作者:Rebecca Clay，爱荷华州立大学学生，2016年内布拉斯加大学林肯体验研究员
导师:Humberto Blanco，土壤专家，Sabrina Ruis，博士后研究助理

为什么使用覆盖作物?

覆盖作物为农场和环境提供服务，例如抑制杂草、改善养分循环、降低土壤压实度和减少侵蚀潜力等效益(图1)．覆盖作物还可以提供高质量的牲畜饲料，而不减少其他效益的提供。

通过放牧覆盖作物，农民可以减轻现有牧场的放牧压力，使其变得更多产。放牧覆盖作物的其他潜在好处包括减少饲料费用，减少运输粪便、收割和储存额外饲料所需的劳动力。

除了放牧覆盖作物可能带来的经济收益外，土壤和生态系统也受益于在土壤处于休耕状态时拥有一个有生命的覆盖物。覆盖作物即使在放牧时也能留下丰富的根系生物量，从而改善土壤性质。放牧牲畜的粪便可以增加和多样化生物活性，并有助于闭合农场内的营养循环(图2)．

我可以在任何种植制度下放牧覆盖作物吗?

简而言之,没有。并非所有的种植制度都允许牧草覆盖作物所需的足够生物量积累。

具有早期收获日期的种植系统——如杂交种子、玉米青贮和小麦生产——在秋季提供了比后期收获日期更多的生长天数，特别有助于覆盖秋季作物的生长。因此，内布拉斯加-林肯大学目前对这一课题的研究主要集中在玉米青贮收获后建立和放牧覆盖作物。

另一方面，收获日期较晚的作物系统，如大豆和玉米谷物，有利于春季牧草生产，但每种作物应使用不同种类的覆盖作物。内布拉斯加州扩展NebGuide，每年秋末或早春双收的冷季牧草，提供了更深入的了解在每种类型的种植系统中应该使用哪种覆盖作物。

放牧覆盖作物的经济和环境优势是有希望的，但一些农民担心，允许大型反刍动物(如牛)吃覆盖作物可能会使土壤紧致，导致未来生长季节的产量下降。压实会极大地阻碍土壤维持作物生长和提供生态系统服务的能力。

压实的影响

当对土壤的压力破坏了土壤结构，减少了土壤幼苗之间的孔隙空间时，土壤就会发生压实。结果是土壤密度更大，更压缩(图3)．缺乏结构和孔隙空间减少了水的渗透、气体交换和根系渗透。反过来，这些减少会减少氮和钾的吸收，推迟种植，最终导致产量下降。威斯康星州的研究发现，夯实土壤的田地产量只有非夯实土壤的50%。除了对后续作物的影响外，压实土壤更容易受到径流和侵蚀的影响。压实对土壤和作物生产有严重影响，因此我们需要探索放牧是否以及如何导致土壤压实。

牛和压实

在春天，当牛可能被释放去吃覆盖作物时，一头典型的牛可能重1000磅。分布在四个蹄上，每个蹄可能有250磅压入土壤。当牛走路时，它的全部重量分布在两到三个蹄子上，导致300-500磅的重量分布在几平方厘米的土壤上。这种强大的力量会使土壤发生明显的变化(图4)．这一力量的后果可能因几个因素而加剧。

多余的行走

如果牛的水源(和补充饲料，如果适用)位于远离放牧区域的地方，牛会在更多的土壤上行走，在这个过程中压实土壤。

湿度和土壤温度

土壤中过量的水分使土壤团聚体之间的联系变弱，因此土壤结构在压力下更容易被破坏。当土壤潮湿时，放牧覆盖作物增加了压实的风险。然而，如果覆盖作物放牧时土壤处于冰冻状态，土壤团聚体的抗压能力会更好。

字段中的特定位置

牛往往聚集在围栏附近，所以围栏附近的区域往往更紧凑。对于小溪等天然水源附近的地区，情况也是如此。这些地区的土壤通常已经潮湿，进一步加剧了土壤压实的风险。

一旦我们知道了由于放牧造成的压实背后的机制，我们就可以深入测量压实度并对该主题进行研究。

我们如何测量压实度?

研究人员通常使用两种测量方法来量化压实度:体积密度和渗透阻力。容重衡量土壤的密实程度。渗透阻力衡量根系穿透不同深度土壤的难易程度。研究人员将穿透计推到不同的深度，并记录到达每个深度所施加的力。这两个指标在下面所述的研究中被用来测量压实度。

研究人员在放牧覆盖作物和压实方面发现了什么?

美国农业部-农业研究中心在乔治亚州进行的一项广泛研究发现，6年后，放牧覆盖作物处理的土壤容重略高于非放牧处理。同样的研究发现，放牧覆盖作物导致更大的土壤渗透阻力。在委内瑞拉完成的一项类似研究发现，若干年后，放牧覆盖作物的渗透阻力增加，但容重没有增加。

由Humberto Blanco领导的UNL研究小组正在研究放牧覆盖作物如何影响土壤性质和作物产量。利用内布拉斯加州的四个研究地点(图5)， Blanco和他的同事正在评估三种治疗方法:

1. 控制(无覆盖作物);
2. 非放牧覆盖作物和
3. 放牧覆盖作物。

覆盖作物在玉米青贮后的初秋种植，并在春季放牧约6周。

经过1年的试验，4个站点的数据表明放牧覆盖作物并没有增加土壤的渗透阻力和容重。

从文献综述和初步数据中，我们注意到放牧覆盖作物在经过几年的处理后可能会导致一些土壤压实，但在最初几年不会。在格鲁吉亚和委内瑞拉观察到的压实程度并没有达到阻碍作物生长的临界水平。这表明，农民可以从放牧覆盖作物中受益，而不会对土壤和产量产生显著的不利影响。尽管如此，放牧覆盖作物造成的土壤压实的潜在风险应该在特定地点进行监测。

当放牧覆盖作物时，如何降低土壤压实的风险?

• 不要让牲畜在潮湿的土壤上放牧，因为潮湿的土壤特别容易压实。只允许牲畜在干燥或冰冻的土壤上放牧覆盖作物。
• 只有当你有足够的喂养潜力时才吃草，不要吃所有的覆盖作物残茬。美国农业部NRCS建议，你要等到覆盖作物长到至少8英寸后再开始放牧，当它们吃过超过土壤表面4英寸的生物量时，你就要把牲畜赶出去。
• 防止家畜放牧，在易受侵蚀的土地和靠近水源的土地上覆盖农作物。

额外的资源

要了解内布拉斯加州放牧覆盖作物的更多信息，请参见:

• 一年生冷季牧草，适于晚秋或早春双收．Mary Drewnoski和Daren Redfearn。NebGuide G2262出版。
• 放牧双季牧草对土壤和作物产量的影响．Mary Drewnoski和Humberto Blanco。NebGuide G2264出版。
• 价廉物美的高品质饲料:秋季放牧用燕麦和萝卜．玛丽Drewnoski。

关于作者

丽贝卡·克莱(Rebecca Clay)是今年夏天在UNL完成综合农艺系统奖学金的八名本科生之一。她喜欢在研究和推广工作时把手伸进土壤，探索内布拉斯加州的风景。

今年12月，克莱将从爱荷华州立大学获得农学(农业生态学和土壤)学士学位和全球资源系统学士学位。毕业后，她计划在读研前到国外从事食品安全和自然资源保护方面的工作。

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该项目由美国农业部NIFA 2015财年农业和食品研究计划:教育和扫盲计划-本科生体验学习奖学金计划提供的赠款支持。

找到更多关于通过这个项目进行的学生研究的故事发展综合农艺系统的本科生研究和推广专业知识。