生态集约化与土壤健康实践证明了对多种土壤特性的积极影响：以农民为主导的大规模实验

赵瑞土壤家 2022-07-27

转载自土壤健康与耕地可持续利用公号（2022年6月28日）

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原名：Ecological intensification with soil health practices demonstrates positive impacts on multiple soil properties: A large-scale farmer-led experiment

译名：生态集约化与土壤健康实践证明了对多种土壤特性的积极影响：以农民为主导的大规模实验

原文DOI：

https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2021.115594

发表期刊：Geoderma

发表年份：2022年

通讯作者：Fernanda Souza Krupek

通讯作者单位：Department of Agronomy and Horticulture, University of Nebraska-Lincoln, Lincoln, USA

亮点

①文章提出了一种生态集约化与土壤健康实践的分类。

②生态集约化对土壤性质改善的影响因实践而异。

③覆盖作物使用对土壤有机质、碳和氮动态的影响最大。

④使用覆盖作物增加的生物活性降低了推荐的氮投入。

文章简介

改善土壤健康对于扭转土壤退化趋势至关重要，并且越来越引起包括政策制定者、农业行业领导者、食品公司和农民在内的一系列利益相关者的兴趣。以生态功能为重点的作物和土壤管理实践可以有效地恢复基本的生物、化学和物理土壤特性。对农业系统生态集约化的呼吁具有改善土壤健康和投入使用效率的潜力。在这项研究中，文章开发了一个框架，将时空生态集约化与土壤健康实践进行分类：耕作、轮作、覆盖作物、有机改良和农牧结合。文章将该框架应用于一个全州范围的土壤健康项目，该项目以合作设计的农场研究为特色。文章发现生态集约化影响了土壤健康评估中常用的所有特性，但不同实践对影响变化的敏感性因土壤物理、化学和生物特性而异。覆盖作物的使用对推动土壤特性的变化影响最大，特别是那些与有机质和碳 (C) 和氮 (N) 动态密切相关的变化。土壤测试生物活性及其与土壤测试预测的氮素释放的关联在种植系统中与覆盖作物使用强化相比，发现与较少集约化的系统相比，可显着降低预测的养分肥力需求。评估现有农业系统在农场规模上进行生态集约化的潜力，可以提供有关增强土壤健康的管理方案的见解。

研究区

这项研究是全州合作伙伴关系的一部分，旨在通过采取保护措施来监测土壤特性的变化，包括减少耕作、覆盖作物、多样化的轮作和作物与畜牧业的整合。该合作项目于 2016 年通过内布拉斯加大学林肯分校 (UNL) 农场研究网络和美国农业部自然资源保护局以及 17 位农民合作者之间的合作伙伴关系启动。在内布拉斯加州的 Greeley、Howard、Merrick、Colfax、Otoe、Nemaha、Knox、Dodge、Stanton 和 Seward 县包括 10 个农场研究地点。站点属于五个不同的主要土地资源区域地图单元 (MLRA)，根据USDA-NRCS (1981)分类，它们是地理上相关的土地资源单元。农场地点位于具有不同土壤质地的区域，主要分类为Mollisols ，少数地点为Entisols和Alfisols。田间历史代表了一系列土壤健康管理实践，包括经济作物多样性、覆盖作物使用、土壤扰动、有机改良剂的应用以及混合牲畜和种植企业。这种做法属于土壤健康原则，强调减少土壤干扰、延长土壤中的活根期以及最大限度地提高作物和牲畜多样性。

土壤健康实践生态集约化指标

量化了土壤健康实践在空间和时间上的增量变化，例如作物多样性、机械土壤干扰的频率、覆盖作物和有机改良剂的使用。在所有地点，覆盖作物的使用时间从零到十二年不等，没有土壤干扰的年数从零到三十年不等。关于不同的数量植物品种在 5 年轮作中，田地从 2 个到 18 个不等。作物多样性指数 (CDI) 计算为使用的不同作物种类的数量与考虑到整个轮作周期（5 年）的所有田间处理中使用的作物种类的最大数量之间的比率。CDI 包括经济作物、覆盖作物和饲料作物。覆盖作物使用（CCU）和无土壤干扰指数（YWSD）分别根据农民覆盖种植和免耕的年数进行量化。最后，文章将有机改良剂的使用 (OAI) 和作物-牲畜整合 (CL) 定义为有机改良剂的应用次数和牲畜放牧作物残茬的频率并在过去五年中覆盖作物。每个指数（即土壤健康管理的时间长度或集约化的代表）被定义为代表由于采用土壤健康管理实践而向更生态集约化种植系统的进展。指数值越高，代表轮作中不同植物种类的数量越多，根系连续存活的年数越多，耕作年数越少，有机改良剂应用的数量增加，以及牲畜更频繁地融入种植系统耕。

研究结论

这项研究是在耕地进行的，能够考虑土壤管理决策和田间的巨大变化（例如，作物序列和物种选择、避免机械干扰、有机改良剂的应用、休耕期的消除以及作物-牲畜的整合）。文章研究中包含的集约化种植系统是美国中西部传统耕作方式（投入密集、以玉米为主、多样性有限的轮作）的可能替代方案。总体而言，文章的结果表明（i）生态集约化影响了土壤健康评估中常用的所有属性，但管理影响的敏感性因物理、化学和生物土壤性质；(ii) 土壤中连续生活覆盖和根系的特征通过可变的 CCU 指数——轮作系统中覆盖作物的使用频率来反映。相对重要性表明，CCU集约化是影响土壤性质变化的最重要的管理因素；(iii) 在种植系统中使用覆盖作物强化的土壤测试假设 N分值可以显着降低养分肥力需求。文章有利于促进土壤健康管理实践，让农民更好地了解促进更健康土壤的管理策略，并代表土地管理方面的进步。

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