覆盖作物管理：研究发现碳效益与作物产量之间的权衡

由诺伊大学厄巴纳-香槟分校农业生态系统可持续发展中心(ASC)的研究人员领导的一项研究量化了美国中西部农业生态系统玉米 - 大豆轮作中覆盖作物的土壤有机碳(SOC)效益。

该研究发表在《全球变化生物学》上，使用ecosys(一种先进的基于过程的生态系统模型)来评估不同环境和管理条件下冬季覆盖种植对SOC积累的影响。通过了解如何实现和优化SOC效益，农民和政策制定者将能够制定管理实践，支持肥沃的田地，同时封存大气中的二氧化碳(CO2)进入土壤。

已发现覆盖作物通过封存大气中的一氧化碳可有效增加土壤有机碳2进入土壤，从而具有缓解气候变化的巨大潜力。衡量SOC效益的可行方法将有助于农民，政府机构和行业实施气候智能型覆盖种植实践。然而，量化SOC效益的准确且具有成本效益的方法在很大程度上仍然不可用。

为了帮助满足这一需求，ASC研究人员正在采用生态系统建模方法。他们的研究表明，在诺伊州，种植覆盖作物每年平均每公顷可以增加0.33兆克碳(相当于每年每英亩0.54吨大气二氧化碳)，并且SOC效益可以通过增加覆盖作物生物量来提高。ecosys模型不仅有助于量化覆盖作物的SOC效益，而且还提高了对控制SOC效益的环境因素的科学理解，包括土壤条件、天气和覆盖作物物种。

结合该团队之前的工作，研究人员还发现，覆盖作物的SOC效益和经济作物产量之间存在权衡。具体来说，如果覆盖作物具有更大的生长窗口，它们就会生长更大的生物量，从而具有更高的SOC效益。然而，在这种情况下，由于与覆盖作物竞争土壤中的水和养分(包括水、氮和氧气)，经济作物产量降低的风险增加;这项工作已被最近涉及ASC成员的实证研究所证实。不同的工作线共同强调需要仔细管理覆盖作物以避免潜在风险。

全面的机理建模可以通过模拟不同条件下的覆盖作物生长来帮助解决这一权衡问题。在美国中西部油田，选择特定的覆盖作物类型和调节其生长窗口等管理实践是其SOC效益的主要控制因素。通过仿真，建模方法可以帮助选择最佳管理实践，在不影响作物产量的情况下最大限度地提高SOC效益。

“我们的研究表明，ecosys模型，使用田间实验数据进行严格验证，可以成为指导覆盖作物适应性管理和量化覆盖作物SOC效益的有效工具，”该出版物的第一作者，研究生Ziqi Qin说。“这为从业者更好地管理覆盖作物和政策制定者更好地设计农业政策提供了实用的工具和见解。

除了SOC的好处，研究人员还发现覆盖作物可以通过其他方式有益于土壤环境。ecosys模拟表明，当覆盖作物存在时，土壤中微生物中储存的碳量增加。这一发现与以前的实证研究一致，这些研究发现使用覆盖作物会增加土壤肥力。

“管理覆盖作物的最佳做法因每个田地而异，”ASC创始主任，NRES副教授，也是新发表的研究的项目负责人Kaiyu Guan说。“我们的工作确定了覆盖作物和经济作物之间的权衡，这进一步证明了为农民制定管理指南和技术援助的必要性，以更好地利用覆盖作物，同时保持经济作物产量。