Conservation agriculture effects on soil structure

Climate change is mainly caused by greenhouse gases (GHGs) released from natural systems and anthropogenic activities. Agriculture strongly contributes to global warming through GHG emissions. Climate-smart agriculture is needed to adapt and build resilience to climate change and to guarantee food security worldwide. Conservation agriculture (CA) has been suggested by many as a sustainable intensification strategy. CA's main principles are minimal soil disturbance, permanent soil cover, diversification of crop rotations, and retention of crop residues. This study was established in a long-term experiment (20 years) on sandy loam soil in Denmark. Soil sampling and in-field measurements were performed in the spring of 2022. Soil cores were taken from 4 to 8 cm depth and 12 to 16 cm depth. The objective was to investigate the effect on soil properties of the tillage system (main plots) with cover crop (+CC) and without cover crop (-CC). The tillage systems were direct drilling (D) and moldboard ploughing (MP) to a depth of 20 cm. The visual evaluation of the soil structure method (VESS) was carried out in the field. In the laboratory, water stable aggregates (WSA), clay dispersibility (CD), and soil organic carbon (SOC) were determined. Air permeability and gas diffusivity were determined at -100 hPa. Furthermore, pore-size distribution, pore organisation, tortuosity, and SOC stock were calculated. No-till management treatment resulted in a vertical stratification of SOC, whereas ploughing had a uniform distribution of SOC. MP resulted in the best VESS scores. However, no-till subplots showed higher WSA and lower CD than ploughing ones. Generally, cover crops significantly affected fewer parameters than the tillage system. However, subplots with CC showed a significantly higher macroporosity and total porosity. CCs promoted water and gas transport and root growth. CC resulted in a worthwhile management strategy to enhance no-till effectiveness for improving soil physical properties. In summary, my study reported positive changes in soil properties using CA practices, despite long-term experiments are needed to show the full potential.

Il cambiamento climatico è una importante e sensibile tematica attuale. La causa del riscaldamento globale è attribuibile prevalentemente alla presenza di gas serra (GHGs) emessi da fonti naturali ed antropiche. Sono proprio quest’ultime che incidono significativamente sul bilancio finale dei GHGs compromettendo l’equilibrio atmosferico. L’agricoltura influenza fortemente l’ambiente in cui viviamo a causa delle elevate emissioni di gas serra. Inoltre, spesso si notano casi di degradazione del suolo che comportano un peggioramento delle qualità chimico-fisiche dello stesso. È urgente ed indispensabile rinnovare il convenzionale approccio caratterizzante della gran parte dei sistemi agricoli produttivi in un’ottica più sostenibile. Risulta inoltre essenziale garantire la sicurezza alimentare e far fronte al contesto di sovrappopolazione che stiamo vivendo. Proprio su queste esigenze si basano i concetti della Climate-Smart Agriculture. La Conservation Agriculture (CA) è un’innovativa ed efficace risposta che persegue un concetto di intensificazione sostenibile dell’agricoltura preservando al contempo il suolo. I principi cardine su cui si fonda la CA sono: disturbo minimo del suolo, copertura del suolo permanente (almeno 30% dell’estensione totale), mantenimento dei residui colturali nel campo, uso di cover crops (CCs), rotazioni colturali. Questo studio prende parte ad un progetto a lungo termine (CENTS) iniziato 20 anni fa presso l’Università di Aarhus. Il sito di sperimentazione è un suolo limoso-sabbioso, ubicato a Foulum, in Danimarca. Nella primavera 2022 sono state eseguite le misurazioni in situ e i campionamenti per le successive analisi di laboratorio. I campioni sono stati prelevati alle profondità da 4 a 8 cm e da 12 a 16 cm. I sistemi di lavorazione no-till e aratura, combinati con la presenza o meno di cover crops, sono state le pratiche colturali prese in esame. L’obiettivo di questa tesi è stato quello di analizzare gli effetti sulle proprietà del suolo di queste diverse gestioni colturali. Un’analisi VESS (Visual Evaluation of the Soil Structure) è stata eseguita sul campo, mentre in laboratorio sono stati analizzati i seguenti parametri: water stable aggregates (WSA), clay dispersibility (CD), soil organic carbon (SOC), air permeability e gas diffusivity. Inoltre, i parametri di pore-size distribution, pore organisation, tortuosity, e SOC stock sono stati calcolati. La gestione del terreno con no-till ha portato ad una chiara stratificazione della concentrazione di carbonio organico (SOC) lungo il profilo del suolo, mentre l’aratura ha evidenziato un’omogeneità nella distribuzione dello stesso. Il suolo lavorato ha ottenuto il miglior punteggio VESS, risultando quindi il migliore sotto il punto di vista strutturale. Ciò nonostante, il suolo non lavorato ha incrementato significativamente i valori di WSA e diminuito invece quelli di CD. Questi risultati sono un indice positivo per la stabilità del suolo. Possiamo affermare che la presenza, o meno, di cover crops abbia influenzato significativamente meno parametri rispetto al tipo di lavorazione del terreno. Tuttavia, le CCs hanno contribuito positivamente alla porosità totale e alla macroporosità promuovendo il trasporto di aria e acqua nel terreno e la crescita radicale delle colture. La scelta di integrare il sistema no-till con l’uso di cover crops è risultato favorevole al fine di migliorare le proprietà chimico fisiche del suolo. In conclusione, lo studio in questione evidenzia e conferma che la Conservation Agriculture produce significativi effetti positivi nelle proprietà del suolo e può essere considerata come un importante strumento per mitigare il cambiamento climatico. D’altro canto, risultano però necessari lunghi periodi di gestione seguendo questi principi affinché i benefici della CA si possano esprimere al meglio.