覆土作物:对土壤微生物群落具有普遍的积极效应

发布者:bpadmin
发布时间:2020-03-03 09:53
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只有少数的农作物种植者在收获后种植覆土作物,但伊利诺伊大学的一项最新面向全球的分析显示,种植覆土作物的做法可以提高土壤微生物数量达27%。 这一研究结果重申了覆土作物在减少氮素损失、抑制杂草、控制土壤侵蚀等方面的作用。虽然土壤微生物丰度不太容易观察到,但它是评估土壤健康的一个非常重要的指标。




发表在《土壤生物学和生物化学》上这篇文章的主要作者,伊利诺伊大学作物科学系纳基安·金(Nakian Kim)表示:“很多生态服务都是由土壤微生物群完成的,包括养分循环等。了解土壤微生物是如何发挥作用的,以及在农业上如何才能形成更健康的土壤微生物群很重要。”

其他研究也显示了覆土作物对土壤微生物群落的好处,但大多数都受到特定的地理条件、独特的季节效应、特殊的管理方式和研究人员的分析方法的影响。纳基安·金的工作不同之处,在于他通过在几十项相关研究中寻找他们的普遍规律。

合著作者、作物科学副教授玛丽亚·维拉米尔(Maria Villamil)表示:“我们的分析显示,在60项田间研究中,有覆土作物农田的微生物丰度比没有覆土作物的田地持续增加了27%。这里涵盖了来自世界各地的所有相关研究。”

研究小组对现有的关于覆土作物的研究进行了搜索,最终找出了大约985篇科学文献。在这些研究中,他们只保留了直接比较覆土作物与裸露休耕土壤的研究,而剔除了在温室中进行的研究,以及将作物残留物视为覆盖作物的研究。他们还确保了这些研究在统计方法上是可靠的,有相当大样本量。最后,他们挖掘并重新分析了来自60项研究的数据,报告了13个土壤微生物参数。

维拉米尔说:“这就是为什么选择标准必须如此严格的原因。我们想要比较那些可靠的研究,并且有足够的重复性,这样我们就可以对全球规律做出有效的判断。”

研究小组将13个微生物参数分为三类:微生物丰度、活性和多样性。与裸露的休耕土壤相比,有覆土作物的微生物丰度并不是唯一有显着增加的类别。微生物活性也增加了22%,多样性增加了2.5%。

纳基安·金说:“所有的类别都很重要,尤其是多样性,因为多样化的微生物群更具弹性。考虑到微生物多样性和提供生态系统服务之间的密切联系,哪怕是极小的影响可能也会对提高可持续性有很大帮助。从这个意义上说,我认为覆土作物真的很有用。”

研究人员还梳理出几个因素,叠加在覆土作物的主要影响之上。例如,气候、终止覆土作物的方式或耕作制度是如何影响覆土作物与土壤微生物群落受益的关系?

纳基安·金表示,使用除草剂终止覆土作物对微生物群落有很强的控制作用。“结果非常有趣。与机械收割相比,化学除草剂对的微生物群落效果不佳。换句话说,除草剂从某种程度上减少了覆土作物的好处。我认为这是一个很大的收获。”

根据金的说法,耕作也起到了作用。传统耕作可以减少覆土作物对土壤微生物的影响,但相反,保护性耕作却可以做到。我的猜测是,由于保护性耕作包括完全不耕作,这使得杂草能够在土地上生长。杂草可能会模仿覆盖作物的行为。因此,由于杂草的存在,对照处理和覆盖作物之间的差异可能会缩小。

因为它们的影响是间接的,这些次要因素需要更多的研究才能得出真正的结论。维拉米尔的研究小组已经在进行研究,以获得更明确的答案。但与此同时,作为一个整体,她对分析结果感到振奋。

维拉米尔说:“对我来说,看到覆土作物始终如一的积极影响是令人惊讶的,但感觉很好。自2001年以来,我一直在研究伊利诺伊州典型的玉米-大豆轮作中的覆土作物,但在这些高肥力环境中,事实证明,除了谷物和每年一次的黑麦捕捉氮之外,很难显示出任何影响(天气允许的话)。很难看到与覆土作物使用相关的化学和物理特性的变化,”维拉米尔说。“但是微生物群,就是它所在的地方。这就是一切之间的联系。多亏了这项工作,当我投入覆土作物时,我有了一些期待,并产生了更多需要研究的问题。”


文献引用:
Nakian Kim, María C. Zabaloy, Kaiyu Guan, María B. Villamil. Do cover crops benefit soil microbiome? A meta-analysis of current researchSoil Biology and Biochemistry, 2020; 142: 107701 DOI: 10.1016/j.soilbio.2019.107701
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