Carbon flux variability and the economic valuation of sequestration in abandoned citrus orchards under mediterranean conditions

Abstract

Although terrestrial ecosystems are widely recognized as atmospheric carbon sinks, increasing scientific evidence indicates that the intensification of droughts may shift them into carbon sources. Given the limited understanding of how reduced precipitation influences carbon fluxes in Mediterranean citrus agroecosystems, this study evaluates the response of a citrus orchard under semi-arid Mediterranean conditions to an extreme drought event by examining the temporal variability of net ecosystem carbon exchange. No previous study has examined the response of citrus agroecosystems to the widespread and extreme drought of 2022. Precipitation and NEE data were used in this analysis. Monthly and annual precipitation anomalies were calculated relative to the mean values for the period 2002–2023, allowing the identification of the anomalous year within 2016–2023. The temporal variability of NEE was then assessed for that year. Despite a precipitation deficit of approximately 50% in 2022, the agroecosystem maintained its net carbon sink function, indicating a nonlinear and partially decoupled response between extreme hydroclimatic stress and carbon exchange. However, across the Mediterranean Basin, citrus orchards are increasingly being abandoned, and this trend is expected to intensify in the coming decades. Using the InVEST model (2018–2030), this study also quantified the economic impacts of carbon sequestration losses resulting from citrus orchard abandonment in Lentini, Sicily. Economic valuation indicates that orchard abandonment reduces carbon sequestration, generating average losses ranging from 89.3 to 393.0 EUR ha¹ as the social cost of carbon increases, thereby weakening the contribution of these agroecosystems to climate change mitigation. Keywords: carbon sequestration; citrus agroecosystems; precipitation; economic valuation; citrus orchard abandonment.

Este estudo analisa a resposta de um pomar de citrinos em condições semiáridas do Mediterrâneo a um evento de seca extrema, considerando a variabilidade temporal da troca líquida de carbono no ecossistema (NEE). Parte-se do pressuposto de que, embora os ecossistemas terrestres atuem como sumidouros líquido de carbono, a intensificação das secas pode comprometer essa função. Nenhum estudo anterior investigou essa resposta do agroecossistema cítrico à seca generalizada e extrema de 2022. Dados de precipitação e NEE foram utilizados na pesquisa. As anomalias de precipitação mensais e anuais foram calculadas em relação à precipitação média mensal e anual do período entre 2002 a 2023. Com base na análise de anomalias, o ano atípico foi identificado. Após a identificação do ano atípico contido no período de 2016 a 2023, a variabilidade temporal do NEE foi avaliada para esse ano. Apesar de um défice de precipitação de cerca de 50% em 2022, o agroecossistema manteve a sua função de sumidouro de carbono. Este resultado indica uma resposta não linear e parcialmente desacoplada entre o stress hidroclimático extremo e a troca de carbono. No entanto, na bacia do Mediterrâneo, os pomares de citrinos estão a ser cada vez mais abandonados, e prevê-se que esta tendência se intensifique nas próximas décadas. Utilizando o modelo InVEST (2018–2030), este estudo também quantificou os impactos econômicos das perdas de sequestro de carbono decorrentes do abandono de pomares de citros em Lentini, Sicília. A valoração económica indica que o abandono de pomares de citrinos reduz o sequestro de carbono, gerando perdas médias entre 89,3 e 393,0 EUR ha¹, que aumentam com o preço social do carbono, enfraquecendo o contributo destes agroecossistemas para a mitigação climática. Palavras-chave: sequestro de carbono; agroecossistemas de citrus; precipitação; valorização económica; abandono de pomares de citrinos.