| Summary: | How has agricultural extensification and intensification affected nitrogen cycle in the Brazilian Cerrado? How will it affect nitrogen cycle in the future? Nitrogen is an essential element to food production. Little nitrogen indicates low crop productivity and soil degradation, while too much of it indicates environmental pollution that is detrimental to environmental health, economic prosperity, and food security. First, we conducted a spatial assessment of soil nitrogen balance in the Brazilian Cerrado based on land use dynamics in the years 2000, 2010, and 2012. Second, in order to explore trajectories of agricultural expansion and estimate soil nitrogen balance for the year 2050, we developed a spatially explicit modelling approach capable of representing land use change and soil nitrogen balance for the Cerrado. The trajectories were examined: Sustainability (A); Middle of the road (B); and Fragmentation (C). First results show a movement toward soil nitrogen depletion. In 2000 the balance shows a slight nitrogen accumulation (0.07 TgN) to a condition of nitrogen depletion (-0.37 TgN) in 2012. Such results suggests that agricultural practices in the Cerrado region have been mining soil nitrogen, potentially affecting soil sustainability. Silviculture, annual crops (e.g soybeans and maize), and pasture were found to be the main drivers of nitrogen depletion. Second results show negative soil nitrogen balance in all trajectories: -0.94 TgN (A), -3.19 TgN (B), and -1.69 TgN (C). Only in the sustainability scenario (A), where natural vegetation was maintained and better agricultural production practices were applied, soil nitrogen was less affected. Silviculture and pasture continued to be the main drivers of soil nitrogen depletion in all trajectories. Unless an effective government program of sustainable land management is implemented, areas of inefficient nitrogen management will expand, compromising agricultural production and ecosystems services. === Como a extensificação e a intensificação agrícola têm afetado o ciclo do nitrogênio no Cerrado brasileiro? Como isso afetará o ciclo do nitrogênio no futuro? O nitrogênio é um elemento essencial para a produção de alimentos. Pouco nitrogênio indica baixa produtividade e degradação do solo, enquanto seu excesso indica poluição ambiental que é prejudicial para a saúde ambiental, prosperidade econômica e segurança alimentar. Na primeira etapa deste estudo, nós realizamos uma avaliação espaço-temporal do balanço de nitrogênio no solo com base na dinâmica do uso da terra nos anos 2000, 2010 e 2012 para o Cerrado brasileiro. Na segunda etapa, nós desenvolvemos uma abordagem de modelagem espacialmente explícita capaz de representar mudanças de uso da terra e mudanças no balanço de nitrogênio no solo. As trajetórias examinadas foram: sustentabilidade (A); meio do caminho (B); e fragmentação e caos (C). Os primeiros resultados mostram um movimento em direção à depleção de nitrogênio no solo. Em 2000 o balanço mostra um leve acúmulo de nitrogênio no solo (0,07 TgN) para uma condição de depleção em 2012 (-0,37 TgN). Estes resultados sugerem que as práticas agrícolas na região do Cerrado têm minerado o nitrogênio do solo, potencialmente afetando a sustentabilidade do solo. Silvicultura, culturas anuais (por exemplo, soja e milho) e pastagens têm sido os principais condutores da depleção de nitrogênio do solo. Os segundos resultados mostram que os balanços de nitrogênio no solo foram negativos em todas as trajetórias: -0,94 TgN (A), -3,19 TgN (B), and -1,69 TgN (C). Somente no cenário sustentabilidade (A), onde a vegetação natural foi mantida e melhores práticas de produção agrícola foram aplicadas, o nitrogênio do solo foi menos afetado. Silvicultura e pastagens continuaram a ser os principais condutores da depleção de nitrogênio no solo em todas as trajetórias. A menos que um programa governamental eficaz de manejo sustentável da terra seja implementado, áreas de ineficiente gerenciamento de nitrogênio irão se expandir, comprometendo a produção agrícola e os serviços ecossistêmicos.
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