不同覆盖作物终止方式对土壤水热动态的影响研究

为探究覆盖作物终止方式对春播土壤水分和温度的影响，研究发现两者总体相似，为种植者提供管理策略参考。

　　

不同覆盖作物终止方式对土壤水热动态的影响研究解读

在农业生产的大舞台上，土壤就像一座神秘的宝藏库，其中的水分和温度条件对于农作物的生长起着至关重要的作用。覆盖作物（Cover Crop）的残茬，宛如守护宝藏库的卫士，对土壤的水分和温度有着不可忽视的影响。它们不仅关系到种子的萌发、幼苗的茁壮成长，还影响着土壤中养分的释放，这些过程就像一场精密的交响乐，任何一个环节出现偏差，都可能影响农作物的最终产量。

然而，目前关于覆盖作物终止方式对土壤水热动态的影响，还存在许多未解之谜。比如，不同地区的气候差异使得冬季覆盖作物对土壤含水量的影响各不相同，在湿润地区和干旱地区，覆盖作物对土壤水分的作用截然相反。而且，土壤温度与水分之间相互影响的机制也十分复杂，它们共同影响着土壤的蒸发、作物和杂草种子的萌发以及残茬的分解。此外，传统研究在土壤水分和温度的测量方面存在局限性，数据收集不够全面和连续，难以准确反映实际情况。更为关键的是，不同除草剂终止覆盖作物后对土壤温度的影响，几乎没有相关研究。在这样的背景下，开展相关研究迫在眉睫，它对于优化农业生产中的土壤管理策略，提高农作物产量和质量具有重要意义。

为了揭开这些谜团，美国农业部农业研究服务局（USDA - ARS）等机构的研究人员展开了一项深入研究。研究成果发表在《Agricultural Water Management》杂志上。

研究人员在 2022 年和 2023 年，选择了美国马里兰州皮埃蒙特地区的两个不同土壤质地（黏土和砂土）的试验点，即贝尔茨维尔农业研究中心（Beltsville Agricultural Research Center，BARC）和马里兰大学中央马里兰研究与教育中心（University of Maryland Central Maryland Research and Education Center，CMREC）。在这两个试验点，研究人员种植了冬黑麦（Secale cereale L.）作为覆盖作物，并采用了机械（滚压卷曲，Roller - crimper）和化学（草甘膦 Glyphosate、百草枯 Paraquat）两种终止方式，设置了四种处理组：滚压并喷洒草甘膦（Rolled_G）、直立并喷洒草甘膦（Standing_G）、滚压并喷洒百草枯（Rolled_P）、直立并喷洒百草枯（Standing_P）。通过这样的设计，研究人员可以全面地探究不同终止方式对土壤水热动态的影响。

在实验过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先，利用时域反射仪（Time Domain Reflectometry，TDR）土壤传感器，在不同深度（0 - 120mm、250 - 350mm、510 - 610mm 等）实时监测土壤体积含水量（Volumetric Water Content，VWC）和温度。其次，使用气孔计（Leaf Porometer）测量黑麦的气孔导度（Stomatal Conductance），以此来反映植物的蒸腾和气体交换变化。此外，研究人员还收集了气象数据，包括每日降水量、气温等，结合土壤水分和温度数据进行综合分析。通过这些技术手段，研究人员获取了大量丰富的数据，为后续的分析提供了坚实的基础。

研究结果表明：

1. 气象条件差异大：2022 年，两个试验点在黑麦终止前降水较多，终止后降水较少；2023 年，数据收集前降水少，后期 BARC 降水多，CMREC 因设备故障数据收集期缩短。2023 年 6 月上旬马里兰州部分地区干旱，与 2022 年同期差异明显，不过两年平均最高气温相似，2023 年平均最低气温略低，平均环境温度相差在 1°C 以内。
2. 黑麦生长与终止特性：黑麦地上生物量在不同试验点和年份有所不同，2021 年 BARC 的生物量几乎是 CMREC 的两倍，2023 年两者差异较小。在气孔导度方面，机械终止后、化学终止前，多数情况下直立和滚压黑麦的气孔导度相似，但 2023 年 CMREC 的直立黑麦气孔导度显著高于滚压黑麦。化学终止后，多数站点年份的气孔导度在不同处理间相似，但 2022 年 BARC 的处理间存在显著差异。总体上，除草剂处理后 7 - 10 天黑麦气孔导度完全停止，表明覆盖作物完全终止，不再进行主动蒸腾。
3. 累积入渗和蒸散受影响小：在累积入渗方面，多数情况下不同处理间差异不显著。仅在 2022 年 BARC 的 0 - 100mm 土层，直立黑麦的累积入渗显著高于滚压黑麦；2023 年 CMREC 的 0 - 610mm 土层，滚压且喷洒百草枯的处理累积入渗显著高于其他处理。在累积蒸散方面，不同处理间几乎没有显著差异，土壤水分通过蒸发或植物蒸腾的损失在不同处理间相似，不受降水和土壤质地差异的影响。
4. 土壤温度受机械处理影响：在土壤温度方面，BARC 的累积热单位（Accumulated Thermal Units，ATU）在滚压黑麦处理中显著高于直立黑麦处理，但化学处理对 ATU 没有显著影响；CMREC 的 ATU 在不同处理间无显著差异。每日温度振幅（Daily Temperature Amplitude，T_amp）在所有站点年份均表现为滚压黑麦处理显著高于直立黑麦处理，化学处理对 T_amp无显著影响。这表明机械终止方式对土壤温度有显著影响，而化学终止方式的影响较小。

综合研究结论和讨论部分，此次研究具有重要意义。研究发现，尽管不同覆盖作物终止方式对土壤水热动态有一定影响，但总体上累积入渗和蒸散在不同处理间相似，这意味着在像美国中大西洋地区这样春季降水稳定的区域，种植者选择不同的覆盖作物终止策略，对土壤水分和温度的影响可能并不明显。然而，滚压黑麦残茬下的土壤温度更高，虽然这种温度差异对农业生产的具体影响尚不明确，但为种植者提供了参考。种植者可以考虑滚压覆盖作物形成均匀覆盖物，减少土壤水分蒸发。此外，研究在数据收集和研究范围上存在一定局限性，未来需要在干旱条件下不同土壤上重复研究，并考虑种植经济作物后的情况，以更全面地评估覆盖作物终止方式对土壤水热动态和作物产量的影响。这一研究为农业生产中的土壤管理提供了宝贵的理论依据，有助于种植者制定更科学的覆盖作物管理策略，平衡作物生产目标与应对气候变化带来的极端天气挑战。