Influence of agriculture on soil water quality in the karst region of Lithuania

Abstract

This article presents the results of studies on lysimeters and drainage carried out in the karst zone of Lithuania. The studies included the estimation of the changes of water quality in a soil profile of moraine loam and sandy loam soils in respect of the land usage and fertilization intensity. Fluctuations of N-NO3 concentrations contained in soil water mainly depend on N losses through the yield (r2=0.78). The highest N concentrations (up to 28.7 mg l−1) were observed in the fields where potatoes were grown; six times lower N concentrations occurred in the fields of barley with undercrop and the lowest N concentrations (up to 5.1 mg l−1) were determined in fields of perennial grass. This was because N losses with the yield of potatoes are 1.7–2.0 times less than its losses with barley and even 3.0–4.5 times less than N losses with perennial grass. Efficient application of fertilizers results in decreased N-NO3 and TP concentrations contained in soil water (r2=0.27–0.56 and r2=0.18–0.57 respectively). Compared to the field of perennial grass, the arable land contained even 9 times higher N-NO3 concentrations and 2.6 times lower TP concentrations in the whole soil profile. However, when migrating into deeper soil layers in arable land, N-NO3 concentrations decrease, while in the field of perennial grass the lowest N-NO3 concentrations occur in the root zone of plants. TP concentrations tend to decrease in deeper soil layers in arable land as well as in the field of perennial grass. The selection of proper land use in studied soils is a particularly important factor. In order to reduce N-NO3 leaching, the area of perennial grass might be increased, however this may result in higher TP concentrations. Moreover, it is precarious to leave tilled land for the period abundant in water (winter and spring). Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd. Ce papier représente les résultats des études des lysimètres et du drainage faites dans la région karstique de la Lituanie. Les études comprennent l'analyse de la fluctuation de qualité de l'eau dans le sol avec un profil de glaise et de moraines et dans le sol avec un profil de moraines sableux déterminée par l'usage de sol et l'intensité de fertilization. Les fluctuations des concentrations de N-NO3 dans les eaux de drainage sont déterminées par les pertes d'azote avec la récolte (r2=0.78). Les concentrations maximum de N (28.7 mg l−1) ont été observées pendant la culture de pommes de terre; des concentrations de N étaient six fois moins dans les champs de l'orge avec plantes fourragères. Des concentrations minimum de N (5.1 mg l−1) ont apparu quand l'herbe pérenne était cultivée. C'était parce que les pertes d'azote vers la récolte de pommes de terre naturellement sont 1.7–2.0 fois moins que vers la récolte d'orge et 3.0–4.5 fois moins qu'avec celle de l'herbe pérenne. Une grande efficacité de la fertilization contribue à la réduction significative des concentrations de N-NO3 et de TP (r2=0.27–0.56 r2=0.18–0.57 respectivement) dans l'eau de drainage. Dans le profil pédologique entier, les concentrations de N-NO3 étaient 9 fois plus hautes et les concentrations de TP étaient 2.6 fois plus basses dans la terre arable que dans le champ de l'herbe pérenne. Cependant dans la terre arable, les concentrations de N-NO3 plus basses sont observées dans les couches plus profondes, et dans le champ de l'herbe pérenne des concentrations de N-NO3 les plus basses apparaissent dans la couche végétale du sol. La réduction de concentrations de TP est observée dans les couches plus profondes de la terre arable aussi que du champ de l'herbe pérenne. Il est très important de choisir un bon travail du sol dans les sols de moraines sableux de la région karstique. Pour réduire le lessivage de N-NO3, on peut agrandir les champs de l'herbe pérenne, mais ça peut aussi résulter en plus hautes concentrations de TP dans le sol. Toutefois il est dangereux de laisser la terre cultivée sans végétaux pendant la période des précipitations (en hiver et au printemps). Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd.