由 Gladis Zinati 博士撰写 1，*
1 蔬菜系统试验主任， Rodale Institute，611 Siegfriedale Road，Kutztown，PA 19530
*通讯作者，邮箱： Gladis.zinati@rodaleinstitute.org
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概述
土壤和作物管理决策，包括轮作、残留物管理以及耕作的强度和频率，会影响土壤健康和土壤养分动态。 耕作可以通过机械减少土壤团聚体和土壤微生物分解后土壤有机质的氧化来降低土壤健康。 耕作还会增加覆盖作物残留物与土壤的混合，从而随着时间的推移增强作物残留物和土壤有机质的分解，从而促进土壤健康。
最近，人们越来越关注确定适合描述土壤健康变化的指标。 目前的研究表明，土壤有机碳 (SOC)、总氮 (TN) 和 SOM 的不稳定或活性部分，即 POX-C，也已被用作衡量农艺作物种植地区土壤健康管理效果的敏感指标. 然而，尚未研究确定种植一年生蔬菜作物的土壤健康指标。 通过增加或减少土壤碳含量以及后者对土壤物理、化学和生物特性以及作物生产力的影响，研究种植系统和管理实践如何影响土壤健康将是有趣的。
考虑到这一点， 蔬菜系统试验 (VST) 成立于 Rodale Institute 2.6 年超过 2016 英亩，预计这将是一项长期试验，并排比较种植系统和管理实践对土壤和作物健康的影响。 在 VST 成立之前，该场地已进行了 20 多年的有机管理。 有机系统 (ORG) 包括覆盖作物（带毛的紫云英和谷物黑麦）、有机改良剂以及在需要时对害虫进行有机管理。 另一方面，传统系统 (CNV) 包括谷物黑麦作为覆盖作物，并使用传统除草剂（例如草甘膦）来烧毁覆盖作物和杂草，以及合成肥料和杀虫剂。 在这两个系统中，使用黑色塑料耕作 (BP) 和减耕 (RT) 作为种植蔬菜的管理方法。 每年在试验中种植五种主要蔬菜，分别是块茎、水果和叶子。 这些包括马铃薯、脆豆、冬南瓜、甜玉米和生菜。 这些作物在两种种植系统中轮作种植。
该试验的一个目标是监测和评估土壤健康指标在很长一段时间内由于种植系统和管理实践而发生的变化，为蔬菜种植者提供基于科学的信息，使他们能够做出明智的决定改善土壤健康并提高他们农场的作物生产力。 第二个目标是将土壤健康与作物健康以及人类健康联系起来。
为了实现第一个目标，每年秋天，BP 地块的管理方式是用犁板犁耕种土壤并播种覆盖作物，例如 ORG 系统中的多毛紫云英和谷物黑麦，以及 CNV 中的谷物黑麦。 随后，每年春天，用犁板犁再次耕种土壤，并在铺设塑料覆盖物之前将覆盖作物生物量掺入土壤中。 相比之下，在 RT 地块中，使用凿犁（一种不太积极的工具）准备土壤以在秋季播种覆盖作物，并在春季将蔬菜移栽到土壤中之前用滚压机滚压覆盖作物生物量组织系统。 在传统系统中，幼苗在覆盖作物生物质被草甘膦等除草剂烧毁后直接移植，没有滚动卷曲。
一项为期多年的研究正在进行中，以研究种植系统和管理实践对 VST 中土壤健康指标的影响。 本文报告了 2020 年种植冬南瓜的地块中某些土壤健康指标的变化。
背景
2020 年秋季，从 0-10 厘米、10-20 厘米和 20-30 厘米三个土壤深度收集了深层土壤核心。 收集这些以评估土壤的物理、化学和生物特性。 在本文中，在 ORG 和 CNV 系统下种植冬南瓜并通过耕作或减耕进行管理的地块中，土壤有机碳 (SOC) 百分比和不稳定土壤有机碳 (POX-C) 浓度的结果是报道。
SOC是土壤健康的主要指标，是土壤生态系统的重要组成部分。 土壤中有机碳的存在是土壤生产力的关键决定因素，也是对物理、化学和生物特性的关键影响因素。 土壤有机碳表现出不同来源的有机碳添加与通过不同途径流失的长期平衡。 响应管理实践的短期和中期 SOC 变化难以检测，但是，SOC 部分中更不稳定（活性）的成分通常是管理对土壤健康影响的早期指标。 不稳定部分的特征在于土壤微生物可用的有机物质，以及在新鲜植物残留物和稳定有机物质之间的过渡。 POX-C 被认为是土壤不稳定碳的一个有用参数，也是种植系统和管理实践的敏感指标。
土壤有机碳
与 CNV 的土壤有机碳百分比（平均 2.28%）相比，ORG 系统中的土壤有机碳百分比（平均 1.98%）略高，但是，这些水平没有统计学差异。 RT 地块中 0-10 和 10-20 cm 土壤深度的 SOC 比 BP 中的要大，在 70-20 处低 30%，如图所示 图1。
土壤不稳定有机碳 (POX-C)
a- 种植系统的变化
0-30cm 土壤深度的 POX-C 水平在有机和传统种植系统之间没有统计学差异，在 BP 和 RT 实践中也是如此。 然而，当汇总 0-20 cm 土壤深度的数据时，ORG 种植系统中的 POX-C 水平显着高于 CNV（图2).
b- 随土壤深度的变化：
尽管 RT 地块中的 POX-C 水平（平均 973 毫克/千克）高于 BP 地块中的 POX-C 水平（平均 893 毫克/千克），但这些值在 0-20 厘米土壤深度中没有统计学差异。 然而，POX-C 水平随土壤深度而变化，在 0-10 cm 处最大，在 20-30 cm 处最低（图3).
总结
简而言之，本次试验的结果显示：
- 在种植系统和管理实践之间没有检测到 SOC 值的显着差异。 这些结果是意料之中的，因为在 VST 建立之前，土壤经过了很长时间的有机管理，并且在自建立之日起四个生长季节后检测到这种变化还为时过早。 SOC 被认为是一个长期的土壤健康指标。 因此，我们预计在通过耕作或减耕对土壤进行有机和常规管理 XNUMX 年后检测 SOC 值的变化。
- 不稳定的土壤有机碳部分 POXC 比 SOC 更敏感，受种植制度和土壤深度的影响，而不是受管理实践的影响。 与 CNV 系统相比，预计 ORG 系统中不稳定土壤有机部分的值更高，因为在后一个系统中，由于施用除草剂和使用合成肥料，作物残留物回收率较低。
- 管理实践和种植系统可以通过减少碳损失或增加土壤碳输入来影响 SOC 和 POXC 的积累。 在未来五年内在这些系统中采用相同的做法将提供关于种植系统和管理做法对土壤健康指标的影响的进一步证据，并增加我们对管理农业生态系统中土壤健康的技术选项的理解。