Strategies for greenhouse gas emissions mitigation in Mediterranean agriculture: A review

Abstract

An integrated assessment of the potential of different management practices for mitigating specific components of the total GHG budget (N2O and CH4 emissions and C sequestration) of Mediterranean agrosystems was performed in this study. Their suitability regarding both yield and environmental (e.g. nitrate leaching and ammonia volatilization) sustainability, and regional barriers and opportunities for their implementation were also considered. Based on its results best strategies to abate GHG emissions in Mediterranean agro-systems were proposed. Adjusting N fertilization to crop needs in both irrigated and rain-fed systems could reduce N2O emissions up to 50% compared with a non-adjusted practice. Substitution of N synthetic fertilizers by solid manure can be also implemented in those systems, and may abate N2O emissions by about 20% under Mediterranean conditions, with additional indirect benefits associated to energy savings and positive effects in crop yields. The use of urease and nitrification inhibitors enhances N use efficiency of the cropping systems and may mitigate N2O emissions up to 80% and 50%, respectively. The type of irrigation may also have a great mitigation potential in the Mediterranean region. Drip-irrigated systems have on average 80% lower N2O emissions than sprinkler systems and drip-irrigation combined with optimized fertilization showed a reduction in direct N2O emissions up to 50%. Methane fluxes have a relatively small contribution to the total GHG budget of Mediterranean crops, which can mostly be controlled by careful management of the water table and organic inputs in paddies. Reduced soil tillage, improved management of crop residues and agro-industry by-products, and cover cropping in orchards, are the most suitable interventions to enhance organic C stocks in Mediterranean agricultural soils. The adoption of the proposed agricultural practices will require farmers training. The global analysis of life cycle emissions associated to irrigation type (drip, sprinkle and furrow) and N fertilization rate (100 and 300 kg N ha−1 yr−1) revealed that these factors may outweigh the reduction in GHG emissions beyond the plot scale. The analysis of the impact of some structural changes on top-down mitigation of GHG emissions revealed that 3–15% of N2O emissions could be suppressed by avoiding food waste at the end-consumer level. A 40% reduction in meat and dairy consumption could reduce GHG emissions by 20–30%. Reintroducing the Mediterranean diet (i.e. ∼35% intake of animal protein) would therefore result in a significant decrease of GHG emissions from agricultural production systems under Mediterranean conditions.El artículo es una revisión sobre estrategias de mitigación de gases de efecto invernadero (GEI) en la agricultura mediterránea, centrándose en emisiones de N₂O y CH₄ y en el secuestro de carbono en suelos. Se realiza una evaluación integrada del potencial de diversas prácticas de manejo para reducir estos flujos, considerando a la vez su idoneidad agronómica (rendimientos) y ambiental (lixiviación de nitratos, volatilización de NH₃), así como barreras y oportunidades para su implementación regional. A partir de esta síntesis, los autores proponen las estrategias más eficaces para disminuir emisiones en sistemas de cultivo mediterráneos. ​Entre las prácticas analizadas, el ajuste de la fertilización nitrogenada a las necesidades del cultivo, tanto en regadío como en secano, puede reducir las emisiones directas de N₂O hasta un 50% respecto a prácticas no ajustadas. La sustitución parcial de fertilizantes sintéticos por estiércoles sólidos puede reducir las emisiones de N₂O alrededor de un 20% bajo condiciones mediterráneas, con beneficios adicionales asociados al ahorro energético y posibles incrementos de rendimiento. El uso de inhibidores de la ureasa y de la nitrificación mejora la eficiencia de uso del N y puede mitigar las emisiones de N₂O hasta un 80% y un 50%, respectivamente. El tipo de riego también tiene un gran potencial de mitigación: los sistemas de goteo presentan en promedio un 80% menos de emisiones de N₂O que los sistemas por aspersión, y la combinación de riego por goteo con fertilización optimizada puede reducir las emisiones directas de N₂O hasta un 50%. ​En cuanto al CH₄, se destaca que sus flujos representan una contribución relativamente pequeña al balance total de GEI de los cultivos mediterráneos, y pueden controlarse principalmente mediante la gestión del nivel freático y de las entradas de materia orgánica en arrozales. Para aumentar las reservas de carbono orgánico en suelos agrícolas mediterráneos, se identifican como prácticas más adecuadas la reducción de la labranza, la mejora en la gestión de restos de cosecha y subproductos agroindustriales, y el uso de cubiertas vegetales en cultivos leñosos. El artículo incluye además un análisis de medidas estructurales a escala del sistema agroalimentario, mostrando que la reducción del desperdicio alimentario final podría suprimir entre un 3–15% de las emisiones de N₂O, mientras que una reducción del 40% en el consumo de carne y lácteos podría disminuir las emisiones de GEI un 20–30%, de modo que la recuperación de la dieta mediterránea tradicional con ~35% de proteína animal reduciría significativamente las emisiones asociadas a la producción agrícola.