The Effect of Plant Residues Management and Fertilization on Plant Growth and Organic Carbon Content in Soil

English. The main hypothesis of present thesis is that the effect of plant residues left on the surface of the sward to decompose on the growth of plants and content of soil organic carbon (SOC) is influenced by the management (fertilization, mowing frequency) and composition of plant species (grasses or white clover). Different effect of residues is based on the variations in their quality that affects the decomposition rate of residues and the amount of recycled C and N. The aims of the study were: (i) to investigate the decomposition of various plant residues left on the sward surface and N mineralization during decomposition. To explain how the decomposition dynamics of plant residues is influenced by their initial chemical composition (N content and C/N ratio); (ii) to investigate the effect of plant residues left on the sward surface to decompose on the growth of herbage; (iii) to investigate the effect of plant residues left on the sward surface to decompose on the content of SOC; also to explain the integrated effects of plant residues and fertilization on the content of SOC.The decomposition rate of plant residues depended on the composition of species in the sward and their developmental stage during the cutting. The different N content of residues due to fertilization did not affect their decomposition rate. Residues with similar N content may decay at different rates because their carbon compounds content is different. The N content of residues is suitable indicator for predicting the amount of mineralisable N because more N was mineralized from residues that had higher N content. The effect of residues on the herbage growth of sward depended on the composition of species and management of swards. The effect was higher in grass-clover sward that was cut less frequently and its yields were higher compared to the turfgrass sward. Returning of turfgrass residues is effective only during the first part of the vegetation period when the sward is sparse showing that the effect of returning the residues may be significantly affected by characteristics such as density and height of plants. Returning of residues in turfgrass sward is effective only when the contact between residues and soil surface is easily attainable. In case of dense sward the residues remain on the top of herbage where they dry and nutrients can’t reach the plants. The herbage growth of sward was increased due to residues only if the N released by residues was sufficient for decomposers as well as for sward growth. The amount of N released by residues depended on the fertilization rate, the amount of residues left to decompose and the composition of species in the sward. The highest effect was seen in returning the residues of grass-clover sward in non-fertilized variant. The effect of plant residues on the sward SOC content and stock depended on the composition of species and management of sward (fertilization and cutting frequency). The turfgrass residues increased the content of SOC significantly more than the residues of grass-clover sward. Fertilization and cutting frequency had an impact on the chemical composition of plants which in turn affected the chemical composition and decomposition of organic material released into the soil.

Käesolev doktoritöö keskendub erinevate taimikutega (murutaimik, valge ristiku ja kõrreliste taimik) rohumaade majandamisvõtete mõju uurimisele taimede kasvule ja mulla orgaanilise süsiniku (Corg) sisaldusele. Doktoritöö raames uuritakse, kuidas mõjutab taimejäätmete jätmine taimiku pinnale lagunema taimede kasvu ja mulla Corg sisaldust. Töö peamine hüpotees on, et niitmisjärgselt taimiku pinnale lagunema jäetud taimejäätmete mõju taimede kasvule ja mulla orgaanilise süsiniku sisaldusele sõltub rohumaa liigilisest koosseisust ja rohumaa majandamisest (väetamisest ja niitesagedusest). Uurimustöö eesmärkideks: (i) uurida taimiku pinnal taimejäätmete lagunemist ja N mineraliseerumist; selgitada, kuidas on taimejäätmete lagunemisdünaamika mõjutatud nende esialgsest keemilisest koostisest (N sisaldus ja C/N suhe); (ii) uurida taimejäätmete mõju taimede kasvule; (iii) uurida taimejäätmete mõju mulla Corg sisaldusele. Samuti selgitada taimejäätmete ja väetamise koosmõju mulla Corg sisaldusele. Taimejäätmete lagunemiskiirus sõltus taimiku liigilisest koosseisust ja taimede arengufaasist niitmishetkel. Niitmishetkel nooremas arengufaasis olevate murutaimiku kõrreliste jäätmed lagunesid kiiremini, kui hilisemas arengufaasis niidetud kõrreliste jäätmed. Väetamisest tingitud jäätmete erinev N sisaldus nende lagunemise kiirust ei mõjutanud. Samas sarnase N sisaldusega jäätmed võivad laguneda erineva kiirustega, sest süsinikühendite sisaldus on neis erinev. Jäätmete N sisaldus on sobiv indikaator mineraliseeruva N koguse ennustamiseks, sest N mineraliseerus rohkem neist jäätmetest, mille N sisaldus oli suurem.Taimiku pinnal lagunevate taimejäätmete mõju taimede kasvule sõltus taimiku liigilisest koosseisust ja taimiku majandamisest. Mõju oli suurem valge ristiku ja kõrreliste taimikul, mida niideti harvemini ja mille saagid olid murutaimikuga võrreldes suuremad. Murutaimiku puhul oli murujäätmete tagastamine efektiivne ainult vegetatsiooniperioodi esimesel poolel, kui taimik oli hõredam, mis osutab võimalusele, et jäätmete tagastamisest saadav efekt võib sõltuda taimiku tihedusest ja kõrgusest. Jäätmete tagastamine murule on efektiivne ainult hõredama ja lühema taimiku korral, kui jäätmete imbumine mullapinnale on vähem takistatud. Tiheda taimiku korral jäävad jäätmed taimiku pinnale, kus need kuivavad ja neis sisalduvad toitained ei jõua taimeni. Taimejäätmed suurendasid taimede kasvu ainult siis, kui jäätmetes sisalduv N kogus oli piisav nii lagundajate tegevuseks, kui ka taimede kasvuks. Jäätmetega tagastatud N kogus sõltus taimiku väetamiseks kasutatud N normist, lagunema jäetud jäätmete kogusest ja taimiku liigilisest koosseisust. Kõige suurema efekti andis jäätmete tagastamine valge ristiku ja kõrreliste segu taimiku väetamata variandis. Muru puhul osutus jäätmete tagastamine efektiivseks ainult lämmastikväetisega väetataval taimikul normide 160 ja 240 kg N ha-1 korral. Taimiku pinnal lagunevate taimejäätmete mõju mulla Corg sisaldusele (ja varule) sõltus taimiku liigilisest koosseisust ja taimiku majandamisest (väetamisest ja niitmissagedusest). Murutaimiku jäätmed suurendasid mulla Corg sisaldust oluliselt rohkem, kui valge ristiku ja kõrreliste jäätmed. Väetamine ja niitmissagedus mõjutasid taimede keemilist koostist, mis avaldas mõju mulda mineva orgaanilise aine keemilisele koostisele ja lagunemisele.