Balancing nitrogen at the farm gate: Economic-environmental sustainability trade-off in pastoral dairy systems of Uruguay Translated title: Balanceando el nitrógeno en la portera del predio: Sostenibilidad económica y ambiental en los sistemas lecheros pastoriles de Uruguay Translated title: Equilibrando o nitrogênio no portão da propriedade: Sustentabilidade econômica e ambiental nos sistemas leiteiros pastoris do Uruguai

Abstract

Abstract: Uruguay´s dairy can potentially enhance milk productivity competitively, but intensification risks elevating nitrogen (N) surplus, heightening environmental concerns. This study quantified farm-gate N inputs and outputs, calculating N surplus (input-output) and N use efficiency (NUE=output/input) for 17 commercial modal dairy systems identified in the 2014 and 2019 national surveys and six prospective intensified systems based on experimental pastoral farmlets achieving near-maximal rainfed productivity. Current dairy systems maintained N surplus at 71 kg N ha-1 between 2014 and 2019 (range: 44-97 kg N ha-1) while improving NUE from 28.3 to 30.5% (range: 20-35%). Intensification increased N surplus without necessarily reducing NUE. Our analyses highlight three aspects: (i) comparatively low N surplus of current Uruguayan dairy, (ii) nonlinear links between N surplus and stocking rate, feed intake, milk productivity and operating profit, and (iii) inequality between dairy systems in their contribution to national dairy N surplus reflects mainly disparity in farm size. These insights underscore the crucial need for understanding the actual fate of N surpluses: nitrate leaching, ammonia volatilisation, N2 denitrification, or N accumulation in soil organic matter. This is an unavoidable requisite for designing management practices and policies able to effectively optimise the economic and environmental sustainability of Uruguayan dairy.

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Resumen: La lechería uruguaya presenta la oportunidad de mejorar la competitividad en la productividad de leche. Sin embargo, la intensificación aumenta el riesgo de elevar el excedente de nitrógeno (N) y la contaminación ambiental. Este estudio evaluó las entradas y salidas de N predial, N excedente (entrada-salida) y eficiencia de uso de N (NUE=salida/entrada) de 17 sistemas modales (encuestas nacionales 2014-2019), y 6 sistemas intensificados basados en estudios experimentales de alta productividad de leche por hectárea en secano. Los sistemas lecheros actuales mantuvieron un N excedente de 71 kg N ha-1 entre 2014 y 2019 (rango: 44-97 kg N ha-1), y mejoraron la NUE de 28,3 a 30,5% (rango: 20-35%). De nuestro análisis se destacan tres puntos: (i) el N excedente comparativamente bajo de la lechería uruguaya actual, (ii) las relaciones no lineales entre N excedente y carga animal, consumo de alimento, productividad de la leche e ingreso de capital, y (iii) la contribución desigual entre los sistemas lecheros al excedente nacional de N de la lechería refleja principalmente la disparidad en el tamaño de los predios. Estos hallazgos evidencian la necesidad crucial de entender el destino real de los excedentes de N: lixiviación de nitratos, volatilización de amoníaco, desnitrificación de N2 o acumulación de N en materia orgánica del suelo. Este es un requisito ineludible para diseñar prácticas y políticas de gestión capaces de optimizar efectivamente la sostenibilidad económica y ambiental de la lechería uruguaya.

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Resumo: A pecuária leiteira uruguaia apresenta a oportunidade de melhorar a competitividade na produtividade do leite. No entanto, a intensificação aumenta o risco de elevar o excesso de nitrogênio (N) e a poluição ambiental. Este estudo avaliou as entradas e saídas de N na propriedade, o excesso de N (entrada-saída) e a eficiência de uso de N (NUE = saída/entrada) de 17 sistemas modais (pesquisas nacionais 2014-2019) e seis sistemas intensificados com base em estudos experimentais de alta produtividade de leite por hectare em sequeiro. Os sistemas leiteiros atuais mantiveram um excesso de N de 71 kg N ha-1entre 2014 e 2019 (faixa: 44-97 kg N ha-1) e melhoraram a NUE de 28,3% para 30,5% (faixa: 20-35%). De nossa análise, destacam-se três pontos: (i) o excesso de N comparativamente baixo na pecuária leiteira uruguaia atual, (ii) relações não lineares entre o excesso de N e carga animal, consumo de alimentos, produtividade do leite e entrada de capital, e (iii) a contribuição desigual entre os sistemas leiteiros para o excesso nacional de N da pecuária leiteira reflete principalmente a disparidade no tamanho das propriedades. Essas descobertas evidenciam a necessidade crucial de entender o destino real dos excessos de N: lixiviação de nitratos, volatilização de amônia, desnitrificação para N2 ou acumulação de N na matéria orgânica do solo. Este é um requisito inegociável para projetar práticas e políticas de gestão capazes de otimizar efetivamente a sustentabilidade econômica e ambiental da pecuária leiteira uruguaia.