Ecological intensification decreased yield-scaled N20 emissions in a soybean-barley- maize sequence = La intensificación ecológica redujo las emisiones de N2O a escala de rendimiento en una secuencia de soja-cebada-maíz

Abstract

Agricultural challenge today is to maximize crop production reducing negative environmental impacts by efficiently use of resources and inputs. Objectives: i) to evaluate N2O emissions during a soybean-bar­ley-maize rotation and their respective interperiods -chemical fallows (ChF) and cover crops (CC)-, and ii) to understand the relationships between N2O flow rates with soil mineral N content (Nmin), water-filled porous space (WFPS), and soil temperature (ST). N2O emissions were evaluated weekly under two management systems, ecological intensification (EI) and farmer current practices (FP). EI included higher N rates than FP, split N application, a cover crop (CC) after barley, among other management practices. Simultaneously to N2O emissions, Nmin, WFPS and ST were determined. The N2O fluxes were highest during crop periods (9-43, 6-61 and 4-104 μg N2O-N m-2 h-1, for soybean, barley and maize, respectively), intermediate during barley-maize interperiod (2-47 and 3-35 μg N2O-N m-2 h-1, for CC and ChF, respectively) and lowest during ChF of maize-soybean and soybean-barley interperiods (1-26 and 5-22 μg N2O-N m-2 h-1, respectively). Re­gression tree provided threshold splits for the effect of soil variables on emission rates: 7.4 mg N kg-1 for Nmin; 10.35 or 8.7°C for ST, depending on Nmin and WPFS values; 39.6 and 55.4 % for WPFS, both with high N. There were no significant differences in accumulated N2O emissions between management systems for the complete sequence (3050 and 3380 g N2O-N ha-1, for EI and FP, respectively). Yield-based N2O emissions for the complete sequence were lower for EI than for FP. EI decreased yield-scaled N2O emissions by 29% for soybean (p<0.05) and barley (ns) and by 30% for maize (p<0.05) compared with FP. In conclusion for the complete sequence, the EI system did not increase N2O emissions per unit area and reduced emissions per unit yield despite utilizing higher N rates and including a CC.

El desafío de la agricultura actual es maximizar la producción agrícola reduciendo impactos ambientales negativos, optimizando la eficiencia de uso de recursos e insumos. Objetivos i) evaluar emisiones de N2O durante una rotación soja-cebada-maíz y sus respectivos interperíodos -barbechos químicos (ChF) y cultivos de cobertura (CC)-, y ii) comprender las relaciones entre emisión de N2O con N mineral (Nmin), espacio poroso lleno de agua (WFPS) y temperatura de suelo (ST). Las emisiones de N2O se evaluaron semanalmente bajo dos sistemas de manejo: intensificación ecológica (EI) y prácticas agrícolas actuales (FP). EI incluyó mayores tasas de N que FP, aplicación dividida de N, cultivo de cobertura (CC) después de la cebada, entre otras prácticas. Los flujos de N2O fueron mayores durante los cultivos (9-43, 6-61 y 4-104 μg N2O-N m-2h-1, para soja, cebada y maíz, respectivamente), intermedios durante el interperíodo cebada-maíz (2-47 y 3-35 μg N2O-N m-2h-1, para CC y CHF, respectivamente) y menor durante CHF de interperíodos maíz-soja y soja-cebada (1-26 y 5-22 μg N2O-N m-2h-1, respectivamente). El árbol de regresión proporcionó los siguientes umbrales: 7,4 mg N kg-1 para Nmin; 10.35 o 8.7°C para ST, dependiendo de los valores de Nmin y WPFS; 39.6 y 55.4 % para WPFS, ambos con alto N. No hubo diferencias significativas en emisiones acumuladas de N2O entre sistemas de manejo para la secuencia completa (3050 y 3380 g N2O-N ha-1, para EI y FP, respectivamente). Las emisiones de N2O totales a escala rendimiento fueron menores para EI que para FP, con una reducción de 29 % para soja (p<0,05) y cebada (ns) y en 30 % para maíz (p<0,05) en comparación con FP. En conclusión, para la secuencia completa, EI no aumentó las emisiones de N2O por unidad de área y redujo las emisiones por unidad de rendimiento, a pesar de utilizar tasas más altas de N e incluir un CC.