美国北达科他州的覆盖作物—黑麦

原文地址：https://www.ag./PUBLICATIONS/crops/growing-rye-as-a-cover-crop-in-north-dakota

发表时间：2021年3月

编译：李颖，韦伊瑶

简介

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    覆盖作物在可持续农业生产中发挥着重要作用，特别是在一年中土壤相对裸露的时候。正确的管理覆盖作物可以减少因风蚀水蚀导致的水土流失，减少氮流失，利用多余的土壤水分，促进生物多样性，抑制杂草生长，改善土壤结构并且提升土地抗压性。

    在世界温带地区，黑麦(Secale cereale )经常作为单一覆盖作物或覆盖作物组合中的一部分。成熟的黑麦可以用于面包、饼干制作，酿造，同时也可以用作动物饲料。

    与小麦类似，黑麦也有春黑麦和冬黑麦之分，而北达科他州主要以种植冬黑麦为主。冬黑麦在秋季下种，随后在冬季进入休眠状态，并在春天重新生长。夏末或秋季种植的冬黑麦只有在经历了长时间的寒冷期后才会开花。这一要求被称为春化要求。

    春化所需的时间和温度因品种而异，但当土壤温度低于45华氏度时，春化通常需要30天或更久。这意味着如果冬黑麦在晚春或初夏种播，它很可能不会开花结籽，尽管一些冬黑麦可能会以某种方式克服春化的需要而开花。

选择黑麦作为覆盖作物的理由

1. 耐寒能力比冬小麦更强；

2. 相对耐阴，可以与玉米、向日葵和大豆一起间种；

3. 对恶劣土壤的耐受性强于其他大部分覆盖作物；

4. 能够吸收多余的氮，减少淋溶或径流造成的环境污染；

5. 耐低温，在秋季土壤结冻前，黑麦会持续生长；

6. 早春返青，因此是早春覆盖土壤的理想作物；

7. 总体比冬小麦提前一周成熟，尽管没有早到能与暖季作物间种；

8. 对有些杂草有化感抑制作用，像狐尾草、地肤、藜草和杉叶藻。

黑麦作为覆盖作物存在的问题

1. 不建议在种小粒谷类作物和玉米前种植黑麦，因为黑麦可能会抑制这些作物的生长；

2. 种子可能被打碎，很难清理设备，导致种子散播以及自生黑麦的出现；

3. 易受到小麦线条花叶病毒 (wheat streak mosaic virus, WSMV)和小麦卷叶螨 (wheat curl mite, WCM)的感染，成熟的黑麦会增加来年小粒谷类作物感染麦角菌的风险（比如，为了制种而种植黑麦覆盖作物）；

4. 尽管黑麦吸收的氮最终会被后续经济作物利用，但不会被下一轮后续经济作物利用；

5. 在种植覆盖作物后，早春播种豌豆，油菜等作物前，地里只有很少量的生物量能得到发展；

6. 春天或初夏播种黑麦不能够很好的在冬季存活。如果希望黑麦能在来年春天覆地，最合适的播种时间是晚夏至晚秋。

管理建议

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    覆盖作物必须生长出足够的根系，才能使地面上的生物量达到预期效益。因此，覆盖作物生产的生物量是种植系统根系发展情况的体现。

    研究表明覆盖作物能抑制杂草生长，减少土地氮损失，增加生物量。在秋季作物播种后种植，生物量水平会有所减少，但是种植少量根系生长良好的覆盖作物对整个系统还是颇有益处。此外，如果后续经济作物是在五月中旬后种植，早春种植黑麦可以达到有效的生物量水平。

    为了获得最大的收益，黑麦应该均匀种植，留出足够的叶子面积以遮盖土壤表面，并形成可延伸至4至6英寸深的根系。

品种选择

    根据利用黑麦作为覆盖作物主要目的，可能需要考虑不同品种的特征。选择种植能在北达科他州冬季存活的品种是非常重要的。除了NDSU提供的两种ND Dylan和ND Gardner，大多数合格的黑麦品种是不能在北达科他州种植的。

    在北达科他州的种子法律中，如果一个品种没有受到PVP的保护且没有品种说明，它依然被允许售卖（标记为VNS–品种未指明）。但是，法律要求出售的任何种子都必须贴上标签。尽管没有设置出售种子的标准，种子仍需要进行官方测试才能拥有标签。

    受PVP保护的黑麦品种，例如ND Dylan和ND Gardner，必须作为合格种子的类型出售。合格种子必须符合纯度和发芽标准。当使用未经认证的种子时，需要在购买前仔细阅读种子标签，看是否存在受限杂草种子和发芽率。

    购买农场附近生产的种子有助于降低将新杂草引入农场的风险。同时，也要避免种植携带麦角菌的种子，因为一旦长出小粒类谷物，它们可能成为未来麦角菌感染的源头。

    黑麦混合品种会比开放授粉的品种有更高的生物量潜力，但是在北达科他州的测试并没有显示混合品种潜力更高。

种植

1. 黑麦播种的最佳时间是八月的最后一周到十月初。

2. 如果种到未收割的玉米中，建议在作物达到R4阶段并且在下部叶片变干，顶部打开时进行飞机播种。在降雨充足的季节中，在V5阶段之后进行播种可以成功地生长。

3. 如果种到大豆作物中，建议在大豆叶片开始掉落时进行飞机播种（R7 阶段）。

4. 在八月或九月后续经济作物收割后立即种植。

5. 播种率取决于覆盖作物的目标，播种日期和方法，土壤条件，种子大小和质量等。播种黑麦时要考虑的基本比率是: 如果只种植黑麦，每英亩需播下约一百万粒活种子。

6. 不合并的情况下进行播种时，将播种率提高每英亩10磅或更多。除非播种后下雨，否则不会发芽。

7. 与其他覆盖作物品种混合时，需要将黑麦的播种率降低至50％或者更少，避免黑麦成为优势种。

8. 当种植含黑麦的混合覆盖作物时，需要确保种子保持混合状态或使用单独的种子箱。

图1: 六月种植的黑麦在冬季的生存情况较差（左），相较于一样的田在下半年种植的黑麦 （右）

表1: 黑麦的播种日期和播种率对春末作物密度和地被植物的影响

终止黑麦覆盖作物

 终止覆盖作物是覆盖作物种植计划的重要组成部分。种植黑麦的时间是根据春季终止的时间决定的， 同时，黑麦在春季的最佳终止时间取决于种植覆盖作物的目的以及后续经济作物：

1. 不建议在春季耕种时终止，因为耕种经济作物会导致黑麦根系结块，在大多数情况下，将需要进行多次耕作，才能建立合理的苗床并有效地防止覆盖作物残留和自生植物。此外，过度耕作违背了覆盖作物的目的。

2. 春季带状耕作将与传统耕作面临类似的挑战，尽管秋季带状耕作可能是一种选择，尤其是在黑麦个头小的时候进行。剩余的黑麦带应遵循随后的春季终止准则进行终止。

3. 播种玉米时（通常不建议这样做，因为这可能会导致产量下降和根腐病菌的转移），计划在播种前至少10至14天终止黑麦。由于北达科他州的建议的玉米播种期为5月的前两周或更早，黑麦在那时的生物量非常小，因此在终止前几乎不会带来覆盖作物的好处。

4. 用草甘膦终止时，每英亩使用至少1磅酸当量（例如，超过28.4盎司的Roundup PowerMax）。温度低于建议值时（夜间温度高于40 华氏度，白天温度高于60 华氏度），或者与阿特拉津，甲丁嗪以及其他削弱草甘膦活性的除草剂混合使用时，应加大草甘膦的比例。同时，在较冷的气候条件下，在草甘膦中添加AMS对于燃烧黑麦也很重要。

5. 在种植大豆和干豆之前终止黑麦的最佳时间取决于土壤的水分含量和土壤类型。黑麦终止时间越晚，覆盖作物的效益就越大。但是，在气候干燥的时候，种植黑麦会减少水分含量从而增加经济作物收成不佳的风险。比如，在卡灵顿，每三年就会遇到一次表层土壤水分不足的情况，如果黑麦直到菜豆种植前才终止而不是提前两周终止，菜豆的产量会减少22%至26%。

6. 如果种植绿色作物，比如大豆，会因为缺铁变得蒌黄。原因是黑麦摄取土壤氮和土壤干燥使得土壤碳酸氢盐活性降低。

7. 干燥的土壤以及砂质土壤需要至少提前两周终止黑麦生长。

8. 如果在经济作物耕种时终止，任何预备的苗前除草剂也要燃尽。

9. 对于有机系统，可以使用滚刀式揉切机来终止黑麦生长，但这仅在黑麦处于花期或更晚时才有效。提前终止只会杀死延伸的茎，但之后茎仍能从植物基部长出。在过去的几年中，北达科他州中部的黑麦花期发生在5月的最后一周至6月中旬之间，等到黑麦花期才播种经济作物会错过播种的最佳时期。大豆也可以在终止之前免耕种在尚未收割的黑麦中。

图2：终止时间影响残留黑麦生物量。经济作物种植前两周终止了生物量最少的小块黑麦地。每隔一周终止剩余地中的一块，最后一次终止发生在大豆播种后两周。照片中的每块地都是用相同方法处理的。

黑麦覆盖作物作为草料

    黑麦的草料价值与其他谷物类草料类似，在仍有生长力时切碎或作为牧草投喂。

    在根部牢固建立之前，不要开始放牧，以避免黑麦被连根拔起。春季种植可能会受到限制，因为黑麦再生长和种植经济作物之间的时间很短。黑麦可以在任何阶段被晒干作为草料，随着黑麦的成熟，产量会增加但质量会下降。

    小粒谷类作物中，可消化的养分随着谷粒形成而增加，因此，干草的营养价值最高的时候是在蜡熟初期。但是等到了这一阶段，经济作物就会来不及种植，除非在黑麦后再种一轮草料。

    值得注意的是，黑麦抽穗后品质下降的速度比其他小粒谷类作物更快。因此，如果计划是在春季末至夏季初制成干草，可以选择其他小粒谷类作物，例如春季的黑小麦，饲用燕麦和大麦。

黑麦的病虫害

   北达科他州的黑麦最常见疾病包括叶锈病（Puccinia recondita f.sp. secalis），麦角病（Claviceps purpurea）和小麦赤霉病（Fusarium graminearum）。叶锈病菌在北达科他州不能越冬，通常在黑麦生长后期才会发现。值得注意的是，黑麦的叶锈病菌不会感染小麦，硬粒小麦或大麦（图3）。

    黑麦十分易感麦角菌。在授粉过程中，孢子会感染子房。因此，麦角病只有在作为黑麦谷物时才会出现，而不会对作为草料和黑麦覆盖作物（在抽穗期终止）产生影响。

    麦角的寄主范围很广，包括小麦，硬质小麦和大麦。麦角菌硬粒是可以越冬的结构，并含有生物碱，摄入会导致人类和其他动物患病。

小麦赤霉病通常出现在天气温暖潮湿的抽穗期和开花期，这可能会导致产生感染镰刀菌的种子。这些种子携带了呕吐毒素并且会降低发芽率。

   黑麦也容易感染WSMV和WCM。通过WCM将WSMV从黑麦传播给其他易感小粒谷类作物的可能性相对较低。但在以黑麦为覆盖作物的田地附近，仍然需要避免迟种春小麦（或者避免早种冬小麦）。

图3: 北达科他州种植的大多数黑麦品种，通常在种植季后期才能发现叶锈。

黑麦作为杂草综合治理的一部分

    黑麦是许多有机系统中控制杂草的重要组成部分。黑麦通常可以降低农艺系统中许多常见杂草的密度和生物量，但是它不能代替传统的除草剂程序来完全控制杂草。美国玉米带，中南部和东部地区都研究证明黑麦在免耕大豆系统中控制杂草的意义。

    以每英亩45磅或更高的比例播种黑麦，可以减少东部玉米带中春季和秋季小蓬草的发芽密度。几项研究评估了黑麦对苋菜藤子和长芒苋管理的益处。与小蓬草相似，黑麦也可以降低这两个重要的杂草的密度和生物量，但不能完全控制任何一种杂草。

    对多类杂草对多种除草剂免疫的地区，黑麦可以成为重要的综合工具来抑制这些杂草并允许在出苗后及时施用有效的除草剂。

    黑麦通过竞争和化感作用相结合来抑制杂草。黑麦生长旺盛时，可以很好地控制一些除草剂抗药性杂草，例如狐尾草、地肤和小蓬草。

    黑麦对其他有问题的杂草也有一定的抑制作用，例如苋菜藤子，绿色和黄色狐尾草以及常见的豚草。但一些物种相对不受黑麦抑制的影响，包括豆科和薄荷。

    黑麦达到花期后，除了遮挡阳光外，就不再有杂草抑制作用。通常，抑制的杂草能够在黑麦存在的情况下发芽，然而，在黑麦花期之前，生长和发育都会受到严重抑制。

    黑麦覆盖作物可以减少苗前除草剂的需求，但它应被视为现有杂草处理工具的补充。现场考察以及时使用芽后除草剂，对杂草形成全季控制仍然是必要的。

黑麦抑制杂草需要均匀的植物间距和良好的生长条件。黑麦在终止后迅速丧失大部分杂草抑制的特性。在黑麦开花或终止后，可能还需要另一种杂草处理策略，尽管偶尔剩余的黑麦覆盖作物可以延长杂草种子发芽的时间。

黑麦营养循环

    黑麦可以在秋季从土壤中吸收氮，从而最大程度减少因淋溶或反硝化作用而流失到环境中的氮。因此，不建议在黑麦覆盖作物上施用氮肥。

    黑麦吸收的氮量将取决于它的生物量。生长阶段的黑麦含量为1.5％至3％的氮。因此，每1000磅黑麦生物量可以从土壤中清除的氮含量约为每英亩25磅。

    黑麦生物质释放氮的时间取决于土壤中碳氮的比例和其他因素。营养阶段黑麦内碳氮比为17-28：1。

    总体而言，这个比例有利于快速矿化和实现氮的释放。然而，北达科他州，威斯康星州以及其他中西部/大平原州最近的研究结果表明黑麦氮降解释放不会在下一轮作物中发生。

    一些证据表明，在干旱时期，氮是被粘土固定住的，释放可能非常缓慢。混交覆盖作物像黑麦，其他小粒谷物作物以及阔叶覆盖作物的碳氮比都不是向后续作物释放氮的标准。

    图4汇总的数据来自一项试验，该试验是把玉米种在一个每英亩有着4000磅以上混交覆盖作物的农田里，覆盖作物种在2016年的冬小麦后，包括自生冬小麦，饲料萝卜，亚麻和豌豆。覆盖作物处理中，实现免覆盖作物零施氮量所需的氮量大致为覆盖作物吸收的氮量。

图4 上季是混交覆盖作物，含氮率对随后玉米产出的影响

总结

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    黑麦具有许多特性使其成为北达科他州覆盖作物的理想选择。种植黑麦的最佳管理方法将取决于种植覆盖作物的目的和后续经济作物。对农业生产者而言，种植间隔分布一致，冬季土壤结冻前以及春季终止前生产足够的生物量都是重要目标。播种率应根据播种日期，播种方式以及是否与其他作物间种进行调整。

    延迟终止以积累更多生物量与提前终止以最大程度地减少对后续经济作物的潜在产量影响之间的平衡需要仔细考量，尤其是在春季降雨有限的情况下。虽然已经建立的黑麦覆盖可以减少杂草的出现和生长，常见种植系统中，仍需要除草剂来控制杂草。

    黑麦具有从土壤中摄取大量氮的能力，有效避免了氮流失，但这些氮不会立刻为下一轮的经济作物所用。