Инновационные смеси для покрытия культур для повышения плодородия почвы и урожайности

Наука, стоящая за покрытием смесей культур

Покровные культуры перешли от нишевой практики к краеугольному краю регенеративного сельского хозяйства. В то время как одновидовые покровные культуры предлагают явные преимущества, недавние агрономические исследования показывают, что тщательно разработанные смеси обеспечивают непропорциональное увеличение плодородия почвы, подавления сорняков и последующего урожая кассовых культур. Концепция основана на экологических принципах: разнообразие порождает стабильность. Хорошо структурированная смесь имитирует естественные растительные сообщества, создавая дополнительные глубины корневой обработки, фенологии и стратегии использования питательных веществ.

Современные испытания на фермах и университетские исследования показывают, что коктейли с многовидовым покрытием могут увеличить общее производство биомассы на 30-50% по сравнению с монокультурами при том же управлении. Эта биомасса непосредственно питает накопление органического вещества в почве, питает микробные сообщества и обеспечивает поверхностные остатки, которые уменьшают испарение и эрозию. Ключом является не просто любая смесь, но и та, которая адаптирована к конкретным целям производителя - будь то фиксация азота, облегчение уплотнения, производство кормов или долгосрочная секвестрация углерода.

Почему смеси превосходят монокультуры

Дополнительная корневая архитектура

Разные виды исследуют различные почвенные горизонты. У таких зерен, как круповая рожь или годовая ржаная трава, развиваются волокнистые, неглубокие корневые системы, связывающие частицы почвы на поверхности. Брассики, такие как редька для обработки почвы и репа, отправляют корнеплоды глубоко в недра, разрушая сковородки и улучшая инфильтрацию. Легумы, такие как малиновый клевер или волосатая ветча, развивают умеренные корнеплоды с обширным боковым ветвлением. При посадке вместе эти корневые системы создают непрерывную сеть, которая извлекает питательные вещества из различных глубин, уменьшает выщелачивание и улучшает пористость почвы от поверхности до нескольких футов вниз.

Питательные циклы и время

Легумы фиксируют атмосферный азот в симбиозе с бактериями ризобии. В смеси этот фиксированный азот становится доступным для соседних трав и брассиков через экссудацию корня и возможное разложение остатков. Травы, в свою очередь, поглощают остаточный азот, оставшийся после сбора урожая кассовых культур, который в противном случае мог бы выщелачиваться в грунтовые воды. Эта динамика уменьшает потребность в синтетических азотных удобрениях при сохранении азота в корневой зоне. Исследования в Службе сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США показали, что кукурузная смесь ржи и волосистой ветчи может поставлять от 80 до 120 фунтов азота на акр к следующей кукурузной культуре, причем ржаная смесь содержит азот в органических формах, которые медленно высвобождаются в течение вегетационного периода.

Подавление сорняков через разнообразие

Плотный, многовидовой покровный навес покрывает поверхность почвы дольше в пружину и закрывает промежутки, которые будут использовать сорняки. Различные виды также производят аллелопатические химические вещества - соединения, которые ингибируют прорастание семян сорняков. Ржа зерновых особенно эффективна; ее остатки выделяют соединения бензоксазолинона, которые подавляют мелкосемянные широколиственные сорняки. Когда ржаная смесь сочетается с бобовым, который обеспечивает более тонкий навес в начале сезона, смесь все еще поддерживает эффективное подавление, имея бобовое наполнение в пространствах позже. Эта избыточность уменьшает потребность в гербицидах и ручной прополке.

Инновационные комбинации покровных культур для конкретных целей

Смеси из травы натрия для азота и биомассы

Классическая комбинация бобовых трав, такая как зимний горох с тритикале или клевер с овсом, остается рабочей лошадкой для ферм в умеренных регионах. Более новые исследования усовершенствовали выбор видов: спаривание зимних бобовых, таких как австрийский зимний горох, с быстро закрепляющейся травой, такой как весенний овес, гарантирует, что оба вида устанавливаются до холодной погоды. Овес обеспечивает быстрый покров навеса и очищает оставшийся азот, в то время как горох фиксирует азот для следующей культуры. В более теплом климате, коровья с сорго-суданской травой создает массивную биомассу, превышающую 6000 фунтов на акр сухого вещества за одно лето, фиксируя 70-100 фунтов азота.

Brassica и Legume Blends для компакции и фертильности

Фермеры, занимающиеся уплотнительными слоями, получают выгоду от интеграции редис или горчицы с бобовыми. Тилажная редька создает большие биопоры, которые сохраняются в течение последующего вегетационного периода, улучшая инфильтрацию воды и проникновение корней. При сочетании с малиновым клевером клевер обеспечивает азот редису, не конкурируя за ту же зону укоренения. Эта смесь особенно эффективна перед кукурузой или помидорами, где и облегчение уплотнения, и азот имеют решающее значение. Испытания Университета Мэриленда сообщают, что смесь редис-кловера увеличила урожай кукурузы на 12% по сравнению с монокультурой ржи, даже при уменьшении входов азота.

Теплый сезон против коктейлей Cool-Season Multi-Species

Инновации в обложке теперь включают в себя сезонные коктейли. Для весенней посадки после зимних злаков теплосезонная смесь гречки, ковчега и соляной конопли обеспечивает быстрый рост, подавление сорняков и фиксацию азота. Для осенней посадки прохладный сезонный коктейль из крупяной ржи, волосатого ветча и малинового клевера расширяет покрытие почвы зимой при строительстве азота. Некоторые производители экспериментируют с «незрелыми» зимними гороховыми и тритикальными смесями, которые можно досрочно прекратить с помощью роликовой окраски перед посадкой товарных культур, сохраняя остаток в виде мульчи, подавляющей сорняки.

Поликультура шести или более видов

Наиболее продвинутый подход включает посев от шести до двенадцати видов из трех или более функциональных групп: травы, бобовые, брассы и широколистные листья (такие как гречка или подсолнечник). Эти смеси «коктейлей» адаптированы к конкретным севооборотам и климату. Например, смесь пре-кукуруза может включать круповую ржаную (биомасса, аллелопатия), волосатый ветч (N фиксация), малиновый клевер (N фиксация, быстрое закрепление), редьку для обработки почвы (компакт) и фацелию (оползневая среда обитания). Исследования из Института Родейла показывают, что такие сложные смеси снижают давление сорняков более последовательно, чем более простые смеси, а также привлекают полезных насекомых, которые охотятся на вредителей.

Советы по реализации для максимальной выгоды

Выбор видов на основе климата и ротации

Выберите виды, которые являются зимостойкими в вашем регионе для осенней посадки или быстрорастущими для летних окон. Прохладно-сезонные травы, такие как ржаная крупа, пшеница и тритикале, могут выдерживать температуры до -20 ° F со снежным покровом. Легумы, такие как волосатый веч, одинаково выносливы. В более мягком климате процветают зимний овес, редька и малиновый клевер. Для денежных севооборотов, которые позволяют только короткое окно, используйте быстрорастущие виды, такие как гречка или горчица, которые могут быть прекращены через 30–45 дней. Всегда проверяйте рекомендуемую дату посадки для вашего района, чтобы обеспечить адекватный рост до прекращения.

Сеяные ставки и смешанные коэффициенты

Ставки посева для смесей — это не просто сумма ставок монокультуры. Стандарт практики NRCS Cover Crop 327 рекомендует снижать скорость монокультуры каждого вида на 30-50% при объединении, в зависимости от количества видов. Типичный подход для трехвидовой смеси: круповая ржаная при 40 фунтов / ас (вместо 60 только), волосатая ветча при 15 фунтах / ас (вместо 25) и редька при 4 фунтах / ас (вместо 8). Для шестивидовых коктейлей индивидуальные ставки могут быть снижены на 70%, чтобы избежать чрезмерной конкуренции и размещения. Сохраняйте общую плотность посева от 25 до 60 фунтов на акр, в зависимости от размера семян и желаемой биомассы.

Время и методы прекращения

Сроки прекращения производства имеют решающее значение для предотвращения конкуренции покровных культур с товарными культурами за воду и питательные вещества. Общее правило: прекратить до даты посадки товарных культур, позволяя по крайней мере 10-14 дней для остатков начать разрушаться, если использовать роликовую окраску или гербицид. Легумы должны быть прекращены при раннем цветении (10-20% цветения) для максимизации вклада азота. Травы должны быть прекращены до заголовка, когда биомасса высока, но стебли по-прежнему суккулентные. Роллер-очистка хорошо работает для зерновых ржи и волосатых ветчинных стеблей, но менее эффективна для редиса. Прекращение использования гербицидов (глифосат или сгорание с 2,4-D) надежна, но рискует устойчивостью и снижает преимущества биологии почвы, которые приходят от механического прекращения. Winterkill может использоваться для непрочных видов, таких как овес или редька в холодном климате, оставляя естественную мульчу.

Соотношение C:N для разложения

Соотношение углерода к азоту покровного сельскохозяйственного остатка влияет на то, как быстро высвобождается азот. Травы имеют высокое отношение C:N (40:1 или выше), что приводит к временной иммобилизации азота, поскольку микробы разрушают остаток. Легумы имеют низкое отношение C:N (10:1-15:1) и быстро высвобождают азот. При комбинировании трав и бобовых соотношение C:N обычно падает между 20:1 и 30:1, что идеально подходит для умеренного, устойчивого высвобождения. Если смесь травяная, рассмотрите возможность добавления небольшого количества стартового азота при посадке. Если бобовая сыпь, соответственно уменьшите скорость синтетического азота. Испытайте остаток биомассы и отправьте образцы для анализа C:N, если требуется точность.

Внедрение систем No-Till и Strip-Till

Недостатком обычной обработки почвы является то, что она закапывает остатки покрова, уменьшая его преимущества для сохранения влаги и подавления сорняков. В системах без дождевых осадков покровные культуры остаются на поверхности в виде мульчи. Это требует более высоких методов терминации - обжима коляски или стрижки - и тщательной установки плантатора для обработки остатков. Стрип-тил хорошо работает: покровные культуры выращиваются по всему полю, затем машина для полосатых дождевых осадков нарушает узкую полосу, где высаживается товарный урожай, оставляя остаток между рядами. Это позволяет покровному урожаю продолжать защищать почву, давая товарному урожаю чистый старт. Многие фермеры Среднего Запада теперь используют крупу ржаной-волосой ветчиной смесь, которая закалена валиком при цветении, затем кукуруза высаживается непосредственно в коврик с помощью плантатора без дождевого очистителя с рядными очистителями.

Экономика и экологическая регрессия

Снижение затрат на ввод

Фиксируя азот, подавляя сорняки и улучшая инфильтрацию воды, хорошо управляемые смеси для покровных культур могут значительно снизить потребность в синтетических удобрениях и гербицидах. В метаанализе 2022 года в журнале «Агрономия» было обнаружено, что бобовые, содержащие покровные смеси для сельскохозяйственных культур, снижали требования к азотным удобрениям в среднем на 25% при сохранении урожайности. Затраты на контроль над сорняками в органических системах снижались на 15-30 долларов за акр. Экономия часто компенсировала стоимость семян и посадки покровных культур, особенно когда покровная культура также обеспечивает дополнительную ценность для выпаса или корма.

Стабильность доходности в переменную погоду

Смеси покровных культур улучшают способность почвенных водосборов, что особенно ценно в годы засухи или сильных дождей. Органическое вещество, добавленное различными корневыми системами, увеличивает агрегацию почвы, позволяя воде быстро проникать и храниться глубже. В влажные годы улучшенный дренаж предотвращает заболачивание. В сухие годы остаточная мульча уменьшает испарение. В результате поля с многовидовыми покровными культурами имеют более стабильные урожаи в погодных условиях по сравнению с полями без покровных культур или с отдельными видами. Долгосрочные испытания в Университете штата Айова показывают, что крупяная ржано-венчальная смесь снижает изменчивость урожайности кукурузы на 18% в течение восьми лет.

Потенциал поглощения углерода

Разнообразные покровные смеси культур способствуют более глубокому и более стабильному хранению углерода в почве. Травы производят больше непокорного углерода в своих корневых системах, в то время как бобовые добавляют больше лабильного углерода, который питает микробную активность в начале сезона. Сочетание ускоряет образование органического вещества, связанного с минералами, которое может хранить углерод в течение десятилетий. Согласно исследованию, опубликованному в журнале «Общество почвоведения Америки» , поля с многовидовыми покровными культурами секвестрировали от 0,35 до 0,50 тонн углерода на гектар в год больше, чем поля без покровных культур. При масштабировании на миллионы акров это представляет собой значимую возможность смягчения последствий изменения климата.