覆盖作物和绿肥的效果
覆盖和捕获作物、覆盖物、残留物和绿肥为农业生态系统提供了许多服务,从侵蚀和杂草控制到有机物的沉积和保护(Jackson 2000年)以及促进抗病基因(Kumar et al. 2004年)。一些此类服务会降低主要作物的产量,特别是在间作系统和水和(或)养分供应有限的环境中。因此,需要合理管理,生态效益和生产之间的权衡,解决方案不可转让,需要在相关条件下进行研究。
田间遗留的死地膜、绿肥和作物残余物向土壤提供OM,而覆盖作物也以根际分泌物的形式向土壤提供OM。Gale和Cambardella(2000)以及Steenwerth和Belina (2008b)已经表明,根c沉积对SOM含量的贡献以及由此对微生物代谢的刺激比地上植物残渣土壤掺入所产生的贡献要大。活的和死的植物覆盖都表现出覆盖行为,通过减少土壤蒸发,缓冲土壤温度(从而减少SOM氧化),限制降雨影响和径流运输,并通过土壤遮荫控制杂草。水分或养分的吸收(捕获效应)只能归因于植物的活覆盖物。更复杂的影响与害虫的传播和控制有关,也与其他环境问题有关,如二氧化碳和一氧化二氮排放(Alluvione et al. 2010)。在土壤水分是限制因素的地区,如地中海地区,覆盖作物土壤的大量排放可能仅限于高降水时期(Steenwerth和Belina 2008a)。
大量关于温带地区土壤和最近地中海系统土壤的文献表明,间接覆盖作物对SOM的影响(与减少耕作和施肥需求相关)与直接沉积同样重要(Andrews et al. 2002;Hulugalle等人,2006;Veenstra et al. 2007;Alvaro-Fuentes等人,2008;Steenwerth和Belina 2008b)。SOM的增加反过来又改善了土壤结构和稳定性,并导致养分滞留。覆盖作物通过多种机制提高养分利用效率:通过固定提供氮,通过诱导氮矿化和吸收更好的同步来防止氮的损失(Drinkwater 2004),帮助养分逐年转移,并将其释放到经济作物更容易吸收的土层中(Thorup-Kristensen等,2003)。
土壤覆盖还增加了矿化过程中有机氮的有效性,从而减少了施氮的需要(Drinkwater 2004)。微生物介导的过程也由土壤覆盖和覆盖引起,作物土壤通常表现出较大的微生物氮含量和较大的氮矿化能力。硝化、反硝化作用比耕作的土壤要好(Steenwerth和Belina 2008b)。对作物产量的影响是高度可变的:间作可能导致对水和养分的争夺,特别是氮的争夺,以至于需要额外的灌溉或施肥(Skroch和Shribbs 1986)。Teasdale等人(2007)报告了由于活覆盖和被伐覆盖作物的再生或残留物导致的经济作物产量下降。
在温带到地中海环境中,毛野豌豆主要被用作秋冬覆盖物,因为它在秋天迅速生长,在早春旺盛生长,然后种植一种宏观热经济作物。其优势在于作物种植作业和厚林分带来的有效杂草控制、保护土壤不受秋冬降水影响以及固氮(Teasdale等,2007年)。然而,它的采用需要更详细的研究,因为在收获前对杂草的抑制是由分解野豌豆残渣产生的杂草刺激来平衡的,这可能是因为氮的释放,如在苋属植物中发现的(Teasdale and Pillai 2005)。一般来说,覆盖作物的杂草抑制似乎与适当的管理有关,而不是直接影响(Barberi和Mazzoncini 2001)。
为优化土壤保护和产量管理,在巴西利卡塔进行了草本覆盖作物试验。总的来说,草在减少侵蚀方面比豆类更有效(Postiglione等人,1989,1990),但SOM的增加仅在免耕的情况下发现,而且仅在土壤的顶部10厘米。Pastor等人(2000)报道了在地中海土壤中使用覆盖作物或秸秆覆盖可增加SOM和养分,但仅在顶部2-5厘米。地中海果园间作草本覆盖层以控制侵蚀,但在晚春,当降水减少时,争夺水分可能导致产量损失(Pastor et al. 2000)。管理方法包括在早春中期收获覆盖作物并将其用作饲料或绿肥,或简单地用化学方法清除(Pastor等,2000年)。然而,对于春末降水,特别是夏末/初秋强烈暴雨,需要考虑减少土壤保护的权衡侵蚀性的(Postiglione et al. 1990),特别是在没有土壤覆盖的情况下。
在巴西利卡塔(Basilicata) 30%斜坡土壤的橄榄树下建立了自发的生活覆盖物,Chiaffitelli等人(2005)研究了春季覆盖物死亡后潜在的土壤保护作用的演变。他们发现地下的整个夏季土壤干燥时,秸秆分解程度很低,初秋时对草本根残的保护作用基本不变。在相同的土壤环境中,在高度侵蚀的地区,缺氮有利于固氮覆盖物种的定植,而非固氮覆盖物种,即草,因其更大的土壤保护潜力而更受欢迎。的空间土壤分布-保护物种得到改善堆肥应用程序。Chiaffitelli等人(2005)得出结论,管理间作带来的复杂性可以提高覆盖作物的环境效益,并保留以减少产量损失为导向的做法。研究发现,在地中海环境中,春季刈割并留在土壤上直到秋季的草比固氮植物更有效(Chiaffitelli et al. 2005),后者的残渣由于低C/N比降解得更快(Pastor et al. 2000)。然而,在干燥的夏季条件下,表面残留物的低分解率意味着火灾的风险(Pastor et al. 2000),而过量的覆盖残留物可能会影响下一个秋季作物的播种,并由于毒素释放、氮固定和土壤温度和通风的改变而阻止作物的完全生长(Teasdale et al. 2007)。
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