Response of Tallgrass Prairie to Management in the U.S. Southern Great Plains: Site Descriptions, Management Practices, and Eddy Covariance Instrumentation for a Long-Term Experiment

Understanding the consequences of different management practices on vegetation phenology, forage production and quality, plant and microbial species composition, greenhouse gas emissions, and water budgets in tallgrass prairie systems is vital to identify best management practices. As part of the Southern Plains Long-Term Agroecosystem Research (SP-LTAR) grassland study, a long-term integrated Grassland-LivestOck Burning Experiment (iGLOBE) has been established with a cluster of six eddy covariance (EC) systems on differently managed (i.e., different burning and grazing regimes) native tallgrass prairie systems located in different landscape positions. The purpose of this paper is to describe this long-term experiment, report preliminary results on the responses of differently managed tallgrass prairies under variable climates using satellite remote sensing and EC data, and present future research directions. In general, vegetation greened-up and peaked early, and produced greater forage yields in burned years. However, drought impacts were greater in burned sites due to reductions in soil water availability by burning. The impact of grazing on vegetation phenology was confounded by several factors (e.g., cattle size, stocking rate, precipitation). Moreover, prairie systems located in different landscapes responded differently, especially in dry years due to differences in water availability. The strong correspondence between vegetation phenology and eddy fluxes was evidenced by strong linear relationships of a greenness index (i.e., enhanced vegetation index) with evapotranspiration and gross primary production. Results indicate that impacts of climate and management practices on vegetation phenology may profoundly impact carbon and water budgets of tallgrass prairie. Interacting effects of multiple management practices and inter-annual climatic variability on the responses of tallgrass prairie highlight the necessity of establishing an innovative and comprehensive long-term experiment to address inconsistent responses of tallgrass prairie to different intensities, frequencies, timing, and duration of management practices, and to identify best management practices.

Download Full-text

Long-Term Trends in Downwelling Spectral Infrared Radiance over the U.S. Southern Great Plains

Journal of Climate ◽

10.1175/2011jcli4210.1 ◽

2011 ◽

Vol 24 (18) ◽

pp. 4831-4843 ◽

Cited By ~ 12

Author(s):

P. Jonathan Gero ◽

David D. Turner

Keyword(s):

Great Plains ◽

Climate Models ◽

Southern Great Plains ◽

Infrared Radiance ◽

Term Change ◽

Atmospheric Radiation Measurement ◽

Long Term Trends ◽

Thin Cloud ◽

The U.S

Abstract A trend analysis was applied to a 14-yr time series of downwelling spectral infrared radiance observations from the Atmospheric Emitted Radiance Interferometer (AERI) located at the Atmospheric Radiation Measurement Program (ARM) site in the U.S. Southern Great Plains. The highly accurate calibration of the AERI instrument, performed every 10 min, ensures that any statistically significant trend in the observed data over this time can be attributed to changes in the atmospheric properties and composition, and not to changes in the sensitivity or responsivity of the instrument. The measured infrared spectra, numbering more than 800 000, were classified as clear-sky, thin cloud, and thick cloud scenes using a neural network method. The AERI data record demonstrates that the downwelling infrared radiance is decreasing over this 14-yr period in the winter, summer, and autumn seasons but it is increasing in the spring; these trends are statistically significant and are primarily due to long-term change in the cloudiness above the site. The AERI data also show many statistically significant trends on annual, seasonal, and diurnal time scales, with different trend signatures identified in the separate scene classifications. Given the decadal time span of the dataset, effects from natural variability should be considered in drawing broader conclusions. Nevertheless, this dataset has high value owing to the ability to infer possible mechanisms for any trends from the observations themselves and to test the performance of climate models.

Download Full-text

Regional Moisture Budget and Land‐Atmosphere Coupling Over the U.S. Southern Great Plains Inferred From the ARM Long‐Term Observations

Journal of Geophysical Research Atmospheres ◽

10.1029/2019jd030585 ◽

2019 ◽

Vol 124 (17-18) ◽

pp. 10091-10108 ◽

Cited By ~ 1

Author(s):

Cheng Tao ◽

Yunyan Zhang ◽

Shuaiqi Tang ◽

Qi Tang ◽

Hsi‐Yen Ma ◽

...

Keyword(s):

Great Plains ◽

Moisture Budget ◽

Southern Great Plains ◽

The U.S

Download Full-text

Quantifying agricultural drought in tallgrass prairie region in the U.S. Southern Great Plains through analysis of a water-related vegetation index from MODIS images

Agricultural and Forest Meteorology ◽

10.1016/j.agrformet.2017.06.007 ◽

2017 ◽

Vol 246 ◽

pp. 111-122 ◽

Cited By ~ 23

Author(s):

Yuting Zhou ◽

Xiangming Xiao ◽

Geli Zhang ◽

Pradeep Wagle ◽

Rajen Bajgain ◽

...

Keyword(s):

Great Plains ◽

Tallgrass Prairie ◽

Vegetation Index ◽

Agricultural Drought ◽

Southern Great Plains ◽

The U.S

Download Full-text

Long-term streamflow relations with riparian gallery forest expansion into tallgrass prairie in the Southern Great Plains, USA

Forest Ecology and Management ◽

10.1016/j.foreco.2011.11.014 ◽

2012 ◽

Vol 266 ◽

pp. 170-179 ◽

Cited By ~ 18

Author(s):

Michael L. Wine ◽

Chris B. Zou

Keyword(s):

Great Plains ◽

Tallgrass Prairie ◽

Gallery Forest ◽

Forest Expansion ◽

Southern Great Plains

Download Full-text

Integrating cover crops for weed management in the semiarid U.S. Great Plains: opportunities and challenges

Weed Science ◽

10.1017/wsc.2020.29 ◽

2020 ◽

Vol 68 (4) ◽

pp. 311-323

Author(s):

Vipan Kumar ◽

Augustine Obour ◽

Prashant Jha ◽

Rui Liu ◽

Misha R. Manuchehri ◽

...

Keyword(s):

Great Plains ◽

Herbicide Resistance ◽

Cover Crops ◽

Weed Management ◽

Management Practices ◽

Cropping Systems ◽

Health Improvement ◽

Sites Of Action ◽

The U.S

AbstractThe widespread evolution of herbicide resistance in weed populations has become an increasing concern for no-tillage (NT) growers in semiarid regions of the U.S. Great Plains. Lack of cost-effective and alternative new herbicide sites of action further exacerbates the problem of herbicide-resistant (HR) weeds and threatens the long-term sustainability of prevailing cropping systems in the region. A recent decline in commodity prices and increasing herbicide costs to manage HR weeds has spurred research efforts to build a strong rationale for developing ecologically based integrated weed management (IWM) strategies in the U.S. Great Plains. Integration of cover crops (CCs) in NT dryland production systems potentially offers several ecosystem services, including weed control, soil health improvement, decline in selective pest pressure, and overall reduction in pest management inputs. This review article aims to document the role of CCs for IWM, with emphasis on exploring emerging weed issues; ecological, economic, and agronomic benefits of growing CCs; and constraints preventing adoption of CCs in NT cropping systems in the semiarid Great Plains. We attempt to focus on changes in weed management practices, their long-term impacts on weed seedbanks, weed shifts, and herbicide-resistance evolution in the most common weed species in the region. We also highlight current knowledge gaps and propose new research priorities based on an improved understanding of CC management strategies that will ultimately aid in achieving sustainable weed management goals and preserving natural resources in water-limited environments.

Download Full-text

Evaluation of mineral fertilizer effects in a long-term experiment on a planted sward

Agrokémia és Talajtan ◽

10.1556/agrokem.59.2010.2.8 ◽

2010 ◽

Vol 59 (2) ◽

pp. 295-314 ◽

Cited By ~ 3

Author(s):

Imre Kádár

Keyword(s):

Festuca Arundinacea ◽

Dactylis Glomerata ◽

Mineral Fertilizer ◽

Phleum Pratense ◽

Agropyron Cristatum ◽

Festuca Rubra ◽

Festuca Pratensis ◽

Term Experiment ◽

Long Term Experiment

Egy műtrágyázási tartamkísérlet 32. évében, 2005-ben vizsgáltuk az eltérő N-, P- és K-ellátottsági szintek és kombinációik hatását a réti csenkesz (Festuca pratensis) vezérnövényű, nyolckomponensű, pillangós nélküli gyepkeverék termésére, fejlődésére és elemtartalmára. A termőhely mészlepedékes csernozjom talaja a szántott rétegben mintegy 3% humuszt, 3–5% CaCO3-ot és 20–22% agyagot tartalmazott, N és K elemekben közepesen, P és Zn elemekben gyengén ellátottnak minősült. A kísérlet 4N×4P×4K = 64 kezelést×2 ismétlést = 128 parcellát foglalt magában. A talajvíz 13–15 m mélyen helyezkedik el, a terület aszályérzékeny. A vizsgált 2005. évben azonban kielégítő mennyiségű (649 mm) csapadék hullott és annak eloszlása is kedvező volt. A gyep telepítése spenót elővetemény után 2000. szeptember 20-án történt gabona sortávra 60 kg·ha–1 vetőmaggal, amelynek 25%-át (15 kg) a réti csenkesz (Festuca pratensis); 21–21%-át (12,6 kg) a nádképű csenkesz (Festuca arundinacea) és az angol perje (Lolium perenne); 9%-át (5,4 kg) a taréjos búzafű (Agropyron cristatum), valamint 6–6%-át (3,6 kg) a vörös csenkesz (Festuca rubra), a réti komócsin (Phleum pratense), a zöld pántlikafű (Phalaris arundinacea) és a csomós ebír (Dactylis glomerata) tette ki. Főbb eredményeink: – A meghatározó N-trágyázás nyomán a szénatermés 5-szörösére emelkedett a két kaszálással a N-kontrollhoz viszonyítva. A maximális 10 t·ha–1 körüli légszáraz szénahozamokat a 300 kg N·ha–1·év–1 N-adag, valamint a 150 mg·kg–1 körüli AL-P2O5-, illetve 150 mg·kg–1 feletti AL-K2O-tartalom biztosította. Növénydiagnosztikai szempontból a nagy terméshez kötődő optimális elemtartalom 2% körüli N- és K-, illetve 0,2–0,3% P-koncentráció volt a szénában. – A két kaszálással felvett minimum (a 2 t·ha–1 körüli szénatermést adó N-kontroll) és maximum (a 10 t·ha–1 körüli szénahozamú, nitrogénnel és PK-vel jól ellátott talajok) elemmennyiségek a következőképpen alakultak: N 21–196 kg, K 39–188 kg, Ca 9–48 kg, Mg 4–22 kg, P 6–21 kg. – Az N×P és N×K kölcsönhatások kifejezettebbé váltak a 2. kaszálás idején. A P 0,18–0,55%, a NO3-N 86–1582 mg·kg–1, a Cu 4,7–7,4 mg·kg–1, a Mo 0,7–4,1 mg·kg–1 extrém értékeket jelzett az N×P kezelések függvényében. Az N×K kezelésekben a K 1,44–2,73%, a Mg 0,26–0,39%, a Na 71–2178 mg·kg–1, a Ba 4,1–9,6 mg·kg–1, a Cd 15–44 µg·kg–1 szélsőértékekkel volt jellemezhető. A Sr a 10–26 mg·kg–1 koncentrációtartományban módosult a P×K-ellátottság nyomán. Élettani, takarmányozástani szempontból az indukált kölcsönhatások nyomon követése elengedhetetlen, amennyiben olyan mérvű tápelemhiányok, illetve aránytalanságok jöhetnek létre, melyek anyagcserezavarokat okozhatnak a növényt fogyasztó állatban.

Download Full-text

Effect of NPK fertilization on the yield of winter wheat and maize and on the nutrient content of the soil in a long-term experiment network in Hungary

Agrokémia és Talajtan ◽

10.1556/agrokem.62.2013.2.10 ◽

2013 ◽

Vol 62 (2) ◽

pp. 311-330

Author(s):

Jakab Loch ◽

János Lazányi

Keyword(s):

Winter Wheat ◽

Nutrient Content ◽

Term Experiment ◽

Long Term Experiment ◽

Npk Fertilization

Az Országos Műtrágyázási Tartamkísérletek (OMTK) tizenkét NPK kezeléskombinációjában, kilenc termőhelyen vizsgáltuk az NPK-trágyázás hatását az őszi búza és a kukorica termésére és a talajok 0,01 M CaCl2-oldható tápelemtartalmára. A termőhelyek: Bicsérd (BI), Hajdúböszörmény (HA), Iregszemcse (IR), Karcag (KA), Keszthely (KE), Kompolt (KO), Mosonmagyaróvár (MO), Nagyhörcsök (NA), Putnok (PU). Az NPK kezelések: 000, 101, 111, 121, 201, 220, 221, 222, 331, 341, 421, 441. A N- és P-kezelések a kódoknak megfelelően 50 kg N, ill. P2O5·ha−1, a K-adagok 100 kg K2O·ha−1 hatóanyag-mennyiséggel növekszenek. Az őszi búza termésadatok a 23., 24., 27., 28. és 31. évi kísérletekből, a kukoricatermések a 25., 26., 29. és 30. évből származnak.Az NPK-kezelések jelentősen növelték az őszi búza és a kukorica öt-, illetve négyéves átlagtermését, szignifikáns különbségek jöttek létre a termőhelyek átlagában. Az NPK-kezelések különböző érvényesülése az egyes termőhelyeken az eltérő ökológiai viszonyok, köztük a különböző eredeti tápelemtartalom és szolgáltató képesség következménye.Az NPK-kezelések hatására a talajok 0,01 M CaCl2-oldható tápelemtartalma is jelentősen változott. A növények tápelemigényét meghaladó kezelések tartamhatásaként tápelem-felhalmozódás igazolható mindhárom tápelem esetében. A növények szükségletét meghaladó N-adagok, a karbonátos talajokat és a nagy agyagtartalmú kompolti (KO) talajt kivéve csökkentették a talaj pH-t. A másodfokú görbék az őszi búza ötéves termésátlaga és a 0,01 M CaCl2-ban mért összes-N, P- és K-tartalom közötti összefüggéseket szemléltetik termőhelyenként.A legnagyobb kezeléshatások azokon a talajokon igazolhatók, melyeken a kontroll 0,01 M CaCl2-oldható összes-N értéke kisebb, mint 5–10 mg·kg−1. A 15,0 mg·kg−1 érték felett altalaban nem érvényesült a nitrogén termésnövelő hatása. Kivételt képez a tápanyagban gazdag, hajdúböszörményi nem karbonátos réti talaj. A foszfor termésnövelő hatása 2,0 mg P·kg−1 érték felett — a karbonátos réti talaj kivételével — általában nem érvényesül. Az összefüggéseket jellemző R2 meghatározottsági tényezők a legkisebbek az őszi búza és a talaj 0,01 M CaCl2-oldható K-tartalma között, ami az egyéb tényezők nagyobb szerepére utal.A bemutatott eredmények igazolják, hogy a 0,01 M CaCl2-oldható N-, P- és Kfrakciók alkalmasak a tápanyaghiány és -felesleg jellemzésére. Egyben igazolják, hogy az eltérő ökológiai viszonyok között nagyobb terméskülönbségek jöhetnek létre, mint a kezelések hatására. A környezetkímélő tápanyag-gazdálkodás megköveteli a tápanyagok eltérő érvényesülésének figyelembevételét.A termésadatok átengedéséért köszönet az OMTK Hálózati Tanács elnökének, titkárának, és valamennyi kísérletfelelősnek.

Download Full-text