Diminuzione continua della materia organica nel suolo nonostante l'aumento della produttività delle piante in un 80

Comunicazioni Terra e Ambiente volume 4, numero articolo: 251 (2023) Citare questo articolo

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L’obiettivo di questo studio era comprendere come otto decenni di lavorazione del terreno abbiano influenzato la dinamica degli elementi del suolo. Abbiamo misurato le proprietà chimiche del suolo e il rapporto 14C:12C (Δ14C) del carbonio organico in uno dei più antichi esperimenti sui terreni coltivati ​​in Europa con diversi livelli di aggiunta di fosforo. Le scorte di fosforo totale e organico nel suolo nei 20 cm più alti non differivano significativamente tra il controllo e i trattamenti di aggiunta di fosforo dopo 80 anni, indicando l'assorbimento di fosforo da parte delle piante dal sottosuolo. Le rese dei raccolti sono aumentate da 220 g di peso secco m−2 nel 1936 a più di 500 g di peso secco m−2 negli anni 2010. Le scorte di carbonio organico totale e di fosforo organico totale nel suolo sono diminuite rispettivamente del 13,7% e dell'11,6% nei 20 cm più alti del suolo durante l'esperimento, indipendentemente dall'aggiunta di fosforo. Sulla base del modello di Δ14C, mostriamo che il tempo medio di transito del carbonio nel suolo era inferiore a 10 anni, indicando che gran parte degli input di carbonio nel suolo vengono rapidamente respirati. I nostri risultati suggeriscono che l’attuale pratica agricola in questo esperimento a lungo termine non è sostenibile perché ha portato a una continua diminuzione della materia organica nel suolo negli ultimi decenni, nonostante l’aumento della produttività delle piante.

La gestione agricola a lungo termine deve garantire che la fertilità del suolo non sia compromessa per raggiungere gli obiettivi di sostenibilità. La maggior parte degli studi sulla sostenibilità dell’agricoltura hanno preso in considerazione il ciclo degli elementi del suolo o le rese delle colture, ma pochi studi hanno valutato la sostenibilità degli agroecosistemi per diversi decenni combinando questi due aspetti (ad eccezione di alcuni studi per lo più modellistici1,2). Inoltre, c’è solo poca conoscenza basata sull’osservazione sugli effetti a lungo termine della lavorazione del terreno sulla biogeochimica del suolo e sulla produttività delle piante poiché la maggior parte degli esperimenti sono stati condotti solo per periodi di anni fino a pochi decenni. Pertanto, i pochi esperimenti sul campo a lungo termine esistenti, che sono stati condotti per più di mezzo secolo, possono fornire informazioni molto preziose sugli effetti a lungo termine della lavorazione del terreno, dell’applicazione di fertilizzanti e della rimozione della biomassa sulle proprietà e sui rendimenti del suolo, il che è importante in quanto base per lo sviluppo di pratiche agricole sostenibili3,4.

In alcuni esperimenti a lungo termine sui terreni coltivati, è stato riscontrato che le scorte di carbonio organico totale (TOC) del suolo diminuivano nel corso di decenni, indipendentemente dall'applicazione di fertilizzanti organici o inorganici; ad esempio in Svizzera nell'esperimento di fertilizzazione organica di Zurigo5 o nell'esperimento di Woburn vicino a Rothamsted, nel Regno Unito6. Le ragioni principali di queste diminuzioni sembrano essere la precedente conversione dei siti in terreni coltivati ​​che ha portato a cambiamenti negli input di materia organica in combinazione con la distruzione degli aggregati causata dall'aratura ripetuta, che aumenta il tasso di decomposizione7,8,9. Tuttavia, in altri esperimenti si è riscontrato che le scorte di TOC diminuivano solo nel trattamento di controllo che non riceveva nutrienti, ma aumentavano nei trattamenti con applicazione di nutrienti inorganici (e senza aggiunta di sostanza organica); per esempio nell'esperimento Bad Lauchsted, Germania10,11. Queste differenze tra appezzamenti di controllo e appezzamenti fertilizzati sono probabilmente causati da differenze negli input di materia organica delle piante nel suolo, derivanti da differenze nella produttività delle piante.

I risultati riguardanti l’effetto dell’applicazione di fosforo inorganico (P) sugli stock di TOC nel suolo sono piuttosto ambivalenti. L'applicazione di P spesso aumenta la produttività delle piante e quindi è prevedibile che aumenti le scorte di TOC, in particolare se aggiunto insieme all'azoto, come nell'esperimento di Bad Lauchsted11 o nell'esperimento a lungo termine a La Estanzuela, Uruguay12,13. Tuttavia, in alcuni esperimenti, non è stato osservato alcun effetto significativo dell’applicazione di fertilizzanti P sulle scorte di TOC nel suolo, come nell’esperimento di fertilizzazione organica di Zurigo5. Inoltre, un recente studio di un esperimento a lungo termine in un sito di prateria ha riportato che decenni di fertilizzazione con P inorganico hanno aumentato la decomposizione della materia organica del suolo (SOM)14. Inoltre, la fertilizzazione inorganica con fosforo con limitazione di azoto ha impoverito le scorte di TOC nel suolo in diversi esperimenti svedesi a lungo termine15. La ragione di ciò potrebbe essere che l'aggiunta di fosfato al terreno può causare il desorbimento della SOM adsorbita, che viene quindi resa disponibile per la decomposizione microbica16,17.