土壤侵蚀的范围和代价

在美国，农田土壤侵蚀是水污染的主要来源之一。径流和侵蚀的沉积物携带营养肥料、农业杀虫剂和其他用于农田的化学品。这些污染物可对水生生态系统产生负面影响(即缺氧)，包括藻类过度生长、生境丧失和水生物种死亡。例如，伊利湖多年来一直受到营养过剩的影响。2014年的有害藻类爆发导致大量鱼类死亡，据估计给伊利湖周围的渔业造成了700万美元的损失(Bingham等人，2015年)。因此，就生态系统和经济影响而言，加速的水侵蚀可能是非常大的，但内布拉斯加州的影响是什么?

内布拉斯加州的地表水生态系统正在感受侵蚀带来的养分流入的影响(图1)．2018年夏天，由于蓝藻含量高，内布拉斯加州12%的受监测休闲湖泊被关闭。这种蓝绿藻会产生毒素，一旦摄入，就会导致严重的疾病。

侵蚀不仅是我们生态系统的问题，也是农民钱包的问题。在塞耶县，美国农业部自然资源保护署估计，一场10年的风暴(24小时内降雨量4.6英寸)可能会给该县带来超过60万美元的损失。该县约有16万英亩农田，据估计，这场风暴每英亩侵蚀2吨土壤。NRCS办公室假设，每吨侵蚀土壤中大约损失2.23磅氮，成本为0.63美元/磅，1磅磷，成本为0.63美元/磅。这些估计表明，一个1000英亩的农场将损失1484美元的氮和640美元的磷。这些巨大的经济损失表明，必须实施进一步的土壤保持管理策略

覆盖作物减少侵蚀的潜力

利用覆盖作物作为一种减少土壤侵蚀的管理技术正在重新受到关注。在玉米和玉米-大豆连续轮作中种植覆盖作物可通过改善土壤性质(如土壤有机质、水分入渗和团聚体稳定性)降低土壤可蚀性(土壤对侵蚀的敏感性)。图2和3)．覆盖作物可以减少80%的径流损失和40% - 90%的泥沙损失(Blanco-Canqui, 2015)。然而，利用覆盖作物来减少水土流失的风险并非没有挑战。

例如，经济作物的晚收和秋雨可能导致晚秋覆盖作物种植，导致低覆盖作物生物量生产。高生物量产量是提供一个有效的表面覆盖防止雨滴冲击和土壤脱落的关键。一种增加覆盖作物生长时间、潜在生物量产量和地表覆盖的策略是在初秋将覆盖作物与固定作物进行种子间杂交。

内布拉斯加州的案例研究:早期和晚期种植覆盖作物如何影响土壤侵蚀?

在内布拉斯加州的三个大学研究地点进行了四年的管理后，我们评估了收获前后种植的覆盖作物对土壤可蚀性的影响(图3):靠近康科德、米德和克莱中心。这些站点采用免耕玉米连作和玉米-大豆轮作(图3和4)。治疗方法是:

• 收获前广播(收获前一个月)
• 钻探后现金作物收获和
• 没有覆盖作物。

种植的覆盖作物类型有谷物黑麦和混合谷物黑麦、豌豆、毛野豌豆和萝卜。

我们的研究结果

种植日期和覆盖作物类型对初始水分入渗和土壤有机碳无显著影响。

• 在Concord地区，收获前覆盖作物种植比收获后覆盖作物种植增加了总颗粒有机物。
• 覆盖作物也有增加其他两个地点总颗粒有机质的趋势。
• 采前覆盖作物种植增加了Mead连续玉米的水稳性团聚体的平均重量和直径(图5)．
• 在其他地点，收获前种植和覆盖作物有增加平均重直径的趋势。平均而言，与收获后种植相比，收获前覆盖作物种植的水稳定团聚体平均重量直径增加了18% (图5)．
• 覆盖作物显著增加了康科德试验点的水稳团聚体的平均重量和直径。

这些结果对内布拉斯加州东部的水土流失管理意味着什么?

• 水稳定团聚体的平均重量直径是水侵蚀潜力的指标。随着湿土团聚体粒径的增大，水侵蚀的风险降低(Barthès, 2002)。
• 收获前种植增加了水稳性团聚体的数量，表明这种覆盖作物管理做法比收获后种植更能减少侵蚀风险。这可能是由于早期种植覆盖作物能产生更大的生物量。
• 颗粒有机质的增加，特别是在收获前种植覆盖作物时，可促进土壤颗粒的结合和聚集，导致土壤可蚀性降低。
• 覆盖作物和种植日期对土壤性质的影响较小，可能是由于本研究的短期性质(4年)以及地上生物量产量低(少于1吨/英亩)。

这对覆盖作物管理意味着什么

一般来说，利用覆盖作物，更具体地说，将覆盖作物间种为固定作物，可以改善土壤性质，减少水土流失的风险。我们预计覆盖作物的土壤效益可能在长期(超过四年)更大。

参考文献

Barthès, B.，卢斯，E.(2002)。团聚体稳定性作为土壤对径流和侵蚀敏感性的指标;多个级别的验证。系列,47岁(2), 133 - 149。doi: 10.1016 / s0341 - 8162(01) 0018。

宾汉姆，S. K.辛哈和F. Lupi， "减少伊利湖有害藻华的经济效益环境咨询与技术公司，报告，66页，2015年10月。

Blanco-Canqui, H.， Shaver, T. M.， Lindquist, J. L.， Shapiro, C. A.， Elmore, R. W.， Francis, C. A.， and hergerert, G. W.(2015)。覆盖作物和生态系统服务:来自温带土壤研究的见解。农学杂志,107(6), 2449年。doi: 10.2134 / agronj15.0086

内布拉斯加州环境质量海滩观察局

教皇,乔安娜。”土壤侵蚀的真正代价。”内布拉斯加州自然资源保护署
美国内布拉斯加州2007

关于作者

艾玛·里士满-布德温(Emma Richmond-Boudewyns)是2018年夏天内布拉斯加州大学林肯分校(University of Nebraska-Lincoln)完成综合农业系统奖学金的9名本科生之一。

艾玛就读于特拉华大学，主修环境工程、农业和自然资源。毕业后，她计划继续攻读国际可持续农业硕士学位。

支持

这个项目是由美国农业部NIFA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和内布拉斯加大学林肯农学系促成的。