Nitrogen use efficiency: a local and regional approach for Brazilian agriculture

The exponential growth of human activities has been significantly altering the global Nitrogen (N) cycling. Due to the scale of these changes, integrated approaches are required to optimize nutrient cycles to meet food and energy demands, while minimizing threats to climate, ecosystem services, and human health. Brazil is now in a leading position on the world stage as one of the great producers and exporters of agricultural products, and must reconcile the expansion of this sector with environmental preservation and promotion of social equity. The Nitrogen Use Efficiency (NUE) is a tool to evaluate the progress of its management, and can be estimated by the ratio between the outflows and N inputs in the agro systems. In this study, NUE was calculated on different scales: regional, covering the entire Brazilian territory, and local, comprising the Vermelho River watershed, an important agricultural area of the Upper Pantanal. The spatialized results indicate great heterogeneity in the NUE, with most of the Brazilian states presenting values outside the desirable range. Low efficiency in nutrient use is identified in several states of Northeast and Southeastern Brazil. On the other hand, regions of great agricultural importance in the Cerrado have high values, suggesting that the N exports by the products outweigh the replacement of this element, which can lead to N mining and degradation of productive land. On a local scale, NUE is very close to the desirable ceiling, with subtle reduction between 2000 and 2015.

O crescimento exponencial das atividades humanas vem alterando de maneira significativa a ciclagem global do Nitrogênio (N). Devido a escala dessas mudanças, são necessárias abordagens integradas que otimizem os ciclos de nutrientes para suprir as demandas por alimentos e energia, ao mesmo tempo em que minimizem as ameaças ao clima, serviços ecossistêmicos e saúde humana. O Brasil se encontra hoje em uma posição de destaque no cenário mundial como um dos grandes produtores e exportadores de produtos agrícolas, e precisa conciliar a expansão desse setor com a preservação ambiental e promoção da equidade social. A Eficiência do Uso do Nitrogênio (NUE) consiste em uma ferramenta para avaliação do progresso do seu manejo, e pode ser estimada pela razão entre as saídas e entradas de N nos agrossistemas. Nesse trabalho, a NUE foi calculada em diferentes escalas: regional, abrangendo todo o território brasileiro, e local, compreendendo a bacia do rio Vermelho, importante área agrícola do Alto Pantanal. Os resultados espacializados indicam grande heterogeneidade na NUE, com grande parte dos estados brasileiros apresentando valores fora dos limites desejáveis. Baixa eficiência no uso do nutriente é identificada em diversos estados do nordeste e sudeste brasileiro. Por outro lado, regiões de grande importância agrícola no Cerrado apresentam altos valores, sugerindo que as exportações de N pelos produtos superam a reposição desse elemento, podendo levar a mineração do N e degradação da terra produtiva. Em escala local, a NUE está muito próxima ao limite máximo desejável, com sutil redução entre 2000 e 2015.