Management of cover crops in temperate climates influences soil organic carbon stocks: a meta-analysis
Resumo
Aumentar a quantidade e a qualidade da produção de biomassa vegetal no espaço e no tempo pode melhorar a capacidade dos agroecossistemas de capturar e armazenar carbono atmosférico (C) no solo. O plantio de cobertura é uma prática fundamental para aumentar a produtividade primária líquida (PPL) do sistema e aumentar a quantidade de resíduos vegetais de alta qualidade disponíveis para integração na matéria orgânica do solo (MOS). No entanto, o manejo do plantio de cobertura e as condições ambientais locais influenciam a magnitude da variação do estoque de carbono no solo. Aqui, usamos uma abordagem de meta-análise abrangente para quantificar o efeito das culturas de cobertura nos estoques de C do solo de 0 a 30 cm de profundidade em climas temperados e para identificar os principais fatores de manejo e ecológicos que afetam a variação nessa resposta. Um total de 40 publicações com 181 observações foram incluídas na meta-análise, representando seis países em três continentes diferentes. No geral, as culturas de cobertura tiveram um forte efeito positivo nos estoques de carbono do solo (P < 0,0001), levando a um aumento de 12%, com uma média de 1,11 Mg C/ha a mais de carbono no solo em relação a um controle sem cultura de cobertura. Os preditores mais fortes da resposta do COS ao plantio de culturas de cobertura foram a data de plantio e término (ou seja, janela de cultivo), a produção anual de biomassa da cultura de cobertura e o teor de argila do solo. As culturas de cobertura plantadas como cobertura contínua ou plantadas e terminadas no outono levaram a um aumento de 20 a 30% nos estoques totais de carbono do solo em relação a outras janelas de cultivo de culturas de cobertura. Da mesma forma, a alta produção anual de biomassa das culturas de cobertura (>7 Mg·ha−1·ano−1) resultou em um aumento de 30% nos estoques totais de carbono do solo em comparação com níveis mais baixos de produção de biomassa. O gerenciamento para obter maior PPL, melhorando a sincronização nas janelas de cultivo de culturas de cobertura e no clima, aumentará a capacidade dessa prática de reduzir o dióxido de carbono (CO2) da atmosfera em todos os agroecossistemas. A integração da janela de cultivo (potencialmente como um proxy para o crescimento da biomassa), do clima e dos fatores do solo em ferramentas de apoio à decisão é relevante para melhorar a quantificação da mudança no estoque de carbono do solo sob culturas de cobertura, particularmente com a expansão dos mercados de carbono do solo terrestre.
Abstract
Increasing the quantity and quality of plant biomass production in space and time can improve the capacity of agroecosystems to capture and store atmospheric carbon (C) in the soil. Cover cropping is a key practice to increase system net primary productivity (NPP) and increase the quantity of high-quality plant residues available for integration into soil organic matter (SOM). Cover crop management and local environmental conditions, however, influence the magnitude of soil C stock change. Here, we used a comprehensive meta-analysis approach to quantify the effect of cover crops on soil C stocks from the 0–30 cm soil depth in temperate climates and to identify key management and ecological factors that impact variation in this response. A total of 40 publications with 181 observations were included in the meta-analysis representing six countries across three different continents. Overall, cover crops had a strong positive effect on soil C stocks (P < 0.0001) leading to a 12% increase, averaging 1.11 Mg C/ha more soil C relative to a no cover crop control. The strongest predictors of SOC response to cover cropping were planting and termination date (i.e., growing window), annual cover crop biomass production, and soil clay content. Cover crops planted as continuous cover or autumn planted and terminated led to 20–30% greater total soil C stocks relative to other cover crop growing windows. Likewise, high annual cover crop biomass production (>7 Mg·ha−1·yr−1) resulted in 30% higher total soil C stocks than lower levels of biomass production. Managing for greater NPP by improving synchronization in cover crop growing windows and climate will enhance the capacity of this practice to drawdown carbon dioxide (CO2) from the atmosphere across agroecosystems. The integration of growing window (potentially as a proxy for biomass growth), climate, and soil factors in decision-support tools are relevant for improving the quantification of soil C stock change under cover crops, particularly with the expansion of terrestrial soil C markets.
S. C. McClelland
K. Paustian
M. E. Schipanski
2020 - Ecological Applications
