楊榮華，來 倩，尹 翠，楊海波，李承男，靳 磊，曹云娥

（1.寧夏大學 農(nóng)學院，寧夏 銀川 750021；2．中寧縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務中心，寧夏 中寧 755100；3.銀川市園林局綠化二處，寧夏 銀川 750021）

預計未來50年全球糧食需求將增加一倍，這就要求我們在不破壞環(huán)境和損害人類健康的前提下提高糧食產(chǎn)量，確保農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務可持續(xù)性[1]。當前的集約化農(nóng)業(yè)導致土壤養(yǎng)分循環(huán)失調(diào)、水質(zhì)下降、土壤質(zhì)量退化、生物多樣性減少，病蟲害自然控制功能下降等，引起了人們的廣泛關注[2-3]。在常規(guī)的農(nóng)業(yè)耕作系統(tǒng)中，收獲后的土壤表面通常是裸露的，因此可能導致土壤侵蝕、淋失和有機碳（SOC）的減少[4-6]。因此，許多國家均采取覆蓋作物作為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展方式。M.Martínez-Mena等[7]研究表明可持續(xù)土地管理（SLM）措施(如少耕、免耕、覆蓋作物等)提高了土壤有機碳（SOC）和養(yǎng)分（N、P）含量，減少了徑流、侵蝕，逐漸得到人們重視[8-10]。覆蓋作物通過對土壤物理和生物過程的積極影響，可以成為可持續(xù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的重要組成部分[11]。種植覆蓋作物不僅是為了提高作物的產(chǎn)量，更主要的是為了農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展[12]。

1 覆蓋作物生態(tài)系統(tǒng)服務功能

1.1 促進免耕制度的應用

向免耕生產(chǎn)轉(zhuǎn)型，主要是為了防止表土層風蝕和水蝕，改善土壤有機質(zhì)，保持土壤水分[13]。幾千年的農(nóng)耕文明是通過翻耕土壤來控制雜草，農(nóng)資投入不斷加大，土壤有機質(zhì)氧化、水土養(yǎng)分流失嚴重，生產(chǎn)力逐年下降[14-15]。免耕作為一種可持續(xù)土地管理措施具有非常有效的侵蝕控制效果，可以提高水肥利用率。因此，許多作物的產(chǎn)量在免耕制度下優(yōu)于傳統(tǒng)耕作制度[16-17]。而控制雜草是免耕制度應用的最大挑戰(zhàn)[18]，故現(xiàn)代除草劑的應用推動了免耕的實施。近年來發(fā)展起來的覆蓋作物通過可持續(xù)的雜草管理、降低農(nóng)藥（除草劑）的使用、改善土壤物理特性和有機碳濃度來提高免耕系統(tǒng)的效果[13,19-22]。Andrea Fiorini等[23]研究表明，覆蓋作物的采用在免耕系統(tǒng)中得到推廣，因為覆蓋作物的生長抑制了通過淋洗而造成的硝酸鹽損失，增加土壤有機碳含量（28%）和蚯蚓豐度（5倍于常規(guī)耕作），從而不會對產(chǎn)量造成損害。Hoorman等[24]研究發(fā)現(xiàn)，在轉(zhuǎn)為免耕后的前5-7年，玉米產(chǎn)量略有下降，但長期（即7-9年）的免耕做法改善了土壤健康，使微生物和土壤動物恢復平衡，恢復了傳統(tǒng)耕作所失去的養(yǎng)分，提高了有機質(zhì)水平，使玉米產(chǎn)量高于傳統(tǒng)耕作的田地。Anderson等[15]研究發(fā)現(xiàn)，免耕和覆蓋作物都有助于減少美國中西部農(nóng)民的產(chǎn)量損失風險，同時減少土壤養(yǎng)分流失。

1.2 減少水土流失

覆蓋作物在主要作物不存在時，通過物理保護土壤表面，減少土壤侵蝕、養(yǎng)分淋濾和風蝕。采用覆蓋作物技術(shù)的土壤有機碳含量增加是提高團聚體穩(wěn)定性和減少風蝕率的主要因素之一，因為有機碳可以從物理、化學和生物學上結(jié)合土壤顆粒，形成穩(wěn)定的大團聚體，有效地防治中等質(zhì)地土壤的水土流失[25]。因為風蝕造成土壤流失[26]，因此其風蝕是半干旱土壤的一個主要環(huán)境問題。在我國西北地區(qū)土壤風蝕嚴重，尤其冬春季大風等相關氣象條件，導致裸露的干旱土壤及砂塵形成揚沙或沙塵暴，如果冬春兩季覆蓋作物能在半干旱環(huán)境中成功種植，它們將有助于降低風蝕風險[27]。

1.3 改善土壤物理性質(zhì)

覆蓋作物通過提高土壤團聚體的平均重量直徑和降低土壤壓密來改善土壤物理性質(zhì)。眾所周知，土壤團聚體會影響土壤水分入滲、作物根系生長、抗侵蝕力，并且可以隨著覆蓋作物的添加而改善。覆蓋作物可以增加土壤有機質(zhì)、土壤有機碳和微生物活性，促進土壤聚集。Eric Antosh等[28]發(fā)現(xiàn)覆蓋作物通常會增加土壤團聚體的平均重量直徑（一種衡量土壤干性聚集的方法），在芥菜小區(qū)和芥菜-毛苕子小區(qū)，濕集料穩(wěn)定性分別提高了18%和27%。覆蓋作物有助于降低土壤密度，增加土壤透氣性。飼料蘿卜在秋季生根深度可達210cm，而黑麥草為99cm[29]，這可以抵消土壤的壓密，留下的根系通道可能為經(jīng)濟作物根系提供土壤水分吸收通道[30]。

1.4 提供N素營養(yǎng)

目前，農(nóng)業(yè)系統(tǒng)對合成肥料的依賴引起了人們對其可持續(xù)性的擔憂[31]。將覆蓋作物納入耕作系統(tǒng)可能有助于滿足后續(xù)作物的氮肥需求，從而減少施肥和環(huán)境問題[32]。休耕期間種植覆蓋作物能夠清除土壤中多余的氮素，固定在覆蓋作物中，覆蓋作物終止后分解過程中又可釋放氮素，為作物生長提供養(yǎng)分。大多數(shù)研究表明，覆蓋作物與礦質(zhì)氮源的結(jié)合對氮源利用具有協(xié)同效應[33-34]，這是因為覆蓋作物殘基與土壤中的氮及其他營養(yǎng)物質(zhì)結(jié)合，有利于根系的發(fā)育和生物活性，調(diào)節(jié)有機形態(tài)的礦化過程，且豆科氮素一般比礦物氮肥更不容易浸出，因為有機氮素能更好地保留在土壤中。因此，覆蓋作物不僅可以用來減少養(yǎng)分淋濾和保護土壤免受侵蝕，還可以減少化肥投入和耕作，同時保持作物產(chǎn)量[35]。Edson Cabral da Silva等[33]研究發(fā)現(xiàn)，覆蓋作物和氮肥對水稻秸稈生物量積累、籽粒產(chǎn)量以及大部分養(yǎng)分的吸收均有影響，在種植豆科覆蓋作物后，不管有沒有追施氮肥對水稻生長影響不大，研究表明種植覆蓋作物與施用60 kg/hm2的尿素效果相當。Kun-Jun Han and Montgomery Alison[36]研究發(fā)現(xiàn)，在豆科覆蓋作物（毛苕子）后種植甜高粱，其產(chǎn)生的生物量和含糖量與施用56或112 kg/hm2的合成N肥相當，證明采用冬季豆科覆蓋作物（毛苕子）可滿足甜高粱對氮肥的需求。R.A.Wittwer and M.G.A.van der Heijden[35]使用航空光譜圖像的歸一化植被指數(shù)（NDVI）評估植被動態(tài)，光譜圖像分析表明，豆科覆蓋作物（毛苕子和三葉草）彌補了少耕和免耕制度中氮素利用的延遲，有助于提高氮素吸收和作物在當季后期的生長。研究表明，以覆蓋作物為基礎的種植系統(tǒng)可以在不影響產(chǎn)量的情況下減少化肥投入和耕作，豆類覆蓋作物可以向下一茬作物提供大量的氮素，即使氮肥用量減半，也能實現(xiàn)類似的產(chǎn)量。Jahanzad等[32]發(fā)現(xiàn)秸稈的分解速率取決于C/N比，C/N比越低分解和養(yǎng)分釋放越快。與黑麥相比，飼用蘿卜和豌豆在早春與作物氮需求同步釋放氮素的潛力更大。且當覆蓋作物被埋在土壤中時，具有較快的殘余氮分解和釋放，殘余埋藏時碳和氮礦化程度較高[37]。碳氮比越高，植物殘體分解越慢，養(yǎng)分釋放也越慢。因此，選擇中等碳氮比的覆蓋作物（豆科植物和非豆科植物的混合物）可以提供氮素供應和氮素保留秸稈，有助于保持土壤覆蓋與養(yǎng)分供應之間的平衡[38-39]。

1.5 減少NO3-淋濾

淋濾對飲用水供應構(gòu)成很大的風險，并惡化水生生態(tài)系統(tǒng)，導致富營養(yǎng)化、藻華和魚類中毒。覆蓋作物被公認為減少農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中NO3-淋失的一種工具。有效地建立一種冬季覆蓋作物，對于減少氮素向地下水的淋失非常重要。覆蓋作物通過吸收和保留多余的礦質(zhì)氮，防止其從根區(qū)浸出[40]。荷蘭從2019年實施了一項關于玉米生產(chǎn)系統(tǒng)的新規(guī)定，要求在沙質(zhì)和黃土土壤上的冬季覆蓋作物播種不得遲于10月1日[41]。丹麥等國家將覆蓋作物作為減少氮素淋溶、增加氮素保留和氮素供應的關鍵要素[42-43]。秋季硝酸鹽淋溶主要取決于植被覆蓋和田間管理[44]。Jin Zhao等[45]基于新發(fā)射的帶有歸一化不同植被指數(shù)（NDVI）和紅色邊緣帶的衛(wèi)星遙感平臺，評估農(nóng)業(yè)土壤硝態(tài)氮淋溶風險的范圍。在一定的閾值范圍，硝態(tài)氮淋失量與覆蓋作物地上生物量或地上氮呈負相關，與土壤水分硝態(tài)氮濃度呈顯著的線性正相關。Thapa,R等[46]的一項全球綜合分析發(fā)現(xiàn)，覆蓋作物減少了農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的硝酸鹽淋失，尤其是非豆科覆蓋作物，非豆科覆蓋作物比豆科覆蓋作物在減少硝酸鹽淋濾方面要有效得多，非豆科覆蓋作物比無覆蓋作物控制減少了56%的NO3-淋失，非豆科植物-豆科植物混合物減少NO3-浸出量與非豆科植物相當，但顯著高于豆科植物。覆蓋作物種植日期、莖部生物量和降水影響土壤NO3-的淋失，較早的種植日期和較高的莖部生物量提高了非豆科植物減少NO3-淋失的潛力，且非豆科植物在粗質(zhì)土壤和干旱年份更能有效地減少NO3-淋溶。

1.6 增加土壤有機碳儲量

土壤碳的有效性是土壤健康的一個重要組成部分，影響土壤微生物活動、養(yǎng)分有效性、保水能力和水過濾，長期的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大大減少了土壤中的有機碳[47-49]。覆蓋作物在頻繁耕作和集中管理的土壤中具有保持有機碳含量的功能[50]。PoeplauandDon（2015）[51]在一項薈萃分析中表明，年平均覆蓋作物生物量輸入1.87 t/hm2，覆蓋作物有機碳年增長為0.32 t/hm2，表明，通過引入覆蓋作物來實現(xiàn)碳輸入驅(qū)動的有機碳封存是非常有效的。M.G.Veloso等[52]研究表明，免耕和覆蓋種植有利于真菌的生長，有助于表層土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。在亞熱帶氣候下，真菌細胞壁殘基的積累是推動C在整個土壤剖面積累和穩(wěn)定的重要機制。覆蓋作物增加土壤有機碳儲量（0.1-1t/hm2），其大小取決于覆蓋作物的生物量、連續(xù)種植年限及土壤初始碳水平[53]。Lewis,K.L等[54]進行了17年的黑麥覆蓋作物處理后，與常規(guī)耕作（冬季休耕）相比，免耕黑麥覆蓋作物系統(tǒng)的土壤有機碳含量增加了兩倍。并且在短期內(nèi)（3年）觀測到免耕混合覆蓋作物（黑麥、毛苕子、蘿卜和冬豌豆）系統(tǒng)下的C增加量比在黑麥覆蓋作物的C增加量更高，表層土壤15 cm的有機碳含量通過保護性耕作與冬季覆蓋作物相結(jié)合而提高。Muchanga等[55]研究發(fā)現(xiàn)添加毛苕子、毛苕子和堆肥的小區(qū)土壤C和N庫存比不添加毛苕子和堆肥的小區(qū)增加，與基準庫存（啟動檢查前土壤初始庫存C、N）相比，毛苕子處理、堆肥處理、毛苕子和堆肥處理土壤C分別增加了3%、2.8%、2.6%，相比之下，在不種植覆蓋作物毛苕子和不施堆肥（裸）處理中觀察到土壤C存量損失1.85%。

1.7 抑制雜草

雜草控制目前被認為是減少耕作的主要問題，也是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關鍵[18]。覆蓋作物可能提供有效和可持續(xù)的抗除草劑雜草種群管理[13,19]，并減少除草劑的使用[20，56]。覆蓋作物抑制雜草的主要機制為:①通過覆蓋作物的競爭效應（對光、水、養(yǎng)分和空間的競爭）來減少雜草的生長[57]；②通過終止覆蓋作物后覆蓋作物殘留阻斷陽光、改變微生態(tài)環(huán)境、產(chǎn)生化感抑制物質(zhì)等抑制雜草[58-59]；③還可以通過為吃雜草種子的昆蟲、無脊椎動物、小型嚙齒動物和鳥類提供適宜的棲息地，增加雜草種子的捕食來大量減少雜草種子庫[60-61]。旺盛生長和生物量生產(chǎn)的單一覆蓋作物或混合覆蓋作物是有效抑制雜草的關鍵。禾本科植物和蕓薹屬植物的單一栽培或混合栽培對雜草的抑制效果比豆科植物更明顯[62]，因此，低生物產(chǎn)量的豆科植物和其他闊葉覆蓋作物可能需要與多產(chǎn)禾本科植物混合種植來抑制雜草[13]。Pushpa Sotiand Alexis Racelis[63]在免耕有機蔬菜種植系統(tǒng)中采取4種不同的覆蓋作物處理（蘇丹草、松麻、豇豆和3種作物的混合處理）來抑制雜草，休耕為對照，四種覆蓋作物處理之間無顯著差異，當隨后種植經(jīng)濟作物時，休耕地的雜草明顯較高，說明濃密覆蓋的作物冠層減少了通過冠層進入地表的光線，從而減少了雜草的萌發(fā)、生長和建立。冬季覆蓋作物影響雜草多樣性和群落組成Ali Almoussawi等[64]發(fā)現(xiàn)冬季混合覆蓋作物（亞麻薺+豆類+十字花科）直接播種可以控制雜草數(shù)量，同時確保了更高的雜草多樣性和經(jīng)濟作物向日葵產(chǎn)量。Dhima等[59]發(fā)現(xiàn)冬季麥類覆蓋作物提取物降低了麥草和毛刺狐尾種子的發(fā)芽能力，但對玉米沒有任何影響。

1.8 改善土壤微生態(tài)

土壤微生物是土壤健康的重要組成部分，推動著關鍵的地球生物化學過程。覆蓋作物將活的植物和與之根系相關的微生物群落引入并維持到土壤中，維持有益的土壤相互作用和功能。同時，覆蓋作物通過對雜草的抑制及其他生態(tài)系統(tǒng)服務功能，減少農(nóng)藥的用量，減少農(nóng)藥對土壤微生物群落產(chǎn)生負面影響，增加土壤微生物豐度和平衡微生物群落結(jié)構(gòu)。Nakian Kim等[65]的一項綜合性研究得出覆蓋作物顯著提高了土壤微生物豐度、活性，并在較小程度上提高了土壤微生物多樣性，分別提高了27%、22%和2.5%。Andre Freire Cruz等[66]研究發(fā)現(xiàn)澳洲堅果果園的覆蓋作物（小米、蠶豆）系統(tǒng)有助于改善土壤微生物生長和土壤中叢枝菌根真菌的形成。

土壤微生物β-葡糖苷酶（BG）活性和土壤微生物生物量（SMB）可能在覆蓋作物殘體氮礦化過程中對無機氮的調(diào)控發(fā)揮重要作用，易分解的毛苕子殘基促進了BG活性和SMB，從而促進了土壤氮素供應。YufitaDwiChinta等[67]通過2年的盆栽和大田試驗證實，在土壤分解的關鍵時期，覆蓋作物（特別是毛苕子）可以保持土壤肥力（即土壤無機氮濃度足夠，BG活性和SMB值顯著）。采用單一毛苕子或黑麥+毛苕子混合覆蓋作物，提高了土壤無機氮的濃度，在不施氮肥的情況下提高生菜氮素利用率，而單種黑麥覆蓋作物，氮素性狀的缺乏抑制了生菜的氮素利用率。

1.9 防治病蟲害

越來越多的研究表明，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部功能調(diào)節(jié)水平在很大程度上取決于目前動植物生物多樣性水平[68]。通過改善有利于當?shù)厣锒鄻有缘谋Ｗo做法，同時減少廣譜殺蟲劑的使用，可以促進生態(tài)系統(tǒng)服務[69-70]。冬季覆蓋作物增加了種植系統(tǒng)的生境復雜性，并增強了生物多樣性對可持續(xù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)至關重要的生態(tài)系統(tǒng)服務[11]。覆蓋作物及其殘渣為益蟲和雜草種子捕食者提供棲息地[71]，這可能通過增加田間天敵的數(shù)量來改善天然害蟲防治服務[72]。Carson Bowers等[72]研究發(fā)現(xiàn)黑麥對提高天敵密度和多樣性的效果優(yōu)于深紅色三葉草和不覆蓋處理，黑麥草顯著減少了薊馬的侵染，同時黑麥覆蓋的棉田對椿象鈴的傷害有所減少，利用覆蓋作物減少害蟲危害來減少殺蟲劑的投入，總體上不會產(chǎn)生額外的生產(chǎn)成本。但所有處理方法都缺乏對關鍵害蟲的捕食，這表明該系統(tǒng)對害蟲的生物控制存在弱點[73]。此外，冬季覆蓋作物通常有利于多年生作物系統(tǒng)的天敵群落和害蟲防治，如:橄欖[74]、葡萄[75-76]。覆蓋作物對自然病蟲害管理的積極作用似乎是由種植制度、地理區(qū)域和覆蓋作物類型的組合推動的[77]。覆蓋作物對病害防治的研究較少，GrazinaKadziene等[20]研究表明，白三葉草和白芥菜作為覆蓋作物，可以作為病蟲害綜合管理策略的補充，可能是預防（春小麥、春大麥）鐮刀菌侵染的一種有前途的工具。

1.10 覆蓋作物對土壤溫濕度的影響

覆蓋作物殘體或生育期間的冠層阻擋光照，降低透光率，降低土壤最高溫度和土溫波動，對雜草種子萌發(fā)和出苗有一定的影響[78-79]，并且可能對下茬作物出苗和生長也有影響[80]。覆蓋作物增加了蒸散發(fā)，減少了排水，這可能對地下水補給造成損害。關于覆蓋作物對下一種經(jīng)濟作物土壤水分有效性的影響，目前還沒有共識。在潮濕的潘帕斯草原，Restovich等[81]發(fā)現(xiàn)除了在特別干旱的年份外，在正常和高降雨年份，大豆產(chǎn)量各處理間無差異，覆蓋作物的用水不影響主要作物的生產(chǎn)。在愛荷華州和印第安納州，Daigh等[82]發(fā)現(xiàn)使用黑麥覆蓋作物并沒有顯著降低土壤水分條件。但在半干旱環(huán)境中，覆蓋作物減少土壤水分是一個潛在的不利因素，其對水的消耗會大大降低后續(xù)作物的產(chǎn)量[83-84]。Schlegel and Havlin[85]研究表明，毛苕子作為覆蓋作物與休耕相比，降低土壤水分含量178mm，隨后種植小麥產(chǎn)量下降了42%至83%，在同一項研究中，每流失1mm土壤水分，小麥產(chǎn)量就會減少15kg/hm2。Nicolas Meyer等[86]研究發(fā)現(xiàn)由于降雨分布和管理之間的相互作用，覆蓋作物減少排水，但并不總是減少土壤含水量。提前終止可能是一種避免負面影響的好方法，在深秋機械地破壞覆蓋作物，保留殘基作為覆蓋物，可能是覆蓋作物在休耕期間提供的多種服務與避免對下一種經(jīng)濟作物土壤水分有效性的負面影響之間一個很好的折衷。在缺水的干旱地區(qū)，冬季之前終止覆蓋作物可能是最好的解決辦法。覆蓋作物對隨后經(jīng)濟作物水分的影響主要和當?shù)亟邓?、土壤類型、覆蓋作物管理有關[13]。

1.11 產(chǎn)量收益

合理利用覆蓋作物的所有好處可以支持更有彈性的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，同時有可能提高產(chǎn)量[87]。覆蓋作物對后續(xù)經(jīng)濟作物產(chǎn)量和效益的影響與當?shù)貧夂驐l件、土壤類型、覆蓋作物種類、管理方式等復雜的多因素有關。JoséR.Portugal等[38]發(fā)現(xiàn)松麻作為覆蓋作物后栽培的水稻比休耕后栽培的水稻有更大的干物質(zhì)，提高了碾米產(chǎn)量和精米產(chǎn)量。Atinderpal Singh等[88]發(fā)現(xiàn)珍珠粟作為覆蓋作物處理后種植小玉米，小玉米的穗軸產(chǎn)量、飼料產(chǎn)量及干物質(zhì)積累均顯著高于未覆蓋作物，且隨著覆蓋作物種植時間的增加而提高。Marcillo和Miguez[87]對來自美國和加拿大不同地區(qū)65年中65項研究的268項觀測數(shù)據(jù)的研究表明，如果管理得當，冬季覆蓋作物不會導致玉米產(chǎn)量下降。有關覆蓋作物對棉花產(chǎn)量影響的研究比較豐富，Adhikari等[89]長期（2001-2015年）模擬結(jié)果表明，種植冬小麥作為覆蓋作物并沒有顯著降低棉籽平均產(chǎn)量和土壤水分。Paul B等[90]發(fā)現(xiàn)覆蓋作物對棉絨產(chǎn)量或凈收益沒有顯著影響，多品種覆蓋作物組合與單一品種的棉花產(chǎn)量和凈收益相似。在田納西州常規(guī)耕作和免耕系統(tǒng)下，與沒有覆蓋處理的棉花相比，種植毛苕子、深紅色三葉草、小麥覆蓋作物后生產(chǎn)棉花的收入并沒有抵消種植覆蓋作物投入的成本[91]。P.B.DeLaune等[92]在美國南方大平原灌溉棉花系統(tǒng)，開展常規(guī)耕作、免耕、免耕+冬麥覆蓋、免耕+混合覆蓋，雖然覆蓋作物處理顯著增加了總成本，但覆蓋種植提高皮棉產(chǎn)量超過10%。常規(guī)耕作和免耕條件下凈收益在統(tǒng)計上并無差異，研究還表明多種混合作物的表現(xiàn)并不優(yōu)于單一小麥覆蓋作物。此外，覆蓋作物其他生態(tài)系統(tǒng)服務，如保護免受風蝕和水蝕，改善土壤結(jié)構(gòu)，以及提高水利用效率，應被認為是在一般有很少殘留的連續(xù)棉花系統(tǒng)中實施的結(jié)果。黑麥和毛苕子是農(nóng)業(yè)上廣泛應用的禾本科和豆科覆蓋作物，對玉米[93，28]、西紅柿[55，94]、紅辣椒[95]、生菜[67]和高粱[31]的研究表明，毛苕子在提高后續(xù)植株產(chǎn)量方面優(yōu)于黑麥。一些研究還表明，免耕和覆蓋作物的效益并不能立即明顯表現(xiàn)，可能需要至少3年才能產(chǎn)生可衡量的影響[96]。Triplett,G.B等[97]采取免耕種植的方式，以小麥為覆蓋作物，種植棉花，在研究的第一年，與常規(guī)耕作相比，免耕棉花的產(chǎn)量較低，成熟期也較晚，在第3—5年，免耕作物產(chǎn)量比常規(guī)耕作增產(chǎn)18%～42%，作物成熟時間比常規(guī)耕作早6～10 d。

2 覆蓋作物的類型選擇及管理復雜性

種植不同的覆蓋作物產(chǎn)生的生態(tài)效應和經(jīng)濟效應不同。在實際生產(chǎn)中，生產(chǎn)者可能希望通過種植覆蓋作物來達到減少化學肥料和農(nóng)藥用量、提高產(chǎn)量、防止水土流失等目的，但并不是每一種覆蓋作物都能同時兼顧所有的需求。因此，要明確主要的1～2種需求。可以從提供氮素、增加土壤有機質(zhì)、改善土壤結(jié)構(gòu)、減少土壤侵蝕、控制雜草生長、促進土壤營養(yǎng)循環(huán)、保持土壤水分和增加土壤有益微生物等方面作為篩選覆蓋作物的標準。覆蓋作物的主要類型有禾本科、豆科、蕓薹屬植物。在減少土壤侵蝕上，因為禾本科草類的生物量產(chǎn)量較高，且其殘基分解較慢[27]，所以比豆科覆蓋作物（如小扁豆、春豌豆）更能有效地減少土壤風蝕和水蝕；在改善土壤結(jié)構(gòu)上，許多根狀根系的植物，如飼料蘿卜、油菜籽，可以通過生物鉆孔來開辟通道，打開壓實的底土層[98]；在提供氮素營養(yǎng)上，豆科覆蓋作物（毛苕子）是一種有用的綠肥來提高氮素利用效率，并減少土壤氮素損失[95]，且毛苕子是一種具有良好生物量產(chǎn)量的耐寒豆科植物[99]，豆科-禾本科2種覆蓋作物混合栽培在氮素供給和氮素淋失的平衡中效果最好[31]；在增加土壤有機質(zhì)上，混合覆蓋作物（黑麥、毛苕子、蘿卜和冬豌豆）系統(tǒng)下的C增加率比在黑麥覆蓋作物上的C增加率更高[54]；在抑制雜草上，禾本科植物和蕓薹屬植物的單一栽培或混合栽培對雜草的抑制效果比豆科植物更明顯[62]。因此，低生物產(chǎn)量的豆科植物和其他闊葉覆蓋作物可能需要與多產(chǎn)禾本科植物混合種植[13]；在病蟲害防治上，混播覆蓋作物使植物物種更多樣化，使節(jié)肢動物群落的改變，增加了害蟲的天敵數(shù)量和多樣性[69，74]，且單種黑麥草與單種深紅色三葉草相比，較高的生物量可能提高了生境的復雜性，促進了棉花早期天敵群落的豐富度和多樣性[72]?？偟膩碚f，選擇最佳覆蓋作物要在明確種植目標、時間、地點、田間小氣候等條件下，選擇最適合的覆蓋作物來實現(xiàn)特定的需求。

盡管覆蓋作物具有減少侵蝕、促進養(yǎng)分循環(huán)、抑制雜草等諸多好處，但不應忽視覆蓋作物管理的復雜性。覆蓋作物的管理時間與經(jīng)濟作物的播種時間很重要，考慮到更好地同步需求/釋放，在淡季種植覆蓋作物不應與具有經(jīng)濟利益的作物競爭，而應改變土壤的物理、化學和生物條件，以降低成本提高生產(chǎn)力[33]。合理的間隔時間，避免覆蓋作物對之后經(jīng)濟作物的化感作用，例如紅辣椒[95]適合覆蓋作物結(jié)束后2周種植，但前2周可能是土壤有效氮最豐富的時期，因為氮礦化可能與殘留分解同時進行。YufitaDwiChinta等[67]試驗了1天間隔的覆蓋作物-番茄輪作并不產(chǎn)生化感作用，因此，根據(jù)不同的作物之間化感作用影響大小縮短覆蓋作物收獲日和后續(xù)植株移植的間隔可以最大限度地提高土壤無機氮的利用率。在北方，作物秋季可生長的時間很短，限制了在秋季播種的覆蓋作物或冬季谷物的氮吸收和氮淋失的影響[100]。在作物營養(yǎng)生長期間播覆蓋作物，用來延長覆蓋作物的生長季節(jié)，來發(fā)揮覆蓋作物的各種有益的特性。Aaron P.Brooker等[101]在密歇根州玉米V2—V7生長期播種覆蓋作物（黑麥草，深紅色三葉草，油籽蘿卜及3種混合）進行了4個地點年的互播，結(jié)果表明這些處理減少了冬季雜草的年生物量，在任何間播期，玉米籽粒產(chǎn)量都不受覆蓋作物的影響。但Curran等[102]在賓夕法尼亞州，當覆蓋作物在玉米生長V2期進行播種時，產(chǎn)量損失發(fā)生。覆蓋作物最適合于降水豐富的溫暖地區(qū)，在半干旱地區(qū)，覆蓋作物的用水會對后來旱地作物的產(chǎn)量產(chǎn)生不利影響。間播覆蓋作物是否像雜草一樣與經(jīng)濟作物競爭營養(yǎng)、光照等都需要進一步研究。同樣，終止覆蓋作物后覆蓋作物殘留物下較冷的土壤溫度會阻礙隨后生長在其適應范圍較冷端附近的作物的早期生長[103]。覆蓋作物提供植被和飼料，可支持比常規(guī)作物農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中更多樣和豐富的嚙齒動物群落，導致后續(xù)經(jīng)濟作物受到鼠害[104]。覆蓋作物品種的選擇及混播，混播覆蓋作物中種子大小影響出苗率等等一系列的問題。

綜上所述，覆蓋作物具有促進免耕制度的應用、減少水土流失、參與養(yǎng)分循環(huán)、抑制雜草、改善土壤物理性質(zhì)、防治病蟲害等多種生態(tài)系統(tǒng)服務功能（圖1）。但覆蓋作物管理的復雜性及產(chǎn)生效益的延遲性等都需要進一步的研究。根據(jù)應用覆蓋作物需要實現(xiàn)的主要目的、當?shù)貧夂驐l件、土壤類型及下一茬經(jīng)濟作物種類，選擇最合理的覆蓋作物品種（豆科、非豆科）、單種或混種、播種率（種植密度）、種植時間、終止日期、終止方法（除草劑、割草、輥軸卷邊器、放牧等）[13，105-106]等，重要的是要知道在何種條件下以及何種田間作業(yè)對實現(xiàn)這些期望最有利。覆蓋作物和保護性耕作的實施都需要勞動力和時間，在實行免耕制度的最初幾年里，產(chǎn)量的變化（大多是下降的）和覆蓋作物管理方面生產(chǎn)成本的增加會影響整體利潤。因此，將這些做法納入傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系的經(jīng)濟效率應定期進行評估，以確定項目對生產(chǎn)者盈利能力的總體影響[107]。

圖1 覆蓋作物綜合生態(tài)系統(tǒng)服務功能