覆蓋作物的種植現(xiàn)狀及其對(duì)下茬作物生長(zhǎng)和土壤環(huán)境影響的研究進(jìn)展.pdf

覆蓋作物的種植現(xiàn)狀及其對(duì)下茬作物生長(zhǎng) 和土壤環(huán)境影響的研究進(jìn)展 隋 鑫 霍海南 鮑雪蓮 何紅波 張旭東 梁 超 解宏圖 中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所 沈陽(yáng) 中國(guó)科學(xué)院大學(xué) 北京 遼寧省現(xiàn)代保護(hù)性耕作與生態(tài)農(nóng)業(yè)重點(diǎn) 實(shí)驗(yàn)室 沈陽(yáng) 摘 要 覆蓋作物指的是在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)間隙種植 使土壤在時(shí)間或空間上減少或避免裸露的一 種作物 其能使農(nóng)田土壤免受風(fēng)蝕 水蝕和人為擾動(dòng)的影響 被認(rèn)為是一種新型的保護(hù)性耕 作方式 本文簡(jiǎn)要介紹了農(nóng)田覆蓋作物的種植管理情況 包括種植品種 耕作模式和綠肥作 物的滅生還田方式等 可為推廣覆蓋作物在農(nóng)田休閑期的高效大面積種植提供參考 基于國(guó) 內(nèi)外研究綜述了綠肥種植對(duì)經(jīng)濟(jì)作物 土壤質(zhì)量 雜草抑制 溫室氣體排放和土壤微生物等的 影響及研究進(jìn)展 闡明了覆蓋作物對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的諸多益處 盡管覆蓋作物存在局限性 例如短期收益不明顯 管理措施不當(dāng)會(huì)造成作物減產(chǎn)等 但其在改善土壤質(zhì)量 實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持 續(xù)發(fā)展方面仍然具有重要的應(yīng)用價(jià)值 關(guān)鍵詞 覆蓋作物 保護(hù)性耕作 經(jīng)濟(jì)作物 土壤環(huán)境 本文由國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目 資助 通訊作者 在長(zhǎng)期的農(nóng)田耕作中 由于風(fēng)蝕作用 雨水沖刷 和不合理的耕作方式 耕地土壤面臨著地力下降 有 機(jī)質(zhì)含量降低 土壤板結(jié)沙化等一系列問(wèn)題 我國(guó)亟 需發(fā)展一種平衡農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力和生態(tài)完整性的可持續(xù) 的種植制度 保護(hù)性耕作對(duì)土壤生態(tài)環(huán)境具有 一定的保護(hù)作用 在國(guó)內(nèi)外已被廣泛應(yīng)用 其包括 三大原則 最少的土壤擾動(dòng) 土壤表面保持永 久性的覆蓋 保證農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的物種多樣 性 免耕與種植綠肥等覆蓋作物相結(jié)合 具有顯 著增加土壤碳截獲 減少氮肥用量 增加土壤微生物 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào) 年 月 第 卷 第 期 多樣性等優(yōu)點(diǎn) 是保護(hù)性耕作中最常見(jiàn)的耕作模式 之一 在農(nóng)田冬季休閑期種植綠肥作物覆蓋土壤 可以從整體上改善農(nóng)業(yè)土壤環(huán)境 是可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā) 展的重要組成部分 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中覆蓋作物指的是在經(jīng)濟(jì)作物生長(zhǎng)期 間或收獲后種植在經(jīng)濟(jì)作物間隙 使土壤在時(shí)間或 空間上減少或避免裸露的一種作物 其種植的主要 目的不是為了收獲 而是作為綠肥植物覆蓋土壤 集 聚光合碳和有機(jī)氮 覆蓋作物通常生長(zhǎng)在秋冬 季節(jié) 此時(shí)田地通常是休耕的 在休耕期間 農(nóng)田土 壤中的養(yǎng)分更容易被淋溶 而覆蓋作物的種植能有 效減緩這一現(xiàn)象 覆蓋作物不僅應(yīng)用于一年生作物 的種植間隙 還廣泛適用于多年生喬木作物的林 下 在播種經(jīng)濟(jì)作物之前 覆蓋作物可被收割或 作為綠肥翻壓于土壤中 因此覆蓋作物又被稱為綠 肥植物 還田后作為有機(jī)肥料 能增加土壤養(yǎng) 分含量 改善土壤環(huán)境 進(jìn)而提高后茬作物產(chǎn)量 我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)體系在 年建立了綠肥產(chǎn)業(yè) 技術(shù)體系 對(duì)相關(guān)技術(shù)開(kāi)展研究與生產(chǎn)示范 本文 基于國(guó)內(nèi)外有關(guān)覆蓋作物的研究 綜述了農(nóng)田覆蓋 作物的種植管理情況及其對(duì)經(jīng)濟(jì)作物 土壤質(zhì)量 雜 草抑制 溫室氣體排放和土壤微生物等的影響及研 究進(jìn)展 覆蓋作物的種植現(xiàn)狀 世紀(jì) 年代 我國(guó)綠肥覆蓋作物的發(fā)展十 分迅速 尤其是南方各省的種植面積增長(zhǎng)較快 年我國(guó)綠肥覆蓋作物種植面積達(dá) 萬(wàn) 到 年 綠肥覆蓋作物種植面積擴(kuò)大到 萬(wàn) 約占當(dāng)時(shí)耕地總面積的 但隨 后由于化肥工業(yè)的發(fā)展 施用化肥帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益 更快速和便利 綠肥覆蓋作物的種植面積開(kāi)始大幅 度縮減 至 年 其種植面積不足 萬(wàn) 然而化肥的使用和不合理的耕作方式為我國(guó)農(nóng)業(yè)帶 來(lái)了一系列的問(wèn)題 造成了肥力下降 地力衰退 土 壤板結(jié)等問(wèn)題 近年 由于國(guó)家政策補(bǔ)貼以及各地 開(kāi)展的綠肥公益項(xiàng)目 綠肥覆蓋作物重新受到了重 視 截至 年 綠肥覆蓋作物面積已恢復(fù)到 萬(wàn) 但是 覆蓋作物的大面積推廣需要形 成一套完善的管理體系 才能最大化地發(fā)揮覆蓋作 物的優(yōu)點(diǎn)和功能 覆蓋作物栽培和管理措施不當(dāng) 會(huì) 導(dǎo)致其生長(zhǎng)失控 成為田間雜草 進(jìn)而與大田作物競(jìng) 爭(zhēng)水分和養(yǎng)分 影響經(jīng)濟(jì)作物產(chǎn)量 覆蓋作物的種植 管理包括作物種類的選擇 播種日期 播種率 滅生日 期 滅生設(shè)備 施肥和灌溉措施等方面 這些因素 的優(yōu)化可以提高覆蓋作物對(duì)土壤肥力和經(jīng)濟(jì)作物產(chǎn) 量的促進(jìn)作用以及對(duì)雜草的抑制效果 覆蓋作物品種 覆蓋作物從大類上可以分為豆科植物和非豆科 植物 表 和表 分別列舉了幾種常見(jiàn)的非豆 科和豆科覆蓋作物及其種植建議 我國(guó)南方地區(qū)冬 季氣溫較高 可以種植不同的耐寒作物 不僅具有改 善土壤環(huán)境的作用 還能帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)收 益 北方地區(qū)冬季寒冷干燥 氣溫比南方低 水分條件和熱量資源不足 限制了綠肥等覆蓋作物 的種植 因此 必須根據(jù)不同地區(qū)的氣候特 點(diǎn)來(lái)選擇適合的覆蓋作物品種和播種日期 以 華北地區(qū)為例 已知能在冬季存活 過(guò)冬的覆蓋作物 主要有二月蘭 毛葉苕子 冬油菜 草木樨 表 常見(jiàn)的非豆科覆蓋作物及其種植建議 覆蓋作物類型 代表植物 種植建議 一年生禾谷類 多花黑麥草 撒播時(shí)播種量為 條播時(shí) 播深 可與豆科植物和小粒谷物混播 播種量 蕎麥 條播播種量 播深 可作為仲夏覆蓋作物 常與高 丹草 檉麻混播 黑麥 條播播種量 播深小于 撒播 最耐 寒 秋播最晚 常與豆科混播 黑麥的播種量應(yīng)控制在推薦播種量的最低值 冬小麥 條播播種量 播深 撒播時(shí)播種量為 大麥 條播播種量 播深 撒播 燕麥 撒播播種量 條播 播深 可與三葉草 豌豆 野豌豆及其他豆科或小粒谷類混播 蕓薹屬作物 油菜 芫菁 蘿卜 條播播種量 撒播 可與小粒谷物 其他 蕓薹屬作物或豆科植物混播 期 隋 鑫等 覆蓋作物的種植現(xiàn)狀及其對(duì)下茬作物生長(zhǎng)和土壤環(huán)境影響的研究進(jìn)展 表 常見(jiàn)的豆科覆蓋作物及其種植建議 覆蓋作物類型 代表植物 種植建議 一年生豆科作物亞歷山大三葉草 條播播種量 撒播 可與燕麥混播 豇豆 條播播種量 播深 撒播 可與玉米或高粱間作 絳三葉 條播播種量 撒播 與小粒谷物 禾草和其他三葉草混播生長(zhǎng)良好 混播時(shí)約為其正常播種量的 毛苕子 條播播種量 撒播 多年生或兩年生紅三葉 條播播種量為 一般與春季谷物混播 豆科作物草木樨 條播播種量為 撒播為 白三葉 條播播種量為 撒播為 與其他豆 類或禾草混播時(shí) 采用條播 播種量為 種植于經(jīng)濟(jì) 作物行間也可發(fā)揮作用 和黑麥草 等 遼寧地區(qū)可種植野豌豆 黑 麥 和燕麥 等 此 外 有些冬油菜品種可抗 的極端低溫 能在我 國(guó)大部分寒冷地區(qū)成功越冬 例如 隴油 號(hào) 的 越冬率高達(dá) 在冬春季地表的覆蓋度約 能有效減少休閑農(nóng)田土壤的風(fēng)蝕 覆蓋作 物的品種選擇應(yīng)依據(jù)種植者的目標(biāo)而定 當(dāng)覆蓋作 物的碳氮比較高時(shí)有利于雜草的控制 較低則能為 后續(xù)種植作物提供充足的氮 覆蓋作物種植模式 覆蓋作物可與經(jīng)濟(jì)作物輪作 即經(jīng)濟(jì)作物在秋 季收獲后 在冬閑期種植覆蓋作物 以增加冬閑農(nóng)田 的地表覆蓋 通常情況下 覆蓋作物至少要在霜凍 發(fā)生 周前播種 也可在作物收獲后立即播種 在 兩茬輪作制度中 如玉米 大豆輪作系統(tǒng) 在早播和 晚播作物之間常有 周的夏季休耕期 可選擇夏 季生長(zhǎng)迅速的谷類和暖季型豆科植物與春季作物套 播 這能有效減少土壤在休耕時(shí)的地面裸露 有 利于減少風(fēng)蝕和水蝕對(duì)土壤質(zhì)量的影響 研究發(fā) 現(xiàn) 在玉米 大豆輪作系統(tǒng)中 玉米和大豆收割后分 別種植不同品種的覆蓋作物 不僅能清除土壤中多 余的氮 使 的排放量減少 對(duì)作物產(chǎn)量也 沒(méi)有負(fù)面影響 等 的研究也證明 在 輪作系統(tǒng)的間隙加入覆蓋作物不會(huì)影響作物產(chǎn)量 還能增加土壤速效磷含量 與單作相比 黑麥與大 豆輪種使大豆的產(chǎn)量更高 且對(duì)雜草的抑制效果最 好 在種植玉米前種植箭筈豌豆 玉米的增產(chǎn)效果最好 但是 覆蓋作物與經(jīng)濟(jì)作 物輪種的過(guò)程中 需要注意二者之間是否會(huì)在不良 的生長(zhǎng)條件下存在競(jìng)爭(zhēng)作用 研究表明 在水分條 件受限的情況下 無(wú)論覆蓋作物是混播還是單播 都 使后續(xù)作物小麥的產(chǎn)量平均降低 盡管覆蓋作物與經(jīng)濟(jì)作物輪作模式已經(jīng)被證實(shí) 有諸多優(yōu)點(diǎn) 但在實(shí)際生產(chǎn)中 覆蓋作物生長(zhǎng) 建植 的時(shí)長(zhǎng)往往會(huì)受到經(jīng)濟(jì)作物的限制 一般而言 大 多數(shù)覆蓋作物需要經(jīng)過(guò) 的生長(zhǎng)才能在霜凍 前達(dá)到最大的秋季生物量 在有些輪作系統(tǒng)中 經(jīng)濟(jì)作物收獲后 覆蓋作物能生長(zhǎng)的時(shí)間可能只有 兩周 不足以讓覆蓋作物完成建植 因此 一種 將覆蓋作物在經(jīng)濟(jì)作物行間套種的種植模式逐漸受 到了研究者的關(guān)注 這種種植模式可以延長(zhǎng)覆蓋作 物的生長(zhǎng)時(shí)間 有利于覆蓋作物的建植 使覆蓋作物 免受經(jīng)濟(jì)作物收獲日期的限制 研究表明 在不同 的玉米生長(zhǎng)時(shí)期分別種植覆蓋作物 不僅不會(huì)因競(jìng) 爭(zhēng)作用而影響玉米的產(chǎn)量 還能抑制冬季一年生野 草的生物量 研究發(fā)現(xiàn) 覆蓋作物可提供高達(dá) 的地面覆蓋 有效避免了移除玉米秸稈造成 的砂壤土風(fēng)蝕潛力增加的負(fù)面影響 行間種植 模式在多年生經(jīng)濟(jì)作物 如果樹(shù) 中更為常見(jiàn) 例 如 在黃土高原的一個(gè)蘋(píng)果園中 在蘋(píng)果樹(shù)行間種植 黑麥草作為覆蓋作物 結(jié)果發(fā)現(xiàn) 土壤酶活性顯著增 加 與碳循環(huán) 氮循環(huán)和氨基酸代謝相關(guān)的基因豐度 顯著增加 如碳固定基因 在葡萄園中連 續(xù)兩年在行間種植豆科覆蓋作物的研究表明 與傳 統(tǒng)耕作中表面裸露的土壤相比 種植覆蓋作物使土 壤中微生物活性增加了一倍 土壤細(xì)菌多樣性增加 硝化細(xì)菌和促進(jìn)植物生長(zhǎng)的細(xì)菌屬增加 有利于土 壤有機(jī)碳的穩(wěn)定 此外 還有一種創(chuàng)新型的種植 模式 即條帶狀種植覆蓋作物 其每隔 畦經(jīng)濟(jì) 作物種植一畦覆蓋作物以改良土壤 下一年將條帶 輪換 定期刈割覆蓋作物 把剪下來(lái)的草屑吹入相鄰 應(yīng) 用 生 態(tài) 學(xué) 報(bào) 卷 的經(jīng)濟(jì)作物中作為覆蓋層 覆蓋作物的單播與混播 除了單獨(dú)種植一種覆蓋作物外 為了增加農(nóng)田 生態(tài)系統(tǒng)的物種多樣性 在保護(hù)性耕作中還可以采 用不同覆蓋作物混播的策略 表 和表 的種植建 議中列舉了幾種常用的混播組合 豆科植物可利用 大氣中的氮?dú)膺M(jìn)行固氮作用 增加土壤含氮量并有 效減少土壤中的氮淋溶 非豆科作物的根系可將深 層土壤中的氮素轉(zhuǎn)化到耕層土壤中 有利于后續(xù)種 植的經(jīng)濟(jì)作物吸收養(yǎng)分 已有研究證明 豆科與 非豆科植物混合種植對(duì)提高作物產(chǎn)量和養(yǎng)分利用效 率的效果優(yōu)于單獨(dú)種植豆科植物 當(dāng)黑麥草與 紫云英以 的比例混播時(shí) 作物的氮素利用率 最大 黑麥與其他覆蓋作物結(jié)合種植 因?yàn)槠渚?有較低的高度和較寬的葉片 可以增加光的利用效 率 覆蓋作物混播還可以增加土壤微生物多樣 性 尤其增加了土壤有益微生物的數(shù)量 然而 簡(jiǎn)單地增加混播物種數(shù)量并不意味著能 達(dá)到最好的預(yù)期效果 例如 有研究表明 與 種覆 蓋作物混播相比 種覆蓋作物混播模式的土壤酶 活性更強(qiáng) 等 研究表明 覆蓋作物 的生物量才是抑制雜草的關(guān)鍵 而不是作物的多樣 性 與單播覆蓋作物相比 混播作物對(duì)雜草的抑制 效果更差 混合種植效果不能達(dá)到預(yù)期的原因可能 是物種組成沒(méi)有功能互補(bǔ)性 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)該根據(jù) 其需求和長(zhǎng)期的目標(biāo)來(lái)選擇混播覆蓋作物的品種組 成 蕓薹屬植物多用于雜草的抑制和病蟲(chóng)害的 防治 大部分蕓薹屬種類都會(huì)釋放一些化學(xué)物質(zhì) 這 些化學(xué)物質(zhì)對(duì)土壤中的病原體和其他有害生物 例 如 線蟲(chóng) 真菌和一些雜草 有強(qiáng)烈的抑制作用 燕麥 黑麥等非豆科植物用于土壤多余養(yǎng)分的清除 豆科植物因其具有固氮屬性可用于減少后續(xù)作物的 氮投入 非豆科植物由于沒(méi)有固氮功能 種植時(shí) 應(yīng)考慮是否需要額外施肥 以及是否會(huì)與經(jīng)濟(jì)作物 競(jìng)爭(zhēng)土壤中的氮 此外 有研究者還推薦了一種 種植策略 即混播不耐寒的物種和可越冬的物種 這 樣既可以保證當(dāng)年的秋季和來(lái)年的春季都能有足夠 的地面覆蓋量 還可以利用低溫殺死部分覆蓋作 物 由于不同覆蓋作物最佳滅生時(shí)間通常存在 差異 在混播中只能根據(jù)物種組成折中選擇滅生日 期 為混播覆蓋作物的同步化管理帶來(lái)了一定的困 難 因此 探索覆蓋作物的最佳混播模式及其同 步管理措施 對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)往往是一個(gè)額外的挑戰(zhàn) 覆蓋作物的滅生處理與還田利用 在種植經(jīng)濟(jì)作物之前 通常先用機(jī)械或化學(xué)方 法終止覆蓋作物的生長(zhǎng) 傳統(tǒng)的滅生方式是在春耕 的時(shí)候?qū)⒏采w作物翻入土壤 但這種方式會(huì)導(dǎo)致土 壤被嚴(yán)重?cái)_動(dòng) 引起土質(zhì)疏松等問(wèn)題 此外 利 用除草劑對(duì)覆蓋作物進(jìn)行滅生還田也是保護(hù)性耕作 普遍采用的方法 但這種方式帶來(lái)的環(huán)境污染不 容忽視 可能會(huì)使覆蓋作物形成對(duì)除草劑的抗 性 覆蓋作物可以用滾刀式揉切機(jī)通過(guò)破壞或 揉切莖稈來(lái)滅生 其對(duì)較高的覆蓋作物作用效果最 好 且揉切的過(guò)程有利于覆蓋作物的干燥 在歐 洲地區(qū) 通常不對(duì)覆蓋作物進(jìn)行滅生 而是將經(jīng)濟(jì)作 物直接種植到正在生長(zhǎng)的覆蓋作物中 但是由于二 者之間存在競(jìng)爭(zhēng)作用 這種方法在實(shí)際應(yīng)用中大多 數(shù)是失敗的 例如 免耕條件下在苜蓿中種植玉 米 與傳統(tǒng)耕作相比 玉米產(chǎn)量損失了 即使用 旋耕機(jī)限制苜蓿與玉米之間的競(jìng)爭(zhēng) 苜蓿仍然能繼 續(xù)生長(zhǎng) 有研究者提出了 植生覆蓋 的概念 即 綠肥植物與主要作物同時(shí)種植 將綠肥植物地上部 分粉碎還田 但不進(jìn)行翻耕作業(yè) 同時(shí)利用綠肥植物 的再生性 在耕地表面保留綠肥作物覆蓋狀態(tài)下進(jìn) 行播種或移栽 使綠肥作物與主要作物達(dá)到共生 利 用已形成的覆蓋層保墑和抑制雜草生長(zhǎng) 選擇 不耐寒的物種作為覆蓋植物 可在冬季利用低溫殺 死覆蓋植物 這樣不僅可以避免濫用除草劑導(dǎo)致的 覆蓋作物產(chǎn)生抗性 還能減少多次耕作殺死覆蓋作 物的操作對(duì)土壤帶來(lái)的危害 有研究發(fā)現(xiàn) 與翻 耕滅生和用草甘膦處理相比 利用凍害滅生覆蓋作 物的方式可使土壤的全氮和有機(jī)質(zhì)含量更高 覆蓋作物覆蓋和還田對(duì)下茬作物和土壤生態(tài)系 統(tǒng)的影響 種植覆蓋作物對(duì)土壤的保護(hù)作用已被國(guó)內(nèi)外大 量的研究所證實(shí) 圖 總結(jié)了種植覆蓋作物對(duì)農(nóng)田 生態(tài)系統(tǒng)的影響 主要可分為覆蓋作物對(duì)經(jīng)濟(jì)作物 土壤質(zhì)量 雜草抑制 土壤微生物和溫室氣體排放幾 個(gè)方面的積極影響 覆蓋作物對(duì)大田作物的影響 在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中引入覆蓋作物 有利于維持后續(xù) 經(jīng)濟(jì)作物的產(chǎn)量 甚至可使其產(chǎn)量顯著增加 魏靜 等 的研究結(jié)果表明 翻壓覆蓋作物能夠顯著提高 玉米秸稈產(chǎn)量 籽粒產(chǎn)量和植株養(yǎng)分吸收量 尤其是 二月蘭和冬油菜處理結(jié)果更為顯著 豆科植物與非 期 隋 鑫等 覆蓋作物的種植現(xiàn)狀及其對(duì)下茬作物生長(zhǎng)和土壤環(huán)境影響的研究進(jìn)展 圖 覆蓋作物為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)提供的生態(tài)服務(wù) 豆科植物混播可使經(jīng)濟(jì)作物產(chǎn)量顯著增長(zhǎng) 也有研究結(jié)果表明 休耕時(shí)期種植覆蓋作物對(duì)經(jīng)濟(jì) 作物產(chǎn)量的提升作用是不顯著的 覆蓋作物對(duì) 經(jīng)濟(jì)作物產(chǎn)量及產(chǎn)量穩(wěn)定性的影響可能取決于多方 面的因素 包括覆蓋作物的品種 持續(xù)種植的時(shí)間 耕作方式 氮肥用量等 研究表明 在配合減少施氮 量的同時(shí) 豆科覆蓋作物與免耕長(zhǎng)期結(jié)合 年后 經(jīng)濟(jì)作物產(chǎn)量的增長(zhǎng)才逐漸趨于穩(wěn)定 而在初期階 段 作物產(chǎn)量的穩(wěn)定性遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)耕作方式 因 此 開(kāi)展增加經(jīng)濟(jì)作物產(chǎn)量的最佳覆蓋作物種植模 式研究 必需進(jìn)行長(zhǎng)期試驗(yàn) 覆蓋作物對(duì)土壤質(zhì)量的影響 覆蓋作物促進(jìn)經(jīng)濟(jì)作物增產(chǎn)可能的原因之一是 覆蓋作物增加了土壤中碳和氮的截獲 改善了土壤 養(yǎng)分和理化性質(zhì) 土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量的變化是碳 輸入與碳輸出之間不平衡的結(jié)果 種植覆蓋作 物能顯著增加土壤的碳截獲量 且碳輸入的主要貢 獻(xiàn)者是覆蓋作物 而不是經(jīng)濟(jì)作物 免耕與覆 蓋作物共同處理使土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量在 土壤中顯著增加 等 研究表明 與傳統(tǒng)耕作相比 免耕和覆蓋作物的共同處理使玉 米農(nóng)田表土碳增加了 且凈碳 增量主要由覆蓋作物導(dǎo)致 免耕的影響較小 等 利用 分析了覆蓋作物處理下土壤有 機(jī)碳儲(chǔ)量隨時(shí)間的變化 結(jié)果表明 在 土 層中 覆蓋作物與經(jīng)濟(jì)作物輪作時(shí)間與有機(jī)碳儲(chǔ)量 呈線性相關(guān)關(guān)系 有機(jī)碳儲(chǔ)量平均每年增加 除了顯著增加土壤中的氮含量外 覆蓋作物還 能憑借其發(fā)達(dá)的根系吸收和活化深層土壤的養(yǎng)分和 難溶性養(yǎng)分 并將其富集于土壤耕作層以便作物吸 收和利用 研究表明 以豆科植物紫云英作為 綠肥植物可替代 的氮肥 呂漢強(qiáng)等 比較 了麥后復(fù)種箭筈豌豆不同還田利用方式對(duì)后茬玉米 氮素利用特征的影響 發(fā)現(xiàn)全量翻壓和地表覆蓋免 耕在提高土壤氮素的同時(shí) 還實(shí)現(xiàn)了玉米對(duì)氮素的 高效利用 覆蓋作物還可以有效抑制土壤中的氮素 流失 例如 黑麥可通過(guò)吸收土壤中過(guò)量的氮而減少 其淋失 無(wú)論是單播豆科植物 非豆科植物還是 二者混合播種 都有顯著抑制土壤氮淋失的效果 且 混播的抑制效果更好 此外 覆蓋作物種植 得越早 其地上生物量越大 抑制氮淋失的效果越 好 覆蓋作物對(duì)雜草的抑制 覆蓋作物還可以通過(guò)抑制雜草的萌發(fā)和生長(zhǎng)減 少雜草與經(jīng)濟(jì)作物之間的競(jìng)爭(zhēng)作用 從而有利于作 物產(chǎn)量的增加 其抑制機(jī)制包括物理屏障 化感作 用 吸引雜草種子的捕食者 競(jìng)爭(zhēng)光照和營(yíng)養(yǎng) 等 有些覆蓋作物生長(zhǎng)速度快 能在短期內(nèi)形 成較大的生物量和土壤覆蓋 抑制雜草的作用更強(qiáng) 即使在種植后續(xù)作物時(shí)已經(jīng)刈割或翻埋了覆蓋作 物 其殘?bào)w仍然會(huì)釋放化感物質(zhì)抑制雜草的萌 發(fā) 混播不同的覆蓋作物可以充分利用作物生 長(zhǎng)時(shí)間和空間的差異性 保證農(nóng)田各處始終生長(zhǎng)著 覆蓋作物 從而達(dá)到遠(yuǎn)高于單播覆蓋作物的雜草抑 制效果 從長(zhǎng)期來(lái)看 混播對(duì)雜草的抑制效果要遠(yuǎn) 高于單播覆蓋作物 因此 種植覆蓋作物有望在 實(shí)際生產(chǎn)中減少甚至消除除草劑的使用 對(duì)環(huán)境污 染有一定的緩解作用 覆蓋作物對(duì)土壤微生物的影響 土壤微生物作為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中重要的分解 者 在以往的覆蓋作物研究中也備受關(guān)注 覆蓋作 物的優(yōu)點(diǎn)高度依賴于土壤微生物對(duì)覆蓋作物殘留物 的分解作用 而覆蓋作物殘?bào)w的營(yíng)養(yǎng)元素對(duì)微生物 的生長(zhǎng)也至關(guān)重要 不同碳氮比的植物種類為土壤 系統(tǒng)提供了一系列基質(zhì) 這可能會(huì)增加微生物群落 的生態(tài)位寬度 因此 作物多樣性的提高可能有利 于土壤微生物多樣性的提高 從而提高微生物的功 能多樣性和代謝潛力 覆蓋作物能增加土壤中 微生物群體的數(shù)量和多樣性 尤其是土壤表層 處 春秋季栽培覆蓋作物還能顯著增加土 壤微生物的碳代謝活性 這可能是導(dǎo)致土壤有機(jī)碳 含量顯著增加的機(jī)制 覆蓋作物能使土壤中的 微生物生物量碳和氮顯著增加 且在很大程度上受 應(yīng) 用 生 態(tài) 學(xué) 報(bào) 卷 種植頻率的影響 覆蓋作物還可通過(guò)調(diào)節(jié)根際 細(xì)菌群落結(jié)構(gòu) 增加有益細(xì)菌而減少病原菌以抑制 作物病害的發(fā)生 覆蓋作物對(duì)溫室氣體排放的影響 由于種植覆蓋作物使土壤微生物活性增強(qiáng) 溫 室氣體的產(chǎn)生也隨之增加 一方面 覆蓋作物的代 謝較強(qiáng) 呼吸旺盛 產(chǎn)生的 排放量遠(yuǎn)高于冬閑農(nóng) 田 另一方面 冬季作物還田為微生物活動(dòng)提供了大 量的碳源和能源 為土壤微生物的硝化和反硝化作 用提供了條件 使反硝化作用產(chǎn)物 增加 盡管有研究表明 覆蓋作物對(duì) 的排放沒(méi)有顯著 影響 但是也有研究表明 覆蓋作物對(duì)溫室氣體 的排放有一定的減緩作用 例如 等 的研 究發(fā)現(xiàn) 每種植 的覆蓋作物每年可減少 的排放 遠(yuǎn)高于免耕減少的溫室氣體通 量 主要原因是種植豆科覆蓋作物增加了土壤中的 碳截獲 并減少了化肥的使用量 農(nóng)業(yè)土壤中的 通量主要來(lái)源于硝酸鹽的反硝化作用 而硝酸 鹽在飽和土壤中的反硝化速率較高 如前所述 覆 蓋作物可以吸收和清除土壤中多余的氮 這可能是 覆蓋作物能減少農(nóng)田排放 的原因之一 總結(jié)與展望 種植覆蓋作物在保護(hù)性耕作中展現(xiàn)出多方面的 優(yōu)點(diǎn) 例如 增加經(jīng)濟(jì)作物產(chǎn)量 改善土壤養(yǎng)分狀況 抑制雜草的萌發(fā)與生長(zhǎng) 提高土壤微生物多樣性 抑 制溫室氣體排放等 在實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中 應(yīng)用覆蓋 作物的前提是明確使用覆蓋作物的目的和預(yù)期實(shí)現(xiàn) 的目標(biāo) 例如 在山地果園中 覆蓋作物可起到護(hù)坡 固土的作用 在華北地區(qū) 推廣覆蓋作物能有效 減少農(nóng)田土壤風(fēng)蝕揚(yáng)塵 提高土地生產(chǎn)力 此 外 在有些長(zhǎng)期采用集約化農(nóng)業(yè)種植模式的地區(qū) 豆 科綠肥植物可以用來(lái)替代無(wú)機(jī)氮肥 避免氮肥濫用 造成的環(huán)境污染等 可見(jiàn) 覆蓋作物的應(yīng)用存 在一定的區(qū)域差異性 研究成果也各不相同 此外 與覆蓋作物有關(guān)的管理措施 例如 品種的選擇 播 種和收獲的時(shí)間 終止種植的方式 種植的模式等 仍然需要根據(jù)具體地區(qū)的土壤 區(qū)域氣候特點(diǎn)和種 植者的目的制定合理且高效的管理模式 今后 還 需從以下方面加強(qiáng)研究 有些研究的數(shù)據(jù)和結(jié)果 來(lái)自持續(xù)僅幾年的研究 還有的是室內(nèi)模擬試驗(yàn) 缺 乏長(zhǎng)期的田間試驗(yàn)數(shù)據(jù) 由于覆蓋作物帶來(lái)的生態(tài) 效益往往是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程 建立長(zhǎng)期的試驗(yàn)平臺(tái) 尤為重要 我國(guó)東北地區(qū)有關(guān)覆蓋作物的研究 與實(shí)踐不足 由于大部分覆蓋作物在冬季難以存 活 其能否提供有效的生態(tài)服務(wù)功能尚不明確 今 后有必要探究適合該地區(qū)的覆蓋作物種植模式 例 如通過(guò)與主作物行間套種等方式延長(zhǎng)覆蓋作物生長(zhǎng) 時(shí)間 使其在霜凍前達(dá)到足夠的地面覆蓋 同時(shí)保證 主作物產(chǎn)量不受影響 加強(qiáng)對(duì)地上覆蓋作物與 地下土壤微生物類群之間聯(lián)系的研究 土壤微生物 在覆蓋作物促進(jìn)土壤養(yǎng)分積累過(guò)程中的機(jī)制也有待 明確 不同覆蓋作物驅(qū)動(dòng)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)變化 存在品種差異 可通過(guò)利用地上作物與地下微生物 類群的聯(lián)系 使土壤微生物群落向有利于土壤健康 的方向演變 參考文獻(xiàn) 昭日格圖 陸洪省 小松崎將一 覆蓋作物在農(nóng)田耕 作中的應(yīng)用研究 內(nèi)蒙古民族大學(xué)學(xué)報(bào) 自然科學(xué) 版 唐海明 程凱凱 肖小平 等 不同冬季覆蓋作物對(duì) 雙季稻田土壤有機(jī)碳的影響 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào) 陳念 范競(jìng)升 劉思林 等 綠肥 玉米 大豆 輪作 體系對(duì)作物產(chǎn)量及品質(zhì)的影響 大豆科學(xué) 魏靜 郭樹(shù)芳 翟麗梅 等 覆蓋作物翻壓對(duì)華北平 原春玉米產(chǎn)量和土壤養(yǎng)分的影響 中國(guó)土壤與肥料 期 隋 鑫等 覆蓋作物的種植現(xiàn)狀及其對(duì)下茬作物生長(zhǎng)和土壤環(huán)境影響的研究進(jìn)展 劉文奇 廣西綠肥生產(chǎn)現(xiàn)狀與發(fā)展?jié)摿鞍l(fā)展對(duì)策 研究 博士論文 南寧 廣西大學(xué) 魏靜 不同冬季覆蓋作物對(duì)土壤養(yǎng)分及雨養(yǎng)玉米生 長(zhǎng)特征的影響 博士論文 楊凌 西北農(nóng)林科技大 學(xué) 張達(dá)斌 黃土高原地區(qū)種植豆科綠肥協(xié)調(diào)土壤水分 和氮素供應(yīng)的效應(yīng)及機(jī)理 博士論文 楊凌 西北農(nóng) 林科技大學(xué) 趙秋 高賢彪 寧曉光 等 華北地區(qū)幾種冬閑覆蓋 作物碳氮蓄積及其對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響 生態(tài)環(huán) 境學(xué)報(bào) 董紅芬 李洪 霍成斌 等 覆蓋作物在玉米 大豆間 作模式中的效應(yīng)分析 玉米科學(xué) 曹銳 覆蓋作物栽培對(duì)土壤質(zhì)量的影響 水土保持應(yīng) 用技術(shù) 曾瑞 朱明川 武軍艷 等 北方新型冬季覆蓋作物 和景觀作物 以強(qiáng)冬性冬油菜隴油 號(hào)為例 甘 肅農(nóng)業(yè) 王顯國(guó) 劉忠寬 陸艷 等 譯 覆蓋作物高 效管理 第 版 北京 電子工業(yè)出版社 譚英愛(ài) 趙秋 田秀平 等 冬綠肥覆蓋翻壓對(duì)土壤 碳 氮含量的影響 河南農(nóng)業(yè)科學(xué) 應(yīng) 用 生 態(tài) 學(xué) 報(bào) 卷 王明亮 劉惠芬 王麗麗 等 不同覆蓋作物模式對(duì) 茶園土壤微生物群落功能多樣性的影響 農(nóng)業(yè)資源 與環(huán)境學(xué)報(bào) 熊靜 王改蘭 曹衛(wèi)東 等 華北二月蘭 春玉米 輪作體系中土壤硝態(tài)氮的時(shí)空變化特征 應(yīng)用生態(tài) 學(xué)報(bào) 呂漢強(qiáng) 于愛(ài)忠 王玉瓏 等 干旱綠洲灌區(qū)玉米氮 素吸收利用對(duì)綠肥還田利用方式的響應(yīng) 草業(yè)學(xué)報(bào) 期 隋 鑫等 覆蓋作物的種植現(xiàn)狀及其對(duì)下茬作物生長(zhǎng)和土壤環(huán)境影響的研究進(jìn)展 唐海明 肖小平 李超 等 冬季覆蓋作物秸稈還田 對(duì)雙季稻田根際土壤微生物群落功能多樣性的影響 生態(tài)學(xué)報(bào) 王玉麒 山地果園綠肥牧草栽培覆蓋技術(shù) 特種經(jīng)濟(jì) 動(dòng)植物 李琳 石顏通 楊林 等 北京冬春覆蓋作物對(duì)農(nóng)田 土壤風(fēng)蝕揚(yáng)塵的影響 天津農(nóng)業(yè)科學(xué) 姚致遠(yuǎn) 旱地豆科綠肥提升土壤碳氮儲(chǔ)量及降低環(huán) 境代價(jià)的潛力與機(jī)制 博士論文 楊凌 西北農(nóng)林科 技大學(xué) 作者簡(jiǎn)介 隋 鑫 女 年生 博士研究生 主要從事 土壤微生物研究 責(zé)任編輯 張鳳麗 隋鑫 霍海南 鮑雪蓮 等 覆蓋作物的種植現(xiàn)狀及其對(duì)下茬作物生長(zhǎng)和土壤環(huán)境影響的研究進(jìn)展 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào) 應(yīng) 用 生 態(tài) 學(xué) 報(bào) 卷