伊利諾伊州 URBANA - 覆蓋作物被廣泛視為最有前途的保護(hù)措施之一，可改善土壤健康，同時還能去除大氣中的碳。但是，盡管近年來種植覆蓋作物的中西部農(nóng)民數(shù)量顯著增加，但 2017 年美國農(nóng)業(yè)部人口普查數(shù)據(jù)顯示，只有約 5% 的農(nóng)民采用了保護(hù)措施。其他 95% 的人不愿意，部分原因可能是因?yàn)槿藗冋J(rèn)為覆蓋作物需要更多努力，并且還可能對夏季經(jīng)濟(jì)作物產(chǎn)量產(chǎn)生負(fù)面影響。
伊利諾伊大學(xué)的新研究整合了田間數(shù)據(jù)和先進(jìn)的數(shù)學(xué)模型，以了解覆蓋作物如何影響土壤水、氮和氧動態(tài)，并可能與夏季經(jīng)濟(jì)作物競爭。
“覆蓋作物需要管理。否則覆蓋作物會與玉米和大豆競爭，并可能導(dǎo)致一些產(chǎn)量損失。然而，通過適當(dāng)?shù)墓芾?，農(nóng)民可以使用正確的覆蓋作物類型并找到最佳生長窗口來種植和終止覆蓋作物，以實(shí)現(xiàn)收益并將對經(jīng)濟(jì)作物的負(fù)面影響降至最低，”農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展中心創(chuàng)始主任關(guān)開宇說，副教授在自然資源與環(huán)境科學(xué)系，并藍(lán)海教授在國家超級計(jì)算應(yīng)用中心在伊利諾伊大學(xué)。他還是發(fā)表在《田間作物研究》上的一篇新論文的資深作者。
Guan 的見解基于一個復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，該模型由該論文的合著者兼伊利諾伊州作物科學(xué)系教授Maria Villamil從伊利諾伊州多個地點(diǎn)收集的五年實(shí)驗(yàn)田間數(shù)據(jù)驗(yàn)證?；谶^程的模型旨在確定覆蓋作物對經(jīng)濟(jì)作物產(chǎn)量影響的潛在驅(qū)動因素，包括覆蓋作物類型;終止時間;和土壤因素，如水、氮、氧和土壤溫度。
“與單獨(dú)的現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)相比，使用現(xiàn)場數(shù)據(jù)驗(yàn)證的基于過程的模型具有多種優(yōu)勢，”與關(guān)合作的博士生、該研究的主要作者Ziqi Qin說。“大多數(shù)田間試驗(yàn)只關(guān)注最終變量，如經(jīng)濟(jì)作物產(chǎn)量或覆蓋作物生物量，可能需要數(shù)年時間才能進(jìn)行。
“基于過程的建模方法可以模擬在現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)中難以測量的中間變量，例如在土壤中發(fā)生的過程。通過基于現(xiàn)場的測量驗(yàn)證的模型可以通過情景模擬幫助優(yōu)化覆蓋作物的決策，例如覆蓋作物類型以及種植和終止時間。”
通過納入中間因素，該模型解釋了為什么覆蓋作物會干擾經(jīng)濟(jì)作物產(chǎn)量。從本質(zhì)上講，這兩種作物競爭土壤中的公共資源，包括水、氮和氧。但環(huán)境很重要，影響是特定于物種的。
大豆產(chǎn)量不受任何一種覆蓋作物的影響，可能是因?yàn)榇蠖箤⒆约旱牡湃胪寥乐?。對于玉米，根?jù)該模型，干旱年份對水的競爭加劇，覆蓋作物終止越晚，經(jīng)濟(jì)作物可用的氮越少。
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