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免耕持续和效益农业的最佳选择

覆盖作物和绿肥

    为了培肥地力和改良土壤,将生长中的田间牧草翻扣于土壤中是土壤培肥常见的实践方式,这样的作物一般被称之为绿肥或覆盖作物。由于在保护性耕作系统中,种植这些作物多是为了在正常作物没能形成覆盖层时,保护土壤免受侵蚀。因此,被称之为覆盖作物(cover crop,它包括能保护土壤免遭风蚀和水侵蚀的所有作物。覆盖作物可以是一年生、二年生或多年生的草本植物,也可以是一种或多种草本植物类型混种。除了提供地面保护外,豆科类覆盖作物还可提供氮素, 并有助于抑制杂草和病虫害的发生。当覆盖作物被用来减少主要作物养分(主要是N)淋失时,称其为“截留作物”。

冬季覆盖作物

    冬季覆盖作物一般在晚夏或秋天播种,在冬季提供土壤覆盖保护。经常选用豆科植物,以利用其固氮效益。冬季寒冷的地区不易播种冬季覆盖作物,东北的南部地区可以种植。它们包括三叶草、巢菜属植物、苜蓿及野豌豆等植物。它们有时可以与冬季谷物如燕麦、黑麦或小麦等混种。

夏季绿肥

    夏季绿肥是在夏天作物生长期中占有部分时间的某些植物。利用短暂的轮作来改良贫瘠的土壤,或为多年生的庄稼准备地力。豆科和非豆科都可以用做夏季绿肥,豆科如豇豆、大豆、一年生苜蓿等;非豆科如稷、牧草或荞麦等。夏季绿肥可以为主要作物提供养分,抑制杂草,改进土壤耕性。

截留作物

    截留作物通常在主要作物收获后种植,主要作用是用其减少土体中植物养分的淋失。例如, 玉米收获后种黑麦可以进一步利用土壤中残留的氮,这样可减少硝态氮对地下水污染的可能性。在这种情况下,黑麦可作为冬季的覆盖作物。

牧草

    在主要作物还是幼苗期间,牧草可以起覆盖作物的功用;当影响主要作物正常生长时,杀死后又有绿肥之功效。如苜蓿和三叶草等豆科植物。


覆盖作物和绿的作用

增加土壤有机物和改善土壤结构

    绿肥的主要益处是可以增加土壤有机物质。在微生物分解新鲜有机物质的过程中会形成有利于土壤团聚化的有机物质。结构良好的土壤具有良好的通气性、耕性和保水透水性。土壤有机物水平的增加也影响土壤腐殖质,腐殖质是有机物质分解的最终产物,对土壤肥力和作物生长都有相当益处。

一公顷的绿肥作物对土壤有机物的贡献相当于每公顷施用4.2 5.2有机物质或20 26 吨的农家肥。

    可形成草皮的草或这种草与豆科植物混种有利于土壤输入有机物质,不过要经过数年才能观察到土壤有机物质数量上的变化。相比之下,一年生绿肥作物对土壤有机物质的增加是微不足道的,甚至可能由于“激发作用(priming effect)”而使土壤有机含量降低。不过,绿肥作物的确会更新和活化土壤有机物质, 加快有机质的分解速度。

1
不同豆科植物的生物产量和N含量

覆盖作物

生物量

  

/ 公顷

公斤 / 公顷

草木樨

3.6

113

白花苜蓿

2.3

66

红花苜蓿

2.9

94

野豌豆

3.6

103

1所列为美国南部部分一年生绿肥作物的生物产量和氮含量。在当地的条件下,大约4.5吨的作物残留量可以维持有机物质的平衡。这个数字因气候、区域和种植方式而异。

 

 

 

固氮

    种植绿肥作物的目的主要是用来固氮。由豆科覆盖作物累积的氮大约为40 200 公斤/公顷。豆科绿肥固氮量取决于作物种类、生物产量和植物组织中的氮含量。播种时间迟、出苗率低、干旱和低温等限制作物生长的栽培和环境条件都会减少氮产量。有利于氮生产的条件包括:良好的出苗率、发育良好的根瘤、丰沛的土壤水分、最佳土壤营养水平和土壤 pH

    绿肥植物中氮的40%60%可以为下季作物利用。假如, 野豌豆氮累积量为200公斤/公顷,那么用触杀型除草剂灭杀后可为随后的作物提供约100公斤/公顷氮素。如果将绿肥作物翻埋地下,供氮量可望增加。不过,只有很少量的氮可以为第二季及以后的作物利用。要根据绿肥作物地上部分的生物量和N的相对含量计算对土壤的N供量。

 

2 豆科绿肥地上和地下部分的含氮量

庄稼

地上

地下

  

%N

%N

大豆

93

7

野豌豆

89

11

豇豆

84

16

红三叶草

68

32

苜蓿

58

42

    豆科牧草是很有价值的,因为既可增加放牧收入,也可给土壤带来额外的氮。豆科牧草地上生物组织中氮的含量远远高于地下组织的含量。

 

 

 

 


土壤微生物活性

    当茂盛的绿肥作物翻耕入土壤中后,会大大加速土壤中的微生物活动,分解新鲜的有机物质,为随后的植物提供氮源。影响微生物分解矿化有机物的因素包括土壤温度、土壤湿度、碳氮比(C:N)为了避免发生激发效应和微生物与作物争氮,最佳的C:N范围应该在15:125:1之间。如果过高,应该施氮肥调整。

3 不同有机物料的C/N比率。

材料

C:N

苗期黑麦

14:1

开花期黑麦

20:1

野豌豆

10:1 ~ 15:1

红三叶草

15:1

玉米穗

60:1

锯屑

250:1


3列举了不同有机物料的C/N比数据。不同有机物料C/N比率差异很大。值得注意的是土壤微生物分解C/N低的有机物料比分解C/N高的物料速度快得多。

  

 

改善土壤养分

    除了氮外,覆盖作物还有助于土壤中其它营养元素的循环。覆盖作物在生长季节中也会累积磷(P)、(K)、(Ca)、(Mg)和硫(S)。这些植物营养元素在有机质的分解过程中慢慢释放。绿肥植物分解过程中会释放出弱有机酸,进而增加P的有效性。杂草在裸露的土壤上容易繁生。覆盖作物占用空间和阳光, 因而抑制杂草繁生。非豆科绿肥(如黑麦、稷或苏丹草)的主要目的,是控制杂草、增加土壤有机物质和改善土壤耕性。

保存土壤水

    当覆盖作物仅仅为保护土壤时,应该尽可能快地形成高覆盖率的地面覆盖层。多数非豆科作物,如荞麦和黑麦均可胜任。在过冬豆科作覆盖物中,野豌豆属植物秋季生长缓慢,不适在风蚀严重地区。豆科和非豆科覆盖作物混播效果更佳。

    覆盖作物的益处不仅体现在保护裸露的土壤免遭侵蚀,灭杀(机械或化学方法)后形成的残留物覆盖层也可增加土壤透水性和降低水分蒸发。同时防止降雨后出现结壳,降低地表径流。

    当然,覆盖作物和绿肥并不是没有缺点,如在保护土壤和提供N的同时要增加种子播种和灭杀的成本。覆盖作物也利用水分,在年降水量小于500毫米的地区种植覆盖作物时一定要考虑到水分问题。覆盖作物也可能引出新的病虫害问题。

   下面是美国马里兰州有无覆盖作物及种类对玉米产量和施肥量的试验结果。

6、覆盖作物的最佳氮率和产量

覆盖作物

玉米产量

最佳施N

  
  

磅/英亩

/英亩

没有覆盖作物

142

100

冬小麦

142

126

巢菜属植物

148

79

奥地利冬季豌豆

153

107

红三叶草

148

94

 

 

 

    

中国科学院东北地理与农业生态研究所 黑土有机碳与保护性耕作学科组

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