Can N$_2$O emissions offset the benefits from soil organic carbon storage?

Les émissions de N2O peuvent-elles compenser les avantages du stockage du carbone organique dans le sol ?

Bertrand Guenet (), Benoit Gabrielle (), Claire Chenu (), Dominique Arrouays (), Jérôme Balesdent (), Martial Bernoux, Elisa Bruni (), Jean-Pierre Caliman, Rémi Cardinael (), Songchao Chen, Philippe Ciais (), Dominique Desbois (), Julien Fouché (), Stefan Frank, Catherine Henault (), Emanuele Lugato, Victoria Naipal, Thomas Nesme (), Michael Obersteiner, Sylvain Pellerin, David Powlson, Daniel Rasse (), Frédéric Rees (), Jean-François Soussana (), Yang Su (), Hanqin Tian (), Hugo Valin and Feng Zhou
Additional contact information
Bertrand Guenet: LSCE - Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] - UVSQ - Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines - INSU - CNRS - Institut national des sciences de l'Univers - Université Paris-Saclay - CNRS - Centre National de la Recherche Scientifique - DRF (CEA) - Direction de Recherche Fondamentale (CEA) - CEA - Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives, MOSAIC - Modélisation des Surfaces et Interfaces Continentales - LSCE - Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] - UVSQ - Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines - INSU - CNRS - Institut national des sciences de l'Univers - Université Paris-Saclay - CNRS - Centre National de la Recherche Scientifique - DRF (CEA) - Direction de Recherche Fondamentale (CEA) - CEA - Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives
Benoit Gabrielle: ECOSYS - Ecologie fonctionnelle et écotoxicologie des agroécosystèmes - AgroParisTech - Université Paris-Saclay - INRAE - Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement
Claire Chenu: ECOSYS - Ecologie fonctionnelle et écotoxicologie des agroécosystèmes - AgroParisTech - Université Paris-Saclay - INRAE - Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement
Dominique Arrouays: InfoSol - InfoSol - INRAE - Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement
Jérôme Balesdent: CEREGE - Centre Européen de Recherche et d'Enseignement des Géosciences de l'Environnement - IRD - Institut de Recherche pour le Développement - AMU - Aix Marseille Université - CdF (institution) - Collège de France - INSU - CNRS - Institut national des sciences de l'Univers - CNRS - Centre National de la Recherche Scientifique - INRAE - Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement
Martial Bernoux: FAO - Food and Agriculture Organization of the United Nations [Rome, Italie]
Elisa Bruni: LSCE - Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] - UVSQ - Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines - INSU - CNRS - Institut national des sciences de l'Univers - Université Paris-Saclay - CNRS - Centre National de la Recherche Scientifique - DRF (CEA) - Direction de Recherche Fondamentale (CEA) - CEA - Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives
Jean-Pierre Caliman: SMARTRI - Smart Research Institute [Indonésie] - SMART - SMART agribusiness and food [Jakarta]
Rémi Cardinael: UPR AIDA - Agroécologie et intensification durables des cultures annuelles - Cirad - Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement, Cirad-PERSYST - Département Performances des systèmes de production et de transformation tropicaux - Cirad - Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement, UZ - University of Zimbawe [Harare] - University of Zimbawe
Songchao Chen: InfoSol - InfoSol - INRAE - Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement
Philippe Ciais: LSCE - Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] - UVSQ - Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines - INSU - CNRS - Institut national des sciences de l'Univers - Université Paris-Saclay - CNRS - Centre National de la Recherche Scientifique - DRF (CEA) - Direction de Recherche Fondamentale (CEA) - CEA - Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives, ICOS-ATC - ICOS-ATC - LSCE - Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] - UVSQ - Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines - INSU - CNRS - Institut national des sciences de l'Univers - Université Paris-Saclay - CNRS - Centre National de la Recherche Scientifique - DRF (CEA) - Direction de Recherche Fondamentale (CEA) - CEA - Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives
Julien Fouché: UMR LISAH - Laboratoire d'étude des Interactions Sol - Agrosystème - Hydrosystème - IRD - Institut de Recherche pour le Développement - AgroParisTech - INRAE - Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement - Institut Agro Montpellier - Institut Agro - Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement
Stefan Frank: IIASA - International Institute for Applied Systems Analysis [Laxenburg]
Catherine Henault: Agroécologie [Dijon] - UB - Université de Bourgogne - AgroSup Dijon - Institut National Supérieur des Sciences Agronomiques, de l'Alimentation et de l'Environnement - UBFC - Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] - INRAE - Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement
Emanuele Lugato: JRC - European Commission - Joint Research Centre [Ispra]
Victoria Naipal: LSCE - Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] - UVSQ - Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines - INSU - CNRS - Institut national des sciences de l'Univers - Université Paris-Saclay - CNRS - Centre National de la Recherche Scientifique - DRF (CEA) - Direction de Recherche Fondamentale (CEA) - CEA - Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives
Thomas Nesme: UMR ISPA - Interactions Sol Plante Atmosphère - Bordeaux Sciences Agro - Ecole Nationale Supérieure des Sciences Agronomiques de Bordeaux-Aquitaine - INRAE - Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement
Michael Obersteiner: IIASA - International Institute for Applied Systems Analysis [Laxenburg]
Sylvain Pellerin: UMR ISPA - Interactions Sol Plante Atmosphère - Bordeaux Sciences Agro - Ecole Nationale Supérieure des Sciences Agronomiques de Bordeaux-Aquitaine - INRAE - Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement
David Powlson: Rothamsted Research - BBSRC - Biotechnology and Biological Sciences Research Council
Daniel Rasse: NIBIO - Norsk institutt for bioøkonomi=Norwegian Institute of Bioeconomy Research
Frédéric Rees: ECOSYS - Ecologie fonctionnelle et écotoxicologie des agroécosystèmes - AgroParisTech - Université Paris-Saclay - INRAE - Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement
Jean-François Soussana: INRAE - Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement
Yang Su: ECOSYS - Ecologie fonctionnelle et écotoxicologie des agroécosystèmes - AgroParisTech - Université Paris-Saclay - INRAE - Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement
Hanqin Tian: AU - Auburn University
Hugo Valin: IIASA - International Institute for Applied Systems Analysis [Laxenburg]
Feng Zhou: Sino-French Institute for Earth System Science, College of Urban and Environmental Sciences - Peking University [Beijing]

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Abstract: To respect the Paris agreement targeting a limitation of global warming below 2°C by 2100, and possibly below 1.5°C, drastic reductions of greenhouse gas emissions are mandatory but not sufficient. Large‐scale deployment of other climate mitigation strategies are also necessary. Among these, increasing soil organic carbon (SOC) stocks is an important lever because carbon in soils can be stored for long periods and land management options to achieve this already exist and have been widely tested. However, agricultural soils are also an important source of nitrous oxide (N$_2$O), a powerful greenhouse gas, and increasing SOC may influence N$_2$O emissions, likely causing an increase in many cases, thus tending to offset the climate change benefit from increased SOC storage. Here, we review the main agricultural management options for increasing SOC stocks. We evaluate the amount of SOC that can be stored as well as resulting changes in N$_2$O emissions to better estimate the climate benefits of these management options. Based on quantitative data obtained from published meta‐analyses and from our current level of understanding, we conclude that the climate mitigation induced by increased SOC storage is generally overestimated if associated N$_2$O emissions are not considered but, with the exception of reduced tillage, is never fully offset. Some options (e.g, biochar or non‐pyrogenic C amendment application) may even decrease N$_2$O emissions.

Keywords: biochar; cover crops; agroforestry; erosion; greenhouse gases emissions; land based mitigation; organic amendment; soil organic carbon (search for similar items in EconPapers)
Date: 2021
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Published in Global Change Biology, 2021, 27 (2), pp.237-256. ⟨10.1111/gcb.15342⟩

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DOI: 10.1111/gcb.15342

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