覆盖作物混播对后续经济作物产量有影响吗?

覆盖作物混作种植的好处包括为以后的经济作物提供额外营养、改善牲畜饲料和改善土壤健康等。采用多品种覆盖作物的农民也对了解覆盖作物之后所种植作物的产量反应感兴趣。田纳西州的一项实验发现，与多样性低的覆盖作物和无覆盖处理相比，在使用多品种覆盖作物混种3年后，大豆产量提高了13% (68 bu/ac) (Chu等人，2017年)。来自美国和加拿大的其他研究分析发现，覆盖作物混合种植可以比单独种植覆盖作物提高30%的玉米产量(Marcillo和Miguez, 2017年)。研究还发现，覆盖作物会对作物产量产生不利影响，但解释产量惩罚的机制往往不确定或不一致(Eckert, 2013;Kaspar et al.， 2015)。因此，适当配制的混合物可以增加获得土壤健康效益的机会，并对产量产生积极、中性或消极的影响。因此，人们越来越有兴趣使用覆盖作物混合种植，并了解它们对种植系统的总体贡献。通过教育和农场评估，内布拉斯加州的土地所有者的一部分土壤健康计划(SHI)正在评价不同覆盖作物混作对土壤性质和土壤健康农艺指标的影响。

遥感作为生长季节的“视觉日记”

内布拉斯加州农业部的农民正在探索评估作物性能和作物健康洞察力的工具和功能。季末产量是评价作物表现的最终指标，但它并不能告诉农民经济作物在整个生长季节的表现。遥感技术可用于为农民提供季节的“可视化日记”，并记录由于覆盖作物等管理决策的结果，作物和土壤在生长季节对天气、病虫害的反应。这些信息可以用作当季决策的工具(例如，水和养分的应用)，以及下一年的管理计划。

本报告的重点是从位于霍华德县内布拉斯加州农业科学研究所建立的一个农场示范田中学到的经验教训。这块96英亩的土地是玉米-大豆-小谷物轮种，于2017年成为该计划的一部分。该研究在随机和重复的大田长条上比较了覆盖作物混合种植与无覆盖作物的使用。2018年9月(覆盖作物连续使用的第二年)钻探的覆盖作物混播包括基于NRCS覆盖作物指南的9种混播推荐。5月10日收集2019年覆盖作物地上生物量，5月14日化学终止。覆盖作物的总生物量为1.25吨/ac或2500磅/ac。覆盖作物终止后，于2019年5月16日以30英寸行距种植大豆。关于站点管理的其他信息可以在2019年SHI农场研究报告．高分辨率图像(包括自然颜色、红外和热成像)是在大豆生长季节每周从TerrAvion®(https://www.terravion.com；圣莱安德罗,CA)。

利用NDVI和热成像解译产量结果

覆盖作物与非覆盖作物对大豆籽粒水分、产量、质量和净收益没有差异(表1)。为了确定覆盖作物混合种植如何影响大豆作物生长，我们分析了生长季节图像中的归一化差异植被指数(NDVI)。NDVI是红光与近红外光的比值，是由植物冠层光谱反射率推导出来的一个度量指标，可以定量估计植被生长和生物量。该指数在0到1之间变化，极低的NDVI值代表裸露的土壤区域，高的NDVI值代表茂密的植被。因此，NDVI数据与植物活力相关，一块土地上活力的差异可以显示不同管理的效果，如覆盖作物。对于该区域，NDVI数据显示，7月覆盖作物之后的条状大豆NDVI值较低，9月NDVI值较高(图1)。

*相同字母的值在90%置信水平上没有显著差异。
†产量值来自清洁产量监视器数据。蒲式耳每英亩调整为13%的湿度。
‡边际净收益基于8.10美元/布大豆、24美元/ac覆盖作物种子和14.40美元钻井。

我们观察到，覆盖作物混作后早季大豆活力的降低(7月NDVI值较低)也与该区域冠层温度模式的升高有关(图2)。然后我们想知道:这一区域发生了什么?正如之前的研究所观察到的，NDVI和热成像都可以用于检测大豆冠层发育和衰老的变化，因为它们利用了光谱近红外和可见光部分土壤和树叶反射率之间的差异(Gray et al.， 2010;Penuelas和Filella, 1998)。我们的实地评估显示，由于7月份没有覆盖作物，大豆植株没有大豆那么大，也没有冠层。9月，覆盖作物之后的大豆NDVI较高，代表未成熟大豆。无覆盖处理的大豆叶片衰老更大，成熟期更大。因此，覆盖作物延缓了冠层的衰老(图3)。对上述问题的一个可能解释是，在这块土地上发生的情况是，大豆行完全被无覆盖作物处理覆盖，土壤条件暂时干燥(土壤暴露在高温和蒸发下)，在7月的覆盖作物处理。尽管存在这些视觉上的差异(从视觉上和图像上都可以看出)，但大豆的季末产量数据显示，与无覆盖作物(约49 bu/ac)相比，覆盖作物混合种植后的大豆(约50 bu/ac)的产量值是相同的(表1)。

继续努力检测覆盖种植对经济作物生长和发育的影响

为了更好地理解在2019年航空图像中观察到的差异，以及覆盖作物管理如何影响水的可用性和经济作物产量和质量，将为项目的其余部分获取地面测量数据。目的是更好地了解受覆盖作物使用影响的土壤和作物性能的时空变异性。将航空图像与地面测量相结合可以提供更好地管理覆盖作物的机会，在保护经济作物产量的同时，最大限度地提高土壤健康效益。

鸣谢

作者要感谢自然资源保护署(usaid - nrcs)和Robert B. Daugherty粮食换水全球研究所(DWFI)的资金支持。

参考文献

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