Soil carbon temporal dynamics following agricultural land abandonment from field to continental scales

Abstract

Mil·lennis de pràctiques agrícoles intensives i extensives d'ús de la terra han esgotat molt les existències globals de carboni orgànic (SOC) del sòl i han augmentat dràsticament les concentracions de CO2 atmosfèric. Tanmateix, per tots els milers de milions d'hectàrees d'ecosistemes terrestres convertides a l'agricultura, també hi ha hagut centenars de milions d'hectàrees de terres agrícoles abandonades. Aquest canvi d'ús del sòl sovint descuidat representa una oportunitat important per a la restauració dels ecosistemes i el segrest de carboni del sòl (SCS), especialment si la successió ecològica es produeix de manera espontània. Tanmateix, malgrat el potencial que aquestes terres representen per a la mitigació del canvi climàtic, encara estan poc representades en la ciència i la política del canvi global. Els impactes de l'abandonament de terres agrícoles (ALA) sobre les reserves de carboni del sòl no estan prou calibrats en models biogeoquímics. Ens costa predir quins tipus de terres agrícoles segrestaran, perdran o mantindran els nivells de SOC preexistents després de l'ALA, i com es comporten aquestes tendències a diferents escales espacials. Això és especialment cert a Europa, on no hi ha hagut una síntesi a escala continental, malgrat l'extensió generalitzada de l'ALA passat i actual i el fort interès polític per augmentar les reserves de carboni del sòl europeu. En aquesta tesi doctoral, generi nous coneixements sobre els efectes de l'ALA sobre la dinàmica temporal del carboni del sòl, aportant així informació pràctica per a les decisions de gestió sostenible del sòl que involucren el dipòsit de carboni terrestre. Aquest treball ajuda a aclarir alguns dels debats regionals anteriors sobre els potencials SCS positius, negatius i neutres dels sòls post-agrícoles, que probablement s'han vist confosos pels múltiples factors identificats. La variabilitat de la dinàmica del SOC després de l'abandonament/conversió de terres agrícoles s'ha de tenir en compte en la planificació sostenible de l'ús del sòl que s'esforça per incorporar les implicacions ecològiques positives i de mitigació del canvi climàtic de l'ALA, tenint en compte les condicions específiques del lloc i els factors de gestió del sòl passats i presents per evitar-los. impactes negatius per a la salut del sòl i oportunitats perdudes per a la mitigació del canvi climàtic.

Milenios de prácticas de uso agrícola intensivo y extensivo de la tierra han agotado gravemente las reservas mundiales de carbono orgánico del suelo (COS) y han aumentado drásticamente las concentraciones atmosféricas de CO2. Sin embargo, por todos los miles de millones de hectáreas de ecosistemas terrestres convertidos a la agricultura, también ha habido cientos de millones de hectáreas de tierras agrícolas abandonadas. Este cambio de uso de la tierra, a menudo descuidado, representa una oportunidad importante para la restauración del ecosistema y el secuestro de carbono en el suelo (SCS), especialmente si la sucesión ecológica ocurre espontáneamente. Sin embargo, a pesar del potencial que estas tierras representan para la mitigación del cambio climático, todavía están subrepresentadas en la ciencia y la política del cambio global. Los impactos del abandono de tierras agrícolas (ALA) en las reservas de carbono del suelo no están suficientemente calibrados en los modelos biogeoquímicos. Luchamos por predecir qué tipos de tierras agrícolas secuestrarán, perderán o mantendrán los niveles de SOC preexistentes después de ALA, y cómo se comportan estas tendencias en diferentes escalas espaciales. Esto es especialmente cierto en Europa, donde no ha habido una síntesis a escala continental, a pesar de la extensión generalizada del ALA pasado y actual y el fuerte interés político por aumentar las reservas de carbono del suelo europeo. En esta tesis doctoral, genero nuevos conocimientos sobre los efectos de ALA en la dinámica temporal del carbono del suelo, contribuyendo así con información práctica para las decisiones de gestión sostenible de la tierra que involucran el sumidero de carbono terrestre. Este trabajo ayuda a aclarar algunos de los debates regionales previos sobre los potenciales SCS positivos, negativos y neutrales de los suelos posagrícolas, que probablemente han sido confundidos por los múltiples factores identificados. La variabilidad en la dinámica del COS luego del abandono/conversión de tierras agrícolas debe considerarse en la planificación del uso sostenible de la tierra que se esfuerza por incorporar las implicaciones ecológicas positivas y de mitigación del cambio climático de ALA, teniendo en cuenta las condiciones específicas del sitio y los factores de gestión de la tierra pasados ​​y presentes para evitar impactos negativos para la salud del suelo y pérdida de oportunidades para la mitigación del cambio climático.

Millennia of intensive and extensive agricultural land use practices has severely depleted global soil organic carbon (SOC) stocks and drastically increased atmospheric CO2 concentrations. Yet, for all the billions of hectares of terrestrial ecosystems converted to agriculture, there has also been hundreds of millions of hectares of agricultural land abandoned. This often-neglected land use change represents a significant opportunity for ecosystem restoration and soil carbon sequestration (SCS), especially if ecological succession occurs spontaneously. However, despite the potential these lands represent for climate change mitigation, they are still underrepresented in global change science and policy. The impacts of agricultural land abandonment (ALA) on soil carbon stocks are insufficiently calibrated in biogeochemical models. We struggle to predict which kinds of agricultural land will sequester, lose, or maintain pre-existing SOC levels following ALA, and how these trends behave at different spatial scales. This is especially true in Europe where there has not been a continental-scale synthesis, despite the widespread extent of past and ongoing ALA and the strong policy interest to increase European soil carbon stocks. In this doctoral thesis, I generate new knowledge on the effects of ALA on soil carbon temporal dynamics, thereby contributing practical information for sustainable land management decisions involving the land carbon sink. This work helps clarify some of the previous regional debates on the positive, negative, and neutral SCS potentials of post-agricultural soils, which have likely been confounded by the multiple factors identified. The variability in SOC dynamics following agricultural land abandonment/conversion must be considered in sustainable land use planning that strives to incorporate the positive ecological and climate change mitigation implications of ALA, taking into account site-specific conditions and past and present land management factors to avoid negative impacts for soil health and lost opportunities for climate change mitigation.