阿里安娜·波佐洛(Arianna Bozzolo)1, 雅各布·佩琴卡1阿马尔·帕特尔2,安德鲁·史密斯3

1Rodale Institute 加州有机中心,卡马里奥,CA,93010
2拉维和奈娜帕特尔基金会,贝克斯菲尔德,加利福尼亚州,93309
3Rodale Institute,库茨敦,宾夕法尼亚州,19530

介绍

在现代农业实践中,利用覆盖作物已成为应对各种挑战的可持续解决方案,包括水土流失、养分消耗和杂草管理。在各种覆盖作物管理系统中,使用滚筒压接机的基于覆盖作物的免耕技术因其在减少蔬菜生产中的耕作、同时增强土壤健康和抑制杂草方面的有效性而受到广泛关注 [1].

滚筒卷曲系统包括通过在植被上滚动装有钝刀片的大滚筒来终止覆盖作物,将其压平并卷曲以形成致密的植物垫(图 1)。这项技术不仅可以有效地终止覆盖作物,还可以留下覆盖层作为保护屏障,保持土壤湿度,调节土壤温度并抑制杂草生长。此外,留在土壤表面的残留物是宝贵的有机质来源,随着时间的推移,有助于土壤肥力和结构的改善 [2].

图1: 滚筒压接机在燕麦和豌豆覆盖作物上运行。

在加利福尼亚州南部海岸的灌溉蔬菜生产系统中,可持续农业实践占主导地位,滚筒压接机系统具有特别的前景。通过促进免耕实践,该系统最大限度地减少了土壤扰动,从而保护了土壤结构,降低了侵蚀风险,并保存了土壤有机质。此外,通过滚筒压接方法抑制杂草生长可以显着减少对合成除草剂的需求,促进环境友好型杂草管理策略 [3].

本研究旨在评估滚压机系统与不同覆盖作物品种和灌溉蔬菜生产系统中杂草管理实践的结合效果。具体来说,我们研究了使用滚筒卷曲方法终止后覆盖作物生物量产量、残留物持久性和杂草抑制的影响。此外,我们评估了对作物产量的后续影响。

了解滚压机系统在免耕蔬菜生产以及覆盖作物方面的优势对于促进该地区的可持续农业实践至关重要。通过阐明这种创新方法的好处,我们的目标是提供有价值的见解,帮助农民和农业从业者采取更环保、更经济可行的杂草管理策略,从而增强南部沿海蔬菜生产系统的弹性和可持续性加利福尼亚州。

研究概述

实验在位于 20 个 46 x 12 m 的随机地块上进行。 Rodale Institute 加州有机中心 (34.220453, -199.108214) 位于加利福尼亚州卡马里奥。地块被分配给五种处理:1)没有覆盖作物和标准耕作盘(耕作)的对照,两种覆盖作物混合物之一:2)燕麦(燕麦(Avena sativa)) + 毛野豌豆 (野豌豆),或3)燕麦+豌豆(豌豆),以及两次覆盖作物终止处理,4)使用圆盘进行常规耕作(Till),或 5)使用滚压机进行免耕系统(No-Till)。每种覆盖作物和终止方法组合的地块重复四次。

整个田地都经过耕作准备,以标准化田地条件。 4.6 月,使用 1500 米宽的谷物条播机(型号 15,Great Plains Mfg.,萨利纳斯,堪萨斯州)种植覆盖作物,行距 100 厘米,燕麦播种量为 135 公斤/公顷,播种量为 22 公斤/公顷豌豆用量为 0.6 公斤/公顷,野豌豆用量为 XNUMX 公斤/公顷。必要时使用喷灌以刺激发芽(XNUMX毫米)。

覆盖作物于 90 月终止,即播种后 50 天 (DAS),当时大约为 XNUMX 小时。 XNUMX%的覆盖作物已达到开花期,避免覆盖作物重新播种。用滚压机通过免耕地块两次,用圆盘通过耕作地块和对照地块两次,以部分掩埋覆盖作物和生长在土壤表面的杂草。

南瓜(var. Howden)于七月进行手工直播。南瓜种子按行距 0.9 m、每 60 cm 放置,出苗后间苗至 1.5 m。在每行放置一行滴灌管(T-Systems,圣地亚哥,加利福尼亚州)后,根据需要灌溉滴灌管和所有植物,所有地块接收等量的水。

数据收集和分析

我们在三个特定时间点评估了覆盖作物的生长和杂草存在:六月初,在 DAS 90 天时,就在终止覆盖作物之前;七月下旬,终止覆盖作物后(终止后 30 天,DAT);十月收获期间(120 DAT)。在每个采样日期,从每个地块收集两个样品,以评估土壤表面的杂草和覆盖作物。每个样品由 0.25 m 的2 样方随机放置在田地内,包含其边界内的所有植物材料。然后收获、鉴定、新鲜称重该植物材料,随后干燥直至达到用于最终植物生物量测量的稳定重量。在收获期间,对每个 44.6 平方米的地块进行采样,对所有南瓜进行计数和称重,从而评估作物产量。
使用 CoStat 软件(CoHort software,Monterey,CA,USA)使用因子方差分析(ANOVA)对数据进行分析。

成果

终止前两种覆盖作物混合物之间的地上覆盖作物干生物量没有统计差异:燕麦/野豌豆为 14.7 吨/公顷,燕麦/豌豆为 11.3 吨/公顷。裸土地块中的杂草生物量明显更高,为 8.6 吨/公顷,而燕麦/野豌豆为 0.3 吨/公顷,燕麦/豌豆为 0.8 吨/公顷(图 2a 和 2b)

图2a和2b。 地上覆盖作物和杂草在覆盖作物终止前干燥生物量。各列表示 a) 覆盖作物或杂草 b) 在用滚筒卷曲机或圆盘终止之前的干重生物量的平均值标准误差 (±SEM)。 进行 Tukey 的 HSD 检验以比较显着性水平 α = 0.05 的平均值。列中的不同字母表示组间存在显着差异。 ns 没有显着差异。

使用滚压机(免耕)或圆盘(耕作)终止覆盖作物三十天后,两种土壤管理处理中都存在干燥的覆盖作物生物量。先前的研究发现,在对玉米、高粱或小麦残渣进行单次盘切后,约 40% 至 70% 的残渣通常保留在表面上 [3]。在这项研究中,圆盘两次通过后,残留在土壤上的残留物对于燕麦/野豌豆为 23%,对于燕麦/豌豆为 30%。燕麦/野豌豆耕地平均干生物量为 3.5 吨/公顷,免耕地平均干生物量为 7.4 吨/公顷。燕麦/豌豆耕地在土壤表面留下了 3.4 吨/公顷的残留物,而免耕方式则有 6.6 吨/公顷。吨/公顷。燕麦/豌豆和燕麦/野豌豆之间覆盖作物残留物的吨数没有统计差异,但管理之间存在差异。正如预期的那样,与耕种地相比,免耕地在土壤表面留下的生物量显着增加。在此采样期间,地块之间的杂草生物量变化很大,因此所有处理之间的平均杂草压力没有统计差异(图3a和3b)。

图3a和3b。 地上覆盖作物和杂草在覆盖作物终止后干燥生物量。各列表示 a) 覆盖作物或杂草 b) 用滚筒卷曲机或圆盘终止后的干重生物量的平均值标准误差 (±SEM)。 进行 Tukey 的 HSD 检验以比较显着性水平 α = 0.05 的平均值。列中的不同字母表示组间存在显着差异。 ns 没有显着差异。

对覆盖作物和杂草的最终评估是在覆盖作物终止后 120 天、南瓜收获时进行的。燕麦/野豌豆免耕处理的土壤表面生物量为 6 吨/公顷,耕作地块的生物量为 3.3 吨/公顷。免耕处理的燕麦/豌豆有 4.7 吨/公顷,耕作处理的燕麦/豌豆有 1.3 吨/公顷的覆盖作物生物量残留在土壤表面。所有处理中都存在杂草,但压力不同。裸露土壤的杂草生物量明显较高,相当于 3.6 吨/公顷,覆盖作物种类或土壤管理之间没有发现统计差异(图 4a 和 4b)。

图4a和4b。 南瓜收获时地上覆盖作物和杂草会干燥生物量。各列表示 a) 覆盖作物或杂草 b) 用滚筒卷曲机或圆盘终止后的干重生物量的平均值标准误差 (±SEM)。 进行 Tukey 的 HSD 检验以比较显着性水平 α = 0.05 的平均值。列中的不同字母表示组间存在显着差异。 ns 没有显着差异。

收获时,与燕麦/豌豆耕种相比,燕麦/野豌豆混合物(无论是耕种地还是免耕地)的果实数量最多。燕麦/豌豆耕作、免耕耕作和裸土之间的每公顷产量相似,高于燕麦/豌豆耕作。与裸土相比,燕麦/豌豆 Till 降低了果实重量(表 1)。在该实验中,发现与加州每公顷平均产量相比,所有地块的产量均较低 [4]。葫芦作物高度依赖蜜蜂的主动授粉。葫芦科植物的果实大小和结籽情况与蜜蜂活动密切相关。有几个因素在管理蜜蜂以实现有效授粉方面发挥着重要作用。其中,天气是最重要的因素之一。环境和疾病因素可显着影响开花、授粉和坐果。降雨、强风和极端高温或低温也会减少蜜蜂活动,从而降低产量 [5]。研究期间观察到的所有葫芦地块产量低的主要原因是天气条件异常,特别是八月份恰逢开花期的意外降雨。这场不寻常的降雨量达 69 毫米,扰乱了授粉过程,导致坐果减少,最终降低了农作物产量。尽管这些环境条件影响坐果,但这项研究表明,使用覆盖作物混合物,特别是燕麦/野豌豆混合物,与使用滚筒压接机终止覆盖作物的有机免耕相结合,可以获得与标准耕作处理。这项研究没有报告土壤数据,但我们预计覆盖作物和减少耕作的结合将随着时间的推移改善土壤健康。

表 1.在不同覆盖系统上种植的南瓜每公顷的果实数量和每公顷的产量。 进行 Tukey 的 HSD 检验以将平均值与 α = 0.05 的显着性水平 (LSD) 进行比较。列中的不同字母表示组间存在显着差异。显着性代码:“***”= p≤0.01,“**”=p≤0.05,“*”= p≤0.1,“ns”=不显着。

总结

这项研究为了解覆盖作物对加州南部海岸灌溉蔬菜生产系统杂草管理的影响提供了宝贵的见解。以下是该研究的主要发现:

覆盖作物生物量和杂草控制: 

覆盖作物终止前 (90 DAS):

  • 燕麦/豌豆和燕麦/野豌豆混合物之间覆盖作物生物量的总干物质没有显着差异。
  • 与裸土相比,燕麦/野豌豆和燕麦/豌豆的杂草生物量较低。

终止后(30 DAT):

  • 燕麦/豌豆和燕麦/野豌豆免耕地块具有相似的残留生物量。
  • 燕麦/豌豆和燕麦/野豌豆田块具有相似的残留生物量。
  • 所有地块的杂草出现情况相似。

收获时 (120 DAT):

  • 与 T 地块相比,NT 地块中的燕麦/野豌豆和燕麦/豌豆表现出更大的生物量。所有地块均观察到生物量减少,其中燕麦/豌豆 T 地块的生物量减少最为显着(61.5%)。
  • 与覆盖作物处理(T 和 NT)相比,裸土具有更大的杂草生物量

产量:

  • 燕麦/野豌豆混合地块(T 和 NT)和裸土的每公顷产量相似,在果实数量和每公顷产量方面优于燕麦/豌豆 T 地块。
  • 与裸土相比,燕麦/豌豆 T 地块的果实重量降低。

总体而言,这些发现强调了覆盖作物在杂草管理中的重要性。需要进一步的研究来探索蔬菜生产系统中土壤管理实践、植物物种选择和作物生产力之间的相互作用。了解覆盖作物物种、管理实践和杂草管理之间的相互作用对于开发可持续农业实践至关重要,这些实践可以提高生产力,同时最大限度地减少对合成除草剂的依赖并促进环境管理。通过阐明这些关系,我们可以向农民和农业从业者介绍有效的杂草管理策略,将覆盖作物纳入蔬菜生产系统,从而促进农业的长期可持续性和复原力。