c o n t r i b u t e d t o t h e

p o r t r a y e d y i e l d i m p r o v e m e n t s i n c l u d i n g i m p r o v e d h y b r i d s , b e t t e r t i l l a g e a n d w e e d c o n t r o l

m e t h o d s , e x p a n d e d i r r i g a t i o n d e v e l o p m e n t , e t c . , b u t t h e N c o n t r i b u t i o n w a s p r e d o m i n a n t .

I m p l i c a t i o n s f o r t h e d e v e l o p i n g c o u n t r i e s o f t h e w o r l d a r e c l e a r l y a p p a r e n t .

W i t h t h e e m p h a s i s t h a t h a s r e c e n t l y b e e n p l a c e d o n e n v i r o n m e n t a l q u a l i t y , a n d i n

s p e c i a l

c o n s i d e r a t i o n c f t h e m o b i l i t y o f N i n s o i l , i t i o e s c e n t i a l t h a t f e r t i l i z e r N

m a n a g e m e n t b e d i r e c t e d t o w a r d . m a x i m u m c r o p u t i l i z a t i o n e f f i c i e n c y .

I t w i l l b e t h e o b j e c t i v e

o f t h i s p a p e r t o d e t a i l p r a c t i c e s w h i c h h a v e p r o v e d e f f e c t i v e t o t h i s e n d .

I m p a c t o f C u l t i v a t i o n o n S o i l N

M a n y

i n v e s t i g a t c r s h a v e r e p o r t e d s h a r p d e c l i n e s i n s o i l C a n a N f r o m t h e n a t i v e s t a t e

a f t e r l a n d h a s b e e n p l a c e d u n d e r c u l t i v a t i o n .

T h u s , H a a s e t a l .

( 1 9 5 7 )

r e p o r t a n a v e r a g e

l o s s o f

3 9

p e r c e n t o f t h e N f r o m t h e v i r g i n s u r f a c e e o i l o f 1 4 l o c a t i o n s i n a s u b h u m i d

t e m p e . . a t e r e g i o n o v e r a 3 6 - y e a r c r o p p i n g p e r i o d , o r s l i g h t l y m o r e t h a n o n e p e r c e n t

l o s n

p e r y e n r

o r c u l t i v a t i o n .

T h e y a l t o r e p o r t e d l o s e o f

1 5

p e r c e n t o f t h e t o t a l N i n t h e

1 5 - 3 0

c m d e p t h o f s o i l C r o s

3 5

y e a r n ' c r o p p i n g a t s e v e n l o c a t i o n s .

T h i s a n d o t h e r e m u l a r

s t u d i e u

h A v e

d e m o n n t r a t e d a l i n e a r d e c l i n e o f N w i t h t i m e f o r

3 0 - 5 0

y e a r s i n t e m p e r a t e

r e g i o n s w h e n a n e w a n d s u b s t a n t i a l l y l o w e r e q u i l i b r i u m l e v e l i n r e a c h e d .

T h e d e c l i n e i n N

i n v o l v e d i n v a r i a b l y g r e a t l y e x c e e d s t h e a m o u n t o f N t a k e n o f f i n c r o p s a n d t h u s n u g g e s t s

o t h e r a v e n u e s o f l o s s , p r e d o m i n a n t a m o n g w h i c h a r e r e m o v a l b y e r o s i o n ,

l e a c h i n g o f n i t r a t e ,

v o l a t i l i z a t i o n o f a m m o n i a a n d d e n i t r i f i c a t i o n .

N i t r a t o l e a c h i n g d e p e n d s o n a n u m b e r o f f a c t o r s , m o s t i m p o r t a n t

o f w h i c h , a c c o r d i n g

t o A l l i s o n

( 1 9 6 5 ) ,

a r e ;

( 1 ) A m o u n t a n d f o r m o f s o l u b l e a n d u n a d s o r b e d N p r e s e n t o r a d d e d ;

( 2 ) t i m e a n d a m o u n t o f r a i n f a l l ;

( 3 )

i n f i l t r a t i o n a n d p e r c o l a t i o n r a t e s , b o t h m a r k e d l y

i n f l u e n c e d b y s o i l

p h y s i c a l

p r c n p e r t i e s a n d t i l l n g n p r a c t i c e ; ( 4 ) s o i l w a t e r h o l d i n g

c a p a c i t y a n d p r o f i l e m o i s t u r e c o n t e n t w h e n r a i n o r i r r i g a t i o n o c c u r s ;

( 5 )

c h a r a c t e r o f

c r o p , i f p r e s e n t ; ( 6 ) a m o u n t o f e v a p o t r a n s p i r a t i o n ;

( y ) N r e m o v a l r a t e b y t h e e r o p ;

( 6 ) e x t e n t o f u p w a r d N m o v e m e n t d u r i n g d r o u t h p e r i o d s ; a n d

( 9 )

e x t e n t t o w h i c h N i c l e a c h e d

b e l o w t h e r o o t z o n e . A l l i s o n a n w e l l a s

N e l s o n

a n d U h l a n d

( 1 9 5 5 )

h a v e e x p r e s s e d t h e b e l i e f

t h a t l e a c h i n g l o s s e s g e n e r a l l y o c c u r w h e n n o c r o p i n g r o w i n g o n

t h e s o i l a n d t h a t p r e c i p i -

t a t i o n i n a s u b h u m i d t e m p e r a t e r e g i o n a s e x p r e s c e d i n m i d w e n t e r n

U . S . A . i s u s u a l l y i n a d e -

q u a t e t o c a u s e s i g n i f i c a n t l e a c h i n g d u r i n g t h e g r o w i n g s e a s o n .

P u b l i n h e d a s P a p e r N u m b e r

1 3 2 5 , J o u r n a l S e r i e s , N e b r a s k a , A g r i c u l t u r a l E x p e r i m e n t

S t a t i o n .



I r r e o p e c t i v e o f t h e c h e m i c a l f o r m a d d e d a s f e r t i l i z e r , N i s r e a d i l y c o n v e r t e d i n t o

N O 3 u n d e r a e r o b i c c o n d i t i o n s a n d i s t h e n r e a d i l y l e a c h a b l e , e s p e c i a l l y i n t h e f a l l a n d

s p r i n g m o n t h s i n t h e a b o e n c e o f

a n e s t a b l i s h e d c r o p r o o t s y s t e m . '

V o l a t i l i z a t i o n l o o s e n o f N c a n o c c u r i n s e e e r a l w a y c , i n c l u d i n g e v o l u t i o n a s m o l e c u l a r

a m m o n i a f r o m N g s o u r c e s , a n d a u N 2 a n d N 2 0 f r o m b i o / o g i c a l a n d ' c h e m i c a l ' d e n i t r i f i c a t i o n

o f N O - 1 a n d N O 2 s o u r c e s .

A m m o n i a l o s s e s a r e m o s t l i k e l y t o o c c u r f r o m s u r f a c e a p p l i c a t i o n e

o f N ; ' ' ' - c o n t a i n i n g o r p r o d u c i n g m a t e r i a l o t o s o i l s o f h i g h p H , w h i l e N , a n d N 2 0 v o l a t i l i z a -

. 4

t i o n i s e u p e c i a l / y a a s o c i a t e d w i t h l o w o x y g e n t e n s i o n s a c c o m p a n y i n g p o r d r a i n a g e .

I n a s u m m a r y o f 5 1 l y s i m e t e r u t u d i e s i n v o l v i n g c r o p p i n g t o n o n - l e g u m e s i n t h e U . S . ,

A l l i s o n

( 1 9 5 5 ) c o n c l u d e d t h a t 1 5 p e r c e n t o r m o r e o f t h e t o t a l N a p p l i e d w a s u n e x p l a i n a b l y

l o e t , a b o v e a n d b e y o n d t h a t f o u n d i n p e r c o l a t i n g w a t e r s , a n d p r e s u m a b l y d u e t o v o l a t i l i z a -

t i o n .

V i e t n ( 1 9 6 0 ) r e p o r t e d c o m e ' n o t a b l y l a r g e r u n e x p l a i n e d l o s s e s , i n t h e r a n g o o f 2 0 - 9 2

p e r c e n t o f t h e N a p p l i e d , i n a s e r i e

o f l o n g t e r m f i e l d e x p e r i m e n t o i n t h e w e s t e r n U . S .

G r e a t e s t l o s s e s w e r e n o t e d o n f i n e t e x t u r e d c a l c a r e o u s s o i l e i n w h i c h a e r a t i o n c o u l d b e

p o o r f o l l o w i n g r a i n o r i r r i g a t i o n .

L o o s o f N w i t h e r o d e d s e d i m e n t s f r o m c u l t i v a t e d l a n d v a r i e s f r o m i n s i g n i f i c a n t a t n o n -

e r o s i v e o i t e o t o v e r y g r e a t w h e / ' e w i n d o r w a t e r r e m o v a l n a r e l a r g e .

M u c h o f t h e r e m o v a l

i n t h i o c a s e i n i n t h e f o r m o f v e r y f i n e l y d i v i d e d s o i l o r g a n i c m a t t e r p a r t i c l e e c o n t a i n i n g

N a n d

A S

a d s o r b e d N H - X ) o n f i n e m i n e r a l p a r t i c l e n .

R e s u l t o f t h e c o m b i n a t i o n o f t h e s e l o s o e s i s t h a t e c o n o m i c a g r i c u l t u r a l p r o d l i c t i o n

r e q u i r e s t h e u s e o f s u p p l e m e n t a l N o f o n e s o r t o r a n o t h e r i n a r e l a t i v e l y f e w y e a r s a f t e r

i n t e n s i v e c u l t i v a t i o n b e g i n s .

T h e s i m p l e a c t o f r e m o v i n g t h e i n d i g e n o u e v e g e t a t i o n a n d

e x p o o i n g t h e b a r e s o i l t o t h e e l e m e n t s b y c r o p p i n g c o n n t i t u t e s a b r e a c h o f t h e n a t u r a l

r e g i m e w i t h r - I n c o m i t a n t r e d u c t i o n i n t h e s o i r n c a p a c i t y f o r h o l d i n g N i n v i r t u a l l y a l l

e i t u a t i o n n e x c e p t t h a t o f t h e i r r i g a t e d d e s e r t

B o i l . R e c o g n i t i o n o f t h e s e n a t u r a l l o s e

a v e n u e n m u s t b e g i v e n i n t h o c a s e o f f e r t i l i z e r N a s w e l l , a n d t h o s e m a n a g e m e n t

p r a c t i c e s

w h i c h w i l l r e t a r d l o e s m u e t b e p r o m o t e d f o r e c o n o m i c a n d p o l l u t i o n c o n t r o l r e a s o n s .

C r o p U t i l i z a t i o n o f A p p l i e d N

L o n g - t e r m f i e l d e x p e r i m e n t e s u m m a r i z e d b y A l l i e o n

( 1 9 6 6 )

i n d i c a t e d t h a t n o m o r e t h a n

5 0 - 6 0 p e r c e n t o f a p p l i e d f e r t i l i z e r N i s u t i l i z e d b y c r o p s a s t h e g e n e r a l r u l e , e v e n w i t h

i m m o b i l i z a t i o n t a k e n i n t o a c c o u n t .

A n u n d e r s t a n d i n g o f c r o p m o r p h o l o g y i n r e l a t i o n t o

n u t r i e n t u p t a k e i s f u n d a m e n t a l t o t h e d e v e l o p m e n t o f e f f e c t . i v e f e r t i l i z a t i o n p r a c t i c e s

t h a t

m i g h t h o p e f u l l y i m p r o v e o n t h i s l o w d e g r e e o f e f f i c i e n c y .

E x a m p l e s w i l l b e d e v e l o p e d i n

t h i n r e g a r d f o r t w o o f t h e m o s t i m p o r t a n t c e r e a l c r o p s , v i z . , w i n t e r w h e a t a n d m a i z e .

A s r e p o r t e d b y O l s o n a n d R h o a d e s

( 1 9 5 3 ) ,

t h e w i n t e r w h e a t c r o p t o o k u p f r o m

5

t o 5 0

p e r c e n t o f i t s t o t a l N b e t w e e n g e r m i n a t i o n a n d t h e t i m e w h e n g r o w t h

r e c o m m e n c e d i n t h e

f o l l o w i n g s p r i n g , t h e a m o u n t d e p e n d i n g o n e x t e n t o f f a l l g r o w t h w h i c h

i s g o v e r n e d b y f a l l

t e m p e r a t u r e , m o i s t u r e , t i m e o f p l a n t i n g a n d s o i l N l e v e l .

T h e p e r i o d b e t w e e n r e s u m p t i o n

o f g r o w t h i n t h e o p r i n g a n d h e a d i n g a c c o u n t e d f o r u p t o

8 0 p e r c e n t o f t h e t o t a l N

a s e i m i l a t e d .

T h i s i n t e r v a l c o i n c i d e d w i t h t h e t i m e o f g r e a t e s t d r y m a t t e r

p r o d u c t i o n ,

a l t h o u g h m a x i m u m d r y m a t t e r w e i g h t w a n n o t u s u a l l y r e a c h e d u n t i l

a b o u t t w o w e e k s a f t e r

m a x i m u m N ' a c c u m u l a t i o n h a d b e e n a c c o m p l i e h e d .

B e t w e e n h e a d i n g a n d h a r v e s t u p t o 2 3 p e r c e n t

o f t h e t o t a l N w a s a b s o r b e d , a n d i n t h i s

5 - 6

w e e k s ' p e r i o d

2 5 - 7 5

p e r c e n t o f t h e N p r e v i o u s l y

a c c u m u l a t e d i n l e a v e s a n d s t e m ° w a s t r a n s l o c a t e d t o t h e g r a i n .

A d e c l i n e i n t o t a l d r y

m a t t e r a n d N c o n t e n t w a s o b s e r v e d a f t e r f l o w e r i n g a s h a s

b e e n r e p o r t e d f o r r i c e .

A l s o , t h e

p e r i o d o f m o s t r a p i d v e g e t a t i v e g r o w t h w a s e a r l i e r w i t h

n u p p l e m e n t a l N a p p l i e d .

S p r i n g

a p p l i c a t i o n o f N f e r t i l i z e r ( a m m o n i u m n i t r a t e ) a f f o r d e d g r e a t e r

a c c u m u l a t i o n o f N i n t h e

p l a n t s a n d u l t i m a t e l y i n t h e g r a i n t h a n r e s u l t e d f r o m

f a l l a p p l i c a t i o n .



T h e e t u d i e e o n w h e a t e v i d e n c e d t h a t a

m a j o r

p a r t o f t h e N r e q u i r e d c a n b e u t i l i z e d

b e t w e e n t h e r e s u m p t i o n o f s p r i n g g r o w t h a n d h e a d i n g .

T h u s , t h e h a z a r d s o f l e a c h i n g ,

m i c r o b i a l

t i e u p a n d d e n i t r i f i c a t i o n c o u l d t h e o r e t i c a l l y b e m i n i m i z e d f r o m t h a t l i k e l y

w i t h p l a n t i n g t i m e a p p l i c a t i o n . S p r i n g t r e a t m e n t w o u l d a l s o

a l l o W

a n e v a l u a t i o n o f c r o p

s t a n d a n d s o i l m o i e t u r e c o n d i t i o n s f a i r l y l a t e i n t h e c r o p s e a e o n b e f o r e d e c i d i n g o n t h e

f e a s i b i l i t y o f N f e r t i l i z a t i o n .

A r e v i e w b y N e l s o n ( 1 9 5 6 ) i n c o r p o r a t i n g r e s u l t e o f s e v e r a l i n v e s t i g a t o r s n o t e s t h a t

t h e c u r v e f o r N a c c u m u l a t i o n w i t h t i m e i n t h e w h o l e m a i z e p l a n t s l i g h t l y p r e c e d e s t h e

c u r v e f o r d r y m a t t e r p r o d u c t i o n u n t i l s h o r t l y a f t e r t a s s e l i n g a n d B i l k i n g .

H a n w a y ( 1 9 6 2 )

f o u n d a c h a r a c t e r i s t i c d i s t r i b u t i o n o f N i n d i f f e r e n t p l a n t p a r t e o f m a i z e i r r e s p e c t i v e

o f c r o p p i n g s y e t e m a n d f e r t i l i z e r t r e a t m e n t .

N i t r o g e n a c c u m u l a t e d i n e a c h p l a n t p a r t a s

t h a t p a r t g r e w w i t h l i t t l e t r a n s l o c a t i c n f r o m o n e p a r t t o a n o t h e r u n t i l a f t e r g r a i n

f o r m a t i o n b e g a n , w h e n N w a s t r a n s l o c a t e d f r o m a l l o t h e r p l a n t p a r t s t o t h e g r a i n .

H a n w a y

o b s e r v e d t h a t t r a n s l o c a t i o n o f N f r o m c o b , h u e k a n d ° t a l k p r e c e d e d t h a t f r o m t h e l e a v e s ,

a n d t h a t b y e i l k i n g t i m o t h e p l a n t h a d t a k e n u p 6 5 p e r e e n t o f t h e t o t a l c r o p a c c u m u l a t i o n

o f N .

A t m a t u r i t y 2 / 3 o f t h e c r o p ' s t o t a l a b o v e - g r o u n d N s u p p l y w a s c o n c e n t r a t e d i n t h e

g r a i n , a n d a b o u t 1 / 2 o f t h i s a m o u n t a p p e a r e d t o h a v e b e e n t r a n s l o c a t e d f r o m o t h e r a b o v e -

g r o u n d p a r t s .

E s p e c i a l l y s i g n i f i c a n t i s h i n o b s e r v a t i o n t h a t 5 0 p e r c e n t o f t h e l e a f

g r o w t h a n d 3 1 p e r c e n t o f t h e c r o p s ' t o t a l N u p t a k e o c c u r r e d i n o n e 2 - w e e k p e r i o d

j u s t

b e f o r e t a s s e l i n g .

G a s a

( 1 9 7 1 )

a p p l y i n g f e r t i l i z e r t a g g e d w i t h

1 5 N

1 / d a y s b e f o r e n i l k i n g , a t B i l k i n g

a n d 1 4 d a y s a f t e r e i l k i n g f o u n d i n c r e a s i n g c o n c e n t r a t i o n s o f t h e t a g g e d N i n t h e g r a i n

w i t h d e l a y i n t i m e o f t r a c e r a p p l i c a t i o n o n s o i l w i t h m o d e s t r e s i d u a l m i n e r a l N .

O n p l o t s

c o n t a i n i n g a v e r y h i g h , e v e l o f r e s i d u a l m i n e r a l N , h o w e v e r , t h e m o s t d e l a y e d N a p p l i c a t i o n

r e s u l t e d i n d e c r e a s e d 1 ) 1 4 l e v e l o f t h e g r a i n .

C o n c l u e i o n o f t h i s a n d a c o m p a n i o n s t u d y w a s

t h a t , w i t h f a v o u r a b l e m o i s t u r e c o n d i t i o n s ,

N

f e r t i l i z e r s u p p l i e d d u r i n g t h e e a r l y s t a g e s

o f t h e v e g e t a t i v e m a i z e p l a n t ' e m a x i m u m

N

u p t a k e a n d l e a f d e v e l o p m e n t p e r i o d , i . e . , f r o m

5 - 7

w e e k s a f t e r e m e r g e n c e , w a e m o r e e f f i c i e n t l y a b s o r b e d a n d u t i l i z e d t h a n e i t h e r e a r l i e r

o r l a t e r a p p l i c a t i o n s .

S o i l R e s i d u a l s f r o m A p p l i e d N

D e p e n d i n g o n a n t e n s i t y o f c r o p u t i l i z a t i o n a n d e n v i r o n m e n t a l f a c t o r s e u b e e q u e n t t o

h a r v e s t o f t h e c r o p t r e a t e d , t h e r e m a y b e s u b s t a n t i a l r e s i d u a l m i n e r a l N r e m a i n i n g i n t h e

s o i l f o r t h e n e x t c r o p ' s u n e a s h a s b e e n d o c u m e n t e d i n m a n y s t u d i e s

( t e b a n a e t a l . ,

1 9 3 1 ;

M i c h a l y n a a n d H e d l i n ,

1 9 5 9 ;

W h i t e a n d P e e e k ,

1 9 5 9 ;

P e a r s o n e t a l . ,

1 9 6 1 ;

S o p o r a n d H u a n g ,

1 9 6 3 ;

O l s o n e t a l . , 1 9 6 4 a ; P e t e r s o n a n d A t t o e ,

1 9 6 5 ;

K u r t z a n d S m i t h ,

1 9 6 6 ;

H e r r o n e t a l . ,

1 9 6 8 ) .

S o i l t e x t u r e a n d a m o u n t s o f r a i n f a l l o r i r r i g a t i o n - a r e m o s t s i g n i f i c a n t d e t e r m i -

n a n t s o f r e s i d u a l N a s t h e y c o n t r o l m a g n i t u d e o f l e a c h i n g a n d d e n i t r i f i c a t i o n l o s s e s .

R e s i d u a l s a r e l e a s t n i g n i f i c a n t i n v e r y s a n d y s o i l s o f l o w w a t e r h o l d i n g c a p a c i t y

a n d i n

r e g i o n s w h e r e r a i n f a l l n o t a b l y e x c e e d s w a t e r u s e b y c r o p s , b u t d o o c c u r t o s o m e

d e g r e e

e v e n w i t h h u m i d c o n d i t i o n s ( P e a r s o n e t a l . ,

1 9 6 1 ) .

M o r e o f t e n t h a n n o t a g e n e r a l c o r r e l a -

t i o n i s f o u n d t o e x i s t b e t w e e n a m o u n t o f r e s i d u a l m i n e r a l N i n t h e e u r f a c e 3 0 o r

6 0 c m o f

s o i l a n d t h e t o t a l a m o u n t i n t h e 1 5 0 c m p r o f i l e , a d e p t h b e l o w w h i c h m o s t a n n u a l c r o p

r o o t s

d o n o t e x t e n s i v e l y p e n e t r a t e i n s e a r c h o f w a t e r a n d n u t r i e n t s .

T h e r e i s a l s o g e n e r a l

a g r e e m e n t o n t h e d e p r e s s i n g e f f e c t

o f

a c c u m u l a t e d N O 3 N o n n o i l p H .

W o r k o f i e r r o n e t a l .

( 1 9 7 1 )

o n a n i r r i g a t e d B r u n i z e m e o n o v e r a

t h r e e - y e a r p e r i o d

s h o w e d s u b s t a n t i a l l y g r e a t e r m i n e r a l N a c c u m u l a t i o n i n

t h e 1 8 0 c m p r o f i l e o f s o i l w h e r e

f e r t i l i z e r N h a d b e e n a p p l i e d a s a e u m m e r a i d e d r e s e i n g

f o r m a i z e t h a n w h e r e a p p l i e d

p r e p l a n t .

T h i s w a s i n s p i t e o f t h e f a c t t h a t y i e l d a v e r a g e d s o m e w h a t h i g h e r

w i t h s u m m e r

a p p l i c a t i o n .

N o t o n l y w a s a g r e a t e r t o t a l q u a n t i t y o f m i n e r a l N m e a s u r e d

b u t a g r e a t e r

p r o p o r t i o n w a s p r e R e r v e d i n t h e u p p e r 6 0 c m o f t h e p r o f i l e w i t h

a p p l i c a t i o n d e l a y e d u n t i l

a n a c t i v e r o o t s y s t e m f o r a e e o r p t i o n o f t h e

N e x i s t e d .

C o n t r i b u t i n g t o t h i e o b s e r v a t i o n

w a s

a

n u b n t a n t i a l l y g r e a t e r p e r s i n t e n o e

o f N e 4 - N

i n t h e s u r f a c e 3 0 c m o f s o i l w i t h

d e l a y e d t i m e o f a p p l i c a t i o n .



12.000

10.000

8.000

6.000

o

169

253

12,000

10,000

8,000

6.000

0

u

0

2,000

;

o

Y

-3847.6 152.36X 0.4359X2

.77,3

40

80 120

Fla.

2.

Residual

effect of N

treatments

in

th

three

years

on yield

of maize in 1967

(left),

correlation

between measured

residual

mineral

surface

60

pm of soil

on

grain

yield without

N

applied

(right),

RESIDUAL

N. Kg/ha IN

60

cm SURFACE SOIL

ANNUALLYAPPLIEDN,KsOla



a c c u m u l a t i o n s o f r e s i d u a l m i n e r a l N b e c o m e a p p a r e n t i n a r e l a t i v e l y f e w y e a r s t h a t m o d i f y

t h e i n i t i a l r a t o i n d i c a t i o n u , e x c e e d i n g i n i m p o r t a n c e t h e s o i l ' s n a t u r a l m i n e r a l i z a t i o n

c a p a c i t y .

D i e r e g a r d o f t h i s A g r o n o m i c a l l y i m p o r t a n t p r i n c i p l e w o u l d i n d e e d e v e n t u a l l y

l o a d t o f e r t i l i z e r N c o n t a m i n a t i o n o f g r o u n d w a t e r a n d o f s u r f a c e w a t e r s f e d b y t h e g r o u n d

w a t e r .

V a r i e t y o f a s p e c i f i e d c r o p g r o w n a n d s e a s o n o f g r o w t h c a n h a v e m a r k e d e f f e c t s o n

o p t i m u m r a t e o f N t o a p p l y .

T h u s , r e s e a r c h a t t h e I n t e r n a t i o n a l R i c e R e s e a r c h I n e t i t u t e

( D e D a t t a e t a l . , 1 9 6 8 )

s h o w e d p o e i t i v e r e s p o n s e t o 1 2 0 k g N / h a i n t h e s u n n y d r y s e a s o n o f

o n e o f t h e d w a r f v a r i e t i e s d e v e l o p e d b y t h e I n s t i t u t o , w h e r e a e m o s t t a l l t r a d i t i o n a l

v a r i e t i e n p e a k e d o u t a t 3 0 - 6 0 k g N / h a .

T h e d w a r f v a r i e t y y i e l d e d l e s s d u r i n g t h e c l o u d y

w e t s e a s o n t h a n i n t h o d r y s e a s o n a n d a c h i e v e d i t s m a x i m u m a t o n l y 6 0 k g / h a , w h e r e a s t h e

t a l l v a r i e t i e e y i e l d e d s u b e t a n t i a l l y l e s e a n d r e a c h e d t h e i r m a x i m a a t 2 0 - 4 0 k g N .

I m p l i c a -

t i o n i s t h a t a s l i g h t i n t e n s i t y i s l o w , N r e q u i r e m e n t b y t h e c r o p i s c o r r e s p o n d i n g l y l o w e r .

T i m i n g . N u m e r o u e s t u d i e e h a v e b e e n m a d e t h r o u g h o u t t h e w o r l d o n t i m i n g o f f e r t i l i z e r

N a p p l i c a t i o n w i t h r a t h e r c o n f l i c t i n g r e s u l t e . K u r t z a n d s m i t h ( 1 9 6 6 ) i n a r e v i e w s t a t e

t h a t f e r t i l i z e r N m a y b e a p p l i e d t o t h e s o i l i n t h e f a l l o r w i n t e r b e f o r e t h e c r o p p i n g

B e a s o n , i n t h e s p r i n g , o r a s a s i d e d r e e s i n g b e t w e e n t h e r o w s a f t e r t h e c r o p i s e s t a b l i s h e d .

T h e y i n d i c a t e t h a t a v a i l a b l e f o r m a o f N i n f e r t i l i z e r s a r e n o t p e r m a n e n t i n t h e s o i l a n d

t h a t r i s k o f l o a s i e i n c r e a s e d w h e n a p p l i c a t i o n e a r e m a d e f a r i n a d v a n c e o f t h e t i m e o f

c r o p u s e .

T h e s a m e a u t h o r ° a s w e l l a s D o n a l d e t a l . ( 1 9 6 3 ) e u g g e s t t h a t a m m o n i u m f o r m s o f

N c a n b e s a f e l y u s e d i n t h e f a l l i f a p p l i e d a f t e r t h e s o i l h a s c o o l e d d o w n t o l e s s t h a n

1 0 0 C w h e n c o n v e r s i o n t o n i t r a t e b y b a c t e r i a l a c t i v i t y i s s h a r p l y r e t a r d e d . T h u s , p o t e n t i a l

l e a c h i n g a n d d e n i t r i f i c a t i o n a r e m i n i m i z e d e v e n i n s i t u a t i o n s o f s u b s t a n t i a l w a t e r p e r c o -

l a t i o n a n d r e e t r i c t e d a e r a t i o n d u r i n g f a l l , w i n t e r , a n d e a r l y s p r i n g m o n t h s .

M a n y n t u d i e s h a v e d e m o n e t r a t e d t h e i m p o r t a n c e o f a n e s t a b l i s h e d r o o t s y s t e m i n a s s u r i n g

m o s t e f f e c t i v e c r o p u t i l i z a t i o n o f a p p l i e d N i n c r e m e n t s ( O l s o n e t a l . , 1 9 6 4 a ; I A E A ,

1 9 6 9 ;

L a t h w e l l e t a l . ,

1 9 7 0 ) .

I n b o t h n o n i r r i g a t e d a n d i r r i g a t e d m a i z e e x p e r i m e n t s i n N e b r a s k a ,

N a p p l i e d a s a s u m m e r e i d e d r e s s i n g a t n o m i n a l r a t e e w a s e s e e n t i a l l y t w i c e a s e f f e c t i v e f o r

y i e l d a s t h a t a p p l i e d i n t h e f a l l o r s p r i n g b e f o r e p l a n t i n g .

A t t h e h i g h e s t r a t e s o f

a p p l i c a t i o n y i e l d s w e r e s i m i l a r w i t h a l l t i m e s o f a p p l i c a t i o n i n t h e y e a r o f t r e a t m e n t , b u t

r e s i d u a l e f f e c t n i n t h e y e a r f o l l o w i n g s t r o n g l y f a v o u r e d t h e H u m m e r t r e a t m e n t .

M u c h o f t h e

b e n e f i c i a l y i e l d e f f e c t f o r s u m m e r a p p l i c a t i o n i n t h e y e a r o f t r e a t m e n t r e s u l t e d f r o m a

n o t a b l y l a r g o r g r a i n / s t o v e r r a t i o t h a n o c c u r r e d w i t h e a r l i e r t i m e s o f N a p p l i c a t i o n , t h u s a

g r e a t e r g r a i n y i e l d w i t h o u t c o r r e s p o n d i n g i n c r e a s e i n v e g e t a t i v e g r o w t h .

F e r t i l i z e r N u t i l i z a t i o n w i t h a m o d e e t r a t e o f 9 0 k g / h a , t a k i n g y i e l d a n d g r a i n p r o t e i n

i n t o a c c o u n t , r a n g e d f r o m 3 1 p e r c e n t f o r f a l l t r e a t m e n t , u p t o 5 1 p e r c e n t s u m m e r s i d e d r e s s e d

i n t h e 1 4 N e b r a s k a e x p e r i m e n t o a b o v e d u r i n g t h e s i n g l e y e a r o f t r e a t m e n t .

W h e n u p t a k e w a s

d e t e r m i n e d i n e x p e r i m e n t e o v e r a 3 - y e a r p e r i o d , h o w e v e r , g i v i n g a l l o w a n c e f o r r e s i d u a l s

f r o m o n e y e a r t o t h e n e x t , u t i l i z a t i o n e f f i c i e n c i e s w e r e i n c r e a s e d i n t h e o r d e r o f 1 0 p e r -

c e n t f o r t h e r e s p e c t i v e a p p l i c a t i o n t i m e s .

O n t h e o t h e r h a n d , e f f i c i e n c i e s d i d n o t i m p r o v e

w i t h t i m e w h e r e h e a v i e r t h a n r e q u i r e d r a t e e w e r e e m p l o y e d , p r e s u m a b l y a t t r i b u t a b l e t o

a c c e n t u a t e d l o e s e s p e c i a l l y w i t h t h e e a r l i e r a p p l i c a t i o n t i m e s

( s e e F i g u r e

3 ) .

B e n e f i t f r o m s p r i n g o v e r f a l l a p p l i c a t i o n o f N f o r t h e ' w i n t e r w h e a t c r o p h a s n o t

u s u a l l y b e e n a s s t r i k i n g a s r e p o r t e d a b o v e f o r t h e d e l a y e d a p p l i c a t i o n

f o r m a i z e ( O l s o n

a n d D r e i e r , / 9 7 0 ) .

T h i n m i g h t b e e x p e c t e d s i n c e a n e s t a b l i e h e d r o o t s y s t e m e x i e t s d u r i n g

t h e l a t e f a l l , w i n t e r a n d e a r l y o p r i n g m o n t h n w i t h w h e a t t h a t d o e s n o t

e x i s t w i t h m a i z e

a n d t h e f a c t t h a t h a r d r e d w i n t e r w h e a t , a t l e a s t , i s

c o m m o n l y g r o w n i n r a t h e r d r y r e g i o n s .

E v e n s o , s p r i n g a p p l i c a t i o n h a s i n v a r i a b l y a f f o r d e d a h i g h e r p r o t e i n

c o n t e n t o f t h e g r a i n

a n d c o n s e q u e n t l y a g r e a t e r N u t i l i z a t i o n e f f i c i e n c y .

I n t h o c e s i t u a t i o n e w h e r e n p r i n g

t r e a t m e n t r e s u l t e d i n s i g n i f i c a n t l y h i g h e r y i e l d s , e x p l a n a t i o n

c o u l d o f t e n b e a f f o r d e d b y

t h e e x t r a m o i e t u r e u s e w i t h f a l l N t r e a t m e n t a n d n u b s e q u e n t

a c c e n t u a t e d m o i s t u r e d e f i c i e n c y

a s t h e c r o p a p p r o a c h e d m a t u r i t y

( o v e r s t i m u l a t i o n ) .



o

X

I

A

1 0 0

1 5 0

2 0 0

2 5 3

R E S I D U A L M I N E R A L N , K c / h c - 3 0 c m

F i g . 3 .

R e s i d u a l m i n e r a l N

i n t h e 1 8 0 - c m

p r o f i l e o f s o i l a f t e r t r e a t m e n t

o f t h e

m a i z e c r o p i n t h e t h r e e

p r e c e d i n g y e c r s

w i t h 2 I 0 k g N / h a a p p l i e d p r e p l a n t , e c H y

s i c e d r e s s ( E S D ) , o r l a t e s i d e d r e s s

( L S D ) .

3 0

E

w

6 0

=

9 0

L U

6 - 1

1 2 0

1 5 0

1 8 0



I n v e s t i g a t i o n s w i t h c r o p s p r o d u c e d i n h u m i d t r o p i c a l r e g i o n s a n d b y r i c e i n a u b m e r g e d

c u l t u r e h a v e c o m m o n l y s h o w n a n e e d f o r d e l a y i n g N a p p l i c a t i o n a n d / o r s p r e a d i n g a p p l i c a t i o n s

o v e r t w o o r m o r e t i m e s w h e n a c r o p r o o t s y s t e m i e w e l l . e u t a b l i s h e d f o r a s s u r i n g g o o d

f e r t i l i z e r N u t i l i z a t i o n ( B e e c h e r a n d W e l l s ,

1 9 6 0 ;

S i n g h a n d T e k a h a s h i ,

1 9 6 2 ;

P a t n a i k a n d

B r o a d b e n t ,

1 9 0 7 ; J o i n t F A O / I A E A D i v . ,

1 9 7 0 ) . N o d o u b t b o t h l e a c h i n g a n d g a s e o u e l o o s e s

h a v e b e e n r e t a r d e d b y t h e p r e s e n c e o f a n a c t i v e r o o t s y e t e m f o r a b s o r b i n g t h e N .

F u r t h e r -

m o r e , s p l i t a p p l i c a t i o n @ f o r r i c e r e n u l t e d i n g r e a t l y r e d u c e d s t r a w g r o w t h a n d l o d g i n g ,

e a r l i e r m a t u r i t y a n d g r e a t e r y i e l d t h a n w i t h s i n g u l a r a p p l i c a t i o n s m a d e a t o r e h o r t l y a f t e r

s e e d i n g o r a t

5

w e e k s a f t e r e e e d l i n g e m e r g e n c e ( S i m s o t a l . , 1 9 6 5 ) ,

i n d i c a t i n g p h y s i o l o g i c a l

e f f e c t s a s w e l l w e r e i n v o l v e d .

F i e l d e x p e r i m e n t s o f t h e j o i n t F A O / I / O . : A D i v i a i o n

( 1 9 7 0 )

t h r o u g h o u t S . E . A s i a , h o w e v e r , g e n e r a l l y f o u n d t h e h i g h e s t p e r c e n t a g e o f N d e r i v e d f r o m

f e r t i l i z e r w h e n t h e a m m o n i u m s u l f a t e c a r r i e r w a e a p p l i e d i n a s i n g l e d o s e t w o w e e k e b e f o r e

p r i m o r d i a l i n i t i a t i o n .

A l t h o u g h s p l i t a p p l i c a t i o n s t h a t i n c l u d e d o n e a t p r i m o r d i a l i n i t i a -

t i o n o f t e n g a v e g o o d u p t a k e r e s u l t a , r a r e l y d i d t h e r e e u l t s m a t c h t h o s e o f a s i n g u l a r l a t e

t r e a t m e n t .

M o r e r e c e n t e t u d i e s b y S i m s e t a l . ( 1 9 6 7 ) s h o w e d g r a i n y i e l d s o f r i c e t o b e

i n v e r n e l y r e l a t e d t o p l a n t h e i g h t a n d l o d g i n g a n d t o i n c r e a e e w i t h d e l a y i n t i m e o f

a p p l i c a t i o n o f t h e s e c o n d 4 5

k g N i n c r e m e n t ( t h e f i r s t

4 5

k g / h a a p p l i e d a t e m e r g e n c e a s

f l o o d i n g w a s i n i t i a t e d ) .

M o o t e f f e c t i v e t i m e o f t h e e e c o n d t r e a t m e n t r a n g e d f r o m

5 0 - 7 0

d a y e a f t e r e m e r g e n c e d e p e n d i n g o n v a r i e t y e m p l o y e d .

P a t n a i k a n d B r o a d b e n t

( 1 9 6 7 )

d e t e r m i n e d

t h a t t o p d r e s n e d l a b e l e d a m m o n i u m s u l f a t e c a u s e d h i g h e s t N r e c o v e r y a n d g r a i n y i e l d o f r i c e

w h e n a p p l i c a t i o n w a s d e l a y e d u n t i l t h e b o o t s t a g e , w i t h 5 1 p e r c e n t r e c o v e r y o f t h e N a p p l i e d

a t b o o t s t a g e c o m p a r e d w i t h

3 7

p e r c e n t w h e n p l a c e d i n t h e s o i l a t t r a n s p l a n t i n g .

C o n c l u s i o n c a n o n l y b e m a d e f r o m t h e s e o b e e r v a t i o n e t h a t g r e a t e s t c r o p u s e a n d l e a n t

l o s e o f a p p l i e d N i s l i k e l y t o o c c u r i f a p p l i c a t i o n i n h e l d u p u n t i l a n a c t i v e c r o p r o o t

s y s t e m e x i s t s .

T h e r e b y i m m o b i l i z a t i o n , d o n i t r i f i c a t i o n a n d l e a c h i n g l o s s e e h a v e l o s o

o p p o r t u n i t y t o t a k e p l a c e i f t h e N i s i m m e d i a t e l y a b s o r b e d i n t o t h e r o o t .

C e r t a i n c h e m i c a l

c a r r i e r , p l a c e m e n t , a n d e n v i r o n m e n t a l a n p e c t s m a y e n t e r i n , h o w e v e r , t o c o m p r o m i s e t h i s

g e n e r a l a x i o m , a s w i l l b e d e t a i l e d i n s u b e e q u e n t s e c t i o n s .

M o r e o v e r , i n a l o c a l i t y o f

v e r y e x t e n s i v e f e r t i l i z e r N u s e i t w o u l d b e p h y s i c a l l y i m p o s s i b l e t o s u p p l y t h e v o l u m e o f

m a t e r i a l s r e q u i r e d i n t h e s h o r t t i m e i n t e r v a l w h e n m o s t e f f i c i e n t u t i l i z a t i o n o f t h e N w o u l d

r e e u l t .

A e u b s t a n t i a l p o r t i o n o f n e c e n o i t y w i l l b e a p p l i e d p r i o r t o t h a t t i m e , t h u s

n e l e c t i o n o f c h e m i c a l c a r r i e r a n d p l a c e m e n t m e t h o d s h o u l d b e m a d e s o a s t o m i n i m i z o l o s s e s

t o t h e e x t e n t p o e s i b l e d u r i n g t h e p e r i o d w h e n t h e r e i n n o c r o p r o o t f o r a b s o r b i n g n u t r i e n t .

P l a c e m e n t .

S u r f a c e a p p l i c a t i o n o f a m m o n i u m f e r t i l i z e r e a r r i e r s a n d o f u r e a w h i c h

h y d r o l y z e s r a p i d l y t o a m m o n i u m c a r b o n a t e i n r e c o g n i z e d a s h a z a r d o u s f r o m t h e a m m o n i a

v o l a t i l i z a t i o n e t a n d p o i n t , e a p e c i a l l y o n s a n e t h a t a r e c a l c a r e o u s o r o t h e r w i s e o f h i g h

p H ( M i t n u i ,

1 9 5 4 ;

M a r t i n a n d ( h a p m a n ,

1 9 5 1 ;

V o l k ,

1 9 5 9 ; M e y e r e t a l . , 1 9 6 1 ) .

L o s s f r o m

t h i s c h a n n e l c a n r a n g e u p t o 1 0 0 p e r c e n t w i t h t h e a d d i t i o n a l c o n d i t i o n s o f a p p l i e d N

s u b t e n d e d o n n u r f a c e r e s i d u e , i n n u f f i c i e n t m o i s t u r e f o r p e n e t r a t i o n i n t o t h e s o i l , a n d

a c c e l e r a t e d d r y i n g b y w i n d a c t i o n .

C u r b i n g o f t h i s l o s e e n t a i l s i m m e d i a t e w a t e r i n g i n t o

t h e n o i l o r s o m e i n c o r p o r a t i o n o f t h o f e r t i l i z e r w i t h u o i l t o p e r m i t a d s o r p t i o n o f t h e

a m m o n i u m i o n o n t h e s o i l ' s e x c h a n g e c o m p l e x w h e r e i t i s f a i r l y s e c u r e

( V o l k ,

1 9 5 9 ;

M e y e r

e t a l . ,

1 9 6 1 ) .

S u r f a c e a p p l i c a t i o n o f a m m o n i u m m a t e r i a l s f o r e v e n n u b m e r g e d r i c e m a y b e

r e s p o n e i b l e

f o r h i g h d e n i t r i f i c a t i o n l o s e s .

T h i s i e f o r t h e r e a s o n t h a t n i t r i f i c a t i o n

i 8

p o s s i b l e a t

t h e s u r f a c e o f t h e s u b m e r g e d . s o i l d u e t o t h e o x y g e n c a r r i e d i n t h e w a t e r .

R e d u c i n g

c o n d i t i o n n d o n o t b e g i n u n t i l u o m o f e w e l m b e l o w t h e s u r f a c e , t h e d e p t h d e p e n d i n g o n

t e x t u r a l a n d e t r u c t u r a l c o n d i t i o n n . F o l l o w i n g n i t r i f i c a t i o n , t h e r e s u l t i n g n i t r a t e m o v i n g

d o w n i n t o t h e r e d u c e d z o n e i s l o s t t o d e n i t r i f i c a t i o n .

T h e e a r l i e r t h e a m m o n i u m c a r r i e r

i o a p p l i e d , t h e g r e a t e r t h e p r o b a b i l i t y o f t h i s l o s s o c c u r r i n g .

T h u s , M i t s u i ( 1 9 5 6 ) h a s

r e p o r t e d l o s s e s o f

3 0 - 5 0

p e r c e n t o f s u r f a c e a p p l i e d a m m o n i u m f o r f l o o d e d r i c e i n J a p a n

c o m p a r e d w i t h d e e p p l a c e m e n t .

S i m i l a r l y M i k k e l s e n a n d F i n f r o e k

( 1 9 5 7 )

f o u n d t h a t N

i n c o r p o r a t e d

5 - 1 0

c m d e e p i n d r y

R o i l

b e f o r e f l o o d i n g r e s u l t e d i n

2 5 - 3 5

p e r c e n t g r e a t e r

y i e l d t h a n t h e s a m e a m o u n t s u r f a c e b r o a d c a s t .

B y r e a n o n o f t h e f i e l d e x p e r i m e n t o o f t h e

J o i n t F A O / I A E A D i v i s i o n ( 1 9 7 0 ) o n r i c e r e p o r t e d e a r l i e r , c o n c l u s i o n w a s d r a w n

t h a t s h a l l o w



p l a c e m e n t o f a m m o n i u m s u l i a t e r e s u l t e d i n 3 0 - 4 0 p e r c e n t h i g h e r u t i l i z a t i o n

o f t h e a p p l i e d

N o n s l i g h t l y a o i d s o i l s t h a n w i t h s u r f a c e h r o a d c a e t i n g .

L i t t l e o r n o d i f f e r e n c e o c c u r r e d

w i t h v a r i e d p l a c e m e n t o n c a l c a r o o u e s o i l s o f p i

a b o v e 7 .

O t h e r w i s e , p l a c e m e n t

o f

N f e r t i l i z e r i e i m p o r t a n t w i t h r e s p e c t t o w h e r e m o i s t s o i l

e x i s t e a n d

r o o t

a c t i v i t y f o r a b s o r p t i o n t o

p o s e i b l e . S o m e i n v e s t i g a t o r s h a v e o b t a i n e d

p o o r r e s u / t s f r o m d e l a y e d b r o a d c a o t i n g o f N b e t w e e n t h e r o w s o f w e l l e r t a b l i s h e d m a i z e ,

f o r e x a m p l e , w h e n t h e s u r f a c e s o i l w a e d r y a t a p p l i e a t i o n a n d r a i n w a s n o t r e o e i v e d s h o r t l y

f o r c a r r y i n g t h e s o l u b l e n u t r i e o t i n t o t h e r o o t z o n e ( T A F , A ,

1 9 6 9 ;

O l s o n e t a l . , 1 9 6 4 a ) .

S o m e t i m e s a m o d e s t i n c o r p o r a t i o n

o f

t h e N b y a t i l l a g e i m p l e m e n t p e n e t r a t i n g t o m o i s t r o i l

w o u l d a l l e v i a t e t h e n r o b l e m , a l t h o u g h r a i n o r i r r i g a t i o n w o u l d b e e s s e n t i a l b e f o r e m a n y

d a y s l i a d p a c e d f o r o p t i m u m

u s e .

I n o t h e r c a e e e p o o r r e s u l t e f r o m a d e l a y e d a p p l i c a t i o n

h a v e o c c u r r e d w h e r e t h e N w a s i n s e r t e d i n t o t h e r i d g e o f t h e m a i z e r o w o n l y t o b e c a r r i e d

t o

t h e e u r f a c e o f t h e r i d g e b y c a p i l l a r y m o v e m e n t o f w a t e r a s

i r r i g a t i o n w a s b e g u n .

T h e p l a c i n g

o f

s o l u b l e N f e r t i l i z e r m a t e r i a l e o n t h e s u r f a c e

o f

f r o z e n g r o u n d s h o u l d

b e d i m i o u r a g e d .

N o t o n l y i s t h e r e p o t e n t i a l f o r s e r i o u s r u n o f f l o s s w i t h r a i n o r s n o w m e l t ,

b u t t h e N A ) v o l a t i l i z a t i o n p o t e n t i a l o v e r a n e x t e n d e d p e r i o d c o u l d b e s u b s t a n t i a l .

P o t e n -

t i a l g a s e o u s l o e n f r o m a p p l i c a t i o n o f a n n y d r o u e a m m o n i a a n N f e r t i l i z e r m u a t a l e o e v e r b e

r e c o g n i z e d .

T h e a n h y d r o u e m u s t b e i n j e c t e d t o a s u f f i c i e n t d e p t h t o a s s u r e t h a t i t H

d i f f u e i o n v o l u m o i n t h e s o i l d o e s n o t r e a c h t h e l a n d e u r f a e e , r e q u i r i n g c a r e t o e q u a t e

a p p l i c a t i o n r a t e w i t h s h a n k s p a c i n g a n d c a t i o n e x c h a n g e c a p a c i t y

o f

t h e s o i l t r e a t e d .

A d d i t i o n a l l y , a p p l i c a t i o n s h o u l d n e v e r b e m a d e w h e n t h e s o i l i s e x c e s s i v e l y d r y o r w e t d u e

t o

v o l a t i l i z a t i o n l o s e a c c o m p a n y i n g t h e

p o o r

c l o s i n g o f t h e i n j e c t i o n s l o t .

N i t r o g e n C a r r i e r s .

T h e s e c h e m i c a l c a r r i e r s o f N t h a t

p l a y

a s i g n i f i c a n t r o l e i n o r o p

f e r t i l i z a t i o n t h r o u g h o u t t h e w o r l d h a v e b e e n g e n e r a l l y r e c o g n i z e d a s e q u i v a l e n t i n

e f f e c t i v e n e e s f o r m o s t c r o p s .

P h i s p r e s u p p o n e e t h a t e a c h c a r r i e r w i l l b e m a n a g e d i n

a c c o r d a n c e w i t h i t s o w n l i m i t a t i o n s , e u c h

a s :

i n c o r p o r a t i o n o f u r e a a n d N A A

- b a s e m a t e r i a l s

r a t h e r t h a n s u r f a c e b r o a d c a s t i n g , e u p e c i a l l y o n c a l o a r e o n s s o i l H ; a p p l i c a t i o n o f N O

p r o d u c t s a f t e r w e t t i n g r e g i m e s w h i c h c o u l d c a u s e l e a c h i n g o r t e m p o r a r y w a t e r l o g g i n g ;

p r o p e r d e p t h a n d n p a c i n g o f a m m o n i a a p p l i c a t o r s h a n k s i n r e l a t i o n t o

s o i l a n d m o i s t u r e

c o n d i t i o n s ; t i m e l y a p p l i c a t i o n , p r o p e r p l a c e m e n t f o r o p t i m u m u s e , j u d i c i o u s r a t e o f

a p p l i c a t i o n , e t c .

T h e r e a r e n o t a b l e e x o e p t i o n H t o t h e e q u i v a / e n c e n o t e d a b o v e , h o w e v e r .

A m m o n i a c a l N

h a s b e e n g e n e r a l l y a c c e p t e d a s a m o r e e f f i c i e n t s o n r c e t h a n o t h e r N f e r n s f o r f l o o d e d

r i c e .

N i t r a t e c a r r i e r n a r e o u n A l l y f o u n d t o b e q u i t e i n e f f i c i e n t u n d e r t h e s u b m e r g e d c o n d i t i o n s ,

a l t h o u g h t h e i r p e r f o r m a n c e

i H

i m p r o v e d w i t h d e l a y e d a p p l i c a t i o n a n d

m a y p r o v e

a c c e p t a b l e

w h e n a p p l i e d i m m e d i a t e l y b e f o r e t h e b o o t e t a g e o f d e v e l o p m e n t

( J o i n t F A O / T A H A D i v . , 1 9 1 0 ) .

A m m o n i o m u u l f a t e h a n l o n g b e e n u s e d a s t h e s t a n d a r d f e r t i l i z e r N c a r r i e r i n

n u e l i

o f

t h e h u n i d t r o p i c a l

r e g i o n s o f t h e w o r l d b e c a u e e o f i t a o w d e l i q u e s c e n o e a n d c o n s e q u e n t

e x c e l l e n t r t o r a g e p r o p e r t i e s .

M o s t o t h e r c a r r i e r s h a v e

h e e n

q u i t e u n a c c e p t a b l e i n t h i s

r e H p e c t u n t i l r e c e n t t i m e s f o l l o w i n g d e v e l o p m e n t o f a d v a n c e d

t e c h n o l o g y i n t h e c o a t i n g

o f

p a r t i c l e s a n d b a r g i n g p r o c e d o r e s .

T h e s u l f u r c o n t a i n e d i n a m m o n i u m s u l f a t e

i s

a l s o v e r y

o f t e n b e n e f i c i a l t o

y i e l d

i n h e a v i l y l e a c h e d s e i l e .

E s p e e i a l l y i n t h e u p l a n d s a v a n n a a r e

s o i l s l i k e l y t o b e i n h e r e n t l y d e f i c i e n t i n n u l f u r

( M c C l u n g e t a l . ,

1 9 5 9 ) .

I t i n

w e l l

r e c o g n i z e d n o w , h o w e v e r , t h a t t h e e x t e n d e d u s e o f a m m o n i u m

a u l f a t e o n t r o p i c a l s o i l s

o f

l o w c a t i o n e x c h a n g e c a p a c i t y w i l l r e s u l t i n s u b s t a n t i a l l o s s o f

e o i l c a l c i u m a n d r e d u c t i o n

i n s o i l p H ( R u s s e l l ,

1 9 6 0 ,

C o n t e n t i o n i e m a d e t h a t t h e a c i d i t y i n d u c e d b y a m m o n i u m s u l f a t e

i n

a

f e w y e a r s i o m o r e d a m a g i n g t o c r o p s t h a n t h a t c a u s e d b y

n a t u r a l p r o o e s s e s o v e r

m i l l e n n i a o f t i m e , a n d p r e s u m a b l y r e l a t e d t o s u b s o i l a c i d i f i c a t i o n

a n d r e l e a s e o f a c t i v e

a l u m i n u m .

G e n e r a l c o n s e n s u s n o w i a t h a t u n e o f a m m o n i u m

s u l f a t e s h o u l d b e c u r t a i l e d o n

i n h e r e n t l y a c i d s o i l s o f

l o w e x c h a n g e c a p a o i t y i n t h e t r o p i c s u n l e s s i t i s

p o s s i b l e t o

c o m p e n s a t e w i t h a p p r o x i m a t e l y 1 0 0 k g o f e f f e c t i v e

l i m e f o r e a c h 1 0 0 k g o f

t h e N

c a r r i e r

a p p l i e d .

V i r t u a l l y a l l

o t h e r N c a r r i e r s ( e x c e p t s o d i u m n i t r a t e a n d

c a l c i u m a m m o n i o m

n i t r a t o ) a m o h a v e r e s i d u a l a c i d i f y i n g e f f e c t s o n t h e s o i l , b u t

o n l y t o t h e

e x t e n t o f 1 / 3

t o 1 / P t h a t o f a m m o n i u m r u l f a t c .



/ n t e r a c t i o n n o f N a n d W a t e r M a n a g e m e n t

e e r t i l i z e r N a n d w a t e r i n t e r a c t i n v a r i o u e w a y e i n a f f e c t i n g t h e e f f i c i e n c y o f c r o p

u t i l i z a t i o n o f t h e a p p l i e d N .

C r o p y i e l d c a r e b e n e f i t e d i n w e l l - d r a i n e d s o i l H b y t i m e l y

i r r i g a t i o n e v e n i n t h o s e u i t u a t i o n u w h e r e s u b s t a n t i a l a v a i l a b l e w a t e r r e m a i n s i n d e e p e r

p o r t i o n s o f t h e u o i l r o o t i n g p r o f i l e p r i o r t o i r r i g a t i o n ( H e r r o n e t a l . ,

1 9 7 1 ) .

T h i s h a s

b e e n i n t e r p r e t e d t o m o a n t h a t r e p l e n i e h i n g t h e m o i s t u r e a u p p l y o f t h e s u r f a c e l a y e r o f

s o i / h a s r e s u l t e d i n g r e a t e r r o o t a c t i v i t y f o r n u t r i e n t u p t a k e a s s u p p l e m e n t a l w a t e r i n g

k e p t t h a t n u t r i e n t - r i c h z o n e m o r e c o n t i n u o u s l y m o i s t .

R e l e v a n t i s

t h e r e p o r t e d

3 1

p e r c e n t

u p t a k e o f t h e m a i z e c r o p ' s t o t a l N r e q u i r e m e n t i n o n e 2 - w e e k p e r i o d j u s t p r i o r t o t a s s e l i n g

( H a n w a y , 1 9 6 2 ) . T h e r e c e n t i n n o v a t i o n o f c e n t e r p i v o t s p r i n k l e r s y s t e m e l e n d t h e m e e l v e e

e s p e c i a l l y w e l l t o k e e p i n g t h e o u r f a c e s o i l r e a s o n a b l y m o i s t d u r i n g t h e g r o w i n g s e a n o n

w h i l e s i m u l t a n e o u s l y a p o o n f e e d i n g t h e c r o p w i t h N b y f e r t i l i z a t i o n .

A s c r o p s a r e b r o u g h t f r o m a d e f i c i e n n y c o n d i t i o n t o o p t i m u m N n u t r i t i o n b y f e r t i l i z a -

t i o n , w a t e r u s e e f f i c i e n c y ( W U E ) i e e n h a n c e d s i g n i f i c a n t l y i f y i e l d i s i n c r e a s e d ( V i e t s ,

1 9 6 2 ) .

A g r o u p o f 3 3 f i e l d e x p e r i m e n t o i n N e b r a s k a , f o r e x t u n p l e , m e a s u r i n g c o n s u m p t i v e

u s e o f w a t e r f o u n d 1 3 0 k g m a i z e p r o d u c e d p e r h a - c m w a t e r c o n n u m e d b y m a i z e w i t h o u t N t r e a t -

m e n t ( O l e o n e t a l . , 1 9 6 4 b ) .

W i t h a d e q u a t e N , t h e c r o p p r o d u c e d

1 8 9

k g g r a i n / h a - c m w a t e r

c o n o u m e d o r a n i n c r e a s e o f

4 3

p e r c e n t i n

' t i E a s g r a i n y i e l d i n c r e a e e d f r o m 4 9 5 0 t o 7 4 2 5

k g / h a .

C o r r e s p o n d i n g i n c r e a n e e i n A T E f o r w h e a t , o a t o a n d g r a i n s o r g h u m w e r e 1 2 ,

3 3 ,

a n d

2 6 p e r c e n t , r e s p e c t i v e l y .

I n n o c a s e d i d p e r c e n t a g e i n c r e a s e i n W U E m a t c h p e r c e n t a g e

y i e l d i n c r e a e e , a r e s u l t o f t h e f a c t t h a t t h e s m a l l a m o u n t o f a p p r o x i m a t e l y 2 c m a d d i t i o n a l

w a t e r w a n u s e d i n p r o d u c i n g t h e l a r g e r c r o p .

I t i s , t h e r e f o r e , a p p r o p r i a t e t o s a y t h a t

j u d i c i o u s u s e o f f e r t i l i z e r m a y v e r y w e l l e n h a n c e t h e e f f i c i e n c y w i t h w h i c h a c r o p u s e s

w a t e r , b u t n o t t h a t f e r t i l i z e r w i l l s u b s t i t u t e f o r w a t e r .

C a s e s h a v e b e e n r e c o r d e d u n d e r m o i s t u r e d e f i c i e n c y c o n d i t i o n s w h e r e s u p p l e m e n t a l N

n o t n e e d e d f o r y i e l d b y c a u s i n g n u p e r f l u o u e v e g e t a t i v e g r o w t h a c t u a l l y r e d u c e d c r o p W U E .

T h e d a t a o f T a b l e 1

h a v e b e e n b o r r o w e d f r o m a 3 - y e a r w h e a t e x p e r i m e n t o n C h e r n o z e m s o i l

A t t h e b o u n d a r y b e t w e e n t h e o e m i a r i d a n d s u b h u m i d c l i m a t i c r e g i o n s w h e r e m e a n a n n u a l

g r o w i n g a e a s o n r a i n f a l l a v e r a g e ' )

3 0

c m ( R a m i e a n d R h o a d e n ,

1 9 6 3 ) .

N o t e t h a t W U E d e c l i n e d

w h e n m o r e t h a n 2 2 k g N / h a w a s a p p l i e d t o p l o t s w i t h . n o m o i s t u r e r e s e r v e a t p l a n t i n g i n t h e

1 8 0 - c m p r o f i l e .

T h e r e w a s a r e d u c t i o n i n ' e r U E f r o m m o r e t h a n 4 5 k g N / h a w h e n o n l y

7

c m

a v a i l a b l e w a t e r s t o r a g e e x i e t e d a t p l a n t i n g .

W i t h

1 5

o r m o r e c m a v a i l a b l e w a t e r a t p l a n t i n g ,

W U E i n c r e a s e d t h r o u g h a l l r a t e s o f N a p p l i e d i n c l u d i n g t h e h e a v i e s t 9 0

k g / h a .

T h e l o w e r

W U E v a l u e u f o r t h e 2 1 c m m o i s t u r e s t o r a g e a t a l l N l e v e l n t h a n o c c u r r e d w i t h

1 5 c m s t o r a g e

w a c p r o m p t e d b y t h e f a c t t h a t t h i s a m o u n t p l u s

s e a s o n a l r a i n f a l l r e p r e s e n t e d m o r e m o i s t u r e

t h a n w a n d e s i r a b l e f o r o p t i m u m w h e a t y i e l d s i n t h e y e a r n i n v o l v e d .

I n e f f e c t , f o r t h a t

d r y f a r m i n g a r e a a n d p e r i o d , t h e d a t a s a y t h a t w i n t e r w h e a t p r o d u c e d m a x i m u m

y i e l d s w i t h

t h e u e e o f 2 2 . 5 k g N / h a f o r e a c h

7

c m o f p r e p l a n t i n g a v a i l a b l e s o i l m o i s t u r e i n t h e

1 8 0 c m

p r o f i l e .

? e r t i l i z e r N a p p l i c a t i o n s s h o u l d b e a d j u s t e d t o t h e w a t e r r e g i m e

e x i s t i n g o r e x p e c t e d

i n c o i l t o t h e e x t e n t t h a t i s p o s s i b l e .

I f N m u s t b e a p p l i e d p r i o r t o a m o n s o o n o r h e a v y

i r r i g a t i o n , a n a m m o n i u m r a t h e r t h a n n i t r a t e c a r r i e r s h o u l d b e

s e l e c t e d .

M o r e f e a s i b l e

w o u l d b e a p p l i c a t i o n o f t h e m a j o r q u a n t i t y o f N f o r t h e c r o p a t s o m e

l a t e r t i m e w h e n l e a c h -

i n g w o u l d b e l e s s l i k e l y t o m o v e t h e o x i d i z e d e n d p r o d u c t

b e y o n d t h e r e a c h o f c r o p r o o t s

o r w h e n c o n d i t i o n s f o r d e n i t r i f i c a t i o n w e r e

l e s s l i k e l y t o o c c u r .

I n t h e i n t o r e n t s o f c r o p

u s e e c o n o m y , b y t h e n a m e t o k e n , i t i s n e c e s s a r y

t h a t a p p l i c a t i o n b e m a d e a t a t i m e a n d i n

a w a y t o a s s u r e t h a t t h e

a p p l i e d N m o v e s i n t o t h e r o o t i n g z o n e b y

t h e p e r i o d o f m o s t

a c t i v e c r o p u p t a k e f o r m a x i m u m y i e l d .



T a b l e 1 .

W a t e r U s e

e f f i c i e n c y o f w i n t e r w h e a t a s i n f l u e n c e d b y p r e p l a n t i n g s o i l

m o i e t u r e a n d r a t e o f a p p l i e d N

( N o r t h

P l a t t e , N e b r a s k a ) .

1 /

A v a i l a b l e s o i l w a t e r a t p l a n t i n g , c m -

7

1 5

2 1

k g g r a i n / h a - c m h 2 0

2 5 . 7

3 1 . 9

2 9 . 4

3 5 . 3

4 4 . 2 4 0 . 5

4 3 . 5

4 7 . 9

4 6 . 9

4 0 . 8 5 3 . 4 5 0 . 9

1 /

A v a i l a b l e s o i l w a t e r e s t a b l i s h e d i n t h e 1 8 0 - c m s o i l p r o f i l e b e f o r e p l a n t i n g b y

i r r i g a t i o n .

O n t h n o t h e r s i d e o f t h e s o i l d r a i n a g e l e d g e r , s u b m e r g e n c e h a s l o n g b e e n r e c o g n i z e d

a s a n e c e s s a r y p r a c t i c o f o r o p t i m u m r i c e c u l t u r e .

T h i s f a c t h a s b e e n p r o v e d t o b e

n u t r i t i o n a l l y r e l a t e d w i t h a n u m b e r o f e l e m e n t s , b u t n o t b e n e f i c i a l l y s o i n s o f a r a s N i s

c o n c e r n e d .

R a t h e r , N m a n a g e m e n t p r a c t i c e s m u s t b e a d j u s t e d t o c o m p e n s a t e f o r t h e f l o o d e d

c o n d i t i o n c o m p a r e d w i t h u s u a l c r o p c u l t u r e o n w e l l - d r a i n e d s o i l s . D u r a t i o n a n d d e p t h o f

t h e w a t e r c o v e r t h e n b e c o m e i m p o r t a n t . m a n a g e m e n t c o n a i d e r a t i o n e .

C o n t i n u o u s c o v e r a g e f r o m

r i r s t f l o o d i n g u n t i l p h y s i o l o g i c a l m a t u r i t y , w i t h n o i n t e r m e d i a t e d r y i n g f o r n i t r a t e

f o r m a t i o n a n d s u b s e q u e n t d e n i t r i f i c a t i o n a f t e r w a t e r l o g g i n g , h a n p r o v e d e a s e n t i a l f o r t o p

y i e l d e i n m a n y s t u d i e s o f t h e q u e s t i o n ( P a t r i c k e t a l . ,

1 9 6 7 ) .

A o f o r d e p t h , a s h a l l o w

w a t e r c o v e r i n g o f 4 c m d u r i n g t h o g r o w i n g s e a s o n c a u s e d h i g h e r y i e l d s t h a n i n t e r m e d i a t e

d e p t h ( 8 c m ) o r f l u c t u a t i n g ( 4 t h e n 1 8 c m d e p t h ) i n a C a l i f o r n i a e x p e r i m e n t .

A g r e a t e r

n u m b e r o f

p a n i c l e s

p e r G q u a r e m e t e r a n d m o r e t o t a l N i n t h e s h o o t s a t 3 0

d a y s a n d i n t h e

g r a i n

a t m a t u r i t y w e r e c h a r a c t e r i s t i c s a s e o c i a t e d w i t h t h e h i g h e r y i e l d f r o m

s h a l l o w

w a t e r c o v e r a g e ( O e l k e a n d M u e l l e r ,

1 9 6 9 ) .

C r o p M a r w o m o n t f o r

, 1 A X i M U M

N U s e U f i c i e n c y

I t p e r h a p s g o e s w i t h o u t s a y i n g t h a t t h o s e c r o p m a n a g e m e n t

p r a c t i c e s

w h i c h

e f f e c t

m a x i m u m y i e l d a r e a l n o l i k e l y t o p r o m o t e m a x i m u m e f f i c i e n c y i n u s e o f

f e r t i l i z e r N a t t h e

s a n e t i m e t h a t l o s s e s a r e m i n i m i z e d .

A m o n g i m p o r t a n t c r o p m a n a g e m e n t p r a c t i c e s i n f l u e n c i n g

y i e l d o f m a i z e , f o r e x a m p l e , . a r o r o w s p a c i n g a n d p l a n t

p o p u l a t i o n w h e n w a t e r a n d n u t r i e n t

s u p p l i e s a r e a d e q u a t e f o r h i g h l e v e l s o f p r o d u c t i o n .

N o t e i n F i g u r e 4 t h a t n a r r o w i n g r o w s

f r o m 4 0 t o 2 0 i n c h e s ( 1 0 2 a n d

5 1

c m ) w i t h N l i m i t i n g h a d n o i m p a c t o n y i e l d w h e n p o p u l a t i o n

w a s 1 6 0 0 0 p l a n t e p e r a c r e

( 3 9 , 5 0 0 / h a ) a n d h a d o n l y s l i g h t e f f e c t w i t h 2 4 0 0 0 p l a n t s

( 5 9 , 0 0 0 / h a ) ( B a r b e r A n d O l o o n ,

1 9 6 0 .

W h e n N t r e a t m e n t w a s a d e q u a t e f o r m a x i m u m y i e l d i n

t h i s 3 - y e a r i r r i g a t e d e x p e r i m e n t , h o w e v e r , y i e l d i n c r e a s e d

m o d e s t l y f r o m n a r r o w i n g r o w a t o

5 1 c m a t t h e l o w e r p l a n t p o p u l a t i o n a n d v e r y a p p r e c i a b l y w i t h t h e

h i u h e r p o p u l a t i o n .

F u r t h e r m o r e , t h e r e s i d u a l m i n e r a l N i n t h e

1 3 0 c m p r o f i l e o f 5 1 c m r o w w i d t h p l o t s a t t h e

e n d o f t h e s t u d y w h e r e 2 5 3 k g N / h a h a d b e e n a p p l i e d

a n n u a l l y w a n o n l y 6 2 p e r c e n t o f t h a t

I n t h e 1 0 2 c m r o w p l o t s , c o r r e s p o n d i n g w i t h t h e h e a v i e r

N u s e f r o m l a r g e r y i e l d s w i t h t h e

n a r r o w r o w s .

T h u s , l e s s r e m a i n e d i n t h e s o i l s u b j e c t t o

p o t e n t i a l l e a c h i n g l o s e .

T h e p r o p e r s e l e c t i o n o f c r o p v a r i e t y o r h y b r i d c a n

a l s o m a k e t h e d i f f e r e n c e b e t w e e n

e f f i c i e n t A n d p o o r u t i l i z a t i o n o f t h e f e r t i l i z e r N

a p p l i e d .

T h e d a t a o f T a b l e 2 g i v e

i n d i c a t i o n o f t h e d i f f e r e n t i a l r e s p o n 6 e c t h a t m a y b e

o b t a i n e d w i t h v a r i e d p o p u l a t i o n a l o n g

w i t h N t r e a t m e n t o f d i f f e r e n t m a i z e h y b r i d s

( H a r b o r a n d O l s o n , 1 ) 6 8 ) .

i n a d d i t i o n t o t h e

f a c t

t h a t t h e

f i r s t h y b r i d l i s t e d w a s n o t b e n e f i t e d b y

t h e h i g h e r p / a n t p o p o / a t i o n w h i l e

t h o o t h e r t w o w e r e , n o t e t h a t t h e 3 1 4

x

N 6 w a s p a r t i c u l a r l y s u p e r i o r w h e n t h e h i g h

p l a n t

A p p l i e d

N

0

k g N / l i a

0

1 6 . 3

2 2

2 1 . 7

4 5

1 9 . 0

9 0

1 6 . 3



8 8 -

3 9 , 5 0 0

5 9 , 0 0 0

A D E Q U A T E N

N O N A P P L I E D

X

F i g . 4 .

I n t e r a c t i o n s a m o n g r o w s p a c i n g , p l a n t

p o p u l a t i o n , a n d l e v e l o f a p p l i e d N f o r

i r r i g a t e d m a i z e i n N e b r a s k a ( a f t e r O l s o n &

7 6

. R O W W I D T H , c m

5 1

1 d 2



p o p u l a t i o n w l e c o m b i n e d w i t h a d e q u a t e N .

W i t h l e e s t h a n o p t i m u m N , c o n c l u s i o n w o u / d h a v e

b e e n t h a t n o r e a l d i f f e r e n c e i n y i e l d p o t e n t i a l e x i u t e d a m o n g t h e s e t h r e e h y b r i d e , f u r t h e r

t h a t h i g h p l a n t p o p u l a t i o n w a s d e l e t e r i o u s f o r t w o o f t h e m .

T a b l e 2 .

E f f e c t o f p l a n t p o p u l a t i o n o n r e e p o n s e o f t h r e e c o r n h y b r i d ° t o f e r t i l i z e r N

u n d e r i r r i g a t i o n i n e A n t e r n

N e b r a s k a ,

3 - y e a r a v e r a g e ( f r o m C o l v i l l e a n d O l s o n ) .

1 1

N r a t e e a b o v e 8 4 k g / h a g a v e n o f u r t h e r y i e l d i n e r e a n e o n t h i s h i g h l y

p r o d u c t i v e

S h a r p e b u r g

B o i l .

A n o t h e r p r o c e d u r e i n t h e c r o p m a n a p : e m e n t a r e a f o r m i n i m i z i n g N l o s e e e f r o m t h e

c u l t i v a t e d

B o i /

i e t o i n c l u d o a c l o d c r o p a n d / o r a d e e p t a p r o o t e d l e g u m e p e r i o d i c a l l y f o r

e o a k i n g u p t h e

r e e i d u a l N

t h a t h a g a c c u m u l a t e d f r o m f e r t i l i z a t i o n o f a n n u a l c r o p .

O r a s e s

a r e e s p e c i a l l y e f f e c t i v e a t s e e k i n g o u t a n y a v a i l a b l e N

i n t h e u p p e r c o i l s o l u m ( 1

m e t e r + )

w h i l e a d e e p t a p r o o t e d l e g u m e a o l u c e r n e w i l l a b e o r b s u b s t a n t i a l q u a n t i t i e e o f m i n e r a l N

-

t h a t m a y h a v e p e n e t r a t e d b e y o n d t h e r o o t i n g d e p t h o f a n n u a l c r o p e ( 3 t e w a r t e t a l . , 1 9 6 7 ) .

S u c h c r o p s g r o w n p e r i o d i c a l l y n o t o n l y a s s i s t i n m a i n t a i n i n g d e c i r a b l e s o i l p h y e i c a l

p r o p e r t i e e

b u t n o w h a v e a p l a n o i n a l l e v i a t i n g p o t e n t i a l p o l l u t i o n

f r o m

e x c e e s i v e N t h a t

m a y h a v e i n a d v e r t e n t l y

A c c u m u l a t e d

i n t h e s o i l p r o f i l e .

: : o m e w h a t a n a l o g o u s i n t h e s m a l l

g r a i n o r

o t h e r c o v e r c r o p t h a t

m a k e s n o m e g r o w t h d u r i n g a w e t p e r i o d b e t w e e n c r o p p , i n g

s e a s o n s a n d i n t h e p r o c e s e s o a k s u p m i n e r a l N t h a t m i g h t o t h e r w i s e

h a v e l e a c h e d f r o m d r o p

r o o t i n g d e p t h .

U s e o f S / o w R e l e a e e N

a n d N i t r i f i c a t i o n I n h i b i t o r s

C o n o i d e r a b l e

i n t e r e s t h a s d e v e l o p e d

r e c e n t l y o n t h e e u b j e c t o f c o n t r o l l e d

r o l e a e e N

f e r t i l i z e r s A n d i n h i b i t o r a o f n i t r i f i c a t i o n .

O b j e c t i v e s o f p r o d u c t d e v e l o p m e n t i n t h i s

a r e a a r o

t o

o b t a i n m a t e r i a l s

t h a t s u p p l y N t o t h e

c r o p c o n t i n u o u r l y o v e r a n e x t e n d e d t i m e

i n t e r v a l , t o r e d u c e l e a c h i n g a n d r u n o f f l o s s e s , t o r e t a r d g a s e o u s l o e e e s ,

t o l i m i t

b i o l o g i c a l i m m o b i l i e a t i o n r e a c t i o n n i n t h e s o i l , a n d t o m i n i m i z e

l u x u r y c o n e u m p t i o n o f N .

I n v o l v e d a r e c o a t i n g s f o r e o l u b l e m a t e r i a l n , m a t e r i a l s o f

l i m i t e d s o l u b i l i t y , p r o d u c t s

w h i c h a r e s o l u b l e b u t d e c o m p o o e o l o w l y a n d t h e r e w i t h r e l e a s e t h c U

c o n t a i n e d , a n d p r o d u c t s

w h i c h i n h i b i t n i t r i f i c a t i o n o f t h e a m m o n i u m i n f e r t i l i z e r

a p p l i e d

c o n c u r r e n t l y ( H a u c k

a n d

K o s h i n o , 1 9 7 1 ) ,

X a n y d i f f e r e n t p r o d u c t e a r e c u r r e n t l y u n d e r i n v e s t i g a t i o n

f o r s e c u r i n g d a t a

t h a t w i l l

c e r t i f y

t o

t h e e c o n o m i c f e a s i b i l i t y w h e n a p p l i e d t o t h e

a g r i e e l t u r a l e n t e r p r i s e .

f 7 o m e

m a t e r i a / e a m o n g t h e u r e a - a l d e h y d e c o m b i n a t i o n s i n c l u d i n g

u r e a f o r m ( U r a m i t e a n d N i t r o f o r m

i n t h e U . 3 . 7 ( a r b a m i f o r m , R u s i a ; R e o r g a n ,

' ; ' r a n c e ) a r e i n d e e d b e i n g p r o d u e e d c o m m e r c i a l l y

H y b r i d P l a n t e / h a R a t e o f N , k g / h a

0

6 4

1 /

N 2 8 x H 5 1

3 9 , 5 0 0

8 3 1 6

9 7 0 2

5 9 , 0 0 0

7 3 1 8

9 7 6 5

N 6 x N 2 8

3 9 , 5 0 0

8 3 1 6

9 3 2 4

5 9 , 0 0 0

8 5 0 5

1 0 0 8 0

B 1 4 x N 6

3 9 , 5 0 0

8 4 4 2

9 4 5 0

5 9 , 0 0 0

7 9 3 8

1 0 3 9 5



a n d s o l d f o r s u c h e p e c i a l t y p u r p o s e s a s l a w n s , g a r d e n u a n d g o l f c o u r s e u .

C r v t o n y l i d e n e

d i u r e a ( C D U ) a n d i s o b u t y l i d e n e d i u r e a ( I B D U ) a r e a d d i t i o n a l p r o d u c t s t h a t h a v e b e e n

p a t e n t e d a n d a r e p r o d u c e d c o m m e r c i a l l y , e e p e c i a l l y i n G e r m a n y a n d J a p a n .

S o m e c o m m e r c i a l

p r o d u c t i o n h a s b e g u n a o w e l l w i t h u e v e r a l n i t r i f i c a t i o n i n h i b i t o r s , e s p e c i a l l y i n J a p a n

w h e r e n i n e i n h i b i t o r s h a d b e e n c e r t i f i e d b y J a p a n e s e f e r t i l i z e r l a w a s o f S e p t e m b e r ,

1 9 6 9 .

C o m m e r c i a l p r o d u c t s i n c l u d e a p y r i d i n e ( N - S e r v e o f D o w C h e m i c a / C o . ) , a p y r i m i d i n e ( A M o f

M i t s u i T o a t e u ) a n d d i c y a n d i a m i d e ( A U F o f S u m i t o m o C h e m i c a l I d . ) .

A m o n g c o a t i n g s f o r

r e e t r i c t i n g r e l e a s e o f N f r o m s o l u b l e m a t e r i a l s , r e e i n s a n d s u l f u r h a v e b e e n m o s t

e x t e n e i v e l y i n v e s t i g a t e d .

T h e o n l y c o m m e r c i a l l y p r o d u c e d m a t e r i a l k n o w n t o t h e m o m e n t

i a c o a t e d w i t h a r e s i n ( O s m o c o t e o f A r c h e r D a n i e l s M i d l a n d C o . ) , b u t s u l f u r c o a t e d p r o d u c t s

h a v e p r o b a b l y a t t r a c t e d t h e g r e a t e s t a c a d e m i c i n t e r e s t f r o m t h e s t a n d p o i n t s o f c o s t ,

t e c h n o l o g y o f p r e p a r a t i o n , a n d p r e s e n c e o f a s e c o n d i m p o r t a n t p l a n t n u t r i e n t i n t h e

c o a t i n g .

( R i n d t e t a l . , 1 9 6 0 ) .

T h e r e i o e x p e r i m e n t a l e v i d e n c e t o s h o w t h a t N c o n s e r v a n c y c a n b e e f f e c t e d b y s o m e o f

t h e m a t e r i a l s u n d e r c o n s i d e r a t i o n w h e n p r o p e r l y u s e d i n c o n j u n c t i o n w i t h i n t e n s i v e

a g r i c u l t u r a l p r o d u c t i o n .

I t ' s e e m s q u i t e p r o b a b l e t h a t G O r n e o f t h e d e l i m i t a t i o n s s p e c i f i e d

c o n c e r n i n g t i m i n g , p l a c e m e n t , a n d w a t e r x N i n t e r a c t i o n m a y b e m o d i f i e d i f a n d w h e n t h e s e

m a t e r i a l e a r e r e a d i l y a c c e e s i b l e a n d e c o n o m i c .

S u c c e s s o r f a i l u r e o f t h e p r o d u c t s i n

c o m m e r c e w i l l u l t i m a t e l y h i n g e o n t h e e c o n o m i c e q u e s t i o n s .

S u m m a r y

F e r t i l i z e r N t o d a y i n r e s p o n s i b l e f o r u p w a r d s o f 3 0 p e r c e n t o f a l l a g r i c u l t u r a l

p r o d u c t i o n i n t h e a d v a n c e d c o u n t r i e s o f t h e w o r l d .

S i g n i f i c a n c e o f i t s p r e s e n t a n d f u t u r a

r o l e i n f e e d i n g t h e p e o p l e s o f t h e w o r l d c a n n o t b e d i s p u t e d .

W e c a n l o o k f o r w a r d t o a

d o u b l i n g i n f e r t i l i z e r N p r o d u c t i o n a n d u s e i n t h e n e x t v e r y f e w y e a r s a s i t b e c o m e s a n

a c c e p t e d i n p u t i n t h e a g r i c u l t u r a l i n d u s t r y o f t h e d e v e l o p i n g c o u n t r i e s .

F e r t i l i z e r n i t r o g e n m a y b e l o s t f r o m s o i l ( ) i n s e v e r a l w a y s , c o n s e q u e n c e o f w h i c h i s

t h a t r a r e l y m o r e t h a n

5 0

p e r c e n t o f t h a t a p p l i e d a s f e r t i l i z e r c a n b e a c c o u n t e d f o r i n

t h e c r o p s t r e a t e d .

L o s s o f a n y k i n d i s s e r i o u o f r o m t h e e c o n o m i c s t a n d p o i n t , b u t t h a t t o

l e a c h i n g i e o f u t m o s t c o n c e r n r e l a t i v e t o e n v i r o n m e n t a l p o l l u t i o n .

M i n e r a l N d o e e a c c u m u l a t e i n s o i l p r o f i l e s f r o m c o n t i n u e d h e a v y f e r t i l i z e r t r e a t m e n t s

e x c e p t w h e r e t h e s o i l i s w a t e r l o g g e d f o r e x t e n d e d p e r i o d s

a n d / o r w h o r e s e a s o n a l r a i n f a l l

o r i r r i g a t i o n n o t a b l y e x c e e d e c r o p w a t e r u s e .

I n c o n s e q u e n c e i t i s e s s e n t i a l t o d e t e r m i n e

t h e a m o u n t o f r e s i d u a l m i n e r a l N i n t h e s o i l r o o t i n g p r o f i l e f o r e q u a t i n g w i t h r a t e

o f

f e r t i l i z e r N t o b e a p p l i e d f o r t h e c u r r e n t c r o p .

T h e r e b y m o s t e c o n o m i c r e t u r n s a r e a o s u r e d

a t t h e e a m e t i m e t h a t p o l l u t i o n p o t e n t i a l i s m i n i m i z e d .

S p e c i e s a n d v a r i e t y o f c r o p ,

c l i m a t i c e n v i r o n m e n t d e t e r m i n i n g y i e l d p o t e n t i a l s , a s w e l l a s t i m e a n d m e t h o d o f

a p p l i c a t i o n

i n f l u e n c e w h a t i s t o b e a n o p t i m u m r a t e o f a p p l i e d N i n a n y g i v e n s i t u a t i o n .

R i s k o f l o s s o f f e r t i l i z e r N

i 2

i n c r e a s e d w h e n a p p l i c a t i o n n a r e m a d e f a r i n a d v a n c e

o f t h e t i m e o f c r o p u s e .

T h e i m p o r t a n c e o f a n e s t a b l i s h e d

r o o t e y s t e m f o r a s s u r i n g m o s t

e f f e c t i v e u t i l i z a t i o n o f a n a p p l i e d i n c r e m e n t o f N h a s b e e n d e m o n s t r a t e d f o r c r o p s g r o w n

i n w e l l d r a i n e d a s w e l l a s n u h m e r g e d c u l t u r e .

O f n o u r s e i t w o u l d b e i m p o s s i b l e t o s u p p l y

t h e l a r g e v o l u m e s o f f e r t i l i z e r N d u r i n g t h e s h o r t t i m e i n t e r v a l

w h e n m a x i m u m u p t a k e a n d

u t i l i z a t i o n w o u l d O c c u r , n e c e s s i t a t i n g t h a t c a r r i e r s e l e c t i o n a n d

m e t h o d o f a p p l i c a t i o n

w i t h e a r l i e r t r e a t m e n t b e m a d e w i t h o b j e c t i v e o f m i n i m u m

l o s s p o t e n t i a l d u r i n g t h e p e r i o d

w h e n n o a c t i v e r o o t s y s t e m e x i s t s .

O p t i m u m p l a c e m e n t o f N i s d i c t a t e d i n l a r g e p a r t b y t h e

c h e m i c a l c a r r i e r o f t h e

n u t r i e n t a n d b y e n v i r o n m e n t a l c o n d i t i o n s .

S u r f a c e a p p l i c a t i o n s o f a m m o n i u m a n d u r e a b a n e

m a t e r i a l e s h o u l d b e a v o i d e d , e s p e c i a l l y o n c a l c a r e o u s

s o i l .

I n c o r p o r a t i o n w i t h t h e o o i l

i e g o o d i n s u r a n c e f o r b o t h w e l l d r a i n e d a n d f l o o d e d c u l t u r e s .



A s l o n g a s e a c h i s u e c d i n a c c o r d w i t h i t s o w n l i m i t a t i o n ° d i f f e r e n t c a r r i e r ° o f

f e r t i l i z e r N h a v e p r o v e d e q u i v a l e n t i n m o s t c r o p p i n g s i t u a t i o n s .

N o t a d o e x c e p t i o n ° a r e

t h e b e t t e r p e r f o r m a n c e o f a m m o n i u m o v e r n i t r a t e c a r r i e r s w i t h s u b m e r g e d r i c e p r o d u c t i o n

a n d t h e d e t r i m e n t a l a c i d i f y i n g e f f e c t s f r o m e x t e n d e d u s e o f a m m o n i u m s u l f a t o o n t r o p i c a l

s o i l s o f l o w e x c h a n g e c a p a c i t y .

E f f e c t i v e u s e o f f e r t i l i z e r N m u s t t a k e i n t o a c c o u n t i n t e r a c t i o n s b e t w e e n t h e N a n d

w a t e r m a n a g e m e n t p r a c t i c e s e m p l o y e d , l i k e w i s e c r o p m a n a g e m e n t .

W h e r e c r o p , w a t e r a n d

n i t r o g e n m a n a g e m e n t a r e c a r e f u l l y i n t e g r a t e d u t i l i z a t i o n e f f i c i e n c y o f t h e

N i s m a x i m i z e d .

T h e r e i s f u r t h e r p r o m i s e t h a t s l o w r e l e a s e

N

p r o d u c t s a n d n i t r i f i c a t i o n i n h i b i t o r s w h e n

f u l l y d e v e l o p e d w i l l a s s i s t i n c u r b i n g t h e l o u s e s o f c o n c e r n a n d m a k e f e r t i l i z e r N o v e n

m o r e e f f e c t i v e a s t h e b a c k b o n e t o f u t u r o c r o p p r o d u c t i o n .



L I T E R A T U R E C I T E D

A l l i u o n , F . E .

T h e e n i g m a o f n o i l n i t r o g e n b a l a n c e e h e e t s .

A d v a n . A g r o n .

7 : 2 1 3 - 2 5 0 .

1 9 5 5

A l l i s o n , F . E .

E v a l u a t i o n o f i n c o m i n g a n d o u t g o i n g p r o c e s s e s t h a t a f f e c t n i t r o g e n .

1 9 6 5

I n S o l ) N i t r o

n : 5 7 3 - 6 3 6 .

¡ t r a e r . S o c . A g r o n . , M a d i s o n , W i s .

A l l i s o n , F . E .

T h e f a t e o C n i t r o g e n a p p l i e d t o s o i l s .

A d v a n . A g r o n . 1 3 : 2 1 9 - 2 5 8 .

1 9 6 6

A n d e r n o n , P . N . , G . A . P e t e r e o n , a n d R . A . O l o o n . U p t a k e p a t t e r n s o f I 5 N t a g g e d n i t r a t e b y

1 9 7 1

s u g a r b e e t s a e r e l a t e d t o s o i l n i t r a t e l e v e l a n d t i m e .

J o u r . A m e r . S o c . S u g a r

B e e t T e c h . 1 9 :

I n p r e s s .

B a r b e r , S t a n l o y A . a n d R o b e r t A . O l s o n .

F e r t i l i z e r u s e o n c o r n .

I n C h a n g i n g P a t t e r n s

1 9 6 8

i n F e r t i l i z e r U n e : 1 6 3 - 1 6 8 . ' S o i l S c i . S o c . A m e r . , M a d i s o n , W i n .

D e a c h e r , R . L . , a n d J . P . W e l l s .

R i c e f e r t i l i z e r s t u d i e u ,

1 9 5 2 _ 1 9 5 8 .

A r k . A g r . E x p .

1 9 6 0 S t a . B u l l . 6 2 0 .

D e D a t t a , S . K . , A . C . T a u r o , a n d S . N . B a l a o i n g .

E f f e c t o f p l a n t t y p e a n d n i t r o g e n l e v e l

1 9 6 8

o n t h o g r o w t h c h a r a c t e r i o t i c s a n d g r a i n y i e l d o f i n d i c a r i c e i n t h e t r o p i c s .

A g r o n . J .

6 0 : 6 4 3 - 6 4 7 .

D o n a l d , L . , H . J . S t a n r e l , a n d J . T . P e s e k .

A d v a n c e s i n k n o w l e d g e o f n i t r o g e n f e r t i l i z a t i o n

1 9 6 3

i n t h e U . S . A . c i n c o

1 9 5 0 .

I n F e r t i l i z e r T e c h n o l o g y a n d U s a g e :

7 5 - 1 2 9 .

S o i l

S c i . S o c . A m e r . , M a d i s o n , W i t s .

C a s e , W i l l i s B .

D i s t r i b u t i o n o f s o i l - a n d f e r t i l i z e r - n i t r o g e n i n c o r n ( Z e a m a y s L . ) a s

1 9 7 1

r e l a t e d t o t i m e a n d a m o u n t o f t a g g e d n i t r o r e n f e r t i l i z e r a p p l i e d .

U n p u b l i s h e d

P h . D . t h e s i s , U n i v . o f N e b r .

C a s e , W . B . , C . A . P e t e r n o n , R . D . H a u c k , a n d R . A . O l s o n .

R e c o v e r y o f r e s i d u a l n i t r o u c n b y

1 9 7 1

c o r n ( Z e a m a y s L . ) f r o m v a r i o u s s o i l d e p t h s a s m e a s u r e d b y

1 5

t e c h n i q u e e .

S o i l S c i . S o c . A m e r . P r o c .

3 5 : 2 9 0 - 2 9 4 .

H a a s , H . J . , C . E . E v a n s , a n d E . F . M i l e s .

N i t r o g e n a n d c a r b o n c h a n g e s i n G r e a t P l a i n s s o i l s

1 9 5 7

a s i n f l u e n c e d b y c r o p p i n g a n d

B o i l

t r e a t m e n t s . U S D A T e c h . ' d u i . 1 1 6 4 .

H a n w a y , J . J .

C o r n g r o w t h a n d c o m p o s i t i o n i n r e l a t i o n t o s o i l f e r t i l i t y :

I I .

U p t a k e o f

1 9 6 2

N , P , a n d K a n d t h e i r d i s t r i b u t i o n i n d i f f e r e n t p l a n t p a r t s d u r i n g t h e g r o w i n g

s e a s o n .

A g r o n . J .

5 4 : 2 1 7 - 2 2 2 .

H a u c k , R o l a n d D . a n d M a s a y o s h i K o s h i n o .

S l o w r e l e a s e a n d a m e n d e d f e r t i l i z e r s . I n

1 9 7 1

F e r t i l i z e r T e c h n o l o g y a n d U s e :

I n p r e s s .

S o i l S c i . S o c . A m e r . , M a d i s o n , W i s .

H e r r o n , C . M . , G . L . T e r m a n , A . F . D r e i e r a n d R . A . O l s o n .

R e s i d u a l n i t r a t e n i t r o g e n i n

1 9 6 8 f e r t i l i z e d d e e p 1 0 0 8 8 - d e r i v e d n o i l e .

A g r o n . J . 6 0 : 4 7 7 - 4 8 2 .

H e r r o n , G . M . ,

A . F .

D r e i e r ,

A . D . F l o w e r d a y , W . L . C o l v i l l e a n d R . A . O l c o n .

R e s i d u a l m i n e r a l

1 9 7 1

N a c c u m u l a t i o n i n n o i l A n d i t s u t i l i z a t i o n b y i r r i g a t e d c o r n ( S e a m a y s L . ) .

A g r o n . J .

6 3 : 3 2 2 - 3 2 7 .

H u t c h i n s o n , C . L . , a n d F . C . V i e t s , J r .

N i t r o g e n e n r i c h m e n t o f n u r f a c e w a t e r b y a b s o r p t i o n

1 9 6 9 o f a m m o n i a v o l a t i l i z e d f r o m c a t t l e f e e d l o t s .

S c i .

1 6 6 : 5 1 4 - 5 1 5 .

I A F A .

C o o r d i n a t e 6 r e s e a r c h p r o g r a m m e o n m a i z e f e r t i l i t y t i e i n g f e r t i l i z e r c o n t a i n i n g

1 9 6 9

l a b e l l e d n u t r i e n t e l e m e n t s .

T e c h . R e p . S e r . N o .

9 7 : 1 5 2 - 1 5 8 .

I n t . A t o m . E n e r g y

A g c y . , V i e n n a .

J o i n t F A O / I A E A D i v i s i o n .

R i c e f e r t i l i z a t i o n .

T e c h . R e p . S e r . N o . 1 0 8 . I n t . A t o m . E n e r g y

1 9 7 0

A g c y . , V i e n n a .

K u r t z , L . T . a n d C . E . S m i t h .

N i t r o g e n f e r t i l i t y r e q u i r e m e n t s .

I n A d v a n c e s i n C o r n P r o d u c -

1 9 6 6

t i o n : 1 9 5 - 2 1 5 .

I a . S t . U n i v . P r e s s , A m e n , I a .



L a t h w e l l , D . J . 1

D . R . B o u l d i n , a n d W . S . R o i d .

E f f e c t o o f n i t r o g o n f o r t i l i z e r a p p l i c a t i o n s

1 9 7 0

i n a g r i c u l t u r e .

I n R e l a t i o n u h i p o f A g r i c u l t u r e t o S o i l a n d W a t e r P o l l u t i o n .

C o r n e l l U n i v . , I t h a c a , N . Y .

L e h a n o , J . J . , P . O . W a r d e r a n d W . J . S t a p l e .

D e c l i n o o f w h e a t y i e l d n a n d d e p l e t i o n o f s o m e

1 9 3 3

n u t r i e n t u o n a l o a m u o i l d u r i n g a 3 6 - y e a r p e r i o d .

C a n . J . S o i l S o i .

4 4 : 5 0 - 5 5 .

M a r t i n , J . P . a n d H . D . C h a p m a n .

V o l a t i l i z a t i o n o f a m m o n i a f r o m e u r f a c e - f e r t i l i z e d s o i l s .

1 9 5 1

S o i l S c i . 7 1 : 2 5 - 3 4 .

M c C l u n g , A . C . , L . M . M . d e F r o i t a u , D . S . M i k k e l s e n , a n d W . L . L o t e .

A n a l y s e s o f s e v e r a l

1 9 5 9

B r a z i l i a n s o i l s i n r e l a t i o n t o p l a n t r e s p o n s e ° t o s u l f u r .

S o i l S c i . S o c . A m e r .

P r o c . 2 3 : 2 2 1 - 2 2 4 .

M o y e r , R . D . ,

H . A . O l s o n , a n d H . ? . R h o a d e o .

A m m o n i a l o u u e s f r o m f e r t i l i z e d N e b r a u k a s o i l s .

1 9 6 1

A g r o n . J . 5 3 : 2 4 1 - 2 4 4 .

M i c h a l y n a , W . a n d R . A . H e d l i n .

A s t u d y o f m o i s t u r e u t o r a g e a n d n i t r a t e a c c u m u l a t i o n i n

1 9 5 9 s o i l a s

r e l a t e d t o w h e a t y i o l d u o n f o u r c r o p p i n g s e q u e n 0 0 0 .

C a n . J . S o i l

S o i . 4 1 : 5 - 1 5 .

M i k k e l u e n , D . S . a n d D . C . F i n f r o c k .

A v a i l a b i l i t y o f a m m o n i a c a l n i t r o g e n t o l o w l a n d r i c e

1 9 5 1

a s i n f l u e n c e d b y f e r t i l i z e r p l a o e m e n t .

A g r o n . J . 4 9 : 2 9 6 - 3 0 0 .

M i t u u i , S h i n g o .

T h o v o l a t i l i z a t i o n o f a m m o n i a t r a n u f o r m e d b y u r e a .

j o u r . S o i . S o i l

1 9 5 4

a n d M a n u r e

2 5 : 1 7 - 1 9 .

C h e m . A b s . 4 8 : 1 1 1 0 2 .

M i t s u i , S .

I n o r g a n i c n u t r i t i o n , f e r t i l i z a t i o n , a n d ( s o i l a m e l i o r a t i o n f o r l o w l a n d r i c e .

1 9 5 6

Y o k e n d o P r e s s , T o l v o , J a p a n .

N e l s o n , L . B .

T h e m i n e r a l n u t r i t i o n o f c o r n a s r e l a t e d t o p x o w t h a n d c u l t u r e .

A d v a n .

1 9 5 6

A g r o n .

8 : 3 2 1 - 3 7 5 .

N e l s o n , L . B . a n d R . E . U h l a n d .

F a c t o r s t h a t i n f l u e n c e l o s o o f f a l l a p p l i e d f e r t i l i z e r s

1 9 5 5

a n d t h e i r p r o b a b l e i m p o r t a n c e i n d i f f e r e n t u e c t i o n s o f t h e U n i t e d S t a t e u .

S o i l S c i . S o c . A m e r . P r o c . 1 9 : 4 9 2 - 4 9 6 .

O o l k e , E . A . , a n d K . E . M u e / l e r .

I n f l u e n c o o f w a t e r m a n a g e m e n t a n d f e r t i l i t y o n r i c e g r o w t h

1 9 6 9

a n d y i e l d .

A g r o n . J . 6 1 : 2 2 7 - 2 3 0 .

O l s o n , R . A . a n d H . F . R h o a d e s .

C o m m e r c i a l f e r t i l i z e r o f o r w i n t e r w h e a t i n r e l a t i o n t o t h e

1 9 5 3

p r o p e r t i e s o f N e b r a e k a z o i l o .

N e b r .

A , c ; - r . l ' b c p . S t a . D u l l . 1 7 2 .

° l o o n , R . A . a n d A . F . D r e i e r .

F e r t i l i z o r p r a c t i c e s f o r c r o p s i n d r y f a r m i n g .

I n I n t e r n a t i o n a l

1 9 7 0

C o n f e r e n c e o n M e c h a n i z e d D r v l a n d F a r m i n g ' 1 2 4 - 1 4 4 .

D e e r e a n d C o . , M o l i n e , 1 1 1 .

O l u o n , R . A . , A . F . D r e i e r , C . T h o m p s o n , K . P r a n k , a n d P . H . G r a b o u s k i .

U s i n g f e r t i l i z e r

I 9 6 4 a n i t r o g e n e f f e c t i v e l y o n g r a n c r o p s .

N e b r . A g r . a p t . S t a .

S B - 4 7 9 .

O l o o n , R . A . , C . A . T h o m p s o n , P . n . G r a b o w s k i , D . D . S t u k e n h o l t z , K . D . F r a n k , a n d A . F . D r e i e r .

1 9 6 4 b

W a t e r r e q u i r e m e n t o f g r a i n c r o p s a s m o d i f i e d b y f e r t i l i z e r u s e .

A g r o n .

J . 5 6 : 4 2 7 - 4 3 2 .

P a t n a i k , S . a n d F . E . B r o a d b e n t .

U t i l i z a t i o n o f t r a c e r n i t r o g e n b y r i c e i n r o l a t i o n t o t i m e

1 9 6 7

o f a p p l i c a t i o n .

A g r o n . J .

5 9 : 2 8 7 - 2 8 3 .

P a t r i e k , W . H . , J r . , W . A . Q u i r k , I I I . , F . J . P e t e r s o n , a n d M . D . F a u l k n e r . E f f e c t o f c o n t i n u o u o

1 9 6 7

s u b m e r g e n c e v e r u u 2 a l t o r n a t e f l o o d i n g a n d d r y i n g o n g r o w t h , y i e l d , a n d n i t r o g e n

u p t a k e o C r i c e .

A g r o r . . J .

5 9 : 4 8 - 4 1 9 .

P e a r s o n , R . W . , H . V . J o r d a n , 0 . L . B e n n e t t , C . E . S c a r o h r o o k , W . E . A d a m n , a n d A . W . W h i t e .

1 9 6 1

R e s i d u a l e f f e c t ° o f f a l l a n d s p r i n g a p p l i e d n i t r o g e n f e r t i l i z e r o o n c r o p y i e l d o

i n t h e s o u t h - e a s t e r n U n i t e d S t a t e s . U S D A T e c h . B u l .

1 2 5 4 .

P e t e r o o n , L . A . a n d C . J . A t t o e .

I m p o r t a n c e o f s o i l n i t r a t e s i n d e t e r m i n a t i o n o f n e e d a n d

1 9 6 5

r e c o v e r y o f f e r t i l i z e r n i t r o g e n .

A g r o n . J .

5 7 : 5 7 2 - 5 7 4 .

R a m i g , R o b e r t E . a n d H . P . R h o a d e s .

i n t e r r e l a t i o n s h i p s o f s o i l m o i u t u r o l e v e l a t p l a n t i n g

1 9 6 3 t i m e a n d n i t r o g e n f e r t i l i z a t i o n o n w i n t e r w h e a t p r o d u c t i o n .

A g r o n . J .

5 5 : 1 2 3 - 1 2 7 .

R i n d t , D . A . , G . M . B l o u i n , a n d J . G . G e t u i n g e r .

S u l f u r c o a t i n g o n n i t r o g e n f e r t i l i z e r t o

1 9 6 6

r e d u c e d i s s o l u t i o n r a t e .

J . A g r . F o o d C h e m .

1 6 : 7 7 3 - 7 7 8 .

R u s s e l l ,

E . W .

T h e p l a c e

o f f e r t i l i z e r u i n f o o d c r o p e c o n o m y o f t r o p i c a l A f r i c a .

P r o c .

1 9 6 8 n o . 1 0 1 , T h e F e r t i l i z e r S o c i e t y , L o n d o n , U . K .



S i m s , J . L . , V . L . H a l l , a n d T . H . J o h n s t o n .

T i m e o f N f e r t i l i z a t i o n o f r i c e .

I .

E f f e c t

1 9 6 7

o f a p p l i c a t i o n s n e a r m i d a e a a o n o n v a r i e t a l p e r f o r m a n c e .

A g r o n . J .

5 9 : 6 3 - 6 6 .

S i m s , J . L . , T . H . J o h n s t o n , a n d S . E . H e n r y . E f f e o t o f r a t e a a n d t i m i n g o f n i t r o g e n

1 9 6 5

f e r t i l i z a t i o n o n p e r f o r m a n c e o f r i c e v a r i e t i e s , 1 9 5 7 - 1 9 6 2 . A r k . A g r . E x p .

S t a . R e p . S e r . 1 4 2 .

S i n g h , J . N . a n d J . T a k a h a s h i .

E f f e c t o f v a r y i n g d a t e s o f t o p d r e s s i n g o f n i t r o g e n o n

1 9 6 2

p l a n t c h a r a c t e r s l e a d i n g t o t e n d e n c y t o l o d g i n g i n r i c e . S o i l S o i . a n d P l .

N u t . 8 ( 5 ) : 1 - 8 .

S o p e r , R . J . a n d P . M . H u a n g .

T h e e f f e c t o f n i t r a t e n i t r o g e n i n t h e s o i l p r o f i l e o n t h e

1 9 6 3

r e s p o n s e o f b a r l e y t o f e r t i l i z e r n i t r o g e n .

C a n . J . S o i l S c i . 4 3 : 3 5 0 - 3 5 8 .

S t e w a r t , B . A . , F . G . V i e t s , J r . , G . L . H u t c h i n s o n a n d W . D . K e m p e r .

N i - t r a t e a n d o t h e r

1 9 6 7

w a t e r p o l l u t a n t s u n d e r f i e l d a a n d f o o d l o t s .

E n v i r . S o i . a n d T e c h . V o l . 1 ,

N o . 9 .

V i c i e , F r a n k G . , J r .

R e c o v e r y o f f e r t i l i z e r n i t r o g e n o n i r r i g a t e d a n d d r y l a n d B o i l s

1 9 6 0

o f t h e w e s t e r n U n i t e d S t a t e s .

7 t h I n t . C o n e . S o i l S o t . 1 1 1 : 4 8 6 - 4 9 3 .

V i e t s , F r a n k G . , J r .

F e r t i l i z e r s a n d t h e e f f i c i e n t u s e o f w a t e r . A d v a n . A g r o n .

1 9 6 2 1 4 : 2 2 3 - 2 6 4 .

V o l k , G . M .

V o l a t i l e l o e s o f a m m o n i a f o l l o w i n g s u r f a c e a p p l i c a t i o n o f u r e a t o t u r f o r

1 9 5 9 b a r e B o i l s .

A g r o n . J . 5 1 : 7 4 6 - 7 4 9 .

W h i t e , W . C . a n d J o h n P e s e k .

N a t u r e o f r e s i d u a l n i t r o g e n i n I o w a s o i l s .

S o i l S c i . S o c .

1 9 5 9

A m e r . ? r o c .

2 3 : 3 9 - 4 2 .



C H E M I C A L A N D B I O C H E M I C A L C O N S I D E R A T I O N S F O R

M A X I M I Z I N G T f I E F E F I C I E N C Y O F F E R T I L I Z E R N I T R O - G E N

J . F . P a r r

U . S . D e p a r t m e n t o f A g r i c u l t u r e , B a t o n R o u g e , L o u i s i a n a

F e r t i l i z e r n i t r o g e n ( N ) u s e e f f i c i e n c y m a y b e d e f i n e d a s t h e p e r c e n t a g e r e c o v e r y o f

f e r t i l i z e r N b y a c r o p . I t i s m e a s u r e d a s t h e d i f f e r e n c e i n N u p t a k e b y t h e a b o v e g r o u n d

p o r t i o n s o f f e r t i l i z e d a n d u n f e r t i l i z e d p l a n t s , a n d e x p r e s s e d a s a p e r c e n t o f t h e N a . p p l i e d .

E f f i c i e n c y w i l l v a r y w i d e l y d e p e n d i n g o n t h e c h e m i c a l n a t u r e o f t h e N s o u r c e i t s e l f , t h e

r a t e , m e t h o d , a n d t i m e o r a p p l i c a . t i o n , t y p e o f c r o p g r o w n a n d i t s N r e q u i r e m e n t , e x t e n t

o f m i c r o b i o l o g i c a l a n d c h e r n i c . a l i m m o b i l i z a t i o n o f t h e a p p l i e d N , a n d a h o s t o f s o i l , c l i m a -

t i c , a n d m a n a g e m e n t f a c t o r s . U n d e r f a v o r a b l e c o n d i t i o n s , 8 0 p e r c e n t o r m o r e o f t h e f e r t i -

l i z e r N m a y b e r e c o v e r e d b y t h e c r o p t o w h i c h i t w a s a p p l i e d . H o w e v e r , u n d e r m a n y s o i l

a n d c r o p p i n g c o n d i t i o n s , e f f i c i e n c i e s o f 5 0 p e r c e n t o r l o s s a r e n o t u n c o m m o n ( A l l i s o n ,

1 9 5 5 ) . W h i l e t h e r e i s g e n e r a l a g r e e m e n t t h a t t h e l o w e f f i c i e n c y o f f e r t i l i z e r N i s d u e l a r g e -

l y t o a n e t l o s s o f N f r o m t h e s o i l - r o o t z o n e b y l e a c h i n g a n d d e n i t r i f i c a t i o n , a s o i l N

b a l a n c e s h e e t a p p r o a c h t o t h e p r o b l e m h a s m e r e l y s l i c . ) w n t h a t m u c h o f t h e N i s u n a c c o u n t e d

f o r , p r o v i d i n g l i t t l e r e l i a b l e i n f o r m a t i o n c o n c . e r n i n g t h e e x a c t f a t e o f t h e a p p l i e d N ( A l l i s o n ,

1 9 5 5 ) .

T h e r e a r e s e v e r a l w a y s i n w h i c h f e r t i l i z e r N u s e e f f i c i e n c y c o u l d b e i n c r e a s e d , f i r s t ,

b y m i n i m i z i n g l o s s e s o f N f r o m t h e s o i l - r o o t z o n e , a n d s e c o n d , b y m a n i p u l a t i n g e n v i r o n -

m e n t a l a n d m a n a g e m e n t f a c t o r s t o a l l o w t h e p l a n t t o f u l f i l l i t s g e n e t i c c a p a b i l i t Y f o r m a x i -

. m u m y i e l d a n d h i g h p r o d l i c t q u a l i t y , w h i c h i n i t s e l f W o u l d e n h a n c e t h e r e c o v e r y o f a p p l i e d

N .

I n v i e w o f ( a ) t h e i » c r e a s e d u s e o f f e r t i l i z e r , p a r t i c u l a r l y N , t o s n s t a i n m a x i m u m y i e l d s

f o r e c o n o m i c p r o d u c t i o n , a n d ( b ) A g r i c . u l t u r e ' s p o t e n t i a l c o n t r i b u t i o n t o t h e e u t r o p h i c a t i o n

o f s u r f a c e w a t e r r e s c ' m r e e s , a s w e l l a s n i t r a t e e n r i c h m e n t o f g r o u n d w a t e r f r o m d e e p p e r -

c o l a t i o n , a n d t h e p o s s i b l e h e a l t h h a z a r d s w h i c h c o u l d r e s u l t t h e r e f r o m , t h e p r i n c i p a l o b -

j e c t i v e o f t h i s p a p e r i s t o c o n s i d e r c e r t a i n c h e m i c a l a n d h i o c h e m i c a / a p p r o a c h e s f o r m a x i -

m i z i n g t h e e f f i e i e n c y o f f e r t i l i z e r N . I n i t i a l l y , a d i s c u s s i o n o f t h e f a t e o f f e r t i l i z e r N i n

s o i l , c o n s u m p t i o n p a t t e r n s a n d t r e n d s , r e c e n t e v i d e n c e o f e n r i c h m e n t o f n a t u r a l w a t e r s

b y

f e r t i l i z e r N , a n d t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n N u s e e f f i c i e n c y a n d m a x i m u m y i e l d s i s p e r t i n e n t

t o t h i s o b j e c t i v e .

F a t e o f F e r t i l i z e r N i t r o g e n i n S o i l

M o s t N f e r t i l i z e r s a r e s u b j e c t t o c e r t a i n c . h e m i c a l , p h y s i c a l , a n d

b i o c h e m i c a l e v e n t s

t . v h i c h c a n r e s u l t i n s i g n i f i c a n t l o s s e s o f N f r o m t h e s o i l - r o o t z o n e a l t e r

a p p l i c a t i o n . A

s c . h e m a t i c r e p r e s e n t a t i o n o f t h e ( a t e o f b o t h s o l u b l e a n d s l o w - r e l e a s e

f e r t i l i z e r N i n s o i l

i s s h o w n i n f i g u r e 1 . L o s s e s o c c u r p r i » c i p a l l y t h r o u g h

( A ) l e a c h i n g o f n i t r i t e ( N O - ) a n d

n i t r a t e

)

N O - 3

( b ) b i o l o g i c a l d c r . i t r i f i c a t i o n o f b o t h N O - a n d N O - , a n d ( c ) v o l a t i l i z a t i o n

o f

3

a m m o n i a ( N H 3

m

f r o

i m p r o p e r a p p l i c a t i o n o f a n h y d r o u s o r a q u a N H 3 , a n d s u r f a c e

a p p l i -

c a t i o n o f u r e a a n d o t h e r a r n t r i o n i a c a l N s o u r c e s t o a l k a l i n e s o i l s .

1 n - r e v i e w i n g ( ( I ) c h e m i c a l

d e n i t r i f i c a t i o n m e c h a n i s m s t h a t c o u l d c o n t r i b u t e t o t h e

l o s s o f f e r t i l i z e r N , A l l i s o n ( 1 9 6 3 )

s u g g e s t e d t h a t a m a j o r p a t h w a y m a y i n v o l v e O w f o r m a t i o n

a n d s u b s e q u e n t d e c o m p o s i t i o n o f



a m m o n i u m n i t r i t e l o N

. / v t o r e o v e r , i n a c i d s o i l e n v i r o n m e n t s ( 4 p H 5 , 5 ) N O - c a n u n d e r -

Z

g o c h e m i c a l d e c o m p o s i t i o n t o n i t r i c o x i d e ( N O ) . T h e e x t e n t t o w h i c h c h e m i c a . 1 c r e n i t r i f i c a -

H o n c o n t r i b u t e s t o l o s s o f f e r t i l i z e r N f r o m s o i l , h o w e v e r , i s n o t k n o w n .

F e r t i l i z e r

N

c a n a l s o b e l o s t f r o m t h e s o l u b l e N p o o l ( f i g u r e I ) t h r o u g h ( e ) s u r f a c e

r u n o f f a n d e r o s i o n , ( f ) i n t e r - l a t t i c e f i x a t i o n o f a m m o n i u m ( N I I + ) b y c l a y m i n e r a l s , ( g )

m i c r o b i o l o g i c a l i m m o b i l i z a t i o n , a n d ( h ) c h e m i c a l i m m o b i l i z a t i o n i n v o l v i n g r e a c t i o n s o f

f e r t i l i z e r N v . , i t h s o i l o r g a n i c c o m p o n e n t s .

S l o w - r e l e a s e o r c o n t r o l l e d - r e l e a s e N f e r t i l i z e r s o u r c e s , r e v i e w e d r e c e n t l y b y P r a s a d

e t a l . ( 1 9 7 1 ) , w o u l d e i t h e r e n t e r t h e s o l u b l e N p o o l d i r e c t l y , d e p e n d i n g o n s p e c i f i c d i s s o -

l u t i o n p r o p e r t i e s a n d " r e l e a s e " c h a r a c t e r i s t i c s , o r p o s s i b l e u n d e r g o i m m e d i a t e i m m o b i l i -

z a t i o n ( m i c r o b i o l o g i c a l o r c h e m i c a l ) i n t o t h e s o i l o r g a n i c N p o o l . T h e p r o b a b i l i t y f o r r a p i d

i m m o b i l i z a t i o n o f s l o w - r e / e a s e N i n c a s e s w h e r e t h e m i c r o b i o l o g i c a l d e m a n d f o r N g r e a t -

l y e x c e e d s t h e r a t e o f r e l e a s e w a s d i s c u s s e d e a r l i e r b y H a u c k ( 1 9 6 8 ) . A p p a r e n t l y , t h e

m i n e r a l i z a t i o n p o t e n t i a l o f i m m o b i l i z e d s l o w - r o l e a . s e N i s n o t k n o w n . M o r e o v e r , a . c c . o r d i n g

t o M o r t l a n d ( 1 9 5 8 ) , r e l a t i v e l y l i t t l e i s k r i o w n o f t h e e x a c t c h e m i c a l n a t u r e o f t h e a m m o n i a -

o r g a n i c c o m p l e x r e s u l t i n g f r o m t h e r e a c t i o n o f N I I . i w i t h s o i l o r g a n i c r n a t t e r , o r o f i t s

s u s c e p t i b i l i t y t o m i c r o b i a l a t t a c k a n d s u b s e q u e n t a \ - , a i l a b i l i t y t o p l a n t s . I m m o b i l i z a t i o n o f

e i t h e r s l o w - r e l e a s e N o r m o r e s o l u b l e N s o u r c e s i n t o o r g a n i c c o m p o u n d s t h a t a r e m o r e

o r l e s s r e s i s t a n t t o m i n c - r a l i z a t i o n t h a n n a t u r a l r e s i d u c . s , c o u l d i n d e e d a f f e c t t h e

e f f i c i e n -

c y o f f e r t i l i z e r

N .

S i n c e f e r t i l i z e r N e a r l b e i m m o b i l i z e d i n t o o r g a . n i c f o r m s u n a v a i l a b l e t o p l a n t s , o r l o s t

e n t i r e l y f r o m t h e s o i l - r o o t z o n e b y t i m e m e c h a n i s m s d e s c r i b e d , i t i s n o t s u r p r i s i n g t h a t

f e r t i l i z e r N u s e e f f i c i e n c y i s o n l y a b o u t 5 0 p e r c e n t u n d e r n - i a n y s o i l a n d c r o p p i n g c o n d i t i o n s

( A l l i s o n , 1 9 5 5 , 1 9 6 3 , 1 9 6 4 , 1 9 6 ( t ) . A m r n o n i a c a l f e r t i l i z e r s i n m o s t s o i l s a r e s u b j e c t t o

l o s s o n l y a l t e r n i t r i f i c a t i o n o f N H 1 - t o t h e N O - a n d N O - f o r m s b y

a u t o t r o p h i c b a c t e r i a . T h e

2

N I

+ f o r m , a c a t i o n .

i s e l e c t r o s t a t i c a l l y a d s o r b e d b y h e e x c h a n g e c o m p l e x a n d t h u s r e -

4

l a t i v e l y i m m o b i l e c o m p a r e d w i t h t h e N O a n i o n w h i c h i s s u b j e c t t o l e a c . h i n g a n d

b i o - c l e n i -

t r i f i c a t i o n .

I t a p p e a r s t h a t m o s t

C

r o p p l a n t s c a n a b s o r b a n d a s s i m i l a t e e i t h e r t h e N H 4 + o r

N O f o r m o f N , o f t e n w i t h e q u a l e f f e c t i v e n e s s , p r o v i d e d c e r t a i n c o n d i t i o n s a r e r r e t

3

( K i r k b y a n d I l u g h e s , 1 9 7 0 ) ; h o i . v e v e r , f o r t h e r d i s c u s s i o n o f t h i s t o p i c r e l a t i v e t o

f e r t i l i z e r

N

e f f i c i e n c y w i l l a p p e a r l a t e r .

F e r t i l i z e r N i t r o g e n C o n s u m p t i o n : P a l t e r n s a n d T r e n d s

T h e d r a m a t i c i n c r e a s e i n t i . S . c o n s u m p t i o n o f f e r t i l i z e r N i n r e c e n t y e a r s

i s s h o w n i n

f i g u r e Z . W h e r e l i t t l e m o r e t h a n 0 . 5 m i l l i o n m e t r i c t o n s w e . r e a . p p l i e d

i n 1 9 4 5 , 6 , 6 m i l l i o n

t o n s w e r e a p p l i c q l i n 1 9 7 0 , a I 2 - f o l d i n c r e a s e .

A c c o r d i n g l o t b a c h ( 1 9 6 6 ) , t h e e s t i m a t e d

c o n s u m p t i o n

u f

f e . r t i l i z e r N s h o u l d r e a c h a b o u t 1 1 m i l l i o n t o n s b y 1 9 8 0 . T o t a l

U . S . f e r t i -

l i z e r c o n s u m p t i o n ( N p l u s a l l o t h e r n u t r i e n t s ) w a s 1 4 . 3

m i l l i o n m e t r i c t o n s i n 1 9 7 0 w i t h

e s t i m a t e s p r o j e c t i n g , 2 3 m i l l i o n t o n s b y 1 9 8 0 ( N e l s o n ,

1 9 7 1 ) . H o w e v e r , t h e s e s t a t i s t i c s

i n d i c a t e t h a t U . S . c o n s u m p t i o n o f f e r t i l i z e r N a n c i o t h e r n u t r i e n t s d u r i n g t h e r e m a i n d e r

o f t h i s d e c a d e % y i n i n c r e a s e l o s s r a p i d l y t h a n i n t h e p a s t . .

I t

i s n o t e w o r t h y t b a . t t h e U . S , c o n s u m p t i o n o f f e r t i l i z e r

N i n 1 9 6 9 a p p r o a c h e d 2 5 p e r -

c e n t o f t h e t o t a l w o r l d c - o n s u m p t i o n .

U n d o u b t e d l y , t h i s s t a t i s t i c w i l l c h a n g e m a r k e d l y

d u r i n g t h e p r e s e n t . d e c a d e a s l e s s e r - d e v e l o p e d

n a t i o n s i n c r e a s e t h e i r a g r i c u t t u r a l p r o d u c -

t i o n t h r o u g h m o d e r n t e c h n o l o g y a n d i n c r e a s e d u s e

r i f N a s w e l l a s o t h e r f e r t i l i z e r n u t r i e n t s .



S C H E M A T I C R E P R E S E N T A T I O N O F T H E F A T E O F

S O L U B L E A N D S L O W - R E L E A S E F E R T I L I Z E R N I T R O G E N

I N T H E S O I L

F E R T I L I Z E R N ( S O L U B L E )

I N T E R - L A T T I C E +

F I X A T I O N O F N H 4

i

H E M O - D E N I T R I F I C A T I O N

s t

A B S O R P T I O N B Y

P L A N T S

B I O . D E N I T R I F I C A T I O N

S O L U B L E

N

P O O L

L E A C H I N G

V O L A T I L I Z A T I O N ( N H 3 )

D I S S O L U T I O N

t i \

1 : 0

r I

7

0

. - À

. . . . . . t

S O I L

O R G A N I C N

P O O L :

H U M U S . M I C R O B I A L

C E L L S , P L A N T A N D

A N I M A L R E S I D U E S ,

B I O L O G I C A L L Y F I X E D

N 7 ( S Y M B I O T I C A N D

N O N S Y M B I O T I C )

S L O W - -

R E L E A S E

N

P O O L

F i g u r e 1 .

S c h e m a t i c r e p r e s e n t a t i o n o f t h e

f a t e ' o f s o l u b l e a n d s l o w -

r e l e a s e N i n t h e s o i l , a n d r e l a t i o n s h i p t o

t h e s o i l o r g a n i c



1 2

U . S . C O N S U M P T I O N

O F F E R T I L I Z E R N I T R O G E N

1 9 3 0

1 9 4 0

1 9 5 0 1 9 6 0

1 9 7 0

1 9 8 0

Y E A R S

F i g u r e 2 .

C o n s u m p t i o n o f f e r t i l i z e r N i n t h e U n i t e d S t a t e s

s i n c e 1 9 3 0

w i t h a p r o j e c t e d e s t i m a t e t o 1 9 8 0 .



T h e s e N c o n s u m p t i o n p a t t e r n s f o r U . S . a g r i c u l t u r e a r e d i r e c t l y r e l a t e d t o i n c r e a s e d

N f e r t i l i z e r r a t e s f o r b a s i c c r o p s s u c h a s c o r n , w h i c h h a v e i n c r e a s e d i n s e v e r a l C o r n

B e l t S t a t e s f r o m 1 0 k g N / h a i n 1 9 5 0 t o a b o u t 1 2 0 k g / h a i n 1 9 6 7 ( f i g u r e 3 ) . W h e n o n e c o n -

s i d e r s t h a t d u r i n g t h i s t i m e t h e U . S . p o p u l a t i o n i n c r e a s e d b y 5 0 - m i l l i o n p e o p l e , w h i l e t h e

a r e a o f c r o p l a n d d e c r e a s e d b y a b o u t 1 0 m i l l i o n h e c t a r e s , t h e i n t e n s i t y o f N f e r t i l i z e r u s e

r e l a t i v e t o i n c r e a s e d c r o p p r o d u c t i o n i s p a r t i c u l a r l y a p p a r e n t .

T a b l e 1

i s o f i n t e r e s t s i n c e i t s h o w n t h e e s t i m a t e d c h a n g e s i n i n p u t s a n d o u t p u t s ( i . e .

r e m o v a l s ) o f f e r t i l i z e r a n d s o i l N s i n c e 1 9 3 0 , w i t h d a t a p r o j e c t e d t o 1 9 8 0 . C e r t a i n l y , a l l

o f t h e s e e s t i m a t e s , e x c e p t t h e i n p u t s f r o m f e r t i l i z e r N , m u s t b e r e g a r d e d a s s o m e w h a t

s p e c u l a t i v e . O n a n a t i o n a l a v e r a g e , t h r o u g h 1 9 6 9 , m o r e N w a s r e m o v e d i n h a r v e s t e d c r o p s

t h a n w a s a p p l i e d b y N f e r t i l i z e r s , w h i c h h a s p r o m p t e d s o m e a g r i c u l t u r a l s p o k e s m e n t o

c o n c l u d e t h a t a g r i c u l t u r e c a n n o t b e c o n t r i b u t i n g t o n u t r i e n t p o l l u t i o n o f n a t u r a l w a t e r s .

H o w e v e r , t h e f a l l a c y o f t h i s a s s u m p t i o n i s a p p a r e n t w h e n c o n s i d e r i n g t h e r e g i o n a l d i f f e r -

e n c e s i n c r o p p i n g s y s t e m s a n d f e r t i l i z e r N u s e p a t t e r n s . I n d e e d , t h e m o r e p r o g r e s s i v e

f a r m e r s t e n d t o a d d m o r e n u t r i e n t s t h a n t h e i r c r o p s r e c o v e r , w h i l e t h e o p p o s i t e i s t r u e

f o r t h o s e w h o a r e s t i l l " m i n i n g " t h e n a t i v e s o i l f e r t i l i t y ( F r i n k , 1 9 7 1 ) . A c c o r d i n g t o W h i t e

( 1 9 6 5 ) , t h e t o t a l n u t r i e n t s a p p l i e d a s f e r t i l i z e r s t o c o r n , c . o t t o n , a n d s u g a r c a n e i n t h e U . S .

n o w e x c e e d s t h e t o t a l n u t r i e n t s r e m o v e d i n h a r v e s t e d m a t e r i a l .

T h e q u e s t i o n m a r k s o n e s t i m a t e s o f l e a c h i n g o f f e r t i l i z e r N a n d d e n i t r i f i c a t i o n i n d i c a t e

h o w l i t t l e i s k n o w n c o n c e r n i n g t h e m a g n i t u d e o f t h e s e l o s s e s . E v e n s o , u p u n t i l 1 9 4 7 . t h e

t o t a l N r e m o v e d f a r e x c e e d e d t h e t o t a l i n p u t . H o w e v e r , b y 1 9 6 9 , t h i s p a t t e r n

h a d b e e n r e -

v e r s e d , . v h i l e p r o j e c t e d e s t i m a t e s f o r 1 9 8 0 s u g g e s t t h a t t o t a l N i n p u t w i l l

p r o b a b l e e x c e e d

N r e m o v a l b y a n e v e n g r e a t e r m a r g i n t h a n i n 1 9 6 9 . T h e s e p r o j e c . t i o n s a l l o w

f o r S O M C

s p e c u l a t i o n a s t o w h a t e x t e n t f e r t i l i z e r N m i g h t b e c o n t r i b u t i n g t o e n r i c h m e n t

o f n a t u r a l

w a t e r s b y 1 9 8 0 .

A c c . o r d i n g t o N e l s o n ( 1 9 7 1 ) .

" F u t u r e i n c r e a s e s i n f e r t i l i z e r c o n s u m p t i o n i n t h e U S A m u s t c o m e

l a r g e l y f r o m

i n c r e a s e d a p p l i c a t i o n o n p r e s e n t l y l o w f e r t i l i z e r - u s i n g c r o p s

a n d l o w f e r t i l i z e r -

u s i n g a r e a s b e c a u s e m a n y o f t h e p r e s e n t h i g h f e r t i l i z e r - u s i n g c r o p s ,

i n c l u d i n g

c o r n , a l r e a d y a r e a p p r o a c h i n g t h e

m a x i m u m p r o f i t a b l e r a t e s o f a p p l i c a t i o n .

T h i s a s s e s s m e n t i s i n a g r e - e m e n t w i t h r e c e n t t r e n d s c o n c e r n i n g

f e r t i l i z e r N r a t e s f o r

c o r n a s s h o w n i n f i g u r e 3 . w h e r e i t a p p e a r s

t h a t s o m e s t a t e s h a . N . r e a l r e a d y r e a c h e d s u c h

a p l a t e a u . A p e r t i n e n t q u e s t i o n t h e n

i s w h e t h e r i n c r e a s e d a p p l i c a t i o n o f f e r t i l i z e r N t o

l o w

N - r e q u i r i n g c r o p s , s u c h a s s o y - b e a n s , a n d t h e e x p a n d e d u s e

o f f e r t i l i z e r N i n a r c a s w h e r e ,

p r e s e n t l y , c r o p p r o d u c t i o n i s l i m i t e d b y c e r t a i n s o i l

a n d c l i m a t i c f a c t o r s , w i l l p o s e a n

e v e n g r e a t e r p o t e n t i a l f o r / o s s

o f a p p l i e d N . A r e a l c h a l l e n g e f o r a g r i c u l t u r a l s c i e n t i s t s

i n t h e f u t u r e w i l l b e t o s e e k w a y s a n d m e a n s o f

m a x i m i z i n g t h e e f f i c i e n t u s e o f f e r t i l i z e r

N o n l o ' . ' . ' N - u s i n g c r o p s a n d i n p r e s e n t l y l o w

N - u s i n g a . r e a s .

N i t r o g e n F e r t i l i z e r U s e a n d E n v i r o n m e n t a l

Q u a l i t y

T h a t s o m e l o s s o f f e r t i l i z e r N d o e s

i n d e e d o c c n i r f r o m t h e s o i l - r o o t z o n e i s a n u n d e n i -

a l b e f a c . t o f a p r o g r e s s i v e a g r i c u l t u r e .

H o w e v e r , t h e m a g n i t t i d e a n d p o s s i b l e c o n s e q u e n c e s

o f t h e s e l o s s e s a r e c u r r e n t l y t h e b a s i s o f

c o n s i d e r a b l e c o n t r o v e r s y . M o r e a n d m o r e , e c o -

l o g i s t s . h r e a s s o c i a t i n g t h e i n c r e a s e d u s e

o f f e r t i l i z e r s , p a r t i c u l a r l y N a n d P s o u r c e s ,

w i t h

e n v i r o n m e n t a l p o l l u t i o n . T h e y c o n t e n d t h a t

s u c h i n t e n s i v e a n d p o s s i b l e o v e r u s e o f

f e r t i l i z e r

N i s c o n t r i b u t i n g s i g n i f i c a n t l y , t h r o u g h

r u n o f f a n d l e a c - h i n g , t o a c c . u r n u l a t i o n o f

N O i n



1 4 0

1 2 0

1 0 0

8 0

6 0

4 0

2 0

K I L O G R A M S O F N I T R O G E N

_

P E R H E C T A R E O N C O R N

0

1 9 4 5

1 9 5 0

Ï

. . . . . .

\ , .

1 9 5 5

, J :

(

I N D I A N A

I L L I N O I S

A I O W A

o m o

6 ) \ M I S S O U R I

/

/

1

1 9 6 0

1 9 6 5

1 9 7 0

1 9 / 5

F i g u r e 3 .

T r e n d i n u s e o f f e r t i l i z e r N i n

s e v e r a l M i d w e s t e r n S t a t e s

( T h o m p s o n , 1 9 6 9 ) .



T a b l e 1 .

B a l a n c e s h e e t o f n i t r o g e n i n t h e U n i t e d S t a t e s : e s t i m a t e d

c h a n g e s f r o m 1 9 3 0 t o 1 9 8 0 o n h a r v e s t e d c r o p l a n d

1 L i p m a n a n d C o n y b e a r e ( 1 9 3 6 )

2 M e h r i n g a n d P a r k s ( 1 9 5 0 )

3 S t a n f o r d e t

a / . ( 1 9 7 0 )

4 E s t i m a t e s b y t h e a u t h o r a f t e r p r o c e d u r e s c i t e d b y S t a n f o r d e t

c a .

( 1 9 7 0 ) .

L e a c h i n g o f f e r t i l i 2 e r N a n d d e n i t r i f i c a t i o n r e m o v a l s a r e

b a s e d o n 1 0

a n d 1 8 ' . 4 o f f e r t i l i z e r N a p p l i e d , r e s p e c t i v e l y .

I t e m

N i t r o g e n - m i l l i o n s o f t o n s

1 9 3 0 1

1 9 4 7 2

1 9 6 9 3

1 9 8 0 4

I n p u t s o f n i t r o g e n f r o m :

1 .

F e r t i l i z e r N

0 . 3

0 . 7

6 . 8 1 2 . 2

2 . N f i x e d b y l e g u m e s

1 . 7

1 . 7

2 . 0

2 . 5

3 .

N f i x e d ( n o n s y m b i o t i c )

1 . 0

1 . 0

1 . 0

1 . 0

4 .

B a r n y a r d m a n u r e

1 . 9

1 . 3

1 . 0 0 . 9

5 .

R o o t s o f u n h a r v e s t e d p o r t i o n s o f c r o p s

. .

1 . 1

1 . 5

2 . 5 3 . 0

6 . R a i n f a l l

0 . 8

1 . 0

1 . 5 1 . 8

T o t a l

6 . 8

7 2 1 4 . 8

2 1 . 4

R e m o v a l s o f n i t r o g e n b y :

7 .

H a r v e s t e d c r o p s

4 . 6

6 . 5

9 . 5

1 3 . 0

8 . E r o s i o n

5 . 0

4 . 0

3 . 0 2 . 0

9 .

L e a c h i n g o f s o i l N

4 . 0

3 . 0 2 . 0

1 . 5

1 0 .

L e a c h i n g o f f e r t i l i z e r N

0

0 ?

1 . 2

1 1 .

O e n i t r i f i c a t i o n

?

?

?

2 . 2

T o t a l

1 3 . 6

1 3 . 5

1 4 . 5

1 9 . 9



s u r f a c e a n d g r o u n d w a t e r ( C o m m o n e r , 1 9 6 8 ) . T h i s , i n t u r n , i s r e l a t e d t o i n c y e a s e d e u t r o -

p h i c a t i o n o f s t r e a m s , l a k e s , a n d r e s e r v o i r s , a n d t o p o t e n t i a l h e a l t h h a z a r d s

t o h u r n a n s

( p a r t i c u l a r l y i n f a n t s , f r o m m e t h e r n o g l o b i n e m i a ) a n d l i v e s t o c k ( p a r t i c u l a r l y r u m i n a n t s )

° w h i c hi g h t c o n s u m e s u r f a c e a n d g r o u n d w a t e r s o f e x c e s s i v e

N O 3 - c n t e n t . T h e y a l s o

c h a r g e t h a t t h e h i g h N O - c o n t e n t o f c e r t a i n v e g e t a b l e s ( e . g . , b e e t s , c a b a g e , a n d s p i n a c h )

3

i s r e l a t e d t o e x c e s s i v e u s e o f f e r t i l i z e r N , a n d a l s o c o n s t i t u t e s a h e a l t h h a z a r d , e s p e c i a l -

l y i n b a b y f o o d s .

A g r i c u l t u r i s t s , o n t h e o t h e r h a n d , h a v e r e s p o n d e d t o t h e s e a c c . u s a t i o n s i n a p a r t i c u l a r -

l y d e f e n s i v e w a y , i n s i s t i n g t h a t f e r t i l i z e r s a r e n o t c u r r e n t l y a s e r i o u s s o u r c e o f e n r i c h -

m e n t o f s u r f a c e a n d g r o u n d w a t e r s , a n d t h a t i n c r e a s e d N O 3 - l e v e l s m o n i t o r e d i n s t r e a m s

a n d g r o u n d w a t e r i n c l o s e p r o x i m i t y t o a g r i c u l t u r a l a r e a s a r e n o t s u f f i c i e n t p r o o f t h a t

f e r t i l i z e r s a r e i n v o l v e d . T h e y p o i n t o u t t h a t s o u r c e s o f N O o t h e r t h a n f e r t i l i z e r s c o u l d

3

b e c o n t r i b u t i » g i n a m u c h m o r e s i g n i f i c a n t w a y t o t h i s p h e n o m e n o n , i n c l u d i n g t r e a t e d a n d

u n t r e a t e d s e w a g e e f f l u e n t , a n i m a l w a s t e s , f o c u l p r o c e s s i n g w a s t e s , i n d u s t r i a l e f f l u e n t ,

b i o l o g i c a l N , f i x a t i o n i n a q u a t i c e n v i r o n m e n t s , m i n e r a l i z a t i o n o f s o i l o r g a n i c N , a n d

m o v e m e n t o r w a t e r t h r o u g h g e o l o g i c f o r m a t i o n s o f h i g h N O c o n t e n t . S u p p o r t f o r t h i s

3

t h e s i s c a n h e f o u n d i n s e v e r a l r e c e n t r e v i e w s , w h e r e i n t h e a u t h o r s c o n c l u d e t h a t n u t r i e n t

e n r i c h m e n t o f w a t e r r e s o u r c e s f r o r n f e r t i l i z e r s i s p r o b a b l y m i n i m a l u n d e r m o s t c o n d i t i o n s

( A l d r i c h , 1 9 7 0 ; V i e t s , 1 9 7 0 ; V i e t s a n d I f a g e r n a n , 1 9 7 1 ) .

A n u m b e r o f a g r i c u l t u r a l s p o k e s m e n , h o w e v e r , w i l l r e a d i l y a d m i t t h a t , a t t h e p r e s e n t

t i m e , t h e r e i s n o t s u f f i c i e n t r e l i a b l e e x p e r i m e n t a l d a t a t o a d e q u a t e l y e v a l u a t e t h e r e a l

a n d / o r p o t e n t i a l c o n t r i b u t i o n o f f e r t i l i z e r s t o t h e p o l l u t i o n o f n a t u r a l w a t e r s . F o r e x a m p l e ,

N e l s o n ( 1 9 7 0 ) s t a t e s :

F i e l d r e s e a r c h i s n e e d e d a s s o o n a s p o s s i b l e t o d e t e r m i n e w h e t h e r f e r t i l i z e r s

c o n t r i b u t e t o c o n t a m i n a t i o n o f n a t u r a l w a t e r s ;

i f s o , h o w m u c h , w h e r e a n d u n d e r

w h a t c o n d i t i o n s ; a n d w h e t h e r , i n r e l a t i o n t o o t h e r s o u r c e s o f N a n d P , t h e f e r t i -

l i z e r c o n t r i b u t i o n i s e n o u g h t o j u s t i f y s t r o n g c o n t r o l m e a s u r e s . S u c h i n f o r m a -

t i o n d o e s n o t e x i s t .

H e a l s o u r g e s t h a t , " f i e l d r e s e a r c h s h o u l d b e i n i t i a t e d o n a m o u n t , t i m e ,

m e t h o d o f a p p l i -

c a t i o n . a n d k i n d s o f f e r t i l i z e r n e e d e d t o i m p r o v e c r o p r e c o v e r y a n d r e d u c e

n u t r i e n t l o s s e s " .

A c c o r d i n g l y , N e l s o n ( 1 9 7 1 ) s u g g e s t e d s e v e r a l a p p r o a c h e s t o d e t e r m i n i n g t h e

c o n t r i b u t i o n

o f f e r t i l i z e r n u t r i e n t s t o s u r f a c e a n d g r o u n d w a t e r s . O n e i n v o l v e s t h e u s e

o f s m a l l c o n f i n e d

w a t e r s h e d s o r t i l e - d r a i n p l o t s w h e r e t h e ( ' a t e o f d i f f e r e n t f e r t i l i z e r s

c o u l d b e a c c u r a . t e l y

e v a l u a t e d b y c . o n t i n u o u s o r f r e q u e n t m o n i t o r i n g o f t h e n u t r i t n i t c o n t e n t o f

t h e r u n o f f , l e a c h -

a t e , a n d g r o u n d w a t e r . A n o t h e r a p p r o a c h c o u l d i n v o l v e

t h e a p p l i c . a t i o n o f f e r t i l i z e r s t o

c o n v e n t i o n a l e r o s i o n p l o t s , a n d s u b s e q u e n t m o n i t o r i n g o f t h e n u t r i e n t c o n t e n t

o f r u n o f f . ,

s e d i m e n t , s o i l ( b y d e p t h i n c r e m e n t s ) , a n d g r o u n d w a t e r .

V i e t s ( 1 9 7 0 ) a l s o p o i n t s o u t t h e n e e d f o r s u c h i n f o r m a t i o n .

I n d i s c u s s i n g t h e c o u n t l e s s

f i e l d e x p l ; : r i m e n t s o f t h e l a s t 3 0 y e a r s t o a s s e s s c r o p r e s p o n s e t o

f e r t i l i z e r s , h e s t a t e s :

" A l m o s t u n i v e r s a l l y t h e e x p e r i m e n t s h a v e f a i l e d t o d e t e r m i n e h o w m u c h

o f t h e

f e r t i l i z e r r u n s o f f , i b c a r r i e d o f f o n e r o d i n g p a r t i c l e s o f s o i l , o r

p e r c o l a t e s

b e l o w t h e r o o t z o n e " .

1

T h e U . S . P u b l i c H e a l t h S e r v i c e D r i n k i n g W a t e r

S t a n d a r d s r c i c o m m e n d t h a t t h e n i t r a t e

c o n t e n t o f w a t e r f o r t h i s p u r p o s e n o t e x c e e d

4 5 m g / 1 ( p p m ) a s N O 3 - ( e q u i v a l e n t t o 1 0

m g / I a s N O - N ) . T h e s u b j e c t o f " l l e a l l h e f f e c t s o f n i t r a t e s i n w a t e r "

i s d i s c u s s e d i n

d e t a i l e l s e w l i e r e ( C a s e e t a l . , 1 9 7 0 ) .



F u r t h e r m o r e , h e e m p h a a i z e s :

" W e d o n o t h a v e a b a l a n c e s h e e t o f i n p u t s a n d o u t p u t s o f n u t r i e n t s a p p l i e d t o a

c r o p p i n g s y s t e m o v e r a l o n g p e r i o d o f t i m e i n a n y s e c t i o n o f t h e c o u n t r y " .

C o m m e n t b y \ r i m s a n d H a g e r n a n ( 1 9 7 1 ) r e g a r d i n g N O

o f g r o u n d w a t e r i n t h e

M i d w e s t e r n U . S . a r e a l s o a p p r o p r i a t e :

" T h e r a t e o f w a t e r r e c h a r g e i s s o s l o w t h a t t h e p o s s i b l e n i t r a t e p o l l u t i o n o f

a q u i f e r s f r o m o u r m o d e r n t e c h n o l o g y w i l l t a k e d e c a d e s . * H o w e v e r , o n c e n i t r a t e

g e t s i n t o t h e a q u i f e r . d e c a d e s w i l l b e r e q u i r e d t o r e p l a c e t h e w a t e r w i t h l o w

n i t r a t e w a t e r . F i f t y t u 1 0 0 y e a r s m i g h t b e r e q u i r e d t o e s t a b l i s h a t i m e t r e n d ,

c o n s i d e r i n g t h e h e t e r o g e n e i t y o f t h e a q u i f e r s . 1 3 y t h e t i m e t h e t r e n d w a s

e s t a . b l i s h e d , a d a n g e r o u s s i t u a t i o n c o u l d b e i n t h e m a k i n g t h a t c o u l d n o t b e c o r -

r e c t e d i n a t i m e s h o r t e r t h a n i t t o o k L o c r e a t e ' ' .

O n e w o n d e r s a s t o j u s t h o w l a r w e m i g h t b e i n t o t h i s t i m e t r e n d a l r e a d y f o r c e r t a i n a q u i -

f e r s .

S i n c e s o l i t t l e i n f o r m a t i o n i s a v a i l a b l e o n t h i s s u b j e c t , o n m i g h t s e r i o u s l y q u e s t i o n t h e

v a . l i d i t y o f c e r t a i n a s s u m p t i o n s a n d c o n c l u s i o n s e x p r e s s e d b y s o m e a g r i C u l t u r i s t s i n a t t e m p t -

i n g t o r e f u t e t h e c h a r g e s o f s o m e e c o l o g i s t s o n t h e p l a n t n u t r i e n t - w a t e r q u a . l i t y i s s u e .

E v i d e n c e o f t h e E n r i c h m e n t o f N a t u r a l W a t e r s b y F e r t i l i z e r N i t r o g e n

B a s e d o n a n u m b e r o f r e c e n t r e p o r t s , a f e w o f w h i c h a r e c i t e d h e r e , - i t < W o u l d a . p p e a r ,

a t l e a s t t o t h i s w r i t e r , t h a t i n s o m e s i t u a t i o n s f e r t i l i z e r N m a y i n d e e d b e . c o n t r i b u t i n g

s i g n i f i c a n t l y t o N O - e n r i c h m e n t o f s u r f a c . e a n d g r o u n d w a t e r s .

3

B i n g h a m e t a l . ( 1 9 7 1 ) e v a l u a t e d t h e N O

l e a c h i n g l o s s e s f r o m a . n i r r i g a t e d 3 8 4 h e c t a r e

c i t r u s w a t e r s h e d i n C a l i f o r n i a w h i c h r e c e i v e d 1 4 4 k g N / h a / y e a r . T h e m e a n c o n c e n t r a t i o n

o f

N O - 3

i n t h e e f f l u e n t d r a i n a g e w a t e r o v e r a t h r e e y e a r p e r i o d v . , a s 5 0 t o 6 0 m g / I a n d r e -

p r e s e n t e d a l o s s o f 4 5 p e r c e n t o f t h e a p p / i e d N .

S t e w a r t e t a l . ( 1 9 6 7 , 1 9 6 8 ) a n a l y z e d s o i l c o r e s a m p l e s f r o m t h e S o u t h P l a t t e V a l l e y o f

C o l o r a d o , a n a r e a s u b j e c t t o i n t e n s i v e f a r m i n g , a n d f o u n d t h a t t h e m e a n N O - - N c o n c e n -

3

t r a t i o n t o a d e p t h o f 6 . 7 m e t e r s a s r e / a t e d t o l a n d u s e v a s : a l f a l f a 7 0 , n a t i v e g r a s s l a n d

8 1 , c u l t i v a t e d d r y l a n d 2 3 3 , i r r i g a t e d f i e l d s ( e x c l u d i n g a l f a l f a ) 1 5 2 , a n d f e e d l o t s 1 2 8 2

k g / h a . .

T h e y e s t i m a t e d t h a t 2 8 t o 3 3 k g N / h a / y e a r w e r e l o s t t o t h e w a t e r t a b l e f r o m i r r i g a t e d

f i e l d s .

I n a s u m m a r y o f g r o i n i d w a t e r i n v e s t i g a t i o n s i n C a l i f o r n i a , W a r d

( 1 9 7 0 ) r e p o r t e d o n

f i v e p r o b l e m a r e a s w h e r e f r o m 1 9 5 3 t o 1 9 6 8 t h e N O c o n t e n t o f w a t e r

p u m p e d f o r d o m e s t i c

u s e e x c e e d e d t h e U S P H S s t a n d a r d o f 1 5

m g / I . T h e m a j o r c o n t r i b u t o r o f N O t o g r o u n d w a t e r

3

i n o n e a r c a w a s d o m e s t i c s e w a g e d i s c h a r g e . H o w e v e r , t h e

p r i n c i p a l s o u r c e s o f N O 7 e n -

3

r i c h r n e n t i n a t l e a s t t w o a r e a s w e r e d i r e c t l y r e l a t e d t o

i r r i g a t i o n a g r i c u l t u r e a n d t h e i n -

c r e a s e d u s e o f f e r t i l i z e r N . I n o n e o f t h e s e t w o a r e a s , d o m e s t i c s e w a g e w a s

e x c l u d e d a s

a s o u r c e o f N O

s i n c e t h e v o l u m e o f s e w a g e d i s c h a r g e d b y p e r c o l a . t i o n w a s

n e g l i g i b l e

3

c o m p a r e d w i t h t h e a m o u n t o f f e r t i l i z e r N a p p l i e d .

I l a r m e s o n a n d . L a r s o n ( 1 9 7 0 ) a n d l i a r r n e s o n e t a l .

( 1 9 7 1 ) r e p o r t e d a n a l y t i c a l d a t a o n

t h e N O

c o n t e n t o f s u r f a c e w a t e r s i n I l l i n o i s . w h i c h

s h o w t h a t p r i o r t o 1 9 5 6 I l l e U S P H S

3

s t a n d a r d o f 4 5 m g / I w a s n o t e x c e e d e d i n A i l V o f t h e s t r e a m s

s a m p l e d . H o w e v e r , s i n c e t h e n



t h i s s t a n d a r d h a s b e e n e q u a l l e d o r e x c e e d e d i n a t l e a s t 9 m a j o r s t r e a m s . H i g h N O - 1 c o n -

c e n t r a t i o n s w e r e c o n s i s t e n t l y f o u n d i n a r e a s o f i n t e n s i v e a g r i c u l t u r a l p r o d u c t i o n \ A c r e

s o i l s a r e w e l l - d r a i n e d , f e r t i l e , r i c h i n o r g a n i c N , a n d w h e r e h i g h l e v e l s o f f e r t i l i z e r N

a r e a p p l i e d .

T h e s e a u t h o r s a l s o r e p o r t e d t h a t i n c r e a s e d N O

c o n c e n t r a t i o n s w e r e c o r r e l a t e d w i t h

i n c r e a . s e d s t r e a m f l o w , b o t h r e a c h i n g m a x i m u m s d u r i n g l a t e w i n t e r a n d e a r l y s p r i n g , w i t h

m i n i m u m s a t t a i n e d i n l a t e s u m m e r a n d e a r l y f a l l ( f i g u r e 4 ) . ' C h i s s e a s o n a l v a . r i a t i o n w o u l d

t e n d t o i m p l i c a t e a n a g r i c u l t u r a l s o u r c e ( s ) o f N O - a s t h e p r i n c i p a l c o n t r i b u t o r , i n v i e w o f

t h e c o n s t a n c y o f s e a s o n a l N o u t p u t s f r o m

s e w a g e 3 t r e a t m e n t

p l a n t s . M o r e o v e r , i f s u c h

t p l a n t s

w e r e a s i g n i f i c a n t s o u r c e o f N O 3 - ,

h e p a t t e r n w o u l d b e q u i t e d i f f e r e n t , s i n c e t h e

N O

c o n t e n t o f s e w a g e d i s c h a r g e w o u l d b e d i l u t e d d u r i n g p e r i o d s o f h i g h f l o w . T h u s , a

r e a s o n a b l e a s s u m p t i o n i s t h a t p e a k f l o w s i n l a t e w i n t e r w o u l d c o i n c i d e w i t h N O 3 - ( p o s s i b l y

a c c u m u l a t e d i n s o i l f r o m t h e p r e v i o u s s e a s o n ) l e a c h i n g a n d d r a i n i n g f r o m a g r i C u l t u r a l

a r e a s d u r i n g p e r i o d s o f e x c e s s i v e p r e c i p i t a t i o n . W i t h t h e a d v e n t o f m i n e r a l i z a t i o n a n d

n i t r i f i c a t i o n o f s o i l o r g a n i c N , a n d n i t r i f i c a t i o n o f f e r t i l i z e r N i n t h e s p r i n g , t h e p h e n o m e -

n o n i s r e i n f o r c e d .

I n a d e t a i l e d s t u d y o f t h e K a s k a s k i a w a t e r s h e d a b o v e S h e l b y v i l l e , I l l i n o i s , t h e s e a u t h o r s

e s t i m a t e d t h e p o t e n t i a l s o u r c e s a n d t h e i r t o t a l N c o n t r i b u t i o n t o t h e K a s k a . s k i a R i v e r a s :

I t i s o f i n t e r e s t t h a t t h e I l l i n o i s P o l l u t i o n C o n t r o l B o a r d ( I P C B ) i s n o w i n t h e p r o c e s s o f

h o l d i n g h e a r i n g s o n a p r o p o s a l w h i c h , i f a d o p t e d , w o u l d r e g u l a t e t h e a p p l i c a t i o n o f f e r t i -

l i z e r s ( e s p e c i a l l y N a n d P s o u r c e s ) a n d a n i m a l m a n u r e o n I l l i n o i s f a r m s .

T h e r e f o r e , i t w o u l d s e e m t h a t i t i s t i m e f o r a g r i c u l t u r i s t s t o a s s u m e a l e s s d e f e n s i v e ,

a n d i n d e e d , m o r e p o s i t i v e p o i n t o f v i e w . i n t h e i r a p p r o a c h t o t h e p l a n t n u t r i e n t - w a t e r q u a -

l i t y i s s u e . W e m a y h a v e n o a l t e r n a t i v e b u t t O a c c e p t t h e f a c t t h a t i n s o m e c a s e s

A g r i c u l t u r e

i s c . o n t r i b u t i n g t o e n v i r o n m e n t a l p o l l u t i o n . W h e r e t h e s e s i t u a t i o n s e x i s t w e m u s t

s e e k t o

i m p o s e c o r r e c t i v e a n d p r e v e n t i v e m e a s u r e s . H o w e v e r , r e s p o n d i n g t o e m o t i o n a l a c c u s a -

t i o n s b y i s s u i n g e q u a l l y e m o t i o n a l a n d b l a t a n t d e n i a l s o f a n y a n d a . 1 1 e v i d e n c e

w h i c h m i g h t

i m p l i c a t e t h e c o n t r i b u t i o n o f f e r t i l i z e r s t o i m p a i r e d w a t e r q u a l i t y - a n d t o

d o s o w i t h l i t t l e

e v i d e n c e t o t h e c o n t r a r y - w i l l g a i n n e i t h e r t h e s u p p o r t n o r r e s p e c t o f t h e g e n e r a l

p u b l i c

w h i c h i s s o e s s e n t i a l t o A g r i c u l t u r e .

H o p e f u l l y , t h e e m o t i o n t h a t h a s c l o u d e d b o t h s i d e s o f t h i s c o n t r o v e r s y w i l l s o o n

g i v e

w a y t o r e a s o n a n d o b j e c t i v i t y . O u r g o a l a s

a g r i c u l t u r a l s c i e n t i s t s i s t o p r o d u c e t h e n e c e s s -

a r y f o o d a n d f i b e r w i t h t h e l e a s t p o s s i b l e d a m a g e t o o u r

e n v i r o n m e n t , a n d a t t h e s a m e

t i m e p r o v i d e . a s m a n y o p t i o n s t o o u r f a r m e r s a s p o s s i b l e .

T h e r e a r e a n u m b e r o f o p t i o n s

a n d a l t e r n a t i v e s f o r m i n i m i z i n g t h e l o s s o f f e r t i l i z e r N

f r o m t h e s o i l - r o o t z o n e a n d i n -

c r e a s i n g i t s u t i l i z a t i o n e f f i c i e n c y , w h i c h w i l l s u b s e q u e n t l y b e

d i s c u s s e d .

E f f i c i e n c y o f f e r t i l i z e r n i t r o g e n a n d m a x i m u m y i e l d s

I t i s a p p a r e n t f r o m t h e f o r e g o i n g t h a t f o r t h e p a s t t h r e e d e c a d e s

U . S . f a r m e r s h a v e

b e e n u s i n g N f e r t i l i z e r s i n e v e r i n c r e a s i n g q u a n t i t i e s .

T h i s h a s b e e n b r o u g h t a b o u t p r i n c i -

a .

S o i l s

6 1 . 5 %

b .

C o m m e r c i a l F e r t i l i z e r s

2 8 . 8 %

c .

A n i m a l W a s t e s

7 . 6 %

d .

A t m o s p h e r i c S o u r c e s

3 . 8 %

e .

D o m e s t i c W a s t e s

0 . 3 %



3 0

2 5

7 2 0

o

c . )

t o

1 5

-

r

c f c

»

1 0

o

5

o

2 0 0 0

1 5 0 0

1 0 0 0

5 0 0

o

J

F M A M J J

A S O N O

C Y C L I C C I I A R A C T E R I S T I C S O F N I T R A T E S I N

I L L I N O I S S U R F A C E W A T E R S

( N A R M E S O N A N O L A R S O N . 1 9 7 0 )

F i g u r e 4 .

R e l a t i o n s h i p o f m e a n m o n t h l y d i s c h a r g e

a n d n i t r a t e c o n c e n t r a t i o n

i n s o m e I l l i n o i s

s t r e a m s

( H a r m e s o n

a n d L a r s o n , 1 9 7 0 ) .

I I I I I I I I I I

A S K A S K I A

1 9 5 6 . 1 9 6 8

/ / . . . " 2

/

/

S A S G A M O N

1 9 5 6 1 9 6 1

.

/

S P O O N

1 9 6 1 4 . 1 9 6

\ \ , /

R O C K

1 9 5 6 . 1 9 6 1

,

- - . .

. . . .

S K I L L E T F O R K

6 . 1 9 6 1

N I M P I V

i l l i i i

1

1 1

1

I

1

1

1 1

I

I l l i i

/ P - N 4 " - -

S A N G A M O N

1 9 5 6 . 1 9 6 1

1

/

\

_

\

\

K A S K A S K I A

1 9 5 6 - 1 9 6 8

/

I


. . -

1 9 4 6 . 1 9 6 1

1

1

I

1

1

l

i

A

A

N



p a l l y b y S t a t e a n d F e d e r a l r e s e a r c h a n d e x t e n s i o n a g e n c i e s , a s w e l l a s t h e f e r t i l i z e r i n d u S

t r y , w h o h a v e e m p h a s i z e d t h a t t h e h i g h e s t p e r m i s s i b l e o r r e c o m m e n d e d r a t e o f f e r t i l i z e r

u s a g e w a s n e c e s s a r y t o a c h i e v e m a x i m u m y i e l d s . T h u s , a d i s c u s s i o n o f t h e e f f i c i e n t u s e

o f f e r t i l i z e r N r e l a t i v e t o m a x i m u m c r o p y i e l d s i s p e r t i n e n t t o t h e s u b j e c t o f t h i s p a p e r .

A n e x a n a p l e c i t e d b y L a t h w e l l e t a l . ( 1 9 7 0 ) i s p a r t i c u l a r l y a p p r o p r i a t e . B a s e d o n f i g u r e 3 ,

t h e y p o i n t o u t t h a t N c o n s u m p t i o n i n c r e a s e d b y a b o u t 1 0 k g / N / h a / y e a r f r o m 1 9 6 0 t o 1 9 6 7 ,

w h i l e a t t h e s a m e t i m e c o r n y i e l d s i n c r e a s e d a t a r a t e o f 1 8 0 k g / h a / y e a r , _ A s s u m i n g t h a t

o n l y t h e g r a i n w a s r e m o v e d f r o m t h e f i e l d , s o r n e t w o - t h i r d s o f t h e N a p p l i e d c a n n o t b e

a c c o u n t e d f o r i n t h e c r o p .

A d d i t i o n a l d a t a b y L a t h w e l l e t a l . ( 1 9 7 0 ) i s t t s e d h e r e t o i l l u s t r a t e y i e l d r e s p o n s e o f

c o r n t o a p p l i e d N f o r h i g h , i n t e r m e d i a t e , a n c l l o w - y i e l d i n g e x p e r i m e n t s i n N e w Y o r k

S t a t e ( f i g u r e 5 ) . T h e s e d a t a , t y p i c a l o f s u c h e x p e r i m e n t s , s h o w t h a t r e s p o n s e t o a p p l i e d

N i n c r e a s e s w i t h i n c r e a s i n g y i e l d ; t h a t i s , r e s p o n s e t o N w a s g r e a t e r a t . G r o u p I s i t e s

c o m p a r e d w i t h G r o u p 1 1 1 s i t e s . M o r e o v e r , t h e s e r e s u l t s s h o w t h e c h a r a c t e r i s t i c d i m i n i s h -

i n g r e s p o n s e w i t h e a c h a d d i t i o n a l i n c r e m e n t o f a p p l i e d : N . C o r r e s p o n d i n g d a t a b y t h e s e

a u t h o r s ( f i g u r e 6 ) i l l u s t r a t e t h e f a c t t h a t t h e N c . o n t e n t o f t h e a . b o v e - g r o u n d p o r t i o n o f t h e

p l a n t s p a r a l l e l s t h e y i e l d c u r v e s . T h e v a l u e s s h o w n i n f i g u r e 6 i n d i c a t e t h e e f f i c i e n c y o f

r e c o v e r y o f a p p l i e d N b y t h e c r o p - T w o p o i n t s h e r e a r e - O f c o n s i d e r a b l e s i g n i f i c a n c e .

F i r s t , a s t h e r a t e o f a p p l i e d N i n c r e a s e d , t h e p e r c e n t a g e r e c o v e r y ( i . e . e f f i c i e n c y )

d e c r e a s e d p r o g r e s s i v e l y f o r e a c h y i e l d l e v e l . S e c o n d , f o r e a c h i n c r e m e n t o f N a p p l i e d ,

t h e p e r c e n t a g e r e c o v e r y i n c r e a s e d a s t b e y i e l d l e v e l i n c r e a s e d . T h e s e d a t a r e q u i t e

t y p i c . a l o f m o s t e x p e r i m e n t s c o n d u c t e d t o e v a . l u a . t e c r o o r e s p o n s e ( y i e l d o r u p t a k e ) a s a

f u n c t i o n o f N r a t e , a n c . 1 i l l u s t r a t e t h e d i m i n i s h i n g r e s p o n s e o t s u c c e s s i v e f e r t i l i z e r N

i n c r e m e n t s , a n d t h e r a p i d d e c r e a s e i n e f f i c i e n c y o f u t i l i z a t i o n w i t h i n c r e a s e d a p p l i c a t i o n

r a t e s . T h e s e d a t a a l s o s u g g e s t t h a t i f o n e c o u l d i n c r e a s e t h e y i e l d p o t e n t i a l o f a c r o p ,

f e r t i l i z e r N u s e e f f i c i e n c y w o u l d a l s o i n c r e a s e f r o m u t i l i z a t i o n o f " e x c e s s " N , t h e r e b y ,

d e c r e a s i n g t h e p o t e n t i a l l o s s e s d e s c r i b e d e a r l i e r .

H o w e v e r , u n t i l s u c h t i m e t h a t s o i l a n d c r o p s c i e n t i s t s c a n f i n d t h e w a y s a n d m e a n s o f

m o v i n g A g r i c u l t u r e o f f t h e y i e l d p l a t e a u t h a t p r e s e n t l y e x i s t s f o r m o s t c r o p s , w e a r e

c o n f r o n t e d v v i t h a s i t u a t i o n s i m i l a r t o t h a t d i s c u s s e d i n t h e f o r e g o i n g p a r a g r a p h a n d i l l u s -

t r a t e d i n f i g u r e 7 , w h e r e f a r m e r s m u s t a p p l y p r o g r e s s i v e l y l e s s e f f i c i e n t i n c r e m e n t s o f

f e r t i l i z e r N t o a t t a i n m a x i m u m y i e l d s . E n t h i s h y p o t h e t i c a l e x a . m p l e , c o r r e s p o n d i n g v a l u e s

f o r c o r n g r a i n y i e l d s , p r o f i t g a i n s , a n d p r o b a b l e r e c o v e r i e s o f N i n t h e g r a i n f r o m s u c c e s -

s i v e i n c r e m e n t s o f f e r t i l i z e r - N ( 5 6 k g N / h a . ) a r e s h o w n i n t a b l e 2 . A s b e f o r e , t h e f i r s t

i n c r e m e n t o f N w a s t h e m o s t e f f i c i e n t , w i t h a r e c o v e r y o f B O p e r c e n t , a n i n c r e a s e i n

g r a i n

y i e l d o f 5 0 b u / A ( 3 0 0 0 k g / h a ) , a n d a g r o s s p r o f i t o f S 5 0 ( b a s e d o n a c o r n p r i c e o f

$ 1 . 0 0 / b u ) -

C ; o n s i d e r i n g t h e c o s t c > f f e r t i l i z e r N a p p l i e d a t $ 0 . O R / I b / A ( $ 0 .

0 7 / k g / h a ) t h i s f a r m e r ' s

p r o f i t g a i n w a s $ 5 0 m i n u s $ 4 , o r $ 1 6 . S i m i l a r l y , t h e s e c o n d a n d t h i r d i n c r e m e n t s

o f f e r t i -

l i z e r N w e r e a l s o p r o f i t a b l e , y i e l d i n g g a i n s o f 5 2 1 a n d $ 4 , r e s p e c t i v e l y ,

a l t h o u g h v a l u e s

f o r e f f i c i e n c y o f N u t i l i z a . t i c > n w e r e o n l y 4 0 a n d 1 5 p e r c e n t , r e s p e c t i v e l y .

T h e r e s u l t o f t h e f o u r t h i n c r e m e n t o f f e r t i l i z e r N i s o f p a r t i c u l a r

i n t e r e s t s i n c e i t p r o -

d u c e d o n l y 4 b k . i / A ( 2 4 0 k g / h a ) o f c o r n g r a i n , a n d b a s e d o n '

t h e s e l l i n g p r i c e o f c o r n a n d t h e

c o s t o f N a p p l i e d , t h e p r o f i t g a i n w a s z e r o .

T h e p o i n t h e r e i s t h a t i t d i d n ' t p a y t h i s f a r m e r

t o a p p l y t h e l a s t i n c . r e m e n t o f f e r t i l i z e r e v e n

t h o u g h h e d i n r e a c h t h e p o i n t o f m a . x i m u m

y i e l d b y d o i n g s o . T h e r e a r e t h o s e v . r h o w o u l d a r g u e

t h a t t h i s l a s t i n c r e m e n t o f N i s a b s o -

l u t e l y n e c e s s a r y t o e n s u r e e c o n o m i c p r o d u r t i o n a n d l o w f o o d c o s t s .

1 - / o v I e v e r , i n t h i s

e x a m p l e , a s i n m o s t c a s e s w h e r e t h e p o i n t o f g r e a t e s t

e c o n o m i c r e t u r n t o a p p l i e d N i s

u s u a l l y s o r n e l . v h e r e b e l o w t h e p o i n t o f r n a . x i m u m y i e l d ,

i t i s d o u b t f u l , . v h e t h e r t h e l a s t



1 5 0

1 2 5

7 5

5 0

1 5

5 0

8 5

1 5 5

F E R T I U Z E R N A D D E D , l b / A

F i g u r e 5 .

R e s p o n s e o f c o r n ( g r a i n ) t o a p p l i e d U f o r . 2 1 l o c a t i o n - y e a r s o f

d a t a i n N e w Y o r k .

T h e c u r v e l a b e l e d I

i s t h e m e a n o f t h e 7

h i g h e s t y i e l d i n g e x p e r i m e n t s , c u r v e I I t h e m e a n o f 7 i n t e r -

m e d i a t e e x p e r i m e n t s , a n d c u r v e I I I t h e m e a n o f t h e 7 l o w e s t

y i e l d i n g e x p e r i m e n t s ( L a t h w e l l e t a l . , 1 9 7 0 ) .



2 0 0

5 0

1

F i g u r e 6 .

N c o n t e n t o f t h e a b o v e g r o u n d d r y m a t t e r

o f c o r n r e l a t i v e t o

a p p l i e d N f o r 2 1 l o c a t i o n - y e a r s o f d a t a i n

N e w Y o r k .

C u r v e s I ,

I I , a n d I I I c o r r e s p o n d t o t h e d e f i n i t i o n s

g i v e n i n F i g u r e 5 .

N u m b e r s a d j a c e n t t o t h e c u r v e s a r e t h e i n c r e a s e s

i n N c o n t e n t

r e s u l t i n g f r o m e a c h i n c r e m e n t o f N e x p r e s s e d a s

p e r c e n t o f t h e

f e r t i l i z e r N a p p l i e d ( L a t h w e l l e t a l . ;

1 9 7 0 ) .

1 5

5 0

8 5

1 5 5

F E R T I L I Z E R N A D D E D , l b / A



8 0 0 0

Z o s 6 0 0 0

c e

r r

o 4 0 0 0

u .

o

L Q

2 0 0 0

o

y _

P O I N T O F

G R E A T E S T E C O N O M I C

R E T U R N T O A P P L I E D N

I S U S U A L L Y B E L O W T H E

P O I N T O F M A X I M U M Y I E L D

-

P O I N T O F

M A X I M U M

Y I E L D

O

5 6

1 1 2

/ 6 8

2 2 4

F E R T I L I Z E R N I T R O G E N A P P L I E D k g / h a

F i g u r e 7 .

H y p o t h e t i c a l r e p r e s e n t a t i o n o f c r o p r e s p o n s e a s a

f u n c t i o n o f

N r a t e , i l l u s t r a t i n g t h e p o i n t o f g r e a t e s t

e c o n o m i c r e t u r n t o

a p p l i e d N a n d t h e p o i n t o f m a x i m u m y i e l d .



3 0

2 5

7 2 0

o

c . )

t o 1 5

-

r

c f c

» 1 0

o

5

o

2 0 0 0

1 5 0 0

1 0 0 0

5 0 0

o

J

F M A M J J

A S O N O

C Y C L I C C I I A R A C T E R I S T I C S O F N I T R A T E S I N

I L L I N O I S S U R F A C E W A T E R S

( N A R M E S O N A N O L A R S O N . 1 9 7 0 )

F i g u r e 4 .

R e l a t i o n s h i p o f m e a n m o n t h l y d i s c h a r g e

a n d n i t r a t e c o n c e n t r a t i o n

i n s o m e I l l i n o i s

s t r e a m s

( H a r m e s o n

a n d L a r s o n , 1 9 7 0 ) .

I I I I I I I I I I

A S K A S K I A

1 9 5 6 . 1 9 6 8

/ / . . . " 2

/

/

S A S G A M O N

1 9 5 6 1 9 6 1

.

/

S P O O N

1 9 6 1 4 . 1 9 6

\ \ , /

R O C K

1 9 5 6 . 1 9 6 1

,

- - . .

. . . .


6 . 1 9 6 1

N I M P I V

i l l i i i

1

1

1 1

I

1

1

1 1

I

I l l i i

/ P - N 4 " - -

S A N G A M O N

1 9 5 6 . 1 9 6 1

1

/

\

_

\

\

K A S K A S K I A

1 9 5 6 - 1 9 6 8

/

I


. . -

1 9 4 6 . 1 9 6 1

1

1

I

1

1

l

i

A

A

N



i n c r e m e n t u f N c o u l d b e j u s t i f i e d . S i n c e y i e l d r e s p o n s e c u r v e s a r e r e l a t i v e l y f l a t b e t w e e n

t h e s e t w o p o i n t s , w h i c h a r e s o r n e w i t i l l d i f f i c u l t t o p r e d i c t a c c u r a t e l y o v e r - a ' . w i d e r a n g e o f

f i e l d c o n d i t i o n s , i h e p r e v a i l i n g p h i l o s o p h y ( i n v i e w o f t h e l o w c o s t o f f e r t i l i z e r N ) h a s b e e n

t h a t t h e f a r m e r l i , a ( 1 l i t t l e t u g a i n o r l o s e e v e n i f h a e x c e e d e d t h e " o p t i m u m " N r a t e b y 5 0

o r 1 0 0 k g N / l i a . I n d e e d , w h e r e N f e r t i l i z e r i s c o n s i d e r e d a s a p r o d u c t i o n i n p u t , m o s t U . S ,

f a r m e r s t h i n k i n t e r m s o f m a x i m u m y i e l d s r a t h e r t h a n t h e p o i n t o f g r e a t e s t e c o n o n - r i c r e -

t u r n .

I n t v i e w o f t h e f a c t t h a t l i t t l e m o r e t h a n 5 p e r c e n t o f t h e a p p l i e d N w a s r e c o v e r e d f r o m

t h e f o u r t h i n c r e m e n t , l e a v i n g 9 0 p e r c e n t ( . 1 5 l b / A o r 5 0 k g / h a ) a s a p o t e n t i a l p o l l u t i o n

h a z a r d , i t i s a l s o q u e s t i o n a b l e w h e t h c - r t h i s l a s t i n c r e m e n t o f f e r t i l i z e r N c o u l d b e j u s t i -

f i e d . W h i l e t h e c o s t o f f e r t i l i z e r N i s l o w e n o u g h t o t o l e r a t e s u c h l o w r e c o v e r i e s f r o m a

s t r i c . t l y e c o n o m i c s t a n d p o i n t , t h e y w i l l p r o b a b l y n o t b e t o l e r a t e d b y t h e g e n e r a l p u b l i c f r o m

t h e p o l l u t i o n s t a n d p o i n t . T h i s r e a s o n i n g w a s a l s o r e f l e c t e d b y L a t h w e l l e t a l . ( 1 9 7 0 ) w h o

c o n c l u d e d t h a t , ' ' a c - a r e f u l e c o n o m i c a n a l y s i s o f a p p l i c a t i o n r a t e s ( N ) m u s t b e m a d e s i n c e

a t h i g h r a t e s l i t t l e y i e l d r e s p o n s e t o t h e f i n a l i n c r e m e n t i s o b t a i n e d a n d t h e e f f i c i e n c y o f

u s e i s k t e r y l o w . T h u s , r a t e o f a p p l i c a t i o n r o u s t b e a d j u s t e d t o m a x i m i z e r e t u r n

a n d m i n i -

m i z e l o s s t o t h e e n v i r o n m e n t " . O l s e n e t a L ( 1 9 7 0 ) a l s o s u g g e s t e d t h a t f e r t i l i z e r N r a t e s b e

l i m i t e d t o a p p r o x i m a t e l y t h a t r e q u i r e d b y t h e c r o p , a s d i d L i n v i l l e a n d S m i t h ( 1 9 7 1 ) w h o

c o n c l u d e d t h a t t o a v o i d u n n e c e s s a r y c o n t r i b e t i o n s o f N O - t o g r o u n d w a t e r ,

f e r t i l i z e r N

g r e a t l y i n e x c e s s o f t h a t r e q u i r e d b y t h e c r o p s h o u l d

n o t 3 b e a p p l i e d .

I t w o u l d t h e r e f o r e s e e m t h a t i n c r e a s i n g t h e e f f i c i e n c y o f f e r t i l i z e r N i s a m o n g

A g r i c u l -

t u r e ' s h i g h e s t r e s e a r c h p r i o r i t i e s . A b r e a k t h r o u g h i n t h i s a r e a m i g h t a l l o w a

s i g n i f i c a n t

r e d u c t i o n i n f e r t i l i z e r N r a t e s w i t h o u t l o w e r i n g t h e y i e l d p o t e n t i a l .

A r a t i O n a l a p p r o a c h t o f e r t i l i z e r N r e c o n - t m e n d a t i o n s

T h e r e i s a n e e d f o r a m o r e r a t i o n a l a p p r o a c h t o f e r t i l i z e r N

r e c o m m c - n i d a t i o n s . F e r t i -

l i z e r N u s e p r a c t i c e s a r e i n f l u e n c e d p r i m a r i l y b y s u c h c o n s i d e r a t i o n s a s

( A ) f i e l d e . x p e r i -

m e r i t s r e l a t i n g c r o p r e s p o n s e t o N r a t e , ( b ) e x p e c t e c . 1 c r o p

y i e l d s . ( c ) c o s t o f f e r t i l i z e r N ,

( d ) a v a i l a b i l i t y o f a p p l i c a l i n g e q u i p m e n t , a n d ( e ) e x p e r i e n c e a i x l

p r e f e r e n c e o f t h e g r o w e r .

W h i l e t h e s e f a c t o r s a r e o f t e n i m p o r t a n t . c o n s i d e r a t i o n o f t h e a m o u n t

o f m i n e r a l i z a b l e s o i l

N a n d r e s i d u a l f e r t i l i z e r N . b o t h o f w h i c h c a n c o n t r i b u t c s i g n i f i c a n t l y

t o w a r d t h e N r e q u i r e -

m e n t o f c . r o p s , a r e l a r g e l y i g n o r e d i n f o r m u l a t i n g

N f e r t i l i z e r r e e . o m m e n d a t i o n s . I n v i e w

o f t h e h i g h r a t e s o r f e r t i l i z e r , N c u r r e n t l y a p p l i e d , d e c r e a s e d

u t i l i z a t i o n e f f i c i e n c y a t m a x i -

m u m y i e l d s , a n d t h e p o t e n t i a l C o t ' N

l o s s t o n a t u r a l w a t e r s , i t i s i m p o r t a n t t h a t w e e l i m i -

n a t e , a s m u c h a s p o s s i b l e , t h e " g u e s s w o r k "

p r e s e n t l y i n v o l v e d i n m a k i n g f e r t i l i z e r N r e -

c o m m e n d a t i o n s . C o m m e n t s b y S t a n f o r d ( 1 9 6 6 ) a r e p a r t i c u l a r l y

a p p r o p r i a t e :

" I n f o r m u l a t i n g r e c o m m e n d a t i o n s f o r n i t r o g e n

f e r t i l i z e r u s e , a g r o n o m i s t s a n d

s o i l s c i n - e i t i s t s h a v e r e l i e d m a i n l y o n e x p e r i e n c e

a n d i n t e r p r e t a t i o n s o f t h e n u m e r -

o u s f i e l d a n d a s s o c i a t e d

l a b o r a t o r y s t u d i e s c o n d u c t e d o v e r I l i c t y e a r s . T h e s e

e f f o r t s h a v e s e r v e d t h e f a r m e r a n d t h e

a g r i c u l t u r a l c h e m i c a l i n d u s t r y w e l l .

F u t u r e d m s -

a n d t h a t l e s s e m p i r i c a l m e a n s b e d e v e l o p e d

r o g r e s s , h o w e v e r ,

f o r p r e d i c t i n g a n d m e e t i n g t h e n i t r o g e n n e e d s

o f t h e c r o p .

A r a t i o n a l a p p r o a c h t o m o r e m e a n i n g f u l N

f e r t i l i z e r r e c o m m e n d a t i o n s r e q u i r e s a

k n o w l e d g e o f t h r e t t c . r i t e r i a ,

i . e - ,

t h e N r e q u i r e m e n t s o f c r o p s f o r e x p e c t e d

a . t t a i n a b l e

y i e l d s , t h e m i n e r a l i z a t i o n p o l e . n t i a l

o f s o i l o r g a n i c N , a n d t h e a m o u n t o f r e s i d u a l

f e r t i l i z e r

N a v a i l a b l e f r o m p r e v i o u s a p p l i c a t i o n s . A n

e s t i m a t e o f i h e e f f i c i e n c y o f N u s e f o r a

s p e c i -

f i c s e t o f c . r o p , s o i l , c l i m a t i c , A n d m a n a g e m e n t

c o n d i t i o n s i s a l s o e s s e n t i a l .



T h e u s u a l o b j e c t i v e o r g o a l i n a p p l y i n g f e r t i l i z e r N i s t o e n s u r e t h a t c r o p y i e l d s w i l l

n o t b e l i m i t e d b y i n a d e q u a c y o f N . I l o w e v e r , a . c c o r d i n g t o S t a n f o r d ( 1 9 7 1 ) , r e l a t i v e l y f e w

f i e l d e x p e r i m e n t s h a v e p r o v i d e d a s p e c i f i c u n d e r s t a n d i n g o f t h e m i n i m u m a m o u n t s o f N

t h a t m u s t b e a b s o r b e d b y a c r o p f o r v a r i o u s a t t a i n a b l e y i e l d s t o e n s u r e a d e q u a c y . T h e N

r e q u i r e m e n t v a l u e f o r a c r o p i s d e f i n e d a s " t h e m i n i m u m a m o u n t o f N i n t h e a b o v e g r o u n d

p o r t i o n a s s o c i a t e d w i t h m a x i m u m p r o d u c t i o n ( S t a n f o r d , 1 9 6 6 ) ' : A l t h o u g h t h i s v a l u e i s q u i t e

v a r i a b l e f o r c e r t a i n f o r a g e g r a s s e s , i t i s n o w r e a s o n a b l y w e l l - d e f i n e d f o r s u c h c r o p s a s

s u g a r c a n e , s m a l l g r a i n s , a n d c o r n . F o r e x a m p l e , S t a n f o r d ( 1 9 6 6 , 1 9 7 1 ) r e p o r t e d t h a t t h e

N r e q u i r e m e n t f o r n e a r m a x i m u m c o r n y i e l c i s , o v e r a w i d e r a n g e o f s o i l a . n d c l i m a t i c

c o n d i t i o n s , w a s f r o m 1 . 2 t o 1 . 3 . p e r c e n t . A s t h e N c o n t e n t o f t h e p l a n t s d r o p p e d b e l o w

Z . c o r n y i e l d s ( g r a i n ) d e c l i n e d a c c o r d i n g l y .

A c c o r d i n g t o B r e m n e r ( 1 9 6 5 a ) m o r e t h a n 9 5 p e r c e n t o f t h e t o t a l N i n m o s t s u r f a c e s o i l s

i s i n t h e o r g a n i c f o r m . e l ' h e o r g a n i c s o i l N i s m i n e r a l i z e d b y m i c r o b i a l p r o c e s s e s t o p l a n t -

a v a i l a b l e i n o r g a n i c f o r m s ( N I - 1 4 + a n d N O

) a t r a t . e s r a n g i n g f r o m 1 t o 3 p e r c e n t d u r i n g a

3

c r o p p i n g s e a s o n . F o r e x a m p l e , a s o i l h a v i n g 2 p e r , c e n t o r g a n i c m a t t e r w o u l d c o n t a i n a b o u t

4 4 , 0 0 0 k g o f o r g a n i c m a t t e r / h a ( b a s e d o n 2 . 2 x

1 0 1 ) k g s o i l / h a

t o a 1 5 - c m d e p t h ) , w h i c h

w o u l d b e e q u i v a l e n t t o a p p r o x i m a t e l y 2 2 0 0 k g N / h a ( b a s e d o n o r g a n i c m a t t e r c o n t a i n i n g 5

p e r c e n t N ) . A l l o w i n g f o r a m i n e r a l i z a t i o n r a t e o f 2 p e r c e n t , t h e s o i l w o u l d s u p p l y t h e

c r o p w i t h a . b o u t 4 4 k g N / h a . A l t h o u g h t h i s i s a c o n s i d e r a b l e a m o u n t o f N f o r p l a n t g r o w t . h ,

i l w o u l d r a r e l y b e s u f f i c i e n t t o m e e t t h e d e m a n d f o r t h i s n u t r i e n t b a s e d 0 1 1 c u r r e n t c r o p p i n g

p r a c t i c e s ( e . g .

c o r n ) , a n d o b v i o u s l y w o u l d h a v e t o b e s u p p l e m e n t e d b y t h e a p p l i c a t i o n o f

f e r t i l i z e r N .

I t s h o u l d b e p o i n t e d o u t , h o w e v e r , t h a t t h i s t y p o o f c a l c u l a t i o n i s m o s t u n r e l i a b l e s i n c e

t h e s p e c i f i c m i n e r a l i z a t i o n r a t e a n d a m o u n t o f p o t e n t i a l l y r n i n e r a l i z a b l e N f o r a ' p a r t i c u l a T

s o i l i s e s s e n t i a l l y u n k n o w n . S o i l a n d c r o p s c i e n t i s - I s h a v e l o n g r e c o g n i z e d t h e n e e d f o r a

m e t h o d t h a t w o u l d p r o v i d e a r e l i a b l e i n d e x o f s o i l N a v a i l a b i l i t y - o n e w h i c h w o u l d a l l o w a n

a c c u r a t e p r e d i c . t i o n o f t h e a m o u n t o f f e r t i l i z e r N n e c e s s a r y t o p r o d u c e t h e d e s i r e d y i e l d .

A l t h o u e , h a n u m b e r o f b i o l o g i c . a l a n d c h e m i c a l m e t h o d s h a v e b e e n d e v e l o p e d d u r i n g t h e p a s t

t h r e e d e c a d e s ( B r e m n e r , 1 9 ( 5 1 ) ) , f e w , i f a n y , h a v e g a i n e d w i d e s p r e a d a . p p l i c a t i o n . T h i s

c a n p r o b a b l y b e a t t r i b u t e d t o ( a ) p o o r c o r r e l a t i o n s

o f v a r i o u s l a b o r a t o r y i n d e x e s w i t h s o i l

N a v a i l a b i l i t y ,

( 1 3 ) a r e c o g n i t i o n o f t h e e x t r e m e c o m p l e x i t y o f t h e s y s t e m a n d t h e g e n e r a l l y

p e s s i m i s t i c a t t i t u d e r e g a r d i n g p r o s p e c t s f o r d e v e l o p i n g r e l i a b l e q u a n t i t a t i v e m e t h o d s

f o r

a s s e s s i n g s o i l N a v a i l a b i l i t y ( S t a n ' f o r d , 1 9 7 1 ) , a n d ( c ) t h e l o w c o s t o f f e r t i l i z e r

N r e l a t i v e

t o o t h e r c r o p p r o d u c t i o n c o s t s .

P r e s e n t l y , t h e r e i s g r e a t e r n e e d t h a n e v e r b e f o r e f o r a r e l i a b l e q u a n t i t a t i v e

i n d e x o f

s o i l N a v a i l a b i l i t y - . R e c e n t w o r k i n t h i s a r e a b y S m i t h a n d S t a n f o r d

( 1 9 7 1 ) a p p e a r s t o b e

p r o m i s i n g . T h e y r e p o r t e d t h a t t h e a l k a l i - d i s t i l l a b l e N f r a c t i o n o f a n e x t r a c t

o b t a i n e d b y

a u t o c l a v i n g s o i l i n 0 . 0 1 , M C a C t 2 f o r 1 ( h o u r s s e r v e s a s a s a t i s f a c t o r y

c h e m i c a l i n d e x

o f s o i l N a v a i l a b i l i t y . T h i s i n d e x w a s h i g h l y c o r r e l a t e d w i t h s o i l N

m i n e r a l i z e d a l t e r 4

w e e k s o f e i t h e r a e r o b i c o r a n a e r o b i c i n c u b a t i o n . I n s t u d i e s w i t h

s o i l s f r o m t h r o u g h o u t

t h e U . S . t h e y ( S t a n f o r d a n d S m i t h , 1 9 7 2 ) o b s e r v e d t h a t t h e m i n e r a l i z a t i o n p r o c e s s

o b e y s

f i r s t - o r d e r k i n e t i c s . T h u s , f r o m t h e a m o u n t o f N m i n e r a l i z e d d u r i n g a

s e r i e s o f l a b o r a -

t o r y i n c u b a t i o n s , t h e y w e r e a b l e t o c a l c u l a t e t h e

s p e c i f i c m i n e r a l i z a t i o n r a t e c o n s t a n t a n d

a m o u n t o f p o t e n t i a l l y m i n e r a l i z a b l e N f o r e a c h

s o i l . A c i d i t i o n a l r e s e a . r c h i s i n p r o g r e s s t o

d e t e r m i n e t h e r e l i a b i l i t y o f I b i s i n d e x .

T h e a m o u n t o f r e s i d u a l f e r t i l i z e r N i n s o i l , b o t h N O

a n d N H

4 4 - ,

s h o u l d b e a p r i m a r y

3

c o n v i d c . . r a t i o n i n ( o r r n a l a t i n g N f e r t i l i z e r r e c o m m e n d a t i o n s ; h o w e v e r ,

i t i s l a r g e l y o v e r -



l o o k e d , C a r e f u l a s s e s s m e n t o f r e s i d u a l m i n e r a l N , e s p e c i a l l y t h a t l e a c h e d t o l o v . r e r d e p t h s

i n t h e s o i l p r o f i l e , b u t s t i l l p o s i t i o n a l l y a v a i l a b l e t o p l a . n t r o o t s , m i g h t a l l o N . * / s u b s t a n t i a l

r e d u c t i o n o f c u r r e n t h i g h f e r t i l i z e r N r a t e s .

L a t h w e l l e t a l . ( 1 9 7 0 ) c o n c l u d e d t h a t t h e a m o u n t o f r e s i d u a l f e r t i l i z e r N i n s o i l s o f

N e w Y o r k S t a t e w a s n e g l i g i b l e . H o w e v e r , i n a s t u d y o f r e s i d u a l N i n s o i l s o f t h e S o u t h -

e a s t e r n U . S .

w h e r e a n n u a l p r e c i p i t a t i o n o f t e n e x c e e d s 1 2 5 c n - i , P e a r s o n e t a l . ( 1 9 6 1 )

o b s e r v e d c o n s i d e r a b l e r e s i d u a l e f f e c t s o f s p r i n g - a p p l i e d N o v e r a p e r i o d o f 1 6 m o n t h s

b a s e d o n b o t h y i e l d a n d N u p t a k e b y v a r i o u s c r o p s . M e a n u p t a k e s o f 2 . 8 a . n d 3 8 k g N / h a w e r e

a t t a i n e d b y t h e s e c o n d a n d t h i r d c r o p s o f c o r n f r o m a n i n i t i a l a . p p l i c a t i o n o f 2 2 4 k g N / l i a .

R e s i d u a l N i n t h e s e s t u d i e s p r o d u c e d a m e a n c o r n g r a i n y i e l d o f 1 1 4 0 k g / h a . T h e s e r e s u l t s

e m p h a s i z e t h e e c o n o m i c i m p o r t a n c e o f r e s i d u a l N a n d t h e s e a u t h o r s r e c o m m e n d e d s o i l t e s t

p r o c e d u r e s b e d e v e l o p e d f o r i t s e s t i m a t i o n .

R e c e n t r e p o r t s i n d i c a t e t h a t r e s i d u a l N a l s o t e n d s t o a c c u m u l a t e i n s o i l s o f t h e l e s s

h u m i d M i d w e s t e r n U . S , ,

p a r t i c u l a r l y w h e r e f e r t i l i z e r N i s a p p l i e d a t h i g h r a t e s . H e r r o n

b y p l a n t s ( c o r n ) w a s e s s e n t i a l

3

f o r p r e v e n t i n g a c c u m u l a t i o n o f n i t r a t e s i n s o i l p r o f i l e s . T h e y s u g g e s t e d t h a t t h i s c o u l d b e

a c c o m p l i s h e d b y r e d u c i n g N f e r t i l i z e r r a t e s a . t 3 - t o 4 - y e a r i n t e r v a l s w i t h o u t a p p r e c i a b l y

r e d u c i n g . t h e y i e l d p o t e n t i a l . T h e y a l s o p o i n t o u t t h a t n r i o s t o f t h e s o i l t e s t c o r r e l a t i o n w o r k

w i t h r e s i d u a l N h a s b e e n b a s e d l a r g e l y o n i t s c o n t e n t i n s u r f a c e s o i l s . H e r r o n e t a l . ( 1 9 6 8 ,

1 9 7 1 ) a n d O l s e n e t a l . ( 1 9 7 0 ) s u g g e s t t h e i m p o r t a n c e o f s a m p l i n g a n d t e s t i n g b o t h s u r f a c e

a n d s u b s u r f a c e s o i l s f o r r e s i d u a l m i n e r a l N t o e n s u r e m o r e m e a n i n g f u l a n d a c c u r a t e N

f e r t i l i z e r r e c o m m e n d a t i o n s .

W i t h r e l i a b l e i n f o r m a t i o n o n r n i n e r a l i z a b l e s o i l N a n d r e s i d u a l m i n e r a l N , p a r t i c u l a r l y

f e r t i l i z e r c a r r y o s . , e r , t h e f o l l o w i n g e q u a t i o n , m o d i f i e d f r o m S t a n f o r d ( 1 9 7 1 ) , w o u l d

p r o v i d e

a r a t i o n ; - 1 1 b a s i s f o r p r e d i c t i n g t h e a n i o u n t o f f e r t i l i z e r

N t o b e a p p l i e d t o c o r n ,

C R - ( N

- 4

N

)

N f =

O M

w h e r e :

N 1 =

a m o u n t o f f e r t i l i z e r N t o a p p l y

C B

N r e q u i r e m e n t o f c r o l >

[ t o t a l d r y m a t t e r ( g r a i n

s t o v e r ) x

N

N m i n e r a l i z e d f r o m s o i l o r g a n i c m a t t e r

O M

N r =

r e s i d u a l m i n e r a l N ( N O - a n d N H + )

3

4

E

= e f f i c i e n c y f a c t o r

A n a s s u m p t i o n h e r e i s t h a t m i n e r a l i z a b l e a n d r e s i d u a l

N a r e u t i l i z e ( ' a t t h e s a r n e e f f i c i e n -

c , , a s f e r t i l i z e r N .

A c o r n c r o p ( g r a i n ) o f 6 0 0 0 k g / h a ( 1 0 0

b u / A ) c o n t a i n s a b o u t 5 5 0 0 k g o f d r y m a t t e r ( 1 0 -

n - t o i s t u r e c . o n t e n t ) a n d a . b o u t t h e s a t n e a m o u n t o f s t o v e r

f o r a t o t a l d r y m a t t e r p r o d u c -

t i o n o f 1 1 0 0 0 k g / h a . T h e N c o n t e n t o f t h i s p l a n t

m a t e r i a l n e a r m a x i m u m y i e l d w o u l d b e

a b o u t 1 . 2 p e r c e n t . T h e c r o p r e q u i r e m e n t f o r N

w o u l d b e 1 3 0 k g / h a ( 1 1 0 0 0 k g d r y : n a t t e r

x . 0 1 2 1 . I n t h e f c - i r e g o i n g e q u a t i o n ,

i f w e a s s u m e t h a t m i n e r a l i z a b l e N . v i l l b e 4 0

k g / h a ,

r v s i d n a l N 3 0 k g / h a , a n d a 6 0 p e r c e n t

e f f i c i e n c y f a c t o r , h e a m o u n t o f f e r t i l i z e r N t o a p p l y

E



i s a p p r o x i m a t e l y 1 0 0 k g / h a

( 1 3 0 - 7 0 ) .

0 . 6

T i t u s , t h e u l t i m a t e g o a l o r o b j e c t i v e i n a p p l y i n g f e r t i l i z e r N i s r e a l l y t w o - f o l d :

( a ) t o s u p p l e m e n t t h e a m o u n t o f p o t e n t i a l l y a v a i l a b l e s o i l N a n d r e s i d u a l m i n e r a l N , t o

e n s u r e t h a t c r o p y i e l d s a r e n o t l i m i t e d b y i n a d e q u a c y o f N , b u t a l s o ( b ) t o e n s u r e t h a t t h e

l e v e l o f f e r t i l i z e r N a p p l i e d d o e s n o t g r e a t l y e x c e e d t h a t n e c e s s a r y f o r a t t a i n a b l e c r o p

y i e l d s .

I n c r e a s i n g f e r t i l i z e r n i t r o g e n e f f i c i e n c y t h r o u g h s o i l a n d c r o p m a n a g e m e n t

T h e r e a r e a n u r n b e r o f w a y s i n w h i c h t h e e f f i c i e n c y o f f e r t i l i z e r N c a n b e i n c r e a s e d

t h r o u g h c e r t a i n s o i l a n d c . r o p m a n a g e m e n t p r a c t i c e s . T h i s p a r t i c u l a r s u b j e c t w i l l b e p r e -

s e n t e d i n m o r e d e t a i l b y a n o t h e r s p e a k e r ; h o w e v e r , s e v e r a l p r a c t i c e s a r e n o t e w o r t h y h e r e

i n v i e w o f t h e i r r e l a t i o n s h i p t o t h e p r e s e n t p a p e r .

L a t h w e l l e t a l . ( 1 9 7 0 ) c o n c l u d e d t h a t p r o p e r t i m i n g o f a p p l i c a . t i o n a p p e a r s t o b e t h e

m o s t i m p o r t a n t c o n s i d e r a t i o n f o r i n c r e a s i n g t h e e f f i c i e n c y o f f e r t i l i z e r N . W h e n f e r t i l i z e r

N i s a p p l i e d f a r i n a d v a n c e o f t h e t i m e o f m a x i m u m d e m a n d b y t h e c r o p ( i . e . , t h e g r a n d

s t a g e o f g r o w t h ) t h e r e i s g r e a t e r p r o b a b i l i t y o f l o s s b y t h e m e c h a n i s m s d e s c r i b e d e a r l i e r .

I f a p p l i e d j u s t p r i o r t o t h e g r a n d s t a g e o f g r o w t h , s u c h a s i n a s i d e - d r e s s a p p l i c a t i o n , l e s s

N w i l l b e r e q u i r e d t o p r o d u c e t h e s a m e y i e l d . F o r e x a m p l e , t h e y o b s e r v e d t h a t t h e r e l a t i v e

e f f e c t i v e n e s s o f f a l l a p p l i e d N c o m p a . r e d w i t h s i d e d r e s s a p p l i e d N o n c o r n y i e l d s i n N e w

Y o r k S t a t e w a s o n l y 4 0 p e r c e n t ; w h e r e a s , t h e e f f e c t i v e n e s s o f s p r i n g a p p l i e d N c o m p a r e d

w i t h s i d e d r e s s N w a s a b o u t 8 0 p e r c e n t . S i m i l a r d a t a w e r e r e p o r t e d b y P e a r s o n e t a l .

( 1 9 6 1 ) w h i c h i n d i c a t e d t h a t f a l l a p p l i e d N i n t h e S o u t h e a s t e r n U . S . w a s o n l y 5 0 p e r c e n t a s

e f f e c t i v e a s s p r i n g a p p l i e d N b a s e d o n c o r n y i e l d s . I n t e r m s o f n i t r o g e n r e c o v e r e d , t h e

r e l a t i v e e f f e c t i v e n e s s w a s a b o u t 6 0 p e r c e n t .

A n o t h e r o p t i o n t h a t c o u l d i n c r e a s e t h e e f f i c i e n c y o f a p p l i e d N , a n d m i n i m i z e i t s m o v e -

m e n t t o g r o u n d w a t e r , i s t h e u s e o f d e e p - r o o t e d c r o p s , s u c h a s a l f a l f a , i n

r o t a t i o n w i t h

h i f : h N - r e q u i r i n g c r o p s . S t e w a . r t e t a l . ( 1 9 6 8 ) r e p o r t e d l i t t l e a c c u m u l a t i o n o f N O 3 - i n s o i l

p r o f i l e s u n d e r a l f a l f a , s u g g e s t i n g i t s c a p a b i l i t y a s a " s c a v a n g e r " f o r N O - I e a c h e d b e l o w

3

t h e n o r m a l r o o t i n g d e p t h o f s h a l l o w - r o o t e d c r o p s .

I n a d d i t i o n t o l i m i t i n g r a t e s o f f e r t i l i z e r N t o a p p r o x i m a t e l y t h a t r e q u i r e d b y t h e c r o p ,

O l s e n e t a l . ( 1 9 7 0 ) p r o p o s e d t h a t t h e a m o u n t o f N O 3 - - N p a s s i n g t h r o u g h t h e s o i l

p r o f i l e t o

g r o u n d w a t e r c o u l d b e l i m i t e d b y r e d u c i n g t h e a c r e a g e a n d f r e q u e n c y o f c o r n o r

o t h e r c r o p s

r e c e i v i n g N i n t h e r o t a t i o n , a n d m a i n t a i n i n g c o v e r c r o p s o n t h e l a n d w h e r e

f e a s i b l e .

T h e C o n t r o l l e d R e l e a s e C o n c e p t

A g r o l . v i n g a w a r e n e s s o f t h e l o w u s e e f f i c i e n c y o f f e r t i l i z e r N h a s c a u s e d

t h e f e r t i l i z e r

i n d u s t r y t o c o n s i d e r c e r t a i n c h e m i c a l

a n d / o r p h y s i c a l m o d i f i c a t i o n o f c o n v e n t i o n a l N f e r t i -

l i z e r s w i t h t h e o b j e c t i v e s o f ( a ) m i n i m i z i n g l e a c h i n g ,

d e n i t r i f i c a t i o n , v o l a t i l i z a t i o n , a n d

i m m o b i l i z a t i o n l o s s e s o f a p p l i e d N a n d ( b ) r e l e a s i n g a n a d e q u a t e a m o u n t

o f a v a i l a b l e N

s l i g h t l y i n e x c e s s o f t h e d e m a n d s o f t h e g r o w i n g c : r o p .

T h t _ . i n t e n d e d r e s u l t w o u l d b e a r i

i n c r e a s e i n N f e r t i l i z e r e f f i c i e n c y . T h e c o n c e p t o f a c o n t r o l l e d

r e l e a s e o f p l a n t n u t r i e n t s

h a s b e e n d i s c u s s e d b y N e l s o n a n d H a u c k ( 1 9 6 5 ) , P a r r

( 1 9 6 7 ) , a n d L u n t ( 1 9 7 1 )

T o a c h i e v e t h e o b j e c t i v e s o f c o n t r o l l e d r e l e a s e , r e s e a r c h e f f o r t s

i n t h i s a r e a h a v e l e d

t o w h a t : n i g h t b e c a l l e d t h e c . o a t e d g r a n u l e

a p p r o a c h a s i l l u s t r a t e d i n f i g u r e 8 .



T H E C O A T E D G R A N U L E A P P R O A C H

C O A T E D

G R A N U L E S

O F C P D X

S E M I - P E R M E A B L E M E M B R A N E

I M P E R M E A B L E M E M B R A N E

P I N H O L E S


C P D X - - I N H ' O R N O

4

M P E R M E A B L E M E M B R A N E

( D E G R A D E D B Y M I C R O O R G A N I S M S )

F i g u r e 8 .

T h e c o a t e d g r a n u l e a p p r o a c h t o c o n t r o l l e d r e l e a s e i n w h i c h

f e r t i l i z e r N g r a n u l e s a r e c o a t e d w i t h p l a s t i c s , p a r a f f i n s , , o r

e l e m e n t a l S t o a c h i e v e a d e s i r e d r e l e a s e r a t e .



F e r t i l i z e r g r a n u l e s o f u r e a a n d a m m o n i u m n i t r a t e h a v e b e e n c o a t e d w i t h v a r i o u s p l a s t i c s ,

r e s i n s , X e 8 , p a r a f f i n s , a s p h a l t i c c o m p o u n d s , a n d e l e m e n t a l s u l f u r i n a t t e m p t i n g t o

c o n t r o l t h e N r e l e a s e r a t e t o m o r e o r l e s s c o i n c i d e w i t h t h e d a i l y a n d s e a s o n a l N d e m a n d s

o f a g r o w i n g c r o p . C o a t i n g s c a n b e o f t h r e e g e n e r a l t y p e s :

T h e s e m i - p e r m e a b l e m e m b r a n e - F e r t i l i z e r N i s r e l e a s e d u p o n r u p t u r e o f t h e

m e m b r a n e f o l l o w i n g t h e i n c r e a s e i n o s m o t i c p r e s s u r e f r o m w a t e r m o v i n g a c r o s s

t h e m e m b r a n e i n t o t h e g r a n u l e .

T h e p e r f o r a t e d i m p e r m e a b l e m e m b r a n e - P i n h o l e s i n t h e m e m b r a n e p r o v i d e

t h e r o u t e o f r e l e a s e f o r f e r t i l i z e r N .

T h e s o l i d i m p e r m e a b l e m e m b r a n e - T h e c h e m i c a l n a t u r e o f t h e m e m b r a n e i s

s u c h t h a t N r e l e a s e i s d e p e n d e n t o n i t s d e g r a d a t i o n b y s o i l m i c r o o r g a n i s m s .

O n e o f t h e m o r e s u c c e s s f u l e f f o r t s t h u s f a r h a s b e e n T V A ' s d e v e l o p m e n t o f s u l f u r -

c o a t e d u r e a ( S C U ) i n w h i c h t h e r e l e a s e m e c h a n i s m i s e s s e n t i a l l y t h a t o f ( a ) . I t s h o u l d b e

r e c o g n i z e d , h o w e v e r , t h a t c o a t i n g a d d s t o t h e c o s t o f a f e r t i l i z e r , a n d i t i s l i k e l y t h a t N

c o n t a i n e d i n S C U w i l l c o s t 2 5 t o 5 0 p e r c e n t m o r e p e r p o u n d t h a n u n c o a t e d u r e a N ( P r a s a d ,

e t a l . ,

1 9 7 1 ) . M o r e o v e r , t o a c h i e v e s a t i s f a c t o r y r e l e a s e p a t t e r n s t h e m a t e r i a l m u s t c o n -

t a i n 1 5 t o 2 5 p e r c e n t s u l f u r ( w e i g h t b a s i s ) w h i c h w o u l d p r o v i d e l i t t l e b e n e f i t i n o t h e r t h a n

s u l f u r - d e f i c i e n t s o i l s . A l t h o u g h i t

i s u n l i k e l y t h a t s u c h m a t e r i a l s w i l l b e s e r i o u s l y c o n s i -

d e r e d a s a c o m p l e t e s u b s i t u t e f o r h i g h l y s o l u b l e f o r m s o f f e r t i l i z e r N , t h e y h a v e b e e n r e -

c o n - i m e n d e d a n d u s e d s u c c e s s f u l l y o n o r n a m e n t a l s , t u r f , a n d s o m e f o r a g e c r o p s , a n t i o f f e r

s o m e p r o m i s e i n c e r t a i n a r e a s s u b j e c t t o e x c e s s i v e N l o s a b y l e a c h i n g ( N e l s o n , 1 9 7 1 ) .

T h e B a l a n c e d D i s s o l u t i o n A p p r o a c h

T h e o b j e c t i v e s o f c o n t r o l l e d r e l e a s e m i g h t a l s o h e a c h i e v e d b y u s e o f N f e r t i l i e r s o f

l i m i t e d w a t e r s o l u b i l i t y a s i l l u s t r a t e d i n f i g u r e 9 . C o m p o u n d s s u c h a s o x a m i d e u n d e r g o

d i s s o l u t i o n i n s o i l a t r a t e s w h i c h v a r y i n v e r s e l y w i t h t h e g r a n u l e s i z e , t h a t i s , t h e s m a l l e r

t h e g r a n u l e , t h e m o r e r a p i d t h e d i s s o l u t i o n r a t e . T h u s , a s p e c i f i c N r e l e a s e r a t e c o u l d b e

a c h i e v e d t h r o u g h b a l a n c e d d i s s o l u t i o n b y s e l e c t i o n a n d b l e n d i n g o f d i f f e r e n t s i z e d g r a n u l e s

o f o x a m i d e , o r s i m i l a r c o m p o u n d s .

A s c y c o n d e x a m p l e o f t h i s a p p r o a c h s h o w n i n f i g u r e 1 0 i n v o l v e s t h e s e l e c t i o n a n d b l e n -

d i n g o f N f e r t i l i z e r s o f v a r y i n g w a t e r s o l u b i l i t y t o p r o v i d e a r a n g e o f d i s s o l u t i o n r a t e s .

C o n v e n t i o n a l w a t e r s o l u b l e f e r t i l i z e r s s u c h a s u r e a o r a m m o n i u m s u l f a t e m i g h t b e s e l e c -

t i v e l y b l e n d e d w i t h c o m p o u n d s o f l i m i t e d w a t e r s o l u b i l i t y s u c h a s i s o b u t y l i d e n e d i u r e a

o x a m i d e o r u r e a f o r m , t o a c h i e v e t h e d e s i r e d N r e l e a s e r a t e . I n t h i s c a s e , t h e

s l o w - r e l e a s e N f e r t i l i z e r s w o u l d b e u s e d a s a n a d j u n c t i n f o r m u l a . t i o n w i t h h i g h l y s o l u b l e

N f e r t i l i z e r s a n d n o t a s a s u b s i t u t e f o r t h e m . F o r e x a m p l e , I B D U , a c o n d e n s a t i o n p r o d u c t

f r o m t h e r e a c t i o n o f u r e a a n d i s o b u t y r a l c l e h y d e c a n b e m i x e d o r b l e n d e d w i t h a w i d e s p e c -

t r u m o f g r a n u l a r f e r t i l i z e r s , e x c e p t s t r o n g l y a c i d i c s u p e r p h o s p h a t e ( P r a s a d , e t a l . , 1 9 7 1 ) .

I n a d d i t i o n t o I B M , M i t s u b i s h i C h e m i c a l I n d u s t r i e s , L t d . ,

T o k y o , m a n u f a c t u r e s f i v e

b l e n d e d f e r t i l i z e r s o f t h e t y p e i l l u s t r a t e d i n f i g u r e 1 0 , w h e r e p a r t o f t h e N i s s u p p l i e d a s

I B D U a n d t h e b a l a n c e a s a m m o n i t u n s u l f a t e , u r e a , o r d i a r n m o n i u m p h o s p h a t e . A c c o r d i n g

t o P r a s a d e t a l . , ( 1 9 7 1 ) s o m e m i x t u r e s o f I B D U a n d c o n v e n t i o n a l N s o u r c e s h a v e b e e n

m o r e e f f e c t i v e ( b a s e d o n y i e l d i n c r e a s e s ) t h a n e i t h e r c o m p o n e n t a l o n e . I t w o u l d s e e m t h a t

a d d i t i o n a l r e s e a r c h a n d d e v e l o p m e n t i s n e e d e d i n t h i s a r c a , p a r t i c u l a r l y i n v i e w o f t h e r e -

l a t i v e s i m p l i c i t y o f b u l k - b l e n d i n g g r a n u l a r c o m p o n e n t s a n d l o w e r p r o b a b l e p r o d u c t i o n

c o s t s , c o m p a r e d w i t h t h e c o a t e d g r a n u l e a p p r o a c h .



T H E B A L A N C E D D I S S O L U T I O N A P P R O A C H

0


R A T E I

C P D X


- - - * C P D X

R A T E 2


C P 0 X

R A T E 3

W 4

N O - 2

N O i

F i g u r e 9 .

T h e b a l a n c e d d i s s o l u t i o n a p p r o a c h t o c o n t r o l l e d r e l e a s e i n

w h i c h d i f f e r e n t s i z e d g r a n u l e s o f N f e r t i l i z e r s o f l i m i t e d w a t e r

s o l u b i l i t y a r e b l e n d e d t o a c h i e v e a d e s i r e d r e l e a s e r a t e .

I n

t h i s c a s e , d i s s o l u t i o n r a t e v a r i e s i n v e r s e l y w i t h g r a n u l e s i z e .



T H E B A L A N C E D D I S S O L U T I O N A P P R O A C H

r i s 5 f

' S o

r f f 1 5 S f S

R - 5

0 O S

S S 0

S S s S S

S S

C O N V E N T I O N A L

N S O U R C E ( e . g . U R E A O R

A M M O I N I U M S U L F A T E )

S L O W - R E L E A S E

N S O U R C E ( e . g . I B D U ,

O X A M I D E O R U R E A F O R M )

F i g u r e 1 0 ,

t h e b a l a n c e d d i s s o l u t i o n a p p r o a c h t o c o n t r o l l e d r e l e a s e i n

w h i c h N f e r t i l i z e r s o f v a r y i n g w a t e r s o l u b i l i t y a r e b l e n d e d t o

p r o v i d e t h e d e s i r e d d i s s o l u t i o n o r r e l e a s e r a t e .

C o n v e n t i o n a l

w a t e r s o l u b l e f e r t i l i z e r s m i g h t b e s e l e c t i v e l y m i x e d w i t h c o m -

p o u n d s o f

l i m i t e d s o l u b i l i t y s u c h a s I B D U , o x a m i d e , o r

u r e a f o r m .



T h e I n h i b i t o r A p p r o a c h

C o n v e n t i o n a l a m m o n i a c a l N s o u r c e s a s w e l l a s t h o s e o f l i m i t e d w a t e r s o l u b i l i t y a r e

s u b j e c t t o n i t r i f i c a t i o n b y a u t o t r o p h i c s o i l b a c t e r i a . T h i s a p p r o a c h i n v o l v e s t h e f o r m u l a -

t i o n o f a m m o n i a c a l f e r t i l i z e r s w i t h c e r t a i n c h e m i c a l s t o r e p r e s s o r i n h i b i t n i t r i f i c a t i o n .

A n e x a m p l e o f t h i s a p p r o a c h i s t h e u s e o f D o w C h e m i c a l C o m p a n y ' s N - S e r v e , Z - c h l o r o - 6 -

( t r i c h l o r e m e t h y l ) p y r i d i n e t o i n h i b i t t h e g e n u s N i t r o s o m o n a s w h i c h o x i d i z e s N H 4 + t o N O -

2

I n t h e i n i t i a l s t e p o f t h e n i t r i f i c a t i o n s e q u e n c e . I n h i b i t i o n o f n i t r i f i c a t i o n a t t h i s p o i n t w o u l d

m a i n t a i n f e r t i l i z e r N i n t h e N H 4 + f o r m f o r e x t e n d e d p e r i o d s , a n d p r o v i d e f o r i n c r e a s e d

e f f i c i e n c y t h r o u g h e n h a n c e d N u p t a k e a n d y i e l d . U n l i k e N O , N H

4

+ i s n o t s u b j e c t t o l o s s

3

b y d e n i t r i f i c a t i o n a n d l e a c h i n g . A n u m b e r o f o t h e r o r g a n i c c o m p o u n d s i n c l u d i n g t h i o u r e a ,

m e t h i o n i n e , d i c y a n d i a m i d e , c . e r t a i n p e s t i c i d e s , a n d A M ( Z - a r n i n o - 4 - c h l o r o - 6 - m e t i t y l

p y r i r n i d i n e ) , m a n u f a c t u r e d b y T o y ° K o a t s u I n d u s t r i e s , T o k y o , h a v e b e e n r e p o r t e d t o

i n h i b i t n i t r i f i c a t i o n ( P r a s a d e t a l . ,

1 9 7 1 ) ; h o w e v e r , t h e s e c o m p o u n d s a p p e a r t o b e l e s s

s p e c i f i c a . n d u s u a l l y l e s s e f f e c t i v e t h a n N - S e r v e .

S o f a r , n i t r i f i c a t i o n i n h i b i t o r s h a v e s i m p l y b e e n m i x e d W i t h g r a n u l a r a m m o n i a c a l

f e r t i l i z e r s o r a p p l i e d a s c o a t i n g s t o t h e s u r f a c e o f f e r t i l i z e r g r a n u l e s ( S w e z e y a n d T u r n e r ,

1 9 6 2 ; T u r n e r a n d G o r i n g , 1 9 6 6 ) , a s i l l u s t r a t e d i n f i g u r e 1 1 . O n l y a f e w e x p e r i m e n t s h a v e

b e e n r e p o r t e d i n w h i c h c h e m i c a l i n h i b i t o r s , e . g . , N - S e r v e , w e r e f o r r m i l a t e d ( i . e . ,

d i s -

s o l v e d ) i n l i q u i d a n h y c i r o u s

N H 3

a n d a p p l i e d d i r e c t l y t o s o i l i n a n a t t e m p t t o s u p p r e s s t h e

r a t e a n d e x t e n t o f n i t r i f i c a t i o n o f N H - - N ( T u r n e r a n d G o r i n g ) , 1 9 6 ( ; P a r r e t a l . ,

1 9 7 1 a ) .

T h e r e l a t i v e e a s e o f f o r m u l a t i n g

a n d 3 a p p l y i n g

l i q u i d f e r t i l i z e r - i n h i b i t o r s o l u t i o n s o f f e r s

d i s t i n c t a d v a n t a g e s c o m p a r e d w i t h g r a n u l a r p r e p a . r a . t i o n s .

T h e r e c e n t d e v e l o p m e n t o f a s p e c i a l f i e l d a p p l i c a t o r ( S m i l e y a n d P a p e n d i c k , 1 9 7 0 ) h a s

a l l o w e d a r a t h e r i n t e n s i v e e v a l u a t i o n o f N L I . I + N - S e r v e a n d N H 3 4 - p o t a s s i u m a z i d e ( K N 3 )

s o l u t i o n s a t s e v e r a l l o c a t i o n s i n t h e U . S .

P o t a s s i u m a z i d e , n i n o r g a n i c p e s t i c i d e , h a s

b e e n w e l l d o c u m e n t e d a s a n e f f e c t i v e i n h i b i t o r o f c y t o c h r o m e o x i d a s e i n r e s p i r a t o r y m e t a -

b o l i s m o f x - n a n y m i c r o o r g a n i s m s , p l a n t s , a n d a n i m a l s . I t i s a c t i v e a s a b a c t e r i c i d e ,

f u n g i c i d e , n e m a t i c i d e , a n d h e r b i c i d e , a n d i n c e r t a i n l a . b o r a t o r y t e s t s w a s e f f e c t i v e a s a

n i t r i f i c a t i o n i n h i b i t o r ( P a . r r e t a l - ,

1 9 7 1 ; 1 ) -

P a p e n c l i c k e t a l . ( 1 9 7 1 ) a p p l i e d s o l u t i o n s o f N H 3 - 1 K N 3 ( 2 a n d 6 % b y w e i g h t o f K N 3 ) t o

s o i l s o f t h e w i n t e r w h e a t a r e a o f e a s t e r n W a s h i n g t o n S t a t e i n t h e m o n t h o f A u g u s t , a t a

r a t e o f 1 1 ? . k g N / h a . T w o m o n t h s l a t e r , t . h e a m o u n t o f N O - N r e c . - . o v e r e d f r o m t h e r e t e n -

t i o n 7 . o n e , a s p c - r c e n t o f t o t a l e x t r a c t a b l e N , w a s 6 7 , 4 8 , a n d 3 6 p e r c e n t f o r N 1 - 1 3 a l o n e ,

N H . 1 - 1 - K N 3 ( 2 ° , : ) ,

a . n d

N 1 1 3 + K N 3

( 6 % ) , r e s p e c t i v e l y . N i t r i f i c a t i o n

i n h i b i t i o n d u e t o

K N 3 w a s

s t i l l e v i d e n t 6 m o n t h s a f t e r a p p l i c a t i o n . T h e s e r e s u l t s i n d i c a t e t h a t

K N 3

f o r m u l a t e d w i t h

a n h y d r o u s N H , w a s a n e f f e c t i v e n i t r i f i c a t i o n i n h i b i t o r f o r t h i s N s o u r c e u n d e r t h e p r e v a i -

l i n g s o i l a n d c l i m a t i c c o n d i t i o n s .

P a r r e t a l ( 1 9 7 l b ) e v a l u a t e d t h e r e l a t i v e e f f e c t i v e n e s s o f K N 3 a n d N - S e r v e f o r m u l a t e d

i n a n h y d r o u s

N H 3 a t

l e v e l s o f 3 a n d 6 p e r c e n t b y w e i g h t , a n d a p p l i e d a t r a t e s o f 1 1 2 a n d

1 6 1 3 k g N / h a t o s u g a r c a n e i n L o u i s i a n a . A s s h o w n i n f i g u r e 1 2 , b a . s e d o n t h e a m o u n t o f

r e s i d u a l

N H 4

+ - N i n t h e r e t e n t i o n z o n e , t h e o r d e r o f n i t r i f i c a t i o n i n h i b i t i o n N . v a s :

N H 3 + N - S e r v e >

N H 4 K N - >

N H 3

a l o n e . A m m o n i a a l o n e w a s a l m o s t c o m p l e t e l y n i t r i f i e d

a f t e r 4 w e e k s , w h i L N - A e r v e . v i t h

N I I 3

c a u s e d a s i g n i f i c a n t s u p p r e s s i o n o f n i t r i f i c a t i o n

f o r 1 2 w e e k s . A t t h e 6 p e r c e n t i n h i b i t o r l e v e l , a f t e r 4 w e e k s , K N 3 w a s o n l y a b o u t 3 0 p e r -

c e n t a s e - l f e c t i v e a s N - S e r v e a t e i t h e r N r a t e . T h e g r e a t e r r e s i d u a l a c t i v i t y o f N - S e r v e

w a s a p p a . r e n t l y r e l a t e d t o i t s l o w s o l u b i l i t y i n s o i l w a t e r , c o m p a r e d w i t h t h e h i g h s o l u b i l i t y



( a )

( b ;

T H E I N H I B I T O R A P P R O A C H

S I T E O F A C T I O N O F

S P E C I F I C I N H I B I T O R

I D I S S O L U T I O N

+

\ /

I ' N H 4

A . N O - 2 - - - * N 0 - 3

F i g u r e 1 1 .

T h e i n h i b i t o r

a p p r o a c h

i n w h i c h n i t r i f i c a t i o n i n h i b i t o r s a r e

e i t h e r m i x e d w i t h g r a n u l a r a m m o n i a c a l .

N f e r t i l i z e r s , o r a p p l i e d

a s s u r f a c e c o a t i n g s , t h e r e b y m a i n t a i n i n g f e r t i l i z e r N i n a

c a t i o n i c f o r m f o r e x t e n d e d p e r i o d s .



6 %

3 %

A M M O N I A N I T R O G E N A P P L I E D : 1 6 8 k g / h a

4 W E E K S A F T E R A P P L I C A T I O N

8 W E E K S A F T E R A P P L I C A T I O N

I

I

C H E C K N I I 3

3 %

6 %

3 %

1 1

N i I 3

N H 3

C H E C K N H J

N H 3

N H 3

+

+

+ +

K N 3

N . S E R V E

K N 3

- S E R V E

( % )

( O A )

M O

( A )

F i g u r e

1 2 .

C o n c e n t r a t i o n s o f a m m o n i u m N 0 - t o

2 - c m a r o u n d t h e r e l e a s e

p o i n t o f a n h y d r o u s N H 3

a n d

s o l u t i o n s o f N H 3 f o r m u l a t e d w i t h

t w o

i n h i b i t o r s , 4 a n d 8 w e e k s a f t e r a p p l i c a t i o n t o s o i l i n

L o u i s i a n a .

E

a .

I 4 0 0

o

o

E l f

I - - - 3 0 0

5

0

2 0 0

1 0 0

6 %

3 %



o f K N 3 a n d i t s g r e a t e r l e a c h i n g p o t e n t i a l . Y i e l d i n c r e a s e s o f a b o u t 4 5 0 0 k g / h a o f m i l l a b l e

c a n e w e r e o b t a i n e d w i t h N H 3 K N . 1 a t t h e 1 1 2 k g

N / h a r a t e c o m p a r e d w i t h

N H 3

a l o n e ;

h o w e v e r , n o d i f f e r e n c e s b e t w e e n t l i e s e t w o t r e a t m e n t s w e r e o b s e r v e d a t t h e h i g h e r N r a t e .

O n t h e o t h e r h a n d , y i e l d i n c r e a s e s o f a b o u t 1 2 , 0 0 0 k g / h a w e r e o b t a i n e d f r o m 1 1 2 k g N / h a

a p p l i e d a s

N 1 1 3

+ N - S e r v e ( 3 a n d ( % ) c o m p a r e d w i t h N H 3 a l o n e , a n d w e r e e q u a l t o y i e l d s

r e s u l t i n g f r o m 1 6 8 k g N / h a w i t h o u t N - S e r v e . T h e s e d a t a i n d i c a t e t h a t t h e e f f i c i e n c y o f

f e r t i l i z e r N a p p l i e d t o s u g a r c a n e c a n b e i n c r e a s e d b y s u p p r e s s i n g n i t r i f i c a t i o n o f a n h y d r o u s

N H 3 ,

p a r t i c u l a r l y w i t h N - S e r v e .

I n h i b i t i o n o f n i t r i f i c a t i o n w o u l d c a u s e p l a n t s t o u t i l i z e N H + - N t o a g r e a t e r e x t e n t t h a n

i n t h e a b s e n c e o f s u c h i n h i b i t i o n . T h e e f f e c t s o f N I I 4

a n d N 6 - 1 i o n s i n p l a n t n u t r i t i o n h a v e

b e e n t h e s u b j e c t o f i n v e s t i g a t i o n f o r t h e p a s t 5 0 y e a r s . A l t h o U g l i m u c h o f t h e w o r k h a s b e e n

c o n d u c t e d i n n u t r i e n t s o l u t i o n r a t h e r t h a n s o i l , c e r t a i n c o n s i s t e n t o b s e r v a t i o n s h a v e b e e n

r e p o r t e d . P l a n t s s u p p l i e d v . , i t h N 1 1 4 + - N o f t e n c o n t a i n l o w e r c o n c e n t r a t i o n s o f c e r t a i n i n o r -

g a n i c c a t i o n s s u c h a s C a , M g , a n d K , a n d h i g h e r c o n c e n t r a t i o n s o f e l e m e n t s a b s o r b e d a s

a n i o n s ,

i . e . ,

S , P , a n d C l , c o m p a r e d w i t h t i s s u e s o f p l a n t s r e c e i v i n g N O - N . M o r e o v e r ,

p l a n t s s u b j e c t t o

N H 4 +

n u t r i t i o n u s u a l l y c o n t a i n h i g h e r c o n c e n t r a t i o n s o f a m i n o a c i d s b u t

l o w e r a c c u m u l a t i o n s o f o r g a n i c a c i d s . A n u m b e r o f r e s e a r c h e r s h a v e r e p o r t e d t h a t p l a n t s

s u p p l i e d w h o l l y w i t h a n N 1 1 4 + f o r m o f N g r o w l e s s v i g o r o u s l y t h a n w i t h N O S .

P o s s i b l e r e a s o n s f o r s u c h d i f f e r e n c e s i n c l u d i n g ( a ) e f f e c t o n e l e c t r o n t r a n s f e r s y s t e m s ,

( b ) i n t e r r e l a t i o n s h i p s w i t h c a r b o h y d r a t e m e t a b o l i s m , ( c ) N I I 1 t o x i c i t y , ( d ) i o n u p t a k e a n d

c o m p e t i t i v e i n t e r a c t i o n s , a n d ( 3 ) e f f e c t s o f p H w e r e d i s c u s s e 8 b y K i r k b y a . n d H u g h e s ( 1 9 7 0 ) .

F o r e x a m p l e ,

N H 4 +

a b s o r p t i o n f o r m o s t p l a n t s r e a c h e s a m a x i m u m a b o v e p H 7 , w h e r e a s

t h a t f o r N O

i s n e a r p H 4 . N e v e r t h e l e s s , w h e r e a d e q u a . t e p H c o n t r o l o f t h e r o o t i n g m e d i u m

( s o i l o r s o l u t i o n ) i s m a i n t a i n e d , i t a p p e a r s t h a t N H 4 + i s p r o b a b l y a s e f ' e c t i v e a s o u r c e o f

N a s N O S , p r o v i d i n g t h e r e i s p r o p e r b a l a n c e o f o t h e r n u t r i e n t s . G o r i n g ( 1 9 6 2 a ) s p e c u l a t e d

t h a t t h e o p t i m a l n u t r i e n t b a l a n c e f o r N H +

n u t r i t i o n w o u l d b e s o m e w h a t d i f f e r e n t t h a n t h e

o p t i m a l b a l a n c e f o r N O - n u t r i t i o n . I l e

A s o p o i n t s

o u t t h a t c u r r e n t f e r t i l i z a t i o n p r a c t i c e s

3

a r e b a s e d o n N O 3 - n u t r i t i o n . T h u s , w i t h t h e i n c r e a s e d

p o t e n t i a l f o r u s e o f n i t r i f i c a t i o n

i n h i b i t o r s , a n d c o n s e q u e n t s h i f t t o w a r d N H 4 + n u t r i t i o n , s u c h p r a c t i c e s m a y b e

s u b j e c t t o

c o n s i d e r a b l e r e v i s i o n . F u t u r e a g r o n o m i c r e s e a r c h i n t h i s a r c a s h o u l d r e c e i v e h i g h

p r i o r i t y .

T h e C o n t r o l l e d R h i z o s p h o r e A p p r o a c h

I t h a s l o n g b e e n k n o w n t h a t s o i l m i c r o o r g a n i s m s a r e m o r e a b u n d a n t i n t h e r e g i o n o f

c o n t a c t b e t w e e n r o o t a n d s o i l , i . e . , t h e r h i z o s p h e r e , t h a n i n s o i l b e y o n d t h e i n f l u e n c e o f

p l a n t r o o t s . M i c r o b i a l n u m b e r s a n d a c t i v i t y a r e i n c r e a s e d i n t h i s z o n e b e c a u s e o f t h e

a v a i l a b i l i t y o f c a r b o n a c e o u s a n d n i t r o g e n o u s m a t e r i a l s a r i s i n g f r o m s l o u g h e d - o f f r o o t

h a i r s o r e p i d e r m a l c e l l s , o r e x u d e d f r o m n o r m a l h e a l t h y p l a n t r o o t s . P l a n t r o o t e x u d a t e s

m a y i n c l u d e s u g a r s , a m i n o a c i d s , v i t a m i n a , o r g a n i c

a c i d s , n u c l e o t i d e s , f l a . v o n o n e s ,

a u x i n s , a . n d e n z y m e s ( R o v i r a , 1 9 6 2 ) .

T h e q u a n t i t a t i v e a n d q u a l i t a t i v e n a t u r e o f t h e r o o t s u r f a c e - r h i z o s p h e r e

m i c r o b i a l p o p u -

l a t i o n i s d e t e r m i n e d t o a l a r g e e x t e n t b y t h e n a t u r e o f t h e

i i l a n t r o o t e x u d a t e s , w h i c h i n

t u r n d e p e n d s o n r o o t m e t a b o l i s m . R o o t m e t a b o l i s m i s a f f e c t e d

b y a w h o l e h o s t o f f a c t o r s ,

i n c l u d i n g s o i l c h e m i c a l a n d p h y s i c a l p r o p e r t i e s , a t m o s p h e r i c c o n d i t i o n s ,

a n d t h e s t a . g e o f

p l a n t g r o w t h ( S t a r k e y , 1 9 5 8 ) .



T h e p r i n c i p a l o b j e c t i v e o f t h i s a p p r o a c h t o i n c r e a s e d f e r t i l i z e r N e f f i c i e n c y w o u l d b e t o

s e e k w a y s a n d m e a n s o f c o n t r o l l i n g t h e r o o t s u r f a c e - r h i z o s p h e r e m i c r o f l o r a t o t h e n u t r i -

t i o n a l a d v a n t a g e o f t h e h o s t p l a n t . A c o n t r o l l e d r h i z o s p h e r e w o u l d b e o f c o n s i d e r a b l e a d v a n -

t a g e t o t h e p l a n t i f m i c r o b i o l o g i c a l i m m o b i l i z a t i o n o f f e r t i l i z e r N c o u l d b e a v o i d e d .

B a r t h o l o m e w a n d C l a r k ( 1 9 5 0 ) a n d L e g g a n d A l l i s o n ( 1 9 6 0 ) c o n c l u d e d t h a t s i g n i f i c a n t

- a m o u n t s o f f e r t i l i z e r N a r e r a p i d l y a s s i m i l a t e d b y t h e r h i z o s p h e r e m i c r o f l o r a , t h e r e b y

b e c o m i n g i m m o b i l i z e d a n d t e m p o r a r i l y u n a v a i l a b l e t o t h e p l a n t . T h e r e s u l t i n g l o s s o f

f e r t i l i z e r N e f f i c i e n c y i s a p p a r e n t .

T h e r c i s e v i d e n c e t h a t t h e c h e m i c a l n a t u r e o f p l a n t r o o t e x u d a t e s c a n b e m a r k e d l y

c h a n g e d t h r o u g h f o l i a r a p p l i c a t i o n o f d i f f e r e n t c h e m i c a l c o m p o u n d s , i n c l u d i n g f e r t i l i z e r s

s u c h a s u r c a . S u c h t r e a t m e n t s h a v e r e p o r t e d l y c a u s e d s i g n i f i c a n t c h a n g e s i n r o o t s u r f a c e -

r h i z o s p h e r e p o p u l a t i o n s ( R a m a c h a n d r a - R e d d y , 1 9 5 9 ; V e n k a t a R a m , 1 9 6 0 ) . T h e s e o b s e r v a -

t i o n s p r o v i d e a b a s i s f o r f u t u r e r e s e a r c h w h i c h c o u l d c o n t r i b u t e s u b s t a n t i a l l y t o v v a r d i n -

c r e a s i n g t h e e f f i c i e n c y o f f e r t i l i z e r N . F o r e x a m p l e , c o m p o u n d X m i g h t b e a p p l i e d t o s o i l

o r f o l i a g e , e i t h e r i n c o m b i n a t i o n w i t h a n N f e r t i l i z e r o r s e p a r a t e l y , t o c h a n g e t h e c h e m i c a l

n a t u r e o f p l a n t r o o t e x u c i a t e s , r e s u l t i n g i n a s h i f t f r o m r h i z o s p h e r e p o p u l a t i o n " A " , i n

w h i c h t h e r e i s e x t e n s i v e i m m o b i l i z a t i o n o f N , t o p o p u l a t i o n " B " , w h e r e t h e r e i s l e s s i m m o -

b i l i z a t i o n .

S u m m a r y a n d C o n c l u s i o n s

M o s t N f e r t i l i z e r s a r e s u b j e c t t o c e r t a i n c h e m i c a l , p h y s i c a l , a n d b i o c h e m i c a l e v e n t s

w h i c h c a n r e s u l t i n s i g n i f i c a n t l o s s e s o f N f r o m t h e s o i l - r o o t z o n e a f t e r a p p l i c a t i w i . U n d e r

m a n y s o i l a n d c r o p p i n g c o n d i t i o n s , f e r t i l i z e r N u s e e f f i c i e n c y , i . e . , t h e p e r c e n t a g e r e -

c o v e r y o f f e r t i l i z e r N b y t h e c r o p , i s o f t e n 5 0 p e r c e n t o r l e s s . I n v i e w o f t h e i n c r e a s e d u s e

o f f e r t i l i z e r N t o s u s t a i n n - t a x i m u r n y i e l d s f o r e c o n o m i c p r o d u c t i o n , a n d A g r i c u l t u r e ' s

p o t e n t i a l c o n t r i b u t i o n t o t h e e - u t r o p h i c a t i o n o f s u r f a c e w a t e r s , n i t r a t e e n r i c h m e n t o f g r o u n d -

w a t e r a , a n d p o s s i b l e h e a l t h h a z a r d s w h i c h c o u l d r e s u l t t h e r e f r o m , t h i s p a p e r c o n s i d e r s a

n u m b e r o f a p p r o a . e h e s f o r m a x i m i z i n g t h e e f f i c i e n c y o f f e r t i l i z e r N . T h e r e a r e p r i n c i p a l l y

t w o w a y s o f i n c r e a s i n g f e r t i l i z e r N e f f i c i e n c . y , f i r s t , b y m i n i m i z i n g l o s s e s o f N f r o m t h e

s o i l - r o o t z o n e , a n d s e c o n d , b y m a n i p u l a t i n g e n v i r o n m e n t a l a n d m a n a g e m e n t f a c t o r s t o

a l l o w t h e p l a n t t o f u l f i l l i t s g e n e t i c c a p a b i l i t y f o r m a x i m u m y i e l d a n d q u a l i t y .

A s t h e r a t e o f a p p l i e d N i n c r e a s e s , f e r t i l i z e r e f f i c i e n c y ( b o t h y i e l d a n d N u p t a k e )

d e c r e a s e s p r o g r e s s i v e l y , o f t e n t o a p o i n t w h e r e a c o n s i d e r a b l e a m o u n t o f t h e l a s t i n c r e -

m e n t o f f e r t i l i z e r N i s a p o t e n t i a l p o l l u t i o n h a z a r d . S i n c e t h e p o i n t o f g r e a t e s t e c o n o m i c

r e t u r n t o a p p l i e d N i s u s u a l l y s o m e w h e r e b e l o w t h e p o i n t o f m a x i m u m y i e l d ,

i t m a y b e

p o s s i b l e t o a d j u s t a p p l i c a t i o n r a t e s t o m a x i m i z e r e t u r n a n d m i n i m i z e l o s s t o t h e e n v i r o n -

m e n t .

T h e r e i s a n e e d f o r a r a t i o n a l a p p r o a c h t o m o r e m e a n i n g f u l N f e r t i l i z e r r e c o m m e n d a -

t i o n s . T h i s r e q u i r e s k n o w l e d g e o f t h r e e c r i t e r i a , i . e . , t h e N r e q u i r e m e n t o f t h e c r o p f o r

e x p e c t e d a t t a i n a b l e y i e l d s , t h e m i n e r a l i z a t i o n p o t e n t i a l o f s o i l o r g a n i c N , a n d t h e a m o u n t

o f r e s i d u a l f e r t i l i z e r N . A r e l i a b l e e s t i m a t e o f t h e e f f i c i e n c y o f N u s e o f a c r o p f o r s p e c i -

f i c s o i l , c l i m a t i c , a n d m a n a g e m e n t c o n d i t i o n s i s a l s o e s s e n t i a l . W i t h t h i s i n f o r m a t i o n

t h e u l t i m a t e g o a l i n a p p l y i n g f e r t i l i z e r N i s t w o - f o l d : ( a ) t o s u p p l e m e n t t h e a m o u n t o f m i n e -

r a l i z a b l e s o i l N a n d r e s i d u a l N , t h e r e b y e n s u r i n g a d e q u a c y f o r c r o p y i e l d s , a n d a l s o ( b )

t o e n s u r e t h a t t h e a m o u n t o f f e r t i l i z e r N a p p l i e d d o e s n o t g r e a t l y e x c e e d t h a t n e c e s s a r y

f o r a t t a i n a b l e y i e l d s .



F e r t i l i z e r N e f f i c i e n c y c a n b e i n c r e a s e d t h r o u g h c e r t a i n s o i l a n d c r o p m a n a g e m e n t

p r a c t i c e s i n c l u d i n g :

P r o p e r t i m i n g o f a p p l i c a t i o n t o c o i n c i d e c l o s e l y w i t h t h e g r a n d s t a g e o f g r o w t h

o r t i m e o f m a x i m u m c r o p d e m a n d ;

U s e o f d e e p - r o o t e d c r o p s s u c h a s a l f a l f a i n r o t a t i o n w i t h h i g h N - r e q u i r i n g c r o p s ;

N l a i n t a i n i n g c o v e r c r o p s o n t h e l a n d w h e r e f e a . s i b l e .

T h e r e a r e a l s o s o m e c h e m i c a l a n d b i o c . h e r n i c a l c o n s i d e r a t i o n s f o r i n c r e a s i n g t h e

e f f i c i e n c y o f f e r t i l i z e r N b y m i n i m i z i n g l e a c h i n g , c l e n i t r i f i c a t i o n , v o l a t i l i z a t i o n , a n d

i m m o b i l i z a t i o n l o s s e s o f a p p l i e d N , i n c l u d i n g :

1 .

U s e o f c o a t e d g r a n u l e s f o r c o n t r o l l e d r e l e a s e , i . e . ,

g r a n u l e s . v h i c h r e l e a s e

a n a d e q u a t e a m o u n t o f N a t a r a t e c o i n c i d e n t a l w i t h t h e

d a i l y a n d s e a s o n a l

d e m a n d s o f t h e c r o p ;

U s e o f N f e r t i l i z e r s o f l i m i t e d w a t e r s o l u b i l i t y t o a c h i e v e t h e o b j e c t i v e s o f

c o n t r o l l e d r e l e a s e , e . g . ,

a b l e n d i n g o f c o n v e n t i o n a l w a t e r s o l u b l e f e r t i l i z e r s

w i t h c o m p o u n d s s u c h a s o x a m i d e o r i f i D U f o r b a l a n c e d d i s s o l u t i o n t o a c h i e v e

t h e d e s i r e d r e l e a s e r a . t e ;

3 .

U s e o f n i t r i f i c a t i o n i n h i b i t o r s t o m a i n t a i n f e r t i l i z e r N i n t h e N H + f o r m f o r

e x t e n d e d p e r i o d s . V a r i a t i o n s o f t h i s a p p r o a c h i n c l i l e m i x i n g

o r 4 c o a t i n g f e r t i -

l i z e r g r a n u l e s w i t h t h e i n h i b i t o r , o r f o r m u l a t i n g t h , . ' n h i b i t o r s i n l i q u i d f e r t i -

l i z e r s y s t e m s s u c h a s a n h y d r o u s 3 ;

U s e o f a c h e m i c a l a p p r o a c h f o r c o » t r o l l i n g t h e m i c r o f l o r a o f t h e r o o t

s u r f a c e -

r h i z o s p h e r e r e g i o n o f c r o p p l a n t s t o m i n i m i z e i m m o b i l i z a t i o n o f

f e r t i l i z e r N .



R e f e r e n c e s

A l d r i c h , S . B . , 1 9 7 0 . I n f l u e n c e o f c r o p p i n g p a t t e r n s , B o i l m a n a g e m e n t ,

a n d f e r t i l i z e r s o n

n i t r a t e s . I n N i t r a t e a n d W a t e r S u p p l y : S o u r c e a n d C o n t r o l , p p .

1 5 3 - 1 7 6 .

P r o c . 1 2 t h S a n i t a r y E n g i n . C o n f . U n i v . o f I l l i n o i s ,

C o l l e g e o f E n g i n . ,

U r b a n a , I l l i n o i s .

A l l i s o n , F . E . , 1 9 5 5 . T h e e n i g m a o f s o i l n i t r o g e n b a l a n c e s h e e t s .

A d v a n c e s i n A g r o n .

7 : 2 1 3 - 2 5 0 .

1 9 6 3 . L o s s e s o f g a s e o u s n i t r o g e n f r o m s o i l s b y c h e m i c a l

m e c h a n i s m s

i n v o l v i n g n i t r o u s a c i d a n d n i t r i t e s . S o i l S c i . 9 6 : 4 0 4 - 4 0 9 .

,

1 9 6 4 . T h e s o i l n i t r o g e n b a l a n c e s h e e t . - - a c o n t i n u i n g e n i g m a . I n P r o -

c e e d i n g s o f S o i l a n d F e r t i l i z e r N i t r o g e n R e s e a r c h S y m p o s i u m , p p .

1 - 1 7 .

T h e T e n n e s s e e V a l l e y A u t h o r i t y , M u s c l e S h o a l s , A l a b a m a .

,

1 9 6 6 . T h e f a t e o f n i t r o g e n a p p l i e d t o s o i l s . A d v a n c e s i n A g r o n . 1 8 : 2 . 1 9 -

2 5 8 .

B a r t h o l o m e w , W . V . a n d C l a r k , F . E . , 1 9 5 0 . N i t r o g e n t r a n s f o r m a t i o n s i n s o i l i n r e l a t i o n

t o t h e r h i z o s p h c r e m i c r o f l o r a . P r o c . i t h

i n t . C o n g r . S o i l S c i .

A m s t e r d a m , 2 : 1 1 2 - 1 1 3 .

B i n g h a m , F . T . ,

D a v i s , S .

a n d S h a d e , E .

1 9 7 1 . W a t e r r e l a t i o n s , s a l t b a l a n c ' e , a n d

n i t r a t e l e a c h i n g l o s s e s o f a 9 6 0 - a c r e c i t r u s w a t e r s h e d .

S o i l S r i .

1 1 2 : 4 1 0 - 4 1 8 .

B r e n - n i e r , T . M . ,

1 9 6 5 a . O r g a n i c f o r m s o f n i t r e _ i g e n ; I n M e t h o d s o f S o i l A n a l y s i s , P a r t

I I ,

C h a p t . 8 5 , p p . 1 2 3 6 - 1 2 5 5 . C . A . B l a c k ( . . E d . ) . A m e r . S o c . A g r o n .

M a d i s o n , W i s c o n s i n .

, 1 9 6 5 b . N i t r o g e n a v a i l a b i l i t y i n d e x e s . I n 2 v I e t h o d s o f S o i l A n a l y s i s , P a r t

C h a p t . 8 8 , p p . 1 3 2 4 - 1 3 4 5 . C . A . B l a c k ( E d . ) . A m e r . S o c .

A g r o n .


C a s e , A . A . , G e l p e r i n , A . , W a r d , P . C . , a n d W i n t o n ,

E . F .

,

1 9 7 0 . T h e h e a l t h e f f e c t s o f

n i t r a t e s i r , w a t e r ( P a n e l d i s c u s s i o n ? . I n N i t r a t e a n d W a t e r S u p p l y :

S o u r c e

a n d C o n t r o l , p p . 4 0 - 6 3 . P r o c . 1 2 t h S a n i t s . r y E n g i n .

C o n f . U n i v . ' o f

I l l i n o i s , C o l l e g e o f E n g i n . , U r b a n a , I l l i n o i s .

C o m m o n e r , B . ,

1 9 6 8 . T h r e a t s t o t h e i n t e g r i t y o f t h e n i t r o g e n c y c l e : N i t r o g e n

c o m p o u n d s

i n s o i l , w a t e r , a t m o s p h e r e , a n d p r e c i p i t a t i o n . A n n u a l M e e t i n g ,

A m e r .

. A s s o c . A d v . S c i . , D a l l a s , T e x a s .

F r i n k , C . R . , 1 9 7 1 . P l a n t n u t r i e n t s a n d w a t e r q u a l i t y . A g r i . S c i . R e v .

9 : 1 1 - 2 5 .

( S e . c o n d Q u a r t e r , 1 9 7 1 ) .

G o r i n g , C . A . I . ,

1 9 6 2 a . C o n t r o l o f n i t r i f i c a t i o n b y 2 - c h l o r o - 6 - ( t r i c h l o r o m e t h y l ) p y r i d i n e .

S o i l S c i . 9 3 : 2 1 1 - 2 1 8 ,



M o r t l a n d , M . M .

1 9 5 8 . R e a c t i o n s o f a m m o n i a i n a o i l s . A d v a n c e s i n A g r o n . 1 0 : 3 2 5 - 3 4 8 ,

N e l s o n , L . 1 3 . , 1 9 7 0 . R e s e a r c h n e e d e d t o r e s o l v e t h e p l a n t n u t r i e n t - w a t e r q u a l i t y i s s u e .

I n ' N u t r i e n t M o b i l i t y i n S o i l s : A c c . u m u l a t i o n a n d L o s s e s , p p . 7 5 - 8 1 .

O . P . E n g e l s t a d ( E d . ) . S o i l S c i .

S o c . A m e r . S p e c i a l P u b l . N o . 4 ,


,

1 9 7 1 . A g r i c u l t u r a l c h e m i c s . l s i n r e l a t i o n t o e n v i r o n m e n t a l q u a l i t y :

C h e m i c a l f e r t i l i z e r s p r e s e n t a n d f u t u r e . J . E n v i r o n . Q u a l i t y I : 2 - 6 .

,

a n d H a u c . h , R . D . . 1 9 6 5 . N i t r o g e n f e r t i l i z e r s : P r o g r e s s a n d p r o b l e m s .

A g r i c . S c i . R e v . 3 : 3 8 - 4 7 ,

O l s e n , R J . ,

H e n s l e r , ,

R . F .

,

A t t o e , 0 , J . ,

W i t z e l , S . A . , a n d P e t e r s o n , L . A . ,

1 9 7 0 .

F e r t i l i z e r n i t r o g e n a n d c r o p r o t a t i o n i n r e l a t i o n t o m o v e m e n t o f n i t r a t e

n i t r o g e n t h r o u g h s o i l p r o f i l e s . S o i l S c i , S o c . A m e r . P r o c . 3 4 : 4 4 8 - 4 5 2 .

P a p e n d i c k , R . I . , P a r r . J . F . , S m i t h , S . , a n d S m i l e y , R . W . , 1 9 7 1 . N i t r i f i c a t i o n i n h i b i -

t i o n i n s o i l : I I . E v a l u a t i o n o f a n h y d r o u s a m m o n i a - p o t a s s i u m a z i d e s o l u -

t i o n s i n E a s t e r n W a s h i n g t o n . S o i l S c i . S o c . A m e r . P r o c . 3 5 : 5 7 9 - 5 8 3 -

P a r r , J . F . , 1 9 6 7 . B i o c h e m i c a l c o n s i d e r a t i o n s f o r i n c r e a s i n g t h e e f f i c i e n c y o f n i t r o g e n

f e r t i l i z e r s . S o i l s a n d F e r t i l i z e r s

3 0 : 2 0 7 - Z 1 3 .

, C a r r o l l , B . R . ,

a n d S m i t h , S .

1 9 7 1 a . N i t r i f i c . a t i o n i n h i b i t i o n i n s o i l :

I . A c o m p a r i s o n o f 2 - c h l o r o - 6 - ( t r i c h l o r o r n e t h y l ) p y r i d i n e a n d p o t a s s i u m

a z i d e f o r m u l a t e d w i t h a n h y d r o u s a m m o n i a . S o i l S c i . S o c . A m e r . P r o c .

3 5 : 4 6 9 - 4 7 3 .

,

C a r r o l , B . R . , a n d S m i t h , S . , 1 9 7 1 b . E f f e c t i v e n e s s o f n i t r i f i c a t i o n i n -

h i b i t o r s f o r m u l a t e d w i t h a n h y d r o u s a m m o n i a w h e n a p p l i e d t o s u g a r c a n e

i n L o u i s i a n a . P r o c . I n t . S o c , S u g . C a n e T e c h . 1 4 : ( I n P r e s s ) .

P e a r s o n . R . W . ,

J o r d a n , H . V . ,

B e n n e t t , O . L . ,

S c a r s b r o o k , C . E . , A d a m s , W . E . , a n d

W h i t e , A . W . ,

1 9 6 1 . R e s i d u a l e f f e c t s o f f a l l - a . n d s p r i n g - a p p l i e d n i t r o g e n

f e r t i l i z e r s o n c r o p y i e l d s i n t h e S o u t h e a s t e r n U n i t e d S t a . t e s . U . S . D e p t .

A g r i . , A g . R e s . S e r v . . T e c h n i c a l B u l l e t i n N o , 1 2 5 4 , 1 9 p p .

P r a s a d , R . ,

R a j a l e . G . B . ,

a n d L a k h d i v e , H . A . ,

1 9 7 1 . N i t r i f i c a t i o n r e t a r d e r s a n d s l o w -

r e l e a s e n i t r o g e n f e r t i l i z e r s . A d v a n c e s i n A g r o n . 2 3 : 3 3 7 - 3 8 3 .

R a m a c h a . n d r a - R e d d y , T . K . ,

1 9 5 9 , F o l i a r s p r a y o f u r e a a n d r h i z o s p h e r e m i c r o f l o r a o f

r i c e ( O r y z a s a t i v e L . ) . P h y t o p a t h . Z . 3 6 : 2 8 6 - 2 8 9 .

R o v i r a , A . D . , 1 9 6 2 . P l a n t - r o o t e x u d a t e s i n r e l a t i o n t o t h e r h i z o s p h e r e m i c r o f l o r a .

S o i l s a n d F e r t i l i z e r 9 2 5 : 1 6 7 - 1 7 2 .

S m i l e y , R . W . a n d P a p e n d i c k , R . 1 . , 1 9 7 0 . D e s i g n a n d u s e o f a n a n h y d r o u s N H 3 a p p l i c a t o r

f o r f i e l d r e s e a r c h . A g r o n . J . 6 2 : 8 3 3 - 8 3 5 .



F A C T O R S D E T E R m I N I N G T H E L E A C H I N G O F

N I T R O G E N F R O M S O I L ,

I N C L U D I N G S O M E A S P E C T S 0 1 . ' I N . 4 A 1 N T E N A N C E O F W A T E R Q U A J , I T Y

J . J u n g

B A S F A g r i c u l t u r a l R e s e a r c h S t a t i o n ,

L i m b u r g e r h o f , G e r m a n y


W h e n c o n s i d e r i n g t h e q u e s t i o n o f c o t r o p h i c a t i o n o f f l o w i n g a n d e n c l o s e d s u r f a c e

w a t e r a n d t h e . i n c r e a s e d n i t r a t e c o n t e n t i n u p p e r g r o u n d w a t e r o b s e r v e d i n s o m e

a r e a s ,

i t i s i n t e r e s t i n g

L c "

e s t a b l i s h n o t o n l y h o w m u c . 1 1 n i t r o g e n s t e r n s f r c - u - n t h e w a s t e

a n d t - - i e w a g e o f u r b ; - : m a r a s , b u t a l s o t h e a m o u n t o f t h i s n u t r i e n t d e r i v e d f r o m

s o i l .

T h e f a c t t h a t t h e r a t e o f l e a c h i n g v a r i e s s o g r e a t l y p o s e s t h e q u e s t i o n a s t o

v . d i i c . 1 1

f a c t o r s p l a y a n i m p o r t . a . o t p a r t i n r e m o v i n g n i t r o g e n f r o r n t h e t o p s o i l ,

a n d w h a t t h e

i n t e r r e l a t i o n o f t h e s e f a c t o r s i s .

I p r o p o s e t o d i s c u s s t h e m o s t i m p o r t a n t f a c t o r s a f f e c t i n g n i t r o g e n

l e a c h i n g , c o n -

c e n t r a t i n g m a i n l y c > n c o n d i t i o n s e n c . o u n t e r e d i n E u r o p e . l v f o s t o f t h e

r e s u l t s q u o t e d

w e r e o b t a i n e d f r o m l y s i m e t e r t r i a l s , a l a r g e

n u m b e r o f w h i c h w e r e c a r r i e d o u t i n t h e

A g r i c u l t u r a l R e s e a r c h S t a t i o n i n L i m b u r g e r h o f , w h e r e w e h a v e h a d a

l y s i m e t e r i n s t a l -

l a t i o n w i t h a t o t a l o f 2 3 2 p l o t s i n o p e r a , t i o n s i n c e 1 9 2 7 .

A s f a r a s t e c h n i q u e s a r e c o n c e r n e d , i t m u s t b e b o r n e i n m i n d t h a t t h e r e s u l t s o f

I v s i m e t e r t r i a l s h a v e c e r t a i n l i m i t a t i o n s w h e n a n p l i e d t o p r a c t i c e . S o m e o f t h e r e a s o n s

f o r t h i s a r e t h e l i m i t e d n r c . ) f i l e ( d e p t h ) o f t h e s o i l , t h e l a c k o f c o n t a c t w i t h g r o u n d

w a t e r a n d t h e o f t e n r e l a i i v e l v l o o s e n a t u r e o f t h e s o i l . H o w e v e r , t h e l y s i m e t e r s t i l l

p r o v i d e s t h e b e s t m e t h o d o f o b t a i n i n g d a t a o n n u t r i e n t , l e a c h i n g u n d e r a g r e a t v a r i e t y

o f c o n d i t i o n s ( t y p e o f s o i l , c r o p , r o t a t i o n , f e r t i l i z a t i o n e t c . ) . T h e r e s u l t s o f q u a n t i -

t a t i v e s t u d i e s c a r r i e d o u t i n l y s i m e t e r s g e n e r a l l y r e p r e s e n t t h e u p p e r l i m i t . f a r

n i t r o g e n l e a c h i n g f r o m s o i l t h a t w o u l d h e p o s s i b l e u n d e r t h e m o s t u n f a v o u r a b l e c o n d i -

t i o n s e n c o u n t e r e d i n p r a c t i c e .

T h e r e s u l t e o b t a i n e d s o f a r f r o n l l y s i r n e t e r t r i a l s p r o v i d e a b u n d a . n t m a t e r i a l f o r

t h e s t u d y o f v e r t i c a l l e a c h i n g o f n i t r o g e n f r o m s o i l , b o t h f r o m t h e p o i n t o f v i e w

o f

c r o p p r o d u c t i o n a n d o f e n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o n . I t w o u l d h e

u s e f u l i f w e c o u l d o b -

t a i n i n t h e n e a r f u t u r e t h e e . o r r e s p o n c l i n g f i g u r e s f o r r u n o f f , e v e n t h o u g h t h e a m o u n t o f

n i t r o g e n t r a n s m i t t e d t o g r o u n d w a t e r , a s s u f f i c i e n t q u a n t i t i e s f o r e u t r o p h i c a t i o n a r e

u s u a l l y a l r e a d y p r e s e n t i n t h e f o r m e r . T h e r e f o r e i » t h i s c a s e , n i t r o g e n

,

i n c o n t r a s t

t o p h o s p h a t e , c a n n o t b e r e g a r d e . t d a s a . m i n i m u m g r c r w t b

f a c t o r a c c o r d i n g t o L i o b i g ' s

l a w .



E f f e c t o f a m o u n t o f r a i n f a l l o n n i t r o g e n l e a c h i n g

I t i s o b v i o u s t h a t c l i m a t i c c o n d i t i o n s , a n d i n p a r t i c u l a r t h e a m o u n t a n d d i s t r i b u t i o n

o f r a i n f a l l , a f f c c t t h e q u a n t i t y o f w a t e r l e a c h e d a n d t h u s i n c l i r e c t l y a l s o a f f e c t n i t r o g e n

l e a c h i n g . F i g u r e 1 s h o w s a n e x a n y l e o f t h e c l o s e c o r r e l a t i o n b e t w e e n r a i n f a l l a n d

l e a c h i n g w a t e r i n s a n d y s o i l o v e r a p e r i o d o f 1 3 y e a r s .

T h e r e l a t i o n b e t w e e n r a i n f a l l , l e a c h e d w a t e r a n d n i t r o g e n l e a c h i n g i n t h r e e y e a r s

w i t h w i d e l y d i f f e r i n g a m o u n t s o f r a i n f a l l i s s h o w n i n t a b l e 1 . T h e r e s u l t s w e r e o b -

t a i n e d f r o m l y s i m e t e r s t u d i e s i n s a n d y a n d l o a m y s o i l s .

I t i s i n t e r e s t i n g t o n o t e t h a t i n s o m e c a s e s t h e a m o u n t o f - l e a c h i n g w a t e r r i s e s p r o p o r -

t i o n a l l y h i g h e r t h a n t h e i n c r e a s e s i n r a i n f a l l . 1 9 6 4 w a s a d r y y e a r , a n d c n i l y 2 5 % o f

t h e r a i n f a l l l e a c h e d t o a d e p t h o f 1 m e t r e , w h e r e a s 1 9 6 6 , w h i c h w a s m o d e r a t e l y w e t ,

t h e l e a c h e d w a t e r a c c o u n t e d f o r a b o u t 5 0 % o f t h e r a i n . T h e f i g u r e s r e c o r d e d f o r 1 9 6 8 ,

a y e a r w i t h v e r y h i g h r a i n f a l l , w e r e 6 4 a n d 6 8 % . A s w a s t o b e e x p e c t e d , t h e n i t r o g e n

l o s s e s b y l e a c h i n g i n c r e a s e d c o r r e s p o n d i n g l y .

T a b l e 1 . R a i n f a l l , l e a c h e d w a t e r a n d n i t r o g e n l e a c h i n g

( J u n g , D r e s s e l a n d I 3 u c h n e r , 1 9 6 9 )

T h e r e w a s r e l a t i v e l y l i t t l e d i f f e r e n c e i n t h e a m o u n t s o f l e a c h e d w a t e r f r o m t h e t w o

t y p e s o f s o i l u s e d i n t h e s e e x p e r i m e n t s . S i m i l a r r e s u l t s c a n b e q u o t e d f r o m e a r l i e r

l y s i t n e t e r s t u d i e s . ( P u b l i c a t i o n o f t h e R e s e a r c h S t a t i o n , L i m b u r g e r h o f , 1 9 3 9 ) . T h e s e

a r e t o b e s e e n i n t a b l e Z .

T a b l e Z .

T y p e o f s o i l a n d a m o u n t o f l e a c h e d w a t e r ( M e a n v a . l u e s o v e r s e v e r a l y e a r s )

1 9 6 4

d r y

s a n d

l o a m

1 9 6 6

m o d . w e t

s a n d

l o a m

1 9 6 8

v . w e t

s a n d

l o a n f t

R a i n f a l l , m m

r n

e a c h e d w a t e r , 1 / 2

L e a c h e d w a t e r a s % a g e

o f r a i n f a l l

N i n l e a c h e d w a t e r , k g / h a

9 5

3 3

3 7 4

2 5

9 3

2 1

3 1 2

4 1

6 1 5

3 0 9

5 0

2 3

7 7 9

5 2 7

4 9 7

6 8

6 4

5 6

6 2

A v e r a g e a n n u a l

r a i n f a l l i n m m

T y p e o f s o i l

L e a c l y d w a t e r

1 / m / y e a r

S a n d y , a l k a l i n e

2 5 4

S a n d y , a c i d

2 3 3

6 1 7

L o a m y , a . l k a l i n e

2 4 4

L o a m y , a c i d

1 8 0



F i g . 1 :

R a i

w r I t c , r - I n d n i t r o g c > i i

m m / 1

7 0 0

6 0 0 -

5 0 0

4 0 0

3 0 0

2 0 0

1 0 0

- 0

k g h a

1

6 0

6 0

2 0

O V P

,

c ,

P ' s l i o c l o i .

y o u s

( N e u t r a l S a n d y 5 0 1 1 ,

m b u r g e r h o t )

R a i n f a l l i n i m n .

L ( _ a c h e d w a t e r

1 / m 2

N i t r o g e n l e a c h i n g

k g / h a

1 9 5 0

6 0

6 2

6 4

6 6

6 0

7 0



I t s h o u l d b e n o t e d t h a t h i g h e r r a i n f a l l d o e s n o t n e c e s s a r i l y r e s u l t i n i n c r e a s e d

n i t r o g e n l o s s e s b y l e a c h i n g . B y p r o m o t i n g g r o w t h a n d t h u s i n c r e a s i n g t h e n i t r o g e n

u p t a k e , a d d i t i o n a l i r r i g a t i o n i n a d r y s u m m e r c a n r e s u l t i n q u i t e l o w l e a c h i n g l o s s e s

i n t h e f o l l o w i n g w i n t e r a n d t h u s t o a l o w o v e r a l l l o s s ' .

E f f e c t o f t h e t y p e o f s o i l o n l e a c h i n g

I n s p i t e o f t h e f i g u r e s i n t a b l e 1 p r o v i n g t h a t a f t e r t h e s a m e N a p p l i c a t i o n r a t e s

t h e r e w e r e s o m e w h a t r e d u c e d l e a c h i n g l o s s e s f r o m l o a r n y s o i l i n t h e d r y a n d m o d e r a t e -

l y w e t y e a r s , t h e r e i s v e r y o f t e n n o d e f i n i t e r e l a t i o n s h i p b e o . v e e n t h e t y p e o f s o i l ( i n

t h e s e n s e o f t h e u s u a l c l a s s i f i c a t i o n ) a n d N l e a c h i n g . A l t h o u g h t h e t e x t u r e a n d s t r u c -

t u r e o f t h e s o i l d o m o d i f y t h e e f f e c t t o s o m e e x t e n t , m u c h m o r e i m p o r t a n t f a c t o r s a r e

t h e s o i l ' s n i t r o g e n c o n t e n t , a l m o s t 9 5 % o f w h i c h i s o r g a n i c a l l y b o u n d , a n d i t s r a t e o f

m i n e r a l i z a t i o n . S c h e f f e r a n d S c h a c h t s c h a b e . 1 ( 1 9 6 6 ) g i v e f i g u r e s o f 0 . 0 2 - 0 . 4 % n i t r o -

g e n i n m i n e r a l s o i l s , w h i c h i s t h e e q u i v a l e n t j o f 6 0 0 - 1 2 0 0 0 k g e n d o g e n o u s n i t r o g e n

p e r h e c t a r e t o p s o i l . T o t a k e a n e x a m p l e o f a n a r e a o f f a i r l y g o o d a r a b l e l a n d w i t h a n

e n d o g e n o u s n i t r o g e n c o n t e n t o f a b o u t 8 0 0 0 k g / h a a n d a n a v e r a g e m i n e r a l i z a t i o n r a t e

o f 2 % , w h i c h i s t h e u s u a l r a t e i n E u r o p e , e v e r y y e a r o n e h e c t a r e o f t h i s l a n d w o u l d

r e l e a s e 1 6 0 k g n i t r o g e n f r o m t h e r e s e r v e s i n t h e s o i l . A c c o r d i n g t o t h e a b o v e -

m e n t i o n e d d a t a , i t i s t h e o r e t i c a l l y p o s s i b l e f o r t h i s f i g u r e t o v a r y b e t w e e n 1 2 a n d 2 4 0

k g / h a N i n t h e m o s t w i d e l y d i f f e r i n g t y p e s o f s o i l . A . F i n c k ( 1 9 6 9 ) q u o t e s a n n u a l r e -

l e a s e s f r o m t h e s o i l r e s e r v e s o f 3 0 - 2 7 0 k g / h a a n d l e a c h i n g l o s s e s f r o m h u m i d s o i l s

o f 5 - 3 0 k g / h a N .

I t i s a w e l l k n o w n f a c t t h a t c l i m a t e a l s o p l a y s a n i m p o r t a n t p a r t i n t h e a m o u n t o f

n i t r o g e n a c c u m u l a t e d i n t h e s o i l a n d i t s r e l e a s e f r o m t h e s o i l ' s r e s e r v e s . ' t h i s v i a s

p r o v e d b y U . J e n n y a s l o n g a g o a s 1 9 3 0 . I l e d e n i o n s t r a t e d t h a t i n s o i l s w i t h a c o m p a -

r a b l e m o i s t u r e , t h e n i t r o g e n c o n t e n t i s l o w e r a t h i g h e r m e a n t e m p e r a t u r e s t h a t c a u s e

a n i n c r e a s e i n m i n e r a l i z a t i o n . T h e t e m p e r a t u r e s a t w h i c h t h e o b s e r v a t i o n s w e r e

m a d e

r a n g e d f r o m a m e a n o f

0 ° C i n ( ; a j a d a t o 2 1 0 C i n t h e S o u t h e r n U n i t e d S t a t e s ( v . f i g u r e

2 ) . O n e f a c t e m e r g e s c l e a r l y : t h a t t h e r e i s c l o s e c o r r e l a t i o n b e t w e e n t h e c l i m a t e a n d

t y p e o f s o i l , a n d t h e s e t w o f a c t o r s a r e o f p r i m a r y i m p o r t a n c e i n n i t r o g e n b a l a n c e

a n d

t h e e x t e n t o f n i t r o g e n l e a c h i n g .

E f f e c t o f v e g e t a t i v e c o v e r , c r o p p i n g s y s t e m a n d s e a s o n o n n i t r o g e n l e a c h i n g

P e r c o l a t i o n o f n i t r o g e n c a n b e a f f e c t e d t o a l a r g e e x t e n t b y t h e l e n g t h o f t h e p l a n t ' s

v e g e t a t i o n a . n c l b y i t s w a t e r a n d n u t r i e n t u p t a k e . T h i s o c c u r s b o t h d i r e c t l y , b y t h e u p -

t a k e , a n c l i n d i r e c t l y , t h r o u g h t r a n s p i r a t i o n . A c c o r d i n g t o R . K e l l e r i n h i s r e p o r t o n

t h e w a t e r c y c l e i n W e s t e r n G e r m a n y , t h e f i g u r e f o r p l a n t e v a p o r a t i o n o r

t r a n s p i r a t i o n

i s 3 7 0 m m . T h u s n o l e s s t h a n 4 5 3 / 4 o f t h e m e a n a n n u a l r a i n f a l l o f 8 2 5 m m

i s u t i l i z e d

b y p l a n t s . T h i s f i g u r e u s e d t o b e l o w e r b u t h a s r i s e n s t e a d i l y w i t h t h e

i n c r e a s e i n

c . r o p p r o d u c t i o n . T h e h i g h p r o p o r t i o n

o f w a t e r u s e d i n t r a n s p i r a t i o n i n t h i s c y c l e

o f f e r s a n e x p l a n a t i o n f o r t h e f o l l o w i n g :

N i t r o g e n l e a c h i n g f r o m u n c u l t i v a t e d f i e l d s ( e . g . f a l l o w )

i s g e n e r a l l y t h e h i g h e s t .

I n c u l t i v a t e d f i e l d s m o s t l e a c h i n g o c c u r s i n w i n t e r , i . e . b e t w e e n

v e g e t a t i v e p e r i o d s .

T h e w e a k e r a n d s h o r t e r , t h e r o o t s y s t e m o f a p l a n t . a n d t h e l o w e r

t h e t r a n s p i r a t i o n ,

t h e h i g h e r t h e N l e a c h i n g .



F i g . 2 :

R e i a t i o n b e t v , . / e e n N c o n t e n t o f _ s o i l . a n d m e a n a n n u . t t r q - c i p a r a t j i r e

i n s o i l s i n t h e U . S . A . i n d M e r e n t c l i m a t e s a n d I

p e s o t v e g e t a t i o n

( J e n n y , 1 9 3 0 )

0

0 . 4

o S t e p p e

( s ( m i - h u r n i c i )

S t e p p e ( h u m i d )

. 0

s k ` . . , . . .

t . i i , . 1 . . . : i n a n n u a l t e m p e s a t u r e

( C C

)

o

7

0 1

O

F o r c s t ( h u m i d ) 0 .

. . .

0

5

' . . .

- . . . . , , , .

. . . .

1

, . . 0 ,

- , .

- . . ,

o , . . . . .

. . , 0

. . . , 0 , ,

- - - - - - o

1

1 0

1 5

2 0



T w o e x a m p l e s f r o m o u r l y s i m e t e r s t u d i e s d e m o n s t r a t e t h e s e r e l a t i o n s h i p s . T h e

f i r s t ( t a b l e 3 ) s h o w s t h e d i f f e r e n c e i n N l e a c h i n g i n s u m m e r a n d w i n t e r . ' I ' h e s e c o n d

( t a b l e 4 ) g i v e s d e t a i l s o n t h e v a r y i n g N l o s s e s f r o m g r a s s l a n d , v i n e y a r d s a n d f a l l o v . ,

l a n d .

T a b l e 3 . N l e a c h i n g i n s u m m e r s a n d w i n t e r s w i t h v a r y i n g a m o u n t s o f r a i n f a l l

( C . P f a f f , 1 9 6 3 , L i m b u r g e r h o f )

T a b l e 4 .

M e a n a n n u a l N u p t a k e a n d l e a c h i n g u n d e r v a r i o u s c r o p p i n g s y s t e m s

( C . P f a f f , 1 9 6 3 , L i m b u r g e r h o f )

B y i n t e n s i f y i n g t h e u s e o f t h e l a n d , c a t c h c r o p s , p a r t i c u l a r l y i n w i n t e - r , c a n a p p r e -

c i a b l y r e d u c e N l e a c h i n g . I n a s t u d y c a r r i e d o u t i n 1 9 6 3 . P f a f f r e c o r d e d a

r e l a t i v e N

u t i l i z a t i o n o f 6 3 % w i t h a p o t a t o - c e r e a l r o t a t i o n w i t h o u t a c a t c h c r o p .

W i t h a c a t c h

c r o p t h e N u t i l i z a t i o n r o s e t o 8 8 % . I n a f u r t h e r

s e r i e s o f t e s t s o v e r a p e r i o d o f 4 y e a r s ,

N l e a c h i n g w a s r e d u c e d f r o m 6 9 t o 2 4 k g / h a b y t h e j u d i c i o u s

c u l t i v a t i o n o f c a t c h c r o p s

T h e r e s u l t s o f i n v e s t i g a t i o n s c a r r i e d o u t b y A . W i m e l

( 1 9 7 0 ) r e v e a l t h e c o n s i d e r a b l e

i n f l u e n c e e x e r t e d b y p l a n t u p t a k e a n d e v a p o t r a n s p i r a t i o n o n t h e u t i l i z a t i o n

o f n i t r o g e n

t r a n s l o c a t e d t o d e e p e r l a y e r s o f t h e s o i l .

1 0 - 2 0 % o f t h e f e r t i l i z e r n i t r o g e n t h a t

h a s b e e n l e a c h e d i n t o t h e s u b s o i l i s w i t h d r a w n a g a i n f r o m

t h i s l a y e r .

T h u s w e c a n s t a t e t h a t u n d e r t h e c o n d i t i o n s w e h a v e i n

E u r o p e , n i t r o g e n l e a c h i n g

f r o m u n c . u l t i v a . t e d l a n d i s b y f a r t h e h i e h e s t , a l t h o u g h

i t c a n a p p e a r t o b e r e l a t i v e l y

h i g h u n d e r c r o p s w h e r e t h e r o o t s y s t e m i s n o t v e r y

e x t e n s i v e , s u c h a s i n v i n e y a r d s .

I n c o n t r a s t t o t h i s , i n s o i l s u n d e r p r o f u s e l y g r o w i n g c r o p s ,

i n p a r t i c u l a r g r a s s l a n d ,

t h e r e i s o n l y m i n i m a l n i t r o g e n l e a c . h i n g i n t o t h e s u b s o i l ( P f a f f , 1 9 6 3 ) . S t u d i e s i n s o -

c a l l e d m o u l d ( i . e . t o p s o i l ) l y s i m e t e r s u n d e r t a k e n b y

K t f f i n l e i n a n d c o - w o r k e r s ( 1 9 6 6 )

r e v e a l e d t h e s u r p r i s i n g l y h i g h a f f i n i t y f o r n i t r o g e n

o f t h e v e g e t a t i v e c o v e r , e v e n f o l l o w -

i n g e x t r e m e l y h i g h n i t r o g e n a p p l i c a t i o n s . O n l y i n t h e e v e n t

o f e x t r a o r d i n a r i l y h e a v y

r a i n f a l l a t t h e b e g i n n i n g o r e n d o f t h e v e g e t a t i o n p e r i o d w a s

t h e r e a n y n i t r a t e l e a c h i n g

i n s u m m e r . T h e t r i a l s w e r e c a r r i e d o u t w i t h s i x t y p e s

o f s o i l r e g a r d e d a s t y p i c a l f o r

S c h l e s w i g - H o l s t e i n , a n d t h e c r o p r o t a t i o n e m p l o y e d w a s g r a s s , c . ) a t s ,

w i n t e r r y e a n d

b e e t s ,

R a i n f a l l

k g / h a N t o a d e p t h o f I m e t r e

W i n t e r

( O c t . - M a r . )

S u m m e r

. ( A p r . - S e p t . )

L o w

M o d e r a t e

H e a v y

1 1

1 6

4 6

1

7

1 4

G r a s s l a n d

V i n e y a r d

F a l l o w

N u p t a k e k g / h a

N l e a c h i n g k g / h a

1 9 0

1 0

8 0

8 0

-

1 6 0



L y s i r n e t e r s t u d i e s i n E n g l a n d u n d e r f a l l o i . v , c l o v e r a n d g r a s s r e v e s . l e d N l e a c h i n g

l o s s e s o f 1 1 8 , 4 6 a n d 3 k g / h a p e r y e a r r e s p e c t i v e l y , a n d t h i s w a s w i t h o u t N f e r t i l i z a -

t i o n ( L o w a n d A r m i t a g e , 1 9 7 0 ) .

' r a b l e 5 s h o w s t h e r e s u l t s o f c o m p a r a t i v e s t u d i e s o n N l e a c h i n g i n t h e e c o n o m i c a l l y

i m p o r t a n t c r o p s , p o t a t o e s , o a . t s a n d w i n t e r r y e ( P f a f f , 1 9 6 3 ) .

T a b l e 5 .

A n n u a l N u p t a k e a n d N l e a c h i n g i n t h r e e c r o p s

( P f a f f , 1 9 6 3 )

P o t a t o e s t o o k u p m o r e n i t i n _ l g e n ( b o l i s o i l a n d f e r t i l i z e r N ) t h a n c e r e a l s . T h e r e f o r e

N l e a c h i n g u n d e r p o t a t o e s w a s c o n s i d e r a b l y l e s s t h a n u n d e r r y e a n d o a . t s . I t i s r e m a r k a -

b l e t h a t r y e a n d o a t s t o o k u p l e s s t h a . n 3 g N f r c . ) m t h e s o i l r e s e r v e s b u t d o u b l e t h a t

a m o u n t . w a s l e a c h e d o n t . T h i s o c c u r r e d m a i n t y i n w i n t e r , t h i s s e a s o n

a c c o u n t i n g f o r

8 3 a n d 7 6 % o f t h e t o t a l a n n u a l l e a c h i n g i n r y e a n d o a t s r e s p e c t i v e l y .

T h e e x t e n t o f N p e r c o l a t i o n u n d e r w o o d e d a r e a s i s a n o t h e r i m p o r t a n t p o i n t i n

c o n n e c t i o n w i t h t h e e f f e c t o f t h e v e g e t z - i t i v e c o v e r o n N l e a c h i n g , p a r t i c u l a r l y

i n r e l a -

t i o n t o w a t e r c o n s e r v a t i o n . C o n t r a r y t o t l n : p o p u l a r b e l i e f t h a t o n l y n e g l i g i b l e a m o u n t s

o f N r e a d ) t h e s u b s o i l o f f o r e s t s , 1 1 8 1 1 ( 1 9 6 3 ) o b t a i n e d l e v e l s o f u p t o

5 5 0 m g / l i t r e

N O 3

i n a l y s i m e t e r s t u d y o n t h e u n c u l t i v a t e d s o i l o f a n o a k a n d b i r c h

i . v o o d . T r i a l s i n

p i n e f o r e s t s a l s o y i e l d e d m e a n v a l u e s o f 8 0 . 7

n - i g / l i t r e

N O 3 .

I t m a y b e t a k c n a s g r a n t e d t h a t t l i c v e g e t a t i v e c o v e r a f f e c t s n o t

o n l y t h e v e r t i c a l

t r a n s l o c a t i o n o f n i t r o g e n b u t a l s o i t s r i i » o f f . l i n f o r i n n a t e l y w e

h a v e a s y e t n o d e f i n i t e

d a t a o n t h i s c o m p a r a b l e t o t h e r e s u l t s o f s t u d i e s b y

K u r o n , J u n g a n d S c h r e i b e r ( 1 9 5 6 )

o n p h o s p h a t e a n d p o t a s s i u m .

T o s u m u p i . v h a t i s k n o w n a b o u t t h e e f f e c t o f t h e

v e g e t a t i v e c o v e r . w e c a n s a y t h a l

a l l m e a s u r e s t h a t p r o r n o t c - p l a n t g r o w t h u s u a l l y d e c r e a s e

n i t r o g e n l e a c h i n g s i m u l t a -

n e o u s l y . T h i s f r e q u e n t l y i n c l u d e s n o r m a l n i t r o g e n

f e r t i l i z a t i o n a n d a d d i t i o n a l i r r i g a -

t i o n ( c f . P f a f f , 1 9 6 3 a n d I N 3 n . - 1 0 1 ,

1 9 7 0 ) ,

E f f e c t o f N f e r t i l i z a t i o n o n t h e l e v e l o f N l e a c h i n g

f r o m s o i l

I t m u s t b e b o r n e i n m i n d t h a t t h e n i t r o g e n

f o u n d i n s o i l c a n b e d e r i v e d f r o m s o u r c e s

o t h e r t h a n m i n e r a l f e r t i l i z e r s - T h e s e i n c l u d e

f a r m y a r d m a n u r e , b i o l o g i c a l f i x a t i o n o f

a t m o s p h c . t r i c n i t r o g e n , a n d n i t r o g e n p r e s c t n t i n r a i n .

L e g u r n i n o s a e c a n f i x a s m u c h a s

P o t a t o e s

W i n t e r r y e O a t s

P K

2 N

p t a k e q / m 2

4 , 9

2 . 9

2 , 5

L e a c h i n g q / r n N

4 , 3

6 . 1

5 , 9

N F K

U p t a k e

q / m 2

.

8 , 2

5 , 5

5 , 5

L e a c . h i n g q / m N

4 , 7

7 , 4 6 , 0



4 0 0 k g a t m o s p h e r i c n i t r o g e n p e r h e c t a r e . U n d e r t h e c o n d i t i o n s p r e v a l e n t i n E u r o p e ,

f r e e - l i v i n g b a c t e r i a f i x r o u g h l y 1 0 k g n i t r o g e n p e r h e c t a r e a n d y e a r , a n d a b o u t t h e

s a m e a m o u n t i s o b t a i n e d f r o m r a i n f a l l . F e r t i l i z a t i o n w i t h f a r m y a r d m a n u r e g e n e r a l l y

p r o v i d e s a n a n n u a l 4 0 k g N / h a . T h e p u r p o s e o f t h i s s e c t i o n , h o w e v e r , i s t o d e a l o n l y

w i t h t h e e f f e c t o f m i n e r a l f e r t i l i z e r s o n N l e a c h i n g f r o m t o p s o i l .

T a b l e 6 s h o w s t h e i n c r e a s e i n u s e o f n i t r o g e n o u s f e r t i l i z e r s i n v a r i o u s E u r o p e a n

c o u n t r i e s f r o m 1 9 4 8 t o 1 9 7 0 .

T a b l e 6 .

C o n s u m p t i o n o f n i t r o g e n o u s f e r t i l i z e r s i n E u r o p e a n c o u n t r i e s

W h e n c o n s i d e r i n g t h e e f f e c t o f N f e r t i l i z e r s o n t h e t r a n s l o c a t i o n o f t h i s n u t r i e n t

f r o m t h e s o i l p r o f i l e , t h e f o l l o w i n g f a . c t o r s a r e i m p o r t a n t :

A p p l i c a t i o n r a t e

T i m e o f a p p l i c a t i o n

T y p e o f N u s e d

G a s e s o n s n i t r o g e n l o s s e s

5 . 1 A p p l i c a t i o n r a t e

A c c o r d i n g t o t h e e x t e n s i v e l y s i r n e t e r s t u d i e s c a r r i e d o u t b y

P f a f f ( 1 9 6 3 ) a n d V 6 m e l

( 1 9 7 0 ) , f e r t i l i z a t i o n w i t h n i t r o g e n d o e s n o t n e c e s s a r i l y c a u s e i n c r e a s e d

p e r c o l a t i o n

i n t o t h e s u b s o i l . R a t h e r i s i t t h e c a s e t h a t N

f e r t i l i z a t i o n c a n l e a d t o a d e c r e a s e i n

l e a c h i n g a s a r e s u l t o f p r o m o t i n g p l a n t g r o w t h i n

g e n e r a l , w h i c h o f c o u r s e i n c l u d e s

t h e d e v e l o p m e n t o f a m o r e e x t e n s i v e r o o t s y s t e m .

F i g u r e 3 p r e s e n t s s o m e o f t h e r e s u l t s o b t a i n e d b y

V Z . 5 r n e 1 ( 1 9 7 0 ) i n h i s t r i a l s o n

o a t s i n v a r i o u s t y p e s o f l y s i r n e t e r s

( w i t h d e p t h s o f 2 6 , 5 0 a n d 1 0 0 c m ) .

1 0 0 0 m e t r i c t o n s N

1 9 4 8 - 5 3

1 9 6 4 / 6 5

1 9 6 9 / 7 0

m e a n

k g N / h a

1 9 6 9 / 7 0

A u s t r i a

2 . 3

7 3 1 2 1

3 1 . 0

B e l g i u m

7 7

1 2 2

1 7 7

1 0 9 . 9

C z e c h o s l o v a k i a

4 8

2 2 8

4 0 0

5 6 . 3

D e n m a r k

6 5

1 6 9

2 7 0

9 0 . 3

F r a n c e

2 5 9

8 6 1 1 2 4 3

3 7 . 7

G e r m a n y , F e d . R e p . o f 3 6 5

7 8 5

1 0 8 5

7 8 . 4

G e r m a n y , E a s t e r n

1 9 4

3 9 7

4 8 7

7 7 . 7

I t a l y

1 4 5

4 0 4

5 5 0

2 7 . 2


1 4 9

2 9 4

3 8 5

1 7 4 . 2

S w i t z e r l a n d

8

2 2

3 4

1 5 . 6

T o t a l

1 3 3 3

3 3 5 5 ,

4 7 5 2



F i g .

3 :

N i t r o g e n u p t a k e a n d l e a c h i n g a s p e r c e n t a g e o f t o t a l w i t h d r a w a l

V ö m c t , 1 9 7 0

( a b s o l u t e v a l l J C S i n k g / h a s h o w n i n c o l u m n s a n d u n d e r n e a t h )

N f e r t i l i z a t i o n

I n k g / h a

S m a l l l y s i r i x . t c . r 2 6 & 5 0 : 0

5 9 1 1 7 1 7 6

r

L e a c h i n g

L a r g e l y ' s i m c . t r _ s r

1 0 0

:

4 0 0 0

W i t h d r a w a l

1 0 0 .

0 0

G O

4 0

2 0

0 -

7

L O

t O

1 7 2 0

1 0 0 c m

0 c m

G c m

0 / 0



' A l t h o u g h t w o o f t h e t h r e e N r a t e s a p p l i e d w e r e e x c e s s i v e , o n l y 6 - 7 % o f t h e f e r t i -

l i z e r N p e r c o l a t e d o u t o f t h e t o p s o i l . T h e p r o p o r t i o n o f f e r t i l i z e r N o f t h e t o t a l a m o u n t

p e r c o l a t e d i s s h o w n i n t a b l e 7 .

T a b l e 7 . N p e r c o l a t e d f r o m f e r t i l i z a t i o n a s p e r c e n t a g e o f t o t a l N p e r c o l a t e d , 1 9 6 4 - 6 5

( V i . . S m e l , 1 9 7 0 )

P f a f f ' s i n v e s t i g a t i o n s p r o v i d e u s w i t h a n o t h e r e x a m p l e :

T h e r e s u l t s l i s t e d i n t a b l e 8 a r e f r o m a 7 - y e a r l y s i r n e t e r s t u d y i n w h i c h t h e c r o p

r o t a t i o n e a r l y p o t a t o e s / g r e e n m a i z e a n d r y e / s p r i n g r a p e w e r e g r o w n s u c c e s s i v e l y

o n s a n d y a n d l o a m y s o i l . T h e f i g u r e s s h o w n a r e t h e a m o u n t s o f N t h a t r e a c h e d a

d e p t h o f 1 m e t r e .

F o l l o w i n g a n a p p l i c a t i o n o f 8 0 o r 1 6 0 k g / h a , t h e r e i s p r a c t i c a l l y n o d i f f e r e n c e i n

t h e N l e a c h i n g f r o m t h e s e p l o t s a n d t h e u n t r e a t e d c o n t r o l s . P e r c o l a t i o n l e v e l s o f 6 -

1 0 % o f t h e f e r t i l i z e r N a p p l i e d w e r e f o u n d o n l y a f t e r r a t e s o f 2 4 0 a n d 3 2 0 k g / h a h a d

b e e n u s e d .

T a b l e 8 .

N l e a c h i n g f o l l o w i n g i n c r e a s i n g N a p p l i c a t i o n r a t e s .

M e a n v a l u e s o f 7 - y e a r t r i - a l ( P f a f f ,

1 9 6 3 )

I f t h e s e r e s u l t s a r e a p p l i e d t o c o n d i t i o n s e n c o u n t e r e d

i n p r a . c t i c e , t h e l e a c h i n g

l e v e l s w i l l b e r o u g h l y h a l f t h e a m o u n t s f o u n d i n

t h e l y s i m e t e r t r i a l s , s i n c e l y s i m e t e r s

c o v e r e x t r e m e c o n d i t i o n s

( e . g . l o o s e n e d s o i l , n o c o n t a c t . w i t h g r o u n d w a t e r

e t c ) . I n

a r a b l e l a n d u s e d f o r a n o r m a l c r o p r o t a t i o n s y s t e m ,

i t c a n b e a . s s u m e d t h a t a m a x i -

m u m o f 5 ° 7 0 o f t h e N a d d e d a s

f e r t i l i z e r w i l l b e l e a c h e d o u t . T h e a m o u n t

w i l l o f c o u r s e

d e v i a t e f r o n l t h i s f i g u r e i n c r o p s w i t h a

l i m i t e d r o o t s y s t e m t h a t r e q u i r e . h i g h N

A d d e d N i n k g / h a

5 9

1 1 7

1 7 6

S o i l d e p t h 2 6 c m

6

1 0

1 6

S o i l d e p t h 5 0 c m

4

7

1 0

U n f e r t i l i z e d

3 9

2 2

2 x

4 0 =

8 0

3 7

2 1

2 x

8 0 = 1 6 0

4 4

5

3

2 4

1

2 x 1 2 0 = 2 . 4 0

5 5

1 6

3 6

1 4

6

x 1 6 0 = 3 2 0

7 2 3 3

1 0

5 3

3 1

1 0

N l e a c h i n g

N f e r t i l i z e r

k g / h a

S a n d y

k g / h a

s o i l A

I n c . o n

A s 3 / 4 a g e

k g / h a

L o a m C

I n c . o n

A s % a g e

N

c o n t r o l

o f f e r t .

c o n t r o l

o f f e r t .

N

N



a p p l i c a t i O n r a t e s , e . g . g r a p e v i n e s , f r u i t a n d c e r t a i n v e g e t a b l e s , a n d t h e d e v i a t i o n

w i l l b e g r e a t e s t i n h i g h l y p e r m e a b l e s o i l s . F e r t i l i z a t i o n c a r r i e d o u t a t t h e w r o n g t i m e

w i l l a l s o l e a d t o a n i n c r e a s e i n l e a c h i n g -

5 . 2 T i m e o f a p p l i c a t i o n

A s a g e n e r a l r u l e i t m a y b e s a i d t h a t N l e a c h i n g c a n b e r e d u c e d c o n s i d e r a b l y b y

t i m i n g f e r t i l i z a t i o n t o c o i n c i d e 1 . v i t h t h e p e r i o d w h e n t h e c r o p n e e d s N m o s t , a n d o f t e n

b y d i v i d i n g t h e r e q u i r e d a m o u n t o f N i n t o s e v e r a l r e p l i c a t i o n s . U n d e r P : u r o p e a n c o n -

d i t i o n s , N f e r t i l i z a t i o n i n a u t u m n , f o r i n s t a n c e , o n f a l l o w g r o u n d w o u l d u s u a l l y r e s u l t

i n h i g h l e a c h i n g l o s s e s . T h i s i s i l l u s t r a . t e d b y t h e r e s u l t s f r o m o n e o f o u r l y s i m e t e r

s t u d i e s ( f i g u r e 4 ) . G l i e r n e r o t h ( 1 9 5 8 ) , h o w e v e r , r e p o r t s r e l a t i v e l y l o w l e a c h i n g l o s s e s

f o l l o w i n g a n a p p l i c a t i o n o f 3 6 0 k g / h a N i n N o v e m b e r . T h e n i t r o g e n w a s i n t h e f o r r n o f

c a l c i u m a m m o n i u m n i t r a t e a n d c a l c i u m c y a n a m i d e a n d t h e s o i l w a s l o e s s . T h e e x p l a -

n a t i o n o f f e r e d f o r t h e r e s u l t s i s t h a t t h i s t y p e o f s o i l h a s a h i g h a b s o r b e n c y r a t e f o r

N I 1 4

i o n s , a n d f o l l o w i n g t h e l a t e f e r t i l i z a t i o n t h e r e w a s l i t t l e n i t r i f i c a t i o n .

M o s t o f t h e a n o m a l o u s s t a t e m e n t s o n t h e t r a n s l o c a t i o n o f N i n w i n t e r c a n b e e x -

p l a i n e d b y d i f f e r i n g c l i m a t i c c o n d i t i o n s . V a n d e r P a a u w ( 1 9 6 2 ) c o n d u c t e d e x p e r i m e n t s

i n I l o l l a n d t o d e m o n s t r a t e t h e e f f e c t o f r a i n i n w i n t e r o n N s u p p l y i n t h e s u b s e q u e n t

v e g e t a t i o n p e r i o d . I l e r e p o r t s t h a t f o l l o w i n g r a i n f a l l o f 1 0 0 - Z O O m m b e t w e e n N o v e m -

b e r a n d F e b r u a r y , r y e c r o p s y i e l d e d 3 - 3 . 5 t o n s / h a , w h e r e a s a f t e r 2 5 0 m m r a i n i n

t h e s a m e p e r i o d t h e y i e l d v a s o n l y

t o n s / h a .

G e e r i n g a n d S c - h i i t z ( 1 9 6 4 ) q u o t e l e a c h i n g l o s s e s o f a p p r o x i m a t e l y 1 0 0 k g / h a N u n d e r

f a l l o w i n w i n t e r i n t h e S w i s s c l i m a t e . T h e y a l s o r e p o r t e d t h e r e s u l t s o f t r i a l s i n w h i c h

t w o - t h i r d s o f t h e N ( N a N O 3 a n d ( N H 4 ) 2 5 0 4 1 a p p l i e d i n a u t u m n i s l e a c h e d o u t b y t h e

f o l l o w i n g s p r i n g .

R e c e n t i n v e s t i g a t i o n s c a r r i e d o u t b e D a r n K o f o e d l a n d K j e l l e r u p ( 1 9 7 0 ) o n t h r e e

s a n d y a n d t h r e e l o a m y s o i l s i n D e n m a r k r e v e a l e d t h a t t h e r e i s n o r i s k o f l e a . c h i n g

f r o m l o a r n y s o i l u n d e r b a r l e y i f N i s a p p l i e d i n s p r i n g . i n s a n d y s o i l , h o w e v e r , 3 0 -

4 0 m m r a i n o c c . u r r i n g b e t w e e n f e r t i l i z a t i o n a n d c o m p l e t e u p t a k e c a n c a u s e q u i t e h e a v y

l o s s e s .

5 . 3 T y p e o f n i t r o g e n

T r i a l s c o v e r i n g p e r i o d s o f s e v e r a l y e a r s h a v e p r o v e d t h a t t h e a v e r a g e N l e a c h i n g

r a t e s f r o m s o i l s w i t h d i f f e r e n t t y p e s o f N f e r t i l i z e r s a r e v e r y s i m i l a r . T a b l e 9 s h o w s

a n e x a m p l e o f t h e f i g u r e s o b t a i n e d a f t e r u s i n g n i t r o g e n i n v a r i o u s f o r m s .

T h e y a r e

t a k e n f r o m a t r i a l c a r r i e d o u t i n l o a m y s o i l o v e r a p e r i o d o f 1 4 y e a r s .

T a b l e 9 .

E f f e c t o f t y p e o f n i t r o g e n o n N l e a c h i n g ( k g / h a ) f r o m l o a m y s o i l o v e r 1 4 y e a r s

( L y s i m e t e r t r i a l , 8 0 k g N / h a

i m a n u r e )

W i t h o u t N

A m m o n i u m

s u l p h a t e

C a l t - i u m

c y a n a m i d e

A m m o n i u m

s u l p h a t e

n i t r a t e

C a l c i u m

a m m o n i u m

n i t r a t e

4 8

5 6

5 6

5 5

5 5



kg

1-..a

140:-

1201.

100

-I

40

1

20-

Fig.

4:

Nit:-ogen leachina followina

fertilization

in autumn and

spr

ty-simetzr trial

).

Neut7z....I loamy soil,

pH

7, 4

11962

S3

64 65

66 57 68

69 70

Year

Avera

Fertitizat

100

kc.

NUh

a-

------- s



5:

Ni

t:-ogen

laching

depz-nding

on the type cfert

7er 7-%nd

the

pHo

(

Ammonium sulphatAS

and 2.mmon

i urn nit

rat.?

AN 100 kg

Nina

/year

kg/ha

1001-

801.1

60-

40-

n

,

1001-

80[

60.

40/-

201-

Acid sandy

soil,

pH

5

Neutral sandy

soi

I

,

pH 7

Viiin

AS

A.N

Wi

th

AS

AN

11953

62

64 66

68 70

Year



Fig.

6:

NH tr-ogn leaching depend

i

ria on th2.

type

of

fertilizer

(Amrr,onium sulphate

AS

ar.d

a

m

m

oni

u m nitrate

= AN

100 ka

N

/ haly

Neutrat

loamy soil

,

p:-1

7.4

80

r

60-

40

-

201-

Ave

-With

--

1962

63

65

oo

67

68

69

70

Year



c o n c e n t r a t i o n w a s f o u n d i n t h e w a t e r o f t h e

m o s t d e n s e l y p o p u l a t e d a r e a , i n s p i t e

o f t h e f a c t t h a t a r e l a t i v e l y s m a l l p r o p o r t i o n o f t h e l a n d

w a s a r a b l e a n d a l a r g e p r o -

p o r t i o n g r a s s l a n d .

T a b l e 1 0 :

V e g e t a t i v e c o v e r , p o p u l a t i o n a n d n i t r o g e n d i s c h a r g e i n

t h e c a t c h m e n t a r e a

a r o u n d t h e W a h n b a c h R e s e r v o i r ( B e r n h a r d , S u c h ' a n d l m s ,

1 9 6 9 )

- 1

l F l e c k b a c h

W a h n b a . c 1

I n s t u d i e s c a r r i e d o u t b y S c h m i d a n d W e i g e l t ( 1 9 7 1 ) i n L a k e s W a g i n g a n d

T a c h i n g i n B a v a r i a . i t w a s p r o v e d t h a t 1 8 % o f t h e N i n f l o w o r i g i n a t e d f r o m i n d u s -

t r i a l a n d d o m e s t i c w a s t e , 7 3 % f r o m r a i n f a . 1 1 i n t h e c a t c h m e n t a r e a a n d 9 % f r o m

r a i n f a l l o v e r t h e l a k e . N e i t h e r N f e r t i l i z e r f r o m t h e a g r i c u l t u r e i n t h e a r e a n o r t h e

s o i l ' s o w n N r e s e r v e s c o n t r i b u t e d t o t h e N i n t h e l a k e s . T h e a a i t h o r s f u r n i s h w r i t t e n

p r o o f t o s u p p o r t t h e i r a s s e r t i o n t h a t N f e r t i l i z a t i o n c a n n o t p l a y a n y p a r t i n t h e e u -

t r o p h i c a t i o n o f t h e s e w a t e r s n o r i n t h e N b a l a n c e r e c o r d e d f o r v a r i o u s s i t e s a n d

c r o p p i n g s y s t e m s . I n a l l t h e c a s e s t h e y i n v e s t i g a t e d , t h e N w i t h d r a w a l w a s c . o n s i c l e r -

.

a b l y g r e a t e r t h a n t h e N a d d e d i r , t h e f o r m o f o r g a n i c a n d m i n e r a l f e r t i l i z e r s . ' I ' h e

d e f i c i t c o u l d h a v e b e C i l m a d e u p o n l y b y N f r o m t h e s o i l r e s e r v e s o r t h e a t m o s p h e r e .

S c h m i d a n d W e i g e l t c o n c l u d e t h a t - a p a r t f r o m a f e w e x c e p t i o n s - t h e s u r f a c e r u n -

o f f o f N i s n e g l i g i b l e f r o m l a n d w i t h i n t e n s i v e a g r i c u l t u r e .

I f w o u l d b e e x p e d i e n t t o o b t a i n f u r t h e r d e f i n i t e p r o o f t o s u p p o r t t h e s e o b s e r v a -

t i o n s o n r u n o f f . F o r t h i s p u r p o s e s p e c i a l r u n o f f s t u d i e s t i n d e r E u r o p e a n c o n d i t i o n s

w o u l d b e n e c e s s a r y . s i m i l a r t o t h o s e c a r r i e d o u t o n v a r i o u s s i t e s b y t h e T e n n e s s e e

V a l l e y A u t h o r i t y ( K i l r n e r . 1 9 7 1 ) . T h e a i m o f s u c h i n v e s t i g a t i o n s i s t o d e t e r m i n e

t h e n u t r i e n t c o n t e n t o f t h e r u n o f f w a t e r b e f o r e a n d a f t e r f e r t i l i z a t i o n i n w a t e r s h e d s

w i t h p r e c i s e l y d e f i n e d b o u n d a r i e s .

7 . S u m m a r y

N I c - a c h i n g f r o m t h e t o p s o i l , w h i c h o c c u r s b o t h b y v e r t i c a l p e r c o l a t i o n a n d r u n o f f ,

i s b e c o m i n g i n c r e a s i n g l y i m p o r t a n t , n o t o n l y f r o m t h e p o i n t o f v i e w o f c r o p p r o d u c t i o n

b u t a l s o i n t h e m a i n t e n a n c e o f N A . . . a t e r q u a l i t y . N r u n o f f f r o m s l o p i n g f i e l d s h a s n o t y e t

b e e n i n v e s t i g a t e d e x t e n s i v e l y , b u t l y s i m e t e r s t u d i e s h a v e p r o v i d e d u s w i t h c o m p r e h e n -

s i v e d a t a o n v e r t i c a l p e r c o l a t i o n o f t h i s n u t r i e n t .

/ 3 1 e i b a c h

E s c h b a c h

a ) V e g e t . c o v e r / c r o p p i n g s y s t e m :

A r a b l e l a n d

1 3

6 4 %

G r a s s l a n d a n d m e a d o w

3 5 % 1 8 %

F o r e s t

b )

B u i l t - u p a r e a s :

1 9 %

1 5 %

( B u i l d i n g s , f a r m y a r d s a n d

g a r d e n s )

c )

M e a n n i t r o g e n d i s c h a r g e ( N ) :

3 1 ' A

3 %

k g / h a / y e a r

1 8

1 7

m g / l i t r e w a t e r

3 . 9

2 . 5



N u m e r o u s i n v e s t i g a t i o n s t h r o u g h o u t E u r o p e h a v e d e t e r m i n e d t h e m o s t i m p o r t a r t

f a c t o r s c o n c e r n e d w i t h N l e a c h i n g f r o m t h e t o p s o i l a n d t h e i r r e l a t i o n s h i p t o w a t e r

q u a l i t y . T h e r e s u l t s m a y b e s u m m a r i z e d a s f o l l o w s :

T h e a . r n o u n t a n d d i s t r i b u t i o n o f r a i n f a l l h a v e a c o n s i d e r a b l e e f f e c t o n t r a n s l o c a t i o n

o f N f r o m t h e t o p s o i l . T o e x a c t l y 1 . v h a t e x t e n t i s d e t e r m i n e d b y t h e a m o u n t o f w a t e r

l e a c h e d , w h i c h i n t u r n d e p e n d s t o a l a r g e d e g r e e o n t h e g r o w t h o f t h e p l a n t . T h e r e f o r e

t h e v e g e t a t i v e c o v e r , a s a r e s u l t o f i t . s w a t e r u t i l i z a t i o n ( m a i n l y b y t r a n s p i r a t i o n ) a n d

i t s n u t r i e n t u p t a k e , i s o f t e n t h e m o s t i m p o r t a n t f a c t o r i n N l e a c h i n g . T h i s i s b o r n e

o u t b y t h e f a c t t h a t b y f a r t h e g r e a t e s t l e a c h i n g o c c u r s i n u n c u l t i v a t e d l a n d ( f a l l o w ) a n d

d u r i n g t h e p a r t o f t h e y e a r w h e r e l i t t l e g r o w t h o c c u r s . U n d e r c r o p s w i t h a l i m i t e d r o o t

s y s t e m a n d l o v . , t r a n s p i r a t i o n , s u c h a s v i n e s , l e a c h i n g w i l l a l s o b e h i g h e r t h a n u n d e r

a p r o f u s e f ) l a n t c o v e r ( e . g . g r a s s l a . n d ) .

T h e m a i n e f f e c t o f t h e s o i l i t s e l f d e p e n d s o n i t s o w n N r e s e r v e s a n d t h e i r m i n e r a -

l i z a t i o n r a t e . T h e a m o u n t o f n a t u r a l l y o c c u r r i n g N i n a - m i n e r a l s o i l c a n v a r y b e t w e e n

6 0 0 a n d 1 2 0 0 0 k g / h a . O f t h i s , a p p r o x i m a t e l y 1 0 - 2 5 0 k g / h a i s g i v e n o f f a n u a l l y u n d e r

E u r o p e a n c l i m a t i c c o n d i t i o n s . T h u s a s w e l l a s t h e f a c t o r s a l r e a d y m e n t i o n e d , t h e s o i l ' s

r e s e r v e s a l s o p l a y a n i m p o r t a . n t p a r t i n t h e e x t e n t o f N l e a c h i n g . T h e v a s t m a j o r i t y

o f l y s i m e t e r s t u d i e s c a r r i e d o u t i n E u r o p e p r o v e t h a t t h e a d d i t i o n o f N i n m i n e r a l f e r -

t i l i z e r s h a s c o m p a r a t i v e l y l i t t l e i n f l u e n c e o n t h e a m o u n t o f N l e a c h e d o u t . A n i m p o r -

t a n t p o i n t a b o u t N f e r t i l i z e r s i s t h a t t h e y a r e a p p l i e d w h e n n e e d e d b y t h e p l a n t , w h i c h

o f c o u r s e c a n n o t o c c u r i n n a t u r e w i t h t h e N f r o m m i n e r a l i z a t i o n o f t h e s o i l r e s e r v e s .

A c c o r d i n g t o t h e d a t a o n h a n d , l e s s t h a n 5 % o f t h e ' N a d d e d i n t h e f o r m o f m i n e r a l

f e r t i l i z e r s w i l l b e l e a c h e d o u t .

A l t h o u g h e x c e s s i v e r a t e s o f N i n l y s i m e t e r t r i a l s l e d t o i n c r e a s e d t r a n s l o c a t i o n

i n t o t h e s u b s o i l , i t w a s a l s o p r o v e d t h a t a s a r e s u l t o f i n c r e a s e d p l a n t g r o w t h , N

l e a c h i n g l o s s e s w e r e l o w e r i n a p l o t f e r t i l i z e d w i t h N t h a n i n t h e P K c o n t r o l .

S i n c e N i s l e a c h e d o u t a l m o s t e x c l u s i v e l y i n t h e f o r m o f n i t r a t e , a n d s i n c e t h e

a m m o n i u m a d d e d a s f e r t i l i z e r i s c o n v e r t e d r e l a t i v e l y q u i c k l y t o n i t r a t e , t h e r e i s

l i t t l e d i f f e r e n c e i n t h e l e a c . h i n g l o s s e s f o l l o w i n g a p p l i c a t i o n o f t h e v a r i o u s t y p e s o f

u s e d t o d a y . T h e t i m e o f a p p l i c a t i o n , h o w e v e r , c a n b e a d e t e r m i n i n g f a c t o r . G a s e o u s

l o s s e s , i n p a r t i c u l a r a s a r e s u l t o f d e n i t r i f i c a t i o n , c a n a l s o a f f e c t N

l e a c h i n g i n -

d i r e c t l y .

D i s c u s s i o n o f N l e a c h i n g l e a d s i n e v i t a b l y t o t h e q u e s t i o n o f w a t e r q i i a l i t y m a i n t e n -

a n c e a . n c l w h a t . p a r t N l e a c h e d f r o m s o i l p l a y s

i n t h e e u t r o p h i c a t i o n o f s u r f a c e w a t e r s

a n d t h e n i t r a t e c o n t e n t o f g r o u n d w a t e r .

T h e e f f e c t o f a g r i c u l t u r a l l a n d o n t h e n i t r a t e c o n t e n t o f g r o u n d w a t e r

d e p e n d s o n

t h e c r o p p i n g s y s t e m : V i n e s , f o r i n s t a n c e , d o r u - ) t h a v e a v e r y

e x t e n s i v e r o o t s y s t e m ,

a . n d t h e r e a r e h i g h l e a c h i n g l o s s e s f r o m t h e s o i l o f v i n e y a r d s .

U n d e r p e r m a n e n t

g r a s s l a n d , o n t h e o t h e r h a n d , t h e l o w E . s t , l o s s e s h a . v e ' b e e n

r e c o r d e d . I n c . r o p s w i t h a

l i m i t e d r o o t s y s t e m i t . i s t h e o r e t i c a l l y i m p o s s i b l e t o a v o i d a n

i n c r e a s e i n t h e n i t r a t e

l e v e l o f t h e g r o u n d w a t e r f o l l o w i n g h i g h N a p p l i c a t i o n r a t e s .

T h i s i s h c o . v e v e r o n l y a

t h e o r y , a n d h a s n o t y o t b e e n

f u l l y i n v e s t i g a t e d . I n r e l a t i o n t o a g r i c u l t u r e a s a w h o l e

t h e s e c a s e s a r e t o b e r e g a r d e d a s e x c e p t i o n s , a n d

t h e y c o u l d p o s s i b l y b e i m p r o v e d

b y n e w a g r i c . u l t u r a l t e c h n i q u e s .



A s f a r a s e u t r o p h i c a t i o n i s c o n c e r n e d , N l e a c h i n g a n d t h e f a c t o r s t h a t a f f e c t i t a r e

o f m i n o r i m p o r t a n c e , s i n c e n i t r o g e n , i n c o n t r a s t t o p h o s p h a t e , i s a l r e a d y p r e s e n t i n

s u r f a c e w a t e r a t a c o n c e n t r a t i o n h i g h e n o u g h t o c a u s e e u t r o p h i c a t i o n .

T o s u m u p ,

i t m a y b e s a i d t h a t h i g h r a t e s o f N a r e a p p l i e d i n i n t e n s i v e a g r i c u l t u r e ,

b u t t h e y d o n o t u s u a l l y l e a d t o a n i n c r e a s e d N c o n t e n t i n g r o u n d w a t e r a n d s u r f a c e w a t e r

T h e r e a s o n f o r t h i s i s t h a t t h e a d d i t i o n a l N p r o m o t e s p l a n t g r o w t h , w h i c h r e s u l t s i n a

g r e a t e r n u t r i e n t u p t a k e , a n d r a t i o n a l i z a t i o n o f a g r i c u l t u r a l m e t h o d s o n e c o n o m i c

g r o u n d s e n s u r e s a n a d e q u a t e u t i l i z a t i o n o f n u t r i e n t s b y a p p l y i n g r a t e s c o m m e n s u r a t e

w i t h a n d t i m e d a c c o r d i n g t o t h e c r o p ' s n e e d .



R e f e r e n c e s

B e r n h a r d t , H . , S u c h , W . u . W i M e l t - 1 1 s , A . , 1 9 6 9 : A b w a s s e r d e r L a n d w i r t s c h a f t u n d

l a n d w i r t s c h a f t l i c - h e r V c r a r b e i t u n g s b e t r i v b e M ü n c h n e r . 1 3 e i t r a g e z u r A h w a s s e r - ,

V i s c h e r e i - u n d F l u s z b i o l o g i e 1 6 , 6 1 - 1 1 8

B u c k s t e e g , W . , 1 9 6 6 : L a s t p l a n e t I b e r d e n E i n t r a g v o n P h o s p h o r - u n d S t i c k s t o f f v e r b i n g u n g -

e n a l e B e u r t e i l u n g s g r u n d l a g e f a r d i e W a h l d e r M a i z n a h m e n z u r E i » d a m m u n g

d e r G e w t i s s e r e u t r o p h i e r u n g . A b v . r a s s e r t e c h n i k 1 7 ,

I

- 5

D a r n K o f o e d , A . u . K j e l l e r n p , V . , 1 9 7 0 : l v t o v e m e n t s o f F e r t i l i z e r N i t r o g e n i n S o i l . B e r .

S t a t e n s F c , r s o g s v i r k s o m h e d i P l a n t e k u l t u r N r . 8 7 6 , 6 5 9 - 6 8 6 , K o b e n h a v n

F i n e k , A . , 1 9 6 9 : P f l a n z e n e r n l i h r u n g i n S t i c h w o r t e n . F . H i r t , K i e l

G e e r i n g , J . u . S c h i i t z , E . , 1 9 6 . 1 : U c h e r d e n N - H a u s h a l t d e s A c k e r b o d e n s L i n d d i e N - M i n g -

u n g d e s W i n t e r g e t r e i c l e s . S c h w e i z , L a n d w . F o r s c h u n g 3 , 5 0 - 5 8

G l i e t n e r o t h , G . , 1 9 5 8 : S t i c k s t o f f v e r l a g e r u n g O b e r W i n t e r i n A b W i n g i g k e i t v o n d e r W a s s e r -

f i t h r u n g c i n e s L 6 s z l e h m h o c l e n s . Z . A c k e r - u . P f l a n z e n b a u 1 0 7 , 1 2 9 - 1 4 6

K . , 1 9 6 3 : C h e r n i s c h e U n t e r s u c h u n g e n v o n 1 . y s i m e t e r - A b l ' i t i f e n a u s g e w a c h s e n e n

F l b d e n b e s t i m m t e r P f l a n z e n g e s e l l s c h a f t e n . V o r n W a s s c r . J a h r b u c h f ü r W a s s e r -

c h e m i e u . W a s s e r r e i n i g u n g s t e c h n i k 3 0 , 6 5 - 8 0

J a n s s o n , S . L .

1 9 6 3 : V a l a n c e s h e e t a n d r e s i d u a l e f f e c t s o f f e r t i l i z e r n i t r o g e n

i n a 6 - y e a r

s t u d y v . , i t h

N . S o i l S c i , 9 5 , 3 1 - 3 7

J e n n y , I I . ,

1 9 3 0 : M i s s o u r i A g r i . . E x p . S t a . R e s . B u l . , 1 5 2 / C i t . v a n S c h e f f e r u .

S c h a c h t s e h a b e l , 1 9 6 6

J u n g . J . u n d D r e s s e l T . ,

1 9 7 0 : U e b e r c l i c N A h r s t o f f a . u s w a s c h u n g n a c h Z u f u h r v o n H a r n -

s t o f f u n d A r n m o n s u l ( a i z u e i n e m R o h h u m u s b o d e n i m M o d e l l v e r s u c h .

F o r s t w i s s e n s c h a f t l . C e n t r a l b l a t t 8 9 ,

1 7 1

-

1 8 0

J u n g , J . , D r e s s e l .

J . u .

B u c h n e r . A . . 1 ' 1 6 9 : D a s V e r h a t e n d c r N N h r s t o f f e i m R o d e n i n

c l e m e x t r e r n n a s z e n J a h r 1 9 6 8 . M i t t e i l u n g e n f i i r d e n L a n d b a u , M ä r z , 1 9 6 9 .

B A S F - L u d w i g s h a f e n I R h )

K e l l e r , l . ,

1 9 7 1 : W a s s e r b i l a n z d e r B u n d e s r e p u b l i k D e u t s c h l a n d U m s c h a u 7 1 , 7 3 - 7 8

K i l m e r . V . , 1 9 7 1 : F e r t i l i z e r u s e a n d w a t e r q u a l i t y s i t u a t i o n i n t h e U S A . V o r t r a g ,

J . i r o b u r g e r h o f , 1 2 . S e p t e m b e r .

K t i h n l e i n , J . , O c h r i n g , M . u m S p i e l h a u s , G . , 1 ' 1 6 6 : N A h r s t o f f a u s w a s c h u n g a i l s d e r

A c k e r k r u r n e v o n s e c h s s c h l e s w i g h o l s t e i n i s c h e n f i t i c l e n i n d e m U n t e r b o d e n .

Z . A c k e r - u n d P f l a n z e n b a u 1 2 4 , 2 1 2 - 2 3 4

K t i r o n , H . , J u n g .

T . .

u . S c h r e i b e r . I I . , 1 9 5 6 : M e s s u n g v o n

O b e r W i c h e n a b f l u s z u n d

B o d e n a h t r a g a u f v e r s e l t i e d e n e n B ö d e n D e t i t s c h l a n c l s . S c h r i f t e n r e i h e

d .

K u r a t o r i u m s

K u l t u r b a u w e s e n , l i e n 5



L o w , A . J . u . A r n - L i t a g e , E . R . , 1 9 7 0 : T h e c o m p o s i t i o n o f t h e l e a c h a t e t h r o u g h

c r o p p e d

a n d = c r o p p e d s o i l s i n l y s i m e t e r s c . o m p a r e d w i t h t h a t o f t h e r a i n .

P l a n t a . n d S o i l 3 3 , 3 9 3 - 4 1 1

M e e k , D . D . , G r a s s , L . 1 3 . ,

W i l l a r d s o n , 1 - . S . u . M c K e n j i e , A . J . , 1 9 7 0 : N i t r a t e t r a n s -

f o r m a t i o n i n a c o l u m n w i t h a c o n t r o l l e d w a t e r t a b l e .

P r o c . S o i l

S c i . S o c . A m .

3 4 , 2 3 5 - 2 3 9

M e n g e l , K . , 1 9 6 8 : E r r t

h r u n g

u n d S t o f f w e c h s e l d e r P f l a . n z e . G . - F i s c h e r , S t u t t g a r t

O v e n s , L . D . ,

1 9 6 0 : N i t r o g e n m o v e m e n t a n d t r a n s f o r m a t i o n s

s o i l s a s e v a l u a t e d b y a

l y s i m e t e r S t u d y u t i l i z i n g i s o t o p i c n i t r o g e n . P r o c . S o i l S c i . S o c . A m . 2 4 ,

3 7 2 - 3 7 6

P a a u w v a n d e r , F . , 1 9 6 2 : E f f e c t o f w i n t e r r a i n f a l l o n t h e a m o u n t o f n i t r o g e n a v a i l a b l e t o

c r o p s . P l a n t a n c l S o i l X V I , 3 6 1

P f a f f , C . ,

1 9 6 0 : N t i h r s t o f f a u s w a s c h u n g a u s d e m D o d e n b e i A n b a u v o n R e h e n . W i e i n b e r g

u n d K e l l e r 7 , 2 2 5 - 2 2 9

P f a f f , C . ,

1 9 6 3 : D a s V e r h a l t e n d e s S t i c k s t o f f s i r n R o d e n n a c h l a n g j t i h r i g e n L y s i m e t e r -

v e r s u c h e n . Z . A c k e r - u n d P f l a n z e n b a u 1 1 7 , 7 7 - 9 9

P l e i s c h , P . , 1 9 7 0 : D i e H e r k u n f t e u t r o p h i e r e n d e r S t o f f e b e i m P f t i f f i k e r - u n c l G r e i f e n s e e

V i e r t e l j a h r e s s c h r i f t d e r n a t u r f o r s c h e n d e n G e s e l l s c h a f t i n Z t i r i c h 1 5 , 1 2 9 - 2 2 9

S c h e f f e r , F . u . S c h a . c h t s c h a b e l , P . ,

1 9 6 6 : L e h r b u c h ' c l e r B o d e n k u n d e F . E n k e , S t u t t g a r t

.

S c h m i d , G . u . W e i g e l t , H . ,

1 9 7 1 : G r u n d s a t z f r a g e n z u r E u t r o p h i e r u n g d e r S e e n i n O b e r -

B a y e r n . M i t t l g .

I : W a g i n g e r - u n d T a c h i n g e r s e e . Z

K u l t u r t e c h n i k u . F l u r -

B e r e i n i g u n g 1 2 , 8 6 - 1 0 4

S c h w i l l e , F . ,

1 9 6 9 : H o h e . N i t r a t g e h a l t e i n d e n B r u n n e n w N . s s e r n d c r M o s e l t a l a u e z w i s c h e n

T r i e r u n d K o b l e n z . G a s - - u n d W a s s e r f a c . h 1 1 0 , 3 5 - 4 4

S t u r m , G . u . B i b o , F . J . . 1 9 6 5 : N i t r a . t g e h a l t e i m T r i n k v , , a s s e r u n t e r b e s o n d e r e r

/ 3 e r t i c k -

S i c h t i g u n g d e r V e r h a l t n i s s e i m R h e i n g a u k r e i s . G a s - u n d W a . s s e r f a c h 1 0 6 ,

3 3 2 - 3 3 4

V 6 r n e l , A . ,

1 9 7 0 : N A h r s t o f f e i n v . - a s c h u n g i n d e n U n t e r b o d e n u n d D i i n g e r s t i c k s t o f f u m s a t z ,

d a r g e s t e l l t i n K l e i n l y s i r n e t e r v e r s u c h e n . Z . A c k e r - u n d P f l a n z e n b a u 1 3 2 .

2 0 1 - 2 2 6



T H E R E L A T I O N S H I P O F S O I L A N D F E R T I L I Z E R P H O S P H O R U S

T O W A T E R Q U A L I T Y

V . ' t o r J . K i l m e r

T e n n e s s e e V a l l e y A u t h o r i t y

N i u s c l e S h o a l s , A l a b a m a

T h e s t i m u l a t i o n o f a l g a e a n d o t h e r a q u a t i c p l a n t g r o w t h b y n u t r i e n t s p r e s e n t i n n a t u r a l

w a t e r s h a s b e e n a d u r a b l e p r o b l e m . A s s u m i n g t h a t a l l o t h e r g r o w t h f a c t o r s a r e a d e q u a t e ,

p h o s p h o r u s c a n b e t h e p r i n c i p a l n u t r i e n t c o n t r o l l i n g w a t e r f e r t i l i t y . M a c k e n t h u m ( 1 9 6 5 ) h a s

s t a t e d t h a t p h o s p h o r u s c . o n c e n t r a t i o n s i n s u r f a c e w a t e r s a s l o w a s 0 . 0 1 5 p a r t s p e r m i l l i o n

a r e s u f f i c i e n t t o s u p p o r t a " n u i s a n c e g r o w t h " o f a l g a e i f o t h e r c o n d i t i o n s a r e f a v o r a b l e .

O t h e r s h a . v e r e p o r t e d t h a t c o n c e n t r a t i o n s o f 0 . 0 5 p a r t s p e r m i l l i o n o r h i g h e r p e r m i t l u s h

a l g a l g r o l . v t h ( S a w y e r , 1 9 5 2 ; S y l v e s t e r , 1 9 6 1 ) . W h i l e i t i s e v i d e n t t h a t e x c e e d i n g l y l o w c o n -

c e n t r a t i o n s o f p h o s p h o r u s a n d o t h e r e l e m e n t s c a n s u p p o r t a s i z e a b l e p l a n t p o p u l a t i o n i n a n

a q u a t i c e n v i r o n m e n t , e f f o r t s t o d e v e l o p a s i m p l e a , n d r e l i a b l e t e c h n i q u e f o r e v a l u a t i n g

n u t r i e n t s u p p l i e s t o a . q u a t i c p l a n t s h a v e n o t b e e n s u c c e s s f u l t o d a t e ( G e r l o f f , 1 9 6 9 ) . A d e q u a t e

s a m p l i n g i s o n e p r o b l e m . T h e a g r o n o m i s t i s r e a s o n a b l y c e r t a i n t h a t a p l a n t g r o w i n g i n s o i l

a b s o r b e d m o s t o f i t s n u t r i e n t s f r o m t h e v o l u m e o f s o i l s u r r o u n d i n g i t s r o o t s . W h e n d e a l i n g

w i t h u n r o o t e d a q u a t i c p l a n t s p e c i e s t h e a q u a t i c b o t a n i s t , h o w e v e r , c a n n o t b e c e r t a i n t h a t

t h e p l a n t h a s n o t m o v e d f r o m i t s o r i g i n a l s i t e o f g r o w t h . T h e p i c t u r e i s f u r t h e r c o m p l i c a t e d

b y e x c h a n g e r e a c t i o n s b e t w e e n n u t r i e n t s i n s e d i m e n t a n d t h e o v e r l y i n g w a t e r , a s w e l l a s a

h o s t o f o t h e r f a c t o r s .

I t i s n o t t h e p u r p o s e o f t h i s p a p e r t o s e t f o r t h t h e a r g u m e n t s a s t o w h e t h e r o r n o t p h o s -

p h o r u s i s a l i m i t i n g f a c t o r i n o u t r o p h i c a t i o n a s o p p o s e d t o c a r b o n d i o x i d e , n i t r o g e n , o r

a n y o f t h e m i c r o n u t r i e n t s , f o r e x a m p l e .

I t i s w e l l k n o w n t h a t l i f e c a n n o t e x i s t i n t h e a b s e n c e

o f p h o s p h o r u s . I t f o l l o w s t h a t p h o s p h o r u s m u s t b e p r e s e n t f o r t h e

g r o w t h o f a l l f l o r a a n d

f a u n a , b o t h t e r r e s t r i a l a n d a q u a t i c .

T h e c o n c e n t r a t i o n s o f p h o s p h o r u s r e q u i r e d f o r a c c e l e -

r a t e d e u t r o p h i c . a t i o n o f s u r f a c e w a t e r s , p l u s a d e s c r i p t i o n o f c o n d i t i o n s

t h a t p e r m i t p h o s -

p h o r u s t o b e a l i m i t i n g f a c t o r i n a q u a t i c p l a n t n u t r i t i o n , m u s t b e

r e s o l v e d b y a q u a t i c b o t a -

n i s t s a n d o t h e r s . T h i s p a p e r i s c o n c e r n e d o n l y w i t h t h e e x t e n t

o f c . o n t r i b u t i o n s t o t h e a q u a -

t i c e n v i r o n m e n t b y s o i l p h o s p h o r u s , i n c l u d i n g p h o s p h o r u s a d d e d t o

t h e s o i l b y f e r t i l i z a t i o n

p r a c t i c e s .



G e o l o g i c a l C o n s i d e r a t i o n s

T h e c l a s s i c w o r k o f M c H a r g u e a n d P e t e r ( 1 9 2 1 ) i n K e n t u c k y , q u o t e d b y T h o m a s

( 1 9 7 0 ) , s h o w s t h a t t h e p h o s p h o r u s i n w a t e r s i s d i r e c t l y r e l a t e d t o - t h e p h o s p h o r u s c o n -

t e n t o f t h e s o i l s a n d t h e r o c k s f r o m w h i c h t h e s o i l s w e r e f o r m e d . T h e d a t a i n T a b l e I

i l l u s t r a t e t h i s p o i n t v e r y w e l l .

T a b l e 1 .

C o n c e n t r a t i o n o f p h o s p h o r u s i n s e v e r a l s t r e a m s a n d p a r e n t r o c k

t h r o u g h w h i c h t h e y r u n ( M c i l a r g u e a n d P e t e r , 1 9 2 1 ) .

I . M O V E M E N T O F S O I L . P H O S P H O R U S

F r o m T h o m a s ( 1 9 7 0 )

C o n s i d e r a b l e p h o s p h o r u s i s l o s t d u r i n g s o i l f o r m a t i o n ; s u c h l o s s e s c a n a p p r o a c h

8 0 - 9 0 % i n U l t i s o l s ( S i m o n s o n , 1 9 7 0 ) . S y e r s e t a l . ( 1 9 6 9 ) e s t i m a t e d t h a t t h e l o s s d u r i n g

f o r m a t i o n o f s o i l s f r o m s a n d d u n e s i n N e w Z e a l a n d w a s a r o u n d 1 9 0 0

k g / h a o v e r a p e r i o d

o f 1 0 0 0 0 y e a r s . T h e r a t e o f l o s s w a s a l m o s t a s t r a i g h t l i n e f u n c t i o n b e t w e e n

5 0 0 a n d

1 0 0 0 0 y e a r s . T h i s w o u l d a m o u n t t o p h o s p h o r u s l o s e s o f 0 . 0 2

k g / h a a n n u a l l y .

A s p o i n t e d o u t b y S i m o n s o n ( 1 9 7 0 ) , l o s s e s o f n u t r i e n t e l e m e n t s h a s c o n t i n u e d

d u r i n g

t h e f o r m a t i o n o f s o i l s o v e r c o u n t l e s s m i l l i o n s o f y e a r s . T h e s e l o s s e s

f r o m g e o l o g i c

f o r n - i a t i o n s a n d s o i l s , b r o u g h t a b o u t b y p e r c o l a t i n g w a t e r , o c c u r r e d

b o t h b e f o r e a n d a f -

t e r t h e a p p e a r a n c e o f m a n o n e a r t h . T h e y a r e p a r t o f a n o r m a l ,

c o n t i n u o u s c y c l e , t h e

n u t r i e n t s d i s a p p e a r i n g i n s o m e p l a c e s o n l y t o r e a p p e a r i n o t h e r s .

T h i s c y c l i n g o f

n u t r i e n t s w i l l c o n t i n u e a s l o n g a s t h e e a r t h e x i s t s .

D i s t r i b u t i o n i n S o i l s

W a t e r - s o l u b l e p h o s p h o r u s a p p l i e d t o f i n e - t e x t u r e d m i n e r a l

s o i l s i s r a p i d l y c o n v e r -

t e d t o s o l i d f o r m s t h a t a r e o n l y s p a r i n g l y s o l u b l e i n w a t e r .

P l a n t s : a p p a r e n t l y d o n o t

S t r e a m

D r a i n i n g

p p m P

N o r t h E l k h o r n C r e e k

H i g h p h o s p h a t e l i m e s t o n e

0 . 2 2

G r e e n R i v e r

L o w p h o s p h a t e l i m e s t o n e

0 . 0 7

K e n t u c k y R i v e r ( u p p e r ) S a n d s t o n e a n d s h a l e

t r .

K e n t u c k y R i v e r ( l o w e r )

H i g h p h o s p h a t e l i m e s t o n e

0 . 0 9

S o u t h F o r k , L i c k i n g R i v e r

H i g h p h o s p h a t e l i m e s t o n e 0 . 2 1

L i c k i n g R i v e r a t m o u t h

C a l c a r e o u s s h a l e

0 . 1 0

M i s s i s s i p p i R i v e r , B a t o n R o u g e

M i x e d

0 . 0 7

O h i o R i v e r , P i t t s b u r g h

M i x e d

0 . 0 9

O h i o R i v e r , P a d u c a h

M i x e d

0 . 0 7



a b s o r b p h o s p h o r u s d i r e c t l y f r o m t h e s e s o l i d s , b u t a r e s e e m i n g l y d e p e n d e n t f o r t h e i r

p h o s p h o r u s n u t r i t i o n o n t w o f o r m s o f i n o r g a n i c o r t h o p h o s p h a t e i o n s i n s o l u t i o n , 1 1 2 P O 4

a n d I - 1

P O 4

( B l a c k , 1 9 7 1 ) . P h o s p h o r u s a b s o r b e d i n t h i s m a n n e r l y p l a n t r o o t s a m o u n t s

t o 1 5 t o 2 0 k g p e r h e c t a r e a n n u a l l y . P e r h a p s h a l f o f t h i s p l a n t p h o s p h o r u s o c c u r s a s i n -

o r g a n i c o r t h o p h o s p h a t e a n d a l m o s t a l l t h e r e m a . i n d e r a s v a r i o u s o r g a n i c f o r m s . P l a n t

r e s i d u e s t h u s r e t u r n b o t h i n o r g a n i c a n d o r g a n i c p h o s p h o r u s t o t h e s o i l . S o m e u p w a r d

t r a n s p o r t o f s o i l p h o s p h o r u s i s t h e r e b y a c c o m p l i s h e d b y p l a n t s r e s u l t i n g i n a n a c c u m u -

l a t i o n o f p h o s p h o r u s i n t h e u p p e r p a r t o f t h e s o i l p r o f i l e . T h i s r e d i s t r i b u t i o n i s e v i d e n t

i n b o t h c u l t i v a t e d a n d u n c u l t i v a t e d m o d e r a t e l y w e a t h e r e d s o i l s . A n e x a m p l e o f t h e v e r -

t i c a l

d i s t r i b u t i o n o f p h o s p h o r u s i n a s o i l d e v e l o p e d o n l o e s s u n d e r g r a s s l a n d v e g e t a t i o n

i n I o w a i s s h o w n i n F i g u r e 1 .

T h i s a c c u m u l a t i o n o f p h o s p h o r u s i n t h e u p p e r p o r l i o n o f t h e s o i l p r o f i l e a s s u m e s

c o n s i d e r a b l e i m p o r t a n c e w h e n l o s s e s o f t h i s e l e m e n t b y e r o s i o n o c c u r . T h e m o v e m e n t

o f p h o s p h o r u s w i t h s e d i m e n t i s c o n s i d e r e d i n a s u b s e q u e n t s e c t i o n o f t h i s p a p e r .

C . M o v e m e n t o f P h o s p h o r u s i n S o l u t i o n

F i n e - T e x t u r e d M i n e r a l S o i l s

T h e s o i l s o l u t i o n o f w e l l - d r a i n e d h e a v i e r t e x t u r e d s o i l s c o n t a i n s

f r o m 4 p p b

p h o s p h o r u s f o r i n f e r t i l e s o i l s t o o v e r 2 0 0 p p b f o r f e r t i l e s o i l s ( V i e t s ,

1 9 7 1 ) . R u s s e l

( 1 9 6 1 ) s t a t e s t h a t w h e t h e r t h e s o i l i s u n f e r t i l i z e d o r h e a v i l y f e r t i l i z e d , t h e c o n c e n -

t r a t i o n o f p h o s p h o r u s i n t h e s o i l s o l u t i o n i s n o r m a l l y w i t h i n o n e

o r d e r o f m a g n i t u d e

o f 0 . 1 p p m . K u r t z ( 1 9 7 0 ) c o n c l u d e d t h a t s o l u t i o n s i n e q u i l i b r i u m

w i t h u n f e r t i l i z e d

s o i l s m a y c o n t a i n e n o u g h n u t r i e n t s t o s u p p o r t t h e g r o w t h o f a l g a e .

T h i s s e e m s t o b e

b o r n e o u t b y e a r l y e x p l o r e r s i n t h e h u m i d r e g i o n s o f t h e U n i t e d

S t a t e s N . v h c r e n a m e s

s u c h a s G r e e n B a y . G r e e n L a k e , G r e e n R i v e r , e t c . , a r e c o m m o n .

I t m u s t b e r e -

m e m b e r e d t h a t t h e s e n a m e s w e r e g i v e n t o b o d i e s o f w a t e r

b e f o r e s e t t l e m e n t t o o k

p l a c e .

T h e d o w n w a r d m o v e m e n t o f p h o s p h o r u s i n m o s t

w e l l - d r a i n e d s o i l s i s v e r y s l i g h t

r e l a t i v e t o t h e t o t a l a m o u n t o f p h o s p h o r u s p r e s e n t

i n s o i l s . M a n y e a r l y w o r k e r s

s i m p l y r e p o r t e d a " t r a c e " o f p h o s p h o r u s r e m o v e d i n

d r a i n a g e w a t e r s b e c a u s e t h e i r

a n a l y t i c a l m e t h o d s w e r e i n s u f f i c i e n t l y s e n s i t i v e t o d e t e c t t h e

s m a l l a m o u n t s p r e s e n t

( C o o k e a n d W i l l i a m s , 1 9 7 1 ) . ' r h o m a s ( 1 9 7 0 ) h a s c a l c u l a t e d

t h a t g i v e n a s o i l s o l u t i o n

c o n c e n t r a t i o n o f 0 . 2 p p r n p h o s p h o r u s a n d a t o t a l a n n u a l

p e r c o l a t i o n o f 5 1 c m o f w a t e r ,

t h e p h o s p h o r u s l o s s w o u l d h e a b o u t

I

k g o f p h o s p h o r u s p e r h e c t a r e , a s s u m i n g c o m -

p l e t e e q u i l i b r i u m b e t w e e n s o i l a n d p e r c o l a t i n g w a t e r .

T h a t c o m p l e t e e q u i l i b r i u m

w o u l d o c c u r i s d o u b t f u l a n d a t o t a l a n n u a l p e r c o l a t i o n

o f 5 1 c m o f w a t e r N . v o u l d b e

h i g h o n w e l l - d r a i n e d u p l a n d s o i l s i n t e m p e r a t e

r e g i o n s . N e v e r t h e l e s s , s u c h c a l c u -

l a t i o n s a r e v e r y u s e f u l . G e n e r a l l y , a n n u a l l e a c h i n g

l o s s e s o f p h o s p h o r u s o n w e l l -

d r a i n e d s o i l s a r e l e s s t h a n a k g p e r h e c t a r e .

S a n d y S o i l s

T h e f o r m a t i o n o f s p a r i n g l y s o l u b l e p h o s p h o r u s

c : o m p o u n d s

i n

s o i l s d e p e n d s p r i n -

c . i p a l l y t p o n t h e p r e s e n c e o f i r o n , a l u m i n u m ,

c a l c i u m , a n d m a g n e s i u m . L o w c o n c e n -

t r a t i o n s o f t h e s e e l e m e n t s , s u c h a s a r c f o u n d i n

s a n d y s o i l s , c a n r e s u l t i n a n i n -

c r e a s e d d o w n w a r d m o v e m e n t o f p h o s p h o r u s .

T h e c l a y c o n t e n t o f s a n d y s o i l s i s a l s o

. a n i m p o r t a n t f a c t o r i n

p h o s p h a t e r e t e n t i o n .



_ l

3

o

2 0

o 4 0

_

6 0

z

1 0 0

1 2 0 0

r

\

\ \

R G A N I C

,

R E S I D U A L

I N O R G A N I C

\

D I L U T E -

A C I D -

/ 7 4

S O L U B L E

I N O R G A N I C

1

0 . 0 2

0 . 0 4

0 . 0 6

0 . 0 8

P H O S P H O R U S C O N T E N T O F S O I L , 0 / 0

i

- I

- 1

- ^

F I G . 1

- V E R T I C A L D I S T R I B U T I O N O F

P H O S P H O R U S

I N A N I O W A S O I L . ( B L A C K 1 9 7 1 )



C o o k e a n d W i l l i a m s ( 1 9 7 0 ) f o u n d o n l y o n e i n s t a n c e o f p h o s p h a t e l o s t b y l e a c h i n g

i n E n g l a n d a n d t h a t v . , a s i n a s a n d y h e a t h l a n d s o i l c o n t a i n i n g o n l y 1 - 2 % c l a y . T h e y

t h i n k i t " i m p r o b a b l e t h a t p h o s p h a t e a d d e d a s f e r t i l i z e r w i l l a p p e a r i n d r a i n a g e w a t e r

f r o r n m i n e r a l s o i l s c o n t a i n i n g 5 % o r m o r e c l a y t h a t a r e u s e d f o r a g r i c u l t u r e " . T h i s

t h e s i s i s s u p p o r t e d b y t h e w o r k o f S p e n c e r ( 1 9 5 7 ) w h o s t u d i e d t h e d i s t r i b u t i o n a n d

a v a i l a b i l i t y o f p h o s p h a t e s a d d e d t o L a k e l a n d f i n e s a . n d o n e x p e r i m e n t a l c i t r u s p l o t s

i n F l o r i d a . S p e n c . e r d e s c r i b e s t h i s s o i l s a s h a v i n g a n A - C p r o f i l e w i t h a p p r o x i m a t e -

l y 9 9 % s i l i c e o u s s a n d a n d s i l t a n d 1 % o r g a n i c m a t t e r . S p e n c e r f o u n d t h a t a h i g h p e r -

c e n t a g e o f p h o s p h o r u s a d d e d a s s u p e r p h o s p h a t e h a d m o v e d o u t o f t h e s u r f a c e 1 5 c m

o f s o i l , w i t h g r e a t e s t a c c u m u l a t i o n o c c u r r i n g w i t h i n a 3 0 - t o 9 2 - c m s u b s o i l z o n e .

H o w e v e r , p h o s p h o r u s h a d l e a c h e d t o a d e p t h o f 2 1 0 c m i n s o m e c a s e s .

T h e r e s e e m s t o b e l i t t l e q u e s t i o n t h a t t h e d o w n w a r d m o v e m e n t o f p h o s p h o r u s i n

s a n d s m a y c o n s t i t u t e a p o l l u t i o n h a z a r d i n l o c a l i z e d a r e a s . T h i s h a z a r d i s e s t i m a t e d

t o b e a b o u t e i g h t t i m e s g r e a t e r f o r a s a n d y s o i l t h a n f o r a c l a . y , a s s u m i n g t h e s a m e

s u p p l y o f a v a i l a b l e p h o s p h o r u s ( O l s e n a n d W a t a n a b e , 1 9 7 0 ) .

3 . O r g a n i c S o i l s

O r g a n i c c o l l o i d s a l s o h a v e v e r y l o w c a p a c i t i e s t o a b s o r b p h o s p h o r u s . A s p o i n t e d

o u t b y W i l d ( 1 9 5 0 ) t h e a b s o r p t i o n o f p h o s p h o r u s b y o r g a n i c m a t t e r i s v i r t u a l l y n i l .

T h e a b s o r p t i o n t h a t d o e s o c c u r i s d u e t o t h e c a t i o n s a s s o c i a t e d w i t h o r g a n i c m a t t e r .

R e c e n t w o r k b y F o x a n d K a m p r a t h ( 1 9 7 1 ) i l l u s t r a t e s t h i s b e h a v i o r v e r y n i c e l y . T h e

s o i l s s t u d i e d b y t h e s e w o r k e r s c o n s i s t e d o f t h e A p h o r i z o n c o l l e c t e d f r o m a S t . J o h n s

s o i l , a v e r y p o o r l y d r a i n e d s o i l c o n s i s t i n g o f 9 0 % q u a r t z s a n d a n d 1 0 % o r g a n i c m a t t e r ,

a n d t h e s u r f a c e a n d s u b s u r f a c e o f a m u c k s o i l d e v o i d o f i n o r g a n i c c o l l o i d s . S o l u b l e

p h o s p h a t e f e r t i l i z e r ( m o n o c a l c i u m p h o s p h a t e ) w a s r e a d i l y l e a c h e d f r o m t h e s e s o i l s .

T h e a d d i t i o n o f a l u m i n u m c h l o r i d e ( A 1 C 1 3 ) w h i c h r e s u l t e d i n l a r g e a m o u n t s o f e x -

c h a n g e a b l e a l u m i n u m c a u s e d t h e a l m o s t q u a n t i t a t i v e r e t e n t i o n o f a d d e d p h o s p h o r u s

( T a b l e 2 ) .

T a b l e 2 .

L e a c h i n g o f f e r t i l i z e r P f r o m a S i . . J o h n s s o i l s a s r e l a t e d t o c . h e m i c a l

t r e a t m e n t a n d c h e m i c a l p r o p e r t i e s ( 1 0 m g o f P a s C a ( H 2 P 4 ) 2 a d d e d p e r

c o l u m n ) .

S o i l p l l a n d e x c h a n g e a b l e c a t i o n s w e r e m e a s u r e d p r i o r t o

p h o s p h a t e a . c i d i t i o n s

a n d l e a c h i n g .

( F o x a n d K a m p r a t h , 1 9 7 1 )

T r e a t m e n t

p H x

E x c h a n g e a b l e x

F e r t i l i z e r

P

l e a c h e d

P

a d s o r b e d

A l

-

m e q / 1 0 0 g -

- - -

m g / c o l u m n - - -

O r i g i n a l s o i l

3 . . 1

1 . 9 2

1 . 6 3

4 . 6

-

O r i g i n a l s o i l - 4 P

+

1 s o i l

P

A l s o i l + P

C a s o i l 4 P

2 . 5

3 . 9

4 . 0

4 . 9 5

0 . 3 5

0 . 8 0

4 . 6 5

0 . 4 0

0 . 4 0

1 4 . 5

0 . 1

1 6 . 0

0

4 . 7

9 . 9

1 5 . 8

0

L i m e d s o i l + p 4 . 1

0 . 5 5

0 . 6 0

1 3 . 2

1 . 4



T h i s b e h a v i o r o f f e r t i l i z e r p h o s p h o r u s i n o r g a n i c s o i l s h a s r e s u l t e d i n p r o p o s e d

r e s t r i c t i o n s r e l a t i n g t o t h e a p p l i c a t i o n o f p h o s p h a t e s t o I l l i n o i s s o i l s , c o n t a i n i n g m o r e

t h a n Z O % o r g a n i c m a t t e r ( A l d r i c h ) , 1 9 7 1 ) .

F l o o d e d S o i l s

I n g e n e r a l , t h e i n c i d e n c e o f p a d d y r i c e r e s p o n s e t o p h o s p h a t e f e r t i l i z e r i s l o w .

W h e n s b i l s a r e f l o o d e d , t h e c h e m i s t r y o f p h o s p h o r u s c h a n g e s , f e r r i c p h o s p h a t e s

b e i n g t h e p r i n c i p a l c o m p o u n d s i n v o l v e d . . F e r r o u s p h o s p h a t e , a m o r e s o l u b l e c o m -

p o u n d t h a n f e r r i c p h o s p h a t e , i s f o r m e d t h r o u g h t h e b i o l o g i c a l r e d u c t i o n o f i r o n a s

t h e o x y g e n c o n t e n t o f s o i l i s d e c r e a s e d b y f l o o d i n g . A c o n c u r r e n t r i s e i n p H o c c u r s .

I n a d d i t i o n , " f r e e " i r o n o x i d e c o a t i n g s m a y b e r e d u c e d a n d s o l u b i l i z e d , r e s u l t i n g i n

t h e r e l e a s e o f o c c l u d e d p h o s p h a t e s ( P a t r i c k a n d I . C . M a h a p t r a , 1 9 6 8 ) . A n e x a m p l e

o f t h e e f f e c t s o f s u b m e r g e n c e o n p h o s p h o r u s i n t h e s o i l s o l u t i o n s i s s h o w n i n T a b l e

3 . T h e s e r e a c t i o n s a r e i m p o r t a n t i n t h e p h o s p h o r u s c h e m i s t r y o f s u r f a c e w a t e r s ,

a l t h o u g h r e l a t i v e l y l i t t l e i s k n o w n a b o u t p h o s p h o r u s e x c h a n g e b e t w e e n b o t t o m s e d i -

m e n t s a n d t h e o v e r l y i n g w a t e r . R e l a t i v e l y l a r g e c o n t r i b u t i o n s o f p h o s p h o r u s t o

s t r e a m s a n d l a k e s f r o m p a d d y r i c e p r o d u c t i o n c a n o f c o u r s e o c c u r , d e p e n d i n g u p o n

t h e h y d r o l o g y o f t h e a r e a i n q u e s t i o n .

T a b l e 3 .

T h e e f f e c t s o f s u b m e r g e n c e o n p h o s p h o r u s i n t h e s o i l s o l u t i o n .

( S . S o o k h a k i c h , U n i v e r s i t y o f K e n t u c k y , u n p u b l i s h e ( l w o r k )

I r r i g a t e d S o i l s

I n f o r m a . t i o n c o n c e r i n g t h e p h o s p h o r u s c o n c e n t r a t i o n i n i r r i g a t i o n r e t u r n f l o v . r s

i s e x t r e m e l y l i m i t e d . O u r k n o w l e d g e a b o u t c h e m i c a l r e a c t i o n s

o f p h o s p h o r u s i n

s o i l s i n d i c a t e s t h a t t h e c o n c e n t r a t i o n i n i r r i g a t i o n r e t u r n f l o w s

s h o u l d b e v e r y l o w .

T h e s m a l l a m o u n t o f a v a i l a b l e d a t a o n t h e s u b j e c . t s u p p o r t s t h i s

c o n t e n t i o n . J o h n s t o n

e l a l . ( 1 9 6 5 ) s t u d i e d t h e f a t e o f n i t r o g e n a n d p h o s p h o r u s o n

f o u r t i l e - d r a i n e d f i e l d s

i n C a l i f o r n i a ' s S a n J o a q u i n V a l l e y . T h e s o i l s d r a i n e d w e r e

P a n o c h e a n d O x a l i s s i l t y

c l a y s w h i c h a r e d e e p , p e r m e a b l e , a l l u v i a l f a n a n c l b a s i n k i r n

s o i l s , r e s p e c t i v e l y .

T h e s e s o i l s a r e c a l c a r e o u s a n d o r i g i n a l l y h a d s l i g h t t o

s t r O n g a l k a l i a c c u m u l a t i o n s .

' ' h e f i e l s s t u d i e d h a d b e e n f a r m e d f o r o v e r 3 0 y e a r s . a n d

l a r g e q u a n t i t i e s o f c o m m e r -

c i a l f e r t i l i z e r h a d b e e n a p p l i e d d u r i n g t h a t p e r i o d .

A s u m m a r y o f t h e p h o s p h o r u s

r e s u l t s f o r 1 9 6 2 a r e g i v e n i n T a b l e 4 .

S o i l

A i r

d r y

S u b m e r g e d a n d s u c r o s e

p p m P

i n s o l u t i o n

R e d o x

p o t e n t i a l

p p i r l P

i n s o l u t i o n

R e d o x

p o t e n t i a l

M a u r y

G r e n a d a

2 . 0 0

0 . 0 6

6 8 0

6 8 0

3 . 5 5

4 . 2 8

- 7 0

- 1 0



T a b l e 4 . P h o s p h o r u s b a l a n c e i n t i l e - d r a i n e d s o i l s . .

A d d e d i n f e r t i l i z e r a n d i r r i g a t i o n w a t e r .

( J o h n s o n e t a l . , 1 9 6 5 )

I t i s e v i d e n t t h a t a o r t a e l o s s e s o f p h o s p h o r u s o c c u r r e d , b u t f e r t i l i z e r e f f e c t s , i f

a n y , a r e i m p o s s i b l e t o e v a l u a t e i n s t u d i e s o f t h i s k i n d w i t h o u t u n f e r t i l i z e d c o n t r o l s .

C a r t e r e t a l . ( 1 9 7 1 ) r e c e n t l y r e p o r t e d a n i t r a t e a n d p h o s p h o r u s s t u d y o n a

2 0 0 0 0 0 - a c r e ( 8 0 0 0 0 h a ) i r r i g a t e d t r a c t i n s o u t h e r n I d a h o . T h e c o n c e n t r a t i o n o f p h o s -

p h o r u s i n t h e i r r i g a t i o n w a t e r w a s 6 6 p p b ; n s . s s a g e t h r o u g h t h e s o i l r e d u c e d t h i s

c o n c e n t r a t i o n t o 1 2 p p b i n t h e s u b s u r f a c e d r a i n a g e w a t e r . O n l y a b o u t 3 0 % a s m u c h

p h o s p h o r u s l e f t t h e t r a c t v i a d r a i n a g e w a t e r a s e n t e r e d t h e t r a c t i n i r r i g a t i o n w a t e r .

T h e a u t h o r s s t a t e t h a t " i r r i g a t i o n d e c r e a s e d t h e s o l u b l e P O 4 - P l o a d i f t h e i r r i g a t i o n

w a t e r c o n t a i n s m o r e t h a n a b o u t 0 . 0 1 t o 0 . 0 2 p p r n . T h e P O 4 - P i s p r e c i p i t a t e d a s

w a t e r p a s s e s t h r o u g h t h e s o i l . O f c o u r s e : ,

i f t h e i r r i g a t i o n w a t e r c o n t a i n s l e s s t h a n

t h a t c o n c e n t r a t i o n o f P O 4 - P , i r r i g a t i o n w i l l h a v e n o e f f e c t o n t h e d o w n s t r e a m s o l u b l e

P O 4 - P l o a d . U n d e r t h e s e l a t t e r c o n d i t i o n s , P O 4 - P l o a d s a r e u n i m p o r t a n t . "

U . T R A N S F ' O R T O F P t i O S P 1 1 0 f l U S W I T H S E D I M E N T S

V i e t s ( 1 9 7 1 ) s t a t e s t h a t n u t r i e n t s c o n t a i n e d i n o r a b s o r b e d o n s e d i m e n t s a r e t h e

g r e a t e s t c o n t r i b u t i o n o f l a n d t o w a t e r . F e r t i l i z e r s p l a y i m p o r t a n t

r o l e s i n t h i s p r o c e s s :

o n t h e o n e h a n d f e r t i l i z e . r s c a n e n r i c . l i e r o d e d

m a t e r i a l s ; b u t f e r t i l i z e r s c a n a i s o r e d u c e

e r o s i o n b y c o n t r i b u t i n g t o a b e t t e r p l a n t c o v e r a n d r e d u c i n g t h . e a c r e a g e o f

c u l t i v a t e d s o i l s .

T h u s , m o r e l a n d c a n b e r e t u r n e d t o p e r m a n e n t p a s t u r e a n d f o r e s t s a n d t h e

c u l t i v a t i o n o f

m a r g i n a l l a n d i s k e p t t o a m i n i m u m . A n u m b e r o f r e v i e x i s h a v e b e e n

p u b l i s h e d d e a l i n g

1 . v h o l l y o r i n p a r t w i t h n u t r i e n t t r a n s p o r t i n s e d i m e n t s . E x a m p l e s

o f t h e s e a r e B a r r o w s

a n d K i l m e r ( J 9 6 3 ) , T a y l o r ( 1 9 6 7 ) , W a d l e i g h ( 1 9 6 8 ) , a n d V i e t s

( 1 9 7 1 ) . H e n c e , o n / y s o m e

o f t . h e m o r e i m p o r t a n t a s p e c t s o f t h e p r o b l e m w i l l b e c o n s i d e r e d

h e r e .

A .

T h e E n r i c h r n e n t R a t i o

S c i e n t i s t s h a v e k n o w n f o r a l o n g t i m e t h a t e r o d e d m a t e r i a l

f r e q u e n t l y d i f f e r s i n

c o m p o s i t i o n f r o r n t h e o r i g i n a l s o i l . T h e l o s s o f

n a t r i e n ' t s i n r u n o f f m a y b e e x p r e s s e d

i n t e r m s o f a n e n r i c h m e n t . r a t i o ( E . R . ) . T h i s i s

t h e r a t i o o f t h a t e l e . m e n t i n r u n o f f t o

t h a t i n t h e o r i g i n a l s o i l :

E R

C o n c e n t r a t i o n o f t h e e l e m e n t . i n s o i l m a t e r i a l i n

r u n o f f

.

.

C o r i c e n t r a t i o n o f t h e e l e m e n t i n s o i l f r o m w h i c h ' r u n o f f

o r i g i n a t e d

C r o p

A r e a

h a

P a d d e d x

K g / a r e a

P l o s t

i n d r a i n a g e e f f l u e n t

k g / a r e a

C o t t c ) n

C o t t o n

A l f a l f a

R i c e

6 0

2 9

3 6

1 9

1 9 8 0

1 0 7 0

7 5

7 0

1 1

1

2

1 0



T h e c o n c e n t r a t i o n o f a c i d s o l u b l e p h o s p h o r u s i n r u n o f f t e n d s t o b e c o n s i d e r a b l y

h i g h e r t h a n t h e c o n c e n t r a t i o n i n t h e i n i t i a l s o i l . T h e E . R . c a n v a r y f r o m j u s t á . b o v e

-

u n i t y t o o v e r 3 , d e p e n d i n g u p o n s o i l a n d s i t e c h a r a c t e r i s t i c s a n d f e r t i l i z a t i o n p r a c t i c e s

( B a r r o w s a n d K i l m e r , 1 9 6 3 ) .

B .

S e d i m e n t - P h o s p h o r u s R e l a t i o n s h i p s

A b o u t 3 . 6 b i l l i o n t o n s o f s e d i m e n t a r e w a s h e d i n t o U . S . w a t e r w a y s a n n u a l l y a c c o r -

d i n g t o e s t i m a t e s b y W a d l e i g h ( 1 9 6 8 ) . T h i s i s t h e e q u i v a l e n t o f 1 . 6 m i l l i o n h a o f s u r -

f a c e s o i l . W a d l e i g h a l s o e s t i m a t e s t h a t 1 . 8 m i l l i o n t o n s o f p h o s p h o r u s a c c o m p a n y t h e s e

s e d i m e n t s i n t o U . S . s u r f a c e w a t e r s a n n u a l l y . W h i l e k n o w l e d g e o f e x c h a n g e r e a c t i o n s

b e t w e e n s e d i m e n t a n d w a t e r a n d t h e f a c t o r s i n f l u e n c i n g t h e m a p p r e a r s t o b e e x - t r e m e -

l y m e a g e r ( L e e , 1 9 7 0 ) , s o m c p r o g r e s s i s b e i n g m a d e t o w a r d r e c t i f y i n g t h i s s i t u a t i o n .

T a y l o r a n d K u n i s h i ( 1 9 7 1 ) h a v e r e p o r t e d a s t u d y r n a d e o f t h e a v a i l a b i l i t y o f p h o s p h a t e

a d s o r b e d o n s t r c a m b e d s e d i m e n t a n d s o i l s u r r o u n d i n g a s t r e a m i n t h e M a h a n t a n g o

w a t e r s h e d w h i c h e n c o m p a s s e s 1 6 2 s q u a r e m i l e s a n d i s l o c a t e d n o r t h o f H a r r i s b u r g ,

P e n n s y l v a n i a . T h e i r d a t a s h o w t h a a i n t h i s p a r t i c u l a r w a t e r s h e d , t h e c o n t r i b u t i o n

m a d e t o t h e p h o s p h a t e b u r d e n o f t h e s t r e a m b y s e d i m e n t s , s t r e a m b a n k s a n d f i e l d

s o i l s i s s m a l l . T h e s t u d y i n d i c a t e d t h a t p h o s p h a t e m o v e s f r o m t h e w a t e r t o

t h e s e d i m e n t , t h e s e d i m e n t a c t i n g a s a s c a v e n g e r f o r s o l u b l e p h o s p h a t e .

T h e

c a p a c i t y o f M i n n e s o t a l a k e b o t t o m s e d i m e n t s t o r e m o v e o r t h o p h o s p h a t e f r o m s o l u t i o n

w a s s t u d i e d b y L a t t e r e l l e t a l . ( 1 9 7 1 ) . T h e i r

r e s U l t s i n d i c a t e t h a t t h e o r t h o p h o s p h a t e

c o n c - e n t r a t i o n i n s u r f a c e w a t e r s m u s t b e v e r y l o w b e f o r e t h e s e d i m e n t s w i l l r e l e a s e

o r t h o p h o s p h a t e t o t h e w a t e r .

C e s s n e r ( 1 9 6 0 ) , s t u d y i n g t h e t u r b i d A m a z o n R i v e r , r e p o r t e d t h a t w h e n s o l u b l e

p h o s p h o r u s c o n c e n t r a t i o n s e x c e e d e d 0 . 0 1 p p m , p h o s p h o r u s w a s a b s o r b e d b y s u s p e n -

d e d s o i l . I t i s l i k e l y t h a t t h e s e r e s u l t s a r e g e n e r a l l y a p p l i c a b l e t o s e d i m e n t - w a t e r

s y s t e m s .

T h e p r e s e n c e o f s e d i m e n t i n a n o t h e r w i s e a q u e o u s s y s t e m m a r k e d l y i n f l u e n c e s

t h e p a t t e r n o f p h o s p h o r u s r e m o v a l f r o m s o l u t i o n b y p l a n t s .

h e n n o s o l i d s a r e p r e s e n t ,

p l a n t s c a n d e p l e t e t h e s o l u t i o n p h o s p h o r u s t o a c o n c e n t r a t i o n a p p r o a c h i n g z e r o .

I n t h e

p r e s e n c e o f s e d i m e n t , e x c h a n g e r e a c t i o n s

r e p l e n i s h s o l u t i o n p h o s p h o r u s a t v a r y i n g

r a t e s . B l a c k ( 1 9 7 1 ) h a s d e p i c t e d t h i s s c h e m a t i c a l l y , a s

s h o w n i n F i g u r e 2 .

T h e r e a p p e a r s t o b e l i t t l e q u e s t i o n t h a t v a s t a m o u n t s o f p h o s p h a t e s a r e

a d d e d t o

s u r f a c e w a t e r s v i a e r o s i o n . T a y l o r ( 1 9 6 7 ) , a s s u m i n g t h a t

1 0 % o f e r o d e d f e r t i l i z e r

a n d s o i l i s i m m e d i a t e l y a v a i l a b l e , e s t i m a t e s 1

t o 5 p o u n d s p e r a c r e ( 1 . 1 . t o 5 . 6

k g / h a )

a n n u a l l y f r o m t h i s s o u r c e , o r a s p o i n t e d o u t b y o t h e r s

( V i e t s , 1 9 7 1 ) , 1 8 0 0 0 0 t o n s o f

p h o s p h o r u s p e r y e a r i n t h e U n i t e d S t a t . e s . P h o s p h a t e s o u r c e

c o n t r i b u t i o n s a r e d i f f i c u l t

t o a s s e s s i n n o r m a l a q u a t i c e n v i r o n m e n t s

b e c a u s e o f t h e c o n t i n u o u s n u t r i e n t c y c l i n g

t h a t o c c u r s .

Q U A N T I T A T I V E s o n , A N D F E R T I L I Z E R

P H O S P H O R U S

L O S S E S I N S O L U T I O N U N D Y R F I E L D C O N D I T I O N S

R e l a t i v e l y f e w e x p e r i m e n t s h a v e b e e n d e l i b e r a t e l y

d e s i g n e d t o m e a s u r e t h e e f f e c t s o f

f e r t i l i z e r u s e o n w a t e r q u a l i t y u n d e r f i e l d

c o n d i t i o n s . W o r k e r s i n U . S . s o i l s c o n s e r v a t i o n

e x p e r i m e n t s t a t i o n s p r i o r t o a b o u t 1 9 4 0

c a r r i e d o u t c o n s i d e r a b l e r e s e a r c h o n n u t r i e n t

l o s s e s o f s u r f a c e r u n o f f . U n f o r t u n a t e l y , m a n y

i n c l u d e d t h e t o t a l n u t r i e n t c o n t e n t o f e r o d e d



O

2

3

4

5

6

7

8

9

1 0

U N I T S O F P H O S P H O R U S R E M O V E D F R O M S O L U T I O N B Y P L A N T S

F I G . 2 - S C H E M A T I C R E P R E S E N T A T I O N O F D E C R E A S E

I N P H O S P H O R U S C O N C E N T R A T I O N I N S O L U T I O N A F T E R

P L A N T S H A V E R E M O V E D D I F F E R E N T Q U A N T I T I E S O F

P H O S P H O R U S F R O M A S O L U T I O N W I T H N O S U S P E N D E D

S O L I D S A N D F R O M A S O L U T I O N W I T H S U S P E N D E D S O I L

S O L I D S ( B L A C K 1 9 7 1 )



m a t e r i a l i n t h e i r c a l c u l a t i o n s w h i c h d e t r a c t s f r o m t h e u s e f u l n e s s o f t h e d a t a i n a t t e m p t i n g

t o s o l v e p r e s e n t d a y p r o b l e m s ( B a r r o w s a n d K i l m e r , 1 9 6 3 ) . S u c h s t u d i e s g r o s s l y o v e r -

e s t i m a t e d l o s s e s o f a v a i l a b l e p h o s p h o r u s . T y p i c a l d a t a f r o m a n e a r l y e x p e r i m e n t a r e

s h o w n i n T a b l e 5 .

T a b l e 5 .

2 - ' 1 n n u a . 1 p h o s p h o r u s c o n t e n t o f r u n o f f a n d e r o d e d

m a t e r i a l f r o m S h e l b y l o a m , 3 . 6 % s l o p e .

C r o p p i n g S y s t e m

T o t a l P

k g / h a

N o t c u l t i v a t e d

I

2 2

S p a d e d 8 i n . d e e p

I

1 5

B l u e g r a s s s o d

I

< 0 . 1

W h e a t a n n u a l l y

5

i

R o t a t i o n : c o r n , w h e a t , c l o v e r

1

C o r n a n n u a l l y

I

4

i

D u l e y a n d M i l l e r ( 1 9 2 3 1

C u r r e n t f i e l d s t u d i e s v a r y w i d e l y i n d e s i g n a n d c o m p l e x i t y . I d e a l l y , f i e l d e x p e r i m e n t s

d e s i g n e d t o s t u d y n u t r i e n t c o n t r i b u t i o n s t o w a t e r f r o m s o i l s a n d f e r t i l i z e r s

s h o u l d h a v e t h e

f o l l o w i n g a t t r i b u t e s :

A d r a i n a g e s y s t e m p e r m i t t i n g t h e q u a n t i t a t i v e t - n e a s u r e m e n t o f w a t e r d i s c h a r g e

v o l u m e s ( b o t h s u r f a c e a n d b a s e f l o w ) f r o m a n a r e a w h o s e

d i m e n s i o n s a r e a c c u r a -

t e l y s h o v . m .

A c o n t i n u o u s w a t e r s a m p l i n g s y s t e m t h a t t a k e s s a m p l e s p r o p o r t i o n a l t o

f l o w

v o l u m e .

N I o n i t o r i n g i n s t r u m e n t s f o r m e a s u r i n g n u t r i e n t i n p u t s i n

p r e c i p i t a t i o n a n d d r y

f a f l o u t .

P r o v i s i o n s f o r o b t a i n i n g n u t r i e n t t r a n s p o r t d a t a u n d e r u n f e r t i l i z e d

c o n d i t i o n s .

F a c i l i t i e s f o r p r e s e r v i n g w a t e r s a m p l e s d u r i n g t h e p e r i o d

f o l l o w i n g c o l l e c t i o n

a n d c h e m i c a l a n a l y s i s .

I t i s d i f f i c u l t t o i n c l u d e a l l o f t h e f o r e g o i n g i n a s i n g l e

e x p e r i m e n t , d u e t o d i f f i c u l t i e s

f r e q u e n t l y e n c o u n t e r e d i n l o c a t i n g i d e a l m e a s u r i n g

s i t e s . F o r a m o r e c o m p l e t e d i s c u s s i o n

o f t h e s u b j e c t , t h e r e a d e r i s r e f e r r e d t o K i l m e r

a n d J o y c e ( 1 9 7 1 ) .

A .

C o n d e n s e d a n d O r t h o p h o s p h a t e S o u r c e s

T h e q u e s t i o n i s o f t e n a s k e d a s t o w h e t h e r c o n d e r f s e d

p h o s p h a t e s i n f e r t i l i z e r s

m a y e n t e r s u r f a c e a n d g r o u n d w a t e r m o r e

r e a d i l y t h a n t h e o r t h o p h o s p h a t e s , t h e t h o u g h t

b e i n g t h a t c o n d e n s e d p h o s p h a t e s T T I O V e

t h r o u g h s o i l s i n s o l u t i o n a t a m o r e r a p i d r a t e .

T h e r e a c t i o n s o f c o n d e n s e d a n d o r t h o p h o s p h a t e s

w i t h s o i l s h a s b e e n t h o r o u g h l y d i s -

c u s s e d b y H u f f m a n ( 1 9 6 8 ) . H e s t a t e s t h a t

t h e b e h a v i o r o f p o l y p h o s p h a t e i n s o n s i s



e v e n m o r e c o m p l i c a t e d I b a n t h a t o f o r t h o p h o s p h a t e s , s i n c e r a t e s o f h y d r o l y s i s o f

p o l y p h o s p h a t e t o o r t h o p h o s p h a t e a r e i n f l u e . n c e d b y v a r i o u s s o i l f a c t o r s , p r i n c i p a l l y

b i o l o g i c a l a c t i v i t y . U n d e r f i e l d c o n d i t i o n s s u i t a b l e f o r c r o p g r o w t h , t h e h y d r o l y s i s o f

p y r o p h o s p h a t e t o o r t h o p h o s p h a t e i s o f t e n r a p i d , b e i n g e s s e n t i a l l y c o m p l e t e d i n 3 o r 4

w e e k s . I t i s p r i n c i p a l l y f o r t h i s r e a s o n , p l u s t h e f a c t t h a t p y r o p h o s p h a t e i s a s s i m i l a -

t e d b y p l a n t s l e s s r e a d i l y t h a n o r t h o p h o s p h a t e , t h a t t h e t w o p h o s p h o r u s s o u r c e s u s u a l l y

b e h a v e i d e n t i c a l l y f r o m a n a g r o n o m i c s t a n d p o i n t w h e n p r o p e r l y e v a l u a t e d . F o r p u r -

p o s e s o f t h e p r e s e n t d i s c u s s i o n , t h e u n p u b l i s h e d w o r k o f E . C . S a m p l e a n d F . E . 3 2

K h a s a w n e h o f T V A c a n b e c i t e d . T h e i r e x h a u s t i v e l a b o r a t o r y s t u d i e s u t i l i z i n g P

a n d

1 0 d i f f e r e n t s o i l s i n d i c a t e e s s e n t i a l l y n o d i f f e r e n c e i n t h e r a t e o r t h e e x t e n t o f m o v e -

m e n t o f o r t h o a n d p y r o p h o s p h a t e s . T h u s , a s f a r a s t h e s e t w o f o r m s o f p h o s p h o r u s a r c

c o n c e r n e d , o n e i s n o m o r e r e a d i l y l o s t f r o m t h e s o i l b y l e a c h i n g t h a n t h e o t h e r .

B .

P h o s p h o r u s L o s s e s f r o m C u l t i v a t e d S o i l s

T i m m o n s e t a l . ( 1 9 6 8 ) i n v e s t i g a t e d t h e p h o s p h o r u s c o n t e n t i n r u n o f f a s i n f l u e n c e d

b y d i f f e r e n t c r o p p i n g p r a c t i c e s i n M i n n e s o t a . T h e r e s u l t s a r e s u m m a r i z e d i n T a b l e 6 .

T a b l e 6 .

D i s s o l v e d i n o r g a n i c p h o s p h o r u s i n r u n o f f w a t e r f o r v a r i o u s c r o p s i n

M i n n e s o t a .

C r o p

A v e r a g e o f 2 y e a r s ' d a t a .

1 - N o t a v a i l a b l e .

( T i m m o n s e t a l . , 1 9 6 8 )

I t i s i n t e r e s t i n g t o n o t e t h a t u n f e r t i l i z e d h a y p l o t s l o s t s e v e r a l t i m e s a s m u c h

p h o s p h o r u s a s t h e f e r t i l i z e d c o r n p l o t s . H a y l a n d s m a y t h u s c o n t r i b u t e a p p r e c i a b l e

a m o u n t s o f d i s s o l v e d p h o s p h o r u s t o s u r f a c e w a t e r s . S t u d i e s o f n i t r a t e a n d

p h o s p h o r u s

k i s s e s f r o m t i l e - d r a i n e d f i e l d s u n d e r v a r i o u s c r o p p i n g s y s t e m s w e r e

c a r r i e d o u t b y

B o l t o n e t a l . ( 1 9 7 0 ) i n O n t a r i o , C a n a d a . A p o r t i o n o f t h i s d a t a i s

p r e s e n t e d i n T a b l e 7 .

R e c e n t s t u d i e s w e r e c o n d u c t e d i n I n d i a n a t o d e t e r m i n e t h e a m o u n t s

o f n i t r o g e n

a n d p h o s p h o r u s r e m o v e d i n s u r f a c e r u n o f f f r o m f a l l o w

S i l t l o a m p l o t s w i t h 5 . 8 % s l o p e

a f t e r a p p l y i n g 6 . 2 5 c m o f a r t i f i c i a l r a i n i n

1 h o u r . S u p e r p h o s p h a t e w a s d i s k e d i n t o

t h e s o i l a t 0 , 5 6 a n d 1 1 2 k g r a t e s o f p h o s p h o r u s p e r h e c t a r e . A n a l y s e s

r e v e a l e d t h a t

0 . 0 0 8 , 0 . 0 4 7 a n d 0 . 1 2 7 k g o f s o l u b l e . p h o s p h a t e w e r e

' l o s t p e r h e c t a r e a t t h e 0 , 5 6 ,

a n d 1 1 2 k g r a t e s , r e s p e c t i v e l y ( N e l s o n , 1 9 7 1 ) . P l o w d o w n o r

o t h e r d e e p i n c o r p o r a t i o n

o f f e r t i l i z e r t o r e d u c e l o s s e s o f s o l u b l e n i t r o g e n a n d p h o s p h o r u s

i n r u n o f f w a s r e c o m -

m e n d e d b y N e l s o n .

P a d d e d

k g / h a

k g / h a / y r x

F a l l o v . ,

0

0 . 0 4

C o r n c o n t i n u o u s

2 9

0 . 0 5

C o r n r o t a t i o n

2 9

0 . 0 5

O a t s r o t a t i o n

N . A . t

0 . 0 1

H a y r o t a t i o n

0

O . Z 3



T a b l e 7 .

A v e r a g e a n n u a l P c o m p o s i t i o n o f t i l e d r a i n a g e f r o m n o n - f e r t i l i z e d ( N F ) a n d

f e r t i l i z e d ( F ) c o n t i n u o u s c o r n , c o n t i n u o u s b l e u g r a s s a n d a 4 - y e a r r o t a t i o n

o n 1 3 r o o k s t o n c l a y f o r 1 9 6 1 - 6 1 , i n c l u s i v e , i n s o u t h w e s t e r n O n t a r i o , C : a n a d a .

C o n t

i n

u o u s

C o r n

B l u e g r a s s

P l o s s

a p p l i e d

N F

k g / h a / y r

2 9 . 6

0 . 1 3

0 . 2 1

2 9 . 6

0 . 1 3

0 . 1 3

0

0 . 1 3

0 . 1 5

0

0 . 0 8

0 . 2 2

2 9 . 6

0 . 2 6

0 . 2 9

2 9 . 6

0 . 0 1

0 . 1 2

0 . 2 0

0 . 2 0

0 . 1 8

0 . 1 7 '

B o l t o n e t a l . ( 1 9 7 0 )

C .

P h o s p h o r u s L o s s e s f r o m F o r e s t e d a n d P a s t u r e d - S o i l s

T h e t r a n s p o r t o f p h o s p h o r u s i n d r a i n a g e f r o m f o r e s t e c o s y s t e m s i s t y p i c a l l y v e r y

l o w . I n s o m e s t u d i e s p h o s p h o r u s t - n a y n o t b e m e n t i o n e d , i n o t h e r s p h o s p h o r u s h a s

b e e n s o u g h t b u t n o t f o u n d ( C o o p e r ,

1 9 6 9 ) . E v e n s p e c t r o g r a p h i c a n a . l y s e s f a i l e d t o d e -

t e c t p h o s p h o r u s i n s t r e a m s d r a i n i n g g r a z e d , b u t o t h e r w i s e u n m o d i f i e d f o r e s t s i n

N e w M e x i c o ( M i l l e r , 1 9 6 1 ) . L y s i m e t e r s t u d i e s i n t h e f o r e s t - s t e p p e z o n e n e a r M o s c o w ,

U S S R , s h o w e d t h a t l o s s o f p h o s p h o r u s b e y o n d t h e r o o t z . o n e w a s i n s i g n i f i c a n t ( R e m e z o v

e t a l . , 1 9 6 4 ) . C o l e a n d G e s s e l ( 1 9 6 5 ) m e a s u r e d p h o s p h o r u s a n d o t h e r n u t r i e n t s i n

d r a i n a g e w a t e r s i n t h e D o u g l a s f i r r e g i o n o f W a s h i n g t o n s t a t e . C l e a r - c u t t i n g a n d

n i t r o g e n f e r t i l i z a t i o n a c c e l e r a t e d p h o s p h o r u s l o s s e s t o a s l i g h t e x t e n t , e v e n

t h o u g h

n o p h o s p h o r u s w a s a d d e d i n f e r t i l i z e r ( T a b l e

8 ) .

T a b l e 8 .

O u t p u t o f m i n e r a l n u t r i e n t s b e n e a t h t h e r o o t z o n e

i n u n t r e a t e d , f e r t i l i z e d a n d c l e a r - c u t D o u g l a s f i r f o r e s t s .

P C : o n c e n t r a t i o n

N F

- - - p p m - - - -

0 . 1 7

0 . 1 9

0 . 1 7

0 . 1 9

C o l e a n d G e s s e l ( 1 9 6 5 )

0 . 2 2

0 . 1 9

0 . 2 1

0 . 2 7

k g / h a - - - -

C o n t r o l

O . 2 1

0 . 0 1

C l e a r - c u t

0 . 3 9

0 . 0 5

F e r t i l i z e d ( 2 0 0 l b / a c r e )

U r e a

0 . 2 8

0 . 0 1

A m m o n i u m s u l f a t e

0 . 4 3

0 . 0 7

T r e a t m e n t

N

1 - '

S y s t e m

R o t a t i o n

C o r n ( 1 )

O a t s & A l f a l f a ( 2 )

A l f a l f a ( 3 )

A l f a l f a ( 4 )



C l e a r - c u t t i n g a n d b u r n i n g o f f o r e S t e d a . r e a s a p p e a r t o b e t h e m o s t i m p o r t a n t

p r a c -

t i c e s i n v o l v e d i n a c c e l e r a t e d r e l e a s e o f n u t r i e n t s . P h o s p h o r u s c a r r i e d i n r i v e r s

d r a i n i n g f o r e s t e d l a n d s c a p e s i n F i n l a n d r a n g e d f r o m 0 . 1 7 t o 0 . 2 7 k g / h a / y e a r ( V i r o ,

1 9 5 3 ) . O t h e r e x a m p l e s c o u l d b e c i t e d ,

b u t t h e f o r e g o i n g s u f f i c i e n t l y i l l u s t r a t e s t h e

t y p i c a l l y l o w t r a n s p o r t o f p h o s p h o r u s i n d r a i n a g e w a t e r s f r o m f o r e s t e d s o i l s .

F o r e s t f e r t i l i z a t i o n m a y p r e s e n t p r o b l e m s , p a r t i c u l a r l y i f f e r t i l i z e r s a r e a p p l i e s

d i r e c t l y i n o r t o o n e a r s t r e a m s . H o w e v e r , C o o p e r ( 1 9 6 9 ) c o n s i d e r s t h a t p r o p e r l y a p p l i e d

a p p l i e d f e r t i l i z e r s a r e p r o b a b l y n o t a n i m p o r t a n t t h r e a t t o w a t e r q u a l i t y .

L o s s e s o f p h o s p h o r u s f r o m p a s t u r e d a n d g r a s s l a n d s o i l s a r e a l s o a p t t o b e l o w

b e c a u s e o f r e d u c e d s u r f a c e r u n o f f a n d m i n i m u m e r o s i o n . U n p u b l i s h e d d a t a b y K i l m e r

e t a l . o f t h e T e n n e s s e e V a l l e y A u t h o r i t y s h o w e d v i r t u a l l y n o f e r t i l i z e r e f f e c t i n t h e

p h o s p h o r u s l o a d o f w a t e r d r a i n i n g a 5 - h e c t a r e p a s t u r e d w a t e r s h e d i n w e s t e r n N o r t h

C a r o l i n a . D i s c h a r g e w a t e r s c a r r i e d o n l y 0 . 0 3 k g / h a o f p h o s p h o r u s d u r i n g a 6 - m o n t h

p e r i o d w h e n n o f e r t i l i z e r w a s a p p l i e d . A p p l i c a t i o n o f 4 5 k g o f P r e s u l t e d i n a n e s c a p e

o f o n l y 0 . 0 4 k g / h a d u r i n g a s i m i l a r p e r i o d o f t i m e . T h o m a . s ( 1 9 7 1 ) r e p o r t e d t h a t t h e

p h o s p h o r u s t r a n s p o r t w a s h i g h e s t i n w a t e r s d r a i n i n g u n f e r t i l i z e d b l u e g r a s s p a s t u r e s

i n K e n t u c k y c o m p a r e d w i t h o t h e r l a n d u s e a r e a s o f t h e s t a t e . H e a t t r i b u t e d t h i s t o

g e o l o g i c a l f o r m a t i o n s r e l a t i v e l y h i g h i n p h o s p h o r u s .

1 V . N O N A G R I C U L T U R A L C O N T R I B U T I O N S O F P H O S P H O R U S

T O S U R F A C E A N D G R O U N D W A T E R S

T h e h u g e i n p u t s o f p h o s p h o r u s a n d o t h e r e l e m e n t s t o s u r f a c e w a t e r s v i a s e w a g e e f f l u e n t

a n d i n d u s t r i a l w a s t e s h a v e r e c e i v e d m u c h a t t e n t i o n i n n e a r l y a l l d e v e l o p e d c o u n t r i e s o f t h e

w o r l d . W h i l e q u a n t i t a t i v e d a t a o n t h i s s c o r e a r e n o t v o l u m i n o u s , s u f f i c i e n t f i g u r e s a r c

a v a i l a b l e t o p u t t h e p r o b l e m i n p e r s p e c t i v e .

A .

P h o s p h o r u s i n H u m a n W a s t e s

O n t h e a v e r a g e , h u m a n s e x c r e t e a r o u n d 5 4 0 g r a m s o f p h o s p h o r u s a n n u a l l y

( V o l l e n w e i d e r , 1 9 7 0 ) . I n t h e U n i t e d S t a t e s , a b o u t 7 0 % o f t h e 2 1 4 m i l l i o n p o p u l a t i o n

a r e s e r v e d b y m u n i c i p a l s e w e r s ( A n o n y m o u s , 1 9 6 3 ) . U n l e s s t r e a t e d , t h e p o t e n t i a l

s o l u b l e p h o s p h O r u s c o n t r i b u t i o n i n s e w a g e e f f l u e n t f r o m t h i s s o u r c e a l o n e w o u l d

a m o u n t t o o v e r 1 1 6 t h o u f r i n d m e t r i c t o n s a n n u a l l y . V o l l e n w e i d e r ( 1 9 7 0 ) i n a r e p o r t

p r e p a r e d f o r t h e O E C D - ' - g i v e s e s t i m a t e s o f a m o u n t s o f n i t r o g e n a n d p h o s p h o r u s

a r i s i n g f r o m a n i m a l a n d h u m a n w a s t e s i n E u r o p e a n d g r e a t B r i t a i n . T h e f i g u r e s f o r

p h o s p h o r u s a r e g i v e n i n T a b l e 9 .

N o t e t h a t t h e a m o u n t s o f p h o s p h o r u s p r o d u c e d i n a n i m a l w a s t e s a v e r a g e 1 1 t i m e s

t h a t e x c r e t e d b y h u m a n s . T h e f i g u r e s a r e s i m i l a r f o r t h e U n i t e d S t a t e s .

H o w e v e r , i f

h a n d l e d p r o p e r l y , t h e p h o s p h o r u s p r o d u c e d i n a n i m a l w a s t e s n e e d n o t f i n d i t s w a y

i n t o s u r f a c e a n d g r o u n d w a t e r .

i /

O r g a n i z a t i o n f o r E c o n o m i c C o o p e r a t i o n a n d D e v e l o p m e n t .



T a b l e 9 .

A p p r o x i r n a t a r i s i n g e o f p h o s p h o r u s f r o m l i v f s t o c k a n d h u m a n w a s t e s i n

s e l e c t e d E u r o p e a n c o u n t r i e s . F i g u r e s i n 1 0

t o n s p e r y e a r .

V o l l e n w e i d e r ( 1 9 7 0 )

B .

D e t e r g e n t s

M o s t o f t h e p h o s p h a t e s c o n t a i n e d i n d e t e r g e n t s a r e d i s p o s e d o f t h r o u g h s e w a g e

s y s t e m s . A b o u t 2 2 5 0 y 0 m e t r i c t o n s o f e l e m e n t a l p h o s p h o r u s a r e t h u s u s e d a n n u a l l y

i n t h e U n i t e d S t a t e s 2

.

F i g u r e s o f t h i s n a t u r e a r e n o t a t h a n d f o r o t h e r c o u n t r i e s .

A b o u t 6 0 % o f t h e p h o s p h o r u s i n s e w a g e e f f l u e n t w a s e s t i m a t e d t o d e r i v e f r o m p h o s -

p h a t e b a s e d d e t e r g e n t s ( A n o n y m o u s , 1 9 7 0 ) . T h u s , t h e c o m b i n a t i o n o f d e t e r g e n t a n d

h u m a n w a s t e p h o s p h o r u s i n U . S . s e w a g e e f f l u e n t t o t a l s a r o u n d 3 1 5 0 0 0 t o n s o f e l e m e n t -

a l P a n n u a l l y , c o m p a r e d w i t h t h e e s t i r n a t e d 1 8 0 , 0 0 0 t o n s o f a v a i l a b l e p h o s p h o r u s c o n -

t a i n e d i n s e d i m e n t s .

F i g u r e s f o r p h o s p h o r u s r e l e a s e d i n i n d u s t r i a l w a s t e s a r e n o t a v a i l a b l e . F o r t h e

L a k e E r i e r e g i o n o f t h e U . S .

h o w e v e r , i n d u s t r i a l , i n p u t s o f p h o s p h o r u s t o s u r f a c e

w a t e r s a r e e s t i m a t e d t o b e a b o u t 7 % o f t h e t o t a l ( A n o n y m o u s , 1 9 7 0 ) . P o s i b l e t h e 7 %

f i g u r e r e p r e s e n t s a m a x i m u m f o r a l l b u t v e r y h i g h l y i n d u s t r i a l i z e d a r e a s .

T h e a c c e l e r a t e d e u t r o p h i c a t i o n o f U . S . l a k e s a n d r i v e r s i s i n p a r t a t t r i b u t e d t o p h o s -

p h o r u s . G o v e r n m e n t h e a r i n g s w e r e h e l d ( A n o n y m o u s , 1 9 7 0 ) a n d d e a d l i n e s s e t f o r t h e

s u b s t i t u t i o n o f o t h e r b u i l d e r s i n d e t e r g e n t s f o r p h o s p h a t e s . T h e f a v o r e d s u b s t i t u t e w a s

n i t r i l o t r i a c e t i c a c i d ( N T A ) . S e v e r a . 1 s o a p c o m p a n i e s s p e n t h u g e s u m s o f m o n e y c o n v e r -

t i n g f r o m p h o s p h a t e s t o N T A . S u b s e q u e n t r e s e a r c h t u r n e d u p s o m e u n f a v o r a b l e f a c t s

a b o u t N T A , i n c l u d i n g a p o s s i b l e l i n k w i t h c a n c e r : A s a r e s u l t , W a s h i n g t o n o f f i c i a l s

r e c e n t l y a n n o u n c e d t h a t p h o s p h a t e s a r e a t p r e s e n t a p p r o v e d f o r d e t e r g e n t u s e ( s e e

N a t u r e , V o l . 2 3 3 , O c t . 8 , 1 9 7 1 , p p 3 6 2 - 3 6 3 ) .

F r o m

l i v e s t o c k

F r o m

p o p u l a t i o n

A / B

S I . v i t z e r l a n d 2 5

3

8

A u s t r i a

5 0

4

1 3

G e r m a n y

2 4 0

2 9

8

F r a n c e

2 7 0

2 5 . 5

1 1

I t a l y

1 4 0 2 6 . 5

5 . 5


5 5 6 . 5

9

B e l g i u m

4 0

5

8

D e n m a r k

6 5

¿ . 5 2 6

S w e d e n

4 5

4 1 1

N o r w a y 2 0

2

1 0

U n i t e d K i n g d o m

2 1 0

2 8 8

M e a n 1 1

- . .



S U M M A R Y

I t i s e v i d e n t t h a t s o i l e r o s i o n c o n t r i b u t e s h u g e a m o u n t s o f p o t e n t i a l l y

a v a i l a b l e

p h o s p h o r u s t o s t r e a m s a n d l a k e s . T h e c o n t r o l o f s o i l e r o s i o n i s o f

p a r a m o u n t i m p o r -

t a n c e i n t h i s r e g a r d .

N a t u r a l l o s s e s o f p h o s p h o r u s f r o m s o i l s a n d p h o s p h a t e - b e a r i n g r o c k s

s e e m s u f f i -

c i e n t i n m a n y c a s e s t o s u p p o r t a l g a l g r o w t h i n s u r f a c e w a t e r s . A f e a s i b l e

m e a n s o f

m i t i g a t i n g t h e t r a n s p o r t o f p h o s p h o r u s f r o m t h e s e s o u r c e s i s n o t a p p a r e n t t o t h c

w r i t e r .

F e r t i l i z e r p h o s p h o r u s s e e m s n o t t o b e s i g n i f i c a n t l y i n v o l v e d i n r a i s i n g t h e p h o s -

p h a t e l e v e l s o f s u r f a c e w a t e r s . i n d e e d , t h e r e i s s u b s t a n t i a l e v i d e n c e t h a t f e r t i l i z e r

p h o s p h o r u s c o n t r i b u t e s p o s i t i v e l y t o w a t e r q u a l i t y b y a i d i n g a n d m a i n t a i n i n g s t r o n g

e r o s i o n - r e s i s t a n t v e g e t a t i v e c o v e r o n s o i l s a n d m i n i m i z i n g t h e c u l t i v a t i o n o f m a r g i n a l

l a n d s . W h i l e s o m e s o l u b l e p h o s p h o r u s i s l o s t f r o m n e a r l y a l l s o i l - p l a n t s y s t e m s , t h e

a m o u n t s a r e s m a l l a n d r a r e l y e x c e e d a f r a c t i o n o f a k g / h a a n n u a l l y . N o t e d e x c e p t i o n s

a r e s a n d y a n d o r g a n i c s o i l s .



L I T E R A T U R E C I T E D

A l d r i c h . S a m u e l L . 1 9 7 1 . P e r s o n a l c o m m u n i c a t i o n .

A n o n y m o u s .

1 9 6 3 .

A s t u d y o f p o l l u t i o n - w a t e r . A s t a f f r e p o r t t o t h e C o m m i t t e e o n P u b l i c :

W o r k s , U n i t e d S t a t e s S e n a t e . U . S . G o v e r n m e n t P r i n t i n g O f f i c e , W a s h i n g t o n .

A n o n y m o u s .

1 9 7 0 .

P h o s p h a t e s i n d e t e r g e n t s a n d t h e e u t r o p h i c a t i o n o f A m e r i c a ' s w a t e r s .

T w e n t y - t h i r d R e p o r t b y t h e C o m m i t t e e o n G o v e r n m e n t C > p e r a t i o n s . l i o u s e R e p o r t

N o . 9 1 - 1 0 0 4 . U . S . G o v e r n m e n t P r i n t i n g O f f i c e , W a s h i n g t o n .

I 3 a r r o w s , H . L . a n d V . J . K i l m e r .

1 9 6 3 .

P l a n t n u t r i e n t I c . ) s s e s f r o m s o i l s b y w a t e r

e r o s i o n . A d v a n c e s i n A g r o n .

1 5 : 3 0 3 - 3 1 6 .

B l a c k , C . A . 1 9 7 1 .

B e h a v i o r o f s o i l a n d f e r t i l i z e r p h o s p h o r u s i n r e l a t i o n t o w a t e r p o l l u -

t i o n . J o u r . P a p e r N o . J - 6 3 7 3 o f t h e I o w a A g r i e . a n d H o m e E c . E x p . S t a . A m e s .

B o l t o n . E . F . ,

J . W . A y l e s w o r t h , a n d F . R . l l o r e .

1 9 7 0 .

N u t r i e n t l o s s e s t h r o u g h t i l e

l i n e s u n d e r t h r e e c r o p p i n g s y s t e m s a n d t w o f e r t i l i t y l e v e l s o n a B r o o k s t o n c l a y s o i l .C a n a d a J . S o i l S r i . 5 0 : Z 7 5 - 1 , 7 9 .

C a r t e r , ,

D . L .

J . A . B o n d u r a n t ,

a n d C . W . R o b i n s .

1 9 7 1 . W a t e r - s o l u b l e N O 1 - n i t r o g e n ,

P O 4 - p h o s p h o r u s

a n d t o t a l s a l t b a l a n c e s o n a l a r g e i r r i g a t i o n t r a c t . S o i r S c i . S o c .

A m e r . P r o c . 3 5 : 3 3 1 - 3 3 5 .

C o l e , D W a n d S . P . G e s s e l .

1 9 6 5 .

M o v e m e n t o f e l e m e n t s t h r o u g h a f o r e s t s o i l a s

i n f l u e n c e d b y t r e e r e m o v a l a n d f e r t i l i z e r a d d i t i o n s . p . 9 5 - 1 0 4 . I n C . T . Y o u n g b e r g

( E d . ) , F o r e s t - s o i l r e l a t i o n s h i p s i n N o r t h A m e r i c a . O r e g o n S t a t e U n i v e r s i t y P r e s s .

C o r r a l l i S .

C o o k e , C . W . a n d R . J . B . W i l l i a m s .

1 9 7 0 .

L o s s e s o f n i t r o g e n a n d p h o s p h o r u s f r o m

a g r i c u l t u r a l l a n d . W a t e r T r e a t m e n t a n d E x a m i n a t i o n . 1 9 : 2 5 3 - 2 7 6 . ( G r e a t B r i t a i n ) .

C o o p e r . C h a r l e s F .

1 9 6 9 .

N u t r i e n t o u t p u t f r o m m a n a g e d f o r e s t s . I n E u t r o p h i c a t i o n :

C a u s e s . C o n s e q u e n c e s . C o r r e c t i v e s . N a t i o n a l A c a d e m y o f S c i e n c e s , W a s h i n g t o n .

D . C . p p . 4 . 1 6 - 4 6 3 .

D u l e y , F . L . a n d M . F . M i l l e r .

1 9 2 3 .

E r o s i o n a n d s u r f a c e r u n o f f u n d e r d i f f e r e n t s o i l

c o n d i t i o n s . M i s s o u r i A g r . E x p . S t a . R e s . B u l l . 6 3 , 5 0 p .

F o x , R . L . a n d E . J . K a m p r a t h .

1 9 i 1 .

A d s o r p t i o n a n d l e a c h i n g o f p h o s p h o r u s i n a c i d

o r g a n i c s o i l s a n d h i g h o r g a n i c m a t t e r s a n d . S o i l S c i . S o c . A m e r . P r o c .

3 5 : 1 5 4 - 1 5 6 .

G e r l o f f . G . C .

1 9 6 9 .

E v a l u a t i n g n u t r i e n t s u p p l i e s f o r t h n g r o w t h o f a q u a t i c p l a n t s i n

n a t u r a l w a t e r s . I n E u t r o p h i c a t i o n : C a u s e s , C o n s e q u e n c e s .

C o r r e c t i v e s . N a t i o n a l

A c a d e m y o f S c i e n c e s . W a s h i n g t o n , D . C .

G e s s n e r , F .

1 9 6 0 .

I n v e s t i g a t i o n s o f t h e P h o s p h a t e E c o n o m y o f t h e A m a z o n .

I n t . R e v .

I l y d r o b i o l . 4 5 : 3 3 9 - 3 4 5 .



H u f f m a n , E . 0 .

1 9 6 8 .

T h e r e a c t i o n s o f f e r t i l i z e r p h o s p h a t e w i t h s o i l s . O u t l o o k o n A g r i -

c u l t u r e , V o l u m e V , N u m b e r 5 , 2 0 2 - 2 0 7 .

J o h n s t o n , W . R .

F . I t t i h a d i e h , M . D a u m , a n d A . F . P i l l s b u r y .

1 9 6 5 .

N i t r o g e n a n d

p h o s p h o r u s i n t i l e d r a i n e f f l u e n t . S o i l S c i . S o c . . A m e r . P r o c . 2 9 : 2 8 7 - 2 8 9 .

K i l m e r , V i c t o r J . a n d R o b e r t T . J o y c e .

1 9 7 1 . .

F e r t i l i z e r u s e i n r e l a t i o n t o w a t e r q u a l i t y

w i t h s p e c i a l r e f e r e n c e t o t h e s o u t h e a s t e r n U n i t e d S t a t e s . P r o c e e d i n g s , T w e n t y - s e c o n d

A n n u a l F e r t i l i z e r C o n f e r e n c e o f t h e P a c i f i c N o r t h w e s t , B o z e m a n , M o n t a n a . 1 7 3 p .

K u r t z , L . T . 1 9 7 0 .

T h e f a t e o f a p p l i e d n u t r i e n t s i n s o i l s . J . A g r i . F o o d C h e m . 1 8 : 7 7 3 - 7 8 0 .

L a t t e r e l l , J . J . , R . F . H o l t a n d D . R . T i m m o n s .

1 9 7 1 .

P h o s p h a t e a v a i l a b i l i t y i n l a k e

s e d i m e n t s . J . S o i l a n d W a t e r C o n s e r v . 2 6 : 2 1 - 2 4 .

L e e , G . F r e d . 1 9 7 0 .

F a c t o r s a f f e c t i n g t h e t r a n s f e r o f m a t e r i a l s b e t w e e n w a t e r a n d

s e d i m e n t s . L i t e r a t u r e R e v i e w N o .

1 . W a t e r R e s o u r c e s C e n t e r , U n i v e r s i t y o f W i s . ,

M a d i s o n , W i s . 5 0 p .

M a c k e n t h u m , K . M .

1 9 6 5 .

N i t r o g e n a n d p h o s p h o r u s i n w a t e r . U . S . D e p t . H e a l t h , E d u c a -

t i o n , a n d W e l f a r e , P u b l i c H e a l t h S e r v i c e , D i v i s i o n o f W a t e r S u p p l y a n d P o l l u t i o n

C o n t r o l , W a s h i n g t o n , D . C .

M c H a r g u e , J . S . a n d A . M . P e t e r .

1 9 2 1 . T h e r e m o v a l o f m i n e r a l p l a n t - f o o d b y n a t u r a l

d r a i n a g e w a t e r s . K e n t u c k y A g r . E x p . S t a . B u l l . 2 3 7 .

M i l l e r , J . P . 1 9 6 1 .

S o l u t e s i n s m a l l s t r e a m s d r a i n i n g s i n g l e r o c k t y p e s , S a n g r e d e

C r i s t o R a n g e , N e v . , M e x i c o . U . S . G e o l . S u r v . W a t e r - S u p p . P a p e r 1 5 3 5 F : 1 - 2 3 .

N e l s o n , D a r r e l .

1 9 7 1 .

L i t t l e f e r t i l i z e r l o s t i n r u n o f f w a t e r . P r a i r i e F a r m e r , O c t o b e r 2 ,

V o l . 1 4 3 , N o . 1 9 .

O l s e n , S . R . ,

a n d F . S . W a t a n a b e .

1 9 7 0 .

D i f f u s i v e s u p p l y o f p h o s p h o r u s i n r e l a t i o n t o

s o i l t e x t u r a l v a r i a t i o n s . S o i l S c i . 1 1 0 : 3 1 8 - 3 2 7 .

P a t r i c k , W . H . a n d I . C . M a h a p t r a .

1 9 6 8 .

T r a n s f o r m a t i o n a n d a v a i l a b i l i t y t o r i c e o f

n i t r o g e n a n d p h o s p h o r u s i n w a t e r l o g g e d s o i l s . A d v . i n A g r o n . 2 0 : 3 2 3 - 3 5 9 .

R e m e z o v , N . P . , Y e . M . S a m o y l o v a , I . K . S v i r i d o v a , a n d L . G . B o g a s h o v a .

1 9 6 4 .

( D y n a m i c s a n d i n t e r a c t i o n o f o a . k f o r e s t a n d s o i l ) . P o c h o v . 3 : 1 - 1 3 . T r a n s . i n S o y

S o i l S c i . 1 9 6 5 : 2 2 2 - 2 3 2 .

R u s s e l l , E . W .

1 9 6 1 .

S o i l C o n d i t i o n s a n d P l a n t G r o w t h , 9 t h E d . , p . 4 8 9 . J o h n W i l e y

a n d S o n s , I n c . N . Y .

S a w y e r , C . N .

1 9 5 2 . S o m e n e w a s p e c t s o f p h o s p h a t e s i n r e l a t i o n t o l a k e f e r t i l i z a t i o n .

S e w a g e a n d I n d u s t r i a l W a s t e s .

2 4 : 7 6 8 - 7 7 6 .

S i m o n s o n , R o y W .

1 9 7 0 .

L o s s o f n u t r i e n t s d u r i n g s o i l f o r r n a t i o n . I n N u t r i e n t M o b i l i t y

i n S o i l s : A c c u m u l a t i o n a n d L o s s e s . 0 . P . E n g e l s t a d , E d . S o i l S c i . S o c . o f A m e r . ,

I n c . 1 s A a d i s o n , W i s . , U S A .



I

- I N T R O D U C T I O N

1 ) T h e p u r p o s e o f t h i s n o t e i s t o e x a m i n e t h e e x t e n t o f m a n ' s p h o s p h o r u s r e q u i r e m e n t s f r o m

t h e a n g l e o f f o o d r e q u i r e m e n t s .

T h e W e s t E u r o p e a n a r e a h a s b e e n c h o s e n f o r t h i s s t u d y b e c a u s e

o f :

- i t s g r e a t p o p u l a t i o n d e n s i t y ;

-

i t s g e n e r a l l y v e r y i n t e n s i v e a g r i c u l t u r e ;

- t h e e u t r o p h i c a t i o n f o u n d t h e r e ;

t h e s t a t i s t i c s a v a i l a b l e f r o m O E C D s o u r c e s .

T h e m a g n i t u d e o f p h o s p h o r a t e d f o o d r e q u i r e m e n t s c o u l d b e e s t i m a t e d i n t h i s a r e a ; i n p a r t i c u l a r ,

t h e s u p p l y o f P f u r n i s h e d b y m e a t a n d m i l k p r o d u c t s h a s b e e n t h e o b j e c t o f

2 d i s t i n c t a p p r o a c h e s

l e a d i n g t o t h e s a m e r e s u l t s .

I t i s t h u s p o s i b l e t o s h o w h o w m u c h m a n ' s p h o s p h o r u s r e q u i r e m e n t s a r e c h a r a c t e r i z e d . b y t h e i r

g r e a t d i m e n s i o n , w i t h i n e v i t a b l e r e p e r c u s s i o n s o n o u r e n v i r o n m e n t .

T h i s d i m e n s i o n

i s a l l t h e

m o r e c o n s i d e r a b l e a s t h e s u p p l y o f P i n t h e h u m a n d i e t i n v o l v e s p l a n t a n d a n i m a l p r o d u c t i o n

w h i c h i t s e l f g e n e r a t e s w a s t e a n d b y - p r o d u c t s ( c r o p r e s i d u e s , M a n u r e , s e m i - l i q u i d m a n u r e , b o n e s ,

e t c . ) c o n t a i n i n g l a r g e q u a n t i t i e s o f P a n d n e c e s s a r i l y r e t u r n i n g t o t h e n a t u r a l e n v i r o n m e n t .

2 )

I t i s e v i d e n t t h a t m a n ' s p h o s p h o r u s r e q u i r e m e n t s c a n n o t b e m e t w i t h o u t c o n t r i b u t i n g t o

s p r e a d i n g t h i s e l e m e n t , i n t h e e n v i r o n m e n t .

F o o d p h o s p h o r u s r e q u i r e d b y m a n I s s u b j e c t t o v a r i a b l e d e v e l o p m e n t ; i n t h e h i g h l y u r b a n i z e d

W e s t E u r o p e a n a r e a , t h e m a j o r p a r t e n t e r s s u r f a c e w a t e r t h r o u g h s e w e r s .

3 )

M a n i s t h e p o i n t o f p a s s a g e f o r a q u a n t i t y o f P w h i c h :

c a l l s f o r t h e u s e o f m u c h b i g g e r q u a n t i t i e s o f t h e e l e m e n t t o p e r m i t t h e p r o d u c t i o n o f

f o o d o f p l a n t a n d , e s p e c i a l l y , a n i m a l o r i g i n ;

t h e n r e t u r n s t o t h e n a t u r a l e n v i r o n m e n t , m a i n l y i n w a t e r , w i t h a l o c a l p r e s s u r e t h a t

r i s e s w i t h p o p u l a t i o n d e n s i t y a n d t h e d e g r e e a l u r b a n i z a t i o n .

4 )

I n c o n c l u s i o n , r e c o m m e n d a t i o n s a r e m a d e t o r e s t r i c t t h e

p 0 1 1 u t i n g e f f e c t s o f a c t i v i t i e s

b e f o r e a n d a f t e r h u m a n c o n s u m p t i o n , w h i c h a r e r e s p o n s i b l e f o r t h e

g r o w i n g p r o p a g a t i o n o f P i n

o u r e n v i r o n m e n t .

I t w i l l b e a b s o l u t e * n e c e s s a r y t o r e a . e d y t h i s s i t u a t i o n .

S C O P E O F T H 1 S T U D Y

M A N ' S P H O S P H O R U S R E Q U I R E I N A E N T S

A N D T H E I R E F F E C T S O N T H E F . N V I R O N M E N T

R . C . C e r v y , S . P . I . E . P . , P a r i s

T h e s t u d y c o n c e r n s a g r o u p o f c o u n t r i e s w i t h

a b o u t 3 2 0 m i l l i o n p e o p l e o n s l i g h t l y m o r e t h a n

3 m i l l i o n s q u a r e k i l o m e t r e s , w i t h a n a v e r a g e d e n s i t y

o f

1 0 5 i u h a b i t a n t s p e r s q u a r e k i l o m e t r e .

T h e a g r i c u l t u r a l a r e a ( A . A . ) c o v e r s 1 1 5 , 7 4 0 , 0 0 0

h e c t a r e s , o r 3 8 p e r c e n t o f t h e t o t a l a r e a .



T h e a n n u a l u s e o f p h o s p h a t i c f e r t i l i z e r s a t p r e s e n t i n v o l v e s s o m e 5 m i l l i o n t o n s o f

P 2 0 3 ' o r

m o r e t h a n 2 m i l l i o n t o n s o f P .

D o s e s a r e s t a l l i n S p a i n a n d P o r t u g a l a n d , t o a l e s A e r e x t e n t ,

i n I t a l y , w h e r e t h e c l i v a t e h a m p e r s g e n e r a l i n t e n s i f i c a t i o n o f s o i l d e v e l o p m e n t ( s e e T a b l e I ) .

I I I - U S E O F P H O S P H A T E F E R T I L I Z E R I N W E S T E U R O P E A N C O U N T R I E S

P h o s p h a t e f e r t i l i z a t i o n i a e x a r i n e d u n d e r t w o a s p e c t s -

i n t e r m s o f t h e d o s e s o f

P 0 5

e m p l o y e d

p e r h e c t a r e o f A . A . p e r y e a r a n d a c c o r d i n g t o a n n u a l p h o s p h a t e f e r t i l i z e r c o n s u m p t i 2 o n e x p r e s s e d

i n k g o f P / i n h a b i t a n t / y e a r .

F i r s t g r a p h - T h e d o s e s o f P 0

u s e d i n e a c h c o u n t r y ( k g / h a A . A . ) a r e l i s t e d i n t h e o r d i n a t e

2 5

a n d p o p u l a t i o n d e n s i t y ( i n h a b i t a n t s / k m 2 ) i n t h e a b s c i s s a .

F o r m o s t c o u n t r i e s ( w i t h t h e e x c e p -

t i o n o f t h r e e - P o r t u g a l , S p a i n a n d I t a l y ) , t h e p o i n t s o b t a i n e d a r e s i t u a t e d a r o u n d a s l i g h t l y

r i s i n g l i n e .

T h e t h r e e M e d i t e r r a n e a n c o u n t r i e s a r e a t l o w e r l e v e l s , a b o u t h a l f t h e v a l u e s f o r

t h e c o u n t r i e s o f t h e f i r s t g r o u p w h i c h h a v e a p o p u l a t i o n d e n s i t y o f t h e s a n e o r d e r .

T h i s g r a p h s h o w s t h a t i n a p p r o p r i a t e l y w a t e r e d c o u n t r i e s w i t h a t e m p e r a t e c l i m a t e t h e p r e s e n t

s u p p l y o f P 2 0 / h a A . A . i s c l o s e t o t h e a n n u a l m a i n t e n a n c e g e n e r a l l y a s s u m e d i n - t h e r a t t e r o f

5

p h o s p h a t e f e r t i l i z a t i o n .

T h e M e d i t e r r a n e a n c o u n t r i e s s h o w h o w m u c h t h e h a n d i c a p o f i n s u f f i c i e n t o r b a d l y d i s t r i b u t e d

r a i n f a l l h a m p e r s t h e a d v e n t o f i n t e n s i v e a g r i c u l t u r e o n t h e t e r r i t o r y a s a w h o l e ( s e e c h a r t

w i t h b r e a k d o w n o f

P 2 0 5

/ h a A . A . ) .

I t F a y

b e c o n c l u d e d t h a t p h o s p h a t e f e r t i l i z a t i o n c h a r a c t e r i z e s m a i n l y a t y p e o f a g r i c u l t u r e a n d

i n c r e a s e s s l i g h t l y w i t h

p o p u l a t i o n d e n s i t y . I n t h e g r o u p o f i n t e n s i v e l y c u l t i v a t e d W e s t

. E u r o p e a n c o u n t r i e s , t h i s f e r t i l i z a t i o n i s a t t w o l e v e l s :

- 4 0 t o 6 0 k g o f P 0 / h a / y e a r i n t h e c e n t r a l a n d n o r t h e r n a r e a s ,

-

1 5 t o 3 0 k g o f P 2 2 0 5 5 / h a / y e a r i n t h e M e d i t e r r a n e a n a r e a .

S e c o n d g r a p h - A n n u a l u s e o f P / i n h a b i t a n t , i n t h e f o r m o f m i n e r a l f e r t i l i z e r s i s l i s t e d i n

t h e o r d i n a t e , w h i l e t h e a b s c i s s a r e m a i n s u n c h a n g e d .

T h e W e s t E u r o p e a n c o u n t r i e s f a l l i n t o s e v e r a l d i s t i n c t g r o u p s :

S p a r a e l y p o p u l a t e d S c a n d i n a v i a ( F i n l a n d h a s b e e n i n c l u d e d i n t h e g r a p h ) ;

A t l a n t i c c o u n t r i e s g r o u p e d a l o n g a h y p e r b o l i c c u r v e w i t h , o n t h e o n e h a n d , t h e c o u n t r i e s

w h e r e a g r i c u l t u r e e x p o r t s p r o d u c t s a n d i s a n i m p o r t a n t s e c t o r o f t h e e c o n o m y , a n d , o n

t h e o t h e r h a n d , t h e h i g h l y i n d u s t r i a l i z e d c o u n t r i e s ;

M e d i t e r r a n e a n c o u n t r i e s g r o u p e d a l o n g a h y p e r b o l i c a r c w h e r e , p o p u l a t i o n d e n s i t y b e i n g

e q u a l , t h e o r d i n a t e s a r e c l e a r l y b e l o w t h o s e o f t h e A t l a n t i c a g r i c u l t u r a l c o u n t r i e s ;

c e n t r a l m o u n t a i n o u s c o u n t r i e s ( S w i t z e r l a n d a n d A u s t r i a ) w h i c h h a v e i s o l a t e d p o s i t i o n s .

I V

D I E T A R Y P H O S P H O R U S R E Q U I R E M E N T S

R e c e n t s t u d i e s h a v e e s t a b l i s h e d t h a t i n W e s t e r n E u r o p e m a n ' s p h o s p h o r u s r e q u i r e m e n t s a r e

w e l l

m a t c h e d b y s u p p l i e s i n t h e d i e t .

T h e v a l u e w h i c h a p p e a r s t o b e m o s t i n l i n e w i t h p r e s e n t h a b i t s i s 1 . 5 g

o f P p e r d a y a n d p e r s o n



P l a n t P r o d u c t i o n

S u p p l y o f P / d a y , i n g

B r e a d

0 . 4 1

N e a t

0 . 2 8

F i s h : 0 . 0 4

P o t a t o e s

0 . 2 0

M i l k

0 . 2 9

V e g e t a b l e s

0 . 1 0

C h e e s e

0 . 0 7

F r u i t

0 . 0 4

E g g s

0 . 0 6

B u t t e r . . . ,

0 . 0 1

0 . 7 5

0 . 7 1

T o t a l . . . .

1 . 5 g o f P / d a y

I n 1 9 6 6 , t h e s u g g e s t e d g l o b a l p r o p o r t i o n w a s 0 . 8 1 g o f P f r o m p l a n t p r o d u c t s a n d 0 . 6 6 g o f

P f r o m a n i m a l p r o d u c t s .

l t i s c e r t a i n t h a t a s h i f t h a s s i n c e o c c u r r e d i n f a v o u r o f m e a t a n d

m i l k p r o d u c t s .

F o r 3 2 0 m i l l i o n c o n s u m e r s , t h i s r e p r e s e n t s a b o u t 1 7 5 , 0 0 0 t o n s o f P i n o n e y e a r , o f w h i c h :

- h a l f c o m e s d i r e c t l y f r o m p l a n t s ,

- 8 2 , 5 0 0 t o n s f r o m a n i m a l p r o d u c t s , a n o

- a b o u t 5 , 0 0 0 t o n s f r o m f i s h e r i e s .

V - P L A N T

A N D A N I M A L P R O D U C T I O N

T a k i n g i n t o a c c o u n t w a s t e a n d b y - p r o d u c t s o f p l a n t p r o d u c t i o n i n t e n d e d f o r h u m a n c o n s u m p t i o n

w h i c h a r e l o s t o r u s e d a s a n i m a l f e e d ( b r a n , m i d d l i n g s , m i s c e l l a n e o u s f o d d e r , e t c . ) , t h e

q u a n t i t y o f P m o b i l i i e d a n n u a l l y b y p l a n t p r o d u c t i o n h a s t o b e e s t i m a t e d a t a

m i n i m u m o f

1 5 0 , 0 0 0 t o n s .

A b o u t o n e - t h i r d o f

t h i s s e r v e s t o f e e d a n i m a l s .

A n i m a l P r o d u c t i o n

M i l k p r o d u c t s a n d e g g s c o r r e s p o n d t o a n a n n u a l s u p p l y o f :

0 . 4 3 g x 3 6 5 x 3 2 0 m i l l i o n s / 5 0 , 0 0 0 t o n s o f P ,

a n d n e a t :

0 . 2 8 g x 3 6 5 x 3 2 0 m i l l i o n s

3 3 , 0 0 0 t o n s o f

P .

O E C D s t a t i s t i c s f o r 1 9 6 9 o n M i l k a n d M i l k P r o d u c t s g i v e t h e

f o l l o w i n g b r e a k d o w n o f E u r o p e a n

d a i r y p r o d u c t i o n :

L i v e s t o c k f e e d

1 3 . 9 m i l l i o n t o n s

B u t t e r

4 3 . 0 8

C h e e s e

1 7 . 3

C o n d e n s e d a n d p o w d e r e d m i l k

5 . 6 6

F l u i d m i l k

3 1 . 9

C r e a m ,

3 . 9 2

M i s c e l l a n e o u s

1 , 1 1

1 1 6 . 8 7 m i l l i o n t o n s

F l u n t p r o d u c t s A n i m a l p r u d u e l s



I f w e d e d u c t t h e s h a r e o f e g g s ( 7 , 0 0 0 t o n s o f P ) f r o m t h e f i r s t t o n n a g e ( 5 0 , 0 0 0 t o n s ) a n d i f

w e i n c l u d e o n l y c h e e s e , f l u i d m i l k , c r e a m a n d o n e - t h i r d o f p r o c e s s e d m i l k i n h u m a n c o n s u m p t i o n

( b a s e d o n a c o n t e n t o f 0 . 9 g o f P / k g o f m i l k ) , t h e q u a n t i t i e s o f P f u r n i s h e d a n d u s e d a r e i n

e q u i l i b r i u m , a t a b o u t 5

T h e O E C D m e a t s t a t i s t i c s f o r 1 9 6 9 l e a d t o t h e s a v e c o n c l u s i o n .

T h i r t y - t h r e e t h o u s a n d t o n s o f P , w i t h a n a v e r a g e c o n t e n t o f 0 . 1 5 ' 1 0

o f P , c o r r e s p o n d t o t h e

u t i l i z a t i o n o f 2 2 m i l l i o n t o n s o f n e a t . T h e O E C D s t a t i s t i c s g i v e a t o t a l c o n s u m p t i o n o f

2 1 , 7 1 8 , 6 6 0 t o n s ( f o r a p r o d u c t i o n o f 2 0 , 7 2 0 , 0 0 0 t o n s ) .

V I - P E O S P H O R U S R E Q U I R E M E N T S O F A N I M A L S

D a i r y a n d e g g p r o d u c t i o n p o s e s t h e p r i n c i p l e o f a t r a n s f o r m a t i o n o f v e g e t a b l e f e e d p h o s p h o r u s

i n t o a n i m : I I p r o d u c t p h o s p h o r u s .

W h i l e e x c e l l e n t m e t h o d s o f a n i m a l h u s b a n d r y p e r m i t a c o e f f i c i e n t

o f p h o s p h o r u s u t i l i z a t i o n c l o s e t o 2 , i t w o u l d

8 C C M

p r e f e r a b l e t o t a k e 2 . 5 a s t h e a v e r a g e

c o e f f i c i e n t , t h a t i s , 1 2 5 , 0 0 0 t o n s o f P w e r e d i s t r i b u t e d t o a n i m a l s ( f e v a l e d a i r y a n i m a l s a n d

l a y i n g h e n s ) t o m e e t t h e i r p r o d u c t i o n r e q u i r e m e n t s ; m a i n t e n a n c e r a t i o n s h a v e t o b e a d d e d t o

t h i s f i g u r e .

T h e a n n u a l c o n s u m p t i o n o f a b o u t 2 2 m i / l i o n t o n s o f d r e s s e d c a r c a s s e s f u r n i s h e s a b o u t 3 3 , 0 0 0

t o n s o f f o o d p h o s p h o r u s ; b u t t o o b t a i n t h i s q u a n t i t y , t h e a n i m a l s r e q u i r e m u c h m o r e c o n s i d e r a b l e

s u p p l i e s d u r i n g t h e i r l i f e .

P o u l t r y p r o d u c t i o n :

2 , 9 7 0 , 0 0 0 t o n s

- w e i g h t o f P o f l i v e a n i m a l s

3 5 , 0 0 0 t o n s

- w e i g h t o f a l i m e n t a r y P r e q u i r e d : 4 , 2 0 0 , 0 0 0 t o n s ( y i e l d 7 0 % )

x 2 . 5 x 0 . 0 0 7 ( P c o n t e n t o f f e e d )

7 3 , 0 0 0 t o n s

T h i s m e a n s t h a t a c h i c k e n f i x e s a b o u t h a l f o f i t s P i n t a k e i n i t s b o d y ; t h e m a j o r p a r t -

m o r e t h a n 3 0 , 0 0 0 t o n s - i s t o b e f o u n d i n t h e b o n e t i s s u e a n d w a s t e p r o d u c t s .

M e a t p r o d u c t i o n ( s e e T a b l e I I )

T o s i m p l i f y e s t i m a t e s , b e e f a n d v e a l a r e i n c l u d e d i n o n e f i g u r e - 7 , 2 2 0 , 0 0 0 t o n s - a n d

a v e r a g e s l a u g h t e r w e i g h t h a s b e e n f i x e d a t 5 0 0 k g w i t h a y i e l d o f 6 0 " h .

S u c h a n o x o r c o w c o n c e n t r a t e s a b o u t 4 k g o f P i n i t s s k e l e t o n a n d h a s a b o u t

1 k g i n t h e

o t h e r p a r t s o f i t s b o d y .

O n t h e W e s t E u r o p e a n s c a l e , t h i s m e a n s 9 6 , 0 0 0 t o n s o f P i n t h e

b . o n e s a n d 2 5 , 0 0 0 t o n s o f P i n t h e o t h e r t i s s u e s , o f w h i c h m o r e t h a n h a l f s e r v e s h u m a n

c o n s u m p t i o n ( m e a t + o f f a l ) .

B u t 6 , 6 0 0 , 0 0 0 t o n s o f c a r c a s s e s c a l l f o r a u t i l i z a t i o n o f P w h i c h m a y b e p u t a t

1 2 . 5 k g u p t o a w e i g h t o f 4 0 0 k g

a n d

2 . 5 k g t o i n c r e a s e t h e w e i g h t f r o m 4 0 0 t o 5 0 0 k g

t o t a l 1 5 . - k g ,

o r 3 3 0 , 0 0 0 t o n s o f P f o r 2 2 m i l l i o n h e a d .



3 ) P i g p r o d u c t i o n

E s t i m a t e s m a d e o n a c o m p a r a b l e b a s i s s h o w t h a t a 1 0 0 k g p i g r e c e i v e s 1 , 2 0 0 t o 1 , 3 0 0 g o f P

i n i t s f e e d d u r i n g i t s l i f e ; i t a s s i m i l a t e s a b o u t h a l f o f i t , a n d 4 5 0 g a r e i n i t s b o d y w h e n

s l a u g h t e r e d .

A p p l i e d t o E u r o p e a s a w h o l e , t h i s g i v e s a m i n i m u m o f 1 5 0 , 0 0 0 t o n a o f P i n v o l v e d i n p i g f e e d ,

o f w h i c h 5 0 , 0 0 0 t o n s a r e l a t e r f o u n d , a b o u t t h r e e - q u a r t e r s i n t h e b o n e s a n d w a s t e p r o d u c t s

a n d o n e - q u a r t e r i n t h e e d i b l e p a r t s .

A c o n s i d e r a b l e p e r c e n t a g e o f b o n e s f r o m m e a t f o r h u m a n c o n s u m p t i o n i s u s e d b y v a r i o u s

i n d u s t r i e s .

I n F r a n c e , i t m a y b e e s t i m a t e d t h a t m o r e t h a n o n e - t h i r d o f t h e b o n e s i s c o l l e c t e d

i n t h i s w a y - 1 7 5 , 0 0 0 t o n s , o u t o f a p r o d u c t i o n o f 1 , 6 0 0 , 0 0 0 t o n s o f c a r c a s s e s w i t h a b o u t

5 0 0 , 0 0 0 t o n s o f b o n e s .

P h o s p h o r u s r e c o v e r e d i n t h i s w a y t o t a l s 4 , 0 0 0 t o n s a n d i s u s e d m a i n l y

i n t h e m a n u f a c t u r e o f a n i m a l f e e d .

T h e s a m e p r o p o r t i o n a p p l i e d t o E u r o p e g i v e s 2 1 , 0 0 0 t o n s o f P ,

t h a t i s t o s a y t w o - t h i r d o o f

t h e b o n e s o f s l a u g h t e r e d c a t t l e c a n n o t b e r e c o v e r e d , a n d o n e - t h i r d o f t h e r e m a i n i n g t h i r d i s

a l s o l o s t :

9 ( , 0 0 0

x

2

1 2 1 , 0 0 0 t o n s o f P .

3

3

V I I

- P H O S P h O R U S C A R R I E D A W A Y I N S U R F A C E W A T E R A N D O T H E R L O S S E S

W e s t i l l h a v e o n l y v e r y i n c o m p l e t e i n f o r m a t i o n o n t h e s u b j e c t .

A c c o r d i n g t o o l d e s t i m a t e s

a n d o n t h e b a s i s o f s o m e s e a s o n a l d a t a o n P c o n t e n t i n r i v e r s , t h e q u a n t i t y o f P f r o m F r e n c h

s o i l s w e p t t o w a r d t h e s e a i n s o l u t i o n m a y b e p u t a t 7 , 0 0 0 t o 1 0 , 0 0 0 t o n s a y e a r .

T h i s

t o n n a g e w o u l d i n d i c a t e 0 . 0 4 5 t o 0 . 0 6 7 p p m o f P i n

s u r f a c e w a t e r w h i l e i t s c o n t e n t i n r u r a l

a r c a s g e n e r a l l y r a n g e s f r o m 0 . 0 7 t o 0 . 1 p p m .

T h i s w o u l d m e a n t h a t t w o - t h i r d s o f t h e P c o n t e n t

i n s u r f a c e w a t e r a r e d u e t o r u n o f f a n d d r a i n a g e ,

i n a r e a s f r e e f r o m p o l l u t i o n b y a g g l o m e r a t i o n s

a n d i n d u s t r i e s .

F o r t h e w h o l e o f E u r o p e , w h i c h i s 5 . 5 t i m e s t h e s i z e o f F r a n c e , t h i s

w o u l d a m o u n t t o a l o s s

o f 3 8 , 0 0 0 t o 5 5 , C 0 0 t o n s o f P p e r y e a r .

E s t i m a t e s w i l l b e o n f i r m e r g r o u n d w h e n a l l a n a l y t i c a l r e s u l t s f o r

1 9 7 1 a r e k n o w n .

I f w e p u t t h e a v e r a g e d u r a t i o n o f h u m a n l i f e a t 6 0 y e a r s , 5 , 0 0 0 t o n s a r e

c o n c e n t r a t e d a n n u a l l y

I n c e m e t e r i e s A n d n e c r o p o l i s e s .

B u t t h e b i g t e s t l o s s e s o f P a r c u n d o u b t e d l y d u e t o t h e f o l l o w i n g t w o

f a c t o r s :

N o n - r e c o v e r y o f b o n e s , t h e i r d i s p e r s i o n a n d t h a t o f t h e w a s t e

m a t e r i a l s o f h u m a n n u t r i -

t i o n i n o u r e n v i r o n m e n t : d i s c h a r g e , g a r b a g e , d i r e c t - t o - s e w e r

d r a i n a g e , e t c . T h i s i n v o l v e s

a b o u t 1 8 0 , 0 0 0 t o n s o f P a y e a r , o v e r w h i c h n o c o n t r o l i s

p o s s i b l e a t p r e s e n t .

W e c a n e x p r e s s

t h i s t o n n a g e i n a f i g u r e b u t w e k n o w n o t h i n g a b o u t i t s

s u b s e q u e n t a c t i v i t i e s e x c e p t t h a t t h e y

d o u b t l e s s a c t a s v a r i o u s c a u s e s o f p o l l u t i o n .

I t i s i m p o s s i b l e t o r e t u r n t o t h e s o i l t h e

e n t i r e q u a n t i t y o f P c o n t a i n e d i n a n i m a l

e x c r e m e n t s .

I t i s v e r y d i f f i c u l t t o m a k e a d i v i s i o n b e t w e e n

p h o s p h o r u s a c t u a l l y r e u s e d i n

o r g a n i c m a n u r e a n d

p h o s p h o r u s

l o s t .

I t h a : a l r e a d y b e e n e s t a b l i s h e d t h a t s t r o n g

a n i m a l

c o n c e n t r a t i o n s a r e r e s p o n s i b l e f o r a b n o r m a l l y e n r i c h i n g

u n d e r g r o u n d w a t e r w i t h n i t r a t e s , a n d o n e

c a n e v e n n o w p u t f o r w a r d t h e p r i n c i p l e

o f a p o l i c y o f h y g i e n e i n v i e w o f t h e f a c t t h a t t h e

p h o s p h o r u s o f a n i m a l p r o d u c t i o n f o r m s a m u c h b i g g e r q u a n t i t y

t h a n o f u r b a n a g g l o m e r a t i o n s .



t h e n e e d o f t r e a t i n g t h e w a s t e w a t e r o f i n d u s t r i a l s t o c k - r a i s i n g b e f o r e i t r e a c h e s

s u r -

f a c e w a t e r ;

t r y i n g t o s p r e a d t h e d e j e c t a c f l i v e s t o c k o n a r e a s o f s u f f i c i e n t s i z e f o r r e u s e o f P b y

p l a n t p r o d u c t i o n , w i t h o u t m i s c a l c u l a t i o n ;

u s e o f c o n c e n t r a t e d d e j e c t a ( p o u l t r y d r o p p i n g s a n d l i t t e r , d r i e d m i x t u r e o f l i q u i d a n d

s o l i d m a n u r e ) t o p r o d u c e o r g a n i c f e r t i l i z e r f o r m a r k e t i n g .

S l a u g h t e r - h o u s e s a n d c a n n e r i e s

R e c o v e r y o f a l l b o n e s a n d w a s t e p r o d u c t s f o r u s e a s a s o u r c e o f m i n e r a l e l e m e n t s ( a n i m a l

f e e d a n d f e r t i l i z a t i o n ) .

C o n s u m p t i o n

S e p a r a t i o n o f b o n e s a n d f o o d w a s t e t o p r e v e n t t h e m f r o m r e a c h i n g s u r f a c e w a t e r ;

l i k e w i s e , t h e a s h e s o f i n c i n e r a t e d h o u s e h o l d g a r b a g e m u s t n o t b e l e f t t o c h a n c e ; p r e -

c a u t i o n s m u s t b e t a k e n s o t h a t t h e y w i l l n o t b e c o m e a s o u r c e o f p o l l u t i o n r e p l a c i n g

t h e p o l l u t i o n t h a t w a s t o b e a v o i d e d .



1969 and 1969-1970

Country

Number

of

inhabitants

Area

yr2

Inhabitants

per

km2

Asricultural

Area

P2 C5

P

('COO

ho)

AUSTRIA

7 375 COO

24

COO 88

2

779

ha

144 5C0

t

62 800

BELGIUM AND LUXEMBOURG 9 990

OCO 33 100 302 1 834 142 100 64 400

DENMARK 4 910

002 43 000

114 3

023 126 9C0

55

200

IRELAND

2

903

003 70 300

41

4 585

169

ICC

73

500

FRANCE

50

300

OCG

551 500

91 29 234

1

710 2C0

743

600

FED.

REP.

OF GERMANY 50

800

000

248 00C 245

13

996

656

6CC

372

400

ITALY

53

200 033

201

OCC 177

15

557 486

200

211

400

NETHERLANDS 12 900 CO3 33 500 2E5 2

239 107 500

46 700

NORWAY 3

950

000

324

000

12

1

CCO 54 000 23

500

PORTUGAL 8

960 000 92

000

96

4 130 60 900 25 500

SPAIN

33 COO COO 507

COO

55 20 725 295 OCC

171

700

SWEDEN

7 800 OCO

450 CCO 17

3

133 139 200 60 500

SWITZERLAND 6

400

030

41 300 155 1 100 50

900 22 100

UNITED KINGDOM 55

50C

030 244

OCO

227 12

435 469 600

204 200

TOTAL

or

AVERAGE

217 785 COO 3 022 700

105

115 740 4

918 700 2

138

500

_ _



o n n a g e o f P 2 0 5

p e r h a o f e g r i c . a r e a

1 0 0

9 0

8 0

7 0

6 0

5 0

4 0

3 0

2 0

1 0

. . . . . . "

. . . . .

H

. . - - - .

. . - - - -

. . . . . . -

- - - - F

. . . . . - - -

. . . . " - " .

. . .

. . . . . . . " "

. . . - - . " ' "

. .

. . - - - -

a i ) E

. . . - - - -

A

. . . /

- - - - - "

e P . . . - - - - - - - - - .

G R A P H - I -

. . . . . . " * " .

. . . . . . . "

C H

. . - - - -

, . . . . " . . .

. . . 0 - - *

0

H S . L

. . - ^ " . . .

. . . . . . . . .

- - - - - -

P o p u l a t i o n d e n s i t y

. . . . . - . . " .

N L

0

2 5 5 0

7 5

1 0 0

1 2 3

1 5 0

1 7 5 2 0 0 2 2 5 2 5 0 2 7 5 3 0 0

3 2 5

3 5 0

3 7 5 4 0 0

. . . . . . " '

D K

. . . . . . . ' .

. . - - - - '

G B

, . . .

. . . - - - .

. . . . - - . . " - .

. . . . . . . ,

- - -

6 - 1

. . . . . . " '

. . . - - - -

. . . . " .



T o n n a g e o f P h o s p h o r u s

p e r i n l a b i t a n t

2 6

2 5

2 4

2 3

2 2

2 1

2 0

1 9

1 8

1 7

1 6

1 5

1 4

1 3

1 2

1 1

1 0

9

6

5

4

3

2

1

G R A P H - I I -

e D & L

P o p u l a t i o n d e n s i t y

0

2 5

5 0 7 5

1 0 0

1 2 5 1 5 0

1 7 5

2 0 0 2 2 5

2 5 0 2 7 5 3 0 0

3 7 5

3 5 0

3 7 5 4 0 0



50,000

tons

of

P

found in

animal

feed

20,000

tons

of

P

found

in animal

feed

whereof

2,500

tons of

P

in

offal

QUANTITIES

OF P EMPLOYED FOR HUMAN

FOOD (tons)

(320

million inhabitants)

PLANTS

collected human food

animal feed

to be

supplied

co

soil

drawn

by

plants

250

030

200.000

150

000

E7

500

50

on

(1

Animals ?resent in

livestock

feed

Human

food waste and bones

Poultry

73 000

4 500

3C 500

Cattle

330 CCD

It

000

96 COO

(2

11

500

(- offal

2 500)

Pigs

.

150 000 12 000

39

000

Miscellaneous

and

Offal

67 500 5 000 (3)

25

000

Feed for

Laying

bent,

75 000

7 000

,..

Feed for

milch cows

180 000

43 000

(13

kg/day)

(1)

TOTAL 875 000

(2) 82

500

201

000



w a s t e

l o s s e s

1 2 5 0 0

7 - %

Q U A N T I r E 5 A N N U E L L E - 5 d e P H O S P H O f f q u i C I R C U L E N T o a n s

l ' O U L 5 T - 0 ( 1 0 P E E N

p o u r C U I P P i l t i l e a B E S O 1 N S

A L 1 M E N T A I N E 5 d e l ' H O M M E

( e n t o n n e s d e P )

c e r n e l e r i e s

5 0 0 0

e x p o r t a t i o n o f

p l a n t p r o d u c t s

1 5 0 0 0 0

a b s o r w i o n o f

v e g e t a b l e f o o d

c r o p s

2 0 0 0 0 0

s u p p l y f ( r p l a n t p r o -

& l e t s f o r i o i m a n f o o d

2 5 0 0 0 0

P s u p p l y o f

f e r l i l i c e r S

2 1 4 0 0 0 0

g e n e r a l e n r i c 1 ) -

m e n t o f s o i l

7 1 5 0 0 0

i i i s p e r s e d i n

e n v i r o n m e n t

1 7 5 0 0 1 - i

0 0 0 1 , f - 1 2 5 0 0

A

I

f . i s h , r i e s 1

5 0 0 0 0

u n u s a b l e b a l a n c e

3 0 0 0 0 0

5 0 0 0 0

f 2 5 0 0 0 0

o t h e r n o n - f o o d

c r o p s

1 0 0 0 0 0

t n a c t i v a l c d P

( 4 -

1 0 - Y .

o f t h e

s u p p l y )

2 0 0 0 0 0

2 0 0 0 0

7 1 0 0 0 0

1 5 5 A U D O

h o r n i i f o o d

1 7 5 0 0 0

1

1 3 1 0 0 0

p o o r s o i l s

a n d

f i x a t i n g s o i l s

1 0 0 0 0 0

.

b o n e s a n d

w a s t e

2 0 1 0 0 0

f e e d r e q u i r e m e n t s

o f a n i m a l s

8 7 5 0 0 0

e x p o r t a t i o n

b y f o d d e r

8 0 0 0 0 0

3 4 1 5 0 0

a b s c p , , , . . , b y

f o d d e r c r o p s

1

0 0 0 0 0 0

r n i n e r a t

c o n d i m e n t

2 0 0 0 0

c o n d i m e n t

m i n e r a l

( p h . n a t . e t

p o 5 o n )

2 5 0 0 0

1 - >

2 0 0 0 0

a n i m a l

d e j e c t a

5 9 1 5 0 0

v a r i . o u s

l o s s e s

2 0 0 0 0

1 , c a r r i e d a . w a y

b y w a t e r

4 0 0 0 0

( I i s s o l v e d

f o r r t l e

4 0 0 0 0

m i n e r a l , o r g a -

n i C a n d a b s o r b e d

f o r m s ,

f

5 0 ' 4

b e \ \

( a c T

o s o i l

2 0 0 0 0 0

I n

2 5 0

i a c k . . " . N \

s O n z )

0 0 0

a v a i l a b l e P , a l l c r o p s

1

6 0 0 0 0 0

s u p p l y f o r f o d d e r

a n d g r a i n s f o r

a n i m a l f e e d

1

2 5 0 0 0 0

a l t k i n t i s

2 6 5 5 0 0 0

- >

1 2 ' A D



K s a t u r a t i o n a s a f a c t o r o f K m o b i l i t y

T h e K s e l e o t i v i t y o f a c l a y m i n e r a l c a n b e e x p r e s s e d i n q u a n t i t a t i v e t e r m s a s

s e l e c t i v i t y c o e f f i c i e n t . C a p o n ' s e q u a t i o n i s m o s t l y u a e d t o c a l c u l a t e t h e e e l e c t i v i t y

c o e f f i c i e n t :

K a

.

K 1

J I

C a a + M g a

C a l + M g i

F i g u r e

3

s h o w s t h a t t h e K s e l e c t i v i t y i o d e p e n d e n t o n t h e K s a t u r a t i o n o f t h e

c l a y .

O b v i o u s l y a c e r t a i n

K s a t u r a t i o n o f t h e e x c h a n g e c a p a c i t y i s r e q u i r e d t o h a v e a l l K

s e l e c t i v e B i t e s o c c u p i e d w i t h K i o n s .

B e l o w a c e r t a i n K s a t u r a t i o n t h e e e l e c t i v i t y

c o e f f i c i e n t i n c r e a s e ° r a p i d l y i n d i c a t i n g a h i g h p r e f e r e n c e f o r K o v e r C a + M g a n d

c o r r e s p o n d i n g l y a l o w K c o n c e n t r a t i o n i n e o l u t i o n , w h i c h i e o f p r a c t i c a l c o n a e q u e n c e

i f o n e w a n t ° t o e a t i m a t e K a v a i l a b i l i t y t o p l a n t s o r K m o b i l i t y i n t h e s o i l .

I t i s i n t e r e s t i n g t o n o t e t h a t m o n t m o r i l l o n i t e d o e s n o t s h o w a s i g n i f i c a n t

c h a n g e i n

K s e l e c t i v i t y w i t h c h a n g i n g K s a t u r a t i o n a n d t h a t o v e r t h e w h o l e r a n g e t h e s e l e c t i v i t y

c o e f f i c i e n t i n s i g n i f i c a n t l y l o n e t h a n f o r i l l i t e .

T h i e i s d u e t o t h e f a c t t h a t m o n t -

m o r i l l o n i t e h a s o n l y p l a n a r e x c h a n g e s i t e e ( F i g u r e 1 ) a n d d o e u n o t c o l l a p e e o n a d d i t i o n o f

K , b e c a u s e o f i t s l o w s u r f a c e c h a r g e d e n s i t y .

I n c o n t r a e t t o m o n t m o r i l l o n i t e c h l o r i t e

c l a y e x h i b i t s a v e r y h i g h e e l e c t i v i t y w h i c h i s p r o b a b l y t h o r e a u l t o f a n u n u s u a l l y h i g h

p r o p o r t i o n o f w e d g e s i t e s . A t a g i v e n K e a t u r a t i o n a m o n t m o r i l l o n i t e s o i l h a s t h e r e f o r e

a h i g h e r K c o n c e n t r a t i o n i n t h o ° o i l s o l u t i o n t h a n a n i l l i t e s o i l a n d h e n c e K m o b i l i t y

i s h i g h e r , w h e r e a n t h e r e v e r s e l e t r u e f o r ° o i l s w i t h c h l o r i t e a u d o m i n a n t c l a y m i n e r a l .

F i g u r e 4 d e m o n e t r a t e o t h a t t h o o a m e r e l a t i o n s h i p h o l d s f o r ° o i l s , w h i c h u s u a l / y c o n t a i n

a m i x t u r e o f c l a y m i n e r a l s .

F r o m t h e f o r e g o i n g i t a p p e a r ° t h a t K s a t u r a t i o n i s a n i m p o r t a n t f a c t o r d e t e r m i n i n g

t h e b e h a v i o u r o f K i n s o i l s .

T h e l o w e r t h e K s a t u r a t i o n t h e m o r e t i g h t l y K i s h e l d b y

t h o s o i l , c o t h a t t h e K c o n c e n t r a t i o n i n t h e s o i l s o l u t i o n i s l o w a n d h e n c e t h e K

m o b i l i t y I n

t h e ° o i l i e l o w t o o .

T h i s w o u l d m e a n t h a t a t a g i v e n c o n t e n t o f e x c h a g e a b l e

K a s a n d y

c o i l ( l o w i n o r g a n i c e x c h a n g e c a p a c i t y ) h a s a h i g h e r

K

c o n c e n t r a t i o n i n t h e s o i l

s o l u t i o n t h a n a l o a n o r c l a y s o i l .

F i g u r e

5

d e m o n e t r a t e e t h a t t h i s i s i n d e e d t h e c a n o .

T h e r e f o r e , i n h e a v y

o o i l B t h e r e i n m u c h l e s o

K l o s e

t h r o u g h l e a c h i n g ( T a b . 3 ) , a n d a

s u b s t a n t . i a l d o w n w a r d m o v e m e n t o f f e r t i l i z e r K w o u l d o c c u r i n a l o a m ° o i l

o n l y a t m u c h

h i g h e r d o n e s t h a n i n a s a n d y s o i l .

I t

i e

r a t h e r i n c o n v e n i e n t t o h a v e s e p a r a t e r e g r e w : l i o n s f o r e a c h

t e x t u r a l c l a s s o f

s o i l s .

W o t h e r e f o r e p r e f e r t o p l o t

K

s a t u r a t i o n o f t h e i n o r g a n i c e x c h a n g e c a p a c i t y

i n s t e a d o f e x c h a n g e a b l e

K

c o n t e n t .

T h o n o n l y o n e r e g r e s s i o n l i n e i s o b t a i n e d a n d i t i s

p o s s i b l e t o e s t i m a t e t h e K c o n c e n t r a t i o n i n t h e s o i l e o l u t i o n i f

t h e K s a t u r a t i o n i s

k n o w n ( F i g u r e

6 ) .

V e r t i c a l K m o v e m e n t i n B o i l s

U n f o r t u n a t e l y i t i s n o t a s e a s y t o c a l c u l a t e t h e K m o v e m e n t

d o w n a p r o f i l e e v e n i f t h e

a m o u n t o f w a t e r m o v i n g d o w n w a r d s w e r e k n o w n , b e c a u s e a t a

g i v e n K s a t u r a t i o n t h e

K

c o n c e n t r a t i o n v a r i e e a l s o w i t h w a t e r c o n t e n t

( F i g u r e

8 ) .

U n d e r c o n d i t i o n s o f u n s a t u r a t e d

f l o w t h o c o n c e n t r a t i o n w i l l b e h i g h e r t h a n g i v e n i n F i g u r e

6 , h o w e v e r , t h e a m o u n t o f w a t e r

1 /

K a , C a , M g a

-

e x c h a n g e a b l e c a t i o n s ( m e / 1 0 0 g )

K l ' C a l ' M g 1

-

c a t i o n s i n s o l u t i o n ( m o l e / 1 )

2 /

I t s h o u l d b e s t r e s s e d t h a t o n l y t h e i n o r g a n i c e x c h a n g e

c a p a c i t y h a s t o b e

t a k e n i n t o a c c o u n t w h e n c a l c u l a t i n g t h o K s a t u r a t i o n

o f a s o i l .



p e r c o l a t i n g t h r o u g h t h e p r o f i l e w i l l a l s o b e a p p r e c i a b l y l o w e r , s o t h a t t h e o v e r a l l v e r t i c a l

K m o v e m e n t m i g h t s t i l l b e l o w e r t h a n a t o r a b o v e f i e l d c a p a c i t y .

H o w e v e r , t h e f a c t s t i l l

r e m a i n s t h a t m o b i l i t y d e p e n d e o n t h e K c o n c e n t r a t i o n i n t h e s o i l s o l u t i o n b e e e n e e t r a n s p o r t

w i l l t a k e p l a c e i n t h e a q u e o u s p h a s e .

I n m o v i n g d o w n w a r d s t h e e o i l s o l u t i o n w i l l p a s s

t h r o u g h h o r i z o n s w i t h K s a t u r a t i o n s d i f f e r e n t f r o m t h o s e o f t h e t o p s o i l s o t h a t a c o n t i n u o u s

e q u i l i b r a t i o n p r o c e s e w i l l t a k e p l a c e d u r i n g t h e d o w n w a r d m o v e m e n t a n d t h e K c o n c e n t r a t i o n

w i l l c o n t i n u o u s l y c h a n g e .

T h e c o m p o e i t i o n o f t h e l e a o h a t e w i l l c o r r e s p o n d t o t h e K

s a t u r a t i o n o f t h e l a s t l a y e r o f s o i l t h r o u g h w h i c h i t p a s e e s .

A s t h e K s a t u r a t i o n i n t h e

s u b s o i l i s n e a r l y a l w a y s l o w e r t h a n i n t h e s u r f a c e l a y e r s t h o s o i l s o l u t i o n i s g r a d u a l l y

d e p l e t e d o f K s o t h a t t h e d r a i n w a t e r h a s u e u a l l y a r a t h e r l o w K c o n c e n t r a t i o n .

I n F i g u r e 7 t h e K c o n c e n t r a t i o n a t d i f f e r e n t d e p t h s o f 3 p r o f i l e s ( o n e u n f e r t i l i z e d )

i s g i v e n .

I n t h e h i g h l y f e r t i l i z e d a s w e l l a s i n t h e K d e f i c i e n t s o i l t h e K c o n c e n t r a t i o n

b e c o m e a m o r e o r l e u s t h e s a n o b e l o w t h e d e p t h o f

1 m , w h i c h m e a n s t h a t i n t h r e e o f t h e

p r o f i l n e a b o u t t h e e a m e a m o u n t o f K w o u l d b e l e a c h e d , i f t h e e a m e a m o u n t o f w a t e r w o u l d

p e r c o l a t e t h r o u g h e a c h p r o f i l e i r r e s p e c t i v e o f f e r t i l i z i n g p r a c t i c e , o n l y t h e s a n d w o u l d

B u f f e r s i g n i f i c a n t l e a c h i n g l o s s e s .

A s e u m i n g f i e l d c a p a c i t y a n d k n o w i n g t h e a m o u n t o f

p e r c o l a t i n g w a t e r a n d K c o n c e n t r a t i o n o f t h e s o i l s o l u t i o n o n e c a n m a k e a n a p p r o x i m a t e

e s t i m a t e o f h o w m u c h K w i l l m o v e o u t o f

a

e o i l l a y e r ( T a b . 1 ) .

I t i u o b v i o u s t h a t m o r e K

w i l l b e l e a c h e d o u t o f a f e r t i l i z e d p l o u g h l a y e r t h a n o u t o f a s u b s o i l .

H i g h a p p l i c a t i o n e

o f K f e r t i l i z e r w i l l r e s u l t i n a g r a d u a l i n c r e a s e i n K s a t u r a t i o n o f t h e s u b u o i l .

F r o m

t h e p o i n t o f v i e w o f p l a n t n u t r i t i o n t h i s i s r a t h e r a d e s i r a b l e p r o c e s s a s a n e n r i c h m e n t o f

t h e s u b s o i l w o u l d e n s u r e a s u f f i c i e n t n u t r i e n t s u p p l y d u r i n g t i m e s o f d r o u g h t w h e n u p t a k e

f r o m t h o d r y t o p l a y e r i s s e v e r e l y r e a t r i c t e d

( C R I M E

o t a l . 1 9 7 1 ) .

T h i s i e , h o w e v e r ,

a l s o a v e r y s l o w p r o c e s s a s a C t e r

5 0

y e a r ° o f f e r t i l i z i h g p r a c t i c e t h e s u b s o i l s o f o u r a r a b l e

s o i l s h a v e s t i l l a c o n s i d e r a b l y l o w e r K s a t u r a t i o n t h a n t h e i r p l o u g h l a y e r s .

T h i s t h e o r e t i c a l r e a s o n i n g i e c o n f i r e e d b y l y s i m e t e r e x p e r i m e n t e , w h i c h s h o w l e a c h i n g

o f K o u t o f t h e p l o u g h l a y e r , b u t t h i e K i s r e t a i n e d i n t h e e u b s o i l w h i c h l o o s e e o n l y e m a l l

a m o u n t s o f K c o r r e s p o n d i n g w i t h i t a l o w e r K s a t u r a t i o n

( T a b l e 2 , V O M E L

1 9 7 0 ) .

A f u r t h e r i n t e r e u t i n g f a c t e m e r g e s f r o m T a b . 2 :

l e a c h i n g i n t o t h e s u b s o i l

i s l e s s

w h e n t h e s o i l i s f e r t i l i z e d .

E v e n w i t h 2 4 0 k g : < 0 / h a

K m o v e m e n t i n t o t h e s u b s o i l w a s

n e a r l y 3 0

l e s s t h a n w i t h o u t K f e r t i l i z e r , i f t h e r á w a e a n a d e q u a t e N s u p p l y .

S i m i l a r

r e s u l t s h a v e b e e n o b t a i n e d b y J U N O e t a l .

( 1 9 7 0 )

w h o a l s o f o u n d i n t h e i r l o n g t e r m

l y s i m e t e r t r i a l s t h a t f e r t i l i z i n g p r a c t i c e h a s a n i m p o r t a n t i n f l u e n c e o n t h e

d o w n w a r d

m o v e m e n t o f K i n s o i l e ( T a b . ) ) .

E s p e c i a l l y N s u p p l y i e o f i m p o r t a n c e h e r e .

O n w e l l

f e r t i l i z e d s o i l s h i g h e r y i e l d e a r e o b t a i n e d , m o r e n u t r i e n t s a r e t a k e n u p a n d m o r e

w a t e r

i s c o n a u m e d , s o t h a t a s a r e s u l t l e s s n u t r i e n t s a r e t r a n s l o c a t e d t o

d e e p e r l a y e r s .

T h e

p H o f s o i l a e x e r t s a c o n s i d e r a b l e i n f l u e n c e o n K m o b i l i t y , b e c a u s e a t a g i v e n K

s a t u r a t i o n

t h e K c o n c e n t r a t i o n i n c r e a s e s w i t h d e c r e a s i n g p H

( N E M E T H a . U R I =

1 9 7 2 ) .

A s a c o n s e q u e n c e

l e a c h i n g l o s s e s i n c r e a c e s u b s t a n e i a l l y w i t h d e c r e a s i n g p H

( K R A U S E ,

1 9 6 5 , 2 a b . 4 ) .

U n d e r

a r i d c o n d i t i o n s t h e r e a r e o f c o u r e e n o l e a c h i n g l o c e e o , u n l e s s

i r r i g a t i o n i s p r a c t i c e d a n d a

s u r p l u e o f w a t e r o v e r t h o a c t u a l c o n e u m p t i o n i s a p p l i e d

b u t e a l t a c c u m u l a t i o n i n t h e t o p

s o i l .

H e r o t h e s a n e p r i n c i p l e s a p p l y a s f o r t h o d o w n w a r d

m o v e m e n t .

H o w e v e r , t h e r e i s a n

a c c u m u l a t i o n o f t h e m o r e m o b i l e i o n s , e s p e c i a l l y N a .

K c o n c e n t r a t i o n i n s u r f a c e a n d F r o u n d w a t e r

T h e r e i s o n l y l i t t l e i n f o r m a t i o n a v a i l a b l e o n

t h e K c o n c e n t r a t i o n o f s u r f a c e a n d

g r o u n d w a t e r .

B u t f r o m o u r k n o w l e d g e o f t h e b e h a v i o u r o f K i n

s o i l s o n e w o u l d c o n c l u d e t h a t

w i t h t h e e x c e p t i o n o f s a n d y s o i l s t h e r e i s n o i n f l u e n c e

o f

K f e r t i l i z a t i o n o n w a t e r

c o m p o s i t i o n .

T h e K c o n t e n t o f g r o u n d a n d s u r f a c e i s d e p e n d e n t o n

t h e c h e m i c a l a n d m i n e r a l -

o g i c a l p r o p e r t i e e o f t h e s o i l a n d t h e i r p a r e n t

m a t e r i a l ( T O T H A . ,

1 9 6 9 ) .

T h e K c o n t e n t o f

w a t e r f r o m l a n d d r a i n s i s u a u a l l y i n t h e o r d e r

o f 0 . 1

m e / 1

o r l o s s ( W I L L I A M S

1 9 7 0 ,

K I X I T

1 9 6 5 ) .

B e c a u s e o f K e n r i c h m e n t i n t h e t o p l a y e r

f r o m f e r t i l i z e r s u b e t a n t i a l a m o u n t s o f K m a y

b e e x p o r t e d f r o m t h e f i e l d s b y e r o s i o n .

B u t m o s t o f t h i e K w i l l b e b o u n d w i t h i n t h e s o i l

p a r t i c l e s o r i n e x c h a n g e a b l e f o r m .

O n d i l u t i o n t h e K c o n c e n t r a t i o n i n t h e a q u e o u s p h a s e



o f

s u s p e n s i o n w i l l d e c r e a s e r a p i d l y a n d t h e i n i t i a l d i f f e r e n c e b e t w e e n s o i l s o f d i f f e r e n t

K s a t u r a t t , m b e c o m e s n e g l i g i b l e ( F i g u r e 8 ) , s o t h a t n o i m p o r t a n t i n o r e a s e o f t h e K c o n c e n t r a -

t i o n o f d . . . t c h e s a n d r i v e r s b y e r o s i o n i s t o b e e x p e o t e d , b e o a u s e o f t h i s d i l u t i o n f a c t o r .


T h e r e i s l i t t l e d a n g e r o f f e r t i l i z e r K b e i n g c a r r i e d i n t o g r o u n d w a t e r a n d s u r f a c e w a t e r

f r o m a r a b l e f i e l d s w i t h t h e e x c e p t i o n o f h e a v i l y f e r t i l i z e d B a n d y e o i l s .

A l t h o u g h t h e r e i e s o f a r n o i n d i c a t i o n t h a t K c o n t r i b u t e s t o e n t r o p h i c a t i o n a v o i d a b l e

e x p o r t a f r o m t h e a g r i c u l t u r a l l a n d s h o u l d b e a v o i d e d .

T h i s c a n b e d o n e b y a d o p t i n g s o i l

a n d c r o p m a n a g e m e n t p r a c t i c e s t h a t a v o i d u n n e c e s s a r y l o s s e s :

e r o s i o n c o n t r o l b y c o v e r

c r o p s , b a l a n c e d f e r t i l i z a t i o n f o r h i g h y i e l d s , d e e p e n d i n g o f t h e p l o u g h l a t e r t o i n c r e a s e

w a t e r o a p a c i t y ( l e e s d r a i n w a t e r ) , p H c o n t r o l , s p r i n g a p p l i c a t i o n o f f e r t i l i z e r s o n s a n d y

e o i l s ( l e a c h i n g l o s s e s o c c u r d u r i n g w i n t e r a n d e a r l y s p r i n g ) .

L i t e r a t u r e

C a n j e , T . J . a n d A . L . P a g e .

D o w n w a r d m o v e m e n t o f s u r f a c e a p p l i e d p o t a a s i u m a s

1 9 7 0

r e l a t e d t o s o u r c e , s o i l t y p e a n d w a t e r q u a l i t y .

H i l g a r d i a ,

A ó ,

1 4 9 - 1 6 0 .

G r i m m e , R . , K . N e m e t h , a n d L . v . B r a u n e c h w e i g .

S o m e f a c t o r s c o n t r o l l i n g p o t a s s i u m '

1 9 7 1

a v a i l a b i l i t y i n s o i l s .

P r o c . I n t . S y m p . S o i l F e r t . E v a l u a t i o n ,

1 ,

3 3 - 4 3 .

J u n g , J . a n d J . D r e s s e l .

Z u r N ä h r s t o f f a u s w a s c h u n g i m W i n t e r h a l b j a h r 1 9 6 0 / 7 0 .

1 9 7 0

M i t t . D . L . G .

L ,

9 2 0 - 9 2 1 .

K l e t t , M .

D i e B o d e n - u n d g e e t e i n b ü r t i g e S t o f f r a c h t v o n O b e r - f l ä c h e n g e w ä s a e n .

A r b . l a n d w .

1 9 6 5 .

H o c h a c h .

H o h e n h e i m , B d . 3 5 , p . 1 3 5 ,

K r a u s e , H . H .

E f f e c t o f p H o n l e a c h i n g l o s e e s o f p o t a s s i u m a p p l i e d t o f o r e s t

1 9 6 5

s o i l s .

S o i l S c i . S o c . A m e r . P r o c .

? 2 ,

6 1 3 - 6 1 5 .

N e m e t h , K . , K . M e n g e l a n d H . C r i m e .

T h e c o n c e n t r a t i o n o f K , C a a n d M g i n t h e s a t u r a t i o n

1 9 7 0

e x t r a c t i n r e l a t i o n t o e x c h a n g e a b l e K , C a a n d M g .

S o i l S c i . 1 0 9 , 1 7 9 - 1 8 5 .

N e m e t h , K a n d K . G r i m m e .

E f f e o t o f s o i l p H o n t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n K c o n c e n t r a t i o n i n

1 9 7 2

t h e s a t u r a t i o n e x t r a c t a n d K s a t u r a t i o n o f s o i l s .

S o i l S c i ,

i n p r e s s

T o t h , S . J . a n d A . N . O t t .

C o m p o s i t i o n o f s u r f a c e w a t e r s o f N e w J e r s e y i n r e l a t i o n t o

1 9 6 9

B o i l

s e r i e s .

B u l l . N . J . A c a d .

s o i . 1 . 4 ,

2 9 - 3 6 .

T d m e l A .

N ä h r s t o f f e i n w a e c h u n g i n d e n U n t e r b o d e n u n d D U n g e r a t i c k e t o f f u m s a t z ,

d a r g e s t e l l t

1 9 7 0

a n K l e i n l y s i m e t e r v e r e u c h e n .

Z . A c k e r - u n d P f l a n z e n b . , 1 3 2 , 2 0 7 - 2 2 6 .

W i l l i a m s , R . J . B . ,

T h e c h e m i c a l c o m p o e i t i o n o f w a t e r f r o m l a n d d r a i n s

a t S e . m m u n d h a r n a n d

1 9 7 0

W o b u r n , a n d t h e i n f l u e n o e o f r a i n f a l l u p o n . n u t r i e n t l o s s e s .

R e p .

R o t h a m s t e d E x p . S t a t i o n 1 9 7 0 , p a r t 2 , 3 6 - 6 7 .

-



Fig.2 Exchange

positions on a clay mineral

(partly

expa

and

chloritised

illite)

planar

(low

K-selectivity)

interlattice

o

/

o

(very

high

K-selectivity)

K

o

cations

other than K

edge

Al-

hydroxy- polymer interstitial

(intermediate

K-sel

interlayers



F i g . 5

E

C . )

o

o

o

e -

o

F i g . 6

2 . 4

y = 0 . 0 5 4 2 + 0 . 0 8 1 5 x

o s a n d s a n d s i l t y s a n d s

r = 0 . 8 2 x x x

+ s a n d y s i l t a n d l o a m

o

1 0

K - s a t u r a t i o n ( % )

0 = 3 % c l a y

z 2 5 % c l a y

5 0

1 0 0

e x c h a n g e a b l e K ( m g / 1 0 0 g )

o

o

o

4 -

o



F i g . 7

d e p t h c m

o

o

5 0 -

1 0 0

1 5 0

F i g . 8

1 . 0

o

o

2 0

4 0

6 0

s o i l : w a t e r r a t i o

. ' .

A

- -

-

0 . 5

1

1

1

1

1 . 0

E f f e c t o f d i l u t i o n o n K - c o n c e n t r a t i o n

m e . K / 1

0 - 0 s a n d

( 1 2 m g K / 1 0 0 g )

l o a m

( 4 5 m g K / 1 0 0 g )

A - - - A s a n d y l o a m ( 9 m g

K / 1 0 0 g )

- 7 7

s a n d y l o a m

( n o f e r t , ) ( 3 m g K / 1 0 0 g )

0 . 5

9 , 2

%

K - s a t u r a t i o n

E

o 4 , 3 % K - s a t u r a t i o n



S O I L A N D W A T E R M A N A G E M E N T T O C O N T R O L P L A N T

N U T R I E N T S I N

N A T U R A L W A T E R S

b y

A . A . K l i n g e b i e l

S o i l C o n s e r v a t i o n S e r v i c e , W a s h i n g t o n D . C .

T a b l e o f C o n t e n t s


F a c t o r s c o n t r i b u t i n e 7 t o p l a n t n u t r i e n t s a n d

p e s t i c i d e s i n s t r e a m o D l a k e s , n d g r o u n d w a t e r

P o t e n t i a l n n t r i e n t a d d i t i o n s f r o m f a r m l a n d

P o t e n t i a l n u t r i e n t a d d i t i o n s f r o m u r b a n a r e a s

P o t e n t i a l n u t r i e n t a d d i t i o n s f r o m l i v e s t o c k f e e d l o t s

P o t e n t i a l a d d i t i o n s f r o m p e s t i c i d e s

F a c t o r s a f f e c t i n r , s o i 1 . a n d w a t e r l o s s e s

C l i m a t e

S o i l e r o d i b i l i t y

L e n g t h a n d p e r c e n t o f s l o p e

S o i l c o v e r

E r o s i o n c o n t r o l p r a c t i c e s

P r e d i c t i n e 7 s o i l l o s s e s n n d s e d i m e n t d e l i v e r y r a t e s

P r e d i c t i n g s o i l l o s s e s

P r e d i c t i n g s e d i m e n t d e l i v e r y r a t i o s

M e t h o d s o C r e d u c i n g n u t r i e n t e n r i c h m e n t o f w a t e r s u p p l i e s

S o i l s u r v e y s

F a r m m a n a g e m e n t p r a c t i c e s

N n n f a r m m a n a g e m e n t p r a c t i c e s

A n i m a l w a s t e d i s p o s a l p r a c t i c e s

M u n i c i p a l w a s t e d i s p o s a l p r a c t i c e s

U s i n 7

R o i l

m a n s t o e v a l u a t e p o t e n t i a l n u t r i e n t

e n r i c h m e n t o f n a t u r a l w a t e r s

S o i l m a p o f t h e w o r l d

S o i l s : m o i s t u r e r e g i m e s

r i l s . r )

S o i l s : n u r f a c e t e x t u r e s

m R p

G e n e r a l p a t t e r n

s c h e m a t i c ) o f a n n u a l w o r l d

p r e c i p i t a t i o n

m a p )

P r i n c i p a l a r e a s o f p r o d u c t i o n o f s e l e c t e d f o o d

a n d f e e d c r o p s ( m a p )

D i s t r i b u t i o n a n d d e n s i t y o f p o p u l a t i o n ( m a P )

S u m m a r y



S O I L A N D W A T F R M A N A G W E N T T O C O N T R O L

P L A N T N U T R I E N T S I N N A T U R A L

W A T E R S 1 /


T h e

p r e s e n t c o n c e r n a b o u t o u r e n v i r o n m e n t i s o n l y a n e w c h a p t e r i n a s t o r y t h a t g o e s

b a c k m a n y h u n d r e d n o f y e a r s .

A r c h e o l o g i s t s a n d h i s t o r i a n ° h a v e r e c o r d e d d a t a t h a t s h o w

t h A t m a n h a n e x p l o i t e d n a t u r a l r e s o u r c e s f o r c e n t u r i e n .

S o m e a u t h o r s h a v e r e l a t e d t h e

d o w n f a l l o f n a t i o n s t o t h e e x p l o i t a t i o n o f t h e s o i l , w a t e r , a n d p l a n t r e s o u r c e s .

I n n p i t e

o f a l l o r

t h e n e s t a t e m e n t s t h a t h a v e b e e n m a d e i n t h e p a n t , a d v a n c e n i n s c i e n c e a n d

t e c h n o l o g y h a v e a l l o w e d u s t o p r o d u c e m o r e f o o d a n d f i b r e n n d e n j o y a h i g h e r s t a n d a r d o f

l i v i n g t o d a y t h a n a t a n y o t h e r t i m e i n t h e h i s t o r y o f c i v i l i z a t i o n .

W e h R v e m u c h t o l e R r n a b o u t t h e n a t u r e o f e n v i r o n m e n t a l c o n s t r a i n t s .

W e o f t e n

d i s a g r e e A b o u t t h e p e r m i s s i b l e l e v e l s o f n u t r i e n t o o n c e n t r a t i o n i n w a t e r a n d a b o u t t h e

e f f e c t s o n t h e e n v i r o n m e n t o f s o m e f o r m s o f p r o d u c t i o n a n d c o n s u m p t i o n ( O r a t t o ,

1 9 7 1 ) .

T h i s u n c e r t a i n t y f o r c e s u n t o m a k e d e c i s i o n s w i t h o u t h a v i n g a c l e a r i d e a a s t o t h e o u t c o m e

o f o u r a c t i o n n .

F v i d e n c e i s a v a i l a b l e t o s h o w t h a t e x c e s s i v e u s e o f p l a n t n u t r i e n t s c a n b e o n e o f

t h e s o u r c e s o f n u t r i e n t e n r i c h m e n t o f n a t u r a l w a t e r s .

T h i s i n e n p e c i a l l y t r u e i f p o o r s o i l

a n d w a t e r m A n a g e m e n t p r a c t i c e n a r e f o l l o w e d a n d i f f e r t i l i z e r n a r e a p p l i e d w i t h o u t r e g a r d

f o r t h e h a z a r d o f w a t e r p o l l u t i o n .

B u t t h e r e i s n o d o u b t a b o u t t h e t e c h n i c a l f e a s i b i l i t y

o f p r e v e n t i n g s e r i o u s d e g r a d a t i o n o f o u r w a t e r n u p p l i e s .

I n f a c t , t h e p r o s p e c t o f b e i n g

a b l e t o i m p r o v e o u r e n v i r o n m e n t i s r o o d .

M e t h o d s a r e a v a i l a b l e t h a t c a n b e u s e d t o k e e p p l a n t n u t r i e n t l o s s e s d u e t o

r u n O f f

a n d e r o n i o n f r o m r u r a l a n d u r b a n A r e a n a t a n a c c e p t a b l e l e v e l .

B y a p p l y i n g w h a t w e

k n o w , w e c a n m a k e g r e a t s t r i d e s i n r e d u c i n g p o l l u t a n t n i n w a t e r s u p p l i e s .

A g T i c u l t u r e i s f a c i n g a f o r m i d a b l e c h a l l e n g e .

W e m u n t p r o d u c e m o r e f o o d a n d f i b r e

t o f e e d , c l o t h e , a n d p r o v i d e s h e l t e r t o m i l l i o n s o f a d d i t i o n a l p e o p l e i n t h e y e a r n A h e a d

a n d A t t h e s a m e t i m e k e e p A g r i c u l t u r e ' s c o n t r i b u t i o n t o w a t e r p o l l u t i o n t o a m i n i m u m .

W e m u s t , a n d w e c a n , m a i n t a i n

A

s t a n d a r d o f q u a l i t y o f o u r

s o i l ,

w a t e r , a n d p l a n t r e s o u r c e s

t h a t w i l l b e b e n e f i c i a l t o p r e s e n t a n d f u t u r e g e n e r a t i o n s .

D r . N o r m a n F . B o r l a u g t o l d

t h e

o p e n i n g m e e t i n g o f t h e 1 6 t h G o v e r n i n g C o n f e r e n c e o f t h e

F o o d a n d A g r i e u l t u r e O r g a n i z a t i o n i n R o m e a f e w m o n t h n a g o t h a t i f a g r i c u l t u r e

i s d e n i e d

i t n u s e o f f e r t i l i z e r t h e n t h e w o r l d w i l l b e d o o m e d , n o t f r o m c h e m i c a l p o i s o n i n g

b u t f r o m

s t a r v a t i o n ( F A O N e w s ,

1 9 7 1 ) .

U n f e r t i l i z e d s a n e n o l o n g e r c a n p r o v i d e t h e f o o d n e c e s s a r y t o m e e t t h e n e e d s o f

e x p a n d i n g p o p u l a t i o n s ( N e l s o n ,

1 9 7 2 ) .

T o d a y ' s p o p u l a t i o n s h a v e s o e x p a n d e d t h a t f o o d

d e m a n d s c a n b e m e t o n l y b y u s e o f c h e m i c a l f e r t i l i z e r s .

W i t h o u t c o n t i n u e d u s e o f

f e r t i l i z e r s , m o s t d e v e l o p e d n a t i o n s o f t h e w o r l d p r o b a b l y w o u l d b e

u n a b l e t o f e e d e v e n

t h e i r p r e s e n t p o p u l a t i o n s a n d c e r t a i n l y n o t a t t h e a c c u s t o m e d d i e t a r y

s t a n d a r d s t h a t a r e

1 /

A . A . K l i n g e b i e l , D i r e c t o r , S o i l S u r v e y I n t e r p r e t a t i o n o , U S D A , S o i l

C o n s e r v a t i o n

S e r v i c e , W a s h i n g t o n , D . C .

P r e p a r e d f o r F A O C o n f e r e n c e o n t h e E f f e c t s o f I n t e n s i v e

F e r t i l i z e r U s e o n t h e H u m a n E n v i r o n m e n t , R o m e , I t a l y , J a n u a r y

2 5 - 2 8 , 1 9 7 2 .



h e a v i l y d e p e n d e n t o n p r o t e i n .

D e v e l o p i n g c o u n t r i e s a r e e v e n m o r e d e p e n d e n t o n u s e o f

c h e m i c a l f e r t i l i z e r s s i n c e f o o d s u p p l i t s i n t h e s e c o u n t r i e s a l r e a d y a r e

n u t r i t i o n a l l y

i n a d e q u a t e a n d p o p u l a t i o n s a r e i n c r e a s i n g m u c h f a s t e r t h a n i n t h e d e v e l o p e d r e g i o n s .

T O

u s e l a r g e r a m o u n t s o f p l a n t n u t r i e n t s w i t h o u t s o m e n u t r i e n t e n r i c h m e n t o f n a t u r a l w a t e r s ,

e s p e c i a l l y w h e r e a h i g h p o t e n t i a l f o r p o l l u t i o n e x i s t e , w i l l r e q u i r e p r o p e r s o i l s e l e c t i o n

a n d t h e u s e o f g o o d s o i l a n d w a t e r m a n a g e m e n t p r a c t i c e s .

H i g h y i e l d i n g c r o p v a r i e t i e s m u c h m o r e t h a n n a t i v e v a r i e t i e s r e q u i r e l a r g e a m o u n t s

o f p l a n t n u t r i e n t s , a l o n g w i t h p e s t i c i d e c o n t r o l , a d e q u a t e w a t e r , a n d i m p r o v e d m a n a g e m e n t .

I n d e v e l o p i n g c o u n t r i e s , a r o u g h r u l o o f t h u m b i s t h a t 1 t o n o f p l a n t n u t r i e n t s

w i l l

p r o d u c e a b o u t 1 0 t o n e o f c e r e a l s o r e n o u e h t o p r o v i d e 2 4 0 0 c a l o r i e s d a i l y t o 4 0 p e o p l e f o r

1 y e a r ( N e l s o n ,

1 9 7 2 ) .

T h e i n c r e a s e d y i e l d s a s c r i b e d t o f e r t i l i z e r s , h o w e v e r , h a v e b e e n

m a d e p o s s i b l e o n l y t h r o u g h c o m b i n i n g f e r t i l i z e r u s e w i t h a c o m p l e x s e t o f o t h e r i n p u t s a n d

i m p r o v e d f a r m i n g p r a c t i c e s ( K e l l o g g ,

1 9 6 0 ) .

E a c h d o l l a r s p e n t o n f e r t i l i z e r i n t h e U . S .

b r i n g u a r e t u r n o f a b o u t $ 2 . 5 0 .

T h i s i s

r e l a t i v e l y l a r g e i n r e l a t i o n t o r e t u r n s a c h i e v e d

f r o m m o s t o t h e r i n p u t s ( N e l s o n ,

1 9 7 2 ) .

A s

a s u b e t i t u t e f o r l a n d ,

1

t o n o f p l a n t n u t r i e n t s o n t h e a v e r a g e i s e q u i v a l e n t

i n p r o d u c t i o n

t o a b o u t 3 . 8 h e c t a r e s ( I b a c h ,

1 9 6 6 ) .

F e r t i l i z e r s u b s t i t u t e s f o r l a b o u r a l s o s i n c e h i g h e r

y i e l d i n g c r o p s i n c r e a s e l a b o u r r e q u i r e m e n t s o n l y a

s m a l l a m o u n t p e r h e c t a r e .

F e r t i l i z e r e ,

a s a r e s u l t , h a v e h a d a m a j o r

i n f l u e n c e o n A m e r i c a n a g r i c u l t u r e a n d o n t h e A m e r i c a n e c o n o m y .

W h R t

w o u l d b e t h e e f f e c t i f f e r t i l i z e r n w o r e n o t u s e d o n s e l e c t e d c r o p s i n c e r t a i n

s t a t e s i n t b e U . S . ;

f o r e x a m p l e , n a y c o t t o n i n T e x a s , w b e a t i n K n n s a s , o r c o r n i n I o w a

( V i e t n ,

1 9 7 1 ) ?

E l i m i n a t i n r f e r t i l i z e r o n c o t t o n i n T e x a s i n

1 9 6 4

w o u l d h a v e r e q u i r e d a n

a c r e a g e i n c r e a s e o f

2 8 . 7 %

t o e u e t a i n p r o d u c t i o n .

E l i m i n a t i n g f e r t i l i z e r o n w h e a t i n

K a n s a s i n

1 9 6 4

w o u l d h a v e r e q u i r e d a 2 0 . 3 % i n c r e a n e i n a c r e a g e t h e f i r n t y e a r t o m a i n t a i n

p r o d u c t i o n .

T o h a v e p r o h i b i t e d f e r t i l i z e r u s e o n c o r n i n I o w a i n

1 9 6 4

w o u l d h a v e r e q u i r e d

a 2 9 % a c r e a e e e x p a n n i o n t o m a i n t a i n p r o d u c t i o n .

F e r t i l i z e r s s u b s t a n t i a l l y r e d u c e o u r l a n d

n e e d s f o r c r o p p r o d u c t i o n .

T h e u s e o f f e r t i l i z e r o n t h e b e t t e r s o i l n w h e r e e r o s i o n

h a z a r d s a r e m i n i m a l p e r m i t o l e a v i n g t h e p o o r e r s o i l s i n p e r m a n e n t g r a n s o r t r e e c o v e r .

O r e e t c o n c e r n h a s b e e n e x p r e s s e d o v e r n e t r i e n t b u i l d u p i n R t r e a m s , l a k e s , r i v e r e ,

a n d r e e e r v o i r s , n o t s o m u c h b e c a u s e o f t h e i n c r e e n e d a n u t r i e n t c o n c e n t r a t i o n p e r s e , b u t

b e c a u s e o f i t s p o s s i b l e p r o m o t i o n o f u n d e s i r a b l e g r o w t h o f a l g a e a n d o t h e r a q u a t i c p l a n t s

( S t a n f o r d , E n g l a n d , a n d T a y l o r , 1 9 7 0 ) .

I n t h i s c o n n e c t i o n n i t r o g e n a n d p h o s p h o r u s a r e

c o m m o n l y r e g a r d e d a s b e i n g o f p r i m a r y i m p o r t a n c e .

R e t u r n i n g a l l c u l t i v a t e d l a n d t o g r a e s o r t r e e s w o u l d n o t e l i m i n a t e e r o s i o n o r

n u t r i e n t r u n o f f .

N a t u r a l g e o l o g i c e r o s i o n a n d e u t r o p h i c a t i o n t o o k p l a c e o n v i r s i n l a n d e

l o n g b e f o r e t h e y w e r e d i s t u r b e d b y m a n ( W a d l e i g h a n d B r i t t ,

1 9 6 9 ) .

S o i l s d e v e l o p e d f r o m

a l l u v i u m a n d A l s o l a r g e d e p o s i t n o f l o w l a n d p e n t a r e e v i d e n c e o f t h e d i r e c t i o n a n d p o w e r

o f t h e s e n a t u r a l f o r c e s .

T h e b e l i e f t h a t n i t r o g e n a n d p h o e p h o r u n a r e t h e n u t r i e n t s t h a t c o n t r o l o r l i m i t t h e

g r o w t h o f a l g a e a n d o t h e r a q u a t i c l i f e i n c l u d i n g f i s h h a s f o c u s e d m e n h a t t e n t i o n o n t h o s e

e l e m e n t s ( S t a n f o r d , " % g l a n d , a n d T a y l o r ,

1 9 7 0 ) .

O t h e r n u t r i e n t R a r e g e n e r a l l y c o n s i d e r e d

t o b e p r e n e n t n a t u r a l l y i n s u f f i c i e n t q u a n t i t i e e f o r o p t i m u m r o w t h , a l t h o u g h m o l y b d e n u m

m a y b e a n e x c e p t i o n .

H o w e v e r , n o t e n o u g h i n k n o w n o f t h e n u t r i t i o n a l r e q u i r e m e n t s o f a l g a e

o r p h y t o p l a n k t o n a n d h o w t h e s e r e q u i r e m e n t s a r e

i n f l u e n c e d b y f a c t o r s s u c h a s t e m p e r a t u r e ,

l i g h t l e v e l s , c a r b o n d i o x i d e a n d o x y g e n s u p p l y , a n d a c i d i t y .

O v e r 4 0 s p e c i e s o f a l g R e

f i x n i t r o g e n .

F u r t h e r m o r e , n u t r i t i o n a l a n d e n v i r o n m e n t a l r e q u i r e m e n t s o f a l g a e m a y v R r y

e v e n a m o n g s p e c i e s .

W e k n o w l i t t l e a b o u t m o l y b d e n u m l e v e l s i n w a t e r , b u t i t i s k n o w n

t h a t m o l y b d e n u m i s e s s e n t i a l i n t h e n o r m a l l i f e p r o c e s s e s o f m i c r o o r r a n i s m s ,

h i g h e r p l a n t s

a n d a n i m a l s ( S a u c h e l l i ,

1 9 6 9 ) .

R e c e n t e t u d i e s i n d i c a t e t h a t n i t r a t e a b s o r p t i o n i s h a m p e r e d

b y t h e a b s e n c e o f m o l y b d e n u m

( V i e t s a n d H a g e m a n , 1 9 7 1 ) .



A n e v a l u a t i o n o f t h e c o n f l i c t i n g e v i d e n c e o n t h e s o u r c e s a n d r o l e o f f e r t i l i z e r

n u t r i e n t s i n w a t e r p o l l u t i o n r e q u i r e s a n u n d e r o t a n d i n g o f t h e b a l a n c e b e t w e e n n u t r i e n t

a d d i t i o n s f r o m s o i l a n d f e r t i l i z e r a n d w i t h d r a w a l s a s a f f e c t e d b y c r o p p i n g e y s t e m o , s o i l

c o n d i t i o n ° , a n d m a n a g e m e n t a n d c l i m a t i c f a c t o r e , e s p e c i a l l y w a t e r ( S t a n f o r d , E n g l a n d , a n d

T a y l o r

1 9 7 0 ) .

T h e c h e m i c a l c o m p o s i t i o n a n d b i o l o g i c a l p r o p e r t i e e o f w a t e r i n a f l o w i n g

s t r e a m o r l a k e a r e i n f l u e n c e d b y v a r i o u e s o i l a n d g e o l o g i c m a t e r i a l s .

R u n o f f f r o m a d j a c e n t

l a n d , e e e p a g e f r o m u n d e r g r o u n d s t r a t a , r u n o f f f r o m f e e d l o t s a n d b a r n y a r d s , d o m e s t i c s e w a g e ,

a n d w a s t e w a t e r f r o m i n d u s t r i a l a n d f o o d p r o c e e e i n g p l a n t s a r e a l l p o t e n t i a l s o u r c e ° o f

n u t r i e n t s t h a t a f f e c t t h e q u a l i t y o f w a t e r .

B e c a u e e n i t r o g e n c o m p o u n d s a r e h i g h l y s o l u b l e , m a n y p e o p l e h a v e a s s o c i a t e d t h e r a p i d

e x p a n s i o n o f f e r t i l i z e r u s e w i t h s u s p e c t e d i n c r e a u e s i n n i t r a t e s i n w a t e r ;

b u t t h e y a r e n o t

n e c e o o a r i l y r e l a t a d .

B e s i d e s t h e n i t r o g e n a d d e d t o s o i l i n t h e f o r m o f f e r t i l i z e r n , o n e m u e t

c o n s i d e r t h e o r g a n i c m a t t e r i n t h e s o i l a n d t h o r a t a a t w h i c h t h i s o r g a n i c m a t t e r i s m i n e r a l -

i z a d .

A t m o s p h e r i c n i t r o g e n i s f i x e d e i t h e r s y m b i o t i c a l l y o r n o n - s y m b i o t i c a l l y .

T h e n i t r o g e n

i n v o l v e d i n c r o p u t i l i z a t i o n a n d l e a c h i n g , t h e n i t r o g e n f i x e d b y a l g a e a n d b y m i c r o - o r g a n i s m ° ,

t h e n i t r o p e n a s e i m i l a t e d b y m i c r o - o r g a n i s m s , a n d t h e n i t r o g e n r e t u r n e d t o t h e a t m o o p h e r e

m u e t a l l b e a c c o u n t e d f o r i f a r e c o r d i s t o b e m a d e o f t h e s o u r c e o f t h e n i t r a t e i n w a t e r .

W h e n p l a n t n u t r i e n t o a r e a p p l i e d i n p r o p e r a m o u n t s a n d t h e r e i e a m p l e m o i n t u r e f o r

c r o p g r o w t h , t h e r e s h o u l d b e v e r y l i t t l e , i f a n y , n i t r a t e o r o t h e r n u t r i e n t l o n n e n f r o m

t h e r o o t z o n e b y l e A e h i n g ( 0 A r m n n , 1 9 ( 9 ) .

I t i n

r e a s o n a b l e t o e x p e c t t h a t w h e r e c r o p s a r e

h a r v e n t e d a n d g o o d n o n n e r v e t i o n p r a n t i c e n a r e f o l l o w e d t h e n i t r a t e l o s e f r o m f a r m i n g s h o u l d

b e n o g r e a t e r t h a n t h e a m o u n t l o s t f r o m f o r e s t e o r g r a s e l a n d .

A l t h o y e b s o m e c o n c e r n h a s b e e n e x p r e n n e d a b o u t p o s s i b l e i n c r e n e e s i n t h e p h o s p h o r u R

c o n t e n t o f w a t e r s b e e a e n e o f g r e a t e r p h o n p h o r u e f e r t i l i z e r u s e , o t h e r p h o s p h o r u s s o u r c e e ,

p a r t i c u l a r l y d e t e r g e n t n A n d e f f l u e n t f r o m n e w a e y d i s p o s a l s y s t e m s , m a y b e f a r m o r e

s i g n i f i c A n t ( S t a n f o r d , E n g l a n d , a n d T a y l o r , 1 9 7 0 ) .

W h e n p h o s p h o r u s i o a d d e d t o t h e n o i l i n t h e f o r m o f f e r t i l i z e r , i t i s r a p i d l y i m m o b i l -

i z e d o n c l n y s o r p r e c i p i t a t e d n o c a l c i u m , A r o n , o r a l u m i n u m p h o n p h a t e n ( S t a n f o r d , E h g l a n d ,

A n d T n y l o r ,

1 9 7 0 ) .

B e c a u s e o f l o w s o l u b i l i t y t h e l o n n o f f e r t i l i z e r p h o s p h a t e ° i n w a t e r i s

n o t s i g n i f i c a n t , e s p e c i A l l y i n r e l a t i o n t o t h e T e a n t i t i e s r e l e a s e d f r o m m u n i c i p a l a n d

i n d u s t r i a l w n s t e s .

P h o n p h o r e e a d d i t i o n s t o w a t e r b o d i e s f r o m a g r i c u l t u r a l l a n d R a r e A l m o s t

w h o l l y a s s o c i a t e d w i t h e r o s i o n .

T h e e e r o s i o n c o n t r o l p r a c t i c e n , w i t h u s e o f f e r t i l i z e r e t o

p r o v i d e g o o d p l a n t c o v e r , m a y r e d u c e r A t h e r t h a n i n c r e A s e w a t e r p o l l u t i o n f r o m p h o n p h o r e s .

T h e r e h a s b e e n l i t t l e c o n c e r n a b o u t t h e i n c r e R s e d u s e o f p o t a s e i u m f e r t i l i z e r : a b e c a u s e

t h e r e A r e n o i n d i n a t i o n o t h n t p o t a s s i u m e n r i c h m e n t o f w a t e r s e n h A n c e s a l g a e g r o w t h

( S t a n f o r d , E e g / a n d , a n d T n y l o r , 1 9 7 0 ) .

T h e i n f l u e n c e o f c a l c i u m , m a g n e e i u m , a n d n u l p h u r

a d d i t i o n o o n c h e m i c a l c o m p o s i t i o n o f w a t e r i n n e g l i g i b l e i n c o m p a r i s o n t o t h e e f f e c t o o f

R o i l s a n d t h e i r p a r e n t m a t e r i a l s o n w a t e r q u a l i t y .

M i c r o - n u t r i e n t s , e x c e p t i n g b o r o n

a p p l i e d a s f e r t i l i z e r , h n v e l i t t l e t e n d e n c y t o m i g r a t e i n t h e s o i l a n d c a n b e i g n o r e d i n

c o n s i d e r a t i o n o f w a t e r q u a l i t y .

T o s o l v e s o m e o f t h e e n v i r o n m e n t a l p r o b l e m o f a c i n g u s t o d a y w e n e e d t o k n o w m o r e a b o u t

w h a t i n h R p p e n i n g .

W e n e e d t o b e a b l e t o i d e n t i f y t h e s o u r c e o f n u t r i e n t s t h a t g e t i n t o

w a t e r n u p p l i e n .

W e n e e d t o k n o w m o r e a h o u t t h e m e f a c t o r s t h R t i n f l u e n c e t h e g r o w t h o f a l g a e

a n d o t h e r u n d e s i r a b l e p l a n t e .

W e n e e d t o k n o w t h e t o l e r a b l e l e v e l s o f c o n c e n t r A t i o n f o r

A l l

k i n d s o f m a t t e r a n d e n e r g y t h a t a r e r e l e v a n t t o m a n a g i n g t h e e n v i r o n m e n t , a n d a t w h a t

l e v e l s o f c o n c e n t r a t i o n t h e p o l l u t a n t s a r e h a r m 1 1 1 1 t o h u m a n e a n d t o a n i m a l s .

R e s e a r c h c a n

p r o v i d e t h e a n s w e r s .

T o e u m m a r i z e b r i e f l y s o m e o f t h e d a t a p r e s e n t e d i n t h i n p a p e r :

i t i s e v i d e n t t h a t

r u r a l n o u r c e e o f p o l l u t i o n a r e s e d i m e n t , p l a n t n u t r i e n t s , a n d a n i m a l

w a s t e s .

N i t r a t e s

d i s o o l v r i n w a t e r a n d a r o c A r r i e d b y s e r f A c e f l o w t o n t r e a m s a n d l A k e s a n d

b y p e r c o l a t i n g

w a t e r t o u n d e r g r o u n d a q u i f e r ° .

C o n t a m i n n t i o n o f w a t e r c a n r e s u l t i f s o i l e n r i c h m e n t b y

n i t r o g e n g r e n t l y e x c e e d n t h e c r o p d e m a n d .

/ t i e e v i d e n t t h A t p h o s p h o r u s a n d p e n t i c i d e e a r e



r e m o v e d i n s u r f a c e w a t e r b y s o i l e r o s i o n a n d t h a t e r o s i o n c o n t r o l m e a s u r e s o n f a r m l a n d

w i l l m i n i m i z e t h i s p o t e n t i a l s o u r c e . o f p o l l u t i o n .

E r o s i o n f r o m w e l l - m a n a g e d g r a o s a n d

w o o d e d a r e a e

i B

n e g l i g i b l e . T h e r e f o r e , i n f a r m a r e a s t h e g r e a t e s t a t t e n t i o n n e e d s t o b e

g i v e n t o r e d u c i n g r u n o f f a n d e r o s i o n f r o m ° o i l s i n r o w c r o p s .

N o n - r u r a l s o u r c e e o f n u t r i e n t s a r e r e c o g n i z e d a s m a j o r w a t e r p o l l u t a n t s .

F a c t o r n C o n t r i b u t i n g t o P l a n t N u t r i e n t s A n d P e s t i c i d e s

i n S t r e a m s , L a k e s , a n d G r o u n d w a t e r

P o t e n t i a l n u t r i e n t a d d i t i o n s f r o m f a r m l a n d :

I n

d e t e r m i n i n g t h e s o u r c e a n d a m o u n t o f

p l a n t n u t r i e n t a t h a t m a y r e a c h s u r f a c e a n d u n d e r g r o u n d w a t e r s u p p l i e s , i t i e n e c e n s a r y

t h a t

t h e p o t e n t i a l s o u r c e o o f p o l l u t i o n b e i d e n t i f i e d a n d c a r e f u l l y e v a l u a t e d .

T h e r e a r e n u m e r o u s r e c o g n i z e d s o u r c e ° o f w a t e r p o l l u t i o n b y t h e n u t r i e n t s n i t r o g e n

a n d p h o s p h o r u s .

U n d e r R e l e c t e d c i r c u m s t a n c e s a n y o n e o f t h e e ° s o u r c e s c o u l d b e a

s i g n i f i n a n t

c o n t r i b u t o r t o w a t e r p o l l u t i o n .

I n t r y i n g t o f i n d a n e w e r s t o t h e w a t e r p o l l u t i o n p r o b l e m , s o m e w r i t e r s a n d s p e a k e r s

h a v e p l a c e d t h e m a j o r b l a m e o n i n c r e a n e d u s e o f c h e m i c a l f e r t i l i z e r s a n d h a v e o v e r l o o k e d

t h e n u m e r o u s o t h e r s o u r c e s o f p o l l u t i o n .

A s n t a t e d e a r l i e r , a c e r t a i n a m o u n t o f r e c y c l i n g

o f n u t r i e n t o t a k e e p l a c e e v e r y d a y i n n a t u r e r e g a r d l e s s o f w h a t w e d o o r d o n ' t d o . T h e

d o c o m p o e i t i o n o f p l a n t A n d a n i m a l w a s t e s i s a p a r t o f n a t u r e i e w a y i f w e a r e t o h a v e p l a n t a ,

a n i m a l s , a n d m a r i n e l i f e o n e a r t h .

T h i s h a s t a k e n p l a c e s i n c e t h e b e g i n n i n g o f l i f e , a s

c a n b e s e e n i n t h e f o s n i l f u e l a n d p e a t d e p o s i t e .

O f c o u r s e , w h e n m a n s t a r t e d t o c u l t i v a t e

t h e s o i l h e s p e e d e d u p t h e d e c o m p o s i t i o n o f t h e o r g a n i c m a t t e r a n d t h e r e m o v a l o f n u t r i e n t s

f r o m t h e s o i l .

R a i n f a l l i t n e l f e o n t a i n n n u t r i e n t e .

N u m e r o u s r e s e a r c h e r s ( T a y l o r , E d w a r d s , a n d

S i m p s o n , 1 9 7 1 ;

G r a t t o , 1 9 7 1 ; a n d B o y l e , 1 9 7 1 ) h a v e r e p o r t e d t h a t l o o s e r q u a n t i t i e s o f

n u t r i e n t o r u n o f f f r o m b o t h f a r m e d a n d u n f a r m e d w a t e r e h e d s t h a n f a l l w i t h t h e r a i n o r

s n o w .

T h e s o i l a n d t h e p l a n t c o v e r a c t t o r e t a i n n u t r i e n t s .

P l a n t n u t r i e n t s i n r a i n w a t e r

v a r y a g r e a t d e a l d e p e n d i n g o n n u m e r o u s f a c t o r s a u c h a s p r e v a i l i n g w i n d s ,

n e a r n e R s t o

o c e a n s , a n d k i n d s o f s o i l a n d v e g e t a t i o n ( A t t i w i l l , 1 9 6 6 ) .

R u n o f f a n d s o i l e r o n i o n a r e m a j o r f a c t o r e t h a t c a r r y p o l l u t a n t s t o w a t e r s u p p l i e s .

F r o m a r e v i e w o f a n u m b e r o f a r t i n l e s o n n i t r o g e n l o s e e s f r o m s o i l s , t h e f o l l o w i n g

s t a t e m e n t s w e r e o e l e c t e d t o R u m m a r i z e t h e a r t i c l e s r e v i e w e d .

N i t r a t e l o s s e s h a v e b e e n m e a s u r e d i n r u n o f f f r o m s l o p i n g s o i l w h e r e a s u r f a c e

a p p l i c a t i o n o f f e r t i l i z e r w a s m a d e b e f o r e a n i n t e n s i v e r a i n , o r w h e r e t h e a p p l i c a t i o n w a s

m a d e o n f r o z e n g r o u n d o r m e l t i n g s n o w ( N e l s o n , 1 9 7 2 ) .

S l o p i n g s o i l s n o t p r o p e r l y

p r o t e c t e d b y r e n i d u e s o r p l a n t c o v e r o r m e c h a n i c a l c o n s e r v a t i o n m e a s u r e s a r e s u b j e c t t o

s e v e r e r u n o f f a n d e r o s i o n .

M o s t n i t r o g e n l o a s e s m e a s u r e d i n r u n o f f a n d e r o s i o n f r o m

c u l t i v a t e d f i e l d s a r e i n t h e f o r m o f o r g a n i c m a t e r i a l a n d p r o b a b l y c o m e m o s t l y f r o m d e c a y -

i n g p l a n t r e s i d u e s a s w e l l a s f r o m t h e n o i l i t s e l f .

M o r e f e r t i l i z e r n u t r i e n t s a r e l o s t b y s o i l e r o n i o n t h a n b y l e a c h i n g

( S m i t h , 1 9 6 7 ) .

P e r c o l a t i o n o f w a t e r t h r o u g h a s o i l p r o f i l e i s e x a g g e r a t e d i n L y s i m e t e r

s t u d i e s w h e n

r u n o f f i s p r e v e n t e d ( K i l m e r ,

1 9 7 1 ) .

L e a c h i n g l o s s o f n i t r a t e s a p p e a r s t o b e s m a l l i n t h e p r e s e n c e

( K i l m e r a n d B a r b e r ,

1 2 7 1 ) .

N o m a i n r e a s o n s f o r t h i s a r e ( a ) t h e

i o n s b y p l a n t s a n d ( b ) l e s s f r e e w a t e r i n t h e s o i l d u e t o

r e m o v a l

s i t u a t i o n e i n v o l v i n g e x c e s s i v e a p p l i c a t i o n s o f n i t r o g e n t o p o r o u s

r a i n f a l l , l e a c h i n g l o s s e s

o f

n i t r o g e n c a n o c c u r .

o f a g r o w i n g c r o p

r a p i d u p t a k e o f n i t r a t e

b y p l a n t s .

H o w e v e r , i n

s o i l s i n a r e a s o f h i g h



i n

1 9 7 1

t h a n i t w a s i n

1 9 6 1

e v e n t h o u g h t h e a m o u n t o f f e r t i l i z e r u s e d h a s

i n c r e a s e d f o u r , .

f o l d d u r i n g t h i n p e r i o d ( A l d r i c h , S . R . ,

U n i v e r s i t y o f I l l i n o i a p e r s o n a l c o m m u n i c a t i o n s ,

1 9 7 1 ) .

T h e e f f e c t o f f e r t i l i z e r n i t r o g e n o n t h e n i t r o g e n c o n t e n t o f a s t r e a m c a n n o t b e

e s t i m a t e d w i t h o u t a P u l l a n a l y s i s o f t h e n i t r o g e n b u d g e t o f t h e w h o l e w a t e r s h e d , i n c l u d i n g

t h e a m o u n t r e m o v e d i n t h e h a r v e s t e d c r o p s a n d t h a t r e t n r n e d t o t h e a r e a a s b y p r o d u c t s o f

d e n i t r i f i c a t i o n . I t i s , h o w e v e r , c l e a r t h a t t h e l o s s i n t h e s t r e a m i e a s m a l l f r a c t i o n o f

t h e w h o l e t u r n o v e r .

T h e p r o b l e m i s t o o c o m p l e x t o d r a w a n y g e n e r a l i z a t i o n s a s t o t h e

s o u r c e o f t h e n i t r a t e .

T h e r e i s n e e d f o r c a r e f u l ' s t u d y t o i d e n t i f y t h e n i t r a t e s o n r c e . '

S t u d i e s i n M i s s o n r i o v e r a p e r i o d o f y e a r s o n f o u r d i f f e r e n t s o i l s s h o w n o e v i d e n c e

o f n i t r a t e m o v e m e n t b e y o n d a d e p t h o f 2 4 4 c e n t i m e t e r s w h e n a m m o n i u m n i t r a t e f e r t i l i z e r

w a s a p p l i e d t o c o n t i n u o u e c o r n p l o t s a t r a t e s o f 1 1 2 A n d 1 3 4 k i l o g r a m s o f n i t r o g e n p e r

h e c t a r e a n n u a l l y ( L i n v i l l e a n d S m i t h ,

1 9 7 0 ) .

W h e n 1 6 8 a n d 2 2 4 k i l o g r a m s o f n i t r o g e n p e r

h e c t a r e w e r e a p p l i e d a n n u a l l y , l e a c h i n g b e l o w 2 4 4 c e n t i m e t e r s w a s v e r y n l i g h t o n v e r y

s l o w l y p e r m e a b l e e o i l s b u t a p p e a r e d t o b e s u b s t a n t i a l o n t h e m o r e p e r m e a b l e s o i l s .

D o w e r A n d W i l c o x ,

1 9 6 9

( K i l m e r ,

1 9 7 1 ) ,

n t n d i e d t h e n i t r a t e c o n t r i b u t i o n f r o m

i r r i g a t e d f e r t i l i z e d l a n d t o t h e u p p e r R i o G r a n d e R i v e r .

O v e r a 3 0 y e a r p e r i o d , w h e n t h e

a p p l i c a t i o n o r n i t r o g e n f e r t i l i z e r i n c r e a s e d f r o m a v e r y ' l o w t o a v e r y h i g h l e v e l , t h e

o v e r a l l n i t r a t e c o n c e n t r a t i o n o f t h e r i v e r d i d n o t i n c r e a s e .

T h i s i n d i c a t e s n o s i g n i f i c a n t

c o n t r i b u t i o n o f n i t r a t e t o t h e r i v e r f r o m n i t r o g e n f e r t i l i z e r .

T h e e i t r n R i n d n s t r y i n n o u t h e r n C a l i f o r n i a n e e m n t o h a v r a d j u s t e d i t s f e r t i l i z e r

i n p u t a c c o r d i n g t o t h e s e n t u d i e s t o a l e v e l t h a t , h i g h y i e l d i n g t r e e s c a n b e m a i n t a i n e d

w i t h g o o d w a t e r m a n a g e m e n t a n d n o t l e a v e a h i g h n i t r a t e l o a d i n t h e d r a i n a g e w a t e r ( P r a t t ,

J o n e e , a n d H u n s a k e r ,

1 9 7 2 ) .

C a l i f o r n i a s c i e n t i s t s S c o t t a n d D u r a n a s c a t o t e d b y G a r m a n ,

1 9 6 9 ,

s a y t h a t A t i l l a g e o f

n a t i v e s o i l s i s p r o b a b l y o n e o f t h e m a s t n i g n i f i c a n t f n c t o r n i n r e l e a s i n g n i t r a t e s t o

u n d e r g r o n r d w a t e r s b e c a n s e o f t h e e n o r m o n s e t o r e o f n i t r o g e n i n t h e o r g a n i c m a t t e r o f

m o s t s o i l s a n d t h e s p e e d w i t h w h i c h n i t r a t e i r r e l e a e e d f r o m o r g a n i c m a t t e r w h e n o x i d a t i o n

i s i n c r e a s e d b y t i l l a g e . "

M o y

a l s o s a y t h a t s o m e M o l l i s o l s i n t h e U . S . m a y c o n t a i n a s

m u c h a s 3 2 , 0 0 0 p o u n d n o f n i t r o g e n i n t h e t o p a c r e f o o t ( 3 6 , 3 6 2 k g p e r h a / 3 0

c m ) .

C o n v e r t i n g

t h i s o v e r t o i t s n i t r a t e e e n i v a l e n t , t h e f i g u r e i s 1 4 0 , 0 0 0 p o u n d n o f n i t r a t e p e r a c r e f o o t

( 1 5 9 , 0 9 0

k g / h a / 1 0 c m ) .

I f o n l y o n e h a l f o f t h i s i s l o s t o v e r a 1 0 0 y e a r p e r i o d , t h e

a v e r a g e a n n u a l l o s s c o n l d a m o u n t t o 3 6 0 p o u n d n o f n i t r a t e s p e r a c r e p e r y e a r

( 4 0 0 k g / h a ) .

T t i s e s t i m a t e d t h n A a l e g u m e c o v e r c a n f i x 1 0 0 p o u n d s o f n i t r o g e n p e r a c r e

( 1 1 3 . 5 k g / h a ) p e r y e a r ( G a r m a n ,

1 9 6 9 ) .

W h e n t h i s p l a n t m a t e r i a l d e c o m p o s e s , t h e n i t r a t e n

c a n c o n t r i b u t e t o p e r c o l a t i n g w a t e r s , a t l e a s t i n a c l i m a t e w h e r e

g r o w t h i s d o r m a n t p a r t

o f t h e y e a r .

I t i s n o t t h e i n t e n t o f t h e a u t h o r t o g o i n t o t h e m a n y d e t a i l s a f f e c t i n g

t h e

a c c u m u l a t i o n o f n i t r a t e i n

R o i l a n d w a t e r .

R e a d e r s a r e r e f e r r e d t o A g r i o n i t u r e H a n d b o o k

4 1 3 ( V i e t s a n d H a g e m a n ,

1 9 7 1 )

r e c e n t l y p u b l i s h e d b y t h e U S D A f o r g r e a t e r i n d e p t h

d i s c u s s i o n o f t h i s t o p i c .

a n y l y s i m e t e r a n d s o i l d r a i n a g e s t n d i e s h a v e

b e e n c a r r i e d o u t o n d i f f e r e n t k i n d s o f

s o i l a n d c r o p p i n g s y s t e m s i n t h e U . S . - L o d e t e r m i n e m o v e m e n t

o f p l a n t n u t r i e n t s i n t h e

s o i l .

A s u m m a r y o f s o m e o f t h e s e s t u d i e s f o l l o w s :

S t u d i e s a t C o s h o c t o n , O h i o , o n u n g l a c i a t e d s o i l s f r o m s a n d s t o n e

a n d s h a l e s h o w e d t h a t

p h o s p h o r u s m o v e m e n t d o w n w a r d b e y o n d t h e p l a n t r o o t s w a s m e a s u r a b l e

a n d a v e r a g e d l e s s t h a n

5

p o u n d s p e r a c r e p e r y e a r ( E d w a r d s a n d H a r r o l d ,

1 9 7 0 ;

a n d H a r r o l d a n d D r e i b e l b i s ,

1 9 5 8 ) .

L e a c h i n g o f n i t r a t e s t o t h e 8 f o o t d e p t h w a s l e n s o n t h e

l y s i m e t e r r e c e i v i n g t h e l a r g e r



a m o u n t e o f n i t r o g e n f e r t i l i z e r b e c a u s e t h e m o r e v i g o r o u s p l a n t e u s e d m o r e w a t e r a n d : r e d u c e d

t h e a m o u n t a v a i l a b l e f o r p e r c o l a t i o n a n d n i t r a t e l e a c h i n g .

T h e a m o u n t a n d t h e c o m p o s i t i o n

o f t i l e d r a i n a g e w a s m e a e u r e d o n f e r t i l i z e d a n d

u n f e r t i l i z e d B r o o k s t o n C l a y i n O n t a r i o , C a n a d a . T h e a v e r a g e n i t r o g e n l o e s a s n i t r a t e f r o m

a l l u n f e r t i l i z e d p l o t s w a s 4 . 4 k i l o g r a m e p e r h e c t s r e p e r y e a r ;

a n d f r o m t h e f e r t i l i z e d

p l o t s , 8 . 1 .

P h o o p h o r u s l o s e w a s . 1 2 a n d

. 1 9

k i l o g r a m s p e r h e c t a r e p e r y e a r , r e s p e c t i v e l y

( V i e t s ,

1 9 7 1 ) .

P h o e p h o r u s d o e n n o t l e a c h e x c e p t f r o m e x t r e m e l y e a n d y s o i l n .

I t i s l o s t m o s t l y t h r o u g h

e u r f e c e e r o H i o n o f s o i l p a r t i c l e s a n d n o i l o r g a n i c m a t t e r ( N e l s o n , 1 9 7 2 ;

a n d T a y l o r , 1 9 6 7 ) .

T h u e G o n e t h a t h a v e r e c e i v e d l a r g e a m o u n t s o f p h o s p h a t e u n d e r c o n d i t i o n e s u s c e p t i b l e t o

s u r f a c e e r o a i o n a r e m o s t a p t t o c o n t r i b u t e p h o s p h o r u e t o t h e s u r f a c e w a t e r s .

T h e r e i s m u c h s p e o u l e t i o n t h a t i n c r e a s e d u s e o f p h o s p h o r u n f e r t i l i z e r s h a s g r e a t l y

i n c r e a s e d t h e p h o n p h o r u s c o n c e n t r a t i o n i n s u r f A c e w a t e r s , a n d t h a t t h i s c o n c e n t r a t i o n

i n c r e R e e i s t h e k e y t o a l g a l b l o o m s a n d e t i m u l a t e d g r o w t h o f a q u a t i c p l a n t e ( C a r t e r ,

B o n d u r a n t , a n d R o b b i n n ,

1 9 7 1 ;

T a y l o r , 1 9 6 7 ;

A n d W a d l e i g h ,

1 9 6 8 ) .

P h o n p h o r u s ( 1 1 0 4 - 0

c o n c e n t r a t i o n e r a n g i n g f r o m 0 . 0 2 t o 0 . 0 5 p o m h A v e b e e n r e p o r t e d a s m i n i m a l f o r s u p p o r t i n g

a l g a l b l o o m e .

A l g a e d o r e q u i r e p h o s p h o r u n f o r g r o w t h a n d r e p r o d u c t i o n , b u t m a n y p e o p l e h a v e

c o n n i d e r e d p h o s p h o r u s a n t h e o n l y k e y t o w a t e r r o l l u t i o n a n d h a v e i e n o r e d o t h e r p o e s i b l e

f a c t o r ° .

T h e f o l l o w i n g s t e d i e n y h o w t h a t t h e l o e n o f p h o s p h o r u s f r o m f e r m l a n d e a r e m i n i m a l

N u m e r o u n s t u d i e e ( S t a n f o r d , E n g l a n d , a n d T a y l o r ,

1 9 7 0 ;

a n d N e l s o n a n d R o m k e n s ,

1 9 7 1 ) ,

h a v e s h o w n t h a t p h o e p h o r u s l o s s e o f r o m c r o p l a n d a r e c e o e e d a l m o n t e n t i r e l y b y e r o s i o n .

P h o e p h o r u n s u p p l i e d t o a s o i l b e c o m e e w a t e r i n n o l n b l e w i t h i n a f e w h o u r e .

U p t o 7 3 0 1 % o f

f e r t i l i z e r p h o s p h o r u n a d d e d t o a s o i l

i n

r 0 0 0 v e r e d b y t h e f i r s t c r o p .

T h e r e m a i n d e r i s

r e n d e r e d i n s o l u b l e o r i n f i x e d b y t h e f o r m a t i o n o f i n e o l u b l e i r o n , a l e m i n u m , o r c a l c i u m

c o m p o u n d s .

E x p e r i m e n t e

w i t h

o o t t o n a n d c o r n i n V i r g i n i a s h o w e d a l o o n o f 1 0 p o u n d s o f p h o s p h o r u s

p e r A c r e p e r y o n r .

U n d e r h i g h e r o s i o n t h e l o n s m a y r e a c h 3 0 t o 5 0 p o u n d s .

O f t h e

p h o s p h o r e n a d n o r h e d o n t h e s o i l c o l l o i d s , o n l y

A

f r a c t i o n

w i l l

h p a v e i l a b l e f o r g r o w t h o f

a q u a t i c p l a n t e , p e r h a p s n o m o r e t h a n 1 0 f 4 .

T h e a v a i l e b l e p h o s p h o r i t e i n l a k e s a n d r i v e r s

f r o m f e r t i l i z e r a n d t h e n o i l p h o s p h o r u m s e l d o m e x c e e d 1 t o

5 p o u n d s p e r a c r e p e r y e a r .

D a t a f r o m w o o d l a n d a n d f e r m l e n d w a t e r s h e d n a t C o n h o o t o n , O h i o , 1 9 6 6 - 1 9 6 9 ( T e y l o r ,

E d w e r d e , a n d S i m p s o n , 1 9 7 1 ) , s h o w t h a t t o t a l n u t r i e n t l o s e e n c e n n o t b e c e l c u l a t e d m e e n i n e e

f u l l y u n l e s s b o t h h y d r o l o e i c a n d c h e m i c a l d a t a e r e a v a i l e b l e b e c a u s e o f t h e h i g h

c o n c e n t r a t i o n s

o r

n n t r i e n t s

f o u n d

i n p e r i o d n o f s l i e h t r u n o f f .

I n f o r m a t i o n o n t h e p h o n p h o r o s c o n e e n t r a t i o n i n i r r i g a t i o n r e t o r n f l o w n i s e x t r e m e l y

l i m i t e d ( C e r i o r , S o n d e r e n t , a n d R o h h i n e ,

1 9 7 1 ) .

C h e e i o a l r e a o t i o n e o f p h o s p h o r u s i n t h e

s o i l i n d i c a t e t h a t p h o n p h o r u s ( P 0 a - P ) c o n c e n t r a t i o n i n s u b s u r f a c e

d r a i n a g e w a t e r s a h o u l d

b e v e r y l o w ( C e r t e r , B o n d u r e n t , a n d R o b b i n s , 1 9 7 1 ) .

T h e s e c o n c e n t r e t i o n s s h o n l d n o t e x c e e d

t h e s o l u b i l i t y

o f t h e v e r i o u s p h o s p h o r u s c o m p o u n d n f o e n d i n t h e s o i l .

J o h n s t o n A n d o t h e r e

r e p o r t e n t h a t t h e a m o e n t o f p h o n p h o r u s r e m o v e d f r o m e n i r r i g a t e d a r e a t h r o u g h t h e

n u b a u r f a c e

d r e i n e g e w a t e r w a s i n s i g n i f i c a n t ( J o h n e o n e t a l . ,

1 9 6 5 ) .

C a r t e r A r d c o w o r k e r s f o o n d t h a t o n l y

3 0

a c r e i r r i e n t e d t r e c t n e e r T w i n F e l l s , I d a h o ,

p h o s p h o r u s ) l e f t t h e t r a c t i n d r a i n a g e w a t e r

2 7 p o u n d s o f p h o n p h o r u s p e r a c r e w a s u s e d o n

( C a r t e r , B o n d u r e n t , a n d R o b b i n s ,

1 9 7 1 ) .

p e r c e n t o f t h e p h o o p h e t e e n t e r i n g a 2 0 0 , 0 0 0 -

i n i r r i g a t i o n w a t e r

( 6 6

p a r t s p e r b i l l i o n o f

( 1 2 p e r t s p e r ' h i l l i o n ) .

A n a v e r a g e o f

c r o p e d u r i n g t h e w a t e r m e A s u r e m e n t y e a r



d e n s i t y l o t s y i e l d e d 1 0 3 t o 1 7 0 p e r c e n t m o r e w i n t e r r u n o f f t h a n l o w d e n s i t y i o t a . C o n o e n t r a -

t i o n s o f s o l i d s i n w i n t e r r u n o f f w e r e a b o u t 1 0 t i m e s g r e a t e r t h a n t h a t f r o m s p r i n g a n d

s u m m e r r u n o f f .

T h e m o v e m e n t o f p o l l u t a n t s i n t h e s o i l u n d e r f e e d l o t s i n a o n e - y e a r p e r i o d

w a s m i n i m a l .

T h e r e i s s t r o n g e v i d e n c e t h a t l i v e s t o c k f e e d l o t s a r e m a j o r s o u r c e s o f n u t r i e n t s

t h a t p o l l u t e s u r f a c e w a t e r s .

C o n t r a r y t o t h e r e s u l t s o b t a i n e d i n t h e N e b r a s k a s t u d y , n i t r a t e n i t r o g e n a s h i g h a s

4 , 6 0 0 p o u n d s p e r a c r e w e r e f o u n d w i t h i n d e p t h s o f 2 0 f e e t o r m o r e u n d e r s o m e c o m m e r c i a l f e e d -

I o t a i n M i s s o u r i ( S m i t h , 1 9 6 3 ) .

A n e v a l u a t i o n o f o v e r 6 , 0 0 0 w a t e r s a m p l e s s h o w e d t h a t a r e a s

w i t h t h e l a r g e s t l i v e s t o c k p r o d u c t i o n s h o w e d t h e h i g h e s t n i t r a t e c o n c e n t r a t i o n .

P r e l i m i n a r y

r e s e a r c h d a t a s h o w t h a t n u m e r o u e f a c t o r s i n f l u e n c e t h e h a z a r d o f p o l l u t i o n f r o m f e e d l o t s .

S o m e o f t h e m a j o r i t e m s a r e k i n d o f s o i l ( e s p e c i a l l y p e r m e a b i l i t y a n d s l o p e ) , c l i m a t e m e t h o d

o f c o l l e c t i o n a n d d i s p o s a l o f r u n o f f f r o m f e e d l o t s , l i v e s t o c k p o p u l a t i o n p e r a c r e a n d p e r

Y e a r , a n d m e t h o d o f d i s p o s a l o f m a n u r e f r o m f e e d l o t s .

Y e t a n o t h e r e o u r c e o f w a t e r p o l l u t i o n i n w i l d l i f e .

S t u d i e s o f L a k e C h a n t a u q u a i n

I l l i n o i s i n d i c a t e t h a t d u c k n a d d 5 . 6 p o u n d s o f p h o n p h o r u s a n d 1 2 . 8 p o u n d s o f n i t r o g e n p e r

a c r e o f l a k e p e r y e a r ( W a d l e i g h a n d B r i t t ,

1 9 6 9 ) .

T h i s a l o n e i n s u f f i c i e n t p l a n t

n u t r i t i o n t o i n d u c e e n t r o p h i c a t i o n .

A s s t a t e d e a r l i e r , t h e r e a r e m a n y p o t e n t i a l s o u r o e n o f n u t r i r n t e n r i c h m e n t t o w a t e r

s u p p l i e s .

E a c h n i t u a t i o n n e e d s t o b e c a r e f u l l y e v I a l u a t e d , t h e m a j o r s o u r c e o f p o l l u t i o n

i d e n t i f i e d , a n d c o r r e e t i v e a c t i o n t a k e n .

P o t e n t i a l a d d i t i o n s f r o m n e s t i c i d e s ;

P e s t i c i d e s a r e u s e d i n a a r i c u l t u r e a s p u r p o n e -

f u l e n v i r o n m e n t a l c o n t a m i n a n t n t o i n c r e a s e p o s t - b e n e f i t r a t i o i n f a v o u r o f t h e f a r m e r a n d

t h e c i t i z e n a s c o n s u m e r n o f f o o d a n d f i b r e .

H o w e v e r , t h e i r u s e h a s b e c o m e a f o c a l p o i n t

i n p n b l i c c o n c e r n f o r t h e p r e s e r v a t i o n o f e n v i r o n m e n t a l q u a l i t y .

T h e y h a v e b e c o m e a n

e s s e n t i a l p a r t o f f a r m t e c h n o l o g y , a n d t h e i r u s e i s t h e i n e v i t a b l e c o n n e r n x e n c P o f t h e

m o n o c u l t u r e a p p r o a c h t o m o d e r n h i g h p r o d u c t i o n a g r i c u l t u r e .

N n m e r o u s a t v a l i e s h a v e b e e n m a d e o n t h e h a z a r d s o f w a t e r p o l l u t i o n b y u s e o f n c o t i c i d e s

o n f a r m l a n d ( H a r r o l d a n d E d w a r d n , 1 9 7 0 ;

W h i t e e t a l . , 1 9 6 7 ;

M e t c a l f , 1 9 7 2 ;

B a r n e t t e t a l . ,

1 9 6 7 ;

a n d S t e w a r t n n d C h i s h o ) m , 1 9 7 1 ) .

T h e n e m a t e r i a l s h a v e b e e n m e a s n r e d i n w a e h o f f f r o m

s o i l s w h e r e t h e y h a v e ' b e e n a p p l i e d .

N o e v i d e n e e w a e f o u n d w h e r e s i m i i f i c a n t a m o u n t s o f

p e s t i c i d e s p e r c o l a t e d t o a n y s i g n i f i c a n t d e p t h i n t h e s o i l .

T h e b a r i c p r i n c i p l e s t h a t a p p l y t o t h e s a f e u s e o f c h e m i c a l f e r t i l i e e r s

a l e o a p p l y

t o p e s t i c i d e s .

I f s o u n d e o n e e r v a t i o n p r a o t i c e n i n e l u d i n g e r o s i o n c o n t r o l a r e f o l l o w e d

a n d i f g o o d j n d a m e n t A n d m a n a g e m e n t a r e u s e d , t h e h a z a r d o f

w a t e r p o l l u t i o n f r o m

a g r i c u l t u r a l a p p l i c a t i o n s o f p e s t i c i d e s i s m i n i m a l .

F a e t o r n A f f e o t i n g S o i l a n d W a t e r L o n n e a

S o i l e r o s i o n s n d r u n o f f a r e m a j o r s o n r c e s o f n u t r i e n t e n r i c h m e n t

o f s u r f a c e w a t e r

s u p p l i e s .

T o r e d u c e t h i s h a z a r d o f w a t e r p o l l u t i o n , t h e r e i s n e e d t o

u n d e r n t a n d t h e

f a c t o r s t h a t i n f l u e n c e e r o s i o n a n d r u n o f f .

T h i e w i l l h e l p n s t o a v n i d t h e u s e o f c r i t i c a l

e r o s i o n a r e a n a s w e l l a s t o m a n a

s u i t a b l e a r e a s f o r t h e c o n s e r v a t i o n o f s o i l , w a t e r ,

a n d p l a n t r e s o u r c e s r e s u l t i n g i n a m i n i m u m . o f w a t e r p o l l u t i o n .

N u m e r o u s i n v e s t i g a t o r s ( S m i t h , 1 9 5 7 ;

W i s c h m e i e r a n d S m i t h , 1 9 5 8 ;

W i s c h m e i e r a n d

S m i t h , 1 9 6 5 ;

W i s c h m e i e r , J o h n n o n , a n d C r o s s , 1 9 7 1 ; a n d W i s c h n e i e r a n d

N a n n e r i n g , 1 9 6 8 )

h a v e f o u n d t h a t t h e f o u r b a s i c f a c t o r s a f f e c t i n g

r u n o f f a n d e r o n i o n a r e ( / ) c l i m a t e ,

e s p e c i a l l y r a i n f a l l i n t e n s i t y a n d a m o u n t , a n d t h e n e a s o n

o f y e a r t h a t r a i n f a l l o c c u r s ;

( 2 ) k i n d o f s o i l ;

( 3 ) l e n g t h a n d p e r c e n t o f s l o p e ;

a n d ( 4 ) c o v e r .

I n a d d i t i o n , s o i l

a n d w a t e r m a n a g e m e n t p r a c t i c e s a l s o a f f e c t l o s n e s

a n d o f t e n m o d i f y o n e o r m o r e o f t h e s e



b u t c o m p l e x i n t e r r e l a t i o n b e t w e e n o r g a n i c m a t t e r a n d c l a y .

O n s i l t s , s i l t l o w s , l o a m s ,

a n d s a n d y l o a m n , t h e i n v e r s e r e l a t i o n o f e r o d i b i l i t y t o b o t h a g g r e g r a t i o n i n d e x a n d o r g a n i c

m a t t e r l e v e l w a s n t r o n g , b u t i t s i g n i f i c a n t l y d e c l i n e d a s t h e

c l a y f r a c t i o n b e c a m e l a r g e r

a n d m a y b e i n s i g m i f i c a n t o n c l a y s o i l s .

S t u d i e s ( W i s c h m e i e r , J o h n e o n , a n d C r o s s ,

1 9 7 1 ;

a n d W i s c h m e i e r a n d M a n n e r i n g ,

1 9 6 8 ) ,

s h o w t h a t s o i l s t r u c t u r e g r a d e ( s t r e n g t h ) d i d n o t s i g n i f i c a n t l y a f f e c t e r o d i b i l i t y ;

h o w e v e r , i n f l u e n c e s o f t y p o a n d s i z e o f s t r u c t u r e a p p a r e n t l y w e r e g r e a t e n o u g h t o b e o f

p r a c t i c a l i m p o r t a n c e .

T h e r e w e r e i n d i c a t i o n s t h a t a r e l a t i o n s h i p e x i s t s b e t w e e n s t r u c t u r e

t y p e A n d s i z e a n d s t r u c t u r e , m m d e , a n d s o i l p H , b n t t h e s e i n t e r a c t i o n e f f e c t s c o u l d n o t

b e q u a n t i t a t i v e l y e v a l u a t e d f r o m t h e d a t a .

A s o i l l a y e r , b e l o w t h e s o i l s u r f a c e , t h a t i n s l o w l y o r v e r y s l o w l y p e r m e a b l e c a n

i n f l u e n c e t h e e r o d i b i l i t y o f a s o i l , d e p e n d i n g o n t h e m o i s t u r e c o n t e n t o f t h e s o i l .

F o r

e x a m p l e , n s o i l w i t h a f r a g i p a n o r a c l a y p a n 2 5

c e n t i m e t e r s b e l o w a p e r m e a b l e s u r f a c e

l a y e r p r o b a b l y h a n l i t t l e , i f a r y , e f f e c t o n t h e a m o n n t o f r u n o f f o r e r o s i o n f r o m a

m o d e r a t e a t o m o n r e l a t i v e l y d r y s o i l .

C o n v e r n e l y , i f t h e s a m e s o i l i s s a t u r a t e d w h e n

a r a i n s t o r m c o m e s , t h e e f f e c t i n a p p a r e n t i n d a t a f r o m l o n g - t i m e e r o s i o n s t u d i e s .

T h u s ,

a s o i l w i t h a s l o w l y p e r m e a b l e s u b e o i l m a y b e v e r y e r o e i v e d u r i n g t h o s e p e r i o d e o f t h e y e a r

w h e n t h e u p p e r s o i l l a y e r s a r e s a t u r a t e d .

L e n g t h a n d p e r c e n t o f s l o n e :

T h e r e l a t i o n s h i p o f l e n g 7 t h o f s l o p e a n d s t e e p n e s s o f

n l o p e t o s o i l l o s s . . 4 1 b e

e n w o ; i : : e d o n t m a t h e m a t i c a l l y b y r e s e a r c h w o r k e r s a n d , t h r o u g h

t h e n s a o f f o r m u l a s , p r e d i c t i o n s c a n b e m a d e a b o . A t s o i l l o s s e s t h a t o c c u r o n m i o p e s o f

d i f f e r e n t l e n g t h s a n d g r a d i e n t s ( S m i t h ,

1 9 5 7 ) .

T h e c a p a c i t y o f r u n o f f t o t r a n s p o r t s o i l p a r t i c l e s i n c r e a s e s a p p r o x i m a t e l y a s t h e

f i f t h p o w e r o f i t s v e l o c i t y ; a n d i t n d e t a c h e m e n t c a p a b i l i t y , a s t h e s q u a r e o f i t s

v e l o c i t y ( W i s c h m e i e r , J o h n s o n , a n d C r o a n ,

1 9 7 1 ;

a n a W i s c h m e i e r a n d M a n n e r i n g ,

1 9 6 8 ) .

T h e

f l o w v e l o c i t y o f r u n o f f i n c r e a s e s a s t h e a m o u n t i n c r e a s e s , a s t h e f l o w c o n c e n t r a t e n , o r

a s t h e s l o p e s t e e p e n s .

T h e r e f o r e , t h e e r o s i v e p o t e n t i a l o f r u n o f f i n c r e a s e s n n b s t a n t i a l l y

e i t h e r a s s l o p e l e n g t h e n s o r a s s t e e p n e s s i n c r e a s e s .

T h e s h a p e o f s l o p e m a y a l e o i n f l u e n c e

e r o s i o n l o s a e s .

S o i l c o v e r :

1 4 a n Y c o n t r o l l a b l e , . n r i a b l e s i n f l u e n c e w a t e r i n t a k e b y t h e s o i l , h e l p

p r o t e c t t h e s o i l f r o m r a i n d r o p i m p a c t , o r i n c r e a s e t h e s o i l s a b i l i t y t o r e s i s t d e t a c h m e n t

b y t h e e r o s i v e a g e n t s ( W i n c h m e i e r s n a S m i t h ,

1 9 6 5 ) .

A m o n g t h e m a r e c o v e r , c r o p s e q u e n c e ,

s e e d i n g m e t h o d ,

s o i l t i l l a m ,

d i s p o s i t i o n o r r e s i d n e s , a n d g e n e r a l m a n a g e m e n t l e v e l .

V e g e t a l c o v e r , a m o u n t o f r e s i d u e s o n t h e s v r f a c e , a n d e f f e c t s o f t i l l a g e a n d o t h e r

m a n a g e m e n t p r a c t i o e s c h a n g e a s n g r o w i n g s e n . s o n p r o g e s s e s .

T h e r e f o r e , t h e a m o u n t o f

e r o s i o n t h a t o c c u r s f o r a n a n n u a l o r r u l t i - y e a r c r o p p i n g s y s t e m d e p e n d e o n h o w w e l l t h e

p e r i o d o f g r e a t e s t s o i l p r o t e c t i o n c o i n c i d e s w i t h o c c u r r e n c e o f t h e e r o s i v e r a i n s .

T h e

f o l l o w i n g t a b l e , d e v e l o p e d f r o m

d a t a i n U . S . A g r i c u l t u r e H a n d b o o k 2 8 2 , s h o w s t h e e f f e c t i v e -

n e s s o f p i n n t c o v e r i n r e d u c i n g s o i l l o s s e s i n p e r c e n t b y c o m p a r i n g d i f f e r e n t c r o p p i n g

s y s t e m s w i t h f a l l o w ( b a r e g r o u n d ) .

S o i l

L O r 1 9

R e d u c t i o n i n P e r c e n t

j

C o n t i n u o u n c o r n

( m a i z e ) , c o n v e n t i o n a l

p l a n t a n d t i l l ,

h a r v e s t f o r s i l a g e

5 7

R o t k t i o n c o r n ( m a i z e ) ,

r e s i d u e s l e f t , c o r n ,

R o t a t i o n c o r n ( m a i z e ) ,

r e s i d u e s l e f t , c o r n ,

s p r i n g p l o w ,

c o r n , g r a i n ,

s p r i n g p l o w ,

c o r n , g r a i n ,

c o n v e n t i o n a l p l a n t ,

( s m a l l g r a i n )

2 7

c o n v e n t i o n a l p l a n ' t ,

1 - y e a r m e a d o w 1 2

C o n t i n u o u s c o r n ( m a i z e ) , n o p l o w , n o c u l t i v a t i o n ( m i n i m u m

t i l l a g e ) , p l a n t i n c o r n r e s i d u e , 3 t o n s o f r e s i d u e

G r a s s a n d l e g u m e m e a d o w , g o o d q u a l i t y

R a s e d

o n

f a l l o w ( h a r e s o i / ) a s b e i n g 1 0 0 % .

7

. 0 4



E r o n i o n c o n t r o l p r a c t i c e e s

W h e n s l o p i n g s o i l i s c u l t i v a t e d a n d e x p o s e d t o c r o o i v e

r a i n n , t h e p r o t e c t i o n o f f e r e d b y t h e p l a n t s i n t h e c r o p p i n g s y s t e m n e e d s t o b e s u p p o r t e d

b y p r a c t i c e s t h a t s l o w t h e r u n o f f w a t e r a n d t h u s r e d u c e t h e a m o u n t o f s o i l i t c a r r i e u

( W i s c h m e i e r a n d S m i t h , 1 9 6 5 ) .

T h e m o r e i m p o r t a n t s u p p o r t i n g p r a c t i c e s f o r c r o p l a n d a r e

c o n t o u r t i l l a g e , s t r i p c r o p p i n g o n t h e c o n t o u r , t e r r a c e a y s t e m s , n t a b i l i z e d w a t e r w a y s ,

a n d m i n i m u m t i l l a g e p r a c t i c e n .

I m p r o v e d t i l l a g e p r a c t i c e n , s o d - b a s e r o t a t i o n s , f e r t i l i z e r

t r e a t m e n t , a n d p r e a t e r q u a n t i t i e s o f c r o p r e s i d u e s l e f t o n t h e s u r f a c e o f t h e e o i l

c o n t r i b u t e m a t e r i a l l y t o e r o s i o n c o n t r o l .

T i l l a g e a n d p l a n t i n g o n t h e c o n t o u r h a v e b e e n e f f e c t i v e i n r e d u c i n g e r o s i o n f r o m

i n d i v i d u a l n t o r m s o f m o d e r a t e t o l o w i n t e n s i t y b u t p r o v i d e l i t t l e p r o t e c t i o n a g a i n n t s e v e r e

s t o r m s t h a t c a u s e e x t e n e i v e b r e a k o v e r n o f t h e c o n t o u r e d r o w e .

C o n t o u r i n g a p p e a r s t o b e

m o n t e f f e c t i v e o n e l o p e s o f l e a s t h a n

7

p e r c e n t .

C o n t o u r s t r i p c r o p p i n g t e a p r a c t i c e i n w h i c h c o n t o u r s t r i p s o f s o d a r e a l t e r n a t e d

w i t h n t r i p s o f r o w c r o p o r s m a l l g r a i n .

T h i s p r a c t i c e h a s p r o v e d t o b e a m o r e e f f e c t i v e

p r a c t i n e t h a n e o n t o u r i n g n l o n e .

A s a r n l e o f t h u m b , i t c a n b e s t a t e d t h a t s o i l l o a s e n

f r o m c o n t o u r s t r i p c r o p f i e l d s w i l l b e a b o u t 5 0 p e r c e n t a s ' , p e a t a n t h o s e f r o m c o n t o u r

t i l l a g e f o r t h e s a m e k i n d s o f e r o p s a n d m a n a g e m e n t .

T e r r a c i n g w i t h c o n t o u r f a r m i n g i n m e r e e f f e c t i v e n s a n e r o e i o n c o n t r o l p r e c t i c e t h a n

s t r i p n r o p p i n g b e c a n s e i t d i v i d e n t h e s l o p e i n t o e e e m e n t s e q n a l t o t h e h o r i z o n t a l t e r r R c e

s p a c i n g .

S o i l l o e n f r o m n o n t o u r e d R n d t e r r a c e d f i e l d n a r e a b o u t t h e s P m e a s t h o s e

f r o m n c o n t o u r e d f i e l d h e v i n e t h e

O P M 0

s l o p e l e n g t h a n t h a t o f t h e t e r r a c e i n t e r v a l .

N u m e r o e e r e s e a r c h w o r k e r n ( M e y e r , W i s c h m e i e r , s n d V o e t e r ,

1 9 7 0 ;

a n d V a n D o r e n a n d

S t a u f f e r , 1 9 4 4 ) h a v e f o u n d t h a t c r o o r e s i d u o s a n d o t h e r f o r m s o f s u r f a c e m u l c h e n a r e

v e r y A f f e c t i v e i n r e d u c i n g s o i l e r o s i o n a n d t h e v e l o c i t y o f r u n o f f .

T h e

e r o s i o n - r e d u c i n g e f f e c t i v e n e s e o f s i x d i f f e r e n t r a t e e

o r

s t r a w m u l c h w a n t e s t e d

o n s o p e n a v e r a g i n g 1 5 p e r e e n t

( M e y e r , W i s c h m e i e r , a n d W i n t e r , 1 9 7 0 ) .

N u l c h r a t e r % o f

o n l y

. 5 6

a n d 1 . 1 2 m e t r i c t o n s p e r h e c t a r e r e d u c e d s o i l l o s s e s t o l e s s t h a n o n e - t h i r d o f

t h o n e f r o m u n m u l c h e d a r e n a d u r i n g a s e r i e s o f i n t e n s e s i m u l a t e d r a i n s t o r m n .

A r a t e o f 2 . 2 4

m e t r i c t o n s p e r h e c t a r e d e c r e a s e d s o i l l o e s t o 1 8 p e r c e n t o f t h a t w i t h n o m u l c h , a n d

r a t e s

o r 4 . 4 8

o r 8 . 9 6

m e t r i n t o n s p e r h e c t a r e r e d u c e d i t t o l e s o t h a n

5

p e r c e n t .

R u n o f f

v e l o c i t y f o r t h e . 5 6

m e t r i n t o n e p e r h e c t a r e r a t e w a s o n e - h a l f t h a t w i t h o u t m e l c h , b u t

h e a v i e r r a t e s d e c r e R n e d v e l o c i t y o n l y e l i g h t l y m o r e .

T h e r e d u c e d v e l o c i t y d u e t o m u l c h i n g

a c c o u n t e d f o r m u c h o f t h e r e s u l t i n g d e c r e a s e i n s o i l e r o n i o n .

A l t h o u g h t h e e m a i l m u l c h

r a t e n g r e a t l y r e d u c e d e r o s i o n , m o r e m u l c h w a s r e q u i r e d t o f u / l y c o n t r o l e r o s i o n

t h a n

w a s r e q u i r e d o n t h e l e s s s t e e p , m o r e p e r m e a b l e s o i l

c o n d i t i o n s t e s t e d i n e a r l i e r s t u d i e s .

M i n i m u m t i l l a g e

i s

a g e n e r a l t e r r t h a t m a y b e a p p l i e d t o a n y o f t h e n u m e r o u s

p r a c t i c e s

t h a t r e q u i r e f e w e r t r i p s a c r o s s t h e f i e l d t h a n a r e r e q u i r e d b y

c o n v e n t i o n a l m e t h o d s o f

p r e p a r i n g a s e e d b e d .

A p l o w e d s u r f a c e l e f t r o u g h a n d c o n t a i n i n g a p p r e c i a b l e p l a n t

r e s i d u e

a l l o w , w a t e r t o i n f i l t r a t e m o r e r a p i d l y , h a s g r e a t e r s u r f a c e a n d p l o w - l a y e r

s t o r a g e , a n d

i s l e a n e a n i l y e r o d e d t h a n a p u l v e r i z e d s o i l s u r f a c e .

T h e a v e r a g e a n n u a l

B o i l

l o n n f r o m n a t u r a l r a i n f a l l o v e r a 5 - y e a r p e r i o d a t L a C r o s s e ,

W i s c o n s i n , o n a F a y e t t e s i l t l o a m , 1 5 p e r c e n t n l o p e , w a e

. 7

o f a t o n p e r a c r e f o r p l o t n

t h a t r e c e i v e d m i n i m u m t i l l a g e c o m p a r e d

w i t h 2 . 9 4

t o n o f o r c o n v e n t i o n a l l y

t i l l e d . p l o t s

W h e n b o t h m e t h o d s w e r e c o n t o u r e d ( M a n n e r i n g a n d

P u r w e l l , 1 9 6 8 ) .

A n o t h e r

s t u d y

o n m i n i m u m t i l l a g e a t C o s h o c t o n ,

O h i o , s h o w e d t h a t a n n u a l s o i l l o e s

o v e r a 2 - y e a r p e r i o d a v e r a g e d

. 5 0

o f a t o n p e r a c r e p e r ' m i n i m u m t i l l a g e c o m p a r e d w i t h

4 . 8 6 t o n s f o r c o n v e n t i o n a l t i l l a g e .

A n o t h e r e r o s i o n c o n t r o l p r a c t i c e w a s e v a l u a t e d a t L a C r o s s e ,

W i s c o n s i n , o n a 1 6 p e r c e n t

s l o p e ( M a n n e r i n g a n d ) 3 u r w e l l ,

1 9 6 8 ) .

T h e a n n u a l n o i l l o s e w a s 2 . 6 t o n e p e r s e r e f o r

i n t e r s e e d i n g i n

6 0 - i n c h

c o r n r o w s c o m p a r e d w i t h

5

t o n s f r o m 4 0 - i n c h r o w s w i t h n o i n t e r -

s e e d i n g .



P r e d i c t i n g S o i l L o e s e n a d S e d i m e n t D e l i v e r y R a t e s

P r e d i c t i l g e o i l l o a s e s :

S c i e n t i f i c p l a n n i n g f o r s o i l a n d w a t e r c o n s e r v a t i o n r e q u i r e s

k n o w l e d g e o f t h e r e l a t i o n b e t w e e n t h o s e f a c t o r s t h a t c a u s e l o s e o f s o i l a n d w a t e r a n d

t h o s e t h a t h e l p t o r e d u c e s u c h l o s s e s .

T o a i d i n p r e d i c t i n g r a t e e o f

e r o s i o n a n d m e a s u r e e

n e e d e d t o r e d u c e t h o s e l o n u e e , a n

e m p i r i c a l ( ) o i l l o n e e q u a t i o n h a s

b e e n d e v e l o p e d

( W i n c h m e i e r a n d S m i t h ,

1 9 6 5 ) .

M a n y o f t h e f a c t o r s u n e d w e r e

d i s c u e s e d

i n t h e p r e c e d i n g

s e c t i o n o f t h i s p a p e r .

T o p r e d i c t t h e a m o u n t o f s o i l e r o n i o n b y w a t e r o n a n y p a r t i c u l a r f i e l d o r c o n -

n t r u c t i o n e i t e , i t i n n e c e s s a r y t o k n o w ( 1 ) t h e c a p a b i l i t y o f t h e e x p e c t e d r a i n f a l l a n d

r u n o f f t o d e t a c h a n d t r a n e p o r t s o i l p i r t i c l e u , ( 2 ) t h e n a t u r a l e u n c e p t i b i l i t y

o f

t h e n o i l

t o e r o s i o n , a n d

( 3 )

t h e e f f e c t i v e n e e s o f c o v e r a n d m a n a g e m e n t v a r i a b l e s f o r r e d u c i n g t h e

f o r c e ° o f e r o s i o n .

C h a r t e a r d T r a p h s f r o m

w h i c h

t h i s i n f o r m a t i o n c a n b e o b t a i n e d f o r

a n y

p a r t i c u l a r s i t e h a v e b e e n d e v e l o p e d f r o m t h e a n a l y s e n o f e r o s i o n r e s e a r c h o n

4 8

r e s e a r c h

s t a t i o n ° i n 2 6 s t a t e r ) i n t h e U . S . a n d p u b l i n h e d i n A g r i c u l t u r e H a n d b o o k 2 8 2 ( W i n c h m e i e r

a n d S m i t h ,

1 9 6 5 ) .

T h e f o l l o w i n g d i s c u n n i o n o n t h e s o i l l o n s e q u a t i o n c o n t a i n e p e r t i n e n t

i n f o r m a t i o n f r o m t h i s h a n d b o o k f o r p r e d i c t i n r s o i l l o s e e n .

T h e e r o e i o n e q u a t i o n i s :

A - R L S Y C P .

I t e x p r e e e e n n o i l l o n s p e r u n i t a r e n ( A ) a n

a p r o d u o t o f f a c t o r s f o r :

r a i n f a l l ( R ) , s l o p e l e n g t h ( L ) , e l o p e e t e e p n e u e

( S ) , s o i l

e r o d i b i l i t y ( X ) , c r o p p i n g A n d m a n a g e m e n t ( C ) , a n d c o n e e r v a t i o n p r a c t i c e s

( P ) .

T h e n o i l

l o o s p r e d i c t i o n ( A ) i s e n u a l l y o b t a i n e d i n t e r m e o f t o n s p e r a c r e p e r y e a r .

H o w e v e r , i t

c a n b e e a s i l y o b t a i n e d i n i n c h e n o f s o i l o r i n m e t r i c u n i t s a n d f o r a g i v e n m o n t h o r s e a s o n

b y n e l e e t i n g t h e v A l u e n o f K A n d R i n c o r r e s p o n d i n g u n i t s .

N u m e r i c a l v a l e e s f o r e a c h o f t h e s i x f n c t o r n i n

t h e

f o r m u l a h a v e b e e n d e t e r m i n e d

f r o m r e s e a r c h d a t a .

T h e n e v a l u e s d i f f e r f r o m o n e a r e a t o a n o t h e r .

T h e a p p r o x i m C t e

n u m e r i c a l v e l e e s f o r a n y p a r t i c u l a r f i e l d h a v e b e e n d e v e l o p e d .

R a i n f a l l f a c t o r ( R ) .

W h e n

f a e t o r n o t h e r t h a n r a i n f a l l a r e

h e l d

c o n e t a n t , n t o r m e o i l

l o s s e n f r o m c u l t i v a t e d f i e l d s a r e d i r e c t l y p r o p o r t i o n R 1 t o t h e p r o d u e t v e l u e

o f t w o

r a i n e t o r m c h a r a c t e r i n t i c e ;

t o t a l k i n e t i c e n e r e y

o f

t h e s t o r m t i m e s

i t s

m a x i m u m 3 0 - m i n u t e

i n t e n e i t y ( s 7 ) .

T h i n p r o d u c t v a r i a t e i n a n i n t e r a c t i o n t e r m t h a t r e f l e c t s t h e c o m b i n e d

p o t e n t i a l o f r a i n d r o p i m p a c t a n d t e r b u l e n e e o f r u n o f f t o t r a n s p o r t d i s l o d g e d

s o i l p a r t i c l e s

f r o m t h e f i e l d .

A n I e o - e r o d e n t m a p w n s c o m p e t e d f r o m r n i n f n l l d a t a f o r e a c h o f a b o u t

7 , 0 0 0 l o c a t i o n s

f e r n y e v e n l y d i n t r i b u t e d o v e r

3 7

s t a t e s o f t h e e a n t e r n U . S .

T h e I s o - e r o d e n t u w e r e t h e n

p l o t t e d a s i n d i c a t e d b y t h e e e v a l u e s .

F a c t o r s f o r

e l o p e

l e n g t h

a n d g r a d i e n t

1 , 5 ) .

T h e r a t e o f

s o i l

e r o c i o n b y w a t e r i n

a f f e c t e d b y b o t h s l o p e l e n g t h a n d g r e d i e n t

p e r c e n t s l o p e ) .

T h e t w o e f f e c t s h e v r b e e n

e v a l u A t e d n e p a r a t e l y a n d a r e r e p r e s e n t e d i n t h e e r o s i o n e q u a t i o n b y c a p i t a l

L a n d c a p i t a l

S , r e s p e c t i v e l y .

I n f i e l d a p p l i e a t i o n

o r

t h e e q u a t i o n , h o w e v e r , i t i s c o n v e n i e n t t o

c o n n i d e r t h e t w o a s a e i n r l e f a c t o r L S .

T h i n r a t i o f o r s p e e i f i c c o m b i n a t i o n s o f e l o p e

l e n g t h a n d g r a d i e n t A r e t A k e n d i r e c t l y f r o m a c b a r t .

S o i l e r o d i b i l i t y f a c t o r ( 1 . : ) .

T h e s o i l e r o d i b i l i t Y f a c t o r Y i n t h e s o i l l o e n e q e n t i o n

i s a q u e n t i t a t i v e v a l u e e x p e r i m e n t a l l y d e t e r m i n e d .

T h e c r i t e r i a e s e d f o r d e v e l o p i n e t h i c

v a l u e w e r e d i s c u s s e d

e n r l i e r .

F o r a p a r t i c u l a r s o i l i t i n n r a t e o f e r o s i o n p e r e n i a t

o f

e r o s i o n i n d e x f r o m e n i t p l o t s o n t h a t s o n .

T h e s e

v a l u e s a r e

d e t e r m i n e d

f o r e a c h k i n d o f

s o i l a n d

a r e u s e d

i n t h e e q e l t i o n .

A u n i t p l o t i r 7 2 . 6 r e e t l o n g i t h a u n i f o r m

l e n t h w i s o n l o p e o f

9 p e r c e n t

i n

c o n t i n u o e e f e l l o w t i l l e d u p a n d d o w n t h e n l o p e .

T o

e v n l e a t e K f o r s o i l s t h a t d o n n t



u s o a l l y o c , c u r o n a

9

p e r c e n t e l o p e , s o i l l o s s d a t a f r o m p l o t s t h a t m e e t a l l t h e o t h e r

s p e c i f i e d c o n d i t i o n e a r e a d j u s t e d t o

9

p e r c e n t s l o p e b y m e a n s o f t h e s l o p e f a c t o r .

F a c t o r f o r c r o p p i n g a n d m a n a g e m e n t ( C ) .

T h e f a c t o r C i n t h e s o i l l o s e e q u a t i o n i s

t h e r a t i o o f s o i l l o s s f r o m l a n d c r o p p e d u n d e r s p e c i f i c c o n d i t i o n s t o t h e c o r r e s p o n d i n g

l o s e f r o m c o n t i n u o u s t i l l e d f a l l o w .

A b o u t 1 0 , 0 0 0 p l o t y e a r s o f r u n o f f a n d s o i l l o s s d a t a

n e s e m b l e d f r o m

4 7 r e s e a r c h n t a t i o n s a n d 2 4 e t a t e s ( W i e o h m e i e r a n d S m i t h ,

1 9 6 5 )

w e r e

a n a l y z e d t o o b t a i n e m p i r i c a l m e a s o r e m e n t e o f t h e e f f e c t o f t h e c r o p p i n g s y n t e m a n d m a n a g e -

m e n t o n s o i l l o o n w i t h i n e a c h c r o o s t a g e p e r i o d .

T h e e r o n i o n c o n t r o l p r a c t i c e f a c t o r ( P ) .

T h i n f a c t o r i n s i m i l a r t o t h e f a c t o r C ,

e x c e p t t h a t P A e c o u n t o f o r t h e e r o e i o n c o n t r o l e f f e e t i v e n e s s o f s u p e r i m p o s e d p r a c t i c e s ,

s u c h

R f 4

c o n t o u r i n , t e r r a c i n g , a n d n t r i p c r o p p i n g .

T h e f a c t o r P i n t h e e r o s i o n e q u a t i o n

i s t h e r a t i o o f

e o i l

l o e s w i t h t h e e u p p o r t i n g p r a c t i c e t o t h e $ o i l l o n e w i t h u p A n d

d o w n h i l l c u l t u r e .

V a l u e s

o f P f o r v a r i o u n p e r c e n t s l o p e g r o u p s h a v e b e e n d e v e l o p e d .

T h e e m p i r i e a l p n i l l o e s e q u a t i o n u n d e r l y i n g t h i s t e c h n i e n e i n a p p l i n a b l e i n R n y

l o c a t i o n w h e r e n u m e r i c n 1 v a l u e s o f t h e e q u a t i o n f a c t o r s a r e k n o w n o r c a n b e d e t e r m i n e d .

T i c a n b e a n n e f u l t o o l i n h e l p i n g t e n e l e c t a l t e r n a t i v e m e t h o d s f o r r e d u e i n g s o i l l o s o

a n d e r o s i o n .

T h e t a b l e s a n d c h a r t s t h a t h a v e b e e n d e v e l o p e d m a k e t h i s i n f o r m a t i o n r e a d i l y

a v i l a b l e f o r f i e l d n e e .

P r e d i n t i n e o e d i m e n t d e l i v e r y r n t ; o n :

M a n y f a c t o r s i n f l u e n c e n e d i m e n t d e l i v e r y r a t i o s .

S o m e o f t h e s e f n c t o r s a r e t h e t y p e s o f s e d i m e n t s o n r e e s , t h e m a r n i t u d e o f t h e s e d i m e n t

n o u r c e s , c l i m a t e ,

k i n d o f

s o i l , f a c t o r s a f f e c t i n g d e p o s i t i o n , a n d w a t e r s h e d c h a r a c t e r i n t i c s .

C o n s i d e r a b l e s o c c e n s

h a s

b e e n a c h i e v e d t h r m i g h u s e o f e m p i r i c a l n o i l l o s e e q u a t i o n e

t o o b t R i n v a l u e n f o r n h e e t e r o c i o n ( R o P h l , 1 9 ( 2 ) .

S i m i l a r v a l u e s f o r c h a n n e l t y p e e r o n i o n

a r e o b t a i n e d f r o m v o l n m e t r i e m e a n u r e m e n t n i n t e f i e l d o r b y u s e o f

e r o s i o n r a t e s d e v e l o p e d

i n t h e c o u r p e o f r e s e a r c h s t u d i e n .

S e d i m e n t d e l i v e r y r a t i o s R r e a m e a n s o f u s i n g c o m n u t e d e r o s i o n d a t a

t o p r e d i c t s e d i m e n t

y i e l d s a t d e s i r e d p o i n t n w i t h i n a w a t e r s h e d .

A o e d i m e n t d e l i v e r y r a t i o i n a p e r c e n t a g e

r e l a t i o n s h i p

b e t w e e n

t h e s e d i m e n t

y i e l d

A t

A

s p e c i f i e d m e a s e r i n g p o i n t i n a w a t e r s h e d a n d

t h e g r o s s o r t o t a l e r o s i o n o c c u r r i n g i n t h e w a t e r s h e d o p e t r e e n f r o m t h a t p o i n t .

I f

r e s ) i n t i o e n t i m a t e s o f b o t h t h e e r o s i o n n n d t h e s e d i m e n t d e l i v e r y r a t i o n c a n

b e m a d e ,

s e d i m e n t y i e l d s c a n b e p r e d i c t e d w i t h r e a n o n a b l e A c c n r a c y

( R o e h l , 1 9 6 2 ) .

T t i s e s t i m a t e d t h a t s h e e t e r o s i o n g e n e r a l l y p r o d o c e s r o n t o f

t h e

n e d i m e n t l o a d o f

r i v r r n i n a r e n n t h a t a r e p r i m a r i l y a g r i c i l l t n r a l a n d h a v e m o r e

t h a n 2 0 i n c h e s e f

p r e c i p i t a t i o n a n n n a l l y ( U . S . D e p a r t m e n t o f A g r i c o l t u r e , S o i l

C o n s e r v a t i o n S e r v i c e ,

1 9 7 0 ) .

I n m o n t f o r e s t a n d r a i l e r a r e a s w h e r e t h e p r e c i p i t a t i o n i n l e n n

t h a n 2 0 i n c h e n , c h a n n e l t y p e

e r o s i o n u s u a l l y p r o d u c e s m o s t o f t h e s e d i m e n t .

I n a n a l y s i s o f

1 5 7

w a t e r s h e d w o r k p l a n s

h a v i n g a t o t a l c o m b i n e d d r a i n a g e o r e a o f

9 . 7

m i l l i o n a c r e s i n d i c a t e s t h a t , i n g e n e r a l ,

7 3

p e r c e n t o f t h e s e d i m e n t w a p f r o m s h e e t e r o n i o n , 1 0 p e r c e n t

f r o m g u l l y

e r o s i o n , a n d

1 7

p e r c e n t f r o m o t h e r s o u r c e s s u c h n n r o a d e i d e n , s t r e n m b a n k s a n d

f l o o d p l a i n .

O f t h e t o t a l

s e d i m e n t y i e l d

i n t h e U . S . , i t i n e s t i m a t e d t h a t

5 0

p e r c e n t i n f r o m f a r m l a n d , 1 0 p e r c e n t

f r o m f o r e n t a n d r a n g l a n d , 1 0 p e r c e n t f r o m c o n e t r u c t i o n B i t e s ,

A n d 1 0 p e r c e n t f r o m l a n d

r e l a t i v e l y u n d i s t u r b e d b y m a n ( g e o l o g i c

e r o s i o n ) .

A s e d i m e n t d e l i v e r y

r a t i o o f 4 0 p e r c e n t

h a s b e e n u s e d b y S C S t o c a l c u l a t e n a t i o n a l s e d i m e n t y i e l d o f r o m

e s t i m a t e d s o i l l o s s e s f r o m

c r o p l a n d ( U . S . D e p a r t m e n t o f A g r i c u l t u r e , S o i l C o n n e r v a t i o n

S e r v i c e ,

1 9 7 1 ) .

A s t u d y o f 1 1 3 w a t e r s h e d e ( H o e h l ,

1 9 6 2 ;

a n d G l y m p h 4 n d H o l t a n ,

1 9 6 8 ) ,

l o c a t e d i n

h n m i d a r e a e o f t h e U . S . , s h o w e d t h a t s h e e t a n d r i l l e r o s i o n

A c c o u n t e d f o r 9 0 p e r c e n t

o r

m o r e o f t h e s e d i m e n t y i e l d i n

h a l f o f t h e w a t e r s h e d s .

I n a b o u t 2 0 p e r c e n t o f t h e

c a s e s s t u d i e d , h o w e v e r , 5 0

p e r c e n t o r m o r e o f t h e e e d i m e n t

W 1 9

d e r i v e d f r o m T o n i c s .

I n

m o s t i n s t a n c e s o f r e l a t i v e l y l a r g e

s e d i m e n t p r o d u c t i o n f r o m g u l l i e s , w a t e r s h e d s

o f l e e s

t h a n o n e s q u a r e m i l e w e r e i n v o l v o d .

I n t h r e e i n s t a n c e e , s t r e a m c h a n n e l e r o s i o n

c o n t r i b u t e d

m o r e t h a n 4 0 p e r c e n t o f

t h e s e d i m e n t y i e l d .



T h u s , m e a a u r e m e n t s i n d i c a t e t h a t e x t r e m e v a r i a t i o n s i n s e d i m e n t y i e l d m a y o c c u r i n a

r e g i o n h a v i n g d i f f e r e n t k i n d s o f l a n d u s e ,

t o p o g r a p h y , o l i m a t e , a n d s o i l .

T h e

r e l a t i v e l y

f l a t a r e a o f n o r t h c e n t r a l I o w a , f o r e x a m p l e , h a s s e d i m e n t y i e l d s o f a b o u t 5 0

t o n e p e r

s q u a r e m i l e p e r y e a r f o r a 1 0 0 - s q u a r e - m i l e w a t e r s h e d , w h e r e a s i n ' t h e r o l l i n g h i l l s o f

w e s t e r n I o w a , s e d i m e n t r a t e s o f a b o u t 6 , 0 0 0 t o n e p e r s q u a r e m i l e p e r y e a r a r e e s t i m a t e d f o r

1 0 0 - s q u a r e - m i l e w a t e r s h e d s ( U . S . C o r p e o f E n g i n e e r s ,

1 9 6 8 ) .

L a n g b e i n a n d S c h u m m , 1 9 5 8 ( H o l e m a n , 1 9 6 A ) , f o u n d t h a t t h e m a x i m u m s e d i m e n t y i e l d i n

t h e U . S . o c c u r n w h e n a n n u a l e f f e n t i v e p r e c i p i t a t i o n i s b e t w e e n 1 0 a n d 1 4 i n c h e s .

T h e

s e d i m e n t y i e l d d r o p p e d s h a r p l y

m e

a n n u a l r a i n f a l l d e c r e a s e d f r o m 1 0 i n c h e s b e c a u s e o f t h e

d e f i c i e n c y

o f

r u n o f f .

O n t h e o t h e r h a n d , s e d i m e n t y i e l d d e n r e a s e d g e n e r a l l y w i t h r a i n -

f a l l a b o v e 1 4 i n c h e n b e c a u n e t h e i n c r e a s e d r a i n f a l l p r o d u c e d n g r e a t e r d e n s i t y o f

v e g e t a t i v e c o v e r

a n d ,

t h e r e f o r e , l a o s e r o s i o n . T I t i a g e n e r a l i z a t i o n m a y o r m a y n o t a p p l y

t o o t h e r e n v i r o n m e n t n o f t h e w o r l d , b u t t h e r e l a t i o n b e t w e e n r a i n f a l l a n d v e g e t a t i v e

c o v e r n e e m s u n i v e r e a l .

T h e v e g e t a t i o n r e f l e c t s r a t h e r e l o s e l y t h e a n n u a l r a i n f a l l

p a t t e r n s , n n d t h e r a t e o f r u n o f f i n t i e d c l o s e l y w i t h p r e c i p i t a t i o n .

S t u d i e s o n e i g h t s m a l l e x p e r i m e n t a l w a t e r s h e d s a t C o e h o c t o n , O h i o , & l o w e d t h a t

c o n n e r v a t i o n f a r m i n . r : p r a c t i c o r e s u l t e d i n n m a l l e r a v e r a g e r a t e s o f r u n o f f a n d m o r e w a t e r

a b n o r p t i o n

( ( n y m p h

a n d H o l t a n ,

1 9 6 9 .

H e r o t h e i v e r n g e a n n u a l p e a k r a t e o f r u n o f f f r o m

l a n d i n c o r n w a e 4 7

p e r c e n t g r e a t e r w i t h o u t c o n e e r v a t i o n p r a c t i c e s t h a n i t w a s w i t h

i m p r o v e d p r a c t i n e u ,

5 5 p e r e e n t g r e a t e r f r o m 1 R n d i n w h e n t , e n d 1 4 p e r c e n t g r e n t e r f r o m

l a n d i n m e a d o w .

I n t o r o s o f t o t a l r u n o f f a m o u n t , l a n d i n e o r n r i t h o u t t r e a t m e n t p r o d u c e d

5 3

p e r c e n t m o r e r u n o f f f r n m ' a y t o O e t o b e r t h a n t h a t w i t h i m p r o v e d p r a c t i c e n ; w h e a t w i t h o u t

t r e a t m e n t p r a n t i e e s p r o d u c e d 1 1 p e r e e n t m o r e r u n o f f f r o m O c t o b e r t o J u l y ;

R n d r u n o f f f r o m

u n t r e a t e d m e a d o w f o r

3 3

c o n s e c u t i v e m o n t h n w a e 1 1 p e r c e n t g r e a t e r t h a n f r o m m e a d o w w i t h

i m p r o v e d

p r a c t i n e s .

F r o m t h e n e d a t a a n d e x p e r i e n c e s i t i n a p p a r e n t t h a t t h e u n i v e r s a l n o i l l o n s e q u a t i o n

c o n b e A

v a l e a b l e t o o l i n e n t i m a t i n g s e d i m e n t d e l i v e r y r a t i o s .

T h e u n e o f e r o s i o n c o n t r o l

. p r r i c t i c e s o n b o t h f a r m

A n d

r o n f a r m l a n d w i l l r e a e n e r u n o f f A n d e r o n l o n f r o m t h e n e a r c a s

a n d i n t r r n r e d u c e t h e a m o u n t o f p e d i m e n t d e l i v e r e d t o n u r f a n e w a t e r a r e a s .

M e t h o d s f o r R e d u e i n g N u t r i e n t F n r i c h m e n t o f W a t e r S u p p l i e s

S o i l s u r v e y n :

O n e o f t h e f i r s t a n d m o s t i m p o r t a n t s t o p s i n t h e d e v e l o p m e n t o f

A

p l a n

t o r e d i c e w a t e r p o l l u t i o n t h r o u g h s o i l e r o e i o n a n d r u n o f f i s t o m a k e a

R o i l

s u r v e y .

S o i l

s a p o a n i n e e d e d i n t e r p r e t a t i o n s p r e p a r e d b y p e d o l o g i s t s p r o v i d e t h e b a e i c

d a t a n e e d e d t o

d e t e r m i n e t h e l o e a t i o n a n d e x t e n t o f e a c h k i n d o f s o i l n n d i t s p o t e n t i a l s a n d l i m i t a t i o n s

f o r v a r i o u s u s e s .

W i t h a s o i l m a p , p l a n o c a n b e d e v r l o p e d t o m i n i m i z e

E m i l

a n d w a t e r

l o s e e s t h r o u g h p r o p e r s o i l e e l e c t i o n A n d t h e a p p l i c a t i o n o f c o n s e r v a t i o n p r a c t i c e s f o r

e a c h

U S P .

7 1 ' . 0 ' u n e o f R o i l r u r v e y s i n t h e b e s t m e t h o d w e h a v e f o r e v a l u a t i n g t h e l a n d r e s o u r c e s

a v a i l a b l e t o p e o p l e ( K l i n g e b i e l ,

1 9 6 7 ) .

S o i l s u r v e y n c a n b e i n t e r p r e t e d t o o h o w t h e

v a r i o u s n i t e r n a t i v r s f o r s a f e u s e A n d t h e p o t e n t i a l f o r t h e p r o d u c t i o n o f p l a n t o .

A c c u r a t e

p r e d i c t i o n s c a n b e m a d e a b o u t s o i l b e h a v i o u r a n d c r o p p o t e n t i a l f r o m a r e a s f o r

w h i c h

s o i l s u r v e y s h a v e b e e n c o m p l e t e d .

W h e r e s o i l s u r v e y s a r e n o t a v a i l n b l e , s a m p l e s a r e a s

c a n b e m a p p e d

a n d t h e d a t a p r o j e c t e d t o s i m i l a r s o i l a r e a s f o r b r o a d g e n e r a l p l a n n i n g .

B y r a t i n g t h e s o i l s a c c o r d i n g t o t h e i r s u i t a b i l i t y f o r

A

p a r t i c u l a r u s e , o n e c a n

d e t e r m i n e t h e a r e a s t h a t a r e w e l l m i l t e d o r p o o r l y s u i t e d f o r t h a t u n e .

S u c h i n f o r m a t i o n

i s u s e f u l t o t h o s e w h o a r e e v a l u a t i n g A r e a s f o r f a r m e r s ,

f o r

f o o d p r o e . e s s o r s , a n d f o r

o t h e r e w h o a r e o e a r c h i n g f o r s o i l s t h a t a r e s u i t a b l e f o r g r o w i n g

c e r t a i n c r o p s .

S o i l

m a p s

c a n a l e o b e u s e f u l f o r t h o n e s e e k i n g s i t e s f o r

r e s i d e n t i a l , i n d u s t r i a l , o r

r e c r e a t i o n a l d e v e l o p m e n t ( S t e e l e ,

1 9 6 7 ) :

S o i l s u r v e y s c a n b e e s p e c i a l l y h e l p f u l i n m a k i n g p r e d i c t i o n s

a b o u t t h e h a z a r d s o f

r u n o f f a n d e r o s i o n .

E r o s i o n i n a n e r i o u s p r o b l e m o n m a n y s l o p i n g

s n i l s , e s p e c i a l l y i n



p l a c e e w h e r e f a r m e r s a n d c o n t r a c t o r s h a v e l e f t t h e s o i l b a r e f o r l o n g p e r i o d s o f t i m e .

S o i l m a p a p r o v i d e a b a s e f o r l a n d u s e p l a n n i n g b y s h o w i n g t h e a r e a e t h a t h a v e t h e

g r e a t e s t p o t e n t i a l f o r e a c h k i n d o f u s e . I n a d d i t i o n , p r e d i c t i o n s c a n b e m a d e a b o u t t h e

s o i l h a z a r d e i n v o l v e ' d i n e a c h k i n d o f u s e .

M o s t c u l t i v a t o r s c a n b e n e f i t f r o m s o m e

d i r e c t a s s i s t a n c e i n d e v e l o p i n g a p l a n f o r t h e i r o p e r a t i o n s a n d f o r c a r r y i n g o u t t h e p l a n

t h a t w i l l p r o v i d e m a x i m u m b e n e f i t s f r o m t h e i r i n v e n t m e n t

a n d a t t h e s a m e t i m e k e e p

s o i l e r o n i o n a n d r u n o f f t o a m i n i m u m .

S u c h t e c h n i c a l a e s i s t a n c e i s b a s e d o n a d e t a i l e d

B o i l

m a p t h a t i n i n t e r p r e t e d t o

s h o w t h e a l t e r n e t i v e u s e s a n d c o m b i n a t i o n n o f p r a c t i c e s f o r w h i c h t h e d i f f e r e n t k i n d s o f

e o i l a r e H u i t e d .

T h e p l a n m e e t b e a r r a n g e d t o t a k e a d v a n t a g e o f t h e e f f e c t s o f t h e

d i f f e r e n t p r a c t i c e n o n e a c h k i n d o f s o i l a n d b e t w e e n f i e l d n w i t h i n t h e f a r m u n i t h a v i n g

d i f f e r e n t k i n d s o f e o i l .

I f w e a r e t o u s e o u r s o i l s e f f i c i e n t l y A n d e f f e c t i v e l y i n t h e y e a r n t o c o m e , w e m u n t

d e v e l o p p l a n o t h a t w i l l e n c o u r a g e t h e p u b l i c t o u s e e o i l r e n o u r c e n c a r e f u l l y a n d

e f f i c i e n t l y f o r t h e b e n e f i t o f p r e n e n t a n d P u t u r e g e n e r a t i o n s .

T h e u s e a n d i n t e r p r e t a t i o n

o f a u o i l n u r v e y i n t h e k e y t o t h i e k i n d o f p l a n n i n g .

D e s p i t e t h p u r g e n t n e e d , i m p r o v e d t e c h n o l o e y i s n o t e a s i l y t r a n e f e r r e d f r o m t e m p e r a t e

r e g i o n s t o t r o p i c a l o n e s ( K e l l o g g a n d O r v e d a l ,

1 9 6 9 ) .

B u t t h e p r i n c i p i e n d a v e l o p e d f r o m

s c i e n t i f i c r e H e a r c h i n t h e s c i e n c e s b a s i c t o n o i l u s e a n d t h e e c h o l a r l y m e t h o d f o r b o t h

b a s i c A n d a d a p t i v e r e n e a r e h c a n b e t r a n s f e r r e d .

T h e b a s i o t a s k o f t h e s c i P n t i n t o r n m a l l

g r o u p o f n e i e n t i s t s i n t e e h n i c a l a s n i s t a n c e i s c o n n e c t i n g t h e b n n i c p r i n c i p l e s

o f t h e

s e i e n c e s r e l e v a n t t o f a m i n e n n d t h e o t h e r n e e t o r s o f a e r i c u l t u r e t o t h e e p e c i f i c n a t u r a l ,

s o c i a l , e e o n o m i e , p o l i t i c a l , a n d r e l i g i o u e e n v i r o n m e n t w h e r e t h e w o r k i n t o b e d o n e .

S e c c e s n r e q u i r e s s c h o l a r e w i t h k n o w l e d e e o f t h e b R n i e p r i n c i p i e n n n d w i t h t h e s k i l l ° t o

w o r k i n v a r i o u n s o c i a l a n d n a t u r a l e n v i r o n m e n t n a n d t o c o m m u n i c a t e w i t h t h e l o c a l p e o p l e .

F a r m m - . n a e e m e n t a m o r t i e e n :

T h e r e i n e v e r y r e a e o n t o b e l i e v e t h a t p l a n t n u t r i e n t l o s s e e

d u e t o r e n o f f o n d e r o e i o n f r o m r u r a l a n d e r b o n a r e A s c a n b e k e p t a t a n a e c e p t a b l e l e v e l

l y a p e l y i n g p r e n e n t l y k n n e n m e t h o d n .

T h e s e i n e l e d e ( 1 )

p r o p e r

s o i l e e l e e t i o n f o r e a c h u s e ,

( 2 ) n e l e c t i o n o f a e o e b i n a t i o n

m a n a g e m e n t p r a c t i c e n i n c l u d i n g t h e u s e o f a e c e p t a b l e

e r o e i o n t h a t

w i l l

g i v e f a v u e r a h l e r e n u l t s , a n d

( 3 )

p r u d e n t u s e o f f e r t i l i z e r , p e s t i c i d e s ,

s m d i r r i g a t i o n w a t e r .

W i t h t h e

u s e o f a s o i l m a p , c e l t i v a t o r n c a n A e l e c t a n d r e n e g e

i n t e n s i v e l y t h o n e n o i l

a r e a s e f f e r i n g t h e l o w e s t p o t e n t i a l f o r e r o e i o n A n d

r u n o f f a n d t h e h i g h e s t p o t e n t i a l

f o r c r o p p r o d e e t i o n .

M a n a g e m e n t p r a n t i c e s c a n

b e

s e l e e t e d t h a t

a r e

b e s t a d a p t e d f o r

e a c h o f t h e d i f f e r e n t k i n d n o f s o i l .

I n t h i s w n y ,

m a r g i n a l n o i l n a n d t h o s e h a v i n g h i e t i

h a n a r d s f o r e r o e i o n a n d r u n o f f c a n b e

a v o i d e d .

F a t a h k i n d o f s o i l h a s a p o t e n t i a l f o r s o m e

u s e .

A s o i l s e r v e y c a n s e r v e

P G

a b l e e p r i n t i n s h o w i n g t h e p o t e n t i a l n a n d l i m i t a t i o n s

o f

e a c h k i n d o f s o i l f o r I m l a y d i f f e r e n t u s e s .

T h e i m p e r t a n c e o f i n t e r a c t i o n e m u s t b e e m p h R s i z e d

( K e l l o g g , 1 9 6 0 ) .

I t i s w a s t e f n l

t o u s e f e r t i l i z e r s w i t h o u t w a t e r o o n t r o l , a d a p t e d p i a n t e , a n d m e a s n r e s

f o r p l a n t p r o t e c t i o n .

T h e p r o p e r n e l e e t i o n o f s o i l a n d w a t e r m a n a g e m e n t p r a c t i c e e f o r a

p a r t i c u l a r I l s e c a n b e n t

b e a c h i e v e d t h r o u g h a r e v i e w o f a v a i l a b l e r e s e a r c h

d a t a a n d l o c a l e x p e r i e n o e .

I n a r e a e

w h e r e l i t t l e i s k n o w n a b o u t t h e s o i l s a n d t h e i r r e s p o n s e t o

m a n a g e m e n t , s i m p l e f i e l d

t r i a l s c a n b e e s t a b l i s h e d t o d e t e r m i n e t h e b e n t c o m b i n a t i o n o f

p r a c t i c e s t o u s e .

T h e e f f e c t i v e n e s s o f t h e v a r i o u s e r o s i o n c o n t r o l p r a c t i c e s w a s

d i s c u s s e d e a r l i e r i n

t h i s p a p e r .

L o e s e s o f n i t r o g e n a n d p h o s p h a t e s c a n b e m i n i m i z e d

t h r o u g h m o r e c a r e f i l l a n d

t h o r o u g h a p p l i c a t i o n o f n e l e c t e d s o i l c o n n e r v a t i o n

a n d w a t e r c o n t r o l p r a c t i e e n .

T h e e e

i n c l u d e t e r r a c i n g a n d c o n t o u r c r o p p i n g , R d e q e a t e p l a n t c o v e r ,

r e t e r n i n g c r o p r e s i d u e e t o

t h e n o i l , a n d u s e o f f o r a g e s a n d o t h e r c l o s e g r o w i n g c r o p s o n

s t e e p e r l a n d s .



T h e r e a r e a n u m b e r o f w a y o t o m i n i m i z e n u t r i e n t e n r i c h m e n t o f s u r f a c e w a t e r s

w i t h o u t s a c r i f i c i n g

t h e i m p o r t a n t b e n e f i t e o f f e r t i l i z e r s a n d p r o d u c t i v e a g r i c u l t u r e

( N e l s o n , 1 9 7 2 ) .

O n e i s t o m o r e c a r e f u l l y t a i l o r t h e r a t e e a n d t i m e s o f n i t r o g e n

a p p l i c a t i o n t o b e t t e r f i t t h e n e n d o o f t h e g r o w i n g c r o p s .

T h e m a i n c o n s i d e r a t i o n h e r e

i s t o l i m i t t h e b u i l d u p o f n i t r a t e s d u r i n g t h e p e r i o d o w h e n l e a c h i n g i s l i k e l y . T h i s

c a n b e a c c o m p l i s h e d b y d e l a y i n g l a r g e n i t r o g e n a p p l i c a t i o n n u n t i l t h e g r o w i n g c r o p c a n

u t i l i z e i t , b y u s i n g s m a l l e r a n d m o r e f r e q u e n t a p p l i e a t i o n s , a n d b y b e i n g c a r e f u l n o t t o

a p p l y a m o u n t s h i g h l y i n e x c e s s o f t h a t n e e d e d b y t h e c r o p d u r i n g i t s g r o w i n g s e a e o n .

O n i r r i g a t e d c r o p s , a d d i t i o n a l c a r e i o n e e d e d n o t t o o v e r i r r i e a t e o r l e a c h e x c e s s s a l t a

f r o m t h e s o i l c l u e i n g t h e p e r i o d e w h e n l a r g e a m o u n t s o f n i t r a t e s a r e p r e s e n t .

T h e k i n d s a n d a m o u n t n o f f e r t i l i z e r t o u s e d e p e n d o n t h e s o i l , t h e c r o p t o b e g r o w n ,

t h e o t h e r p r a c t i c e e f o l l o w e d , a n d t h e e x p e c t e d c o s t e a n d r e t u r n s .

T h e t i m e a n d m m o u n t

o f f e r t i l i z e r a p p l i e d i s e s p e c i a l l y c r i t i c a l i n a r e a s o f h i g k e r a i n f a l l a n d l e a c h i n g ,

i n c l u d i n g b o t h t h e c o o l t e m p e r a t e r e g i o n n a n 0 t h e h u m i d t r o p i c s .

P e r t i l i z e r n a r e

e c o n o m i e a l l y e f f e c t i v e o n l y i f t h e c o r r e e t k i n d s a n d a m o u n t e a r e u s e d f o r t h e k i n d s o f

n o i l a n d t h e o r o p n t o b e g r o w n a n d i f t h e p r a c t i c e e n e e d m d t o m e e t t h e o t h e r r e q u i r e m e n t s

f o r a g o o d h a r v e n t a r e a d o p t e d n t t h e f l a m e t i m e .

P r o g r e s e i e b e i n g m a d e i n t h e d e v e l o p m e n t o f s l o w r e l e n n e n i t r o g e n f e r t i l i z e r s

( K e l l o g g a n d O r v e d a l ,

1 9 6 9 ) .

I f t h e s e c a n b e i m p r o v e d t o t h e p o i n t h e r e n i t r o g e n l o

r e l e a s e d a t

a

r a t e t h a t a p p r o x i m a t e o p l a n t r e m o v a l , p o t e n t i a l n i t r o g e n c o n t r i b u t i o n f r o m

t h i n n o u n - e l t o t h e e n v i r o n m e n t m i l d b e r e d u e e d e v e n f u r t h e r .

M e n a g e m e n t p r a c t i c e s s u c h

a s t i m i n g a n d r a t e o f f e r t i l i z a t i o n a n d c o n t r o l o f w a t e r a n d e r o s i o n a r e o f c e e r n e e q u a l l y

i m p o r t a n t i n

r e d u c i n g n i t r o g e n t r e n e e o r t .

F o r t h e r o r t p a r t f e r t i l i z e r n s h o u l d

b e a d d e d

t o t h e n o i l o n l y w h e n p l a n t c a r e a v a i l a b l e t o u t i l i z e t h e n u t r i e n t s .

S u r f a c e a p p l i c a t i o n

c h o u l d n o t b e m a d e w h e n t h e p l a n t s a r e d e m e n t o r w h e n t h e g r o u n d i s f r o z e n o r c o v e r e d

w i t h n n o w .

F e r t i l i s e r s s h o e l d b e i n c o r p o r a t e d i n t o t h e s u r f a c e o f t h e n o i l a n d n o t

p l a c e d o n t h e s u r f a c e w h e r e t h e y c a n b e w a n h e d n w a y w i t h t h e f i r n t r a i n .

T h i s i o e s p e c i a l l y

i m p o r t a n t w i t h n i t r o g e n f e r t i l i a e r n .

T h e u s e o f p e s t i c i d e s h a s b e e e m e a f o c a l p o i n t

i n

p u b l i c c e n c e r n f o r t h e p r e s e r v a t i o n

o f e n v i r o n m e n t a l q u a l i t y ( M e t c e l f ,

1 9 7 2 ) .

T h e y a r e A n e s e e n t i a l p a r t o f f a r m t e c h n o l o g y ,

n n d t h e i r e s e i n e n r e n t i a l f o r m o d e r n l o e , - c e e t , h i g h p r o d u e t i o n a g r i e u l t e r e .

P e n t i c i d e s

w i l l h e u s e d i n t h e f o r e s e e a b l e f u t u r e .

I t i n t h e j u d g m e n t o f t h e U . S . N a t i o n a l A c a d e m y

o f S c i e n c e s ' C o r m i t t e e o n P e r s i s t e n t P e n t i c i d e e ( K e t o a l f , 1 9 7 2 ) , t h a t , f o r m o e t p u r p o s e s ,

n o n e h e m i c a l m e t h o d s o f c o n t r o l a r e n o t e x p e c t e d t o s e p p l a n t t h e u s e o f c h e m i c a l s i n t h e

f o r e e e e a b l e f e t u r e .

T h e r e i n e v e r y r e s e e n t o b e l i e v e t h a t m a n c a n c o n t r o l t h e p e s t s o f G r o p e a n d

a n i m a l s w i t h o u t c e r i o e n j e o p a r d y t o t h e e n v i r o n m e n t ( M e N e w , 1 9 7 7 ) .

O n c e w e s e t t l e d o w n

t o i n t e l l i g e n t r e e s o n i n g a b o u t t h e b r e a d n p e c t r u m o f

o p p o r t u n i t i e s

h e f o r e u n , w e c a n f i n d

s e n s i b l e s o l u t i o n s t o t h e p r o b l e m s a s t h e y a r i s e .

T h e r e a r e t r e m e n d o u n o p p o r t u n i t i e s f o r

d e s i e n o f b e t t e r a n d p a r e r c h e m i c a l n f o r t h e f u t u r e .

F a c t o r s o f e n v i r o n m e n t a l s a f e t y m u s t

b e c o n s i d e r e d a l o n g w i t h p e s t i c i d a l e f f i c i e n c y , a n d t h i s i m p o s e s a g r e a t b u r d e n o n r e s e a r c h

i n g e n u i t y a s w e l l a s i n d u s t r i a l e c o n o m i c s .

A n i n t e n s i v Y s e a r c h m u s t b e i n i t i a t e d f o r n e w p e s t i c i d e s t h a t a r e h i g h l y p e s t

o p e c i f i c , s a f e t o a p p l y , a n d b i o d e g r a d a b l e i n i n d i v i d u a l o r g a n i s m s a n d t h e e n v i r o n m e n t

( M e t c a l f , 1 9 7 2 ) .

M e a l y l e a d s e x i s t e

t h e h o r m o n e m i m i c s o f i n s e c t s , j u v e n i l e , a n d

-

m o l t i n g h o r m o n e s ;

v a r i o e s p h y t o h o r m o n e n ;

a n d v i r a l a n d b a o t e r i a l t o x i n s .

F r o m t h e s e a n d

o t h e r p o t e n t i a l d i s c o v e r i e s a b o u t s i t e s o f a c t i o n s a n d m o d e s o f d e g r a d a t i o n ,

w i l l c o m e t h e

p e s t i c i d e s o f t h e f u t u r e .

A s a n e x a m p l e o f n e w r e n e a r c h , a t e a m l e d b y D r . R o b e r t L . M e t c a l f a t

t h e U n i v e r s i t y

o f I l l i n o i s ( F r e u n d ,

1 9 7 0 - 1 9 7 1 ) d e v i s e d

a n d r e c e n t l y p a t e n t e d a n e w f o r m o f n o n p o l l u t i n g

D D T .

I n a d d i t i o n t o b e i n g a b l e t o b e b r o k e n d o e n b y h i g h e r o r g a n i s m s i n t o

p r o d u c t n t h a t

a r e s a f e t o t h e o r g a n i s m a n d t o t h e e n v i r o n m e n t , t h e n e w

D D T c a n b e p r o d u c e d i n m a n y



f o r m e , e a c h o f w h i c h i u a n a n a l o g u e r e l a t e d t o t h e o l d f o r m o f D D T , t h u s i n e e c t s t h a t

b e c o m e r e s i s t a n t t o o n o f o r m c a n b e d e s t r o y e d b y a n o t h e r .

T h e h a z a r d o f w a t e r p o l l u t i o n o f p e s t i c i d e s t h r o u g h r u n o f f a n d e r o n i o n c a n b e r e d u c e d

b y r o l l o w i n e t h e

S R M O

b a s i c m a n a m e m e n t p r a n t i c e e f o l l o w e d i n t h e u s e o f c h e m i c a l

f e r t i l i z e r s .

N o n f a r m m a n a m e m e n t e r a c t i o e s :

F v i d e n c e b a n b e e n p r e s e n t e d t h a t s h o w s t h a t e l o p i n g

n o i l n i n e r c o n e t r u n t i o n f o r r o a d n a n d b e i l d i n e n

c a n h e a

m a j o r n o e r c e o f p o l l e t i o n t o

s e r f n e e w a t e r .

F r e n i o n a n d e e d i m e n t a t i o n c a n h e c o n t r o l l e d i n t h e s e a r e a s b y t h e a p p l i c a t i o n o f

p r a c t i c A l c o m h i n a t i o n e n r t h e f o l l o w i n g t e c h n i c a l p r i n c i p l e n ( R i n e l e r a n d i t u m p h r y s ,

1 9 7 1 ) .

T o r e d u c e e r o n i o n p o t e n t i e l ;

f i t d e v e l o p m e n t p l a n t ; t o t h e k i n d n o f s o i l , l e n d s c a p e

f e a t u r e s , a n d v e g e t s t i v e e o v e r ;

t o

r e t a r d r u n o f f a n d e r o s i o n ; r e t a i n a n d p r o t e e t n a t u r a l

v e g e t e t i o n w h e r e v e r f e a e i b l e d e r i n g d e v e l o p m e n t ; p r o t e c t s t r u c t u r a l m e a s u r e s

t o

a c c o m m o d a t e

t h e i n c r e a s e d r u n o f f e a u n e d b y d a m a g e o f s o i l n n d n u r f a c e c o n d i t i o n s ; i n s t a l l

p e r e n n e n t v e g e t n t i v e

R n i

s t r u c t u r a l e r n e i o n c o n t r o l a n d w a t e r d i s p o s a l m e t h o d n a e e o o n a s

p r a c t i e a l i n t h e d e v e l o p m e n t s t a g e ; m A i n t A i n

p l a n n e d v e g e t e t i v e R n d e t r u c t u r a l i m p r o v e m e n t

t o i n n e r e t h e i r e f f e c t i v e n e s n .

k n a l t e r n a t i v e m e t h o d t o t h e u s e n f v e g e t a t i o n

i n t h e a r p l i e n t i n n o f m e l e h f o r

i m m e d i a t e p r o t e c t i o n w h e r e f i n a l g r e d i n g i n n n t c o m p l e t e d ( 1 i e y e r , W i n c h m e i e r , A n d

D a n i e l ,

1 9 7 1 ) .

T w o t o n e o f s t r a w

p e r

A c r e a f f o r d a m p l e p r e t e n t i o n . I f f i n a l g r a d i n g

i s

n o m p l e t e d

i n l a t e C A l l o r w i n t e r , t h e a r e a & m e l d b e n e l c h e d i m m e d i a t e l y a n d t h e n e e e d e d a t t h e

p r o p e r t i m e w i t h g r e e n e n e l e e u m e s p e c i e e a d a p t e d t o t h e a r p a .

M u l n h c a n e i t h e r b e

r e e n v e d o r w o r k e d i n t o t h e s o i l

a f t e r i t i s n o l o n e r ? ' n e e d e d f o r p r o t e c t i o n .

T h e

a p p l i e a t i o n o f a e p h a l t r e l c h e e a n d e t h e r n g e n t s m u y a n s i n t i n n t a b i l i z a t i o n , p a r t i o n l a r l y

d u r i n g p e r i o d s n f h i g h i n t e n n i t y r a i n f a l l .

T h e h y d r o m m t h o d o f

a p p l y i n g f e r t i l i z e r , s e e d ,

a n d m e l e h , i e e f r e c t i v e t i e r i n g t h e g r o w i n g s e e n e n .

k n i m e l w a s t e d i n e e n a l p r a e t i e e e s

T n o e r c o n e e r n a b o u t

p o l l u t i n g

t h e e n v i r o n m e n t , w e

h a v e n o t t e k e n f u l l e d v e n t e e e o r t h e g r o a t c a p a n i t y n f o e r n o i l n t o a b a c i + w s n t e

m a t e r i e l s ( ( a r i n o n R n d M e n z i e s , 1 9 7 0 ) .

5 ° 1 1 c a n a b e o r b e r e a n i c

w n s t n n a n d b i o l o g i c a l l y

b r e a k t h e m i n t o c o m p n e n d e t h e t c e n r e e n t e r t h e n a t u r a l c y c l e o f p l a n t a n d a n i m a l l i f e .

T h P s o i l c a n P i n o a c t a s a l i v d n e r i l t e r f o r m a n y

o r

t h P i n e r g a n i e p o l l u t n n t s .

C a u t i o n

m u e t b e t P k e n t o R v r i d

d a m a g i n e : e o i l n b y a p p l y i n g a n o e n t e t h e t e x c e e d t h e r o i l s ' c e p a c i t y

t o R b n o r b O p e n . e f f l e e n t e .

P r o p e r l y p l a n n e d l a n d ' r e a s v n e d f o r w a s t e d i n p n s a l c a n s e r l e

u n e f e l p e r p o n e n a s f e r e e n b e l t s r ) r f o r n r r i r n 1 t , A r R 1 p r o d n c t i o n ( W e b b e r ,

1 9 7 1 ) .

P e e : d i - m e t e s h o w n t h e t r u n o r f f r o m c o n c e n t r a t e d l i v e n i o n k r e e d l o t e c a n b e a m a j o r n o u r c e

o f p o l l e t i e n t o s e r f e e e w a t e r s .

1 T h e e e a n d o t h e r r e l a t e d p r o b l e m s c a n b e p r e v e n t e d i f

a n i m a l f e e d l o t s a r e l o c a t e d i n a r e a n l e e s p r o n e t o r u n o f f t h a t r e l e a e e s w a s t e s d i r e c t l y

t n n t r e e m n o r t o

R i r

m o v e m e n t s t h R t c a r r y t h e o d o e r s t o r e s i d e n t i a l a r e P . n .

T h e m o s t n a t i n f a e t n r y e o l u t i n n

f e r

a n i r e l w a s t e i n e l u d e s s o m e t y p e

o f

i n i t i a l t r e a t -

m e n t f e l l o w e d b y d i s p e n a l o n l n n d ( L o e h r , 1 9 7 2 ) .

P o n n i b l e i n i t i a l t r e a t m e n t m e - t h a t - r e

i n c l u d e a e r a t e d l i e r u i d s y s t e m n a t u r a l

d r y i r r e

s y s t e r e , r u n o f f c o n t r o l m e a e e r e s , e n d

w a s t e h o l d i n g v n i t n .

I n o v e r a l l e n i m a l w a s t e m a n a g e m e n t a l l a n p e e t n o f t h e p r o d e c t i o n

s c h e m e o b c e l d b e e v a l u a t e d f o r i n t e r e e t i o n s a n d t r a d e o f f s i n o r d e r t o

e e t a n a c c e p t a b l e

e n v i r o n m e n t f o r t h e p u h l i c

a n d a n

a d e q u a t e p r o f i t f o r t h e p r o d u c e r .

T h e d e s i e n

o f

a r e n o f f c o n t r o l f A n i l i t y f o r a l i v e n t n e k f e e d l o t m u n t

i n c l e d e s o m e

m e a n n o f h a n d l i n e t h e e o l i d a s w e l l a s t h e l i q u i d

w a s t e ( G i l b e r t m o n e t a l . ,

1 9 7 1 ) .

S e t t l e a b l e H o l i e s e h o u l d b e r e m o v e d f r o m r u n o f f b e f o r e i t r e a c h e s a

l i q u i d d e t e n t i o n p o n d

t o a v o i d o v e r l o a d e d a n a e r o b i c c o n d i t i o n n a n d t o p r e v e n t l o s s

o f l i q u i d n t o r a g e c a p a c i t y .

T h e d e n i g n v o l u m e o r l i q u i d

d e t e n t i o n

p o n d e w i l l d e p e n d

o n t h e c l i m a t e , a r e a a v a i l a b l e ,

R n d m e t h o d o f d i s p o s R l .

I f t h e e f f l u e n t i s t o b e u e e d f o r c r o p i r r i g a t i o n , t h e t y p e o f

p l a n t m u e t h e c a r e f e l l y n e l e e t e d b e e a u n e o f t h e s a l t c o n t e n t

o f t h e

e f f l e e n t .



S o i l n c i e n t i s t A . E a r l B r i c k o o n

( 1 9 7 1 ) o f M i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i t y d e v e l o p e d a s i m p l e

w a s t e t r e a t m e n t s y s t e m t h a t r e m o v e s

9 9 . 8 %

o f t h e p h o s p h a t e a n d

9 9 . 5 %

o f t h e n i t r o g e n f r o m

a n i m a l w a s t e a . T h e s y s t e m i s b a n i c a l l y

a m o u n d o f n o i l

4

f e a t h i g h , 2 5 f e e t w i d e , a n d o f

a n y l e n g t h t o p p e d w i t h l i m e s t o n e a n d p e t o n a b a r r i e r t h a t i s ' i m p e r m e a b l e t o w a t e r .

L i q u i d w a n t e n a r e e p r e a d o n t o p o f t h e m o u n d w i t h a s p r i n k l e r s y s t e m .

T h e ° o i l i n t h e m o u n d d e c o m p o s e n o r g a n i c m a t e r i a l s i n t o c a r b o n d i o x i d e a n d w a t e r .

T h i s l a y e r a l s o c o n v e r t s a l l n i t r o g e n i n t h e w a n - t o t o n i t r a t o , w h i c h i s t h e n c a r r i e d

w i t h t h e w a t e r t o t h e b o t t o m l a y e r .

A t t h e b o t t o m t h e r i t r a t e n a r e c h a n g e d i n t o n i t r o g e n

g a s , w h i c h i s r e l e a n e d b a c k i n t o t h e a t m o n p h e r e .

W a o t e m a t e r i a l a d d e d t o t h e s y c t t e m h a d

a n a v e r a g e n i t r o g e n c o n c e n t r a t i o n o f 3 4 0 p a r t s p e r m i l l i o n .

W a t e r c o m i n g o u t o f t h e

s y n t e m h a d o n l y t w o p a r t s p e r m i l l i o n n i t r o g e n , w h i c h m e a n a t h a t

9 9 . 8 %

o f t h e n i t r o P e n

h a d

b e e n r e m o v e d .

E r i c k s o n s a y s t h i s n y s t e m i s a b o u t 4 0 . t i m e s m o r e e f f i c i e n t t h a n s p r e a d i n g l i q u i d

m a n u r e o n c u l t i v a t e d f i e l d n , p a s t u r e n , o r w o o d s a n d d e p e n d i n g o n t h e p l a n t s t o h a r v e s t

t h e n u t r i e n t n .

A l t h o u b a c r e a t d e a l i n n o w k n o w n a n d m u c h c a n b e d o n e t o r e d u c e w a t e r p o l l u t i o n

f r o m l i v e s t o c k f e e d l o t s , t h e r e i n n e e d f o r a d d i t i o n a l r e s e a r c h .

M o r e n e e d s t o b e k n o w n

a b o u t m e t h o d s a n d s a f e r a t e s o f a p p l i c a t i o n o f w a s t e s t o t h e s o i l a n d i t o i n f l u e n c e o n

g r o w i n g p l a n t s .

I n a d d i t i o n , n e w m e t h o d n f o r t h e d i o p o s a l o f l a r g e q u a n t i t i e s o f w a s t e a

n e e d t o b e i n v e s t i g a t e d .

M n n 4 c i p a l ' a n t e d i s n o n a l p r a c t i c e s :

E v i d e n e e p r e n e n t e d e a r l i e r n h o w e d t h a t m a n y

m n n i c i p a l w a s t e d i s p o s a l p l a n t a d u m p l a r g e c r t n t i t i e o o f n u t r i e n t e i n t o n t r e n n s a n d l a k e s .

S t r a i e s h a v e b e e n u n d e r w p . y i n n e v e r a ] , p l a c e o i n t h e U . S . t o e v a l u a t e m e t h o d s o f a p p l y i n g

s e w a g e

e f f l u e n t f r o m m u n i c i p a l p l a n t e t o w o o d l a n d a r e a n a n d t o c u l t i v a t e d f i e l d s .

A g o o d e x a m p l e o f h o w t r e a t e d s e w a g e e f f l u e n t s c a n b e u s e d . o n t h e l a n d i s

t h e s y s t e m

d e v e l o p e d

b y Y a r d o s a n d a s s o c i a t e s

( 1 9 7 0 )

n t P e n n s y l v a n i a S t a t e U n i v e r s i t y ( C a r l s o n a n d

M e n z i e s , 1 9 7 0 ) .

T h e o b j e c t i v e s o f t h e s e a t e d i e s w e r e t o r e t u r n s e w a g e n u t r i e n t s t o t h e

l a n d , r e s t o r e g r o u n d w a t e r , n v n i d s t r e a m p o l l u t i o n , a n d e l i m i n a t e t h e n e e d f o r a d d i n g

c h e m i c a l f e r t i l i z e r t o c r o p l a n d .

T h e s y s t e m i n v n l v e s u n i n g t h e w a t e r a n d n u t r i e n t s i n

s e w a g e e f f l u e n t o n f o r e s t R n d c u l t i v a t e d c r o p o .

Y i e l d s o f t r e a t e d c u l t i v a t e d a n d f n r e s t

c r o p n w e r e a b o u t d o s b l e

t h o s e

n o t r e c e i v i n g t h e e f f l n e n t .

T h e d a t a i n d i c a t e t h a t t h e

s y s t e m , m o d i f i e d t o s u i t l o c a l c o n d i t i o n s ,

b o l d s

r e a l p r o m i s e f o r s o l v i n g w a s t e d i s p o s a l

p r o b l e m s , e n p e c i a l l y i n n m a l l e i t i e n n n a v i l l a g e s .

S e w a g e e f f l u e n t s

h a v e b e e n a p p l i e d

t o

l a n d i n F U r o p e f o r u p

t o 1 0 0 y e a r s ,

a n d a t

s e v e r a l c i t e s i n t h e U . S . a p p l i c a t i o n s h a v e b e e n i n p r o g r e s s f o r o v e r

5 0

y e R r s ( C a r l s o n

a n d M e n z i e s ,

1 9 7 0 ) .

T h e c o m p o s i t i o n o f t h e e f f l r e n t s h a s b e e n v a r i a b l e , a n d t h e

a p p l i c a t i o n r a t e s o n a d r y w e i g h t b R e i n h a v e r a n g e d f r o m l e s s

t h a n 9 0 0 k i l o g r a m s p o r

h p n i s , s n t n n v r r 9 0 , 0 0 . 0

r n r 3 1 e e t R r e .

I n g e n e r a l , t h e r e h a s b e e n v e r y l i t t l e

0 . 4 , i n i n n

o f h a r m f u l e f f e c t s

o n c r o n s n r s o i l s .

O n e o f t h e d a n g e r s i n t h P u s e o f m u n i c i p a l w a s t e s t h a t n e e d s

t o b e e v a l u a t e d m o r e

c a r e f u l l y i s

t h e e f f e c t

o f t o x i c m e t a l s o n r o i l s

a n d p l a n t

g r o w t h .

I n r e v i e w o f

t h e

i m p o r t a n o e o f t o x i c m e t a l s i n s o i l s , L a g e r w e r f f ,

1 9 6 7

( C a r l s o n a n d

M e n z i e s , 1 9 7 0 ) ,

w a r n s t h a t i t

i s

p o s o i b l e f o r a n u m b e r o f t h e s e m e t a l s t o e n t e r t h e f o o d

c y c l e b y w a y o f t h e s o i l .

C o p p e r , z i n c , a n d n i e k o l c a n b e , a n r o b l e m t h r o u g h t o x i c i t y t o

c r o p p l a n t o .

C a d m i u m a n d l e a d , o n t h e o t h e r h a n d ,

m a y b e h a z a r d o n n t o m a n a n d . a n i m a l s

e a t i n g t h e c r o p .

C a d m i u m i s

o f c o n c e r n b e c a u s e i t i s a b s o r b e d r e a d i l y b y m a n y s p e c i e s

o f p l a n t s .

C a d m i u m c a n b e a b s o r b e d i n t b e b o d y a n d h a s b e e n r e l a t e d t o

c a r d i o v a s c u l a r

d i s t n r b a n c e s a n d d e g r a d a t i o n o f c e r t a i n b o d y t i s s u e s .

L e a d a c c e m u l a t e s i n

t h e

s n r f a c e s o i l ( C a r l e e n s l v i Y e n z i e s , 1 9 7 0 ) .

. 7 o s t r e s e a r c h

d a t a s u a T s t

t h a t p l a n t c o n t a m i n a t i o n o c c u r s b y l e a d d e n o n i t i o n

f r o m t h e a t m o n p h e r e .



H o w e v e r , t h e r e i s e o m e e v i d e n c e t h a t l e a d t r a n s l o c a t e n f r o m r o o t t o n h o o t .

U n f a v o u r a b l e

e f f e c t s o f t o x i c m e t a l s o n p l a n t s g e n e r a l l y c a n b e a l l e v i a t e d b y k e e p i n g t h e s o i l p H a b o v e

6 . 5 . A l s o t h e o r g a n i c m a t t e r i n s o i l o r i n t h e s l u d g e t e n d s t o r e d u c e t h e t o x i c i t y o f

m e t a l

t o p l a n t e .

T h e r e h a e b e e n c o n c e r n a l e o a b o e t m e t h y l a t e d m e r c u r y i n t h e e n v i r o n m e n t .

T h e r e f o r e t h e m e r c u r y c o n t e n t o f t h e s e s l u d g e n n e e d s t o b e e v a l u a t e d .

T h e s o i l c a n s e r v e a s a g o o d m e d i a f o r r e o y c l i n g w a o t e e , b u t c a r e m u s t b e t a k e n t h a t

r u n o f f o r s o i l p e r c o l a t i o n d o e e n o t c o n t a m i n a t e w a t e r s u p p l i e s .

U s i n g S o i l M a p s t o E v a l u a t e P o t e n t i a l N u t r i e n t

E n r i c h m e n t o f N a t n r a l W a t e r s

T h e m a t e r i a l s d i s c u s s e d t h i s f a r h a v e d e a l t l a r g e l y w i t h f a c t o r s a f f e e t i n g n u t r i e n t

e n r i c h m e n t o f n a t u r a l w a t e r

a n d m e t h o d s t h n t c a n b e u e e d t o r e d u c e t h i s p r o b l e m .

T h e

i n t e n t i n t h i s n e c t i o n i n t o s h o w b o w r e n e a r c h d a t a a n d e x p e r i e n c e c a n b e p r o j e c t e d f r o m

o n e n r e a t o a n o t h e r t h r o u g h t h e U s e o f e o i l m a p s a n d t o P h e w p o w , g e n e r a l r e l a t i o n e h i p s

o f b r o a d s o i l r e g i o n s o f t h e w o r l d t o h a z a r d s o f w a t e r p o l l e t i o n .

S o i l m a p s w i t h a p p r o p r i a t e i n t e r p r e t a t i o n n c a n b e v e r y u m e f n l i n p r e d i c t i n g a r e a s

o f p o t e n t i a l p o i l a n d p l a n t n u t r i e n t l o n e e n , n o m e o f w h i c h m a y c o n t r i b u t e t o w a t e r

p o l l u t i o n .

I n a d d i t i o n , t h e y p r o v i d e a b a n i n f o r s e l e c t i n g a l t e r n a t i v e m e a s u r e s f o r

a v o i d i n g o r f o r o v e r o o m i n g t h o e o h a z a r d s r e l a t e d t o w a t e r p o l l u t i o n .

S i x e m o l l - n c a l e m a p s ( a p p r o x i m a t e l y 1 - 5 0 , 0 0 0 , 0 0 0 ) h a v e b e e n p r e p n r e d b y t h e S o i l

G e o g r a p h y U n i t o f t h e S o i l C o n s e r v a t i o n S e r v i c e , U S D A , 1 9 7 1 .

T h e n e m a p e a r e t o o s m a l l

a n d t o o g e n e r a l f o r p l a n n i n g p u r p o u e s b e t c a n s e r v e a s e x a m p l e e t o s h o w s o m e o f t h e

k i n d o o f i n t e r p r e t n t i o n e t h a t c a n b e m a d e f r o m m o r e d e t a i l e d s o i l m a e s t h a t a r e a v a i l a b l e

l o c a l l y .

S o i l m a p o f t h e w o r l d :

T h i n m a p s h o w s t h e g e n e r a l d i s t r i b u t i o n o f s o i l s c l n n e i f i e d

a t t h e h i g h e r c a t e g o r i c a l l e v e l e ( o r d e r , s u b o r d e r , g r e a t g r o u p ) o f t h e n e w c l a s s i f i c a t i o n

s y e t e m r e c e n t l y d e v e l o p e d b y t h e S o i l C o n e e r V a t i o n S e r v i c e , U S D A ( S o i l G e o g r a p h y U n i t ,

1 9 7 2 1

a n d S o i l S u r v e y S t a f f , 1 9 7 2 ) .

O n l y t h e m o n t e x t e n s i v e a r e a e o f s o i l o r d e r n , a n d

t h e d o m i n a n t s e b o r d e r n a n d g r e a t g r o u p s w i t h i n t h e m , a r e e h o w n .

F o r t h i p d i s c u s s i o n , a n a b b r e v i a t e d l e g e n d i d e n t i f y i n g o r d e r s a n d d o m i n a n t n u b o r d e r s

i s p r o v i d e d o n t h e m a p .

A c c o r d i n g l y , t h e l e g e n d e x p l a i n s o n l y t h e f i r s t t w o c h a r a c t e r s

o f t h e t h r e e - c h a r a e t e r s y m b o l s .

H o w e v e r ,

t h e

c o m p l e t e l e e r n d f o r t h e p u b l i s h e d m a p w i l l

p r o v i d e e x p l e n a t i o n s o f t h e t h r e e - c h a r a c t e r s y m b o l s a n d b r i e f d e f i n i t i o n s o f t h e o r d e r s

a n d s u b o r d e r s a p p e a r i n g a s m a p p i n g u n i t s o n t h i s m a p .

F o r m o r e c o m p l e t e d e f i n i t i o n n

o f t h e c o m p o n e n t e o f m a p p i n g u n i t s , t h e r e a d e r s h o u l d r e f e r t o S o i l T a x o n o m y - - A

B a s i c

S y e t e m o f S o i l

C l a s s i f i c e t i o n

f o r U s e i n M a k i n g a n d I n t e r p r e t i n g S o i l S u r v e y s , n o w i n

p r e s s ( S o i l S u r v e y S t a f f , 1 9 7 2 ) .

I n f o r m a t i o n a b o u t t h e o r d e r s a n d e e b o r d e r s p r o v i d e d i n t h e c o m p l e t e

l e g e n d i n c l u d e s

a v a r i e t y o f d a t a , s u c h a n s o i l m o i s t u r e r e g i m e s , s o i l

t e m p e r a t u r e r e g i m e s , b a s e n u p p l y ,

a n d n o i l t e x t u r e .

M o r e s p e c i f i c i n f o r m a t i o n a b o u t s o i l p r o p e r t i e s c a n b e o b t a i n e d f r o m

i n f o r m a t i o n i n f e r r e d f r o m m a p p i n g e n i t s i d e n t i f y i n g s o i l s a t t h e g r e a t g r o u p

l e v e l .

T h i s s o i l m a p , a s w i t h n 1 1 b a n i c s o i l m a p s m a d e i n t h e U n i t e d S t a t e s b y t h e

N a t i o n a l

C o o p e r a t i v e S o i l S u r v e y , p r o v i d e s t h e b a n i c s o i l s d a t a n e e d e d

f o r m a k i n g m e a n i n g f u l

i n t e r p r e t a t i o n s .

I n d i v i d u a l s o i l p r o p e r t i e s o r i n t e r p r e t a t i o n n o f c o m b i n a t i o n n o f

s o i l

p r o p e r t i e s t a k e n f r o m a b a s i c m a p c a n b e a s e e m b l e d i n a l e g e n d

a n d a m a p p r e p a r e d t h a t

c a n h e u s e f ) 1 1 f o r s p e c i f i c p u r p o s e s .

F r o m t h e b a s i c s o i l m a p m a n y d i f f e r e n t k i n d s o f

i n t e r p r e t a t i o n s c a n b e m a d e , s u c h a s o i l w e t n e s s ,

1 3 0 1 1

t e x t u r e , s o i l t e m p e r a t u r e , o r e s n i c

s o i l s , h i g h n b r i n k - e w e l l s o i l s , s o i l p e r m e a b i l i t y ,

a n d t h e p o t e n t i a l p r o d u c t i v i t y o f

d i f f e r e n t p l a n t s .



O n e e x a m p l e o f h o w a s o i l m a p c a n b e u s e d t o p r o j e c t r e s e a r c h d a t a a n d e x p e r i e n c e i s

d e m o n s t r a t e d b y a s t u d y n a d e i n M i s s o u r i ( L i n v i l l e a n d S m i t h ,

1 9 7 1 ) . T h i s s t u d y s h o w s

t h a t n i - t r a t e d i d n o t m o v e d o w n n e d e e p o r n e f e e t i n s o i l s w i t h s l o w l y p e r m e a b l e s u b s u r f a c e

l a y e r n ( A q u i o A r g u i d o l l s a n d U d o l l i c A l b a v a l f s ) a n i t d i d i n p e r m e a b l e s o i l s ( T y p i c

H a p l u n d o l l s ) .

T h u e , t h e p o t e n t i a l f o r g r o a n d w a t e r c o n t a m i n a t i o n i s m u c h g r e a t e r o n

p e r m e a b l e s o i l s t h a n o n e l o w l y p e r m e a b l e s o i l s .

T h e d a t a o b t a i n e d f r o m t h i s s t u d y a p p l y

e q u a l l y w e l l t o o t h e r a r e a s h a v i n g s i m i l a r s o i l a n d c l i m a t i c c o n d i t i o n n .

S o i l s : m o i s t u r e r e g i m e s ( m a p ) :

B y e v a l u a t i n g t h e d i f f e r e n t m o i s t u r e r e g i m e s e x p r e a s e d

i n t h e n e w s o i l c l a s s i f i c a t i o n e y e t e m ( S o i l S u r v e y S t a f f ,

1 9 7 2 ) ,

i t i s p o s s i b l e t o c o m b i n e

t h e 1 2 0 d i f f e r e n t k i n d s o f e o i l s h o w n o n t h e b a s i c s o i l m a p i n t o e i x s o i l m o i s t u r e

c a t e g o r i e n . n e s e e a t e e n r i e s a r e s h o w n a t t h e n o i l

l e a a n d

a e ( 1 ) e o i l e t h n t a r e w e t a l l f o r n e n r l y

e l l y r a r , ( 2 ) s o i l s t h a t a r e m o i e t a l l y e a r , ( 1 ) s o i l a t h a t a r e u e u a l l y m o i s t b u t d r y f o r p e r i o d s

a m o u n t i n g t o l e a s t h a n

3

m o n t h s p e r y e a r ,

( 4 )

n o i l s t h a t n r n m o i s t p a r t o f t h e y e a r a n d

d r y f o r p e r i o d s a m o u n t i n g t o m o r e t h a n 3

m o n t h e p e r y e a r , ( 5 ) s o i l n t h a t a r e m o i e t d u r i n g

w i n t e r a n d d r y d u r i n g s u m m e r , a n d ( 6 ) e o i l s t h a t a r e

d r y

a l l y e a r a n d a r e s e l d o m m o i s t .

T h i s k i n d o f a m a p a l o n e o r i n c o m b i n a t i o n w i t h o t h e r d a t a c a n s h o w p o t e n t i a l f o r

d i f f e r e n t k i n d s o f p l a n t p r o d u c t i o n , n e e d f o r i r r i g a t i o n , t r a f f i c a b i l i t y , d u s t h a z a r d ,

p o t e n t i a l g r o u n d w a t e r c o n t a m i n a t i o n t h r o u g h l e a c h i n g , a n d h a z a r d o f e o i l e r o e i o n a n d

r e n o f f .

a n y a p p l i c a t i o n n c a n b e m e d e o f t h i s k i n d o f m a p .

S e v n r a l a r e q u i t e o b v i n e a a s

t h e y r e l a t e t o n u t r i e n t l o e s e s a n d w a t e r p o l l u t i o n .

S o n o t h a t a r e d r y a l l o r

m o s t o f

t h e y e a r a r r n o t l i k e l y t o h e p o t e n t i a l s o u r c e s o f h i F h p l a n t n u t r i e n t l o s e n e x c e p t

p o s s i b l y i f t h e n o i l n a r e i r r i g a t e d a n d t h e m a n a g e m e n t p r a c t i c e e a r e p o o r . T h i s i n

g e n e r a l w o u l d i n c l u d e i t e m e e h o w n i n t h e l e g e n d a s m a p p i n g u n i t s 5 a n d 6 .

O v e r

2 5

p e r c e n t

o f

t h e s o i l e a r f n c e o f t h e w o r l d i s i n t h i s g r o u p i n g .

S o i l s i n e a t e g n r y 4 t h a t a r e m o i s t p a r t o f t h e y e A r a n d d r y

f o r

m o r e t h a n 9 0 d a y s

m a y p r e s e n t p r o b l e m s , e s p e c i a l l y i n h o t e l i m a t e e w h e r e h i g h i n t e n s i t y r a i n s o c o u r o v P r

s h o r t p e r i o d s o f t i m e , r e s u l t i n g i n m e c h e r o e i o n A n d r u n o f f .

A l s o , d n r i n g t h e d r y B e a s o n

.

p l a n t e d i e o r a r e d o r m a n t a n d d o n o t u F e u p n i t r a t e a c c u m u l a t e d i n t h e s o i l .

A r a b l e e o i l s i n c a t e g o r y 2 a n d

3

a r e p o t e n t i a l s o u r c e s o f p l a n t n u t r i e n t l o s s e s i f

r o d s o i l m a n a g e m e n t p r a c t i c e s a r e n o t f o l l o w e d .

S o m e o f t h e a r a b l e s o i l s i n c a t e g o r i e e 1 ,

2 , a n d . k a r e p o t e n t i a l f o r g r o u n d w a t e r

c o n t a m i n a t i o n t h r o u g h p e r c o l a t i o n i f g o o d m a n a g e m e n t i s n o t u s e d .

S o i l s : s u r f a c e t e x t u r e e ( m a p l :

S u r f a c e s o i l t e x t u r e c a n b e a n i m p o r t a n t s o i l

p r o p e r t y w h e n e v a l u a t i n g e a c h

i t e m n a s

t r a f f i c a b i l i t y , i n f i l t r a t i o n ,

w o r k a b i l i t y o f s o i l ,

p l a n t e e l e o t i o n , a n d w i n d a n d . w a t e r e r o n i o n h e z a r d e .

R e s e a r c h r e e a l t s r e p o r t e d e a r l i e r

b y W i s e h n e i e r

e t a l . , 1 9 7 1 ,

s h o w a v e r y c l o s e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n s u r f a c e s o i l t e x t u r e

a n d s o i l e r o d i b i l i t y .

A p e t e n t i a l e r o s i o n i n d e x n a p c o u l d b e p r e p a r e d b y r e l a t i n g o o i l

t e x t u r e a n d o t h e r i m p o r t a n t s o i l p r o p e r t i e s ( o r g a n i c m a t t e r , s o i l s t r u c t u r e , s o i l

p e r m e a b i l i t y , s o i l m i n e r a l o g y ) w i t h t o t a l e n e r e v e x e r t e d b y r a i n f a l l .

G e n e r a l p a t t e r n ( s e h e m a t i c ) o f a n n u a l w o r l d p r e c i p i t a t i o n ( m a p ) :

T h i s r a p s h o w s

a n n u a l p r e c i p i t a t i o n s e p e r i m p o s e d o n a m a p s h o w i n g s a r f a c e s o i l t o r t u r e n .

T h e c o m p o s i t e

m a p r e l a t e s t o f a c t o r s t h a t a r e e n p e c i a l l y i m p o r t a n t i n e v a l u a t i n g t h e n o t e n t i a l e r o s i o n

h a z a r d o f b a r e s o n .

A l t h o a g h r a i n f a l l i n t e n s i t y i s a b e t t e r i n d e x f o r e v n l u n t i n g

t h e t o t a l e n e r g y e x p e n d e d d u r i n g a

r a i n s t o r m

( W i s c h m e i e r a n d S m i t h ,

1 9 6 5 ) ,

t h e r e i s a

r e l a t i o n s h i p b e t w e e n t o t a l p r e c i p i t a t i o n a i n d t o t a l e n e r g y . e x p e n d e d .

I t w o u l d b e r e a s o n a b l e t o a s s u m e f r o m t h e e v i d e n c e p r e n e n t e d e a r l i e r i n t h i s p a p e r

t h a t , b y k e e p i n g

A l l

o t h e r f a c t o r s c o n s t a n t , t h e g r e a t e s t e r o s i o n p o t e n t i a l w o u l d o c c a r

i n t h o s e a r e a s h a v i n g t h e h i e t e s t r e i n f a l l a n i w i t h c o i l s w i t h a s i l t o r s i l t l o a m s u r f a c e

t e x t e r e .

S a n a y e o i l e w i t h v a r y s l o w l y p e r m e a b l e s u b s u r f a c e l a y e r s

P J D O

h a v e a h i g h

e r o s i o n p o t e n t i a l .

T h e l e a s t e r o e i v e s o i l s a r e t h o s e w i t h l e s s t h a n 1 0 i n c h e n o f

p r e c i p i t a t i o n a n d a m a n d y o r c l a y e y e n a r f a c e .



B y o h t a i n i n c c l i m a t i c d a t a f r o m l o c a l s t a t i o n s t o s h o w t o t a l e n e r c y f r o m r a i n f a l l a n d

r e l a t i n g t h e s e d a t a t o k i n d s o f s o i l , a m a p c o u l d b e p r e p a r e d n h o w i n c t h o s e s o i l a r e a s

h a v i n g a s l i g h t , m o d e r a t e , o r s e v e r e e r o s i o n L a z a r d .

E r o s i o n i n d e x ( F 7 ) v a l v e s s h o w n i n t a b l a 1 w e r e e s t i m a t e d f o r n e l e o t e d l o c a t i o n s i n

t h e w o r l d i n a n a t t e m p t t o s h o w , i n a v e r y g e n e r a l ? m y , v a l u e s f o r t h e f i v e r a i n f a l l

r e g i m e s e h o w n o n t h e n c h e m a t i c w o r l d p r e c i p i t a t i o n m a p .

T h e s e w e r e e n t i m a t e d f r e e n o r m a l

m o n t h l y p r e c i p i t a t i o n a n d n o r m a l m o n t l y n u m b e r o f d a y o w i t h m e a s u r a b l e p r e c i p i t a t i o n

( N e w h a l l , F r a n k l i n , U . S . D e p a r t m e n t o f A g r i c u l t u r e , S o i l C o n s e r v a t i o n S e r v i c e - - p e r s o n a l

c o m m u n i c a t i o n s ,

1 9 7 2 ) .

T a b l e 1 .

E n t i m a t e d P r o n i o n I n d e x ( F . I . )

V a l v e s 2 /

O v e r 8 0 " P V P

6 5 1

B o m b a y , I n d i a

8 6 1

B e l e m , B r a z i l

8

3 5 4 2 /

0 - 0 " P P T

B i r m i n g h a m , A l a b a m a ( U S A )

3 3 1

C o r r i e n t e s , A r g e n t i n a

, /

x ) . - 4 o P F T

1 3 6 = j

D e n M o i n e o , I o w a ( U S A )

2 5 2

K a n o , N i g e r i a

1 0 - 2 0 " P P T

8 1

M a l a g a , S p a i n

8 9

J a n i n , J o r d a n

L e s s 1 0 " P P T

6 5

N g u m i , N i g e r

2 4

C i u d a d L e r d o , M e r c o

F o r l o c a t i o n o u t s i d e o f t h e U n i t e d S t a t e s t h e p o s t u l a t e d w i t h i n m o n t h

d i s t r i b u t i o n

o f

s t o r m r a i n f a l l a m o u n t s w a n c a l c u l a t e d u s i n c t h e g a m m a

d i s t r i b u t i o n f o r s t o r m r a i n f a l l .

T h e k i n e t i c e n e r g y E w a s c o m p u t e d u o i n g

t h e s t o r m t o t a l a n d t w i c e e t o r m a v e r a g e r a i n f a l l .

T h e s h o r t i n t e r v a l i n t e n e i t y

w a s a f u n c t i o n ( 1 / 2 )

o f

s t o r m n i z e .

T h e n e p a r a t e p r o d u c t e o f E I v a l u e f o r e a c h

p o s t u l a t e d s t o r m w e r e s u m m e d o v e r t h e y e a r t o g e t t h e E l i n d e x .

T a k e n f r o m A g r i c u l t u r e H a n d b o o k 2 8 2 .

T h e l i m t e d d a t a i n T a b l e 1 s h o w t h a t a r e l a t i o n n h i p e x i s t s b e t w e e n

t o t a l p r e c i p i t a t i o n

a n d t h e e r o o i o n i n d e x .

R e c o c n i z i n g t h e l i m i t a t i o n s o f t h e s e d a t a

( W i n c h m e i e r a n d S m i t h ,

1 9 5 8 ) t

o n e c a n c l a s s i f y t h e p o t e n t i a l e r o n i o n a r e a s

o f

t h e w o r l d i n f i v e b r o a d c l a s s e s :

h i g h

o v e r 8 0 " ) , m o d e r a t e l y h i g h

( 4 0 - 8 0 " ) , m o d e r a t e ( 2 0 - 1 0 " ) , m o d e r a t e l y l o w ( 1 0 - 2 0 " ) , a n d

l o w ( l e e n t h a n 1 0 " ) .

A r e a e o f h i g h p o t e n t i a l e r o s i o n h a z a r d t h a t a r e b e i n g

c u l t i v a t e d a r e a l s o m o s t l i k e l y

t o

b e a r e a s

w i t h a h i c h p o t e n t i a l

f o r

n u t r i e n t e n r i c h m e n t o f n a t u r a l w a t e r s .

M a n y

m e a n i n g f u l i n t e r p r e t a t i o n s a n d p r o j e c t i o n n a b o u t n o i l e r o s i o n

a n d n u t r i e n t e n r i c h m e n t o f

w a t e r s i n a n a r e a c a n b e m a d e f r o m e p e c i f i c s o i l a n d c l i m a t i c

d a t a .

P r i n c i p a l a r e a n o f p r o d u c t i o n o f s e l e c t e d f o o d a n d

f e e d

c r o p s ( m a p ) :

T h i e m R p s h o w s

w h e r e m o s t o f t h e w o r l d ' o p r i n c i p a l f o o d a n d

f e e d

c r o s a r e

' r o n i n r e l a t i o n t o t h e m a j o r

k i n d s o f s o i l .

P a t a p r e s e n t e d e a r l i e r i n t h i s p a p e r s h o w t h a t w i t h

t h e e x c e p t i o n o f p a d d y

r i c e / m o s t o f t h e s e d i m e n t o r i g i n a t i n g i n r u r a l n r e R o C o m e s

f r o m c ' , I l t i v e . t e d s o i l s .

B y

r e l a t i n c l a n d i n c u l t i v n t i o n t o c l i m a t e a n d . t o k i n d n o f s o i l ,

i t i s p o s s i b l e t o l o c a t e

t h o e e a r c a s w h e r e p o t e n t i a l l o s s e n o f s o i l , w a t e r , a n d

p l a n t n u t r i e n t s

n e e d e d b y

p l a n t s a r e

R a i n f a l l R e g i m e

E s t . F . I .

L o c a t i o n



h i g h a s w e l l a s s h o w p o t e n t i a l s o u r c e s o f u o i l a n d n u t r i e n t e n r i c h m e n t o f s u r f a c e w a t e r s .

A r e a n o f m o d e r a t e t o h i g h r a i n f a l l w i t h s o i l s t h a t a r e m o d e r a t e t o r a p i d i n p e r m e a b i l i t y

a r e p o t e n t i a l s o u r c e s o f n u t r i e n t l o n s e s t h r o u g h p e r c o l a t i o n .

T h e s o i l a r e a s n o w i n

c u l t i v a t i o n t h a t h a v e m o d e r a t e t o s e v e r e e r o R i o n h a z a r d s a r e t h e o n e s t h a t n e e d s p e c i a l

( = n e r v a t i o n p r a c t i c e r ; t o

p r e v e n t s o i l a n d r n n o f f r i c h i n n u t r i e n t n f r o m e n t e r i n c s u r f a c e

w a t e r s a n d b e c o m i n g p o l l u t a n t s .

D i o t r i b u t i o n a n d d e n s i t y o f n o p n l a t i o n ( n a o ) :

T h i s m a p s h o w s t h r e e c l a n e s o f

p o p u l a t i o n d e n o i t y ( l o w , m o d e r a t o , a n d h i g h ) p e r e q u a r e m i l e a n d p e r s q u a r e k i l o m e t e r

s u p e r i m p o s e d o n a g e n e r a l s o i l m a p . M i c h p o p u l a t i o n d e n s i t y a r e a s p r e n e n t m a j o r w a t e r

p o l l u t i o n h a z a r d s b e c a n s e o f ( 1 ) h i g h r u n o f f a n d e r o s i o n f r o m c o n n t r u c t i o n a n d b u i l t u p

a r e a n , ( 2 ) w a s t e s f r o m m u n i c i p a l e e w a g e d i s p o s a l s y s t e m s a n d f r o m f o o d p r o c e s s i n c i

c h e m i c a l a n d o t h e r i n d u s t r i a l p l a n t n a r e u s u a l l y d n m p e d i n n e a r b y

s t r e a m s , a n d ( 3 )

a r a b l e

B o n e n e a r l a r g e c i t i e n a r e u s n a l l y f a r m e d i n t e n n i v e l y .

S a f e ' d i s p o s a l o f

w a s t e r ; i n h i g h

p o p u l a t i o n d e n e i t y a r e n n i n e s p e c i a l l y d i f f i c u l t i n a r e a s o f h i g h r a i n f a l l .

M o r e

a t t e n t i o n n e e d o t o b e g i v e n t o t h e u s e o f n o i l n a n a m e d i u m f o r t h e d i s p o s a l n n d r e -

c y c l i n g o f w n n t e s . S o i l

a r e a s t h a t a r e s a f e f o r t h i a n n e c a n b e s e l e c t e d t h r o u g b t h e u s e

o f a d e t a i l e d s o i l m a p .

S o i l m r i p s c a n a l s o b e n e e d a s a c u i d e i n s e l e c t i w , s i t e s f o r

h o m e s , b n i l d i n c n , a n d r o a d s .

I n t h i u w a y , s o i l s i l l

u i t e d f o r t h e o e u s e s c a n b e a v o i d e d

t h e r e b y n a v i n e , l a r g P n u m R o f m o n e y i n m a i n t e n a n c e c o s t e .

S n m m a r y ,

b e o f t h e f i r s t a n d m o s t i m p o r t a n t s t e p s i n t h e d e v e l o p m e n t o f a p l a n t o i m p r o v e

t h e

e n v i r o n m e n t b y r o d u e i n g s o i l e r o s i o n a n d r u n o f f i n t o h a v e a n i n v e n t o r y

o f t h e s o i l

r e s o u r c e s .

S o i l m a p s p r e p a r P d b y p e d e l o g i s t s w i t h n e e d e d i n t e r p r e t a t i o n s p r o v i d e b a s i c

s o i l s d a t a n e e d e d t o d e t e r m i n e t h e l o c a t i o n a n d e x t e n t o f e a c h d i f f e r e n t k i n d o f n o i l a n d

a n d i t s p o t e n t i a l f o r v a r i o u n u n e n .

P l a n o c a n b e d e v e l o p e d t o M i t i m i z e n o i l a n d w a t e r l o n n e s t h r o u g h p r o p e r

n o i l . s e l e c t i o n ,

a n d c o n s e r v a t i o n p r n c t i c e s c a n t h e n b e a p p l i e d .

N u t r i e n t l o s o e m c a n b e h e l d t o v e r y l o w

l e v P l s b y u s i n g k n o w n c o n s e r v a t i o n p r a c t i c e s .

A l t h o n : i h t h e a p p l i c a t i o n o f p r e n e n t l y k n o w n

m e t h o d n c a n r e d u c e g r e a t l y t h e p r e s e n t r a t e o f w a t e r p o l l u t i o n , n e w r e s e a r c h

i s n e e d e d t o

d e v e l o p b e t t e r m e t h o d s f o r t h e

d i e p o n a l o f t h e c r e a t e r

q u a n t i t i e s o f h u m a n , a n i m a l , a n d

i n d u s t r i a l w a n t e s t h a t w i l l b e p r o d u c e d i n t h e y e a r s a h e a d .



L i t e r a t u r e C i t e d

A n d e r s o n , O . B .

S o i l e r o n i o n - - a m e n a c e t o u r b a n - f r i n g e c o n n e r v a t i o n .

J . S o i l a n d W a t e r

1 9 6 5

C o n s e r v .

( 4 ) : 1 8 4 - 1 8 5 .

A n d e r s o n , P . W . , a n d J . L . M c C a l l .

U r b a n i z a t i o n ' e e f f e c t o n e e d i m e n t y i e l d i n N e w J e r s e y .

1 9 6 8

J . S o i l a n d W a t e r C o n s e r v .

2 3 : ( 4 ) :

1 4 2 - 1 4 4 .

A n o n y m o u s .

S y s t e m r e m o v e n p h o s p h o r u s , n i t r o g e n f r o m w a s t e s .

S o i l s a n d C r o p s 2 4 ( 3 ) t 2 3 .

1 9 7 1

A n o n y m o u n .

C o n t r o l o f a g r i c u l t u r o - r e l a t e d p o l l u t i o n , a r e p o r t t o t h e p r e s i d e n t n e b m i t t e d

1 9 6 9 b y t h 0 S e c r e t a r y o f A g r i n u l t u r e a n d t h e D i r e c t o r o f t h e O f f i c e o f

S c i e n r e a n d T e c h n o l o g y , 1 0 2 p p .

A t t i w i l l , P . M .

T h e c h e m i c a l c o m p o s i t i o n o f r a i n w a t e r i n r e l a t i o n t o c y c l i n g o f n u t r i e n t s

1 9 6 6

i n m a t u r e e e c a l y p t e s f o r e s t .

P l . S o i l

2 4 : 3 9 0 - 4 0 6 .

B a r n e t t , A . P . , E . O . D i n e k e r , a n d F . C . R i c h a r d s o n .

E v a l u a t i o n o f m u l c h i n g m e t h o d n f o r

1 9 6 7

e r o s i o n c o n t r o l o n n e w l y p r e p a r e d a n d n e e d e d h i g h w a y b a c k s l o p e s .

A g r o n . J o e r .

5 9 : 8 3 .

B a r n e t t , e t a l .

L o s e o f 2 1 4 - D i n w a n h o f f f r o m c u l t i v a t e d f a l l o w l a n d .

W e e d s 1 5 ( 2 ) : 1 3 3 - 1 3 7 .

1 9 6 7

B e r g s t r o m , R o b e r t E . L a n d - u s e p r o b l e m s i n I l l i n o i n .

E n v . G e o l o g y N o t e s , N o .

4 6 , p p . 5 - 6 .

1 9 7 1

B o y l e , R . H .

T h e H u d n o n R i v e r l i v e n .

A u d u b o n

7 3 ( 2 ) : 1 4 - 5 8 .

1 9 7 1

B r o w n , M . A .

L e a c h i n g l o n n e n o f n i t r o g e n .

T e n n . V a l l e y A u t h . , S o i l s a n d F e r t . R e s . B r a n c h ,

1 9 6 5

M u n c i e S h o a l s , A l a . , T e n h . R e p . T 6 5 - 1 , 1 0 p p .

C a r i n o n , C . W . , a n d J . D . M e n z i e s .

U t i l i z a t i o n o f u r b a n w a s t e c i n c r o p p r o d n c t i o n . B i o

1 9 7 0

S c i . 2 1 ( 1 2 ) :

5 6 1 - 5 6 4 .

C a r t e r , D . L . , J . A . B o n d u r a n t , a n d C . W . R o b b i n s .

W a t e r - n o l u b l e N O 3 - N i t r o g e n , P O 4 - P h o s p h o r u s ,

1 9 7 1

a n d t o t a l s a l t b a l a n c e s n n a l a r g e i r r i g a t i o n t r a c t . S o i l S c i . S o c .

A m e r . P r o n .

3 5 N I 1 1 1 - 3 1 5 .

C r o n s , O . E . , A . P . M a z u r a k , a n d L . C h e s n i n . A n i m a l w a s t e u t i l i z a t i o n f o r p o l l u t i o n a b a t e m e n t .

1 9 7 1

N e b . A r r . E x p . S t a . P a p e r N o .

7 1 - 9 0 6 .

D i s e k e r , E . G . , a n d E . C . R i c h a r d s o n .

E r o s i o n r a t e s a n d c o n t r o l m e t h o d o o n h i g h w a y c u t o .

1 9 6 2

T r a n n . o r

t h e A S A R

5 ( 2 ) : 1 5 3 - 1 5 5 .

E d w a r d e , W . M . , a n d L . L . H a r r o l d .

A g r i c u l t u r a l p o l l u t i o n o f w a t e r b o d i e o .

O h i o J . o f S c i .

1 9 7 0

7 0 ( 1 ) : 5 0 - 5 6 .

F o o d R n d A g r i c u l t u r e O r g a n i z a t i o n o f U . N .

F A O N e w n ( a b o u t N o r m a n E . B o r l a u g ' s s p e e c h a t

1 9 7 1

1 6 t h G o v e r n i n g C o n f . o f F A O , R o m e , I t a l y ) . F A O L i a i s o n O f f i c e f o r

N o r t h A m e r i c a , W a s h i n g t o n , D . C .

F r e u n d , E r i c C .

W h a t i n t h i s t h i n g c a l l e d p o l l e t i o n ? ' U n i v . o f I l l . , D e p t . o f U r b e n

1 9 7 0 - 1 9 7 1

a n d R e g . P l . N e w s l e t t e r 1 1 ( 1 , 2 , 1 ) : 1 - 1 4 .

G a r m a n , N . H .

S o m e n i t r o g e n f a n t s a n d f a l l a c i e s .

P r e s . A n n u a l T e n n . P e r t . S h o r t C o u r s e ,

1 9 6 9

N a s h v i l l e ,

T P n n . ( 1 2 p p . , m i m e o . ) .

G i l b e r t o o n , C . B . , e t a l .

R e n o f f , n o l i d w a o t e s , a n d n i t r a t e m o v r m e n t o n b e e f f e e d l o t n .

1 9 7 1

J . W a t e r P o l l . C o n t r o l F e d .

4 3 ( 3 ) : 4 8 3 - 4 9 3 .

G l y n p h , L . M . , a n d H . N . H o l t a n .

L a n d t r e a t m e n t i n a g r i c u l t u r a l w a t e r s h e d h y d r o l o g y

1 9 6 9

r e s e a r n h , p p .

4 5 - 6 8

i n E f f e c t s o f W a t e r n h e d C h a n g e s o n S t r e e n f l o w

W a t e r R e o . S y m p o s i u m N o . 2 , U n i v . o f T e x a s , A u s t i n .

G r a t t o , C h a r l e s P .

I s s u e n i n e n v i r o n m e n t a l q u a l i t y .

J . S g i l a n d W a t e r C o n s e r v . 2 6 ( 2 ) :

1 9 7 1

4 4 - 4 6

H a r m e s o n , R . H . , P W S o l l o , e n d T . F . L a r e o n .

T h e n i t r e t e s i t u a t i o n i n I l l i n o i s .

J . A m e r .

1 9 7 1

W a t e r

7 4 o r k s A s s o c . 6 3 ( 5 ) : 1 0 1 - 3 1 0 .

H a r r o l d , L . L . , a n d P . R . 7 ) r e i b e l h i s .

E v o l v a t i o n o f a g r i c u l t u r a l h y d r o l o g y b y m o n o l i t h

1 9 5 8

l y r i m e t e r s .

U . S . D e p .

A g r . T e c h . B u l l .

1 1 7 9 , p . 1 6 6 .

H a r r o l d , L . L . , a n d W . M . F i l w e r d o .

W e t e r s h e d s t u d i e o o f a g r i c u l t n r a l p o l l u t i o n .

O h i o R e p .

1 9 7 0

5 5 ( 4 ) : 8 5 - 8 6 ,



R o l e m a n , J o h n N .

T h e s e d i m e n t y i e l d o f m a j o r r i v e r s o f t h e w o r l d .

W a t e r R e s o u r c e s R e s .

1 9 6 8

1 ( I ) : - f l 7 . - 7 1 7 .

1 " c a c h , D . B .

F e r t i l i z e r u s e

i n t h e U . S .

U . S . D e p . J 1 , 1 0 . , E . R . S . ,

A g r o n . E c o n . R e p . N o .

9 2 .

1 9 6 6

J o h n s t o n ,

1 9 6 5

K e l l o g g ,

1 9 6 0 .

K e l l o g g ,

1 9 6 9

K i l m e r ,

1 9 7 1

K i l m e r ,

1 9 7 1

K l i n g e b i e l , A . A .

1 9 6 7

L i n v i l l e , K e n n e t h

1 9 7 0

L o e h r , R . C .

1 9 7 2

M a m n e r i n g , J . V . ,

1 9 6 8

M c N e w , G e o r g e

1 9 7 2

M e t c a l f , R o h e i

1 9 7 2

M e y e r , L . D . ,

1 9 7 1

M i n e r ,

. R . ,

1 9 6 6

N e l s o n ,

1 9 7 1

N e l s o n , L . B .

1 9 7 2

P r a t t ,

1 9 7 2

1 9 7 1

R o e h l , J o h n

1 9 6 2

S a u c h e l l i ,

1 9 6 9

S m i t h ,

1 9 5 7

e t a l . N i t r o g - e n e n d p h o s p h o r u s i n t i l e d r a i n a g e e f f l u e n t .

S o i l S c i . S o c .

A m e r . P r o c .

2 8 7 - 2 8 9 .

C h a r l e s E .

T h e r o l e

o f

f e r t i l i z e r s i n a

c h a n g i n

a g r i c u l t u r e . O f f . P u b . A s s o c .

o f ; l i n e r . P o r t . C o n t r o l O f f i c i a l s , N o . 1 2 1 , p p .

3 7 - 4 5 .

C h a r l e s E . ,

a n d

A r n o l d

C . O r v e d a l . P o t e n t i a l l y a r a b l e s o i l s o f t h e w o r l d a n d

c r i t i c a l m e a s u r e s

f o r t h e i r u s e , i n A d v . i n A g r o n . 2 1 : 1 0 9 - 1 7 0 .

V i c t o r J .

S o u r c e s o f n i t r a t e .

C o m m . o n n i t r a t e a c c r . n u l a t i o n . ( 1 5 p p . , m i m e o . ) .

V i c t o r J . , a n d

J a m e s C . B n r b e r .

F e r t i l i z e r u s e a n d m i s u s e , 1 7 p p . , i n s y m p o s i u m :

N i t r o r e n i n S o i l a n d W a t e r , H e s p e l e r , O n t a r i o .

L a n d r e s o u r c e s a v a i l a b l e t o p e o p l e i n t h e U . S . P r o c . 1 6 t h A n n u a l

M t g .

A g r . R e s . I n s t i t . , N a t . R e s . C o u n c i l , W a s h i n g t o n , D . C . , p p . 2 3 - 5 5 .

N . a n d G e o r g e E . S m i t h .

N i t r a t e c o n t e n t o f s o i l c o r e s f r o m c o r n p l o t s

a f t e r r e p e a t e d n i t r o g e n f e r t i l i z a t i o n .

S o i l S c i , 1 1 2 ( 4 ) :

2 4 9 - 2 5 5 .

A n i m a l w a s t e m a n a e m e n t - - p r o b l e m s R n d g u i d e l i n e s f o r s o l u t i o n s .

J . E n v i r o n .

Q w a l i t y 1 ( 1 ) : 7 1 - 7 8 .

a n d R . E . B u r w e l l .

T i l l a g r m e t h o d s t o r e d u c e r u n o f f a n d e r o s i o n i n t h e

C o r n 3 e l t .

A g r . I n f . B u l l . N o . 3 ; . 0 .

L .

I n t e r r e l a t i o n s h i p s b e t w e e n a g r i c u l t u r a l c h e m i c a l s a n d e n v i r o n m e n t a l

q u a l i t y

i n p e r s p e c t i v e . J . E n v i r o n . Q u a l i t y 1

( 1 ) : 1 8 - 2 2 .

L .

A g r i c u l t u r a l c h e m i c a l s i n r e l a t i o n t o e n v i r o n m e n t R 1 q u a l i t y :

i n s e c t i e i d e s

t o d a y a n d t o m o r r o w .

J . E n v i r o n . Q u a l i t y 1 ( 1 ) : 1 0 - 1 4 .

W . H . W i s c h m e i e r ,

a n d W . H . D a n i e l . E r o s i o n , r u n o f f , a n d

r e v e g e t a t i o n o f

d e n M e d c o n s t r u c t i o n n i t e s . T r a n s . o f t h e A S A E 1 4 ( 1 ) : 1 3 8 - 1 4 1 .

e t a l .

C a t t l e

f e e d l o t r u n o f f i t s n a t u r e a n d v n r i a t i o n .

W a t e r P o l l .

C o n t r o l F e d . J . 3 8 ( 1 0 ) : 1 5 8 2 - 1 9 1

( C A 6 7 : 4 6 9 9 1 k ) .

a n d M . J A . B o r k e n n .

T r a n n r o r t o f p h o s p h o r u s i n s u r f a c e r u n o f f .

P u r d u e

P a p e r

N o .

3 9 6 8 ,

p p . 2 1 5 - 2 2 4 .

A g r i c u l t u r a l c h e m i c a l s i n r e l a t i o n t o e n v i r o n m e n t a l q u a l i t y

c h e m i c a l

f e r t i l i z e r s , p r e s e n t a n d f u t u r e .

J . E n v i r c n . Q u a l i t y 1 ( 1 ) : 1 - 6 .

P . F . , W . W . J o n e n ,

a n d V . E .

N u n s a k e r .

N i t r a t e i n d e e p s o i l p r o f i l e s i n r e l a t i o n t o

f e r t i l i z e r r a t e o a n d l e a c h i n g v o l u m e .

J . E n v i r o n . q u a l i t y 1 ( 1 ) : 9 7 - 1 0 2 .

T . A . , a n d C . R . H u m p h r y s . S o i l e r o s i o n i n a n u r b a n i z i n g w a t e r s h e d .

M i c h . S t a t e

U n i v . A P 7 r . E x p . S t a . , N a t u r a l R e s o u r c e s

R e s . R e p . 1 3 3 ,

1 1 P P .

W .

S e d i m e n t s o u r c e a r e a s , d e l i v e r y r a t i o s n n d i n f l u e n c i n g m o r p h o l o g i c a l

f a c t o r s . I . A . 3 . H . P u b . N o . 5 9 ,

C o r m . o f L a n d E r o s i o n , p p . 2 0 2 - 2 1 3 .

V i n c e n t .

T r a c e e l e m e n t s i n n g r i c u l t u r e .

V a n N o s t r a n d R h e i n o l d C o . ,

N e w Y o r k , 2 1 8 p p .

D . D .

F a c t o r s a f f e c t i n g r a i n f a l l

e r o s i o n a n d t h e i r e v a l u a t i o n .

T r a n s . G e n e r a l

A s s e m b l y o f I n t e r n a t i o n a l U n i o n o f G e o d e s y a n d G e o p h , y s i c s A s s e m b l y ,

T o r o n t o , C a n a d a , V o l . 1 ,

r p . 9 7 - 1 0 7 .

P o l l u t i o n p r o b l e m s :

h o w m u c h i s a g r i c u l t u r e t o b l a m e :

A g r .

N i t r o g e n N e w i a

1 8 ( 9 ) : 3 2 - 3 6 , 3 . 8 - 4 0 ( F A 1 - 7 1 6 ) .

A r e f e r t i l i z e r c r e a t i n g p o l l n t i o n p r o b l e m s ?

S o i l a n d A m e r . P u t u r e , P r o c .

2 2 n d A n n u a l

M t c s . o f S o i l C o n s e r v . S o c . A m . , D e s N o i n s , I o w a .

C . B . E n . r 7 l a n d , a n d A . W . T a y l o r .

F e r t i l i z e r u s e a n d w a t e r q u a l i t y .

U . S .

D e p . A g : r . , A M 4 1 - 1 0 , 1 9 p l ) .

S o i l s u r v e y i n t e r p r e t a t i o n a n o i t 9 u s e .

F A O S n i l s B u l l . N o . a , 6 8 p p .

D . K . R . , a n d D . C h i s h o l m .

L o n T - t e m

p e r s i s t e n o e o f B I C , D D T A n d C h l o r d a n e i n a

s a n d y l o r t m s o i l .

C a n . J . S o i l S c i . 5 1 : 3 , 7 9 - 1 S .

B . A . ,

F . G . V i e t n , a m i G . L . q u t c h i n s o n .

A 7 r i c u l t u r e ' s e f f e c t o n n i t r a t e n o l l u t i o n

o f f : r o u n r t o r .

J . S o i l

C o n s c r v . 2 1 ( 1 ) : 1 3 - ' 5 .

B . A . , e t a l .

N i t r a t e a n , .

o t . ' 7 o r

n o n - . . . t a r t s % : n c , o r f i o l s a n d f e d l o t s .

7 n v i r o n . S o i .

1 : 7 3 6 . - 7 3 7 .

S m i t h , G . R .

1 9 6 8

S m i t h , G . E .

1 9 6 7

S t a n f o r d , C .

1 9 7 0

S t e e l e , J . G o r d o n .

1 9 6 7

S t e w a r t ,

1 9 7 1

S t e w a r t ,

1 9 6 8

S t e w a r t ,

1 9 6 7

D . W .



T a y l o r , A . W .

P h o s p h o r u a a n d w a t e r p o l l u t i o n .


2 2 : 2 2 8 - 2 3 1 .

1 9 6 1

T a y l o r , A . W . , W . M . E d w a r d s , a n d E . G . S i m p a o n .

N u t r i e n t s i n e t r e a m s d r a i n i n g w o o d l a n d

1 9 7 1

a n d f a r m l a n d n e a r C o s h o c t o n , O h i o .

W a t e r R e a o u r c e s R e a .

7 ( 1 ) :

8 1 - 8 8 .

U . S . D e p a r t m e n t o f A g r i c u l t u r e .

U S D A E n v i r o n m e n t a l Q u a l i t y I e s u e P a p e r o n S e d i m e n t

1 9 7 1

( 7

p p . , m i m e o . ) .

U . S . D e p a r t m e n t o f A g r i c u l t u r e , S o i l C o n a e r v a t i o n S e r v i c e .

E e t i m a t e s o f e o i l l o a s e s o n

1 9 7 1

o r o p l a n d b a s e d o n c o n a e r v a t i o n n e e d a i n v e n t o r y .

S o i l C o n a e r . S e r .

A d v . A g r o n .

2 ( 3 p p . , m i m e o . ) .

U . S . D e p a r t m e n t o f A g r i c u l t u r e , S o i l C o n e e r v a t i o n S e r v i c e , S o i l S u r v e y ( i n p r e s o ) .

S o i l m a p o f t h e w o r l d , ' m a l e 1 : 5 0 , 0 0 0 , 0 0 0 .

U . S . D e p a r t m e n t o f A g r i c u l t u r e , S o i l C o n a e r v a t i o n S e r v i o e , S o i l S u r v e y ( i n p r e p a r a t i o n ) .

S o i l t a x o n o m y - - a b a s t o a y s t e m o f e o i l o l a s e i f i c a t i o n f o r u s e i n

m a k i n g a n d i n t e r p r e t i n g a o i l a u r v e y s .

V a n D o r e n , C . A . , a n d R . S . S t a u f f e r .

E f f e c t o f c r o p a n d s u r f a o e m u l c h e s o n r u n o f f , u o i l

1 9 4 4

l o s a e s , a n d s o i l a g g r e g a t i o n . S o i l 3 c i . S o c . A m e r . P r o o . 8 : 9 8 0 1 0 1 .

V i o e , R . B . , H . P . O u y , a n d G . E . F e r g u n o n . S e d i m e n t m o v e m o n t i n a n a r e a o f s u b u r b a n

1 9 6 9

h i g h w a y c o n s t r u c t i o n , S c o t t R u n B a s i n , F a i r f a x C o u n t y , V a . ,

1 9 6 1 - 6 4 .

G e o l . S u r . W a t e r - S u p p l y P a p e r 1 5 9 1 - E .

V i e t o , F . O .

W a t e r q u a l i t y i n r e l a t i o n t o f a r m u s e o f f e r t i l i z e r . B i o S c i . 2 1 ( 1 0 ) : 4 6 0 4 6 7 .

1 9 7 1

V i e t a , P . O . , a n d R . H . H a g e - n a n .

F a c t o r a a f f e c t i n g t h e a c c u m u l a t i o n o f n i t r a t e i n s o i l ,

1 9 7 1

w a t e r a n d p l a n t a . U . S . D e p . A g r . H d b k . N o .

4 1 3 , 6 3 p p .

W a d l e i g h , C . H .

W a s t e s i n r e l a t i o n t o a g r i c u l t u r o a n d f o r e a t r y .

U . S . D e p . A g r . M i c o . P u b .

1 9 6 8

N o . 1 0 6 5 , 1 1 2 p p .

d a d l e i g h , C . H .

T h e a p p l i c a t i o n o f a g r i c u l t u r a l t e c h n o l o g y .

S o i l , W a t e r a n d S u b u r b i a

1 9 6 7 ( C o n f . P r o o . ) U . S . D o p . A g r . a n d U . S . D e p . H o u s i n g a n d U r b a n D e v e l .

p p . 4 1 - 5 3 .

W a d l e i g h , C . H . , a n d C . S . B r i t t .

C o n a e r v i n g r e n o u r c e s a n d m a i n t a i n i n g a q u a l i t y . e n v i r o n m e n t .

1 9 6 9 J . S o i l a n d W a t e r C o n a e r v . 2 4

( 5 ) : 1 7 2 - 1 7 5 .

d o b b e r , L . R .

A n i m a l w a a t e s .

J . S o i l a n d d a t e r C o n a e r v . 2 6 ( 2 ) : 4 7 - 5 0 .

1 9 7 1

d h i t e , A . W . , e t a l .

A t r a z i n e l o s a e o f r o m f a l l o w l a n d c a u s e d b y r u n o f f a n d e r o s i o n .

1 9 6 7

E n v i r o n . S o l . a n d T e o h . 1 :

7 4 0 - 7 4 4 .

d i a c h m e i e r , d . H . , C . B . J o h n e o n , a n d B . V . C r o s s .

A e o i l e r o d i b i l i t y m o n o g r a p h f o r f a r m l a n d

1 9 7 1 a n d c o n s t r u c t i o n o i t e s .


2 6 ( 5 ) : 1 8 9 - 1 9 2 .

d i e c h m e i e r , W i l l . , a n d J . V . M a n n e r i n g .

A e l a t i o n o f s o i l p r o p e r t i e s t o i t s e r o d i b i l i t y .

1 9 6 8

S o i l S o i . S o c . A m e r . 3 3 : 1 3 1 - 1 3 7 .

d i u c h m e i e r , d . H . , a n d D . D . S m i t h .

P r e d i c t i n g r a i n f a l l - e r o e i o n l o s o e s f r o m c r o p l a n d e a s t

1 9 6 5 o f t h e R o c k y M o u n t a i n e .

U . S . D e p . A g r . H d b k . N o .

2 8 2 , 4 7 p p .

d i e c h m e i e r , W . H . , a n d D . D . S m i t h .

a a i n f a l l e n e r g y a n d i t a r e l a t i o n s h i p t o s o i l l o s e .

1 9 5 8

T r a n s . A m o r . O e o p h y a i o a l U n i o n

3 9 ( 2 ) : 2 8 5 - 2 9 1 .



T H E E X T E N T A N D E F F E C T S O F A T M O S P H E R I C P O L L U T I O N O N S O I L S

S v a n t e O d o i n

D e p a r t m e n t o f S o i l S o i e n o e , C o l l e g e o f A g r i c u l t u r e , 7 5 0 0 7 U p p s a l a , S w e d e n .

M a n ' s a c t i v i t i e s t a k e p l a c e m a i n l y i n a t h i n l a y e r o f a i r n e a r t h e g r o u n d , a n d b o t h

d i r e c t a n d i n d i r e c t e m i s s i o n s i n t o t h e a i r g i v e r i s e t o l o c a l , r e g i o n a l o r e v e n g l o b a l

d i s t r i b u t i o n o f m a n - m a d e p r o d u o t s .

R a d i o a c t i v e s u b s t a n c e e , i n s e c t i c i d e s , h y d r o c a r b o n s ,

h e a v y m e t a l s a n d e x h a u s t p r o d u c t s f r o m i n d u s t r i e s a n d u r b a n a r e a s a r e t h u s e m i t t e d i n t o

t h e a t m o s p h e r e a n d t h e y m a y b e d i s t r i b u t e d a l l o v e r t h e G l o b e .

T h i s w i d e s p r e a d

d i s t r i b u t i o n i s n o w a w e l l - k n o w n f a c t f o r s o m e c o m p o u n d s s u c h a s r a d i o a c t i v e i s o t o p e s ,

c h l o r i n a t e d h y d r o c a r b o n s ( D D T ) a n d l e a d .

F o r o t h e r s u b s t a n c e s t h e d i s t r i b u t i o n p a t t e r n

i s m o r e l o c a l - o r s e e m s t o b e m o r e l o c a l d u e t o l a c k o f A . n f o r m a t i o n .

I n t h e l o n g r u n ,

h o w e v e r , a l l e m i s s i o n s w i l l b e g l o b a l l y d i e t r i b u t e d .

A l l e l e m e n t s a n d c o m p o u n d e i n t h e a t m o s p h e r e a r e c y c l i n g b e t w e e n t h e a i r a n d t h e

g r o u n d ( s o i l a n d w a t e r ) .

I f t h e c y c l i n g s p e e d i s h i g h , t h e r e s i d e n c e t i m e i n t h e a t m o s p h e r e

m u s t b o l o w a n d t h e d i s t r i b u t i o n a r e a f r o m t h e s o u r c e w i l l b e s m a l l .

O n t h e o t h e r h a n d ,

t h e a m o u n t o f f a l l o u t w i l l b e h l g h a n d e f f e c t s ( i f a n y ) w i l l s h o w u p i n a s h o r t t i m e .

S i n c e t h e r e s i d e n c e t i m e f o r d i f f e r e n t a i r p o l l u t a n t s v a r i e s f r o m h o u r s t o y e a r s , w e h a v e

a c o r r e s p o n d i n g v a r i a b i l i t y w i t h r e s p e c t t o t h e a m o u n t o f f a l l o u t a n d t h e d i s t r i b u t i o n a l

p a t t e r n s .

T h e a i t u a t i o n i s c o m p l i c a t e d n o t o n l y d u e t o t h e s p e c t r u m o f m e t e o r o l o g i c a l

f a c t o r s b u t a l s o t o t h e v a r i a t i o n o f t h e s i n k p r o c e s s e s , e . g . r a i n o u t a n d w a s h O u t , s o i l

c o n d i t i o n s , t y p e o f v e g e t a t i o n e t c .

T o s o m a e x t e n t t h e p r o b l e m s o f a i r p o l l u t i o n a n d

r e l p t e d e f f e c t e o n s o i l s a n d w a t e r s c a n b e t r e a t e d t h e o r e t i c a l l y .

T o b e o n s a f e g r o u n d i n

a s p e c i f i c c a s e , h o w e v e r , w e s t i l l h a v e t o h a n d l e t h e p r o b l e m e x p e r i m e n t a l l y , e . g . b y d a t a

f r o m e n m p l i n g n e t w o r k s .

I n E u r o p e a n d m o r e e p e c i f i c a l l y i n S w e d e n d i f f e r e n t n e t w o r k s

h a v e b e e n c o n t i n u o u n l y o p e r a t i n g s i n c e

1 9 5 2 .

T h e f o l l o w i n g i s o f i n t e r e s t f o r t h i s

c o n f e r e n c e :

T h e E u r o p e a n n e t w o r k f o r t h e c h e m i s t r y o f a i r a n d p r e c i p i t a t i o n .

T h e S c a n d i n a v i a n n e t w o r k f o r t h e c h e m i e t r y o f l a k e s a n d r i v e r w a t e r .

T h e S w e d i s h n e t w o r k f o r t h e d e t e r m i n a t i o n o f p e s t i c i d e s i n n a t u r a l

s o i l s .

T h e S w e d i s h n e t w o r k f o r t h e d e t e r m i n a t i o n o f h e a v y m e t a l e a n d t h e c h e m i s t r y

o f n a t u r a l s o i l s .

I n a d d i t i o n t o t h e s e n e t w o r k s , w h i c h h a v e t h e p u r p o s e o f c h e c k i n g

t h e c h e m i c a l

q u a l i t y o f o u r e n v i r o n m e n t a n d i t s c h a n g e s w i t h t i m e , o t h e r s t u d i e s a r e

c o o r d i n a t e d s u c h

a s d e t a i l e d s y n o p t i c s t u d i e s , l o c a l s t u d i e s a r o u n d a

s i n g l e p o i n t s o u r c e , s t u d i e e o f

a r t i f i c i a l l y p o l l u t e d s o i l s e t c .

O n e o f t h e g r e a t e s t a i r p o l l u t i o n p r o b l e m s i n E u r o p e

a t p r e e e n t - S U L P H U R I N A I R A N D P R E C I P I T A T I O N - h a s b e e n

t r e a t e d a l o n g a l l t h e s e l i n e a a n d

t h e r e s u l t w i l l b e p r e s e n t e d b y S w e d e n a t t h e U N C o n f e r e n c e ' o n t h e h u m a n

e n v i r o n m e n t a s a

C a s e S t u d y .



1 .

T H E C H E M I C A L C L I M A T E

T h o a t m o s p h e r e c o n t a i n e n o t o n l y a n u m b e r o f g a s e s t h a t a r e C h e m i c a l l y m o r e o r l e e s

i n e r t b u t a l s o a l a r g e n u m b e r o f s u b s t a n c e s ( n o r m a l l y a t l o w c o n c e n t r a t i o n s ) w h i c h a r e

h i g h l y r e a c t i v e b o t h w i t h i n t h e a t m o e p h e r e a n d w i t h s o i l , w a t e r a n d v e g e t a t i o n .

E v e r y t h i n g

r e l a t e d t o t h e s e c h e m i c a l l y a c t i v e s u b e t a n c e s i s i n c o r p o r a t e d i n t o t h e t e r m " T h e c h e m i c a l

c l i m a t e " .

B e f o r e t h e i n d u s t r i a l p e r i o d t h e c h e m i c a l c l i m a t e w a s m o r e o r l e s s c o n s t a n t a n d

t h e r a t e o f c h a n g e o f a n y c h e m i c a l p a r a m e t e r w i t h t i m e w a s p r o b a b l y i n t h e o r d e r o f l e s o

t h a n 1 0 - 1 % p e r y e a r .

S i n c e t h e c y c l i c a n d r a n d o m v a r i a t i o n w i t h i n a y e a r i s a p p r o x i m a t e l y

3

o r d e r o f m a g n i t u d e l a r g e r , t i m e t r e n d s o f n a t u r a l o r i g i n w a s n o t l i k e l y t o b e d e t e c t e d

e x p e r i m e n t a l l y .

A t p r e s e n t t h e s i t u a t i o n i s q u i t e d i f f e r e n t . F r o m t h e d a t a o f t h e a t m o s p h e r i c c h e m i c a l

n e t w o r k ( c f . F i g u r e 1 ) w e h a v e n o w t i m e s e r i e s s i n c e

1 9 5 4

o r e a r l i e r o f 1 0 e l e m e n t s .

S o m e

o f t h e e e e l e m e n t s s h o w v e r y m a r k e d a n d o o n e i s t e n t c h a n g e s w i t h t i m e .

T h e c h e m i c a l c l i m a t e

i s a p p a r e n t l y r a p i d l y c h a n : T i n

a t p r e s e n t .

T h i s

w i l l

e f f e c t t h e e n v i r o n m e n t i n m a n y

r e e p e o t e , p o u i t i v e l y o r n e g a t i v e l y , d e p e n d i n g o n t h e k i n d o f s u b s t a n c e a n d w h i c h p a r t o f

t h e

e n v i r o n m e n t

t h a t i s a f f e c t e d . A n i n c r e a s e o f a m m o n i a , f o r e x a m p l e , i s b e n e f i c i a l t o

p l a n t l i f e b u t i s t e c h n i o a l l y d e t r i m e n t a l d u o t o i n c r e a s e d s t r e s s c o r r o s i o n .

F

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F - . N : 7 1 1 - ` c

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F i g u r e 1 .

T h e d o t e o n t h e m a p d e n o t e t h e s a m p l i n g s t a t i o n s o f t h e E u r o p e a n

a t m o s p h e r i c

c h e m i c a l n e t w o r k .

A l l t h e s t a t i o n s a r e n o t a d m i n i s t r a t i v e l y c o o r d i n a t e d .

I n s o m e l o c a l

a r e a B t h e n e t w o r k d e n o i t y i s m u c h l a r g e r .

S a m p l i n g t i m e i s o n e m o n t h f o r b o t h a i r a n d

p r e c i p i t a t i o n .



N I T R O G E N ( N O

A N D N H 3 )

A n e l e m e n t o f g r e a t b i o l o g i c a l i n t e r e s t i s n i t r o g e n .

T h e a d d i t i o n o f n i t r o g e n ( N O , a n d

N H I ) f r o m t h e a t m o s p h e r e t o s o i l s , l a k e s

a n d r i v e r s d e t e r m i n e s t o s o m e e x t e n t t h e

p r o j

d u d t i v i t y o f t h e s e s y s t e m s .

B y i n c r e a s i n g f a l l o u t t h e s y s t e m s w i l l b e

m o r e e u t r o f i c .

A s

c a n b e

s e e n f r o m F i g u r e 2 t h e f a l l o u t o f N O 1 N ( a s K g

p e r h e a b r e a n d y e a r ) i s s t e a d i l y

i n c r e a s i n g d u r i n g t h e m e a s u r i n g p e r i o d .

T h g v a r i a t i o n b e t w e e n s u c c e s s i v e

y e a r s i e m o r e o r

l e a s s y n c h r o n o u s , w h i c h i l l u s t r a t e s t h e o f f e c t

o f t h e p h y s i c a l c l i m a t e .

T h e n a t u r a l b a c k -

g r o u n d

v a l u e f o r t h e n o n p o l l u t e d s i t u a t i o n

s e e m s t o b e a r o u n d 0 . 5 K g N O 1 N p e r h e c t a r e a n d

y e a r .

T h e p r e s e n t d a y v a l u e a t t h e S o u t h w e s t e r l y p a r t o f S c a n d i n a v i a

( P i ,

A s ) i s a r o u n d

3 K g , a n i n c r e a s e b y a f a c t o r o f 6 .

I n n o r t h e r n S w e d e n ( F o , R o ) , b e i n g m o r e r e m o t e

f r o m

t h e e m i s s i o n a o u r c e s , t h e c o r r e s p o n d i n g f a o t o r i s

a r o u n d

4 .

A

k g N O 3 - N p e r h a a n d y e a r

O

1 9 5 5 1 9 6 0

1 9 6 5

1 9 7 0

F i g u r e 2 .

T h e c u r v e s s h o w t h o y e a r l y i n c r e a s e o f n i t r a t e N i n t h e y e a r l y p r e c i p i t a t i o n .

T h e i n c r e a s e i s l a r g e s t i n t h e S o u t h o f S c a n d i n a v i a ( P 1 , A s ) .

T h e p e c u l i a r b e h a v i o u r o f

t h o G e r m a n s t a t i o n H o h a s n o t y e t b e e n e x p l a i n e d .

T h e o b s e r v e d e f f e c t i s m o s t l i k e l y d u e t o t h r e e m a n m a d e s o u r c e s : t h e i n o r e a s o d b u r n i n 6

o f f o s s i l e f u e l s , t h e c o n v e n t o s o f 1 1 2 t o N O x b y h i g h t e m p e r a t u r e e n g i n e s a n d t h i r d l y t h e

l a r g o i n c r e a s e i n t h e

U s e

o f n i t r o g e n f e r t i l i z e r s . A b o u t 8 m i l l i o n

t o n s

o f n i t r o g e n

f e r t i l i z e r s i s c o n s u m e d a n n u a l l y i n E u r o p e a n d t h i s f i g u r e i n c r e a s e s a p p r o x i m a t e l y b y

7 %

p e r y e a r .

A n a l m o s t e q u a l l y l a r g e i n c r e a s e i n t h e f a l l o u t d a t a h a s b e e n o b s e r v e d a t a p a r t

o f t h e s t a t i o n s o f t h e a t m o s p h e r i c c h e m i c a l n e t w o r k .

T h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n t h c u s e o f f e r t i l i z e r N a n d t h e f a l l o u t o f f i x e d n i t r o g e n i s

v i s u a l i z e d i n F i g u r e

a .

T h e m a p o f t h e a n n u a l u s e o f f e r t i l i z e r N p e r u n i t a r e a o f e a c h

c o u n t r y i s f a i r l y c o n g r u e n t w i t h t h a t o f t h e f a l l o u t .

T h e c e n t r e o f t h e e m i s s i o n c o i n c i d e s

w i t h t h a t o f t h e d e p o s i t i o n .

I f f e r t i l i z e r N s h o u l d b e t h e o n l y s o u r c e t o t h e f a l l o u t N

o n e c a n c o m p u t e , t h a t a p p r o x i m a t e l y 3 V , , o f t h e f e r t i l i z e r N i s a d d e d a n n u a l l y t o t h e

a t m o a p h e r e i n o n e f o r o o r a n o t h e r .

P I

,

. / . / \

/

I "

, .

F o

/ . . . . . - - " , , , ,

_

, t - - , , , - . . ' "

\

\

.

R Ò

, 4 ,

/

/ r

. . / . ' " " .

/

/

i

.

.

;

1

\ '

. /

1

f

e

.

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r - - ,

\ \ , , ,

/

/ " . . /

o

/

\ , ' ' e

. . . _

.

' N /

6

4

1 - . . . . .



F i g u r e

3 .

T h e l e f t m a p s h o w s t h e d i s t r i b u t i o n o f t h e U s e o f f e r t i l i z e r - N i n E u r o p e .

F i g u r e s a r e g i v e n i n K g p e r y e a r a n d h e c t a r e f o r e a c h c o u n t r y . T h e r i g h t m a p s h o w s t h e

d i s t r i b u t i o n p a t t e r n o f t h e f a l l o u t o f n i t r o g e n ( N O 3 a n d N } 1 3 ) .

F i g u r e s i n t h e D a m e u n i t .

N o t e t h e s i m i l a r i t y i n t h e p a t t e r n o f t h e i s o l i n e a .

I n m a n y l a k e s a n d n a t u r a l s o i l s , t h e a m o u n t a n d a v a i l a b i l i t y

o f f i x e d n i t r o g e n i s a

l i m i t i n g f a c t o r i n t h e p r o d u c t i o n o f o r g a n i c m a t t e r .

T h e r e f o r e g r o w t h c o n d i t i o n s o u g h t t o

b e i m p r o v e d o n f o r e s t s o i l s d u e t o t h e i n c r e a s e d f a l l o u t

o f f i x e d n i t r o g e n .

H o w e v e r , t h i e

i s n o t k n o w n f o r t h e p r e s e n t a n d o t h e r f a c t o r s o f t h e c h e m i c a l

c l i m a t e s u c h a s t h e i n -

c r e a s i n g a c i d i t y o f a i r a n d p r e c i p i t a t i o n m a y b e c o u n t e r a c t i n g t h e e x p e o t e d

i n c r e a s e o f

g r o w t h r a t e .

T h e r e p o r t e d i n c r e a s e o f t h e e u t r o p h i o s t a t e o f l a k e s a n d r i v e r s i n S w e d e n

a n d N o r w a y m a y , o n t h e o t h e r h a n d , b e a n e f f e c t o f t h e i n o r e a n e d f a l l o u t o f

N .

H o w e v e r ,

s p e c i f i c s t u d i e s i n t h e s e r e s p e c t s h a v e n o t b e e n m a d e y e t .

S U L P H U R

T h e e m i s s i o n o f s u l p h u r i n t o t h e a t m o s p h e r e b o t h i n c o n n e c t i o n w i t h v a r i o u s i n d u s t r i a l

p r o c e s s e s , t h e p r o d u o t i o n o f e n e r g y a n d f o r h e a t i n g p u r p o s e s h a s p r o v e d t o b e

a m a j o r

e n v i r o n m e n t a l p r o b l e m i n E u r o p e , p a r t , o f U S a n d o t h e r h i g h l y i n d u s t r i a l i z e d

a r e a s . I n

E u r o p e , t h e s u l p h u r e m i t t e d i n t o t h e a i r b y h u m a n a c t i v i t i e s m a k e a

u p a p p r o x i m a t e l y 8 0 % o f

a t t o t a l l y e x i s t s o v e r t h a t a r e a .

S u l p h u r o c c u r s i n t h e a t m o s p h e r e m a i n l y a s

S O 2 ' H 2 S O 4 a n d H 2 3 a n d t h e a v e r a g e l i f e t i m e

f o r t h e a e c o m p o u n d s i n t h e a t m o s p h e r e v a r i e s f r o m 2 t o

4

d a y s .

T h e c o r r e s p o n d i n g t r a n s p o r t

d i s t a n c e i s m o r e t h a n 1 0 0 0 k m .

T h e m a n y a u l p h u r s o u r c e s i n E u r o p e w i l l t h u s " c o o p e r a t e " i n

f o r m i n g a c h e m i c a l c l i m a t e w h e r e s u l p h u r p l a y a a d o m i n a n t r o l e .

T h e a c i d i c c h a r a c t e r o f m o s t s u l p h u r o u s c o m p o u n d s g i v e s r i s e t o a v a r i e t y o f d a m a g e s .

C o n c e n t r a t i o n e f f e c t s s h o w u p o n

h u m a n

h e a l t h , d e t e r i o r a t i o n o f m e t a l s a n d b u i l d i n g m a t e r i a l s

a n d o n v e g e t a t i o n .

A c u t e d a m a g e s o n p l a n t a r 7 ; w e l l k n o w n i n m a n y i n d u s t r i a l a r e a s .

A t h i g h

c o n c e n t r a t i o n s t h e c e l l s a r e p l a s m o l y z e d ; a t l o w e r c o n c e n t r a t i o n s a d e s t r u c t i o n o f t h e



c h l o r o p h y l l o c c u r ° .

D i r e c t c h l o r o p h y l l d a m a g e t h r o u g h t h e e f f e o t o f s u l p h u r d i o x i d e e x i s t e

e v e n o u t s i d e a r e a s o f a c u t e d a m a g e ° .

P l a n t e a n d d e c i d u o u s t r e e s w i t h a r a p i d a n n u a l c i r c u l a - ,

t i o n o f t h o c h l o r o p h y l l s u b u t a n c e s s h o u l d t h e r e f o r e n o t b e a f f e o t e d i n t h e s a m e

w a y a s

c o n i f e r o u s t r e c e .

F o r t h o u e t r e e s t h e c u m u l a t i v o e f f e c t o f ( s u l p h u r d i o x i d e l o a d s t o a

d e e t r u c t i o n o f t h e c h l o r o p h y l l e i n c e t h e l i f e t i m e o f t h e n e d d l e e i s u p t o

7

y e a r s .

L i c h e n s t v a r e a l s o p r o v e d t o b e a o e n e i t i v e i n d i c a t o r o f e u l p h u r d i o x i d e i n t h e a i r . A t

i n o r e a u e d c o n t e n t , t h e l i c h e n e d i e

( c h l o r o p h y l l d e a t h o f

t h e c r o e n a l g a e o f t h e l i c h e n e ) .

S u c h s t u d i e s c a n

t h e r e f o r e

b e m a d e

t o e v a l u a t e t h e d i e t r i b u t i o n o f a i r p o l l u t i o n .

T h e

e u u c e p t i b i l i t y o f l i c h e n ° h a n a l s o a p r a c t i c a l o i d e .

L a r g e p a r t u

o f

t h e m o u n t a i n s a t h i g h e r

l a t i t u d e s a r e c o v e r e d b y l i c h e n e . I n r e c e n t y e a r ° t h e g r o w t h

o f t h e

r e i n d e e r l i c h e n h e n

b e e n r e d u c e d .

I f t h i u i s r e l a t e d t o a g e n e r a l a c i d i f i c a t i o n o f a i r a n d p r e c i p i t a t i o n t h e

r e i n d e e r h u s a n d r y w i l l b e a t d a n g e r i n t h e s e a r e a ° .

T h e a c c u m u l a t e d e f f e c t o f t h e f a l l o u t o f e s p e c i a l l y H 2 5 0 , w i l l a f f e c t a r a b l e l a n d , f o r e e t

e o i l u , l a k e a a n d r i v e r a .

O n t h e o t h e r h a n d e u l p h u r i s a n e e i l e n t i a l e l e m e n t i n p l a n t l i f e a n d

o n e c o u l d b e l i e v e , t h a t a n i n c r e a s e o f t h e f a l l o u t o f ( s u l p h u r e h o u l d b e b e n e f i c i a l t o p l a n t

l i f e .

I n S w e d e n , h o w e v e r ,

t h e

a d d i t i o n o f e u l p h u r h a s h a d n o p o e i t i v e e f f e c t i n t h i a r e s p e o t .

T h e i n c r e a o e d f a l l o u t o f u u l p h u r h a s , o n t h o w h o l e , c o n s e q u e n t l y a n e g a t i v e e f f e c t o n t h e


F i g u r e

4

i l l u e t r a t e n t h e f a l l o u t p i c t u r e o f e u l p h u r o v e r E u r o p e i n

1 9 5 7

a n d

1 9 6 3 .

T h e r e

l e a g e n e r a l i n c r e a u e i n t h e o u l p h u r c o n c e n t r a t i o n i n t h e y e a r l y p r e c i p i t a t i o n b e t w e e n t h e e °

t w o y e a r s .

F o r S c a n d i n a v i a t h e f i g u r e n w e r e a l m o e t d o u b l e d .

T h e

g e n e r a l

d i e t r i b u t i o n p a t t e r n ,

h o w e v e r , i s f a i r l y s i m i l a r b e t w e e n t h e t w o y e a r s a n d r e f l e c t e t o s o m e e x t e n t t h e p o s i t i o n o f

t h e d i f f e r e n t e m i s o i o n a r e a n .

T h e l o n g - r a n g o t r a n s p o r t t o t h e o u t e r a r e a s

o f

E u r o p e i s w e l l

r e c o g n i z e d f o r t h o y e a r

1 9 6 3 .

.

t s ;

1 9 5 7

) .

%

.

- , t

t

1

0 . 5 - 0 . 7

0 , 7 - 1 , 0

1 . 0 - 1 . 4

S > 2 . 0

F i g u r e

4 .

T h e m a p s s h o w t h o d i s t r i b u t i o n a l p a t t e r n i n E u r o p e o f t h e y e a r l y c o n c e n t r a t i o n

o f o u l p h u r i n p r e c i p i t a t i o n .

S d e n o t e s o n l y m a n - m a d e o u l p h u r .

F i g u r e s a r e g i v e n i n m g p o r

l i t r e .

C h a n g e s i n t h e f a l l o u t o f s u l p h u r b y p r e c i p i t a t i o n

d u e

t o i n c r e a s e d e m i s s i o n i n t o t h e

a t m o s p h e r e

( 3 %

p e r y e a r ) d o e o n o t p r o c e e d s m o o t h l y .

A c t u a l l y t h e f a l l o u t v a r i e s c o n s i d e r -

a b l y f r o m y e a r t o y e a r , w h i c h i n d i c a t e s t h a t s u l p h u r i e e f f e c t i v e l y c o u p l e d

w i t h s o m e o t h e r

s o u r c e - s i n k r e s e r v o i r f o r o u l p h u r .

B o t h o o i l e a n d w a t e r s c o n t a i n

l a r g e

a m o u n t o f e u l p h u r

p e r u n i t

a r e a

a n d e x c h a n g e r e a c t i o n ° w i l l t a k e p l e p e b e t w e e n t h e e e r e s e r v o i r s a n d t h e

a t m o o p h e r e .

D u r i n g w e t c o n d i t i o n s H 2 3 w i l l b e f o r m e d i n t h e s o i l a n d e m i t t e d t o t h e

a t m o e -

p h e r e .

A f t e r o x i d a t i o n i t w i l l b e b r o u c h t b a c k t o t h e s o i l a n d w i l l b e m e a s u r e d a s a n

a p p a r e n t i n c r e a s e o f t h e f a l l o u t .

S u l p h u r i n t h u s m o r o o r l e s e c o n t i n u o u s l y l o o p i n g b e t w e e n

t h e a t m o e p h e r e a n d t h e s o i l a n d t h e y e e r l y f a l l o u t i s t o e o m e e x t e n t a

f u n c t i o n o f t h e n u m b e r



o f l o o p s .

E x a m p l e s o f t h e y e a r l y c o n c e n t r a t i o n o f s u l p h u r i n p r e c i p i t a t i o n

a r e

g i v e n i n

F i g u r e 5 .

N J ' S

/ 9 6 0

1 9 6 5

/ 9 7 0

F i g u r e

5 .

T h e c u r v e s s h o w

t h e i n c r e a n e o f t h e s u l p h u r c o n t e n t o f t h e y e a r l y p r e c i p i t a t i o n

a t T y i n D e n m a r k a n d P 1 a n d A r i n S w e d e n .

T h e t h i c k l i n e o g i v e t h e a p p r o x i m a t e t r e n d s f o r

t h e p e r i o d

1 9 5 5 t o 1 9 7 0 .

T h o u g h v a r i a b l e i n t i m e t h e f a l l o u t o f s u l p h u r d o e s a c t u a l l y i n c r e a s e w i t h t i m e .

T h i s

i s w e l l r e c o g n i z e d f r o m c h a n g e s o f t h e s u l p h u r c o n t e n t i n t h e S w e d i s h r i v e r s y s t e m s , w h i c h

h a v e b e e n i n t e r m i t t e n t l y i n v e s t i g a t e d s i n c e

1 9 0 9 .

A t h r e e f o l d i n c r e a s e h a s o c c u r r e d s i n c e

t h a t y e a r a n d i n S o u t h S w e d e n t h e d i s c h a r g e s b y t h e r i v e r s h a v e i n c r e a s e d f r o m

7

t o 2 2 k g

S p e r h e c t i t r c a n d y e a r .

S i n c e t h e m a n - n a d e s u l p h u r m a i n l y i n b r o u g h t t o t h e s o i l a s S O 2 o r

H 2 S 0 , b u t l e a v e s t h e s o i l a s a s a l t , c o n s i d e r a b l e a m o u n t s o f c a t i o n s m u s t b e e x t r a c t e d f r o m

t h e ¿ o i l .

D a t a i n t h i s r e s p e c t a r e a l s o o b t a i n e d f r o m t h e S w e d i s h w a t e r c h e m i c a l n e t w o r k .

A c o n s e q u e n c e o f t h i s i s t h a t t h e s o i l w i l l b e l e s o f e r t i l e .

T H E A C I D I T Y O F A I R A N D P R E C I P r r A T I O N

E x c e s o a c i d s i n p r e c i p i t a t i o n s u c h a s H 2 S 0 A , H C 1 a n d H N O I

l e a d s

t o i t a a c i d i f i c a t i o n -

t h e p H - v a l u e d e c r e a s e s .

F i g u r e 6

s h o w s

t h e d i a t r i b u t i o n o f

h e a c i d i t y o f t h e a n n u a l

p r e c i p i t a t i o n i n E u r o p e f o r

1 9 5 6 , t h e

f i r s t y e a r i n w h i c h a r e g i o n a l m a p p i n g w a s p o s s i b l e .

A l t h o u g h t h e n o t w o r k o f s t a t i o n s w a s n o t c o m p l e t e l y d e v e l o p e d a t t h a t t i m e , i t c a n b e s e e n

t h a t a n a c i d i f i c a t i o n c e n t r o w i t h a p 3 1 - v a l u e l e s o t h a n 5 . 0 o c c u r s o v e r e a s t e r n

E n g l a n d ,

H o l l a n d a n d B e l g i u m .

L a r g o p a r t a o f S c a n d i n a v i a h a d a l m o s t n e u t r a l p r e c i p i t a t i o n .

I n 1 9 5 9 ,

t h e s i t u a t i o n h a d m a r k e d l y c h a n g e d .

T h e " l o s s ' t h a n O H

5 . 0

a r e a " h a d e x t e n d e d

g r e a t l y , p a r t i c u l a r l y i n a n o r t h - e a s t e r l y d i r e c t i o n .

A n e w a c i d ° l a s s , l e e s t h a n p H

4 . 5 ,

h a d n o w o c c u r r e d o v e r n o r t h e r n G e r m a n y , H o l l a n d a n d B e l g i u m .

T h e a v a i l a b i l i t y o f R u s s i a n

d a t a f o r t h e y e a r s

1 9 5 8 - 1 9 6 1

h a s n a d o i t p o s s i b l e t o e s t a b l i s h t h e p o s i t i o n o f t h e " e p i -

c e n t r o " o f t h e a c i d i f i c a t i o n ( H o l l a n d , B e l g i u m a n d W .

G e r m a n y ) .

A s c a n b e a e o n o n t h o m a p s f r o m

1 9 6 1

a n d 1 9 6 6 , t h i s e p i c e n t r o d i d n o t c h a n g e i n p l a c e ,



b u t t h e a c i d i f i c a t i o n w a s c o n s t a n t l y i n c r e a a i n g o u t w a r d s .

F r o m

1 9 6 1

t h e a n n u a l p r e c i p i t a t i o n

w i t h i n t h e c e n t r e h a d a n a c i d i t y o f l e s o t h a n p H 4 . 0 .

T h i s i a o u c h a h i g h a c i d i t y t h a t

c o r r o a i o n w i l l b e h i g h l y

i m p r o v e d .

D i r e c t v e g e t a t i o n d a m a g e s c a n a l s o b e e x p e c t e d , p a r t i -

c u l a r l y a i n c e o c c a s i o n a l p e r i o d o o f p r e c i p i t a t i o n h a v e a n a o i d i t y a r o u n d p H 3 .

I n o n o c a s e

p H 2 . 8 w a s a c t u a l l y m e a s u r e d i n S w e d e n .

F i g u r e 6 .

T h e m a p a s h o w t h e d i s t r i b u t i o n a l p a t t e r n o f t h e y e a r l y a v e r a g e p H - v a l u e i n t h e

p r e c i p i t a t i o n .

N o t e t h e i n c r e a s e d a c i d i t y i n C e n t r a l E u r o p e a n d o v e r m o s t p a r t o f

S c a n d i n a v i a . T h e e i t u a t i o n i s s o m e w h a t m o r e a c i d i n

1 9 7 0

i n c o m p a r i s o n w i t h

1 9 6 6 .

O n t h e m a p f r o m

1 9 6 6 ,

i t c a n b e s e e n h o w t h o a c i d i t y h a 4 e x t e n d e d a c r o s s S o a n d i n a v i a .

S o u t h - w e s t e r n a n d c e n t r a l S w e d e n a n d a o u t h e r n N o r w a y i n p a r t i c u l a r w e r e e x p o s e d t o h i g h l y

i n c r e a s e d a c i d i f i c a t i o n .

I f w e d i s r e g a r d t h i u e f f e c t a s b e i n g d u o t o c l i m a t i c f l u o t u a t i o n a ,

t h i n t r e n d h a s n o t c h a n g e d u p t o 1 9 7 0 .

I n s i m i l a r i t y w i t h a u l p h u r t h e a n n u a l m e a n p H - v a l u e

o f t h e p r e c i p i t a t i o n v a r i e a f r o m y e a r t o y e a r .

T h e n e g a t i v e t r e n d i s n e v e r t h e l e a a v e r y

c l e a r .

T h i s i s

i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 7 .

T h o N o r w e g i a n s t a t i o n s a t K i s e a n d A s s h o w a m o r e

n e g a t i v e p H - t r e n d t h a n t h e S w e d i s h s t a t i o n s .

T h i s m a y

b e d u e t o l o c a l e m i s s i o n s f r o m O s l o

a n d t o t h e t o p o g r a p h y o f t h e s u r r o u n d i n g m o u n t a i n s .

M o s t n e t w o r k s t a t i o n s i n E u r o p e h a v e a

n e g a t i v e p H - t r e n d .

S t a t i o n s f a r a w a y f r o m t h e i n d u s t r i a l i z e d h e a r t o f E u r o p e a r e a l m o s t

u n a f f e c t e d a s f a r a s w e k n o w a t p r e s e n t .



F i g u r e 7 .

p H m e a s u r e m e n t ( ' a t t h e s t a t i o n s o f t h e a t m o s p h e r i c c h e m i c a l n e t w o r k s h o w d e c r e a s -

i n g v a l u e s f o r t h e m o o t o f E u r o p e .

T h e p o i n t o o n t h o c u r v e s a r e a n n u a l m e a n v a l u e ° .

T h e

s t a t i o n ° K e a n d A s a r e s i t u a t e d i n N o r w a y , t h e r o o t i n S w e d e n .

E m i s a i o n s i n t o t h e a t m o s p h e r e o f a c i d i f y i n g e u b s t a n c e s s u c h a s a u l p h u r d i o x i d e ,

s u l p h u r i c , a c i d , h y d r o c h l o r i c a c i d a n d n i t r i o a c i d g i v e a l e o t h e a i r a n a c i d i c c h a r a c t e r .

I n m a n y c a e c a , t h e a i r i n m o r e " a g g r e s s i v e " t h a n t h e p r e c i p i t a t i o n .

I t h a z b e e n f o u n d , f o r

e x a m p l e , i n s t u d i e a o f t h e r u s t f o r m a t i o n o n i r o n p l a t e s , t h a t t h e d o w n w a r d s i d e o f t h o

p l a t e s i n c e r t a i n p l a c e s c o r r o d e s m o r e t h a n t h e u p w a r d a u r f a o e .

R e l a t i v e l y , p r e c i p i t a t i o n

c a n h a v e a c l e a n s i n g e f f e c t l T h i n a p p l i e s a l s o t o b u i l d i n g s .

T h e g r e a t e s t d a m a g e ( ) a r e

o f t e n f o u n d i n p r e c i p i t a t i o n p r o t e c t e d p o s i t i o n ( ' s u c h a s u n d e r g u t t e r s , b a l c o n i e a , w i n d o w -

s i l l s e t c .



B o t o p s s t r o m m e n

8 ° / .

7 , 4

7 , 0

6 , 6

K l o r a l v e n

1 0 %

P i . 7 - u r e 8 .

T h e d i a g r a m s g i v e e x a m p l e ° o f p } { - c h a n g e ° ( t r e n d a n d a m p l i t u d e ) o v e r t h e l a a t

5

y e a r s f o r f o u r l a k e - r i v e r a y : I t e m s i n S w e d e n .

T h e n e g a t i v e p 1 1 - t r e n d ° e n u r e a l e o a t a l l

t h e o t h e r r i v e r n y u t e m a b e i n c , e x a m i n e d .

T h e a c i d i t y o f a i r a n d p r e c i p i t a t i o n h a z w i d e n p r e a d e f f e c t o .

B u i l d i n g o , b r i d g e ° a n d

o t h e r t e c h n i c a l c e m s t r a c t i o n o a r e s u b j e c t t o c o r r o s i o n a n d o t h e r m a t e r i a l d e t e r i o r a t i o n ; t h e

h e a l t h o f g a n a n d a n i m a i s j o i m p a i r e d w i t h i n t h e m o o t a f f e c t e d a r e a s ; d i r e c t d a m a g o a 0 0 0 u r

o n m i c r o - o r : a n i : ; m a a m i b i h ( r p l a n t ; i n d i r e c t l y , t h e a u p p l y o f n u t r i e n t u t o t h n p l a n t o w i l l

b e d e p l e t e d b y a c i d l e a c h i n r : o f t h e n o i l ; a n d f i n a l l y l a k e e a n d r i v e r e b e c o m e a c i d i f i e d ,

w h i c h a f f e c t ( ) g r o w t h a n d r e p r o d u c t i o n o f f i a h .

Y e a a u r e m e n t e i n a l a r ; : e n u m b e r o f S w e d i o h l a k n a A n d r i v e r a s h o w t h a t t h e p 1 1 - v a l u e h a s

d r o p p e d a o r i n i T t h e y e r r o 1 9 6 5 - 1 9 7 0 .

C h a n r e o h a v e b e e n g r e a t e a t o n u o u t h e r n a n d c e n t r a l

S w e d e n - t h a t i n t o

s z v ,

w i t h i n t h e a r e a w h e r e t h e p r e c i p i t a t i o n i o m o s t a c i d .

T h e r e i s

c o n u e n u n n t l y a c l e a r c o n n e c t i o n b o t h i n t i m e a n d i n s p a c e b e t w e e n t h n p H o f t h e p r e c i p i t a t i o n

a n d t h e p H o f r i v e r w a t e r a .

F i g u r e 8 g i v e a e x a m p l e a o f t h e v a r i a t i o n o m o n t h b y m o n t h o f t h e

p H - v a l u e o f a o m e o f t h e e x a m i n e d r i v e r a .

T h e n e g a t i v e t r e n d f o r t h e w , w a t e r o y a t e m a i n v e r y

c l e a r .

F x i e t i n g f l u c t u a t i o n a a r e p a r t l y d u o t o v a r i a t i o n i n b i o l o g i c a l a c t i v i t y d u r i n g t h e

y e a r , a n a p a r t l y t o t h e v a r i a t i o n b n t w e e n s u r f a c o w a t e r d r a i n a g e a n d g r o u n a w a t e r

d r a i n a g e ,

t h e r e s e r v o i r c h a r a c t e r i o t i c n o f t h e w a t e r a y n t o m , i n d u s t r i a l d i o c h a r g e a e t c .

I n t h e c a n e o f l a k e V E l n o r n , t h e w a t e r i n a c i d i f i e d a t a r a t e o f 2 3 p e r c e n t p e r y e a r , a n d

I n t h e r i v e r K l a r a l v e n a t 1 0 p e r c e n t .

T h e v e w a t e r c o u r a e s h a v e b e c o m e t w o t o f o u r t i m e s

m o r e a c i d w i t h i n a p e r i o d o f o n l y f i v e y e a r s .

I t i s o f i n t e r e s t t o n o t e t h a t a w a t e r n y s t e n

a s l a k e g a l a r e n 1 . 8 a c i d i f i e d a t a u c h a h i r h r a t n a s 1 2 p e r c e n t a y e a r .

T h e d r a i n a g e a r c a

o f l a k

t l a r e n i s i n f a c t c a l c a r e o u s w h i c h a h o u l d n e u t r a l i z e t h e a c i d p r e o i p i t a t i o n .

T h e

l a r g e w a t e r n u r f a c e o f l a k n

t l a r e n ( 1 1 p e r c e n t ) a n d a l s o t h a t o f D o t o r p o s t r U m m e n ( a b o u t

8

p e r c e n t ) m a y h a v e t h e e f f e c t t h a t a c o n s i d e r a b l e a m o u n t o f

a c i d a f a l l s d i r e c t l y o n t h e

l a k e n u r f a c e .

T h e e f f e c t o f a c i d w a t e r

c a n b e n o

s t r o n g t h a t f i s h w i l l f l e e f r o m t h e n ( ) w a t e r

e y s t e m n o r t h a t u p a w n w i l l n o t h a t c h o u t .

L a k e s a n d r i v e r s . m o r e p e r m a n e n t l y a c i d i f i e d a r e

u s u a l l y e m p t y o f f i s h .

A c i d p r e c i p i t a t i o n f a l l i n g o n o o i l s l e a d a o n o n e h a n d t o a d e p l e t i o n o f t h e n u t r i e n t

s u p p l y i n t h e n o i l , o n t h e o t h e r t o r e d u c e d p H - v a l u e s .

T h i s i n t u r n w i l l i n f l u e n c e t h e

s o l u b i l i t y o f d i f f e r e n t n u t r i e n t e l e m e n t s a n d a l s o t h e m i c r o b i o l o g i c a l l i f e i n t h e

o o i l .

I n t h e l o n g r u n , t h e p H - v a l u e o f t h e s o i l w i l l b e a d a p t e d t o t h a t o f

t h e p r e c i p i t a t i o n ,

a r o u n d p H 4 . 2 .

T h e t i m e n c a l e f o r t h i a p r o c e o a o f a d a p t a t i o n c a n n o t

b e g i v e n a t p r e n e n t ,

1 9 6 9

A r

9 6 5

1 9 6 7



s i n c e i t d e p e n d e o n m a n y s o i l f a o t o r s w h i c h h a v e n o t y e t b e e n i n v e e t i g a t e d .

S i n c e t h e h y d r o g e n

i o n h a s a v e r y h i g h a d s o r p t i o n e n e r g y o n t h e s o i l c o l l o i d s , o t h e r c a t i o n e s u c h a s s o d i u m ,

p o t a s e i u m , c a l c i u m a n d m a g n e s i u m w i l l b e a d e o r b e d b y i o n e x c h a n g e a n d w a s h e d o u t b y t h o p r e -

c i p i t a t i o n .

T h o c o n t e n t o f a d s o r b e d c a t i o n e i n p o d s o l i z e d f o r e e t a o i l s i s r a t h e r n m a l l a n d

a m o u n t s t o o n l y 1 , 2 0 0 t o 2 , 0 0 0 k g / h a .

T h e t u r n o v e r t i m o f o r t h e e e c a t i o n s d u o t o t h e f a l l -

o u t o f a c i d s

c a n

b e c a l c u l a t e d t o b e a r o u n d 1 5 0 y e a r s . T h i e m e a n e t h a t t h e b a s e c o n t e n t f a l l s

t o 5 0

p e r c e n t a f t e r a b o u t 1 0 0 y e a r s , t o 2 5 p e r c e n t a f t e r 2 0 0 y e a r s a n d s o

o n .

T h e

p r o c e s o

w i l l n o t f o l l o w t h i s m a t h e m a t i c a l r e l a t i o n s h i p e x a c t l y , s i n c e w e a t h e r i n g o f t h e ° o i l m i n e r a l s

w i l l r e l e a s e a c e r t a i n a m o u n t o f b a s e s , w h i c h c o m p e n e a t e s t h e l o e s e a .

A n i n v e e t i g a t i o n o f

S c a n d i n a v i a n f o r e e t s o i l s w a e m a d e i n

1 9 7 0 .

S o m e o f t h e r e s u l t e a r e g i v e n i n F i g u r e

9 .

F i g u r e

9 a

D i s t r i b u t i o n p a t t e r n

f o r p l l o f f o r e s t s o i l s

i n S w e d e n a n d N o r w a y .

N o t e t h e c o n t i n u o u s

z o n e o f v e r y a c i d

s o i l s a l o n g t h e

S c a n d i n a v i a n b o r d e r

f a c i n g C e n t r a l E u r o p e .

P H

{ 7 - 7 1 M i l l

3 4 - & V : . 4 0

F i g u r e 9 b

D i o t r i b u t i o n p a t t e r n

f o r t h e d e g r e e o f b a s e

s a t u r a t i o n ( t h e a m o u n t

o f c a t i o n s a d s o r b e d t o

s o i l p a r t i c l e s a s p e r -

c e n t a g e o f t h e t o t a l

a m o u n t t h a t c a n b e a d

s o r b e d ) i n f o r e s t s o i l e

i n S w e d e n a n d N o r w a y .

E . . 1 1 P 2 E T D

. 1 0

1 0 . - 2 0

. 7 0 %

C c % o .

K l u r p l o r c e p a t . t y

M I T . 7 7 7 1

, ( 7 7 _ 1 2

. 7 1 7

F i g u r e

9 c

D i s t r i b u t i o n p a t t e r n

f o r t h e d e g r e e o f c a l -

c i u m B a t u r a t i o n i n f o r e s t

s o i l s i n S w e d e n a n d

N o r w a y .

L o w C a c o n t e n t ,

l e s s t h a n

W ,

o p c u r s

w i t h i n t h e s a m e c o a s t a l

a r e a s p e c i f i c a l l y d e -

n o t e d o n t h e p r e v i o u s

m a p s .

T h e i m p o v e r i s h m e n t o f f o r e s t s o i l s m u s t b e c o n s i d e r e d . a l o n g t e r m r e a l i t y a n d i s o f

c o u r s e r e l a t e d t o t h e r o t a t i o n p e r i o d o f f o r e s t t r e e s , i n S c a n d i n a v i a f r o m

7 5 t o 1 2 0 y e a r s .

T h e p r e s e n t f o r e s t g e n e r a t i o n w i l l t h u s b e s u b j e c t t o a r e d u c e d s u p p l y o f c a l c i u m , m a g n e s i u m

a n d p o t a s s i u m , w h i c h w i l l c a u B e p o o r e r t r e e g r o w t h .

P a r t i c u l a r l y t h o s e p a r t s o f S w e d e n a n d

N o r w a y w i t h l a r g e a m o u n t s o f a c i d p r e c i p i t a t i o n w i l l b e m o s t s u s c e p t i b l e .

S p e c i a l a t t e n t i o n

s h o u l d a l s o b e g i v e n t o t h e f a c t t h a t q u i t e l a r g e f o r e s t a r e a s i n

S c a n d i n a v i a

a l r e a d y h a v e

a v e r y l o w c o n t e n t o f b a s e s ( c f . F i g . 9 b

c ) .

T h o b a s e e a t u r a t i o n f i g u r e i s a c t u a l l y l o s e

t h a n 1 0 / , ; ; - t h a t i s t o s a y t h a t m o r e t h a n 9 0 p e r c e n t o f t h o b a s e c a t i o n s a l r e a d y c o n s i s t o f

h y d r o g e n i o n s .

T b e m a r g i n s a r e c o n e e q u e n t l y v e r y s m a l l .



2 .

T H E A C C U M U L A T I O N O F C H L O R I N A T E D H Y D R O C A R B O N S I N S O I L S

I t i o n o w a w e l l - k n o w n f a c t t h a t m a n y o r g a n o c h l o r i n e e a r e f o u n d a l m o s t i n e v e r y p a r t

o f t h e w o r l d .

T h i s m u s t b e d u e t o a l a r g e - a c a l e a t m o s p h e r i c t r a n a p o r t a n d r e d i s t r i b u t i o n

o f t h o s e p e s t i c i d e s s i n c e t h e y a r e u s e d m o r e c o m m o n l y o n l y i n t h e t r o p i c a l a n d t h e t e m p e r a t e

z o n e a o f t h e w o r l d .

T h e f a l l o u t o n B o i l s m a y e v e n t u a l l y l o a d t o a c o n t i n u o u s a c o u m u l a t i o n .

S o m e y e a r o b a c k t h e a n n u a l u s e o f D D T i n t h e w o r l d w a s a p p r o x i m a t e l y 2 0 0 0 0 0 t o n o a n d

t o t a l l y a b o u t 2 m i l l i o n t o n u h a v e b e e n e m i t t e d i n t o n a t u r e .

D u e t o t h e l o n g r e a i d e n c e t i m e

o f

D D T

i n s o i l s

( 5

t o 1 5 y e a r s ) a c o n s i d e r a b l e p a r t o f t h e t o t a l o u t p u t i s a t i l l u n d e r -

c o m p o r i e d , a n d , d u e t o i t a v o l a t i l i t y , D D T w i l l u t a r t a g l o b a l c y c l i n g .

I n 1 9 6 6

w e s t a r t e d a n i n v e s t i g a t i o n o n t h o c h l o r i n a t e d h y d r o - c a r b o n s i n n a t u r a l s y s t e m e ,

s u c h a s s o i l s , s e d i m e n t o a n d r i v e r w a t e r s a n d u o m e m o u l t s w i l l b e p r e s e n t e d a t t h i s c o n f e r -

e n c e .

S o f a r o n l y s o i l s h a v e b e e n s t u d i e d i n d e t a i l .

S o i l a f r o m a b o u t 4 0 0 l o c a l i t i e s h a v e

b e e n s a m p l e d a n d a n a l y s e d .

T h e y r e p r e s e n t m o s t t y p e s o f S w e d i o h o o i l a w i t h r e g a r d t o o r i g i n ,

e n v i r o n m e n t a l f a c t o r o , a n d t h e u s e o f t h e s o i l s o u c h a s , c u l t i v a t e d E m i l e , p a s t u r e a n d

f o r e o t ° o i l s .

S a m p l e s h a v e a l s o b e e n t a k e n a t d i f f e r e n t d e p t h u i n o r d e r t o s t u d y t h o

v e r t i c a l d i s t r i b a t i o n p a t t e r n .

T h e f o l l o w i n g o r g a n o c h l o r i n e s w e r e i n v e s t i g a t e d : L i n d a n e ,

A l d r i n e , D i e l d r i n e , D D 2 , D D D

a n d

D D E .

A f t e r t h o d i s c o v e r y o f t h e p o l y c h l o r i n a t e d b i p h e n y l o

( P C B ) b y D r . J e n s e n , t h e c a c o m p o u n d s w e r e a l s o i n c l u d e d i n t h e d e t e r m i n a t i o n s .

T h o f r e q u e n c y d i a t r i b u t i o n s o f a l l d a t a o f t h e t o p s o i l a r e g i v e n i n F i g u r e 1 0 .

T h e

c o n c e n t r a t i o n l e v e l ° a r e l o g a r i t h m i c a l l y s p a c e d . T h e c u l t i v a t e d c o i l o ( u p p e r d i a g r a m ) p o e m

t o c o n a i s t o f t w o d i f f e r e n t d i s t r i b u t i o n f u n c t i o n a .

O n e i s c e n t e r e d a r o u n d 6 n g / c E m i l , a n d

t h e o t h e r a r o u n d 1 2 5 n g / g s o i l w h e r e t h e f i r o t r e l a t e s t o u n t r e a t e d a n d t h e o t h e r t o D D T -

t r e a t e d s o i l s .

T h e l o w l e v e l d i o t r i b u t i o n f u n c t i o n w i l l t h e n r e p r e o e n t c o i l s t h a t h a v e n o t

b e e n t r e a t e d w i t h D D T ,

a n d t h o o c c u r r e n c e o f c h l o r i n a t e d h y d r o - c a r b o n o i n t h e s e s o i l s m u s t

b e a r e o u l t o f a n a t m o s p h e r i c t r a n s p o r t f r o m e i t h e r a d j a c e n t f i e l d s o r r e m o t e s o u r c e o .



; 2 2 0 0

T O

3 2 0 0 r h n

1 2 . 5

1 2

5 0

; 0 0 6 4 ) 0

F i r r . u r e 1 0 .

T h e d i a g r a m s s h o w t h e f r e q u e n c y d i s t r i b u t i o n O f

D D T f o r t h r e e d i f f e r e n t s o i l

t y p e s .

P 3 . e t u r e a n d f o r e s t s o i l s , n o t b e i n g t r e a t e d w i t h D D T , s h o w i n c r e a s i n g v a l u e s i n

r e l a t i o n t o u n t r e a t e d c u l t i v a t e d s o i l s .



T h e f r e q u e n c y d i u t r i b u t i o n f r o m p a s t u r e e o i l a i o u n i m o d a l ( m i d d l e d i a g r a m ) .

T h e h i g h e s :

f l g u r e u a m o u n t t o a l m o o t 8 0 0 n g / g c o i l .

' r h o

m o o t p r o b a b l e v a l u e i s a r o u n d 2 5 n d / g a v i l .

T n i s f i g u r e i s h i g h e r t h a n t h e c o r r e s p o n d i n g f i g u r e f o r u n t r e a t e d , c u l t i v a t e d s o l l o

( 6 n g / g

u o i l ) .

T h i s i n d i c a t e a t h a t p a u t u r o s o i l e p r o v i d e m o r o f a v o u r a b l e c o n d i t i o n o f o r a c c u m u l a t i o n

t n a n c u l t i v a t e d s o i l e , o r t h a t t h e r a t e o f r e m o v a l o f t h o o r g a n o c h l o r i n e e f r o m t h e s o i l b y

d e c o m p o s i t i o n o r e v a p o r a t i o n i o r e d u c o d .

A m o n g u n t r e a t e d s o i s , t h o u e w h i c h a r e l e a a t e x p 0 0 0 d t o o u n s h i n e a n d h i g h t e m p e r a t u r e ,

h a v e t h e h i g h e u t f i g u r e u .

T h i u i u e h o w n b y t h e f r e q u e n c y d i o t r i b u t i o n f o r f o r e s t s o i l e ( l o w e r

c u r v e ) .

T h e m o s t f r e q u e n t v a l u o o a p p e a r a r o u n d

5 0 n g / g u o i l .

O n l y a f e w v a l u e w e x c e e d

4 0 0 n g / g a o i l .

H o w e v e r , i t i u r a t h e r s u r p r i u i n g t o f i n d t h a t , o n t h a a v e r a g e , t h e h i g h e s t

f i g u r e u a r e f o r f o r e e t E m i l e .

T h e y h a v e n o t b e e n t r e a t e d w i t h o r g a n o o h l o r i n e u , a n d t h o

s a m p l i n g w e r e m o s t l y f a r a w a y f r e e f a r m i n g a r e a s .

C o n c e e , u e n t l y , t h e o c c u r r e n c e o f L i n d a n e

a n d : A y r i n f o r e e t e o i l e m u u t b e d u o t o b o t h a l a r g e s o a l e a t m o e p h e r i c t r a n e p o r t a n d a l o w

d e c o m p o u i t i o n r a t e o e i n g t o l o w e x p o a u r e .

P o

s u m m a r i z e : U n t r e a t e d S w e d i u h s o i l s c o n t a i n d i f f e r e n t k i n d a o f o r g a n o c h l o r i n e s , w h o e e

c o n c e n t r a t i o n s

i n c r e a s e w i t h d e c r e a s i n g e x p o o u r e .

T h o s i t u a t i o n f o r D D T a n d L i n d a n e i s

t a b l e d b e l o w .

S o i l T y p e

M o s t f r e q u e n t c o n c e n t r a t i o n , n g / g

1 E D D T

L i n d a n e

C u l t i v a t e d s o l o

6

8

P a e t u r e s o d a

2 5

2 0

F o r o c t u o i l a

5 0

4 0

T h e p e r s i s t e n c e o f t h e o r g a n o c h l o r i n e s i n s o i l o v a r i o s w i t h

b o t h t y p e o f

c o m p o u n d

a n d

s o i l c o n d i t i o n ° .

W e a c o u m o a f i g u r e o f

5 y e a r s

t o b e r o a u o n a b l e f o r S w e d i s h c o n d i t i o n ° .

B y m o a n u o f t h i e f i g u r e

a n d

a s c u m i n g a n a n n u a l S w e d i s h c o n o u m p t i o n o f 5 0 t o n s o f

D D T ( b e f o r e

t h e b a n o f D ) T ,

J . J a n u a r y

1 9 7 0 )

w e m a y e e t i m a t e t h e e x p o c t o d a m o u n t i n S w e d i e h

u o i l o u n d e r

s t e a d y o t a t e c o n d i t i o n ' s .

W e t h e n o b t a i n a f i g u r e o f a p p r o x i m a t e l y 2 5 0 t o n s .

O n t h o a c o u m p -

t i o n t h a t

t h e r c e i o

n o " s i n k " w h a t s o e v e r , t h e t o t a l a m o u n t

o f D D T u s e d i n S w e d e n s i n c e i t u

i n t r o d u c t i o n

h e r e , c a n

1 ) e e e t i m a t e d t o a b o u t 6 0 0 t o n s .

C o n o e q u e n t l y t h e e x c e c t e d o m o u n t m a y

v a r y b e t w e e n 2 5 0 a n d 6 0 0 t o n o .

O n t h e o t h e r h a n d , t h e a c t u a l a e o u n t o f c h l o r i n a t e d

h y d r o c a r b o n s i n S w e d i s h o o i l s c a n b e

f a i r l y w e l l d e t e r m i n e d

f r o m o u r p r e e e n t d a t a .

T h e f i g u r e s l i o t e d b e l o w r e f e r t o a ° o i l d e p t h

o f 1 5 c m .

S o i l t y p e

' L D D T , t o r l o

L i n d a n e , t o n o

C u l t i v a t e d o o i l s

1 , 0 0 0

1 3 0

P a a t u r e s o i l s

5 0

3 0

F o r e o t u o i l e

1 , 3 0 0

7 0 0

T o t a l f o r a l l

B o t h : 3

2 , 3 5 0

8 6 0

I n a d d i t i o n t o t h e a b o v e f i g u r e e , c e r t a i n

d e p o u i t s o f

? D T a n d

L i n d a n e o c c u r

i n

s e d i m e n t s

a n d i n d e e p e r e o i l l a y e r a .

E o p e c i a l l y t h e 3 h o r i z o n i n p o d e o l i o s o i l a

e h o w a o c u m u l a t i o n ,

p r o b a b l y d u o t o

t h e h i g h a d e o r p t i o n

o n i r o n o x i d e s .

F r o m o u r p r e s e n t d a t a w e c a n o n l y

e s t i m a t e t h e d e p o s i t o i n t h e e u b o o i l

( b e l o w 1 5 c m ) .

T h e y a m o u n t t o r o u g h l y

5 5 0

t o n s o f

D D T a n d 2 5 0 t o n e

o f L i n d a n e .

T h e r e 1 8 a v e r y g r e a t d i f f o r e n c e h e t w e o n

t h e a m o u n t o f

2 - e D D T

a c t u a l l y f o u n d i n S w e d i s h

s o i l u , a r o u n d

2 , 9 0 0 t o n u , a n d t h e a m o u n t t h a t c o u l d

b e

e x p e c t e d , a r o u n d 2 5 0

t o n o .

C o n s e q u e n t l y ,

t h e r e m u o t

b e s o m e s o u r c e o f

t h e o r g a n o c h l o r i n e o

o t h e r t h a n d i u e e m i n a t i o n w i t h i n t h e

c o u n t r y



T h e o n l y e x p l a n a t i o n i s , t h a t c o n s i d e r a b l e a t m o o p h e r i c f a l l o u t

o c c u r e b o t h a s d i r e c t a d s o r p -

t i o n f r o m t h e a i r a n d a s w a s h o u t b y p r e c i p i t a t i o n .

W e

h a v e

a c t u a l l y f o u n d D D T a n d i t s

m e t a b o l i t i e s i n s n o w d u r i n g a p e r i o d o f t h e y e a r w h e n D D T h a s d e f i n i t e l y

n o t b e e n u s e d o u t -

d o o r s i n S w e d e n .

I n o r d e r t o a c c o u n t f o r a n e x c e s s o f

D a r , i n S w e d i a h e o i l e , a m o u n t i n g t o 2 , 6 5 0 t o n e

( 2 , 9 0 0 m i n u u 2 5 0 ) t h e a n n u a l a t m o s p h e r i o

i n f l o w c a n

b e e a t i m a t e d t o b e a b o u t 6 0 0 t o n s .

T h i e

i s o f c o u r t : t o a r a t h e r r o u g h f i g u r e , s i n c e , o n t h e o n e h a n d , t h e e u t i m a t e s

a r e b a s e d o n t h e

a s u u m p t i o n

t h a t t h e p r e u e n t c o n c e n t r a t i o n s i n S w e d i a h s o i l e a r e a t a s t e a d y s t a t e , a n d

o n

t h e o t h e r , o n a n a v e r a g e f i g u r e f e r t h e d e c o m p o u i t i o n r a t e i n s o i l s .

A s y e t w e d o n o t

k n o w

t o w h i c h e x t e n t t h e s e a s s u m p t i o n a a r o c o r r e c t .

A n e t w o r k o f s t a t i o n ° h a s n o w b e e n o r g a n i z e d

i n o r d e r t o s t u d y

b o t h

t h e a t m o s p h e r i c f a l l o u t o f t h e o r g a n o c h l o r i n e s a n d t h e ¡ s u b s e q u e n t

a c c u m u l a t i o n i n S w e d i s h s o i l s .

T h i s n e t w o r k w i l l b e i n o p e r a t i o n f o r m a n y y e a r o .

F r o m t h e a b o v e i t i s a l e a r t h a t S w e d e n i s a s i n k a r e a , a n d e o u t h e r n c o u n t r i e s a r e s o u r c e

a r r a s f o r t h e o r g a n o c h l o r i n e u .

W e m a y l o o k u p o n t h e s i t u a t i o n a s i f a g l o b a l d e s t i l l a t i o n

o c c u r r e d a l o n g a t e m p e r a t u r e g r a d i e n t .

I f t h i s i s c o r r e c t , t h e n a c o n c e n t r a t i o n g r a d i e n t

m u u t a p p e a r w i t h i n S w e d e n , s i n c e t h e c o u n t r y e x t e n d s f r o m

5 5 t o 6 9

d e c r e e s N o r t h .

T h i s c a n

b e

c h e c k e d b y p l o t t i n g t h e d a t a f o r u n t r e a t e d s o i l : 3 ( p a s t u r a a n d f o r e s t s o i l s ) a g a i n s t

l a t i t u d e .

T h e r e s u l t o a r e e i v e n i n F i g u r e 1 1 .

E a c h d o t r e p r e s e n t u t h e a v e r a g e f o r 1 0 t o

2 0 s o i l s a m p l e s w i t h i n t h e s a n e l a t i t u d e .

l b

S A .

A n s :

I .

i t - o o

F i a - u r e 1 1 .

T h e c u r v e ° i l l u s t r a t e t h e e f f e c t o f i n c r e R s i n g a c c u m u l a t i o n o f L i n d a n e a n d

/ D X r e s p e c t i v e l y a t n o r t h e r n l a t i t u d e s .

T h e u s e o f t h e s e s u b s t a n c e ° i n N o r r l a n d i s a l m o s t

n e g l i e i b l e .

T h e r e i s s o m e s c n t t e r i n t h e d a t a , e s p e c i a l l y f o r D D T , w h i c h m a y a r i s e f r o m i n h o m o g e n e i t i e s

i n t h e s a m p l i n g d e n s i t y .

U n d o u b t e d l y , h o w e v e r , t h e o r g a n o c h l o r i n e s a r e e n r i c h e d t o t h e N o r t h .

F u r t h e r o a m p l i n g i o n o w i n p r o g r e s s t o v e r i f y t h e s e r e s u l t o o n

a n

e x t e n d e d l a t i t u d i n a l s c a l e .

T h e c u r v e s i n F i g u r e 1 1 d o n o t n e c e s e a r i l y i n d i c a t e a n i n c r e a e i n g f a l l o u t n o r t h w a r d s .

O n l y

o n s u c h a n u n r e a l i e t i c a s s u m p t i o n a s t h a t D D T i s i n j e c t e d i n t o t h e o t r a t o s p h e r e , t h i s w o u l d

b e t r u e .

M o s t p r o b a b l y t h e c u r v e s r e f l e c t t h e e f f e c t o f f a l l i n g t e m p e r a t u r e a n d i n c r e a e i n g

d u r a t i o n o f t h e ¡ s n o w a n d f r o n t p e r i o d o t o w a r d s t h e N o r t h .

S i n c e t h e o r g a n o c h l o r i n e s a r e

v o l a t i l e a n d f a i r l y r e s i s t a n t t o m i c r o b i o l o g i c a l d e c o m p o s i t i o n u n d e r a e r o b i c c o n d i t i o n o ,

t h e c l i m a t i c c o n d i t i o n o n o t e d a b o v e w i l l g i v e r i s e t o t h e ' o b s e r v e d e f f e c t .

T h e e n r i c h m e n t o f o r g a n o c h l o r i n e s a t n o r t h e r n l a t i t u d e s c a n n o t b e u n i q u e f o r S c a n d i n a v i a .

T h e s a m e p r o c e d u r e m u s t t a k e p l a c e a l s o i n o t h e r p a r t s o f t h e w o r l d ,

e . g . N o r t h A m e r i c a a n d

t h e U S S R .

W i t h a n a n n u a l c o n u u m p t i o n o f a p p r o x i m a t e l y 2 0 0 , 0 0 0 t o n s o f D D T i n t h e t r o p i c a l a n d

t e m p e r a t e z o n e s o f t h e w o r l d , t h i s g l o b a l t r a n s p o r t a n d r e d i s t r i b u t i o n s h o u l d b e

b o t h

v e r y

e x t e n n i v e a n d

c o n t i n u o u s .

T h e a c c u m u l a t i o n i n t h e N o r t h w i l l ¡ s t e a d i l y i n c r e a s e , a n d b i o l o g i c a l

e f f e c t s m a y b e c o m e a p p a r e n t i n t h e f u t u r e .

T h e p r o c e s e c a n

o n l y b e

s t o p p e d b y a g l o b a l b a n

o n D D T .

o w , ' o n e

/



A P P E N D I X

N O 3 - N

I N D I F F E R E N T F O O D - S T U F F S

A s u r v e y o f t h e c o n t e n t o f n i t r a t e i n d i f f e r e n t k i n d s o f S w e d i s h f o o d - s t u f f s h a s b o e n

u n d e r t a k e n d u r i n g D e c e m b e r

1 9 7 1 .

O n l y v e g e t a t i v e f o o d - s t u f f s w e r e i n v e s t i g a t e d .

T h e

m a t e r i a l c o n s i s t e d o f f r e c h , f r o z e n a n d

c a n n e d v e g e t a b l e s .

T h e d a t a a r e g i v e n i n t h e t a b l e

b e l o w .

N o o f

- p p m o f f r e s h w e i g h t

M o s t o f t h e l i s t e d v e g e t a b l e s a r e g r o w n i n S w e d e n e x c e p t t h e I s b e r g - l e t t u c e , w h i c h i n

i m p o r t e d f r o m I t a l y , S p a i n o r U S A , a n d o r d i n a r y l e t t u c e w h i c h i s i m p o r t e d f r o m H o l l a n d .

T h e b i g v a r i a t i o n o f t h e

N O 3 - I T c o n t e n t i n s p i n a c h

i s c l e a r l y r e l a t a d t o d i f f e r e n t

c a n n i n g f a c t o r i e s .

F a c t o r y A

F a c t o r y D

F 7 . c t o r y C

7 e a m p l e s

6 s a m p l e s

3

s a m p l e s

1 8 1 p p m

m e a n r 4 6 - 2 2 8

P m

6 9 P

m e a n

3 6 4 - 5 4 1

3 1 0 p m m e a n 2 9 5 - 3 2 4

T h e c o n t e n t o f N 0 , 4 N m a y v a r y c o n s i d e r a b l y f o r d i f f e r e n t p a r t s o f a p l a n - t .

T h e f o l l o w -

i n g e x a m p l e c a n b e

g i 4 e n .

L e t t u c e , i n n e r m o s t

l e a v e s 1 9 0 p p m

L e t t u c e , i n t e r m e d i a t e

3 5 0 P P m

L e t t u c e , o u t e r

1 0 5 0 p p m

K i n d o f m a t e r i a l e t c .

s a m p l e s

N O 3 1

C e r e a l s

3

0

M a i z e f r o z e n

1

1 3

T o m a t o

2

1 3

C a u l i f l o w e r

2

1 4

P o t a t o

1

1 5

S w e e t p e p p e r

5

1 6

D o r e c o l e ( n o t f e r t i l i z e d )

2

1 7

C a b b a g e

3

1 7

M u s h r o o m ( n o t f e r t i l i z e d )

3 1 7

O r e e n p e a f r o z e n

4 1 9

C u c u m b e r

2

2 4

R e d C a b b a g e

3

2 4

B r u s s e l s s p r o u t s f r o z e n

4

2 7

A p p l e p u r é e ( b a b y f o o d )

3

2 8

M i x e d v e g e t a b l e s

"

4

3 5

C a r r o t p u r d e

I f

3

3 7

F r e n c h b e a n f r o z e n

3

5 9

C a r r o t d r i n k ( b a b y - f o o d )

5

6 0

B r o c c o l i f r o z e n

3

( 5 5 - 1 0 0 )

7 8

B o r e c o l e

2

1 0 3

I s b e r g l e t t u c e

7

( 7 8 - 1 1 5 )

1 0 4

S p i n a c h

w i t h h a n

( b a b y - f o o d )

4

1 0 7

S p i n a c h f r o z e n

1 6

( 1 4 6 - 5 4 1 )

3 1 3

D i l l f r o z e n

2

4 9 0

L e t t u c e

1 6

( 1 0 9 - 1 2 2 2 )

5 5 4



C h a n g e s i n A c i d i t y o f t n e

P r e c ; p i t a t i o n , P e r i o d 1 9 5 7 - 1 9 6 5 ( b y P r o f .

v a n t e C d e n ,

T h e m a p s s h o w t h e y e a r l y a v e c e s b a s e d o n m o n t h l y m e a s u r e m e n t s a t

t h e

s t a t i o n s m a r k e d

b y b l a c k d o t s .

T h e p o l l u t a n t e a r e s p r e a d b y w i n d f r o m

t h e ' v a r i o u s e m i s s i o n s o u r c e s s u c h a s

t h o s e i n t h e R u h r a r c a o f C e r m a n y o r i n s o u t h - e a s t e r n E n e l a n d .

T h e s u l p h u r - d i o x i d e ( S 0 2 ) e m i t t e d w i t h i n d u s t r i a l s m o k e i s c o n v e r t e d

i n t h e a t m o s p : i e r e

t o s u ) p h u r i c a c i d ,

a d

a s

s u c h

r e p r e s e n t s a n a c u t e d a n g e r f o r t h e e n t i r e b i o l o g i c e n v i r o n m e n t .

A r e s e a r c h t e a m i s a t p r e s e n t i n v e s t i g a t i n g

t h i s p r o b l e m a n d t h e f i n d i n g s w i l l b e p a r t o f t h e

S w e d i s h c o n t r i b u t i o n t o t h e U N C o n f e r e n c e o n t h e H u m a n

E n v i r o n m e n t i n 5 t o c k h o l m . J u n e 1 9 7 2 .



L A O

A M T U D E S ; j 0 : ; G E 1 ' N I N O

P M T I C I D E S

L . E . T u r t l e

P l a n t P r o d u c t i o n

a n d

P r o t e c t i o n D i v i s i o n '

P A O , P . o m e


S o m e e x p l a n a t i o n i s n e e d e d f o r t h e i n c l u s i o n o f a t a l < o n t h i s s u b j e c t i n a S y m p o s i u m

p r i m a r i l y c o n c e r n e d w i t h f e r t i l i z e r s .

I u n d e r s t a n d t h a t i t w a s f e l t t h a t f u t u r e a c t i v i t i e s

a n d s t u d i e s r e l a t i n g t o f e r t i l i z e r u a n d t h e e n v i r o n m e n t m i g h t b e n e f i t f r o m a k n o w l e d g e o f e x -

p e r i e n c e i n t h e p e s t i c i d e s f i e l d .

A t t h e o u t s e t

N e

c a n a c c e p t t h a t t h e r e a r e a n u m b e r o f s i m i l a r i t i e s .

S o m e o f t h e s e c a n

b e l i s t e d a s f o l l o w s : -

B o t h f e r t i l i z e r s a n d p e s t i c i d e s a r e a g r o c h e m i c a l s

b e i n g u s e d i n i n c r e a s i n g a m o u n t s a n d

w h i c h a r e e s s e n t i a l L o i n c r e a s i n g a g r i c u l t u r a l p r o d u c t i v i t y t h r o u g h o u t t h e w o r l d .

B o t h a r e r e s p o n s i b l e

f o r

e n v i r o n m e n t a l

c h a n g e s o f

s o m e k i n d .

B o t h

a r o s u b j e c t e d t o p u b l i c d i s c u s s i o n a n d c r i t i c i s m o n

t h e

l a t t e r g r o u n d s .

I n b o t h c a s e s m u c h o f t h e c r i t i c i s m

i s

n o t b a s e d o n o b j e c t i v e s t v . d y o f t h e a v a i l a b l e

f a c t s .

E o w e m e r , t h e r e a r e i m p o r t a n t d i f f e r e n c e s .

T h e m o s t s t r i k i n g i s t h a t p e s t i c i d e s b y t h e i r

v e r y n a t u r e a r e t o x i c

w h e r e a s f e r t i l i z e r s g e n e r a l l y 4 r e n o t .

S o m e p e s t i c i d e s a r e ' t o x i c t o

o n l y a v e r y n a r r o w r a n g e

o f

s p e c i e s ; o u t m o s t o f t h e m a r e

m o r e o r

l e s s t o x i c t o a w i d e r a n g e ,

w h i c h o f t e n i n c l u d e s m a n . v i d o t h e r n o s - p e n t s p e c i e s .

A u a , r e s u l t , o v e r t h e y e a r s , t h e r e h a v e

b e e n h n m e r o u s p o i s o n i n g s a n d f a t a l i t i e s f r o m p e s t i c i d e s .

T h e f a c t

t h a t

t h e s e i n c i d e n t s h a v e

o f t e n f o l l o w e d f a i l u r e s t o t a k e s i m p l e p r e c a u t i o n s - a m o n g s t p a c k e r s , d i s t r i b u t o r s a n d u s e r s ,

h a s l e d t o

s t r i c t e r s u p e r v i s i o n a n d c o n t r o l b y a u t h o r i t i e s

i n

m a n y c o u n t r i e s .

S i m i l a r l y , t h e

c c r u r r e n c e o f r e s i d u e s i n f o o d s h a s r a i s e d d o t t s , s t i m u l a t e d m u c h r e s e a r c h

a n d l e d t o t h e

i n t r o d u c t i o n o f

t o l e r a n c e l e v e l s a n d o t h e r r e s t r i c t i o n s .

I n s h o r t , i t h a s l o n g b e e n

a c c e p t e d

t h a t n e w p e s t i c i d e s s h o u : d o n l y b e i n t r o d u c e d a f t e r c r i t i c a l a s s e s s m e n t o f t h e p o s s i b l e r i s k s

a n d

t h a t s u b s e q u e n t l y t h e y a r e o n l y u s e d u n d e r a d e q u a t e t e c h n i c a l s u p e r v i s i o n .

T h i s l e a d s t o a d e s c r i p t i o n o f t h e F A O P e s t i c i d e s P r o g r a m m e s i n c e i t i s d e s i g n e d e s s e n t i a l l y

t o e n s u r e s a f e t y i n t h e i n t r o d u c t i o n a n d u s e

o r

p e s t i c i d e s .

F A O P e s t i c i d e s P r o g r a m m e

T h i s d o e n n o t r e f e r t o a p r o g r a n n e d e s i g n e d L o i n c r e a s e t h e 1 : s e o f p e s t i c i d e s :

t h e r e i u

n o s u c h p r o g r r i m m e :

F A O ' s a c t i v i t i e s

I n

t h e p l a n t p r o t e c t i o n f i e l d o n l y l e a d t o a n y i n c r e a s e s

i n

u s e o f p e s t i c i d e s i n s o f a r a s s t u d i e s a n d a d v i s o r y

a c t i v i t i e s o f t h e r e s p e c t i v e b i o l o g i s t s ,

a t h e a d q u a r t e r s o r i n t h e f i e l d , l e a d t o r e c o m m e n d a t i o n s t h a t

p e s t i c i d e s r a t h e r t h a n o t h e r

c o n t r o l m e t h o d s a r e a p p r o p r i a t e f o r t h e p a r t i c u l a r

c o n d i t i o n s .

T h e F A O P e s t i c i d e s

P r o g r a m m e

c o m m e n c e d i n

1 9 5 9

a n d f o l o w e d a p e r i o d d u r i n g w h i c h i n u m b e r o f f a t a l i t i e s h a d o c c u r r e d

a m o n g s t

f i e l d a p p l i c a t i o n s .

T h e a c c i d e n t s w e r e l a r g e l y d u e

t o

u n s a t i s f a c t o r y p r a c t i c e s i n t h e

. . 1 : 3 e o r

s o m e r e c e n t l y i n t r o d u c e d p e s t i c i d e s o f r e l a t i v e l y

h i g h a c u t e t o x i c i t y , a n d i t w a s f e l t t h a t

g o v e r n m e n t s n e e d e d g u i d a n c e .

I n 1 9 6 2 a n i n t e r g o v e r n m e h t a l c o n f e r e n c e

o n

t h e u s e o f p e s t i c i d e s

i n i E r i c u l t u r e

W j u

h e l l i n R o m e a n d F A O s u b s e q u e n t l y e s t a l i s h e d a p r o g r a : n m e

a i m e d t o r a i s e

s t a m d a r d s i n s u p e r v i s i o n a n d u s e o f p e s t i c i d e s .

C r o u p s o f e x p e r t s w e r e

f o r m e d

t o a d v i n e o n

s p e c i f i c a s p e c t s o f t h e s u b j e c t .



O n e g r O u p o f e x p e r t u d e a l i n g w i t h t h e o f f i c i a l c o n t r o l o f p e s t i c i d e s h a s d r a w n u p a d v i -

e e r y p a p e r s a n d p r e p a r e d a

l i s t

o f e t a n d a r d s p e c i f i c a t i o n s t o h e l p g o v e r n m e n t s i n t h e i n a u -

g u r a t i o n a n d a d m i n i s t r a t i o n o f s c h e m e e f o r s u p e r v i s i n g t h e i n t r o d u c t i o n a n d u s e o f p e o t i c i d e s .

S u c h s c h e m e a a r e n o r m a l l y b a e e d o n t h e p r i n c i p l e t h a t p e e t i c i d e s s h o u l d n o t b e u s e d u n l e s s

t h e y a r e f i r e t r e g i s t e r e d w i t h t h e a u t h o r i t i e s .

A d v i c e h a s b e e n p r o v i d e d f r o m H e a d q u a r t e r s

a n d c o n s u l t a n t a h a v e m a d e v i a i t s t o v a r i o u e c o u n t r i e s r e q u i r i n g a e s i e t a n c e o n t h i s

s u b j e c t .

F u r t h e r m o r e , t h e a d v i c e h a s a l w a y s b e e n t h a t D e p a r t m e n t u o f H e a l t h a n d o f A g r i c u l t u e e s h o u l d

b o t h b e i n v o l v e d .

A n o t h e r g r o u p o f e x p e r t a w h i d h m e e t u j o i n t l y w i t h a W H O g r o u p o f e x p e r t s o n a n i n t e r -

d i e c i p l i n a r y b a s i s , h a s b e e n c o n c e r n e d w i t h r e a i d u e s o f p e a t i c i d e s i n f o o d s .

E a c h y e a r

i t c o n e i d e r s t h e a v a i l a b l e d a t a o n t h e o c c u r r e n c e o f r e s i d u e a o f p a r t i c u l a r

p e s t i c i d e s i n

f o o d s t u f f u .

I t e t a s k i s t o a e s e s s t h e d a t a c r i t i c a l l y a n d , w h e n t h e d a t a a r e a d e q u a t e ,

t o m a k e r e c o m m e n d a t i o n s f o r t o l e r a n c e s , o r a c c e p t a b l e r e s i d u e l i m i t s , w h i c h a r e

c o n s i d e r e d

e u i t a b l e f o r g e n e r a l a d o p t i o n f o r c o m m o d i t i e e m o v i n g f r o m o n e c o u n t r y t o a n o t h e r .

W h e n t h e g r o u p f i n d o t h a t t h e d a t a a r o i n a d e q u a t e , a t t e n t i o n i s d r a w n t o t h e d e f i c i e n -

c i e e a n d t o t h e k i n d o f r e s e a r c h t h a t n e e d u t o b e d o n e i n o r d e r t o r e m e d y t h e : 1 .

S o m e

r e c o m m e n -

d a t i o n e a r e m a d e o n a t e m p o r a r y o r c o n d i t i o n a l b a s i s p e n d i n g t h e c o n d u c t o f f u r t h e r r e s e a r c h

t o c l e a r u p d o u b t s a b o u t s p e c i f i c p o i n t s w h i c h a r e l i s t e d .

T h e r e p o r t s o f t h i s g r o u p n u m m a -

r i e e t h e d a t a c o n s i d e r e d .

S u b s e q u e n t l y , t h e r e c o m m e n d a t i o n u f o r m a x i m u m a c c e p t a b l e l e v e s

o r t o l e r a n c e o f o r m t h e b a a i s o f i n t e r - g o v e r n m e n t a l d i s c u u u i o n e w h i c h a r e o r g a n i z e d u n d e r

t h e j o i n t F A O / W H O C o d e x A l i m e n t a r i u s C o m m i s s i o n w i t h a v i e w t o b u i l d i n g u p a s e r i e s o f i n t e r -

n a t i o n a l l y a g r e e d t o l e r a n c e l e v e l s .

T h e s e p a r t i c u l a r a c t i v i t i e s a r e c o n c e r n e d w i t h r e u i d u e s

i n f o o d .

: : e v e r t h e l e s s , i n

1 9 6 9

c h e g r o u p e x p r e s s e d

s o m e

u n e a s i n e s s r e g a r d i n g t h e d i s t r i -

b u t i o n o f D D T i n t h e e n v i r o n m e n t w i t h c o n u e q u e n t i a l o c c u r r e n c e s i n f o o d ; a n d i t r e c o m m e n d e d

t h a t " i t u u s e s h o u l d b e r e s t r i c t e d t o c i r c u m s t a n c e s i n w h i c h t h e r e a r e n o e a t i s f a c t o r y a l t e r -

n a t i v e s " .

T h e t h i r d g r o u p o f e x p e r t ' ) s e t u p f o r t h e 1 1 3 6 2 C o n f e r e n c e h a s b e e n c o n c e r n e d w i t h t h e

i n c r e a s i n g o c c u r r e n c e o f u t r a i n s o f p e s t o t h a t a r e r e s i s t a n t t o t h e p e u t i c i d e s f o r m e r l y u n e d .

T h i e l a t t e r p r o b l e m n e e d u t o b e t a c k l e d n o t o n l y t o e n s u r e a c o n t i n u o u s b a s i s f o r c o n t r o l -

l i n g p e u t s p e c I e n b u t a l s o t o o v e r c o m e t h e t e n d e n c y o f f a r m e r s t o a p p l y m o r e p e s t i c i d e s t o

o v e r c o m e r e s i s t a n c e w h e n i t o c c u r s .

A n o t h e r e x p e r t c r o u p h a s b e e n c o n c e r n e d w i t h p r o m o t i n g r e s e a r c h p r o g r a m m e s f o r t h e

c o n t r o l o f m a j o r p e s t s b y t h e i n t e g r a t i o n o f a l l m e t h o d n o f p e e t c o n t r o l , i n c l u d i n g

b i o l o -

g i c a l a n d c h e m i c a l m e t h o d o , b a s e d o n e c o l o g i c a l c o n s i d e r a t i o n s .

P a r t i c u l a r a t t e n t i o n h a s

b e e n p a i d t o t h e d e v e l o p m e n t o f i n t e g r a t e d p r o c e d u r e s f o r t h e c o n t r o l o f p e s t s o f

c o t t o n

b e c a u e e t h i s i o a c r o p o n w h i c h e x c e e e i v e a m o u n t s o f p e s t i c i d e s h a v e

o f t e n b e e n a p p l i e d ,

s o m e t i m e s o n l y t o p r o v i d e a s e u r a n c e a g a i n u t p o o s i b l e a t t a c k b y p e s t s .

T h e g e n e r a l c o n c e p -

t i o n o f t h i s p a r t o f t h e p r o g r a m m e , t h e r e f o r e , i s t o m a k e c u r e

t h a t p e s t i c i d e s a r e o n l y u s e d

w h e r e t h e y a r o r e a l l y n e e d e d .

A i d t o D e v e l o p i n g C o u n t r i e s

F A O i u r e s p o n s i b l e f o r p r o j e c t s d e s i g n e d t o i m p r o v e c o m p e t e n c e i n

t h e c o n t r o l o f p e s t o

i n m a n y c o u n t r i e s .

T h e s e p r o j e c t s n o r m a l l y a r e b r o a d i n c o n c e p t i o n , c o n t a i n i n g

m a j o r i n p u t s

i n e n t o m o l o g y , p l a n t p a t h o l o g y a n d

s i m i l a r b i o l o g i c a l s u b j e c t s .

S o m e i n c l u d e a s s i s t a n c e i n

s e t t i n g u p p r o c e d u r e s f o r r e c u l a t i n g t h e i n t r o d u c t i o n

o f n e w p r o d u c t s .

O t h e r s a r e s u b s t a n -

t i a l l y c o n c e r n e d w i t h t h e a b i l i t y t o m e a n u r e p e s t i c i d e

r e s i d u e s .

T h e s e a r e m a i n l y c o n c e r n e d

w i t h r e s i d u e s i n f o o d s b u t t h e f a c i l i t i e s

d e v e l o p e d a r e b e i n g e m p l o y e d f o r m a k i n g m e a s u r e -

m e n t s i n v a r i o u n o t h e r e n v i r o n m e n t a l m a t e r i a l s

s u c h a s n o i l a n d w a t e r .

B u t r e s o u r c e e f o r

t h i s w o r k a r c l i m i t e d a t p r e s e n t a n d i t i s h o p e d t o

i n c r e a s e t h i s a c t i v i t y , e i n c e d a t a o n

t h e a c t u a l o c c u r r e n c e o f r e s i d u e s a r e e s s e n t i a l t o a n y

r a t i o n a l c o n s i d e r a t i o n o f t h e i r i m -

p o r t a n c e i n a n y p a r t i c u l a r c i t u a t i o n .

T h e n e e d f o r m e a s u r e m e n t s i s b y n o m e a n s c o n f i n e d

t o f o o d s a n d m a t e r i a l s o f t e r r e s t r i a l o r i g i n s .

T h e F i s h e r i e s D e p a r t m e n t o f F A O i s v e r y

i n t e r e s t e d i n m e a e u r i n g t h e o c c u r r e n c e o f r e s i d u e s i n

f i s h a n d w a t e r a n d t h e F A O T e c h n i c a l

C o n f e r e n c e o n M a r i n e P o l l u t i o n h e r e i n R o m e

( D e c e m b e r

1 9 7 0 )

p a i d m u c h a t t e n t i o n t o m o n i t o r -

i n g o f t h e o c c u r r e n c e o f r e s i d u e s i n t h e

m a r i n e e n v i r o n m e n t .



A t t i t u d e s o n S o m e I t / p o r t a n t P o i n t s

W e r e c o g n i z e t h a t p e e t i c i d e s h a v e s o m e t i m e s b e e n a p p l i e d w i t h o u t s u f f i c i e n t s t u d y o f

n e e d a o r o f a l t e r n a t i v e s ; a l s o t h a t c o m e o r g a n o - c h l o r i n e p e s t i c i d e s a r e m o r e p e r s i s t e n t t h a n

i s n e e d e d t o c o n t r o l s o m e o f t h e p e n t u

a g a i n u t

w h i c h t h e y a r e u s e d a n d t h a t t h e i r r e s i d u e e

h a v e b e c o m e d i s t r i b u t e d w i d e l y i n t h e e n v i r o n m e n t .

N e v e r t h e l e s s , m a n y w i d e l y r e p o r t e d o t a t e -

m e n t o o n t h i s s u b j e c t c a n n o t b e a u c t a n t i a t e d w h e n e x a m i n e d o b j e c t i v e l y a n d i n

t h e l l g h t o f

t h e f a c t s .

F o r t h i s r e a s o n , i t i s e n s e n t i a l t o a s s e s s e u c h i n f o r m a t i o n o b j e c t i v e l y a n d c r i -

t i c a l l y o n

a n

i n t e r - d i s c i p l i n a r y b a s t o b e f o r e d e c i d i n g o n a n y n e c e s s a r y a c t i o n .

I n d e c i d i n g o n a c t i o n s u c h a n t h e w i t h d r a w a l o f a c h e a p a n d w i d e l y u s e d p r o d u c t f u r t h e r -

m o r e , i t i u n o c e n s a r y t o t a k e i n t o a c c o u n t t h e v a r i o u s l i k e l y c o n s e q u e n c e s , s u c h a n a n y n e w

h a z a r d s o r a n y e c o n o m i c o r - o n t h e D D T q u e s t i o n - a n y s o c i a l e f f e c t s w h i c h m i g h t f o l l o w .

F A O i n f o l l o w i n g o u c h a p o l i c y , w h i l u t e n c o u r a g i n g r e s e a r c h ' a n d o t h e r a c t i v i t i e s l e a d i n g

t o t h e a d e P t i o n o f s a t i s f a c t o r y a l t e r n a t i v e e .

W i t h i t s m u l t i p l e r e s p o n s i b i l i t y f o r t h e p r o -

m o t i o n o f p r o d u c t i v i t y i n a g r i c u l t u r e , f o r t e c h n i c a l a s s i e t a n c e i n d e v e l o p i n g c o u n t r i e s a n d

f o r t h o m a i n t e n a n c e o f s t a n d a r d s o f q u a l i t y i n f o o d a n d w i t h i t e b a c k g r o u n d o f e x p e r i e n c e

i n a s s e m b l i n g e x p e r t s o n a m u l t i - d i s c i p l i n a r y b a s i u , i n m y v i e w F A O i s w e l l s u i t e d t o p r o v i d e

o b j e c t i v e I n f o r m a t i o n a n d a d v i c e o f t h i s k i n d .

I n o u m m a r y , t h e a c t i v i t i e n o f F A O i n t h e p e e t i c i d e f i e l d h a v e b e e n l a r g e l y d i r e c t e d t o

t h e e n c o u r a g e m e n t o f h i g h e r n t a n d a r d n o f o c i e n t i f i c a n d t e c h n i c a l e u p e r v i n i o n o f i n t r o d u c t i o n

a n d u s e .

A l t e r n a t i v e m e t h o d e o f p e n t c o n t r o l a r e e n c o u r a g e d a n d a n y e x c e s s i v e u s e n d i s -

c o u r a g e d w h e r e v e r p o s s i b l e .

B y i n c r e a e i n g t h e t e c h n i c a l a n d o c i e n t i f i c i n p u t , w e a r e c o n -

f i d e n t t h a t i t w i l l c o n t i n u o t o b e p o u n i b l e t o c o n t i n u e t o m a k e f u l l u s e o f p e s t i c i d e s i n

a g r i c u l t u r a l p r o d u c t i o n t h r o u g h o u t t h e d e v e l o p i n g w o r l d .



2 ( 1 C T S O F T H E A P P L I C A T I O N O F I N O R G A N D ; A N D O R G A N I C

M A N U R E Z O N T H Z M A R K E T Q U A L I T Y A N D O U T H E B I O L O G I C A L V A L U E O F

A G R I C U M U R A L P R O D U C T S

W . S c h u p h a n

D i r e c t o r F e d e r a l I n s t i t u t e f o r Q u a l i t y R e u e a r c h o f P l a n t P r o d u c t s

G e i s e n h e i m / R h e i n g a u - F e d e r a l R e p u b l i c o f G e r m a n y

T h i s m e e t i n g i s c o n o e c r a t e d t o a a u b j e o t " E f f e c t ° o f I n t e n s i v e F e r t i l i z e r U s e o n t h e

H u m a n E n v i r o n m e n t " .

P a s t o f i t w i l l b e m y s p e c i a l t h e m e .

T h e t e r m " h u m a n e n v i r o n m e n t " a f f o r d s - a t l e a a t f o r m y p a p e r - a n i n t r o d u c t o r y d e f i n i -

t i o n .

I t m a y b e g i v e n f i r a t :

I n o u r o p i n i o n t h i a c o n c e p t i o n c o m p r e h e n s e s n o t o n l y t h o " s u r r o u n d i n g s " o f m e n i n i t s

n a r r o w e c o l o g i c a l s e n a e ( c l i m a t e , m i c r o c l i m a t e , a o i l , s u b a o i l ,

g r o u n d w a t e r , t o p o g r a p h y ) b u t

a l a o h u m a n f o o d i n t e r m o o f f o o d - p l a n t o g r o w n u n d e r o e r t a i n e c o l o g i c a l c o n d i t i o n s , a n d -

i n

o u r s p e c i a l c a s e - t r e a t e d w i t h h i g h a m o u n t s o f f e r t i l i z e r n .

T h e p h y s i o l o g i c a l o r i n

e x c e p t i o n e v e n p o t e n t i a l t o x i o c o n s e q u e n c e f o r m e n v i a t h e s o t r e a t e d f o o d - p l a n t s a r e

a l e o

a u b j e c t t o t h i a c o n c e p t .

T h i s s t a t e m e n t w e h a v e t o b e a r i n m i n d f o r t h e f o l l o w i n g a r g u m e n t o a n d e x p e r i m e n t a l

r e s u l t o .

A g r i c u l t u r a l a n d h o r t i o u l t u r a l p r o d u c t i o n o f p l a n t s u s e d a s h u m a n f o o d c a n b e r e g a r d e d

f r o m a t l e a s t t w o p r i n c i p a l v i e w p o i n t s .

T h o f i r a t ,

" E c o n o m i c s "

- b a n e o f e v e r y p r o d u c t i v i t y - i a o n e o f i t . I t i n n o m e w h a t c o n f r o n t e d w i t h t h e a e c o n d

v i e w p o i n t ,

" H u m a n N u t r i t i o n a n d H e a l t h "

s c a r c e l y c o n s i d e r e d a n d m o s t l y n e g a t e d b y m a n y r e p r e a e n t a t i v e a o f A g r i c u l t u r e a n d H o r t i -

c u l t u r e ( 1 ) .

O n t h e f i r s t l o o k t h i s c o n f r o n t a t i o n

o f l e a r n e d e x p e r t a i n n u t r i t i o n a l a c i e n c e

T h e " n u t r i t i o n a l " g r o u p o f e x p e r t a h a s f o

t h e i r a n t i q u a t e d o p i n i o n , m a x i m u m y i e l d o


B O C M G

r a t h e r s t r a n g e b u t i t i s n o t i n t h e v i e w

o r f r o m t h e w e l l k n o w n c o n s u m e r ' s s t a n d p o i n t .

u g h t t h e o t h e r g r o u p , a g r i c u l t u r i s t ° , i n r e f u s i n g

u g h t t o b e t h e r e a l , t h e o n l y a i m o f m o d e r n p l a n t

F o o d - p l a n t o o r t h e i r p r o d u c t s - f r u i t , v e g e t a b l e s , p o t a t o e s - a r e e a t e n p r e f e r e n t i a l l y

b e c a u s e o f t h e i r h i a h " b i o l o g i c a l v a l u e " b a s e d o n d i e t e t i c a n d h e a l t h k e e p i n g p r o p e r t i e e .

T h i n i n t o t a l l y d i f f e r e n t w i t h f o o d d e r i v e d f r o m a n i m a l s .

T h i a f o o d i s u s e d c h i e f l y a n b a s i c s o u r c e s o f p r o t e i n a n d f a t o f f e r i n g t o t h e c o n a u m e r

h i g h ¡ c a l o r i e s .

W e k n o w n o w a d a y s t h a t p l a n t p r o d u c t s s e r v e a s a v a l u a b l e s o u r c e o f h e a l t h

k e e p i n g p r o p e r t i e s ( 1 , 2 ) .

F u r t h e r m o r e , f o o d - p l a n t s a r e r e g a r d e d a s e f f e c t i v e d i e t e t i c h e l p a g a i n s t t h e d i s e a s e e

o f c i v i l i z a t i o n , e a p . t h o s e o f t h e h e a r t , b l o o d v e s s e l s a n d c i r c u l a t i o n w i t h f a t a l t e r m i n a -

t i o n ( 1 , 2 ) .



V a r i o u a r e s e a r c h w o r k e r h a v e p r o v e d t h a t t h e s u p p l y o f a n i m a l p r o t e i n r a l e a d t h e l e v e l

o f c h o l e a t e r o l i n t h e e e r u m , w h e r e a n t h e s u p p l y o f p r o t e i n d e r i v e d f r o m p l a n t - f o o d l o w e r e d

i t s i g n i f i c a n t l y ( 1 , 2 ) .

A o c o r d i n g t o H o l t m e i e r ' s e x p e r i m e n t a l r e s u l t a ( 1 ) s o d i u m a n d c h l o r i n e i n N a C 1 a r e j o i n t l y

r e s p o n e i b l e f o r t h e d e v e l o p m e n t o f o e d e m a a n d r i s e o f b l o o d p r e s s u r e i n e e e e n t i a l h y p e r t o n y .

I n a n y l i v i n g o r g a n i s m , p l a n t o r a n i m a l , p o t a n o i u m i s a n t a g o n i o t i c t o s o d i u m a c c o r d i n g t o

e h y e i o l o g i c a l f u n c t i o n o f b o t h c a t i o n s i n t h e l i v i n g c e l l .

M e n e e l y t I l d c o - w o r k e r s ( 1 ) f o u n d i n n i n e e x p e r i m e n t o t o d e t e r m i n e t h e l o n g e v i t y o f

9 4 5

r a t o t h a t w i t h i n c r e a s i n g o r a l a p p l i c a t i o n s o f N a C 1 t h e a y s t o l i c b l o o d p r a t : P u r e , t h e

s e r u m c h o i c e - t a x - 0 1 , t h e t o t a l e x c h a n g e a b l e b o d y - P o d i u m a n d e l e c t r o c a r d i o g r a p h i c a b n o r m a l i t i e e

i n c r e a e e d .

I f b y s u p p l y i n g K C 1 t h e r a t i o o f K

N a

1

: 1 w a s a t t a i n e d , t h o c o n a e q u e n c e

w a s a n a s t o n i s h i n g p r o l o n g a t i o n o f t h e a v e r a g e l o n g e v i t y .

W i t h h i g h e r a p p l i c a t i o n s o f N a C 1

t h e h i g h b l o o d p r e e s u r e c o u l d b e n o r m a l i z e d

a i n b y e u p p l y K C 1 .

F r o m F i g u r e e 1 a n d 2 i t w i l l b e e e e n t h a t a n i m a l f o o d n , i n p a r t , h a v e v e r y h i g h c o n t e n t a

o f N a a n d C l a n d t h a t t h e s e v a l u e ° a r e n o t b a l a n c e d b y c o r r e e p o n d i n g l y h i g h v a l u e c o f K .

T h i s

i s p a r t i c u l a r l y a c u t e i n h a d d o c k , i n c h e e s e ( E h m e n t a l e r ) , i n m a y o n n a i o e a n d i n b u t t e r .

K o r e o v e r , e g g e a n d m i l k d o n o t h a v e e u c h a f a v o u r a b l e p r o p o r t i o n o f ( N a + C l )

K a u m o a t

p l a n t p r o d u c t o .

I n f o o d - p l a n t e o r t h e i r c o m p o n o n t o r g a n s , r i p o p e a s , l e n t i l a a n d s p i n a c h s t a n d o u t a b o v e

a l l o t h e r r e p r e o e n t a t i v e s b y t h e i r h i g h p o t a s s i u m c o n t e n t o a n d r e l a t i v e l y l o w P o d i u m a n d

c h l o r i n e .

A l o o o u r m a j o r f o o d - o t u f f , t h e p o t a t o , h a z a f a v o u r a b l e p r o p o r t i o n , a n w e l l a s

m o a t k i n d e o f f r u i t .

I n t h i s i t m u o t b e t a k e n i n t o a c c o u n t t h a t - a c c o r d i n g t o o u r r e c e n t e x p e r i m e n t a l

r e s a l t e - b y a t t r a c t i v e m e t h o d ° , c o o k i n g w i t h p l e n t y o f w a t e r , b y t h r o w i n g a w a y t h e w a t e r

u s e d i n c o o k i n g , a n d b Y e t r o n g e c a o o n i n g w i t h c o o k i n g G a l t , a n u n f a v o u r a b l e p a r t i a l d i s p l a c e -

m e n t o f t h e m i n e r a l n m e n t i o n e d c a n t a k e p l a c e t o t h e d e t r i m e n t o f p o t a a e i u m .

T h i s e m p h a s i z e s

t h e g r e a t v a l u e o f p r e s e c d v e g e t a b l e - a n d f r u i t - j u i c e o f o r d i e t e t i c p u r p o s e ° .

F u r t h e r m o r e

a n d t h a t w i l l b e p r o v e d l a t e r o n f e r t i l i c i n g h a s a d i s t i n c t i n f l u e n c e o n c o n t e n t s o f p o t a s e i u m

i n f o o d - p l a n t s .

T h e c a m e i s t r u e t o M a g n e o i u m .

S u f f i c i e n t a m o u n t s o f M g i n o u r f o o d a v o i d

h e a r t t r o u b l e : 3 a n d c i r c u l a t i o n d i s o r d e r s ( 3 ) .

T h e r e f o r e , i t e e e m s n e c e s s a r y t o I n c t h a t c r i t e r i a o f t h e " B i o l o g i c a l V a l u e " o f f o o d - p l a n t o

c o m p r e h e n a i n g n u t r i t i o n a l a n d h e a l t h k e e p i n g p r o p e r t i e e p r e v a i l i n a g r i c u l t u r a l p r o d u c t i o n

o v e r a " c o e m e t i c l i k e " r e v i e w o f q u a l i t y a s f o u n d i n " s t a n d a r d s " o f f r u i t

a n d v e g e t a b l e s .

T h e s a m e a t t i t u d e i e n e c e e s a r y t o w a r d o n e - s i d e d m e : I n u r e s t o a t t a i n t h e h i g h e s t y i e l d o v e r

p o s o i b l e ( 4 ) .

T h i e i n n o t o n l y a " p r e o u m p t i o n o f f a c t " b u t a s t a t e m e n t o f h i g h e v i d e n c e .

T h i e m a y b e

p r o v e d n o t o n l y b y e x p e r i m e n t a l r e s u l t o g i v e n l a t e r o n b u t a l u o b y c o n c l u s i o n s

f r o m a n a l o g y

t o w a r d p r o d u c t o o f t e c h n i q u e .

T w o q u e s t i o n s a r i s e i n t h i a r e s p e c t :

I o t h e a t t e m p t t o c o t a b l i e h a n a n a l o g y b e t w e e n

t e c h n i c a l a n d a g r i c u l t u r a l p r o d u c t s

p e r m i s o i b l e ?

C a n o r i t e r i a f o r q u a l i t y i n m a c h i n e e , m o t i v e

f u e l s , a n d l u b r i c a t i n g o l i o , e . g .

p o w e r , u e e f u l l i f e , p r o d u c t i v i t y a n d c a p a c i t y

f o r r e s i n t i n g p r e m a t u r e w e a r , l o g i c a l l y

b e a p p l i e d t o f o o d - p l a n t e s e r v i n g m e n a s b e a r e r o f e n e r g y

a n d h e a l t h k e e p i n g p r o p e r t i e e

T h e s e q u e s t i o n s m u s t b e a n s w e r e d i n t h e a f f i r m a t i v e

i f o n e t a k e s a s a b a n i a t h e a f o r e m e n t i o n e d

c l a i m ° o f t h e c o n a u m e r t o n u t r i t i o u u f o o d e t u f f s

u n a d u l t e r a t e d b y f o r e i g n s u b s t a n c e s a n d

a u s u m e s t h i s t o b e g e n e r a l l y

a p p l i c a b l e .

T h i s c o n c l u s i o n i o c o g e n t , s i n c e f o o d f o r t h e h u m a n

o r g a n i o m o h o u l d e n s u r e f o r t h e b o d y a m a x i m u m a n i a n

l o n g l a s t i n g a n p o o n i b l e s t a n d a r d o f

e f f i c i e l n e y w i t h o u t p r e m a t u r e " w e a r i n g o u t " , s e r v i n g ,

i n a o e n o e , a s p r e v e n t i v o t h e r a p y .



C o n i e n / s o f N a , C I

d e r i v e d f r o m

m g . p e r 1 0 0 g .

1 - / a z e l n u f s

G r e e n p e a s

O n i o n s

P e a c h e s

L e / l u c e *

M a c a r o n i , v e r m i c e l l i , e l c .

P u m p k i n

,

m e l o n

C u c u m b e r

K o h l r a b i l e a v e s

P o / a l o e s 4 -

A s p a r a g u s

T o m a t i o e s

B e a n s , g r e e n *

P e a r s

C h e r r i e s

R e d c u r r a n t ' s

S i r o w b e r r i e s

A p p l e s

W i n e g r a p e s

A p r i c o t ' s

1

a n d I < i n p r o d u c t ' s

p ( a o i s

f r e s h p r o d u c t

N a - t t p o r D a m i = = =

C l - 4

c = I r t m m ' I . 3 1 1

c p : z = s r i s l i

4 L w a - 2 1 : m

r w z r z i m s s o m e

e t n i r e e s

G o o s e b e r r i e s

P l u m s

O r a n g e s

T h e p l a n t p r o o ' u c t s m a r k e d ( * l o r e r e p r e , s e n t a t i v e a v e r a g e v a l u e s f r o m 3 5 1 0 6 5

a n a l y s e s ( l e t t u c e , g r e e n b e a n s ) o r 1 2 9 - 2 0 6 ( p o t a t o e s ) . T h e m a t e r i a l w a s d e r i v e d

f r o m l o n g - t e r m v a r i e t y , l o c a l i t y o n o ' f e r t i l i z e r e x p e r i m e n t s T h e o t h e r a n a l y t i c a l

v a l u e s o r e t o k e n f r o m K N I P P I N G a n d L o o s E N ( 6 1 . ( i ) )

C . )



P E ;

C o n / e n t s o f N a , C l a n d K

i n p r o d u c t s

d e r i v e d f r o m a n i m a l s

m g .

p e r 1 0 1 2 g f r e s h p r o d u c t

c b

e t ,

t

N A

- t

: z z ,

C I )

'1

= 1

C Z )

C - . )

t Z )

0

0

0

4 : )

r

- 7 I I

1 . . 4

a S ,

H a d d o c k

- - . . M a y o n n a i s e

N , "

1

S . C K . V

P E m m e n / a / c h e e s e

N a ' r

a k i

k i d n e y

O x / i

v e r .

B e e f , l e a n

E g g s

P o r k . , m e d i u m f a t

/ V , / k , f r e s h

_ F I - 7 . : : ; = " r a 2 2 0 = 1 1 6 0 5 ( 1 1 1

1 E 2 '

' ' ' ' , 4 " a 2 4 : 1 1

P e a s , r i p e

S p i n a c h *

R o l l e d o a l s

C a r r o t s *

R y e f l o u r ( d a r k )

k l 1 - ? e a l f l o u r ( w h i l e )

L e n l i l s

E n d i v e


K o h l r a b i ( t u b e r s )

W h i l e c a b b a g e *

S a v o y c a b b a g e * .

T h e p l a n ' p r o d u c t s m a r k e d " ; a r e r e p r e s e n / a / / v e

a v e r a g e v a l u e s f r o m 3 5 t o 6 5

a n a l y s e s ( w h i l e c a b b o q e , c a r r o t s ) O r 7 2 9 - 2 0 6 ( s a v o y s , s p i n a c h ) . T h e

m a t e r i a l ' a s

o ' e r i v e d f r o m l o n 9 - l e r m v a r i e t y , l o c a l / / y a n d f e r t i l i z e r e x p e r i m e n t ' s . T h e

o t h e r a n a l y t i c a l

v a l u e s a r e t a k e n f r o m K N I P P I N G a n d L O O S E N ( c i t . ( . 1 1 )

" a r r :

i r i a k i f 2 a - z L ,

) 1 7 7 7 . 1 L - T . 7 1 1

F 5 0 1 " 3 1 5 E i e t r a m m u s i

- I r t . ' m ' i = m t e 2 2 2 2 a l l



T h e r e f o r e , t h e c o n e u m e r ' s c l a i m t o " s o u n d f o o d " i s t h e f o c a l p o i n t a n d i s f u l l y

j u e t i f i e d .

I t i s e x p e c t e d o f t h e p r o d u c e r a n d o f t h e t r a d e r t h a t t h i s r e q u i r e m e n t b e

B a t i k : f l e d .

I t i e w e l l k n o w n t h a t M a x i m u m Y i e l d h a s b e e n s i n c e a b o u t o n e o e n t u r y u t m o s t t h o o n l y

c r i t e r i o n f o r e s t i m a t i n g f e r t i l i z e r - t r i a l s .

N o f u r t h e r s c o p e c a r r i e d a n y i m p o r t a n t w e i g h t

i n a g r i c u l t u r a l c h e m i s t r y .

T h e r e f o r e , t w o q u e s t i o n e a r i s e f o r o t h e r s c o p e s :

t h a t u m p i r e c r i t e r i a f o r e s t i m a t i n g O p t i m u m B i o l o g i c a l V a l u e d o e x i s t ?

W h a t h a p p e n s t o t h e B i o l o g i c a l V a l u e o f f o o d - p l a n t s w h e n t h e y i e l d - f o r c e d

b y e x c e e d i n g f e r t i l i z e r o u p p l y - r o a c h e s i t s M a x i m u m ?

H e r e a g a i n w h a t i u

s e r v i n g a s u m p i r e c r i t e r i a t o j u d g e t h e e e r e s u l t s ?

T h e f i r e t q u e s t i o n c a n b e a n s w e r e d a s f o l l o w s :

' r h o t e r m " B i o l o g i c a l V a l u e " e m b r a c e s t h e n u t r i t i o n a l v a l u e o f a f o o d - p l a n t , i t s

w h o l e s o m e n e s s i n c l u d i n g f l a v o u r a n d i t s v a l u e f o r t h e m a i n t e n a n c e o f h u m a n h e a l t h .

A s a

c o m p l e x t e r m i t c a n n o t b e d e f i n e d w i t h r e f e r e n c e t o t h e p r e s e n c e o f a f e w c h e m i c a l s u b -

s t a n c e s i n t h e p l a n t .

I t i s o n l y b y n u t r i t i o n a l e x p e r i m e n t s t h a t i t c a n b e c h a r a c t e r i z e d

s u f f i c i e n t l y .

T o a c e r t a i n e x t e n t i t r e p r e s e n t s t h e s u m o f a l l c h e m i c a l s u b s t a n c e s w i t h

a p o s i t i v e a c t i o n w h i c h a r e p r e s e n t i n t h e c o n t e n t s , w h e r e a s t h o s e w i t h a n e g a t i v o a c t i o n

l o w e r t h e l e v e l o f t h o f i n a l q u a l i t y a s e e e u m e n t ( 1 ) .

T h e m a j o r i t y o f t h o c h e m i c a l c o n t e n t s o f a f o o d - p l a n t , o r t h o s o o f a p l a n t p a r t u e e d

a n f o o d , a r e p r e s e n t q u a n t i t a t i v e l y i n d i f f e r e n t o r d e r s o f m m n i t u d e , r e p r e o e n t e d r o u g h l y

i n t h e f o l l o w i n g e x p a n d i n g r a n g e : t r a c e e l e m e n t s , e o s e n t i a l o i l s , v i t a m i n s , m i n e r a l s u b -

s t a n c e s , s u g a r , f a t t y o i l u , p r o t e i n a n d s t a r c h .

T h e s e s u b s t a n c e e p r e s e n t i n t h e c o n t e n t s

a r e p a r t l y o f a n i n o r g a n i c , p a r t l y o f a n o r g a n i c n a t u r e ; t h e y e x e r t a p o s i t i v e o r n e g a t i v e

a c t i o n o n t h e m a i n t e n a n c e o f h u m a n h e a l t h a n d a r e n e u t r a l , s y n e r g i c o r a n t a g o n i s t i c t o o n e

a n o t h e r .

I n s p i t e o f t h i o a b u n d a n c e o f c h e m i c a l s u b u t a n c e s w h i c h m a k o e u p t h e B i o l o g i o a l V a l u e ,

w e c a n n e v e r t h e l e s s p i c k o u t c e r t a i n e u b s t a n c e s c o n t a i n e d i n t h e p l a n t p r o d u c t o w h i c h a r e

p r e s e n t i n s u c h a h i g h c o n c e n t r a t i o n t h a t t h e y d e c i s i v e l y d e t e r m i n e t h e B i o l o g i c a l V a l u e

o f t h e i r o a r e e r .

T h i s c a n o v e n b e t h e r o l e o f o n e s i n g l e s u b o t a n c e - a n d c e r t a i n l y i n a

p o o i t i v e o r n e g a t i v e d i r e c t i o n ; w i t h o t h e r f o o d s t u f f u t w o o r s e v e r a l o f s u c h d e t e r m i n i n g

s u b s t a n c e s m a y b e p r e s e n t , e . g . i n c a r r o t s ( 3 - c a r o t e n e a n d s u g a r , i n a p p l e s v i t a m i n C a n d

a f a v o u r a b l e r e l a t i o n s u g a r / a c i d .

T h e s e c o n d q u e s t i o n i s r e l a t e d t o a c o m p l e x w h i c h i s r a t h e r d i f f i c u l t t o d i s e n t a n g l e .

I t c a n b e a n s w e r e d i n c o m b i n a t i o n w i t h t r i a l a ( o u t d o o r s a n d i n d o o r s ) w i t h r i e i n g a m o u n t s

o f f e r t i l i z e r s .

D i s c u s s i n g t h e p r o b l e m o f m a n u r i n g i n g e n e r a l , F . S c h e f f e r

( 5 )

t o o k t h e f o l l o w i n g

s t a n d i n

1 9 6 0 :

" A t t h i s p o i n t w e h a v e e s t a b l i s h e d t h a t t h e b e s t m e a n s o f i m p r o v i n g b o t h y i e l d a n d

q u a l i t y i s a b a l a n c e d m a n u r i a l t r e a t m e n t " .

H e a d d e d m o r e p r e c i s e l y " a b a l a n c e d o p t i m u m

c o m b i n e d m a n u r i a l t r e a t m e n t - o r g a n i c a n d i n o r g a n i c . "

W e a g r e e w i t h S c h e f f e r ' s s t a t e m e n t a n d c a n c o n f i r m i t b y o u r e x p e r i m e n t a l e x p e r i e n c e

s i n c e

1 9 3 7 .

I n 1 9 3 0 S c h e u n e r t a n d h i s c o - w o r k e r s

( 6 , 7 ) ,

i n a n e x p e r i m e n t w i t h s i x g e n e r a t i o n s o f

r a t s l a e t i n g f o r t w e n t y - e i g h t m o n t h s - t h e r e w e r e i n a l l o v e r 1 0 0 0 r a t s i n e a c h g r o u p

-

e s t a b l i s h e d t h e f o l l o w i n g :



R a t s w h o o e f o o d w a s d e r i v e d f r o m p l o t e t r e a t e d w i t h i n o r g a n i c f e r t i l i z e r o , w e r e m o r e

f e r t i l e a n d

l i v e d l o n g e r .

L i k e w i s e t h e y h a d t h e a d v a n t a g e o v e r t h e c o n t r o l g r o u p i n t h e

n u m b e r o f t h e i r o f f s p r i n g , w h i l e g r o w t h a n d

u p b r i n z i n g

r e m a i n e d w i t h i n t h e m a m e b o u n d s a s

w e r e o b e e r v e d f o r r a t s

w h o s e

f o o d h a d r e c e i v e d n o i n o r g a n i c f e r t i l i z e r .

T h e s o l i t a r y c a s e

o f c a n c e r t h a t o c c u r r e d

d u r i n g

t h e c o u r s e o f t h e e x p e r i m e n t w a s i n

a f e m a l e r a t o f t h e f i r e t g e n e r a t i o n a t t h e " g r e y o l d a g o " o f 2 1 / 2 y e a r s a n d t h i s c a n

c o r r e s p o n d t o

a

h u m a n a g e o f a b o u t 7 0 y e a r s ( 7 ) .

A g e n u i n e m a l i g n a n t t u m o u r ( o a r c o m a ) w a e

f o u n d o n t h e k i d n e y o f t h i e l i t t l e f e m a l e w h o b e l o n g e d t o t h e

g r o u p

" w i t h o u t i n o r g a n i c

f e r t i l i z e r " .

A c c o r d i n g t o t h e r e p o r t s

o f

t h e r e s e a r c h w o r k e r t h e e u r v i v o r a o f t h i s g r o u p

w e r e

n o t

s o

h e a l t h y i n o t h e r r e a p e c t s a s t h e s u r v i v i n g a n i m a l s o f t h e g r o u p " w i t h i n o r g a n i c

f e r t i l i z e r s " , w h o s h o w e d

a

g r e a t e r r e s i s t a n c e

o

i n f e c t i o u s d i s e a s e s .

F r o m t h e p o i n t o f

v i e w o f

e x p e r i m e n t a l t e c h n i q u e s o m e f a n d a m e n t a l o b j e c t i o n m u a t b e

r a i s e d t o t h i a e x p e r i m e n t .

T h e p r o d u c t o u s e d f o r f o o d i n t h e c o n t r o l s e r i e s c a r n e p a r t l y

f r o m u n m a n u r e d , p a r t l y f r o m I d o l o g i c a l l y d y n a m i c m a n u r e d e x p e r i m e n t a " o r w e r e d e r i v e d f r o m

e x p e r i m e n t a l p l o t s w h i c h l i k e w i s e h a d n o t r e c e i v e d f e r t i l i e e r e " ( 7 ) .

T h e q u a n t i t i e s o f

o e r e a l a f e d i n b o t h o f t h e s e r i e s t o b e c o m p a r e d d i d n o t s h o w a l o c a l i t y i n c o m m o n w i t h t h o e e

f r o m

d i f f e r e n t f e r t i l i z e r t r e a t m e n t s .

C e r e a l s o f t h e s e r i e s " w i t h f e r t i l i z e r e c a r n e f r o m

a l o c a l i t y w h i c h d i f f e r e d f r o m t h a t o f t h e c e r e a l s o f t h e s e r i o s " w i t h o u t f e r t i l i z e r s " .

S i n c e i n f o r m a t i o n a l , e o u t t h e v a r i e t i e e a s w e l l a s t h e e t a t i e t i c a l s i g n i f i c a n c e o f t h e

e x p e r i m e n t a r e l a c k i n g , t h e s e e x p e r i m e n t s a r e o f l i t t l e e c i e n t i f i o v a l u e .

L o n g - t e r m f e r t i l i z e r e x p e r i m e n t e w i t h d i f f e r e n t k i n d a o f v e g e t a b l e s w h i c h w e r e c a r r i e d

o u t d u r i n g t h e y e a r s 1 9 3 6 - 4 4 a t G r o s s b e e r e n n e a r B e r l i n ( F i g . 3 ) a n d a t W e i h e n s t e p h a n n e a r

M u n i c h u n d e r

e x a c t l y

d e f i n e d c o n d i t i o n s ( 8 ,

9 ,

1 0 ) f o r t h e m o s t p a r t e h o w e d t h a t w i t h t h e

c o m b i n e d t r e a t m e n t f a r m y a r d m a n u r e + I I P K w e r e o b t a i n e d t h e h i g h e s t y i e l d s , t h e b e e t m a r k e t -

a b l e

c r o p s ,

a n d

i n t h e b i o c h e m i c a l e v a l u a t i o n , n o t h i g h e r p r o t e i n , c a r o t e n e , v i t a m i n C a n d

c o n t e n t e o f m i n e r a l s , b u t l o w e r s e , e a r c o n t e n t e , t h a n w i t h f a r g y a r d m a n u r e a l o n e .

I n d i e t a r y

s t u d i e s c a r r i e d o u t i n c o n n e c t i o n w i t h

t h e s e

e x p e r i m e n t s d i f f e r e n c e s i n t h e f e r t i l i z e r

t r e a t m e n t o h a d n o e f f e c t o n t h e n u t r i t i o n a l s t a t u s a n d o n t h e h e a l t h o f a d u l t s .

I n a a

e x p e r i m e n t i n i n f a n t n u t r i t i o n t h e s e r i e n " F a r m y a r d . m a n u r e + N P K , h o w e v e r , i n t h r e e d i f f e r e n t

e x p e r i m e n t s p r o v e d s u p e r i o r

i n c o m p a r i e o n

w i t h f a r m y a r d m a n u r e a l o n e , o b v i o u e l y a s a r e e u l t

o f t h e h i g h e r c o n t e n t s o f v i t a m i n s a n d m i n e r a l s

o f

t h e p r o d u c t s .

T h i s s u p e r i o r i t y r e f e r s t o

t h e a v e r a g e d a i l y g a i n i n w e i . e h t , t h e c o n t e n t s o f v i t a m i n C a n d o f c a r o t e n e i n t h e b l o o d , t o

t h e t e e t h i n g , t o t h e r e d b l o o d p i c t u r e a n d t o t h e e e r u m i r o n .

h o w e v e r ,

e v e n t h e H e e x p e r i m e n t s , w h i c h w e r e a n a l y s e d s t a t i o t i c a l l y a n d w e r e c a r r i e d o u t

u n d e r e x a c t l y d e f i n e d c o n d i t i o n s f o r o e v e r a l y e a r s , s u f f e r f r o m d e f e c t s w h i c h c a n b e s e e n i n

t h e b r e v i t y o f t h e d u r a t i o n o f t h e i n d i v i d u a l e x p e r i m e n t .

T h e s e , a s w e l l a s e x p e r i m e n t s w i t h n i t r o g e n a n d p o t a s s i u m d e e c r i b e d l a t e r , a t p r e s e n t

p e r m i t t h e f o l l o w i n g c o n c l u s i o n t o b e d r a w n :

T h e B i o l o g i c a l V a l u e o f o u r f o d d e r a n d f o o d - p l a n t e i n n o t i m p a i r e d w h e n t h e

d r e s s i n g s o f o r g a n i c a n d i n o r g a n i c m a n u r e s a r e a o c u r a t e l y a d j u s t e d t o t h e p h y H i o l o g i c a l

r e q u i r e m e n t o f

t h e

p l a n t , n o t h a t t h e r e

i s

n e i t h e r a d e f i c i e n c y o f a n u t r i e n t n o r o v e r -

m a n u r i n g ( e . g .

w i t h l i q u i d m a n u r e o r w i t h n i t r o g e n o u s m a n u r e ) .

W i t h v e g e t a b l e u a c o m b i n e d t r e a t m e n t

( o r g a n i c b a e a l +

a d d i t i o n a l i n o r g a n i c

f e r t i l i z e r s ) g i v e e t h e b e s t r e s u l t e .

T h e y i e l d , e x t e r n a l a p p e a r a n c e a n d

. 1 i o l o g i c a l

V a l u e a r e t h e n a t a n o p t i m u m .

I n t h e f i e l d o f p l a n t n u t r i t i o n t h e e r y o f " o n l y n a t u r a l " h a z n o j u s t i f i c a t i o n

o n

a

s o i e n t i f i c b a e i o .

T h e s e l o n g - t e r m f e r t i l i z e r e x p e r i m e n t e i n G e r m a n y l u r i n g ; t h e y e a r s 1 9 3 6 - 1 9 4 4

w e r e c a r r i f d

o u t i n a b a l a n c e d o p t i m e m c o m b i n e d m a n u r i a l t r e a t m e n t - o r g a n i c a n d i n o r g a n i c . F . S c h e f f e r

( 5 )

s i g n i f i e d

1 9 6 0

s u c h a f e r t i l i z i n g e x p e r i m e n t a s i d e a l .



W h a t h a p p e n s a m f a r a s t h e B i o l o g i c a l V a l u e o f f o o d - p l a n t s i s c o n c e r n e d w h e n e x p e r i m e n t s

o t h e r t h a n t h e a f o r e m e n t i o n e d t o u c h m o r e t h e a c t u a l s i t u a t i o n i n a g r i c u l t u r e : u h o r t a g e i n

o r g a n i c m a n u r e , r e l a t i v e l y l o w c o n t e n t s o f h u m u s i n t h e s o i l a n d . h i g h a m o u n t s o f i n o r g a n i c

f e r t i l i z e r s u p p l y t o v e g e t a b l e s ( 4 ) .

W e h a v e d o n e q u i t e a l o t o f w o r k i n t h i s d i r e o t i o n ( 4 ,

p . 1 1 - 1 5 ) .

S i g n i f i c a n t r e s u l t a

w i t h a g r e a t n u m b e r o f v e g e t a b l e s i n c l u d i n g p o t a t o e s w i l l s u p p o r t o u r f o l l o w i n g a t a t e m e n t a

g i v e n i n c l o t : 4 e c o n n e c t i o n t o t h e f o l l o w i n g e x p e r i m e n t s .

1 .

N i t r o e e n

N o n e o f t h e p l a n t e o m a j o r n u t r i e n t s e q u a l e o r e v e n a p p r o x i m a t e l y r e s e m b l e s n i t r o g e n i n

i t s p h y s i o l o g i c a l b e h a v i o u r .

N i n n e c e e a a r y i n t h e

f i r s t p l a c e a s a n i n t e g r a t i n g c o n e t i t e e n t

o f t h e

p r o t e i n ,

e s s e n t i a l f o r l i f e , a s w e l l a s t h e c h l o r o p h y l

a n d t h e n i a c i n e o f t h e V i t a m i n

B - g r o u p .

A m a r k e d d e f i c i e n c y o r a n e x c e a s o f a n o p t i m u m N - d r e s s i n g , w h i e h i s o p e c i f i c f o r e v e r y

g e n u e o r e v e n f o r e v e r y c u l t i v a r o f p l a n t n , g i v e r i s e t o p h y s i o l o g i c a l d i s t u r b a n c e s w h i c h

e x e r c i s e

e f f e c t e o n t h e q u a l i t y o f f o o l - p l a n t s , N - P e r t i l i z i n e 1 5 n e c e s e a r y f o r g e t t i n g y i e l d s

o n a c o m m e r c i a l s c a l e , i n d i s p e n s a b l e f o r s u f f i c i e n t f o o d c u : 1 ? p l y e c p e c i a l l y o n b e h a l f o f t h e

p o o e l a t i o n o f u n . d e v e l o p e d 0 o u n t z , l o s , a n d e s s e n t i . , . . 1 f o r i m r o v ì n g s K 4 r k e t q u a l i t y a n d B i o l o g i c a l

T h i s r e f e r s o n l y t o a n o r r e e l e n p p l y o f n i t r o g e n .

A n e x c e s e o f N g i v e n b y t h e c u l t i v a t o r

w i l l i n c r e a s e y i e l d t o a m a x i m u m , b u t m a y i n d u c e s i m u l t a n e o u s l y a l a c k i n M a r k e t Q u a l i t y a n d

a l o s e o f n u t r i t i o n a l v a l u e .

A c c o r d i n g t o a s p e c i a l i n v e s t i g a t i o n o f m i n e i n 1 9 7 1 ( 4 ) a c a t a l o g u e o f d e t r a c t i o n e i n

q U A L I T T o f f o o d - p l a n t s m a y b e s e t u p .

S h o r t a g e o f t i m e d o e o n o t a l l o w t o g o i n a n y

d e t a i l s :

E X C E 3 3 O F N I T R O 3 E N c a u s e s f i r e t o f a l l q u i t e a n u m b e r o f n o n - p a r a s i t i c " d i e e a e o e " a s

l e s a e n i e g t h e r e s i s t n c e a g a i n e t m e c h a n i c a l d a m a g e a t h a r v e o t a n d d u r i n g t r a n s p o r t i n p o t a t o e s ,

a r e d u e t i o n i n f a v o u r a b l e p r o p o r t i o n a o f . g r a d e d f r u i t a n d v e g e t a b l e s , l o e e e s o f f l a v o u r a n d

a b o v e a l l a d e c l i n e i n k e e p i n g d u r i n g w i n t e r s t o r a g e .

F u r t h e r m o r e , t o o m u c h n i t r o g e n e t i m u l a t e e

p a r t i c u l a r l y c e r t a i n

d i s e a s e s o f p l a n t o a s r u e t ,

d o w n y m d l d e w , s e p t o r i a , a n d b o t r y t i o a n d

i n s e c t s

a s l i c e a n d m i t e e ( 4 ) .

T h i e a f f o r d e m o r e a p p l i c a t i o n o f p e s t i c i d e u .

I n c o n e e q u e n c e w a m a y g e t m o r e p e u t i c i d e

r e s i d u e ° i n a n d o n f o o d - a n d f o d d e r - c r o p e l e a d i n g - b e o i d e o t h e p h y s i o l o g i c a l d e c r e a s e o f

i m p o r t a n t n u t r i e n t s b y t h e e x c e s e o f n i t r o g e n - t o a f u r t h e r l o w e r i n g o f t h e N u t r i t i o n a l

V a l u e , d u e t o t o x i c r e e i d u e e a n d t h e i r m e t a b o l i t e s ( 4 ) .

T h e p r i n c i p a l p a t h w a y a s m e n t i o n e d m a y

b e d e m o n s t r a t e d b y F i g . 4 .

N i t r o ; : e n

i 2

c o n e e l u e n t l y i n t h e s a m e w a y a p r o m o t e r o r d e t r a c t o r o f q u a l i t y :

E x c e s s i v e

n i t r o g e n s u p p l y a l o o r e e u l t s i n

a d e c l i n e o f

c h e m i c a l c o n s t i t u e n t s i m p o r t a n t t o n u t r i t i o n a n d

h e a l t h a n d o n t h e

o t h e r h a n d

i n a n a u g m e n t a t i o n i n b i o g e n i c t o x i c a n t s t o u n d e s i r a b l e

l e v e l s ,

a s N i t r a t e / N i t r i t e i n p l a n t e .

F u r t h e r m o r e , t o o m u c h n i t r o g e n i n m a n u r i n g l e a d e t o a d e c r e a s e

i n c o n t e n t a o f

m e t h i o n i n e , t h o i m p o r t a n t , e s R e n t i a l a m i n o a o i d , a n d c o n s e q u e n t l y o f t h e

B i o l o g i c a l V a l u e

o f p r o t e i n ( E A A - I n d e x ) a s a h o w n i n T a b l e 1 .

U n d e s i r e d i n c r e a o e s i n c o n t e n t s

o f F r e e A m i n o A c i d s a n d o f e n z y m e a c t i v i t y a r e a l o o n o t e w o r t h y .

B e y o n d t h a t c o n t e n t s o f d r y m a t t e r , t o t a l s u g a r , V i t a m i n C , e s e e n t i a l o i l o a n d - a m o n g s t

t h e m i n e r a l a - p o t a s s i u m ,

m a g n e s i u m , a n d

p h o s p h o r i c a c i d a r e d e c r e a o e d b y a n e m c e e s o f

n i t r o g e n s u p p l y .

I n b a r l e y d e e t i n e d f o r b r e w i n g a n d i n s u g a r b e e t h i g h a m o u n t ° o f n i t r o g e n a r e d e t r i m e n t a l

a s r e g a r d s t e c h n o l o g y .

H i g h a m o a n t e o f n i t r a - t e i n e p i n a c h m a y b e p o t e n t i a l h e a l t h h a z a r d e t o

i n f a n t e c a u s i n g m e t h e m o g l o b i n e m i a w h e n n i t r a t e i s r e d u c e d t o t o x i c n i t r i t e .



D e f i c i e n c y

1

m o r e

N - F E R T I L I Z A T / O N

O p t i m u m

L a c k i n

Q u a l i t y

S C H E M E

m o r e

F i g u r e 4

A p p l i c a t i o n o f

P e s t i c i d e s / h a

P e s t i c i d e - R e s i d u e s

i n F o o d - a n d F o d d e r -

C r o p s

P l a n t D i s e a s e

a n d P e s t s

m o r e

L o 3 s o f

N u t r i t i o n a l v a l u e

A c c o r



N T r i a l w i t h S P I N A C H

( C u l t i v a r : M a t a d o r N )

( P l o t s 1 0 m 2 , c o n c r e l e f r a m e s ,

G E L S E N H E I M

Y i e l d : 1 6 . 5 . 1 9 6 0 )

( x ) B a s 1 : 5

F r e s h m a t t e r

N - S u p p l y

M e i h i o n i n e

%

S i g n i f i c a n c e

( A A 3 n d e x

8 E A A

7 E A A

( M e t h r o n i n - . - 0 )

r . ' D P . t x 4 )

t

p

N o

0 , 0 1 7

0 , 2 4 7 2

4 7

3 , 8 3

< 0 , 0 5

N 1

0 , 0 1 9

0 , 3 0 7 1 4 7

2 , 2 6 >

4 0 5

0 , 0 1 8

0 , 3 3

7 1

4 7

2 7 , 0 8

< 4 0 0 1

N 3

4 0 0 7

4 1 3

6 0

4 5

9 , 4 4

< 0 , 0 0 1

N 4

4 0 0 3

0 , 0 6 5 4

4 4

( x )

D r y m a l t e r

T a b l e 1



N o w , l e t u s s e e s o m e m o u l t s o f e x p e r i m e n t e i n o r d e r t o e l u c i d a t e t h e p o t e n t i a l d a n g e r

o f a n e x c e s s o f n i t r o g e n i n f e r t i l i z a t i o n .

T h e r e s u l t a a r e m o n t l y

a t t a i n e d i n l o n g - t o r m

t r i a l e .

T h e r e f o r e t h e y h a v e a h i g h s i g n i f i c a n c e .

I n o u c h e x p e r i m e n t s w i t h p o t a t o e s ( 1 2 , 1 6 ) w e w e r e a b l e t o s h o w t h a t e x c e e s i v e l y h e a v y

a p p l i c a t i o n s o f N u p t o 2 0 0 k g N / h a c a u s e i n f a c t h i g h g a i n s i n y i e l d a n d i n c r u d e p r o t e i n

b u t o n l y a r e t a r d i n g g a i n i n p u r e p r o t e i n .

I n c o n s e q u e n c e - a n d t h a t i s b y n o m e a n t : n u r p r i e -

i n g - t h e c u l m i n a t i n g p o i n t o f t h e c u r v e e h o w i n g t h e o p t i m u m o f t h o B i o l o g i c a l V a l u e o f

p r o t e i n e q u a l s o n l y a N - u u p p l y a s l o w a s 5 0 k g N / h a . ( S e e F i g . 4 a )

H u n n i u u a n d c o - w o r k e r u ( 1 7 ) f o u n d i n t r i a l u i n B a v a r i a w i t h d i f f e r e n t p o t a t o - c u l t i v a r e

d u r i n g t h e y e a r s

1 9 6 4 - 1 9 6 9

t h a t a N - s u p p l y o f 1 2 0 - 1 3 0 k g N / h a a t t a i n e d a n o p t i m u m m o u l t i n

y i e l d o n m o a t o f t h e e i t e n .

A d e c r e a s e o f t h e " i n t r i n s i c " q u a l i t y c o u l d n o t b e o b u e r v e d

w i t h i n t h i e r a n g e .

O n t h o o t h e r h a n d N o r w e g i a n p o t a t o t r i a l e w i t h

3 c u l t i v a r e c a r r i e d o u t i n

1 9 6 3 - 1 9 6 8

b y

R . E n t : e a n d R . B a e r u g ( 1 8 ) o n 4 l e v e l s o f n i t r o g e n 5 0 , 1 0 0 , 1 5 0 a n d 2 0 0 k g / h a g a v e t h o

f o l l o w i n g r e a u l t s :

N i t r o g e n f e r t i l i z e r i n c r e a s e d t h e e n z y m a t i c g r e y i n g o f p r o - p e e l e d p o t a t o e u a n d

t h e d i u c o l o u r a t i o n a f t e r c o o k i n g .

T h e f l a v o u r ( t a n t o ) o f t h e c o o k e d p o t a t o e s w a s a f f e c t e d b y n i t r o g e n f e r t i l i z e r :

T h o h i g h e r t h e a m o u n t o f f e r t i l i z e r t h e l o w e r t h e f l a v o u r ( t a u t ( ) ) s c o r e .

T h e i n f l u e n c e o f n i t r o g e n o n t h e t e x t u r e o f c o o k e d p o t a t o e o w a s n e g a t i v e

e x c e p t f o r s l o u g h i n g w h e r e t h e e f f e c t w a s p o u i t i v e .

T h e p r o t e i n c o n t e n t w a s s t r o n g l y a f f e c t e d b y n i t r o g e n f e r t i l i z e r .

T h e ' i n c r e a n e

i n c r u d o p r o t e i n w a s s u b o t a n t i a l ( a b o u t 4 0 p e r c e n t i n s e r i e n C ) w h e n t h e n i t r o g e n

a p p l i c a t i o n w a s i n c r e a n e d f r o m 5 0 t o 2 0 0 k g o f N p e r h a .

P a n t u r e n n o r m a l l y r e c e i v e h e a v y d r e s s i n g a w i t h N - f e r t i l i z e r .

C . L e e a n d c o - w o r k e r s

( 1 9 )

r e c e n t l y f o u n d t h a t g r a n a w h i c h w a s g r o w n i n N - f e r t i l i z e r e x p e r i m e n t s c a u s e d g o i t e r i n r a t s

w h e n a m o u n t s o f 4 5 0 k g N / h a h a d b e e n a p p l i e d t o t h e g r a n s l a n d p l o t s .

" I t w a n s u g g e s t e d

t h a t n i t r a t e i s p a r t l y , b u t n o t e n t i r e l y r e n p o n u i b l e f o r t h e c h a n g e s a s n o c i a t e d w i t h

i n t e n e i v e n i t r o g e n f e r t i l i z a t i o n . "

I n t e r d e p e n d e n c e b e t w e e n t h e h e r b i c i d e 2 , 4 - D a n d N - f e r t i l i z e r e i n c r o p s h a n b e e n a l u o

o b s e r v e d .

P r e s e n c e o f 2 , 4 - D c a u n e d - e q u a l t o h i g h

N - f e r t i l i z a t i o n - s i g n i f i c a n t l y h i g h e r

c o n t e n t s o f n i t r a t o i n p l a n t s c o m p a r e d w i t h t h e c o n t r o l . ( 2 0 ) .

F i g . 5 e l u c i d a t e s t h e r e n u l t s o f a n e x p e r i m e n t i n p o t s w i t h i n c r e a n i n g a m o u n t e o f n i t r o g e n .

r h i s e x p e r i m e n t w i t h c o r n - s a l a d ( V a l e r i a n e l l a o l i t o r i a L . ) w a s c a r r i e d o u t i n a p h y t o t r o n e .

I t s h o w s i n i t s a n a l y t i c a l f i n d i n g s c o r r e l a t i o n a b e t w e e n y i e l d , d r y m a t t e r , c r u d e p r o t e i n ,

f r e e a m i n o a c i d s , a n d t h e B i o l o g i c a l V a l u e o f p r o t e i n c a l c u l a t e d a s E A A - I n d e x a c c o r d i n g t o

B . L . O n e r ( 1 2 ) .

I t c a n b e t a k e n f r o m t h e g r a p h t h a t y i e l d , c o n t e n t e o f c r u d e p r o t e i n a n d

f r e e a m i n o a c i d s ( n o t v e r y u e o f u l f r o m a n u t r i t i o n a l p o i n t o f v i e w ) a r e s i m u l t a n e o u e l y r i s i n g

w i t h m o u n t i n g s u p p l y o f n i t r o g e n i n f o r t i l i z a t i o n .

B u t p r o t e i n q u a l i t y ( E A A - I n d e x ) a l r e a d y

r e a c h e d i t e o p t i m u m w i t h o n l y 0 . 2 g N / p o t .

I t i n a l e o w e l l k n o w n t h a t N - f e r t i l i z i n g g i v e s

r i s e t o n d e c r e a s e i n d r y m a t t e r .

T h i s i n t r u e i n a r a n g e b e t w e e n 0 . 1 a n d 0 . 4 g N / p o t .

I n G e r m a n v i n i c u l t u r e a s w e l l a s i n E u r o p e a n g r o w i n g c e n t e r s o f o u t d o o r a n d i n d o o r c r o p s

o f v e g e t a b l e s t h e a p p l i c a t i o n o f n i t r o g e n h a n b e e n c o n n i d e r a b l y i n c r e a s e d s i n c e a b o u t 2 0 y e a r s

( P i g . 6 ) .

T h i s g a v e r i s e t o a m o r e o r l e e : : n e v e r o p o l l u t i o n o f g r o u n d w a t e r w i t h n i t r a t o s , t o

h i g h o o n t e n t n o f n i t r a t e i n f o o d - a n d f o d d e r - p l a n t o a n d t o h a z a r d s i n h u m a n h e a l t h u n k n o w n

b e f o r e a u i t m a y b e s h o w n i n a e c h e m e ( F i g . 7 ) .

S o m e y e a r s e g o u p t o 1 5 0 m g o f n i t r a t o / 1

a n d e v e n m o r e w a s f o u n d i n t h e g r o u n d w a t e r o f t h e

e i o p e e a n d

p l a t a s n u r r o u n d i n g t h e t w o



y i e l d s

d z / b a

4 4 0 -

2 0

4 0 0 -

8 0 -

6 0 -

4 0 -

2 0

3 0 0

8 0 -

6 0 -

4 0

F A A - . 7 n a ' e x

6 F A A

6 5 -

8 0 -

7 5 -

7 0 -

6 5 -

6 0 -

5 5 -

5 0 -

4 5 -

D i f i e r e n i i a l H a n u r i n 9

B a s i c / * i n u r i n g

P O T A T O E S

C u l t i v a r : B o n a "

H o h e n h e i r n / 9 5 4 i

o

i m m , s o w . O O w . ° P .

o

O

N o p i K i N / P e g t N 2 P 1

b

t i b o

r b o l

s o

s o s o

. . * " . P u r e P r o l e i n


( E A A - . 7 n c l e x )

C ; ; 1 1 1 1 1 1 4 1 1 1 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . .

F i g . 4 a

C r u d e P r o t e i n

s w o p

M O W O P P

c i f :

m ,

O / 9 7 3

- 1 1

N 3 P k

2 0 0

1 1 0 0

I s g / h a

. 5 0

9

7

5



3 0 0 9 / 1 0 0 P l a n I s

Y i e l d

2 0 0 -

1 5 , 0

1 0 0

-

1 4 , 0

7 1 3 , 0

0

1 2 , 0

1 4 0

5

' 4

D r y H a l l e r

1 6 , 0

0

, Z

F r e e

. 4 1 1 7 7 / . / 7 0 A C / C / S

( r e / O l e d l o L e u c i n e

i n % C r u d e P r o t e i n )

F i g . 5

C o r n S a l a d

Y i e l d e d 1 1 - 1 0 - 1 9 6 6

Y / e l d

g N / M h i s c h e r l i c h - P o t s

0 2 0 , 3 0 , 4

r -

r

0 , 5

P h y l o i r o n - C u l t u r e

0 , 6

C r u d e P r o t e i n

2 , 5

- 2 , 4 .

- 2 , 3 1

- 2 , 2

- 2 , 1

- 2 , q

1 , 4

1 , 6


o f P r O k i n

( F A A - I n c / e x

- 8 0

8 E A A ) -

0 , 7

0 , 6



1 5 0

1 K y r F E W T / L I Z E R S P E R 1 - / E K T A R

1 4

0 1

A G R I C U L T U R A L A R E A S

1 3 0 .

1 2 0 1

1 1 0 ,

N L

w

T h e N e l h e r l a n d s

L

w

L u x e m b o u r g

B

B e l g i u m

P

F r a n c e

9 0

1

F R G . . . F e d e r a l R e o u b l i c J = I t a l y

o f G e r m a n y

. 3 0 ,

2 0 1 , . . . . . . . , w w w w , w w w w . o

1 0 1 4 ° 1

9 0

8 1 "

-

7 0

6 1 1

P 2 0 5

S O .

4 0

, / y L

_ _ _ _

3 0

. . w w

2 0

1 0

o

0 0 1

7 )

6 0 .

5 0 .

4 0

1 0 0 .

9 0

8 0

7 0

H 2 4 0

6 0

S O

3 0

2 0

1 0 1

0

t

I

- . 7

B e g i n o f i n f o n t

7 , / '

A I L

m e l h e m c g l o b b n o m o g - >

i n ? h e F R O o i l e r

f e e d i n g w i t h s p i n a c h

,

-

. . . . . . 0

- . < 7 . 1 m m 3

'

I /

B

X - 7

1 9 3 5 / 3 8 3 8 / 3 9 S g ( r f

5 1 / 5 2

5 2 / 5 3 5 3 4 4 ' 5 4 4 5 5 V . 5 6 S . 6 4 7 5 a 8

5 %

6 1 / 6 2

6 2 1 4 3 6 4 4 6 4 4 5 6 5 4 6 6 4 7

, 3 . 6

3

F R G

L

'

x - " '

A R C

)

x

X A d -

) ( . . . r

L

) 4 :

r

X . m . A X X - X



C i r c u l a / i o n o f N i t r o g e n i n N a t u r e a n d P o t e n t i a l H a z a r d s

o c c u r i n g w i t h a n o n - q u a l i f i e d N - F e r t i l i z a / i o n .

( A c c o r d i n g l o V / S C H O P H A N )

A T M O S P H E R E

V o l %

2 0 , 9 9

0 , 9 4

0 , 0 3

O x y g e n

N o b l e g a s e s C c 2 r b o n d i o x y c l e

7 8 , 0 4

N i t r o g e n

E x t r a c t i o n

L o s s

N ( D e n / f r i f i c a l i o r ? )

n a t u r a l

s y n t h e t i c

/ / i / c 4 c / e r -

s h o w e r

P r o d u c l i o n o f

N i f r o f e - P e r /

i l i z e r s

f r o m

N i / c o g e n i n I h e

N I T R A T E s u p p l y

g r e a t g r e a t s m a l l

r

M e t h e m o g l o b i n e m i a

I ( C y c n o s i s

A N I M A L

( D a i r y c a I t i e )

F E R

1

D u n ( f e r m e n t e d )

L i u r d

L T T 1 =

m a n u r e

I =

F a e c e s

m i n e r a l

o r g a n i c

\ F - - - C o m p o s t

# W c d e r - l P s e o s t

H e a d a c h e ,

H o a s e a O l o r p r ' x v o

r o a d

d e r t v e a '

a m m a l s :

e s

-

A D U L T

J n f a n t

H i g h N i t r a / e - ( N i t r i t e - )

W a s l e f r o m R a n t s f l

C o n t e n t s

I M P

M O

F o d d e r - a n d F o o d P l a n t s

m a n u r e d e x c e s s i v e l y

w i t h N

1 ' * . 3 .

S O I L

C R O I J A I D I A / A T E R

W e l l - a n d

T a p w a l e r



G e r m a n ¡ s t r e a m s " R h e i n " a n d " M o s e l " .

T h i s w a t e r , p o l l u t e d b y n i t r a t e s d e r i v e d f r o m

N - f e r t i l i z a t i o n o f c r o p s , m u o t b e u s e d a s d r i n k i n g w a t e r , m i x e d w i t h s o m e w h a t l e s s o r

n o t c o n t a m i n a t e d g r o u n d w a t e r o f o t h e r s i t e s .

P r e s e n c e

o f

h i g h c o n t e n t s o f n i t r a t e s i n p l a n t s a s a r e o u l t o f e x c e s o i v e a m o u n t s o f

N - f e r t i l i z e r o m a y b e d a n g e r o u o t o h u m a n h e a l t h .

P l a n t e s u c h a s s p i n a c h p r e f e r e n t i a l l y

% w e d i n G e r m a n y f o r f e e d i n g i n f L n t s , c a u s e d s e v e r e h a z a r d s t o c h i l d r e n ' s h e a l t h i n

1 9 5 9 , 1 9 6 1 , 1 9 6 3 a n d 1 9 6 4 .

A n u m b e r o f i n f a n t s i n H a m b u r g , K i e l a n d B e r l i n s u f f e r e d f r o m

c i r c u l a t i o n t r o u b l e s a n d m e t h e m o g l o b i n e m i a a f t e r b e i n g f e d w i t h o p i n a c h c o n t a i n i n g h i g h

a m o u n t s o f n i t r a t e .

i t r a t e c a n b e c o n v e r t e d t o h i g h l y t o x i c n i t r i t e b y t h e a i d o f

b a c t e r i a o r b y e n z y m a t i c c o n v e r s i o n s d u r i n g l o n g t r a n s p o r t s .

T h e o a m e c o n v e r s i o n c a n

e v e n t u a l l y t a k e p l a c e i n s t o r a g e o f o p i n a c h b e f o r e c o o k i . n g o r p r o c e s s i n g r e s p e c t i v e l y , a s

a r e o u l t o f k e e p i n g c o c k e d s p i n a c h u n d e r r o o m t e m p e r a t u r e .

A s d e m o n s t r a t e d

i n F i g .

8 w e f o u n d i n s e v e n y e a r s ' t r i a l s

w i t h i n c r e a u i n g a m o u n t s o f

n i t r o g e n t o s p i n a c h c o r r e s p o n d i n g l y h i g h y i e l d s a i m u l t a n e o u $ l y a c c o m p a n i e d b y r i a i n g

c o n t e n t $ o f n i t r a t e . I n G e r m a n t e x t b o o k s o f v e g e t a b l e s ( 2 1 , 2 2 ) i t i s p o i n t e d o u t t h a t

a n a m o u n t

o f 3 0 - 1 0 0 k g

N / h a w i l l b e a n o r m a l s u p p l y t o t h e s p i n a c h p l a n t .

I n t h i s r a n g o

t h o c o n t e n t s o f n i t r a - t e a r e f o u n d s t i l l t o l e r a b l e .

S o m e

y e a r a a g o , m u c h h i g h e r c o n t e n t s

w e r e f o u n d i n s p i n a c h p r o d u c t i o n o f a G e r m a n d e e p - f r e e z i n g i n d u s t r y u s i n c v e r y h i g h a m o u n t s

o f N .

T h i s i n d u s t r y g r e w a n e w h i p . h y i e l d i n g s p i n a c h c u l t i v a r o f a s t e e p g r o w t h - t y p e

s u i t a b l e f o r m e c h a n i c a l h a r v e s t i n g . T h e N - u p p l y e x c e e d e d i n t h i s c a s e e v e n 3 0 0

l i e

N / h a .

I t m a y b e t a k e n f r o m t h e g r a p h ( F i g .

8 ) t h a t t h i s p r o c e d u r o w i l l c o n s e q u e n t l y l e a d t o v e r y

h i g h c o n t e n t s o f n i t r a t e i n s p i n a c h d e t r i m e n t a l t e i n f a n t a .

I t h a s b e e n r e c o m m e n d e d ( 2 3 ) t o t r e a t o u c h a s p i r t a C h , w h i c h h a d b e e n g i v e n v e r y h i g h

a m o u n t s o f N i t r o g e n , i n a s p e c i a l w a y .

W a t e r - o o l u b l e

n i t r a t e ¡ s h o u l d b e r e m o v e d f r o m

s p i n a c h b y e x c e e d e d b l a n c h i n g . L o u s e s o f w a t e r - s o l u b l e c o m p o u n d s o f n u t r i t i v e v a l u e i n c l u d -

i n z v i t a m i n s a n d m i n e r a l s , e . g . p o t a s s i u m a n d m a g n e s i u m w o u l d b e u n d e s i r e d c o n s e q u e n c e s

a s s e e n i n

1 P i g . 9 .

I t c o u l d b e t a k e n f r o m F i g . 8 t h a t e a c h o f o a r e x p e r i m e n t s

w i t h

s p i n a c h r e c e i v e d f r o m

1 9 6 0 t o 1 9 6 3 e a c h y e a r o n e o f t h e f o l l o w i n g

a m o u n t s o f n i t r o g e n : 0 , 6 0 , 1 2 0 , I A ) a n d

2 4 0 k g / h a .

I n

1 9 6 4

t h e e x p e r i m e n t s w e r e c h a n c e d t o t h e f o l l o w i n c l e v e l s o f N : 0 , 8 0 k g / h a

( n o r m a l n i t r o r e n l e v e l r e c o m m e n d e d f o r s p i n a c h i n v e g e t a b l e t e x t b o o k o ) , 1 6 0 , 2 4 0 a n d

3 2 0 k g / h a .

T h e n e c o m p a r a b l e f i n d i n g s o n t h e s a m e s i t e w e r e o b t a i n e d o v e r a p e r i o d o f s e v e n

y e a r s , p r o d u c i n g s i F m i f i c a n t r e s u l t o .

A c c o r d i n g t o I o i g .

1 0 , i n c r e a s e d a m o u n t s o f N - f e r t i l i z e r s h a d a n e g a t i v o i n f l u e n c e o n

t h e

s u g a r

a n d a s c o r b i c a c i d c o n t e n t s o f s p i n a c h i n b o t h t e s t g r o u p o .

O n t h e

o t h e r

h a n d t h e

m e a n m e a s u r e o f t h e c a r o t e n e c o n t e n t s h a r d l y c h a n g e d .

I t m a y b e t a k e n f r o m F i g . 1 1 t h a t m i n e r a l °

r e a c t i n a p e c u l i a r m a n n e r i n s p i n a c h .

T h e

c a t i o n p o t a s o i u m

o c c u r r i n g i n s p i n a c h i n

r e l a t i v e l y l a r g e a m o u n t ° d e c r e a c e s s t r o n g l y w h e n

i n f l u e n c e d b y h i g h e r a m o u n t o o f s u p p l i e d n i t r o g e n .

T h i s i s i n c o n t r a s t t o

N a , w h i c h

i n c r e a s e °

c o n s i d e r a b l y w i t h i n c r e a s e d n i t r o g e n f e r t i l i z a t i o n .

E x p e r i m e n t s w i t h s p i n a c h i n 1 9 6 6 o n t h e s a m e p l o t s , n o w i n p a r t i a l o h a d e , l e d t o t h e

f o l l o w i n g r e s u l t s ( F i g . 1 2 ) : S h a d i n g w a ; ; r e m a r k a b l y a s s o c i a t e d w i t h a l o u s i n y i e l d a n d a

d e c l i n e i n c o n t e n t o f t o t a l s u g a r b u t w i t h a s t e e p r i s e o f n i t r a t e . I t h a s n o t b e e n t a k e n

i n t o t h e g r a p h t h a t a s c o r b i c a c i d a n d a l l m i n e r a l s w e r e d i m i n i o h e d

b y p a r t i a l s h a d i n g , t o o .

2 .

P o t a s s i u m

I n f u r t h e r e x p e r i m e n t s w i t h i n c r e a s i n g a m o u n t s o f K - f e r t i l i v . e r s t o s p i n a c h o n b o t h m u c k -

a n d e a n d y s o i l s w e f o u n d r a t h e r a p e c u l i a r r e s u l t : a l t h o u g h w e c a v e i n o u r 8 t r i a l s p o t a s h -

m a g n e s i a s u l p h a t e a n K - s o u r c e , c o n t e n t s o f m y ; n e r l i u n d e c r e a s e d c o n s i d e r a b l y a n s e e n i n F i g . 1 3 .

T h e d e p l e t i o n o f M 7 , t o w a r d s t h e c o n t r o l ( K 0 ) v m s K 1 - 2 0 , i n K 2

- 2 9 1 S a n d i n K 3 e v e n

- 3 5 5 .

A s e x p e c t e d c o n t e n t s o f p o t a n n i u m r i s e w i t h

i n c r e a s e d K - e u p p l y ( F i g . 1 4 ) .



d z / h a

3 5 0

3 0 0

2 5 0 -

2 0 0 -

1 5 0

1 0 0 -

5 0

S P I N A C k i

( E a r l y )

E x p e r i m e n i s w i l l ? i n c r e a s i n g N - P l o t s ( f r a m e d )

. . . . % % N

1 9 6 1

1 9 6 0

2 . . 9 . . 6 2 0 / 9 6 6

, 1 9 6 4

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Y i e l d c i z / h a

N i f r a t i e - N

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I 1 8 0

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A

1 9 6 1

. 1 9 6 3

1 9 6 2 1 9 6 4 ,

B a s i c M a n u r i n g ;

P , 0 5 : 1 9 6 0 , 1 9 6 1 , 1 9 6 4 - 6 6 - 1 2 0 k g / h o

K 2 0 2 0 0 k g / h a

1 9 6 2 , 1 9 6 3 - 6 0 k g / h a



SPINACH (Cullivar

Friiremona"). LOSSES

of

valuable

consIdu

in

BLANCH/NO

in

reference

lo

inlensily

of N-SUPPLY.

A. Spinach fresh /00 %

13.

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/100°C

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" :15min/70°C (0--

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P l o t s f r a m e o ' )

M e a n s o f 4 y e a r ' s

c a t e i v a f i o n 1 9 6 0 - 6 3

( 0 , 6 0 , f 2 4 1 0 0 , 2 4 0 1 ( g N / h a )

1 4 C 7 1 S u g a r

M e a n s o f 3 y e a r ' s c u l t i v a / i o n 1 9 6 4 - 6 6

( 0 , 8 0 , 1 6 4 2 4 0 , 3 2 0 k g N / h a )

4 9 1 -

0 , 5 1 -

- 0 , 5 9

- 0 , 5 2

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S P / A / A C i i ( E a r l y ) E x p e r i m e n t s w i l l . ? N - F e r t i l i z e r s

P l o t ' s ( f r a m e d )

M e a n s o / 4 y e a r s . c o l l i v a / i o n 1 9 6 0 - 6 3

( 0 , 6 0 , 1 2 0 , 1 8 0 , 2 4 0 A l N / h a )

e t x

I l e a a s o f 3 y e a r ' s c u l l i v a l i o n 1 9 6 4 - 6 6

( 0 , 8 4 1 6 0 , 2 4 0 , 3 2 0 k 9 N / h a )

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2 4 0

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0 , 0 4 0

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0 , 0 0 2



F i g . 1 2

S P / A / A C I - - / ( E a r l y )

C u l t i v a r : F r ú h e m c n a - R

E x p e r i m e n t s w i t h N - F e r t i l i z e r s

H a r v e s t ;

1 7 5 . 1 9 6 6

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1 9 7 0

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D i s c u s s i o n

T h e s e r e s u l t s o f a d e t r i m e n t a l i n f l u e n c e o f h i g h f e r t i l i z e r d r e s s i n g t o i m p o r t a n t

n u t r i e n t s o f f o o d - p l a n t s h a v e t o b e B e e n i n c o n n e c t i o n w i t h c o r r e s p o n d i n e , i n c r e a s e s o f

b i o g e n i o t o x i c a n t s a s w e l l a s w i t h l o s s e s o f v a l u a b l e m i n e r a l s a n K a n d M g i n m o d e r n m e t h o d s

o f p r o c e s s i n g o f v e g e t a b l e s a s d e m o n s t r a t e d i n F i g .

9 .

I t h a s a l n o t o b e a r i n m i n d t h o d a n g e r o u s t w o - e d g e d r o l e o f n i t r o g e n g i v e n i n e x c e s s u p o n

p r o d u c t i o n o f m a x i m u m y i e l d s i m u l t a n e o u s l y p r o m o t i n g p o u t s a n d d i s e a s e s a n d i n c o n s e q u e n c e

t o x i c p e s t i c i d e r e e i d u e s f r o m i n c r e a s e d p l a n t t r e a t m e n t w i t h p e s t i c i d e s .

T h e q u e n t i o n a r i c o s i f l o s s e s o f i m p o r t a n t n u t r i e n t s , c h i e f l y o f m i n e r a l s i n f o o d - p l a n t s

m a y a l r e a d y i n f l u e n c e m e n ' s h e a l t h w h o s e l i v i n g c o n d i t i o n s , W h o s e c u a t o m s o f e a t i m g h a v e

c o n s i d e r a b l y b e e n c h a n g e d w i t h c r o w i n g p r o s p e r i t y s i n c e a b o u t ' 2 0 y e a r s .

S h o u l d t h a t b e

p a r t l y t h e o r i g i n o f a g r o w i n g i n c r e a s e o f " d i s e a s e s o f c i v i l i z a t i o n " a s c i r c u l a t i o n a n d

h e a r t t r o u b l e s ?

N o w a d a y s w e k n o w t h a t a s u f f i c i e n t o r a l s u p p l y o f m i n e r a l s s u c h a s K a n d

K a ; p l a y a n o u t s t a n d i n g r o l e i n t h e p h y s i o l o g y a n d p a t h o l o p : y o f t h e s o - c a l l e d " d i s e a s e s o f

c i v i l i z a t i o n " ( 3 ) .

A r e w e a b l e t o d e c i d e t h o s e q u e s t i o n s b y o u r e x p e r i m e n t e o n f o o d - p l a n t s .

C e r t a i n l y n o t .

I n o r d e r t o p r o v e t h i s l o n g - t e r m t r i a l s o n n o n w o u l d b e n e c o s s a r y . B u t w e c a n a n s w e r t h e c e

q u e s t i o n s t o a c e r t a i n e x t e n t i n t h e a f f i r m a t i v e . M e n e e l y ' s

e x p e r i m e n t s ( 1 ) w i t h 9 4 5 r a t a

c a v e a l r e a d y a c o n v i n c i n g u v i d e n c e o f h o w s u f f i c i e n t s u p p l y o f K i s a b l e t o b a l a n c e t h e

r e l a t i o n o f X t o M a , o n e s i d e d l y i n f l u e n c e d b y N a C i i n a l l o u r m e a l s , w i l l s a v e h e a l t h a n d

l o n g e v i t y - a t l e a s t o f r a t s .

A n o t h e r a s p e c t , i m p o r t a n t t o p r o d u c t i o n o f f o o a i n g e n e r a l , s e e m ) t o m e n o t e w o r t h y .

A s a h i g h

f e r t i l i z e r s u p p l y o f N a n d K t o f o o d - p l a n t s i n o r l a r t o g a i n m a x i m u m y i e l d i s

s o m e w h a t u u S p o c t a s r e g a r d 6 M a r k e t q u a l i t y a n d B i o l o g i c a l V a l u e o f p r o d u c t s w e m a y c a l l f o r

a n a d e q u a t e r e a u c t i o n i n y i e l d a t l e a s t i n a l l o u r v e g e t a b l e s i n c i v a i n g p o t a t o e s . C e r t a i n l y

t h i s c l a i m w o u l d e n r a g e t h e a g r i c u l t u r a l

e c o n o m i s t s .

B u t o n

t h e o t h e r h a n d a n e n t i r e l y

s e n s e l e s s o v e r p r o d u c t i o n

i n t h e

C o m m o n M a r k e t , s a n c t i o n e d b y e c o n o m i s t s , w o u l d e n r a g e a n o t h e r

g r O u p . E x p e r t s o f n u t r i t i o n a n d m e n w i t h c o m m o n s e n s e a s t a x - p a y e r s c a n n o t u n d e r s t a n d t h a t

o v e r - p r o d u c e d c o m m o d i t i e s a r e d e s t r o y e d t o t h e i r e x p e n s e .

I b e l i e v e t h A t m y s l o g a n c r e a t e d i n 1 9 6 1

w h e n t h e G e r m a n e d i t i o n o f m y b o o k " Z u r Q u a l i t a t

d e r N a h r u n g s p f l a n z e n " w a s p u b l i s h e d i a a c t u a l l y m o r e j u s t i f i e d t h a n e v e r :

" A c c e p t a b l e a p p e a r a n c e i s d e m a n d e d t o d a y ,

H i g h n u t r i t i v e v a l u e t o m o r r o w . "



N O 3 - N

I N D I F F E R E N T F O O D - S T U F F S

A s u r v e y o f t h e c o n t e n t o f n i t r a t e i n d i f f e r e n t k i n d s o f

S w e d i s h f o o d - s t u f f s h a s b o o n u n d e r t a k e n d u r i n g D e c e m b e r 1 9 7 1 .

O n l y v e g e t a t i v o f o o d - s t u f f s w e r e i n v o s t i g a t e d . T h e m a t e r i a l

M o s t o f t h e l i a t u d v e g a L a b i o s a r e

g r o w n i n

S w e d e n

e x c e p t

t h e

I s b e r g - l e t t u c e , w h i c h i s i m p o r t e d f r o m I t a l y , S p a i n o r U S A , a n d

o r d i n a r y l e t t u c e w h i c h i s i m p o r t e d

f r o m H o l l a n d .

T h e

b i g

v a r i a t i o n o f t h e N O 3 - 1 , 1 c o n t e n t i n s p i n a c h

i s e l o a r l y

r e l a t e d t o d i f f e r e n t c a n n i n g - f - a c t o r i o s .

F a c t o r y A

7 s a m p l o s 1 3 1 p p m m e a n

1 4 6 - 2 2 1 3

_ , I . . .

1 3

6 - " - 4 6 9 - " -

3 6 4 - 5 4 1

C 3 1 0 - " -

2 9 5 - 3 2 4

T h e

c o n t e n t o f

N O 3 - N m a y v a r y

c o n s i d e r a b l y f o r d i f f e r e n t p a r t s

o f a p l a n t . T h e

f o l l o w i n g e x a m p l e c a n 1 3 e . g i v e n .

L e t t u c e , i n n e r m o s t

l e a v e s

, i n t e r m e d i a t e

- " -

,

o u t e r

1 9 0 p p m

3 5 0 - ' -

1 0 5 0 - " -

C o m p i l e 3 b y J o h a n B e r t . h o l m , A g r i c u l t u r a l C o l l e g e o f 2 w e d e n , U p p u a l a .

c o n s i s t e d o f f r e s h , f r o z e n a n d c a n n o d v e g e t a b l e s . T h u d a t a a r e

g i v e n i n t h u

t a b l a

b e l o w .

K i n d o f m a t e r i a l e t c

N o o f s a m p l e s

N O 3 - N ' p p m

o f f r u s h

w e i g h t

C e r e a l s

3

0

M a i z e

f r o z e n

1

1 3

T o m a t o

2

1 3


2

1 4

P o t a t o

1 1 5

S w e e t p e p p e r

5

1 6

B o r e c e l e ( n o t f e r t i l i z e d ) 2

1 7

C a b b a g e

3

1 7

M u s h r o o m ( n o t f e r t i l i z e d )

3

1 7

G r e e n p e a f r o z e n

4 1 9

C u c u m b e r

2

2 4

R e d C a b b a g e

3

2 4

B r u s s e l s s p r o u t s f r o z o n

4

2 7

A p p l e p u r d e ( b a b y f o o d )

3

2 0

M i x e d v e g e t a b l e s - " -

4

3 5

C a r r o t p u r e d

- " -

3

3 7

F r e n c h b e a n f r o z e n

3 5 9

C a r r o t d r i n k ( b a b y - f o o d )

5

6 0

B r o c c o l i f r o z e n

3

( 5 5 - 1 0 0 )

7 2

B o r e c o l e

2

1 0 3

I s b e r g l e t t u c e

7

( 7 8 - 1 1 5 )

1 0 4

S p i n a c h w i t h h a m ( b a b y - f o o d )

4

1 0 7

S p i n a c h f r o z o n

1 6

( i 4 6 - 5 4 1 ) 3 1 3

D i l l f r o z e n 2

4 9 0

L e t t u c e i 6

( 1 0 9 - 1 2 2 2 ) 5 5 4



R e f e r e n o e s

S c h u p h a n , W . :

Z a r ' : 1 1 . a 1 i t a t d e r N e l i r t u l , g s p f l a n z e n . B L V - V e r i a g s g e o . , M u n c n e n , a o n n , W i e n

1 9 6 1

D e r . - 1 9 6 5 - N u t r i t i o n a l V a l u e o f C r o p s a n d P l a n t u . F a b o r & F a b e r ,

L o n d o n .

D e r a . - 1 9 6 6 - J a c o n 6 P r o d u k t 6 w P o c h o d z e n i a r o n i n n o g o .

P a n e t w o w e

W y d a w n i c t w o H o l n i c z e i L e n e , W a r s c h a u .

D e r s . - 1 9 6 8 - C a l i d a d y V a l o r N u t r i t i v o d e l o s A l i m e n t o s V e g e t a l e s .

E d i t o r i a l A c r i b i a , S a r a g o s s a .

S c h u p h a n , W . :

F o o d - P l a n t s - f r o u h , p r e p a r o d , p r o c e s s e d - i n R e l a t i o n t o S t a n d a r d s o f

O c t . 1 9 7 2

L i v i n g a n d D i s e a s e s o f C i v i l i v - a t i o n p r e p a r e d f o r 7 t h C o n g r e s o

c i g D i u g ,

; e s t - B e r l i n .

H o l t m e i e r , H . J . : M a g n e s i u m s t o f f w e c h s e l s t ö r u n g e n u n d H e r z i n f a r k t . I n : H o r ' z i n f a r k t u n d

1 9 6 9

S c h o c k - H a r m s e n u n d H e i l m e y o r . O . T h i e m e - V e r l a , S t u t t g a r t , 1 1 0 - 1 4 2 .

S c h u p h a n , W . :

D i e P r o b l e m a t i k d l i n c u n g s b e d i n g t e r H o c h s t e r t r g e a u s p h y t o c h e m i s c h e r u n d

1 9 7 0

e r r i a h r u n g o p h y s i o l o g i s c h e r S i c h t . q u a l . P l a n t . e t M a t e r . V e g . 2 0

3 5 - 6 8 .

5 ,

S o h e f f e r , F . :

M i n e r a l d ü n g e r - W e g b e r e i t e r d o u A u f a t i e g o . M i t t . d e r D L O 1 ) 0 .

1 5 1 2

1 9 6 0

S c h e u n e r t , A . , ' O b e r d i e W i l r k u n g f o r t 6 e s e t z t e r V e r f ü t t o r u n g v o n N a h r a n g a m i t t e l n , d i e m i t

S a c h s e u n d

u n d o h n e k U n u t l i c h o D u n g u n g g e z o g e n B i n d . B i o c h e m . Z . 2 7 4 , 3 7 2

S p e c h t :

1 9 3 4

S c h e u n e r t , A . : V e r g l e i c h e n d e U n t e r o . d e r p h y e i o l o g i s c h e n W i r k + m g e n f o r t g e s e t z t o n C e n u s a e s

1 9 3 5

v o n N a h r u n g s m i t t e l n , d i e m i t u n d o r n e H a n d e l s i u n g e r g e z o , 7 e n e i n l .

A n g o w . C h e m ,

4 2

D o a t , F . H .

I r o e r R r n a h r u n g o v e r s u o h e m i t v e r e c h i e d e n g o d u n g t e n G e m u s e n I I I . D i e

u n d W . S c h u p h a n i E r r a n g 2 . , 1 - 2 7

1 9 4 4

S c h u p h a n , W . ,

F . H . D e p t u n d

H . S c h o t o l a

1 9 4 0

W e n d t , H . e t

1 9 3 8

S c h u p b a n , W .

1 9 6 1

S c h u p h a n , W .

1 9 5 9

S c h u p h a n , W . :

1 9 6 5


u n d

H . S c h l o t t m a n

1 9 6 5

s i n e k r i t i s c h e S t e l l u n c m a h m e v o n A g r i k u l t u r c h e m i e u n d M o d i z i n z u r ? r a e

d e r a l l e i n t g e n

S t a l l m i n t d U n g u n g b e i G e m u s e , T o i l A

u n d T e i l B . D i e

E r n a r u n g ,

5 ,

2 9 - 3 7 ; 3 7 - 4 2 .

a l U l c e r 2 : 1 1 . 1 r a n g s v e r e u c h e m i t v e r s c h i e d e n

g e d U n g t e n G e m ü s e n . D i o

E r n ' h r u n g , 3 4 .

5 3 - 6 9

-

M e t h i o n i n c e h a l t u n d E i w e i s a q u a l i t a t v o n B l a t t p f l r u i z e n i n A b h a n g i g k e i t

v o n d o r S t i c k a t o f f d ü n g u n g .

( Z e a l . P l a n t . o t M a t e r . V e g . 8

2 6 1 - 2 8 3

D e r E i n f l u e s e i n o r n t e i g e n d e n

N - D ü n g - A n g

a u f d e n G e h a l t a n e s s e n t i o l l e n

A m i n o u 7 L u r o n u n d a u f d i o B i o l o g i s c h e E i w e i s a w e r A i g k o i t v o n K a r t o f f e l n

( E A S - I n d e x m a c h B . L . O s e r ) . Z . P f l a n z e n e r n . , D u n g . , B o d e n k d e . 1 4 . 2 . ( 1 3 1 ) ;

1 - 1 4

F r t r a g s b i l d u n g u n d E r z e u g u n g

w e r i g e b e n d e r I n h a l t s - u n d S c h a d a t o f f e i n

A b h a n g i g k e i t v o n d o r N - u n d

S o n d e r h e f t , L a n d w . F o r o c h u n g 1 2 ,

1 9 5 - 2 0 5

N - U b e r d u n g u n g a m s U r e a c h e h o h e r N i t r a t - u n d N i t r i t g e h a l t e d e g S p i n a t a

S p i n a c i a o l e r a c e a

L . ) i n i h r e r B e z i e h u n g z u r S a u g l i n g s - M e t h a m o g l o b i n m i o

U n t e r s u c h u n g e n a n f r i s c h e m , t r a n s p o r t i e r t e m u n d t i e f g e f r o m n e m S p i n a t ) .

Z . L e b e n s m i t t e l - U n t e r s u c h . u . - r o r a c h . 1 1 1 L 7 1 - 7 5 .



1 5 . S c h u p h a n , W .

B i l d u n g v o n N i t r a t u n d N i t r i t i m

p f l a n z l i c h e n

S t o f f w e c h e e l . B i b l . " N u t r i t i o

1 9 6 9

e t D i e t a " ,

N o . 1 1 ; 6 .

S y m p . S t u d i e n g r a p p e E u r o p . E r n h r u n g s w i s a e n e c h a f t l e r ,

D a d S e d e n 1 9 6 7 .

V e r l o g S . K a r g e r , B a s e l , N o W Y o r k .


u n d

I . W e i n m a n n

1 9 5 9

H u n n i u s , W .

a n d c o -

w o r k e r s

1 9 7 1

D i e K a r t o f f e l a l e h o c h w e r t i g e E i w e i s e q u o l l e n a c h E r g e b n i s s o n v o n E r n a h r u n g s v e r

a u c h o n u n d v o n B a u s t e i n a n a l y o e n . D i e N a h r u n g

8 1 ) 7 - 8 7 6 .

Z u r H e A l e d e r S t i c k s t o f f d l i n g u n g i c e K o n s u m : c a r t o f f e l b a u .

B a y e r .

L a n d w . J b .

4 8 , R . 4 , 4 0 7 - 4 2 0 .

1 8 . E n g e , R . a n d

E f f e c t s o f h e a v y n i t r o g e n f e r t i l i z e r d r e s s i n g s a n d c r o p s r o t a t i o n s o n

R . 3 a e r u g :

y i e l d a n d q u a l i t y p r o p e r t i e s o f t a b l e p o t a t o e s I I . J o i n t R e p o r t f r o m t h e

1 9 7 1

F a r m G r o p e I n s t . ( N o 1 8 2 ) a n d

t h e I n s t . o f F e r t i l i z a t i o n a n d S o i l M a n s 4 3 e -

m e n t ( N o . 6 9 ) o f N o r w a y , 1 - 2 0

1 9 . L e e , C . a n d

E f f e c t s o f n i t r o g e n f e r t i l i z a t i o n o n t h e T h y r o i d f u n c t i o n o f r a t o f e d

c o w o r k e r s 4 0 ; ) o r c h a r d g r a s o d i e t s . J . o f N u t r i t i o n

1 2 2 ,

N o . 1 0 , 1 1 2 1

1 1 2 6 .

1 9 7 0

2 0 . H i r a n o , C h i s a t o S t u d i e s

o n

t h o n u t r i t i o n a l r e l a t i o n s h i p s b e t w e e n L a r v a e o f c h i l o

1 9 6 4 e u p p r e s s a l i s W a l k e r a n d t h e r i c e p l a n t , w i t h o p e c i a l r e f e r e n c e t o r o l e

o f n i t r o g e n i n n a t r i t i o n

o f l a r v a e . T h e B u l l e t i n o f t h e

N a t i o n a l I n s t .

o f A g r i c u l t u r a l S c i e n c e s , S e r i e s C , N o . 1 7 , 1 0 3 - 1 2 0 .

2 1 . B o c k e r D i l l i n g e n , J :

H a n d b u c h

d e o g e e a m t e n C e m u e e b a u e e . 5 . A u f l . V e r l a g P . P a r e y , B e r l i n ,

1 9 5 0

H a m b u r g ,

2 2 . H o s s l i n , R . , G e m u s e b a u

E r z e u g u n g u n d A b s a t z . B L V V o r l a g o g e o . ,

M u n c h e n , B a a e l ,

W i e n ,

T h . S t e i b a n d

F . M a p p e a

1 9 6 4

2 3 . R i c h t e r , E .

E i n f l u s s d e s W a s o e r b l a n c h i e r e n s a u f d e n N i t r a t g e h a l t v o n S p i n a t . Z .

u n d

L e b e n o m i t t e l U n t e r s . u . F o r e c h . 1 4 1 ,

2 7 5 - 2 7 6 .

S . H a n d k e t

1 9 6 9



H E S E A H G H O N T H E E F F E C T O F I N T E N S I V F , F E R T I L I Z E R n E O N

H U M A N E N V I R O N T s I E N T T N 1 3 1 . 3 1 / J A H I A

I . O a r b o u c h e v & N . M i t r e v a

N . P o u s h k a r o v I n o t i t u t e o f S o i l S c i e n c e , S O F I A

I n t h e c o u r s e o f t h e l a s t 1 0 y e a r s , a g r i c u l t u r e i n B u l g a r i a h a s m a d e a m a r k e d p r o g r e s a

a s r e g a r d s i n t e n s i f i c a t i o n o f p r o d u c t i o n .

F e r t i l i z e r u n

e

p r o v e d t o b e o n e o f t h e m o s t

i m p o r t a n t f a c t o r s o f i n t e n s i f i c a t i o n o f p r o d u c t i o n .

T h e a v e r a g e a m o u n t o f N F K a c t i v e

s u b s t a n c e s i s a t p r e s e n t 1 8 0 - 2 0 0 k g p e r h a , i . e . 1 5 0 - 1 8 0 k g p e r h a f o r c e r e a l s a n d 2 5 0 - 3 5 0 k g

p e r h a f o r c a s h c r o p s , f r u i t t r e e s a n d v e g e t a b l e s .

I n a c c o r d a n c e w i t h t h e p l a n s f o r

f u r t h e r d e v e l o p m e n t o f i n t e n s i v e f a r m i n g

( 1 9 7 5 )

t h e a b o v e q u o t e d a v e r a g e a m o u n t

f o r t h e

c o u n t r y w i l l i n c r e a s e t o 2 5 0 k g p e r h a .

I t i s w e l l k n o w n t h a t B u l g a r i a i e o n e o f t h e g r e a t e s t p r o d u c e r s o f v e g e t a b l e s , f r u i t

a n d g r a p e s f o r f r e s h c o n s u m p t i o n .

T h i s h a s m a d e o u r G o v e r n m e n t a n d t h e r e s e a r c h o r g a n i -

z a t i o n s t a k e m e a s u r e s t o f i n d a s o l u t i o n t o t h e p r o b l e m o f a n y p o s s i b l e p o l l u t i o n o f

h u m a n e n v i r o n m e n t a s a r e s u l t o f i n t e n s i v e f e r t i l i z e r u s e .

T w o r e s e a r c h i n s t i t u t e s a r e i n v o l v e d a t ' p r e s e n t i n t h e w o r k c a r r i e d o u t o n

t h a t

p r o b l e m :

t h e I n s t i t u t e o f H y g ' _ e n e a t t h e M i n i s t r y o f H e a l t h a n d t h e

N .

P o u s h k a r o v

I n s t i t u t e o f S o i l S c i e n c e a t t h e M i n i s t r y o f A g r i c u l t u r e a n d F o o d I n d u s t r y .

T h e r e s e a r c h

w o r k c a r r i e d o u t s o f a r c o n c e r n s m a i n l y t h e e f f e c t o f n i t r o g e n f e r t i l i z e : r e .

T h e r e a r e

t w o r e a s o n s f o r t h i s : l . t h e n i t r o g e n c o m p o u n d s a r e m o b i l e ;

t h e y a r e a p p l i e d i n l a r g e

a m o u n t s a n d p e n e t r a t e e a s i l y t o g r o u n d w a t e r s u s e d f o r d r i n k i n g a n d i r r i g a t i o n ;

2 . t h e

n i t r a t e s i n t r o d u c e d i n t o t h e h u m a n b o d y w i t h f o o d a n d w a t e r c a u s e a d i s e a s e c a l l e d

m e t a h e m o g l o b i n e m i a i n b a b i e s 3 . a n d r u m i n a n t s 4 . ;

a c c o r d i n g t o s o m e m e d i c a l r e s e a r c h

t h e y a r e a l s o t h e r e a s o n f o r e n d e m i c g o i t e r ( 6 ) .

L y o c h e v ( 1 ) , f r o m t h e I n s t i t u t e o f H y g i e n e , h a s s t u d i e d t h e e f f e c t o f N f e r t i l i z e r s

o n t h e c o n t e n t o f n i t r a t e s i n d r i n k i n g w a t e r .

T h e r e s u l t s o b t a i n e d a r e g i v e n i n F i g . 1 .

I t i s o b v i o u s t h a t t h e r e e x i s t s a c o r r e l a t i o n b e t w e e n t h e a m o u n t o f f e r t i l i z e r s a p p l i e d

d u r i n g t h e

1 9 5 3 - 1 9 6 6

p e r i o d a n d t h e p e r c e n t a g e o f w a t e r c o n t a i n i n g n i t r a t e s i n t h e d i s t r i c t s

o f S o f i a , P l e v e n , V i d i n a n d P l o v d i v ( t h e c o r r e l a t i o n c o e f f i c i e n t i n e q u a l t o 0 . 8 5 ) .

B u t t h e

o o r r e l a t i o n c o e f f i c i e n t o f t h e n o n s t a n d a r d a m o u n t s ( 3 0 m g p e r 1 ) i s 0 , 5 4 , w h i c h s h o w s t h a t t h e

a m o u n t o f n i t r a t e s i n t h e w a t e r i s s t i l l l o w .

I r r e s p e c t i v e o f a l l t h a t , t h e p o s i t i v e c o r r e l a t i o n e x i e t i n g b e t w e e n t h e a m o u n t o f

f e r t i l i z e r s i n t r o d u c e d a n d t h e c o n t e n t

o r

n i t r a t e a i n d r i n k i n g w a t e r i n a v e r y s e r i o u s

w a r n i n g .

V e g e t a b l e s a n d f o d d e r c r o p s g r o w n i n d i f f c r o n t r e g i o n s o f t h e c o u n t r y h a v e b e e n t h e

o b j e c t o f a n o t h e r s t u d y r e l a t e d t o t h e s a n e p r o b l e m .

o f a r , i t h a s b e e n e s t a b l i s h e d t h a t

u n d e r t h e c l i m a - t i c c o n d i t i o n s

o r

t h e c o u n t r y ,

a

l o w h i m i d i t y a n d a h i g h s o l a r r a d i a t i o n ,

a c o m p a r a t i v e l y s m a l l p o s s i b i l i t y e x i s t e d f o r a c c u m u l a t i o n o f t o x L c a m o u n t s o f n i t r a t e s

i n t h e p l a n t s .

T h e r e s u l t s o b t a i n e d f r o m t h e s t u d i o s c a r r i e d o u t b y s c i e n t i f i c w o r k e r s

i n P l o v d i v a r e g i v e n i n T a b l e 1 .

I t i s o b v i o u s t h a t t h e a m o u n t o f n i t r a t e s i s w i t h i n t h e

r a n g e o f t h e a d m i s s i b l e c o n t e n t o f n i t r a t e s .

S i m i l a r s t u d i e s h a v e b e e n c a r r i e d o u t a t t h e

I n s t i t u t e o f H y g i e n e o n s p i n a c h s a m p l e s t a k e n f r o m t h e : r i r k e t i n b o f i a ;

T h e a v e r a g e a m o u n t

e s t a b l i s h e d i s 1 2 m g p e r 1 0 0 g o f f r e s h p r c d u c t ( 2 ) , i . e . b e l o w t h e a d m i s s i b l e r a t e

( 5 0 m g p e r 1 0 0 g o f f r e 1

A

P r O d t . )



I t i s w e l l k n o w n t h a t t h e t o x i c a m o u n t u o f n i t r a t e o a r e o h i e f l y a c c u m u l a t e d i n t h e

p r e u e n c e o f a h i g h h u m i d i t y a n d a l o w t e m p e r a t u r e , w h i c h

o c o u r

d u r i n g t h e a u t u m n v e g e t a t i o n

p e r i o d ( 9 ) .

A c c o r d i n g t o t h e d a t a o b t a i n e d a t t h e I n s t i t u t e o r : i y g i e n e f r o m i n v e s t i g a -

t i o n u w i t h s p i n a c h g r o w n d u r i n g l a t e a u t u m n a t t h e r a t e o f 1 2 0 k g o f n i t r o g e n p e r h a , t h e

a m o u n t o f n i t r a t e w a s 1 1 3 m g p e r 1 0 0 g o f f r e u h w e i g h t .

O t h e r e a m p l e s f r o m g l a s s h o u s e s

g a v e a c o n t e n t o f 3 8 2

m g

p e r 1 0 0 g o f f r e s h w e i g h t .

T h e s p e c i a l e x p e r i m e n t s c a r r i e d o u t a t t h e N . P o u s h k a r o v I n o t i t u t e o f S o i l ä c i o n c e

w i t h l e t t u c e s h o w t h a t f e r t i l i z e r ° a p p l i e d l a t e i n a u t u m n h a v e p r o v o k e d a m a r k e d i n c r e a s e

i n n i t r a t e c o n t e n t ( F i g . 2 ) . T h e d a t a o b t a i n e d f r o m a n a l y e e e o f v e g e t a b l e s a m p l e o t a k e n

f r o m t h e m a r k e t i n 8 o f i e i n D e c e m b e r s h o w e d a n i n c r e a s e d a m o u n t o f n i t r a t e s ( T a b l e 2 ) .

T h e p u r p o s e o f o u r e x p e r i m e n t s w a s t o f i n d w a y s t o o v e r c o m e t h e n i t r a t e a c c u m u l a t i o n

i n v e g e t a b l e s a n d f o d d e r c r o p s .

O n e o f t h e w a y e i s t o d e c r e a s e n i t r o g e n f e r t i l i z e r r a t e s

b u t t h i e i s a c o n t r a d i c t i o n ' c . o t h e m a i n t a s k

o f

i n c r e a s i n g o r o d u c t i e n .

T h e o t h e r

t r e n d i n

t o i m p r o v e t h e s y n t h e t i c a n d m e t a b o l i c p r o c e n s e s i n t h e p l a n t s .

I t i o w e l l

k n o w n , t h a t b e e i d e u t h e e f f e c t o f s o l a r r a d i a t i o n a n d h u m i d i t y , t h e c a t a l y t i c e f f e c t o f

u o m e c h e m i c a l e l e m e n t e i s a l e o o f s o m e i m p o r t a n c e .

T o t h i s e n d p o t e x p e r i m e n t s w i t h m a i z e

a n d

l e t t u c e w e r e ( l e t u p w i t h c i n n a m o n i c f o r e s t

s o i l .

T h e f o l l o w i n g r a t e u

o f

n i t r o g e n f e r t i l i z e r s a s a m m o n i u m n i t r a t e w e r e s t u d i e d :

0 , 2 5 0 , 1 7 5 , 5 0 0 , 1 0 0 0 , 2 0 0 0 a n d 4 0 0 0 m g p e r k g o f s o i l .

T h e l a t t e r w e r e c o m b i n e d w i t h

t h r e e l e v e l s o f o t h e r e l e m e n t s a s a b l a n k e t t r e a t m e n t , n o t e d

d o w n

a s B 1 a n d 1 1 2 a n d 3 3

C o m b i n a t i o n s o f t w o m o r e l e v e l s o f t r a c e e l e m e n t s h a v e a l s o b e e n u s e d 1 7 ; i t h l e t t u c e a n d o n e

w i t h m a i z e , n o t e d d o w n a s T 1 a n d T , ( T a b l e 3 ) .

T h e e l e m e n t s w e r o i n t r o d u o e d i n t o t h e s o i l

n o p u r e c h e m i c a l s . G r a m o x o f i e w a e t e s t e d a s a g r o w t h r e g u l a t o r i n a n o t h e r e x p e r i m e n t a t

t h e r a t e o f 0 . 0 0 1 5 m l p e r k g o f s o i l .

T h e c o n t e n t o f n i t r a t e e w a s d e t e r m i n e n a t t h e u t a g e

o f t h e 7 t h - 9 t h l e a f i n a i r - d r y m a t e r i a l ( 7 ) .

R e u u l t o

T h e d a t a o b t a i n e d u h o w e d t h a t t h e c o n t e n t o f n i t r a t e o i n c r e a g e d

w i t h t h e i n c r e a s e o f

t h e n i t r o g e n f e r t i l i z e r r a t e s .

A s r e g a r e m a i z e t h e l i m i t o f t h e t o x i c a m o u n t o f n i t r a t e s ,

i . e . 0 . 7 7 p e r c e n t o f N O

a f t e r H a r k e r a n d K a m e y ( 5 ) w a s r e a c h e d a t t h e r a t e o f 5 0 0 m g o f

p e r k g o f s o i l .

I n l e i t u c e , t h e r a t e o f 2 5 0 - 5 0 0 m g o f N p e r k g o f s o i l i n c r e a s e d t h e

c o n t e n t o f n i t r a t e s t w i c e o r e v e n t h r i c e a s c o m p a r e d t o t h a t i n m a i z e (

i n t h i s c a s e t h e

d i f f e r e n c e i n s e a s o n c o u l d h a v e b e e n t h e r e a e o n f o r s u c h a n i n c r e a e e ) .

A t t h e r a t e o f

4 0 0 0 m g o f t i p e r k g . o f

s o i l

t h e p e r c e n t a g e o f n i t r R t e i n m a i z e w a s 1 . 6 5 p e r c e n t a n d i n

l e t t u o e , 1 . 8 6 p e r c e n t o f d r y m a t t e r , o r i n o t h e r w o r d s , v e r y c l o e e t o t h e l e t h a l l i m i t

f o r r u m i n a n t s a c c o r d i n g t o t h e a b o v e q u o t e d a u t h o r s .

T h e d a t a o b t a i n e d o h o w e d t h a t w h e n m a j o r a n d t r a c e e l e m e n t u w e r e c o m b i n e d t h e c o n t e n t

o f n i t r a t e s d e c r e a s e d ( T a b l e 4 )

.

I f t h e a v e r a g e a m o u n t o f n i t r a t e s i n t h e l e t t u c e a t

B , a n d T n w a s t a k e n a s 1 0 0 i t w a s c o n s i d e r a b l y l o w e r a t B a n d 8 1 .

T h u e ,

i f n o t r a c e

e i e m e n t e % e r e i n t r o d u c e d ( T 0 ) a n d t h e b l a n k e t t r e a t m e n t w á o B , t l i e c o n t e n t o f n i t r a t e n

d e c r e a s e d b y 7 p e r c e n t a s c o m p a r e d t o t h e

c a o e

o f 1 3 , ;

W h e n r a c e e l e m e n t s w e r e i n t r o d u c e l

w i t h T 1 a d e c r e a e e o f 3 6 p e r c e n t w a s p r e o e n t a n d w i t h

4 8 p e r c e n t .

T h e d a t a g i v e n i n T a b l e

5

e h o w t h a t w h e n h i g h r a t e s o f m a j o r a n d t r a c e e l e m e n t n w n r e

c o m b i n e d , t h e l a r g e s t d o o r - e a u ° i n n i t r a t e c o n t e n t a t 2 0 0 0 m g t r e a t m e n t w a s o b s e r v e d .

T h e

e f f e c t o f t r a c e e l e m e n t e p r o v e d t o b e h i g h e r w i t h m a i z e . t h a n w i t h l e t t u c e .

T h e c o n t e n t o f n i t r a t e s i n m a i z e d e c r e a s e d i n t h e p r e g e n c e o f a c o m b i n a t i o n o f 3 a n d

g r a m o x o n e f o r a l l t h e r a t e s o f n i t r o g e n f e r t i l i z e r s ( a v e r a g e o f 1 4 p e r c e n t ) ( F i g . 4 ) .

N o u u c h s t a b l e e f f e c t

w a s o b s e r v e d w i t h l e t t u c e ( F i g .

5 ) .

P u r t h e r e x p e r i m e n t o a r e n e e d e d

i n t h i s r e s p e c t .



T h e e x p e r i m e n t o c a r r i e d o u t a l u o s h o w e d t h a t

* . n e

d e u r e a s e o f n i t r a t e e , a s a r e o u l t

o f t r e a t m e n t e w i t h m a j o r a n d t r a c e e l e m e n t s , d i d n o t a f f e c t t h e d e c r e a s e o f t o t a l n i t r o g e n

( F i g . 6 a , b ) .


T h e r e s u l t s o b t a i n e d f r o m t h e s e f i r e t e x p e r i m e n t o o n t h e p r o b l e m m a k e u s t h i n k t h a t

t h e d e c r e a s e o f n i t r a t e s i s d u e t o t h e i n t e n e i f i c a t i o n o f t h e m e t a b o l i c p r o c e s e e e I n t h e

p l a n t s ;

t h e i n t e r a c t i o n o f m a j o r a n d t r a c e e l e m e n t s p r o v o k e e a h i g h e r d e c r e a s e o f n i t r a t e s .

T h e r e f o r e , t h e m a i n c o n c l u s i o n t h a t c o u l d b e d r a w n i n t h a t n u t r i t i o n E h o u l d b e w e l l

b a l a n c e d i n o r d e r t o p r e v e n t n i t r a t e a c c u m u l a t i o n i n t h e p l a n t a .

F u r t h e r m o r e , w i t h t h e i n c r e a s e i n t h e a m o u n t o f n i t r o g e n f e r t i l i z e r s a c t u a l l y u s e d

a c e r t a i n i n c r e R s e c a n b e o b s e r v e d i n t h e d a n g e r o f a c c u m u l a t i o n o f n i t r a t e e i n c o m e

c r o p s , o u c h a s v e g e t a b l e s a n d f o d d e r .

T h e t h i r d c o n c l u u i o n c o n c e r n s d r a i n a g e w a t e r s a n d i t i n d i c a t e s t h e n e c e s s i t y f o r

c o m p l e t e e r o s i o n c o n t r o l t o p r e v e n t b o t h s o l i d a n d l i q u i d r u n - o f f o f t h e s o i l .

O U T L O O K O N F U T U R E R E S E A R C H W O R K O N T H E E F F E C T O F

I E R T E L I Z E R U S E O N H U M A N E 1 i V I R O N 2 . M N T I N

B U L G A R I A

A n u m b e r o f s t a t e a g e n c i e s h a v e b e e n s e t u p r e c e n t l y i n B u l g a r i a t o

c o n t r o l : b o t h

t h e p r a c t i c a l m e a e u r e s r e q u i r e d a n d s c i e n t i f i c r e s e a r c h w o r k o n h u m a n e n v i r o n m e n t .

T h e I n s t i t u t e o f S o i l ' S c i e n c e i s i n c h a r g e o f r e s e a r c h

o n c o i l c o n s e r v a t i o n a n d

p l a n t p r o t e c t i o n f r o m h a r m f u l e u b o t a n c e e t h a t c o u l d b e t a k e n u p f r o m t h e s o i l .

T h i s

w o r k i s c o o r d i n a t e d w i t h t h e i n v e s t i g a t i o n s o a r r i e d o u t b y t h e i n e t i t u t e s u n d e r t h e

M i n i s t r y o f H e a l t h , t h e M i n i s t r y o f H e a v y I n d u e t r y a n d t h o M i n i e t r y o f F o r e s t s a n d

C o n t r o l o f H u m a n E n v i r o n m e n t .

A c c o r d i n g t o p l a n s , r e s e a r c h w o r k o n s o i l o o n s e r v a t i o n a n d p l a n t p r o t e c t i o n s h o u l d

p r o c e e d a l o n g t w o m a i n l i n e o :

S t u d y o f e n v i r o n m e n t i n g l a e s h o u s e s a n d i n t h e f i e l d s R e r e g a r d s a c c u m u l a t i o n o f

h a r m f u l s u b s t a n c e e i n v e g e t a b l e s a n d f o d d e r c r o p s a n d e e p e c i a l l y a s r e g a r d s n i t r a t o s

u n d e r t h e e f f e c t o f f e r t i l i z e r a p p l i c a t i o n .

I n t h i s c o n n e c t i o n t h e r e s h o u l d b e e s t a b l i s h e d m e t h o d s o f i n t e n u i f i c a t i o n o f

m e t a b o l i s m a n d p h o t o s y n t h e s i e w i t h a v i e w t o a c h i e v i n g a m a x i m u m u s e o f n i t r o g e n f o r

s y n t h e s i z i n g o f u s e f u l o r g a n i c m a t t e r .

T h a t a s p e c t i s i n f a c t a c o n t i n u a t i o n a n d e x t e n s i o n

o f t h e a l r e a d y i n i t i a t e d w o r k , s o m e r e s u l t ° o f h i c h h a v e b e e n r e p o r t n d a t t h i s s e s s i o n .

T h e o t h e r a o p e c t o f t h e w o r k c o n c e r n e c o m p l e t e e r o n i o n c o n t r o l o n d i f f e r e n t

w a t e r n h e d s a n d t h e i n t r o d u c t i o n o f a m o d e r n s y s t e m o f l a n d u s e i n d i f f e r e n t r e g i o n s o f

t h e c o u n t r y w i t h r e s p e c t t o t h e

M R X I M U M

u s e o f f e r t i l i z e r n a n d

m i n i m u m a m o u n t s

o f o o l i d

a n d l i q u i d r u n - o f f p e r m i t t e d , t h e l a t t e r b e i n g t h e r e a s o n f o r f i l l i n g r i v e r s a n d d a m s

w i t h o o z e a n d p o l l u t i n g t h e m w i t h s o i l m a t e r i a l a n d w a t e r

c o n t a i n i n c a

h i g h c o n t e n t

e f r e s i d u a l a m o u n t e o f n i t r o g e n , p h o o p h o r u e , p o t a s e i u m , h e r b i c i d e s a n d p e s t i c i d e s .



A c c o r d i n g t o t h e p r o j e c t , i t i s e n v i s a g e d t h a t r e u e a r c h w i l l

b e i n c l u d e d o n p r e v e n t i o n

o f p o l l u t i o n r e e u l t i n g f r o m t h e e l u r r y e m i t t e d b y l a r g o a n i m a l - : b r e e d i n g f a r m u ( i n t h e n e a r

f u t u r e h u n d r e d s o f l a r g e f a m e , w i l l b e c o n e t r u c t e d i n B u l g a r i a e a c h

o n e f o r s e v e r a l

m i l l i o n b r o i l e r a , 1 5 - 2 0 t h o u s a n d l i v e s t o c k , a b o u t 1 0 0 0 - 1 5 0 0 c o w s a n d 5 0 - 8 0 t h o u s a n d p i g e

f o r f a t t e n i n g ) .

T h e s t u d y w i l l i n c l u d e i n v e s t i g a t i o n s o n e r o s i o n c o n t r o l , t h e w a s h i n g a w a y o f s o i l

a n d c h e m i c a l s u b s t a n c e s b y t h e g r a v i t y

o f w a t e r , t h e p e n e t r a t i o n o f d i f f e r e n t p o l l u t i n g

e u b e t a n c e s i n d r a i n a g e w a t e r i n t o t h e g r o u n d w a t e r s w h i c h a r e u e e d e i t h e r f o r d r i n k i n g

a n d i r r i g a t i o n o r f o r w a t e r s u p p l y t o r i v e r s a n d d a m p . q b e c o m b i n e d m a n a g e m e n t , b i o l o g i c a l

a n d e n g i n e e r i n g p r a c t i c e s o f e r o e i o n c o n t r o l a n d p o l l u t i o n o f t h e e n v i r o n m e n t s h o u l d b e

u t u d i e d .

F o u r w a t e r s h e d s h a v e a l r e a d y b e e n u e l e c t e d c o v e r i n g 1 0 - 4 0 t h o u u a n d h a ;

t h e y

a r e u n d e r t h e s u p e r v i s i o n o f t h e r e s e a r c h o r g a n i s a t i o n , a s w e l l a s t h e M i n i s t r y o f

A g r i c u l t u r e a n d F o o d I n d u s t r y a n d t h e M i n i u t r y o f F o r e s t e a n d C o n t r o l o f H u m a n E n v i r o n m e n t .

T h e N . P o u s h k a r o v I n s t i t u t e o f S o i l S c i e n c e p l a y s a n i m p o r t a n t r o l e i n p l a n n i n g a n d

s t u d y i n g t h e e f f e c t o f t h e a p p l i c a t i o n o f d i f f e r e n t e r o e i o n c o n t r o l p r a c t i c e u a n d c o n t r o l

o f p o l l u t i o n .

T h i e p r o j e c t i s i n c l u d e d i n o n e o f t h e p r o g r a m m e s o f t h e U N D P / F A O p r o j e c t

4 7 2

B U L 6 :

S t r e n g t h e n i n g o f t h e N i k o l a

P o u e h k a r o v

I n s t i t u t e o f S o i l S c i e n c e i n S o f i a .

R E F E R E N C E

n b O t i e B 1 .

C . n a y H i T p y A o B e H a

H I M , C O R E , 1 9 6 9 .

H o l i n n w E t a 3 . ,

1 , i . A m 1 r u 1 e B a .

r p a z i H a p c . : B o ,

/ 4 ,

1 9 6 9 .

C y d 6 o n a l

r i 4 T V I e H a

1

c a m i T a p o a ,

1 0 , 1 9 6 2 .

A g r i c u l t u r e I n f o r m a t i o n B u l l e t i n N o

2 9 9 ,

A g r i c u l t u r a l R e s e a r c h

S e r v i c e , U S D A ,

1 9 6 5 .

H a r k e r K . W . , K a m a y A . M . , V i e l e m e y e r u n d S e y f a r t h , A l b r e c h t T h a e r -

A r c h i v , B d .

9 ,

H . 9 , 1 9 6 5 .

H e t t c h e O . , S t a d t e h y g i e n e , 8 , 1 9 6 8 .

M e t h o d e n b u c h B d . I V , N e u m a n V e r l a y , B e r l i n , 1 9 5 3 .

S a c h e e R . , Z e i t e c h r . f . g e s a m t e H y g i e n e u n d i h r e C r e n z g e b i e t e , 1 2 ,

4 1 1 9 6 6 .

W r i g h t M . J . a n d D a v i s o n K . L . A d v a n c c a i n A g r o n o m y , v . 1 6 , 1 9 6 4 .



T a b l e I

N I T R A T E S I N S O W S

C R O P S

T a b l e 2

C O N T E N T O P N I T R A T E S I N S O M E V E G E T A B L E S

C r o p s

N O c o n t e n t i n p e r c e n t

j

o f d r y m a t t e r

1 .

A l f a l f a , I I o u t

( s t a g e o f b l o s s o m i n g )

0 . 2 2

2 .

C o o k ' s f o o t

( s t a g e o f t a s s e l i n g )

0 . 3 9

3 .

M a n g e l w u r z e l

( l e a v e s )

0 . 6 5

4 .

M a i z e

( s t a g e o f 1 2 t h l e a f ) 0 . 3 7

5 .

M a i z e

( a f t e r v e g e t a b l e s )

0 . 4 5

i

C r o p s

N O 3

c o n t e n t i n m g p e r 1 0 0 g

o f f r e s h w e i g h t

1 .

C a b b a g e I

1 7

2 .

C a b b a g e I I

4 4

3 .

L e e k a

1 8

4 .

S p i n a c h

I

7 1

5 .

S p i n a c h

I I

5 7

6 .

S p i n a c h I I I

: 3



T a b l e 3

B L A N K E T T R E A T M E N T

T a b l e 4

D E C R E A S E O F N I T R A T E S A S A R E S U L T O F I N T E R A C T I O N

B E T W E E N M A J O R A N D T R A C E E L E M E N T S

N u t r i e n t s a n d o t h e r e l e m e n t o I n g p e r k g o f s o i l

P

K

C a

M g

S

N a

C l

B 1

2 2

1 . 2 8

0 . 2 5 1 . 0 0 . 0 6 0 . 0 5

B 2

4

4

2 . 5 6

0 . 5

1 . 5

0 . 1 2

0 . 1 0

B . .

8

5 . 1 2

1 . 0

2 . 0

0 . 2 4

0 . 2 0

T r a c e e l e m e n t o i n m g p e r k g o f s o i l

P o

M o

M n

a

I

F e

C u

T 1

1 . 5 0 . 1

2 . 5 6 0 . 1 3 0

1

T 2

4 . 5

1 . 0

7 . 0

1 2 0 . 3

6 0

2

L e v e l o f

S a l a d

M a i z e

t r a c e

e l e m e n t s

L e v e l o f m a j o r e l e m e n t o

( T )

B 2

B 1

2

B 3

T o

T 1

T 2

1 0 0

1 0 2

9 1

9 1 .

8 5

7 3

6 6

5 2

1 0 0

5 7

9 6

6 0

8 1

6 1



T a t ' l e

I N T E R A C T I O N A T 2 0 0 0 M O O F N H 4 N O 3

L e v e l o f

3 a l a d

N O c a

L e v e l o f

M a i z e

N O

t r a c e

e l e m e n t o

1 5 1

2

B 3

t r a c e

e l e m e n t o

B 1

B 2

B 3

T c

1 . 3 9 1 . 3 0 1 . 0 8

1 . 1 4 1 . 1 0

0 . 9 3

1 . 4 2 1 . 1 8

0 . 9 2

1

0 . 6 5

0 . 6 8

0 . 7 0

T 2

1 . 2 7

1 . 1 4

0 . 7 3



E F F E C T O F M A J O R A N O T R A C E E L E M E N T S O N C O W : 1 N T

O F N I T R A T E S I N S A L A D C R O P

2 3 0

N F E R T I L I Z 1 R l h M O / K O O F S O I L

2 0 0

, T J

1 6 0

4

2

1 2 0

o -

- - - - - - - - - -

c c

6 .

8 0

o

a t

4 0

o

N F E R T I L I Z E R I N 1 1 0 / K 0 O F S O I L

F I G . 3

E F F E C T O F G R A M O X O N E O N C O N T E N T O F

N I T R A T E S

I N M A I Z E

C R O P

1 3 0 0

3 0 0 0

4 6 0 0

N F E R T I L I T E R I N F I G / K O O f S O I L

F I G

F 1 1 1

8 3

8 3 4 T 2

B e

8 . 2

T i

O

a o c

1 0 Ó 0

2 0 0 0

4 0 0 0

5 0 0

1 0 0 0

2 0 0 0

4 0 0 0



1 8 0

1 2 0

B O

4 0

o

o

B O O

1 0 0 0 2 0 0 0

4 0 0 0

f E R T t L 1 Z E R I N M O / K 0 O F S O I L

o

E F F E C T O F G N A M O X O N E O N C O N T E N T 0 1 - N I T R A T E S

I N S A L A D C R O P

5 0 0 0

1 0 0 0 2 0 0 0 4 0 0 0

B 1

N P E R 1 ' 1 1 . 1 2 E R I N M G / D O T

- - - - , 8 3 4 - 0 , 0 m a x o n

F I G E

1 3 2 4 . I

2 9 0 5 0 0 1 0 0 0 2 0 0 0 4 . 0 0 0

o

B 2

N r E R T I L i Z E R I N N 1 0 / P O T

I G O

2 1 2 0

9 0

4 0

o

1 3 2 5 ,

- - - -

8 2

0 . 0 n e

5 0 0

1 0 0 0

2 0 0 0

4 0 0 0

F E R T I L I Z E R I N h i p / K 0 O F S o I L

F 1 0 . 5

R E L A T I V E A M O U N T O F N I T P A T E S . I N T O T A L N I T R O G E N I N M A I Z E C R O P

o

B Y

9 2

T

4

2

o



T H L M A I N S O U B C F ; 3 O P E U T R O P H I C A T I O N O F I N L A N D W A T E R S W I T H S P E C I A L R E F E R E N C E T O T H E

C O H P A R A T I V E M A G N I T U D

0 1 0 P O L L U T I O N S O U R C E S

O . J a a g

C O N T E N T S

A .

T h e p r o g r e s s i v e d e t e r i o r a t i o n o f S w i s s l a k e s a n d r i v e r s a n d

o u r s t r u g g l e t o k e e p w a t e r s c l e a n

P h o s p h o r u s a n d n i t r o g e n

T h e s t r u g g l e a g a i n s t e u t r o p h i n a t i o n

B .

T h e A B C s o f w a s t e w a t e r p u r i f i c a t i o n

C o l l e c t i n g a n d c o n d u c t i n g w a s t e w a t e r t h r o u g h a e e w e r a g e

s y s t e m

W a n t o w a t o r t r e a t m e n t

S e d i m e n t a t i o n o r p r i m a r y s e t t l i n g t a n k

S l u d g e d i g e s t i o n

S e c o n d a r y w a e t e w a t e r t r e a t m e n t

5 . 1 .

T h e t r i c k l i n g f i l t e r

5 . 2 .

A c t i v a t e d s l u d g e s y s t e m

T e r t i a r y t r e a t m e n t : R e m o v a l o f m a i n e u t r o p h y i n g s u b s t a n c e s

C o n c l u s i o n

C .

T h e c o n t r i b u t i o n o f a g r i c u l t u r e t o w a r d e u t r o p h i c a t i o n i n S w i t z e r l a n d


A m o u n t s o f n i t r o g e n a n d p h o s p h o r u s c o n t a i n e d i n w a t e r a n d

o r i g i n a t i n g f r o m l a n d u t i l i z e d b y a g r i c u l t u r e a n d f o r e e t r y

2 . 1 .

D i r e c t m c a o u r u s e f f e c t e d u n d e r n a t u r a l c o n d i t i o n s i n t h e

c a t c h m e n t a r e a s o f v a r i o u s r e c e i v i n g w a t e r s

2 . 1 . 1 .

T h e A l p t a l

2 . 1 . 2 .

T h e L a k e o f A l p n a c h

2 . 1 . 3 .

T h e L a k e o f S a r n e n

2 . 1 . 4 .

T h e r i v e r s y s t e m L i n t h L i m m a t

2 . 1 . 5 .

T h e L a k e o f R a l l w i l

2 . 1 . 6 .

T h e L a k e o f M o r a t

2 . 1 . 7 .

T h e L a k e o f P f : i f f i k o n a n d t h e G r e i f e n e e e

2 . 2 .

R e c a p i t u l a t i o n o f t h e r e s u l t e

2 . 3 .

l A y s i m e t e r t e s t s

2 . 3 . 1 .

A f e w r e s u l t s o f S w i g s l y s i m e t e r t e s t s

2 . 3 . 2 . D i s c u s s i o n o f t h e l y e i m e t e r t o s t e

2 . 3 . 2 . 1 .

P h o s p h o r u s l e a c h i n g s

2 . 3 . 2 . 2 .

N i t r o g e n l e a c h i n g e



C o n t ' d

C .

T h e c o n t r i b u t i o n o f a g r i c u l t u r e t o w a r d e u t r o p h i c a t i o n i n S w i t z e r l a n d

R e l a t i v e s h a r e o f t h e a g r i c u l t u r a l c o n t r i b u t i o n i n t h e t o t a l n u t r i e n t

l o a d i m p o s e d o n s o m e S w i s s l a k e s , a n d t h e c o n s e q u e n c e s t h a t r e a u l t

t h e r e f r o m

C o n s u m p t i o n a n d a p p l i c a t i o n o f f e r t i l i z e r s

P o s s i b l e a g r i c u l t u r a l m e a o u r e s t o r e d u c e t h e s u p p l y o f n u t r i e n t s

i n t o w a t e r b o d i e s

F i n a l c o n s i d e r a t i o n s a b o u t p h o s p h o r u e a n d o t h e r p l a n t n u t r i e n t s

e c o n o m y .

A c k n o w l e a g m e n t

H a v i n g w o r k e d a t o n e h a n d w i t h l a m n o l o g i c a l p r o b l e m o o n a c o n s i d e r a b l e

n u m b e r o f S w i s s

r i v e r o a n d l a k e H f o r m a n y y e a r s a n d

o n t h e o t h e r

h a n d d e a l t

w i t h

p r o b l e m e a n d . m o d e r n a s p e c t o

a n d t e c h n i q u e u o f s o l i d w a s t e u t r e a t m e n t , r e u t i l i z a t i o n a n d d i e p o s a l i n

S w i t z e r l a n d a n d

a b r o a d , a t w a s a h o n o u r a n d a p l e a e u r e f o r m e t o a c c e p t y o u r

i n v i t a t i o n

t o p r e p a r e r e p o r t o

o n b o t h t h e o e t o p i c s a s m y c o n t r i b u t i o n t o y o u r

p a n e l m e e t i n g t o b e h e l d f r o m j a n u a r y 2 5

t o 3 0 , 1 9 7 2 , i n R o m e .

T h e r e f o r e ,

I c o l l e c t e d t h e r e a u l t s s u m m a r i z e d i n q u i t e a l o t o f r e p o r t s

a n d

l e c t u r e s

I h a d w o r k e d o u t i n t h e c o u r s e o f t h e l a e t d e c a d e s ' .

-

T h e n , d u r i n g t h e f a l l

o f 1 9 7 1

I b e c a m e a w a r e t h a t t w o c o m p r e h e n e i v e r e p o r t o w e r e b e i n g

d r a f t e d i n o u r I n s t i t u t e , t h e o n e w o r k e d o u t b y t h e d a r e c t o r s o f

t h e W H O

I n t e r n a t i o n a l R e -

f e r e n c e C e n t e r , M r . D . S t i c k e l b e r g e r a n d M r . H . R . W a s m e r e n t i t l e d " S u r v e y o f S o l i d W a o t e s

M a n a g e m e n t P r a c t i c e s " , t h e o t h e r p r e p a r e d f o r O L C D b y D r . R . G a c h t e r , F I A W A C , a n d D r . O . J . P u r r e r ,

S w i s o F e d e r a l R e s e a r c h I n e t i t u t e f o r A g r i c u l t u r a l C h e m i s t r y

a t

L i e b e f e l d B e r n e e n t i t l e d

" D e r B e i t r a g d e r L a n a w i r t s c h a f t z u r E u t r o p h a e r u n g d e r G e w a e s e r i n d e r S c h w e i z " .

S i n c e w e a l l f e l t t h a t d o u b l e w o r k o n t h e s a m e s u b j e c t s h o u l d

b e

a v o i d e d , t h e s e a u t h o r s

a l l o w e a m e t o a d a p t t h e i r r e p o r t s i n a m a n n e r t o b e u s e f u / f o r t h e p r e s e n t p a n e l m e e t i n g .

T h e r e f o r e , m a n y e l e m e n t s o f m y r e p o r t h a v e b e e n t a k e n f r o m t h e m e n t i o n e d p a p e r o w h i c h r e p r e -

p e n t a n a n a l y s i s

a s w e l l

a s a

s y n t h e s a s o f t h e t o t a l o f t h e a p p r o p r i a t e e x p e r i e n c e a v a i l a b l e

t o d a y .

I w o u l d l i k e t o e x p r e s s m y b e s t t h a n k s t c D . S t i c k e l b e r g e r , H . R . W a s m e r , R . G a c h t e r a n d

O . J . F u r r e r f o r h a v a n g a l l o w e d m e t o u s e t h e i r e x c e l l e n t s t u d i e s .

8 6 0 0 D U b e n a o r f , 2 0 . 1 . 1 9 7 2

P r o f . D r . O .

J 4 : 4 - 6



A .

T H E P R O G R E S S I V E D E T E R I O R A T I O N O F S W I S S L U C E S A N D R I V E R S A N D

O U R S T R U G G L E T O

K E E P W A T E R S C L E A N .

W h e n B o r n e 1 5 0 0 0 y e a r s a g o t h e A l p i n e g l a c i e r s r e c e d e d , t h e w a t e r s o f t h e l a k e s t h a t

f o r m e d w e r e s o c l e a r t h a t e v e r y p e b b l e c o u l d b e s e e n a t t h e b o t t o m .

S e l f - p u r i f i c a t i o n ,

a f a c u l t y i n h e r e n t i n e v e r y b o d y o f w a t e r , o a s i l y e l i m i n a t e d a l l o r g a n i c m a t t e r

t h a t

d e v e l o p e d n a t u r a l l y o r w h i c h w a s a i s c h a r g e d f r o m t h e & L o r e n ; t h a n k o t o t h i e c o n t i n u o u s

p r o c e s s o f m i n e r a l i z a t i o n o u r l a k e o a n d r i v e r s w e r e k e p t c l e a n .

I t w a o o n l y w h e n t h e p r o l i f e r a t i o n o f p o l l u t a n t s r e a c h e d d i s c o n c e r t i n g p r o p o r t i o n s

o w i n g t o o r c ' e a d i n g c i v i l i z a t i o n a n d i n d u s t r i a l i z a t i o n t h a t t h e d e t r i m e n t a l e f f e c t s o n

o u r w a t e r s b e c a m e a p p a r e n t .

T h i o l e d t o a c a t a s t r o p h i c d e t e r i o r a t i o n i n t h e c h e m i c a l

a n d b i o l o g i c a l e q u i l i b r i u m o f o u r l a k e s a n d r i v e r e , a d e v e l o p m e n t w h i c h n a d e i t m o r e

a n d m o r e d i f f i c u l t t o e u p p l y i n d u s t r y a s w e l l a s r e s i d e n t i a l a r e a s w i t h a r i n k i n g a n d s e r v i c e

w a t e r ; f i s h p o p u l a t i o n o w e r e d e c i m a t e d , a n d b a t h i n g a n d a w i m m i n g b e c a m e d a n g e r o u s a s a

r e o u l t o f b a c t e r i a l c o n t a m i n a t i o n .

A l l E u r o p e a n c o u n t r i e s w e r e b e s e t b y t h i s b l i g h t , a n d S w i t z e r l a n d l o o k e d o n w i t h

a p p r e h e n s i o n a s i t o p r e a d t o t h e w a t e r s o f t h e U S A , L a t i n A m e r i c a , J a p a n a n d p r a c t i c a l l y

a l l a r e a s o f t h e c i v i l i z e d w o r l d .

W a t e r p o l l u t i o n s o o n b e c a m e a w o r l d - w i d e p r o b l e m o f

p a r a m o u n t i m p o r t a n c e .

S w i t z e r l a n d b e g a n t h e s t r u g g l e t o p r e s e r v e i t s w a t e r s a s e a r l y a s t h e 1 9 2 0 e ; e x p e r t e

r e s o r t e d t o a l l t h e w a y s a n d m e a n s a v a i l a b l e t o w a r n t h e n a t i o n o f t h e i m m i n e n t d a n g e r ;

n a t i o n a l a n d c a n t o n a l l e g i u l a t i o n w a s s e t u p t o e n a b l e u s t o d o b a t t l e

o n t h e b r o a d e s t

f r o n t p o o s i b l e .

P r i v a t e a o s o c i a t i o n s f o r t h e c o n s e r v a t i o n o f o u r w a t e r s f o r m e d i n n u m e r o u s E n r o p e a n

c o u n t r i e s .

F i n a l l y t h e s e n a t i o n a l a e s o c i a t i o n e m e r g e d t o c o n s t i t u t e t h e E u r o p e a n F e d e r a t i o n

f o r t h e P r o t e c t i o n o f W a t e r s .

I n

1 9 6 5 ,

a f t e r t h e i n t e r n a t i o n a l c o n g r e o s e s i n L o n d o n

a n d T o k y o a n d l a t e r i n M u n i c h a n d P r a g u e , t h e I n t e r n a t i o n a l A s s o c i a t i o n o n W a t e r P o l l u t i o n

R e s e a r c h , w h i c h h e l d i t s 5 t h c o n g r e s s i n S a n F r a n c i s c o a n d H a w a i i i n

1 9 7 0 ,

w a s s e t u p .

W a t e r c o n e u m p t i o n i n a l l D c r o p e a n c o u n t r i e s , l i k e i n t h e U S A , i s c o n s t a n t l y o n t h e

r i s e a n d i s n o w i n c r e a o i n g a t t h e D a m e r a t e a s t h a t o f p o p a l a t i o n a n d i n d u s t r i a l e x p a n s i o n .

r m o s t p r e s s i n g t a s k i s t h e r e f o r e t o p r e s e r v e o u r n a t u r a l w a t e r s u p p l y , o u r l a k e s ,

r i v e r s a n d g r o u n d w a t e r .

T h e f i r o t m e c h a n o - b i o l o g i c a l w a t e r p u r i f i c a t i o n p l a n t i n S w i t z e r l a n d b e c a m e o p e r a t i v e

i n t h e y e a r 1 9 1 6 .

H o w e v e r , i t w a o o n l y a f t e r t h e 1 9 3 0 s a n d p a r t i c u l a r l y a f t e r t h e

i m p l e m e n t a t i o n

o f t h e

F e d e r a l A c t f o r t h e P r o t e c t i o n o f W a t e r s a g a i n o t P o l l u t i o n i n

1 9 5 5

t h a t t h e c o n s t r u c t i o n o f c e w a g e a n d i n d u s t r i a l w a s t e w a t e r p u r i f i c a t i o n p l a n t o f o l l o w e d

i n r a p i d s u c c e s e i o n .

T o d a y t h e r e a r e - I a m p l e a s e d t o s a y - e o m e 4 0 0 c e n t r a l m e c h a n o -

b i o l o g i c a l p u r i f i c a t i o n p l a n t s i n o p e r a t i o n , 1 0 0 u n d e r c o n o t r u c t i o n , a n d c o n o t r u c t i o n

c r e d i t h a s a l r e a d y b e e n a p p r o v e d f o r a n a d d i t i o n a l 1 0 0 w a s t e w a t e r p u r i f i c a t i o n a n d w a s t e s

d i s p o s a l p l a n t s , a l l f o r S w i t z e r l a n a ' s s m a l l a r e a o f 1 6 0 0 0 s q u a r e m i l e s .

A t p r e s e n t

a p p r o x i m a t e l y 5 0

7 ,

o f t h e S w i s o p o p u l a t i o n a s w e l l a s i t s i n d u s t r y a r e c o n n e c t e d t o

m o d e r n p u r i f i c a t i o n p l a n t u .

U p u n t i l n o w m o r e t h a n 3 b i l l i o n S w i s s f r a n c s o r r o u g h l y

1 b i l l i o n U S d o l l a r s h a v e a l r e a d y b e e n s p e n t o n t h e o e p l a n t o a n d t h e n e c e s o a r y s e w e r a g e

s y s t e m s .

B y t h e t i m e t h e f i r e t r o u n d i n o u r f i g h t t o p r e s e r v e o u r w a t e r s w i l l b e w o n ,

c l o s e t o 1 0 b i l l i o n S w i o s f r a n c s o r a b o u t 2 1 / 2 b i l l i o n U S d o l l a r s w i l l h a v e b e e n d i o -

b u r s e d f o r s e w e r a g e s y s t e m s a n d p a r i f i c a t i o n p r o g r a m m e s f o r d o m e s t i c a n d i n d u s t r i a l

w a s t e w a t e r .

T h i s i o a v e r y h i g h s u m f o r a c o u n t r y w i t h n o t v e r y m u c h m o r e t h a n s i x

m i l l i o n i n h a b i t a n t s .



A t p r e s e n t w a e t e w a t e r p u r i f i c a t i o n i n c l u d e s p r i m a r y t r e a t m e n t ( s e d i m e n t a t i o n ) a n d

b i o l o g i c a l t r e a t m e n t e i t h e r w i t h t r i c k l i n g f i l t e r s o r a c c o r d i n g t o t h e a c t i v a t e d s l u d g e

s y s t e m .

T h e d e t e r i o r a t i o n i n o u r n a t u r a l w a t e r s d e s c r i b e d a b o v e i s d u o t o w h a t w e c a l l

e u t r o p h i c a t i o n .

T h e p h e n o m e n o n o f e u t r o p h i c a t i o n i n o u r w a t e r s a s I m e n t i o n e d b e f o r e s h o w s i t o e l f

i n t h e s i l t i n g o f r i v e r s a n d l a k e s a s w e l l a e i n t h e i r o v e r p r o d u c t i o n o f a l g a e a n d

w e e d s .

E v e n t h o u g h m u c h o f t h e p r o c e s s r e m a i n s u n c l e a r , w e c a n b e t t e r u n d e r s t a n d t h e o e

e f f e c t e b y c o n e i d e r i n g t h e p h y s i o l o g i c a l l a w o o f p l a n t l i f e .

O u r k n o w l e d g e i s s t i l l

e s p e c i a l l y f r a g m e n t a r y w i t h r e s p e c t t o t h e r o l e o f t r a c e e l e m e n t s , w h i c h i n f l u e n c e t h e

.

p r o d u c t i o n c y c l e o f a b o d y o f w a t e r .

U n c e r t a i n t y b e g i n s w h e r e i t c a n b e e s t a b l i s h e d

t h a t l a k e o h a v e " t u r n e d " , d e s p i t e t h e a b s e n c e o f a n o b v i o u s c a u s e f o r t h e d i s t u r b a n c e

i n t h e i r c h e m i c a l a n d b i o l o g i c a l b a l a n c e .

F o r e x a m p l e , w h a t w e r e t h e c a u s e s f o r t h e

s u d d e n a p p e a r a n c e i n 1 8 2 5 o f t h e B u r g u n d e r b l u t

a l g a e i n t h e L a k e o f M o r a t ( M u r t e n s e e ) -

i m b a l a n c e t r i g g e r e d b y w a s t e w a t e r f r o m a n u m e r i c a l l y s m a l l p o p u l a t i o n w i t h o u t i n d u s t r y

w o r t h y o f m e n t i o n ?

B u t t h e m a s s i v e d e v e l o p m e n t o f o t h e r s p e c i e s o f a l g a e , p r e v i o u s l y u n k n o w n l o c a l l y ,

c o n f r o n t s u s w i t h t h e s a m e r i d d l e .

A t p r e s e n t , L i e b i g a n d M i t s c h e r l i c h ' s l a w s o n p l a n t

n u t r i t i o n o f f e r t h e o n l y e x p l a n a t i o n , a s c r i b i n g e u t r o p h i c a t i o n t o s u b s t a n c e s w h i c h c a u s e

e x p l o e i v e v e g e t a l g r o w t h a s s o o n a s t h e n u t r i e n t s h a v e r e a c h e d a m i n i m a l c o n c e n t r a t i o n ,

e i t h e r t h r o u g h g r a d u a l o r s u d d e n e n r i c h m e n t . F r o m p r e v i o u s l y c o n d u c t e d i n v e s t i g a t i o n s

i t c a n b e s e e n t h a t i t i s u o u a l l y t h e c o n t e n t o f p h o s p h o r u s s a l t s w h i c h i n a t t h e e o u r c e

o f t h e e u t r o p h i c a t i o n o f o u r w a t e r s .

A s a r u l e , n i t r o g e n c o m p o u n d s a r e p r e s e n t i n s u c h

l a r g e q u a n t i t i e s t h a t a f u r t h e r i n c r e a s e o f t h e i r c o n c e n t r a t i o n c o u l d h a r d l y h a v e t h e

e f f e c t o f a d d i t i o n a l l y f a v o r i n g p r o d u c t i o n .

A m o n g t h e m a i n e u t r o p h i c m a t e r i a l s , t h a t i s , t h e v a r i o u s o x i d i z e d e l e m e n t s i n n i t r o g e n

a n d p h o e p h o r u s , t h e f o l l o w i n g m e a n v a l u e s a r e f o u n d i n S w i s s w a t e r s :

N o r m a l l y p r e s e n t i n m g / l i t e r

i n l a k e e

r i v e r s

s t r e a m s

p u r e g r o u n d w a t e r

A m m o n i a

N H 4

+

0 - 0 . 1 ( t o 1 )

0 . 0 1 - 1

0 . 0 1 - 1

0 - 0 . 0 5

N i t r a t e

N O 2 -

0 . 0 - 0 . 0 5

0 - 0 . 0 5

0 - 0 . 1

0 - t r a c e s

N i t r a t e

N O 3 -

0 - 1

u p t o . 2

u p t o 1 0

u p t o 1 0

P h o s p h a t e

P ° 4

0 - 0 . 5

0 - 1

0 - 1

u p t o 0 . 0 5



T h e s e a r e i n s i g n i f i c a n t c o n c e n t r a t i o n s ; y e t t h e y s u f f i c e t o t r i g g e r t h e p r o l i f e r a t i o n

o f t h e f l o r a t h a t s e r v e s t h e a n i m a l p l a n k t o n a n d , i n t u r n , t h e h i g h e r f a u n a , a s f o o d .

N i t r o g e n c o m p o u n d s a l r e a d y g a t i n t o o u r w a t e r s t h r o u g h r a i n , f o r a l t h o u g h n i t r o g e n ,

w h i c h c o m p r i s e s 8 0 % o f t h e a t m o s p h e r e i n c h e m i c a l l y v e r y i n a c t i v e , e l e d t r i c d i e c h a r g e s

i n t h e a i r f r o m o x y g e n a n d n i t r o g e n c o m p o u n d s t h a t a c c u m u l a t e i n u m a l l q u a n t i t i e s i n t h e

w a t e r a n d s o i l .

F a r g r e a t e r a m o u n t s o f n i t r o g e n a r e d i s c h a r g e d i n t o o u r l a k e s a n d r i v e r s

f r o m d o m e s t i c a n d i n d u s t r i a l w a s t e w a t e r s a n d e s p e c i a l l y f r o m t h e e f f l u e n t s o f p u r i f i c a t i o n

p l a n t e .

I n a d d i t i o n , t h a n k s

t o t h e o x y g e n p r e e e n t i n s o i l a n d w a t e r , n i t r o g e n i s a b s o r b e d b y

b a c t e r i a o f v a r i o u s k i n d s a n d b y t h e u b i q u i t o u s b l u e - g r e e n a l g a e .

O u r c a m p a i g n a g a i n s t e u t r o p h i c a t i o n m u s t t h e r e f o r e b e a i m e d a t r e s t r i c t i n g t h e

a d d i t i o n o f

p h o e p h o r u e

c o m p o u n d s a s m u c h a s p o s s i b l e . .

B u t h o w d o t h e b a s i c n u t r i e n t s

u s e d b y t h e f a r m e r t o f e r t i l i z o h i s c r o p s g e t i n t o o u r w a t e r s ?

I t i s n o t d i f f i c u l t t o

e s t a b l i s h w h i c h e u t r o p h y i n g m a t e r i a l s c o m e f r o m s e w a g e t r e a t m e n t p l a n t s a n d t o d e t e r m i n e

t h e i r e x a c t a m o u n t s a n d c o n t e n t .

I t i s m u c h l e s s s i m p l e - i f n o t i m p o s s i b l e - h o w e v e r ,

t o j u d g e t h e a f f l u x o f p h o e p h o r u e a n d n i t r o g e n c o m p o u n d s r e s u l t i n g f r o m a g r i c u l t u r a l

f e r t i l i z a t i o n o r e v e n f r o m t h e b r e a k d o w n a n d d i e s o l u t i o n o f m o u n t a i n r o c k , b o t h s o u r c e s

w h i c h c o n t r i b u t e t o t h e e u t r o p h i c a t i o n

o r

w a t e r i n a d r a i n a g e a r e a .

A s t h e y a r e d i f f i c u l t

t o q u a n t i f y , t h e a c c r e t i o n o f t h e s e n u t r i e n t s c a n o n l y b e e s t i m a t e d ; n e v e r t h e l e s s w e k n o w

t h a t , a s a w h o l e , t h e a m o u n t t h e y r e p r e e e n t i e a s g r e a t a s o r g r e a t e r t h a n t h e m e a s u r a b l e

n u t r i e n t e f r o m s e w a g e p l a n t s .

D e s p i t e t h i s u n c e r t a i n t y , m a n y S w i s s m u n i c i p a l i t i e s - e s p e c i a l l y t h e C a n t o n s ' o f

Z u r i c h a n d B e r n e - d e c i d e d t o d e m a n d a s c o m p l e t e a r e m o v a l o f p h o e p h o r u s c o m p o u n d s a s

p o n s i b l e f r o m t h e w a s t e w a t e r o f a e w a g e p l a n t s , a t l e a e t i n t h e c a t c h m e n t a r e a o f l a k e s

( t e r t i a r y t r e a t m e n t ) .

A t p r e s e n t , t h e e u t r o p h i c a t i o n o f r i v e r a i s c a u s i n g u s a l m o s t

n o c o n c e r n b e c a u s e t h e e q u i l i b r i u m o f t h e i r w a t e r s i s n o t b e i n g d i s t u r b e d .

I n d e e d , a

g r e a t o r g a n i c l o a d i e n e c e s s a r y t o p r o d u c e a u h a r p r e d u c t i o n i n t h e o x y g e n c o n t e n t o f a

b o d y o f r u n n i n g w a t e r .

L e t u s f i r s t c o n s i d e r t h e m o s t i m p o r t a n t n u t r i e n t e l e m e n t s f o r p l a n t s .

A .

1 P h o o p h o r u s a n d n i t r o g e n

P h o s p h o r u s i s p r e s e n t i n s o i l i n t h e f o r m o f p h o s p h a t e s , v a r i o u s f o r m s o f a p a t i t e s

a s w e l l a s t r i - , d i - , a n d m o n o c a l c i u m p h o s p h a t e .

O r g a n i c p h o s p h o r i c c o m p o u n d s s u c h a s

p h y t i n a n d n u c l e a r a c i d s , a b e o r b a b l e b y p l a n t s , h a v e a l s o b e e n f o u n d i n t h e s o i l .

P h o s p h o r i c c o m p o u n d s i n d i f f e r e n t s o i l e r e a c h c o n c e n t r a t i o n s o f 0 t o 0 . 3 % .

N i t r o g e n c o m p o u n d s a r e p r a c t i c a l l y n o n - e x i s t e n t i n t h e o r i g i n a l r o c k .

T h e y g e t i n t o

t h e s o i l w i t h p r e c i p i t a t i o n f r o m t h e a t m o e p h e r e o n t h e o n e h a n d a n d a s p r o d u c t s o f t h e

d e c o m p o s i t i o n o f o r g a n i c s u b s t a n c e s o n t h e o t h e r h a n d .

I n o u r e o i l n i t r o g e n c o m p o u n d s

s h o w v a l u e s o f 0 . 1 5 t o 1 . 5 % .

N i t r o g e n i s m a i n l y p r e s e n t i n a n o r g a n i c f o r m , i n o r g a n i s m s

l i v i n g i n t h e s o i l .

T h e i r b i o m a s s c a n b e c a l c u l a t e d b y m u l t i p l y i n g t h e q u a n t i t y o f

n i t r o g e n b y 2 0 .

I n i t e i n o r g a n i c f o r m , n i t r o g e n i s p r e s e n f a s a m m o n i a o r n i t r a t e , w h i c h

a r e a d s o r b e d a t s o i l c o l l o i d s o r w h i c h c i r c u l a t e w i t h s o i l - w a t e r .

W a s h o u t i s c o n s i d e r a b l e

i n b a r e s o i l , b u t c a n b e r e d u c e d t o 1 / 1 0 b y g r o w i n g p l a n t e .

T h i s f a c t i s o f r a t h e r g r e a t

i m p o r t a n c e i n r e s p e c t t a t h e e u t r o p h i o a t i o n o f n a t u r a l w a t e r s .



A . 2 . T h e s t r a g g l e a g a i n o t e u t r o p h i c a t i o n

d p e r d a y h a v e b e e n c a l c u l a t e d t o b e 1 3 g N a n d

a r e s o l u b l e .

I n s y n t h e t i c d e t e r g e n t e d i f f e r e n t

r a g e w e c a n v a l u e t h e c o n t e n t o f s y n t h e t i c d e t e r g e n t s

R e p u b l i c t h e p r o d u c t i o n o f d e t e r g e n t a c o n t a i n i n g

a n d

1 9 6 G ,

a n d t h e i n c r e a s e

h a s n o t s l o w e d d o w n i n

T h e d i s c h a r g e o f P f r o m d e t e r g e n t s i s q u a n t i t a t i v e l y s u f f i c i e n t t o e x p l a i n t h e e x t r a -

o r d i n a r y i n c r e a s e i n t h e p l a n k t o n d e v e l o p m e n t i n t h e L a k e s o f C o n s t a n c e a n d G e n e v a

i n

r e c e n t y e a r s .

F o o d p r o c e e s i n g i n d u s t r i e s a l s o d i s c h a r g e p h o s p h o r i c a n d n i t r o g e n o u s m a t e r i a l s .

F u r t h e r e o u r e e n o f n i t r o g e n a n d p h o s p h o r u s a r e a t r e e t c l e a n s i n g a n a r u n - o f f f r o m

s t r e e t H , e q u a r e o a n d h i g h w a y o .

A c c o r a i n g t o f i g u r e s f r o m t h e U n i t e d S t a t e s , s t r e e t

r u n - o f f c o n t a i n o a p p r o x i m a t e l y 4 t i m e s m o r o n i t r o g e n a n d 2 t i m e s m o r e p h o s p h o r u s t h a n

t h e w a t e r ( ' r o n r i v e r s .

I n f o r e s t r e g i o n s

a n

a v e r a g e o f 0 . 8 8 g / m 2 o f n i t r o g e n a n d 0 . 1

g / m 2

o f p h o s p h o r u s a c c u m u l a t e ; t h e s e i n d i c a t i o n H c o r r e e p o n d t o 7 a n d

3 %

r e s p e c t i v e l y o f t h e

a m o u n t s f o u n d i n d o m e s t i c w a s t e w a t e r i n t h e s a m e r e g i o n e .

B .

T H E A B C s O F W A S T E W A T E R P U R I F I C A T I O N

T h e h u m a n e x c r e t a p e r c a p i t a a n

1 . 4 g P , o f w h i c h 8 8 % N a n d

5 8

% P

p o l y p h o s p h a t e s a r e u s e d .

A s a n a v e

a t 7 - 1 2 % P .

I n t h e G e r m a n F e d e r a l

p h o o p h a t e o h a s d o u b l e d b e t w e e n

1 9 5 9

r e c e n t y e a r s .

I t i s i n k e e p i n g w i t h h i s i n n a t e n e e d f o r o r d e r a n d c l e a n l i n e s e t h a t m a n r e m o v e a

a l l t h e w a s t e s h e p r o d u c e s i n t h e c o u r s e o f h i s d a i l y a c t i v i t i e e ; h i s m a i n c o n c e r n , i s

t o a v o i d n u i e a n c e e a n d d e t r i m e n t t o h i s s u r r o u n d i n g s a s

f a r a s p o s s i b l e .

V e r y e a r l y i n t h e h i s t o r y o f m a n k i n d i t w a s r e c o g n i z e d t h a t t h e s o l i d a n d l i q u i d

w a e t e s p r o d u c e d b y m a n a n d

a n i m a l a

c o n t a i n e d c h e m i c a l o l e m e n t s t h a t h a d n a t u r a l f e r t i l i z i n g

v a l u e a n d c o u l d e n h a n c e t h e y i e l d o f a l l t y p e n o f c r o p e .

I n r u r a l r e g i o n s , h u m a n a n d

a n i m a l w a o t e s w e r e t h e r e f o r e c a r e f u l l y c o l l e c t e d i n c e s s p o o l e a n d m a n u r e a i t e h e o .

I n t h i s

w a y h u m a n a n d a n i m a l e x c r e m e n t e c a n s u p p l y t h e p l a n t n u t r i e n t s t h a t m u s t b e r e t u r n e d t o

t h e s o i l a f t e r h a r v e e t i n a .

N o t

s o v e r y l o n g

a g o t h e f e c a l m a t t e r g e n e r a t e d i n t h e c i t i e s w a s c o l l e c t e d i n

c o n t a i n e r ° a n d o p r o a d o n a r a b l e l a n d ; i n Z u r i c h , i n f a c t , t h i e t y p e o f d i s p o n a l w a s

c o n t i n u e d u n t i l t h e b e g i n n i n g o f t h i s c e n t u r y .

I n t h e m e a n t i m e , h o w e v e r , t h e f l u s h t o i l e t

w a s i n v e n t e d , w h e r e b y t h e e x c r e m e n t s a r e d i l u t e d , l o o s i n g t h e i r v a l u e a s a f e r t i l i z e r .

N e v e r t h e l e s s i t p r o v e d t o b e e a s i e r t o r e m o v e w a s t e m a t e r i a l f r o m h o u s e s a n d c o m m u n i t i e s

o n a c o n t i n u a l b a n j o t h r o u g h a s e w e r a g e e y e t e m .

B u t w h e r e w a o i t t o b e d i e c h a r g e d ?

T h e

e a s i e s t w a y w a s t o d i s c h a r g e i t d i r e c t l y i n t o t h e n e a r e s t r e c e i v i n g b o d y , r i v e r o r l a k e .

T h u s t h e h o u s e h o l d . a n d c o m m u n i t y w e r e k e p t c l e a n a n d o r d e r l y , b u t m a n h a a r e c k o n e d w i t h o u t

h i s h o o t .

T h e p o l l u t a n t s i n t h e w a s t e w a t e r c o n t a m i n a t e d t h e r e c e i v i n g b o d y t o s u c h a n

e x t e n t t h a t i n c r e a s i n g l y i n t o l e r a b l e c o n d i t i o n s d e v e l o p e d .

W a t e r p o l l u t i o n i n v o l v e s h y g i e n i c d a n g e r e a s a r e n u l t o f

t h e b a c t e r i a i n t h e w a s t e -

w a t e r , w h i c h c a n c a u s e i n f e c t i o n s i n m a n a n d a n i m a l s s u c h a n t y p h u n , p a r a t y p o i d , d i a r r h e a ,

c h o l e r a a n d o t h e r d i s e a s e s , p o s e i b l y e v e n p o l i o . O t h e r c o n s e q u e n c e s o f w a t e r p o l l u t i o n a r e :

o x y g e n d e p l e t i o n e n p o c i a l l y i n t h e d e e p l a y e r o o f o u r l a k e s ; f u n g i f o r m a t i o n i n r i v e r b e d s

t h r o u g h u n s i g h t l y , s l i m y s t r a n d s t h a t c o v e r p l a n t s a n d r o c k s ; o d o r n u i e a n c e a n d t o x i c

g a s e s s u c h a s s u l f u r d i o x i d e , a m m o n i u m a n d m e t h a n e .



S i n c e

B a n d

i o c a r r i e d a l o n g i n t h e w a s t e w a t e r o h a n n o l , p r e s e n t i n g a d a n g e r f o r p u m p s

a m i o t h e r m a c h i n e r y a n d f o r d i g e u t i o n i n t h e d i g e s t i o n c h a m b e r , i t m u s t b e r e m o v e d i n a

s a n d t r a p .

F a t s a n d o i l , w h i c h a l e o i m p e d e t h e p u r i f i c a t i o n p r o c e e s , m u e t b e r e m o v e d

a s f a r a s p o s s i b l e i n a n o i l s e p a r a t o r .

T h i s o o n e i s t e o f d e e p c h a n n e l s

f r o m

w h i c h a i r

i s p r e o o e d .

T h o a i r b u b b l e s c a r r y t h e o i l a n d f a t t y m a t e r i a l t o t h e s u r f a c e o f t h e w a t e r

w h e r e i t i s s k i m m e d o f f .

3 . 3 . S e d i m e n t a t i o n o r p r i m a r y s e t t l i n g t a n k

N e x t t h e w a s t e w a t e r i s c h a n n e l e d t o a r o u n d o r r e c t a n g u l a r

p r i m a r y

s e t t l i n g t a n k

w h e r e

t h e h e a v i e r o o l i d w a o t e s c a n s e t t l e .

T h e

s l u d g e e

t h a t a c c u m u l a t e , c a l l e d p r i m a r y s l u d g e s ,

a r e r e m o v e d f r o m t h i n t a n k a n d p u m p e d t o t h e d i g e s t o r c h a m b e r b e f o r e a n a e r o b i o

d e c o m p o s i t i o n

s t a r t s .

I t i o i m p o r t a n t

t o

t r y t o

r e t a i n a s m a t c h o o l i d w a s t e m a t e r i a l i n t h e s e t t l i n g t a n k

a s p o s o i b l e i n o r d e r t o e l i m i n a t e a s m u c h f e c a l m a t t e r a s p 0 0 0 i b l e ; y e t ,

o n t h e o t h e r h a n d ,

t h i s i n s t a l l a t i o n m u n t n o t t a l c o u p m o r e o p a c e t h a n a b o o l u t e l y n e c e s s a r y .

T h e e f f e c t o o f o e d i m e n t a t i o n i n t h e p r i m a r y s e t t l i n g t a n k a r e a l l t h e g r e a t e r , t h o

l o n g e r t h e w a s t e w a t e r i n k e p t t h e r e .

A l o n g e r r e t e n t i o n t i m e , h o w e v e r , p r e a u p p o s e s l a r g e r

i n s t a l l a t i o n o , w h i c h , i n t u r n , e n t a i l g r e a t e r f i n a n c i a l o u t l a y .

T h u e t h e d e s i g n o f t h e

p l a n t m u s t b o c a l c u l a t e d s o t h a t o p t i m u m u t i l i t y c a n b e o b t a i n e d w i t h t h e l e a p t p o s s i b l e

c o n s t r u c t i o n l a y o u t .

O p t i m u m c o n d i t i o n s , h o w e v e r , d i f f e r f r o m c o u n t r y t o c o u n t r y a n d e v e n

f r o m m u n i c i p a l i t y t o m u n i c i p a l i t y .

T h e

m e a n t i m e o f p a o o a g e

o f t h e w a o t e w a t e r i n a s e t t l i n g

t a n k , f o r i n s t a n c e , v a r i e s f r o m l e s s t h a n o n e h o u r t o t w o o r o v e n m o r e h o u r s .

T h e a m o u n t o f o p a c e

a v a i l a b l e a n d a n u m b e r o f o t h e r c r i t e r i a w i l l d e t e r m i n e t h e d e s i g n

o f t h o p r i m a r y t r e a t m e n t i n s t a l l a t i o n s , t h a t i s , w h e t h e r t h e t a n k i s t o b e r o u n d o r r e c t a n g u l a r ,

s h a l l o w o r d e e p .

B . 4 . S l u d g e d i g e o t i o n

I n t h e d i m o o t o r t h e e l u d g e g o e s t h r o u g h a p r o c e s o o f a n a e r o b i c f e r m e n t a t i o n , u n d e r

t h e e x c l u s i o n o f a i r , d u r i n g w h i c h d i g e s t o r g a s

( 2 / 3 m e t h a n e

1 / 3

C O 2 ) i s p r o d u c e d .

T h e

c a l o r i f i c v a l u e o f t h i a g a s , w h i c h i e c o l l e c t e d i n a g a s o m e t e r , i s

6

0 0 0 k e a l / m 3 , t h a t o f

t h e g a s o u p p l i e d b y t h e u t i l i t y s e r v i c e e i s o n l y 3 5 0 0 k c a l / m 3 .

S l u d g e r e t e n t i o n t i m e i n t h e d i g e s t o r d i f f e r e .

F o r m e r l y , t h r e e t o f o u r m o n t h s h a d

b e e n c o n e i d e r e d n e c o n s a r y t o k i l l o f f p a t h o g e n s a n d i n t e s t i n a l w o r m e g g s . R e c e n t l y , h o w e v e r ,

d i g e c t i o n t i m e h a s b e c o m e s h o r t e r a n d s h o r t e r s o

t h a t s l u d g e s

t o d a y a r e k e p t i n t h e

d i g e o t i o n c h a m b e r f o r o n l y a f e w w e e k ° .

O f c o u r s e , o l u d g e s a r e s t i l l m o r e h y g i e n i c , t h e

l o n g e r t h e d i g e o t i o n p e r i o d , b e c a u e e t h e i n t e s t i n a l w o r m e g g s , d u e t o t h e i r h a r d o u t e r

s h e l l , a r e e x t r e m e l y r e s i e t a n t t o e x t e r n a l i n f l u e n c e s .

T h e d i g e o t e d o l u d g e i o p r a c t i c a l l y o d o r l e n o a n d c a n n o t d e c o m p o s e a n y f u r t h e r .

S i n c e

t h e o r g a n i c a l l y b o u n d e l e m e n t s f o u n d i n u r i n e a n d e x c r e m e n t s a r e p r e s e n t i n a m i n e r a l

f o r m i n t h e s l u d g e , i t i s v a l u a b l e

a s a

f e r t i l i z e r a n d s o i l i m p r o v e r .

B e c a u s e o f t h e

h i g h p h o s p h o r u s c o n t e n t i n d i g e s t e d s l u d g e , f a r m e r s h a v e a d d e d i t t o l i q u i d m a n u r e , w h i c h

c o n t a i n s m o s t l y n i t r o g e n a n d p o t a s s i u m .

D e s p i t e t h e a d v a n t a g e o o f

s l u d F e ,

r e o i s t a n c e h a n o f l a t e b e e n b u i l d i n g u p a g a i n s t i t o

a p p l i c a t i o n .

T h e v e t e r i n a r y a n d m i l k h y F i e n i e t e , f o r e x a m p l e , c a l l e d u n d i g e o t e d e l u d e . °

u n h y g i e n i c a n d t r a c e d d a m a g e o b s e r v e d i n c h e e s e p r o d u c t i o n a s

w e l l a s w o r m

d i e e a s e s a m o n g

g r e a t p a r t e o f t h e p o p u l u t i o n b a c k t o

o e w a g e s l u d g e . A s a r c u u l t , t h e S w i r l s r e g u l a t i o n s

f o r t h e d e l i v e r y o f d a i r y p r o d u c t s o f

1 9 5 4

f o r b a d e t h e u n o o f

s e w a g e s l u d g e i n

a g r i e u l t u r e

d u r i n g t h e v e g e t a t i o n p e r i o d , t h a t i s , f r o m M a r c h t o O c t o b e r .



A s a r e s u l t o f t h e e ° t e c h n o l o g i c a l m i s t a k e s i n w a t e r m a n a g e m e n t ,

t h e n e c e s s i t y o f

b o t h m e c h a n i c a l a n d b i o l o g i c a l t r e a t m e n t w a u r e a l i z e d .

B u t w h a t , i n f a c t , d o e u b i o l o g i c a l w a n t e w a t e r t r e a t m e n t m e a n ?

T h e o b j e c t i n t o

r e m o v e t h e p o l l u t a n t u t h a t a r e n o t e l i m i n a t e d i n t h e p r i m a r y u e t t l i n g t a n } t h r o u g h b i o l o -

g i c a l t r e a t m e n t i n e u c h a w a y t h a t t h e s e l f p u r i f y i n g c a p a c i t y o f t h e w a t e r c a n c o p e w i t h

t h e w a t e r d i s c h a r c e d f r o m t h e p l a n t w i t h o u t d i f f i c u l t y .

T h e

o r g a n i c a n d i n o r g a n i c w a s t e y a t e r i a l e i n t h e r a w w a e t e w a t e r t h a t f l o w s f r o m t h e

p r i m a r y o e t t l i n g t a n k t o t h e u e c o n d a r y t r e a t m e n t t a n k m u o t b e m i n e r a l i z e d s o

t h a t

o n l y

A

v e r y s m a l l a m o a n t o f p o l l u t a n t s r e n a i n e i n t h e w a p t e w a t e r t r e a t m e n t p l a n t ' s e f f l u e n t .

A n u m b e r o f p r o c e u e e n a r e p o s s i b l e f o r t h e b i o l o g i c a l t r e a t m e n t o f w a e t e w a t e r :

a g r i c u l t u r a l u t i l i z a t i o n a n d i r r i g a t i o n o r s p r a y i r r i g a t i o n ;

f i e l d i r r i g e t i o n m e t h o d ;

0 )

° o i l f i l t r a t i o n ;

t r i c k l i n g f i l t e r m e t h o d ;

e u b m e r c e d t r i c k l i n c f i l t e r r - m e t h o d ;

t h e c l a n e i c a l a c t i v a t e d e l e d c e p r o c e s e ; t o t a l o x i d a t i o n , i n e t a l l a t i o n e

a n d p l e n t s w i t h r e l a t i v e l y l o n g r e a c t i o n p e r i o d s f o r w h i c h s e v e r a l e y s t e m e

h a v e b e e n e v o l v e d ;

0

o x i d a t i o n p o n d ° .

T h e

f i r o t a n d

s e c o n d

p r o c e e e e e h a v e b e e n u e e d a b r o a d , c o p e c i a l l y i n G e r m a n y , e i n c e

t h e m i d d l e o f t h e l a a t c e n t u r y .

S o i l f i l t r a t i o n h a s b e e n p r e c t i s e d m a i n l y i n t h e U n i t e d

S t a t o e .

A l l 3

m e t h o d s h e v e a r o u e e d v a r y l i t t l e i n t e r e s t i n S w i t z e r l a n d b e c a u u e o f t h e

l a c k o f l a n d e v a i l a b l e .

B . 5 . 1 .

T h e

t r i c k l i n g f i l t e r

A c c o r d i n g t o f o l k l o r e , " t h e p r o c e s s o f R e i f p u r i f i c a t i o n i n c o m p l e t e d a f t e r

t h e

w a t e r h a s f l o w n o v e r t h c s e v e n t h e t o n e " . I t w a u o n t h e b e e l i e o f t h i e p r i n c i p l e t h a t t h e

E n g l i e h m a n , J . C o r b e t t , i n v e n t e d t h e t r i c k l i n g f i l t e r .


f i e l e

o f t h e c i t y o f S t . G a l l i n S w i t z e r l a n d w a e o n e o f t h e f i r e t

b i o l o g i c e l t r e a t m e n t i n e t a l l a t i o n e f a r a n d w i d e . A t r i c k l i n c f i l t e r c o n s i s t e o f l a y e r s o f

f i s t s i z e d r o c k s o f v a r i o u s m e t e r i a l e ( l i m e s t o n e , l a v a e l a t e n , a r t i f i c i a l e t o n e a n d o t h e r

r a t e r i a l ) .

T h e e e l a y e r o a r e h e a p e d o n t o p o f a c r a t e t h a t i s p e r v i o u e t o a i r a n d w a t e r .

S o m e w h a t l a r c e r r o c k s a r e p l a c e d d i r e e t l y o v e r t h e g r a t o i n o r d e r t o f a c i l i t a t e t h e

p a s s a g e o f a i r a n d w a t e r .

T h e t o p l a y e r e h o u l d a l s o h a v e c o e r e e r m a t e r i a l t o p r e v e n t

f u n g i g r o w t h a n d t h e f o r m a t i o n o f p u d d l e s .

T h e e n t i r e i n e t a l l a t i o n c a n b e s u r r o u n d e d b y

a w a l l t o i n c r e e z e t h e m o v e m e n t o f a i r c u r r e n t e a n d r e t a i n w a r m t h .


c a n b e c o v e r e d t o p r e v e n t t h e p n y c h o d a , t h e f i l t e r M o o , f r o m f l y i n g o f f .

I n t h i s c a s e ,

h o w e v e r , t h e i n u t e l l a t i o n m u s t b e v e n t i l a t e d a r t i f i c i a l l y .

: l a e t e w a t e r c o n t a i n e b a c t e r i a i n g r e a t q u a n t i t i e e . S i n c e t h e y f i n d u n l i m i t e d q u a n t i t i e n

o f f o o d t h e y d e v e l o p a n d m u l t i p l y

v e r y q u i c k l y

b y e p l i t t i n g , d e c o m p o n i n g a n d m i n e r a l i z i n g

t h e p o l l u t a n t ° . c o m p l e x m o l e c u l a r

e t r u c t u r e c t h r o u c h t h e

a g e n c y o f e n e y m e s t h a t a r e f o u n d

i n e p e c i f i c f e r m e n t a t i o n n y n t e m e .

F r o m t h e s e b i o e h e m i c a l p r o c e n e e s t h e b a c t e r i a d r a w t h e

e n e r e v t h e y n e e d f o r l i f e .

T h e s e b a c t e r i a a s w e l l a 8 m i o r o o r c a n i e m s , f u n g i , m a c r o -

o r g a n i s m e a n d a l e - : a e k k o t t l e O n t h e e u r f a c e o f t h e t r i c k l i n g f i l t e r r o c k , f o r m i n g w h a t i s

c a l l e d b i o l o g i c a l u l i m e .

T h e w a s t e w a t e r f r o m t h e p r i m a r y e e t t l i n g t a n k i s e v e n l y



T h e s l u d g e r e m o v e d f r o m t h e a c t i v a t e d s l u d g e t a n k i s

t a k e n t o t h e s e c o n d a r y s e t t l i n g

t a n k f o r t r e a t m e n t .

P a r t o f t h e a c t i v a t e d s l u d g e t h a t s e t t l e s h e r e i s l e d b a c k t o t h e

a e r a t i o n t a n k , w h i l e t h e e x c e e e o l u d g e , c a l l e d o e c o n d a r y s l u d g e , i e

m i x e d w i t h t h e p r i m a r y

s l u d g e i n t h e d i g e s t o r .

D u r i n g t h e m e c h a n i c a l a n d b i o l o g i c a l t r e a t m e n t p r o c e e e e o t h e p o l l u t a n t s i n t h e w a o t e -

w a t e r a r e m i n e r a l i z e d .

T h u e t h e m a i n e l e m e n t s o f t h e o r g a n i c c o m p o u n d s a r e n o w f o u n d i n

t h e f o r m o f C O 2 , w a t e r , m i n e r a l n i t r o g e n c o m p o u n d o , s u l p h a t e s , p h o e p h a t e s e t c .

T h e s e

c o m p o u n d s , h o w e v e r , c a n i n t u r n a c t a s n u t r i e n t e i n l a k e e a n d r i v e r s w h e r e t h e y e t i m u l a t e

a l g a e g r o w t h .

T h e e u t r o f y i n g m i n e r a l s f r o m w a s t e w a t e r t r e a t m e n t e f f l u e n t a m u s t b e r e m o v e d

i f o u r l a k e o a n d r i v e r e a r e t o b e s a v e d .

R e c e n t t e s t e h a v e r e v e a l e d t h a t i t i s m a i n l y p h o e p h o r u s t h a t t r i g g e r s o f f e u t r o -

p h i c a t i o n .

T h i s r e c o g n i t i o n a l l o w s u s t o h o p o t h a t o n c e p h o o p h o r u a c o m p o u n d e w i l l h a v e

b e e n r e m o v e d f r o m t r e a t m e n t p l a n t e f f l u e n t s a s c o m p l e t e l y a s p o o e i b l e , w e w i l l h a v e c o m e

t h a t m a c h c l o s e r t o o u r u l t i m a t e g o a l : w a t e r p o l l u t i o n c o n t r o l .

B . 6 . T e r t i a r y t r e a t m e n t : R e m o v a l o f m a i n e u t r o p h y i n g s u b s t a n c e s

P h o s p h o r u s c o m p o u n d e c a n b e r e m o v e d t h r o u g h t h e a d d i t i o n o f f e r r i c c h l o r i d e , a l u m i n i u m

E r 4 h a t e o r l i m e t o t h e b i o l o g i c a l t r e a t m e n t b a s i n o f

a

o e w a g e t r e a t m e n t p l a n t .

T h e s a n e

t h i n g c a n b e d o n e i n a s p e c i a l i n s t a l l a t i o n b u i l t b e h i n d t h e f i n a l s e t t l i n g b a s i n .

N a t u r a l l y t h i s r a i s e s c o n s t r u c t i o n c o s t s , b u t t h e c o s t s o f t h e p r e c i p i t a t i n g a g e n t s u s e d

a r e e v e n h i g h e r .

W e a r e n o t y e t o e r t a i n o f t h e g r o w t h l i m i t i n g e f f e c t s

o f

n i t r o g e n c o m p o u n d a , b u t i t

i s q u i t e p o o s i b l e t h a t t h e r e m o v a l o f n i t r a t e s f r o m o u r w a t e r s w i l l b e r e q u i r e d s o o n e r

o r l a t e r .

F o r t h i e r e a e o n a t t e m p t n a t d e n i t r i f i c a t i o n a r e b e i n g m a d e i n a n u m b e r o f

p l a c e s .

M a n y

c o l l e a g u e s e v e n p r o p o s e d t h a t t h e p h o s p h o r u s a n d n i t r o g e n c o m p o u n d s i n

s e w a g e t r e a t m e n t p l a n t o f f l u e n t u b e e l i m i n a t e d s i m u l t a n e o u s l y .

D e n i t r i f l e a t i o n c a n b e a c c o m p l i s h e d a r t i f i c i a l l y b y c h a n n e l i n g w a s t e w a t e r i n t o a n

o x y g e n f r e e s y s t e m w h e r e t h e n i t r a t e r e d u c e s i t s e l f t o m o l e c u l a r n i t r o g e n , w h i c h e s c a p e s

a s a g a s i n t o t h e a t m o u p h e r e .

H o w e v e r , I k n o w o f n o t r e a t m e n t p l a n t s o f a r , i n w h i c h a

d e n i t r i f i c a t i o n p r o c e s s o f t h i s n o r t i s b e i n g c a r r i e d o u t .

W h a t h a s b e e n s a i d , s u g g e s t o t h a t n i t r o g e n c o m p o u n d s m u s t b e r e g a r d e d a s p a r t i a l l y

r e s p o n s i b l e f o r t h e e u t r o p h i c a t i o n o f o u r w a t e r s

e v e n i f t h i s h a s n o t b e e n p r o v e d

a n d t h a t t h e a m o u n t s

o r

n i t r o g e n s h o u l d i d e a l l y b e k e p t t o a m i n i m u m .

T h u o t h e r e d e v e l o p a

a n i n e v i t a b l e c o n t r a d i c t i o n b e t w e e n d e m a n d a n d m e a s u r e s t o u t e p u p

p r o d u c t i o n o n t h e o n e

h a n d , a n d t h e c a m p a i g n a g a i n s t e u t r o p h i c a t i o n o n t h e o t h e r .

T h e r e i s n o d o u b t t h a t n i t r o g e n

f e r t i l i z e r ° s t i m u l a t e t h e p r o d u c t i o n o f f o o d t o a v e r y c o n s i d e r a b l e e x t e n t .

O u r t a s k i s

t h u s t o u s e a l l m e a n s a t o u r d i s p o s a l t o a t t a i n m a x i m u m c r o p y i e l d a t h r o u g h n i t r o g e n f e r t i -

l i z a t i o n , w h i l e s i m u l t a n e o u s l y k e e p i n g t h e n i t r o g e n e n r i c h m e n t o f o u r w a t e r s t o a m i n i m u m

t o a v o i d t h e u n f a v o r a b l e e f f e c t e o f e u t r o p h i c a t i o n .

N i t r o g e n c o m p o u n d s a r e m o r e e a s i l y w a s h e d o u t o f f e r t i l i z e d s o i l t h a n p h o s p h o r u s

c o m p o u n d s .

I n a p p l y i n g b o t h c h e m i c a l a n d f a r m y a r d f e r t i l i z e r e c a r e s h o u l d t h e r e f o r e b e

t a k e n , i f o n l y i n t h e m o e t b a s i c i n t e r e n t o f t h e f a r m e r , t o a v o i d t h e l o s e o f n i t r o g e n

a n d i t s b e i n g c a r r i e d d i r e c t l y i n t o t h e w a t e r .



N a t u r a l w a t e r s , r i v e r a , l a k e s a n d i n d i r e c t l y g r o u n d w a t e r r e c e i v e a n d d i e s o l v e e u t r o -

p h y i n g s u b e t a n c e s f r o m

c o n c e n t r a t e d e f f l u e n t s f r o m w a s t e w a t e r p u r i f i c a t i o n p l a n t s

f r o m c o m m a n i t i e s a n d i n d u s t r i e s ( c o n c e n t r a t e d d i a c h a r g e )

a g r i c u l t u r a l f e r t i l i z a t i o n

t h e a i r

d r a i n a g e a r e a s o f c u l t i v a t e d g r o u n d a

r u n o f f f r o m h i g h w a y s , r o a d s , s t r e e t s , s q u a r e s a n d o t h e r s o u r c e e

( d i f f u s e d i s c h a r g e ) .

O b v i o u s l y t h e f o r m e r s o u r c e s a r e r e l a t i v e l y e a s y t o g n g e w h i l e t h e l a t t e r ° n e e c a n o n l y

b e r o u g h l y e v a l u a t e d i n r e s p e c t t o q u a n t i t y .

B . 7 . C o n c l u s i o n

F r o m t h e s e w e r a g e s y s t e m a n d a g r i c u l t u r e t h o f o l l o w i n g a m o u n t s a c c u m u l a t e p e r m 2 / y e a r

1 . 6 6 e

N a n d 0 . 1 7 g P .

O u r e x p e r i e n c e w i t h s e v e r a l l a k e s , f o r e x a m p l e t h e L a g o d i T o v e l ( I t a l y ) , Z e l l e r S e e

( A u s t r i a ) , L a k e W a s h i n g t o n ( U S A ) g i v e e u s r e a e o n t o b e l i e v e t h a t c o n d i t i o n ° c a n b e m o r e

f a v o u r a b l e i n e o m e c a s e s .

T h e L a k e o f Z u r i c h h a s a l s o s h o w n s i g n s o f i m p r o v e m e n t , a s w a s

t o b e e x p e c t e a c i n c o a l l m u n i c i p a l i t i e e a l o n g t h e l a k e w i l l s o o n h a v e c o m p l e t e b i o l o g i c a l

t r e a t m e n t a n d s o m e p r a c t i s e p h o s p h a t e e l i m i n a t i o n a l r e a d y n o w .

I n d e e d , o x y g e n c o n d i t i o n s i n t h e l o w e r l a y e r s o f t h e L a k o o f Z u r i c h h a v e i m p r o v e d i n t h e

p a n t f e w y e a r s , a n d t h e m a s s i v e d e v e l o p m e n t o f a l g a e a n d w e e d s h a s e t o p p e d .

L e t u s h o p e

t h a t t h i e i m p r e s s i o n w i l l b e c o n f i r m e d a n d p r o v e t o b e o f a p e r m a n e n t n a t u r e .

I n a y c a s e ,

t h i s i s n o t i m e t o d e s p r l i r , i t i s o u r d u t y t o d o o u r u t m o s t t o e u p p o r t a n d a c c e l e r a t e t h e

i m p r o v e m e n t o f o u r w a t e r s . W e m u s t n o t b e d e t e r r e d b y t h e h i g h c o s t e e n e r g e t i c a c t i o n

e n t a i l s .

I f t h e t o w n s o f Z u r i c h a n d W i n t e r t h u r a t f i r s t f o l l o w e d t h e a d v i c e o f f o r e i g n e x p e r t o

a n d r e a l i z e d o n l y t h e p r i m a r y o r m e c h a n i c a l s t a g e o f w a s t e s p u r i f i c a t i o n t h r o u g h s e d i m e n t a t i o n ,

t h e s e c o m m u n i t i e s n e v e r t h e l e s o B o o n f e l t c o m p e l l e d t o t r e a t t h e o v e r f l o w f r o m t h e p r i m a r y

s e t t l i n g t a n k b i o l o g i c a l l y .

W h e t h e r t r e a t e d i n t r i c k l i n g f i l t e r s o r u s i n g t h e a c t i v a t e d s l u d g e s y s t e m t h e d e g r e e

o f m i n e r a l i z a t i o n i s v e r y p a t i s f a c t o r y , c o r r e s p o n d i n g t o a

9 0 5 ;

r e d u c t i o n i n t h e b i o -

c h e m i c a l o x y g e n d e m a n d a n d m o r e . H o w e v e r , d u r i n g t h i e p r o c e s s n i t r o g e n a n d p h o s p h o r u a a r e

t r a n s f o r m e d t o a n i n o r g a n i c s t a t e a n d t h u s p r o v i d e a s o u r c e o f n o u r i s h m e n t t o t h e m i c r o -

s c o p i c a n d m a c r o s c o p i c p l a n t l i f e a s n i t r a t e e , p h o s p h a t e s , s u l p h a t e s a n d o t h e r o x i d i z e d

c o m p o u n d s . T h e s e e l e m e n t s m u s t t h e r e f o r e b e e l i m i n a t e d a s f a r a s p o s s i b l e i n t h e t h i r d

s t a g e o f p u r i f i c a t i o n .

S o m e a n g g e s t i o n a f o r e l i m i n a t i n g n i t r o g e n d a t o b a c k t o t h e e n d o f t h e 1 9 2 3 s , b u t i t

w a s n o t u n t i l v e r y r e c e n t l y t h a t d e f i n i t e , e a t i e f a c t o r y s o l u t i o n s c o u l d b e f o u n d .

O n e o f

o u r m a i n p r o b l e m s i s p r e c i p i t a t i n g p h o s p h o r u e c o m p o u n d s f r o m s e w a g e p l a n t e f f l u e n t ° b y

a d d i n g a c h e m i c a l p r e c i p i t a n t .

I r o n s a l t e , e s p e c i a l l y f e r r i c c h l o r i d e , a l u m i n i u m s u l p h a t e

a n d l i m e a r e m a i n l y u s e d t o t h i e e n d .

L i m e h a s p r o v e d t o b e a n e x c e l l e n t f l o c c u l a n t b u t h a e a n u n d e s i r a b l y h i g h p H a n d

f o r m s v o l u m i n o u s e l u d g e s t h a t a r e d i f f i c u l t t o d e h y d r a t e .



I r o n s a l t e a n d a l u m i n i u m H u l p h a t e h a v e p r o d u c e d b e t t o r r e s u l t s .

W i t h a p p r o x i m a t e l y

2 0 0 t o 2 5 0 m g a l u m i n i u m e u l p h a t e / l i t e r

9 5 1 ;

o f t h e t o t a l p h o s p h o r u s

o r u p t o

9 9 % o f t h e

P h o o p h a t e p h o s p h o r u e c a n b e r e m o v e d , l e a v i n g o n l y 0 . 0 6 m g P / l i t e r .

U n t i l n o w , h o w e v e r , i r o n p r e c i p i t a t i o n h a s a c h i e v e d t h o b e s t r e s u l t s .

T w o m e t h o d s

h a v e ' o s e n p r o p o s e d :

p h o a p h o r u s c o m p o u n d s c a n b e p r e c i p i t a t e d b y a d d i n g F e C 1 3 t o t h e a c t i v a t e d

s l u d g e s o t h a t t h e i r o n p h o e p h a t e f a l l s i n t o t h e s e w a g e s l u d g e s a n d i s

c a r r i e d t o t h o d i g e s t i o n c h a m b e r ( t h e r e i s n o d a n g e r - t h a t t h e y m i g h t d i s -

e o l v e i n t h e a n a e r o b i c m e d i u m )

o r

i r o n p r e c i p i t a t i o n c a n b e p r o v i d e d f o r i n a b a s i n l o c a t e d b e h i n d

t h e s e c o n d a r y s e t t l i n g t a n k .

1 0 m g / l i t e r o f F e ( i n t h e f o r m o f

P e C 1 3 ) g e n e r a l l y o u f f i c e t o r e d u c e t h e p h o s p h o r u s


t o 0 . 6 5

m g .

H i g h e r c o n c e n t r a t i o n s o f i r o n y p t o 3 0 m g / l i t e r )

c a n i n c r e a s e t h e r a t e o f e l i m i n a t i o n

t o 9 2 ; ' , 0

w i t h a r e s i d u a l i r o n


o f 0 . 5

m g / l i t e r .

P r e c i n i t a t i o n a l t e r t h e f i n a l s e d i m e n t a t i o n b a o i n i s m o r e e f f e c t i v e b u t e n t a i l s

m o r e c o n s t r u c t i o n a n d o p e r a t i n g c o e t s s i n c e a n a d d i t i o n a l t r e a t m e n t t a n k a n d m o r e c h e m i c a l a

a r e n e e d e d .

T h e c a n t o n o f Z u r i c h h a s r e c o m m e n d e d p h o s p h a t e p r e c i p i t a t i o n f o r a l l c o m m u n i t i e e

a l o n g t h e l a k e .

F o r t u n a t e l y o t h e r c a n t o n o a r e f o l l o w i n g t h i e e x a m p l e i n t h e b e l i e f t h a t

a l l m e a n s s h o u l d b e m o b i l i z e d t o e n h a n c e t h e s e l f - p a r i f i c a t i o n c a p a c i t y o f t h e i r w a t e r s .

N i t r o g e n c o m p o u n d s a r c m o r e d i f f i c u l t t o e l i m i n a t e w i t h i n t h e f r a m e w o r k o f c o n v e n t i o n a l

. p u r i f i c a t i o n m e t h o d e t h a n p h o s p h o r u s .

I t i s o u r g r e a t m i s f o r t u n e t h a t t h e r e m o v a l

o f

e u t r o p h y i n g e l e m e n t s i e n o t a l w a y s

e n o u g h t o p r o t e c t o u r l a k e s a n d r i v e r s a g a i n s t d e t e r i o r a t i o n .

P e s t i c i d e s , f u n g i c i d e s ,

g r o w t h - s t i m u l a t i n g s u b s t a n c e e , h o r m o n e s a n d o t h e r a c t i v e o l e m e n t e a r e f i n d i n g t h e i r w a y

i n t o o u r w a t e r s i n e v e r - i n c r e a e i n g q u a n t i t i e s .

W e m u s t f i g h t a g a i n s t t h e a c c u m u l a t i o n o f

t h e e e e u b e t a n c e e p r e a e n t i n w a s t e w a t e r o r i n t h e r a n - o f f f r o m l a n d u e e d f o r a g r i c u l t u r e

a n a f o r e s t r y .

T h e f i g h t a g a i n u t w a t e r p o l l u t i o n e n t a i l e a v e r y s i g n i f i c a n t f i n a n c i a l l a y o u t f o r

S w i t z e r l a n d a s w e l l a s a l l i n d u s t r i a l i z e d c o u n t r i e s .

T h e o u t c o m e o f t h i o s t r u g g l e i s n o t

a t a l l c e r t a i n .

H o w e v e r , a i n c e h e a l t h y w a t e r i s o u r m o s t f u n d a m e n t a l n e e d , w o m u s t d o a l l

w i t h i n o u r p o w e r t o p r o t e c t o u r e n d a n g e r e d e n v i r o n m e n t .

A n e w m e n a c e t o w a t e r i s t h e t e m p e r a t u r e i n c r e a s e c a u p e d b y d i s c h a r g e s o f c o o l i n g

w a t e r a f t e r u s e b y t h e c o n v e n t i o n a l o r a t o m i c p o w e r p l a n t s .

T h i s t h e r m a l p o l l u t i o n o f t h e

r e c e i v i n g w a t e r s i s s t i l l s o m e t h i n g n e w , b u t i t w i l l p r o b a b l y g r e w i n t o o n e o f t h e m a j o r

p r o b l e m s o f w a t e r p r o t e c t i o n .

I n a n y c a s e , e x t r e m e l y s o u n d r e g u l a t i o n s r e g a r d i n g t h e

t h e r m a l l o a d t h a t c a n b e b o r n e b y w a t e r w i l l h a v e t o b e s e t u p o n t h e b a s e

o f

w i d e r a n g e

a n d l o n g t e r m t h i n k i n g .

A r e c o r d i n g o f t h e p r e s e n t s t a t e o f t h e S w i s s l a k e s a n d r i V e r s h a s a l r e a d y s t a r t e d .

T h i s

" s t a t u s q u o " w i l l , a s s o o n a s a n u m b e r o f a t o m i c p o w e r p l a n t s h a v e b e e n p u t i n s e r v i c e ,

e n a b l e u s t o d e f i n e a n d p r e v e n t t h e d e t r i m e n t a l e f f e c t s o f t h e r m a l p o l l u t i o n f r o m t h e

p o i n t e o f v i e w o f b i o l o g y , c h e m i s t r y , f i e h i n g , e t c .



C .

T h T C O N T R 1 1 3 U T I C N O F A G R I C U L T U R R T O W A R D 7 U T R 0 P H I C A T I 0 N

I N S W I T Z E R L A N D

C . 1 . I n t r o d u c t i o n

S c i e n t i f i c p h y t o p h y s i o l o g y h a s t a u g h t u e h o w

b y m a i n t a i n i n g o p t i m a l e x t e r n a l

c o n d i t i o n s a n d b y p r o v i d i n g t h e p l a n t s w i t h o p t i m a l n u t r i t i o n

a g r i c u l t u r a l y i e l d s c a n b e

i n c r e a s e d t o a m a x i m u m a s r e e , a r d e b o t h q u a n t i t y a n d q u a l i t y .

T h i s , a s w e l l a e t h e

e x p e r i e n c e a c q u i r e d i n t h e c o u r s e o f y e a r s , h a s g r a d u a l l y b r o u g h t d e e p c h a n g e s i n t h e

p r a c t i c e o f c u l t i v a t i o n .

T h a n k e t o t h e s e n u a t i o n a l r e s u l t e o f r e s e a r c h s t u d i e s e f f e c t e d

b y t h e m o d e r n p h y t o p h y s i o l o g i s t s , a m o n g w h i c h w e f i n d t h e n a m e s o f S A C H S , P F E F F E R ,

L I E B I G , M I T S C H E R : J C H a n d , m o r e

r e c e n t l y , V O I S I N , w e n o w k n o w t h e c h e m i c a l e l e m e n t s t h a t

a r e i n d i s p e n s a b l e f o r t h e n o r m a l d e v e l o p m e n t o f p l a n t s , t h o s e t h a t c a u s e p l a n t s t o d e v e l o p

m o r e f u l l y a n d a l s o t h o e e t h a t a r e l i a b l e t o h a r m o r e v e n d e s t r o y p l a n - t e .

P r o p e r

d o s a g e

i s o f c o u r s e v e r y i m p o r t a n t , i . e . t h e q u a n t i t a t i v e r a t i o b e t w e e n t h e d i f f e r e n t e l e m e n t o ,

a s w e l l a s c o n s i d e r a t i o n o f e y n e r g i s m s , a n t a g o n i s m s a n d o l i g o d y n a m i c a l e f f e c t s .

3 a s i n g u p o n s u c h f i n d i n g s , a n e w e c i e n c e h a s d e v e l o p e d

a s r e g a r d s a p p l i c a t i o n o f

f e r t i l i z e r s ; i t i n c l e d e e c o n s i d e r a t i o n o f t h e r e g i o n a l a n d l o c a l c l i m a t i c c o n d i t i o n s ,

a s

w e l l a s o f t h e l o c a l s o i l c h a r a c t e r i s t i c s .

T h e r a p i d l y s p r e a d i n g e u t r o p h i c a t i o n o f a l a r g o n u m b e r

o f

w a t e r b o d i e s

i 8

d o u b t l e e s

d u e t o t h e u n n a t u r a l l y i n c r e a s e d i n t r o d u c t i o n o f n u t r i e n t s .

A m o n g t h e m a c r o n u t r i e n t e

f o u n d i n l a k e s , p h o e p h o r u s a n d o o m e t i m e s n i t r o g e n t o o

w e r e i d e n t i f i e d a s t h o m i n i m u m

f a c t o r s .

S i n c e b o t h ' . . h e s e e l e m e n t s , t o g e t h e r w i t h p o t a s s i u m ,

a r e t h e p r i n c i p a l i n g r e d i e n t s

o f a n o r g a n i c f e r t i l i z e r s , i t m a y l o g i c a l l y b e a e s u m e d t h a t , i n a d d i t i o n t o

t h e c o m m u n a l

. a n d a g r i c u l t u r a l w a e t e w a t e r s , l o s e e s o f n u t r i e n t s f r o m i n t e n s i v e l y

c u l t i v a t e d a r e a e f i n a l l y

r e a c h t h e w a t e r b o d i e s a n d c o n t r i b u t e t o t h e i r e u t r o p h i c a t i o n .

T h e s u p p l y o f n u t r i e n t s i n w a t e r b o d i e s

m a y o r i i n a t e

f r o m t h e a t m o e p h e r e

f r o m s o i l s n o t i n f l u e n c e d b y

m a n ( n a t u r a l b a s i c c h a r g e )

f r o m s o i l s u t i l i z e d b y a g r i c u l t u r e a n d f o r e s t r y

f r o m w a e t o w a t e r s .

P r e c i p i t a t i o n s r e a c h w a t e r b o d i e s e i t h e r d i r e c t l y

o r i n d i r e c t l y v i a e u r f a c e o r u n d e r g r o u n d

e f f l u e n t s .

I f t h e y f a l l o n u r b a n a r c a s ( r o a d e ,

s q u a r e e , r o o f s ) o r u n p r o d u c t i v e l a n d a n d

w a t e r e u r f a e e s , t h e i r c o n t r i b u t i o n t o w a r d e u t r o p h i c a t i o n

i s d i r e c t , o w i n g t o t h e i r c o n t e n t

i n p h o e p h o r u s a n d n i t r o g e n c o m p o u l v l s .

I n S w i t z e r l a n d , s u c h a r c a s t a - c e u p a s u r f a c e o f

a p p r o x i m a t e l y 1 0 0 0 0 k m 2 .

T h e r e m a i n i n g 3 1 0 0 0 k m 2 o r 7 6

o f t h e t o t a l s u r f a c e a r e

p r o d u c t i v e l a n a .

N u t r i e n t s d i 3 u t e d i n r a i n w a t e r a n d f a l l i n g

o n l a n d u t i l i z e d b y a g r i -

c u l t u r e a n d f o r e s t r y f e r t i l i z o t h e e v i l i n t h e

s a m e w a y a s d o e e e l e m e n t a r y n i t r o g e n f i x e d

b y t h e s o i l b a c t e r i a .

U n f o r t u n a t e l y , n o d a t a i s a v a i l a b l e o n t h e c o n c e n t r a t i o n o f

n i t r o g e n

a n d p b o e p h o r a s i n r a i n w a t e r i n S w i t z e r l a n d .

S u c h d a t a w o u l d e n a b l e u e t o e v a l u a t e t h e

i m p o r t a n c e o f t h i s s o u r c e o f n u t r i e n t s i n o u r c o u n t r y .

T h e i n e v i t a b l e n e g l i g e n c e o f t h i s

s o u r c e o f n u t r i e n t s r e s u l t e i n a s l i g h t o v e r e e t i m a t i o n o f , t h e

p r o p o r t i o n

o f n u t r i e n t s

b r o u g h t i n t o w a t e r b o d i e s b y a g r i c u l t u r e , i n

o u r e v a l u a t i o n o f t h e r e l a t i v e

c o n t r i b u t i o n s

f r o m a g r i c u l t u r e a n d f r o m w a s t e w a t e r s .

T h e e s t i m a t i o n o f

t h e

c o n t r i b u t i o n f r o m w a s t e w a t e r s i s b a s e d

o n t h e f o l l o w i n g d a t a :

n i t r o g e n

1 2 g p e r c a p i t a a n d d a y

p h o s p h o r u s

3 g p e r c a p i t a a n d d a y .



A s r e g a r d s p h o e p h o r u e , a b o u t h a l f t h i s a m o u n t c o m e s f r o m d e t e r g e n t s .

T h e l e a c h i n g a n d e r o o i o n o f n u t r i e n t s d e p e n d o o n v a r i o u s f a c t o r s e u c h a s t o p o g r a p h y ,

t y p e o f s o i l , c l i m a t e , c u l t i v a t i o n

m e t h o d s e t c .

C . 2 . A m o u n t s o f n i t r o g e n a n d p h o s p h o r u s c o n t a i n e d i n w a t e r a n d

o r i g i n a t i n g f r o m l a n d u t i l i z e d b y a g r i c u l t u r e a n d f o r e s t r y .

C . 2 . 1 .

D i r e c t m e a s u r e s e f f e c t e d u n d e r n a t u r a l c o n d i t i o n s i n t h e

c a t c h m e n t a r e a s o f v a r i o u s r e c e i v i n g w a t e r s .

T h i s s t u d y w a s b a s e d o n t h e f o l l o w i n g p u b l i c a t i o n s :

P r e a l p i n e a r e a :

K e l l e r , H . M . ( 1 9 7 0 )

D e r E i n f l u s s d e r W a e s e r m e n g e a u f d e n C h e m i s m u s

k l e i n e r R u c h e , b e o b a c h t e t i n k l e i n e n E i n z u g s g e b i e t e n i m

A l p t a l S z ;

D i s s e r t a t i o n E T H Z ü r i c h N r .

4 5 6 2 .

K r u m m e n a c h e r , T .

D i e M i h r e t o f f b i l a n z d e s A l p n a c h e r S e e s ;

D i s s e r t a t i o n E T H Z ü r i c h , i n V o r b e r e i t u n g .

E a w a g

( 1 9 5 5 )

I n v e s t i g a t i o n o n t h e L a k e S a r n e n b a s i n ; u n p u b l i s h e d .

E a w a g

( 1 9 5 9 )

D i e V e r u n r e i n i g u n g v o n L i n t h u n d L i m m a t ;

u n v e r ö f f .

C e n t r a l P l a t e a u :

A m b ü h l , H . ( 1 9 6 0 )

D i e 1 ; h r s t o f f z u f u h r z u m H a l l w i l e r S e e ; S c h w e i z

Z . H y d r o l . , 2 2 .

E a w a g ( 1 9 6 0 )

D e r M u r t e n s e e ; u n v e r ö f f e n t l i c h t .

P l e i s c h , P .

( 1 9 7 0 )

D i e H e r k u n f t e u t r o p h i e r e n d o r S t o f f e b e i m

P M f i k e r S e e

u n d G r e i f e n s e e ; V i e r t e l j a h r e s c h r . M a t f . G e s . , Z ü r i c h , 1 1 5 .

2 . 1 . 1 .

I n f l u e n c e o f t h e w a t e r v o l u m e o n t h e c h e m i s t r y o f b r o o k s ,

a s o b s e r v e d i n s m a l l c a t c h m e n t a r e a s i n t h e A l p t a l ( C a n t o n S c h w y z ) .

D u r i n g

a

p e r i o d o f t w o y e a r s , K e l l e r t o o k s a m p l e e - g e n e r a l l y e v e r y w e e k - f r o m f o u r

b r o o k s a n d s i m u l t a n e o u s l y d e t e r m i n e d t h e m o m e n t a r y r u n - o f f o f e a c h b r o o k a t t h e t i m e o f t h e

s a m p l i n g .



O n t h e b a s i s o f c o r r e l a t i o n a n a l y s i s , t h e f o l l o w i n g v a l u e s f o r t h e l o s s o f n u t r i e n t e

t h r o u g h l e a c h i n g a n d e r o s i o n f o r t h e d i f f e r e n t t y p e s o f l a n d u s e c o u l d b e d e t e r m i n e d :

T a b l e

6

2 . 1 . 4 . T h e r i v e r s y s t e m L i n t h - L i m m a t

I n M a r c h

1 9 5 9

a t s e v e r a l p o i n t s o f t h e r i v e r s y s t e m L i n t h - L i m m a t s a m p l e s w e r e t a k e n

c o n t i n u o u s l y o v e r a p e r i o d o f 2 4 h o u r s .

S i n c e t h e u p p e r p a r t o f t h e r i v e r L i n t h i s c e r t a i n -

l y n o t c h a r g e d w i t h a n y w a s t e w a t e r , t h e r e i s a n o p p o r t u n i t y r o r t h e

e s t i m a t i o n o f n u t r i e n t

.

l o s s e s i n p r e a l p i n e a n d a l p i n e s o i l s .

F o r t h i s c a t c h m e n t a r e a o f 7 5 . 7 k m 2 ( 3 % f o r e s t s ,

5 . 5 %

m o u n t a i n p a s t u r e s a n d

9 1 . 5 %

u n p r o d u c t i v e l a n d w i t h r o c k s a n d g l a c i e r s ) , t h e f o l l o w i n g

r e s u l t s w e r e f o u n d a s r e g a r d u t h e l o a d s a t a s p e c i f i c r u n - o f f o f 0 . 3 3 7

.

1 0 6 m 3 / k m 2 p . a . :

2 . 1 . . 5 .

S u p p l y o f n u t r i e n t s i n t o t h e H a l l w i l e r S e c

T h e a i m o f t h i s s t u d y w a s t o m e a s u r e t h e t o t a l s u p p l y o f n u t r i e n t s i n t o t h e H a l l w i l e r

S e e a n d t o a n s w e r t h e q u e s t i o n s a s t o w h e t h e r t h o n u t r i e n t l o a d r e s u l t i n g f r o m n a t u r a l

p r o c e s s e s a n d f r o m t h e a g r i c u l t u r a l u t i l i s a t i o n o f f e r t i l i z e r s w o u l d b e l o w e n o u g h t o p r e -

v e n t f u r t h e r e u t r o p h i c a t i o n p r o v i d e d t h e i n f l o w o f w a s t e w a t e r s w e r e s t o p p e d c o m p l e t e l y .

F o r t h i s p u r o o s e , d u r i n g o n e y e a r , 6 0 s t a t i s t i c a l l y a p p o r t i o n e d s a m p l e s w e r e t a k e n ,

a c c o r d i n g t o a f i x e d s c h e d u l e , a t d i f f e r e n t h o u r s a n d s e a s o n s , f r o m s i x a f f l u c n t s r e c o g n i z e d

a s b e i n g t h e c h i e f n u t r i e n t s u p p l i e r s . A t t h e s a m e t i m e , t h e r a n - o f f o f t h e s a i d a f f l u e n t s

w a s d e t e r m i n e d .

T h e o n l y a f f l u e n t f o u n d t o b e s u i t a b l e f o r t h e d e t e r m i n a t i o n o f t h e e x p e c t e d n u t r i e n t

l o a d w a s t h e M e i s t e r s c h w a n d e r V i l l a g e S t r e a m w h i c h , i n s p i t e o f i t s r e l a t i v e l y l a r g e

c a t c h m e n t a r e a ( 8 . 1 k m 2 ) , c a r r i e d

a

w e a k w a s t e w a t e r l o a d

( 0 . 9

k m 2 o f t h e c a t c h m e n t a r e a

c o n s i s t e d i n f o r e s t s a n d a b o u t 0 . 5

k m 2 i n c o n s t r u c t e d a r e a s ) .

T o t a l N d i s s o l v e d

m g / 1

k g / k m 2 p . a .

T o t a l P d i s s o l v e d

/ 1 1 . g / 1

k g / k m 2 p . a .

F o r e s t s

0 . 6

8 4 0

3 4

M e a d o w s w i t h o u t

f e r t i l i z e r s

1 . 1 9

1 6 5 0

'

5 4

7 4

P a s t u r e e w i t h


1 . 4

1 9 4 0

7 4

1 0 2

/ L W / 1

k g / k m 2 p . d .

P h o s o h a t e - P

N i t r a t e + N i t r i t e

1 0

3 0 0

0 . 0 0 9 2

0 . 3 0 3 8



M i n i m a l c o n c e n t r a t i o n s w o r e a l w a y s m e a s u r e d a t

6 a . m . .

A M M E H L c o n c l u d e d f r o m i t t h a t

t h e t o t a l l o a d m a y b e c o n s i d e r e d a s e q u i v a l e n t t o t h e ' n a t u r a l ' l o a d i n t h e e a r l y m o r n i n g

h o u r s .

O n t h e b a s e o f t h i s s u p p o s i t i o n t h e p h o s p h a t e l o a d c o n t r i b u t e d b y a g r i c u l t u r e a n d

f o r e s t r y w a s c a l c u l a t e d a s f o l l o w s :

a g r i c u l t u r a l P O 4 P l o a d

.

2 4 . 0 k g P / k m 2 p . a .

k m 2 p . a .

S i n c e h o w e v e r t h e r u n o f f o b s e r v e d w a s h i r t e r t h a n 0 . 0 9 8

m 3 / s e c i n a b o u t

5 0 %

o f t h e

c a s e s a n d c o n s i d e r i n g t h a t t h o l o a d i s n o t p r o p o r t i o n a l t o t h e r u n o f f , t h e e f f e c t i v e l o a d

h a d t o b e s m a l l e r t h a n 4 2 . 0 k g P O 4 P / k m 2 p . a .

A c c o r d i n g t o t h e f i n d i n g s o f t h e t h o r o u g h s t u d y e f f e c t e d , t h e p h o s p h a t e l o e s o f t h e

s o i l i n t h e c a t c h m e n t a r e a u n d e r o b s e r v a t i o n w o u l d l i e b e t w e e n 2 4 . 0 a n d 4 2 . 0 k g

P O 4 7 P / k m 2 p . a .

T h e n i t r a t e ' c o n c e n t r a t i o n s w e r e b u t v e r y s l i g h t l y i n f l u e n c e d b y t h e t i m e o f d a y a n d

p r a c t i c a l l y n o t a t a l l b y t h e r u n o f f .

T h i s r e s u l - 0 , i n c o n f o r m i t y w i t h t h e c a t c h m e n t a r e a

o f t h e S a r n e r S e e , a r e i n a l i n e a r d e p e n d e n c e b e t w e e n t h e n i t r a t e l o a d s a n d t h e r u n o f f

( I l l u s t r a t i o n

4 ) .

A t a n a v e r a g e r u n o f f o f 0 . 0 9 8 m 3 / s e c , t h e n i t r a t o l o a d a m o u n t s t o

3 6 5 x 2 0 k g N

2 0 k g N / d a y o r

.

9 0 0 k g N O 3 N / k m 2 p a

8 . 1 k m 2

2 . 1 . 6 .

T h e L a k e o f M o r a t

E l e v e n r i v e r s i n t h e c a t c h m e n t a r e a

o r

t h e 1 , a k e o f M o r a t w e r e e x a m i n e d b e t w e e n

D e c e m b e r 1 ,

1 9 5 4

a n d N o v e m b e r 2 8 ,

1 9 5 5 a t i n t e r v a l s o f t w o w e e k s .

O n t h e s u p p o s i t i o n t h a t a b o u t o n e t h i r d o f t h e p o p u l a t i o n w a s a t t a c h e d

t o

t h e s e w e r a g e

s y s t e m a n d t h a t t h e w a s t e w a t e r s o f t h e r e m a i n i n g t w o t h i r d s h a d n o i n f l u e n c e o n t h e r e c e i v i n g

w a t e r s

o r i f s o , o n l y b y w p v o f t h e f e r t i l i z e r s u t i l i z e d b y a g r i c u l t u r e

t h e c o n t r i b u t i o n

b y a g r i c u l t u r e t o t h e c h a r g e o f t h e r e c e i v i n g w a t e r s w a s e v a l u a t e d a s f o l l o w s :

P l o s s o f t h e

s o i l :

2 5

3 0 k g / k m 2 p . a .

N l o e s o f t h e s o i l :

1 5 0 0

2 0 0 0 k g A m 2 p . a .

( T h e c o n t r i b u t i o n u f t h e

p o p u l a t i o n g e n e r a l l y

i 3

a s s u m e d a s t o

b e 3

g P a n d 1 2 g N p e r c a p i t a / d a y . )

I n t h e m a m e s t u d y t w o s m a l l s t r e a m s e v i d e n t l y n o t i n f l u e n c e d b y w a s t e w a t e r s w e r e a l s o

e x a m i n e d .

T h e n u t r i e n t l o a d s c o n t r i b u t e d b y a g r i c u l t u r e w e r e f o u n d t o b e a s f o l l o w s :

T a b l e 7

C a t c h m e n t a r c a

.

s u r f a c e

k m 2

P 0 . I ' l o a d

k g 7 k m 2 p . a .

N O N l o a d

k g 7 k m 2 p . a .

t o t a l N l o a d

k g / k m 2 p . a .

R i v i r e d e F o r e l

L ö w e n b e r g b a c h

2 . 0

4 . 3

3 9 . 5

3 1 . 0

2 8 0

7 0 4 0

2 5 9 0

2 4 9 0



I n

1 9 6 7

a n d 1 9 6 B P L E I S C H m a d e m o n t h l y s a m p l i n g s i n 3 2 a f f l u e n t s o f t h e p f ä f f i k e r S e e

a n d t h e C r e i f e n s e e a n d a t t h e s a n e t i m e e v a l u a t e d t h e i r r a n - o f f i n o r d e r t o d e t e r m i n e t h e

a m o u n t s o f n u t r i e n t s s u p p l i e d i n t o t h e t w o l a k e s .

S e v e n o f t h e

3 2

c a t c h m e n t a r e a s w e r e n o t o r b u t v e r y t h i n l y p o p u l a t e d ,

2 0 t h a t t h e

n u t r i e n t l o a d w a s p r a c t i c a l l y d u e o n l y t o a g r i c u l t u r e a n d f o r e s t r y :

T a b l e

8

A v e r a g e c o n c e n t r a t i o n e a n d a n n u a l l o a d o o f t h e d i f f e r e n t c a t c h m e n t a r e a s .

2 . 1 . 7 .

O r i g i n o f t h e e u t r o o h i s i n g m a t t e r i n t h e P a f f i k e r b e a n d i n t h e

G r e i f e n s e e

C . 2 . 2 . R e c a p i t u l a t i o n o f t h e r e s u l t o

I n o r d e r t o p e r m i t a c o m p a r i s o n b e t w e e n t h e

r e s u l t s

o b t a i n e d b y t h e d i f f e r e n t a u t h o r s

t h e c o n c e n t r a t i o n s ( l o a d s ) o f d i s s o l v e d p h o s p h o r u s c o m p o u n d s h a d t o b e p a r t l y e v a l u a t e d

f r o m t h e d a t a g i v e n f o r o r t h o p h o s p h a t e a n d t o t a l p h o s p h o r u s .

T h e f o l l o w i n g

f o r m u l a w a s

a p p l i e d :

( d i s s o l v e d P )

( P O 4 - P ) + ( t o t a l P i n

r a w

w a t e r )

2

T h u s c a l c u l a t e d v a l u e s a r e l i s t e d b e t w e e n b r a c k e t s i n T a b l e 9 .

I l l u s t r a t i o n s

5 a n d 6 s h o w t h e s p e c i f i c s u p e r f i c i a l n i t r o g e n a n d p h o s p h o r u s l o a d s

i n r e l a t i o n t o t h e p a r t s o f t h e c a t c h m e n t a r e a e x p l o i t e d b y a g r i c u l t u r e .

I f " a " r e p r e s e n t s t h e s p e c i f i e s u p e r f i c i a l

n u t r i e n t l o s s o f

t h e p a r t o f t h e a r e a n o t

e x p l o i t e d b y a g r i c u l t u r e a n d " b " t h e c u l t i v a t e d s u r f a c e e , t h e n u t r i e n t l o s s " Y " o c c u r r i n g

t h r o u g h l e a c h i n g a n d e r o s i o n i n a n a r e a o f m i x e d e x p l o i t a t i o n w i l l b e e i t h e r

Y ( 1 - X ) a + X b o r

Y

.

a

4 -

( b - a ) X

.

" X " i s t h e r e l a t i v e p o r t i o n o f s u r f a c e e x p l o i t e d b y a g r i c u l t u r e ( X < 1 ) .

P O 4 - P

c o n c .

/ l i g / 1

_

P 0 A - P

l o i a d

k g / k m ? . a

1 1 0 3 - N

c o n c ,

m g / 1

1 . 0 3 - I ,

l o a d

k g / k m 2 . a

N H 4 - N

c o n o .

m g / 1

y

N H 4 - N

l o a d

k e k m 2 . a

a n o r g . N

l o a d

k e k m 2 . a

( 1 )

1 7 1 0

4 . 7

2 7 5 0

0 . 0 4 2 3

2 7 7 3

( 2 )

2 0

1 5

3 . 2

2 3 8 0 0 . 0 4

2 8

2 4 0 8

( 3 )

7

4 . 4

1 . 4

8 8 0 0 . 0 3

1 9

8 9 9

( 4 )

3 0

2 2 . 5

2 . 5 1 8 8 0

0 . 1 3

9 5

1 9 7 8

( 5 )

1 7

9 . 7

2 . 5

1 4 3 0

0 . 0 7

4 0

1 4 7 0

( 6 )

7 3 . 5

2 . 1

1 0 5 0

0 , 0 7

3 5

1 0 8 5

( 7 )

2 3

1 6 . 3

2 . 6

1 8 6 0

0 . 0 6

4 3

1 9 0 3



D i v i s i o n i n t o o n l y t w o t y p e s o f u t i l i z a t i o n , w i t h o u t c o n s i d e r a t i o n o f t h e f e r t i l i z a t i o n

p r a c t i c e s , t y p e o f c u l t i v a t i o n ( p a s t u r e e , m e a d o w s , f i e l d s ) , c l i m a t i c a n d t o p o K r a p h i c c o n -

s i d e r a t i o n s , i O O f c o u r s e a v e r y r o u e h d i s t i n c t i o n a n d d o e s n o t c c r r e s p o n d e n t i r e l y w i t h t h e

e f f e o t i v e c o n d i t i o n s r e i g n i n g i n t h e a r e a .

: I o w e v e r - a t l e a e t a e r e g a r d s p h o s p h o r u s - t h e c o n c o r d a n c e i s q u i t e s u r p r i s i n g .

T h e

p h o s p h o r u s

l o s s e s f r o m f o r e s t a r e a s a r e p r a c t i c a l l y n i l i n t h e P r e a l p o a s w e l l a s i n t h e

C e n t r a l P l a t e a u .

T a b l e

9

T y p e o f u t i l i z a t i o n a n d n u t r i e n t l o e e e s f r o m w a t e r

f r o m v a r i o u s a r e a s o f t h e C e n t r a l P l a t e a u .

B u t i f t h e c a t c h m e n t a r e a i s 1 0 0 % u t i l i z e d b y a g r i c u l t u r e t h e p h o s p h o r u s l o s s t o b e

e x p e c t e d

w i l l

b e a p p r o x i m a t e l y 3 5 k g P / k m 2 . a o n t h e P l a t e a u a n a a p p r o x i m a t e l y 7 0 k g P / k m 2 . a

i n t h e P r e a l p s .

T h e h i g h e r P h o s p h o r u s l o s s e s f r o m P r e a l p i n e s o i l s a r e m a i n l y d u e t o t h e

h i g h e r r u n - o f f s b o u n d w i t h m o r e i n t e n s i v e e r o s i o n .

I n t h e P r o a l p i n e a r e a s , t h e n i t r o g e n l o a s e s f r o m s u r f a c e s u t i l i z e d b y f o r e s t r y

a m o u n t t o a p p r o x i m a t e l y 8 2 k g N / k m 2 . a a n d t h e l o s s e s f r o m s p e c i f i c a l l y a g r i c u l t u r a l s o i l s

a r e a b o u t 1 6 3 4 k g N / k m ? . . a .

A s s e e n i n i l l u s t r a t i o n

6 , t h e i n c r e a s e o f

t h e

s u r f a c e s u t i l i z e d

b y a g r i c u l t u r e i s b o u n d w i t h a m o r e r a p i d i n c r e a e e o f t h e n i t r o g e n l o a d s i n t h e P r e a l p i n e

a r e a t h e n o n t h e C e n t r a l P l a t e a u ( I l l u s t r a t i o n

5 ) .

C o n s i d e r a t i o n s h o u l d h o w e v e r b e g i v e n

t o t h e f a c t t h a t t h e d e t e r m i n a t i o n s w e r e e f f e c t e d a t d i f f e r e n t a l t i t u d e s .

T a k i n g s e p a r a t e l y

t h e A l p t a l a r e a ( a l t i t u d e o f t h e a r c a : a p p r o x i m a t e l y 1 1 0 0 - 1 5 0 0 m a b o v e s e a l e v e l ) a n d t h e

C a t c h m e n t

a r e a

u >

o

,

N

c z

- ,

e

u t i l i z a t i o n

b y

b y

N s r i -

f o r e s t r y

c u l t u r e

c " .

` ` ; 4 ' ,

d i s s o l v e d p h o s p h o r u s

/ u g P / 1

k g P / k m 2 . a

d i s s o l v e d n i t r o g e n

i

m e N / 1

k g N / k m 2 . a

)

H a l l w i l e r s e e

M e i r r A r s c h w a n d e r

D o r f b a c h

0 . 3 8

8 3 1 1

5 9 - 1 0 3

2 4 . 0 - 4 2 . 0

2 . 3 7

9 0 0

M u r t e n s e e

0 . 6 5 5

L e C h a n d o n

7 4 . 2

2 5 . 8 3 7 . 6 - 4 6

2 5 - - ) 1 . 7 - 2 . 2 1 1 2 0 - 1 4 3 0

R i v i b r e d e F o r e l

9 5 . 7

4 . 3

6 0

3 9 . 5

3 . 9 5

2 5 9 0

L ö w e n b e r g b a c h

8 8 . 8

1 1 . 2

4 7

3 1

3 . 8 0

2 4 9 0

C r e i f e n s e e -

P f f f i k e r s e e

T o r f r i e t a b f l u s s

0 . 5 8

5 3

4 7

2 4

1 4

. 7

2 7 3 3

U n t e r w i e s b a c h

M u r h o t z b a c h

0 . 7 1

0 . 6 2

5 9

2 9

4 1

7 1

2 8

7

' . , 2 d

4 . 1

N

( 1 . 4 )

2 4 0 8

8 9 9

S e e w i e s e n a b f l u s s

0 . 7 5

1 0 0

0

3 5

2 6 . 5

( 2 . 6 )

1 9 7 8

A a w i e s e n a b f l u s s

0 . 5 7

8 5

1 5

2 2

1 2 . 6 )

( 2 . 6 )

1 4 7 0

J u n g h o l s b a c h

0 . 5 0

5

9 5

1 4

( 7 )

( 2 . 9

1 0 8 5

S c h u l h a u s b a o h

0 . 7 1 6 7

3 3

2 8

( 1 9 . 7 )

( 2 . 7 1 9 0 3

i



S a r n e r S e e a r e a ( 5 0 0 - 1 7 0 0 m

a b o v e s e a

l e v e l ) , w e f i n d t h a t t h e n i t r o

n l o s e s f r o m n u r f a c a a

u t i l i z e d o p R c i f i c a l l y b y f o r o o t r y i n t h e A l p t a l a m o u n t t o

1 4 5

k g N / k m a , w h e r e a a t h e y a t t a i n

3 0 0 k g

N / k e " . . a

i n t h e S a r n e r S e o a r e a .

T h e e q u a t i o n f o r t h e s t r a i g h t l i n e o f r e g r e s e i o n

r e g a r d i n g t h e S a r n e r S e c a r o a o n l y w o u l d b e

Y .

3 0 1 . 5 + ( 1 5 4 7 . 4 - 3 0 1 . 5 ) X .

T h e r e i o a d e n s e s c a t t e r i n g o f t h e v a r i o u e v a l u e e r e g a r d i n g t h e m e a s u r e s o f n i t r o g e n

l o a s e n f r o m C e n t r a l P l a t e a u n o i l o a r o u n d t h e

c a l c u l a t e d

e t r a i g h t l i n e o f r e g r o o p i o n .

B u t

i t i s q u i t e e v i d e n t t h a t t h e n i t r o g e n l o s s e s a r e h e a v i e r o n t h e C e n t r a l P l a t e a u t h a n

i n t h e

P r e a l p i n o a r e a f r o m o u r f a c e s a e n i g n e d t o t h e m a m e t y p e o f u t i l i z a t i o n .

T h e h e a v y u t r a y i n g

o f t h e v a l u e s a r o u n d t h e e t r a i g h t l i n e o f r e g r e e e i o n m a y b e e x p l a i n e d b y t h e f a c t t h a t t h e

a g r i c u l t u r a l a u r f a c o s o n t h o P l a t e a u a r e o f m u c h m o r e h e t e r o g e n o u s

c o m p o n i t i o n ( f a r m i n g

o f v a r i o u s ° r o p e , s e e d e d g r a s o l a n d , n a t u r a l g r a s o l a n d , p a s t u r e s ) t h a n i n t h e

P r e a l p s

( n a t u r a l g r e s s l a n d

a n d

p a s t u r e e ) .

F o r a r e a u o n t h e C e n t r a l P l a t e a u , t h e n i t r o g e n l o u u c s f r o m s u r f a c e u t i l i z e d e p e c i f i -

c a l l y f o r f o r e s t r y a m o u n t t o a b o u t 9 6 0 k g / k m 2 p . a . , w h e r e a s t h e n i t r o g e n l o s s c o f r o m p u r e l y

a g r i c u l t u r a l n u r f a c e s a m o u n t t o 2 1 0 0 k g N / k m 2 p . a . .

T h e h i g h e r n i t r o g e n l o s o e n f r o m f o r e o t

u u r f a c e s a t l o w e r a l t i t u d e e

a r e d u o t o a m o r e i n t e n s i v e b i o l o g i c a l n i t r o g e n c o n v e r s i o n .

I t m a y b e s a i d i n

c o n c l u s i o n t h a t t h e f o l l o w i n g a v e r a g e l o e n e s

o f

d i s s o l v e d n i t r o g e n

a n d p h o n p h o r u s c o m p o u n d s a r e t o b e e x p e c t e d i n p u r e l y

a g r i c u l t u r a l

a r e a o :

T h e n u t r i e n t l o a d o o f f l o w i n g w a t e r b o d i e s d o n o t d e p e n d e o l e l y o n t h e d i o s o l v e d

o r s o l u b l e n u t r i e n t s

p r e f i e n t

i n t h e s o i l o f t h e c a t c h m e n t a r e A , b u t a l s o o n t h e s p e c i f i c

r u n - o f f :

l o a d = c o n c e n t r a t i o n x r u n - o f f .

O n t h e o t h e r h a n d . , t h e c o n c e n t r a t i o n m a y d e p e n d ( p h o s p h o r u s , 1 1 1 u s t r a t i o n u

7 , 2 a n d

3 )

o r n o t d e p e n d ( n i t r o g e n , I l l u s t r a t i o n s 1 M d . 4 ) o n

t h e r u n - o f f .

: e u t i t i s q u i t e c e r t a i n

t h a t i t e a w a y s d c p e n e e o n t h e a m o u n t o f d i s s o l v e d o r

s o l u b l e n u t r i e n t s p r e s e n t i n t h e o o i l .

I n

o r d e r t o e l i m i n a t e t h e i n f l u e n c e o f t h e d i f f e r e n t r u n - o f f e i n t h e a r c a s e x a m i n e d ,

w e h a v e , i n i l l u s t r a t i o n e y a n d

8 , s h o w n

t h e c o n c e n t r a t i o n i n f u n c t i o n o f t h e t y p e o f

s o i l

u t i l i z a t i o n . I t c a n t h u s

b e s e e n t h a t t h e a v e r a g e n u t r i e n t c o n c e n t r a t i o n e

i n c r e a s e o n

t h e t o t a l s u r f a c e o f t h e c a t c h m e n t a r c a a s i n e r e a s e e

t h e p o r t i o n o f t h e n r e a e x p l o i t e d b y

a g r i c u l t u r e , t h a t t h e c o n c e n t r a t i o n s o f d i s n o l v e d p h o e p h o r u e

c o m p o u n d s f r o m

s u r f a c e s

n u o i g n e d t o t h e s a m e t y p e o f u t i l i z a t i o n a r e p r a c t i c a l l y e q u i v a l e n t o n t h e P l a t e a u a n d i n

t h e P r e a l p i n e A r e a , a n d t h a t t h e n i t r o g e n c o n c e n t r a t i o n e o n t h e P l a t e a u a r e e v e n c o n s i d e r a b l y

h i g h e r t h a n i n t h e P r e a l p i n e u r e a .

I f , i n t h i s c a n o t o o , w e s h o u l d r e e o r t t o l i n e a r r e p r e s e n t a t i o n t o s h o w t h e d e p e n d e n c e

o f t h e c o n c e n t r a t i o n n f r o m t h e p o r t i o n o f t h e t o t a l

c a t c h m e n t a r e a a e s i g n e d t o a g r i c u l t u r a l

u s e ,

i t m i g h t b e t h a t t h e p h o o p h a t e c o n c e n t r a t i o n e o f w a t e r b o d i e s i n s u r f a c e u t i l i z e d b y

f o r e s t r y w o u l d b e n e g l e c t e d i n c o m p a r i s o n w i t h t h e e h o u r h a t e c o n c e n t r a t i o n s i n p u r e l y a g r i -

c u l t u r a l ¡ t r e a t ) .

k g t / k m 2 p . a .

k g P / k m 2 p . a .

P r e a l p i n e A r e a 1 6 3 4

,

6 9

C e n t r a l P l a t e a u

2 1 0 0

3 5



T h e r e a r e t w o r e a s o n e f o r t h e f a c t t h a t , i n s p i t e o f t h e l e s s

i n t e n s i v o u s e o f

p h o o p h o r u s f e r t i l i z e r s i n t h e P r e a l p s o n s u r f a c e s a s s i g n e d t o

t h e

o a m e t y p e o f u t i l i z a t i o n ,

t h e p h o s p h o r u s

c o n c e n t r a t i o n e

o f t h e r e c e i v i n g w a t e r s a r e o v e n s l i g h t l y h i g h e r i n t h i s

a r e a t h a n o n t h e P l a t e a u :

T h e p h o s p h o r u s e o n t e n t o f t h e o o i l i s b u t i n s i g n i f i c a n t l y i n f l u e n c e d

b y t h o a p p l i c a t i o n o f f e r t i l i z e r s .

i n p r e a l p i n e a r e a s , t h e p h o o p h o r d e c o m p o u n d s a r e

n o t

o n l y l e a c h e d

b y t ) r e c o l a t i o n , b u t

t h e y

a r e a l s o u a r r i o d a w a y b y e r o s i o n .

T h i s

t h e o r y i o c o n f i r m a d b y t h e f a c t t h a t , o n t h e P l a t e a u , t h e p h o o p h a t e

c o n c e n t r a t i o n s d e c r e a s e ( d i l u t i o n ) a s i n c r e a s e s t h e r u n o f f

( i l l u s t r . 2 a n d 3 ) , w h e r e a o i n P r c a l p i n e a r e a s t h e y , o n t h e c o n t r a r y ,

s h o w a s l i g h t t e n a e n c y t o w a r d i n c r e a s i n g ( e r o s i o n ) ( I l l u s t r a t i o n

1 ) .

S i n c e t h e n i t r a t e c o n c e n t r a t i o n s a r e l a r g e l y d e p e n d e n t o n t h e r u n o f f

( I l l u s t r a t i o n s

1 a n d 4 ) , t h e h i g h e r c o n c e n t r a t i c n o f o u n d i n t h e P l a t e a u s t r e a m ° a r e

m o s t p r o b a b l y d u e t o

a l a r g e r a m o u n t o f d i s s o l v e d o r s o l u b l e n i t r o g e n

c o m p o u n d s i n t h e e o i l r e s u l t i n g f r o m

a m o r e i n t e n s i v e m i c r o b i o m o b i l i z a t i o n a n d

f r o m a m o r e i n t e n s i v e u s e o f n i t r o g e n f e r t i l i z e r s .

C . 2 . 3 .

L y e i m e t o r t e s t s

T h e a m o a n t o f l i x i v i a t e d n u t r i e n t s c a n b e d e t e r m i n e d w i t h t h e h e l p o f l y s i m e t e r s .

T h e a m e u n t o f n u t r i e n t s w h i c h i s w a s h e d o u t o f t h e s o i l a n d g e t s i n t o w a t e r b o d i e s i e

g e n e r a l l y h i g h e r , t h e l i g h t e r ( s a n d i e r ) , s h a l l o w e r a n d r i c h e r i n n u t r i e n t t h e s o i l , t h e

w e t t e r t h e c l i m a t e , t h e m o r e i n t e n s i v e t h e a p p l i c a t i o n o f f e r t i l i z e r @ a n d t h e w e a k e r t h e

g r o w t h ( r o o t f o r m a t i o n ) o f t h e p l a n t o .

2 . 3 . 1 . A f e w r e a u l t s

o f

S w i s o l y s i m e t e r t e s t s

T a b l e 1 0 r e c a p i t u l a t e s t h e r e s u l t s o f t e s t e e f f e c t e d w i t h a c a n d y a n d l o a n - e o i l w h i c h

w a s

/ Z E 7 T R N u m u s a n d s h o w e d a n e u t r a l r e a c t i o n .

S i n c e t h e d e p t h o f t h e o o i l l a y e r i n t h e

l y s i m e t e r s u s e d w a s o n l y a b o u t

4 5

c m , t h e v a l u e s f o r r u n o f f a n d l e a c h i n g w e r s r e l a t i v e l y

h i g h .

I t w a s f o u n d t h a t p l a n t a t i o n ( o f

a

g r a s s m i x t u r e ) c o n s i d e r a b l y r e d u c e d t h e r u n o f f ,

e s p e c i a l l y i n o u m n e r , a n d l e J ; F e r e d t h e l i x i v i a t i o n o f n i t r o g e n .

T h e c o p i o u s

a p p l i c a t i o n s

o f l i q u i d 7 ; I n u r e ( 1 7 5 m 3 / h a p . a . ) i n t e n e i f i e d t h e g r o w t h o f t h e p l a n t s , i n c r e a s e d t r a n s p i r a -

t i o n a n d

r e d u c e d t h e r a n o f f s .

O w i n g t o

t h H

c o p i o u s a p p l i c a t i o n s o f n i t r o g e n t o g e t h e r

w i t h t h e l i q u i d m a n u r e ( 3 1 5 k g N / h a p . a . ) , t h e l i x i v i a t i o n s o f n i t r o g e n w e r e s o m e w h a t i n -

c r e a s e d , t h o u g h t h e y d i d n o t , b y f a r , a t t a i n

t h e

v a l u e s d e t e r m i n e d i n t h e l y s i m e t e r o

w i t h -

o u t p l a n t i n g a n d w i t h o u t a p o l i c a t i o n s o f f e r t i l i z e r s .

T h e h i g h e r v a l u e s w e r e m e a s u r e d

p r i n c i p a l l y i n t h e c o u r s e o f t h e s e c o n d y e a r o f t h e t e e t s , i n p l a c e o w h e r e t h e g r a s s

g r o w t h w u s i m p e d e d .

T h e p h o s p h o r u o l o s s e s w e r e s l i g h t ( a p p r o x i m a t e l y 0 . 4 k g / h a p . a . ) a n d

w e r e i n f l u e n c e d n e i t h e r b y t h e a p p l i c a t i o n e o f f e r t i l i z e r s , n o r b y t h e

p l a n t i n g o f g r a s s .

T a b l e 1 1 s h o w s t h e r e e u l t o f a s i m i l a r l y o i m e t e r t e s t e f f e c t e d h o w e v e r w i t h a h e a v i e r

a n d c I E F e T T ö i l .

I n t h i o c a s e , t h e p h o s p h o r u s l o s s e s w e r e v e r y e l i g h t a n d w e r e b e l o w t h e

d e t e r m i n a b l e l i m i t ( a t t h e t i m e t h e t e s t w a s

m a d e ) .

O w i n g

t o t h e h i g h e r w a t e r r e t e n t i o n

c a p a c i t y

o f

t h e s o i l , t h e r u n o f f s w e r e l o w e r .

S i n c e t h e g r a s o i n t h e

l y s i m e t e r s

w i t h

c o p i o u o a p p l i c a t i o n ° o f l i q u i d m a n u r e g r e w r i c h l y , t h e n i t r o g e n l e a c h e r ) , i n o p i t o o f t h e

i n t e n a i t y o f t h e m a n u r i n g

( 3 6 5

k E : N / h a p . a . ) , w e r e r a t h e r , l o w e r

t h a n i n

t h e l y c i m e t e r s

w i t h o u t f e r t i l i z e r s a n d w i t h g r a s s a n d m u c h l o w e r t h a n i n t h e l y o i m e t e r s w i t h o u t f e r t i l i z e r s

a n d w i t h o u t g r a s s .

T h o y e a r l y c u r v e s r e p r e s e n t i n g t h e n i t r o g e n

l i x i v i a t i o n s i n

l y o i m e t e r s

w i t h o u t g r a s s , a s w e l l a s t h e c u r v e s r e p r e s e n t i n g t h e

a m o u n t s o f

p r e c i p i t a t i o n a n d p e r c o -

l a t i o n w a t e r a n d t h e t e m p e r a t u r e a r e s h o w n i n 1 1 1 u o t r a t i o n 1 3 .



T a b l e 1 0

L y s i m e t e r t e s t s , O e r l i k e n , S e r i e s I 1 9 2 3 & 1 9 2 4 -

s o i l : s a n d y l o a m , p H . 7 . 2 , 1 . 2 9 % h u m u s ,

t o r t u r o :

5 7

5 0 / U m .

L y s i m e t e r : 5 0 x 5 0 x 5 0 c m , s y s t e m G E E R I N G .

T h e i m p o r t a n c e o f v e g e t a t i o n a e r e g a r d s t h e r e d u c t i o n o f t h e n i t r o g e n l o s s e s i s a g a i n

s h o w n c l e a r l y i n T a b l e 1 2 .

D u r i n g t h e m a i n g r o w t h p e r i o d , t h e l i x i v i a t i o n o f n i t r o g e n

i s c o n s i d e r a b l y s l i g h t e r i n t h e l y s i m e t e r s w i t h g r a s s t h a n i n t h e o t h e r s ( s t a b l e m a n u r e ) .

T h i s i s a l s o s h o w n i n I l l u s t r a t i o n 1 4 .

T h e l y s i m e t e r t e s t s s h o w e d r e p e a t e d l y t h a t c o n s i d e r a b l e a m o u n t s o f n i t r o g e n a r e

w a n h e d o u t o f t h e l y s i m e t e r e w i t h o u t a p p l i c a t i o n o f f e r t i l i z e r s a n d w i t h o u t g r a s o . T h i s i s

p a r t l y d u e t o t h e m o b i l i z a t i o n o f o r g a n i c n i t r o g e n c o m p o u n d s i n t h e h u m u s i n g r e d i e n t s o f t h e

s o i l .

I l l u s t r a t i o n 1 5 s h o w s h o w t h e m o b i l i z a t i o n o f n i t r o g e n i s i n c r e a s e d b y s o i l l o o s e n i n g .

P r o c e s e

V e g e t a t i o n

v

a

0

b

g r a s s

c

g r a o s

F e r t i l i z a t i o n

c o m m e r c i a l f e r t . W M

0

0

1 3 6

( a v e r a g e o f

2

y e a r s ) l i q u i d m a n u r e

m J / h a

0

0

1 7 5

W a t e r b a l a n c e ( a v e r a g e o f 2 y e a r s )

S u m m e r

p r e c i p i t a t i o n s m m 6 2 7

6 2 7

6 2 7

r u n o f f

m m

3 6 4

2 6 9

2 0 3

i n % o f t h e p r e c i p i t .

5 8

4 3

3 2

W i n t e r

p r e c i p i t a t i o n s m m

4 0 5 4 0 5 4 0 5

r u n o f f

m m

3 8 3

3 8 2

3 5 4


9 5

9 4

8 7

Y e a r


1 0 3 2 1 0 3 2

1 0 3 2

r u n o f f

m m

7 4 7

6 5 1

5 5 7

i n % o f

t h e p r e c i p i t .

7 2

6 3

. 5 4

P h o s p h o r u s b a l a n c e

0

0

2 0 . 7

p p l i c a t i o n o f f e r t i l i z e r s

k g / h a

d e p l e t i o n t h r o u g h c r a s s

k g / h a

0

9 . 8

2 7 . 9

l e a c h i n g

k g / h a

m g / h a

0 , 4 4

5 9

0 . 3 5

5 4

0 . 3 9 ,

7 0

N i t r o g e n b a l a n c e

0

0 3 1 5


k g / h a

d e p l e t i o n t h r o u g h g r a s a k g / h a 0

4 1 . 0

1 4 7 . 5

l e a c h i n g

k g / h a

1 1 7 . 3

1 6 . 4

4 5 . 3

m g / h a 1 5 . 7

2 . 5

8 . 1



T a b l e 1 1

L y s i m e t e r t e s t o . , O e r l i k o n ,

S e r i e s I I

1 9 2 6 & 1 9 2 7

S o i l : c l a y e y l o a m , p H . 5 . 6 , 1 . 6 3 % h u m u s ,

t e x t u r e :

7 7 %

5 0 / U m .

L y s i m e t e r : 5 0 x 5 0

x 5 0 c m , s y s t e m G E E R I N G .

P r o c e s e

V e g e t a t i o n

a

0

b

g r a s s

c

g r a s s

F e r t i l i z a t i o n

c o m m e r c i a l f o r t .

k g / h a

0 0

1 3 6

( a v e r a g e o f 2 y e a r s )

l i q u i d m a n u r e

m i / h a

0 0

1 4 8

W a t e r b a l a n c e ( a v e r a g e o f 2 y e a r s )

S u m m e r

p r e c i p i t a t i o n s

m m

7 8 0

7 8 0

7 8 0

r u n o f f

m m

3 3 8

2 8 9

1 3 8

i n % o f t h e p r o c i p i t .

4 3 3 7

1 8

W i n t e r


4 0 4 4 0 4

4 0 4

r u n o f f

m m 1 2 0

3 0 0 2 6 2


7 9 7 4

6 5

Y e a r


1 1 8 4

1 1 8 4 1 1 8 4

r u n o f f

m m

6 5 8

5 8 9

4 0 0


5 6

5 0

3 4

P h o s p h o r u s b a l a n c e

o

o

2 4


k g / h a

d e p l e t i o n t h r o u g h g r a s s

k g / h a

0

4 . 6

2 4

l e a c h i n g

k g / h a

t r a c e s

t r a c e s

t r a c e s

m g / h a

t r a c e s

t r a c e s

t r a c e s

N i t r o g e n b a l a n c e

0

o

3 6 5


k g / h a

d e p l e t i o n t h r o u g h g r a s s

k g / h a

o

2 6

1 5 6

l e a c h i n g

k g / h a

8 5 . 8

2 9 . 2 2 3 . 8

m g / h a

1 3

5

6



T a b l e 1 2

N i t r o g e n l e a c h i n g u a n d c r o p l o s s e s i n t h e p e r i o d

b e t w e e n S e p t e m b e r 1 0 ,

1 9 3 1 a n d N o v e m b e r 1 , 1 9 3 2

i t e s u l t s o f l y s i m e t e r t e s t s , a f t e r C E E R I N G ( k g / h a )

2 . 3 . 2 .

D i s c u s s i o n o f t h e l y s i m e t e r t e s t s

P h o s p h o r u s a n d n i t r o g e n a r e t h e p r i n c i p a l n u t r i e n t s t h a t a r e r e s p o n s i b l e f o r t h e

e u t r o p h i c a t i o n o f w a t e r b o d i e s .

T h e c o n t r i b u t i o n o f a g r i c u l t u r e t o w a r d e u t r o p h i c a t i o n

c o n s i s t s i n

c o m m e r c i a l f e r t i l i z e r s

f a r m m a n u r e

w a s t e s ( s i l o l i q u o r , h a r v e s t r e s i d u e s e t c . )

s u s c e p t i b i l i t y t o e r o s i o n b e c a u s e o f t h e s o i l e x p l o i t a t i o n

a n d m o b i l i z a t i o n o f n u t r i e n t s .

T h e r e a r e i n p r i n c i p l e t w o w a y s b y

w h i c h

t h e n u t r i e n t s a r e b r o u g h t i n t o w a t e r b o d i e s :

b y p a R i n g t h r o u g h t h e s o i l = l e a c h i n g

b y p a s s i n g o n t h e s u r f a c e o f t h e s o i l

r u n o f f , e r o s i o n .

I t i s p o s s i b l e , b y m e a n s o f t h e l y s i m e t e r t e s t s , t o d e t e r m i n e t h e n u t r i e n t s t h a t g e t i n t o

w a t e r b o d i e s v i a l e a c h i n g .

w i t h o u t

T e a t m e t h o d

v e t 7 e

r y e

w h e a t

t a t i o n

N i t r o g e n s u p p l y i n f o r m o f s t a b l e m a n u r e

u n t i l t h e h a r v e s t :

9 2 . 0 9 2 . 0

_

9 2 . 0

l o s s e s o f n i t r o g e n a s N H 3

t h r o u g h p e r c o l a t i o n

l o s s e s o f n i t r o g e n a s N O -

t h r o u g h p e r c o l a t i o n

1 2 . 1

9 2 . 7

1 1 . 8

1 5 . 4

1 2 . 6

3 6 . 5

n i t r o g e n d e p l e t i o n t h r o u g h t h e c r o p s

3 6 . 7

4 0 . 1

t o t a l n i t r o g e n l o s s e s o f t h e s o i l

1 0 4 . 8

6 3 . 9

8 9 . 2

,

N i t r o g e n l o s s e s t h r o u g h p e r c o l a t i o n

b e f o r e t h e m a i n g r o w t h p e r i o d

( 7

m o n t h s ) 3 0 . 3 1 9 . 5

2 7 . 6

N i t r o g e n l o s s e s t h r o u g h p e r c o l a t i o n

d u r i n g t h e m a i n g r o w t h p e r i o d

( 3 / 2 m o n t h s )

7 4 . 5 7 . 7

2 1 . 5

N i t r o g e n l o s s e s t h r o U g h p e r c o l a t i o n

a f t e r t h e h a r v e s t , u n t i l t h e e n d o f

O c t o b e r ( 3 m o n t h s )

6 4 . 6

5 4 . 0

5 5 . 1



T a b l e 1 3

P h o s p h o r u s a n d n i t r o E e n a m o u n t o i n t h e p e r c o l a t i o n w a t e r

o f l y s i m e t e r s a n d i n r a i n - w a t e r , i n

k g / h a , a v e r a g e o f

t h e y e a r s 1 9 5 3 t o

1 9 5 6 ;

a l t e r L O W e t a l .

T a b l e 1 / .

S o i l c o n t e n t i n t o t a l p h o s p h o r u s ( m g / k g ) i n

1 9 5 9 ,

d e t e r m i n e d

i n t h e p e r m a n e n t t e s t s a t B a r n f i e l d ; A f t e r C O O K E e t a l .

2 . 3 . 2 . 1 .

P h o s p h o r a s l e a c h i n E e

E x c e p t i n e x t r e m e s a n d y s o i l s - w h i c h p r a c t i c a l l y d o n o t e x i s t i n S w i t z e r l a n d -

p h o s p h o r u s i n v e r y f i r m l y f i x e d i n t h e s o i l , n o t h a t v e r y

s m a l l a m o u n t s o n l y a r e l e a c h e d

a w a y .

I n t h e l y s i m e t e r t e s t s e f f e c t e d i n S w i t z e r l a n d t h e p h o s p h o r u s l e a c h i n g n e v e r s u r -

p a s s e d

0 . 5

k g p / h r i ( i n s p i t e o f t h e c o n s i d e r a b l e r u n - o f f s ) .

T h e i n f l u e n c e o f b o t h

m a n u r i n g a n d c u l t i v a t i o n a p p e a r e d t o b e n e g l i g i b l e .

T h e p h o s p h o r u s l o s s e s t h r o u g h

l e a c h i n g w o u l d t h e r e f o r e b e l o w e r t h a n t h e l o s s e s c a u s e d b y p r e c i p i t a t i o n s .

A c c o r d i n g

t o t h e m e a s u r e s e f f e c t e d b y L O W n t a l . , t h e a m o u n t o f p h o s p h o r u s b r o u g h t i n t o t h e u o i l

b y p r e c i p i t a t i o n s i n a p p r o x i m a t e l y 1 . 0 k g / h a .

E v e n a n u n m a n u r e d s o i l r e c e i v e s c o n s i d e r a b l e a m o u n t s o f p h o s p h o r u s .

I n S w i t z e r l a n d ,

t h e p h o s p h o r u s c o n t e n t i n a s o i l l a y e r

o r 1 2 0 c m

c a n b e e x p e c t e d t o a m o u n t t o A b o u t

4 ' 0 0 0 - 1 0 ' 0 0 0 k g P / h a .

T h e a d d i t i o n a l a m o u n t o f 2 0 - 7 0 k g P / h a p . a . i n f o r m o f f e r t i l i z e r s

b r o u g h t i n t o t h e s o i l i n a r e a s o f c u l t i v a t i o n m i g h t s e e m r e l a t i v e l y n e g l i g i b l e .

W e s h o u l d

L y s i m e t e r

F a l l o w

G r a s s

C l o v e r

R i n - w a t e r

N O 3 - N

8 2 . 0

0 . 7

3 7 . 0

3 . 1

N H 1 1 - - N

4 . 2

0 . 3

1 . 4

9 . 4

P

2 . 3

0 . 9

1 . 3

1 . 0

D e p t h o f t h e

s o L _

Y e a r l y a p p l i c a t i o n

o f f e r t i l i z e r s

p e r h a , s i n c e 1 3 4 5

0

3 5 t

3 5

t m A n u r e

3 3 k g P

m a m a r e

+ 3 3 k g P

0 - 2 2 5

6 6 9

1 2 6 3

1 8 7 7

1 2 0 6

3 2 5

3 0 0

4 5 3

6 0 0

7 5 3

5 0 6

3 0 0 - 3 7 5

4 2 5

4 9 8

5 9 2 4 7 5

3 7 5 - 6 5 0

4 1 2

4 2 8

4 7 4

4 0 0



n o t f o r g e t h o w e v e r t h a t t h e p h o s p h o r u e c o n t a i n e d i n f e r t i l i z e r u

i s

m u c h m o r e s o l u b l e ; i t i a

r e l a t i v e l y q u i c k l y f i x e d i n t h e e o i l a n d d o e s n o t p e n e t r a t e v e r y d e e p l y i n t o i t .

I n t h i e

c o n n e c t i o n , t h e r e s u l t e o f E n g l i e h t e a t s c o n s i s t i n g i n a p p l i c a t i o n o o f f e r t i l i z e r e m a d e o v e r

a n e x t r e m e l y l o n g p e r i o d a r e m o s t i n t e r e s t i n g .

T h e d a t a g i v e n i n t a b l e 1 4 f o r t h e p h o s p h o r -

u s

c o n t e n t s f o u n d i n v a r i o u e d e p t h u a f t e r m a n u r i n g d u r i n g a p e r i o d o f m o r e t h a n a c e n t u r y

s h o w s t h a t a b o u t 9 0 p e r c e n t o f p h o s p h o r u e a m o u n t s i n t r o d u c e d w e r e r e t a i n e d i n t h e u p p e r

2 2 c m o f t h e s o i l .

S i m i l a r o b s e r v a t i o n s w e r e m a d e b y G I S I G E R i n s o i l s u n d e r n a t u r a l m e a d o w s

a n d o r c h a r d e a n d e v e n i n h e a v i l y o v e r - m a n u r e d g a r d e n s o i l ° ( T a b l e 1 5 ) .

I t m a y b e c o n c l u d e d t h e r e f r o m t h a t t h e e o i l a c t s a s a n e f f i c i e n t b a r r i e r a g a i n s t

p h o e p h o r u s l o e s e e t h r o u g h l e a c h i n g .

E v e n i n t e n s i v e a p p l i c a t i e n o f p h o s p h o r u s f e r t i l i z e r s

h a r d l y i n c r e a s e d t h e l o u p e s .

I t h o w e v e r r e m a i n s p o s s i b l e t h a t c o n s i d e r a b l e a m o u n t s o f

p h o e p h o r u e b e b r o u g h t i n t o w a t e r b o d i e s t h r o u g h s u p e r f i c i a l r u n - o f f e a n d e o r s i o n ( e r o s i o n

o f s o l u b l e f e r t i l i z e r e s h o r t l y a f t e r a p p l i c a t i o n , e r o s i o n o f e a r t h f r o m t h e t o p l a y e r o f

t h e s o i l e n r i c h e d w i t h p h o s p h o r u s ) .

T a b l e

1 5

D i s t r i b u t i o n o f o r t h o p h o s p h o r i c a c i d a n d p o t a s h a t

v a r i o u s d e p t h s i n t h e s o i l ; a f t e r O I S I O E R

2 . 3 . 2 . 2 .

N i t r o g e n l e a c h i n g s

T h e b i n d i n g o f n i t r o g e n i n t h e a o i l o c c u r s i n m a n y d i f f e r e n t w a y s .

T h e m a j o r p a r t i s

o r g a n i c a l l y b o u n d t o h u m i c s u b s t a n c e s a n d t h e r e f o r e c a n n o t b e w a s h e d

a w a y . N i t r o r n i n f o r m

o f N N A + a n d N O 3 -

i s

a v a i l a b l e t o t h e p l a n t s a n d e u b j e c t t o l e a c h i n g , a l t h o u g h N H 4 * a s

c a t i o R c a n b e a b s o r b e d b y c l a y a n d i e t h e r e f o r e m u c h l e s s s u b j e c t t o l e a c h i n g t h a n N O 3 - .

U n d e r g o o d c o n d i t i o n ° o f h u m i d i t y a n d t e m p e r a t u r e a n d u n d e r t h e i n f l u e n c e o f b i o l o g i c a l

a c t i v i t y , t h e t r a n s f o r m a t i o n o f n i t r o g e n i n t h e s o i l i s i n t e n s e .

T h e o r g a n i o a l l y b o u n d

n i t r o g e n i n h u m i c o u b e t a n c e s a n d i n d e a d v e g e t a l m a t t e r i s m o b i l i z e d ( c o n v e r t e d i n t o

a m m o -

n i u m a n d n i t r a t e )

a n d t h e n a s s i m i l a t e d b y t h e p l a n t s o r e l s e l e a c h e d

a w a y .

N i t r a t e c a n b e

r e d u c e d i n t o e l e m e n t a r y n i t r o g e n b y d e n i t r i f i z i n g b a c t e r i a , s o t h a t i t i s l o o t f o r t h e

s y s t e m s o i l / p l a n t .

O n t h e o t h e r h a n d , n i t r o g e n b i n d i n g b a t t e r i a , b l u e - g r e e n a l g a e a n d

f u n g i c a n b i n d t h e n i t r o g e n c o n t a i n e d i n a i r a n d t h u e r e - c i r c u l a t e i t

i n t o t h e e y s t e m .

I n a d d i t i o n , n i t r o g e n c o m p o u n d s c o n t a i n e d i n t h e a t m o s p h e r e

a r e b r o u g h t i n t o t h e s o i l b y

r a i n - w a t e r o r t h r o u g h d i r e c t a m m o n i a a b s o r p t i o n .

D e p t h o f t h o

l a y e r

c m

.

G a r d e n s o i l

2 s

t e : ° 3

m g

e

p

.

O r c h a r d

2 0 5

K 2 0

t e s t

' I

m g

N a t u r a l m e a d o w

P 2 0 5

1 ( 2 0

t e a t e m g p

0 - 5

1 6 5

2 2 2 5

1 2 2 1

8

5 -

1 0

1 8 0

2 0

1 3

5

3

6

1 0 - 2 0

1 6 0

1 2

1 0

3

2

8

2 0 - 3 0 1 2 0

4 , 5

7 1 , 5 - 2 0 , 5

3 0 - 5 0

2 0

3 . 8

n o t

- 1

0 , 1

5 0 - 8 0

0 - 2

0 , 5

d e t e r m i n e d

n o t d e t e r m i n e d



T h e a b o v e m e n t i o n e d p r o c e s s e s w h i c h a r e n o t n e c e s s a r i l y i n f l u e n c e d d i r e c t l y b y

a g r i c u l t u r a l p r a c t i c e e s h o u l d b e t a k e n i n t o c o n s i d e r a t i o n i n ' t h e e v a l u a t i o n o f t h e c o n -

t r i b u t i o n b y a g r i c u l t u r e t o w a r d e u t r o p h i c a t i o n o f w a t e r b o d i e u a m r e g a r d s n i t r o g e n .

T h e

r e s u l t s o f t h e a b o v e m e n t i o n e d l y s i m e t e r

t e s t s c a n b e r e c a p i t u l a t e d a s f o l l o w s :

D u r i n g t h e

v e e e t a t i o n p e r i o d , c o n e i d e r a b l y l e u e n i t r o g e n i s l e a c h e d

a w a y f r o m f a l l o w l a n d t h a n f r o m c u l t i v a t e d ° o i l ° .

T h e a c t i v e r o o t s

a b s o r b t h e e n n i l y l e n c i l a b l e n i t r a t e v e r y r a p i d l y .

E v e n q u i t e h e a v y n i t r o g e n m a n u r i n g

a s w e l l i n f o r m o f c o m m e r c i a l

f e r t i l i z e r s a s i n f o r m o f f a r m m a n u r e n e e d n o t r e s u l t i n c o n s i d e r a b l e

n i t r o g e n l e a c h i n g ° , p r o v i d e d t h a t w e l l b a l a n c e d m a n u r i n g

( n o t o n e s i d e d )

p r o c n r e c a n i n t o n o i v e v e g e t a t i o n a n d t h a t

t h e

a p p l i c a t i o n o o f

n i t r o r e n

f e r t i l i z e r s a r e m a d e a t p e r i o d o w h e n

t h e p l a n t o a r e a b l e t o a o s i m i l a t e t h e m .

T h u n i t r o g e n l e a a h i n g ° u n d e r l e g u m i n o u s

c r o p o

w i l l

b e c o n e i d e r a b l y

m o r e t h a n t h o s e o c c u r r i n g u n d e r c r a s s f o r i n u t a n c e , b e c a n n e

a l a r g e a m o u n t o f n i t r o g e n i e m o b i l i z e d w h e n t h e r o o t s c o v e r e d

w i t h n o d u l e b a c t e r i a ( n i t r o g e n a s e i m i l a t i o n ) d i e ¡ a w a y .

S o i l l o o s e n i n g a c t i v n t e o n i t r o g e n m o b i l i z n t i o n

w h i c h o f t e n r e o u l t n

i n

c o n o i d e r a b l y i n c r e a s e d n i t r o g e n l e a c h i n g n , o w i n g t o t h e i n -

e u f f i c i e n t p l a n t c o v e r .

I t i n f o r t u n a t e t h a t o p t i m a l m a n u r i n g p r n c t i c e s i n a e T i c u l t u r e ( a p p l i c a t i o n s m a d e

i n p r o p e r d o n e n

a n d a t p r o p e r i n t e r v a l s ) a r o a l o o o p t i m a l a n r e g a r d e t h e n u t r i e n t l o a d

i m p o s e d o n w a t e r b o d i e s .

W h e n w e n p o a k o f o p t i m a l m a n u r i n g p r a c t i c e s , w e

m e a n

i n t h e

f i r s t p l a c e t h a t t h e d o s e s e h o u l d b e a d p a t e d t o t h e a s s i m i l a t i o n c a p a c i t y o f t h e c r o p s

a n d t h a t , e e p e c i a l l y a s r e r a r d e n i t r o g e n , t h e a p p l i c a t i o n s s h o u l d n e v e r b e m a d e m a s o i v e l y ,

b u t b y d e g r e e s a n d i n s e v e r a l p o r t i o n s .

N i t r o g e n a p p l i c a t i o n s n h o u l d n e v e r b e m a d e

o h o r t l y

b e f o r e t h e v e g e t a t i o n p a u s o i n w i n t e r a n d e a c h a p p l i c a t i o n o h o u l d b e c a r e f u l l y

d o s e d i n c o n s i d e r a t i o n o f t h o d e p t h o f t h e o o i l l a y e r .

T h e r i n k o f l e a c h i n g s i s v e r y

g r e a t i n ° h a l l o w s o i l . I t i s o u r e l y

n o t i n

t h e i n t e r e n t o f a g r i c u l t u r e t h a t a p a r t o f

t h e n i t r o g e n f e r t i l i z e r s b e l e a c h e d a w a y i n s t e a d o f b e n e f i t i n g t h e c r e p e .

I n t h e e v a l u a t i o n

o f t h e c o n t r i b u t i o n b y a g r i c u l t u r e t o w a r d t h e e u t r o p h i c a t i o n o f w a t e r b o d i e o , n o r e g a r d s

n i t r o g e n , t h e a m o u n t o o f n i t r o g e n

p e r h a w h i c h a r e b r o u g h t i n t o t h e s o i l b y p r e e i p i t a t i o n s

s h o u l d n o t b e n e g l e c t e d .

A c c o r d i n g t o m e o s u r e n

e f f e c t e d , t h e y

v a r y b e t w e e n

5 a n d 2 8 k g

V i l a a n d t h e a v e r a g e v a l u e w o u l d b e a p p r o x i m a t e l y 2 0 k g .

T h i n l i e s i n t h e o c o p o o f

n i t r o g e n t o n n e s

d u o t o p e r c o l a t i o n

i n a r e n o o f i n t e n n i v e c u l t i v a t i o n ( 1 0

4 0 k g / h a ) .

T h e

n i t r o g e n

l o n s e o

d u e t o

r u n o f f a n d e r o o i o n s h o u l d b e

n d d e d t o t h e a b o v e v a l u e , f o r t h e y

a l o e c o n t r i b u t e t o t h e

n u t r i e n t l o a d i m p o n e d o n w a t e r b o d i e n ,

t h o u g h

t h e y c a n n o t b e d e -

t e r m i n e d b y m e a n s o f t h e l y s i m o t e r t e s t a .

C . 3 . R e l a t i v e o h a r o o f t h e

a g r i c u l t u r a l

c o n t r i b u t i o n i n t h o t o t a l

n u t r i e n t l o a d i m p o s e d o n c o m e S w i s o l a k e s , a n d t h o c o n s e q u e n c e s

t h a t r e e u l t t h e r e f r o m

T h e p o r c e n t u a l o h a r o o f a g r i c u l t u r e i n t h e t o t a l n u t r i e n t l o a d o f l a k e o i s i n f l u e n c e d

n o t o n l y b y c l i m a t i c a n d t o p o g r a p h i c a l c o n d i t i o n e , b u t a l e o , t o a v e r y l a r g e m e a e u r e , b y

t h e d e n s i t y o f p o p u l a t i o n a n d t h e t y p o o f n g r i c u l t u r a l u t i l i e a t i o n p r a c t i s e d i n t h o c a t c h -

m e n t a r e a .

I t c a n b e ° e o n i n T a b l e 1 6 a n d I l l u n t r a t i o n

9 t h a t , a t a v e r a g e p o p u l a t i o n d e n e i t i e s o f

5 0 t o 1 5 0 i n h a b i t a n t s p e r k m 2 , t h e o h a r e o f t h e n i t r o g e n i n t r o d u c e d v i a w a a t e w a t e r i s

u n d e r

3 5 p e r c e n t , w h e r e a s t h e n h a r e o f t h e p h o o p h o r u o i n t r o d u c e d v i a w a s t e w a t e r a m o u n t s t o

5 0 7 5 p e r c e n t o f t h e t o t a l n u t r i e n t l o a d .

T h e r e m a i n i n g

2 5 5 0

p e r c e n t a s r e g a r d s



p h o s p h o r u a a n d

6 5

p e r c e n t a s r e g a r d s n i t r o g e n a r e , f o r t h e m a j o r p a r t , l e a c h e d o r e r o d e d

f r o m c u l t i v a t e d a n d n a t u r a l s o i l s .

T h e n i t r o g e n l o s a e s f r o m s o i l s u t i l i z e d b y a g r i c u l t u r e a r e a p p r o x i m a t e l y 1 6 3 0 k g

/ k m 2 p . a . i n , t h o P r e a l p i n e a r e a a n d

2 5 0 0 k g - N / k m 2

p . a , o n t h e C e n t r a l P l a t e a u , T h e c o r r e s -

p o n d i n g p h o a p h o r u s l o o s e s a r c a p p r o x i m a t e l y

7 0

k g P / k m 2 p . a . i n t h e P r e a l p i n e a r e a a n d

3 5

k g P / k m 2 p . a . o n t h e P l a t e a u .

I n p e r c e n t a g e o f t h e a n n u a l a m o u n t s o f c o m m e r c i a l f e r t i -

l i z e r s b r o u g h t i n t o t h o s o i l , t h e l o s s e s a m o u n t t o a b o u t 1 6 -

2 5 p e r c e n t a s r e g a r d s n i t r o g e n

a n d 0 . 7 - 1 . 4 p e r c e n t a s r e g a r d s p h o s p h o r u n .

T h i s d a t a a n d t h e f a c t t h a t a r e l a t i v e l y s m a l l p a r t o f t h e p h o s p h o r u s , b u t a c o n -

s i d e r a b l e p a r t o f t h e n i t r o g e n i n t r o d u c e d i n t o t h e l a k e s , c o m e f r o m s o i l a i n t h e c a t c h m e n t

a r e a , s h o u l d n o t m i s l e a d u s i n t o g i v i n g m o r e i m p o r t a n c e t o t h e n i t r o g e n . l o a d c o n t r i b u t e d

b y a g r i c u l t u r e t h a n t o t h e p h o e p h o r u s l o a d o f t h e s a m e o r i g i n .

T h e t r o u b l e s o m e a r t i f i c i a l e u t r o p h i c a t i o n i s n o t a n e c o n o m i c a l , b u t a l i m n o n l o g i c a l

p r o b l e m b a s e d o n t h e l a w s d i s c o v e r e d b y L I E B I G a n d M I T S C H E R L I C H .

A l g a e , p r o v i d e d t h e i r g r o w t h i s w e l l - b a l a n c e d , a s s i m i l a t e n i t r o g e n a n d p h o s p h o r u s i n

t h e w e i g h t r a t i o o f

7 :

1 . T h e N : P r a t i o o f f l o w i n g w a t e r s v a r i c e r e g i o n a l l y .

I t i n

a p p r o x i m a t e l y 3 0 i n t h e P r e a l p i n e a r e a a n d 8 0 o n t h e P l a t e a u .

I n b o t h t y p e s o f w a t e r b o d i e e

i t i s c o n s i d e r a b l y m o r e t h a n

7

:

1 .

T h i s m e a n s t h a t t h e g r o w t h o f a l g a e i n s u c h b r o o k s

a n d r i v e r s i s l i m i t e d b y t h e p h o s p h o r u s s u p p l y .

T h a n k s t o t h e i r r e l a t i v e l y h i g h p h o s p h o r u s c o n t e n t ( 5 0 p e r c e n t o f

t h e p h o s p h o r u s c o m -

p o u n d s c o m e f r o m d e t e r g e n t e ) , t h e N : P r a t i o o f w a s t e : w a t e r s i s q u i t e l o w , n a m e l y a b o u t

4 :

1 .

A c c o r d i n g t o w h a t w a s s a i d p r e v i o u s l y , t h e g r o w t h o f t h e a q u a t i c p l a n t s w o u l d b e ,

i n t h i s c a s e , l i m i t e d b y t h e n i t r o g e n s u p p l y .

T a b l e 1 6

S h a r e o f w a s t e w a t e r s i n t h e t o t a l n u t r i e n t l o a d o f e o m e S w i s s l a k e s

C a t c h m e n t a r c a

o f t h e

d e n s i t y o f

p o p u l a t i o n

i n h . / k m 2

p h o s -

n i t r o -

p h o r u s

g e n

R e f e r e n c e

L a k e o f Z u r i c h

8 6

5 3

2 4

T H O M A S c i t .

L a k e o f Z u r i c h

6 7

3 3

E A W A G c i t .

L a k e o f M o r a t

8 9

5 2 6

E A W A G

L a k e o f H a l l w i l

1 2 5 5 0

5

A M B U E H L

A l p i n o R h i n e S t r e a m

3 9

5 3 - 6 6

2 6

V O L L E N W E E E R

L a k e o f M u z z a n o

1 0 0 0

9 5

s o

V O L L M W E I D E R

L a k e o f M u z z a n o

9 8

E A W A G

I n k w i l e r S e a

7 0 6 5 2 2 E A W A G

G r e i f e n s e e

4 3 0

7 4

3 8

P L E I S C H

M a u e n s e e 3 5

5 0

1 5

E A W A G



I n I l l u s t r a t i o n 1 0 , w e n a d o a n e v a l u a t i o n o f t h e N :

P r a t i o i n t h e r e c e i v i n g w a t e r

i n f u n c t i o n o f t h e d e n s i t y o f p o p u l a t i o n a n d t h e t y p e o f l a n d u t i l i z a t i o n

i n t h e c a t c h m e n t

a r e a , f o r r e g i o n e i n t h e P r e a l p e a n d o n t h o P l a t e a u .

T h e e e t i m a t i o n s w e r e b a s e d o n t h e

a u p p o s i t i o n t h a t t h e w a s t e w a t e r s w e r e d i s c h a r g e d i n t o t h e r e c e i v i n g w a t e r

w i t h o u t p r e v i o u s

p a r i f i c a t i o n .

I n t h e c a s e o f w a e t e w a t e r s p r e v i o u n l y t r e a t e d i n a m e c h a n o b i o l o g i c a l

p l a n t

w i t h r o u g h l y t h e s a m e e l i m i n a t i o n r a t e s f o r b o t h p h o s p h o r u e a n d n i t r o g e n c o m p o u n d s ,

t h e

c u r v e s w o u l d c u t t h e 7

: 1

l i m i t a t e v e n h i g h e r p o p u l a t i o n d e n s i t i e s .

S i n c e t h e a l g a e

g r o w t h i n l a k e G i s l i m i t e d c h i e f l y b y t h e p h o s p h o r u s s u p p l y . , e f f o r t s a r e

b e i n g m a d e i n

S w i t z e r l a n d t o r e m o v e a d d i t i o n a l

p h o s p h o r u s

c o m p o u n d s f r o m w a s t e w a t e r s b y s u b j e c t i n g t h e m

t o t e r t i a r y p u r i f i c a t i o n .

T h e e l i m i n a t i o n r a t e o f a u c h p l a n t s b e i n g 5 0 p e r c e n t f o r

n i t r o g e n a n d 9 0 p e r c e n t f o r

p h o s p h o r u s

c o m p o u n d s , t h e N

P r a t i o i n t h e e f f l u e n t w o u l d

i n c r e a s e u p t o a p p r o x i m a t e l y 2 0

: 1 .

A c c o r d i n g l y , t h e N :

P r a t i o i n t h e r e c e i v i n g w a t e r

w o u l d n e v e r a g a i n f a l l b e l o w 2 0

:

1 .

I t s h o u l d m o r e o v e r b e n o t e d t h a t p h o o p h o r u s c o m p o u n d s ,

p a r t i c u l a r l y u n d e r a e r o b i c c o n d i t i o n s , a r e r e t a i n e d i n t h e o e d i m e n t s o f l a k e s t o a l a r g e r

e x t e n t t h a n n i t r o g e n c o m p o u n d s , s o t h a t N :

P r a t i o i n t h e l a k e s w o u l d s h i f t e v e n m o r e t o

t h e a d v a n t a g e o f

n i t r o g e n .

; i e t h e r e f o r e , t h o u g h b y d i f f e r e n t c o u r s e , c o m e t o t h o s a m e

c o n c l u s i o n a s V O L L E N W I . : I D N R , n a m e l y t h a t i u n d e r S w i e s c o n d i t i o n s a n d a t a n a v e r a g e p o p u l a t i o n

d e n s i t y o f a b o u t 1 5 0 i n h a b i t a n t e p e r k m ' ( c o n c e n t r a t e d p r i n c i p a l l y o n t h e

P l a t e a u ) , t h e

m i n i m a l g r o w t h s u b s t a n c e i n l a k e s i s r e a l l y p h o s p h o r u s a n d n o t n i t r o g e n .

D i r e c t c o n f i r m a t i o n

o f t h i s a f f i r m a t i o n w a s f o u n d i n t h e r e s u l t s o f a n a l y s e s e f f e c t e d a t t h e L a k e o f L u c e r n e .

T h i s m e a n s t h a t , a l t h o u g h t h e n i t z o g e n l o s s e s o f t h e s o i l m a y b e q u i t e c o n s i d e r a b l e f r o m t h e

e c o n o m i c a l p o i n t o f v i e w , i t i s t h e l e s o c o n s i d e r a b l e p h o s o h o r u s l o s s e e o f t h e s o i l t h a t

p r o v i d e t h e m a j o r c o n t r i b u t i o n t o w a r d e u t r o p h i c a t i o n o f w a t e r b o d i e s .

I n c o n n e c t i o n w i t h

t h e p r o b l e m o f e u t r o p h i c a t i o n , m o r e i m p o r t a n c e e h o u l d t h e r e f o r e b e g i v e n t o t h e p h o s p h o r u s

l o s s e s t h a n t o t h e n i t r o g e n l o s s e s .

V 0 L L 7 N N E I D E R e n d e a v o u r e d t o d r a w t h e l i m i t s b e t w e e n

o l i g o t r o p h i c , m e s o t r o p h i c a n d

e u t r o p h i c l a k e G .

T h e a v e r a g e d e p t h ( v o l u m e / s u r f a c e o f t h e l a k e ) a n d t h e s p e c i f i c c h a r r r e

o f t h e l a k e i n b i o a c t i v o p h o s p h o r u s c o m p o u n d s ( i n t r o d u c t i o n / s u r f a c e ) w e r e t a k e n i n t o c o n -

s i d e r a t i o n i n t h e s e i n v e e t i q a t i o n s .

T h e d a t a r e g a r d i n g t h e c h a r g e l i m i t a i s

s h o w n i n

I l l u s t r a t i o n 1 1 .

T h e p h o s p h o r u s s u b p l y i n t o a l a k e ( P s ) i a p r o p o r t i o n a l t o t h e s u r f a c e o f t h e c a t c h R e n t

a r e a ( S c ) a n d

t h e

p h o s p h o r u e e x p o r t s p e c i f i c p e r s u r f a c e u n i t ( P E ) .

P s

- S C

P E ( i )

T h e " e n v i r o n m e n t a l f a c t o r " ( f e ) i s a n o t i o n i n t r o d u c e d i n l i m n o l o g y b y O H L E .

I t

i n d i c a t e s h o w m a n y t i m e s t h e s u r f a c e o f t h e l a k e ( S L ) i s c o n t a i n e d i n t h e s u r f a c e o f t h e

c a t c h m e n t a r e a ( S c ) .

f e

S C

( 2 )

7

h

3

a k

y d i v i d i n g t h e e q U a t i o n ( 1

b y t h e a u r f a c e o f t h e l e ( S L ) w e o b t a i n t h e s p e c i f i c

p h o s p h o r u s l o a d o f t h e l a k e ( P S

a s i n f l u e n c e d b y f e a n d P E

S I ,

P s

f e

p E

S

I n r l l u s t r a t i o n 1 2 , t h e t o l e r a b l e p h o s p h o r u s e x p o r t s p e c i f i c p e r a u r f a c e u n i t f r o m t h e

c a t c h m e n t a r c a , a s i n f l u e n c e d b y t h e a v e r a g e d e p t h o f t h e l a k e i s n o t e d

f o r v a r i o u s f e .

T h i s d a t a w a a s e t u p i n c o n s i d e r a t i o n o f t h e c h a r g e l i m i t s f i x e d b y V O L L E M E I I E R .

A c c o r d i n g

t o V O L L E N W 7 U D D . 1 1 4 t h e p h o s p h o r u s e x p o r t f r o m t h o c a t c h m e n t a r e a i n a m o u n t s l i a b l e t o h a r m

t h e l a k e i s t s g i c e a s m u c h a s t h e t o l e r a b l e e x r o r t .

( 3 )



I n T a b l e 1 7

t h e e n v i r o n m e n t a l f a c t o r s , t h e a v e r a g e d e p t h , a s w e l l a s t h e t o l e r a b l e

a n d h a r m f u l p h o s p h o r u s e x p o r t a s p e c i f i c p e r s u r f a c e u n i t f r o m t h e c a t c h m e n t a r e a , a r e

i n d i c a t e d f o r a n u m b e r o f

3 W i e 8 l a k e s :

T a b l e 1 7

C o m p a r i s o n o f t h i s d a t a w i t h t h e e x p e c t e d p h o s p h o r u s l o s s e s o f t h e s o i l ( i l l u s t r a t i o n a

6 & 7 )

s h o w s t h a t t h e t o l e r a b l e a m o u n t o f p h o s p h o r u s e x p o r t e i n t h e m a j o r p a r t o f t h e

l a k e s h a s a l r e a d y b e e n a t t a i n e d o r s u r p a s s e d t h r o u g h - h e i n t r o d u c t i o n s f r o m t h i s s o u r c e

a l o n e .

W e h o w e v e r k n o w t h a t t h e p h o s p h o r u s l o s s e s o f t h e s o i l a r e o n l y a p a r t o f t h e t o t a l

p h o s p h o r u s c h a r g e i m p o s e d o n t h e l a k e .

I f w e c o u n t

3

g P p e r c a p i t a a n d

d a y ,

w e o b t a i n

t h e f o l l o w i n g a d d i t i o n a l c h a r g e c o n t r i b u t e d b y w a s t e w a t e r s , a s i n f l u e n c e d b y t h e d e n s i t y

o f t h e p o p u l a t i o n ( k g P / k m 2 p . a . ) :

T a b l e 1 8

,

f o

A v e r a g e

d e p t h

m

P h o s p h o r u s e x p o r t f r o m

t f i e c a t c h m e n t a r e a

t o l e r a b l e h a r m f u l

u p t o

o v e r

k g P L k m 2 . a . k g P p m 2 - a .

,

L a k e o f A e g e r i

7 . 1

4 9

3 4

6 8

L a k e o f C o n o t a n c e

2 0 . 1

1 0 0

2 0

4 0

L a k e o f D r i e n z

3 8 . 1

1 7 4

1 5

3 0

L a k e o f G e n e v a

1 3 . 6

1 5 4

3 8

7 6

G r e i f e n s e e

1 9 . 4

1 9

7

1 4

L a k e o f M o r a t

2 5 . 6

2 2

6

1 2

L a k e o f M f f i k o n

1 2 . 1

1 9

1 2

2 4

L a k e o f L u c e r n e

1 9 . 6

1 0 4 2 0

4 0

P o p u l a t i o n

d e n s i t y

i n h . / k m 2

P h o s p h o r a e

m e c h a n o b i o l o g i c a l

p l r i f i c a t i o n

3 0 c i ;

,

e l i m i n a t i o n t h r o u g h :

a d d i t i o n a l t r e a t m e n t

8 5 f o

9 5 %

1 0

5 0

1 0 0

2 0 0

. 7 . 7

3 8 . 5

7 7 . 0

1 5 4 . 0

,

1 . 6 5

0 . 5 5

8 . 2 5

2 . 7 5

1 6 . 5

5 . 5

3 3 . 0

1 1 . 0



I f t h e w a s t e w a t e r s a r e s u b j e c t e d t o m e c h a n o b i o l o g i c a l p u r i f i c a t i o n o n l y , i t m u s t

b e r e c k o n e d t h a t t h e n o x i o u s l i m i t w i l l b e s u r p a s s e d i n m o e t o f t h e l a k e s , e v e n , t h o u g h

t h e p o p u l a t i o n d e n s i t y m a y b e a s l o w a s 5 0 i n h . / k m 2 .

G e n e r a l l y s p e a k i n g , t h o p o s s i b i l i t y o f m a i n t a i n i n g l a k e s i n t h e i r o l i g o t r o p h i c s t a t e

o r o f r e s t o r i n g t h e m t o t h e i r o l i g o t r o p h i c e t a t e i n a r e a e w h e r e t h e p o p u l a t i o n d e n e i t y i s

h i g h e r t h a n 5 0 i n h . p e r k m 2 i e o n l y g i v e n i f t h e r a t e o f p h o s p h o r u s e l i m i n a t i o n f r o m w a s t e

w a t e r s s u r p a e o e e

8 5

p e r c e n t . I n a r e a s w h e r e t h e d e n s i t y o f p o p u l a t i o n i s h i g h e r t h a n

1 0 0 i n h i k m 2 , e v e n t h e p h o e p h o r u e e l i m i n a t i o n r a t e o f 9 5

p e r c e n t w i l l , m o o t o f t e n , n o t

b r i n g g o o d r e s u l t s , u n l e e s a d d i t i o n a l m e a e u r e e a r e a p p l i e d i n v i e w o f a f u r t h e r r e d u c t i o n

o f t h e p h o s p h o r u e l o u s e s f r o m a g r i c u l t u r a l s o i l s .

0 . 4 . C o n e u m p t i o n

a n d a p p l i c a t i o n o f f e r t i l i z e r s

T h e a m o u n t ° o f f e r t i l i z e r s r e c o m m e n d e d f o r a p p l i c a t i o n i n S w i o s a g r i c u l t u r e

a r e s h o w n

i n T a b l e 1 9 .

T h e d a t a i s t a k e n f r o m t h e S w i s s D i r e c t i v e s f o r U s e o f F e r t i l i z e r s , s e t u p

b y t h e S w i s s A g r i c u l t u r a l R e e e a r c h I n s t i t u t e e a n d p u b l i e h e d b y t h e

S W i 8 8

A s s o c i a t i o n o f

A g r i c u l t u r a l A d V i s o r e , i n 1 9 6 6 .

T h e n i t r o g e n a m o u n t s a r e i n t e n d e d f o r s o i l s h a v i n g a

m e d i u m h u m u s c o n t e n t ( 2 - 5 % ) ; t h e p h o e p h o r u e a m o u n t s a r e i n t e n d e d f o r s o i l s w i t h ,

a s w e l l

a s w i t h o u t e u f f i o i e n t s u p p l y :

T a b l e 1 9

A m o u n t e o f f e r t i l i z e r s r e c o m m e n d e d i n c a s e n o f a r m m a n u r e

i s a d d e d .

R e c o m m e n d e d d o s e s p e r h a a n d p . a .

N

P

( P 2 0 5 )

s u f f i c i e n t

s u p p l y

i n s u f f i c i e n t '

s u p p l y

P e r m a n e n t g r a e s l a n d

( P l a t e a u )

4 0 8 0

3 5 - 5 2

( B 0 - 1 2 c )

0 - 2 6

( 0 - 6 0 )

T e m p o r a r y g r a s s l a n d

4 0 - g o

3 5 - 5 2

( 8 0 - 1 2 0 Y

0 - 3 5

( 0 - 8 0 )

P o t a t o e s

8 0 - 1 2 0

2 6 - 3 5

( 6 0 - 8 o )

0 - 2 6 ( o - 6 0 )

S u g a r b e e t

8 0 - 1 2 0

3 5 - 4 4

( 8 0 - 1 0 0 )

0 - 3 5

( 0 - 8 0 )

C e r e a l s

0 - 1 0 0

1 7 - 2 6

( 4 0 7 6 0 ) 0 - 1 7

( 0 - 4 0 )

P e a s

0

1 7 - 3 5

( 4 0 - 8 0 )

0 - 1 7

( 0 - 4 0 )

T o b a c c o

4 0 8 0

2 6 - 4 0

( 6 0 9 0 )

0 - 2 6

( 0 - 6 0 )

M a i z e f o r e n s i l a g e

1 4 0 - 1 8 0

3 0 - 4 0

( 7 0 - 1 0 0 )

0 - 3 0

( 0 - 7 0 )

G r a i n m a i z e

1 2 0 - 1 6 0

2 6 - 4 0

( 6 0 - 1 0 0 )

o - 2 6

( a - 6 0 )



C , 5 . P o s s i b l e a g r i c u l t u r a l m e a s u r e s t o r e d u c e t h e e u p p l y

o f

n u t r i e n t s i n t o w a t e r b o d i c e

F r o m w h a t h a s b e e n s a i d p r e v i o u e l y w e n o w k n o w t h a t t h e e u t r c p h i o a t i o n o f o u r l a k e s

a n d r i v e r s i s c a u s e d i n t h e f i r s t p l a c e b y p h o e p h a t e c o m p o u n d s .

W e s h o u l d t h e r e f o r e

p r i m a r i l y t e n d t o w a r d r e d u c i n g t h e s u p p l y o f p h o s p h o r u s i n t o l a k e s .

A s a h o w n b y t h e r e s u l t e o f l y s i m e t e r t e s t s , a p p l i c a t i o n s o f p h o s p h o r u s


a p p e a r t o h a v e b u t a n i n s i g n i f i c a n t i n f l u e n c e o n p h o s p h o r u s

l e a c h i n g .

N e v e r t h e l e s e , v a r i o u s

o b s e r v a t i o n s s h o w t h a t t h e c o n c e n t r a t i o n o f d i s s o l v e d p h o e p h o r u s c o m p o u n d s i n c r e a s e s

( I l l u s t r a t i o n 1 ) w i t h t h e v e l o c i t y o f f l o w .

T h i s i s d u e t o e r o e i o n o f t h e t o p l a y e r o f

e o i l s t r e a t e d w i t h s o l u b l e p h o s p h o r u s .

T h e f o l l o w i n g t e c h n i c a l m e a s u r e s c a n h e l p t o r e d u c e

t h e p h o s p h o r u a l o a d i m p o s e d o n w a t e r b o d i e s ;

P r e v e n t i o n o f l o u s e e d u e t o e r o s i o n b y p u t t i n g p l a n t s t o g r o w

o n t h e p a r t i c u l a r p i e c e o f g r o u n d .

F a l l o w p e r i o d e i n c r o p

f a r m i n g c a n b e a v o i d e d b y i n t e r m e d i a t e c u l t u r e s o f f o d d e r p l a n t s

o r b y g r e e n m a n u r i n g .

A f f o r e s t i n g o f a l l s t e e p a n d e a s i l y e r o d a b l e a r e a s , p a r t i c u l a r l y

i n t h e A l p n .

A v o i d a n c e o f o v e r g r a z i n g o f p a s t u r e s i n o r d e r t o m a i n t a i n t h e

t u r f w h i c h p r o t e c t e t h e g r o u n d a g a i n a t e r o s i o n .

T h e s p r e a d i n g o f f e r t i l i z e r s o n p a s t u r e s f r o m a i r p l a n e s i s n o t

r e c o m m e n d e d , i n a r e a s w h e r e t h e r e i s a n y c h a n c e o f s t e e p a n d e a s i l y

e r o d a b l e g r o u n d b e i n g i n c l u d e d .

C r o p f a r m i n g

s h o u l d

n o t b e p r a c t i s e d o n s t e e p s i t e s .

P a r t i c u l a r a t t e n t i o n s h o u l d b e g i v e n t o p r o t e c t i o n a g a i n s t e r o s i o n

i n i n t e n s i v e c u l t u r e ( f o r e x a m p l e i n v i t i c u l t u r e ) .

M u l c h i n g ,

w i t h c o m p o s t f o r i n s t a n c e , o r g r e e n m a n u r i n g a r e r e c o m m e n d e d . A l l

a p p l i c a t i o n s o f f e r t i l i z e r s s h o u l d b e r e d u c e d t o a r e a s o n a b l e

m e a s u r e , a n d t h e f e r t i l i z e r s s h o u l d b e p l o u g h e d i n t o s o i l o r s p r a y e d .

N o a p p l i c a t i o n s o f f e r t i l i z e r s s h o u l d b e m a d e o n w e l t o r f r o z e n s o i l e .

T h e f o l l o w i n g a d m i n i s t r a t i v e a n d r e g u l a t i v e m e a s u r e s a r e m o r e o v e r r e c o m m e n d e d :

T r a i n i n g a n d a d v i s i n g o f a g r i c u l t u r a l p o p u l a t i o n s w i t h a v i e w t o i n c r e a s i n g

t h e i r c o r r n i r e h e n s i o n o f e n v i r o n m e n t a l p r o b l e m e .

S e t t i n g u p o f c u l t i v a t i o n

a n d

m a n u r i n g p r o g r a m m e s i n c o n n e c t i o n

w i t h r e g i o n a l p l a n n i n g .

A d j u s t m e n t o f t h e s u b v e n t i o n p o l i c y t o t h e i n t e r e s t s o f w a t e r

p r o t e c t i o n .

S e t t i n g u p o f l i m i t e o f t o l e r a n c e f o r p h o s p h o r u s c o n c e n t r a t i o n s

i n w a t e r f l o w i n g f r o m a g r i o u l t u r a l a r e a s .

S u p e r v i s i o n o f l i q u i d m a n u r e p i t s a n d o f i n s t a l l a t i o n s f o r c o l l e c t i n g

d u n g a n d s i l o l i q u o r a s r e g a r d s t h e i r i m p e r m e a b i l i t y .

A l l a u t h o r i z a t i o n s g r a n t e d f o r l i v e s t o c k r a i s i n g o n a n i n d u s t r i a l s c a l e

s h o u l d b e a c c o m p a n i e d b y s p e c i a l p r e s c r i p t i o n s r e g a r d i n g t h e s i z e

o f t h e l i q u i d m a n u r e p i t s a n d t h e g u a r a n t e e i n g o f a m a r k e t f o r t h e

l i q u i d m a n u r e .



C . 6 . F i n a l c o n s i d e r a t i o n s a b o u t p h o o p h o r u e a n d o t h e r p l a n t n u t r i e n t s e c o n o m y

T h e d i s c o v e r y o f L I E B I U a n d o t h e r l e a d i n g p l a n t p h y s i o l o g i s t e h a d g i v e n f e r t i l i z e r

p r o d u c t i o n u n e x p e c t e d i m p e t u s .

I t w a s h o p e d t h a t t h e w e i g h t y t e a k o f f e e d i n g a c o n s t a n t l y

i n c r e a s i n g w o r l d p o p u l a t i o n c o u l d b e s o l v e d t h a n k e t o a r t i f i c i a l f e r t i l i z e r a .

H o w e v e r ,

t h e s e s o a r i n g h o p e e w e r e e o o n d a s h e d ; d o u b t , d i s a p p o i n t m e n t a n d f i n a l l y r e s i g n a t i o n

s e t i n ,

f o r t h e a h o r t c o m i n g e o f a r t i f i c i a l f e r t i l i z e r a h a d b e c o m e p a i n f u l l y a p p a r e n t .

A g r i c u l t u r a l

e x p e r t s h a d f a i l e d t o

p a y

s u f f i c i e n t h e e d t o o n e c a r d i n a l r u l e , t h a t i s , t h a t a w e l l - b a l a n c e d

q u a n t i t a t i v e r a t i o b e t w e e n t h e v a r i o u e e l e m e n t e i n t h e s o i l a n d t h e p e r c e n t a g e o f

o r g a n i c

m a t t e r h a d t o b e m a i n t a i n e d l e s t t h e i n i t i a l l y o b t a i n e d , i n c r e a e e i n c r o p y i e l d a l o w d o w n

a n d f i n a l l y e v e n r e g r e s s .

A m o n g g a r d e n e r s a r i a f a r m e r s a m o v e m e n t f o r t h e a p p l i c a t i o n o f b i o l o g i c a l f a r m i n g

m e t h o d s w a s e t a r t e d ; t h e o e c i r e l e o c a r n e o u t a g a i n s t t h e e x c e s a i v e u s e o f a r t i f i c i a l

f e r t i l i z e r s .

T h i s r e c o g n i t i o n g r a d u a l l y s p r e a d t o c o n e u m e r e , w h o l e o a l e r s a n d f i n a l l y

v e g e t a b l e f a r m e r s .

A t t h e s a m e t i m e , a v e g e t a r i a n t r e n d b e c a m e f e l t , a d e v e l o p m e n t w h i c h

a g r i c u l t u r a l p r o d u c e r s w e r e o b l i g e d t o h e e d a n d c a t e r t o .

T h e p r o p o n e n t s o f b i o l o g i c a l f a r m i n g m e t h o d s f o r w a r d e d g u i d e l i n e o f o r o c i e n t i f i c a l l y

s o u n d e o n c u l t i v a t i o n a n d f e r t i l i z a t i o n ; p r i m e i m p o r t a n c e i s g i v e n t o t h e o p t i m u m c o m ,

p o s i t i o n o f t h e a o i l ' s b i o c e n o s i e .

B i o l o g i c a l f a r m i n g m e t h o d s a r e o f t e n d o u b t e d a n d e v e n

v i e w e d w i t h s u s p i c i o n , h o w e v e r , i n d i c a t i o n s m a k e i t m o r e a n d m o r e c l e a r t h a t t h e r e i s m u c h

t o b e l e a r n t f r o m b i o l o g i c a l f e r t i l i z a t i o n .

T h e i m p r o v e m e n t s o b t a i n e d t h r o u g h b i o l o e i c a l

f a r m i n g c a n n o t e i m p l y b e o h r u g g e d o f f .

A n o t h e r t h e o r y o n t h e f e r t i l i z a t i o n o f p l a n t c u l t u r e s h a s n o w b e e n e v o l v e d t o

c o m p l e m e n t L I E D I O ' s p r a c t i c a l l y u n c o n t e s t e d l a w o f t h e r e q u i s i t o s m i n i m u m a m o u n t o f f e r t i -

l i z e r t o b e u e e d .

T h i s n e w t h e o r y s e t s a c e i l i n g t o f e r t i l i z e r a p p l i c a t i o n a n d a l l o w s t h a t

e x c e s s i v e a m o u n t s l e a d t o a . r a p i d d r o p i n n r o p y i e l d a s w e l l a s q u a l i t a t i v e a n d , q u a n t i t a t i v e

d a m a g e t o p l a n t s .

V O I S I N a n d P H . M A T I L E , a p l a n t p h y s i o l o e i o t f r o m t h e S w i e e F e d e r a l I n s t i t u t e o f

T e c h n o l o g y , w a r n e d a g a i n n t t h o o n e - s i d e d u s e o f a r t i f i c i a l f e r t i l i z e r .

I t c a n t h e r e f o r e

b e e x p e c t e d t h a t a r t i f i c i a l f e r t i l i e e r p r o d u c t i o n a n d t h e u s e o f p h o s p h o r u s a n d n i t r o g e n

s a l t s w i l l i n f u t u r e l o s e i n i m p o r t a n c e .

F o r w a t e r p o l l u t i o n c o n t r o l , t h i s w i l l . c o r t a i n l y

b e a w e l c o m e d e v e l o p m e n t .

I n t h i s r e p o r t s u m m a r i z i n g t h e r e c o m m e n d a t i o n s m a d e a t t h e N o r k s h o p o n G l o b a l E c o l o g i -

c a l P r o b l e m s h e l d i n M a d i s o n i n J u n e 1 9 q 1 , P r o f . D . H . H A S L E R s t r e s e e d t h e i m p o r t a n c e o f

r e d u c i n g w o r l d p h o s p h o r u o c o n s u m p t i o n , w h i c h i s m a i n l y c e n t e r e d a r o u n d f e r t i l i z e r s .

I n

v i e w o f t h e f a c t t h a t t h e r a p i d l y i n c r e a s i n g w o r l d p o p u l a t i o n w i l l r e q u i r e m o r e

f o o d , t h u s

p l a c i n g a g r e a t e r s t r e s s o n f e r t i l i z e r p r o d u c t i o n , a l l a v a i l a b l e a o u r c e o m a e t b e h u a b a n d e d

w i t h g r e a t c a r e .

T h e s e m i n e r a l s a l t o , w h i c h i n r a i n w a s h e e o u t o f f e r t i l i z e d e o i l a n d

w h i c h a c t a s a e u t r o p h i e i n g a g e n t i n s u r f a c e a n d g r o u n d w a t e r , a r e t a k e n t o t h e s e a w h e r e

t h e y a r e p r e c i p i t a t e d a n d c o n s e q u e n t l y l o s t t o m a n k i n d .

A . D . H A S L E R f u r t h e r m o r e o u g g e e t e d t h a t p h o s p h o r u s b e r e c y c l e d b y w a s t e w a t e r p r e c i p i -

t a t i o n s o t h a t t h i s v a l u a b l e r a w m a t e r i a l i s n o t e q u a n d e r e d .

T h e p a r t i c i p a n t e a t t h e w o r k s h o p a l s o c a l c u l a t e d t h a t t h e d w i n d l i n g p h o s p h o r u s s u p p l y

w i l l b e d e p l e t e d i n l e s s t h a n 1 0 0 y e a r s .

P h o s p h o r u s - b e a r i n g r o c k i n a n e x c e l l e n t s o u r c e

o f t h i s e l e m e n t a n d m o t t h e r e f o r e b e p r o t e c t e d a g a i n s t i r r e s p o n s i b l e e x p l o i t a t i o n .

I t m u a t b e b o r n e i n m i n d t h a t p h o s p h o r u s , n i t r o g e n a n d o t h e r m i n e r a l

a a l t s w i l l b e

n e e d e d f o r t h e p r o d u c t i o n o f n y n t h e t i c d e t e r g e n t e a n d f e r t i l i z e r o f o r m a n y , m a n y y e a r s

t o

c o m e .



0 , 2

0 , 1 5

0 , 1

0 , 0 5

m g / L P

o

1

1

o

0 , 1

o

o

W a s s e r f ü h r u n g

I l l . 2

P h o s p h a t e

c o n c e n t r a t i o n o f

t h e V i l l a g e

B r o o k a t M e i s t e r -

s c h w a n d e n , i n f u n c t i o n o f t h e ' r u n - o f f .

D o r f b c r c h M e i s t e r s c h w a n d e n

P h o s p h a t k o n z e n t r a t i o n /

W a s s e r f í i h r u n g

o

o

o

o

m 3 / s

0 , 4

o

0 0 0 t

o

o

o

o

o

o

o

o

o

o 8

\

o

o

0

o

o o

o

o

o

o

0

0

o

o



2 , 5

0 , 5

k g P / T o g

o

0

D o r f b a c h M e i s t e r s c h w a n d e n

P h o s p h a t - T r a n s p o r t /

V i a s s e r I c e h r u n g

o

o

o

o

0 I

0 /

0 0

o

0 0

0

o

6 7 , z .

o

o

o

o

7 :

%

o

0 , 1

0 , 2

1 N a s s e r f ü h r u n g

o

3

P h o s p h a t e l o a d o f

t h e V i l l a g e B r o o k a t M c i s t e r e c h w a n d e n ,

I n f u n c t i o n o f t h e r u n - o f f .

o

3

m i

/ s

0 , 4



D

3

m / s

0 , 1

0 , 2

0 , 3

0 , 4

W a s s e r r i i h r u n g

I l l . 4

' N i t r a t e l w i d o f t h e V i l l a g e B r o o k a t M e i s t e r s c h w a n d e n , i n

f u n c t i o n o f t h e

r u n - o f f .

1 6 0 k 9 N / T a g

o

1 4 0

D o r f b o c h M e i s t e r s c h w a n d e n

N i t t a , - T r a n s p o r t

/

W a s s e r f c : i h r u n g

i 0 0

8 0

6 0

4 0

o

o

o

i r ) o

c 4 . c l e r

o

° o

o

2 0

- 9

o

o



1 0 0 0

6 0 0

2 0 0

k g N / k r n 2 y e a r

1 4 0 0

2 0

4 0

6 0

8 0 1 0 0 %

a g r i c u l t u r a u s e d a r e a

8 2 , 4 t ( 1 6 3 4 , 4 - 8 2 , 4 ) x

r =

0 , 8 7 1

2 0

4 0

6 0

8 0

1 0 0 %

a g r i c u l t u r a l u s e d a r c a

I l l . 5

L o a d s o f d i s s o l v e d p h o s p h o r u s a n d n i t r o g e n c o m p o u n d s i n

f u n c t i o n o f t h e r e l a t i v e s h a r e o f t h e a g r i c u l t u r a l a r c a

I n t h e t o t a l s u r f a c e o

t h e c a t c h m e n t a r e a , i n t h e P r e a l p s .

k g P / k m 2 y e a r

S w i s s p r e a l p s

8 0

6 0

y =

3 , 6 + ( 6 8 , 9 + 3 , 6 ) x

r

=

0 , 8 2 8

4 0

2 0

o 0



k g P / k m 2 y e a r

4 0 _

3 ° -

2 0 _

1 0 _

2 4 0 0 _

2 0 0

1 6 0 0

1 2 0 0

8 0 0

4 0 0

y = 0 , 2 3 + ( 3 5 , 2 3 0 2 3 ) x

r 0 , 8 6 7

2 0

4 0

6 0

8 0 1 0 0 %

a g r i c u l t u r a l u s e d a r e a

k g N / k m 2 y e a r

2 8 0 0 _

y

9 5 9 + ( 2 1 0 2

9 5 9 ) x

r -

0 , 5 2 6

S w i s s p l a t e a u

2 0

4 0

6 0

8 0 1 0 0 %


I l l . 6

t h e s a m e f o r t h e C e n t r a l P l a t e a u .



p g P / 1

8 0

6 0

4 0

2 0

y

7 4 , 4 7 x

6 , 5

r

0 , 8 3 7

S w i s s p r e a l p s

4 0

6 0

8 0

1 0 0 7


2 0

4 0

6 0

8 0

1 0 0

a g r i c u l t u r a l u s e d

a r e a

I l l . 7

C o n c e n t r a t i o n s o f d i s t ; o l v e d p h o n p h o r u s a n d n i t r o f ; e n c o m -

p o u n d s i n s t r e a m s o f t h e l ' r e a l p . i n e a r e a , i n f u n c t i o n o f

t h e r e l a t i v e s h a r e o f t h e a g r i c u l t u r a l a r e a i n t h e t o t a l

s u r f a c e o f t h e c a t c h m e n t a r e s .

y

1 , 9 5 x

0 , 0 0 7

r

0 , 9 1 4



4 0

2 0

I

m g N / I

4

r

[

(

i r

r

r

1

T

1

2 0

4 0

6 0

8 0

1 0 0 %


y .

1 , 1 4 x + 2 , 0 7

r

. 0 , 3 3 6

a

s

s

e

h l . a

t h e s a m e f o r s t r e a m s o n t h e

C e n t r a l P l a t e a u .

s

s

I

2 0

4 0

6 0

8 0

1 0 0 4


p g P / I

S w i s s p l a t e a u

8 0 _

s

y -

4 7 , 9 1 x

+

3 , 1 3

6 0

r

.

0 , 6 6 2

s



100_

80_

60

40_

20_

Phosphorus

e

0

4

0

0

0

o

100

80_

60_.

40_

20_

Nitrogen

00

o

o/

200

400

600

800

1000

200

400

inh./

km2

M. 9

Percentual

share of waste

waters in the

phosphorus and

nitrogen charge

imposed on

a

number

of

Swiss

lakes,

in

function

of the density

of population in

the

catchment area.

The

curves were calculated on the

following

bases:

phosphorus losses

waste

waters

of

the

soil

phosphorus 3g

P/capita

day 40 kg

P/km2p.a.

nitrogen 12g

N/capita - day

1400

kg

N/km2p.a.



(11.10

Swiss

plateau

N/P

20_

10_

7_

100

200 300

400 500 600

inhlki-n2

Expected

N

:

P

ratio in flowing

waters, in

function of

the

type of land utilization

and of the density of

population.

90 of the surface for a6ricultura1 utilization

50

%

of

the

surface for agricultural utilization

Swis

I

00 200

300

4



g

M . 2 y

6 , 1

e u t r o p h i c l a k e s

o l i g o t r o p h i c l a k e s

s

i i i I i

I

1

1 0

1 0 0

3 0 0

m o a n d e p t h

1 1 1 . 1 1

C h a r g e l i m i t e f o r b i o a c t i v e p h o s p h o r u s c o m p o u n d s , i n f u n c -

t i o n o f T h e a v e r a g e d e p t h o f t h e l a k e ( a c c . t o V O L L E N 4 E I D E R ) 4



k g

P i l o - n 2

y e a r

0

. . - T . - - - - - . 1

I

A v e r a g e D e p t h o f l a k e

1 1 1 . 1 2

T o l e r a b l e p h o s p h o r u s e x p o r t s p e c i f i c p o r u n i t o f

s u r f a c e

f r o m t h e c a t c h m e n t a r e a o f l a k e s , i n f u n c t i o n o f t h e a v e r a g e

d e p t h

o f a l a k e .

T h e n u m b e r s o f t h e l i n e s , 5 - 4 0 ,

i n d i c a t e

t h e e n v t r o n m e n t a l . f a c t o r , r e , a s d e s c r i b e i i n e q u a t i o n ( 2 ) i n

t h e t e x t .



1 1 1 . 1 3

t n . i l l

S i i c K s t o u

5 , c o n w o , s s t o .

' s

-

- °

- - a r i m

i l A l .

r c o i s t m . . . o

5 ( M A W A S S I I I

U p p e r p a r t : N i t r o g e n c o n t e n t o f t h e p e r c o l a t i o n w a t e r

i n

l y s i m e t e r s w i t h o u t

v e g e t a t i o n ( a v e r a g e

v a l u e f o r a p e r i o d

o f 1 3 y e a r s ) ;

L o w e r

p a r t : M o n t h l y a v e r a g e o f t h e d a y - t i m e

t e m p e r a t u r e a t

Z u r i c h , a d a v e r a g e a m o u n t o o f p r e c i p i t a t i o n a n d p e r c o l a t i o n

w a t e r .

U X M

I I

I I

I V

V

V I V I I

V I L

/ '



k g / h a N

1 0

6

1 1 1 . 1 4

N i t r o g e n l o s s e s i n p e r c o l a t i o n w a t e r s f r o m a

G o i l

c o n -

s i s t i n g i n b r o w n e a r t h w i t h a l o w h u m u s c o n t e n t . T h e m e a -

s u r e s w e r e e f f e c t e d o n o n e p a r t o f t h e s o i l w h i c h w a n l e f t

u n c u l t i v a t e d a n d o n a n o t h e r p a r t w h i c h w a s p l a n t e d w i t h

w i n t e r c e r e a l s . ' L ' h e d a t a c o n c e r n s l y s i m e t e r t e s t s ( L V R X V I /

X V I I , 1 9 6 0 t o 1 9 6 2 , O e r l i k o n ) . T h e d a t a g i v e n f o r O c t o b e r

c o n c e r n s m e a s u r e s e f f e c t e d d u r i n g t h e s e c o n d p a r t o f t h e

m o n t h ( a c e . t o G E E R I N G ) .

1 , 1

0 1 1 1

T n r . B . . e , . o

l ì

I T N

N T

N N

1 1

I I I

I V

V

V I

1 1 1 . 1 5

G r o u n d l o o s e n i n g a n d n i t r o g e n m o b i l i s a t i o n .

' I t

I l

: J r

, x 1

o n o

X



R e f e r e n c e s

A m b u e h l , H .

D i e N W h r u t o f f z u f u h r z u m H a l l w i l o r e e e .

C h e m i e c h o U n t e r s u c h u n g e n a n s e i n e n

1 9 6 0

Z u f l U e e e n . - S c h w e i z . Z . R y d r o l . , 2 2 ,

B r u g g e r , H .

S t a t i e t i s c h e n H a n d b u o h d e r S c h w e i z e r i s c h e n L a n d w i r t e c h a f t .

V e r b a n d e d r u c k e r e i

1 9 6 8

B o r n .

C o o k e , G . W . a n d R . J . B . W i l l i a m e L o e n o f N i t r o g e n a n d P h o s p h o r u a f r o m a g r i c u l t u r a l l a n d .

1 9 7 0

W a t e r T r e a t m e n t a n d E x a m i n a t i o n 1 9 , 2 5 3 - 2 7 6 .

C o p p e n e t , M .

R ó s u l t a t e d e d o u z e a n n S e e d ' o b e e r v a t i o n s l y s i m A t r i q u e s h Q u i m p e r

( 1 9 5 4 - 1 9 6 5 ) 1

1 9 6 9

A n n . a g r o n . 2 0 ( 2 ) ,

E A W A O

D e r M u r t e n s e e .

S e i n g e g e n w n r t i g o r c h e m i s c h - b i o l o g i a c h e r Z u e t a n d .

D i e H o r k u n f t

1 9 6 0

d e r e u t r o p h i o r o n d o n S t o f f e .

S e e e a n i e r u n g - S c h u t z v o r V o r u n r e i n i g a n g ;

n i c h t p u b l i z i e r t .

E A W A G

B e r i c h t U b e r d o n g e g e n w n r t i g e n Z u n t a n d d e s L a g h e t t o d i M u z z a n o u n d d i e M 8 g -

1 9 6 3

l i c h k e i t e n e i n e r S a n i e r u n g ; n i c h t p u b l i z i e r t .

E A W A G

B e r i c h t U b e r d o n g e g e n w g r t i g e n Z u a t a n d d e s I a k w i l e r e e e e , d i e g o t r o f f e n e n

1 9 7 0

S a n i e r u n g e m a n e n a h m o n u n d d i e B o l U f t u n g ; n i c h t p u b l i z i o r t .

E A W A G

Z w i s c h e n b e r i c h t U b e r d e n g e g e n w r t i g e n Z u e t a n d d e s H a u e n s e e s , d i e g e t r o f f e n e n

1 9 7 1

S a n i e r u n g u m ' a e s n a h m e n u n d d i e A u s w i r k u n g e n d e r T i e f o n w a e s e r a b l e i t u n g ;

n i c h t p u b l i z i e r t .

E i d g e n ö s s i s c h o o S t a t i e t i e c h e e A m t - H a u p t e r g e b n i n e e d e r L a n d w i r t e c h a f t e z n h l u n g v o m

1 9 7 0

3 0 . J u n i 1 9 6 9 .

D i e V o l k s w i r t o c h a f t , 6 .

G a e c h t e r , R .

P h o e p h o r h a u e h a l t u n d p l a n k t i e c h e P r i m n r p r o d u k t i o n i m V i e r w a l d s t n t t e r e e e

1 9 6 3

( H o r w e r B u c h t ) . - S c h w e i z . Z . H y d r e l . , 3 0 .

G a e c h t o r , R . a n d J . F u r r e r

D e r B e i t r a g d e r L a n d w i r t s c h a f t z u r D u t r o p h i e r u n g d a r G e w n n e e r

1 9 7 1 i n d e r S c h w e i z ; u n p u b l i s h e d

O a e c h t e r , R .

1 9 7 1

,

E . S z a b o , A .

-

D i o l o k a l e B e e i n f l u s s u n g e i n e s s t e h e n d e n G e w n e s e r n

d u r c h v i n e p u n k t f ö r m i g e A b w a s n e r b e I n s t u n g ; e i n d i r o k t e r N a c h w e i s d e r w a c h a t u m a -

b e g r e n z e n d e n W i r k u n g d e s P h o s p h o r n i m V i e r w a l d e t n t t e r s e e . -

S c h w e i z . Z .

R y d r o l . ,

3 3 .

G i e i g e r , L .

L a n d w i r t e c h a f t u n d D ü n c e r w i r t s c h a f t i n d e r

S c h w e i z .

-

V e . C o n g r b o m o n d i a l

7 . M c i 1 9 6 4

d e s f e r t i l i o a n t e . Z i i r i c h , 4 .

G o e r i n g , J .

L y e i m e t e r - V e r a u c h e .

L a n d w . J a h r b . S c h w e i z .

1 9 4 3

G e e r i n g , J .

E r g e b n i e u e d e r O e r l i k o n e r 1 , y o i m o t e r v e r s u c h e .

B e r i c h t o d . S c h w e i z . B o t . G e e .

1 9 4 3 5 3

A .

G e e r i n g , J .

D U n g u n g s m a e a n a h m e n z u r E r t r a g e s t e i g e r u n g .

M i t t . f . d . S c h w e i z . L a n d w . 1 2 .

1 9 6 7

G e r i c k o , S . u n a B . K u r m i c e

P f l a n z o n n A r R t o f f o i n d e n a t m e s p h g r i n c h e n N i e d e r e c h l i i c e n .

1 9 5 6 D i e P h o s p h o r e g u r e 1 7 ( 5 / 6 ) .



H a s l e r , A .

P r o b l e n e d e r D U n g e r w i r t s c h a f t u n t e r b e s o n d o r e r B e r ü c k s i c h t i i r u n g d e r H o f d ü n g e r .

1 9 6 9

S c h w e i z . L a n d w . M o n a t s h e f t e ,

6 7 .

H a s l e r , D . H .

C y c l e o o f P h o s p h o r u s , S u l f u r a n d N i t r o g e n ; u n p u b l i s h e d .

1 9 7 1

J a a g , O .

T h e A B C s o f W a s t e W a t e r P u r i f i c a t i o n .

S w i s s A s s . o n W a t e r a n d A i r P o l l .

1 9 6 0

C o n t r o l .

L o w , A . J . a n d 4 . R . A r m i t a g e T h e c o m p o s i t i o n o f t h e l e a c h a t e t h r o u g h c r o p p e d a n d u n c r o p p e d

1 9 7 0

s o i l s i n l y e i m e t e r a c o m p a r e d w i t h t h a t o f t h e r a i n .

P l . S o i l 3 3 .

M a t i l e , P h .

G r e n z e n d e r D U n e r w i r t o c h a f t . O r g a n . L a n d b a u , 2 .

1 9 6 7

O h l e ,

W .

N i i h r o t o f f a n r e i c h e r u n g d o r G e w Z i o n e r d u r c h D ü n g o m i t t e l u n d M e l i o r a t i o n e n .

1 9 6 5

M U n c h n o r B e i t r n g e , 1 2 .

P l o i s c h , P .

D i e H e r k - u n f t e u t r o p h i e r e n d e r S t o f f e b e i m P f n f f i k e r u n d G r e i f e n e e e .

1 9 7 0

V i e r t e l j a h r s o c h r i f t d e r N a t u r f o r s c h e n d e n G e s o l l o c h a e t i n Z ü r i c h , 1 1 5 .

S t a d e l m a n n , P .

S t i c k s t o f f k r e i s l a u f u n d P r i m g r p r o d u k t i o n i m m e o o t r o p h e n V i e r w a l d s t ä t t e r s e e

1 9 7 1

( H o m e r B u c h t ) u n d i m e u t r o p h e n R o t e e e , m i t b e s o n d e r e r B e r U c k s i c h t i g u n g

d e s N i t r a t s a l s l i m i t i e r e n d e n P a k t o r s . S c h w e i z . Z . H y d r o l . ,

3 3 .

T h o m a s , E . A .

E m p i r i s c h e u n d e x p e r i m e n t e l l e U n t e r s u c h u n g e n z u r K e n n t n i o d e r M i n i m u m s t o f f e

1 9 5 3

i n 4 6 S e e n d e r S c h w e i z u n d a n g T e n z e n d e r G o b i e t e .

S c h w e i z . V e r . G a o -

& W a s s e r f a c h m . , 2 .

V o i s i n

F e r t i l i z e r A p p l i c a t i o n .

C r o o p y L o c k w o o d , L o n d o n .

1 9 6 3

V o l l e n w e i d e r ; R . A .

D i e w i s e e n s c h a f t l i c h e n G r u n d l a g e n d e r S e e n u n d F l i e s s g e w n s s e r e u t r o p h i e -

1 9 6 8

r u n g , u n t e r b e s o n d e r e r B e r ü c k s i c h t i g u n g d e s P h o o p h o r s u n d d e s S t i c k o t o f f e

a l e E u t r o p h i e r u n g s f a k t o r e n . G E C D / D A S / C S I / 6 3 . 2 7 .

U m e l , A l . N l i h r s t o f f e i n w a s c h u n g i n d e n U n t e r b o d e n u n d D ü n g e r s t i c k s t o f f u m s a t z , d a r g e o t e l l t

1 9 7 0

a n K l e i n l y s i m e t e r v e r s u c h e n .

Z . A c k e r u . P f l a n z e n b a u , 1 3 2 .

Z u b e r , R .

P f l a n z e n n H h r o t o f f e a u o d e r A t m o o p h n r e .

M i t t . L e b e n o m .

R y g . , B e r n

( 6 ) .

1 9 6 2



E U T R O P I I I C A T I O N O F I N L A N D W A T E R S W I T H S P E C ; I A L R E F E R E N C E

T O T H E I N F L U E N C E O F A G R I C U L T U R A L P R A C T I C E S , I N C L U D I N G

T H E U S E O F F E R T I L I Z E R S

D . J . H a l l i d a y

I C I - A g r i c u l t u r a l D i v i s i o n , P l a n n i n g a n d C o - o r d i n a t i o n D e p a r t m e n t

T h e r e h a s b e e n i n c r e a s i n g p u b l i c c o n c e r n i n r e c e » t y e a r s a s t o w h e t h e r t h e p r e s e n t

g e n e r a t i o n r n a y b e f a i l i n g i n i t s d u t y t i ) p o s t e r i t y t h r o u g h e x c e s s i v e a n d p e r h a p s i r r e v e r s i -

b l e p o l l u t i o n o f t h e e n v i r o n m e n t , p a r t i c u l a r l y t h r o u g h t h e i n c r e a s i n g i n d u s t r i a l i z a t i o n a n d

u r b a n i z a t i o n o f h u m a n s o c i e t y . T h i s c o n c e r n h a s b e e n e x p l o i t e d b y j o u r n a l i s t s , a n d o t h e r s ,

w h o h a . v e g a i n e d p u b l i c i t y b y e x a g g e r a t e d a n d e m o t i o n a l p r e s e n t a t i o n o f h a l f - t r u t h s . I n

t h i s c o n t e x t f e r t i l i z e r s h a v e s o m e t i m e s b e e n m e n t i o n e d a s a c o n t r i b u t o r y c a u s e o f c o n -

t a m i n a t i o n o f n a t u r a l w a t e r s . T h e a i m o f t h e p r e s e n t p a p e r i s t o g i v e a s b a l a n c e d a v i e w

a s p o s s i b l e o f t h e f a c t s a s t h e y a r e k n o w n t o d a y , b a s e d m a i n l y o n e x p e r i e n c e f r o m

N o r t h e r n E u r o p e .

/ t m u s t b e s t r e s s e d a t t h e o u t s e t t h a t t h e a n i o u n t o f v e r i f i a b l e : s c i e n t i f i c i n f o r m a t i o n o n

t h i s s u b j e c t i s l i m i t e d a . n d t h a t c o n t i n u i n g r e s e a r c h i s n e e d e d , i n v o l v i n g m u l t i - d i s c i p l i n a r y

c o l l a b o r a t i o n b e t w e e n a g r i c u l t u r i s t s , s o i l s c i e n t i s t s , w a t e r a u t h o r i t i e s , a n a l y t i c a l c h e m i s t s

a n d e c o n o m i s t s o n t h e o n e h a n d , a n d e n v i r o n m e n t a l i s t s , e c o l o g i s t s a n d s o c i a l s c i e n t i s t s o n

t h e o t h e r .

T h e r e a r e t w o d i s t i n c t a s p e c t s o f t h e s u b j e c t w h i c h i t i s d e s i r a b l e t o c o n s i d e r s e p a r a -

t e l y : t h e f i r s t , w h i c h m a y b e d e s c r i b e d u n d e r t h e g e n e r a l h e a d i n g o f " e u t r o p h i c a t i o n " , a n d

t h e s e c o n d , t h e c h e m i c a l c o m p o s i t i o n o f s u r f a c e a n d e r o u n d . v a t e r s , w i t h p a r t i c u l a r r e f e r -

e n c e t o h o u s e h o l d w a t e r s u p p l i e s .

' 1 ' h e t e r m " e u t r o p h i c 7 - i t i o n " r e f e r s t o t h e e n r i c h m e n t o f w a t e r s b y n u t r i e n t s w h i c h c a n

d i r e c t l y f e r t i l i z e t h e g r o w t h o f a q u a t i c p l a n t s a n d a l g a e . T h i s i s a n a t u r a l a n d b e n e f i c i a lp r o c e s s w h i c h o c c u r s p r i n c i p a l l y i n t a k e s a n d i m p o u n d e d w a t e r s . A n e w l y f o r m e d l a k e

b e g i n s a s a b o d y o f c l e a r , n e a r l y s t e r i l e w a t e r . G r a d u a l l y s t r e a m s f r o m i t s s u r r o u n d i n g s

b r i n g i n n u t r i e n t s u b s t a n c e s a n d t h e i n c . r e a s i n g f e r t i l i t y g i v e s r i s e t o a n a c c u m u l a t i n g

g r o w t h o f a q u a t i c o r g a n i s m s . W i t h o u t n u t r i e n t s t h e r e w o u l d b e n o a q u a t i c l i f e . W i t h a n

e x c e s s o f n u t r i e n t s , o r o t h e r i m b a l a n c e i n t h e e c o l o g i c a l s y s t e m , t h e r e c a n a r i s e a n e x -

c e s s i v e g r o w t h , o r " b l o o m " , o f a l g a e a n d o f h i g h e r p l a n t s . T h i s , i f f o l l o w e d b y a p e r i o d

o f d e c a y d u r i n g w h i c h d e c o m p o s i n g v e g e t a b l e m a t t e r r e m o v e s o x y g e n f r o m t h e w a t e r a t

a r a t e f a s t e r t h a n i t c a n b e r e a b s o r b e d , c a n c a u s e i m p l e a s a n t t a s t e s a n d o d o u r s , d e a t h o f

f i s h a n d r e d u c t i o n i n w a t e r q u a l i t y , s o m e t i m e s t o t h e e x l e n t o f r e n d e r i n g i t u n f i t f o r r e -

c r e a t i o n a l p u r p o s e s a n d p u b l i c w a t e r s u p p l y

C e r t a i n a l g a e m a y a l s o t h e m s e l v e s p r o d u c e

t o x i n s .

T h e p r o c e s s o f e u t r o p h i c a t i o n h a s , i n m a n y a r e a s , b e e n a c c e l e r a t e d b y t h e i n t e r v e n t i o n

o f m a n , a s a r e s u l t o f b o t h a g r i c u l t u r a l a n d i n d u s t r i a l a c t i v i t i e s b u t a l s o v e r y l a r g e l y

t h r o u g h t h e r a p i d g r o w t h i n h u m a n p o p u l a t i o n . I t i s i m p o r t a n t t o d i s t i n g e i s h b e t w e e n



e u t r o p h i c a t i o n a n d d i r e c t p o l l u t i o n , t h e l a t t e r t e r m b e i n g u n d e r s t o o d t o r e f e r t o t h e d i s c h a r g e

o f t o x i c m a t e r i a l s o r t h o s e r e q u i r i n g e x c e s s i v e q u a n t i t i e s o f o x y g e n f o r t h e i r d e c o m p o s i t i o n .

I t i s i m p o r t a n t a l s o t o a p p r e c i a t e t h a t t h e c o n d i t i o n s f o r t h e d e v e l o p m e n t o f a l g a l g r o w t h

a r e s t i l l n o t f u l l y u n d e r s t o o d a n d t h a t n u t r i e n t s u p p l y i s n o t a l w a y s t h e d o m i n a n t f a c t o r .

A l t h o u g h , f o r e x a m p l e , 0 . 0 1 m g / l i t r e t e n d s t o b e r e g a r d e d a s ' t h e c r i t i c a l l e v e ] f o r p h o s -

p h o r u s . m a n y l a k e s w i t h l e a s p h o s p h o r u s h a v e " b l o o m e d " a n d o t h e r s N . e i t h m u c h m o r e h a v e

n o t .

M o r e o v e r , s o m e s o u r c e s o f n u t r i e n t s e x i s t i n d e p e n d e n t l y o f m a n ' s a c t i v i t i e s . t x a m p l e s

a r e n i t r o g e n i n r a i n ; s y m b i o t i c f i x a t i o n o f a t m o s p h e r i c n i t r o g e n b y m i c r o - o r g a n i s m s ; 1 8 9 0 -

c i a t e d w i t h t h e r o o t n o d u l e a o f l e g u m i n o u s p l a n t s a n d c e r t a i n n o n - l e g u m i n o u s s p e c i e s ; n o n -

s y m b i o t i c f i x a t i o n o f n i t r o g e n b y f r e e l i v i n g s o i l b a c t e r i a a n d b l u e - g r e e n a l g a e ; a n d t h e r e -

l e a s e o f n u t r i e n t s b y p l a n t d e c o m p o s i t i o n a n d t h e b r e a k d o w n o f o r g a n i c m a t t e r i n s o i l ,

w h i c h f i n d t h e i r v . - a y i n t o w a t e r c o u r s e s b y d o w n w a r d l e a c h i n g t h r o u g h t h e s o i l o r b y r u n -

o f f o r e r o s i o n . N i t r o g e n f r o m t h e s e s o u r c e s i n l a k e s a n d r i v e r s , e x c e p t i n h a r d r o c k a n d

h i g h l a n d a r e a s , i s o f t e n w e l l a b o v e t h e g e n e r a l l y a c c e p t e d c r i t i c a l l e v e l f o r a l g a l g r o w t h

o f 0 . 3 n i g / l i t r e .

A g r i c u l t u r e c o n t r i b u t e s t o e u t r o p h i c a t i o n m a i n l y t h r o u g h t h e e f f e c t s o f c u l t i v a t i o n a n d

c r o p p i n g p a t t e r n s o n t h e a b o v e p r o c e s s e s , b u t a l s o t h r o u g h t h e e f f e c t s o f l i v e s t o c k h u s -

b a n d r y a n d t o a r e l a t i v e l y s m a l l e x t e n t t h r o u g h t h e a d d i t i o n o f n u t r i e n t s t o t h e s o i l

i n

f e r t i -

l i z e r s a n d m a n u r e s .

L y s i m e t e r s s e t u p a t R o t h a m s t e d E x p e r i m e r g a l S t a t i o n i n 1 8 7 0 A l l o w e d t h a t d r a i n a g e

f r o m u n c r o p p e c l . w e e d - f r e e s o i l , n o t r e c e i v i n g a n y f e r t i l i z e r . r e m o v e d a n a v e r a g e o f 3 5

k g N / h a f r o m 1 8 7 8 t o 1 9 0 5 , o f w h i c h o n l y 5 - 6 k g N / h a f e l l i n r a i n ; i n 1 9 1 9 t h e d r a i n a g e

l o s s w a s s t i l l a v e r a g i n g 2 3 k g N O 3 - N / l i a a n n u a l l y . D u r i n g t h e e a r l i e r p e . r i o d t h e d r a i n a g e

w a t e r c o n t a i n e d o n a v e r a g e 9 . 8 m g N O - N / I i I r e , r a n g i n g { r o i l s ' 7 . 9 m g i n F e b r u a r y t o I L

m g i n S e p t e n - I b e r ; i n 1 9 6 9 ( t h e

1 i u n d r e d 4 1

y e a r t h e

f o l l o w e d s o i l s w e r e l e a c h e d ) t h e d r a i n -

a g e b e t v . n . e n A p r i l a n d N o v e m b e r c o n t a i n e d o n a v e r a g e 5 m g N O 3 - N / l i t r e . D r a i n a g e f r o m

t h e c l a s s i c a l B r o a d b a l k c o n t i n u o u s w h e a t e x p e r i m e n t a t R o t h a r n s t e d d u r i n g 1 8 6 6 t o 1 8 7 3

c o n t a i n e d a n a v e r a g e o f 4 - 5 m g N O - N / l i t r e f r o r n u n m a n u r e d p l o t s a n d 1 2 m g / l i t r e f r o m

p l o t s r e c e i v i n g f a r m y a r d m a n u r e ( 3 5 t o n s / h a ) .

F i g u r e 1 , w h i c h i n d u e t o D r . N i l s B r i n k , s h o w s i n a s i m p l i f i e d f o r m t h e g a i n s a n d

l o s s e s o f n i t r o g e n i n S w e d i s h a g r i c u l t u r e , w h i c h m a y b e r e g a r d e d a s a c h a r a c t e r i s t i c

p a t t e r n f o r a d e v e l o p e d c o u n t r y . T h e s i g n i f i c a n t f e a t u r e i n t h i s d i a g r a m i s t h a t t h e a m o u n t

o f n i t r o g e n g o i n g i n t o n a t u r a l w a t e r s w a s a b o u t 1 0 , 0 0 0 t o n s a n n u a l l y f r o m s e w a g e e f f l u e n t

a n d d i g e s t e d s l u d g e b u t o n l y 6 . 4 0 0 t o n s b y l e a c h i n g f r o m t h e s o i l , t o v . . h i c h 1 5 0 . 0 0 0 t o n s

a n n u a l l y w e r e a p p l i e d a s f e r t i l i z e r s a n d 1 3 5 , 0 0 0 t o n s i n f a r m y a r d m a n u r e a n d o t h e r a n i m a l

e x c r e t a . D r . B r i n k ' s f i g u r e s f o r p h o s p h a t e s i m i l a r l y s h o w e d a b o u t 8 , 0 0 0 t o n s P 0 _ a n n u a l -

l y g o i n g i n t o n a t u r a l w a t e r s f r o m s e w a g e d i s p o s a l b u t o n l y 7 0 0 t o n s f r o m t h e

s o i f , ? o w h i c h

/ 1 5 , 0 0 0 t o n s a n n u a l l y w e r e a p p l i e d a s f e r t i l i z e r s a n d Z 8 , 5 0 0 t o n s i n f a r m e - a r d m a n u r e e t c .

T h e s e f i g u r e s a p p l y t o c . o n d i t i o n s o f t e m p e r a t e a g r i c u l t u r e w h e r e f e r t i l i z e r s w e r e u s e d a t

r a t e s s u p p l y i n g a r o u n d 5 0 k g N a n d 3 5 k g 1 ) 2 0 5 p e r h e c t a r e o f a g r i c u l t u r a l l a n d .

C r o p h u s b a n d r y

L o s s e s o f n u t r i e n t s f r o m t h e s o i l t o a u r f a c e a n d g r o u n d w a t e r s a r i s e f r o m e r o s i o n ,

r u n - o f f , d r a i n a g e ( i . e . o u t f l o w t h r o u g h f i e l d d r a i n s e t c . ) , a n d d o w n w a r d p e r c o l a t i o n t o

d e e p e r l a y e r s . L o s s e s b y c r o s i o n c a n b e m i n i m i z e d b y t h e a d o p t i o n o f r e c o m m e n d e d s o i l



Ç.

.so 000

cr.

_ .

Volow

7'5000

Lout

to otmosoNro

215000

Crop& 157-00C

Fe, mirerd

Sewage

1

I

L

tochlog 6

40.7

I

Manur

135

000

Slado 3 500

NITROGEN BALANCE

FOR SWED.ISH

AGRICULTURE

(tons N/year)

1

1

ANIMALS 5

WAN

OIL

11

CROPS



c o n s e r v a t i o n p r a c t i c e s . I n a r e a s w i t h m o d e r a t e r a i n f a l l , r u n - o f f w a t e r f r o m w e l l - f a r m e d

l a n d i s u s u a l l y l o w i n n u t r i e n t s ; t h o u g h h e a v y r a i n o n s l o p i n g l a n d , s h o r t l y a f t e r a p p l i c a -

t i o n o f f a r m y a r d m a . n u r e o r f e r t i l i z e r s , c a n s o m e t i m e s c a u s e q u i t e s e r i o u s l o s s e s b y r u n -

o f f . E x t e n s i v e s t u d i e s h a v e b e e n m a d e o f l o s s e s o f n u t r i e n t s i n d r a i n a g e w a t e r . I n g e n e r a l ,

l e a c h i n g i s l e s s f r o m h e a v y s o i l s t h a n f r o m l i g h t , p e r m e a b l e s b i l s a n d d e p e n d s o n w e a t h e r

c o n d i t i o n s , p a r t i c u l a r l y t h e t i m i n g a n d q u a n t i t y o f r a i n f a l l . A n i m p o r t a n t f a c t o r i s t h e a b i -

l i t y o f t h e r o o t s o f g r o w i n g c r o p s t o t a k e u p s o l u b l e n u t r i e n t s i n t h e s o i l a s t h e y b e c o m e

a v a i l a b l e f r o m m i n e r a l i z a t i o n o f s o i l ' s r e s e r v e s o r f r o m f e r t i l i z e r s a n d m a n u r e s . L o s s e s

o f n u t r i e n t s b y l e a c h i n g a r e g r e a t e s t f r o m f r e s h l y - t i l l e d , u t i c r o p p e d s o i l s a n d l e a s t f r o m

p e r m a n e n t g r a s s l a n d . L e a c h i n g l o s s e s f r o m s o i l s u n d e r c l o s e l y p l a n t e d c r o p s w i t h e x t e n -

s i v e r o o t s y s t e m s a r e l e s s t h a n t h o s e f r o m s o i l s u n d e r g r a p e v i n e s O r f r u i t c r o p s w i t h

r e l a t i v e l y l i t t l e r o o t g r o w t h , o r u n d e r w i d e l y s p a c e d c r o p s w i t h i n t e r - r o w c u l t i v a t i o n .

F o r t h e s a m e r e a s o n , l o s s e s t e n d t o b e l e s s u n d e r a u t u m n - s o w n c e r e a l s t h a n u n d e r s p r i n g -

s o w n c r o p s .

T h e c o r r e c t t i m i n g o f f e r t i l i z e r a p p l i c a t i o n t o t i l l a g e c r o p s i s o b v i o u s l y a n i m p o r t a n t

c o n s i d e r a t i o n , a s t o o e a r l y a p p l i c a t i o n w i l l r e s u l t i n q u a n t i t i e s o f s o l u b l e n u t r i e n t s b e i n g

a t r i s k i n t h e s o i l f o r a n u n n e c e s s a r i l y l o n g t i m e , u n l e s s t h e c l i m a t i c c o n d i t i o n s a r e s u c h

t h a t l e a c h i n g i s u n l i k e l y d u r i n g t h i s p e r i o d . I t i s f o r t u n a t e t h a t c o r r e c t a p p l i c a t i o n o f f e r t i -

l i z e r s i n r e s p e c t o f q u a n t i t y , M e t h o d a n d t i m i n g i s i n t h e b e s i . e c o n o m i c i n t e r e s t o f t h e

f a r m e r s a s w e l l a s m i n i m i z i n g t h e p r o p o r t i o n o f a p p l i e d n u t r i e n t s l o s t b y l e a c h i n g .

I n t h e c a s e o f n i t r o g e n , t h e g r o w i n g o f l e g u m i n o u s c r o p s s u c h a s p e a s , b e a n s a n d

c l o v e r s c a n r e s u l t i n m o r e n i t r o g e n b e c o m i n g a v a i l a b l e f o r l e a c h i n g , a n d l o s s e s c a n b e

p a r t i c u l a r l y h i g h , f o r e x a m p l e , s h o r t l y a f t e r p l o u g h i n g - i n a c l o v e r - r i c h s w a r d .

Q u a n t i t a t i v e D a t a o n L e a c h i n g o f N i t r o g e n a n d P h o s p h a t e

f r o m A g r i e u l t t a r a l L a n d

A c o m p r e h e n s i v e r e v i e w o f U K i n f o r m a t i o n o n l o s s e s o f n i t r o g e n a n d p h o s p h a t e f r o m

a g r i c u l t u r a l l a n d v , , a . s g i v e n b y C o o k e a n d W i l l i a m s a t t t h e S y m p o s i u m o n E u t r o p h i c a t i o n

h e l d b y t h e S o c i e t y f o r W a t e r T r e a t m e » t a n d F x a r n i n a t i o n i n L o n d o n , M a r c h 1 9 7 0 , P a r t i -

c u l a r r e f e r e n c e w a s m a d e t o s . t i ¡ d i e s o f n i t r a t e s i n f i e l d d r a i n a g e a t R o t h a r n s t e d , W o b u r n

a n d S a x m u n d h a r n a n d t o l y s i m e t e r e x p e r i m e n t s a t I t o t h a r n s t e d a n d a t C r a i b s t o n e , n e a r

A b e r d e e n . T h e y c o n c l u d e d t h a t d r a i n a g e f r o m w e l l - f a r m e d a r a b l e l a n d i n E n g l a n d w i l l

c o n t a i n o n a v e r a g e 1 0 m g N O 3 - N p e r l i t r e ; l e a c h i n g o f N f r o m t h e d e c s y o f r o o t s a n d p l a n t

r e s i d u e s i s g r e a t e s t d u r i n g w i n t e r , b u t e x t r a n i t r a t e i s l i a b l e t o a p p e a r i n d r a i n a g e d u r i n g

w e t p e r i o d s i n s p r i n g i f f e r t i l i z e r n i t r o g e n i s a p p l i e d b e f o r e c r o p s a r e s u f f i c i e n t l y d e v e l -

o p e d t o

t a k e i t u p . L i g h t l a n d l o s e s n i t r a t e t o g i v e d r a i n a g e w i t h l a r g e r a n d m o r e c o n s t a n t

n i t r a t e c o n c e n t r a t i o n s d u r i n g t h e y e a r t h a n h e a v y l a n d . L o s s o f n i t r a t e i n d r a i n a g e f r o m

p r o d u c t i v e l a n d c a n n o t b e p r e v e n t e d , h o w e v e r , b e c a u s e m o r e n i t r o g e n w i l l b e m i n e r a l i z e d

f r o m s o i l r e s e r v e s a n d c r o p r e s i d u e s b y m i c r o b i a l a - t i o n t h a n a r a b l e c r o p s c a n t a k e u p a t

s o m e t i m e s o f t h e y e a r . T h e y a l s o n o t e d t h a t d u r i n g w e t p e r i o d s i n s u m m e r s o m e n i t r a t e

m a y o c c u r i n d r a i n a g e f r o m g r a z e d g r a s s l a n d b e c a u s e t h e l a r g e r c o n c e n t r a t i o n s o f n i t r o g e n

i n u r i n e p a t c h e s m a y e x c e e d t h e c a p a c i t y o f t h e s o i l a n d c r o p t o a b s o r b i t .

C o o k e a n d W i l l i a m s o b s e r v e d t h a t s o l u b l e p h o s p h a t e f e r t i l i z e r s a r e l e a c h e d d o w n s o i l

p r o f i l e s i n p o d z o l s d e v e l o p e d f r o r n B a g s h o t B e d s c o n t a i n i n g o n l y 1 - 2 % c l a y ; p h o s p h o r u s

f r o m 2 0 s u c c e s s i e v e y e a r s o f h e a v y d r e s s i n g s d f a r m y a r d m a n u r e h a s p e n e t r a t e d i n t o t h e

s u b s o i l o f l i g h t l a n d a t W o b u r n ; n o o t h e r e x a m p l e s h a v e b e e n f o u n d o f s o l u b l e p h o s p h a t e s

p e n e t r a t i n g d e e p l y e n o u g h

i n

a r a b l e s o i l s t o r e a c h d r a i n a g e s y s t e m s , b u t s o m e m a y



p e n e t r a t e o v e r a p e r i o d o f y e a r s o n p e r m a n e n t g r a s s . D r a i n a g e f r o m a r a b l e C h a l k y B o u / d e r

C l a . y s o i l a v e r a g e d 0 . 0 7 m g P / 1 , a n d f r c ) m O r e e n s a n d s o i l i n B e d f o r d s h i r e 0 . 1 7 m g P / 1 .

O c c a s i o n a l l y h i g h e r c o n c e n t r a t i o n s h a v e b e e n r e c o r d e d , p r o b a b l y f r o m c o n t a m i n a t i o n b y

a n i m a l e x c r e t a , b u t w e r e n e v e r a s s o c i a t e d w i t h f e r t i l i z e r a p p l i c . - . a t i o n s .

A p a p e r w a s p r e s e n t e d a t t h e s a m e S y m p o s i u m b y T o m l i n s o n o f J e a l o t t ' s H i l l R e s e a r c h

S t a t i o n , o n t r e n d s i n n i t r a . t e c o n c e n t r a t i o n s i n E n g l i s h r i v e r s a n d i n f e r t i l i z e r u s e . I n m o s t

o f C h e 1 7 r i v e r s s t u d i e d d u r i n g t h e p e r i o d 1 9 5 3 t o 1 9 6 1 n i t r a t e c o n c e n t r a t i o n s d i d n o t i n c r e a -

s e s i g n i f i c a n t l y d e s p i t e t h e s u b s t a n t i a l i n c r e a s e i n f e r t i l i z e r u s e . E v e n i n t h o s e c a s e s w h e r e

s i g n i f i c a n t i n c r e a s e s o c c u r r e d t h e i n c r e a s e . s w e r e n o t d r a m a t i c . C o r r e l a t i o n s c o u l d n o t

u s u a l l y b e d r a w n b e t w e e n n i t r o g e n o u s f e r t i l i z e r u s e a n d t h e n i t r a t e c o n t e n t o f t h e r i v e r s

a n d t h e a u t h o r s u g g e s t e d t h a t t h i s i s b e c a u s e m o s t o f t h e n i t r a t e l e a c . h e d f r o m t h e s o i l

c o m e s

f r o m t h e l a r g e r e s e r v e s o f s o i l . N a n d n o t d i r e c t l y f r o m a d d e d f e r t i l i z e r s .

A p a p e r b y A r m i t a g e , a l s o o f J e a i o t t ' s H i l l R e s e a r c h S t a t i o n , w a s p r e s e n t e d a t

a

S y m p o s i u m o n P o l l u t i o n C o n t r o l o r g a n i z e d b y t h e C h e m i s t r y D e p a r t m e n t o f t h e U n i v e r s i t y

o f I v l a n c h e s t e r I n s t i t t i t c - o f S c i e n c e a n c l T e c h n o l o g y i n J a n u a r y / 1 9 7 1 , i n w h i c h e m p h a s i s w a s

p l a c e d o n t h e e x p e r i m e n t a l w o r k a t J e a l o t t ' s H i l l a n d e l s e w h e r e i n t h e U K , u s i n g l y s i m e t e r s

t o i n v e s t i g a t e l o s s e s o f n u t r i e n t s b y ' f i e l d d r a i n a g e a n d t h e e f f e c t s o f f e r t i l i z e r s o n t h e l e v e l

o f n i t r a t e i n r i v e r w a t e r . M e n t i o n w a . s m a d o o f t h e s t u d i e s b y L o w a n d A r m i t a g e ( P l a n t &

S o i l

1 9 7 0 , 3 3 , ' 3 9 3 - 4 1 1 ) i n w h i c . h t h e d r a i n a g e f r o m f a l l o w , c l o v e r - a n d g r a s s c r o p p e d l y s i -

m e t e r s o v e r a 4 i / 4 - y e a r p e r i o d , n o t r e c e i v i n g a . n y n i t r o g e n o u s f e r t i l i z e r , a v e r a g e d r e s -

p e c t i v e l y 1 1 8 , 4 f ) a n d 3 k g N / h a / y e a r . T h e s e e x p e r i m e n t s h a v e b e e n e x t e n d e d i n 1 9 7 1 t o

i n c l u d e a l l - g r a s s s w a r d s r e c e i v i n g i n c r e a s i n g l e v e l s o f n i t r o g e n u p t o a p p r o x i m a t e l y 6 7 5

k g N / h a / y e a r .

A b i b l i o g r a p h y o n l o s s o f n i t r o g e n f e r t i l i z e r b y l e a c h i n g w a s p u b l i s h e d b y t h e C o m m o n -

w e a l t h H u r e a u o f S o i l s i n M a y 1 9 7 1 ( S e r i a l N o . 1 4 5 8 ) . E a r l i c : r b i b l i o g r a p h i e s r e l a t o d t o

m o v e m e n t o f s o i l a n d f e r t i l i z e r n i t r o g e n i n s o i l ( N o . 9 2 0 ) , N a t : d P l o s s e s f r o m s o i l b y

l e a c h i n g a n d e r o s i o n ( N o . 1 0 8 9 ) , c h e m i c a l c o m p o s i t i O n o f d r a i n a g e a n d g r o u n d w a t e r ( N o .

1 1 9 5 ) , a n d r a t e o f n u t r i e n t c y c l i n g i n e c o s y s t e m s ( N o s . 6 8 3 a n d 1 1 9 9 ) .

L y s i m e t e r s t u d i e s a t R s , N o r w a y , 1 9 : 3 8 - 4 3 , v J e r e r e p o r t e d b y O d e l i c n a n d V i d m e

( M e l d . N o r g . L a n d l i r . I M g s k 1 9 4 5 , 2 5 . 2 7 3 - 3 6 2 ) . L y s i r n e t e r s c r o o n e d w i t h p o t a t o e s

r e c e i v e d a p p r o x i m a t e l y 5 9 k g f e r t i l i z e r N p e r h e c t a r e a n n u a l l y o r d o u b l e t h a t a m o u n t i n

a l t e r n a t e y e a r s . A b o u t t l . v o - t h i r d s o f t h e a p p l i e d f e r t i l i z e r N w a s r e c o v e r e d i n t h e c . r o p .

O v e r a 5 - 7 y e a r p e r i o d t h e l e a c h i n g o f a p p l i e d f e r t i l i z e r N a m o u n t e d t o 5 % a n d 0 . . 3 %

r e s -

p e c t i v e l y . T h e p r o p o r t i o n t h a t w a s n o t r e c o v e r e d e i t h e r i n t h e c r o p o r i n t h e d r a i n a g e

w a t e r , a n d t h e r e f o r e r e m a i n e d i n t h e s o i l o r g a n i c m a t t e r o r w a s l o s t t o t h e a t m o s p h e r e ,

a m o u n t e d t o 2 9 t o 3 5 % .

L y s i m e t e r s t u d i c . s a t t h e S t a t e E x p e r i m e n t a l S t a t i o n a t . A s k o v , D e n m a r k , w e r e d e s -

c r i b e d b y K o f o e d a n d L i n d h a r d ( T i d s s k r . P l a n t e a v l . 1 9 6 8 , 7 2 , 1 1 7 - 4 3 7 ) . G r a s s - c r o p p o d

l y s i r n e t e r s r e c e i v e d c a l c i u m n i t r a t e a n n u a l l y a t r a t e s a . v h i c h a v e r a g e d 1 8 3 k g N

p e r h e c -

t a r e p e r y e a r o v e r a 9 - y e a r p e r i o d . T o t a l N l e a c h e d d u r i n g t h i s p e r i o d , w h i c h i n c l u d e d

N f r o m t h e s o i l r e s e r v e s a n d f r o m p r e c i p i t a t i o n , f i x a t i o n b y m i c r o - o r g a n i s m s

e t c . a s

w e l l a s f e r t i l i z e r N , a m o u n t e d t o b e t w e e n 5 a n d 1 0 k g N / h a / y e a r o n 5 s o i l s . T h i s c o m p a r e d

w i t h u p t a k e b y t h e c r o p o f 1 2 0 t o 1 9 0 k g N / h a / y e a r . H i g h e r l e a c h i n g l o s s e s a v e r a . g i n g 3 1

t o 4 3 k g N / h a / y e a r w e r e o b s e r v e d o n 4 o t h e r s o i l s , a s s o c i a t e d p a r t i c u l a r l y w i t h c r o p

f a i l u r e i n s o n - t e s e a s o n s o n t h e h i g h - m o o r p e a t a n d s a n d y s o i l s . A r e f e r e n c e

w a s a l s o

m a d e t o e a r l i e r l y s i r n e t e r s t u d i e s i n D e n t - n a r k c o n d u c t e d b y I v e r s e n ( T i d s s k r . P l a n t e a v l .



1 9 4 3 , 4 7 , 6 6 - 6 9 ) . I t i s n o t e w o r t h y t h a t a n a l y s i s o f s a m p l e s o f d r a i n a g e w a t e r f r o m v a r i o u s

p a r t s o f D e n m a r k i n 1 9 6 9 s h o w e d a n a v e r a g e a n n u a l l o s s o f n i t r o g e n b y l e a . c h i n g f r o m t h e

p r e d o m i n a n t l y s a n d y s o i l s o f J u t l a n d o f a b o u t 2 0 k g N O 3 - N p e r h e c t a r e , v i r t u a l l y t h e s a m e

o

a m o u n t a s h a d b c v n o b s e r v e d i n s t u d i e s a t A s k o v a n d a n e i g h b o U r i n g f a r m , J e j l u n d g a r d ,

s o m e 4 5 y e a r s e a r l i e r ( T i d s s k r . P l a n t e a v l . 3 4 ,

7 5 5 ) , d e s p i t e t h e f a c t t h a t D a n i s h a g r i c u l -

t u r a l p r o d u c t i o n h a d m u l t i p l i e d s e v e - t r a l - f o l d d u r i n g t h e i n t e r v e n i n g p e r i o d a n d t h e a v e r a g e

r a t e o f u s e o f f e r t i l i z e r n i t r o g e n h a d i n c r e a s e d f r o m a b o u t 5 k g t o o v e r 8 0 k g N p e r h e c t a r e .

B a l a n c e s h e e t s d r a w n u p b y L i n d h a r d ( T i d d s k r . f o r L a n d 6 k a n o m i 1 9 7 0 , N o . 2 , 6 4 - 7 6 ;

1 9 7 1 , N o , 3 , 2 3 7 - 2 5 3 ) f o r t h e w h o l e o f D e n m a r k i n d i c a t e t h a t t h e t o t a l o f l e a c h i n g l o s s o f

n i t r o g e n f r o m D a n i s h s o i l s i n 1 9 6 6 a m o u n t e d t o 5 4 , 0 0 0 t o n s N , c o m p r i s i n g 2 7 , 0 0 0 t o n s

i n t h e d r a i n a g e w a t e r a n d 2 7 , 0 0 0 t o n s d o w n w a r d p e r c o l a t i o n , c o m p a r e d w i t h 1 9 2 , 0 0 0 t o n s

N a p p l i e d i n f e r t i l i z e r s a n d 1 9 8 , 0 0 0 t o n s N i n a n i m a l m a n u r e s . C o r r e s p o n d i n g f i g u r e s f o r

t h e p h o s p h o r u s b a l a n c e i n 1 9 6 8 s h o w e d o n l y 1 , 0 0 0 t o n s P l e a c h e d , c o m p a r e d w i t h 5 2 , 0 0 0

t o n s a p p l i e d i n f e r t i l i z e r s a n d a n o t h e r 5 2 . , 0 0 0 t o n s i n a n i m a l m a n u r e s . T h e t w o b a l a n c e

s h e e t s a r e s u m m a r i z e d b e l o w :

L e a c h i n g l o s s e s t h u s a m o u n t e d t o a p p r o x i m a t e l y 1 0 p e r c e n t o f a l l a d d i t i o n s o f N t o t h e

s o i l a n d 1 p e r c e n t o f a l l a d d i t i o n s o f P .

C h r i s t e n s e n ( I l e d e s e l s k a b e t s T i d s s k r 1 9 7 0 , N o . 3 , 5 0 - 6 0 ) h a s p o i n t e d o u t t h a t , a l t h o u g h

t h e s u r f a c e a n d d r a i n a g e w a t e r a l w a y s c o n t a i n s n i t r a t e , t h e g r o u n d w a t e r i n D e n m a r k c o n -

t a i n s p r a c t i c a l l y n o n i t r a t e . T h i s m u s t b e d u e t o r e d u c t i o n o f n i t r a t e a s t h e w a t e r

P h o s p h o r u s b a l a n c e f o r

5 4 0

D a n i s h s o i l s , 1 9 6 8

B a l a n c e f i x e d i n s o i l

4 4 0

1 0 0

( t h o u s a n d t o n s P )

A d d i t i o n s

R e r n o v a l s

F e r t i l i z e r s

5 2


5 0

A n i m a l m a n u r e s

5 2

L e a c h i n g l o s s

1

S e e d

1

B u r n t s t r a w

3

1 0 8

5 1

B a l a n c e f i x e d i n s o i l

5 7

N i t r o g e n b a l a n c e f o r D a n i s h s o i l s , 1 9 6 6 ( t h o u s a n d t o n s N )

A d d i t i o n s

R e r n o v a l F t


1 9 2


3 3 o

A n i m a l m a n u r e s

1 9 8

A n - i m o n i a l o s s

4

S e e d

5

D e n i t r i f i c a t i o n l o s s

4 6

M i c r o - o r g a n i s m s

1 0 0

1 . e a c h i n g l o s s e s ;

D r a i n a g e

2 7

P r e c i p i t a t i o n

4 5

P e r c o l a t i o n

2 7



p e r c o l a t e s d o w n w a r d s t h r c - i u g h t h e

s o i l .

W r i t i n g i n V a x t - N d r i n g s - N y t t

1 9 6 6 , 2 2 ( 3 ) ,

1 - 9 , P r o f e s s o r S . L . J a n s s o n o f t h e

R o y a l A g r i c u l t u r a l C o l l e g e o f S w e d e n e s t i m a t e d t h a t i n g e n e r a l 7 0 % o f f e r t i l i z e r N

a p p l i e d t o a c e r e a l c r o p i s t a k e n u p b y t h e c r o p ( 3 5 % i n t h e g r a i n , 1 7 % i n t h e s t r a w a n d

1 8 % i n p l a n t r e s i d u e s i n t h e s o i l ) , 2 5 % i s a b s o r b e d i n t h e

s o i l

o r g a n i c m a t t e r a n d o n l y

a f a i r l y s m a l l p r o p o r t i o n , a r o u n d 5 % i s l o s t b y l e a c h i n g , d e n i t r i f i c a t i o n a n d e v a p o r a t i o n .

A n a l y s i s O f c l r a i n w a t e r f r o m c u l t i v a t e d s o i l s i n v a r i o u s p a r t s o f S w e d e n b y P r o f e s s o r

L . W i k l a n d e r s h o w e d a n a v e r a g e o f 8 . 5 m g N a n d 0 . 0 1 9 m g P p e r l i t r e i n d r a i n a g e f r o m

s o i l s i n S k á n e , t h e m o s t h e a v i l y f e r t i l i z e d r e g i o n , c o n - i p a r e d w i t h a n

a v e r a g e

o f 1 . 1 m g N

a n d O . 0 2 2 m g P p e r l i t r e i n d r a i n a g e f r o m

s o i l s

i n N o r r b o t t e n , o n e o f t h e l e a s t f e r t i l i z e d

d i s t r i c t s , ( G r u n d f b r b d t t r i n g ,

1 9 7 0 ,

N o . 2 3 , 1 1 7 - 1 4 1 ) . F e r t i l i z e r u s e i n 1 9 6 8 / 6 9 a v e r a g e d

1 0 6 k g N , 7 6 k g

P 2 0 5 ,

8 2 k g K . 0 p e r h e c t a r e i n S k a n e a n d 2 4 k g N ,

2 8

k g P 2 0 , 3 0 k g

K 0 p e r h e c t a r e i n N o r r b o t t e n .

D

S e v e r a l a r t i c l e s o n t h e s u b j e . c t o f e u t r o p h i c a t i o n a n d w a t e r q u a l i t y i n r e l a t i o n t o f e r t i -

l i z e r u s e w e r e r e c e n t l y p u b l i s h e d i n t h e D u t c : h j o u r n a l S t i k s t o f O c t o b e r 1 9 7 1 , V o l . 6 , N o . 6 9 .

K o l e n b r a n d e r s h o w e d t h a t t h e a n n u a l c o n t r i b u t i o n o f r u r a l a n d u r b a n

a r e a s t o e u t r o p h i c a -

L i o n i n t h e N e t h e r l a n d s a v e r a g e d 5 4 k g N a n d 1 6 . 8 k g

P 2 0 5 p e r h e c t a r e

o f u t i l i z e d a g r i -

c u l t u r a l l a n d , o f w h i c h 3 2 k g N a n d

0 . 6 k g

P 2 0 5

c a m e v i a t h e s o i l a n d t h e r e m a i n d e r f r o m

s e w a g e a n d k i t c h e n w a s t e s . I n a n e a r l i e r p a p e r . K o l e n b r a n d e r ( N e t h . J . A g r i e . R e s .

1 9 6 9 ,

1 7 , 2 4 6 - 2 5 5 )

i n d i c a t e d t h e a n n u a l l e a c h i n g l o s s o f n i t r o g e n f r o m a r a b l e a n d g r a s s l a n d i n

t h e N e t h e r l a n d s , w h e n d r a i n a . g e w a s

3 5 0

r n m / y e a r ,

t o

b e 5 8 a n d 1 3

k g

N / h a r e s p e c t i v e l y ,

m a d e u p a s f o l l o w s :

N l e a c h e d ( k g

N / b a )

F r o m a r a b l e l a n d

F r o m g r a s s l a n d

S o i l

4 1

F e r t i l i z e . r

1 2 ( o u t o f 9 0 a p p l i e d )

( o u t o f 2 0 0 a p p l i e d )

A n i m a l m a n u r e

5 ( o u t . o f 1 0 0 a p p l i e d )

4 ( o u t o f 1 0 0 a p p l i e d )

T o t a l

5 8

1 3

T h e a m o u n t o f f e r t i l i z e r N t h a t w a s l e a c h e d a v e r a g e d 4 p e r c e n t f o r t h e

c o u n t r y a s a w h o l e ,

2 1 / 2 p e r c e n t f o r c l a y s o i l s a n d 5

p e r c e n t f o r s a n d y s o i l s .

R e s u l t s o f t h e l o n g - t e r r n l y s i r n e t e r s t u d i e s c o n d u c t e d f o r

m a n y y e a r s a t t h e B A S F

L i m b u r g e r h o f E x p e r i m e n t a l S t a t i o n a n d o f o t h e r e x p e r i m e n t s i n t h e G e r m a n F e d e r a l

R e p u b l i c h a v e b e e n d e s c r i b e . d b y D r . J . J u n g w h o s e g e n e r a l c o n c l u s i o n i s t h a . t u n d e r f i e l d

c o n d i t i o n s l e a c h i n g

l o s s e s o f

a p p l i e d f e r t i l i z e r n i t r o g e n w o u l d n o t o n a v e r a g e e x c e e d

a b o u t 5 p e r e . e n t .

I 3 e n e f i t s f r o m F e r t i l i z e r U s e

I t i s

h a r d l y n e c e s s a r y , i n v i e w o f t h e p r e d o m i n a n t p o s i t i o n a . t t a c h e d t o f e r t i l i z e r s

a s

a n a g r i c u l t u r a l i n p u t i n F A O ' 8 I n d i c a t i v e W o r l d P l a n f o r A g r i c u l t u r a l D e v e l o p m e n t , t o

d r a w a t t e n t i o n t o t h e m a j o r r o l e p l a y e d b y f e r t i l i z e r s i n i n c r e a s i n g w o r l d f o o d s u p p l i e s

a n d i n l o w e r i n g t h e u n i t c o s t o f p r o d u c t i o n . T h e r e i s p e r h a p s , h o w e v e r ,

s o m e a d v a n t a g e



t o b e g a i n e d b y c o n s i d e r i n g c e r t a i n o t h e r l e e s o b v i o u s b e n e f i t s a r i s i n g f r o m f e r t i l i z e r u s e .

B y i n c r e a s i n g y i e l d s o f t i l l a g e c r o p s p e r h e c t a r e , f o r e x a m p l e , f e r t i l i z e r u s e e n a b l e s a

g i v e n l e v e l o f p r o d u c t i o n t o b e a c h i e v e d f r o m a r e d u c e d a r e a u n d e r t i l l a g e , t h u s r e d u c i n g

t h e l o s s o f p l a n t n u t r i e n t s b y n a t u r a l c a u s e s . P a r t i c u l a r l y o n g r a s s l a n d , b u t a l s o o n t i l l a g e

c r o p s , t h e u s e o f f e r t i l i z e r s r e s u l t s i n a n i n c r e a s e d c o n t r i b u t i o n f r o m p l a n t r o o t s a n d

c r o p r e s i d u e s t o t h e o r g a n i c m a t t e r c : o n t e n t o f t h e s o i l , t h u s m a i n t a i n i n g a . n d i m p r o v i n g

t h e l e v e l o f s o i l f e r t i l i t y ( s e e , f o r e x a m p l e , a l i t e r a t u r e r e v i e w o n t h i s s u b j e c t b y D . J .

H a l l i d a y i n J e a l o t t ' s H i l l R e s e a r c h S t a t i o n B u l l e t i n N o . 8 , J a n u a r y 1 9 5 0 ) . A n o t h e r i n t e r -

e s t i n g a s p e c t , f o r w h i c h t h e a u t h o r i s i n d e b t e d t o h i s B e l g i a n c o l l e a g u e i n t h e C e n t r e

d ' E t u d e d e l ' A z o t e , M r . J . B u r n o t t e , i s t h e i n c r e a s e d c o n v e r . s i o n o f a t m o s p h e r i c C O 2 t o

o x y g e n a s a r e s u l t o f t h e i n c r e a s - e d p h o t o s y n t h e t i c a c : t i v i t y t h r o u g h i n c r e a s e d p l a n t g r o w t h .

I n B e l g i u m , f o r e x a m p l e , i t h a s b e e n e s t i m a t e d t h a t a v i r t u a l d o u b l i n g o f n i t r o g e n a n d

p h o s p h a t e u s e , c o u p l e d w i t h a r a t h e r s m a l l i n c . r e a s e i n t h e u s e o f p o t a s h , o v e r a n i n t e r v a l .

o f 1 5 y e a r s h a s r e s u l t e d i n t h e p r o d u c t i o n o f o x y g e n . . s u f f i c i e n t f o r a n e x t r a 3 m i l l i o n p e o p l e

a n d a n e q u i v a l e n t d i r n i n u i t i o n i n a t m o s p h e r i c c a r b o n d i o x i d e . .

C o n c l u s i o n

T h e p r e s e n t p a p e r h a s i n d i c a t e d t h a . t t h e c o n t r i b u t i o n o f n u t r i e n t s f r o m f e r t i l i z e r s

a p p l i e d t o a g r i c u l t u r a l l a n d t o i n l a n d w a t e r s a n d r i v e r s i s g e n e r a l l y s m a l l i n r e l a t i v e l y

h e a v i l y - p o p u l a t e d d e v e l o p e d c o u n t r i e s i n r e l a t i o n t o t h e c o n t r i b u t i o n f r o m s e w a g e e f f l u e n t s

f r o r n u r b a n a r e a s . T h e c . o n t r i b u t i o n i s s m a l l e r f r o m g r a s s l a n d t h a n f r o m l a n d u n d e r t i l l a g e

c r o p s a n d i s s m a l l e r f r o m h e a v i e r t h a n f r o m l i g h t e r s o i l s . I t c a n b e m i n i m i z e d b y a p p l y -

i n g f e r t i l i z e r s c o r r e c t l y a t t h e r i g h t t i m e a n d i n t h e r i g h t q u a n t i t y . I n t h i s r e s p e c t f a r m e r ' s

a n d e n v i r o n m e n t a l i s t s ' i n t e r e s t s c o i n c i d e . A g a i n s t t h i s s r n a l l n e g a t i v e e f f e c t o f f e r t i l i z e r s

m u s t b e s e t t h e v e r y r e a l b e n e f i t s o f f e r t i l i z e r u s e , b o t h d i r e c t a . n d i n d i r e c t . M o r e o v e r ,

t h e i n c r e a s e i n t h e n u t r i e n t c o n t e n t o f w a t e r s w h i c h r e s u l t s f r o r n t h e u s e o f f e r t i l i z e r s o n

a g r i c u l t u r a l l a n d i s r a r l e y a c r i t i c a l f a c t o r i n e u t r o p l a i c a t i o n , i n t h e n a r r o w e r s e n s e o f

" b l o o r n s " o f a l g a e , e x c e p t o c c a s i o n a l l y i n h a r d r o c k - a n d h i g h l a n d a r e a . s . T h e f a c t o r s i n -

f l u e n c i n g t h e s e " b l o o m s " a r e s t i l l n o t f u l l y u n d e r s t o o d a n d r e q u i r e f u r t h e r s t u d y .



R e f e r e n c e s

T H E P R E S E N T P R O B L E M S O F W A S T E D I S P O S A L A N D T H E

F U T U R E W A ' S T E M A N A G E M E N T I N E U R O P E

O . J a a g

C O N T E N T S

1

H o w t o t a c k l e t h e s o l i d w a s t e s p r o b l e m

P l a n n i n g o f w a s t e d i s p o s a l f a c i l i t i e s

T h e m a i n s y s t e m s o f s o l i d w a s t e s d i s p o s a l

3 . 1 O p e n d u m p i n g

3 . 2

C o n t r o l l e d t i p p i n g o r s a n i t a r y l a n d f i l l

3 . 3

C o m p o s t i n g

3 . 4

I n c i n e r a t i o n

C o s t i n g a n d c o n c l u s i o n

N e w c o n c e p t s

5 . 1

P o s s i b i l i t i e s o f s l u d g e d i s p o s a l

5 . 2

I n f l u e n o e o f h a r d l y o r n o n d e g r a d a b l e o r g a n i c c o m p o u n d s

5 . 3

I n f l u e n c e o f i n o r g a n i c c o m p o u n d s



e i e w e ' e r ,

: . : . 1 : 1 1 ( 2 1 2 , N T ; n

E u n o P L :

O . J a a g

W h e r e p e o p l e l i v e a n d w o r k , w a s t e s a r e g e n e r a t e d i n a s o l i d , l i q u i d a n d

g a s e o u s f o r m .

T o k e e p o u r e n v i r o n m e n t h e a l t h y a n d e n j o y a b l e , t h e s e w a s t e s m u s t b e d i s p o s e d o f i n s u c h

a

w a y t h a t t h e y a r e n o t o b j e o t i o n a b l e f r o m a n a e e t h e t i o o r h y g i e n i c p o i n t o f v i e w , o r

c a u s e i m m i s s i o n s , o r h a r m t h e h e a l t h a n d l i f e o f m a n k i n d i n

a n y w a y .

T o p r o v i d e a d e q u a t e r e f u s e r e m o v a l , t h e c i t i e n e s t a b l i s h e d a c o l l e c t i o n s e r v i c e , a n d

t h e i n d u s t r y p r o v i d e d m o r e h y g i e n i c a n d m o r o e f f i c i e n t c o l l e c t i o n v e h i c l e e w h i c h a r o e t i l l

i m p r o v e d .

A q u e s t i o n n a i r e e l a b o r a t e d l a t e l y r e v e a l e d t h a t

i n

p r a c t i c a l l y a l l E u r o p e a n

c o u n t r i e e t h e d u t y t o d i s p o s e o f s o l i d , l i q u i d a n d s l u d g y w a s t e s i n a n o n - o b j e c t i o n a b l e

w a y r e a t e w i t h t h e c o m m u n i t i e s a n d i n d u s t r i e s .

1 .

H o w t o t a c k l e t h e n o l i d w a s t e s p r o b l e m

T h e d u t y t o p r o t e c t o u r h a b i t a t i n v o l v e e t h e f o l l o w i n g p a r t i c u l a r a n d i n e v i t a b l e

m e a e u r e s :

t h e p r o t e c t i o n a n d , w h e r e n e c e s s a r y , t h e p u r i f i c a t i o n o f o u r w a t e r s b y

t r e a t i n g t h e s e w a g e f r o m r e s i d e n t i a l a r e a s a n d i n d u s t r i e s b e f o r e i t i s d i s c h a r g e d i n t o

a r e c e i v i n g w a t e r b o d y ; t h e e l i m i n a t i o n o f n o l i d w a s t e s , i . e . d o m e s t i c r e f u s e , s t r e e t

r e f u n n , w a s t e o i l ,

v a r i o u s i n d u s t r i a l w a t e r s , a n i m a l c a r c a s e e e a n d c o n f i s c a t e s w i t h o u t

h a r m i n g t h e h u m a n e n v i r o n m e n t , a n d f i n a l l y t h e r a w a n d d i g e s t e d s l u d g e t h a t a c c u m u l a t e s

i n t h e s e w a g e t r e a t m e n t p l a n t s ;

t h e p r o t e c t i o n o f a i r a n d s o i l a g a i n e t e x c e s s i v e n o i e e

a n d o t h e r i m m i s s i o n s

o f

a l l k i n d s .

T h e n e e d f o k - o r d e r a n d c l e a n l i n e s s h a s , w i t h t h e p a l m i n g o f t i m e , u n d e r g o n e v a r i o u s

c h a n g o s .

T h u s o u r t a s k m u s t b e a d a p t e d t o t h e c i r c u m s t a n c e s , p a r t i c u l a r l y i n t i m e s l i k e

o u r s , w h e r e o n t h e o n e h a n d t h e n e e d f o r a m e n i t i e s i e e x t r e m e l y g r e a t a n d s c e n e t o b e

i n c r e a s i n g , a n d o n t h e o t h e r h a n d , t h e m a s s p r o d u c t i o n i n d u s t r y f l o o d s t h e m a r k e t w i t h

c o m m o d i t i e s o f a l l k i n d s , k i t c h e n d i s h e e , r a d i o a n d t e l e v i s i o n s e t s , w a s h i n g m a c h i n e s ,

r e f r i g e r a t o r s a n d c a r s o f v a r i o u s m a k e s .

T h i e e n t a i l e u n i m a g i n a b l e w a s t e t h a t t h e

c o m m u n i t i e s a n d r e g i o n e m u s t d e a l w i t h i n a n e c o n o m i c a l w a y a n d , i f p o s e i b l e , w i t h o u t

p o l l u t i n g t h e h u m a n e n v i r o n m e n t .

T h e r a p i d e c o n o m i c d e v e l o p m e n t t h a t b e c a m e a p p a r e n t

a f t e r t h e l a s t w o r l d w a r , a s w e l l a s a u t o m a t i o n a n d t h e a c c e l e r a t e d g r o w t h o f t h e

p o p u l a t i o n b r o u g h t a b o u t a n e w a v a l a n c h e o f w a e t e , t h e e n d o f w h i c h c a n n o t y e t b e f o r e s e e n .

D u r i n g t h e l a s t 1 5 y e a r s , t h e v o l u m e o f d o m e s t i c r e f u s e h a s d o u b l e d o r e v e n t r i p l e d .

T h i e d e v e l o p m e n t i s d u e p a r t i c u l a r l y t o a n a b u n d a n c e

o f

p a c k a g i n g m a t e r i a l i n t o w n a n d

c o u n t r y .

T h i s m e a n n t h a t t h e w a y t o t r e a t s o l i d w a s t e m u e t b e a d a p t e d t o t h e c h a n g i n g

r e q u i r e m e n t ° a n d t h e g i v e n c i r c u m s t a n c e s .

T h i e p r o - s u p p o s e s t h a t t h e c o m p e t e n t a u t h o r i t i e s

a d a p t t h e i r p o l i c y t o t h e r a p i d d e v e l o p m e n t o f s c i e n c e a n d t e c h n o l o g y t o t h e a d v a n t a g e

o f

a l l

t h o e e I n v o l v e d .

T h i e h o w e v e r r e q u i r e s c o n t i n u o u s i n f o r m a t i o n , d o c u m e n t a t i o n a n d d i s c u s s i o n

i n o r d e r t o c h o o s e t h e b e e t t e c h n i c a l m e a n ° t h a t c o m p e t i t i o n o f f e r s .

T h e p r o b l e m o f w a s t e d i s p o s a l i e a v e r y i m p o r t a n t o n e , b e c a u s e w e m u s t t a k e d e c i s i o n s

a b o u t t h e o r g a n i z a t i o n o f t h e c o l l e c t i o n , t h e t r e a t m e n t , t h e p r o c e s e i n g f o r r e - u a e a n d

f i n a l l y t h e c o m p l e t e d i a l : 1 ( 3 n e l o f t h e u s e l e s s r e m a i n i n g m a t e r i a l .

F o r c o l l e c t i o n a n d t r a n s p o r t a t i o n , t h e m u n i c i p a l c l e a n s i n g d e p a r t m e n t s h a v e f o u n d

s o l u t i o n s w h i c h f o r t h e i r p u r p o s e s w e r e p r a c t i c a b l e .

T h e p r o b l e m o f t h e d i s p o s a l o f

c o l l e c t e d w a s t e i s a l r e a d y a m u c h m o r e d i f f i c u l t o n e .

I n t h i s r e e p e o t , w e h a v e s e v e r a l ,

f u n d a m e n t a l l y d i f f e r e n t p o e s i b i l i t i e s :

a ) O p e n d u m p i n g , b ) C o n t r o l l e d t i p p i n g ( s a n i t a r y

l a n d f i . l 1 ) ,

0 ) C o m p o s t i n g , d . ) I n c i n e r a t i o n .



T h e p r i n c i p a l f a c t o r s t o b e c o n s i d e r e d i n d e t e r m i n i n g f u t u r e n e e d s f o r s o l i d w a s t e s

m a n a g e m e n t a r e i n d u s t r i a l d e v e l o p m e n t , p o p u l a t i o n g r o w t h a n d l a n d p l a n n i n g .

F o r e c a s t s

a r e u s u a l l y d e v e l o p e d o n a r e g i o n a l o r i n t e r - r e g i o n a l b a s i s .

A t a l l e v e n t s c l o e e c o o p e r a t i o n b e t w e e n t h e a u t h o r i t i e s e n g a g e d i n w a t e r a n d

w a s t e w a t e r m a n a g e m e n t a n d t h o s e o c c u p i e d w i t h s o l i d w a n t s d i s p o s a l i n i n d i s p e n s a b l e .

F i g u r e

1 r e p r e s e n t s a s u r v e y o n t h e p r o c e n s i n g c h a n n e l s i n w a s t e s d i s p o s a l .

T h e f i r s t t a s k c o n s i s t s i n d e t e r m i n i n g t h o r o u g h l y t h e a m o u n t o f m u n i c i p a l , i n d u s t r i a l

a n d a g r i c u l t u r a l w a s t e t o b e d i e p o s e d o f p e r y e a r o r p e r w e e k i n t h e c o u r s e o f t h e d i f f e r e n t

s e a s o n s .

I n d u s t r i a l w a s t e s e u r v e y s h a v e t o b e c a r r i e d o u t i n a c c o r d a n c e w i t h t y p i c a l p r o d u o t i o n

p r o g r a m m e s a n d e v e r y e f f o r t m u s t b e m a d e t o o b t a i n d a t a o n p r o d u c t i o n r a t e s a s w e l l a s d a t a

o n w a o t e s g e n e r a t i o n .

W a s t e s f r o m a g r i c u l t u r a l a c t i v i t i e s i n d i c a t e s t r o n g s e a s o n a l v a r i a t i o n s a n d c h a n g e i n

q u a n t i t y f r o m o n e y e a r t o t h e o t h e r .

P l a n n i n g _ o f

w a s t e d i e p o s a l f a c i l i t i e s

T h e u s u a l d e s i g n p e r i o d s f o r w a s t e d i s p o s a l f a c i l i t i e s v a r y f r o m 1 0 t o 4 0 y e a r s .

I n o r d e r t o m a k e t h e b e s t o f t h e i n v e s t e d m o n e y i t i s a d v i s a b l e t o s e c u r e t h e a r e a

n e c e s s a r y f o r t h e t r e a t m e n t o f t h e r e f u s e a C t e r 2 0 y e a r n .

T h e s u r f a c e f o r a s e c o n d

f u r n a c e a n d / o r a s e c o n d c o m p o s t i n g i n s t a l l a t i o n b e i n g a l r e a d y a t h a n d , t h e e n l a r g e m e n t

o f t h e p l a n t c a n b e p r o j e c t e d i n t i m e .

F u r t h e r m o r e , t w o s e t s o f t r e a t m e n t m a c h i n e s

a r e p r e f e r a b l e i n o r d e r t o e n s u r e t h e r u n n i n g o f t h e p l a n t i n c a s e o f a b r e a k d o w n o f

o n e s e t .

M e t h o d s f o r s a m p l i n g p r o c e d u r e s , d e t e r m i n a t i o n o f t h e m o i s t u r e

c o n t e n t ,

s e p a r a t i o n

i n t o w a s t e f r a c t i o n e , ' r e f u s e c o m p o n e n t e a n a l y s i s , h e a t i n g - v a l u e d e t e r m i n a t i o n a r e t h e

m o s t i m p o r t a n t p a r a m e t e r s w h i c h d e t e r m i n e t h e c h o i c e o f t h e f i n a l m e t h o d o f t r e a t m e n t .

T h e h e a t i n g v a l u e i n c r e a s e s w i t h t h e g r o w i n g p e r c e n t a g e o f c a r d b o a r d , p a p e r a n d

e s p e c i a l l y o f p l a s t i c s i n t h e r e f u s e .

P o l y v i n y l - c h l o r i d e ( P V C ) v e r y r a p i d l y i n c r e a s i n g

i n v o l u m e i n t h e r e f u s e o f t e n c a u s e s c o r r o a i o n d a m a g e s o n b o i l e r s .

C o m b u s t i o n r e s i d u e s

f r o m i n c i n e r a t i o n s h o u l d n o t c o n t a i n a n y f e r m e n t a b l e m a t t e r a n d t h e w a t e r s o l u b l e c o m p o u n d s

s h o u l d b e s i n t e r e d i n t h e s l a g .

T h e m a i n s y s t e m s o f s o l i d w a e t e s d i s p o s a l

3 . 1

O p e n d u m p i n g h a s b e c o m e a v e r y w i d e s p r e a d m e t h o d i n r e c e n t y e a r s , w h i c h o f t e n

c o n t a m i n a t e d a n d d i s f i g u r e d t h e c o u n t r y s i d e a n d e v e n p o l l u t e d t h e a i r w i t h a m e l l e f r o m

s u c h d u m p s .

I t h a s b e e n g e n e r a l l y r e c o g n i z e d t h a t t h i s m e t h o d o f w a s t e d i s p o s a l c a n

n o l o n g e r b e a p p l i e d .

3 . 2

A f u r t h e r s t e p i n w a s t e d i s p o s a l h a s b e e n t a k e n i n F r a n c e a n d i n G r e a t B r i t a i n

w i t h t h e s y s t e m o f c o n t r o l l e d t i p p i n g o r s a n i t a r y l a n d f i l l .

T h i s m e t h o d i s m o r e

c o m p l i c a t e d a n d m o r o c o s t l y , s i n c e i t r e q U i r e s s p e c i a l m a c h i n e e a n d p e r s o n n e l , b u t i t

p r o t e c t s t h e d e p o e i t s u r f a c e s a n d t h e s u r r o u n d i n g s f r o m p r a c t i c a l l y a l l i m m i e e i o n s , a n d

m o r e o v e r , i t u s e s l a n d w h i c h h a s s o f a r b e e n u n p r o d u c t i v e .

3 . 3

C o m p o s t i n g

A s f a r a s w a e t e e m a n a g e m e n t i s c o n c e r n e d w e l i v e i n a c l o s e d

e n v i r o n m e n t , w h i c h c o m p r i s e e s o i l , w a t e r a n d a i r .

D i s p o e a l o f w a s t e s m e a n s d i e c h a r g i n g

t h e m i n t o o n e o r m o r e o f t h e s e s e c t o r s o f t h e b i o s p h e r e .

T h u s , p r o p e r w a s t e s m a n a g e m e n t

i n v o l v e s d e c i d i n g w h i c h o f t h e s e s e c t o r s c a n a c c e p t r e f u s e w i t h o u t d e t r i m e n t .

4 0 t o 8 0 %

o f d o m e s t i c r e f u s e c o n s i s t e o f f e r m e n t a b l e m a t t e r , w h i c h c a n b e t r a n s f o r m e d i n t o c o m p o s t .

U n f o r t u n a t e l y t h e s e p l a i n r e l a t i o n s a r e n o t a s s i m p l e a s t h e y m a y s e e m .

T h e t e c h n i c a l ,



Sewage

sludge

r-

Drying

Agricultural

use

Drying

Thickening

Processing

Processing

Channels

in

Wastes Disposal

Domestic Traje

refuse wastes

Composting

Oily

sludges

Processing

Wfh grate Incineration

Without gro fe

relgure 1

Processing

V

Tipping

Industrtl

Anima

sludges

WOVE

Proc s

ITKI

uS tr 101

u



b i o l o g i c a l a n d m a r k e t i n g p r o b l e m s w e r e o f t e n u n d e r e s t i m a t e d a n d l e d t o s u b s e q u e n t

d i a i l l u s i o n m e n t .

M a t u r e c o m p o s t , a p p l i e d

p r o p e r l y , h a s a m a n i f o l d i n f l u e n c e o n c u l t i v a t e d e o i l

f o r

e x a m p l e p r e v e n t i n g w a t e r a n d w i n d e r o s i o n , r e t a i n i n g s o i l m o i s t u r e d u r i n g d r y p e r i o d s a n d

m a n y o t h e r p o s i t i v e e f f e c t s .

T h e b e e t k n o w n a n d m o s t t h o r o u g h l y t e a t e d f i e l d o f c o m p o s t a p p l i c a t i o n i s t h a t o f

v i t i c u l t u r e .

S i n c e t h e v i n e s a r e o f t e n c u l t i v a t e d o n a s l o p e , p r e v e n t i o n o f e r o s i o n p l a y s

a v e r y i m p o r t a n t p a r t . F u r t h e r m o r e c o m p o s t i s w e l c o m e i n h o r t i c u l t u r e , c u l t i v a t i o n o f

v e g e t a b l e s , f r u i t c u l t u r e , t r e e n u r e e r y a n d f o r e e t r y .

A v e r y i n t e r e s t i n g u s e f o r w a s t e c o m p o s t i s p i g b r e e d i n g .

P i g s a r e o f t e n a n e m i c .

I n H o l l a n d s p e c i a l l y t r e a t e d c o m p o s t h a s b e e n g i v e n t o p i g l e t s f o r s o m e t i m e a l r e a d y n o a

s o u r c e o f i r o n .

A c c o r d i n g t o t h e r e a u l t s o b t a i n e d b y a d d i n g c o m p o s t m i x t u r e s w i t h

v a r i o u s p r e p a r a t i o n s r i c h i n i r o n , t h e a n e m i a a n d d i a r r h o e a i n p i g l e t s c a n b e p r e v e n t e d

a n d w e i g h t i n c r e a s e s t i m u t a t e d m o r a e f f e c t i v e l y a n d c h e a p e r w i t h m a t u r e c o m p o s t t h a n w i t h

o t h e r p r e p a r a t i o n s t e n t a d .

C o m p o s t i n g h a s c a u s e d m u c h d i s s i l l u s i o n m e n t f o r m a n y r e a s o n s , b u t a f t e r a l l i t s t i l l

r e p r e s e n t s t h e m o s t s i g n i f i c a n t p o s e i b i l i t y f o r t h e u s e o f w a s t e i f d o n e p r o p e r l y .

I n d e e d

w e a l l k n o w t h a t a g r i c u l t u r e i s i n n e e d o f h u m u s , a n d t h e r e i s n o w a y o f p r o d u c i n g h u m u s

m o r e e c o n o m i c a l l y .

A r e a s o n a b l e s e l l i n g p r i c e c o v e r s p a r t o f t h e e x p e n d i t u r e a , a n d

c o m p o s t t r e a t e d g r o u n d s m a y a b s o r b a c e r t a i n p e r c e n t a g e o f t o x i c i n d u s t r i a l m i n e r a l r e f u e e ,

w h i c h c a n n o t b e d i e p o s e d o f o t h e r w i s e ,

b u t m a r k e t i n g m u s t b e p l a n n e d o n a l o n g t e r m b a s i s .

3 . 4

I n c i n e r a t i o n .

I t h a n

b e e n r e c o g n i z e d a t a v e r y e a r l y s t a g e t h a t b i g c i t i e s ,

p a r t i c u l a r l y w h e n t h e y a r e

s i t u a t e d i n d e n s e l y p o p u l a t e d c o n g l o m e r a t i o n s c a n n o t a p p l y

t h e a b o v e m e n t i o n e d m e t h o d s f o r

t h e i r w a s t e p r o b l e m .

T h e r e f o r e , t h e y c h o s e t h e m o s t

r a d i c a l w a y o f w a s t e d i s p o s a l , i . e . i n c i n e r a t i o n .

I n f a c t , n u m e r o u s c i t i e s a l l o v e r t h e

w o r l d h a v e o p t e d f o r t h i s m e t h o d , w h i c h w a s t o t h e i r a d v a n t a g e .

T h i s d e v e l o p m e n t h a s b e e n

c o n s i d e r a b l y p r o m o t e d b y t h e a v a i l a b i l i t y o f i n c i n e r a t o r s a n d p o w e r f u l m a c h i n e r y .

S u p p l i e r s o f s e v e r a l c o u n t r i e s h a v e f o r d e c a d e s b e e n e n g a g e d i n a h e a l t h y c o m p e t i t i o n w i t h

e a c h o t h e r o f t h i s m a r k e t .

D e p e n d i n g o n t h e l o c a l a n d r e g i o n a l c i r c u m s t a n c e s , t h e c o m p e t e n t a u t h o r i t i e s a r e l e f t

w i t h t h e c h o i c e o f i n c i n e r a t i o n w i t h o r w i t h o u t u t i l i z a t i o n o f t h e e n e r g y g e n e r a t e d .

T h i s

e n e r g y c a n b e u s e d f o r t h e p r o d u c t i o n o f h e a t , s t e a m o f e l e c t r i c p o w e r ( F i g u r e 2 ) .

T h e f a o t t h a t t h e r e a r e s e v e r a l p o s s i b i l i t i e s o f w a e t e d i s p o s a l s e r v e s o u r p u r p o s e

e x t r e m e l y w e l l , s i n o s t h e a m o u n t o f w a s t e p r o d u c e d t o d a y c o u l d h a r d l y b e a b s o r b e d b y


W e h a v e t o s e e k t h e o p t i m a l s o l u t i o n f o r e a c h i n d i v i d u a l c a s e a n d i t s s p e c i a l

c i r c u m s t a n c e s .

T h i s r e q u i r e s

r e s e a r c h i n v a r i o u s f i e l d s a s w e l l a s p u b l i c a t i o n o f i t s

r e s u l t s i n t h e a u t h o r i z e d g r o u p s .

C o n c e r n i n g t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f c o m b u e t i b i l i t y t h e t h r e e c o m p o n e n t w a t e r , a s h a n d

c o m b u s t i b l e s d e t e r m i n e t h e h e a t i n g v a l u e o f w a s t e .

T h e t h r e e c o m p o n e n t d i a g r a m ( F i g u r e

3 )

s h o w s i n s i d e t h e h a t c h e d a r e a t h e r a n g e o f r e f u s e c o m p o s i t i o n i n w h i c h c o m b u s t i o n c a n b e

m a i n t a i n e d w i t h o u t a d d i t i o n a l f u e l ,

b u t i n f a c t , i n c i n e r a t i o n w i l l n e v e r b e a p r o f i t a b l e

b u s i n e s s . I n d e e d , t h e p r o c e e d a d e r i v e d f r o m t h a s a l e o f t h e w a s t e h e a t d o e s n o t c o v e r

t h e p r i m e c o s t s o f t h e i n c i n e r a t i o n p l a n t d i e r e g a r d i n g t h e c o l l e c t i n g s e r v i c e .

T h i s f a c t

i s r e l e v a n t e v e n f o r t h e t i g g e s t p l a n t s .

I f h e a t r e c o v e r y i n n o t e c o n o m i c a l t h e h e a t p r o d u c e d b y i n c i n e r a t i o n m u s t b e d e s t r o y e d .

P l a n t o o f t h i s c h a r a c t e r a r e f r e q u e n t l y u s e d f o r i n c i n e r a t i n g t h e n c r e e n r e e i d u e o f c o m p o s t -

i n g i n a t a l l a t i o n s a n d m u n i c i p a l i n c i n e r a t o r s w i t h c a p a c i t i e s b e l o w 1 0 0 t o n s p e r d a y .



o

- ( 7 3

3 6 0 0

3 0 0 0

5 2 5 0 0

1 5 0 0

M e a n Y e a r l y

C a l o r i f i c

P o w e r s i n c e

1 9 5 5 f o r S w i t z e r l a n d

( b y H H u m m e r l i )

N o n - C o m b u s t , b 1 e s

Y e ( i r

V I T : u r t : 2

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3 4 0

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1 4 5 0

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i 2 8 0

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1

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1 9 5 5 1 5 6 1 9 5 7

1 9 5 0

1 9 5 0

1 . . ) G O 1 9 6 1

: 0 6 3

: 1 1 . ) G G 1 0 0 /

l 9 / 0



R e f u g e i n c i n e r a t i o n w i t h h e a t r e c o v e r y w i l l p r o b a b l y n e v e r b e s e l f - s u p p o r t i n g .

W h e n c o m p a r i n g t h e r e s u l t s o f w a s t e s d i s p o s a l b y i n c i n e r a t i o n w i t h t h o s e b y c o m p o s t i n g ,

i t i s o b v i o u o t h a t t h e s o i l c o n d i t i o n e r " c o m p o s t " c a n n o t b e r e p l a c e d b y a n y o t h e r m e a n s ,

w h e r e a e h e a t i s p r o d u c e d c h e a p e r a n d e a s i e r f r o m f u e l .

T h e d e c i s i o n o f w h e t h e r a n i n c i n e r a t i o n p l a n t s h o u l d b e b u i l t w i t h o r w i t h o u t h e a t

r e c o v e r y d e p e n d s c h i e f l y o n t h e l o c a l c o n d i t i o n s . T h e m o s t f a v o u r a b l e c o n d i t i o n s f o r h e a t

r e c o v e r y a r e g i v e n w h e n t h e i n c i n e r a t i o n p l a n t c a n b e e s t a b l i s h e d w i t h i n t h e p r e m i s e s o f

a p o w e r s t a t i o n .

T h e m o s t c o n v e n i e n t w a y t o d e l i v e r t h e r m a l e n e r g y f o r i n d u s t r i a l p u r p o s e s i s t o

l o c a t e t h e i n c i n e r a t i o n p l a n t i n t h e n e i g h b o u r h o o d o f a h e a t - t a k i n g i n d u s t r y .

T h e h e a t

m u e t b e t a k e n a l l y e a r r o u n d a n d t h o i n c i n e r a t i o n p l a n t o u g h t t o b e b u i l t v e r y c l o s e t o t h e

i n d u s t r y . A n o t h e r p o s s i b i l i t y o f u o i n g t h e h e a t p r o d u c e d d i r e c t l y i s t h e f e e d i n g o f a

l o n g - d i a t a n c e h e a t i n g s y s t e m .

I n s t e a d o f u s i n g t h e t h e r m a l e n e r g y p r o d u c e d f o r t h e g e n e r a t i o n o f e l e c t r i c i t y ,

h e a t i n g p u r p o s e s o r i n s t e a d o f w a o t i n g t h e h e a t , t h e r e s u l t i n g e n e r g y m a y b e u n e d f o r d r y i n g

t h e s l u d g e g e n e r a t e d i n a s e w a g e t r e a t m e n t p l a n t .

F o r t h i a p u r p o n e a h e a r t h f u r n a c e , w h e n

m u n i c i p a l a n d i n d u s t r i a l r e f u s e , p u m p a b l e s e w a g e s l u d g e a n d w a s t e o i l s m a y b e i n c i n e r a t e d

s i m u l t a n e o u s l y , i s s u i t a b l e .

S e w a g e s l u d g e s t u r n t o s o l i d w a s t e ( ) w h e n t h e y a r e d e w a t e r e d o r t h i c k e n e d . - T h e

c o m b u s a t i o n o f w a s t e o i l , s l a u g h t e r h o u s e w a s t e s a n d d e a d a n i m a l e p r e s u p p o s e ° s p e c i a l

m e c h a n i c a l d e v i c e s i n t h e f u r n a c e . - A s t o i n d u s t r i a l e l u d g e s a n d f u r t h e r n o n c o m b u e t i b l e

w a s t e e l i k e g a l v a n i c r e s i d u e , l a c q u e r s , v a r n i s h r e m o v e r s e t c . , i t h a s b e e n e h o w n t h a t t h e s e

s u b s t a n c e ° a r e a b s o r b e d t o a c e r t a i n d e g r e e i n t h e c o m p o s t i n g p r o c e s s , a l t h o u g h i t h a s n o t

y e t b e e n p r o v e d w h e t h e r c o m p o s t w i t h t h e a d d i t i o n o f i n d u s t r i a l e l u d g e e i n s u i t a b l e f o r

c u l t i v a t i n g f o o d - p l a n t e .

C o s t i n g a n d c o n c l u e i o n

M u c h d a t a h a v e b e e n c o l l e c t e d t o f i n d a c o m m o n d e n o m i n a t o r f o r c o m p a r i n g t h e i n v e s t -

m e n t a n d o p e r a t i n g c o s t e b e t w e e n t h o t h r e e m a i n w a y s o f w a s t e d i s p o s a l , i . e . l a n d f i l l i n g ,

c o m p o s t i n g , i n c i n e r a t i o n .

T a k i n g i n t o c o n e i d e r a t i o n t h e n u m e r o u e c o n s t i t u e n t s w h i c h i n t e r f e r e i n t h e v a r i o u s

t e c h n i c a l e p i t o m e a n d t h e d i f f e r e n t l o c a l c o n d i t i o n e i t h a s s h o w n t h a t m e a n v a l u e s c a n

h a r d l y b e s o t u p e v e n f o r o n e s i n g l e c o u n t r y . H o w m a n y m o r e d i f f i c u l t i e e m u s t a r i s e i n

e v a l u a t i n g t h e s e c o s t e o n a n i n t e r n a t i o n a l b a s i s . E a c h o f t h e a b o v e m e n t i o n e d t h r e e

p o e s i b l e w a y s o f w a s t e m a n a g e m e n t o h o u l d b e c a l c u l a t e d s e p a r a t e l y , t a k i n g i n t o a c c o u n t t h a t

t h e t o t a l i t y o f w a s t e s m u s t b e d i n p o s e d o f .

U n t i l r e c e n t l y i n E u r o p e a n y s u g g e n t i o n o f r e - u s i n g r e f u e e

W R B

t h o u g h t o f a s

u n r e a s o n a b l e , r e m i n i s c e n t o f w a r t i m e s .

B u t m o r e a n d m o r e i t h a s b e c o m e a p a r t i c u l a r

c o n c e r n t o a l l t h e p e o p l e o f o u r g e n e r a t i o n w h i c h i s i n e v i t a b l y c o m p e l l e d t o k e e p o u r

e n v i r o n m e n t c l e a n a n d p r e v e n t d i e a e t e r l a t e r .

N e w c o n c e p t s

N e w c o n c e p t s i n w a e t e w a t e r t r e a t m e n t a n d c o m b i n a t i o n s o f c o n v e n t i o n a l a n d p h y s i c a l -

c h e m i c a l p r o c e e s e s w i l l h a v e a d e c i s i v e i n f l u e n c e o n t h e t r e a t m e n t a n d d i s p o s a l o f

m u n i c i p a l a n d i n d u s t r i a l s l u d g e s .

I t e q u a l i t a t i v e a n d q u a n t i t a t i v e c o n s e q u e n c e s c a n n o t

a t p r e s e n t b e e v a l u a t e d . W e a r e s t i l l f o r c e d t o r e l y m o r o o n c o n j e c t u r e t h a n o n f a c t s .

T h i s c h a p t e r o o v e r s a r e v i e w o f t h e p r e s e n t s t a t e - o f - t h e - a r t i n s l u d g e d i s p o e a l . A

d i s c u s s i o n o f f u t u r e p r o b l e m s o f s l u d g e d i s p o s a l i s b a s e d o n t h i s a n d f o r e s e e a b l e n o w

t r e a t m e n t m e t h o d s .



5 . 1

P o s s i b i l i t i e s o f e l u d g e d i e p o s a l

A n a e r o b i c s t a b i l i z a t i o n ( d i g e s t i o n ) o f m u n i c i p a l s l u d g e s a n d e u b s e q u e n t

a p p l i c a t i o n o f s t a b i l i z e d s l u d g e t o a g r i c u l t u r a l l a n d a r e e t i l l t h e m o s t c o m m o n l y u s e d

t r e a t m e n t a n d d i s p o s a l m e t h o d s .

T h i s p r a c t i c o i e n o t o n l y e c o n o m i c a l b u t a l s o m o o t

r e a e o n a b l e f r o m a b i o l o g i c a l p o i n t o f v i e w s i n c e w a s t e s a r e r e i n t e g r a t e d i n a

n a t u r a l

c y c l e .

I f r e u s e o f l i q u i d , o r p o s s i b l y p a s t e u r i z e d , s l u d g e i n a g r i c u l t u r e i e n o t f e a s i b l e

t h e f o l l o w i n g a l t e r n a t i v e s

m a y

b e t a k e n i n t o c o n s i d e r a t i o n :

d i s p o s a l i n e u i t a b l e s i t e e

c o m b i n e d c o m p o s t i n g i n b o t h m u n i c i p a l r e f u e e a n d s e w a g e s l u d g e

p r o c e e s i n g t o f e r t i l i z e r

s l u d g e i n c i n e r a t i o n o r c o m b i n e d r e f u s e / s l u d g e i n c i n e r a t i o n

T h e

o p e r a t i n g c o s t s o f a l l t h e s e a l t e r n a t i v e e , h o w e v e r , a r e c o n e i d e r a b l y

h i g h e r b e c a u e e

e l u d g e m u s t b e d e w a t e r e d o e e v e n d r i e d .

T h e s a n e p r o c e s e e e u s e d f o r m u n i c i p a l s l u d g e s

c a n b e a p p l i e d i n t h e t r e a t r e n t

o f n o n - t o x i c o r g a n i c i n d u s t r i a l a n d t r a d e w a n t e s .

D e w a t e r e d

i n o r g a n i c s l u d g e s a r e d i s p o s e d o f i n s p e c i a l d i s p o s a l s i t e s .

5 . 2

I n f l u e n c e o f h a r d l y o r n o n d t g r a d a b l e o r g a n i c c o m p o u n d s

A d i e t i n c t i o n m e e t b e m a d e b e t w e e n t h e e f f e c t s o f n o n d e g r a d a b l e o r g a n i c c a r b o n

c o m p o u n d s o n t h e o n e h a n d a n d i n o r g a n i c c o m p o u n d s , i . e . m e t a l l i c s a l t e o n t h e o t h e r h a n d .

V e r y l i t t l e

i s

k n o w n a b o u t t h e e f f e c t s o f h a r d l y d e g r a d a b l e o r g a n i c c a r b o n

c o m p o u n d s u p o n a e r o b i c a n d a n a e r o b i c e n v i r o n m e n t s ,

s o i l

a n d p l a n t g r o w t h .

E x p e r i e n c e h a s

s h o w n t h a t o t h e r s o l u b l e m a t e r i a l s i n t e r f e r e w i t h t h e d i g e o t i o n p r o c e s s .

A s t h e s e

s u b s t a n c e s a r e o n l y p a r t i a l l y b r o k e n . d o w n d u r i n g d i g e s t i o n , o p e r a t i n g d i f f i c u l t i e s c a n

b e e x p e c t e d i n d e w a t o r i n g a n d p o s s i b l y i n t h e a g r i c u l t u r a l u s e o f s u c h e l u d g e e .

J u s t a s l i t t l e i s k n o w n a b o u t t h e i n f l u e n c e o f d e t e r g e n t e .

N e w l y d e v e l o p e d ,

a e r o b i c a l l y d e g r a d a b l e d e t e r g e n t s d o n o t c a u s e t h e w e l l k n o w n p r o b l e m a o f

" h a r d " d e t e r g e n t s .

B u t i t h a s b e e n s h o w n t h a t t h e s e s o f t d e t e r g e n t e a r e a s r e s i s t a n t t o a n a e r o b i c

d i g e s t i o n

a s h a r d d e t e r g e n t s .

T h e r e f o r e , t h e p o s e i b i l i t y o f d i g e s t o r p r o b l e m s e t i l l e x i e t s .

F u r t h e r -

m o r e t h e i n f l u e n c e o f s o f t d e t e r g e n t s o n d o w a t e r i n g a n d t h e p o e s i b l e e f f e c t s o n a g r i c u l t u r e

a r e u n k n o w n .

T h e o e f e w e x a m p l e s e v i d e n t l y

l e a d t o t h e a s s u m p t i o n t h a t a e r o b i c s l u d g e t r e a t -

m e n t p r o c e s s e s , e u c h a s w e t o x y d a t i o n m i g h t b e u s e d i n s t e a d o f a n a e r o b i c p r o c e e n e e i n

t h e

f u t u r e .

E x p e r i m e n t o h a v e s h o w n t h a t m o s t o r g a n i c c a r b o n c o m p o u n d s c a n b e b r o k e n d o w n . I n

a d d i t i o n , s u c h e l u d g e s a r e e a s i e r t o d e w a t e r e s p e c i a l l y a f t e r t h e r m a l c o n d i t i o n i n g .

5 . 3

I n f l u e n c e o f I n o r g a n i c C o m p o u n d u

A E I

r e g a r d s i n o r g a n i c m a t e r i a l s , t h e d i s c u s s i o n i s r e e t r i c t e d t o

m e t a l l i c s a l t s

t h a t a r e d i s c h a r g e d ( a f t e r i n s u f f i c i e n t i n - p l a n t t r e a t m e n t ) i n t o m u n i c i p a l w a s t e w a t e r

s y s t e m ° a n d u l t i m a t e l y i n t o o p e n w a t e r b o d i e s .

T h e

e v e r i n c r e a s i n g a m o u n t s o f m e t a l l i c

s a l t s i n m u n i c i p a l s l u d g e s c a u s e d i g e s t o r p r o b l e m a a n d , e v e n t u a l l y ,

d i f f i c u l t i e e i n


P r o m i s i n g p r o c e s s e s f o r t h e e l i m i n a t i o n o f m e t a l l i c s a l t a h a v e b e e n

d e v e l o p e d b y S o n t h e i m e r .

E l i m i n a t i o n s h o u l d n o t b e c a r r i e d o u t i n w a s t e w a t e r t r e a t m e n t

p l a n t e , b u t a t t h e s o u r c e , i . e : i n i n d u s t r i a l p l a n t s a n d f a c t o r i e s , a s c o n c e n t r a t e d w a t e r s

a r e m u c h e a e i e r t o p r o c e s s t h a n

d i l u t e o n e s .

C o n s e q u e n t l y , m o r e r e s t r i n g e n t r e q u i r e m e n t s



f o r i n d u s t r i a l e f f l u e n t s w i l l b e n e c e s s a r y i n t h e f u t u r e .

I n t h e l i g h t

o f l o n g - t e r m

e f f e c t s

w e c a n n o t t o l e r a t e t o x i c m a t e r i a l s f r o m i n d u s t r y i n m u n i c i p a l s l u d g e s s i n c e t h e t r e a t m e n t

a n d r e - i n t e g r a t i o n o f t h e s e d o m e s t i c s l u d g e s i n t o a n a t u r a l c y c l e w o u l d b e m a d e d i f f i c u l t o r

e v e n i m p o s s i b l e , t h e r e b y b e c o m i n g a n u n j u s t i f i a b l e b u r d e n f o r t h e t a x p a y e r .

R e f e r e n c e s

B r a u n R .

E f f e c t s o f h a r d l y , ; ( ' n o n - d o g r a d a b l e c o m p o n e n t s i n t h e t r e a t m e n t a n d

1 9 7 1

d i s p o s a l o f w a s t e w a t e r s l u d g e .

U n p u b l i s h o d .

S t i c k e l b e r g e r , D . a n d H . R . W a s m e r . S u r v e y

o f s o l i d w a a t e s .

M a n a g e m e n t

P r a o t i o e s .

1 9 7 1

U n p u b l i s h e d .



1 1 .

L i t e r a t u r e

E U T R O P H I C A T I O N P R O N A G R I C U L T U R E W I T H S P E C I A L R E F E R E N C E

T O F E R T I L I Z E R S A N D A N I M A L W A S T E

b y

C . J . K o l e n b r a n d e r

I n s t i t u t e f o r S o i l F e r t i l i t y

G r o n i n g e n , N e t h e r l a n d o

C o n t e n t s


P r e s e n t F e r t i l i z e r C o n s u m p t t o n

1 .

F u t u r e T r e n d n i n F e r t i l i z e r C o n s u m p t i o n

L e a c h i l y ' , o n 4 e n

4 . 1

A m o u n t o f D r a i n a g e W a t e r

4 . 2

L e a c h i n g L o o r :

o f N i t r o g e n

4 . 2 . 1 T t : l a g e L a n d

4 . 2 . 1 . 1

N - L o s s f r o m S o l i O r g a n k c M a t t e r

1 . 2 . 1 . 2

N - L o s s f r o m F e r t i l i z e r

4 . 2 . 2

G r a s n l a n d

4 . 2 . 1

C r o p R o t a t i o n

4 . 2 . 4

T i m e o f A p p l i c a t i o n

4 .

L e a c h i n g i o n

o f P h o s p h o r u s

1 . 1 - 1

T y p e o f S o i l

4 . 1 . 2

E f f e c t o f P - f e r t i l i z e r A p p l i c a t i o n

n o l l

E r o s i o n

5 . 1

W t n d F r o n t o n

5 . 2

W a t e r E r o n t o n

5 . / .

R u n - O f f

P o l l u t i o n b y A n i m a l W a n t e

6 . 1

D i r e c t P o l l u t i o n o f t h e S u r f a c e W a t e r

6 . 2

D u m p i n g a n d I r r i g a t i o n w i t h A n i m a l W a s t e

E v a l u a t t o n o f A g r i c u l t u r a l C o n t r i b u t i o n

L I E I L 2 . 2 2 = 1 1 ' 1

P r a c t i c a l R e m e d i e s

O .

s L i m n

r y




E u t r o p h i c a t i o n i s t h e n u t r i e n t e n r i c h m e n t o f w a t e r s w h i c h f r e q u e n t l y r e s u l t s i n a n a r r a y

o f s y m p t o m a t i c c h a n g e s , a u c h a s i n c r e a s e d p r o d u c t i o n o f a l g a e a n d o t h e r a q u a t i c p l a n t s , d e t e -

r i o r a t i o n o f f i s h e r i e s , g e n e r a l d e t e r i o r a t i o n o f w a t e r q u a l i t y a n d o t h e r r e s p o n s e s w h i c h a r e

o b j e c t i o n a b l e o r i m p a i r w a t e r u s e .

A m o n g t h e p l a n t n u t r i e n t s r e s p o n e i b l e f o r e u t r o p h i c a t i o n , p h o s p h o r u e a n d n i t r o g e n h a v e

b e e n f o u n d t o b e t h e m o s t i m p o r t a n t e l e m e n t s .

T h e g e n e r a l v i e w i s t h a t p h o e p h o r u e i e g e n e -

r a l l y t h e l i m i t i n g f a c t o r . H o w e v e r , L e g g e a n d D i n g e l d e i n

( 1 9 7 0 )

a r e o f t h e o p i n i o n t h a t

c a r b o n a c e o u s m a t e r i a l i s a l s o a d o m i n a n t f a c t o r .

W e a h a l l i n t h i s r e p o r t n o t e n t e r i n t o t h e q u e e t i o n o f l i m i t i n g f a c t o r s w h i c h l e a

p r o b l e m f o r l i m n o l o g i s t s .

W i t h p h o s p h o r u s a n d n i t r o g e n a s m a i n f a c t o r a i n e u t r o p h i c a t i o n i t i s o b v i o u s t o t h i n k

a b o u t a g r i c u l t u r e i n h i g h l y d e v e l o p e d c o u n t r i e s , u s i n g h i g h a m o u n t s o f n i t r o g e n a n d p h o s -

p h o r u s i n c r o p p r o d u c t i o n a s a m a i n s o u r c e o f i n c r e a s i n g e u t r o p h i c a t i o n .

I n t h i s r e p o r t i t w i l l b e a t t e m p t e d t o g i v e a n ( q u a n t i t a t i v e ) a n a l y e i s o f f a c t o r s w i t h

r e s p e c t t o t h e c o n t r i b u t i o n o f a g r i c u l t u r e .

P r t e e n t F e r t i l i z e r C o n s u m p t i o n

I n C a n a d a , F i n l a n d , N o r w a y a n d S w e d e n a v e r y s m a l l p a r t o f t h e t o t a l a r e a i s c u l t i v a t e d

l a n d , ( 3 - 8 % ) .

T h i s c o n t r a s t o w i t h t h e U n i t e d K i n g d o m w h e r e 8 0 % o f t h e t o t a l a r e a i s f a r m -

l a n d .

A b o u t 7 0 %

o r

t h e M e m b e r c o u n t r i e s o f t h e 0 . E . C . D . h a v e a n a r e a o f c u l t i v a t e d l a n d o f

a b o u t 4 5 - 7 0 % o f t h e t o t a l l a n d a r e a .

F r o m t h e F . A . O . r e p o r t F e r t i l i z e r e

( 1 9 6 9 )

i t c a n b e c a l c u l a t e d t h a t c u l t i v a t e d l a n d

i n

t h e 0 . E . C . D . c o u n t r i e s r e c e i v e e a n ( w e i g h t e d ) a v e r a g e a m o u n t o f 2 5 k g N / h a / y a n d 1 0 k g

P / h a / y .

H o w e v e r , i n m a a y c a s e s p e r m a n e n t g r a s e l a 0 i s n o t f e r t i l i z e d .

T h e r e f o r e , i t i s o f m o r e

i n t e r e s t t o k n o w f e r t i l i z a t i o n o n a r a b l e l a n d . ; w h i c h a l s o c a n b e c a l c u l a t e d f r o m t h e F . A . O .

r e p o r t .

I t w a s f o u n d t h a t

6 5 % o f t h e a r a b l e l a n d r e c e i v e a 0 - 8 0 k g N / h a , 2 5 %

r e c e i v e s 8 0 - 1 2 0

' k g N / h a a n d 1 0 % r e c e i v e e 1 2 0 - 1 6 0 k g N / h a .

T h e a e c o n d g r o u p ( 8 0 - 1 2 0 k g N / h a ) r e p r e s e n t e a p p r o x -

i m a t e l y a n o p t i m u m f o r t i l l a g e l a n d .

W h e n o n t i l l a g e l a n d m o r o n i t r o g e n i s a p p l i e d ( 1 2 0 - 1 6 0 k g N / h a ) , h e r e i s a n i n d i c a t i o n

f o r t h e p r e s e n c e o f t e m p o r a r y g r a m o i n t h e r o t a t i o n b e c a u s e i n m o d e r n g r a s s l a n d m a n a g e m e n t

a m o u n t s o f 1 7 5 - 2 2 5 k g N / h a a r e p o s s i b l e a s s h o w n b y T a b l e I .

A l e o p h o e p h o r u s a p p l i c a t i o n

( p e e T a b l e I ) e n c o m p a s s e s a w i d e r a n g e i n W e e t E u r o p e r u n n i n g f r o m 1 5 - 8 0 k g P / h a .

H o w e v e r ,

t h e a v e r a g e a p p l i c a t i o n i n a f o u r - y e a r r o t a t i o n o f c e r e a l s , p o t a t o e s a n d a u g a r b e e t s o f 1 2 8 k g

P / h a i s i n r e a a o n a b l y g o o d a g r e e m e n t w i t h r e m o v a l i n h a r v e s t o f 1 0 8 k g P / h a .

F o r g r a u s l a n d , t h e r e m o v a l d e p e n d s s t r o n g l y o n t h e t y p e o f g r a s s l a n d m a n a g e m e n t .

T h e P -

a p p l i c a t i o n h e r e i s s u f f i c i e n t f o r a p r o d u c t i o n o f 1 0 t o n s / h a d r y m a t t e r .

F r o m t h e e e r e s u l t a i t i e e v i d e n t t h a t a c t u a l n i t r o g e n f e r t i l i z e r c o n s u m p t i o n i n a g r i -

c u l t u r e i n c o m p a r i s o n w i t h t h e o p t i m u m i s r e l a t i v e l y l o w a n d t h a t a v e r a g e p h o s p h o r u s a p p l i -

c a t i o n i s i n a r e a s o n a b l y g o o d a g r e e m e n t w i t h r e m o v a l i n h a r v e s t .

1 /

i n c l u d i n g t e m p o r a r y g r a s s



(3)

TabIe I

Annual Nitroxren

and

Phosnhorus

Anclication on Tillage

Land

and Grassland

EKcLuded

Canada

Removal ca1cu1a7ed

on

a

yield

of

4.6

t/ha

cereals,

40

t/ha potatoes,

50

t/ha

n

of hay of

5t

dm/ha

Phosphorus

Cata

from :

Peivv

P Icg/ha/y

Country

Region or System

Cereals

Potatoes S.beet Grass

Te

Canada Prairie

Prov. 13

-

- -

11

Ontario

25

- -

25

FO

Alberta

-

_

_

75

II

Atlantic

Prov. 50

105 - -

Bei

,2.,iur2

aarrage Jiaramont

38 35 35 35

France

Average

(3)

26 29 44 15

.,

..

Netherlands

Nord

Limou3in

-

-

,

18

-

-

42

-

33

-

-

20

weden

So:uthern Centre

-

-

.

I IP

North

-

- - -

6 -

...witzerland

15 21 30 32

I

United Kingdom

Strip Grazing -

- -

-

11

,

Extensive Grazing

- - -

-

I

11

Ara/31e Land 23

80

53

24

Average.

applicat;on

"-)

24 41

39

25

Average re:::oval (2)

20

24 44

14



F u t u r e T r e n d s i n F e r t i l i z e r C o n e u m p t i o n

W i t h H e b e r t a n d G r a f f i n ( 1 9 ( 1 ) w e m a y e x p e c t t h a t o n t i l l a g e l a n d w i t h a n i t r o g e n f e r -

t i l i z e r l e v e l o f 8 0 - 1 2 0 k g N / h a t h e r e w i l l n o t b e a n y e p e c t a c u l a r i n c r e a a e i n f e r t i l i z e r

c o n e u m p t i o n b e c a u s e t h e o p t i m u m y i e l d h a s b e e n r e a c h e d a l r e a d y .

O n l y h i g h e r y i e l d s c a n b e

o b t a i n e d b y i m p r o v e m e n t o f v a r i e t i e s a n d s t a t e o f h e a l t h o r b y p r e v e n t i n g l o g g i n g b y t h e u s e

o f C . C . C .

T h i s m i g h t i n c r e a a o t h e n i t r o g e n c o n e u m p t i o n i n t h e l o n g t e r m .

I /

u t 6 5 %

o f t h e l a n d

r e c e i v e d 0 - 8 0 k g N / h a .

H e r e a r e g o o d p o s s i b i l i t i e s f o r i n c r e a s -

i n g y i e l d s a n d f e r t i l i z e r c o n s u m p t i o n , w h e n n a t u r a l c o n d i t i o n s a r e n o t l i m i t i n g f a c t o r s .

I n d r y r e g i o n s , f o r i n s t a n c e , i r r i g a t i o n h a s t o b e d e v e l o p e d f i r e t .

W h i l e t h e r e i s u n d e r i d e a l c o n d i t i o n s o n 6 5 % o f t h e t i l l a g e l a n d a p o s s i b l e m e a n m a x -

i m u m i n c r e a s e o f a b o u t 6 0 k g N / h a ( f r o m 4 0 - 1 0 0 k g N / h a ) , i n g r a e e l a n d t h e i n c r e a t i e w i l l b e

m u c h h i g h e r . C o o k e ( 1 9 7 1 ) i s o f t h e o p i n i o n t h a t

3 5 0

k g N / h a i n l u y e i s a r e a l p o o s i b i l i t y

a n d 2 5 0 k g N / h a o n g r a e s l a n d g r a z e d b y d a i r y c o w s .

A l b e r d a ( 1 9 7 1 ) c o r n e o t o t h e c o n c l u e i o n

t h a t g r a i l s p r o d u c t i o n o f 2 0 t o n o d r y m a t t e r p e r h a i s e v e n p o e e i b l e a t a b o u t 5 0 0 k g N / h a / y ,

a n d w i t h o u t s e r i o u s l o s s e s b y l e a c h i n g .

H o w e v e r , i n e s t i m a t i n g f e r t i l i z e r n e e d , e o p e c i a l l y o f p h o s p h o r u s a n d p o t a e n i u m , w e a l s o

h a v e t o k e e p i n m i n d t t a t a c e r t a i n a m o u n t o f p l a n t n u t r i e n t e i e i m p o r t e d i n t h e c o n c e n t r a t e d

f e e d u u e d f o r l i v e s t o c k .

T h e e ° a m o u n t s a r e f o u n d b a c k i n f a r m y a r d m a n u r e a n d u r i n e a n d u s e d

i n o r o p p r o d u c t i o n a n d w i l l r e d u c e t h e n e e d f o r f e r t i l i z e r .

I n T h e N e t h e r l a n d e t h o a n n u a l

i m p o r t o f p h o e p h o r u e i n c o n c e n t r a t e d f e e d i n a l r e a d y o f t h e e a m e o r d e r a s t h e u s e i n f e r t i -

l i z e r :

T h e w e i g h t e d a v e r a g e a n n u a l i n c r e a e e f o r t h e 0 . E . C . D . c o u n t r i e s o v e r t h e p e r i o d 1 9 6 4 -

1 9 6 9 h a s b e e n c a l c u l a t e d f o r n i t r o g e n a t a b o u t 7 % , f o r p h o s p h o r u s a t 3 . 5 % .

O v e r a p e r i o d

o f f i v e y e a r s t h a t i s a b o u t 2 0 k g N / h a a n d 2 . 5 k g P / h a .

H e b e r t a n d G r a f f i n ( 1 9 7 1 ) e s t i m a t e d f o r F r a n c e f o r t h e n e x t f e w y e a r s a g r o w t h

o r 3 . 9 %

f o r N a n d 5 . 4 % f o r P . C o o k e

( 1 9 7 0

e x p e e t s f o r t h e U n i t e d K i n g d o m o v e r t h e n e x t

3 0 y e a r e

a m e a n a n n u a l i n c r e a n e o f 1 % p o r y e a r f o r n i t r o g e n b u t w i t h n o m o r e P n e e d e d t h a n a t p r e e e n t .

I n T h e N e t h e r l a n d e e x p e r t o o f t h e n i t r o g e n i n d u s t r y a r o e x p e c t i n g a n i n n r e a s e

o n t i l l a g e

l a n d f r o m 1 0 0 t o 1 2 5 k g N / h a / y i n t h e n e x t 1 0 y e a r e a n d o n ( t e m p o r a r y a n d p e r m a n e n t )

g r a s a -

l a n d f r o m 2 2 5 t o

2 7 5

k g / h a / y .

T h i n i s a g r o w t h o f 2 2 - 2 5 % o r 0 . 7 5 % p e r y e a r u p t o t h e y e a r

2 0 0 0 .

F o r p h o e p h o r u n a d e c r e a n e i n f e r t i l i z e r u s e m a y b e e x p e c t e d .

I t i n o b v i o u e t h a t a l l t h e e e e x p e c t a t i o n s w i l l b e i n f l u e n c e d t o a g r e a t e x t e n t b y

p o l i t i c a l , e c o n o m i c a n d a g r i c u / t u r a l f a c t o r s .

L e a c h i n g L o n n e n

4 . 1

A m o u n t o f D r a i n a g e W a t e r

T h e a m o u n t o f p l a n t n u t r i e n t s l e a c h e d e a c h y e a r d e p e n d e o n t h e a m o u n t o f

d r a i n a g e w a t e r p r o d u c e d a n d t h e c o n c e n t r a t i o n o f n u t r i e n t s i n t h e s o i l m o i e t u r e .

T h e a m o u n t o f d r a i n a g e i s d e t e r m i n e d b y r a i n f a l l a n d r a t e o f e v a p o t r a n s p i r a t i o n ,

n e i t h e r o f w h i c h a r o m a n - m a d e p h e n o m e n a .

F r o m d a t a b y M o h r m a n n a n d K e s e l e r

( 1 9 5 9 ) i t a p p e a r s t h a t r a i n f a l l i n W e s t e r n

F u r o p e r a n g e s f r o m 2 0 0 - 1 2 0 0 m m p e r y e a r w i t h a n a v e r a g e o f 7 0 0 m m . T h e w a t e r e u r -

p l u e r a n g e a f r o m 0 - 5 0 0 m m w i t h a n a v e r a g e o f a b o u t 2 5 0 m m / y .

1 / t i l l a g e



4 . 2

L e a c h i n g L o s s o f N i t r o g e n

K o l e n b r a n d e r

( 1 9 6 9 )

m a d e a s y s t e m a t i c s t u d y o f N

a n d P l e a c h i n g b y m e a n s

o f l y s i m e t e r s .

I n v i e w o f t h e l a r g e e f f e c t o f d r a i n a g e o n t h e l e a c h i n g l o s e e e

o f n i t r o g e n , K o l e n b r a n d e r

1 9 6 9 )

e t a r t e d f r o m a l i n e a r r e l a t i o n b e t w e e n a n n u a l

d r a i n a g e w a t e r p r o d u c t i o n

m m / y ) a n d a n n u a l

n i t r o g e n l o o s ( k g N / h a ) u p t o a b o u t

6 0 0 m m d r a i n a g e .

F r o m t h i s s t u d y i t b e c a m e e v i d e n t t h a t a d i e t i n c t i o n h a s t o b e m a d e b e t w e e n

a l o s e o r i g i n a t i n g f r o m s o i l o r g a n i c m a t t e r a n d a l o o s b y f e r t i l i z e r . F u r t h e r ,

t h a t B o i l

t y p e a n d t y p e o f c r o p a r e v e r y i m p o r t a n t i n r e l a t i o n t o n i t r o g e n l e a c h -

i n g l o a s e s .

4 . 2 . 1

T i l l a g e L a n d

4 . 2 . 1 . 1 N L o s s f r o m S o i l O r g a n i c M a t t e r

T a b l e I I s h o w s t h e N l o s e e s o n c r o p p e d t i l l a g e l a n d o r i g i -

n a t i n g f r o m

E m i l

o r g a n i c m a t t e r a t a d r a i n a g e w a t e r p r o d u c t i o n

o f 2 5 0 m m / y , a t d i f f e r e n t c l a y c o n t e n t e o f t h e s o i l .

I t a p p e a r °

t h a t n i t r o g e n l o s e i s i n v e r s e l y p r o p o r t i o n e d t o t h e c l a y c o n t e n t .

T h i s d i f f e r e n c e i n l e a c h i n g l o s s b e t w e e n d i f f e r e n t s o i l t y p e s

i s d u e t o d i f f e r e n c e s i n r a t e o f d e n i t r i f i c a t i o n a s a c o n e e q u o n c e

o f d i f f e r e n c e i n p o r e - s i z e d i s t r i b u t i o n .

I t i s c l e a r t h a t t h e N - l o s s e e i n s a n d y s o i l a a r e h i g h

( 4 5

k g N / h a ) a n d t h a t t h i s w i l l r e s u l t i n h i g h e r n i t r o g e n c o n -

c e n t r a t i o n s i n s u b s o i l t h a n i n c l a y s o i l s , w h e r e n i t r o g e n

l o e s e s a r e m u c h

a m a l l e r .

A r e d u c t i o n o f t h e s e h i g h l o s s e s o n D a n d y s o i l s w i l l b e

o n l y p o s s i b l e b y " m i n i n g " t h e s o i l o r g a n i c m a t t e r t h e n e x t

f i f t y y e a r s .

B u t t h i e s o i l

o r g a n i c

m a t t e r i e p r e c i s e l y t h e

f o u n d a t i o n o f e o i l f e r t i l i t y a n d c r o p p r o d u c t i o n i n a g r i c u l t u r e .

4 . 2 . 1 . 2 N - L o s e f r o m F e r t i l i z e r

T a b l e I I I s h o w n t h e n i t r o g e n l o s s e s b y l e a c h i n g a s a f u n -

c t i o n o f a p p l i e d n i t r o g e n f e r t i l i z e r a n d s o i l t y p e .

O n c e a g a i n

i t i s e v i d e n t t h a t l o s s e s o n l i g h t s o i l s a r e m u c h h i g h e r t h a n

t h o s e o n c l a y s o i l s , b u t a l s o t h a t n i t r o g e n l o s u e s i n c r e a a e a s

t h e a m o u n t o f a p p l i e d f e r t i l i z e r i n c r e a s e ° .

T h i s e f f e c t o f

s o i l t y p e o n l e a c h i n g l o s e w i l l a l s o b e t h e r e s u l t o f d i f f e r e n o e s

i n r a t e o f d e n i t r i f i c a t i o n .

W e c a n m a k e a r o u g h e s t i m a t e o f t h e a v e r a g e l e a c h i n g l o s s

o n c r o p p e d t i l l a g e l a n d f r o m f e r t i l i z e r .

S t a r t i n g f r o m t h e s u p p o -

s i t i o n t h a t d i s t r i b u t i o n o f a p p l i e d n i t r o g e n a s f o u n d i n p a r a -

g r a p h 2 . o n a l l s o i l t y p e s w i l l b e t h e s a m e a n d t h a t d i s t r i b u t i o n

o f e o i l t y p e i t o e l f w i l l b e a s g i v e n i n T a b l e I V , i t i s f o u n d

t h a t a n a v e r a g e N f e r t i l i z e r a p p l i c a t i o n

o f 6 0 k g N / h a / y a

l e a c h i n g l o e s o f a b o u t 2 k g N / h a i s r e a c h e d o r

3 . 5 %

o f t h e a m o u n t

a p p l i e d .

T h i s i e i n g o o d a g r e e m e n t w i t h t h e 8 % n i t r o g e n l o s e c a l c u -

l a t e d b y K o l e n b r a n d e r ( 1 9 7 1 ) f o r t i l l a g e l a n d i n T h e N e t h e r -

l a n d s a t a f e r t i l i z e r l e v e l o f 1 0 0 k g N / h a a n d a b o u t 5 0 % s a n d y

s o i l e a n d t h e d a t a o f H e b e r t a n d C r a f f i n ( 1 9 7 1 ) f o r

F r a n c e

w h i c h w e c a l c u l a t e d

a t a l o n c o f B O k g N / h a h n t a l l a g c l a n d .



H c a v i n o m 3 O f S O Y ?

1 6 p c l a y

0 - 1 0 - A

1 0 - 2 0 : 1

2 0 - 3 0

4 0 - 5 0 ; 1 ,

5 0 - 6 4 0

6 0 - 7 0

T a b l e I I

N L o e s b v L e a c h i n g f r o m i o i l O r r a n i c M a t t e r o n

C r o p p e d T l a r , e L a n d a t a D r a i n a r » ) W a t e r P r o d u c t i o n

o f 2 5 0 = , / y ( 1 r - : 1 m e t e r e x p . )

N L C _ 1 3

4 5

3 0

1 8

1 0

6

5

5

T a b l e I l l

N i t r o r y i n I . o s n e

b y , o v e r h i n g i n R r N / h a / y

a t D i f f e r e n t ( : n v C o n t c n t s o f S o L ' . n n d

P a t e o f P p r i i , i n e r ? : T . C . i a t i o n o n C r o p p e d

T i l l a g e 7 . 1 ( 1

f l r .

2 9 0 " : . T . I t r % i n a g e 6 L y s i 7 l e t e r

N . C o n c .

m V / 1

1 7 . 9

1 2 . 1

7 . 1

4 . 0

2 . 3

2 . 1

2 . 1

. . ; x p e _ r i m o n t s

N F e r t i l i s e r

A p p l i e d

C l a y C o n t e n t

< 1 6

K g N / h a / y

0 - 1 d

1 0 - 2 0

/ 0 - 3 0 3 0 - 1 0

0

0

0 0 0

3 0

1

0 . 5

0

0

4 0

2

1 . 0

0 . 5

0

5 0 3

1 . 5

0 . 5

0

6 0

4

2 . 5

0 . 5

0

7 0

6

3 . 5

1 . 0 0

8 0

8

4 . 5

1 . 5

0

9 0

1 1

6 . 5 2 . 5

0 . 4

1 0 0

1 4

8 . 5

3 . 5

0 . 5

1 1 0

1 9

1 2 . 0

5 . 0 0 . 8

1 2 0

2 4

1 6 . 0

7 . 0

1 . 2



Table

IV

The Weighted

vean

Nitrogen

Loss

by Leaching on Tillage

L

Soil Ty-pe

<16

p

clay

Estimated

Frequency

Soil

org.

Matter

N-Fertiliser

Sandy Soil 0

- 10% 10% 45kg N/ha 5.7kg N/ha

Light

Clay

soil

10 - 20%

207, 30 "

3.3 "

Clay

Soil 20

-

30%

40% 18 " 2.2 "

H

30

-

40%

20% 10

"

0.2 "

Heavy Clay

Soil

40

-

70% 10%

5 "

0.0

"

Weighted Average 100% 20 "

2.1

"



H o w e v e r , t h e l o s e f r o m e o i l o r g a n i c m a t t e r i e m u c h h i g h e r

( 2 0 k g N / h a / y ) t h u s a b o u t t e n t i m e s t h a t o f f e r t i l i z e r .

W h e n a l l t h e t i l l a g e l a n d w o u l d b e f e r t i l i z e d o p t i m a l l y

( < 1 0 0 k g N / h a ) , a v e r a g e l o s e o f f e r t i l i z e r w o u l d i n c r e a s e

5 %

o f t h e a m o u n t a p p l i e d .

4 . 2 . 2 G r a s s l a n d

T h e l o s e e e o f n i t r o g e n o n g r a s s l a n d h a v e a l e o b e e n s t u d i e d b y

K o l e n b r a n d e r

( 1 9 6 9 ) .

H e r e t h e l o s s e s a r e m u c h l o w e r t h a n o n t i l l a g e

l a n d .

A t 7 0 0 m m r a i n f a l l t h e l o s e f r o m s o i l o r g a n i c m a t t e r w a s a b o u t

5

k g N / h a / y a n d f r o m f e r t i l i z e r ( 2 5 0 k g N / h a ) o n l y 2 k g N / h a / y o r 1 % .

A l e o , K o f o e d a n d L i n d h a r d

( 1 9 6 8 ) f o u n d a t o t a l N l o s s o n g r a s s l a n d

o f 5 - 1 0 k g N / h a a t a f e r t i l i z e r l e v e l o f

1 8 3

k g N / h a / y .

O n c l a y s o i l s L o w & A r m i t a g e

( 1 9 7 0 ) f o u n d 1 k g

N / /

h a f r o m s o i l

o r g a n i c m a t t e r a n d B o l t o n e t a l

( 1 9 7 0 )

o n l y 0 . 3 k g N h a . T h e a v e r a g e

N - l o s s f r o m e o i l o r g a n i c m a t t e r o n g r a s s l a n d c a n b e e e t i m a t e d a t

a b o u t 7 k g N / h a / y , t h a t f r o m f e r t i l i z e r a t a b o u t 1 % o f t h e f e r t i l i z e r

a n n u a l l y a p p l i e d .

T h e e x p l a n a t i o n f o r t h e s e l o w l o s s e u i n g r a s e l a n d i s t h e h i g h

r a t e o f N u p t a k e , t h e l o n g g r o w t h p e r i o d o f t h e g r a t e s , t h e a b s e n c e

o f f a l l o w i n g a n d t h e f a c t t h a t t h e t o t a l a m o u n t i s g i v e n i n 4 - 6 s e -

p a r a t e a p p l i c a t i o n s d u r i n g t h e g r o w i n g s e a e o n o n l y .

4 . 2 . 3

C r o p R o t a t i o n

L e g u m i n o u s p l a n t s f i x n i t r o g e n f r o m t h e a i r .

W h e n p l o w e d u n d e r

i n A u t t i m n a p a r t o f t h i s n i t r o g e n w i l l b e l e a c h e d .

F r o m u n p u b l i s h e d

d a t a o f M a s c h h a u p t q u o t e d b y K o l e n b r a n d e r

( 1 9 7 1 )

a n d r e s u l t o o f L o w A

A r m i t a g e

( 1 9 7 0 )

a n d K a r r a k e r e t a l ( 1 9 5 0 ) w e c a l c u l a t e a n e x t r a n i t r o g e n

l o s s o f a b o u t

4 5

k g N / h a l y .

H o w e v e r , a f t e r p e a s , h a r v e o t e d i n t h e

b e g i n n i n g o f A u g u e t , M a s c h h a u p t f o u n d a n e x t r a n i t r o g e n l o s e b y l e a c h i n g

o f a b o u t 1 2 5 k g N / h a .

F r o m t h e s e r e s u l t s i t b e c o m e s c l e a r t h a t a l a r g e

p a r t o f t h e b i o l o g i c a l l y f i x e d n i t r o g e n i n t h e r o o t n o d u l e s o f p u l s e

c r o p s a n d l e g u m i n o u s p l a n t s i s n o t u s e d b y t h e n e x t c r o p , a l s o w h e n

t h i s i s a " c o v e r " c r o p s o w n i n a u t u m n .

I n t h i s r e s p e c t g r a s s a s g r e e n m a n u r e c r o p s h o u l d b e p r e f e r r e d .

4 . 2 . 4

T i m e o f A p p l i c a t i o n

N i t r o g e n a p p l i e d d u r i n g a u t u m n a n d w i n t e r i s m u c h m o r e v u l n e r a b l e

t o l e a c h i n g t h a n t h a t a p p l i n d i n s p r i n g o r s u m m e r .

K o l e n b r a n d e r ( 1 9 6 9 )

f o u n d w i t h g r a s s l a n d o n s a n d y

s o i l

t h a t n e a r l y 4 0 % o f t h e f e r t i l i z e r

n i t r o g e n a p p l i e d a t t h e b e g i n n i n g o f N o v e m b e r p r o v e d t o b e l o s t , w h i l e

t h e r e w a s n o l o s s a t a l l i n s p r i n g .

U n d e r p r a c t i c a l c o n d i t i o n s f e r t i l i z e r a p p l i c a t i o n i s r e s t r i c t e d t o

t h e g r o w t h s e a s o n b u t m u c h n i t r o g e n i s a p p l i e d i n a u t u m n a n d w i n t e r

a s f a r m y a r d m a n u r e a n d l i q u i d m a n u r e w h i c h w i l l r e s u l t i n e x t r a l o e s e s

b y l e a r - h i n g a n d r u n o f f .



4 : 3

L e a c h i n g L o s s o f P h o s p h o r u s

4 . 3 . 1

T y p e o f S o i l

T a b l e V i s a s u m m a r y o f P l o s s e s f r o m l y s i m e t e r e x p e r i m e n t s , o r c a l c u -

l a t e d f r o m d r a i n a g e w a t e r a n a l y s e s ( H e n k e n s ( 1 9 7 1 ) , C o o k e a n d W i l l i a m s

( 1 9 7 0 ) )

a n d s o i l m o i s t u r e a n a l y s e s ( M u n k

( 1 9 7 2 ) ) .

F r o m t h i e t a b l e i t c a n b e e e t i m a t e d

t h a t t h e a v e r a g e l o s o b y l e a c h i n g o n c r o p p e d f a r m l a n d i s a b o u t 0 . 2 2 k g P / h a / y

a t 2 5 0 m m d r a i n a g e w a t e r .

T h i s P l o s e i s

i n c r e a s i n g

l i n e a r l y w i t h d r a i n a g e

w a t e r .

T h i n P l o s e i s i n c r e a s i n g l i n e a r l y w i t h d r a i n a g e w a t e r a m o u n t

( K o l e n b r a n d e r 1 9 7 1 ) .

P f a f f ( 1 9 6 )

f o u n d w i t h c l a y s o i l s m u c h h i g h e r v a l u e s r u n n i n g f r o m 2

t o 4 T - 7 , , 1 - 5 7 h a / y .

T h i s i s p o s s i b l y c a u e e d b y l o o s e s o f c l a y p a r t i c l e s , w h i c h

c a n a b s o r b h i g h a m o u n t s o f p h o s p h o r u s .

T h e a m o u n t o f

c l a y

p a r t i c l e s i n t h e

d r a i n a g e , t h e r e f o r e , w i l l c a u s e g r e a t f l u c t u a t i o n s i n t h e t o t a l P l o s e b y

l e a c h i n g w i t h t h e t e n d e n c y t h a t t h e P l o s e o n c l a y B o i l s m a y b e h i g h e r t h a n

o n s a n d y s o i l s .

O n p e a t B o i l s t h e p h o o p h o r u s l o s o b y l e a c h i n g i s m u c h h i g h e r .

F r o m

d a t a b y d e V r i e s a n d H e t t o r s c h i j

( 1 9 3 0 3 7 ) ,

W i l s o n a n d S t a k e r

( 1 9 3 7 ) ,

H e n k o n s

( 1 9 7 1 ) ,

E g g e l o m a n n a n d K u n t z e

( 1 9 7 2 ) a n d M u n k ( 1 9 7 2 ) , i t w a s e s t i -

m a t e d t h a t a n a n n u a l a v e r a g e l o e s o f 2 k g P / h a a t 2 5 0 m m d r a i n a g e w a t e r

i s l i k e l y .

P a r t l y t h i s i s p h o s p h o r u e i n o r g a n i c f o r m .

4 . 3 . 2

E f f e c t o f P - F e r t i l i z e r A p p l i c a t i o n

I n c o n t r a s t t o n i t r o g e n , n o r e l a t i o n w a n f o u n d b e t w e e n t h e a m o u n t o f

P - f e r t i l i z e r a p p l i e d a n d t h e l o s s o f P b y l e a c h i n g i n l y s i m e t e r s w i t h a

d e p t h o f 1 m .

I n v i e w o f t h e l o w p h o s p h o r u s c o n c e n t r a t i o n i n t h e d r a i n a g e w a t e r

( a b o u t 0 . 0 8 m g P / 1 ( C o o k e a n d W i l l i a m n

( 1 9 7 0 ) )

s t r o n g a b u o r p t i o n i n t h e

p r o f i l e m u s t b e a n n u m e d .

T h e a b s e n c e o f a c l e a r r e l a t i o n a l - l i p b e t w e e n P - a p p l i c d a n d P - l o o t b y

.

l e a c h i n g m a k e s i t v e r y d i f f i c u l t t o r e d u c e t h e p h o s p h o r u n l o o s e e b y l e a c h -

i n g .

H e r e a g a i n , a o w i t h n i t r o g e n o n l y " m i n i n g " o f t h e s o i l o r g a n i c m a t t e r

t h e n e x t f i f t y y e a r n w o u l d b e a t h e o r e t i c a l p o n e i b i l i t y i n d e c r e a s i n g t h e s e

P l o s s e s .

T h e c o n c l u s i o n m u s t b e t h a t n i t r o g e n a n d p h o s p h o r u s l o s s b y l e a c h i n g

c a n h a r d l y b e r e d u c e d b y a c t i v i t y o f m a n w i t h o u t a s e r i o u s l o a s i n s o i l

f e r t i l i t y a n d c r o p p r o d u c t i o n .

T h e l o s s e e o f f e r t i l i z e r n i t r o g e n o n t i l l a g e l a n d a r e u m a l l , e x c e p t i n

l i g h t s a n d y s o i l s .

O n g r a a s l a n d t h e y a r e n e g l i g i b l e .



T a b l e V

L e a c h i n g L o s s e s o f P h o s p h o r u s i n C r o p p e d S o i l

( L y s i m e t e r r . x p . a n d d r a i n w a t e r a n a l y s e s )

A r a b l e L a n d

G r a s s l a n d

L o s s

D r a i n a g e

L o s s

D r a i n a g e

k g P / h a / y m m / y

k g P / 1 1 a / y

m m / y

D a l t i n e t A l ( 1 9 7 0

0 . 7 ?

J

2 5 0

0 . 3 0

2 5 0

I I

I I

0 . 4 8

2 5 0

C o p p e n e t

( 1 9 6 9 )

Q u i m p e r

0 . 1 3

2 5 0

V e r s a i l l e s

0 . 2 8

2 5 0

C o o k e a n d W i l l i a m s ( 1 9 7 0 )

0 . 1 3

0 . 2 0

2 5 0

H o l t a n

1 9 7 1 )

0 . 0 7

K o l e n b r a n d e r ( 1 9 7 1 )

0 . 0 6

2 5 0

0 . 2 0

2 5 0

L o w a n d A r m i t a g e ( 1 9 7 0 )

( 1 . 2 3 )

2 5 0

M i n d e r m a n a n d L e e f l a n g ( 1 9 6 8 )

0 . 0 5 2 5 0

H e n k e n s ( 1 9 7 1 )

0 . 0 7

2 5 0

M u n k ( 1 9 7 2 )

0 . 1 1

2 5 0

A v e r a g e

0 . 2 1

2 5 0 0 . 2 3

2 5 0

A v e r a g e C o n c e n t r a t i o n m

0 . 0 8 4

0 . 0 9 2



5 .

S o i l E r o s i o n

T h e r e a r e t w o t y p e s o f s o i l e r o n i o n t

e r o s i o n b y w i n d

e r o s i o n b y w a t e r

5 . 1 W i n d E r o n i o n

W i n d e r o s i o n o c c u r s i n d i f f e r e n t c o u n t r i e s d u r i n g d r y w e a t h e r p o r i o d e o n s a n d y

a n d p e a t ° o i l s .

W i n d t u n n e l e x p e r i m e n t o s h o w e d t h a t a s a n d y ° o i l w a o b l o w n a t

a

r a t e

o f 5 0

t o n s / h a / h o u r ( .

5

m m s o i l / h o u r ) w h e n w i n d ( ) p e e d w a n e q u a l t o

1 5

m / o e o

( P e e r l k a m p ,

1 9 7 1 ) .

C o o k e a n d W i l l i a m s ( 1 9 7 0 ) m e n t i o n t h a t w i n d e r o e i o n

m a y

r e m o v e 1 0 m m o f a o i l

c o n t a i n i n g p e r h a p a 1 5 0 0 k g t o t a l n i t r o g e n a n d 1 5 0 b y t o t a l p h o s p h o r u s f r o m 1 h a .

M u c h o f . t h i e e o i l i n d e p o s i t e d l o c a l l y a n d d i t c h e s a r e f i l l e d .

A p a r t o f

t h e N a n d P i n t h e d u e t m u e t a l e o e n t e r n t r e a m o , r i v e r s a n d l a k e s , b u t t o w h a t

e x t e n t i s d i f f i c u l t t o e s t i m a t e .

5 . 2

W a t e r E r o e i o n

I n W e n t e r n E u r o p e w a t e r e r o s i o n i s n o t g e n e r a l l y a p r o b l e m .

I n t h e W e s t e r n

p a r t o f t h e U . S . A . i t i n .

A l e o i n C a n a d a 0 . 1 % o f t h e n o i l n a r e s e v e r e l y a f f e c t e d

b y w a t e r e r o s i o n ( l o s o i n p r o d u c t i v i t y

) 3 5 % ) .

T h i s n e v e r i t y o f e r o e i o n i s r e l a t e d

t o t o p o g r a p h i c f e a t u r e n o u c h a u h i l l a r e a s o r r i v e r v a l l e y s .

I n r e g i o n s o f e r o s i v e s o i l o

2 5 - 7 5

t o n s / h a / y a r e d e l i v e r e d t o s t r e a m s i f v e g e -

t a t i o n i n p o o r .

M o s t m a t e r i a l i n t r a n n p o r t b y e r o s i o n i s i n n u s p e n s i o n a n d i n i n

t h e s i l t a n d c l a y s i e e r a n g e .

W a t e r e r o n i o n i s , t h e r e f o r e , a s i l t t r a n s p o r t p r o b l e m .

B e e i d e e t h e l e n g t h a n d s t e e p n e s s o f t h e s l o p e , i n t e n e i t y o f r a i n f a l l l e

a n

i m p o r t a n t f a c t o r .

E r o s i o n s t a r t s w i t h a r a i n f a l l i n t e n e i t y o f a b o u t

2 5

m m / h .

R i p l e y e t A l ( 1 9 6 1 ) f o u n d o n a 1 0 % n l o p e a s o i l l o o n o f 1 2 t o n / h a w h i c h i s a b o u t

e q u i v a l e n t t o 1 m m o f t o p s o i l .

H o l t e t A l

( 1 9 7 0 )

r e m a r k t h a t s e d i m e n t o c a r r y r e l a t i v e l y l a r g e a m o a n t s o f

t o t a l n i t r o g e n a n d t o t a l p h o s p h o r u s i n t o t h e s u r f a c e w a t e r , b u t i n b o t h

c a s e s

o n l y a e m a i l p r o p o r t i o n o f i t s t o t a l i s r e a d i l y a v a i l a b l e t o t h e b i o a y s t e m .

I t i n e v i d e n t t h a t N a n d P l o s e b y e r o s i o n w i l l v a r y w i t h i n w i d e l i m i t n ,

d e p e n d i n g o n c l i m a t i c a n d t o p o g r a p h i c c o n d i t i o n ° .

I n t h e U n i t e d S t a t e n t h e a n n u a l c o n t r i b u t i o n b y

s o i l

w a t e r e r o s i o n h a s b e e n

e s t i m a t e d o n

5 - 5 0

k g t o t a l N / h a / y a n d

0 . 5 - 5

k g t o t a l P / h a / y ( A r m s t r o n g a n d R o h l i c h ,

1 9 7 0 ) .

C o o p e r e t a l

( 1 9 6 9 )

p o i n t o u t t h e h i g h l y s i g n i f i c a n t i n v e r s e c o r r e l a t i o n

b e t w e e n c r o p y i e l d u a n d s o i l a n d w a t e r l o s e n f r o m e l o p i n g l a n d .

T h e b e n e f i c i a l

e f f e c t a o f a h i g h , l e v e l o f e o i l f e r t i l i t y r e d u c e e r o s i o n l o s s e e b y i n d u c i n g

a

m o r e r a p i d e a r l y s p r i n g g r o w t h , d e n s e r c a n o p y , e n l a r g e d r o o t e y s t e m a n d m o r e o r g a n i c

r e s i d u e s t o e n h a n c e

B o i l

t i l t h , i n f i l t r a t i o n a n d b i o l o g i c a l a c t i v i t y .

W a d l e i g h

( 1 9 6 8 )

l e o f t h e o p i n i o n t h a t b y e r o s i o n c o n t r o l m e a s u r e s l o s s e n

c a n b e r e d u c e d b y

7 5 %

a n d m o r e .



5 . 3

R u n - O f f

E v e n w h e n s o i l e r o e l o n b y w a t e r i o p r e v e n t e d , r u n - o f f w i l l b e a f a c t o r i n e u -

t r o p h i c a t i o n .

R u n - o f f c a n t a k e p l a c e o n f l a t s o l l e i n . w i n t e r w h e n e o l l e i r e f r o z e n

a n d s n o w i s m e l t i n g . A l s o , i n s p r i n g w h e n r a i n f o l l o w s f e r t i l i z e r a p p l i e , t i o n ,

r u n - o f f c a n c o n t r i b u t e c o n s i d e r a b l e a m o u n t ° o f N a n d 1 3

t o t h o s u r f a c e w a t e r , b u t

t h i s w i l l b e o n l y i n c i d e n t a l c a s e s .

T a b l e V I e h o w o t o t a l n i t r o g e n a n d p h o s p h o r u s c o n t r i b u t i o n o f w a t e r s h e d e t o

s u r f a c e w a t e r . I n t h e e e w a t e r e h e d s p o l l u t i o n b y I n d u e t r y a n d p o p u l a t i o n a r e e x -

c l u d e d .

A e m a i l e f f e c t o f r u r a l l i v i n g m a y b e p o u t i l b l e , b u t i t 1 8

v e r y d i f f i c u l t

t o e s t i m a t e t h e a e a m o u n t a .

I t a p p e a r e f r o m T a b l e V I t h a t t h e t o t a l c o n t r i b u t i o n o f p h o s p h o r u s I n c l u d i n g

d r a i n a g e w a t e r l e o m a l l ( 0 . 3 5 l c 6 P / h a ) w h e n s e r i o u e p o / l u t i o n b y a n n u a l w a s t e i s

e x c l u d e d .

S t i l l t h i s l o s e

1 6

h i g h e r t h a n t h a t f o u n d I n l y n i m e t e r e x p e r i m e n t e w h e r e

r u n - o f f i s e x c l u d e d ( 0 . 2 2 k g P / h a ) .

C U c h t e r a n d F u r r e r

( 1 9 7 1 )

a r e o f t h e o p i n i o n t h a t a h i g h v a l u e o f 0 . 7 0 k g P / h a

i s d u o t o r u n - o f f .

I n s u m m a r y , t h e e f f e c t o f r u n - o f f f r o m T a b l e V I c a n b e e e t i m a t e d t o b e f r o m 0

t o 0 . 5

k g P / h a / y .

T h e u p p e r l i m i t o f 0 . 5 k g P / h a / y i s t h e l o w e r l i m i t e s t i m a t e d

f o r u o i l e r o s i o n .

b .

P o l l u t i o n b y A n i m a l W a s t e

6 . 1

D i r e c t P o l l u t i o n o f t h e M i r f a c e W a t e r

D i r e c t d i e c h a r g e o f a n i m a l w a s t e w i t h a h i g h c o n t e n t o f o r g a n i c m a t t e r ,

n i t r o g e n a n d p h o e p h o r u s , c a u s e s a n e r i o u s p o l l u t i o n p r o b l e m .

U n d e r n o r m a l p r a c t i c a l c o n d i t i o n ° t h e f a r m e r w i l l u s e t h e a n i m a l w a s t e a s

m a n u r e f o r h i s c r o p n .

W h e n , h o w e v e r , f o r e c o n o m i c r e a s o n s t h e n u m b e r o f l i v e s t o c k

p e r h a h a s t o b e i n c r e a s e d , l i q u i d m a n u r e t a n k s b e c o m e i m p r a c t i c a l a n d i t w i l l b e

c h e a p e r t o d i e c h a r g e a p a r t o f t h e u r i n e t o t h e s u r f a c e w a t e r .

H o w e v e r , i n " I n d u s t r i a / " f a r m i n g w h i c h m e a n n :

" t h e h i g h e s t n u m b e r o f l i v e -

s t o c k o n t h e e m a l l e e t a r e a p o s s i b l e " , t h o a n i m a l w a e t e b e c o m e e a c o n s i d e r a b l e

p r o b l e m f o r t h e f a r m e r a n d a d i s c h a r g e t o t h e s u r f a c e w i l l b e a w a y o u t .

I t i s n o t d i f f i c u l t t o c a l c u l a t e t h e t o t a l a m o u n t o f N a n d P p r o d u c e d a n n u a l l y

b y / I v o u t o c k .

B u t I t i s d i f f i c u l t t o e s t i m a t e w h i c h p a r t i s r e a l l y d i s c h a r g e d t o

t h e s u r f a c e w a t e r .

K o l e n b r a n d e r ( 1 9 7 1 )

e s t i m a t e d o n b a l a n c e s f r o m d i f f e r e n t w a t e r e h e d e a d i r e c t

d i s c h a r g e o f 0 . 2 k g P / h a / y a n d 5 k g N / h a / y , w h i c h i s e q u a l t o 1 % o f t h e f a e c e s

p r o d u c t i o n p l u s 1 0 % o f t h e p r o d u c t i o n o f u r i n e .

I n r e g i o n s w h e r e " i n d u s t r i a l "

f a r m i n g h a s b e e n c o n c e n t r a t e d t h e d i r e c t d i s c h a r g e m a y b e a f a c t o r

7 - 8

t i m e s

h i g h e r .

B a r m e s o n e t a l

( 1 9 7 1 )

e n t i m a t e d f o r t h e K a e k a s k i a R i v e r r e g i o n ( I l l i n o i s )

t h a t a b o u t 7 % o f t h e n i t r o g e n h a s i t s o r i g i n i n a n i m a l w a s t e w h i l e B a u m a n n a n d K e l m a n

( 1 9 7 0 )

p o n t u l a t e a r o u g h e e t i m a t e o f 2 5 % f o r I o w a .

F r o m t h e s e d a t a i t i s c l e a r t h a t e s t i m a t e s r a n g e w i d e l y .

B u t e v e n a d i r e c t

d i s c h a r g e o f 7 % l o i n t h e o r d e r o f t h e c o n t r i b u t i o n o f

B o l l

e r o s i o n .

I n o r d e r t o r e d u c e e u t r o p h i c a t i o n i t w i l l b e n e c e s s a r y t o r e s t r i c t " i n d u s t r i a l "

f a r m i n g i n t h i s u n c o n t r o l l e d f a e h i o n .



Country

Table VT

Total

Loss

of

N ar. P

feos

Catcl)rnent

Area, ENcImling

Effects of

Urban

Living

and

Industrial

Pollut4on

and

Source

?crest or

Prairie

N

*

excluded

from average (animal

pollution)

100eA

Cultivated

Land

P

0.26

0.40

0.16

0.52

2.49*

1.37*

0.35

0.70

0.35

0.06

, 0.36

1

0.39

0.41

0.35

0.2-2

Can;lert

Owens/Johnson

0

2

0.01

0.06

5

2

24

56*

22

6

:;::.-cZean

(1971)

1

Campell/Webber

France ; Rapt de

1.:ad

:-.etc rle.rds

i N. Veluwe

Kolanbrander

(1971)

.

1.1evo1and

Hupselseteek

Hier6ensebeek

Langabroekerw

3we1on

r;rihk

(1971) ;

Upi_sala

reg

S.vi7.2er'and

0chter/2.arrer Préalpine

reg.

1

0.03

16

(1971)

Yidlands

6 0.03 23

Uni'L.ed Kinp:dom

Owens (1-/O)

;

Great Cuse 12

U.S.A. Lake

Monona'

6

-

awayer ' Lake Wambesa

(1947)

Lake Kegonsa

8

Average

2

0.03

12

Lysimeters

(250

ram)

0.5 0.12 5-G0

kg/ha kg/hai

i;/na



E v a l u a t i o n o f A g r i c u l t u r a l C o n t r i b u t i o n

T h e r e l a t i o n b e t w e e n p h o s p h o r u s d i s c h a r g e p e r h a c a t c h m e n t a r e a ( P D )

a n d t h e s u r f a c e

l o a d i n g f a c t o r f o r l a k e s ( S O f r o m V o l l e n w e i d e r ( 1 9 7 0 ) i e :

A L

P D -

S

.

L

A c

T h e v a l u e o f S L

a s g i v e n b y V o l l e n w e i d e r i s r a n g i n g f r o m 0 . 7 k g

F / h a t y a t a m e a n

d e p t h o f t h e l a k e o f 5 m t o 6 . 0 k g P / h a / y a t a n a v e r a g e d e p t h o f 2 0 0 m .

T h e r a t i o A L / A c

r e p r e s e n t o t h e r a t i o b e t w e e n t h e a r e a o f t h e l a k e ( A L ) a n d t h e a r e a o f

t h e w a t e r e h e d ( A O .

T h e v a l u e P D w i l l b e s m a l l f o r s m a l l l a k e s i n l a r g e w a t e r e h e d e a n d

f o r l a k e e t h a t a r e

s h a l l o w ( d e c r e a s e o f S L ) .

F r o m d a t a o f O a c h t e r a n d F u r r e r ( 1 9 7 1 ) f o r S w i e s l a k e s

( T a b l e V I I ) a r e l a t i o n h a s

b e e n c a l c u l a t e d b e t w e e n t h e d i e c h a r g e f a c t o r P o a n d t h e p e r c e n t a g e o f

l a k e s f o r w h i c h

t h i s d i o c h a r g e i s p e r m i s e i b l e o r d a n g e r o u s .

F r e m t h e e e f i g u r e e i t i s c l e a r t h a t t h e P l o s e f o u n d u n d e r f o r e s t

c o n d i t i o n e

( s e e T a b l e V I ) i s p e r m i s s i b l e t o a l l l a k e s .

T h e P l o s e f r o m l e a c h i n g ( l y s i m e t e r s ) o f

0 . 2 2 k g P / h a i s p e r m i s i b l e t o a b o u t 6 0 % o f t h e l a k e s a n d d a n g e r o u s

t o 1 0 % .

T h e t o t a l

P l o o s i n c l u d i n g r u n - o f f ( 0 . 3 5 k g P / h a ) i s o n l y p e r m i s s i b l e t o

1 0 % a n d d a n g e r o u s t o

3 5 % o f t h e l a k e n .

I t a p p e a r o t h a t t h e r e i n a l r e a d y a n u n e t a b l e s i t u a t i o n i n t h e s m a l l e r a n d e h a l l o w e r

l a k e s w h e n o n l y d r a i n a g e w a t e r f r o m a g r i c u l t u r e i s d i s c h a r g e d , a n d

t h a t t h e d a n g e r l i m i t

w i l l b e v e r y e a s i l y c r o e e e d b y p o l l u t i o n s o f a n y o t h e r k i n d s u c h a s

r u n - o f f e r o s i o n ,

a n i m a l w a s t e a n d s e w a g e w a t e r o f p o p u l a t i o n .

I n e v a l u a t i n g t h e c o n t r i b u t i o n o f a g r i c u l t u r e , w e c a n c o n s i d e r i t s

c o n t r i b u t i o n

t o t h e t o t a l p h o s p h o r u s f l o w t o t h e s u r f a c e w a t e r .

T h i s i e p o o s i b l e b y i n p u t b a l a n c e s

o f w a t e r s h e d s .

T a b l e V I I I s h o w s f o u r b a l a n c e s i n w h i c h i t l e e t r i k i n g t h a t c o n t r i b u t i o n

o f a g r i c u l t u r e i n T h e N e t h e r l a n d s i s o n l y 4 % i n r u r a l r u n - o f f a n d

g r o u n d w a t e r w h e r e a o

f h i e i s 4 2 % i n t h e U . S . A .

T h e m o e t i m p o r t a n t f a c t o r i n f l u e n c i n g . t h e r e s u l t e i s t h e l o w

p o p u l a t i o n d e n s i t y i n t h e U . S . A .

T h e l o w e r t h i s d e n s i t y t h e h i g h e r t h e c o n t r i b u t i o n o f


A s e c o n d f a c t o r i s t h a t f o r T h e N e t h e r l a n d s t h e c o n t r i b u t i o n o f

p h o s p h o r u s

i n a g r i c u l t u r e i s e o t i m a t e d t o b e 0 . 4

k g / P / h a a n d i n t h e U . S . A . a t 2 . 7 7 b y P / h a d u e t o

t h e i m p o r t a n t e f f e c t o f

R o i l

e r o s i o n .

A t h i g h p o p u l a t i o n d e n e i t i e e u r b a n l i v i n g w i l l

b e a v e r y i m p o r t a n t s o u r c e o f e u t r o p h i c a t i o n

( O w e n s , 1 9 7 0 ) .

L e g a l A s p e c t s

I n n e a r l y a l l c o u n t r i e s n e w l a w s o r a d d i t i o n s t o o l d e r o n e s a r e

p r o m u l g a t e d c o n c e r n -

i n g t h e p r o t e c t i o n o f t h e e n v i r o n m e n t a g a i n s t p o l l u t i o n .

D i s c h a r g e o f w a o t e ( f l u i d ,

s o l i d o r g a s ) t o w a t e r c o u r s e s i s f o r b i d d e n o r r e s t r i c t e d t o a l i c e n s e

c o n t a i n i n g f i n a n c i a l

a n d t e c h n i c a l c o n d i t i o n s o n d i s c h a r g i n g .

T h e a u t h o r i t i e s m u s t b a l a n c e t h e a d v a n t a g e s

t o s o c i e t y a n d t h e c o s t e f o r t h e p o l l u t e r .

H o w e v e r , t h e s e l e g a l m e a s u r e s i n e n v i r o n m e n t p r o t e c t i o n

r e l a t e a t b e s t t o t h e o x y g e n

c o n t e n t o f t h e e u r f a c e w a t e r w h i c h i s d e p r e s s e d b y d i r e c t p o l l u t i o n w i t h

o r g a n i c m a t t e r

a n d a m m o n i u m n i t r o g e n a n d n o t t o e u t r o p h i c a t i o n .

T h e u s e o f f e r t i l i z e r a s a e o u r c e o f

p o l l u t i o n i e n o t r e s t r i c t e d i n a n y c o u n t r y .

O n e d o e s f i n d r e s t r i c t i o n e o n f e e d l o t s

I n s o m e p r o v i n c e s o f C a n a d a a n d i n s o m e s t a t e s i n t h e U n i t e d

S t a t e s .

T h e c o n d i t i o n s

a r e t h a t a d e q u a t e l a n d o r o t h e r f a c i l i t i e s m u s t

b e a v a i l a b l e f o r d i s p o s a l o f w a g t e , p r e -

v e n t i n g r u n - o f f t o s u r f a c e w a t e r a n d t h e p r o v i s i o n o f s t o r a g e f a c i l i t i e s

f o r m a n u r e .

I n T h e N e t h t r l a n d a " n a t u r a l " r u n - o f f i s

n o t

c o n n i d e r e d

a s a n a r t i f i c i a l p o l l u t i o n



T a b l e V I T

R e l a t i o n b e t w e e n P h o s p h o r u s D i s c h a r g e F a c t o r P D

a n d P e r c e n t a r . e o f l a k e s - l o w h i c h t h i s i s P e r m i s s i b l e

o r D a n r , e r o u s

D a t a o f a t c h t e r a n d F u r r e r ( 1 9 7 1 )

a n d V o l l e n w e i d e r ( 1 9 7 0 )

P h o s p h o r u s D i e c h a r c e

F a c t o r P D K g P / h a / Y

' / ,

o f t h e L a k e s

P e r m i s s i b l e

t o

D a n c e r o u s

t o

0

1 0 0

0

0 . 1 0 9 7

0

0 . 1 5

9 0

1

0 . 2 0

7 0

5

0 . 2 5

5 0 1 2

0 . 3 0

2 5

2 3

0 . 3 5

1 0

3 5

0 . 4 0

2

5 0

0 . 4 5

0 6 3

0 . 5 0

0

7 5

0 . 5 5

0

8 7

0 . 6 0

0

9 5

0 . 6 5

0

9 8

; 7 0 . 7 0

0

1 0 0



Table

VIII

Estimated kmoants of

Nitrogen and

Phosphorus

reaching Surface

Rural

run-off +

grour.d water

Only

in surface

water area

Including -private sewage

systems and urban

ran-off

Netherlands

Wisconsin

Lake TLendota

N

Rainfall (2)

8% 7%

)%

20 %

%

Urban

Living

(3)

27%

7

35%

68% 16% 53%

Rural

Ran-Off

5%

2%

12%

28%

11

%

42%

Ground Water 29%

2%

42%

2%

52% 2%

Non-Agrie.

:and

Industry

31% 15%

2%

1%

Ratio

Urban

living

Rural Sources (1)

0.77

21

0.67 2.3

0.25

1.2



9 . P o s s i b l e R e m e d i e s

S t a r t i n g f r o m t h e g e n e r a l p o i n t o f v i e w , c o n t r o l o f e u t r o p h i o a t i o n i m p l i e s a s t r o n g

r e d u c t i o n o f t h e P a n d N d i s c h a r g e t o s u r f a c e w a t e r .

A g r i c u l t u r e h a s i n p r i n c i p l e t h e

f o l l o w i n g p o s s i b i l i t i e s f o r r e d u c i n g P a n d N d i s c h a r g e :

R e d u c i n g s o i l e r o e i o n b y b e t t e r s o i l c o n s e r v a t i o n m a n a g e m e n t ;

F e r t i l i z a t i o n f r o m a i r c r a f t o r s t e e p s l o p e s s h o u l d n o t b e a l l o w e d ;

N o m a n u r i n g a c t i v i t y i n a u t u m n a n d w i n t e r ;

S u f f i c i e n t s t o r a g e c a p a c i t y f o r a l l w a s t e f r o m t h e f a r m ;

P r e v e n t i n g f a l l o w i n g i n a u t u m n a n d w i n t e r b y u s e o f a c o v e r c r o p

( p r e f e r a b l y n o t a l e g u m i n o u s c r o p ) ;

O v e r - m a n u r i n g ( d u m p i n g a n d o v e r - i r r i g a t i o n o f

B o i l

h a v e t o b e l i m i t e d

p a r t i c u l a r l y o n l i g h t s a n d y s o i l s ;

S e p a r a t e t r e a t m e n t o f s o l i d a n d l i q u i d a n i m a l w a s t e w i l l o p o n b e t t e r

p o s s i b i l i t i e s t h a n p r o d u c t i o n o f s l u r r y ;

B .

F a c t o r y f a r m i l i g h a s t o b e r e s t r i c t e d t o l i c e n s e d o p e r a t i o n s ;

R e s t r i c t i o n s i n P a n d N f e r t i l i z e r u s e w i l l h a v e l i t t l e o r n o e f f e c t i n

r e d u c i n g e u t r o p h i c a t i o n ;

D e c r e a s e P a n d N l o s s f r o m m i n i n g s o i l o r g a n i c m a t t e r w i l l r e s u l t i n

a s t r o n g d e c r e a s e i n c r o p p r o d u c t i o n a n d i n c r e a s e o f f o o d p r i c e s ;

A t h i g h n i t r o g e n f e r t i l i z e r l e v e l s , i t i s a d v i s a b l e t o g i v e a n u m b e r

o f s m a l l a p p l a c a t i o n s r a t h e r t h a n a s i n g l e l a r g e o n e .

1 0 .

S u m m a r y

T h e c o n t r i b u t i o n o f a g r i c u l t u r e t o n u t r i e n t e n r i c h m e n t o f d r a i n a g e

w a t e r s i s a b o u t

0 . 2 2 k g 1 ) / h a / y .

T h i s a m o u n t i s d a n g e r o u s t o 1 0 % o f t h e l a k e s a n d p e r m i s s i b l e t o 6 0 % .

C o n t r i b u t i o n o f r u n - o f f i s e s t i m a t e d t o b e 0 - 0 . 5 k g

P / /

h a / y .

T h e a v e r a g e t o t a l

d i s c h a r g e i n d r a i n a g e w a t e r a n d r u n - o f f i s a b o u t 0 . 1 , 5 k g P h a a n d p e r m i s s i b l e

t o 1 0 %

o f t h e l a k e s a n d d a n g e r o u s t o

3 5 % .

H o w e v e r , i t i s n o t e a s y t o r e d u c e t h i s c o n t r i b u t i o n o f a g r i c u l t u r e b e c a u s e t h e r e

i s n o r e l a t i o n b e t w e e n a p p l i e d f e r t i l i z e r p h o s p h o r u e a n d P l e a c h e d a t 1

m d e p t h .

O n l y b y " m i n i n g " s o i l o r g a n i c m a t t e r d u r i n g t h e n e x t 5 0

y e a r s w i l l i t b e p o s s i b l e

t o r e d u c e t h i s P l o s s , b u t t h i s w i l l r e s u l t i n a s e r i o u s l o s s o f

c r o p p r o d u c t i o n w h i c h

i s i m p o s s i b l e i n v i e w o f o u r e v e r - i n c r e a s i n g w o r l d p o p u l a t i o n .

T h e c o n t r i b u t i o n o f n i t r o g e n d e p e n d e o n t h e t y p e o f s o i l a n d

r a n g e s f o r s o i l o r g a n i c

m a t t e r f r o m

4 5

k g N / h a / y o n s a n d y s o i l s t o

5

k g N / h a / y i n h e a v y c l a y s o i l s .

T h e d i f f e -

r e n c e i s d u e t o l o s s b y d e m i t r i f i c a t i o n .

T h e t o t a l l e a c h i n g l o a s f r o m f e r t i l i z e r N w a s c a l c u l a t e d t o b e

3 . 5 %

a t a l e v e l o f

6 0 k g N / h a o n t i l l a g e l a n d .

O n g r a s s l a n d t h e N l o s s i s s t i l l s m a l l e r a n d i s r a n g i n g

f o r o i l o r g a n i c m a t t e r f r o m 0 . 3 - 5 k g N / h a / y a n d f o r N - f e r t i l i z e r a t 1 %

a t a n a p p l i -

c a t i o n l e v e l o f 2 5 0 k g N / h a .



T h e c o n t r i b u t i o n o f e o i l e r o o i o n i s m u c h m o r e i m p o r t a n t t h a n f r o m f e r t i l i z e r a n d

i s r a n g i n g f o r P f r o m 0 . 5 - 5 k g P / h a / y a n d f o r N i t r o g e n f r o m 5 - 5 0 k g N / h a / y .

T h e c o n t r i b u t i o n o f a n i m a l w a e t e w a s e e t i m a t e d t o r a n g e f r o m 1 - 2 5 % .

B e c a u s e

o f i t s o e r i o u e e f f e c t o n p o l l u t i o n a n d e u t r o p h i c a t i o n , f a c t o r y f a r m i n g m u s t b e r e s -

t r i c t e d b y l i c e n s e s .

U s e o f f e r t i l i z e r l e n o t r e s t r i c t e d b y l a w , w h i l e " f a o t o r y f a r m i n g " i e i n s o m e

c o u n t r i e s .

N u t r i e n t e n r i c h m e n t d u e t o w a e t e i s n o t r e s t r i c t e d b y a n y l a w .

D i s c h a r g e o f

" o r g a n i c " w a n t e i n r e l a t i o n t o t h e o x y g e n c o n t e n t . o f t h e a u r f a c e w a t e r h o w e v e r l a .



1 1 .

L i t e r a t u r e

A l b e r d a , T h . , 1 9 7 1 .

S t i k a t o f b e m e s t i n g v a n g r a a l a n d s e n k w a l i t e i t v a n h e t o p p e r v l a k t e w a t e r .

S t i k s t o f 6 9 - 6 : 1 7 7 - 1 8 1 .

A r m s t r o n g , D . E . a n d R o h l i c k , C . A . , 1 9 7 0 .

E f f e c t s o f a g r i c u l t u r a l p o l l u t i o n o n e u t r o p h i c a t i o n .

: n :

A g r i c u l t u r a l P r a c t i c e s a n d W a t e r Q u a l i t y .

e d . T . L . W i l l r i c h a n d G . E . S m i t h .

I o w a S t a t e U n i v . P r e s a .

B a u m a n n , E . R . a n d K e l m a n , S . , 1 9 7 0 .

E f f e c t s o f s u r f a c e r u n - o f f o n t h e f e a e i b i l i t y o f m u n i c i p a l a d v a n c e d w a a t e t r e a t m e n t .

I n : A g r i c u l t u r a l P r a c t i c e s a n d W a t e r Q u a l i t y .

c d :

T . L . W i l l r i c h a n d G . E . S m i t h . I o w a S t a t e U n i v e r s i t y

P r e s s . , A m e s , I o w a :

3 4 4 - ? 6 2 .

B l a c k , C . A . , 1 9 7 0

B e h a v i o r o f S o i l a n d F e r t i l i z e r P h o s p h o r u s i n R e l a t i o n t o W a t e r P o l l u t i o n .

I n : A g r i c u l t u r a l P r a c t i c e s a n d W a t e r Q u a l i t y .

e d ;

T . L . W i l l r i c h a n d G . E . S m i t h , I o w a S t a t e U n i v . P r e s s . ,

A m e s , I o w a : 7 2 - 9 1 .

B o l t o n , E . F . , k y l e e w o r t h , J . W . a n d H o r e , P . R . , 1 9 7 0

N u t r i e n t l o o s e s t h r o u g h t i l e d r a i n s u n d e r t h r e e c r o p p i n g a y s t e m s a n d t w o f e r t i l i t y

l e v e l a o n a B r o o k s t o n c l a y s o i l S c i . , 5 0 : 2 7 5 - 2 7 9 .

B r i n k , N . , 1 9 7 0 .

E u t r o p h i c a t i o n f r o m f a r m l a n d a n d f o r e s t i n S w e d e n .

R e p o r t S w e d i s h E n v i r . P r o t e c t i o n B o a r d , :

1 4 p p .

C o o k e , G . W . 1 9 7 1 .

F e r t i l i z e r a a n d S o c i e t y .

( S e v e n t h F r a n c i s n e w m e m o r i a l l e c t u r e ) .

F e r t i l i z e r S o c i e t y P r o c . 1 2 1 : i n p r e s s .

C o o k e , G . W . a n d W i l l i a m s , P . J . B . , 1 9 7 0 .

L o s s o f n i t r o g e n a n d p h o o p h o r u e f r o m a g r i c u l t u r a l l a n d .

W a t e r T r e a t m e n t E x a m . 1 9 - 3 : 2 5 - 2 7 6 .

C o o p e r , G . S . , K e t c h e n o n , J . W . a n d W e b b e r , L . P . 1 9 6 9

A g r i c u l t u r e a s a c o n t r i b u t i o n t o p o l l u t i o n .

A l e r e v i e w , s p e c . i s s u e P o l l u t i o n a n d C a n . A g r i c .

2 4 - 3 :

9 - 1 5 .

C o p p e n e t , M . , 1 9 6 9 .

R e s u l t a t o d e d o u z e a n n é e s d ' o b s e r v a t i o n e l y s i m e t r i q u e a à Q u i m p e r ( 1 9 5 4 - 1 9 6 5 ) .

A n n . A g r . 2 9 : 1 1 1 - 1 4 3 .

E g g e l a m a n n , R . a n d K u n t z e , H . , 1 9 7 2 .

W e r g l e i c h e n d e c h e m i s c h e U n t e r s u c h u n g e n z u r F r a g e d e r G e w l s s e r e u t r o p h i e r u n g a u s

l a n d w i r t s c h a f t l i c h g e n u t z t e n

M o o r - u n d S a n d b U e n

S o n d e r h e f t L a n d w . F o r s c h . , 2 7 - 1 : i n p r e s s .



F e r t i l i z e r : 3 ,

1 9 6 9

A n a n n u a l r e v i e w o f w o r l d p r o d u c t i o n , c o n s u m p t i o n ,

t r a d e a n d p r i c e a .

F . A . O . , R o m e ,

1 8 5 p p .

G a c h t e r , R . a n g F u r r e r , 0 . J . , 1 9 1 1

D e r B e i t r a g d e r L a n d w i r a c h a f t z u r E u t r o p h i e r u n g d e r G e w A a s e r i n d e r S c h w e i z .

R e p o r t E i d g . A n s t a l t W . A . G . , D U b e n d o r f u n d E i d g . F o r s c h . a n u t a l t

A g r i e . C h e m . L i e b e f u l d - B e r n . , :

1 5 p p .

G e n e i j g e n , J . v a n a n d S c h e l t i n g a , H . M . J . ,

1 9 7 0

Z u i v e r i n g v a n z u i v e l a f v a l w a t e r d o o r v e r r e g e n i n g .

1 { 2 0

3 : 1 7 0 - 1 7 2 .

H a r m e s o n , H . , S o l l o , F . W . a n d L a r s o n , T . E . , 1 9 7 1

T h e n i t r a t e s i t u a t i o n i n I l l i n o i s .

J . A m . W a t e r W o r k a A s s o c . 6 3 - 5 :

3 0 1 - 3 1 0 .

H e b e r t , J . a n d C r a f f i n , P h . , 1 9 7 1

E s s a i d ' é s t i m a t i o n d e l ' i n f l u e n c e d e s e n g r a i a e t d e r e j e t a a g r i c o l e s s u r

l ' e u t r o p h i s a t i o n .

I n s t . N a t . H o c h . A g r o n .

:

2 9 p p .

H e n k e n a , C h . H .

1 9 7 1 .

B e m e s t i n g e n d e k w a l i t e i t v a n h e t o p p e r v l a k t e w a t e r .

S t i k s t o f

6 - 6 9 : 3 6 0 - 3 7 1 .

H o l t , R . F . , D o w d y , H . R . a n d T i m m o n a , D . R . ,

1 9 7 0 .

C h e m i s t r y o f p e d i m e n t i n w a t e r .

I n A g r i c u l t u r a l P r a c t i c e s a n d W a t e r Q u a l i t y .

e d .

: T . L . W i l l r i c h a n d G . E . S m i t h , I o w a S t a t e U n i v . P r e s s . , A m e s , I o w a . 0 2 1 - 3 4

H o l t a n , H . ,

1 9 7 1

F y s i s k - K j e m i s k c u n d e r s A e l n e r i

L e i r e l v a , R o m e r i k e .

I n p r e s s .

K o r r a k e r , P . E . B o r t n e r , C . E . a n d F e r g u a , E . N . ,

1 9 5 0

N i t r o g e n b a l a n c e i n l y s i m e t e r n a s a f f e c t e d b y g r o w i n g K e n t u c k y B l u e g r a s s a n d

c e r t a i n l e g u m e s s e p a r a t e l y a n d t o g e t h e r .

K e n t u c k y A g r . E x p . S t a . B u l l . 5 5 7 :

K o f o c d , A . D . a n d L i n d h a r d , J . , 1 9 6 8

M i n e r a l a t o f b o r t f i S r s e l f r a g r a e s d a e k k e t j o r d i l y s i m e t r o .

T i d o s k r . P l a n t e a v l .

7 2 : 4 1 7 - 4 3 7 .

K o l e n b r a n d e r , . 0 . d . ,

1 9 6 9 .

N i t r a t e c o n t e n t a n d n i t r o g e n l o n e i n d r a i n w a t e r .

N e t h . J . A g r i c . S c i .

1 7 : 2 4 6 - 2 5 5 .



K o l e n b r a n d e r , G . J .

1 9 7 0

H e e f t d e u i t s p o e l i n g v a n k u n s t m e e t i n v l o e d o p d e k w a l i t e i t v a n h e t g r o n d w a t e r

d e r w a t e r l e i d i n g b e d r i j v e n ?

S t i k e t o f

6 4 : 1 4 1 - 1 4 9 .

W a t e r

5 5 : 1 1 7 - 1 2 2 .

K o l e n b r a n d e r , G . J . ,

1 9 7 1 .

C o n t r i b u t i o n o f a g r i c u l t u r e t o e u t r o p h i c a t i o n o f s u r f a c e w a t e r s w i t h n i t r o g e n

a n d p h o s p h o r u s i n T h e N e t h e r l a n d s .

R e p o r t N o . 1 0 I n s t . S o i l F e r t i l i t y H a r e n ( C r . ) :

5 0 p p .

L e g g e , R . F . a n d D i n g e l d e i n , D . ,

1 9 7 0 .

W e h u n g p h o s p h a t e e w i t h o u t a f a i r t r i a l .

C a n . R e a . a n d D e v e l o p m . M a r c h 1 9 7 0 .

L o w , A . J . a n d A r m i t a g e , E . R . ,

1 9 7 0

T h e c o m p o s i t i o n o f t h e l e a c h a t e t h r o u g h c r o p p e d a n d u n c r o p p e d s o i l s i n

l y s i m e t e r e c o m p a r e d w i t h t h a t o f t h e r a i n .

P l a n t a n d S o i l

3 3 :

3 9 3 - 4 1 1 .

M a c L e a n , A . J . ,

1 9 7 1 .

C a n a d i a n c o n t r i b u t i o n a n d r e p l y t o q u e e t i o n n n a i r e f o r 0 . E . C . D . W o r k i n g G r o u p

o n F e r t i l i z e r ° a n d A g r i c u l t u r a l W a s t e P r o d u c t s .

S o i l R e s . I n s t . C a n . D e p . A g r i c . O t t a w a , 6 1 7 . 3 1 6 - 2 F W / O c t o b e r 1 9 7 1 .

M i n d e r m a n , G . a n d L e e f l a n g , K . W . F . ,

1 9 6 8 .

T h e a m o u n t e o f d r a i n a g e w a t e r a n d s o l u t e s f r o m l y s i m e t e r e .

P / a n t a n d S o i l

2 8 : 6 1 - 8 0 .

M o h r m a n n , J . C . J . a n d K e s s l e r , J . ,

1 9 5 9 .

W a t e r d e f i c i e n c i e e i n E u r o p e a n a g r i c u l t u r e

I n t e r . I n s t . L a n d R e c l a m a t i o n I m p r o v e m e n t . p u b l . n o .

5 : 6 0 p p .

p u b l . c o m p . H . V e e n m a n a n d S u n ' e , W a g e n i n g e n .

M u n k , H . , 1 9 7 2 .

Z u r v e r t i k a l e n W a n g e r u n g m i n e r a l i s c h e r P h o e p h o r e d u r e b e i e t a r k e r P h o e p h a t d U n g u n g .

S o n d e r h e f t L a n d w . F o r s c h . , 2 7 - 1 :

i n p r e s o .

N o t e s o n W a t e r P o l l u t i o n ,

1 9 6 8 .

M i n i e t r y o f T e c h n o l o g y n o . 4 1 J u n e : 4 p p . W a t e r P o l l . R e s . L a b . , S t e v e n a g e , H e r t s .

O w e n s , M . ,

1 9 7 0 .

N u t r i e n t b a l a n c e s i n r i v e r s .

W a t e r T r e a t m e n t

E x a m . 1 9 - 3 : 2 3 9 - 2 4 7 .

P e e r l k a m p , P . K . ,

1 9 7 1 .

G r o n d v e r s t u i v i n g e n e n h u n b e e t r i j d i n g .

A n n u a l R e p o r t I n e t . S o i l F e r t i l i t y 1 9 7 0 :

7 4 - 8 6 .

H a r e n ( C r . )



P f a f f , C . ,

1 9 6 3

N a h r s t o f f a u e w a s c h u n g i m B o d e n a u f C r u n d l a n g j a h r i g e L y s i m e t e r v e r s u c h e .

Z . A c k e r u . P f l b a u 1 1 7 :

7 7 - 9 9 ,

1 0 0 - 1 1 3 , 1 1 7 - 1 2 8 .

R i e t z , K . ,

1 9 6 9 .

D i e A b w a e e e r d e r K a r t o f f e l f l o c k e n - u n d K a r t o f f e l s t a r k e f a b r i k e n u n d i h r e K l a r u n g .

M ü n c h n e r B e i t r . A b w a e s e r ,

F i s c h e r e i - u n d

F l u s e b i o l .

6 : 3 5 9 - 3 7 2 .

R i p l e y , P . O . , K a l k f l e i n c h , W . , B o u r g e t , S . J . a n d C o p p e r , D . J . , 1 9 6 1 .

S o i l E r o s i o n b y w a t e r .

R e n e a r c h B r a n c h , C a n . D e p . A g r i c . P u b l .

1 0 8 3 .

S a w a y e r , C . N . ,

1 9 4 7 .

F e r t i l i z a t i o n o f l a k e s b y a g r i c u l t u r a l a n d u r b a n d r a i n a g e .

J . N e w E n g l . W a t e r W o r k s A s s o c .

6 1 : 1 0 9 - 1 2 7 .

S t e w a r t , B . A . , V i e t s , P . O . , H u t c h i n s o n , C . L . . a n d K e m p e r , W . D . ,

1 9 6 7 .

N i t r a t e a n d o t h e r w a t e r p o l l u t a n t s u n d e r f i e l d s a n d f e e d l o t s .

E n v i r o n . S c i . T e c h n o l .

1 : 7 3 6 - 7 3 9 .

S t o u t , P . R . a n d B u r a u , R . C . ,

1 9 6 7 .

T h e e x t e n t a n d e i g n i f i c a n c e o f f e r t i l i z e r b u i l d u p i n s o i / e a s r e v e a l e d b y

v e r t i c a l d i s t r i b u t i o n ° o f n i t r o g e n o u s m a t t e r b e t w e e n o i l a n d u n d e r l y i n g w a t e

r e s e r v o i r s .

I n :

A g r i c u l t u r e a n d q u a l i t y o f o u r E n v i r o n m e n t .

e d :

N . C . B r a d y , A m . A a e o c . A g r i c . S c i . P u b l .

8 5 : 2 8 3 - 3 1 0 .

T r i n e s , H . ,

1 9 5 2 .

C y a n C e e ( M e t h a e m o g l o b i n a e m i e ) b i j z u i g e l i n g e n , a l e g e v o l g v a n h e t g e b r u i k

v a n n i t r a a t h o u d e n d p u t w a t e r b i j d e v o e d i n g .

V e r e l . M e d e d . V o l k s g e z o n d h e i d : 4 8 1 - 5 0 3 .

V e t t e r , H . a n d K l a s i n k , A . , 1 9 7 2 .

U n t e r s u c h u n g e n z u r F r a g e " W i e v i e l G U i l e d a r f m a n d U n g e n ?

S o n d e r h e f t L a n d w . F o r s c h . , 2 7 - 1 :

i n p r e e n .

V o l l e n w e i d e r , A . ,

1 9 7 0

S c i e n t i f i c f u n d a m e n t a l s o f t h e e u t r o p h i c a t i o n o f l a k e e a n d f l o w i n g w a t e r s ,

w i t h p a r t i c u l a r r e f e r e n c e t o n i t r o g e n a n d p h o e p h o r u e a s f a c t o r s i n e u t r o p h i -

c a t i o n .

0 . E . C . D . r e p o r t :

1 6 0 p p .

V r i e e , O . d e , a n d H e t t e r e c h i j , C . W . C . ,

1 9 3 6 - 3 7 .

B e w e g l i c h k o i t d e r P h o s p h o r e a u r e i m B o d e n .

B o d e n k . u . P f l E r n a h r .

4 7 : 1 7 8 - 1 8 6 .

W a d l e i g h , C . H . , 1 9 6 8 .

A g r i c u l t u r e a n d t h e q u a l i t y o f o u r e n v i r o n m e n t .

U . S . D . A . m i s c . P u b l .

1 0 6 5 .

W i l s o n , E . D . a n d S t a k e r , E . V . , 1 9 3 7

L o s e o f p l a n t n u t r i e n t s f r o m p e a t s o i l .

C o r n . U n i v . k g r . E x p . S t a . m e m . 2 0 6 : 1 5 p p .



N U T R I E N T C Y C L E S A N D A G R I C U L T U R A L R E S O U R C E M A N A G E M E N T

C o n e i d e r a t i o n e f o r D e c i s i o n M a k i n g

W i l l a r d H . G a r m a n

T e c h n i c a l A n n i o t a n c e B u r e a u , A g e n c y f o r I n t e r n a t i o n a l D e v e l o p m e n t

U . S . S t a t e D e p a r t w e n t , W a e h i n f t t e n L . C . ,

I n t e r m s o f l a n d a r e a a n d v a l u e o f n a t u r a l r e e o u r c e s , a g r i c u l t u r e a n d f o r e e t r y c o n -

s t i t u t e t h e l a r g e n t e n v i r o n m e n t a l c o m p l e x o n e a r t h .

A l t h o u g h t h e p r o b l e m s a s s o c i a t e d w i t h

t h i s c o m p l e x m a y d i f f e r f r o m r e g i o n t o r e g i o n , o n o c a n s a f e l y s a y t h a t a t l e a n t f o r t h e

s o - c a l l e d d e v e l o p e d n a t i o n s i t s m a j o r p r o b l e m s a r e s e d i m e n t a n d d u s t , p l u s o r g a n i c w a s t e s

f r o m l i v e e t o c k a n d t h e f o o d a n d f o r e s t r y p r o c e s e i n g i n d u s t r i e s .

S e d i m e n t b u r d e n s f r o m a g r i c u l t u r a l l a n d s i n t h e U n i t e d S t a t e s a r e e s t i m a t e d a t t w o

b i l l i o n t o n o p e r y e a r , a s i s t h e q u a n t i t y o f l i v e s t o c k w a e t e s p r o d u c e d .

B o t h a r e i m m e n s e

p r o b l e m s , a n d w o u l d b e v e r y c o s t l y t o h a n d l e e v e n i f t h e w i l l a n d t h e t e c h n o l o g y e x i s t e d .

F o r t u n a t e l y t h e a m o u n t o f o e d i m e n t h a s b e e n r e d u c e d d u r i n g t h e p a e t g e n e r a t i o n d u o t o e f f i -

c i e n t c r o p p r o d u c t i o n m e t h o d s w h i c h h a v e p e r m i t t e d o e v e r a l m i l l i o n s o f m a r g i n a l a c r e e o f

U . S . c r o p l a n d t o b e r e t i r e d f r o m c u l t i v a t i o n .

W i t h o u s t a i n e d e f f o r t d u r i n g t h e 1 9 7 0 ' s ,

s e d i m e n t e h o u l d b e b r o u g h t u n d e r r e a s o n a b l e c o n t r o l o n b o t h f a r m s a n d f o r e e t s .

I n p a e s i n g

o n e m i g h t n o t e t h a t s e d i m e n t f r o m h i g h w a y e r o s i o n a n d u r b a n a n d i n d u s t r i a l g r o w t h i s a l s o

a b o u t t w o b i l l i o n t o n o a y e a r , b u t a s o f n o w p r o s p e c t o f o r r a p i d i m p r o v e m e n t i n t h e U . S .

a r e n o t b r i g h t .

L i v e s t o c k n u m b e r s i n t h e U . S . a r e o n t h e i n c r e a o e a n d t h e v o l u m e o f

w a s t e e ' i e g r o w i n g

f a s t e r t h a n d i e p o o a l t e c h n o l o g y .

M a n y p e o p l e t o d a y

R a y

t h a t d i s p o s a l o f m a n u r e i s a g r i -

c u l t u r e ' e g r e a t e s t p r o b l e m .

T h e y b e l i e v e t h a t t h e o n l y n o l u t i o n l i e u i n s p r e a d i n g m o r o

a n d m o r e o f i t o n r u r a l l a n d s .

I t a p p e a r s q u i t e l i k e l y , t h e r e f o r e , t h a t t h e U . S . s o o n

w i l l n e e s o m e & l i f t i n g a w a y f r o m t h e h u g e f e e d i n g o p e r a t i o n n w h e r e t h o u s a n d s o f c a t t l e

a r e t u r n e d o u t a n n u a l l y , t o s m a l l e r o n e s w i t h l o w e r - d e n n i t y s t o c k i n g .

S u c h a s h i f t w i l l

f a c i l i t a t e c o n t r o l o f r u n o f f a s w e l l a s g e t t i n g m a n u r e n p r e a d o n . t h e s u r r o u n d i n g l a n d .

T h e c o s t

w i l l

a p p e a r t o b e h i g h b e c a u s e o f r e d u c e d e f f i c i e n c y a n d b e c a u s e t h e v a l u e o f

t h e n u t r i e n t ° w i l l n o t p a y f o r t h e l a b o r r e q u i r e d .

T h u n , o n e c a n a n t i c i p a t e a d d e d f o o d

c o s t a o r i n c r e a s e d t a x e s , a n d t h e s e m u e t b e e v a l u a t e d i n t e r m s o f e n h a n c e d e n v i r o n m e n t .

C i t y t a x b u r d e n s a r e a l r e a d y g r e a t i n t h e U . S . a n d a r e s k y r o c k e t i n g f o r h a n d l i n g o f

h u m a n e e w a g e a n d u r b a n w a s t e s .

A n u m b e r o f j o i n t c i t y a n d f e d e r a l l y s p o n s o r e d e x p e r i m e n t a l

p r o j e c t s a r o c u r r e n t l y u n d e r w a y t o f i n d o u t h o w m u c h o r g a n i c m a t t e r o r s l u d g e c a n b e a c c o m m o -

d a t e d b y s p r e a d i n g o n a g i v e n a r e a o f l a n d , a t w h a t c o s t , w i t h w h a t s o c i a l o b j e c t i o n , i f a n y ,

a n d w i t h w h a t t o x i c e f f e c t o o n p l a n t s , i f a n y .

B e c a u e e m o s t s t r e a m e i n t h e U . S . a l r e a d y a r e o v e r b u r d e n e d w i t h o r g a n i c m a t t e r , n o t o n l y

i s t h e d e m a n d f o r i m p r o v e d t r e a t m e n t t e c h n o l o g y i m p e r a t i v e , b u t i t a p p e a r n t h a t w e m u s t l o o k

t o l a n d d i n p o n a l t o p r o v i d e r e l i e f f o r n t r e a m e a n d l a k e n i n t h e n e a r - t e r m f u t u r e .

H o p e f u l l y ,

f o r t h e l o n g - t e r m , n e w t e c h n o l o g y w i l l d e v e l o p e c o n o m i c t e c h n i q u e ° f o r d i e s i p a t i n g o x i d i z a b l e

c a r b o n n o t h a t e t r e a m s c a n h a n d l e u r b a n o f f l u e n t e w i t h n o a d v e r s e e f f e c t s .

H o p e f u l l y , t o o ,

n e w t e c h n i q u e ° w i l l p r o v i d e s i m i l a r m e a n s o f h a n d l i n g l i v e n t o c k w a s t e s t o p r o t e c t s t r e a m ;

f r o m o x y g e n d e p l e t i o n .

1 /

I n v i t a t i o n a l p a p e r f o r :

F A O P a n e l o n E n v i r o n m e n t , 2 4 - 2 8 J a n u a r y 1 9 7 2 , R o m e , I t a l y , s p o n s o r e d j o i n t l y b y t h e

G o v e r n m e n t o f S w e d e n .

V i e w s i n t h e p a p e r a r e t h o s e o f t h e a u t h o r a n d n o t n e c e n e a r i l y

t h o s e o f a g e n c i e s o f t h e U . S . G o v e r n m e n t .

2 /

S e n i o r A g r i c u l t u r a l C h e m i c a l s S p e c i a l i s t , T e c h n i c a l A s s i s t a n c e B u r e a u ,

A g e n c y f o r I n t e r -

n a t i o n a l D e v e l o p m e n t , U . S . S t a t e D e p a r t m e n t , W a s h i n g t o n , D . C . , 7 , 1 . 3 . k b



U n f o r t u n a t e l y c e r t a i n r a t h e r r e c e n t c r o p p i n g p a t t e r n c h a n g e e i n t h e U . S . , a n d p a r t i -

c u l a r l y i n t h e m i d w e s t e r n o t a t e s , h a v e n o t l e d t o i m p r o v e m e n t i n e t r e a m q u a l i t y .

T o d a y

m i l l i o n e o f a c r e s o f l a n d ( 1 ) a r e d e v o t e d t o e o y b e a n n w h e r e a s f o r m e r l y t h e y w e r e u s e d f o r

b a r l e y , o a t e , w h e a t a n d h a y , c r o p s w h i c h p r o v i d e d c o n s i d e r a b l e s o i l p r o t e c t i o n ,

e s p e c i a l l y

d u r i n g p e r i o d n o f h e a v y s n o w m e l t a n d s p r i n g r a i n f a l l .

T h i s i e i n m a r k e d c o n t r a s t t o t h e

l a c k o f s n o w m e l t a n d s p r i n g r a i n f a l l .

T h i s i s i n m a r k e d c o n t r a s t t o t h e l a c k o f p r o t e c t i o n

n o w p r o v i d e d b y d e a d a n d e h r e d d e d r e e i d u e s f r o m t h e e o y b e a n c r o p .

R e s i d u e s f r o m t h e v a s t

a c r e a g e a o f c o r n a r o h a n d l e d s i m i l a r l y , a n d p r o v i d e l i t t l e

p r o t e c t i o n .

I t w o u l d s u r e l y f o l l o w ,

t h e r e f o r e , t h a t a d j a c e n t s t r e a m s a r e r e c e i v i n g m u c h g r e a t e r a m o u n t e o f w a t e r r u n o f f

( 1 ) ,

c o n t a i n i n g o r g a n i c m a t t e r a n d p l a n t n u t r i e n t a , l e a c h e d o u t o f t h e c r o p r e s i d u e e .

F E R T I L I Z E R S B L A M E D

R e c e n t l y f e r t i l i z e r s h a v e b e e n b l a m e d f o r d e t e r i o r a t i o n o f w a t e r q u a l i t y i n U . S .

s t r e a m s t h r o u g h c o n t r i b u t i o n o

n u t r i e n t s .

I a m n o t y e t c o n v i n c e d t h a t t h i s i s s e r i o u e

b e c a u s e t h e r e i s v e r y l i t t l e c o n c l u s i v o e v i d e n c e b a e e d o n a c h e c k o r n a t u r a l b a c k g r o u n d

a r e a f o r c o m p a r i s o n .

A c c o r d i n g t o D r . F r a n k G . V i e t s

( 1 5 )

o f t h e U . S . D e p a r t m e n t o f A g r i -

c u l t u r e , e o m e o f t h e b e e t i n f o r m a t i o n t o d a t e o n t h e e f f e c t o f f e r t i l i z e r ° w a s o b t a i n e d

i n C a n a d a o n a B r o o k s t o n c l a y s o i l .

H e r e t h e e x p e r i m e n t s i n c l u d e d v a r i o u s c r o p s o n f e r t i -

l i z e d a n d u n f e r t i l i z e d p l o t s .

T h e a m o u n t o f n i t r o g e n a n d p h o e p h o r u s f e r t i l i z e r a p p l i e d i s

r e f e r r e d t o a s " h i g h e r t h a n n o r m a l l y r e c o m m e n d e d " .

T h e 7 - y e a r a v e r a g e c o m p o s i t i o n o f t h e t i l e d r a i n a g e w a t e r w a s :

P P M

N O 3 - N

F e r t i l i z e d

0 . 2 1

U n f e r t i l i z e d

6 . 4

0 . 1 8

A l t h o u g h t h e a m o u n t s o f n i t r o g e n a n d p h o s p h o r u e f r o m b o t h t h e t r e a t e d a n d u n t r e a t e d

p l o t s a r e r e l a t i v e l y s m a l l , t h e y a r e v e r y m u c h m o r e t h a n t h o s e r e q u i r e d f o r s u p p o r t o f

p l a n t g r o w t h i n a q u e o u s e y s t e m s .

T h e s a m e c a n b e s a i d f o r t h e r e o u l t s o f a l l o t h e r s i m i l a r

w o r k I h a v e o b s e r v e d , a s f o r e x a m p l e , t h e d a t a r e p o r t e d b y V i e t s ( 1 5 ) f o r d i f f e r e n t t y p e s

o f l a n d u s e , w h i c h v a l u e s a v e r a g e f r o m 7 . 4 t o 1 3 . 4 p p m o f N O 3 - N r e a c h i n g a w a t e r t a b l e a t

a d e p t h o f 2 0 f e e t .

E x t r e m e l y i n t e r e s t i n g t o r e f l e c t o n a t t h i s p o i n t i s a p u b l i c a t i o n b y D r s . S t o u t a n d

B u r a u ( 1 7 ) i n w h i c h t h e y c a l c u l a t e d t h e n i t r a t e c o n c e n t r a t i o n i n l e a c h a t e s f r o m U . S .

p r a i r i e s o i l n d u e t o a c e n t u r y o f c u l t i v a t i o n .

I f t h e ° o l i o c o n t a i n e d 0 . 1 p e r c e n t o r g a n i c

n i t r o g e n i n t h e t o p f o o t , a n d i f o n e f o u r t h w a s l o u t d u r i n g 1 0 0 y e a r e o f c u l t i v a t i o n , a n d

o n e - h u n d r e d t h w a s l o e t a s n i t r a t e i n 3 2 . 6 i n c h e n o f p e r c o l a t e a n n u a l l y , t h e w a t e r w o u l d

c o n t a i n 2 8 . 6 p p m o f N 0 1 - N .

T h i s l e a d s m e t o t h e b e l i e f t h a t i n t h e e a r l y y e a r s o f c u l t i v a t -

i n g t h e s e s o i l ° , w h e n r a t e o f o r g a n i c m a t t e r d e s t r u c t i o n w a s q u i t e h i g h , w a t e r s n a t u r a l l y

m u s t h a v e b e e n c o n s i d e r a b l y h i g h e r i n n i t r a t e t h a n i e t r u e t o d a y .

T h e a b o v e d a t a c i t e d b y V i e t s a n d l i n e s o f r e a s o n i n g b y S t o u t a n d B u r a u s e e m t o l e n d

s t r o n g s u p p o r t f o r l o o k i n g b e y o n d p l a n t n u t r i e n t s , a n d i n i t e a d c o n s i d e r i n g o r g a n i c m a t t e r

a s t h e p o l l u t a n t , r a t h e r t h a n a t o n u t r i e n t s . P e r h a p s o n l y w h e n n u t r i e n t s a r e p r e s e n t t o

t h e d e g r e e o f c a u s i n g a n u n d e s i r a b l e t o x i c s a l t e f f e c t s h o u l d t h e y b e l o o k e d u p o n a s

p o l l u t a n t ° .

W a t e r c a n c o n t a i n a l l e s s e n t i a l n u t r i e n t s i n t h e b e s t p o s s i b l e b a l a n c e f o r

p l a n t a a n d y e t b e a s t e r i l e m e d i u m .

U n l e s s e n e r g y i s p r o v i d e d f o r b a c t e r i a , l i t t l e l i f e

w i l l e n s u e .

I n t h e / a b o r a t o r y , u n l e s s a i r ( c a r b o n d i o x i d e ) i s b u b b l e d t h r o u g h t h e m e d i u m ,

v e r y l i m i t e d p r o d u c t i o n o f a l g a e o c c u r s u n t i l o r g a n i c m a t t e r b u i l d s u p .

D r . H . S . S w i n g l e

o f A u b u r n U n i v e r s i t y f o u n d t h i s o u t m o r e t h a n 2 0 y e a r s a g o w h e n h e o b t a i n e d n e g a t i v e r e s u l t s

f r o m f e r t i l i z i n g N o b p o n d s .

H e s o o n r e a s o n e d t h a t b a c t e r i a w o u l d b e n e c e s s a r y t o g e n e r a t e

e n o u g h c a r b o n d i o x i d e f o r t h e p h o t o s y n t h e t i c p l a n t s s u c h a s a l g a e , i f t h e y w e r e t o n e r v e



a s t h e b a s e f o r t h e f o o d c h a i n f o r f i e h ' p r o d u c t i o n .

I t w a s o n l y a f t e r h e s u p p l i e d e n e r g y

s o u r c e s , a s c o t t o n e e e d m e a l o r s o y b e a n m e a l , t h a t h e g o t g o o d y i e l d s o f p h y t o p l a n k t o n ,

z o o p l a n k t o n a n d f i s h .

M o r e r e c e n t l y , s c i e n t i s t s

o f

t h e T e n n e s e e V a l l e y A u t h o r i t y f e r t i l i z e d p a i r e d c o v e s

o v e r a t w o y e a r p e r i o d t o s e e i f n u t r i e n t s w o u l d c a u s e i n c r e a s e d a l g a e - g r o w t h

f o r f i s h


T h e y f o u n d t h a t t h e a d d i t i o n o f s o l u b l e i n o r g a n i c n u t r i e n t s p r o d u c e d n o m e a -

e u r a b l e e f f e c t s o n p h y t o p l a n k t o n o r o n i n o r g a n i c n u t r i e n t s p r o d u c e d n o m e a e u r a b l e e f f e c t s

o n p h y t o p l a n k t o n o r o n f i s h .

H a d t h e y i n c l u d e d a r e a d i l y a v a i l a b l e e o u r c e o f o r g a n i c

c a r b o n , I ' m e u r e p r o f o u n d e f f e c t s w o u l d h a v e o c c u r r e d i m m e d i a t e l y , a n d t h a t t h e s e e f f e c t s

a n d e n s u i n g o n e s w o u l d e t i l l b e e v i d e n t i n t e r m s o f s p e c i e s o f a q u a t i c p l a n t e .

I n n a t u r e , w h e r e o r g a n i c m a t t e r i s n e a r l y a l w a y s p r e s e n t , i t i s w e l l e s t a b l i e h e d t h a t

v e r y s m a l l q u a n t i t i t e e o f n i t r a t e s a n d m i n e r a l n u t r i e n t s w 1 1 s u s t a i n l u x u r i a n t

g r o w t h o f

a q u a t i c p l a n t s , a n d t h a t c e r t a i n r o o t e d p l a n t s p e c i e s o b t a i n n u t r i e n t s t h r o u g h t h e i r r o o t s

( 1 0 ) .

U p o n p l a n t d e c a y , t h e s e n u t r i e n t s , p l u s t h o s e a d d e d b y w i l d l i f e a n d t r a n s i e n t w a t e r -

f o w l

( 5 )

a r o c y c l e d o v e r a n d o v e r b y b a c t e r i a , a l g a e a n d o t h e r p l a n t s a n d a n i m a l e .

I c a n -

n o t , t h e r e f o r e , e n v i e i o n a e i t u a t i o n i n n a t u r e w h e r e m a n - i n d u c e d i n p u t s o f t h e s e n u t r i e n t s

a r e n e c e e s a r y f o r e u t r o p h i c a t i o n ; o t h e r w i e e h o w c a n o n e a c c o u n t f o r t h e e a r t h ' s v a s t

c o a l ,

o i l , a n d p e a t d e p o s i t s ?

L i k e w i s e i c a n n o t e n v i o i o n a n y e x i s t i n g s i t u a t i o n w h e r e r e m o v a l '

o f a n u t r i e n t o t h e r

t h a n

c a r b o n f r o m e f f l u e n t s c o u l d h a v e a n y m e a s u r a b l e e f f e c t o n t h e

r e c e i v i n g s t r e a m o r n a t u r a l b o d y o f w a t e r .

T o b e e f f e c t i v e t h e p r i n c i p l e o f n u t r i e n t

r e m o v a l s u r e l y w i l l h a v e t o b e a p p l i e d t o t h e b o d y o f w a t e r i t s e l f ( 7 ) .

A n d , i f a n d w h e n

i t i s , i t l i k e l y w i l l b e b z s e d o n t h e r e m o v a l o f o n e o r m o r e o f t h e m i c r o n u t r i e n t s , a s b y

c h e m i c a l p r e c i p i t a t i o n , p l u s h a r v e s t i n g o f a l g a e o r o t h e r p l a n t s a t c e r t a i n i n t e r v a l s .

S l o w i n g t h e p r o c e s s o f a c c e l e r a t e d e u t r o p h i c a t i o n w i l l i n d e e d b e d i f f i c u l t b e c a u e e

t h e i n p u t o f b W . h o r g a n i c a n d i n o r g a n i c c a r b o n m u s t b e c o n t r o l l e d .

T h e p r e s e n t t r e m e n d o u s

v o l u m e s o f h u m a n a n d l i v e s t o c k w a s t e s d i c t a t e s t h a t c o n t r o l o v e r t h e o r g a n i c c a r b o n i n p u t

s h o u l d t a k e f i r s t p r i o r i t y , n o t o n l y f o r s a n i t a r y r e a s o n s , b u t b e c a u s e i t o f f e r s a m e a n s

o f p a r t i a l c o n t r o l o v e r a c c e l e r a t e d e u t r o p h i c a t i o n .

B u t , u n t i l t h e i n o r g a n i c c a r b o n i n p u t

c a n

a l s o b e c o n t r o l l e d , t h e r e i s l i t t l e h o p e o f b r i n g i n g e u t r o p h i c a t i o n u n d e r r e a s o n a b l e

c o n t r o l , e s p e c i a l l y n e a r a i r p o r t s a n d c i t i e s .

B E T T E R C O M M U N I C A T I O N S E S S E N T I A L

R e g a r d l e n s o f w h a t p a r t o f t h e w o r l d y o u a r e ' f r o m , I s s u r e e a c h o f y o u h e r e i s a w a r e

t h a t c o n s i d e r a b l e e f f o r t i s g o i n g f o r w a r d i n t h e U . S . t o r e m o v e p h o e p h o r u s f r o m s e w a g e ,

p r i o r t o i t s d i s c h a r g e .

U n f o r t u n a t e l y b o t h t h e p e o p l e a n d t h e

p o l i t i c a l

d e c i s i o n - m a k e r s

w e r e l e d t o b e l i e v e t h a t t h i s w o u l d h a l t e u t r o p h i c a t i o n , w h e r e a s i t c a n l e a d o n l y t o w a s t e d

e f f o r t a n d m o n e y ( 7 ) .

R e p e t i t i o n o f t h i s t y p e o f e r r o r m u s t b e a v o i d e d b y t h e d e v e l o p i n g

n a t i o n s , a n d t h i s w i l l r e q u i r e s k i l l f u l a t t e n t i o n t o c o m m u n i c a t i o n e .

A c t u a l l y c o m m u n i c a t i o n s o f e l e m e n t a r y i n f o r m a t i o n o n p o l l u t i o n s o u r c e e e h o u l d n o t

b e t o o d i f f i c u l t b e c a u o e t h e r e a r e o n l y a f e w m a j o r o n e s o f s i g n i f i c a n c e :

S e d i m e n t , d u s t , a n d i n o r g a n i c i n d u s t r i a l w a s t e s .

O r g a n i c m a t t e r :

D o m e s t i c a n i m a l s , h u m a n , a n d w i l d l i f e w a s t e s ,

I n d u s t r i a l w a s t e s ,

P l a n t a n d a n i m a l r e m a i n s ,

I m p r o p e r l y u s e d c h e m i c a l s .

E n e r g y w a s t e s :

T r a n s p o r t a t i o n ,

H e a t i n g . a n d p o w e r .



O n t h e o t h e r h a n d , c o m m u n i c a t i o n s o f i n f o r m a t i o n o n h o w t o b r i n g p o l l u t i o n s o u r c e s u n d e r

c o n t r o l i s q u i t e e o m e t h i n g e l s e a n d m u c h m o r e d i f f i c u l t .

A l l t o o o f t e n f a c t u a l d a t a a r e l a c k -

i n g o r n o t y e t c o n d u c i v e e n o u g h f o r d e c i e i o n m a k i n g .

T h i o i s t h e a r e a o f ° p e c u l a t i o n n o w

o c c u p y i n g e f f o r t u o f t h e " p h o p h e t s o f d o o m " , w h o r a r e l y l e t t h e a b s e n c e o f f a c t o k e e p t h e m

f r o m t a l k i n g a n d w r i t i n g .

T w o b a e i c c o n d i t i o n o n o w a r e e v i d e n t , h o w e v e r , a n d t h e u e s h o u l d n o t b e d i f f i c u l t t o

c o m m u n i c a t e t o t h e l a y c o m m u n i t y a n d i t e d e c i e i o n m a k e r e .

T h e s e a r e :

T h e h u m a n p o p u l a t i o n e v e n t u a l l y m u s t b e b a l a n c e d a g a i n s t r e e o u r c e s a n d

t h e a b i v i l i t y o f a c o u n t r y o r r e g i o n t o c o p e w i t h t h e w a s t e s o f i t s R o c i e t y .

P e o p l e o f e v e r y n a t i o n m u s t p r e p a r e t o m e e t t h e h i g h c o a t o f d i s p o s i n g

o f t h e i r o r g a n i c a n d e n e r g y w a s t e s w h i l e a t t h e s a m e t i m e p r e s e r v i n g t h e

p r o d u c t i v i t y o f t h e i r l a n d u .

E a S E N T I A L S O F N A T U R E A N D A G R I C U L T U R E

T h e r e m a i n d e r o f t h i a p a p e r i s d e v o t e d t o a f e w n i m p l e , a l t h o u g h o f t e n o v e r l o o k e d ,

s i t u a t i o n n a n d f a c t o o f n a t u r e a n d a g r i c u l t u r e w h i c h n e e d t o b e u n d e r o t o o d b y d e c i e i o n

a n d p o l i c y - m a k i n g p e o p l e , b o t h i n t h e d e v e l o p e d a n d l e e s d e v e l o p e d n a t i o n s , i f c o s t l y

m i e t a k e e a r e t o b e a v o i d e d .

S i m p l i f i e d V i e w o f N u t r i e n t C y c l e e

A s i m p l i f i e d v i e w o f t h e e a r t h i s t h a t t h e c h e m i c a l e l e m e n t o a t o r n e a r t h e e u r f a c e

a n d i n t h e a i r a r e i n a c o n t i n u i n g s t a t e o f m o v e m e n t , o r s u b j e c t t o f o r c e s w h i c h c a n c a u s e

m o v e m e n t . T h e o u t s t a n d i n g c h a r a c t e r i e t i c i s t h a t o u t g o o f i n o r g a n i c e l e m e n t a ( i n c l u d i n g

p l a n t n u t r i e n t s ) f r o m l a n d t o w a t e r g r e a t l y e x c e e d n i n p u t o v e r m o s t l a n d s u r f a c e o o f t h e

e a r t h .

T h e o a m e d e g r e e o f n e g a t i v e b a l a n c e d o e n n o t a p p l y , h o w e v e r , t o t h e n o n - m i n e r a l

n u t r i e n t a , c a r b o n , n i t r o g e n , o x y g e n a n d h y d r o g e n .

W i t h t h e m , t h e r e i c a t u r n - o v e r t h r o u g h

t h e a t m o s p h e r e , / a n d , o r g a n i c m a t t e r , a n d w a t e r , w i t h o u t g o f r o m l a n d a l m o s t b e i n g b a l a n c e d

b y i n p u t s , e x c e p t f o r a g r i c u l t u r a l a r e a s o f t h o w o r l d w h e r e c r o p a n d l i v e e t o c k r e m o v a l e a r e

c a u s i n g a d e f i c i t a n d f o r l a k e u h o r e l i n e s , s w a m p o a n d b o g s w h e r e p l a n t r e m a i n s a r e a c c u m u l a t -

i n g .

N i t r o g e n - t h e M o b i l e E l e m e n t

F o r t u n a t e l y , m a n h a s l e a r n e d h o w t o f x n i t r o g e n f r o m t h e a i r i n t o f o r m a t h a t h e c a n

h a n d l e a n d u s e t o n o u r i s h c r o o n .

I f t h i a h a d n o t b e e n t r u e , h e m i g h t a l r e a d y b e o n t h e v e r g e

o f e x t i n c t i o n .

I t i s f o r t u n a t e , t o o , t h a t m o s t c r o p p l a n t e h a v e t h e a b i l i t y t o s y n t h e e i z e

m o r e p r o t e i n a s t h e i r & w o o l y

o f e e l ) n i t r o g e n i n i n c r e a n e d b y a d d i t i o n a l f e r t i l i z e r o r

o t h e r m e a n a .

I t h a s b e e n o n t i m a t e d

( 3 )

t h a t

9 0

m i l l i o n m e t r i c t o n s o f n i t r o g e n a r e f i x e d b i o l o g i c a l l y

e n t h e e a r t h e v e r y y e a r , l a r g e l y t h r o u g h a l g a e i n w a t e r a n d b a c t e r i a o n l a n d ,

a r i d

t h a t a n

a d d i t i o n a l 1 0 m i l l i o n t o n e a r e a d d e d b y r a i n f a l l . T h i o 1 0 0 m i l l i o n t o n s

i t ;

a l m o s t f o u r

t i m e s t h e 2 5 . 6 m i l l i o n m e t r i c t o n o o f f e r t i l i e e r n i t r o g e n c o n s u m e d i n w o r l d a g r i c u l t u r e

i n 1 9 7 0 .

I t i o o n l y i n t h e m o r o a d v a n c e d c o u n t r i e s t h a t s y n t h e t i c s o u r c e s o f n i t r o g e n p l a y

a k e y r o l o i n f o o d p r o d u c t i o n .

T h e s e c o u n t r i e s f i x t h r e e - f o u r t h s o f t h e w o r l d ' s n i t r o g e n ,

b u t c o n t a i n o n l y o n e - f i f t h o f t : h e w o r l d ' s p e o p l e ( i ) .

I n 1 9 6 8 , C . C . T a n n e r ( 1 4 ) c o n f i r m e d e a r l i e r o t u d i e s t h a t t h e ( F e r t i l i z e r ) N i t r o g e n

E q u i v a l e n t o f D i e t s ( F N E D )

I s

g e n e r a l l y r e l a t e d t o p e r c a p i t a i n c o m e .

T a n n e r u n w o r k h a s

b e e n c o n f i r m e d b y F A O u t u d i e s .

T h e d i e t a r y m e t h o d h a n b e e n u s e d t o s u p p l e m e n t o t h e r t e c h -

n i q u e ° f o r p r o j e c t i n g f u t u r e n e e d n f o r n i t r o g e n .



B a s e d o n p r o j e c t e d d i e t a r y p r o t e i n a n d o t h e r n e e d s o f t h e w o r l d i n t h e y e a r 2 0 3 0 , w h e n

p o p u l a t i o n w i l l b e 1 2 b i l l i o n p e o p l e ( 4 t i m e s t h e p r e a e n t l e v e l ) , m o r e t h a n 2 0 0 m i l l i o n t o n o

o f n i t r o g e n w i l l b e r e q u i r e d t o g r o w f o o d a n d f i b e r .

M o s t o f t h i e n i t r o g e n w i l l h a v e t o c o m e

f r o m t h e f e r t i l i z e r f a c t o r y .

B e c a u s e n i t r o g e n l o o m s s o g r e a t i n m a n ' s f u t u r e , a n d b e c a u e e v a s t q u a n t i t i e o o f i t a r e

c o n u t a n t l y m o v i n g a b o u t i n o u r e n v i r o n m e n t , a f e w f a c t s s h o u l d b e k e p t i n m i n d .

E v e n t h o u g h

t h e a t m o s p h e r e c o n t a i n s a b o u t 3 5 , 0 0 0 t o n s o f n i t r o g e n o v e r e a c h a c r e , t h i s r e p r e e e n t s

o n l y

a b o u t 2 % o f t h e e a r t h l e s u p p l y o f t h e e l e m e n t , t h e m a j o r p o r t i o n b e i n g i n m i n e r a l s , r o c k s ,

a n d o o l l e .

A c c o r d i n g t o a r e c e n t r e v i e w ( 6 ) , t h e U n i t e d S t a t e s ( e x c l u s i v e o f H a w a i i a n d

A l a s k a )

r e c e i v e s 1 0 m i l l i o n t o n s f r o m b i o l o g i c a l f i x a t i o n .

A d d t o t h i s a m o u n t t h e

5 m i l l i o n r e a c h -

i n g U n i t e d S t a t e u u o i l u a n d w a t e r s i n r a i n f a l l ,

7

m i l l i o n t o n s f r o m f e r t i l i z e r s , a n d s o m e

7

t o 8

m i l l i o n t o n o f r o m c o m e u e t i o n o f f u e l s ( 1 7 ) i n f a c t o r i e s , a u t o s , a n d h o r n e o , 1 0 m i l l i o n

i n l i v e e t o c k w a u t e e , a n d 8 m i l l i o n t o n s w h i c h g o d o w n t h e s e w e r e v e r y y e a r

f r o m t h e f o o d

c o n e u m e d i n t h e U . S . , a n d i t i s o b v i o u s t h a t t h e a m o u n t o f n i t r o g e n t r a n s i e n t i n t h e e n v i r o n -

m e n t

i t t

i n d e e d v e r y g r e a t .

S t i l l a n a d d i t i o n a l u o u r c e o f t r a n s i e n t n i t r o g e n i o t h e 2 0 m i l l i o n

t o n e a r i s i n g f r o m t h e y e a r l y d e c a y o f o r g a n i c m a t t e r i n ° o i l s o f t h e U n i t e d S t a t e s , i n c l u d i n g

f o r e u t l a n d s .

A b o u t h a l f o f t h i u l e u t i l i z e d e a c h g r o w i n g e e a u o n b y p l a n t e a n d s o i l o r g a n i s m o ,

a n d r e c y c l e d ( 1 2 ) .

A c t u a l l y , t h e t o t a l o r n e t l o e n i s l o w e r t o d a y t h a n f o r m e r l y .

T h e f i r s t

2 5 y e a r s o f c u l t i v a t i o n o f l a n d i n t h e M i d w e u t d e o t r o y e d a b o u t

2 5

p e r c e n t o f i t n o r i g i n a l

n i t r o g e n .

D u r i n g t h e n e x t t w o 2 0 - y e a r p e r i o d o l o n n e s a m o u n t e d t o a p p r o x i m a t e l y 1 0 % a n d 7 % ,

r e u p e c t i v e l y ( 1 1 ) .

B u t , m a n y o f t u e e e o n e o o l l n s t i l l c o n t a i n u p t o f i v e t o n u o f n i t r o g e n p e r a c r e p l o w -

d e p t h .

I n t e r m u o f n i t r a t e , t h i u i s e q u i v a l e n t t o 4 5 , 0 0 0 p o u n d u p e r a c r e .

S u c h u o i l s o b -

v i o u e l y c o u l d l o n e 1 0 0 p o u n d s o f n i t r a t e p e r a c r e p e r y e a r f o r a h a l f c e n t u r y a n d o t i l l h a v e

a t l e a e t 2 . 5 t o n e o f n i t r o g e n r e m a i n i n g .

T h e s o i l s

r e s e r v e o f n i t r o g e n , h o w e v e r , u h o u l d b e

n o l e n s t h e n t h a n n o w b e c a u s e p r o f i t a b l e c r o p p i n g p r a c t i c e

w i l l b e a d d i n g l a r g o q u a n t i t i e s

o f c r o p r e e i d u e e .

I n s p i t e o f t h i s , e v e n t h e n o u r b e s t l a n d s l i k e l y w i l l n o t b e a b l e t o

n u p p l y e n o u g h n i t r o g e n d u r i n g t h e g r o w i n g s e a s o n f o r o p t i m u m y i e l d u u n l e s s n i t r o g e n f e r t i -

l i z e r i s u u c d .

D r . S t a n f o r d o f t h e U . S . D e p a r t m e n t o f A g r i c u l t u r e ( 1 2 ) h a s e m p h a e i z e d t h a t l i t t l e

m o v e m e n t o f n i t r a t e o c c u r s b e l o w t h e r o o t z o n e o f a p r o p e r l y f e r t i l i z e d c r o p , a n d t h e n

o n l y w h e n r a i n f a l l o r i r r i g a t i o n w a t e r i s s u p p l i e d i n e x c e s s o f t h a t u s e d b y t h e c r o p a n d

r e t a i n e d i n t h e n o i l p r o f i l e . U n d e r m o s t f a r m i n g c o n d i t i o n u i n E u r o p e a n d A m e r i c a t h e r e

l o l i t t l e o p p o r t u n i t y f o r n i t r o g e n l o c o b y l e a c h i n g d u r i n g t h e g r o w i n g s e a s o n .

T h i s l i k e l y

w i l l n o t h o l d t r u e , h o w e v e r , i n t h e t r o p i c s a n d n e e d s t o b e s t u d i e d .

N o d o u b t n e w s l o w -

r e l e a s e s o a r c e s o f n i t r o g e n w i l l b e e c o n o m i c a l l y e s u e n t i a l .

B e c a u e e n i t r o g e n i s p r e s e n t e v e r y w h e r e a n d b e c a u s e i t i n s u c h a m o b i l e n u t r i e n t i n

w a t e r , l a t i d , a n d a i r , i t h a s r e c e i v e d v e r y w i d e a t t e n t i o n i n r e c e n t y e a r n w i t h r e u p e c t t o

e x c e o n i v e g r o w t h o f u n w a n t e d a q u a t i c p l a n t s , e n p e c i a l l y a l g a e .

H o w e v e r , i f o n e r e m e m b e r u

t h e a b o v e f i g u r e s , a n d c o n s i d e r e t h a t r a i n f a l l c o n t a i n s f r o m

0 . 5

t o 1 . 0 p p m o f n i t r o g e n

a n d t h a t 4 0 s o m e o p e c i e u o f a l g a o g e t t h e i r o w n n i t r o g e n f r o m t h e a i r a s n e e d e d , i t d o e s

n o t a p p e a r l i k e l y t h a t n i t r o g e n f r o m f e r t i l i z e r i s g e n e r a l l y i n c r e a s i n g a q u a t i c p l a n t g r o w t h .

I t m u s t b e r e m e m b e r e d , t o o , t h a t o n l y 0 . 1 p p m o f n i t r o g e n , o r h a l f t h a t i n o r d i n a r y r a i n f a l l ,

w i l l s u p p o r t g r o w t h o f a l g a e .



P h o s p h o r u e N o n - M o b i l e

P h o u p h o r u o , u n l i k e n i t r o g e n , 1 0 h I g h l y i m m o b i l e i n ° o i l .

N e v e r t h e l e s s i t i n r e c e i v i n g

a g r e a t d e a l o f a t t e n t i o n i n c o n n e c t i o n w i t h p o l l u t i o n .

L i k e n i t r o g e n , h o w e v e r , i t L e a n

e e n e n t i a l c o n u t i t u e n t o f e v e r y p l a n t a n d a n i m a l c e l l a n d t h u s a m a j o r c o m p o n e n t o f t h e h u m a n

d i e t a o w e l l a s t h a t o f l i v e s t o c k , p e t s a n d w i l d l i f e .

B e c a u s e p h o s p h o r u e i s e v e r - p r e e e n t

i n b o t h s o i l a n d w a t e r , a n d a l w a y e w i l l b e , t h e r e i s l i t t l e c a u s e f o r c o n c e r n o v e r I t , e n -

p e c i a l / y w h e n l e n t ; t h a n 0 . 0 1 m g / 1 ( 1 0 p p b ) o f i t i n a l a c e i s e n o u g h t o e u p p o r t a l g a l

i t i o n f p g .

U n d e r w a t e r d e p o s i t e o f o r g a n i c m a t t e r , n i l t , a n d c l a y w i l l p r o v i d e e n o u g h a v a i l a b l e p h e i o r u n

f o r d e c a d e s t o c o m e t o g r o w m a n y a q u a t i c s p e c i e s o f v e g e t a t i o n b e c a u e e c e r t a i n r o o t e d o m e n

o b t a i n t h e i r s u p p l y o f m i n e r a l n u t r i e n t u t h r o u g h t h e i r r o o t e ( 1 0 ) . U p o n d e a t h o f t h e p l a n t n ,

t h e i r n u t r i e n t s a r e r e l e a n e d a n d a r e o u b j e c t t o b e i n g c y c l e d o v e r a n d o v e r a g a i n b y c o u n t -

l e n s f o r m e o f a q u a t i c l i f e .

T h e e o i l s e d i m e n t t h a t r e a c h e m l a k e ° a n d c o a n t a l w a t e r s c o n t a i n n

p h o o p h a t e

m o l e c u l e s

t i g h t l y a d e o r b e d o n t h e e u r f a c e e o f

t h o

c l a y a n d c o l l o i d a l p a r t i c l e s .

T h e a m o u n t o f

p h o s -

p h a t e C h u n a d e o r b e d m a y a m o u n t t o 1 . 0 p p m .

D i e t i n c t i o n m u s t b e m a d e , h o w e v e r , b e t w e e n

n d o o r b e d p h o s p h o r u e a n d p h o e p h o r u n i n t r u e s o l u t i o n w h e n o n e c o n s i d e r o g r o w t h o f a l g a e .

T o c o n t r o l a l g a e b y c o n t r o l l i n g t h e a m o u n t o f p h o u p h o r u n i n t r u e n o l u t i o n i n s a n o t h a t t h e

q u a n t i t y o f s u c h p h o e p h o r u e m u n t b e m a i n t a i n e d b e l o w 0 . 0 1 m g / 1 a n d t h i s w o u l d n e e m t o b e

i m p o n s i b l e i n m o o t e i t u a t i o n s

( 7 , 8 , 9 ) .

T h u n i t i s d i f f i c u l t t o e n v i n i o n a w a t e r e n v i r o n m e n t i n n a t u r e , l e t a o n e f i n d o n e ,

w h e r e g r o w t h o f a l g a e , f o r e x a m p l e , c o u l d b e i n h i b i t e d b e c a u s e o f l a c k o f p h o n p h o r u s .

R e g a r d i n g n u t r i e n t i n p u t - o u t p u t r e l a t i o n e h i p a , t h e n t u d y o f n u t r i e n t b u d g e t s f o r

c o n t i n e n t n , o r w a t e r s h e d n o u c h a u t h e N i l e o r M i n n i s s i p p i , s e e m ° r a t h e r u o e l e e n e x c e p t

f o r k n o w i n g t h e n e r i o u o n e e e o f t h e o c c u r r i n g l o u p e s .

O n a s m a l l e r s c a l e , h o w e v e r , n u t r i e n t

b u d g e t s m a y n e r v e a u s e f u l p u r p o s e f o r a r e a n o u c h a s a d a i r y f a r m i n g r e g i o n ( 4 ) , a l i v e -

s t o c k f e e d i n g a r e a , o r a m a l l w a t e r s h e d .

C a r b o n h a n G r e a t S i g n i f i c a n c e

O v e r t h o u s a n d s

o f

y e a r s g r e a t A t o m s o f c a r b o n w e r e f i x e d b y p l a n t o a n d a r e

b u l i l

h e l d

i n ° o i l o r g a n i c m a t t e r , p e a t , m u c k , c o a l , a n d o i l d e p o n i t e .

T h e s t o r e u i n s o i l n o f m a n y

a r e a s o f

t h e w o r l d a r e b e i n g d e p l e t e d b y p o o r f a r m i n g p r a c t i c e e , a n d o u r f u e l n o u r c e n a r e

b e i n g d i n u i p a t e d f o r h e a t , p o w e r , a n d t r a n s p o r t a t i o n .

A l t h o u g h b i o l o g i s t ° a n d e c o l o g i s t n r e c o g n i z e h o w i m p o r t a n t c a r b o n i n t o

l i f e

p r o c e n s e e

o n e a r t h , m o s t h a v e y e t t o r e c o g n i z e t h a t a t t i m e s i t m a y b e t h e c o n t r o l l i n g ( 1 8 ) o r m o n t

l i m i t i n g f a c t o r f o r p l a n t g r o w t h .

C o n e i d e r f i r e t a n o i l - g r o w n c r o p , a n d l o o k a t t h

m a j o r n u t r i e n t n r e q u i r e d t o g r o w

1 5 0 b u s h e l s o f c o r n g r a i n p e r a c r e , ( i n c l u d i n g t o p e , g r a i n , a n d r o o t s ) :

N

3 8 5

l b s . t o t h e a c r e

6 6

. .

I l l I I

2 5 5

. ,

I S

I I

C a 7 0

, ,

I S / I

4 2

. .

I l

M g

6 0

I I I .

I I

O x y g e n

5

. .

. .

C a r b o n

8

I l

W a t e r

4 , 0 0 0

I I

H I

P / v o s m a l l a m o u n t ° o f m i c r o n a t r i e n t n .



T h e e a r t h ' s a t m o s p h e r e o v e r o n e a c r e , a t s e a l e v e l , w e i g h s a b o u t 4 7 , 0 0 0 t o n s .

T h i s

w e i g h t i s c o m p o s e d l a r g e l y o f n i t r o g e n a n d o x y g e n , b u t c o n t a i n s a l s o c a r b o n d i o x i d e ,

h y d r o -

g e n , w a t e r v a p o r a n d i n e r t g a s e s i n s m a l l a m o u n t e .

T h e m a j o r c o m p o n e n t s o f i n t e r e s t a r e :

N i t r o g e n

3 7 , 5 0 0

t o n s o v e r e a c h a c r e

O x y g e n

9 , 5 0 0

C a r b o n d i o x i d e

2 1

T h e 2 1 t o n s o f c a r b o n d i o x i d e c o n t a i n

5 . 7

t o n s o f c a r b o n , o r o n l y t h r e e - f o u r t h s o f

t h e

8

t o n s u s e d b y t h e c r o p .

T h e n c o n s i d e r p u r e w a t e r w h i c h c o n t a i n e a n d c a n e u p p l y m u c h l e s s c a r b o n d i o x i d e

t h a n

a i r .

F o r s u c h , m a n y s c i e n t i s t s n o w b e l i e v e t h a t c a r b o n i a t h e p l a n t n u t r i e n t m o s t l i k e l y .

t o c o n t r o l r a t e o f g r o w t h o f a q u a t i c p l a n t e .

I m p u r i t i e s o f e e w a g e , o r g a n i c i n d u s t r i a l

w a s t e s , w a t e r f o w l e x c r e m e n t s o r d e c a y i n g p l a n t s a n d a n i m a l s f u r n i s h e n e r g y

f o r g r o w t h o f

b a c t e r i a i n w a t e r w h i c h r e l e a s e t h e c a r b o n d i o x i d e n e c e s s a r y f o r m a s s i v e g r o w t h o f a q u a t i c

v e g e t a t i o n .

A l m o s t a l w a y s o v e r l o o k e d i e t h e

f a c t

t h a t a l g a e r e q u i r e 1 0 0 t o 2 0 0 t i m e s m o r e c a r b o n

t h a n p h o s p h o r u s .

O n e t o n o f a l g a l t i e e u e ( d r y m a t t e r b a e i s ) , w h i c h c a n g r o w i n t w o m o n t h °

p e r a c r e o f l a k e a r e a , w i l l c o n t a i n 1 0 0 0 p o u n d s o f c a r b o n a n d o n l y

5

t o 1 0 p o u n d e o f p h o e p h o r u s .

T h e l a t t e r c a n b e s u p p l i e d b y a l m o u t a n y b o d y o f w a t e r f r o m f r e s h o r g a n i c i n p u t s

( 5 ) p l u s

t h e v a s t p h o s p h o r u s s t o r e s w h i c h h a v e a c c u m u l a t e d o v e r c e n t u r i e s i n b o t t o m m u d s a n d o r g a n i c

d e p o s i t s .

B u t ,

w e r e d o e s t h e 1 0 0 0 p o u n d s o f c a r b o n c o m e f r o m ?

O r d i n a r y w a t e r c o n t a i n e o n l y

0 . 4 0 t o 1 . 0 0 p p m o f c a r b o n d i o x i d e , o r t h e e q u i v a l e n t o f 0 . 1 0 t o 0 . 2 5 p p m o f c a r b o n .

P u r e w a t e r i n e q u i l i b r i u m w i t h n o r m a l a i r c o u l d n o t p o s s i b l y g r o w o n e t o n o f d r y a l g a e

t i s s u e p e r a c r e i n t w o m o n t h s .

T h i s p o i n t i n s o i m p o r t a n t t h a t i t w a r r a n t s f u r t h e r d e t a i l a n d r e v i e w .

O r g a n i c m a t t e r ,

s u c h a s s e w a g e , i s u t i l i z e d b y b a c t e r i a , w h i c h e v o l v e t h e c a r b o n d i o x i d e f o r

g r o w t h o f a l g a e .

O n c e t h e p r o c e s s g e t s g o i n g , i t i s d i f f i c u l t t o c o n t r o l , b e c a u s e t h e a l g a e r e l e a s e o x y g e n

t o e t i m u l a t e b a c t e r i a a n d w h e n b o t h d i e , t h e i r c a r b o n i s c o n s u m e d b y m o r e b a c t e r i a ,

w h i c h ,

i n t u r n e v o l v e m o r e c a r b o n d i o x i d e t o g r o w m o r e a l g a e ( 2 0 ) .

A s y e t , a l l o f t h e d e t a i l °

o f t h e c o m p l e x " s y m b i o e i e " a r e n o t f u l l y u n d e r s t o o d .

E n o u g h i s k n o w n , h o w e v e r , t o r e a l i z e

t h a t r e m o v i n g p h o s p h o r u s o r o t h e r n u t r i e n t s f r o m c i t y e f f l u e n t s

( 7 ) w i l l n o t c o n t r o l g r o w t h

o f a l g a e i n n a t u r a l o r m a n - m a d e b o d i e s o f w a t e r ( u n l e s s i n p u t s o f c a r b o n a l s o a r e

c o n t r o l l e d ) .

A l g a e o f t e n U e e f u l

W i t h o u t a l g a e t o f i x n i t r o g e n a n d t o c o n v e r t c a r b o n d i o x i d e i n t o o x y g e n a r o u n d t h e w o r l d ,

a n i m a l l i f e n e v e r c o u l d h a v e ' d e v e l o p e d .

N o r w o u l d w e h a v e o u r v a s : c o a l , o i l , a n d p e a t d e -

p o s i t s .

F v o n t o d a y a l g a e a r e , p e r h a p s , t h e m o s t v e r s a t i l e f o r m o f l i f e o n e a r t h .

A c c o r d i n g

t o S t e w a r d ( 1 3 ) , t h e m o r e e x t r e m e t h e p h y s i c a l c o n d i t i o n s a r e , t h e m o r e l i k e l y o n e i s t o f i n d

b l u e - g r e e n a l g a e , p r o v i d e d t h a t l i g h t , w a t e r , a n d c a r b o n d i o x i d e a r e a v a i l a b l e a t s o m e p e r i o d .

H e c i t e s t w o e x a m p l e s :

I n A n t a r c t i c a , o n r o c k a n d s o i l s u r f a c e s , N o n t o c s p e c i e s f i x n i t r o g e n

a l o n e , o r i n l i c h e n e y m b i o s i s , a t l o w t e m p e r a t u r e s .

N o e t o c a c c u m u l a t e s i n s u c h a r e a s t o

d e p t h s o f

1 5

c m . a s a l g a l p e a t .

I n Y e l l o w e t o n e P a r k , U S A , t h o c o l o r o f l a r g e t h e r m a l a r e a s

i s d u e l a r g e l y t o b l u e - g r e e n a l g a e , w h e r e n i t r o g e n f i x a t i o n o c c u r e a t t e m p e r a t u r e s u p t o

5 5 o c .

H i s t o r i c a l l y , b l u e - g r e e n a l g a e h a v e b e e n b e n e f i c i a l i n h e l p i n g p r o d u c e r i c e , t h e s t a p l e

f o o d f o r o v e r h a l f o f t h e w o r l d ' s p o p u l a t i o n , b e c a u s e t h e y f i x f r o m ) 0 t o 5 0 k i l o g r a m s o f

n i t r o g e n p e r h e c t a r e p e r y e a r u n d e r p a d d y c o n d i t i o n s .



H o w P u r e N e e d W a t e r B e ?

W h a t d e g r e e o f p u r i t y d o w e n e e d , a n d c a n w e a f f o r d ?

E v e n r e m o t e m o u n t a i n s t r e a m s a r e n o t p u r o i n t h e s e n n e o f b e i n g s e r l e .

E x c r e t a

f r o m w i l d l i f e a n d f i s h , a n d d e c a y i n g p / a n t a n d a n i m a l r e m a i n s k e e p t h e s e s t r e a m s c o n -

s t a n t l y p o l l u t e d i n w a r m w e a t h e r .

W i l d d u c k s u s e c e r t a i n f l y w a y e a n d f r e q u e n t n u m e r o u n

l a k e s a n d r e o e r v o i r s .

A g o v e r n m e n t r e p o r t

( 5 ) f o r a l a k e i n I l l i n o i s i n d i c a t e s a n a d d i t i o n

o f 1 2 . 8 p o u n d s o f n i t r o g e n a n d

5 . 6 p o u n d o o f p h o s p h o r u s p e r a c r e p e r y e a r t o w a t e r f r o m

t h e t r a n s i e n t d u n k p o p u l a t i o n .

R u n o f f f r o m u r b a n E t r a e t n , n i d o w a l k H , r o o f t o p s , h i g h w a y ° , a n d p l a y g r o u n d a r e a e i n h i g h

i n c h e m i c a l n u t r i e n t s .

E v e n r a i n f a l l i t o e l f i u n o t p u r e w h e n i t r e a c h e s g r o u n d l e v e l b u t

c o n t a i n s m a n y t y p e u o f c h e m i c a l c o m p o u n d e a n d s u b s t a n c e s .

S o , w e m u s t a s k o u r s e l v e s , " W h a t i n p u r o w a t e r a n d w h e r e d o w e f i n d i t ? "

W e d o n ' t .

W h a t w e h a v e i n t h e f u t u r e w i l l d e p e n d u p o n t h e u s e t o w h i c h i t i s t o b e p u t a n d t h e c o s t

e a c h u s e w i l l j u s t i f y .

S U M M A R Y

W h i l e i t i o r e l a t i v e l y e a n y t o d e t e r m i n e t h e c o n t r i b u t i o n o f a c i t y o r o f a f a c t o r y

t o t h e p o l l u t i o n l o a d o f a n t r e a m , i t

1 1 3

m u c h m o r e d i f f i c u l t t o d o n o f o r a f a r m i n g o r

f o r e s t e d a r e a .

C h i e f l y , t h i n i n b e c a u s e o f t h e l a r g e n u m b e r o f v a r i a b l e s p l u s c o m e u n -

k n o w n f a c t o r e .

R a i n f a l l a v e r a g e s a b o u t 0 . 7 o f a p a r t p e r m i l l i o n o f n i t r o g e n .

N e a r l i v e s t o c k f e e d l o t s ,

c i t i e s , a n d c e r t a i n t y p e s o f i n d u s t r i a l p l a n t s , c o n e i d e r a b l y l a r g e r a m o u n t s o f n i t r o g e n

i n s u c h f o r m s a s n i t r o g e n o x i d e s a n d a m m o n i a o c c u r i n t h e r a i n .

N i t r o g e n o x i d e s g o i n g

i n t o t h e a t m o s p h e r e i n t h e U S A f r o m a u t o m o b i l e e x h a u s t s , h o m e r s , f a c t o r i e s a n d p o w e r p l a n t s

a n d b e i n g r e t u r n e d t o l a n d a n d w a t e r s u r f a c e s w i t h r a i n f a l l i s a b o u t 1 7 m i l l i o n t o n s a y e a r

( 1 6 ) .

A l l t o o o f t e n t h e n a t u r a l a n d a r t i f i c i a l a t m o s p h e r i c i n p u t s a r e o v e r l o o k e d a n d a p o r t i o n

m a y e n d u p b y b e i n g a n s i g n e d t o t h e a g r i c u l t u r a l n e n t o r .

A l s o , c h a n g e n o c c u r f r o m t i m o t o

t i m e i n l a k e e a n d r e s e r v o i r s c a u n i n g i n v o r a i o n n a n d s t e p p e d - u p r e l e a s e o f n u t r i e n t s f r o m

t h e b o t t o m d e p o s i t s .

W h e r e s i t u a t i o n s h a v e w o r n e n e d i n r e c e n t y e a r s , d u e c h i e f l y t o c i t i o n

a n d i n d u s t r y , a g r i c u l t u r e h a s r e c e i v e d t o o m u c h o f t h e b l a m e ( f o r e x a m p l e - L a k e E r i e i n

t h e U . S . ) .

W h e n f a r m l a n d i n m a i n t a i n e d i n a h i g h o t a t e o f f e r t i l i t y w i t h p l a n t s g r o w i n g a s m u c h

o f t h e y e a r

a 9

p o s n i b l e , v e r y o m a l l a m o u n t s o f n u t r i e n t s a r e l o s t t o s u r f a c e o r u n d e r g r o u n d

w a t e r ( 1 2 ) .

T o d a t e t h e r e i s n o c o n c l u s i v e e v i d e n c e t h a t p r o p e r f e r t i l i z e r u s e h a s i n -

c r e a s e d t h e n i t r a t e l e v e l o f s t r e a m ° o r w e l l o ( 1 8 ) i n t h e U . S . O v e r t h e p a s t d e c a d e m a n y

t o w n s , c i t i e s a n d f a c t o r i e s h a v e a d d e d w a s t e t r e a t m e n t f a c i l i t i e s a n d o t h e r s h a v e i m p r o v e d

t h e i r d e g r e e o f w a s t e t r e a t m e n t b e f o r e d u m p i n g , e f f l u e n t s I n t o s t r e a m s .

T h i s h a s g r e a t l y

r e d u c e d t h e o r g i n i c f o o d f o r b a c t e r i a , a n d i n t u r a r e d u n e d t h e b i o l o g i c a l o x y g e n d e m a n d

( B C D ) o n t h e s t r e a m ( 1 5 ) . T h e r e s u l t i n t h a t b o t h t h e n i t r a t e a n d o x y g e n l e v e l s s h o u l d

n o w b e h i g h e r t h a n w h e n t h e e t r e a m w a o o v e r b u r d e n e d w i t h d e n o m p o s i n g o r g a n i c m a t t e r .

O b v i o u n l y , w h e n t h e B C D 1 5

g r e a t , b a c t e r i a w i l l u s e o x y g e n a n d n i t r a t e , s t h e y b e c o m e

a v a i l a b l e , a n d n e i t h e r w i l l b e p r e s e n t i n a m e d i u m ( u n l e o s a t o x i c s u b n . a n c e o r o t h e r

c o n d i t i o n p r e v e n t s g r o w t h o f b a c t e r i a ) .

P a i r e d w a t e r s h e d s u n d e r e t u d y b y t h e U . S . D e p a r t m e n t o f A g r i c u l t u r e ( 1 9 ) t h r o w f u r t h e r

l i g h t o n a g r i c u l t u r e ' s s m a l l c o n t r i b u t i o n .

O n e w a t e r s h e d i n O h i o i s f a r m e d a n d f e r t i l i z e d ,

a n d t h e o t h e r i s i n f o r e s t .

T h e a m o u n t s o f n i t r o g e n a n d p h o s p h o r u s b e i n g r e l e a s e d a n n u a l l y

f r o m b o t h w a t e r s h e d s a r e a l m o s t t h e n a m e , a n d v e r y s m a l l , b u t e n o u g h t o s u p p o r t a q u a t i c

p l a n t s . S i m i l a r r e s u l t s h a v e r e c e n t l y b e e n r e p o r t e d f r o m C a n a d a ( 2 ) , w h e r e t h e a m o u n t o f

n i t r o g e n i n C a n a l L a k e c o m i n g f r o m r a i n f a l l e x c e e d s t h a t c o m i n g f r o m s u r r o u n d i n g f a r m l a n d s .

. . . / . . .



S c i e n t i s t s r e a l i z e t h a t t h e y l a c k s u f f i c i e n t i n f o r m a t i o n t o d e t e r m i n e a g r i c u l t u r e ' s

e x a c t c o n t r i b u t i o n .

I t w i l l r e q u i r e s e v e r a l y e a r a o f t e d i o u e w o r k i n n u m e r o u s w a t e r s h e d s

b y e k i l l e d s o i l s c i e n t i s t s a n d h y d r o l o g i s t s t o o b t a i n t h i s i n f o r m a t i o n .

R e s e a r c h p r o g r a m e , a l t h o u g h m e a g e r , a r e s e e k i n g n e w t e c h n i q u e s f o r d i s p o e i n g o f

o r g a n i c w a e t e s a n d m o r e e f f e c t i v e m e a n e o f c o n s e r v i n g s o i l a n d k e e p i n g i t f r o m b l o w i n g

a n d w a s h i n g a w a y .

W h e n l a n d i e p r o p e r l y f a r m e d a n d o t h e r w i s e h a n d l e d , l i t t l e s e d i m e n t

g e t s i n t o s t r e a m s a n d l a k e ° .

U n f o r t u n a t e l y t h e r e i s y e t a l o n g w a y t o g o i n m o s t c o u n t r i e s

u n t i l a l l l a n d i s p r o p e r l y m a i n t a i n e d a n d a d e u q a t e p r o t e c t i o n p r o v i d e d .

B e f o r e m a n a n d h i s c i v i l i z a t i o n a p p e a r e d o n t h e o c e n e , f o r e s t o a n d p r a i r i e s r e l e a s e d

e n o u g h n u t r i e n t s t o s t r e a m s , l a k e e , a n d c o a s t a l w a t e r s t o s u p p o r t e u t r o p h i c a t i o n a n d t o

s u p p o r t m a r i n e a n i m a l l i f e .

I f t h i s h a d n o t b e e n s o , t h e r e w o u l d h a v e b e e n n o f i e h o r

o t h e r m a r i n e a n i m a l l i f e .

T h e w o r l d ' s p e a t a n d m u c k s o i l s , c o a l , a n d o i l d e p o s i t s a r e

m o n u m e n t e t o t h e p r o c e s s o f e u t r o p h i c a t i o n ( 1 9 ) .

I n N o r t h k m e r i c a , o n e h a s o n l y t o f l y

f r o m M i n n e a p o l i s t o W i n n i p e g o n a c l e a r d a y t o o b s e r v e a l l e t a g e s o f t h i s p r o c e s e o v e r v a e t

a r e a s p r a c t i c a l l y u n t o u c h e d b y m a n , a n d c e r t a i n l y u n t o u c h e d b y a g r i c u l t u r e .

P e o p l e i n a l l l a n d s n e e d t o u n d e r s t a n d t h a t a l t h o u g h m a n h a s n o t b e e n o n t h e e c e n e

v e r y l o n g , h e h a s g r e a t l y a c c e l e r a t e d t h e p r o c e s s o f e u t r o p h i c a t i o n b y o r g a n i c w a s t e

p r o d u c t s f r o m h i s s e w a g e , f a c t o r i e s , l i v e s t o c k a n d p e t s .

H e i s l e a r n i n g h o w t o t r e a t

a n d h a n d l e w a o t e f r o m s u c h s o u r c e n .

I n d u e c o u r s e , b u t a t h i g h c o s t , m a n ' s c o n t r i b u t i o n

l i k e l y w i l / b e c o n t r o l l e d .

P e o p l e e v e r y w h e r e a l s o n e e d t o b e a w a r e t h a t b o t h i n t e n s i v e r e s e a r c h a n d e x t e n t : f i v e

a c t i o n p r o g r a m s a r e g o i n g t o b e r e q u i r e d , a n d a l t h o u g h t h e s e w i l l a p p e a r t o b e c o s t l y ,

i n r e a l i t y t h e y w i l l r e t u r n u n t o l d d i v i d e n d s b e c a u s e o n l y f e r t i l e s o i l s w i l l s u p p o r t m a n

i n t h e f u t u r e a n d b e c a u s e i t i s t w e n t y - f o l d

c h e a p e r t o k e e p c o i l i n p l a c e t h a n i t i s t o

d r e d g e i t o u t o f r e s e r v o i r s a n d l a k e s .

I f w a t e r o r h e a l t h p r o b l e m s a r e l i k e l y t o o c c u r f r o m u s e o f f e r t i l i z e r , S u r e l y t h e y

w o u l d h a v e b e e n e v i d e n t b e f o r e n o w i n H o l l a n d , D e n m a r k , a n d J a p a n , w h e r e f e r t i l i z e r u s a g e

i s o l d e r a n d m o r e i n t e n s e p e r u n i t o f a r e a , f o r e x a m p l e , t h a n i n t h e U n i t e d S t a t e s .

T h o A p p e n d i x t o t h i s p a p e r i n i n t e n d e d t o p r o v i d e a n s w e r o t o s o m e o f t h e m o r o f r e q u e n t

q u e s t i o n o a b o u t a g r i c u l t u r e a n d t h e e n v i r o n m e n t .

W h i l e t h e a n s w e r s e x p r e s s t h e v i e w s o f t h e

a u t h o r , t h e y a r e b a s e d l a r g e l y o n t h o w r i t i n g s o f t h e p e r s o n o c i t e d b e l o w , m o s t o f w h o m h a v e

p u b l i s h e d a n u m b e r o f a d d i t i o n a l I m p o r t a n t p a p e r s .



A P P E N D I X

A n s w e r n t o C o m m o n l y A u k o d q u e s t i o n s

A R E H E A L T H P R O B L E M S A S S O C I A T E D W I T H N I T R O G E N F E R T I L I Z E R S ?

A r e p e a t e d w a r n i n g i s t h a t o f a s s o c i a t i n g b l u e b a b y d i s e a s e ( c y a n o s i s o r m e t h e m o g l o b i -

n o m i a ) w i t h u s e o f n i t r o g e n f e r t i l i z e r s .

R e c o r d s o f t h e U . S . N a t i o n a l I n s t i t u t e n o f H e a l t h

a n d o f v a r i o u e s t a t e d e p a r t m e n t s o f h e a l t h , d o

n o t r e v e a l a s i n g l e i n s t a n c e a s s o c i a t e d w i t h

f e r t i l i z e r u s e .

N o r i n t h e r e a c a n e o n r e c o r d w h e r e a c h i l d h a n b e c o m e a f f l i c t e d w i t h t h e

d i s e a o e f r o m e a t i n g p r o c e s s e d b a b y f o o d u .

R u m i n a n t a n i m a / 9 r e d u c e n i t r a t e t o t o x i c n i t r i t e a n d t h u s a r e s u s c e p t i b l e t o e x c e s s i v e

i n t a k e o f t h e n i t r a t o i o n i n t h e i r d i e t s .

C e r t a i n c r o p s a r e h i g h i n n i t r a t o a n d i f c o n s u m e d

u n d e r c e r t a i n c o n d i t i o n s , ( a s o n a l o w e n e r g y d i e t ) , t h e a n i m a l s w i l l d e v e l o p t o x i c s y m p t o m e

a n d m a y d i e . I n f a c t , d e a t h o f c o w s w a s o n c e a c o m m o n o c c u r r e n c e i n W i s c o n s i n d u e t o h i g h -

n i t r a t o w e e d s i n p a n t u r e s , a n d i n t h e D a k o t a s f r o m g r a z i n g s m a l l G r a i n s p r i o r t o t h e t i m e

f e r t i l i z e r c a m e i n t o u s e .

F r o s t o r d r o u t h d u r i n g t h e g r o w l n g s e a s o n t o s t o p p r o t e i n s y n t h e s i s

m m

c a u s o h i g h

n i t r a t o i n p l a n t t i s s u e , a n d g r a z i n g i s t o b e a v o i d e d .

W a t e r - r e l a t e d o r h e a l t h p r o b l e m s i n v o l v i n g f e r t i l i z e r s a r e n o t l i k e l y t o o c c u r i n

t h e U n i t e d S t a t e s b e c a u s e n o n o h a n y e t d e v e l o p e d i n R o l l a n d , D e n m a r k , o r J a p a n , w h e r e f e r t i -

l i z e r u s e i s m u c h g r e a t e r p e r a c r e , c o v e r s a m u c h h i g h e r p r o p o r t i o n o f t o t a l l a n d a r e a , a n d

g o o n b a c k o v e r a m u c h l o n g e r p e r i o d o f t i m e .

D O

m F A R M I N G

C O N T R I B U T E T O T H E L E V E L O F N I T R A T E I N

S T R E A M S

A N D L A S ?

R e s u l t s o f t h e m o n t c o n c l u e i v e a g r i c u l t u r a l n i t r o g e n s t u d y t o d a t o n a v e r e c e n t / y

b e e n p u b l i s h e d b y t h e U . S . D e p a r t m e n t o f A g r i c u l t u r e f o r t h e U p p e r R i o

G r a n d e R i v e r V a l l e y .

D u r i n g t h e p a s t 1 0 y e a r s , w h e n u n e o f f e r t i l i z e r i n c r e a n e d 1 5 - t o 1 0 0 - f o l d i n t h e R i n c o n ,

M e s i l l a , a n d E l P a s o V a l l e y s , n o i n c r e a s e o c c u r r e d i n t h e n i t r a t e c o n t e n t o f t h e r i v e r w a t e r s .

A n a l y s e s o f M i d w e s t s t r e a m s t e n d t o c o n f i r m t h a t t h e i r n i t r a t e l e v e l h a s n o t i n c r e a s e d

i n r e c e n t y e a r s e v e n t h o u g h u s e o f n i t r o g e n f e r t i l i z e r s a n d l i v e H t o c k f e e d i n g h a v e m o r e t h a n

d o u b l e d .

W h e r e e x c e p t i o n e m a y b e c i t e d , t h e r e a p p e a r t o b e o t h e r c i r c u m s t a n c e s s u c h a s u n -

u a u a l l y h e a v y s p r i n g r u n o f f f r o m f i e / d s s t a n d i n g o v e r w i n t e r i n c o r n a n d s o y b e a n n t u b b l e .

S o l u b l e n u t r i e n t s f r o m t h e s e d e c a y i n g p l a n t s n o d o u b t c o n t r i b u t e n u t r i e n t s t o t h e r u n o f f w a t e r .

B u t , w h e r e c r o p s a r e w e l l f e r t i l i z e d a n d m a n a g e d , s o i l l o s e i s m i n i m a l , a s i s

t h e l o s s o f

n i t r o g e n .

D O N I T R O G E N F E R T I L I Z E R . ; G E T I N T O

W E L L S ?

N i t r a t e f e r t i l i z e r s s o m e t i m e s a c e l i s t e d a s c o n t a m i n a n t s o f f a r m w e l l s .

E x t e n s i v e

a t u d i e n o f

6 o a o

w e l l s i n M i s s o u r i , a n d s t u d i e s i n c e r t a i n o t h e r s t a t e s , h a v e u n c o v e r e d n o

c o n c l u s i v e e v i d e n c e a n u o c i a t i n g f e r t i l i z e r u s e w i t h h i g h n i t r a t o i n w e E s .

T h e m a j o r

f i n d i n g n t h u s f a r a r e t h a t w e l l s w i t h h i g h n i t r a t e a r e u s u a l l y s h a l l o w , p o o r l y c o n o t r u c t e d ,

n e a r

t o

a f e e d l o t , f a r m y a r d , o r s e p t i c t a n k , o f t e n c o n t a m i n a t e d w i t h o r g a n i c m a t t e r a n d

b a c t e r i a , o r l o c a t e d i n a r c a s o f s a n d y s o i l .



D O E S N I T R O G E N C A U S E E X C E S S I V E G R O W T H O F A L G A E ?

A l t h o u g h n i t r o g e n i s a n e s s e n t i a l c o n s t i t u t e n t o f e v e r y l i v i n g c e l l , i t h a p p e n s t h a t

t h e r e i s e n o u g h o f i t a v a i l a b l e i n r a i n f a l l t o s u p p o r t a l g a e g r o w t h , b e s i d e s t h e f a c t t h a t

4 0 - s e m e s p e c i e s o f a l g a e c a n f i x t h e i r o w n n i t r o g e n .

T h u s , n o f u r t h e r i n p u t i s n e c e e s a r Y ,

a s f r o m f e r t i l i z e r , u n l e s s o n e ' s o b j e c t i v e i s t o g r o w e n o u g h p h y t o p l a n k t o n f o r f i s h p r o d u c t i o n .

H e r e a p r o g r a m o f f e r t i l i z a t i o n i s u s u a l l y e s s e n t i a l t o g e t e n o u g h p l a n k t o n t o e h a d e o u t

r o o t e d w a t e r w e e d s .

D O E S U S E O F N I T R O G E N

F E R T I L I Z E R U P S O P T H E N I T R O G E N C Y C L E ?

L e s o t h a n 1 0 p e r c e n t o f t h e e e v e n m i l l i o n t o n n o f n i t r o g e n a p p l i e d t o U n i t e d S t a t e s

s o i l e i s i n t h e n i t r a t e f o r m .

E v e n i f a l l o f i t w e r e a p p l i e d i n t h e n i t r a t e f o r m , h o w e v e r ,

t h e e n d r e e s l t w o u l d b e n o d i f f e r e n t t h a n i f a l l o f i t c a r n e f r o m o r g a n i c m a t t e r .

I t h a p p e n °

t h a t p l a n t u d o n o t k n o w w h e t h e r t h e i r n i t r a t e , o r o t h e r n u t r i e n t s , a r i s e f r o m a n o r g a n i c o r

a n i n o r g a n i c s o u r c e .

F o r t u n a t e l y , f e r t i l e a g r i c u l t u r a l s o i l s r e a d i l y c o n v e r t o r g a n i c n i t r o g e n

i n t o n i t r a t e , w h e t h e r t h e s o u r c e , f o r e x a m p l e , i s u r e a f e r t i l i z e r o r b a r n y a r d m a n u r e .

S o i l s i n m i d w e s t e r n U . S . , f o r e x a m p l e , r e l e a n o a n a v e r a g e o f a b o u t 8 0 p o u n d s o f a v a i l -

a b l e n i t r o g e n * p e r a c r e f r o m o r g a n i c m a t t e r e v e r y g r o w i n g e e a s o n , w h i l e t o t a l l o s s f r o m a l l

U . S . f a r m s o i l s a m o u n t s t o m o r e t h a n 2 0 m i l l i o n t o r t a o f n i t r o g e n a y e a r .

A b o u t 1 0 m i l l i o n

t o n e o f n i t r o g e n e n t e r o u r e n v i r o n m e n t f r o m n i t r o g e n - v i e i n g b a c t e r i a a n d a l g a e , f i v e m i l l i o n

t o n s f r o m t h e a t m o s p h e r e , 1 0 m i l l i o n t o n s f r o m l i v e u t o c k w a s t e s , a n d e i g h t m i l l i o n t o n e

( i n s e w a g e ) f r o m t h e f o o d w e e a t .

W h e n a d d e d t o t h e n i t r o g e n c o m i n g f r o m f o o d a n d f i b e r

p r o c e s s i n g i n d u s t r i e s , t h e t o t a l a m o u n t o f i t m o v i n g a b o u t i n o u r e n v i r o n m e n t i s v a s t , i n d e e d .

I n c o m p a r i s o n , t h e s e v e n m i l l i o n t o n n o f f e r t i l i z e r n i t r o g e n u s e d t o n o u r i s h g r o w i n g p l a n t s

l a e t y e a r i n t h e U . S .

1 G

b u t a v e r y s m a l l p a r t .

H A S I M P R O P E R F E R T I L I Z E R U S E D A M A G E D S O I L S ?

L o n g - t e r m e x p e r i m e n t s i n I l l i n o i s , M i s s o u r i , P e n n s y l v a n i a a n d E n g l a n d p r o v e ' t o t h e

c o n t r a r y .

P l o t s o f n o i l , d e p l e t e d o f o r g a n i c m a t t e r a n d t i l t h b e c a u s e o f n o f e r t i l i z e r , o r

i m p r o p e r f e r t i l i z a t i o n , d u r i n g a c e n t u r y o f e x p e r i m e n t a t i o n r e s p o n d e d i m m e d i a t e l y t o g o o d

f e r t i l i z e r a n d l i m e t r e a t m e n t o n c e a p p l i e d a c c o r d i n g t o c r o p n e e d .

I n f a c t , y i e l d s w e r e

r e o t o r e d a l m o n t t o n o r m a l t h e v e r y f i r s t y e a r o f a d e q u a t e f e r t i l i z a t i o n .

N e i g h b o u r i n g p l o t e , r e c e i v i n g g o o d f e r t i l i t y t r e a t m e n t s d u r i n g t h i s t i m e , s h o w e d n o

d e c l i n e i n y i e l d i n g a b i l i t y , r e g a r d l e s e o f w h e t h e r t h e f e r t i l i z e r n u t r i e n t s c a m e f r o m

m a n u r e

o r i n o r g a n i c f e r t i l i z e r s .

A l e o , t h e r e w a s n e v e r a n y d i c c e r n a b l e d i f f e r e n c e i n q u a l i t y o f

w h e a t o r c o r n p r o d u c e d r e g a r d l e e s o f t h e s o u r c e o f n u t r i e n t s , i . e . , o r g a n i c o r i n o r g a n i c ,

B O

l o n g a s t h e a m o u n t s w e r e t h e s a m e .

W H A T T S E U T R O P H I C A T I O N ?

C h e m i c a l n u t r i e n t s a t o r n e a r t h e e a r t h ' s s u r f a c e a r e s u b j e c t t o m o v e m e n t b y w a t e r

a n d a i r .

I n n a t u r e t h e r e i s a c o n t i n u a l d o w n h i l l m o v e s e n t o f t h e s e n u t r i e n t s i n t o s t r e a m n ,

l a k e s , a n d o c e a n o .

W h e i i m a n e n t e r e d t h e g e o l o g i c a l p i c t u r e , t h i s m o v e m e n t ( o r w a t e r - e n r i c h m e n t p r o c e n s )

b e c a m e m o r e a c t i v e b e c a u s e o f w o r k i n g t h e s o i l t o g r o w f o o d .

T h i s c a u s e d m o r e s o i l p a r t i c l e s

a n d o r g a n i c m a t t e r t o m o v e i n t o w a t e r b o d i e s .

T h e s e n u b s t a n c e s , f o r a g e s o f t a m e , h a v e b e e n

a c c u m u l a t i n g u n d e r w a t e r a l o n g t h e s h o r e l i n e s

o r

t h e w o r l d .

T h u s , e u t r o p h i c a t i o n m a y b e l o o k e d u p o n a s n a t u r e ' o a g e - o l d g e o l o g i c a l p r o c e s s o f s u p p l y -

i n g w a t e r s w i 0 a c h e m i c a l n u t r i e n t s .

W i t h o u t t h i s p r o c e s s , t h e r e w o u l d b e n o c o a l , o i l , o r

m u c k d e p o s i t s o n o u r p l a n e t .

N o r w o u l d t h e r e b e m a r i n e l i f e .

* 0 1 1 / 0 0 .



W O U L D E U T R O P R I C A T I O N B E S P E E D E D U P I F U S E O F F E R T I L I Z E R S W A S C U R T A I L E D ?

' ( c o , b e c a u s e a g r i c u l t u r a l l a n d s o o n w o u l d b e u n a b l e t o n u r e . ) o r t p r o t e c t i v e v e g e t a t i o n

a n d w o u l d b e s u b j e c t t o n a t u r e ' s w i n d a n d r a i n u t o r m e .

B e s i d e o m i l l i o n e o f a d d i t i o n a l a c r e e

w o u l d h a v e t o b e c u l t i v a t e d .

W H Y A R E A L G A E S O M E N M E n

C A L L E D T H E K E Y P O L I F E ?

B e c a u c e c e r t a i n a l g a e c a n u t i l i z e a t m o s p h e r i c n i t r o g e n , t h e y a r e r e g a r d e d a u t h e e a r l y

" b a s e o f l i f e " f o r t h e e t o r i n g o f v a u t a m o u n t u o f c a r b o n a c e o u s m a t t e r o r e n e r g y o n e a r t h .

A l g a e a l s o a r o i m p o r t a n t b e c a u o e o f t h e l i n k t h e y p r o v i d e i n t h e f o o d c h a i n F o r a n i m a l

l i f e i n a q u a t i c e n v i r o n m e n t e .

S u r e / y , i f i t w e r e n o t f o r a l g a e a n d o t h e r g r e e n p l a n t s , m a n w o u l d p e r i s h b e c a u e e

t h e p r o c e s s o f p h o t o c y n t h e s i s m a i n t a i n s c a r b o n d i o x i d e a s a l e v e l h e c a n t o l e r a t e i n t h e

a i r h e b r e a t h e s .

A R E L A K E S P E R M A N E N T O l i D O T h E Y ' D l A P E A R ' ?

N o l a k e o r b o d y o f w a t e r i n p e r m a n e n t .

E a c h

h a s f o u r s t a g e s o f l i f e :

b i r t h , e x i s t a n c e ,

o l d a g e , a n d d i s a p p e a r a n c e . E x a m p l e e o f a l l s t a g e s c a n b e f o u n d i n t h e U n i t e d S t a t e s , C a n a d a ,

A l a n k a , S i b e r i a , B r a z i l , a n d A f r i c a ,

i n c u r r o u n d i n g e p r a c t i c a l l y u n t o u c h e d b y m a n a n d c e r t a i n -

l y n e v e r t o u c h e d b y a g r i c u l t u r e .

A l t h o u g h t h e a g i n g p r o c e e s h a n b e e n a c c e l e r a t e d b y v i r t u e o f m a n ' s a c t i v i t i e o , o n e m u e t

n o t o v e r l o o k t h e c o n t r i b u t i o n o f t i e w a g e a n d o t h e r o r g a n i c w a s t e p r o d u c t s .

M o r e t h a n 1 0 0 0

c o m m u n i t i e s i n U . S . A . n t i l l d i e c h a r g e a l l o f t h e i r w a s t e s i n t o w a t e r w i t h o u t t r e a t m e n t o f

a n y k i n d .

A n

ç u a l n u m b e r o f c i t i e u e m p l o y p r i m a r y t r e a t m e n t w h i c h r e m o v e s f r o m 3 0 t o 4 0

p e r c e n t o f p o l l u t a n t e .

M a n y a u t h o r i t i e n a g r e e t h a t o r g a n i c m a t t e r i n s e w a g e a n d l i v e e t o c k m a n u r e s , w h e n a d d e d

t o R o i l

e e d i m e n t e , c o n n t i t u t e o u r g r e a t e e t w a t e r p o l l u t a n t ° .

U n t i l a n d u n l e e o t h e e ° a r e

c o n t r o l l e d , t a x d o l l a r s e p e n t f o r w a t e r q u a l i t y i m p r o v e m e n t c a n n o t r e n u l t i n t h e q u a l i t y

o f w a t e r d e e i r e d .

H O W D O E S O R G A N I C M A T T E R C O N T R I B U T E T O A L C E G R O W T H ?

I n L a k e E r i e , f o r e x a m p l e , o r g a n i c m a t t e r f r o m e e w a g e , w a t e r f o w l , ' f i s h a n d r o o t e d w a t e r

p l a n t o p r o v i d e s f o o d f o r b a c t e r i a t o m u l t i p l y .

T h e y g i v e o f f c a r b o n d i o x i d e , w h i c h , a l o n g

w i t h w a t e r a n d e u n l i g h t , a r e a m o n g t h e e s s e n t i a l i n g r e d i e n t s f o r g r o w t h o f p l a n t o .

W h e n

c a r b o n d i o x i d e

1 B

p l e n t i f u l , m a s c i v e g r o w t h o f a l g a e o c c u r ° w h e n l i g h t , t e m p e r a t u r e A n d

n u t r i e n t s a r e a d e q u a t e .

T h e p r o c e s s i s d i f f i c u l t t o c o n t r o l b e c a u n e t h e b o d i e s o f d e a d a l g a e

a n d o t h e r p l a n t s f u r n i e h f o o d f o r m o r e b a c t e r i a t o e v o l v e m o r e c a r b o n d i o x i d e t o g r o w m o r e

a l g a e .

T h i s i s w h y r e m o v a l o f p h o s p h o r u s ( p h o s p h a t e ) , a s f r o m d e t e r g e n t e , c a n n o t b e e x p e c t e d

t o c o n t r o l e x c e s s i v e g r o w t h o f u n w a n t e d p l a n t s .

C o n t r o l m e a s u r e s m u s t b e a i m e d a t e l i m i n a t -

i n g e n e r g y b y d e o t r o y i n g o r g a n i c m a t t e r , b u t e v e n t h i o w i l l n o t p r o v i d e t h e d e o i r e d c o n t r o l

i n m o o t n i t u a t i o n e , a s n e a r t o a n a i r p o r t o r c i t y w h e r e c a r b o n d i o x i d e i s p l e n t i f u l .



I S P H O S P H A T E ( P H O S P H O R U S ) T H E C A U S E O F E X C E S S I V E A L G A E G R O W T H ?

P h o a p h o r u a , a n e s s e n t i a l c o n o t i t u e n t o f e v e r y l i v i n g c e l l , i e u t i l i z e d b y p l a n t o a n d

a n i m a l s m a i n l y i n i t e p h o s p h a t e ( o x i d i z e d ) f o r m .

I n b e l i e v i n g t h a t p h o s p h o r u s i s t h e k e y t o g r o w t h o f a l g a e , a n d t h e c a u s e o f t h e d e a t h

o f l a k e s , p e o p / e o v e r l o o k t h e f a c t t h a t a l g a e r e q u i r e 1 0 0 t o 2 0 0 t i m e s m o r e c a r b o n t h a n

p h o s p h o r u s ,

d e p e n d i n g o n t h e p a r t i c u l a r a l g a e s p e c i e s .

O n e t o n o f a l g a l t i s s u e , d r y w e i g h t

b a e i e , w h i c h c a n d e v e l o p i n s i x w e e k s o f g o o d g r o w i n g c o n d i t i o n s , i n a n a c r e o f l a k e a r e a ,

w i l l c o n t a i n a p p r o x i m a t e l y 1 0 0 0 p o u n d s o f c a r b o n b u t o n l y f i v e o r s i x p o u n d s o f p h o o p h o r u s .

T h e l a t t e r c a n b e s u p p l i e d b y t h e w a t e r b e c a u s e o f t h e r e c y c l i n g o f o r g a n i c p h o s p h o r u s f r o m

d e c a y i n g r o o t e d p l a n t o , a n i m a l r e m a i n e , w a t e r f o w l e x c r e m e n t , a n d o f t e n f r o m s e w a g e a n d i n -

d u s t r i a l w a s t e s .

E v e n w i t h o u t t h e s e s o u r c e s , t h e v a s t s t o r e s o f p h o s p h o r u s f r o m d e c a y i n g

r o o t e d p l a n t s , a n i m a l r e m a i n s , w a t e r f o w l e x c r e m e n t , a n d o f t e n f r o m s e w a g e a n d i n d u s t r i a l

w a s t e s . E v e n w i t h o u t t h e s e s o u r c e s , t h e v a s t s t o r e s o f p h o s p h o r u s l a i d d o w n i n t h e b o t t o m

m u d e a n d o r g a n i c d e p o s i t s o v e r a g e s o f t i m e a r e s u f f i c i e n t t o o a t i s f y d e m a n d s f o r i t .

W H A T I S B A L A N C E I N N A T U R E ?

W h e n e p e a k i n g o f " b a l a n c e o f n a t u r e " , a f r a m e o f r e f e r e n c e a n d a t i m e i n h i s t o r y a r e

n e e d e d . D i n o e a u r s d i d n o t s u r v i v e .

C e r t a i n l y , t h e e a r l y A m e r i c a n I n d i a n s , w h o l i v e d a s

c l o s e t o n a t u r e a s h u m a n e h a v e a t a n y t i m e i n h i s t o r y , h a d b u t a v e r y s h o r t n a t u r a l l i f e

s p a n .

W a s n a t u r e i n b a l a n c e d u r i n g t h o s e t i m e s ?

U n t i l m a n f o u n d o u t h o w t o g r o w p l e n t i f u l a n d n u t r i t i o u s f o o d a n d t o c o m b a t d i s e a s e s

a n d i n e e c t e w i t h m o d e r n - d a y c h e m i c a l s , h i s o w n l i f e s p a n w a s v e r y s h o r t .

D r . C e c i l H . W a d l e i g h , f o r m e r s c i e n c e a d v i s o r f o r N a t u r a l R e s o u r c e s , U . S . D e p a r t m e n t

o f A g r i c u l t u r e , h a s s a i d :

" M a k e n o m i s t a k e

N a t u r e a l o n e c o u l d n o t s u s t a i n t h e W o r l d ' n

p o p u l a t i o n f o r o n e d a y - - n o t i n f o o d , n o t i n c l o t h i n g .

T r u t h i s t h a t n a t u r e n e v e r

m a i n t a i n e d a b a l a n c e i n f a v o r o f m a n , o r o t h e r a n i m a l o , a n d n e v e r w i l l . "

I n t h e d a y s o f t h e b u f f a l o , v a s t r e g i o n s o f o u r r i v e r a n d n t r e a m s w e r e m u d d y w a l l o w s

a n d p o l l u t e d b e y o n d d e e c r i p t i o n . R a n g e l a n d s o f t e n w e r e d e v o i d o f v e g e t a t i o n b e c a u s e o f

o v e r g r a z i n g . T o d a y , m o s t o f t h e e e s a m e l a n d s a n d w a t e r s a c e i n m u c h b e t t e r c o n d i t i o n .

I S W A T E R P U R E ?

M r . D . A . W i / l i a m s , f o r m e r a d m i n i s t r a t o r , U n i t e d S t a t e n S o i l C o n s e r v a t i o n S e r v i c e , a n d

o n e o f A m e r i c a ' e m o s t a r d e n t o o n s e r v a t i o n i s t s , m a d e t h i s s t a t e m e n t i n

1 9 6 9 .

" W a t e r v a p o r i n p u r e , b u t w h e n i t c o n d e n s e n a n d f a l l e i n t o t h e e a r t h ' e a t m o n p h e r e ,

i t b e c o m e n a s o l v e n t f o r m a n y s u b s t a n c e s .

P u r e w a t e r i s s e l d o m f o u n d a a y w h e r e i n

n a t u r e .

F a l l i n g r a i n d i s s o l v e s g a s e s , i n c l u d i n g o x y g e n , n i t r o g e n , a n d c a r b o n d i o x i d e ,

a n d c a r r i e s t h e m i n t o t h e ' s o i l .

" W a t e r d i s n o l v e s c h e m i c a l n u t r i e n t s i n t h e s o i l a n d c a r r i e s t h e m i n t o p l a n t s .

T h i s

i s n o t p u r e w a t e r , b u t a s o l u t i o n c o n t a i n i n g h u n d r e d e o f d i f f e r e n t c h e m i c a l c o m p o u n d s

a n d a u b s t a n c e s .

" T o d a y , m a n h a n t h e k n o w l e d g e t o e n r i c h t h i s s o i l s o l u t i o n t h r o u g h p r o p e r u s e o f

c o m m e r c i a l f e r t i l i z e r s s o a s t o p r o d u c e h i s f o o d a n d f i b e r i n h i g h e r q u a l i t y a n d

i n g r e a t e r q u a n t i t y t h a n a t a n y t i m e i n t h e w o r l d ' s h i s t o r y .

T o d a y , m a n a l s o h a s

t h e k n o w l e d g e o f s o i l c o n s e r v a t i o n t e c h n i q u e s t o m a i n t a i n a g r i c u l t u r a l l a n d s i n a

h i g h s t a t e o f p r o d u c t i v i t y w i t h p r a c t i c a l l y n o I o n s o f s e d i m e n t a n d i t s n u t r i e n t s

t o e t r e a m s a n d l a k e s .

U n f o r t u n a t e l y , w e h a v e s o m e w a y y e t t o g o b e f o r e a l l o f o u r

l a n d a s p r o t e c t e d .

B u t , w e d o k n o w t h a t v i g o r o u e p l a n t g r o w t h a n d g o o d g r o u n d n o v e r ,

o f t e n m a d e p o s e i b l e w i t h a d e q u a t e f e r t i l i z a t i o n , p r o v i d e a m o s t e f f e c t i v e d e t e r r e n t

t o s o i l e r o s i o n a n d i t s p o l l u t i o n o f l a k e s a n d s t r e a m s . "



W H A T F E R T I L I Z E R F A C T S S H O U L D E V E H Y B O D Y K N O W ?

C h e m i c . 4 1

f e r t i / i z e r o a r o p u r i f i e d o r u p g r a d e d p r o d u c t o o f n a t u r e , b e i n g r e c y c l e d

b a c k t h r o u e h n a t u r e b y m a n f o r c r o p a n d l i v e s t o c k p r o d u c t i o n .

T h e r e i s n o d i s c e r n i b l e d i f f e r e n c e i n n u t r i t i o n a l q u a l i t y o f c r o p s g r o w n w i t h f e r t i -

l i z e r s , m a n u r e , o r h u m a n w a s t e s .

O n c e i n t h e s o i l , o r g a n i s m o f r e e o r g a n i c n u t r i e n t s b y

r e l e a s i n g t h e m I n t o i n o r g a n i c f o r m s f o r p l a n t o t o u s e .

W i t h o u t c o m m e r c i a l f e r t i l i 7 e r s 1 u p g r a d i n g

o f

d i e t n f o r t h e g r o w i n g p o p u l a t i o n s i n t h e

d e v e l o p i n g n a t i o n s w o u l d i n n o w a y b e p o s s i b l e , a n d t h e s t a n d a r d o f l i v i n g i n t h e

m o r e a d -

v a n c e d w o u l d ( 1 . 7 . 1 i n e a t a r a p i d r a t e .



L I T E R A T U R E C I T M

A l d r i c h , S a m u e l R . ( 1 9 7 0 ) .

j n i v e r s i t y o f I l l i n o i s .

S t a t e m e n t b e f o r e I l l i n o i s C o m m i s s i o n

o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y .

C a m p b e l l , F . R . , a n d L . R . W e b b e r . ( 1 9 6 9 )

A g r i c u l t u r e ' s c o n t r i b u t i o n t o t h e f e r t i l i z a t i o n

o f C a n a l L a k e .

J . S o i l a n d W a t e r C o n s e r . 2 4 ( 4 ) : 1 3 9 .

D o n a l d , C . M .

1 9 6 0 .

J . A u s t . I n s t . A g r . S c

. 2 6 : 3 1 9 .

4 -

F r i n k , C . R . 1 9 6 9 ( M a y ) F r o n t i e r s o f P l a n t S c i e n c e .

C o n n . A g r . E x p . S t a . , N e w H a v e n . .

p . 4 .

F e d e r a l W a t e r P o l l u t i o n C o n t r o l A d m i n i s t r a t i o n , U . S . D e p t : o f I n t e r i o r .

1 9 6 7 . B i o l o g i c a l

A s s o c i a t e d P r o b l e m s i n F r e s h w a t e r E n v i r o n m e n t s . p .

1 0 8 .

G a r m a n , W . H . ( 1 9 7 0 ) .

N u t r i e n t M o b i l i t y i n S o i l s .

p p 6 1 - 7 4 S p e c i a l B u l , S o i l S c i . S o c . A m e r .

H u d s o n , E . J . a n d M a r s t o n , H . W . 1 9 7 0 ( N o v ) .

E u t r o p h i c a t i o n w / p a r t i c u l a r r e f . t o t h e r o l e

o f p h o s p h a t e s .

C h e m i s t r y a n d I n d u s t r y ( 1 4 4 9 - 1 4 5 8 ) .

K u e n t z e l , L . E . 1 9 6 9 .

J . W a t e r P o l l u t i o n C o n t r o l F e d e r a t i o n .

4 1 : 1 7 3 7 .

L a n g e , W i l l y . S e p t . 1 9 6 7 .

N a t u r e . 2 1 5 ( 5 1 0 7 ) : 1 2 7 7

M a r t i n , J . B . J r . , B . N . B r a d f o r d .

E . G . K o n n e d y . 1 9 6 9 .

F a c t o r s a f f e c t i n g t h e g r o w t h

o f N a j a s i n P i c k w i c k R o s e r v o i r .

N a t i o n a l F e r t i l i z e r D e v e l o p m e n t C e n t e r , T e n n e s s e e

V a l l e y A u t h o r i t y , M u s c l e S h o a l s , A l a . 4 7 p .

S t a n f o r d , C . 1 9 6 9 .

P l a n t F o o d R e v i e w , 1 5 ( 0 : 2 .

S t a n f o r d . 1 9 6 9 .

F e r t i l i z e r U s e a n d W a t e r Q u a l i t y .

U . S . D . A . B u l 4 1 - 1 6 8 .

S t e w a r t , W . D . P . 1 9 6 7 .

N i t r o g e n - f i x i n g p l a n t e .

S c i e n c e 1 5 8 : 1 4 2 6 .

T a n n e r , C . C . 1 9 6 8 .

O u t l o o k o n A g r i c u l t u r e .

5 ( 7 ) : 2 3 5 .

V a e t s , F . G . 1 9 7 1 . W a t e r Q u a l i t y i n R e l a t i o n t o F e r t i l i z e r U s e .

B i o S c i e n c e 2 1 ( 1 0 ) : 4 2 6 , a n d U . S . D . A . H a n d b o o k , N o . 4 1 3 1 6 3 P P .

. 1 6 .

N i t r o g e n ( 1 9 7 0 ) ( N o v / D e c . ) N o . 6 8 .

B r i t i s h S u l p h u r C o r p . L o n d o n .

S t o u t , P . R . a n d B u r a u , R . C . 1 9 6 7 .

A g r i c u l t u r e a n d Q u a l i t y o f o u r E n v i r o n m e n t .

A A A S P u b l . N o . 8 5 , p p 2 8 1 - 3 1 0 .

S m i t h , G e o r g e E . , 1 9 6 4 - 1 9 7 1 .

P e r s o n a l c o m m u n i c a t i o n s a n d n u m e r o u s p u b l i c a t i o n n .

D r . S m i t h i s D i r e c t o r , W a t e r R e s o u r c e s R e s e a r c h C e n t e r , C o l u m b i a , M i s s o u r i .

W a d l e i g h , C . H . , C . S . B r i t t .

1 9 6 9 .

C o n s e r v i n g r e s o u r c e s a n d m a i n t a i n i n g a q u a l i t y


J .

S o i l W a t e r C o n s e r v .

2 5 ( 5 ) : 1 7 2 .

K e r r , P . C . , P a r r i s h , D . F . , B r o c k w a y , D . L . 1 9 7 0 . I n t e r r e l i t i o n o f C a r b o n a n d P h o s p h o r u s

i n R e g u l a t i n g P o p u l a t i o n s o f H e t e r o t r o p h i c a n d A u t o t r o p h i c P o p u l a t i o n s i n A q u a t i c

E c t o s y s t e m s .

P r o c e e d i n g s , 2 5 t h I n d u s t r i a l W a s t e C o n f e r e n c e , P u r d u e U n i v . , W . L a f a y e t t e ,

I n d i a n a , U . S . A .



E F F E C T O F S O I L E N R I C H M E N T W I T H M I N E R A L E L E M E N T S A N D

F E R T I L I Z E R S O N S U R F A C E W A T E R A N D P L A N T S

A . C o t t e n i e

S t a t e A g r i c u l t u r a l U n i v e r s i t y , G h e n t , B e l g i u m

I .

I n t r o r ; u c t i o n

I n t e n s i v e f e r t i l i z e r u s e h a s r e s u l t e d i n I 3 o l g i u r n l o a c o n s i d e r a b l e i n c r e a s e o f t h e

c h e m i c a l f e r t i l i t y l e v e l o f a g r i c u l t u r a l s o i l s . T h e r e f o r e , a d i r e c t q u a n t i t a t i v e c r o p

r e s p o n s e t o f e r t i l i z e r a p p l i c a t i o n o r o m i s s i o n i s r a r e l y o b s e r v e d , e x c e p t . f o r n i t r o g e n .

T h e q u e s t i o n w h e t h e r t h i s e n r i c h m e n t o f t h e s o i l w i t h f e r t i l i z e r s a l t s c o n t r i b u t e s

t o e n v i r o n m e n t a l p o l l u t i o n n e e d s s y s t e m a t i c o b s e r v a t i o n a n d r e s e a r c h . I f i n t e n s i v e

f e r t i l i z e r u s e s h o u l d a f f e c t t h e e n v i r o n m e n t , i t s f i r s t s y m p t o m s w i l l c o n c e r n s o i l a n d

s u r f a c e w a t e r , a s w e l l a s t h e g r o w i n g p l a n t s .

O n t h e o t h e r h a n d c h e m i c a l s o i l p o l l u t i o n h a s o c c a s i o n a l l y b e e n o b s e r v e d a s a

c o n s e q u e n c e o f a n i n c r e a s e d c o n t e n t o f e l e m e n t s s u c h i 5 Z n , P b , N i , C r e t c . , % v h i c h

a r e n o r m a l l y p r e s e n t a s t r a c e s , a n d v . r h i c h c a u s e t o x i c i t y l o p l a n t s a . t . h i g h e r l e v e l s .

T h e f o l l o w i n g p a g e s s u m m a r i z e s o m e o b s e r v a t i o n s w i t h r e s p e c t t o t h i s p r o b l e m .

S o i l a n d s o i l w a t e r r e l a t i o n s h i p .

E v e r y c h e m i c a l w h i c h i s i n t r o d u c e d i n t h e s o i l i s d i s t r i b u t e d o v e r d i f f e r e n t m o r e

o r l e s s d i s t i n c t f r a c t i o n s . P h e n o m e n a o f d i s s o l u t i o n a n d p r e c i p i t a t i o n , a d s o r p t i o n

a n d e x c h a n g e , a s 1 . v e l l a s c o m p l e x a t i o n , l e a d t o a n e q u i l i b r i u m s t a t u s w h i c h m a y b e

r e p r e s e n t e d b y t h e f o l l o w i n g s c . h e m e :

i r t

T h e p o s s i b l y p o l l u t i n g a c t i o n o f a n e l e m e n t i s f u n c t i o n o f i t s m o b i l e f r a c t i o n o r t h e

q u a n t i t y o f i t . w h i c h i s c a p a b l e o f b e i n g t r a n s f e r r e d f r o m t h e s o l i d t o t h e m o b i l e

p o o l . I f w e c o n s i d e r t h e n o r m a l F e - c o n t e n t o f a s o i l , b e i » g o f t h e o r d e r o f 5 3 / 4

( 5 0 0 0 0 p p m ) , o n l y s o m e 5 t o

I ( ) p p e e o f t h i s t o t a l q u a n t i t y i s n o r m a l l y p r e s e n t i n t h e

s o l u t i o n p h a s e . A s r n a l l p a r t o f t h e i r o n i n t h e s o l i d p h a . s e i s a b l e t o b e t r a n s f e r r e d ,

d u e t o t h e c h e l a t i n g a c t i o n o f o r g a n i c m a t t e r , t o r e d u c t i o n o f r e ( I I I ) t o F e ( I I ) a n d t o

p l i d e c r e a s e . I n o r d e r t o e s t i r n a t e t h e i n f l u e n c e o f f e r t i l i z e r a p p l i c a t i o n o n t h e

[ a b s o r b e d

i o n s

f r e e i o n s i n

s o l u t

c o m p l e x e s i n

l i q u i d

S 0 1 u t i o n

p h a s e

9 ,

1 1 1 . 0 .

-

4 1 1 1 1 1 1 1

p r e c i p i t a t e s

s o l i d

m i n e r a l s

p h a s e



c o m p o s i t i o n o f

s o i l

w a t e r a n d w a t e r d r a i n e d a w a y f r o m t h e f i e l d s i n t o b r o o k s a n d c a n a l s ,

f i e l d o b s e r v a t i o n s a n d s y s t e m a t i c e x p e r i m e n t a t i o n i s b e i n g c a r r i e d o u t a s d e s c r i b e d b e l o w .

2

1 .

S o i l a n d W a t e r A n a l y s i s

A s e r i e s o f s a m p l e s w e r e t a k e n f r o m s o i l s b e f o r e a n d a f t e r d r e s s i n g a n d a n a l y s e d f o r

t h e f r a c t i o n o f f e r t i l i z e r e l e m e n t s w h i c h a r e c o m p l e x e d , a d s o r b e d a n d w h i c h r e m a i n

i n s o l u t i o n . T h e r e f o r e t h e s o l u b l e c a t i o n s w e r e d e t e r m i n e d i n w a t e r e x t r a c t s ( s o i l /

w a t e r : 1 / 5 ) . T h e s e s o l u b l e i o n s c o n s i s t o f f r e e i o n s a n d s o l u b l e c o m p l e x e s . T o d e t e r -

m i n e t h e s o l u b l e c o m p l e x e s , a c a t i o n - e x c h a n g e r e s i n D o w e x 5 0 W ( N a - f o r m ) w a s u s e d .

T h e r e s i n i s a b l e t o f i x t h e f r e e i o n s , w h i l e t h e i r

s o l u b l 1 - + e c o m p l e x v v r e m a i n i n s o l u t i o n .

+ +

F o r t h e d e t e r m i n a t i o n o f a d s o r b e d

C a

,

M g +

K

i n

a n d M n

t h e s a m p l e s w e r e

p e 1 4 . 5 . 9 1 a t e d r . v . n l i 1 N N I - 1 1 0 A c o f p I . I 7 ( S c h o l l e n b e r g e r & S i m o n , 1 9 4 5 ) , w h i l e a d s o r b e d

C u

a n d F e

w e r e d e t e r m i n e d a f t e r p e r c o l a t i o n w i t h 1 N N I I 4 O A c o f p H 3 ( J a c k s o n ,

1 9 5 8 ) .

A n o t h e r s e r i e s o f s a m p l e s w e r e t a k e n b e f o r e a n d a f t e r a p e r i o d o f h e a v y r a i n f a l l f r o m

b r o o k s , w h e r e t h e w a t e r f r o m t h e s u r r o u n d i n g f i e l d s i s g a t h e r e d .

I n a l a b o r a t o r y e x p e r i m e n t d i f f e r e n t s o i / s r e c e i v e d t w o d o s e s o f N - P - K f e r t i l i z e r s .

A f t e r e q u i l i b r a t i o n t h e s o i l s w e r e p e r c o l a t e d w i t h w a t e r , a n d t h e l e a c h e d f e r t i l i z e r

e l e m e n t s a n a l y x e d .

2 . 2 . I R e s u l t s a n d d i s c u s s i o n

2 . 2 . I .

I n c o r p o r a t i o n o f t h e f e r t i l i z e r i n t o t h e s o i l

T h e o r i g i n o f t h e s o i l s a m p l e s a n d t h e a p p l i e d f e r t i l i z e r s a r e g i v e n i n t a b l e 1 .

T a b l e 1 : O r i g i n o f t h e s a m p l e s a n d k i n d o f a p p l i e d f e r t i l i z e r s .

O r i g i n o f

s a m p l e

N r .

I

K i n d o f a p p l i e d


T e x t u r e c l a s s

W a t e r v l i e t

A s t e n e

1 9 8

1 9 0

1 7 2

1 7 3

t

u n d r e s s e d

N P K ( 1 5 - 1 5 - 1 5 )

u n d r e s s e d

N P K ( 1 3 - 1 3 - 2 0 )

h e a v y s a n d y - l o a r n

l o a m y s a n d

M e i l e g e m

1 6 8

1 6 9

p h o s p h a t e s l a g s , K ,

M a g n e s i a l i m e ,

p h o s p h a t e s l a g s , K ,

M a g n e s i a l i m e

I C a N C N

s a n d y l o a m

l i o t t e l a r e

1 7 6

u n d r e s s e d

l o a m y s a n d

1 7 7

N P l < ( 1 3 - 9 - 2 0 - 5 )

t o s a n d y l o a m

S t . L a u r e i n s

1 8 7

u n d r e s s e d

l o a m y s a n d

1 8 8 K C 1

O p h a s s e l t

1 8 3

u n d r e s s e d

s a n d y l o a m

1 8 2

N P K M g

W e t t e r e n

1 9 1

u n d r e s s e d

l i g h t s a n d y - l o a m

1 9 2

N P K M g C a

( 6 - 8 - 1 4 L 1 4 - 2 2 )

D i k k e l v e n n e 1 7 0

F a r m y a r d m a n u r e . 1

p h o s p h a t e s l a g s

s a n d y l o a m

1 7 1

F a r m y a r d m a n u r e i - K



I n c o m p l e m e n t t o t h e a l r e a d y m e n t i o n e d a n a . l y s i s , t h e c o n d u c t i v i t y o f t h e e x t r a c t s ,

t h e t o t a l N - c o n t e n t a n d t h e p H o f t h e s o i l s w e r e a l s o d e t e r m i n e d . T h e r e s u l t s a r e

g i v e n i n t a b l e 2 .

T a b l e . 2 : R e s u l t s o f t h e c h e m i c a l a n a l y s i s o f t h e d r e s s e d a n d u n d r e s s e d s o i l s .

S :

t o t a l a m o u n t a s s o l u b l e i o n s ,

S C :

s o l u b l e c o m p l e x e s . T h e s o l u b l e f r e e i o n s c a n b e f o u n d a s t h e d i f f e r e n c e

b e t w e e n S a n d S C

A :

a d s o r b e d f r a c t i o n

T h e s e r e s u l t s s h o w t h a t :

t h e e l e c t r i c a l c o n d u c t i v i t y i s h i g h e r i n w a t e r e x t r a c t s o f s o i l s 1 . v h i c h r e c e i v c _ t c . 1

a f e r t i l i z e r - t r e . a t m e n t , t h a n i n t h e u n d r e s s e d s o i l s .

s o l u b l e C a i n c r e a s e d n o t a b l y i n a l l d r e s s e d s o i l s . T h i s i s d u e t o t h e f a c t t h a t

t h i s e l e m e n t i s p r e s e n t i n m o s t f e r t i l i z e r s .

t h e K - c o n t e n t i n t h e s o i l s , t r e a t e d w i i . h a K - f e r t i l i z e r , i s m u c h h i g h e r t h a n i n

t h e u n d r e s s e d s o i l s . R e l a t i v e h i g h a m o u n t s o f t h i s e l e m e n t a r e p r e s e n t a s f r e e

i o n i n s o l u t i o n .

4 . - M g , p r e s e n t i n t h e f e r t i l i z e r s , i s r e c o v e r e d a s w e l l i n t h e f r e e s o l u t i o n a s i n

t h e a d s o r b e d f r a c t i o n .

5 . - e x c e p t i n o n e s o i l ( n o .

1 9 0 ) , t h e q u a n t i t i e s o f N f o u n d a f t e r N - f e r t i l i z a t i o n w e r e

h i g h e r t h a n i n t h e u n d r e s s e d s o i l s .

T h e i n c r e a s e o f t h e m o b i l e c o n t e n t s o f a l l e l e m e n t s . u n d e r s t u d y i n s o i l w a t e r i n d i c a -

t e s t h e p o s s i b i l i t y o f t h e i r e n r i c h m e n t i n d r a i n a g e a n d e f f l u e n t w a t e r .

N r .

s a r n -

p i e

D i '

'

H 0

2

C o n c l a c -

t i v i t y

m i c r o

m h o p e r ,

c m

.

. .

. . . a i n p p m

M g i n p p i n

K i n p p m

N i n

m g / 1 0 0 g

s o i l

s

s o

S

S C A

S S C

A

1 8 9

5 . 8 5

1 2 0

5 7 . 5

0

9 7 7

5 . 8

1 . 3 5

4 8 . 5

3 8 . 5

0

9 7 . 7 :

1 7 0 . 2

1 9 0

5 . 3 2

1 6 8

1 0 0 . 0 0

6 5 1 3 . 6

0 , 0 5

3 0 . 0

4 2 . 2 0

7 8 . 2

1 4 5 . 6

1 7 2

5 . 7 0

1 9 5

1 2 0 . 0

0

1 0 3 7

1 0 . 9

0 . 0 5

5 0 , 0

2 5 . 2 0

7 8 . 2

1 5 0 . 4

1 7 3

5 . 4 0

7 7 0

5 6 2 . 5

0

8 6 3 3 0 . 8

1 . 3 5

2 7 . 0

2 6 3 . 7 7 . 2 5 1 1 7 . 3

1 5 6 . 3

1 6 8

6 . 1 2

3 0 1

1 5 0 . 2

0 1 0 3 7

2 2 . 8

0 . 2 5

1 1 3 . 5

1 0 9 . 5 1 . 0

2 0 0 . 4

1 2 2 . 3

1 6 9

6 . 7 2

4 3 9

2 7 0 . 0 0

1 5 2 8

2 4 . 2

1 . 3 5

1 0 8 . 0

1 8 2 . 5 2 . 0

2 0 5 . 3 1 5 1 . 8

1 7 6 6 . 3 0

2 3 0

1 3 0 . 0 0 1 2 9 2 1 0 . 6

0 . 1 3

8 7 . 5

5 3 . 5 1 . 0 1 4 1 . 7

1 2 1 . 1

1 7 7

6 . 4 0 3 0 5

1 8 5 . 0

0 9 5 2 1 3 . 9

0 . 1 8

5 8 . 0

8 1 . 5

1 . 0

1 3 6 , 8

1 2 6 . 4

1 8 7

6 . 4 8

1 1 7

7 0 . 0

0

7 0 1

9 . 5

0 . 1 2

5 8 . 0

2 6 . 5

0

3 9 . 1

1 2 3 . 7

1 8 8

6 . 3 1

2 9 2

1 1 0 , 0 0

1 1 7 1

2 0 . 3

0 . 2 5

1 0 3 . 5 '

9 0 . 0 0 . 5

9 7 . 7

1 5 2 . 1

1 8 3 6 . 2 5

7 6

5 2 . 5 0

1 0 3 7 4 . 0

0 . 2 2

5 5 . 0

2 1 . 7 7 . 2 5 8 8 . 0

1 1 4 . 8

1 8 2

6 . 9 0

3 4 1

2 0 7 . 5 0

1 5 8 1 1 9 . 0

1 . 5 9

1 1 7 . 0

4 2 , 2 0 . 5 0 1 5 2 . 5

1 4 8 . 2

1 9 1

6 . 9 5

1 4 8

7 2 . 5

0

1 3 5 2 8 . 9

0 . 0 7

1 3 4 . 0

7 3 . 0 1 . 0

2 3 5 , 6

1 1 1 . 1

1 9 2

6 . 2 5 5 2 0

3 2 0 . 0

0 1 1 5 7

6 0 . 6

0 . 3 8

1 5 6 . 5

1 9 5 . 0 4 . 5

2 3 4 . 6

1 2 8 . 3

1 7 0

6 . 9 5 2 3 0

1 7 0 . 0 0

1 2 1 7

1 3 . 5

0 . 6 3

1 0 7 . 0

3 8 . 5

0

1 4 1 . 1

1 2 1 . 6

1 7 1

7 . 0 0

2 5 2

1 9 2 . 5

0

1 6 4 8 1 1 . 0

0 . 0 3

7 9 . 0 3 5 . 2 0 1 4 1 . 7

1 1 6 . 4



2 . 2 . 2 . D r a i n w a t e r

D r a i n w a t e r f r o m a n h o r t i c u l t u r a l s o i l r e c e i v i n g i n t e n s i v e f e r t i l i z a t i o n , a l l o w e d

t h e f o l l o w i n g c o m p o s i t i o n i r , c o m p a r i s o n w i t h t h e n o r m a l l y u s e d i r r i g a t i o n w a t e r :

T a b l e 3 s h o w s t h e a n a l y t i c a l r e s u l t s o f w a t e r s a m p l e s , t a k e n a t t h r e e d i f f e r e n t

p l a c e s i n a b r o o k w h e r e d r a i n w a t e r f r o m t h e s u r r o u n d i n g f i e l d s i t ; g a t h e r e d .

T a b l e 3

: C h e m i c a l a n a l y s i s o f b r o o k w a t e r s a m p l e s b e f o r e a n d a f t e r h e a v y

r a i n f a l l ( " L i e v e " c a n a l )

i r r A Z o n

d r a i n

w a t e r

c o n d u c t i v i t y ( u r n h o )

2 6 3 1 3 4 0

T o t a l s a l t ( m g / 1 )

_ _

1 4 0

7 2 5

S O ( m g / I )

- 4

4 5

3 8 5

C l

( m g / 1 )

2 2

6 5

N O 3 - ( m g / 1 )

0 . 6

2 0 0

N I I 4 + ( m g / I )

0 . 5 1

N a ( m g / 1 )

7 . 4

2 6 . 8

K ( m g / 1 )

4 . 5

2 6 . 8

M g ( m g / 1 )

3 . 3

3 8 . 4

C a ( m g / 1 )

1 1

1 9 7

P O 4 , M n , F e

t r a c e s

t r a c e s

N r S a m p l e

e f o r e r a i n f a l l

A f t e r r a i n f a l l

1

2

4

1

2 4

p H

7 . 4 0

7 . 7 5

7 . 8 0

7 . 8 5

8 . 1 3 7 . 5 2

F e - c o n t e n t i n m g / I

1 . 2 8 0 . 1 6

1 . 2 8

1 . 2 8

8 . 1 3

7 . 5 2

M n - c o n t e n t i n m g / 1

0 . 5 1

0 . 5 0

0 . 6 0

0 . 9 0 0 . 3 0 1 . 0 4

P O i n r r i g / 1

4 - -

1 . 6 0

5 . 4 0

1 8 . 3 0

1 . 3 0

4 . 1 0 4 . 2 0

_

N O 2

i n m g / 1

0 . 1 0

0 . 3 2

0 . 0 6

1 4 . 2 0

0 . 9 2 0 . 3 2

_

N O 3

i n m g / 1

3 . 8 0

4 . 2 0

4 . 4 0 1 . 8 0

1 . 8 0

t r a c e

4

N I I

i n m g / 1

5 . 3 0

2 . 7 0

1 5 . 6 0

4 . 1 0

8 . 0 0 3 3 . 0 0

4

+

N a i n m g / I

2 5 . 0 0 1 4 2 . 7

3 5 . 0 0

1 3 . 5 0

7 8 . 3 0

1 9 8 . 0 0

K + i n m g / 1

9 . 3 0

1 7 . 7 0

5 9 , 8 0 1 8 . 6 0

1 5 . 7 0

3 9 . 0 0

M g + + i n m g / 1

1 4 . 0 0

1 5 . 8 0

1 7 . 4 0 1 1 . 4 0

1 2 . 5 8

9 . 3 6

4 4

C a

i n m g / 1 3 3 . 5 0 1 2 1 . 5 0

3 5 . 0 0

1 3 0 . 0 0 1 2 0 . 5 0 1 0 2 . 5 0

C o n d u c t i v i t y i n

m i c r o M h o p e r c m

8 0 0

1 1 8 0

2 7 8 0

8 8 0

1 1 2 0

1 8 2 0

S a l t c o n t e n t a s

m g N a C 1 / 1

4 3 5

6 4 0

1 6 5 0 4 8 0

6 0 4

1 0 0 0



C o n s i d e r i n g t h e r e s u l t s g i v e n i n t a b l e 3 ,

i t a p p e a r s t h a t

+ +

+ 4

1 . -

T h e N a + ,

K + , M g

a n d C a

c o n t e n t o f t h e w a t e r s a r n p l e s t a k e n a f t e r r a i n -

f a l l i s g e n e r a l l y s r n p l l e r t h a n b e f o r e r a i n f a l l , d u e t o d i l u t i o n .

_

_

2 . -

T h e

N O 2

a n d

N H 4

c o n t e n t s i n c r e a s e d a f t e r r a i n f a l l , w h i l e t h e N O 3

c o n -

t e n t w a s d e c r e a s i n g .

2 . 2 . 3 . L a b o r a t o r y e x p e r i m e n t

N i n e d i f f e r e n t s o i l s w e r e t r e a t e d w i t h t h e f o l l o w i n g d o s e s o f N , p a n d K - f e r t i -

l i z e r s .

T h e p H , c a r b o n c o n t e n t a n d C . E . C . O f t h e s o i l s a m p l e s a r e g i v e n i n t a b l e 4 .

T a b l e 4 : C h a r a c t e r i s a t i o n o f s o i l s a m p l e s

O f e a c h s o i l 1 0 0 g w e r e m i x e d i . v i t h t h e N , P a n d K f e r t i l i z e r s a s m e n t i o n e d

( 4 - b l a n c ) . T h e t r e a t e d s a m p l e s w e r e b r o u g h t i n t o p e r c o l a t i o n - t u b e s , t h e s o i l - c o l u m n

h a v i n g a l e n g t h o f 2 0 t o 3 0 c m . A f t e r p e r c o l a t i o n w i t h 1 0 0 m l o f d e i o n i z e d ' w a t e r , N

P a n d K w e r e d e t e r m i n e . d i n t h e e f f l u e n t ( s e e t a b l e . c ) .


% N , P . 0

5

,

K 0

2

D o s i s 1 D o s i s 2

i n u n i t s / h a

N H

4

N O 3

2 6 % N

1 0 0

2 0 0

s u p e r p h o s p h a t e

1 8 % P 2 O 5

1 0 0 2 0 0

K 2 5 0 4

5 0 % K z 0

1 5 0

3 0 0

S o i l N r

O r i g i n

p H p H

K C 1

T o C

W a l k l e y

F s r . H l a c k

C . F . C . i n

m e g / 1 0 0 g

o f s o i l

T e x t u r e

7 1 G V 1 5 6

H e r e n t a l s

4 . 8 5 3 . 9 5

2 . 3 5 7 . 5 0 s a n d

7 0 G V 1 4 2

W a a r s c h o o t 5 . 6 0 4 . 6 0

¿ . 5 2

1 1 . 8 7

l o a m y s a n d

7 0 0 V 1 4 4

P e r u w e l z

6 . 2 5

5 . 5 0

1 . 3 0 8 . 3 0

/ i g h t s a n d y l o a . r n

7 1 G V 1 5 7

G l a b b e e k 6 . 4 5 5 . 2 5

1 . 3 8

1 0 . 2 5

l i g h t s a n d y l o a m

7 0 G V 1 4 1

l v i e r e n d r e e

6 . 3 0 5 . 0 5

2 . 2 3 1 1 . 5 5 s a n d y l o a m

7 0 0 V 1 6 0

P r o v e n

7 . 7 5 6 . 9 0

0 . 6 5 1 4 . 7 5

s a n d y l o a r n

7 0 G V 1 4 5 W a n n e g c m - L e d e 5 . 6 5

4 . 7 5

1 . 5 4

9 . 3 7

h e a v y s a n d y l o a r n

7 1 0 V 1 5 9

K i e l d r e c h t

7 . 8 5

7 . 2 0

2 . 2 3

1 9 . 5 0

h e a v y s a n d y l o a m

7 0 G V 1 4 3

A t h 6 . 5 0 5 . 7 5

1 . 4 2 1 1 . 2 5 l i g h t l o a m



T a b l e 5 : K , P a n d N c o n t e n t s o f p e r c o l a t i o n w a t e r .

W i t h t h e s e f i g u r e s t h e p e r c e n t a g e s o f t h e a p p l i e d K a n d N , r e s p e c t i v e l y r e t a i n e d b y

t h e s o i l a n d l e a c h e d , w e r e c a l c u l a t e . d ( s e e t a b l e O .

T a b l e 6 : P e r c e n t a g e s o f a p p l i e d K a n d N , l e a c h e d a n d r e t a i n e d b y t h e s o i l .

T h e s e f i g u r e s s h o w t h a t t h e q u a n t i t i e s o f e l e m e n t s b e i n g l e a c h e d a r e v e r y d i f f e r e n t

i n f u n c t i o n o f s o i l p r o p e r t i e s , s u c h a s t e x t u r e , h u m u s c o n t e n t a n d p H . I t h a s b e e n

s h o w n b y K o l e n b r a n d e r ( 1 9 7 0 ) t h a t d i s t r i b u t i o n f a c t o r s , c a l c u l a t e d f r o m c o l u m n e x -

p e r i m e n t s a r e . n o t v a l i d i n f i e l d c o n d i t i o n s , h o w e v e r , t h e o b s e r v e d d i f f e r e n c e s m a y

b e u s e f u l l i n c o m p a r i n g d i f f e r e n t s o i l s a n d a c t i n g p a r a m e t e r s .

3 .

P l a n t r e a c t i o n t o c h e m i c a l s o i l e n r i c h m e n t

T h r o u g h i n t e n s i v e f e r t i l i z e r u s e t h e u p p e r p a r t o f t h e w e l l k n o w n I s . l i t s c h e r l i c h

c u r v e i s o f t e n r e a c h e d a n d y i e l d d e c r e a s e m a y e v e n o c c u r d u e t o n o n e q u i l i b r a t e d

n u t r i e n t s u p p l y o r t o x i c a c c u m u l a t i o n o f s o m e e l e m e n t s .

N r s o i l l

s a m p l e l

'

1 1

K i n D p 1 1 1

D o s i s 1

D o s i s 2

B l a n c

P i n p p m

D o s i s 1 D o s i s 2

B l a n c

N i n p p m

D o s i s 1

D o s i s 2

l a n c

1 5 6

1

1 3 . 2 3 3 . 0

6 5 . 0

1 . 5

2 . 2 1 . 3

1 8 . 2

3 6 . 4 6 3 . 0

1 4 2 ' 5 . 7

7 . 7

1 0 , 4

4 . 8 4 . 1

3 . 3

2 . 1 . 0

2 1 . 0

3 9 . 2

1 4 4

1 2 . 0 1 2 . 5

1 8 . 7

2 . 6

5 . 2 4 . 8 2 5 . 9

1 8 . 2

2 6 . 6

1 5 7

6 0 . 0

7 2 . 0

1 3 1 . 0

1 1 . 5

1 0 . 2

1 3 . 3

Z 0 . 3

1 8 . 2 1 9 . 6

1 - 1 1

3 . 2

3 . 6 4 . 7

2 . 0

3 . 9

2 . 2

1 5 . 8

2 1 . 0

3 6 . 4

1 6 0

8 . 3 1 0 . 5

1 1 . . 1

1 . 7

1 . 5

2 . 8

1 6 . 1

1 8 . 2

2 3 . 8

1 4 5 Z 5 . 5

3 0 . 2

4 9 . 0

3 . 5 3 . 5

3 . 3

1 7 . 5 1 5 . 4

3 0 . 1

1 5 9 3 1 . 0

4 2 . 2

4 1 . 5

0 . 9

1 . 5

-

1 6 . 8 3 6 , 4

3 9 . 2

1 4 3

1 9 . 2

3 6 . 5

3 6 . 5

3 . 7

3 . 7

2 . 4

i 6 . 8 3 6 . 4

3 6 . 4

i

S o i l

n r .

D o s i s 1

D o s i s 2

D o s i s 1

D o s i s 2

" J . . .

l e a -

c h e d

` ' , , r e t a i -

f l e d b y

t h e s o i l

' . . 4 ,

l e a -

c h e d

% r e t a i -

n e d b y

t h e s o i l

% l e a -

c h e d

' , / : : . r e t a . i -

n e d b y

t h e s o i l

a i t o l e a -

c h e d

' I . ;

r e t a i -

n e d b y

t h e s o i l

1 5 6

3 9 . 5 0

6 0 . 5 0

5 1 . 7 5 ' 1 8 . 2 5 5 4 . 6 4 5 . 4

5 7 . 2

3 2 . 8

1 4 2

. 1 . 1 0

9 5 . 9 0

. 1 . 7 5

9 5 . 2 5

0

1 0 0

2 7 . 3

7 2 . 7

1 4 4

1 . 1 5

9 8 . 8 5

7 . 3 0 9 2 . 7 0

0 1 0 0

1 . 0

9 9 . 0

1 5 7

¿ . 4 . 0 0

7 6 . 0 0 7 1 . 0 0 2 9 . 0 0

0

1 0 0

0 1 0 0

1 4 1 2 . 8 0

9 7 . 2 0

2 . 5 0

9 7 . 5 0

1 2 . 6

8 7 . 4

2 9 . 4

7 0 . 5

1 6 0 4 . 3 0

9 5 . 7 0

3 . 1 0 9 6 . 9 0

6 . 3

9 3 . 7

1 1 . 5

8 8 . 5

1 4 5

9 . 5 0

9 0 . 5 0

2 3 . 5 0

7 6 . 5 0

0

1 0 0

1 8 . 9

8 1 . 1

1 5 9 2 2 . 5 0

7 7 . 5 0

1 1 . 5 0

8 8 . 5 0 5 8 . 8

4 1 . 2

3 3 . 6

6 6 . 4

1 4 3

3 - 1 . 5 5 6 5 . 4 5

1 7 . 3 0

8 2 . 7 0

5 8 . 8

4 1 . 2

I

. 2 9 . 4

7 0 . 6

a

i



D i r e c t t o x i c i t y p h e n o m e n a a r e h o w e v e r m o s t o b s e r v e d 1 . v i t h r e g a r d t o t r a c e e l e -

m e n t s o r n o n e s s e n t i a l e l e m e n t s , i n t r o d u c e d b y e x t e r n a l p o l l u t i o n , o r e v e n t u a l l y a s

p l a n t n u t r i e n t s . T h e r e a c t i o n o f p l a n t s t o s u c h s i t u a t i o n s i s l a r g e l y d e p e n d i n g u p o n

t h e e l e m e n t a n d t h e p H o f t h e s o i l . D i f f e r e n t o b s e r v a t i o n s A o w i n g i n j u r y t o p l a n t s

a n d a c . c u m u l a t i o n s o f e l e n - i e n t s , s u c h a s P b , C r a n d 2 0 i n t h e i r t i s s u e s a r e n o t c a u s e d

b y i n t e n s i v e f e r t i l i z e r u s e , b u t o c c u r r e d i n i n d u s t r i a l z o n e s a n d w e r e s o m e t i m e s a l s o

o b s e r v e d i n u r b a n g a r d e n s . T h e c a s e o f P b e n r i c h r n e n t i n p a s t u r e c r o p s a l o n g h i g h -

w a y s W a S a l s o c o n f i r m e d ; b u t s h o w e d t o b e r e s t r i c t e d t o s t n a l l d i s t a n c e s , s e l d o m

r e a c h i n g 2 0 m e t e r s .

S o i l s , e x p o s e d t o t e m p o r a r y i n u n d a t i o n w i t h p o l l u t e d w a t e r , o f t e n s h o w h a r m f u l l

e f f e c t s , a s d e s c r i b e d i n t h e f o l l o w i n g t w o e x a m p l e s .

A s o i l , f l o o d e d w i t h b r o o k w a t e r c o n t a i n i n g 1 2 0 t o 5 6 0 p p m C r a n d 9 t o 2 3 p p m

N i a s a c o n s e q u e n c e o f i n d u s t r i a l p o l l u t i o n , s h o w e d a 0 . 5 N

I - L N O 3 e x t r a c t a b l e

c o n t e n t o f 7 8 p p m C r a n d 2 3 p p m N i , w h i l e t h e g r a s s w a s e n r i c h e d t o 1 5 . 3 p p m

C r a n d 2 9 . 6 p p m N i .

O n a m e a d o w h a v i n g a

p l i - H 2

0 o f 5 , 9 f l o o d e d w i t h w a t e r o f t h e r i v e r S c h e l d e ,

t h r e e c o w s d i e d w i t h i n a f e w d a . y s , w h i l e t h e a n a l y s i s o f s o i l a n d p l a n t s w e r e a s

f o l l o w s : ( i n p p m ) :

3 . 1 .

P o t e x p e r i m e n t s

S i n c e t r a c e e l e m e n t t o x i c i t i e s w e r e o f t e n p r e s u m e d i n r e c e n t t i m e s , a s e r i e s o f

s y s t e m a t i c e x p e r i m e n t s w a s s e t u p i n o r d e r t o o b s e r v e t h e p l a n t r e a c t i o n s t o w a r d s

h i g h l y i n c r e a s e d s o i l c o n t e n t s o f t r a c e e l e m e n t s a t t w o p H l e v e l s . T h e r e f o r e o n e

p a r t o f a n a c i d s a n d y s o i l w a s t r e a t e d w i t h l i m e i n o r d e r t o i r r . r e a s e t h e p H w i t h +

o n e u n i t .

A f t e r e q u i l i b r a t i o n w i t h i n c r e a s i n g l e v e l s o f B ( a s

N a 2 B 4 0 7 . 1 0 H 2 0 ) , M n ( a s

l s . I n S 0

. 4 H 2 . 0 ) , Z n

( a s Z n S 0 7 H 0 ) a n d C u ( a s C u S 0 . 5 1 - 1 0 )

s u c c e s s i v e c u t t i n g s

4

4

( I 2

o f I t a l i a n r y e g r a s s w e r e g r o l . v n i n p o t s c o n t a i n i n g 1 k g o f s o i l . T h e r e s u l t s o f t h e s e

e x p e r i m e n t s a r e g i v e n i n t a . b l e s 7 t o 1 0 .

I n a l l c a s e s , t h e l e a f c o n t e n t s o f r y e g r a s s

w i t h t h e e l e m e n t u n d e r c o n s i d e r a t i o n i n c r e a s e d v e r y m u c h i n f u n c t i o n o f t h e t r e a t -

m e n t s , e s p e c i a l l y w h e r e n o l i m e w a s a p p l i e d .

W h i l e l i m i n g a l s o i n f l u e n c e d f a v o r a b l y t h e d r y m a t t e r p r o d u c t i o n , a c o n s e q u e n t

y i e l d d e c r e a s e w a s o n l y o b s e r v e d i n f r u i d i o n o f t h e h i g h t r a c e e l e m e n t , t r e a t m e n t s

w i t h C u a n d Z n . I f w e j u d g e t h e t o x i c i t y o f a n e l e m e n t i n f u n c t i o n o f t h i s y i e l d

S o i l e x t r a c -

t e d w i t h

0 . 5 n

H N O 3

F e

M n

Z n

C u P b

B

N i

C r M o C o

f l o o d e d 2 5 0 0

9 2

5 6 9

2 9 - -

8 . 2 1 5 2 . 5

2 . 5

n o r m a l 5 9 0

4 2

.

1 0

7

¿ O . 5

-

t r a c e s

g r a s s

f l o o d e d > 2 0 0 0 9 3 9

6 8 9 7 1

5 2

6 2

> 1 2 5

> 1 0 0

6 . 7

1 5

n o r m a l

2 0 0 8 0

4 0

7

4

1 6

t r a c e s



d e c r e a s e , t h e t o x i c t i s s u e c o n c e n t r a t i o n l e v e l s m i g h t b e e s t i m a t e d f o r

C u a t t h e

r a n g e o f + 2 0 p p m a n d f o r Z n a t + 1 0 0 0 p m m

( d r y m a t t e r ) , w h i l e t h e t o x i c l e v e l s e e m s

n o t t o b e r e a c . h e d i n t h e

e x p e r i m - e n t s w i t h B a n d M n . T h e s e f i g u r e s h o w e v e r d o n o t

c o r r e s p o n d w i t h a n y e s t i m a t i o n c o n c e r n i n g t h e e v e n t u a l t o x i c e f f e c t s o f t h e p r o d u c e d

c r o p s t o v i a r d s

T a b l e 7 : B o r o n e x p e r i m e n t : t r e a t m e n t a n d r e s u l t s o f p l a n t a n a l y s i s .

T a b l e 8 : M n e x p e r i m e n t : t r e a t m e n t s a n d r e s u l t s o f p l a n t a n a l y s i s .

S o i l

B t r e a t -

m e n t

( i n p p m )

d r y m a t t e r p r o d u c e d

( i n g )

B c o n t e n t i n p l a n t

d r y m a t t e r ( p , p m )

l s t

c u t

Z n d c u t

1 s t c u t

2 n d c u t

a c i d

o

2 . 7 4

3 . 2 8

1 8 . 2

2 2 . 1

( p 1 I - H 0 0 . 5

2 . 6 9

3 . 6 3

8 5 . 0

4 6 . 9

4 . ( 3 )

2

1 . 0

2 . 6 9

3 . 4 2

1 1 0 . 0

4 8 . 1

1 . 5

2 . 8 2

3 . 3 2

1 5 5 . 0

6 6 . 9

2 . 0

2 . 4 6

3 . 4 1

1 9 3 . 3

7 2 . 5

l i m e d

3 . 9 9

1 . 2 9

1 9 . 0

3 - 1 . 0

( p I I - 1 1 , 0

0 . 5

3 . 6 7

1 . 3 1

3 1 . 4

4 7 . 0

6 . 2 )

"

1 . 0

3 . 9 2

1 . 2 9

5 9 . 4

6 4 . 5

1 . 5

4 . 6 0

1 . 1 7

7 6 . 9

9 3 . 5

¿ . 0 3 . 9 3

1 . 2 3

1 0 7 . 5

1 0 9 . 5

S o i l

M n t r e a t -

m e n t

( i n p p m )


( i n g )

M n c o n t e n t i n p l a n t

d r y m a t t e r ( p p m )

1 s t

c u t

2 n d c u t 1 S

C U t

Z n d c u t

a c i d

O 2 . 5

1 . 8

4 7 . 7

7 5 . 6

( p 1 1 - I I 0

2

2 5 0

2 . 4

1 . 9

7 2 . 1 1 3 6 . 2

4 . 2 2 )

5 0 0

2 . 2

1 . 7

1 1 2 . 5

1 0 3 . 4

7 5 0 2 . 2 1 . 4

1 3 4 . 2

1 6 5 . 6

1 0 0 0

2 . 2 1 . 5

1 4 9 . 4

1 6 7 . 7

l i m e d

O

2 . 9 2 . 4

1 5 . 3

2 3 . 2

( p H - H 0 2 5 0

2 . 7 '

2 . 0

2 6 . 0 3 3 . 1

5 . 2 8 )

5 0 0 2 . 6 1 . 7

4 1 . 2

8 4 . 4

7 5 0

2 . 8

2 . 2

5 2 . 5

9 8 . 0

1 0 0 0

3 . 1

2 . 0

6 5 . 2

1 2 5 . 5



T a b l e 9 : Z i n c e x p e r i m e n t : t r e a t m e n t s a n d r e s u l t s o f p l a n t a n a l y s i s .

T a b l e 1 0 : C o p p e r e x p e r i m e n t : t r e a t m e n t s a n d r e s u l t s o f p l a n t a n a l y s i s .

S o i l

Z n t r e a t -

m e r i t

6 » p p m )

d r y r n a t t e r p r o d u c e d

( i n ; )

Z » c o n t e n t i n

d r y m a t t e r ( . i n

1 s t c u t

p l a n t

' , p r o )

I s t c u t

I

2 n d c u t

2 n d c u t

a c i d

0

1 . 2 7

2 ; 4 7

1 8 1

1 8 6

( 0 1 - 1 1 , 0

2 0 0

0 . 7 8

1 . 0 0

2 1 0 0

2 8 9 0

4 . 4 2 ) '

4 0 0

0 . 1 7

-

-

-

6 0 0

- -

_

-

8 0 0

-

-

-

-

l i m e d

0

1 . 3 8

1 . 7 8

1 1 7

1 0 8

( p 1 1 - 1 1 0

2 0 0

1 . Z Z

1 . 5 7

5 8 5

7 0 0

5 . 2 2 ) 2

4 0 0

1 . 0 8

1 . 6 3

1 0 4 0

1 1 5 0

6 0 0

1 . 2 0

1 . 4 5

1 5 0 0

2 2 3 0

8 0 0

1 . 0 4

1 . 0 5

2 0 8 0

3 4 4 0

S o i l

i C u t r e a t -

m e n t

( i n p p m )


( i n g )

C u c o n t e n t i n p l a n t

d r y m a t t e r ( i n p p m )

1 s t c u t

2 n d c u t

1 s t c u t

2 n d c u t

a c i d

0

1 . 1 0

0 . 3 1 .

1 7 . 1

( p l l - 1 1 0

2

2 5

0 . 9 2

0 , 4 4 1 8 . 3

4 . 0 9 )

5 0

0 . 6 9

0 . 1 4

2 6 . 2

7 5 0 . 3 1

0 . 0 5

5 3 . 4

l i m e d

0

1 . 5 5

1 . 3 1

9 . 2

1 2 . 6

( p 1 - 1 - 1 - I 0

2 5

1 . 4 7

0 . 9 7

1 1 . 9

1 3 . 9

- ? .

. 2 5 )

5 0

1 . 3 0

1 . 7 8 1 6 . 9

1 7 . 6

7 3

1 . 4 0

1 . 7 0

2 1 . 7 2 1 . 5

-

i

F o r m e r s y s t e m a t i c e x p e r i m e n t a t i o n h a s s h o w n ( C ; o t t e n i e A . e t a l , 1 9 7 0 ) t h a t t h e

e s s e n t i a l t r a c e e l e m e n t s m a y b e c l a s s i f i e d a s f o l l o w s :

B a n d M o

,

t h e c o n c e n t r a t i o n o f w h i c h i n t h e p l a n t t i s s u e r e f l e c t s q u i t e t r u l y

t h e i r p r e s e n c e i n t h e s o i l .

M n a n d Z n ,

w h i c h m a y a l s o b e f o u n d i n v e r y v a r i a b l e c o n c e n t r a t i o n s i n t h e

p l a n t s , b u t f o r t h e s e e l e m e n t s , s o i l p l l s e e r n s t o b e t h e m o s t i m p o r t a n t a c t i n g

f a c t o r .

F e a n d C u , a r e l e s s v a r i a b l e e l e m e n t s i n p l a n t t i s s u e s ,

T h i s m e a n s t h a t t o x i c i t y t o p l a n t s c a u s e d b y o n e o f t h e s e e l e m e n t s w i l l c o r r e s p o n d

w i t h a d i f f e r e n t u p t a k e p a t t e r n . F o r e x a m p l e B o r Z n t o x i c i t y c o r r e s p o n d s w i t h

h i g h l y i n c r e a s e d c o n c e n t r a t i o n s o f t h e s e e l e m e n t s i n t h e p l a n t s , w h i l e F e o r C u

t o x i c i t y . m a y c a u s e a n i m p o r t a n t y i e l d d e c r e a s e w i t h o u t t h e s a m e e n r i c h m e n t o f t h e



p l a n t t i s s u e s w i t h t h e s e e l e m e n t s .

3 . 2 .

N e u b a u e r e x p e r i m e n t s

S i m i l a r e x p e r i m e n t s w e r e c a r r i e d o u t u s i n g t h e N e u b a u e r

s e e d l i n g m e t h o d

( N a i r , K . P . P . & C o t t e n i e , A . ,

1 9 6 7 ) . T h e r e f o r e 1 0 0 b a r l e y s e e d l i n g s w e r e g r o w n

d u r i n g 1 5 d a y s i n 1 0 0 g o f s o i l m i x e d w i t h 5 0 g o f p u r e

s a n d .

3 . 2 . 1 . V i s u a l s y m p t o m s

O b s e r v a t i o n o f v i s u a l s y m p t o m s o n t h e g r o w i n g p l a n t s

a n d a r r e s t o f p t . u p e r

v e g e t a t i o n g r o w t h r e f l e c t i n g i n a l o w e r d r y m a t t e r p r o d u c t i o n , w e r e

t h e c r i t e r i a

w i t h w h i c h t o x i c i t y e f f e c t s o f t h e t r e a t m e n t s w e r e

e s t i m s . t e d . T h e e x p e r i m e n t w i t h

i r o n s h o w e d o b s e r v a b l e r e d u c t i o n i n v e g e t a t i v e

g r o v . , t h a n d t o x i c : i t y s y m p t o m s a t

2 0 0 p p m w i t h a g r a d u a l i n t e n s i f i c a t i o n t i l l 5 0 0 p p m .

W i t h z i n c ,

t h e r e d u c t i o n i n g r o w t h g r a d u a l l y i n t e n s i f i e d f r o m 1 0 0 t o

6 0 0 p p m .

I n t h e e x p e r i m e n t w i t h m a n g a n e s e , w h e r e t h e t r e a t m e n t s

r a n g e d f r o m 0 t o 6 0 0 p p m ,

t h e r e a p p e a r e d a s l i g h t e v i d e n c e o f m a n g a n e s e t o x i c i t y o n

v e g e t a t i v e g r o w t h b y w a y

o f g r o w t h r e d u c t i o n i n t h e b e g i n n i n g o f t h e e x p e r i m e n t .

T o x i c i t y s y m p t o m s i n t h e

f o r m o f l e a f t i p b r o w n i n g a n d y e l l o w i n g , w e r e o b s e r v e d a t t h e

5 0 0 p p m l e v e l .

A f i r s t e x p e r i m e n t w i t h b o r o n , w h e r e t h e t r e a t m e n t s r a n g e d f r o m

0 t o 2 0 0 p p r n ,

s h o w e d a c . u t e t o x i c i t y s y m p t o m s . B r o w n i n g o f l e a f t i p s a p p e a r e d a t

t h e 2 0 p p m

l e v e l . Y e l l o w i n g o f l e a v e s l e a d i n g t o a p a p e r y w h i t e a p p e a r a n c e ,

c . o u p l e d w i t h

s t u n t i n g o f v e g e t a t i v e g r o w t h , s t a r t e d a t t h e 4 0 p p m l e v e l w i t h a s e v e r e

i n t e n s i f i -

c a t i o n t i l l t h e h i g h e s t l e v e l ( 2 0 0 p p m ) . I n a s e c o n d e x p e r i m e n t

w i t h b o r o n ' , w h e r e

t h e t r e a t m e n t s r a n g e d f r o m 0 t o 2 0 p p m , t l h e r e w a s n o o b s e r v a b l e

r e d u c t i o n i n

v e g e t a t i v e g r o w t h c o r r e s p o n d i n g 1 . v i t h t h e t r e a . t m e n t s .

S p a r s e l e a f t i p b r o w n i n g w a s o b s e r v e d a t 2 , 5 p p m l e v e l a n d l a t e r a t

1 , 2 5 p p m

a l s o . H o w e v e r , m a x i m u m l e a f t i p b r o w n i n g w a s o b s e r v e d a t 2 0 p p m

l e v e l .

3 . 2 . 2 . U p t a k e o f t r a c e e l e m e n t s

U p t a k e o f t r a c e e l e m e n t s i n u g p e r g o f d r y m a t t e r w a s o b t a i n e d a s a

m u l t i p l i -

c a t i o n p r o d u c t o f c o n t e n t

i n p p m i n d r y m a t t e r a n d y i e l d o f d r y m a t t e r i n g .

I r o n u p t a k e s h o w e d r e l a t i v e l y s r n a l l v a r i a t i o n s , w h i l e t h e t o x i c i t y s y m p t o m s

a . n d

r e d u c t i o n i n v e g e t a t i v e g r o w t h s t a r t e d f r o m t h e Z O O p p m l e v e l

( t a b l e 1 1 ) .

T a b l e 1 1

: I r o n t r e a t m e n t e f f e c t s o n F e - u p t a k e .

D o s e s

F e - u p t a k e ( i n

m i c r o g r a m )

c o n t r o l

8 5 . 9 0

1 0 0 p p r n

9 5 . 5 8

Z O O p p m

8 3 . 6 6

3 0 0 p p r n

8 3 . 5 8

4 0 0 p p n n

8 7 . 2 8

5 0 0 p p r n

7 8 . 1 6



T h e e f f e c t o f z i n c a d d i t i o n s h a s c l e a r l y r e f l e c t e d i n u p t a k e . A t t h e 4 0 0 p p m

l e v e l t h e r e w a s a m a r k e c i r e d u c t i o n i n u p t a k e c o u p l e d w i t h a c o r r e s p o n d i n g l y m a r k e d

r e d u c t i o n i n v e g e t a t i v e g r o w t h ( t a b l e 1 2 ) .

T a b l e 1 2 : Z i n c t r e a t m e n t e f f e c t s o n t r a c e e l e m e n t u p t a k e .

I n t h e e x p e r i m e n t w i t h m a n g a n e s e t h e r e w e r e n o o b s e r v a b l e g r o w t h d i f f e r e n c e s ,

b u t t h e t r e a t m e n t s 8 1 r o n g l y i n f l u e n c e d t h e M n u p t a k e ( t a b l e 1 3 ) .

T a b l e 1 3 : M a n g a n e s e t r e a t m e n t e f f e c t s o n m e a n u p t a k e o f M n a n d F e

I n t h e f i r s t e x p e r i m e n t w i t h b o r o n , d i s c e r n i b l e d i f f e r e n c e s i n u p t a k e c o r r e s -

p o n d i n g w i t h t h e r e d u c t i o n i n v e g e t a t i v e g r o w t h c o u l d b e o b s e r v e d . I n t h e - s e c o n d

e x p e r i m e n t , d e s p i t e t h e a b s e n c e o f p e r c e p t i b l e g r o w t h d i f f e r e n c e s , a s i g n i f i c a n t

d i f f e r e n c e i n u p t a k e w a s o b s e r v e d ( t a b l e 1 4 ) .

D o s e s

M n u p t a k e

( i n m i c r o g r a m )

. F e u p t a k e


0

Z Z Z

1 0 3

5 0

5 0 7

-

1 0 0

9 1 0

8 8

2 0 0

2 1 8 6

9 9

3 0 0

2 5 0 6

8 2

4 0 0

3 5 1 6

9 1

5 0 0

2 9 4 6

7 3

6 0 0

2 7 8 7

7 0

M e a n u p t a k e b y c i r y m a t t e r a v e r a g e d o v e r 3

r e p l i c a t i o n s ( i n m i c r o g r a m )

D o s e s

Z n

A l

C u

M n F e

C o n t r o l

4 6 . 9 5

1 5 . 7 2

1 6 . 5 3 1 6 4 . 5 1

8 6 . 6 6

1 0 0 p p r n

1 2 4 . 5 1

2 0 . 3 3

1 7 . 4 1

2 1 5 . 4 8

9 0 . 9 3

2 0 0 p p m

4 9 2 . 2 1

1 4 . 2 1

2 5 . 3 7

3 5 4 . 8 1

1 4 7 . 8 2

3 0 0 p p r r ,

1 0 0 0 . 4 3

1 1 . 0 5

2 7 . 4 0

4 2 2 . 3 7

1 3 3 . 0 8

4 0 0 p p m 9 0 8 . 5 8

1 6 . 9 8

2 4 . 2 8 2 4 0 . 9 6 1 3 3 . 3 7

5 0 0 p p m

8 2 6 . 7 5

4 . 6 7 1 4 . 6 4

1 5 3 . 1 6

1 0 1 . 2 7

6 0 0 p p m

4 9 9 . 5 6 3 . 0 3

1 1 . 8 0

1 4 7 . 1 0 7 0 . 4 0



T a b l e 1 4

: B o r o n t r e a t m e n t e f f e c t s o n B u p t a k e .

3 . 2 . 3 .

I ) i s c u s s i o n

1 s t E x p e r i m e n t

2 n d E x . p e r i m e n t

T h e e x p e r i m e n t s o n t r a c e e l e m e n t s u s i n g t h e N e u b a u e r m e t h o d h a v e s h o w n n e t

r e s p o n s e o f b a r l e y s e e d l i n g s t o t r e a t m e n t s w i t h i r o n ,

z i n c , m a n g a n e s e a n d b o r o n .

T h e q u a n t i t i e s o f e l e m e n t s a c i c e d w e r e r e l a t i v e l y h i g h i n o r d e r t o o b s e r v e a t

w h i c h

l e v e l t o x i c i t y p h e n o m e n a w o u l d a p p e a r .

T h e e x p e r i m e n t s h a v e d e m o n s t r a t e d t h a t w h i l e u p t a k e i s g e n e r a l l y t h e m o s t

r e l e v a n t f a c t o r t o b e c o n s i d e r e d , t o x i c i t y a s m a n i f e s t e d b y g r o w t h r e d u c t i o n m a y

i n s o m e c a s e s b e f o u n d w i t h o u t a c o r r e s p o n d i n g a b n o r m a l i n c r e a s e i n p l a n t c o n t e n t .

I n t h e c a s e o f i r o n , t h e r e l a t i v e l y h i g h l e v e l o f t r e a t m e n t s f a i l e d t o s h o w p e r c e p t i -

b l e d i f f e r e n c e s i n u p t a k e . I n t h e c a s e o f m a n g a n e s e , d e s p i t e t h e a b s e n c e o f a p e r -

c e p t i b l e g r o w t h r e d u c t i o n , h i g h l y s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e s i n u p t a k e c o u l d

b e o b t a i n e d .

W i t h r e s p e c t t o z i n c a n c i b o r o n , g r o w t h r e d u c t i o n b r o u g h t a b o u t c o r r e s p o n d i n g s i g -

n i f i c a n t d i f f e r e n c e s i n u p t a k e . S i g n i f i c . a n t i n c r e a s e s i n p l a n t t i s s u e c o n t e n t s a n d

u p t a k e o f t h e s e t w o e l e m e n t s w e r e a l s o o b s e r v e d w i t h a p p l i c a t i o n r a t e s

f a r b e l o w

t h e t o x i c i t y l e v e l . T h e r e s u l t s a l s o s h o w c l e a r l y i n i n t e r a c t i o n e f f e c t b e t w e e n

F e

a n d M n , a s w e l l a s b e t w e e n Z n a n d A l .

G e n e r a l l y , t h e l o w e s t t r e a t m e n t s a l r e a . c l y s h o w e d s u f f i c i e n t . l y d i s c e r n i b l e

d i f f e r e n c e s i n u p t a k e i n c o m p a r i s o n w i t h t h e c o n t r o l s . T h e r e f o r e , i t s e e m s t h a t

t h e r e s p o n s e o f c e r e a l s e e d l i n g s , i n t h i s c a s e b a r l e y , i s s u f f i c i e n t l y s e n s i t i v e

t o r e N , , e a l t h e e x i s t e n c e o f d i f f e r e n t s o i l s t a t u s \ m i t t ' r e s p e c t t o m a n g a n e s e ,

z i n c

a n d b o r o n t o w h i c . h t h i s s t u d y r e f e r s . T h e u p t a k e o f i r o n o n t h e o t h e r h a n d s h o w e d

n o s i g n i f i c a n t r e l a t i o n w i t h t h e c o r r e s p o n d i n g t r e a t m e n t s .

3 . 3

P o t e x p e r i m e n t s w i t h c o n t a m i n a t e d s o i l s

3 , 3 , 1 . S o i l c o n t a m i n a t e d 1 . v i t h Z n , C u a n d P b .

A s o i l o r i g i n a t i n g f r o m a n i n d u s t r i a l a r e

a n d s h o w i n g h i g h c o n t e n t s o f Z n . C u

a n d P b w a s u s e d i n a p o t e x p e r i m e n t w i t h P e r e n n i a l R y e g r a s s ( R . v . P . )

-

A t a s o i l p H - 1 1 2 0 o f 6 . 4 5 t h e c o n t e n t s o f t h e s e e l e m e n t s i n t h e h a r v e s t e d p l a n t s

T r e a t m e n t

( p p m B )

B u p t a k e


T r e a t m e n t

( p p m 1 3 )

B u p t a k e


c o n t r o l

3 1

c o n t r o l

1 1

2 0

4 4 9

1 . 2 5

7 0

4 0

6 2 7

2 . 5

6 9

8 0

4 7 4

5 2 2 3

1 2 0

2 8 0

1 0

3 1 9

1 6 0

2 8 2

2 0

5 5 1

2 0 0

2 0 9



w e r e : 7 7 0 p p m Z n , 2 5 . 9 p p r n C u a n d 1 8 . 2 p p m P b .

L i m i n g t o 1 3 1 1 - H 2 0 7 . 1 5 i n c r e a s e d t h e y i e l d s b u t t h e t i s s u e c o n t e n t s r e m a i n e d

s t i l l a t a v e r y h i g h l e v e l .

A d d i t i o n o f t h e c h e l a t i n g a g e n t E . 1 ) T . A . t o t h e s o i l c a u s e d i n v a r i a b l y a c o n s i -

d e r a b l e i n c r e a s e o f t h e s a m e t r a c e e l e m e n t c o n t e n t s :

T h e n o r m a l t r a c e e l e m e n t s i t u a t i o n o f h e r b a g e p l a n t s i s i r . t h e r a n g e o f 1 0 0 p p m

Z n . 1 0 p p m C u a n d 5 p p r n P b .

3 . 3 . 2 . S o i l _ c o n t a m i n a t e d w i t h Z n

A n o t h e r s e r i e s o f e x p e r i m e n t s w a s u n d e r t a k e n w i t h Z n - c o n t a m i n a t e d i n c o m -

p a r i s o n t o n o r m a l s o i l s . A n e x t r a c t i o n w i t h 0 . 5 N H N O 3 ( s o i l - s o l u t i o n r a t i o o f

I / 5 )

s h o w e d t h e f o l l o w i n g Z n c o n t e n t s :

S o i l A ( h i g h l y c o n t a m i n a t e d )

1 3 3 0 p p m Z n

S o i l 1 3 ( c o n t a m i n a t e d )

2 7 0 p p m Z n

S o i l C ( r e f e r e n c e s o i l )

¿ 7

p p

T a b l e 1 5 s h o w s t h e r e s u l t s o f l e a f a n a l y s i s o f p l a n t s g r o w n o n t h e s e S O I I K .

T a 5 1 e 1 5 : T r a c e e l e m e n t c o n t e n t s o f p l a n t s g r o w n i n s o i l s w i t h d i f f e r e n t Z n c o n -

t a m i n a t i o n ( i n p p m ) .

T r e a t i n g t h e c o n t a m i n a t e d s o i l s w i t h 1 ) . T . P . A . a n d w i t h p e a t d i d n o t c o n s e -

q u e n t l y a l t e r t h i s s i t u a t i o n , b u t l i m i n g w i t h r e l a t i v e l y h i g h r a t e s o f C a ( 0 1 1 )

c a u s e d

a s u b s t a n t i a l r e d u c t i o n o f Z n - u p t a k e a n d y i e l d i n c r e a s e .

H o w e v e r t h e Z n c o n t e n t

i n p l a n t s g r o w n o n t h e c o n t a m i n a t e d s o i l r e m a i n e d s t i l l v e r y h i g h .

4 .

G e n e r a l r e m a r k s

O u r o b s e r v a t i o n s i n d i c a t e t h a t i n t e n s i v e u s e o f s o l i d f e r t i l i z e r m a y r e s u l t i n a

c e r t a . i n a c c u m u l a t i o n o f n u t r i e n t e l e m e n t s i n t h e s o i l a n d a n e n r i c h m e n t o f s o i l

w a t e r w i t h t h e s e e l e m e n t s . F u r t h e r c o m p a r a t i v e s t u d i e s

w I t h l i q u i d a n d s o l i d

f e r t i l i z e r s a r e a c t u a l l y c a r r i e d o u t . A s f a r a s o u r e x p e r i e n c e r e a c h e s , t h i s t y p e

o f c o n t a m i n a t i o n h o w e v e r i s l e s s i m p o r t a n t t h a n s o i l a n d p l a n t p c . d l u t i o n w i t h

e x t e r n a l s o u r c e s o f t r a c e e l e m e n t s , w h i c h c a n l e a d t o t o x i c a c c u m u l a t i o n s i n

p l a n t s a n d a c t u a l y i e l d d e p r e s s i o n s . A n a c c u r a t e i d e h t i f i c a t i o n o f s u c h s i t u a t i o n

i s p o s s i b l e u s i n g s i m p l e p o t e x p e r i m e n t t e c h n i q u e s . I t i s o u r e x p e r i e n c e t h a t t h e

m o s t e f f e c t i v e w a y f o r i m m o b i l i z i n g a n e x c e s s o f u n w a n t e d t r a c e e l e m e n t s i n

l i g h t

t e x t u r e d s o i l s , i s a c o n s i s t a n t i n c r e a s e o f s o i l p H b y l i m i n g .

B a r l e y

N e u b a u e r

l e a v e s f r o m

p o t e x p e r i m e n t

O a t l e a v e s f r o m n o r m a l

p o t e x p e r i m e n t

Z 7 1

F e

M n

C u

Z n

F e

M n C u

S o i l A

1 5 5 1

6 2

8 3

I Z

1 9 2 3

6 6

3 6

3 , 7

S o i l B

2 0 3

6 3

9 9

1 5

4 2 5

6 1

9 7

3 . 7

S o i l C

7 4

6 4

3 7 5

1 2

6 5

6 4

1 8 9

3 , 1



R E F E R E N C E S

C o t t e n i e A . e . a .

( 1 9 6 8 ) R a p p o r t s e n t r e l e s t e n e u r s e n 6 1 6 m e n t s t r a c e s d a n s l e s f e u i l l e s

e t l e m i l i e u n u t r i t i f ,

I I

C o l l o q u i o E u r o p e o y M e d i t e r r 6 a n e o : C o n t r o l e d e

f e r t i l i s a t i o n d e s p l a n t e s c u l t i v 6 e s - S 6 . v i 1 l a , p . 4 3 - 5 3 .

J a c k s o n , E . L . ( 1 9 5 8 ) S o i l C h e m i c a l A n a l y s i s , P r e n t i c e H a l l I n c . , E n g l f . w o o d C l i f f s ,

N e w J e r s e y , U . S A .

K o l e n b r a n d e r , G . J . ( 1 9 7 0 ) C a l c u l a t i o n o f p a r a m e t e r s f o r t h e e v a l u a t i o n o f t h e l e a c h i n g

o f s a l t s u n d e r f i e l d c o n d i t i o n s , i l l u s t r a t e d b y n i t r a t e , P l a n t a . n d S o i l , 3 2 ,

4 3 9 - 4 5 3 .

N a i r , K . P . P . & C o t t e n i e , A . ( 1 9 6 7 ) S t u d y o f t h e u p t a k e a n d t o x i c i t y o f t r a c e e l e m e n t s

u s i n g t h e N e u b a u e r M e t h o d . P e d o l o g i e , X V I I I . p : 5 - 1 4 . .

S c h o l l e n b e r g e r , C . J . & S i m o n , R . H . ( 1 9 1 5 ) . D e t e r m i n a t i o n o f e x c . h a n g e c a p a c i t y a n d e x -

c h a n g e a b l e b a s e s i n s o i l s . A m m o n i u m a c e t a t e m e t h o d , S o i l S c i . , 5 9 , 1 3 .

W a l k l e y , A . & B l a c k , I . A . ( 1 9 3 4 ) A n e x a m i n a t i o n o f t h e D e g t j a r e f f m e t h o d f o r d e t e r m i -

n a t i o n 8 0 i i o r g a n i c m a t t e r , a n d a p r o p o s e d m o d i f i c a t i o n o f t h e c h r o r n i c a c i d

t i t r a t i o n m e t h o d , S o i l S c i . , 3 7 , 2 9 - 3 1 L



T W O S T A T E M E N T S O N T H E P A N E L D I S C U S S I O N

P r o f . D r . E . W e l t s

U n i v e r s i t y o f C o e t t i n g e n

S t a t e m e n t o n F e r t i l i z e r N u t r i e n t R e c o v e r y

l ' s , l e a n i n g o f t h e t e r m :

R e c o v e r y

N u t r i e n t i n t h e Y i e l d

x 1 0 0

N u t r i e n t . i n t h e a p p l i e d

a m o u n t o f f e r t i l i z e r

T h e r e c o v e r y v a l u e w i l l b e o f t e n m i s u n d e r s t o o d a n d t h e d i f f e r e n c e t o

1 0 0 % i s

e x p l a i n e d a s r e a l l o s s .

T h e m a i n f a c t o r s i n f l u e n c i n g t h e r e c o v e r y - v a l u e a r e :

A c c o r d i n g t o t h e l a w o f b i o c h e m i c a l e q u i l i b r i u m n o p l a n t i s a b l e t o u t i l i z e a

s o l u -

b l e n u t r i e n t u p t o 1 0 0 % .

T h e m a x i m u m v a l u e d e p e n d s o n t h e k i n d o f n u t r i e n t a n d t h e k i n d o f p l a n t .

F o r n i t r o g t i n t h i s m a x i m u m ( t h e o r e t i c a l ) v a l u e f o r t h e m o s t e f f i c i e n t p l a n t s

( g r a s s e s )

i s a b o u t 9 0 % .

L o w e r v a l u e s a s t h e t h e o r e t i c a l o n e a r e c a u s e d b y :

t h e a m o u n t o f a p p l i e d f e r t i l i z e r s i n t h e n o n - h a r v e s t e d p a r t s o f t h e p l a n t

( r o o t s a r l t . I o t h e r r e s i d u e s ) ;

t h e r e a c h e d p r o d u c t i o n l e v e l o n t h e y i i - , 1 d c u r v e . D e c r e a s i n g v a l u c r a ,

i f t h e

d e c l i n i n g p a r t o f t h e c u r v e i s c o n s i d e r a b l e ( k i p p e r p a . r t ) ;

t h e s a t u r a t i o n r a t e o f t h e s o r p t i o n o r f i x i n g c a p a c i t y o f t h e

i n o r g a n i c : a n d

o r g a n i c c o n s t i t u e n t s o f t h e s o i l ( c l a y n - i i n e r a l s a n d h u m u s ) :

r e a l l o s s b y l e a c h i n g o r v o l a . t i l i z a t i o n , a n d o n s l o p e s a c i d i t i o n a l l y b y r u n -

o f f a n d e r o s i o n .

M a i n c o n c l u s i o n f r o m t h i s s t a t e m e n t :

T h e r e c o v e r y v a l u e n e v e r p e r m i t s a n y i n f o r m a l i o n a b a i t l o s s e s -

S t a t e r n e n t o n t h e R o l e a n d I m p o r t a . n c e o f C o m m e r c i a l F e r t i l i z e r s

P l a n t p r o d u c t i o n i n f a r r n - s y s t e m s w i t h o u t a n y u s e o f c o m r n e r c i a l f e r t i l i z e r s i s

l i m i t e d t l y t h e n u t r i e n t - f l o v . , ( f l u x ) o f t h e s o i l b a s e d o n w e a t h e r i n g a n d

m i n e r a l i z a t i o n .

T h c l e v e l o f p r o d u c t i o n i s v e r y l o v , , ( n o r m a l l y C 1 0 0 0 k g

c e r e a l s / h a ) b e c a u s e i t i s

a n e a r l y c l o s e d s y s t e m - w i t h s o m e u n c o n t r o l l e d i n l e t s

( n u t r i e n t s f r o m t h e a t m o s p h e r e )

a n d o u t l e t s ( l o s s b y l e a c . h i n g , v o l a t i l i z a t i o n , a n d o n s l o n e s r u n - o f f a n d

e r o s i o n ) .

L o s s e s f r o m t h e u s e o f c . o r n m e r e i a l f e r t i l i z e r s a r e n e g l i g i b l e , i f

t h e a p p l i e d a n - i o u n t i s i n a g r e e m e n t w i l i t t h e p l a n t ' s n e e d ;

t h e r e l e a s e d n u t r i e n t s f r o m t h e s o i l r e s e r v e s a r e t a k e n i n t o a c c o u n t ;

t i m i n g a n d l o c a t i n g a r e a c c u r a t e ;

t h e r i g h t f e r t i l i z e r m a t e r i a l i s u s e d .



T h e m o d e l f o r t h i s s y s t e m i n w h i c h l e g u m e s a r e n o t c o n s i d e r e d m a y b e i l l u s t r a t e d

b y a r a p h

N u t r i e n t s

f r o m , h e o t m o s Q h e r e ( n e g l i g t b l e )

S o r p t i e n , F i x o t i o n

\ \ \ W e a r h e r i n g ,

M i n e r e z o t i o n

( N W '

_

O r a p h I

N e t t o - R e m o v a l

N e t t o - P r o d u c t i o n

( N - N R

1 - n t e e q u i l i b r i u m s a

w i t h r e s p e c t t o t h e p r o d u c t i o n l e v e l ( a g r i c u l t u r a l p r o d u c t i o n

c l i m a x )

N W -

( N

4 N L )

= ( N u - N R )

S

w h e r e N

i s t h e d e c i s i v e f a c t o r f o r t h e n e t t o p r o d u c t i o n . I t s p o s i t i v e e f f e c t d e p e . n d s m a i n -

l y o n t h e c l i m a t i c c o n d i t i o n s ( w e a t h e r i n g i n t e n s i t y , m i c r o b i o l o g i c a l a c t i v i t y , e t c . )

T h i s s y s t e m o f f e r s n o a d d i t i o n a l p o t e n t i a l t o i n c r e a s e t h e y i e l d .

T h i s s y s t e m i s s t i l l i n u s e i n m a n y d e v e l o p i n g c o u n t r i e s w i t h a h i g h p o p u l a t i o n

d e n s i t y .

T h e m o s t e f f e c t i v e w a y t o m a k e m o r e o f t h i s s y s t e m a n d t o i n c r e a s e t h e y i e l d

i s t o i n t r o d u c e n u t r i e n t s f r o r n o u t s i d e i n t o t h i s s y s t e m , t h a t m e a n s t o u s e c o m m e r c i a l

f e r t i l i z e r s o r o t h e r n u t r i e n t i m p o r t i n g m a t e r i a l ( N - F i x a t i o n o f l e g u m e s i n c l u d e d ) .

B y t h i s t h e s y s t e m v / i l l b e o p e n e d , g e t t i n g i n t o t h e f u n c t i o n o f a n i n p u t - o u t p u t

s y s t e m , a m o d e l o f t h i s m a y b e i l l u s t r a t e d b y G r a p h I I .

I n t h e e q u i l i b r i u m s t a t e :

N w

( N L + N S )

+

N c

(

N u

- N

R

)



W i t h i n c r e a s i n g a m o u n t s o f c o m m e r c i a l f e r t i l i z e r s N

b e c o m e s m o r e a n d m o r e i m p o r t a n t

a n d i n a h i g h d e v e l o p p e d a g r i c u l t u r e w i t h a h i g h

p r o d i i : c t i o n l e v e l :

N c

> N

T h e r o l e o f t h e s o i l h a s c h a n g e d f r o m a n u t r i e n t r e l e a s i n g n a t u r a l b o d y t o a t u r n -

o v e r s y s t e m w i t h t h e m a i n f u n c t i o n t o t r a n s f o r m t h e i n p u t m a t e r i a l

( c o m m e r c i a l f e r t i l i z e r )

i n t o p l a n t - f o o d w i t h a h i g h d e g r e e o f e f f i c i e n c y .

T h e n e a r l y c l o s e d s y s t e m o f m o d e l I n e c e s s a r i l y i n c l u d e d a f a l l o w p e r i o d a s a

r e g e n e r a t i n g p h a s i c : .

C o m p a r i n g b o t h s y s t e m s ( m o d e l I w i t h m o d e l I I ) l o s s e s o f n u t r i e n t s b y l e a c h i n g ,

r u n - o f f a n d e r o s i o n a r e h i g h e r i » t h e f i r s t t h a n i n t h e i n p u t - o u t p u t - s y s t e r n , a s a l r e a d y

m e n t i o n e d b y o t h e r s p e a k e r s d u r i n g t h i s m e e t i n g .

C o m m e r c i a l f e r t i l i z e r u s e a n d t h e r o l e o f t i m i n g w i t h r e s p e c t t o e u t r o p h i c a t i o n .

T h e f o l l o w i n g g r a p h m a y c h a r a c t e r i z e n o r m a l c o n d i t i o n s o n a r a b l e l a n d i n m a n y

e u r o p e a n c o u n t r i e s .

G r a p h I I

h I .

O U T P u T

t N u N F 4

c r r i a p t n g s c o s o n

b o r n l a n d ( . 1 n o : 2 0 v e r c r o p S )

t t r c r o p o i n S P O S O n

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