Terrestrial N cycling associated with climate and plant-specific N preferences: a review

Resumo

O aumento dramático do nitrogênio reativo antropogênico (Nr) proveniente das atividades agrícolas afeta negativamente o meio ambiente. Um desafio adicional é garantir a segurança alimentar enquanto se mantém o mínimo impacto ambiental para evitar efeitos negativos no clima. Até o momento, no entanto, poucos estudos abordaram a conexão direta entre as transformações do N no solo, as formas de N, as preferências específicas das espécies por N e o clima, apesar do fato de que o destino do N e o ciclo bioquímico do N no solo, serem conhecidos por estarem intimamente ligados. Neste artigo, revisamos as conexões entre a transformação do N no solo, as preferências específicas das espécies por N e o clima, e exploramos como a eficiência do uso de N pode ser aumentada, enquanto minimizamos o impacto ambiental. As taxas brutas de mineralização e imobilização de N governam a quantidade de N disponível no solo, especialmente em ecossistemas naturais, enquanto a nitrificação desempenha um papel central na regulação da proporção NO3− para NH4+. As espécies de plantas preferem NH4±N ou NO3−-N, dependendo da proporção NO3−-N para NH4±N em seu habitat. Assim, a absorção de N pelas plantas poderia ser otimizada (ou seja, as perdas de Nr reduzidas) se as preferências específicas das espécies por N forem mantidas, combinando as fontes de N aplicadas com as transformações específicas prevalecentes de N no solo. Portanto, as práticas de manejo do N podem otimizar as eficiências do uso de N, isto depende da ligação entre a transformação do N no solo com o clima, e as preferências específicas das espécies vegetais por N.

Abstract

The dramatic increase in anthropogenic reactive nitrogen (Nr) from agricultural activities negatively affects the environment. An additional challenge is to ensure food security while at the same time keeping the environmental impact to a minimum to prevent negative feedback effects on climate. To date, however, few studies have addressed the direct connection between soil N transformations, forms of N, species-specific N preferences and climate, despite the fact that the fate of N and soil N biochemical cycling are known to be intimately linked. In this paper we review the connections between soil N transformation, species-specific N preferences and climate, and explore how N-use efficiency may be enhanced while minimizing the environmental effect. Gross rates of N mineralization and immobilization govern the amount of available N in soil, especially in natural ecosystems, while nitrification plays a central role in regulating the NO3− to NH4+ ratio. Plant species prefer either NH4+-N or NO3−-N, depending on the NO3−-N to NH4+-N ratio in their habitat. Thus, plant N uptake could be optimized (i.e. Nr losses reduced) if species-specific N preferences are maintained by matching N sources applied with prevailing soil-specific N transformations. Therefore, whether N management practices can optimize N-use efficiencies hinges on the coupling of soil N transformation with climate and species-specific N preferences.