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Estimating the Global Influence of Cover Crops on Ecosystem Service Indicators in Croplands With the LPJ‐GUESS Model

Ma, Jianyong ORCID iD icon 1; Anthoni, Peter 1; Olin, Stefan; Rabin, Sam S. 1; Bayer, Anita D. 1; Xia, Longlong 1; Arneth, Almut 1,2
1 Institut für Meteorologie und Klimaforschung – Atmosphärische Umweltforschung (IMK-IFU), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
2 Institut für Geographie und Geoökologie (IFGG), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Abstract:

Cover crops (CCs) can improve soil nutrient retention and crop production while providing climate change mitigation co-benefits. However, quantifying these ecosystem services across global agricultural lands remains inadequate. Here, we assess how the use of herbaceous CCs with and without biological nitrogen (N) fixation affects agricultural soil carbon stocks, N leaching, and crop yields, using the dynamic global vegetation model LPJ-GUESS. The model performance is evaluated with observations from worldwide field trials and modeled output further compared against previously published large-scale estimates. LPJ-GUESS broadly captures the enhanced soil carbon, reduced N leaching, and yield changes that are observed in the field. Globally, we found that combining N-fixing CCs with no-tillage technique could potentially increase soil carbon levels by 7% (+0.32 Pg C yr$^{−1}$ in global croplands) while reducing N leaching loss by 41% (−7.3 Tg N yr$^{−1}$) compared with fallow controls after 36 years of simulation since 2015. This integrated practice is accompanied by a 2% of increase in total crop production (+37 million tonnes yr$^{−1}$ including wheat, maize, rice, and soybean) in the last decade of the simulation. ... mehr


Verlagsausgabe §
DOI: 10.5445/IR/1000159404
Veröffentlicht am 20.06.2023
Originalveröffentlichung
DOI: 10.1029/2022EF003142
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Zitationen: 2
Web of Science
Zitationen: 2
Dimensions
Zitationen: 4
Cover der Publikation
Zugehörige Institution(en) am KIT Institut für Meteorologie und Klimaforschung – Atmosphärische Umweltforschung (IMK-IFU)
Institut für Geographie und Geoökologie (IFGG)
Publikationstyp Zeitschriftenaufsatz
Publikationsmonat/-jahr 05.2023
Sprache Englisch
Identifikator ISSN: 2328-4277
KITopen-ID: 1000159404
HGF-Programm 12.11.21 (POF IV, LK 01) Natural ecosystems as sources and sinks of GHGs
Erschienen in Earth's Future
Verlag Wiley Open Access
Band 11
Heft 5
Seiten Art.: e2022EF003142
Bemerkung zur Veröffentlichung Gefördert durch den KIT-Publikationsfonds
Vorab online veröffentlicht am 11.05.2023
Schlagwörter dynamic vegetation model, cover crops, soil carbon sequestration, crop yields, nitrogen leaching, conservation agriculture
Nachgewiesen in Web of Science
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Dimensions
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