长达十年的黑麦覆盖作物种植改善了结构较差的粉壤土的土壤碳含量及其物理性质

《Soil Science Society of America Journal》：Decade-long cereal rye cover cropping improved soil carbon and physical properties of a poorly structured silt loam

　　本试验评估了印第安纳州东南部 poor-structured silt loam 土壤上免耕玉米-大豆轮作系统中黑麦覆盖作物对土壤有机碳及理化性质的影响。连续10年研究表明，覆盖作物显著提高土壤有机碳（7.5%）、总氮（12.9%）、持水能力（8.6%）和孔隙度（20-40cm处达30.1%），并增强团聚体稳定性（表层提高33-35%）。团聚体稳定性可作为早期预测土壤健康改善的指标，证实了黑麦覆盖作物在提升土壤健康和抗逆性方面的有效性。

　　本研究探讨了将大麦（*Secale cereale*）作为覆盖作物引入传统耕作系统中对土壤健康指标的影响，特别是土壤有机碳（SOC）含量和物理特性。尽管覆盖作物在提高土壤健康方面具有广泛认可的潜力，但其效果常受到田间管理、土壤类型和气候条件的限制。在印第安纳州东南部的贫瘠结构的粉质壤土上，通过无耕作的玉米—大豆轮作系统进行的实验，经过10年的研究，发现了覆盖作物带来的显著改善。这项研究是对一项4年前实验的延续，当时已经观察到覆盖作物对土壤团聚体稳定性有所提升，但未对土壤容重（BD）、水分动态和SOC产生明显影响。如今，随着研究时间的延长，覆盖作物对多种土壤健康指标的积极影响变得更为显著，为农民在采用覆盖作物策略时提供了更清晰的指导。

在实验的前四年，研究发现覆盖作物提高了土壤团聚体的稳定性，但对SOC、TN（总氮）和物理特性没有显著改善。然而，在额外的六年中，覆盖作物在多个土壤健康指标上展现了明显的优势。SOC增加了7.5%，TN增加了12.9%，同时土壤容重下降了2.9%，水分保持能力提升了8.6%。此外，通气孔隙度显著提高，分别为0–10厘米深度增加了7.7%，10–20厘米深度增加了9.0%，20–40厘米深度增加了30.1%。这些数据表明，覆盖作物不仅改善了土壤的结构，还对土壤的水分渗透和土壤有机质的积累产生了积极影响。

土壤团聚体稳定性仍然是覆盖作物对土壤健康改善的强有力指标，即使在没有显著改变SOC的情况下，也能作为早期的信号。这一发现与以往类似长期试验的结果一致，进一步说明了土壤团聚体稳定性在预测土壤健康改善方面的价值。通过长期观察，研究团队发现即使在某些特定的土壤条件下，如排水不良的粉质壤土，覆盖作物仍能带来积极的土壤变化。这表明，覆盖作物可能是一种有效的策略，特别是在提高土壤健康和农业系统韧性方面。

研究还探讨了土壤健康指标之间的相关性，发现SOC、TN和通气孔隙度之间存在强正相关，而这些指标与土壤容重之间则存在显著的负相关。这表明，土壤容重的降低可能与通气孔隙度的增加有关，从而改善土壤的水分保持能力和结构稳定性。此外，土壤水分保持能力与通气孔隙度之间的关系也显示出类似的模式，说明覆盖作物对土壤物理性质的改善具有多方面的积极影响。

这些结果对农业管理、土壤监测和未来研究具有重要意义。土壤团聚体稳定性作为一个敏感且快速响应的指标，为农民和研究人员提供了早期评估覆盖作物效果的依据。在缺乏长期研究资源的情况下，这种指标的优先使用可以提供重要的指导。此外，研究结果还强调了覆盖作物在改善土壤结构、减少侵蚀和提高养分保留方面的潜在价值，即使在某些年份覆盖作物的地上生物量不如杂草，其地下生物量和相关过程仍能显著影响土壤的长期健康。

研究还指出，覆盖作物的管理需要因地制宜，平衡其生态效益与实际操作中的限制。例如，虽然在某些情况下，早期种植覆盖作物可以提高其地上生物量，但可能不会显著增加地下生物量，而地下生物量的增加对土壤碳的积累更为重要。此外，延迟终止覆盖作物虽然可以提高其地下生物量，但也可能增加病害风险，并影响作物对养分的需求。因此，农民在采用覆盖作物时，需要综合考虑这些因素，以实现最佳的土壤健康改善效果。

总体而言，覆盖作物，特别是大麦，作为无耕作系统中的一种管理策略，展现了其在改善土壤健康方面的潜力。通过长期研究，我们能够更全面地理解覆盖作物对土壤的多方面影响，并为农民提供科学依据，以支持其在可持续农业中的应用。这些发现不仅对农业实践有指导意义，也为政策制定者和保护项目提供了依据，以鼓励长期的土壤管理实践和覆盖作物的广泛采用。