Influence of Organic and Mineral Fertilizers on Soil Organic Carbon and Crop Productivity under Different Tillage Systems: A Meta-Analysis

Resumo

O uso intensivo de fertilizantes minerais (M) pode prejudicar o ambiente por lixiviação ou emissão de gases de efeito estufa, destruir a fertilidade do solo em consequência da perda de matéria orgânica e, devido ao alto preço, ser economicamente inviável para os produtores. É amplamente aceito que os fertilizantes orgânicos (O) podem enfrentar desafios urgentes da agricultura moderna, embora os agricultores precisem ampliar seus conhecimentos para aplicá-los em programas de adubação. Adotou-se uma abordagem de meta-análise para avaliar os efeitos, sobre o carbono orgânico do solo (COS) e a produtividade das culturas, de fertilizantes O aplicados isoladamente ou em combinação com fertilizantes minerais (MO), sob preparo convencional (PC), preparo reduzido (PR) e plantio direto (PD). A análise considerou diferentes condições climáticas, propriedades do solo, espécies cultivadas e manejo de irrigação. Os fertilizantes orgânicos influenciaram positivamente o aumento do COS em comparação aos M (12,9% em média), com valores mais altos sob PD (20,6%). Os resultados evidenciaram a necessidade de sistemas flexíveis e específicos para cada ambiente ao considerar a fertilização orgânica sob diferentes sistemas de preparo. Da mesma forma, a aplicação MO apresentou melhor resposta produtiva em PC e PR em solos de textura grossa, em comparação ao fertilizante M aplicado isoladamente (13,4 e 12,7% em média, respectivamente), enquanto em solos de textura média PC e PR produziram mais que PD sob fertilizantes O (9,5 e 11,2 vs. 2,5%, respectivamente). Entre as espécies cultivadas, as leguminosas tiveram melhor desempenho com fertilizantes O do que com M (15,2% em média), enquanto entre as demais espécies poucas diferenças foram detectadas entre os programas de adubação. Em sistemas irrigados, PR e PD resultaram em maior produtividade que PC, especialmente nos tratamentos MO (9,2 vs. 3,4% em média, respectivamente). Os resultados destacaram a importância dos fatores ambientais e agronômicos e como sua compreensão pode afetar o impacto dessas práticas conservacionistas sobre a produtividade, visando melhorar a sustentabilidade dos sistemas de produção em cada região.

Abstract

The intensive use of mineral (M) fertilizers may cause harm the environment via leaching or greenhouse gas emissions, destroy soil fertility as a consequence of loss of soil organic matter, and, due to their high price, they are economically unviable for producers. It is widely accepted that organic (O) fertilizers may deal with pressing challenges facing modern agriculture, even if farmers need to improve their knowledge for applying in fertilization programs. A meta-analysis approach has been adopted to evaluate the effects on soil organic carbon (SOC) and crop yield of O fertilizers, applied alone or in combination with mineral fertilizers (MO) under conventional (CT), reduced (RT), and no-tillage (NT) regimes. The analysis was performed in different climatic conditions, soil properties, crop species, and irrigation management. Organic fertilizers have a positive influence in increasing SOC compared with M (on average 12.9%), even if high values were observed under NT (20.6%). The results highlighted the need for flexible and environment-specific systems when considering organic fertilization subjected to different tillage regimes. Similarly, MO application showed a better crop yield response in CT and RT under coarse soils when compared with M fertilizer applied alone (on average 13.4 and 12.7%, respectively), while in medium-textured soils, CT and RT yielded better than NT under O fertilizers (9.5 and 11.2 vs. 2.5%, respectively). Among the crop species, legumes performed better when O fertilizers were adopted than M fertilizers (on average 15.2%), while among the other crop species, few differences were detected among the fertilization programs. Under irrigated systems, RT and NT led to higher productivity than CT, especially under MO treatments (on average 9.2 vs. 3.4%, respectively). The results highlighted the importance of the environmental and agronomical factors and how their understanding could affect the impact of these conservation farming practices on crop productivity to improve the sustainability of the farming system in a specific region.