有机农民长期以来一直依靠频繁的耕作来控制杂草，但是随着新近开发的基于覆盖作物的有机免耕系统，有机农民丹尼尔·布鲁贝克（Daniel Brubaker）看到了有效控制杂草，保持生产力和改善土壤健康的良好前景。
为了响应不断增长的消费者需求，美国对有机谷物的需求持续增长。 但是，从传统的化学农业向有机农业过渡可能对农民既有益又充满挑战。 除了提高价格以使有机农户受益，以及对人类健康至关重要的健康食品外，有机农业还将为环境质量带来一系列好处，包括减少氮流失污染和改善水质； 减少农业能源消耗； 减少温室气体排放； 以及改善了生物多样性和自然栖息地等。但是，由于有机农户不喷洒除草剂来控制杂草，因此经常需要频繁种植才能获得与常规产量相同的产量。 然而，与人为干扰相关的耕作长期以来一直被认为不利于土壤健康，并可能增加遭受侵蚀的风险。 因此，过度使用耕作可能抵消有机耕作对土壤和环境的好处。
宾夕法尼亚州库兹敦的有机奶农和农业爱好者Daniel Brubaker正在与 Rodale Institute 探索创新的“有机免耕”管理系统。 合作试验的重点是有机种植玉米，但没有对有机系统中通常使用的土壤进行物理破坏，以控制杂草。
这个创新的系统最初是由 Rodale Institute 在21世纪的前十年st 世纪，旨在利用冬季一年生覆盖作物的力量来实现有效的杂草控制。 秋季播种的农作物在春季被机械终止，然后再通过压接机进行播种（图1）。 覆盖作物残渣形成覆盖物，可以提供整季的杂草抑制作用。
在这项农场试验中，这也是美国农业部NRCS保护创新赠款（CIG）资助的项目的一部分，布鲁贝克与研究科学家，技术人员和农场工作人员合作， Rodale Institute 测试“基于覆盖作物的有机免耕体系”在终止覆盖作物，抑制杂草，维持单产和改善土壤健康方面的有效性。 威斯康星大学麦迪逊分校和爱荷华州立大学的农民和研究人员将于2019年至2021年在威斯康星州和爱荷华州进行类似的实验。
布鲁贝克种了毛plant子（野豌豆 Roth。）是一种耐寒的豆科植物，于2018年秋季开垦。在2019年春季，他使用两种不同的方法（1）耕种或（2）免耕来终止该作物并控制杂草。 耕作方法包括使用犁mold机杀死多毛的紫etch菜，进行盘片和包装，以准备用于玉米种植的床，并在生长季节进行多次种植以控制杂草。 两种免耕方法是通过使用滚筒压接机终止多毛紫菜并将玉米直接种植到紫菜残渣中，或在不终止覆盖农作物的情况下将其种植到活覆盖物中而实现的，该方法称为“种植绿色” 。
滚筒压接机是由 Rodale Institute 由约翰·布鲁贝克（John Brubaker）在2000年代初期建造。 在美国不同地区进行的研究试验已证明，它是终止冬季一年生作物的有效工具。 它的钝边可将农作物的茎干割断而不切开，其在辊上的人字形花纹可提供多个压接点，并防止土壤受到干扰。
结果是惊人的。 与“犁耕”（PC）处理相比，碾压机（RC）和“栽入生活覆盖物”（PLC）处理显示出抑制杂草的优势，杂草重量显着减少（图2）。 在这些处理中，杂草密度，叶片养分含量或玉米青贮产量没有差异。 这些结果表明，与普通的有机耕作系统相比，免耕系统可以有效控制杂草，提供足够的养分以支持玉米生长，并维持产量。
然而，尽管玉米青贮饲料产量没有差异，但免耕处理的季末玉米秸秆硝酸盐含量显着低于PC处理（图3）。 这种巨大的差异可能对土壤健康和养分管理产生重要影响。 玉米秸秆后期季节的硝酸盐含量是玉米氮素状况的可靠指标，可以很好地评估农作物是否含有适量的氮素，过多的氮素或有限的氮素。 PC图中的含量（> 5000 ppm）显然在氮过量的范围内，这意味着即使在满足了氮需求后，玉米植物仍从土壤中吸收氮。 频繁耕作可能通过将曾经受保护的有机物暴露于土壤微生物并将氧气引入土壤来刺激氮矿化。 土壤中过量的氮可能导致氮浸入地下水和地表水中。
土壤有机质是土壤物理，化学和生物功能的基础，改善土壤有机质通常与提高土壤肥力，保水能力，阳离子交换能力和改善土壤结构有关。 研究表明，全世界的农业土壤已经损失了30-50％的土壤有机质，导致环境退化和温室气体排放增加。 在农业系统中重建土壤有机质是气候变化下粮食生产恢复力的关键。
Brubaker的田间试验结果表明，在有机免耕管理下的土壤可以通过有机物的微生物矿化作用缓慢而逐步地释放养分，从而满足作物需求。 在频繁耕作的地方，过量的养分会释放到环境中，随后由于浸出或玉米秸秆中的积累而流失。 同时，土壤有机质逐渐下降，二氧化碳（CO2）可能会发生。 由科学家收集的这项研究数据在2019年XNUMX月于德克萨斯州圣安东尼奥市举行的美国土壤科学学会会议上以及XNUMX年 Rodale Institute 网络研讨会。 的 网络研讨会 该项目的首席科学家Rui Yichao Rui博士在 Rodale Institute，吸引了来自157个国家/地区的12名与会者。
这次农场试验也引起了广泛关注 Rodale Institute“ 年度有机田野日 于19年2019月XNUMX日举行。野外活动的参与者对Brubakers在不使用昂贵的肥料和杀虫剂/除草剂且无需频繁进行季节栽培的情况下成功地管理有机玉米生产感到惊讶。 可靠的结果为农民提供了这些创新系统的可行性的证据，以及提高利润，减少氮素对环境的损失以及提高土壤长期复原力的潜力。