Diminuição contínua da matéria orgânica do solo, apesar do aumento da produtividade das plantas em 80

Communications Earth & Environment volume 4, Artigo número: 251 (2023) Citar este artigo

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O objetivo deste estudo foi compreender como oito décadas de preparo do solo afetaram a dinâmica dos elementos do solo. Medimos as propriedades químicas do solo e a proporção 14C:12C (Δ14C) de carbono orgânico em um dos mais antigos experimentos em terras agrícolas da Europa com diferentes níveis de adição de fósforo. Os estoques de fósforo total e orgânico do solo nos 20 cm superiores não diferiram significativamente entre os tratamentos controle e de adição de fósforo após 80 anos, indicando absorção de fósforo pelas plantas do subsolo. O rendimento das colheitas aumentou de 220 g de peso seco m-2 em 1936 para mais de 500 g de peso seco m-2 na década de 2010. Os estoques de carbono orgânico total e fósforo orgânico total do solo diminuíram 13,7% e 11,6%, respectivamente, nos 20 cm superiores dos solos durante o experimento, independentemente da adição de fósforo. Com base na modelagem de Δ14C, mostramos que o tempo médio de trânsito do carbono no solo foi inferior a 10 anos, indicando que uma grande parte das entradas de carbono no solo é rapidamente respirada. Nossos resultados sugerem que a prática agrícola atual neste experimento de longo prazo não é sustentável porque levou a uma diminuição contínua da matéria orgânica do solo nas últimas décadas, apesar do aumento na produtividade das plantas.

A gestão agrícola a longo prazo deve garantir que a fertilidade do solo não seja comprometida, a fim de cumprir as metas de sustentabilidade. A maioria dos estudos sobre a sustentabilidade da agricultura considerou a ciclagem dos elementos do solo ou o rendimento das culturas, mas poucos estudos avaliaram a sustentabilidade dos agroecossistemas ao longo de várias décadas combinando estes dois aspectos (com excepção de alguns estudos de modelização, na sua maioria1,2). Além disso, há pouco conhecimento baseado em observação sobre os efeitos a longo prazo da lavoura na biogeoquímica do solo e na produtividade das plantas, uma vez que a maioria das experiências só foram conduzidas ao longo de períodos de anos até algumas décadas. Portanto, os poucos experimentos de campo de longo prazo existentes que foram mantidos por mais de meio século podem fornecer informações muito valiosas sobre os efeitos de longo prazo do preparo do solo, da aplicação de fertilizantes e da remoção de biomassa nas propriedades e rendimentos do solo, o que é importante como base para o desenvolvimento de práticas agrícolas sustentáveis3,4.

Em alguns experimentos de longo prazo em terras agrícolas, descobriu-se que os estoques totais de carbono orgânico (COT) do solo diminuíram ao longo das décadas, independentemente da aplicação de fertilizantes orgânicos ou inorgânicos; por exemplo, na Suíça, na Experiência de Fertilização Orgânica de Zurique5 ou na experiência em Woburn, perto de Rothamsted, Reino Unido6. As principais razões para estas diminuições parecem ser a conversão anterior dos locais em terras agrícolas que levam a alterações nas entradas de matéria orgânica em combinação com a destruição de agregados causada pela aragem repetida, o que aumenta a taxa de decomposição7,8,9. Já em outros experimentos constatou-se que os estoques de COT diminuíram apenas no tratamento controle que não recebeu nutrientes, mas aumentaram nos tratamentos com aplicação de nutrientes inorgânicos (e sem adição de matéria orgânica); por exemplo, no experimento Bad Lauchsted, Alemanha10,11. Estas diferenças entre as parcelas de controlo e as parcelas fertilizadas são provavelmente causadas por diferenças nas entradas de matéria orgânica das plantas no solo, resultantes de diferenças na produtividade das plantas.

Os resultados relativos ao efeito da aplicação de fósforo inorgânico (P) nos estoques de COT do solo são bastante ambivalentes. A aplicação de P muitas vezes aumenta a produtividade das plantas e, portanto, pode-se esperar que aumente os estoques de COT, especialmente se adicionado junto com nitrogênio, como no experimento de Bad Lauchsted11 ou no experimento de longo prazo em La Estanzuela, Uruguai12,13. No entanto, em alguns experimentos, não foi observado efeito significativo da aplicação de fertilizantes fosfatados sobre os estoques de COT no solo, como no Experimento de Fertilização Orgânica de Zurique5. Além disso, um estudo recente de um experimento de longo prazo em uma pastagem relatou que décadas de fertilização com P inorgânico aumentaram a decomposição da matéria orgânica do solo (MOS)14. Além disso, a fertilização inorgânica com P sob limitação de nitrogênio esgotou os estoques de COT do solo em vários experimentos suecos de longo prazo . A razão para isso pode ser que a adição de fosfato ao solo pode causar a dessorção da MOS adsorvida, que fica assim disponível para decomposição microbiana .

0.05; Figs. 1f and 3b), which suggests that the crops (in the control treatment) took up P from the soil below 20 cm. The small and not significant difference in TP of 17 g m−2 between the control and the P treatments makes up only about 20% of the P that has been removed with the harvest over 80 years. Hence, substantial plant P uptake from the soil must occur below 20 cm. Plant P uptake from below 20 cm seems likely given that the soil P content increases strongly below 25 cm31, which is related to the two different parent materials of the soil31,32. This finding calls into question the conclusion of a recent analysis on P fertilization trials, stating that the majority of P taken up by plants originates from the topsoil33./p> 0.05; Fig. 1b), indicating that increased plant productivity resulting from P fertilization (Fig. 3) had no significant effect on TOC stocks and organic C incorporation. The reason why we did not observe a decrease in TOC due to P application, as observed in other experiments15,35,36, might be that the effect of phosphate addition on desorption of SOM plays only a subordinate role in soils in which SOM is largely stabilized by sorption to clay minerals and not to iron and aluminum oxides. This is supported by the fact that a negative effect of phosphate addition on organic matter sorption has been mostly observed in soils containing high concentrations of positively charged iron and aluminum oxides or allophanes, i.e., ferralsols, podzols, and andosols, but less in soils strongly dominated by clay minerals17,37./p>50 years) agricultural experiments are crucial to understand element cycling in the plant-soil system over time-scales relevant for sustainable development of agroecosystems./p>