摘要 多年来，国内外众多学者研究发现覆盖作物栽培可以改良土壤的化学和物理特性。覆盖作物栽培通过增加土壤有机质含量、提升氮的矿化潜力、减少硝酸盐淋失等作用，促进后续农作物产量的
多年来，国内外众多学者研究发现覆盖作物栽培可以改良土壤的化学和物理特性。覆盖作物栽培通过增加土壤有机质含量、提升氮的矿化潜力、减少硝酸盐淋失等作用，促进后续农作物产量的提升。不同区域、覆盖作物种类、土壤质地、含水量和物理化学特性、管理方式和气候条件等因素，都会导致覆盖作物对土壤质量的影响程度出现明显的差异。本研究在免耕田中探究玉米或大豆轮作期间种植覆盖作物对土壤理化性质的影响，旨在为国内学者在相关研究上提供参考借鉴。
1 材料与方法
1. 1 试验地概况 2012 年初至 2015 年末，选择了 3 块大型生产田( F1、F2、F3) 进行试验研究。3 处位置十分接近，均位于半湿润区和半干旱区之间的过渡地带，地形和土壤特性非常相似，土壤类型均以粉砂壤土为主，有机质含量几乎相同，土壤颗粒大小分布也十分相似。2002 年以来一直采取免耕作业，在玉米或大豆轮作期间穿插种植覆盖作物。
1. 2 试验设计 3 块生产田中，每年都设计以下处理: ( 1) 仅播种覆盖作物，不保留玉米或大豆残留物( CC) ; ( 2) 播种覆盖作物同时，保留玉米或大豆残留物( SCCC) ; ( 3) 仅保留玉米或大豆残留物，无覆盖作物 ( SC) ; ( 4) 裸地。3 块生产田中，4 种处理方式的地块面积均为 6. 5 m × 4. 5 m，而且整个研究过程中保持不变。定期清除各地块中的杂草等无关植物。玉米或大豆和覆盖作物( CC) 的种植情况见表 1。
1. 3 土壤取样春季经济作物种植之前和秋季经济作物收获之后分别取样。从 2014 年春到 2015 年秋，采样 4 次: 2014 年 5 月 15 日、2014 年 11 月 10 日、2015 年 4 月 7 日、2015 年 11 月 5 日。每个地块都选取 2 个地点收集土壤样本，分别对 0 ～ 5、5 ～ 20、20 ～ 40、40 ～ 60 和 60 ～ 120 cm 的深度取样，每个深度取 2 个土芯。样品送往实验室，检测 pH 值、电导率、有机质、磷、硝态氮和碳含量。
2 结果与讨论
2. 1 对有机碳和全氮的影响同一种覆盖方法下，各土壤深度的有机碳在不同季节并无显著增减。不过在某些季节，覆盖方法不同的地块有机碳含量差别明显，在 0 ～ 5 cm 的深度中尤为突出。2015 年秋，0 ～ 5 cm 土层中，SCCC 地块的碳含量显著高于 SC 地块和裸土地块。这表明在上一茬作物残留物的基础上种植覆盖作物，可以显著提高土壤表层的碳含量。 2014 年秋—2015 年春，经历了一个冬天后，SCCC 和 CC 地块表土中的碳和氮含量都增加了。这是冬季死亡的覆盖作物在土壤表面分解造成的，而裸土地块和 SC 地块中的碳、氮含量均未增加。无论在什么季节，采用哪种覆盖方法，有机碳和全氮都随土壤深度的增加而减少。在种植覆盖作物的情况下，有机碳和全氮的增加情况还受到有无上一茬作物残留的影响。CC 地块没有上一茬作物残留，有机碳和全氮在所有季节都少于 SCCC 地块。通过对比，2012—2015 年，F1 田地的 SCCC 地块和长期裸露地块的有机碳含量几乎没有增加。不过 2015 年二者的有机碳含量差别明显，0 ～ 5 cm 的深度中，SCCC 地块的碳含量要高于长期裸露地块; 5 cm 以下的土层中 2 种覆盖方式表现相似。两种覆盖方式下所有土壤深度的全氮含量没有明显差异，说明覆盖作物对土壤中碳和氮的影响在表层土壤更为显著。
2. 2 对土壤 pH 和电导率的影响 2014 年春—2015 年秋，覆盖方法不同的地块 pH 值无明显差异，各地块的 pH 值也均无大幅上升或下降的情况。2015 年秋实验结束之际，0 ～ 5 cm 土层中 SCCC 地块和 CC 地块的 pH 值略高于 SC 地块，而 5 cm 以下土层 pH 值并无特殊变化。总体来说 pH 值在 6 ～ 7. 4 之间。所有季节中有、无覆盖作物的地块，电导率无明显差异。无论哪种覆盖方法，电导率都呈现出春季到秋季上升、秋季到春季下降的趋势。电导率的变化趋势大致与全年土壤温度的变化相一致。土壤温度介于 10 ～ 35 ℃ 时，微生物的活性几乎翻倍。因此，电导率在夏季上升可能是微生物活性增加的缘故。2014 年春到 2015 年春，CC 和 SCCC 覆盖方法降低了所有土壤深度的电导率，均低于裸土地块。
2. 3 对土壤有机质、硝态氮和磷的影响 2014 年春，0 ～ 60 cm 深度中，不同的覆盖方法并未导致有机质含量出现明显差异。不过 2014 年秋裸土地块有机质含量明显低于其他地块。所有地块中，CC 和 SCCC 地块的有机质含量最高。土壤深度增加时，有机质含量的分布情况依然如此，只是并不明显。所有季节，土壤平均有机质含量的最低值都出现在裸土地块 0 ～ 5 cm 的深度。2014 年春、 2015 年春和 2015 年秋，5 ～ 20 cm 深度的有机质平均含量最高值都出现在 CC 地块，而 2014 年秋季，这一数值出现在 SCCC 地块。这表明，0 ～ 20 cm 深度中，CC 或 SCCC 均能增加土壤中的有机质含量。 SCCC 地块有机质含量虽然高于长期裸露的地块，但仅限于 0 ～ 5 cm 的表层土壤，更深的土层中，SCCC 地块的有机质含量与长期裸露的地块持平，甚至略低。硝态氮在各土壤层的分布，也反映了覆盖作物的影响。2014 年秋季，在收获经济作物后，覆盖作物( 采样时蓬勃生长) 从 0 ～ 5 cm 的土层中吸收了大量残留的硝态氮。因此，与 2014 年春相比，种植了覆盖作物的 CC 和 SCCC 地块中硝态氮含量降低，降幅高于裸露地块和 SC 地块。2015 年春，所有土壤深度的硝态氮含量与 2014 年相比都增加了，其中，CC 和 SCCC 地块的增幅最大，这可能是覆盖作物在冬季缓慢分解，固定了氮，春季硝态氮增加最多，这可能是微生物分解覆盖作物造成的。
3 小结
本研究在大型生产田中探究了覆盖作物对土壤质量( 有机碳、全氮、pH 值、电导率、有机质含量、硝态氮和磷) 的影响。虽然取样自 2012 年初到 2015 年末 ，但自 2012 年以来，所有田地都在玉米或大豆轮作期间种植了覆盖作物。因此，我们推测 3 块田地土壤化学特性的变化是长期( 2012 年初—2015 年末) 受覆盖作物影响的结果。研究表明，覆盖作物有改变土壤化学特性的潜力，不过，覆盖作物对土壤化学特性的改变可能大都局限于土壤表层。覆盖作物蓬勃生长期间，土壤中的磷和硝态氮含量大幅降低，这可能是因为它们的根系扩展迅速，从土壤中吸收残留的氮和磷。不过，覆盖作物的残留物在冬季分解，又为下一茬经济作物提供了氮和磷。在玉米生产中，种植覆盖作物应该能够最大限度地降低硝态氮淋失的风险。覆盖作物残留物的分解，还能迅速增加土壤表层的有机质含量。覆盖作物具有保护、维持土壤中碳和氮含量的潜力，有助于改善土壤质量、提高土地生产力。4 种覆盖方法均未导致土壤的 pH 值出现明显变化。与实验开始时相比，CC 和 SCCC 方法降低了所有土壤深度的电导率。
《覆盖作物栽培对土壤质量的影响》来源：《水土保持应用技术》，作者：曹锐
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