Nutrient Mining, Soil Testing and Plant  Nutrient Cycling Ray Ward Ward Laboratories, Inc Kearney, Nebraska www.wardlab.com “Guiding Producers Today to Feed the World  Tomorrow”

Nutrient Mining, lbs/Bu WHEAT Nutrient Nitrogen, N Phosphorus, P2O5 Potassium, K2O     Sulfur, S  Zinc, Zn

lb/bu 1.2 0.52 0.26 0.12 0.003

60 bu/A 72 31 16 7 0.18

Nutrient Mining, lbs/Bu WHEAT

Nutrient Chloride Manganese Copper Boron Molybdenum 

lb/bu 60 bu/A 0.07 4.2 0.002 0.12 0.0007 0.04 0.001 0.06 0.0004 0.02

Nutrient Content of Wheat Straw Nutrient Nitrogen, N Phosphorus, P2O5 Potassium, K2O Sulfur, S

lbs per ton 12 2.3 29 4

Nutrient Mining, lbs/Bu CORN Nutrient Nitrogen, N Phosphorus, P2O5   Potassium, K2O Sulfur, S Zinc, Zn

lb/bu        100 bu/A 0.70       0.33       0.23 0.09 0.001

70 33 23 9 0.1

Crop Nutrient Mining, lbs/bu SOYBEAN

Nutrient Nitrogen, N Phosphorus, P2O5 Potassium, K2O Sulfur, S Zinc, Zn

lb/bu    45 bu/A 3.4 153 0.77 35 1.2 54 0.18 8 0.003         0.09

Soil Nutrients Mobile Nutrients Nutrients that are soluble in the soil Nitrate, Sulfate, and Chloride Immobile Nutrients Nutrients that are attached to soil particles CEC and other surfaces Phosphorus, Potassium, Calcium, Magnesium,  Zinc, Iron, Manganese, Copper, Boron, and  Molybdenum

Two Approaches for Interpreting Soil  Test Values  • Nutrient Sufficiency – Apply just enough to maximize profitability in the  year of fertilizer application

• Build – Maintenance – Manage soil tests to desired soil test levels and  then apply enough fertilizer to maintain the  desired soil values

Which Interpretation is Correct? • Depends on the Plant Nutrient  – Mobile Nutrients like nitrate have to be managed  annually – Immobile nutrients like phosphate and potash can be  built up and maintained 

• Depends on Land Tenure – Short term land leases dictate using the sufficiency  approach

• Limited Resources – Cannot afford to build soil tests or fertilizer prices are  high

Where are the Biggest Yields? • Observations over the years I have concluded  the best yields come from high‐testing soils. • Research in Canada with small grains has  shown higher yields on high‐testing soils than  annual applications of fertilizer on low testing  soils. • Rothamsted Experiment station in England has  demonstrated that yields were higher on high  testing soils. Crops and Soils, ASA

Importance of Phosphorus Tribune (KSU)2004 N, lbs per acre      Corn Yield, Bu/A 0 67 40 92 80 118 120 103 160 136 200 162

Importance of Phosphorus Tribune (KSU)2004 N+P2O5,  lbs/A 0+40 40+40 80+40 120+40 160+40 200+40

Corn Yield, Bu/A 97 148 209 228 231 234

Conclusions • Highest crop yield are associated with high soil  tests • Can we continue to reach the higher yield if  we use a fertility approach that minimizes  fertilizer application, especially phosphorus  and potassium?

Mobile Nutrients • Nitrate – Nitrate is soluble.  It moves downward as water  moves through the root zone. – We only want to apply the amount of N that is  needed for the current crop. – Non‐legumes need more N than legumes  (soybeans, alfalfa, and peanuts). – The goal is to have 2 to 5 ppm NO3‐N after  harvest. 

Nitrogen Requirement Corn Wheat Milo Grass Sunflower

1.2 lbs N/Bu 2.4 lbs N/Bu 1.1 lbs N/Bu 40 lbs N/Ton 50 lbs N/1000 lbs

Nitrogen Recommendation N lbs/A = (yield * N req.) lbs of NO3‐N in 24 or 36” Legume credit Manure credit Irrigation water credit

Nitrogen Recommendation • • • • • • •

An Example Wheat  60 bu/A X 2.4 = 144 lbs of N required Subtract the following Soil nitrate =            30 lbs of N Past legume =          20 lbs of N Amount of N to apply = 94 lbs of N/A

Sulfur • Sulfate  is soluble and moves with soil water  like nitrate.  Do not try to build sulfate.  Some  soils have sulfate in the subsoil which reduces  the need for sulfur. • Apply sulfur when soil test for sulfate is low.

Sulfur Requirement Crop Yield Unit Corn Bushel Soybean Bushel Wheat Bushel Alfalfa Ton Grass Ton

LBS of S 0.18-0.26 0.20-0.29 0.28-0.35 4.7 – 6.3 2.2 – 3.6

Sulfur Recommendation Example Wheat 60 bu/A Yield Goal Sulfur Requirement is 0.28 to 0.35 lb S/bu Total S Required is 17 to 21 lbs/A Sulfate Soil Test is 8 ppm S 8 X 2.4 = 19 lbs S/A Recommendation is 0 to 5 lbs S/A

Chloride • Chloride is a soluble ion like nitrate, but  does  not move as fast as nitrate. • Many soils are low in chloride where potash  fertilizer is not used. • 0‐0‐60 is potassium chloride, so it is 60 % K2O  and 45 % Chloride • Ammonium Chloride, dry or liquid, is very  good chloride fertilizer

Soil test chloride interpretations and fertilizer  recommendations for Kansas. ____________________________________________________________

Soil Chloride in a 0‐24" sample Cl Recommended* Category lb/acre ppm lb/acre __________________________________________________________ __ Low 6 0           __________________________________________________________ __ *Recommendations for corn, sorghum and wheat only.

Phosphorus Recommendations  Soil test ppm P 0‐5 6‐12 13‐25 26‐50 51+

Rating Very Low Low Medium High Very High

lbs P2O5/A 60‐140 35‐75 20‐45 0‐30 None

Phosphorus (My Goals) • Ideal Phosphorus Soil Test:  – Dryland areas = 22‐28 ppm P – Irrigated/high rainfall areas = 30‐40 ppm P

• How to Get There  – Soil texture: loam or heavier • 18 lbs of P2O5 to raise soil P test 1 ppm P

– Soil texture: sand to sandy loam  • 12 lbs of P2O5 to raise soil P test 1 ppm P

Phosphorus • How to Get There Example for a silt loam – Soil test is 15 ppm P and I want to get to 25 ppm P • • • •

25 – 15 = 20 ppm increase 10 X 18 = 180 lbs of P2O5 180 / .52 = 346 lbs of 11‐52‐0 How many years do you want to take to get there?   Divide by the number of years .  This application is in  addition to amount you normally apply.

Potassium Recommendations Soil Test ppm K 0-40 41-80 81-120 121-200 201+

Rating Very Low Low Medium High Very High

lbs K2O 90-200 50-120 25-60 0-35 None

Potassium (My Goals) • How to Get There Example for a silt loam – Soil test is 120 ppm K and I want to get to 160  ppm K • • • •

160‐120  = 40 ppm increase 40 X 9 =  360 lbs of K2O 360 / 0.60 = 600 lbs of 0‐0‐60 How many years do you want to take to get there?   Divide by the number of years .  This application is in  addition to amount you normally apply.

Zinc • I have found that the best way to correct a low  zinc soil test is to broadcast enough zinc  sulfate (33 to 36 % Zn) to raise the zinc soil  test above 1 ppm.   • One pound of actual zinc will raise the zinc soil  test 0.1 ppm Zn. – Zn recommendation = (1.0 – Zn soil test) times 10 – Zn soil test = 0.60:  (1.00 – 0.60) X 10 = 4 lbs of  Zn/A

Copper • Copper soil tests are low in a few area of the  Plains. • For most crops I like to see a copper (Cu) value  of 0.20 ppm P.  For a few crops like potatoes I  try to raise the Cu soil test to 0.60 ppm Cu. • Three pounds of Cu will raise the soil test 0.10  ppm Cu • Cu rec. = (0.20 ‐ .12) X 3 = 2.4 lbs of Cu 

Boron • Boron is less soluble than some of the anions. • But boron has a narrow safe range.  Do not try to  build B soil test.  Boron should be applied when  the B soil test is less than 0.25 ppm, except for  cotton, peanuts and sugar beets that need 0.50  ppm B. • B recommendation =  One pound of B will raise  the soil test 0.10 ppm B.  Example: for wheat,  corn, milo, etc. • 1.5 – (5 x 0.20) = (1.5 – 1.0) = 0.5 lbs B 

No Till Fertilizer Program • It is best to “knife in” nitrogen • Do not do a weed and feed program for N • Phosphorus and other nutrients can be  broadcast or placed in a band • Second alternative for N is stream on UAN or  broadcast urea • Split application is necessary for sandy soils.

Liming Reaction

Nutrient Cycle? 1. Nutrients are removed from the land any time  grain or forage is transported from the area. 2. How are the nutrients replaced?  Higher yields ‐ the more nutrients that have to be replaced. 3. Carbon  and some nitrogen comes from the air. 4. Other nutrients have to come from soil minerals,  decomposition of organic matter, manures and  fertilizer. 

Calcium and Magnesium • Lime – 480 lbs of Ca per ton of 60 % ECC

• Wheat – 9 lbs of Ca per ton of dry forage – 2.8 lbs of Mg per ton of dry forage

• Turnips – 66 lbs of Ca per ton of dry forage – 7 lbs of Mg per ton of dry forage

Carbon/Organic Matter • Soil Organic Matter – Carbon and all plant  nutrients • 1 % OM in 8 inches of Soil is 24,000 lbs/A • This Quantity of OM Holds About 1400 lbs of  N and 200 lbs of S per Acre.

No‐Till Sulfur Deficiency • Most of the Sulfur in the soil is held in the  organic matter portion of the soil • The idea is the build soil organic matter to  improve soil quality and health and increase  soil productivity.   • 100C : 10N : 1.4S

A/C Greenfix Blend Above Ground Biomass Test Results 10/11/2010 (4 reps) Yld. T/A

High

Low

Avg.

2.95

2.05

2.39

Nutrients in #/A C

2373

1743 1958

N

125

105

118

P205

18

10

14

K20

232

134

187

Ca

99

46

67

Mg

14

9

11

S

18

9

15

Zn

0.72

0.41

0.63

Fe

2.94

1.87

2.20

Grass %

Brassica %

Legume %

Mn

0.35

0.24

0.28

0

41

59

C:N =16.6 

Nutrient Uptake and Root Structure

Factors Affecting Nutrient Uptake

Oxygen Temperature Ion Interference

Soil Organic Matter • • • • • •

Enhance crop productivity Build soil fertility Improve structure Build aggregate stability Increase nutrient retention Increase water holding capacity

Soil Structure Retention & transport of water &  nutrients Habitat for Microbes Reduced Soil Erosion

Poor Soil Structure Prevents Water  Movement Water

Saturated Soil Air Space Moisture Soil

Dry Soil

Rainfall Simulator

Water Penetration

No. 1 Environmental Enemy in Production Agriculture

Intensive Tillage

Nutrient Balance and Carbon Sequestration. Net carbon sequestration requires other nutrients. P

N

K

S

7 – 10 units of C per unit of N Zn

C

Ca

Mg

Bo Cl

50 –60 units of C per unit of P 70 – 80 units of C per unit of S

Mn etc.

Balanced fertilization is needed for both crop uptake and carbon sequestration!

Rattan Lal, 27 Jan., 2000

Carbon is a “keystone” in nutrient cycling!

N K Mg Zn Cl

C

P Ca S

Mn Soil carbon is the “Keystone” for all soil Bo physical, chemical and biological processes and properties.

Management platform fertility, variety, irrigation, species, cover crop, manure, rotations, tillage, soil  type, erosion, timing,