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Stoichiometry constraints challenge the potential of agroecological practices for the soil C storage. A review

Authors :
Sylvie Recous
Tanguy Daufresne
Valérie Viaud
Sylvain Pellerin
Isabelle Bertrand
Ecologie fonctionnelle et biogéochimie des sols et des agro-écosystèmes (UMR Eco&Sols)
Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)
Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)
Sol Agro et hydrosystème Spatialisation (SAS)
Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-AGROCAMPUS OUEST
Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)
Interactions Sol Plante Atmosphère (UMR ISPA)
Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Ecole Nationale Supérieure des Sciences Agronomiques de Bordeaux-Aquitaine (Bordeaux Sciences Agro)
Fractionnement des AgroRessources et Environnement (FARE)
Université de Reims Champagne-Ardenne (URCA)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)
Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)
Interactions Sol Plante Atmosphère (ISPA)
Fractionnement des AgroRessources et Environnement - UMR-A 614 (FARE)
Université de Reims Champagne-Ardenne (URCA)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-SFR Condorcet
Université de Reims Champagne-Ardenne (URCA)-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Reims Champagne-Ardenne (URCA)-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université de Reims Champagne-Ardenne (URCA)-SFR Condorcet
Université de Reims Champagne-Ardenne (URCA)-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Reims Champagne-Ardenne (URCA)-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)
Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)
Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Institut Agro Montpellier
Source :
Agronomy for Sustainable Development, Agronomy for Sustainable Development, Springer Verlag/EDP Sciences/INRA, 2019, 39 (6), pp.54. ⟨10.1007/s13593-019-0599-6⟩, Agronomy for Sustainable Development, 2019, 39 (6), pp.54. ⟨10.1007/s13593-019-0599-6⟩
Publication Year :
2019
Publisher :
HAL CCSD, 2019.

Abstract

To date, the stoichiometry concept has been poorly used to explore C, N, and P cycles in agroecosystems. As agriculture is now under pressure to reduce the use of synthetic inputs, ecological processes and alternative agricultural practices will become the main regulators of the relationships between C, N, and P and thereby of nutrient availability and C storage in soils. In this paper, we review the ecological theories underpinning the concepts of homeostasis and stoichiometric flexibility, their application to agroecosystems, and how stoichiometry could constraint agroecological practices related to nutrient availability and soil C storage. Our main findings are (1) optimal C:N:P ratios exist at the species level, reflecting a range of ecological strategies and representing a keystone constraint for the coupling of C, N, and P cycles, resulting in canonical ratios at the community level. Stoichiometric flexibility nevertheless exists from the organism level-autotrophs having higher flexibility than heterotrophs-to the community level, depending on assembly rules. (2) Agroecosystems are stoichiometrically constrained especially in the soil compartment, due to the low stoichiometric flexibility of microorganisms at the community level. (3) Agricultural practices such as fertilization decrease N:P ratios in soil surface when total P is considered, while C:N ratios remained constant. (4) Stoichiometry homeostasis constraints for soil C storage require the availability of N and P. They can be supported by agroecological practices that promote nutrient recycling (organic fertilization, permanent soil cover, N fixation). The 45-Tg N and 4.8-Tg P needed to increase the C stock of cropped soils by "4 per mille per year" can be also provided by suppressing nutrient losses. We conclude that two soil compartments should be more investigated to evaluate their potential to bypass stoichiometric constraints and foster C storage while reducing chemical inputs: deep soil horizons and particulate organic matter fraction.

Details

Language :
English
ISSN :
17740746 and 17730155
Database :
OpenAIRE
Journal :
Agronomy for Sustainable Development, Agronomy for Sustainable Development, Springer Verlag/EDP Sciences/INRA, 2019, 39 (6), pp.54. ⟨10.1007/s13593-019-0599-6⟩, Agronomy for Sustainable Development, 2019, 39 (6), pp.54. ⟨10.1007/s13593-019-0599-6⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....8f458050f5fa88c04f00000576b99faf
Full Text :
https://doi.org/10.1007/s13593-019-0599-6⟩