home    about    browse    search    latest    help 
Login | Create Account

Phosphorus Uptake in Six Selected Scandinavian Wheat and Barley Cultivars at Low Soil Phosphorus Availability as Related to Root Hair Length

Holten, Jon Magne (2002) Phosphorus Uptake in Six Selected Scandinavian Wheat and Barley Cultivars at Low Soil Phosphorus Availability as Related to Root Hair Length. [Fosforopptak i seks utvalgte skandinaviske hvete-og byggsorter ved låg fosfortilgjengelighet i jorda i forhold til rothårslengde.] Thesis, Agricultural University of Norway, Department of Soil and Water Sciences. .

[img] PDF
1309Kb

Summary

Lower soil phosphorus (P) levels are to be expected if more sustainable agriculture practices (organic farming, low-input farming) are adopted. Crop plants can be adapted to lower soil P levels by selecting and breeding for higher P efficiency. Longer root hairs are found to enhance the P efficiency of cereals by increasing the P uptake.
In this study, three pairs of Swedish and Norwegian cereal cultivars (wheat cvs. NK0058 and Diamant; 6-row barley cvs. NK94682 and Herse; 2-row barley cvs. Tyra and Herta), with respectively short and long root hairs within each pair as measured in solution culture were grown. The cultivars were grown at four soil P levels (P0: 35 mg P-AL kg-1 soil; P16: 49 mg; P32: 87 mg; P48: 130 mg) in a long-term PK fertilisation field trial. The choice of cultivars was based on root hair lengths measured in a previous solution culture experiment. The aim of this study was to investigate the effect of cultivar and soil P level on P concentration (P utilisation efficiency), P uptake efficiency, grain chemical composition, root hair length, dry matter production, grain yield, root growth, 1000-grain weight, hectolitre-weight and phenological development.
The results showed higher dry matter production and grain yield at low soil P levels in Diamant, Herse and Herta than in NK0058, NK94682 and Tyra, respectively, indicating a higher P efficiency in these cultivars. Total P uptake at low soil P levels was also higher, and the P concentration (mg P g-1 shoot dry matter, P utilisation efficiency) tended to be lower, suggesting higher P uptake and P utilisation efficiencies in these three cultivars. Probably the P uptake efficiency accounted for most of the variation between the cultivars, whereas variation in the P utilisation efficiency was of less importance. Dry matter production, grain yield and P uptake generally increased with increasing soil P level. However for most cultivars, except for the modern cultivar Tyra, dry matter and grain yield decreased at the highest soil P level. As soil P level increased, the differences in yield and P uptake within the three pairs of cultivars diminished, suggesting that the factors increasing the P uptake at low soil P are less important at high soil P level.
Recordings of phenological development and grain moisture content confirmed that increasing soil P level increases the rate of development in cereals. 1000-litre weight and hectolitre-weight were generally found to increase with increasing soil P level.
Root growth in the topsoil was found to increase as the soil P level increased. The root hairs grew longer in field soil than in the previous solution culture experiment. The ranking of cultivars with regard to root hair was only in part similar to that found in solution culture, and the differences in root hair length was much smaller or insignificant in this study as compared to the solution culture experiment. Hence, ranking of cultivars in terms of root hair length might prove difficult. A previous study reported longer root hairs in barley as a response to lower soil P level. In contrast, these results suggested the opposite.
The higher P uptake in Diamant, Herse and Herta might be due to longer root hairs. However, it is suggested that variations in other factors such as root exudation of organic acids and phosphatase and lowering of rhizosphere pH were as important factors for the higher P uptake.
Grain concentrations of N, P, K, Ca and Mg were consistent with former findings. There were no effects of cultivar or P level on the grain concentrations of N, Ca and Mg in this study.
In conclusion, this study suggested that there is great variation in P efficiency between cereal genotypes. This may only in part be explained by different root hair lengths. Adapting crops to lower soil P levels, by selection and breeding, is thus a possible means of increasing the sustainability of the agroecosystem.

Summary translation

Lågere fosfor (P)-nivå i jorda forventes hvis mer bærekraftige jordbruksmetoder (økologisk landbruk, låg-input landbruk) kommer i bruk. Jordbruksvekster kan tilpasses lågere P-nivå i jorda ved utvelging og avl for høgere P-effektivitet. Lange rothår kan øke P-effektiviteten til korn ved å øke P-opptaket.
I dette studiet ble det brukt tre par av svenske og norske kornsorter (hvete: NK0058 og Diamant; seksrads-bygg: NK94682 og Herse; torads-bygg: Tyra og Herta) med henholdsvis korte og lange rothår målt i næringsløsning innen hvert par. Sortene ble dyrket ved fire ulike P-nivå (P0: 35 mg P-AL kg-1 jord; P16: 49 mg; P32: 87 mg; P48: 130 mg) i et langvarig PKgjødslingsforsøk i felt. Valget av sorter var basert på rothårsmålinger i et tidligere forsøk i næringsløsning. Målet med dette studiet var å undersøke effekten av kornsort og P-nivå på: P-konsentrasjon (P-utnyttingseffektivitet), P-opptakseffektivitet, kjemisk innhold i kornet, rothårslengde, tørrstoffproduksjon, kornavling, rotvekst, 1000-kornvekt, hektolitervekt samt fenologisk utvikling.
Resultatene viste en høgere tørrstoffproduksjon og kornavling ved lågt P-nivå i Diamant, Herse og Herta, noe som tyder på en høgere P-effektivitet i disse sortene. Det totale Popptaket ved lågt P-nivå var også høgere, og P-konsentrasjonen (mg P g-1 tørrstoff i skudd, P-utnyttingseffektiviteten) tenderte til å være lågere. Dette tyder på en høgere effektivitet i P-opptak og P-utnytting i disse tre sortene. Sannsynligvis så betydde
P-opptakseffektiviteten mest for variasjonen mellom sortene, mens derimot var variasjonen i P-utnyttingeffektiviteten mindre viktig. Generelt så steg tørrstoffproduksjonen, kornavlinga og P-opptaket med økende P-nivå. På det høgste P-nivået avtok både tørrstoffproduksjonen og kornavlinga for alle sortene unntatt Tyra. Ved økende P-nivå avtok forskjellene i tørrstoffproduksjon og kornavling innen de tre sortsparene, noe som tyder på at de faktorene som øker P-opptaket ved låge P-nivå er mindre viktige ved høge P-nivå.
Registreringer av fenologisk utvikling og vassprosent i kornet bekrefta at økende P-nivå øker utviklingshastigheten i korn. Generelt så økte 1000-kornvekta og hektolitervekta med økende P-nivå.
Rotveksten i matjordlaget økte med økende P-nivå. Rothårene var lengre i feltjorda enn i det tidligere næringsløsningsforsøket. Rangeringa av kornsorter i forhold til rothårslengda i dette studiet var bare delvis lik den som ble funnet i næringsløsning, og dessuten var forskjellene i rothårslengde ikke signifikante eller mye mindre i dette studiet sammenligna med i næringsløsningsforsøket. Derfor kan rangering av kornsorter for rothårslengde vise seg å være vanskelig. En tidligere studie viste at økt P-nivå i jorda ga lengre rothår i bygg, mens derimot disse resultatene tydet på det motsatte.
Lengre rothår i Diamant, Herse og Herta kan være årsaken til det høgere P-opptaket i disse tre sortene. Imidlertid tydet resultatene på at også variasjon i andre faktorer som eksudasjon fra rota av organiske syrer og fosfatase og lågere pH i rhizosfæren var like viktige faktorer for det høgere P-opptaket.
Konsentrasjonen av N, P, K, Ca og Mg i kornet var i samsvar med tidligere resultat. I dette studiet var det ingen effekt av kornsort eller P-nivå på konsentrasjonen av N, Ca og Mg i kornet.
Som konklusjon har dette studiet vist at det er stor variasjon i P-effektivitet mellom kornsorter. Dette kan bare delvis kan forklares med ulik rothårslengde. En mulig måte å øke bærekraften i agroøkosystemet på, er derfor ved seleksjon og avl for P-effektive jordbruksvekster for å tilpasse de til lågere P-nivå.

EPrint Type:Thesis
Thesis Type:MSc thesis
Keywords:Phosphorus uptake, P uptake efficiency, phosphorus, root hairs, root hair length, breeding, wheat, barley, low P soil
Subjects: Crop husbandry > Production systems > Cereals, pulses and oilseeds
Crop husbandry > Breeding, genetics and propagation
Research affiliation: Norway > UMB - Norwegian University of Life Sciences
Deposited By: Holten, Jon Magne
ID Code:6011
Deposited On:09 Nov 2005
Last Modified:12 Apr 2010 07:31
Document Language:English
Status:Published
Refereed:Not peer-reviewed

Repository Staff Only: item control page