Long-term studies of crop yields with changing rainfall and fertilization

Abstract

The anthropogenic effects of global climate change on water resources may be masked by natural climate vari- ability. With a warmer climate, drought and excess rain- fall conditions could become more frequent, severe, and longer-lasting. The potential increase in these natural hazards is of concern, given the stresses they place on water resources and agricultural production, and the high costs that result from these hazards. For these reasons, long-term studies were conducted in Eastern Hungary from 1962-2001 in order to obtain the relationship be- tween rainfall quantities, soil agrochemical properties, and mineral fertilization on yields of rye, potato, winter wheat and triticale. Averaged rainfall quantities over many years, experimental years, and phenological phases over many years and experimental years for rye were 567 mm, 497 mm, 509 mm and 452 mm; for potato 551 mm, 537 mm, 337 mm and 294 mm; for winter wheat 586 mm, 509 mm, 518 mm and 467 mm; for triti- cale 551 mm, 537 mm, 489 mm and 497 mm respec- tively. Rainfall deviations (+/-) from the average over many years in the experimental years and during the phenological phases for rye were –12 % and –11 %; for potato –3 % and –13 %; for winter wheat –13 % and –10 %; and for triticale –3 % and 2 %. During the vegeta- tion period, the relationships between rainfall quantity, nutrition (N, P, K, Ca, Mg), and yield were characterized by polynomial correlations “R” (rye: 0.65-0.99, potato: 0.95-0.98, winter wheat: 0.54-0.76, triticale: 0.28-0.67). Maximum yields of 4.0 t ha Neben dem globalen Klimawandel können Veränderun- gen im Wasserhaushalt ihre Ursache auch in natürlichen Klimaschwankungen haben. Mit wärmerem Klima kön- nen sich extreme Witterungsbedingungen mit ausgepräg- ten Trocken- und Niederschlagsphasen häufen und länger andauern. Der potenziellen Zunahme von Naturrisiken ist wegen der Auswirkungen auf die Wasserressourcen und die landwirtschaftliche Produktion besondere Rechnung zu tragen. Von 1962-2001 wurden Dauerfeldversuche in Ostungarn durchgeführt, um die Zusammenhänge zwi- schen Niederschlag, Düngung und Bodeneigenschaften auf der einen Seite und dem Pflanzenertrag von Roggen, Kartoffeln, Winterweizen und Triticale auf der anderen Seite zu ermitteln. Im langjährigen Mittel lagen die Nie- derschlagsmaxima in den Vegetationsperioden während der Versuchsjahre für Roggen bei 567, 497, 509 und 452 mm, für Kartoffel bei 551 mm, 537 mm, 337 mm und 294 mm für Winterweizen bei 586 mm, 509 mm, 518 mm und 467 mm sowie für Triticale bei 551 mm, 537 mm, 489 mm und 497 mm. Niederschlagsabwei- chungen vom langjährigen Mittel betrugen während der Versuchsjahre und der Vegetationsperioden für Roggen –12 % bzw. –11 %; für Kartoffel –3 % bzw. –13 %; für Winterweizen –13 % bzw. –10 % und für Triticale –3 % bzw. 2 %. Die Zusammenhänge zwischen der Vegetati- onsperiode, der Niederschlagshöhe, der Nährstoffsituati- on (N, P, K, Ca, Mg) und dem Ertrag lassen sich anhand polynominaler Korrelationen beschreiben mit R = 0,65- 0,99 für Roggen, R = 0,95-0,98 für Kartoffeln, R = 0,54- 0,76 für Winterweizen und R = 0,28-0,67 für Triticale. Jährliche Höchsterträge ergaben sich in folgenden Nie- derschlagsbereichen: 4.0 t Roggen ha -1 * Corresponding author. Tel: ++36 1 355 8491; Fax: ++36 1 355 84 91; E-mail: marton@rissac.hu 1 Introduction Climate change has been recognized as a serious envi- ronmental issue already since the 1980s and 1990s. The present increase of greenhouse gases (GHG) such as carbon dioxide, methane, water vapour, ozone, ni- trous oxide, sulphur hexafluoride, hydrofluorocarbons, perfluorocarbons and chlorofluorocarbons in the atmo- sphere probably will lead to significant climate for rye, 21.0 t. -1 ha for potato, 3.4 t ha-1 for winter wheat, and 5.5 t ha-1 for triticale were observed when the respective natural rain- fall amount was in the range of 430-500, 280-330, 449-495 and 550-600 mm. At rainfall amounts above and below these ranges, crop yields are drastically reduced.