影响summer-seeded豆类作物肥田和termination-tillage方法轮流对玉米氮的可用性

1介绍

高效管理覆盖作物可以增加土壤有机质,减少水土流失,保护神经根带土壤水分,提高氮(N)生育(1- - - - - -3)。豆类winter-annual覆盖作物也可以大量的N来源以下作物轮作,特别是在潮湿的气候(大陆4,5)。例如,布莱文斯et al。(6)在肯塔基州发现毛叶苕子(高压,野豌豆属摘要罗斯)可以提供大约76公斤N公顷¹玉米和125公斤N公顷¹高粱,而奥特和Hargrove (7)发现,高压和深红色的三叶草(CC,三叶草incarnatum在格鲁吉亚l .)平均增加玉米产量。此外,Pott et al。(8)表明,肥料N取代高压的价值可能达到151公斤N公顷⁻¹玉米在低肥力土壤在巴西,和Ranells和摇(9)表明,CC可以提供多达2/3的N要求玉米在北卡罗莱纳。

然而,覆盖作物的有效性提高作物生产力和粮食产量与气候变化显著,生长季节的长度,土壤类型、作物物种,和覆盖作物特征等生物质生产、C: N比和残渣分解率(10- - - - - -12)。例如,高压可以释放高达80%的累积生物量N后5周内终止,而CC释放在同一时期(约60%9,13,14)。相对于其他豆科物种,CC N释放慢,窄范围的土壤类型,实现最佳性能,并倾向于消耗土壤水分(15,16)。在实验室孵化的一项研究中,杨et al。(17)发现潜在mineralizable N(作为初始的% N)相似(71 - 75%)在CC的拍摄中,高压和红三叶草(RC,三叶草pratensel .),但大大降低了CC根(36.2%)比高压和RC根(53.0%)。一些研究表明,弥补单一作物生产生物质比混合物(18- - - - - -20.),但其他人表明混合物产生更多的生物量比单一物种同行(21)。Antosh et al。(22)发现,覆盖作物混合物包含毛叶苕子没有积累尽可能多的N毛叶苕子独自成长。因此,豆类单作,如毛叶苕子,可能是一个更好的策略如果主要的目标是增加土壤N。

豆类作物肥田的有效性产生生物量、固碳和修复大气N是影响覆盖作物终止的时间和方法。终止时间范围从早期到晚期的同一年,覆盖作物种植,或者从早春到春末的第二年(23,24)。终止从激进的耕作方法(如犁板或凿耕作),包含了大部分或全部覆盖作物生物量进入土壤,roller-crimping或除草剂喷洒,叶子一层覆盖作物土壤表面覆盖物以最小的公司(25- - - - - -28)。一般来说,late-terminated覆盖作物生物量和生物量N累积超过early-terminated覆盖作物。克拉克et al。(23在3月初到4月中旬)发现,高压终止累积平均96公斤N公顷¹,5月底终止累计达149公斤N公顷¹。帕尔et al。(114月中旬)发现,高压终止积累122至168公斤N公顷¹,5月底终止生产155 - 217公斤N公顷¹。库姆斯et al。(24在安大略研究RC)决定产生显著更大的可用N在土壤和植物地上生物量作为反对fall-terminated spring-terminated时。覆盖作物终止通过耕作和卷边或喷涂覆盖作物的影响分解,N版本发生更快、更完全覆盖作物纳入土壤比从头作物左躺在土壤表面(29日)。覆盖作物表面薄膜,另一方面,可以非常有效地抑制杂草和保护根区土壤和水(30.- - - - - -32),但也可能减少土壤玉米发芽和成长的初期通过推迟dry-down和变暖(33,34)。土壤砂质壤土安大略省西南部,杨et al。(355月初)获得一个地上生物量N积累240公斤N公顷¹从高压,199公斤N公顷¹从钢筋混凝土,119公斤N公顷¹CC。在这项研究中,当生物质被犁板纳入土壤耕作在春天,高压和RC提供肥料N替换值(N) 150公斤N公顷¹,CC提供肥料N 139公斤N公顷的替换值¹。86年田间试验的荟萃分析在湿润的温带气候条件下,资产阶级et al。(36)表明,覆盖作物玉米粮食产量平均增加了13%相对于没有覆盖作物。

“经典”大豆(大豆(l)稳定)-冬小麦(小麦l .) -玉米(玉米l .)旋转在安大略省西南部(很受欢迎37)。ttempts包括覆盖作物在这个旋转迄今为止主要集中在表面RC种子到冻土的广播(frost-seeding)。弗罗斯特播种会见了有限的成功,然而,作为经常有冻融循环将种子不足,从而导致不一致的RC站(38,39)。另一种方法可能是summer-seed RC或其他覆盖作物收获后土壤温暖和干燥时小麦碎秸。

我们不知道任何安大略研究评估的性能summer-seeded豆类作物冬小麦收获后。

本研究的目标是因此决定fine-textured土壤安大略省西南部:i)的地上生物量N积累量选择豆类作物肥田当summer-seeded冬小麦收获后的碎秸soybean-wheat-corn旋转;和(二)覆盖作物物种的影响和终止方法玉米N信贷和玉米籽粒产量。

2材料和方法

2.1现场站点和实验设计

现场试验成立于2017年的尊贵的尤金·f·惠兰实验农场,加拿大,加拿大农业及农业食品部Woodslee,加拿大安大略省西南部(42°13镑,82°44 'w)。安大略省南部与四个不同的季节,潮湿的大陆性气候,在研究多年(2017 - 2020),年平均气温和降水在9.8°C和874毫米,分别为(表S1)。

的土壤Brookston系列(典型腐殖质潜育土,加拿大人40),粘壤土纹理在前15厘米(砂= 331 g公斤¹、淤泥g = 374公斤¹、粘土g = 295公斤¹通过吸管的方法41)。基本的土壤化学特性包括:pH值6.3(土壤:水= 1:2);总碳和总氮含量18.8 g公斤¹和1.83 g公斤¹分别通过干式燃烧(LECO cn - 2000);可用磷15.0毫克公斤¹通过奥尔森方法(42);和可用的钾142毫克公斤¹通过ICP-ammonium醋酸提取(43)。

种植实践现场实验前至少4年玉米-大豆冬小麦/覆盖作物轮作。在此期间,旋转是受精的每个阶段根据标准土壤测试建议(37)。在这项研究中,网站被重组成三个相邻的字段,允许的每个阶段corn-soybean-winter每年小麦轮换出现。在冬小麦阶段,选择豆类作物肥田被种植到磁盘冬小麦留茬冬小麦收获后不久,在2017年夏天,中下旬2018年和2019年(表1)。

现场试验是裂区设计4复制有termination-tillage为主要情节和覆盖作物物种的阴谋论调。termination-tillage主要的治疗方法包括:1)秋季终止犁板覆盖作物的耕作后第一个困难(杀死)霜(11月中下旬),然后用二次耕作和玉米种植种子床准备在第二年春天(CT);ii)春天除草剂spray-termination覆盖作物,然后免耕玉米种植(NT);和iii)春天除草剂spray-termination覆盖作物的弹簧片耕作,然后玉米种植(ST)。覆盖作物裂区治疗随机termination-tillage内嵌套的治疗,包括:我)毛叶苕子(高压、播种率= 25公斤公顷¹);(二)红三叶草(RC,播种率= 12公斤公顷¹);iii)白三叶+深红色三叶草(WCCC)应用为50:50混合(播种率= 12.5公斤公顷¹对于每一个);和(四)没有覆盖作物(CK)治疗。因此,总共有12 termination-tillage-cover作物组合块,即(CT, NT, ST)×(WCCC、高压、RC, CK)。个人情节被30米长9.2米宽的覆盖作物(12玉米行间距0.76米),30米长,6.1米宽的控制在0.76米间距(8玉米行)。表面的四叶草是广播和种植园主链轻轻刮下的土壤的种子是表面。高压是drill-planted 10 - 15毫米和180毫米深度行间距。

所有的覆盖作物被认为是抗寒安大略省西南部和相当大的re-growth通常发生在第二年春天如果覆盖作物在秋天不是故意终止。还应该指出,除草剂终止白车轴草经常是只有部分有效,和WCCC治疗因此改变了2019只红三叶草(播种率= 25公斤公顷¹),这可能会影响最终的(3)的研究。播种率用于本研究遵循安大略省农业部、食品和农村事务部(OMAFRA)建议(http://www.omafra.gov.on.ca/english/crops/facts/cover_crops01/covercrops.htm)。

2.2农艺操作和样品收集

详细的列出农艺操作和样品收集表1。覆盖作物地上生物量和生物量积累N测定生物样品收集将覆盖作物等两个界定框架内的土壤表面充裕(200毫米×750毫米),然后将材料切成纸袋,烘干(60°C) ~ 1周,然后记录干燥重量。地上生物量和生物量N测定在秋季从CT覆盖作物终止前犁板割了180毫米深度(2017年11月29日,2018年11月19日,2019年11月21日),在第二年春天从NT和圣覆盖作物终止前除草剂喷洒(2018年5月1日,2019年5月14日,2020年5月21日)。割了终止后发生在11月第一个杀死霜。除草剂终止发生在可能使用一个混合的草甘膦公顷(1.4公斤¹我),2,4 - d(0.56公斤公顷¹我)和麦草畏二甲胺(0.6公斤公顷¹我)。春天耕作玉米种植,前几天发生,包括使用Pluribus-V strip-tilling圣情节类型地带舵柄(美国IL黎明设备),加上地面小距,痛苦和包装CT的情节。

玉米(品种PO506AM)被播种(2018年5月31日,2019年6月24日,2020年6月5日)在0.76 m行约76800公顷的种子¹使用Kinze免耕播种机。玉米种植玉米站测定14天后通过计算两个随机幼苗出现全身行长度/情节。磷和钾化肥被应用于种植根据土壤测试建议(37)。氮肥(28-0-0尿素硝铵,胡安)应用通过侧施肥料(玉米6-leaf增长阶段)在200公斤N公顷¹没有覆盖作物控制图,在100公斤N公顷¹覆盖作物的土地。N率应用于控制范围内的利率通常推荐玉米生产在安大略省南部(37)。覆盖作物收到一半的控制N率(即100公斤N公顷¹),因为豆类作物肥田已知累积约200公斤N公顷¹生物量和根(未发表的数据),我们假设50%的生物量N将用于随后的玉米作物。玉米收获于2018年11月28日,2019年12月13日和2020年11月19日,粮食产量确定为15.5 wt %种子含水量。

合成土壤核心样本(0到300毫米深度17.5毫米直径,n = 10)收集从玉米治疗(约一个月后玉米种植和侧施肥料n大约两周后应用程序)来确定根区${\text{NH}}_4^{+}$和${\text{没有}}_3^{-}$浓度。土壤是偶尔太难样本,导致一些收集日期被错过或核心的深度是有限的150毫米。因此,只有数据从上150毫米。玉米叶绿素状态测量在R1玉米生长阶段使用spad - 502叶叶绿素读者(美国新泽西州美能达公司),和作为估计R1玉米N吸收状态的阶段。

2.3矿产土壤氮(${\text{没有}}_3^{-}$和${\text{NH}}_4^{+}$)、生物质颗粒N和C分析

土壤无机氮(${\text{NH}}_4^{+}$- n和${\text{没有}}_3^{-}$- n)决定通过电话的氯化钾提取方法和赫塞尔廷(448500年)使用Lachat QuikChem分析仪(哈希,杜塞尔多夫,德国)。烘干的生物样品和玉米粮食地面2毫米和总C和N内容决定使用一个自动CN分析仪(CN - 2000, Leco Corp .)、圣约瑟夫,MI,美国)。

2.4计算覆盖作物的肥料N替换值

明显的肥料N替换值,FNRV_一个(公斤N公顷¹),豆类的覆盖作物计算为每个9封面crop-termination-tillage组合,即(CT, NT, ST) x (WCCC、高压、RC),使用:

CYtrt(公斤哈¹)是玉米籽粒产量为选定的封面crop-termination-tillage治疗组合,和CYck(公斤公顷¹)是玉米籽粒产量在适当的控制,例如CT-CK, NT-CK或ST-CK。200年和100年的人数大量肥料N(公斤N公顷¹分别)应用到中正和覆盖作物。因此,情商。(1)计算明显玉米N信贷相对于控件的籽粒产量和氮肥率;因此,FNRVA = 100公斤N公顷¹获得当CYtrt = CYck, FNRVA = 0公斤N /公顷时获得CYtrt = 0.5×CYck。这种方法拍摄,因为它提供了一个值,既容易计算和有关谷物玉米生产者比通常的方法,即在地上总生物量N的治疗和控制(45)。

2.5统计分析

方差分析(方差分析)进行了使用统计分析系统(SAS卡里,北卡罗来纳州)。覆盖作物生物量累积N含量分析11月和5月。土壤生物量N, N,叶绿素阅读、籽粒产量和FNRV_一个使用裂区试验设计进行了分析,与tillage-termination方法作为主要因素,覆盖作物类型作为分裂因素,和作为一个重复测量。费雪的保护有显著差异(LSD)测试(α= 0.05)主要用于识别重要的治疗效果。

3的结果

3.1空气温度和降水在研究期间

月平均气温和降水在四年研究(2017 - 2020)所示表S1。2017年和2020年平均空气温度较高(10.4 - -10.5°C)比2018年和2019年(9.6 - -9.8°C),和2018年和2019年有类似的气温相对于长期平均水平(9.6°C)。土壤是定期接受低于冰点温度在冬季,2018年和2019年有一个寒冷的一月(-4.6 - -4.7°C) 2020(2月-1.4°C)。这些温度差异显著影响覆盖作物re-growth春天和生物量积累。研究期间的年降水量达845毫米,2017年2018年922毫米,816毫米,2019年,2020和855毫米,都相对较近(-8% + 4%)长期平均水平(890毫米)。2020年春季(4月和5月)相对干燥(147毫米两个月总降水量),而2018年春季有点湿(199毫米)。2019年的春天,另一方面,足够湿(205毫米)导致玉米种植三星期的延迟。与春天相比,2020年夏天(六月到九月)大幅潮湿(387毫米两个月总降水量)相对于2018年夏天(300毫米)和2019年夏季(290毫米)。这些降雨差异可能年度玉米产量和氮素吸收的影响。

3.2氮和碳内容覆盖作物生物量

所有三个覆盖作物建立后summer-seeding小麦碎秸,他们都实现了100%的土壤覆盖下降(图S1)。虽然选择覆盖作物被认为是安大略省西南部冬季耐寒,冬季偏杀死在2018年和2019年的观察,尤其是对绛车轴草和毛叶苕子;这反过来影响覆盖作物re-growth和生物量积累在第二年春天。因此,累计覆盖作物地上生物量和生物量N报道第一休眠霜在11月底之前割了从CT(数据处理),以及5月初前除草剂喷洒(数据从ST和NT治疗合用)。

有实质性的年变化在地上生物量N和C浓度由覆盖作物治疗(图1)。在高压氮浓度较高(31.2 - -31.7 g N公斤¹)比钢筋混凝土和WCCC (19.9 - 27.4 g N公斤¹)在秋季和春季样品,和更大的N浓度被发现在WCCC (24.7 g N公斤¹比RC (19.9 g N公斤)¹)秋季样品而不是春季样品中(图1一个)。覆盖所有的庄稼有更高的地上生物量C浓度在春天g(423 - 432公斤¹)比在秋天g(335 - 388公斤¹在高压),和C浓度高于在RC和秋天WCCC样本(图1 b)。11月和5 C: N比率是15.1到16.8 RC WCCC;然而,高压C: N率较低(12.4),(13.6)11月(图1 c)。

年平均地上生物量和生物量N之间的不同,季节和覆盖作物(表2)。在2017 - 2018和2019 - 2020年,覆盖作物生物量显著降低了RC(4.0毫克公顷¹比高压(5.8和6.2毫克公顷)¹ha)和WCCC(6.2和7.2毫克¹在冬天休眠)在11月开始。2017年11月覆盖作物生物量N RC(93公斤N公顷¹)< WCCC(163公斤N公顷¹)<高压(213公斤N公顷¹2018年11月)和覆盖作物生物量N RC(87公斤N公顷¹)< WCCC(136公斤N公顷¹)<高压(184公斤N公顷¹)。2019年,11月覆盖作物生物量N遵循着一个不同的模式与RC(85公斤N农业)< WCCC(175公斤N公顷¹)=高压(182公斤N公顷¹)。

春天re-growth对累积影响大型覆盖作物生物量和生物量N在以下可能除草剂喷洒。2018年5月,累积生物量和生物量N是高压> RC > WCCC;2020年5月,生物量N是高压> RC = WCCC,而生物质高压> RC只有积累;2019年5月,高压低生物量和生物量积累比钢筋混凝土和WCCC N。在三年内,高压最伟大和RC最低累积生物量和生物量N在11月下旬冰冻期;然而,这些差异总是消失了第二年的五月初。也发现WCCC和高压表现出明显的在冬天死亡在2018年(高压和WCCC)和2019年(高压),这可能是由于冷空气温度在2017年12月到2018年1月,和在2019年1月到2月表S1)。

3.3的影响覆盖作物物种和termination-tillage方法玉米站

玉米种植日期随春天的天气和大量种植延迟发生在2019年由于湿土壤条件(表1)。玉米在CT出现快速甚至覆盖作物。在NT和圣,玉米出现后,出现慢比高压钢筋混凝土和WCCC,尤其是在NT下,地上覆盖作物生物量仍在土壤表面终止后由spring除草剂喷洒(图S2)。玉米种植后站在14天之间的不同,季节和覆盖作物(图2)。CT在覆盖作物和年平均生产更加统一和更大的玉米植物(73960公顷¹比圣植物(69030公顷)¹植物)和NT(56870公顷¹)。在NT, 3年平均玉米站模式:后CK(72450公顷¹)>高压(60700公顷¹)> WCCC植物(52220公顷¹RC(42100) >植物公顷¹);在圣,3年平均玉米站跟着趋势:CK(73270公顷¹)> WCCC植物(68900公顷¹)= RC(68350株公顷¹)=高压(65620株公顷¹)。玉米是没有显著不同,然而,在CT治疗植物(72730 - 75190公顷¹)。CT相比,总体平均玉米站在NT低23%,降低6%在2020年圣RC-NT最低平均玉米植物(18860公顷¹),这是24%的玉米平均站在相应的没有覆盖作物控制(CK-NT)。这表明覆盖作物物种和termination-tillage方法显著影响玉米出现和幼苗建立;即没有区别覆盖作物和控制CT,但显著减少玉米和植物之间出现覆盖作物和控制NT和圣。

3.4的影响覆盖作物物种和termination-tillage方法可用土壤N和玉米N的地位

没有覆盖作物或tillage-termination方法交互作用对植物土壤有效N,所以只有主要影响报道(表3)。无覆盖作物控件(CK-CT、CK-NT CK-ST)包含更多的土壤${\text{NH}}_4^{+}$N - N和总土壤矿物(${\text{没有}}_3^{-}$+${\text{NH}}_4^{+}$比覆盖作物)治疗在所有三年;2020年,高压包含更多的土壤${\text{没有}}_3^{-}$比RC - n。更多的土壤${\text{没有}}_3^{-}$- N还发现在NT和圣(60.0和64.7毫克N公顷¹分别)相对于CT(44.8毫克N公顷¹)2020年(数据没有报告),这可能反映了2020年生物量N大于前两年(表2)。虽然有更多矿物N下控制由于氮肥率较高(200公斤N公顷¹)比掩护下作物(100公斤N公顷¹),N释放和可用性发生在覆盖作物整个生长季节治疗,下面描述的植物叶绿素SPAD读数即可见一斑。

也没有tillage-termination方法或覆盖作物交互作用对玉米植株叶绿素含量(R1成长阶段)(表4),而tillage-termination方法的主要作用是重要的在2018年和2020年,和覆盖作物显著影响叶绿素水平在2019年和2020年。SPAD读数是更大的比圣CT(55.5)(53.6) 2018年,同时也为CK(51.8)大于WCCC(47.9)在2019年。2020年,SPAD读数大比圣CT(57.4)(55.3),他们还为CK(58.8)大于覆盖作物(55.1 - -55.8)。SPAD读数是2018年和2020年比2019年大。

3.5的影响覆盖作物物种,termination-tillage方法,对玉米粮食产量和氮添加

覆盖作物物种,termination-tillage方法和他们的交互作用显著影响玉米粮食产量(表5)。玉米粮食产量没有覆盖作物控制不同tillage-termination方法中所有三年,而粮食产量覆盖作物的治疗通常是影响覆盖作物和tillage-termination方法的交互。玉米产量是CT > NT =圣毛叶苕子在2018年和2019年,CT >圣> 2018年红三叶草NT和CT > 2019年红三叶草NT,和CT >圣> NT white-crimson三叶草混合在2018年和2019年。2020年,玉米产量圣> CT对毛叶苕子,红三叶草CT =圣> NT, CT > NT white-crimson三叶草混合。高压有类似的玉米产量与其他作物肥田CT和圣但高压下收益率大于RC 2018年和WCCC NT。我2019年,玉米产量是CK > RC秋季了,CK >高压= RC > WCCC免耕,春天和CK > RC > WCCC春天耕作。2020年,玉米粮食产量是CK >覆盖作物下降了,CK =高压> WCCC > RC免耕,春天和CK =高压> RC = WCCC春天耕作。

同比玉米粮食产量的变化反映了天气和覆盖作物生物量的变化(表S1 2)。甚至在2018年和2020年获得及时的降水、玉米种植在2019年大幅推迟(2019年6月24日),相对于其他两年(2018年5月31日和2020年6月11日),在2019年有了潮湿的春天在安大略省西南部的几十年。在三年内平均和termination-tillage方法,玉米籽粒产量最大的CK(11.7毫克公顷⁻¹),然后高压(10.5毫克公顷后玉米⁻¹),然后玉米在RC(9.4毫克公顷¹后),然后玉米WCCC公顷(9.2毫克¹)(表5)。在三年内平均和覆盖作物物种、玉米粮食产量是11.2毫克公顷⁻¹对CT > 10.3毫克公顷⁻¹圣> 9.2毫克公顷¹NT (表5)。因此,覆盖作物终止耕法到秋天铧式犁翻耕法生成最大的玉米籽粒产量,和春季圣比NT。2020年HV-ST玉米籽粒产量(13.4毫克公顷¹)有效相当于CK-ST公顷(13.7毫克¹)。最穷的玉米产量发生在WCCC-NT 2019(2.4毫克公顷¹,表5),它是由弹簧除草剂终止白三叶不足。

3.6明显肥料N替换值,FNRV_一个

有一个重要的农作物和FNRV tillage-termination方法之间的相互作用_一个每年,FNRV_一个从35到92公斤N公顷千差万别¹2018年,从28到81公斤N公顷¹在2019年,从12到103公斤N公顷¹在2020年(表6)。2018年,FNRV_一个CT和圣覆盖作物的相似,但FNRV呢_一个为高压比钢筋混凝土和NT下WCCC。2019年,FNRV吗_一个类似CT和NT覆盖作物物种之一,然而,FNRV吗_一个更大比WCCC RC根据2020年圣,FNRV吗_一个类似的覆盖作物物种中CT,但FNRV吗_一个是为高压比钢筋混凝土和WCCC NT和圣2019年产生最小的FNRV意味着什么_一个(53公斤N公顷¹)比2018年(69公斤N公顷¹)和2020(73公斤N公顷¹)。小N 2019年信贷可能是造成粮食产量低当年由于晚种植,玉米站的不足和除草剂终止白车轴草(表5;图2)。高FNRV_一个发生在2020年为高压下所有三个termination-tillage治疗(85 - 103公斤N公顷¹);然而,FNRV_一个值较低的RC和WCCC NT和圣,从12到73公斤N公顷¹。三年平均FNRV_一个是最大的CT(83公斤N哈¹),其次是圣(63公斤N公顷¹),然后NT(48公斤N公顷¹);这是最大的高压(75公斤N公顷¹),其次是WCCC(62公斤N公顷¹),然后RC(58公斤N公顷¹)。

4讨论

全球总N固定的1.75 x 10¹¹公斤N年¹,约有一半(即≈8 x 10¹⁰公斤N年¹或20 - 200公斤N公顷¹年¹)固定生物豆科植物,其余固定的工业活动包括化肥生产(46)。虽然农民仍然主要使用synthetically-produced N肥料、生物固定N从豆类作物越来越被认为是一个可行的N源作物生产。豆科植物修复的能力从大气中N随植物种类、生长阶段和植物干物质含量(47)。

在这项研究中,豆类C: N比率范围从12.3到16.8,略高于四叶草在研究~我们的研究以东北90公里的站点(9.4到14.2,24),但类似C: N比率获得四叶草(13.8 - 15.6)和高压(13.2 - 13.9)在研究砂壤土土研究站点(以南约30公里35)。可变性在C: N比率由作物物种可以开发和相对差异的结果植物成分组成(即叶与茎与根)抽样的时候。豆类较低C: N比率会更快地分解和释放比豆类更快更高的C: N比率(17)。因此,终止高压通常会释放生物量N有点速度比钢筋混凝土和WCCC终止。豆科植物生物量积累的数量也可以受到采样时间的影响,特别是在4月和5月当植物生长大幅加息,经常大大不同植物物种(48)。在这项研究中,2020年更大的生物量积累和生物量N很可能由于生物质样品收集在那一年发生3周晚于2018年,和一个星期后比2019年(表1)。例如,两周额外增长在4月底和5月初高压生物量增加了61%在北卡罗莱纳(13在马里兰州)和35% (23)。

红三叶草是一个历史悠久的安大略省西南部覆盖作物,但summer-seeding冬小麦碎秸传统frost-seeding(如相比是非常罕见的。49,50)。库姆斯et al。(24)发现少RC生物量积累5月底到7月中旬播种相对于3月中旬到4月中旬播种,归因于长度可用的生长期。杨et al。(35发现少被冰冻期生物量和生物量N summer-seeded RC比高压或深红色的三叶草。春天和秋天生物量的RC在这项研究中(5.8和5.0毫克公顷¹)范围内发现了一个有机作物生产试验在砂壤土以南约30公里(4.1和6.8毫克公顷¹分别;35),但是数量大于发现另一个砂壤土东北约90公里(0.7和3.1毫克公顷¹分别;24),也大于“代表”值(0.7和4.2毫克公顷¹温带气候)报告(10,51,52)。库姆斯et al。(24)指出,当RC获准在冬天,安大略省生物量相对下降增加生物量(49,51,53)、俄亥俄州和密歇根州(45,54)。在冬天RC生物量的增加发生在这项研究中,平均生物量下降5.0毫克公顷¹增加到5.9毫克公顷¹第二年春天。

毛叶苕子和深红色的三叶草在美国流行的谷物玉米N源(如。11,55)。毛叶苕子安大略省也使用,因为其耐寒性(35,56,57而深红色的三叶草是很少使用。高压地上生物量氮含量范围从75公斤N公顷¹288公斤N公顷¹在不同的网站在阿拉巴马州,乔治亚州,肯塔基州和北卡罗莱纳(11,56,58)。范Eerd (57)获得相对较低的生物量N(41 - 139公斤N公顷¹冰冻期)的高压种植在8月初在安大略省南部,以及小re-growth在第二年春天。这与我们的结果不同,可能反映了我们的温和气候和/或土壤的差异。这项研究表明,高压和深红色的苜蓿地上生物量和生物量积累N表现良好在下降,第二年春天。

玉米叶片叶绿素水平已被用于确定植物N状态当一个参考水平可以和所有其他因素比N是常数(59)。叶绿素spad - 502阅读well-fertilized控件(200公斤N公顷¹)被用作参考N级别(60- - - - - -63年)和N缺乏覆盖作物治疗被认为发生在当他们SPAD读数低于95%的参考。这发生在2019年WCCC和RC WCCC在2020年。然而,如果93%的关键SPAD Piekielek et al。(61年),那么所有的治疗缺乏N。密切关注SPAD读数测量覆盖作物生物量N (表2),但没有显示出明显的对玉米的影响粮食产量(表5)。玉米R1增长阶段的SPAD读数是符合土壤矿质N测定玉米种植(一个月后表3),表明持续释放从豆类分解N (58,64年- - - - - -66年)。穷人之间土壤N或SPAD阅读和玉米产量表明土壤N可能不是玉米产量的限制因素。似乎不是影响玉米粮食产量的主要因素是玉米站数量,显示一个高度与玉米粮食产量显著正相关(图S3)。

虽然结果不一致的覆盖作物和年,本研究仍然有一些支持普遍的共识,即summer-seeding豆类作物肥田冬小麦收获后会引起大量N成功玉米安大略省西南部(35,49,57和在美国北部58,67年,68年)。的FNRV_一个在这项研究中被堪比65年的130公斤N公顷¹从豆类作物肥田发现在马里兰的一项研究中69年)。最高FNRV_一个(100公斤N公顷¹)在我们的研究中也相当于获得在安大略研究燕麦inter-seeded红三叶草提供N后玉米(70年)。在俄亥俄州,Ngalla和埃克特(71年)相比frost-seeding红三叶草与7月冬小麦播种的小麦收成后红三叶草。他们发现frost-seeded红三叶草了56至67公斤N公顷¹下面的玉米,但summer-seeded红三叶草提供有效N没有好处,因为生物质积累不足。

部分替代合成肥料N与豆类覆盖作物经常造成实质性的籽粒产量损失免耕,特别是对于RC-NT WCCC-NT。这发生,因为表面的薄膜,如覆盖作物残留物、经常延迟dry-down和变暖Brookston粘壤土土在安大略省南部,这反过来又降低了玉米发芽和早期的增长。因此,钢筋混凝土和WCCC覆盖作物不建议用于fine-textured NT下土壤在安大略省南部。另一方面,NT高压后经常产生可接受的厂站,高N受益于高压导致可接受的玉米产量。从高压高N贡献还发现在巴西,和被认为是一个可行的策略促进NT下玉米产量(72年)。沃恩et al。(73年)发现,结合高压与NT增加的产量潜力单作玉米在北卡罗莱纳和旋转。

总之,豆类作物肥田,毛叶苕子,红三叶草,深红色的三叶草和white-crimson三叶草结构,都可以提高传统大豆-小麦-玉米轮作安大略省西南部当作物肥田summer-seeded后小麦收成。毛叶苕子是优于其他覆盖作物,然而,因为它产生更多的生物量和生物量积累的大量氮。此外,毛叶苕子很容易终止在秋天或者春天,它允许好的玉米出现,它可以提供相当于85公斤N公顷¹化肥的玉米。平均超过三年,三个termination-tillage系统(即与传统耕作犁板了,春天除草剂喷洒带状耕作,春天除草剂喷洒与免耕),玉米产量后毛叶苕子大于13%玉米产量后红三叶草和15%大于玉米产量white-crimson三叶草后混合。如果需要终止覆盖作物,summer-seeding毛叶苕子或白色和深红色的四叶草是推荐fine-textured土壤安大略省西南部因为他们积累更多的生物量相对于红三叶草。如果需要强大的春天re-growth,毛叶苕子比红色更可取的,白色和深红色的四叶草,因为四叶草往往更难以终止与除草剂在春天,他们可以减少粮食产量通过玉米出现延迟和减少最终玉米站。

数据可用性声明

最初的贡献提出了研究中都包含在这篇文章/补充材料。进一步询问可以针对相应的作者。

作者的贡献

XY和WR概念化工作;N CD土壤和作物管理分析;M-AR收集和分析了土壤和植物样品。XY计划实验和写了初稿。所有作者手稿编辑和批准最终的提交。

资金

这是安大略省的种粮农民之间的合作项目(c2017ag24)和Industry-lead加拿大农业研究和发展项目(AAFC、有机科学Cluster3)。安大略省的种粮农民和AAFC为这项研究提供资金。

确认

HRDC农业技术援助的船员,t . Oloya博士和几个夏天和合作社的学生。

的利益冲突

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

出版商的注意

本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。

补充材料

本文的补充材料在网上可以找到:https://www.雷竞技rebatfrontiersin.org/articles/10.3389/fsoil.2022.1082940/full补充材料

引用