Quantifying the benefits of reducing synthetic nitrogen application policy on ecosystem carbon sequestration and biodiversity

Quantification des avantages de la politique de réduction de l'épandage d'azote synthétique sur le piégeage du carbone et la biodiversité des écosystèmes

N. Devaraju, Rémi Prudhomme, Anna Lungarska, Xuhui Wang, Zun Yin, Nathalie de Noblet-Ducoudré, Raja Chakir, Pierre-Alain Jayet, Thierry Brunelle (), Nicolas Viovy, Adriana de Palma, Ricardo Gonzalez and Philippe Ciais ()
Additional contact information
N. Devaraju: 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
Rémi Prudhomme: CIRED - Centre International de Recherche sur l'Environnement et le Développement - Cirad - Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement - EHESS - École des hautes études en sciences sociales - AgroParisTech - ENPC - École nationale des ponts et chaussées - Université Paris-Saclay - CNRS - Centre National de la Recherche Scientifique, Cirad-ES - Département Environnements et Sociétés - Cirad - Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement
Xuhui Wang: College of Urban and Environmental Sciences [Beijing] - Peking University [Beijing]
Zun Yin: 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
Nathalie de Noblet-Ducoudré: 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
Thierry Brunelle: CIRED - Centre International de Recherche sur l'Environnement et le Développement - Cirad - Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement - EHESS - École des hautes études en sciences sociales - AgroParisTech - ENPC - École nationale des ponts et chaussées - Université Paris-Saclay - CNRS - Centre National de la Recherche Scientifique, Cirad-ES - Département Environnements et Sociétés - Cirad - Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement
Nicolas Viovy: 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
Adriana de Palma: NHM - The Natural History Museum [London]
Ricardo Gonzalez: NHM - The Natural History Museum [London]
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

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Abstract: Synthetic Nitrogen (N) usage in agriculture has greatly increased food supply over the past century. However, the intensive use of N fertilizer is nevertheless the source of numerous environmental issues and remains a major challenge for policymakers to understand, measure, and quantify the interactions and trade-offs between ecosystem carbon and terrestrial biodiversity loss. In this study, we investigate the impacts of a public policy scenario that aims to halve N fertilizer application across European Union (EU) agriculture on both carbon (C) sequestration and biodiversity changes. We quantify the impacts by integrating two economic models with an agricultural land surface model and a terrestrial biodiversity model (that uses data from a range of taxonomic groups, including plants, fungi, vertebrates and invertebrates). Here, we show that the two economic scenarios lead to different outcomes in terms of C sequestration potential and biodiversity. Land abandonment associated with increased fertilizer price scenario facilitates higher C sequestration in soils (+ 1014 MtC) and similar species richness levels (+ 1.9%) at the EU scale. On the other hand, the more extensive crop production scenario is associated with lower C sequestration potential in soils (− 97 MtC) and similar species richness levels (− 0.4%) because of a lower area of grazing land. Our results therefore highlight the complexity of the environmental consequences of a nitrogen reduction policy, which will depend fundamentally on how the economic models used to project consequences.

Date: 2022-12
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Published in Scientific Reports, 2022, 12 (1), pp.20715. ⟨10.1038/s41598-022-24794-2⟩

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DOI: 10.1038/s41598-022-24794-2

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