ARS News Service
Agricultural Research Service, USDA
Luis Pons, (301) 504-1628, lpons@ars.usda.gov
September 1, 2004

An Agricultural Research Service scientist and colleagues may have confirmed the cause of a potentially serious problem facing Asia's rice farmers.

Decreased availability of soil organic nitrogen, a key crop nutrient, has been eyed as a possible explanation for significant yield declines for some growers of lowland rice (Oryza sativa) in Asia. The declines come after several years of intensive cropping in regions where two to three rice crops per year are common.

While studying nitrogen's interactions with decomposing crop residues in submerged soils, the researchers--soil scientist Dan Olk of the ARS Soil and Water Quality Research Unit in Ames, Iowa, and staff scientist J. D. Mao and professor Klaus Schmidt-Rohr of Iowa State University--found strong evidence supporting the role of nitrogen deprivation in the yield decline.

The team examined nitrogen availability to rice plants through nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy, which allows detailed examinations of complex organic molecules made up of different elements such as nitrogen, carbon and oxygen. It has made possible, for the first time, direct viewing of soil nitrogen's chemical forms.

They found that in oxygen-free environments such as flooded rice paddies, nitrogen bonds strongly with soil organic matter, the dark-colored material remaining after crop straw and roots added to the soil have finished their initial decomposition. The result is unusually stable nitrogen forms not readily available to growing plants.

Tests conducted on a submerged, triple-cropped soil revealed that instead of being taken up by rice plants, significant amounts of organic nitrogen formed bonds, through shared electrons, to chemical structures known as aromatic rings.

Based on their findings, the scientists say farmers might be able to combat rice-yield declines by aerating the soil while crop residues are decomposing. This would make more soil nitrogen available to crops, thus decreasing the need for fertilizer application.

Olk's unit is part of the ARS National Soil Tilth Laboratory in Ames. ARS is the U.S. Department of Agriculture's chief scientific research agency.

Read more about this research in the September issue of Agricultural Research magazine, available online at:
http://www.ars.usda.gov/is/AR/archive/sep04/rice0904.htm
 

Indicios claves sobre la causa de reducciones en rendimientos del arroz

Servicio Noticiero
del Servicio de Investigación Agrícola (ARS siglas en inglés)
Departamento de Agricultura (USDA siglas en inglés)
Luis Pons, (301) 504-1628, lpons@ars.usda.gov
1 de septiembre 2004

Un científico del Servicio de Investigación Agrícola (ARS) y sus colegas podrían haber confirmado la causa de un problema potencialmente grave que enfrenta a los granjeros del arroz en Asia.

La disponibilidad reducida del nitrógeno orgánico del suelo, un nutriente esencial para las cosechas, ha sido considerada como una explicación posible por reducciones significantes de rendimientos para algunos cultivadores del arroz (Oryza sativa) cultivado en la tierra baja de Asia. Las reducciones ocurren después de varios años de labranza intensa en regiones donde la producción de dos o tres cosechas al año es común.

Mientras estudiando las interacciones del nitrógeno con los residuos de cosechas descompuestas en suelos sumergidos, los investigadores - el científico de suelo Dan Olk de la Unidad de Investigación de Suelo y Calidad de Agua en Ames, Iowa, y el científico J.D. Mao y el profesor Klaus Schmidt-Rohr de la Universidad Estatal de Iowa - descubrieron evidencia fuerte que confirma el papel de la escasez de nitrógeno en la reducción de rendimientos.

El grupo examinó la disponibilidad del nitrógeno a las plantas de arroz usando la técnica de espectroscopia de resonancia magnética nuclear (NMR por sus siglas en inglés), la cual permite exámenes detallados de moléculas orgánicas complejas que son compuestas de diferentes elementos tales como nitrógeno, carbono y oxígeno. Esto ha hecho posible, por primera vez, una vista directa de las formas químicas del nitrógeno del suelo.

Ellos encontraron que en ambientes sin oxígeno, tales como en arrozales sumergidos, el nitrógeno se ata fuertemente con la materia orgánica del suelo, la material resistente de color oscuro que sobra después de la conclusión de la descomposición inicial de la paja de cosecha y las raíces agregadas al suelo. El resultado es formas de nitrógeno inusualmente estables que no son fácilmente disponibles a las plantas.

Ensayos realizados en un suelo sumergido y cultivado tres veces reveló que cantidades significantes del nitrógeno orgánico no son absorbidas por las plantas de arroz, pero en cambio forman enlaces, por electrones compartidos, a estructuras químicas conocidas como anillos aromáticos.

Basado en sus hallazgos, los científicos dicen que hay posibilidad de que los granjeros puedan combatir las reducciones en rendimientos de arroz aireando el suelo mientras los residuos se descomponen. De este modo, más del nitrógeno en el suelo estará disponible a las cosechas, así reduciendo la necesitad para aplicaciones de fertilizantes.

La unidad donde trabaja Olk es parte del Laboratorio Nacional de la Cultivación del Suelo, mantenido por el ARS en Ames. ARS es la agencia principal de investigaciones científicas del Departamento de Agricultura de EE.UU.

Más información sobre esta investigación se encuentra en la revista 'Agricultural Research' de septiembre:
http://www.ars.usda.gov/is/AR/archive/sep04/rice0904.htm