管理得当的覆盖作物可以促进养分循环。禾本科作物如谷类黑麦(Secale cerealeL.)可以清除更深土层中的氮(N)等营养物质，避免通过浸出而损失，并在残留物分解时释放它们。豆科覆盖作物，如野豌豆(野豌豆属摘要)生物固定大气氮素，并在分解过程中释放氮素，为后续经济作物提供氮素。覆盖作物混合可以使农业生态系统多样化，优化不同物种的特性和功能。

现场管理和实验室测量

为了帮助我们了解覆盖作物在整个生长季节的分解和氮的释放，我们设计了一项使用“垃圾袋”的研究——这是一种研究作物分解的常见方法。这项研究是精准可持续农业(PSA)的一部分，这是一个由美国农业部(USDA)农业与粮食研究倡议的可持续农业系统协调农业项目支持的合作项目。这个实验将在三年内重复进行。

该实验的第一年是在2020-2021年期间内布拉斯加州米德附近的东内布拉斯加州研究和推广中心(ENREC)进行的。试验设计包括不覆盖作物对照和三种覆盖作物处理:谷类黑麦、长毛紫云英、谷类黑麦和长毛紫云英混合处理。

覆盖作物继燕麦之后，于2020年8月26日种植。2021年4月26日，用1 m材料采集了各处理的被盖作物地上生物量²2021年4月29日，黑麦处于菲克斯7.0期，紫云英处于营养期。玉米于2021年5月13日播种，种植前1天施氮肥40磅，V4施氮肥120磅。

将样品分成6个网袋，装上等量的盖茬样品。其中一个网袋在取样当天(视为“第0周”)带到实验室，放入烘干机。其余5个网袋放置在野外(图1)，分别在取样日后2、4、7、11和16周取回(图2)。从野外取回的样品当天在实验室中干燥，随后称重、研磨并通过干燃烧法分析C和N含量。

第一年的结果表明，覆盖作物为后续玉米作物提供氮的潜力

谷物黑麦、毛野豌豆和混合物(谷物黑麦和毛野豌豆)产生的生物量分别达到平均每英亩5500磅、1600磅和4900磅。两种植物在季节结束时的分解速率和剩余质量不同(图3)。在季节的前9周，毛紫云英的分解速率高于谷类黑麦，但在季节结束时，其剩余质量为26%，而谷类黑麦为20%。初始C:N比可能是分解速率的驱动因素。

表1。在2021年玉米季，谷物黑麦、毛豌豆和混合(谷物黑麦和毛豌豆)覆盖作物的残渣中C:N的比例为6倍(覆盖作物终止后的0、2、4、7、11和16周)。

日期	谷物黑麦	毛叶苕子	混合
4/26/21	21:1	14:1	18:1
5/10/21	22:1	15:1	20:1
5/28/21	23:1	15:1	18:1
6/30/21	19:1	14:1	16:1
8/2/21	15:1	12:1	13:1
9/27/21	12:1	13:1	13:1

然而，在6次检索中，所有3个处理的覆盖作物秸秆没有一次达到C:N比25(表1)，这个值被认为是启动氮固定的起始值。在整个季节，覆盖作物释放的氮没有差异(图4)。在采样后的16周内，谷类黑麦、毛豌豆和混合作物分别释放了70、66和62磅/英亩的氮。

覆盖处理与不覆盖处理玉米籽粒产量差异不显著。160磅/英亩氮肥处理的玉米产量分别为205、235、222和190蒲式耳/英亩(11238、12931、12174和10421蒲式耳/英亩[图5])，分别为谷类黑麦、毛豌豆、混合和不覆盖。我们没有发现4个处理之间的产量有任何统计差异，但在覆盖作物之后，玉米的产量确实有数字增长。谷物黑麦、毛豌豆和混和处理的玉米产量分别比不覆盖作物处理的玉米增产7%、24%和17%。

由于氮肥成本的增加，考虑补充或抵消养分投入需求的策略越来越重要。例如，无水氨的成本在2022年1月达到了近1500美元/吨，这意味着每吨增加了约750美元(ESMIS-USDA, 2022)。内布拉斯加州是美国三大玉米生产州，也是化肥的主要消费国(EPA, 2011)。这项研究第一年的结果表明，草、豆类和混合覆盖作物物种在循环利用养分而不对玉米产量产生负面影响的潜力。

这项实验将于2022年和2023年在新的地点重复进行，之后将进行玉米-大豆-燕麦轮作。在接下来的季节里，通过粮食用水研究所的支持，我们将通过季节测量和航空图像来监测氮的吸收，以量化覆盖作物处理后的季节氮率是否可能调整。

确认

作者要感谢精准可持续农业(PSA)和多尔蒂粮食用水全球研究所(DWFI)的资金支持，以及汤姆·加卢沙(Tom Galusha)、罗伊·卡明(Roy Cumming)和罗伯塔·雷贝斯奎尼(Roberta Rebesquini)对实地研究的支持。