Soil organic carbon dynamics and carbon sequestration in a semiarid Mediterranean agroecosystem: effects of conservation tillage and nitrogen fertilization

Abstract

[EN] This work studied the effects of long term adoption of tillage practices (NT, no-tillage; MT, minimum tillage; CT, conventional tillage) and nitrogen (N) fertilization level (zero; medium, 60 kg N ha-1; high, 120 kg N ha-1) on the SOC balance and the content of SOC. Below- and above-ground C inputs were quantified during three growing seasons, 10 to 13 years after the establishment of the experiment. During the same period, soil CO2 flux was evaluated, together with the assessment of its components and the determination of C outputs. During the study period, C inputs were increased under NT and with medium and high N fertilization. Meanwhile C outputs were increased under NT, but less affected by N fertilization. Determination of the stock of SOC at the end of the evaluation period suggests that increased C outputs under NT were offset with increased C inputs, allowing the content of SOC to increase by 4.3 and 3.9 Mg C ha-1 in comparison to MT and CT respectively. Long-term medium and high N fertilization increased the stock of SOC by 3.4 and 4.5 Mg C ha-1 in contrast to unfertilized plots. Long-term adoption of conservation tillage practices (no-tillage) together with adequate N fertilizer use, proved to be effective tools to improve sustainability of semiarid Mediterranean drylands and to store C in the soil.

[ES] Este trabajo estudió los efectos de la adopción a largo plazo de sistemas de laboreo (NT, no-laboreo; MT, laboreo minimo; CT, laboreo convencional) y del nivel de fertilización nitrogenada (cero; medio, 60 kg N ha-1; alto, 120 kg N ha-1) en el balance de C del suelo y el contenido de SOC. Se cuantificaron las entradas de C en los residuos de la parte aérea y subterránea del cultivo durante tres ciclos de cultivo, entre 10 y 13 años después del establecimiento del experimento. Durante este mismo período, se evaluó el flujo de CO2 del suelo, junto con el estudio de sus componentes y la determinación de las salidas de C. Durante el período de estudio, las entradas de C aumentaron bajo NT y con niveles medios y altos de fertilización nitrogenada. Simultáneamente las salidas de C aumentaron bajo NT y fueron ligeramente afectadas por la fertilización nitrogenada. La determinación del contenido de SOC al final del período de estudio, sugiere que el aumento de las salidas de C fue compensado con mayores entradas de C, permitiendo que el contenido de SOC aumentara en 4.3 y 3.9 Mg C ha-1 bajo NT con respecto a MT y CT. Niveles medios y altos de fertilización nitrogenada aumentaron el contenido de SOC en 3.4 y 4.5 Mg C ha-1 con respecto al contenido en las parcelas no fertilizadas. La adopción a largo plazo de prácticas de laboreo de conservación (no-laboreo o siembra directa), junto con el uso adecuado de la fertilitzación nitrogenada demostraron ser herramientas para mejorar la sostenibilidad de los secanos semiáridos Mediterráneos, y almacenar C en el suelo.

[CA] Aquest treball estudia els efectes de l’adopció a llarg termini de sistemes de conreu (NT, sembra directa; MT, mínim conreu CT, conreu convencional) i del nivell de fertilizació nitrogenada (zero; mitjà, 60 kg N ha-1; alt, 120 kg N ha-1) al balanç de C del sòl i el contingut de SOC. Es van quantificar les entrades de C en els residus del cultiu (foliar i radicular) durant tres cicles de cultiu, entre 10 i 13 anys després del establiment de l’experiment. Durant aquest període, es va avaluar el flux de CO2 del sòl, juntament amb l’estudi dels seus components i la determinació de les sortides de C. Durant el període de estudi, les entrades de C van augmentar amb NT i amb nivells mitjos i alts de fertilització nitrogenada. Simultàniament les sortides de C van augmentar amb NT i van ser lleugerament afectades per la fertilització nitrogenada. La determinació del contingut de SOC al final del període d´estudi, suggereix que l´augment de les entrades C inputs estigués compensat amb majors entrades de C, permetent que el contingut de SOC augmentara finalment 4.3 i 3.9 Mg C ha-1 sota NT repecte a MT i CT. Nivells mitjans i alts de fertilització nitrogenada augmentaren el contingut de SOC en 3.4 i 4.5 Mg C ha-1 respecte al contingut a les parcel•les no fertilitzades. L´adopció a llarg termini de pràctiques de conreu de conservació (sembra directa), juntament amb l’ús adequat de la fertilització nitrogenada van demostrar ser eines per a millorar la sostenibilitat dels nostres secans, i emmagatzemar C al sòl.