Bio-based fertilizers can reach agronomic performance of synthetic fertilizer in broccoli production under two climate scenarios

Resumo

Os fertilizantes de base biológica (FBBs) fazem parte do modelo de economia circular para a Europa alcançar a neutralidade climática até 2050, desacoplando o crescimento econômico da exaustão de recursos e mantendo a produção agronômica dentro dos limites planetários. Aqui, um experimento tipo Ecotron avaliou o desempenho agronômico e as emissões de gases de efeito estufa (N2O, CO2) de quatro FBBs em comparação com um fertilizante sintético (SYN) na produção de brócolis sob um cenário climático de referência histórico e um futuro cenário RCP8.5 para a Bélgica. Parâmetros de produção agrícola, como eficiências de uso de elementos e produtividade, foram similares ou menores para plantas que receberam FBBs em comparação com SYN no clima de referência, mas similares ou maiores para FBBs em comparação com SYN no clima futuro. Mecanisticamente, os sistemas de cultivo com FBBs se beneficiaram de uma maior atividade microbiana do solo em comparação com SYN em ambos os climas (medida como hidrólise do diacetato de fluoresceína), mas concomitantemente também tiveram maiores emissões de GEE. O risco de lixiviação de nitrato foi indiferente entre os fertilizantes, mas aumentou globalmente no clima futuro com mudanças mais intensas entre seca e chuva. Embora esses resultados apoiem os FBBs como alternativas agronômicas ao SYN, mais pesquisas são necessárias para abordar as perdas de produtividade induzidas pelo clima, que foram observadas para todos os fertilizantes (FBBs e SYN) no clima futuro.

Abstract

Bio-based fertilizers (BBFs) are part of the circular economy model for Europe to achieve climate neutrality by 2050, decoupling economic growth from resource exhaustion and maintain agronomic production within planetary boundaries. Here, an Ecotron experiment evaluated agronomic performance and greenhouse gas (GHG) emissions (N2O, CO2) of four BBFs compared to a synthetic fertilizer (SYN) in broccoli production under a historic reference and a future RCP8.5 climate scenario for Belgium. Crop production parameters such as element use efficiencies and yield were similar or lower for plants receiving BBFs compared to SYN in the reference climate, but similar or higher for BBFs compared to SYN in the future climate. Mechanistically, cropping systems with BBFs benefited from enhanced soil microbial activity compared to SYN in both climates (measured as hydrolysis of fluorescein diacetate), but concurrently also had higher GHG emissions. The risk of nitrate leaching was indifferent amongst fertilizers but globally increased in the future climate with more intense dry-rain shifts. While these results support BBFs as agronomic alternatives to SYN, further research is needed to address climate-induced yield penalties which were observed for all fertilizers (BBFs & SYN) in the future climate.