Assessment of environmental impacts of agricultural practices

Abstract

El maneig agrícola intensiu contribueix a les emissions de gasos d’efecte hivernacle (GEHs), al rentat de nitrats del sòl, i a l’increment en les concentracions de metalls pesants al sòl. Per això és molt important avaluar aquestes pràctiques en relació als seus efectes en els agroecosistemes. La meta-anàlisi de 48 treballs de recerca mostra que l’aplicació de fems d’animals, conjuntament amb fertilitzants nitrogenats de síntesi, és la principal font de GEHs (p.e., CO2, CH4, N2O) en sistemes agrícoles a escala de parcel·la. La gallinassa produeix més emissions que els fems bovins o el purí de porcs. D’altra banda, la meta-anàlisi d’altres 50 treballs de recerca indica que la sembra directa (NL) produeix un augment de les emissions de GEHs, en comparació amb el treball del sòl convencional. Aquest increment ve a ser d’un 7’1% per al CO2, d’un 11’9% per al N2O, i d’un 20’8% per al CH4. Analitzant només els estudis que mesuren les emissions dels tres gasos esmentats s’arriba a la conclusió que el NL redueix en un 7’5% el potencial d’escalfament global en comparació amb el treball del sòl convencional. Són necessaris més estudis per tal d’aclarir l’impacte dels diferents tipus de treball de sòl en les emissions de GEHs. En l’agricultura mediterrània de secà, el guaret es pot incloure com una pràctica agronòmica dins de la política agrària comuna europea de diversificació de cultius. En tres anys de guaret s’ha avaluat els efectes de la fertilització mineral prèvia sobre el contingut de N mineral al sòl i sobre el potencial de rentat de NO3- mitjançant el model LEACHM. Les pèrdues per aquest procés oscil·len entre 11-98 kg N ha-1. Finalment, mitjançant un experiment de camp, es mostra que l’aplicació de purí porcí (durant 7 campanyes agrícoles) augmenta significativament els macronutrients i metalls pesants al sòl. També augmenta el contingut de carboni orgànic (CO) de 13’5 a 24’7 kg ha-1 per cada tona de CO de purí aplicat. Les concentracions de B, Cu, i Zn al sòl també augmenten, així com la biodisponibilitat de Cu i Zn però sense arribar a nivells tòxics. D’aquesta investigació es conclou que l’eficiència i els impactes ambientals de les diferents pràctiques agrícoles variarà en funció de les condicions edafo-climàtiques. Aquestes condicions s’haurien d’incloure en les polítiques per incentivar i/o regular l’ús de fertilitzants minerals i orgànics, a fi de prevenir els seus impactes ambientals.

Las prácticas de manejo agrícola intensivo contribuyen en las emisiones de gases de efecto invernadero (GEIs), al lavado de nitratos del suelo, y al incremento en las concentraciones de metales pesados en el suelo. Por ello, es muy importante evaluar estas prácticas en relación a sus efectos sobre los agroecosistemas. El meta-análisis de 48 investigaciones muestra que la aplicación de residuos ganaderos junto con fertilizantes nitrogenados de síntesis es el principal causante de las emisiones de GEIs (p.e., CO2, CH4, N2O) en los sistemas agrícolas a escala de parcela. La aplicación de gallinaza origina mayores emisiones que la de estiércol vacuno o del purín porcino. Por otra parte, el meta-análisis de otros 50 estudios indica que el no-laboreo (NL) produce un aumento en las emisiones de GEIs en comparación con el laboreo convencional. Este incremento es de un 7’1% para el CO2, de un 11’9% para el N2O, y de un 20’8% para el CH4. El análisis de aquellos estudios que solo miden las emisiones de los tres gases, permite concluir que el NL reduce en un 7’5% el potencial de calentamiento global (GWP) en comparación con el laboreo convencional. No obstante, son necesarios más estudios para establecer una conclusión definitiva del efecto de estas dos prácticas en las emisiones de GEIs. En la agricultura mediterránea de secano, el barbecho puede incluirse como práctica agronómica dentro de la política agraria común europea de diversificación de cultivos. Durante tres años de barbecho, se ha evaluado, mediante el modelo LEACHM, los efectos de la fertilización mineral previa sobre el contenido de nitrógeno mineral (N) en el suelo y sobre el potencial de lavado de NO3- durante esos períodos de barbecho. Los resultados muestran que el lavado de N aumenta al aumentar la concentración de N mineral durante el barbecho, estimándose unas pérdidas por este proceso de 11-98 kg N ha-1. Finalmente, mediante un experimento de campo (7 años) se concluyó que la aplicación de purín porcino incrementaba los macronutrientes y metales pesados en suelo y planta. También aumentaba el carbono orgánico del suelo (CO): entre 13’5-24’7 kg ha-1 por cada tonelada de CO de purín aplicado. Las concentraciones de B, Cu, y Zn en el suelo también aumentaron, así como la biodisponibilidad de Cu y Zn pero sin alcanzar niveles tóxicos. De esta investigación se concluye que la eficiencia y los impactos ambientales de las prácticas agrícolas varían en función de las condiciones edafo-climáticas. Éstas deberían incluirse en el marco de las políticas e iniciativas legislativas para incentivar y regular el uso de fertilizantes.

Intensive agricultural management practices contribute to significant greenhouse gas emissions (GHGs), nitrate (NO3-) leaching from the soil, and increased soil heavy metal content. Hence, it is extremely important to evaluate these agricultural practices in terms of their ecological feedback effects in agro-ecosystems. From the data-synthesis (48 peer-reviewed publications) on animal manure, it appears that the application of animal manure together with nitrogen fertilizer is the main contributor to higher GHGs emissions (i.e., CO2, CH4, N2O). Poultry manure was responsible for higher GHGs emissions from croplands when compared to pig and cattle manure. In another data synthesis, where we selected 50 peer-reviewed publications, no-till (NT) agriculture resulted in an increase in GHGs emissions, CO2 by 7.1%, N2O by 11.9%, and CH4 by 20.8%, compared to conventional tillage. However, a meta-analysis of only those studies that measured the emissions of the three gases showed that NT reduces global warming potential (GWP) by 7.5% in comparison to conventional tillage. Therefore, no definite conclusion can be reached, and further work is required to elucidate the effects of both practices in terms of GHGs. In Mediterranean rainfed agriculture, the fallow periods can be included within the existing EU common policy for crop diversification as an agronomic practice. In this field, this research aimed to quantify the effects of previous mineral fertilization on the soil mineral nitrogen (N) content and on potential NO3- leaching during fallow periods of a crop rotation using the LEACHM model. The estimate of N leached ranged from 11 to 98 kg N ha-1. Finally, a field experiment showed in the mid-term (7 years) that pig slurry significantly increased soil organic carbon (OC) from 13.5 to 24.7 kg ha-1 for every ton of slurry OC applied. The concentrations of B, Cu, and Zn increased in the soil surface horizon over time. Moreover, pig slurry also increased the bioavailability of Cu and Zn, but not at toxic levels. From this research work, it can be concluded that the effectiveness and the environmental impacts of different agricultural land use practices will vary depending on soil and climatic conditions. Such conditions may be included in the framework of policy incentives and regulations related to the use of fertilizers and manures in order to prevent the negative environmental impacts associated with their management in agriculture.