Les réponses du carbone organique du sol et de l'azote total à la réduction des engrais chimiques azotés se basent sur une méta | Groupe de sels inorganiques du Yunnan Co., Ltd

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 16326 (2022) Citer cet article

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Le carbone organique du sol (SOC), l'azote total (TN) et leur rapport (C:N) jouent un rôle important dans la préservation de la fertilité du sol, et leurs valeurs sont étroitement liées à l'utilisation d'engrais. Cependant, la tendance générale et l'ampleur des changements dans le SOC, le TN et le C:N en réponse à la réduction des engrais chimiques azotés restent peu concluantes. Ici, la méta-analyse a effectué des comparaisons sur 48 sites couvrant divers systèmes de culture, types de sol et régions climatiques de Chine pour étudier les réponses du SOC, du TN et du C:N à la réduction des engrais chimiques azotés. Les résultats ont montré que la réduction des engrais chimiques azotés diminuait le SOC de 2,76 ± 0,3 % et le TN de 4,19 ± 0,8 %, et augmentait le C:N de 6,11 ± 0,9 % dans l'ensemble de la base de données. Plus précisément, la réduction de l'azote chimique sans ajout d'engrais azotés organiques réduirait respectivement le SOC et le TN de 3,83 % et 11,46 %, alors qu'elle augmentait le SOC et le TN de 4,92 % et 8,33 % respectivement avec un supplément d'engrais organiques, ce qui suggère que les engrais organiques pourraient couvrir la perte de SOC, TN induite par la réduction des engrais chimiques azotés. La réduction d'ampleur moyenne (20 à 30 %) des engrais chimiques azotés a amélioré le COS de 6,9 %, tandis que la réduction d'ampleur élevée (≧ 30 %) et totale (100 %) de la réduction des engrais chimiques azotés a considérablement diminué le COS de 3,10 % et 7,26 % respectivement. De plus, le SOC a montré une réponse négative à la réduction des engrais azotés à court terme (1 à 2 ans), tandis que les résultats sont convertis à moyen et long terme. Cette analyse du système comble le vide concernant les effets de la réduction des engrais sur le carbone organique et l'azote du sol. à l'échelle nationale et fournit une base technique pour l'action visant à réduire l'application d'engrais tout en augmentant l'efficacité.

La fertilisation est considérée comme l'une des pratiques agronomiques les plus importantes pour augmenter les rendements des cultures et la sécurité alimentaire, en particulier pour l'application d'engrais chimiques azotés1,2. De grandes quantités d’engrais chimiques azotés ont été utilisées pour augmenter la productivité des terres3,4. Jusqu’en 2013, la composition mondiale des engrais azotés a atteint jusqu’à 107,6 Tg N an−1, mais ne peut pas être entièrement absorbée par les cultures5. Et l’application successive et considérable d’engrais chimiques azotés a conduit à de graves problèmes environnementaux, notamment la dégradation des sols, leur eutrophisation et l’effet de serre6,7. Par conséquent, la réduction des engrais chimiques azotés a suscité l’inquiétude du monde quant au développement durable de l’agriculture8,9,10.

Les effets de la réduction des engrais chimiques azotés sur le SOC, le TN et le C:N ont été évalués dans des régions spécifiques. Par exemple, Cheng et al.10 ont décrit que le SOC dans un sol brun fluvo-aquique avait une diminution significative sous le traitement d'une réduction de 20 % des engrais chimiques azotés après un an avec du maïs. Cependant, l'étude de Ning et al.11 a révélé qu'il n'y avait pas de différence significative en ce qui concerne le SOC après une réduction de 20 % des engrais chimiques azotés dans un champ de légumes en continu pendant 10 saisons. Quant au TN, les recherches ont signalé des variations selon différents régimes d’application d’azote12. Aucune différence significative concernant le TN n'a été observée avec une réduction de 25 % des engrais chimiques azotés dans l'étude de Liu et al.13. Cependant, les résultats des différences spécifiques aux régions n’ont pas clarifié l’impact global sur le carbone et l’azote nationaux après la réduction des engrais chimiques. La tendance générale et l’ampleur des changements de SOC, TN et C:N en réponse à la réduction des engrais chimiques azotés ne sont toujours pas claires. Compte tenu des différences de conditions climatiques, de types de sol, de systèmes agricoles et de durées d’essai, des données nationales sont nécessaires pour évaluer la réponse de la réduction des engrais au SOC, au TN et au C:N.

En tant que méthode statistique puissante pour comparer et intégrer les résultats de plusieurs études, la méta-analyse qui pourrait surmonter la limitation de la grande variabilité des différentes études a été largement appliquée pour l'analyse complète des essais contrôlés randomisés sur les recherches cliniques14,15. Actuellement, la méta-analyse a eu un effet révolutionnaire dans le domaine de la science du sol et de grandes réalisations ont été acquises16,17. Du et al.18 ont utilisé une méta-analyse pour évaluer les effets du non-labour sur le stockage du COS par rapport au travail du sol conventionnel, et ont constaté que les influences du non-labour sur le COS étaient surestimées en Chine. Les réponses du carbone et de l'azote de la biomasse microbienne ont été estimées au réchauffement expérimental dans l'étude de Xu et Yuan19, et elles ont démontré que le réchauffement expérimental augmentait considérablement la biomasse microbienne. Chacune de ces méta-analyses s'est concentrée uniquement sur le système agricole ou a été analysée dans une région limitée. Par conséquent, une méta-analyse à l’échelle nationale avec la réponse SOC, TN et C:N à la réduction des engrais chimiques azotés est nécessaire.

0.05), while TN in high magnitude and total chemical nitrogen fertilizers reduction magnitude exhibited a decrease with 3.10% and 9.37% respectively (Fig. 1b). Numerous studies described that the amount of nitrogen fertilizers used in China was higher than the demand of N for crop, which caused serious N leaching and runoff29,30. Chemical nitrogen fertilizers in low and medium magnitude would not decrease the TN of soil by reducing N leaching and runoff. However, the residual nitrogen in soil cannot meet the requirement for the sustainable growth of plant with litter or without exogenous nitrogen supplement, which resulted in the decrease of TN in high and total chemical nitrogen fertilizers magnitude. Consequently, optimal nitrogen fertilizers application rates will take into account crops yield and environment friendliness./p> 0.05). The divergent response of TN to different chemical nitrogen fertilizers duration was mainly caused by the various treatments. In terms of C:N, a greater positive response was observed at short-term chemical nitrogen fertilizers duration (9.06%) than mid-term and long-term duration (1.99%). Moreover, with the prolongation of the chemical reduction time of nitrogen, the response ratio tends to zero, suggesting that the effect of chemical fertilizers gradually decrease. This may be ascribed to the buffer capacity of soil to resist the changes from external environment, including nutrients, pollutants, and redox substances35./p> 0.05), but there was a negative effect on SOC in high and total magnitude (p < 0.05). In terms of chemical fertilizer reduction duration, chemical nitrogen fertilizers reduction decreased SOC by 3.8% and 4.2% at short and long term chemical nitrogen fertilizers duration respectively, while SOC showed no significantly decrease at mid-term duration (p > 0.05). The no significant decrease at mid-term duration might result from the limited information reported in original studies of this meta-analysis36. TN showed no significant response to chemical nitrogen fertilizers without organic fertilizers supplement in the low and medium magnitude (p > 0.05). However, TN was significantly decreased by 8.62% and 16.7% respectively in the high and total magnitude. When regarding to chemical nitrogen fertilizers reduction duration, TN was significantly reduced at all of the categories, ranging from 3.13% to 13.4% (Fig. 2c). In the pattern of chemical nitrogen fertilizers reduction with organic fertilizers supplement, chemical nitrogen fertilizers reduction at medium, high, and total magnitudes significantly increased SOC by 13.85%, 13.03%, and 5.46%respectively, however, the response of SOC in the low chemical nitrogen fertilizers magnitude was not significant. Chemical nitrogen fertilizers reduction duration significantly increased SOC by 7.01%, 1.71%, and 22.02% in the short-term, mid-term, and long-term respectively. Comparatively, TN showed a significantly increase in most chemical nitrogen fertilizers categories expect for the long-term chemical nitrogen fertilizers duration, with an increasing from 4.90% to 14.69% (Fig. 2d)./p> 0.05; Fig. S1). Rule out the interference of organic fertilizers supplement, we analyzed the relationship between lnRR of SOC, TN, C:N and environmental variables as the Figures showed in Figs. 3 and 4 respectively. Under chemical nitrogen fertilizers without organic fertilizers supplement, there was a significant negative correlation between lnRR of SOC and MAT (p < 0.05, Fig. 3a) and a positively correlation between lnRR of TN and MATA (p < 0.05, Fig. 3h). However, there no significant relationship between lnRR of C:N and MAT, MAP, and MATA (p > 0.05). Apart from the significant negative correlation between the lnRR of SOC and MAT (p < 0.05, Fig. 4b) and the significant positive correlation between lnRR of C:N and MAT (p < 0.05, Fig. 4c), no other significant correlations was found between the lnRR of SOC, TN, C:N and environmental variables under the pattern of chemical nitrogen fertilizers with organic fertilizers supplement (p > 0.05, Fig. 4). The negative relationship between MAT and the effects of chemical nitrogen fertilizers reduction was mainly attributed to the high decomposition rate of soil organic matter under the conditions of high temperature42,43. MATA is a necessary requirement for the growth of crops, and MATA could accurately reflect the growth status of crops44,45. Although correlation did not prove causation, these findings suggested MATA had a significant effect on crop nitrogen./p>