覆盖作物播种量和多样性对土壤健康的影响——第二期

原文作者：R. Jay Ugiansky编译：邓骁上校正：伍倩仪原文链接：https://www.nrcs.usda.gov/wps/portal/nrcs/detail/national/climatechange/?cid=stelprdb1077238#:~:text=Cover%20crops%20have%20the%20potential,along%20with%20various%20other%20benefits覆盖作物是一种有效的保护性耕作措施，它可以减少土壤侵蚀、改善土壤、增加养分、抑制杂草、提高可土壤水含量和打破害虫循环等好处，对土壤健康和耕地可持续性有着积极的影响。但是覆盖作物的效益会受到气候的影响，所选择的种类及其管理也决定了其收益和回报。因此，美国自然资源保护局开展了一项全国性的覆盖作物研究项目，旨在评估覆盖作物的播种量和多样性对土壤健康的影响。研究分别在加州、佛罗里达州、马里兰州、密苏里州、北达科他州、俄勒冈州和华盛顿州进行，这项研究的年度报告有助于跟踪覆盖作物在美国各地的种植情况和对土壤健康的影响。实验设计为完全随机区组设计，共有4个区组，2个因素 （覆盖作物多样性和播种量）。三类覆盖作物混合物的组合，代表不同的多样性，覆盖作物包括黑麦、绛三叶、萝卜、毛苕子、油菜和燕麦(表1)。此外，为了评估播种量的影响，研究人员分别以每平方英尺播种20、40和60粒种子的播种量进行播种。除这9个组别外，每个区还有一个对照组。覆盖作物在秋季种下，玉米作为主要作物在夏季种下。各地的植物中心对土壤和植物进行定期的采样和监测，以确定不同的处理对植物覆盖、物种组成和总生物量的影响。关于土壤性质、肥力和生物活性的样本采集则在覆盖作物种植和灭茬时进行。表1覆盖作物混合数量禾草植物豆科植物芸苔植物2种50%黑麦50%绛三叶4种55%黑麦22.5%绛三叶10%萝卜22.5%毛苕子6种22.5%黑麦50%绛三叶5%萝卜22.5%燕麦22.5%毛苕子5%油菜第二期：马里兰州的案例分析引言：诺曼·伯格国家植物中心（以下简称PMC）参与了一项国家性的研究，旨在评估在马里兰州的覆盖作物处理和播种量对土壤健康的影响，这将有助于为当地使用覆盖作物、改善土壤健康、减少投入和提高主要作物产量提供建议。

播种后225天的覆盖作物的生长情况 （credit by R. Jay Ugiansky） 。具体分析：覆盖作物对杂草抑制的效果实验结果显示，所有覆盖作物的组合都能抑制杂草生长。在覆盖作物处理中，杂草覆盖率最高是12%，该组数据出现在以每平方英尺20粒播种两种覆盖作物的210天后。其他覆盖作物组合的杂草覆盖率都很低。由于第2年秋季低温导致第2年的播种日期比第1年晚10天，覆盖作物的生长受到极大地影响，尤其是绛三叶。在冬季停止生长之前，大多覆盖作物的覆盖率不足 41%（图 1）。我们发现覆盖作物混合物的种子类型对覆盖率的影响大于播种量，且杂草在第二年长得更加茂盛，但都是以可以接受的矮小品种为主。滚压机可以终止大部分覆盖作物生长，仅有毛苕子稀疏生长，但不影响玉米生长。第二年已经不需要除草剂来协助抑制覆盖作物的生长了，甚至第一年也可以不用除草剂。

图1. 2012-2013年和2013-2014年播种后播种后30-210天 (DaysAfter Planting)，6种覆盖作物混合处理中各个物种的平均覆盖率 (Cover)。可以比较黑麦、绛三叶、毛苕子和燕麦在同等种子数量基础上对覆盖率的贡献。覆盖作物对生物量和氮的贡献覆盖作物对于生物量的贡献是毋庸置疑的 (表 1)。所有覆盖作物组别的生物量都是对照组的2.9到5.2倍，但是只有两个实验组的结果是显著增加的。同时覆盖作物对氮的影响是也是显著的。所有种植覆盖作物的地上干物质(DM)的氮(N)含量低于2%，而对照组是2.5%。在研究的前2年，覆盖作物混合或播种量对生物量没有产生显着影响。土壤的显着变化和前一年的农田管理可能才是导致统计学没有显著影响的原因。在三年内持续使用相同的覆盖作物应减少这种误差的产生，同时增加对覆盖作物的敏感程度（图2）。黑麦在这两年所有覆盖作物处理中对干物质（生物量）贡献最大。覆盖作物能够捕捉土壤中的养分，以及豆科覆盖作物生产的有效氮可以为后续经济作物提供养分。由于覆盖作物是翻入而不是掺入，随着残留物缓慢分解，预计有效氮会逐渐释放。而且随着土壤有机质的增加，土壤肥力也会提高的。覆盖作物对土壤湿度和温度的影响尽管生物量存在差异，但所有种植覆盖作物的农田和对照组的农田的土壤水分相似，这表明覆盖作物的种植不会影响土壤中的水分含量。同时冠层覆盖和生物量对于土壤温度没有显著影响，地表温度皆能达到玉米发芽的最低温度，无论是实验还是对照组，玉米都快速发了芽。

图2. 在终止覆盖作物的生长时，各个处理组中草类、豆科植物、和杂草的地上生物量。由于萝卜和油菜不能越冬生长，所以没有计算其生物量。表1. 三种覆盖作物组合（mix）和三种播种量(rate) 的平均地上生物量干物质 (Dry Matter)、干物质中的氮含量百分比(N in Dry Matter)和生物量中的各物种百分比(Cover Crop Biomass Composition)。在同一列内，相同的字母表示数值没有显著差异。

小结：研究显示出覆盖作物对于杂草抑制非常有效，但是与对照组相比，在两年内改善土壤健康和经济作物产量方面没有明显的效果。根据实验数据可以得出，提前终止覆盖作物可以改善有效氮含量，并且提高覆盖作物对玉米产量的反馈。同时，研究发现持续性的作物覆盖十分有利于土壤健康和玉米产量。但是，我们发现油菜籽不太适合在收获到霜冻这个时间段内生长。此外，我们发现所有覆盖作物品种，尤其是油菜、萝卜和燕麦，最好在玉米收获前播种，并且在马里兰州可能不适于与生长周期为95天的玉米轮作。 选择较早成熟的玉米或其他作物轮作，可以增加覆盖作物的选择和提高覆盖作物组合的灵活性，有利于提高土壤健康以及对多样气候的适应性。