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The centennial legacy of land‐use change on organic carbon stocks of German agricultural soils
Global Change Biology ( IF 10.8 ) Pub Date : 2024-07-31 , DOI: 10.1111/gcb.17444 David Emde 1 , Christopher Poeplau 1 , Axel Don 1 , Stefan Heilek 1 , Florian Schneider 1
Global Change Biology ( IF 10.8 ) Pub Date : 2024-07-31 , DOI: 10.1111/gcb.17444 David Emde 1 , Christopher Poeplau 1 , Axel Don 1 , Stefan Heilek 1 , Florian Schneider 1
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Converting natural vegetation for agriculture has resulted in the loss of approximately 5% of the current global terrestrial soil organic carbon (SOC) stock to the atmosphere. Increasing the agricultural area under grassland may reverse some of these losses, but the effectiveness of such a strategy is limited by how quickly SOC recovers after conversion from cropland. Using soil data and extensive land‐use histories gathered during the national German agricultural soil inventory, this study aims to answer three questions regarding agricultural land‐use change (LUC): (i) how do SOC stocks change with depth following LUC; (ii) how long does it take to reach SOC equilibrium after LUC; and (iii) what is the legacy effect of historic LUC on present day SOC dynamics? By using a novel approach that substitutes space for time and accounts for differences in site properties using propensity score balancing, we determined that sites that were converted from cropland to grassland reached a SOC equilibrium level 47.3% (95% confidence interval (CI): 43.4% to 49.5%) above permanent cropland levels 83 years (95% CI: 79 to 90 years) after conversion. Meanwhile, sites converted from grassland to cropland reached a SOC equilibrium level −33.6% (95% CI: −34.1% to −33.5%) below permanent grassland levels after 180 years (95% CI: 151 to 223 years). We estimate that, over the past century, today's German agricultural soils (16.6 million ha) have gained about 40 million Mg C. Furthermore, croplands with historic LUC from grassland are losing SOC by −0.26 Mg ha−1 year−1 (10% of agricultural land) while grasslands historically converted from cropland are gaining SOC by 0.27 Mg ha−1 year−1 (18% of agricultural land). This study shows that even long‐standing temperate agricultural sites likely have ongoing SOC change as a result of historical LUC.
中文翻译：
百年土地利用变化对德国农业土壤有机碳储量的影响
将自然植被转化为农业导致目前全球陆地土壤有机碳 (SOC) 库约 5% 流失到大气中。增加草地下的农业面积可能会扭转部分损失，但这种策略的有效性受到农田转化后土壤有机碳恢复速度的限制。本研究利用德国国家农业土壤清查期间收集的土壤数据和广泛的土地利用历史，旨在回答有关农业土地利用变化（LUC）的三个问题：（i）LUC后SOC储量如何随深度变化； (ii) LUC 后需要多长时间才能达到 SOC 平衡； (iii) 历史 LUC 对当今 SOC 动态的遗留影响是什么？通过使用一种用空间代替时间的新方法，并使用倾向得分平衡来解释场地属性的差异，我们确定从农田转变为草地的场地达到了 SOC 平衡水平 47.3%（95% 置信区间 (CI)：43.4）转换后 83 年（95% CI：79 至 90 年）高于永久农田水平 % 至 49.5%）。与此同时，从草地转变为农田的地点在 180 年后达到了比永久草地水平低 -33.6%（95% CI：-34.1% 至 -33.5%）的 SOC 平衡水平（95% CI：151 至 223 年）。我们估计，在过去的一个世纪里，今天的德国农业土壤（1660 万公顷）增加了约 4000 万毫克碳。此外，历史上来自草原的 LUC 的农田正在损失 SOC -0.26 毫克公顷−1年−1 （农业用地的 10%），而历史上由农田转变而来的草地的 SOC 增加了 0.27 毫克公顷−1年−1 （农业用地的 18%）。 这项研究表明，即使是历史悠久的温带农业用地也可能因历史土地利用变化而出现持续的土壤有机碳变化。
更新日期：2024-07-31
中文翻译：
百年土地利用变化对德国农业土壤有机碳储量的影响
将自然植被转化为农业导致目前全球陆地土壤有机碳 (SOC) 库约 5% 流失到大气中。增加草地下的农业面积可能会扭转部分损失，但这种策略的有效性受到农田转化后土壤有机碳恢复速度的限制。本研究利用德国国家农业土壤清查期间收集的土壤数据和广泛的土地利用历史，旨在回答有关农业土地利用变化（LUC）的三个问题：（i）LUC后SOC储量如何随深度变化； (ii) LUC 后需要多长时间才能达到 SOC 平衡； (iii) 历史 LUC 对当今 SOC 动态的遗留影响是什么？通过使用一种用空间代替时间的新方法，并使用倾向得分平衡来解释场地属性的差异，我们确定从农田转变为草地的场地达到了 SOC 平衡水平 47.3%（95% 置信区间 (CI)：43.4）转换后 83 年（95% CI：79 至 90 年）高于永久农田水平 % 至 49.5%）。与此同时，从草地转变为农田的地点在 180 年后达到了比永久草地水平低 -33.6%（95% CI：-34.1% 至 -33.5%）的 SOC 平衡水平（95% CI：151 至 223 年）。我们估计，在过去的一个世纪里，今天的德国农业土壤（1660 万公顷）增加了约 4000 万毫克碳。此外，历史上来自草原的 LUC 的农田正在损失 SOC -0.26 毫克公顷−1年−1 （农业用地的 10%），而历史上由农田转变而来的草地的 SOC 增加了 0.27 毫克公顷−1年−1 （农业用地的 18%）。 这项研究表明，即使是历史悠久的温带农业用地也可能因历史土地利用变化而出现持续的土壤有机碳变化。
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