Emisiones de gases de efecto invernadero y protección del carbono orgánico del suelo en secanos Mediterráneos: efectos del laboreo y de la estrategia de fertilización

Abstract

L’objectiu principal d’aquest estudi fou la quantificació de l’efecte de diferents tipus de conreu del sòl i tipus i dosis de fertilització nitrogenada sobre l’emissió de gasos d’efecte hivernacle (CH4, CO2 i N2O) del sòl a l’atmosfera i l’agregació del sòl com a mecanisme de protecció del carboni orgànic en agroecosistemes de secà semiàrid Mediterranis. Per tal d’assolir aquest objectiu es varen plantejar cinc camps experimentals on s’hi comparaven sistemes de conreu (sembra directa i conreu intensiu) i tipus (minerals i orgànics) i dosis de fertilitzants nitrogenats, localitzats al centre i l’est de la vall de l’Ebre. A Agramunt (Lleida, establert l’any 1996) i Senés de Alcubierre (Huesca, establert l’any 2010) s’hi van quantificar les emissions de CO2, CH4 i N2O al llarg de dos i tres anys, respectivament, els estocs de C i N orgànics del sòl i el rendiment de collita i es va calcular l’emissió d’equivalents de CO2 per kg de gra produït. Alhora, a Agramunt es va determinar la proporció de macroagregats i microagregats estables a l’aigua i la concentració de C d’ambdós així com la d’altres fraccions del sòl. D’altra banda, en un altre experiment a Agramunt es va establir una cronoseqüència de sembra directa de cinc fases amb 0, 1, 4, 11 i 20 anys, en les que es va determinar la distribució d’agregats estables a l’aigua i tamisats en sec i la seva concentració de C orgànic. A St. Martí Sesgueioles (Barcelona, establert l’any 2007) s’hi van comparar dosis creixents de fertilitzant mineral en un maneig del sòl en sembra directa. A Conill (Barcelona, establert l’any 2008) es va estudiar l’aplicació de purí porcí a dos dosis de N, gallinassa i un tractament control també sota sembra directa. En ambdós experiments es va realitzar un seguiment de la dinàmica temporal de l’agregació del sòl, la protecció del carboni en els agregats i el carboni de la biomassa microbiana durant dos campanyes de cultiu. Finalment, es va realitzar una incubació de macroagregats per a observar l’impacte del tipus de conreu i del tipus de fertilització (mineral i orgànica amb purí porcí) sobre la producció de CH4, CO2 i N2O. En general, els sistemes de conreu i el maneig de la fertilització nitrogenada van afectar les emissions de gasos d’efecte hivernacle del sòl a l’atmosfera i, en el cas del conreu, l’estabilització física del carboni orgànic del sòl. Així, per als sistemes de conreu, en l’experiment de curt termini, sota sembra directa es van generar unes majors emissions de N2O i CO2 i una menor oxidació del CH4 que en conreu intensiu. No obstant, al comparar-los a llarg termini, ambdós sistemes de conreu van presentar la mateixa emissió de N2O i la oxidació del CH4 va ser major en sembra directa, fets que també es van observar a l’incubar els macroagregats. Alhora, a l’augmentar el nombre d’anys sota sembra directa, el sòl va presentar una major proporció de macroagregats estables i una major formació de microagregats d’elevada concentració de C. Pel que fa a l’impacte de la fertilització nitrogenada sobre l’emissió de gasos d’efecte hivernacle, l’aplicació de dosis creixents de N tan orgànic com mineral va provocar un augment de la emissió de N2O del sòl. En canvi, per a una mateixa dosi, aquests dos tipus de fertilitzant van emetre una quantitat de N2O similar. D’altra banda, la fertilització nitrogenada mineral no va millorar la protecció del C en els agregats del sòl mentre que la orgànica només va promoure un lleu increment en l’estabilitat d’aquests. Als secans semiàrids Mediterranis, la combinació de l’ús de la sembra directa i la fertilització amb dosis mitjanes de purí porcí és una estratègia de maneig òptima ja que minimitza les emissions de gases d’efecte hivernacle i manté la productivitat del cultiu. Alhora, ambdues pràctiques milloren l’estabilitat dels agregats, maximitzant la quantitat de carboni orgànic segrestat i millorant l’estat estructural del sòl.

El objetivo principal de este estudio fue cuantificar el efecto de diferentes tipos de laboreo del suelo y dosis de fertilización nitrogenada sobre la emisión de gases de efecto invernadero (CH4, CO2 y N2O) del suelo a la atmosfera y la agregación del suelo como mecanismo de protección del carbono orgánico en agroecosistemas de secano semiárido Mediterráneo. Para alcanzar este objetivo se plantearon cinco campos experimentales en los que se comparaban sistemas de laboreo (siembra directa y laboreo intensivo) y tipos (minerales y orgánicos) y dosis de fertilizantes nitrogenados, localizados en el centro y el este del valle del Ebro. En Agramunt (Lleida, establecido el año 1996) y Senés de Alcubierre (Huesca, establecido el año 2010) se cuantificaron las emisiones de CO2, CH4 y N2O a lo largo de dos y tres años, respectivamente, los stocks de C y N orgánicos del suelo y el rendimiento de cosecha y se calculó la emisión de equivalentes de CO2 per kg de grano producido. Además, en Agramunt se determinó la proporción de macroagregados y microagregados estables al agua y la concentración de C de ambos así como otras fracciones del suelo. Por otro lado, en otro experimento en Agramunt se estableció una cronosecuencia de siembra directa de cinco fases con 0, 1, 4, 11 y 20 años, en las que se determinó la distribución de agregados estables al agua y tamizados en seco y su concentración de C orgánico. En St. Martí Sesgueioles (Barcelona, establecido el año 2007) se compararon dosis crecientes de fertilizantes mineral en un manejo del suelo en siembra directa. En Conill (Barcelona, establecido el año 2008) se estudió la aplicación de purín a dos dosis de N, gallinaza y un tratamiento control también bajo siembra directa. En ambos experimentos se realizó un seguimiento de la dinámica temporal de la agregación del suelo, la protección del carbono en los agregados y el carbono de la biomasa microbiana durante dos campañas de cultivo. Finalmente, se realizó una incubación de macroagregados para observar el impacto del tipo de laboreo y del tipo de fertilización (mineral y orgánica con purín porcino) sobre la producción de CH4, CO2 y N2O. En general, los sistemas de laboreo y el manejo de la fertilización nitrogenada afectaron las emisiones de gases de efecto invernadero del suelo a la atmosfera y, en el caso del laboreo, la estabilización física del carbono orgánico del suelo. Así, para los sistemas de laboreo, en el experimento de corto plazo, bajo siembra directa se generaron unas mayores emisiones de N2O y CO2 y una menor oxidación del CH4 que en laboreo intensivo. No obstante, al compararlos a largo plazo, ambos sistemas de laboreo presentaron la misma emisión de N2O y la oxidación de CH4 fue mayor en siembra directa, hechos que también se observaron al incubar los macroagregados. Además, al aumentar el número de años bajo siembra directa, el suelo presentó una mayor proporción de macroagregados estables y una mayor formación de microagregados de elevada concentración de C. Por lo que respecta al impacto de la fertilización nitrogenada sobre la emisión de gases de efecto invernadero, la aplicación de dosis crecientes de N tanto orgánico como mineral provocó un aumento de la emisión de N2O del suelo. En cambio, para una misma dosis, estos dos tipos de fertilizante emitieron una cantidad de N2O similar. Por otro lado, la fertilización nitrogenada mineral no mejoró la protección del C en los agregados del suelo mientras que la orgánica solo promovió un leve incremento en la estabilidad de éstos. En los secanos semiáridos Mediterráneos, la combinación del uso de la siembra directa y la fertilización con dosis medias de purín porcino es una estrategia de manejo óptima ya que minimiza las emisiones de gases de efecto invernadero y mantiene la productividad del cultivo. Además, ambas prácticas mejoran la estabilidad de los agregados, maximizando la cantidad de carbono orgánico secuestrado y mejorando el estado estructural del suelo.

The main objective of this study was the quantification of the effects of different types of soil tillage and types and rates of nitrogen fertilization on the emission of soil greenhouse gases (CH4, CO2 and N2O) to the atmosphere and the soil aggregation as an organic carbon protection mechanism in the dryland semiarid Mediterranean agroecosystems. In order to achieve that objective five experimental fields were established comparing different tillage systems (notillage and intensive tillage) and types (mineral and organic) and rates of nitrogen fertilizers, localized in the center and East of the Ebro Valley. In Agramunt (Lleida, established in 1996) and Senés de Alcubierre (Huesca, established in 2010) CO2, CH4 and N2O emissions were quantified during two and three years, respectively. Soil organic C and N stocks, crop yield and the emission of CO2 equivalents per kg of grain produced were also determined. Moreover, in Agramunt, water-stable macroaggregates, microaggregates within macroaggregates and their C concentration and other different soil fractions were quantified. In turn, in another experiment in Agramunt a no-tillage chronosequence with 0, 1, 4, 11, 20 years was established and the water-stable and dry-sieved aggregates distributions and their C concentration were determined. In St. Martí Sesgueioles (Barcelona, established in 2007) increasing rates of mineral fertilizer under no-tillage were compared. In Conill (Barcelona, established in 2008) the application of pig slurry at two N rates, poultry manure and a control treatment under a no-tillage management were studied. In both experiments the soil aggregation dynamics, the C protection within aggregates and their C concentration and the microbial biomass carbon were analyzed during two cropping seasons. Finally, an incubation of macroaggregates was carried out in order to study the impact of the type of tillage and fertilizer (mineral and organic with pig slurry) on the production of CH4, CO2 and N2O. In general, tillage systems and nitrogen fertilizer management affected the emissions of soil greenhouse gases to the atmosphere while tillage also impacted the physical stabilization of organic carbon. In the case of tillage system, in the short-term experiment, greater N2O and CO2 emissions and lower CH4 oxidation were observed. However, in the long-term, both tillage systems presented the same N2O emission and the CH4 oxidation was greater under no-tillage, aspects that were also observed in the macroaggregate incubation. Moreover, the soil presented a greater proportion of water-stable macroaggregates and greater C-enriched microaggregates within those macroaggregates when increasing the number of years under no-tillage. In the case of the impact of the nitrogen fertilization on the greenhouse gases emission, the application of increasing N rates by both organic and mineral sources increased the soil N2O emission. As a difference, for a given N rate, similar amount of soil N2O was quantified for both fertilizer types. The mineral nitrogen fertilization did not improve the C protection within soil aggregates while the organic fertilization caused a low increase in their stability. In the dryland semiarid agroecosystems of the Mediterranean, the combination of no-tillage and fertilization with medium N rates of pig slurry is an optimum strategy in terms of greenhouse gases minimization and maintenance of crop productivity. Moreover, both practices improve the aggregate stability maximizing the amount of organic carbon protected and improving soil structure.