伊利諾伊州 URBANA - 覆蓋作物被廣泛視為最有前途的保護措施之一，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)民采用了保護措施。其他 95% 的人不愿意，部分原因可能是因為人們認為覆蓋作物需要更多努力，并且還可能對夏季經(jīng)濟作物產(chǎn)量產(chǎn)生負面影響。
伊利諾伊大學的新研究整合了田間數(shù)據(jù)和先進的數(shù)學模型，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，并可能導致一些產(chǎn)量損失。然而，通過適當?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，以實現(xiàn)收益并將對經(jīng)濟作物的負面影響降至最低，”農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展中心創(chuàng)始主任關開宇說，副教授在自然資源與環(huán)境科學系，并藍海教授在國家超級計算應用中心在伊利諾伊大學。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 的見解基于一個復雜的數(shù)學模型，該模型由該論文的合著者兼伊利諾伊州作物科學系教授Maria Villamil從伊利諾伊州多個地點收集的五年實驗田間數(shù)據(jù)驗證?；谶^程的模型旨在確定覆蓋作物對經(jīng)濟作物產(chǎn)量影響的潛在驅動因素，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。
“與單獨的現(xiàn)場實驗相比，使用現(xiàn)場數(shù)據(jù)驗證的基于過程的模型具有多種優(yōu)勢，”與關合作的博士生、該研究的主要作者Ziqi Qin說。“大多數(shù)田間試驗只關注最終變量，如經(jīng)濟作物產(chǎn)量或覆蓋作物生物量，可能需要數(shù)年時間才能進行。
“基于過程的建模方法可以模擬在現(xiàn)場實驗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，可能是因為大豆將自己的氮放入土壤中。對于玉米，根據(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)濟作物可用的氮越少。
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