覆盖作物播种量和多样性对土壤健康的影响——第五期

转载自 再生农业 Regenerative Ag公号（2021年8月11日）

覆盖作物与土壤健康

覆盖作物播种量和多样性对土壤健康的影响

原文作者：美国农业部自然资源保护局

编译：魏雪 李颖

校正：邓骁上

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

覆盖作物是一种重要再生农业措施，它可以减少土壤侵蚀、改善土壤结构、提高养分利用率、抑制杂草、提高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。

俄勒冈州的案例分析

实验方法

第一年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

第二年实验包括更多覆盖作物种类，41个秋季种植、12个春季种植和10个夏季种植的品种，并对它们的出苗率、冠层覆盖度、活力、病虫害敏感性、抗寒性、花期、株高和生物量进行了评估。研究更详细地评价威拉米特河谷覆盖作物品种的生长特性、适应性和抗寒性等，有助于环保规划者和种植者做出更好的覆盖作物选择。在种植后的前四周，每7天对每个地块的出苗率进行目测。每30天(夏种15天)，对所有地块的活性、病虫害、冠层覆盖度进行评分。抗寒性是针对秋种作物，记录其在过春后的数量。实验设计为完全随机区组，根据覆盖作物的3个种类（秋种、春种、夏种）进行3次重复。

结果和讨论

l 第一年

早期覆盖和杂草抑制

覆盖作物种子的不同混合和播种速率对总覆盖率均有显著影响。所有覆盖作物组合在播种后30天的总覆盖率平均为62%，几乎是只有35%覆盖的对照组的两倍(图1)。在播种后62天，含芸苔的4种和6种混交种的总覆盖度最高，达到95%，而每平方英尺20和40粒播种速度的2种混交种的平均覆盖度只有82%，对照只有65%。这种早期的阔叶覆盖可能使地块在冬季更能抵抗雨水侵蚀和地表结壳。

图1 3种覆盖作物组合和3种播种速率对总覆盖率的影响

不同的播种速率和覆盖作物组合也显著影响杂草覆盖(图2)。从杂草抑制的角度来看，每平方英尺20粒的播种速度和2种作物混合是无效的，4或6种含芸苔的组合和40或60粒的播种速度是最有效的。每平方英尺40颗种子的速度和4种种子混合已经足够抑制杂草，与更复杂的种子组合或更高的播种率相比，可以节省成本。

图2 3种覆盖作物组合和3种播种速率对杂草覆盖的影响

氮效益

豆科覆盖作物的一个重要好处是，它们能够为后续经济作物提供植物有效氮(PAN)，从而降低购买氮肥投入的成本。3种覆盖作物混合组合平均每英亩产生4.5吨干物质，这些干物质提供了大量有效氮。甜玉米产量在4种覆盖作物混合和每平方英尺40粒的情况下最高（图3），其中不添加任何购买的肥料，只依靠覆盖作物豆科植物固定的氮。覆盖作物的氮效益可以转化为肥料成本的大量节省。

图3 3种覆盖作物组合和3种播种速率下甜玉米的产量

加强土壤健康

种植覆盖作物通常是为了改善土壤健康，包括丰富土壤有机质，促进养分循环，改善土壤结构。本实验的大部分土壤参数在不同处理(播种速率和种子混合)之间没有显著差异。不过，土壤有机碳、碳氮比率、土壤压实度和土壤健康计算值总体上有所改善。所有覆盖处理的土壤有机碳水平均从覆盖作物种植前的96ppm增加到覆盖作物终止时的218ppm，土壤有机碳氮比(C:N)也由9.6提高到11.7。4种和6种覆盖作物种子在6-12英寸深度的底土压实显著低于2种混合种子。根据美国农业部农业研究所的里克·哈尼博士开发了一种土壤健康工具(SHT)计算结果，土壤健康计算值由覆盖作物种植时的3.98显著增加至终止时的6.70。

挑战：大宗商品作物种植推迟和捕捉控制蛞蝓

在覆盖作物结束时，有覆盖作物的土壤比无覆盖作物的对照组更冷、更湿。种植覆盖作物的一个潜在缺点是，它们通常会推迟春季土壤的升温和干燥，这可能会推迟商品作物的耕作和种植。蛞蝓对作物幼苗生长造成伤害。如果在播种时施用饵剂，可更有效地防止对发芽苗的早期损害。然而，蛞蝓诱饵成本昂贵，在免耕或少耕系统的总成本效益分析中应考虑到这种成本。

l 第二年

秋种覆盖作物

大多数秋种和芸薹属覆盖作物在2周内有70%的植株出苗，而豆科植物和其他阔叶植物的出苗一般较慢。快速的冠层覆盖对于保护土壤不受雨水影响而结壳和侵蚀以及抑制杂草生长非常重要。播后60天，只有青稞的冠层覆盖度大于50%，而普通野豌豆、白萝卜、小黑麦、谷类黑麦、燕麦、白冬小麦和亚麻的冠层覆盖度为30%以上。到播后150天时，很多品种的冠层覆盖度都达到70%以上。

草类和萝卜的越冬存活率一般较高，其他芸苔类、阔叶类和豆类的越冬存活趋势不统一。三叶草和其他豆科植物缺乏活力率的部分原因是它们在秋冬生长缓慢期间受到强烈的蛞蝓压力。不过一些豆科植物是明显的例外，他们有较高的存活率，如普通野豌豆、红三叶草、毛野豌豆、亚三叶草和扁豆。

种植小黑麦、大麦、白三叶草、燕麦、白冬小麦和野豌豆的地块含有的生物量最多。轻叶斑病使芸苔类作物大量死亡，所含生物量极低。对轻叶斑病等真菌病害推荐的栽培防治方法是深耕埋藏残茬，芸苔轮作3年。在计划包括芸薹属作物或覆盖作物在内的轮作时，应考虑到这一建议。

花期最长、花期最多的作物为黄花苜蓿、红三叶草、野豌豆、毛野豌豆、亚麻和蚕豆，为蜜蜂和其他有益昆虫提供了花粉和花蜜的潜在资源。在制定覆盖作物混合配方时，应该考虑到开花时间的巨大差异。

春种覆盖作物

春播覆盖作物多数在3月中旬种植后2-3周内出芽，但普遍活力不足，冠层盖度建立缓慢。大多数植物发育不良，受到病虫害的折磨。实验中这种结果产生的原因可能是由于多种因素，如低于平均水平的春季降水量，低水平的土壤pH值，以及来自冬季覆盖作物的竞争。该试验在今后几年重复进行时，应准备更好的苗床、石灰和施肥，以便更准确地评估春播覆盖作物的性能。

夏种覆盖作物

荞麦是夏季种植品种中出苗最快、冠层盖度最高的品种，不到23天就能达到70%的盖度，49天就能开花。高粱-苏丹草、杂交珍珠粟和暗参也具有良好的建立和快速覆盖。豆科植物的活力普遍低于本试验的禾本科和阔叶科植物。高粱-苏丹草生产的生物量最多，每英亩干物质超过7吨。其他主要的生物质生产者包括画眉草、荞麦、向日葵、太阳麻和杂交珍珠粟。荞麦和无柄花的花期最长和最丰富，其次是向日葵和红花。

总结：

在考虑俄勒冈州地区覆盖作物混合种植的方案时，可根据研究的结果，综合覆盖作物各方面的特性以及对土壤健康的影响，选取合适的种子组合和播种速率。包括大麦、小黑麦、燕麦、小麦、谷类黑麦、一年生黑麦草、毛野豌豆、普通野豌豆、深红色三叶草、地下三叶草、荞麦和高粱-苏丹草在内的这些作物很适合俄勒冈州地区，并提供各种良好的功能。表现良好的其他“非传统”覆盖作物，如白头翁三叶草、亚麻、暗花苜蓿、紫菜、春扁豆、太阳麻、杂交珍珠粟、画眉草和向日葵，值得进一步关注。芸薹属作物受到了病害的严重影响，可采取适当的轮作。包括甜菜、库拉三叶草和黄花三叶草的这些作物表现较差，主要是由于种植条件差和幼苗活力低。

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