The Myth of Nitrogen Fertilization for Soil Carbon Sequestration

Resumo

O uso intensivo de fertilizantes nitrogenados na agricultura moderna é motivado pelo valor econômico dos altos rendimentos de grãos e é geralmente percebido como sequestrador de carbono orgânico do solo pelo aumento da entrada de resíduos das culturas. Esta percepção está em desacordo com um século de dados de carbono orgânico do solo relatados aqui para as “Morrow Plots”, o local experimental mais antigo do mundo sob cultivo contínuo de milho (Zea mays L.). Após 40 a 50 anos de fertilização sintética que excedeu a remoção de nitrogênio (N) pelos grãos em 60 a 190%, ocorreu um declínio líquido no C do solo, apesar da incorporação cada vez mais massiva de C dos resíduos, sendo o declínio mais extenso para uma rotação milho-soja (Glycine max L. Merr.) ou milho-aveia (Avena sativa L.)-feno do que para o milho contínuo e de maior intensidade para o perfil (0–46 cm) do que para o solo superficial. Esses achados implicam o fertilizante N na promoção da decomposição dos resíduos das culturas e da matéria orgânica do solo e são consistentes com dados de numerosos experimentos de cultivo envolvendo fertilização N sintética no “Cinturão do Milho” dos EUA e em outros lugares, embora não com a interpretação geralmente fornecida. Há implicações importantes para o sequestro de C no solo porque a entrada de fertilizante N baseada no rendimento tem comumente excedido a remoção de N pelos grãos para a produção de milho em solos férteis desde a década de 1960. Para mitigar as consequências contínuas da deterioração do solo, do enriquecimento de CO₂ atmosférico e da poluição de águas subterrâneas e superficiais por NO₃⁻, a fertilização com N deve ser gerenciada por avaliação específica do local da disponibilidade de N do solo. As práticas atuais de manejo de fertilizantes N, se combinadas com a remoção de palha de milho para produção de bioenergia, exacerbam a perda de C do solo.

Abstract

Intensive use of N fertilizers in modern agriculture is motivated by the economic value of high grain yields and is generally perceived to sequester soil organic C by increasing the input of crop residues. This perception is at odds with a century of soil organic C data reported herein for the Morrow Plots, the world’s oldest experimental site under continuous corn (Zea mays L.). After 40 to 50 yr of synthetic fertilization that exceeded grain N removal by 60 to 190%, a net decline occurred in soil C despite increasingly massive residue C incorporation, the decline being more extensive for a corn–soybean (Glycine max L. Merr.) or corn–oats (Avena sativa L.)–hay rotation than for continuous corn and of greater intensity for the profile (0–46 cm) than the surface soil. These findings implicate fertilizer N in promoting the decomposition of crop residues and soil organic matter and are consistent with data from numerous cropping experiments involving synthetic N fertilization in the USA Corn Belt and elsewhere, although not with the interpretation usually provided. There are important implications for soil C sequestration because the yield‐based input of fertilizer N has commonly exceeded grain N removal for corn production on fertile soils since the 1960s. To mitigate the ongoing consequences of soil deterioration, atmospheric CO2 enrichment, and NO3− pollution of ground and surface waters, N fertilization should be managed by site‐specific assessment of soil N availability. Current fertilizer N management practices, if combined with corn stover removal for bioenergy production, exacerbate soil C loss.