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摘要：为了解免耕条件下玉米和不同覆盖作物对玉米农艺性状以及土壤氮和水分动态的影响。研究结合了为期三年的田间试验和STICS作物模型的模拟。结果表明，从传统到免耕土壤管理的过渡阶段，将覆盖作物引入玉米系统可维持或提高玉米产量，同时也可以改善土壤环境。覆盖作物的生物量根据品种和种植时间的不同而有较大差异。在覆盖作物种植后，土壤水分含量最低。玉米粒产量的范围在8.5-13.6 t/ha之间，裸地处理的产量最低。STICS模拟结果与观测结果一致，表明与裸地相比，每年覆盖作物可减少8-38 mm的径流量。
关键词：覆盖作物、玉米产量
文 章 信 息
译名：覆盖作物在从传统耕作到免耕的过渡时期维持或改善了玉米单作的农艺性状
发表时间：2022年07月06日
期刊影响因子：5.6（2023）
第一单位：Univ Toulouse
通讯单位：Univ Toulouse
文 章 亮 点
1.覆盖作物在免耕玉米单一栽培中可以高产；
2.免耕系统中的覆盖作物可在春季作物之前减少过多的土壤水分；
3.覆盖作物可以提高免耕系统中的玉米农艺性状。
文 章 简 介
1 研究意义
在从传统耕作向免耕转换期间，采用覆盖作物是否能够维持或提高玉米单作的农业性能是十分重要的。由于玉米单作系统常会造成土壤侵蚀、硝酸盐淋溶和农药转移等环境影响，而保护性耕作和使用覆盖作物可有助于减少这些影响。但在休耕期内，有关其性能的研究仍不清晰。本研究通过结合3年的田间试验和STICS模型模拟，评估了不同覆盖作物处理对玉米产量、土壤氮和水分动态的影响，为优化玉米-覆盖作物轮作体系提供依据。2 研究方法
2.1研究地概况
试验地位于法国西南部加龙河的Lamothe试验站，该地具有春季降雨量大、夏秋季高温干旱、冬季温和的气候特点。土壤为粘壤土，主要理化性质见Table 1。该地区曾采用小麦-向日葵轮作，并进行深翻耕作。![]()
2.2试验设计
本试验采用了完全随机区组设计，试验设置了裸地对照（BS）以及5种不同的覆盖作物处理，包括混播处理（黑麦草+红三叶草，RC）和单一作物处理（油菜TR、白芥菜WhiM、埃塞俄比亚芥菜EthM、蚕豆FB）以及混播处理（普通野燕麦+燕麦，VO）。覆盖作物采用了两种不同的种植时间：早期终止（D1）和晚期终止（D2，与玉米播种同期），共有3个重复区。每个试验小区面积为154 m2（24 m×6.4 m），总试验面积为0.5 ha。试验期间的降水量（降雨+灌溉）和日平均温度以及种植过程中的主要操作详见Fig. 1。玉米采用低投入管理，目标产量为12t/ha，施氮量为120 kgN/ha（2012-2013年）和100 kgN/ha（2014年），并进行适量灌溉。![]()
在2012年从BS、VO_D1、VO_D2、RC_D1和RC_D2地块以及在2013年和2014年玉米收获时从所有地块采集样品。每个小区使用液压取芯钻收集三个土壤样品（30 cm长的芯）。土壤样品采用KCl浸提硝酸盐和铵，并使用自动化湿化学分析仪进行测量。
在每个样地中，相邻100 m2的区域配备了6个TDR探头，每个探头安装在15，45和70 cm深，以分别估计0-30，30-60和60-90 cm土层的含水量（SWC）。
在每个小区中，收获10 m2的均匀区域（两行6.25 m长的玉米），以测量玉米籽粒产量、籽粒水分和籽粒氮浓度。谷物产量标准化为15%的水分含量。使用CHN元素分析仪一式三份测量它们的C和N含量以计算它们的C：N比。
2.3.4建模方法
3 研究结果
3.1播种和收获时土壤矿质氮含量
在2013年玉米播种时，土壤矿质氮含量从12（RC_D1）到47（BS和FB_D2 kg N ha-1；此外，使用十字花科（油菜、白芥菜、埃塞俄比亚芥菜）或混播（豌豆-燕麦、黑麦草-红三叶草）处理的土壤，其矿质氮含量低于BS或种植蚕豆的土壤。尽管在玉米播种时存在差异，但收获时土壤矿质氮含量没有差异，表明玉米根系能够在作物生长周期内耗尽土壤矿质氮（Table 2）。![]()
3.2覆盖作物生物量和氮的吸收
结果表明，2013年和2014年，休闲期作物的生物量差异较大，从0.8到10.5吨/公顷。2013年，FB的生物量最高，而十字花科作物（油菜、白芥菜、埃塞俄比亚芥菜）的生物量最低。2014年，休闲期作物的生物量普遍较2013年低，且晚期收割的处理生物量显著高于早期收割。不同作物的碳氮比和氮浓度也存在较大差异，从而导致预估的矿化氮量差异很大，蚕豆处理最高，而混播的VO和EthM最低（Table 3）。![]()
3.3土壤和水分动态平衡
研究发现，不同覆盖作物对土壤水分动态和水分平衡的影响存在显著差异。在2013和2014年，覆盖作物终止时间的差异导致了播种期和生长初期土壤水分含量的差异（Table 2）。早期终止的覆盖作物使得土壤水分接近饱和，而晚期终止的覆盖作物则使得土壤更干燥，尤其是在60-90 cm深度。此外，覆盖作物的生物量也会影响土壤水分，生物量较高的覆盖作物会使土壤更干燥。但这些差异通常只持续几周，之后随着降雨或灌溉的到来而消失（Table 3）。STICS模型能较好地模拟不同处理下的土壤水分动态，表明其能够准确地反映土壤水分过程（Fig. 2）。总的来说，覆盖作物对土壤水分动态和水分平衡的影响是短期的，主要体现在播种期和生长初期。![]()
3.4玉米农艺性状
研究发现，不同的覆盖作物对玉米的产量、氮浓度、氮含量和氮利用效率都有影响。2012年，在上一年11月进行深翻后，玉米产量、氮浓度、氮含量和氮利用效率在各处理间无显著差异，表明试验区土壤的均一性（Fig. 3）。而在2013和2014年，玉米产量在不同处理间存在差异，BS和RS的产量最低，而EthM_D1和WhiM_D1处理的产量最高。然而，与BS相比，在休闲期引入CC使90 cm以下的平均预测淋溶减少50%：CC处理和BS分别淋溶14和33 kg N ha-1（Table 4）。此外，与豆科覆盖作物相比，十字花科覆盖作物处理下玉米的玉米氮浓度较低，但2013年这种差异并未影响玉米氮含量，而是导致了氮利用效率显著降低。相反，在两年中，玉米的水分利用效率在豆科覆盖作物处理下都显著较高（Table 5）。4 讨论
4.1降水变化对牧草生产的影响
在玉米单作体系中引入覆盖作物是可行的。2012-2013年，覆盖作物生物量较高，表明在两个春季作物之间种植发达的覆盖作物是可实现的目标，尽管不同物种之间存在差异。2013-2014年，由于晚播和干旱导致覆盖作物生物量大幅下降。尽管如此，覆盖作物仍能在玉米单作体系中保持较高的生产力。4.2降水变化对牧草资源利用效率的影响
覆盖作物在从传统到免耕过渡期间能够维持或提高玉米产量。研究发现，覆盖作物如蚕豆能提供较高且相对稳定的后续玉米产量，并且易于管理，因为可以机械终止而不需要化学处理。此外，在免耕体系中管理土壤覆盖作物可以限制玉米播种时的积水风险。但是，一些覆盖作物混播，如黑麦草-红三叶草，仍需要技术改进才能取得满意的结果。总的来说，引入覆盖作物到玉米系统是一种有效的机制，可以在保持产量的同时提高环境，特别是在保护性耕作过渡期间。5 主要结论
大多数覆盖作物在从常规到免耕过渡期间都能维持或提高玉米产量。其中，FB提供了较高且相对稳定的后续玉米产量，并且易于管理，因为可以机械终止而不需要化学处理。监测和模拟水分动态显示，在免耕体系中管理土壤覆盖作物可以限制玉米播种时的积水风险。在干旱的休闲期，晚期终止覆盖作物会导致土壤比早期终止更干燥，这可能对玉米的建株产生负面影响。玉米产量主要由休闲期管理和覆盖作物对氮动态的影响决定，这决定了玉米可利用的土壤无机氮。但需要注意限制土壤无机氮，因为蚕豆在我们的研究中在玉米播种时并未显著降低土壤无机氮，尽管STICS模拟显示蚕豆可能减少硝酸盐淋溶。一个选择是播种蚕豆与其他物种（尤其是十字花科）的混合物，以增加生态系统服务的多样性。Reference:
Alletto L, Cassigneul A, Duchalais A, et al. Cover crops
maintain or improve agronomic performances of maize monoculture during the
transition period from conventional to no-tillage[J]. Field Crops Research,
2022, 283: 108540.
https://doi.org/10.1016/j.fcr.2022.108540
本期分享来自2023级农艺与种业专业硕士研究生曾祥明
