最佳绿肥综述的续篇。上一篇文章讨论了 禾本科与十字花科 : 类型的总体特点以及几种最有效的绿色肥料的详细内容。这一篇将解析豆科绿肥。
常用的豆科绿肥包括:
- 冬作物和一年生(羽扇豆、绯红三叶草、毛苕子、野豌豆等)
- 多年生豆科作物(红三叶草、白三叶草、羽扇豆、苜蓿、紫花苜蓿)。
- 两年生豆科作物(香草苜蓿)。
豆科绿肥的主要用途:
- 固定和积累大气中的氮气。
- 防止土壤侵蚀。
- 生产有机质,将其返回土壤中。
- 吸引有益的捕食性昆虫。
豆科绿肥与其他绿肥有何不同?
豆科植物与特定细菌(根瘤菌)形成了共生关系。这些固氮的根瘤菌能够吸收空气中的氮气,并分享给其固定在根部的植物。
豆科植物在其绿肥能力方面存在很大差异。教授多夫班在其关于狭叶羽扇豆生产力的专著中( 1 )指出,狭叶羽扇豆具有最高的固氮能力(空气中的氮气高达生物质总氮量的95%)。以下将详细介绍羽扇豆。
秋季播种的豆科绿肥主要在春季积累大量的生物质。播种需要早于谷物作物,使豆科植物在冰冻前能够扎根。多年生和两年生的豆科绿色肥料可以与多种作物轮作生长,例如种植在作物间的行间。通常豆科植物的碳氮比低于禾本科植物,因此分解速度更快,并且与高碳含量的植物相比几乎不会显著增加土壤的腐殖质量。
豆科与禾本科绿肥的混合种植结合了两者的优势,包括生产生物质、固氮、抑制杂草以及防止土壤侵蚀。
绯红三叶草
别称: 绯红、意大利、覆盆子、肉红色三叶草。
类型: 多年生、一年生。
用途: 大气氮源、土壤改良剂、防止侵蚀、生物覆盖(特别是在作物间行覆盖)、饲料作物、蜜源植物。
搭配: 禾本科植物、黑麦草、红三叶草。
由于其快速且稳定的生长,多年生绯红三叶草为早春的作物提供氮肥,同时抑制杂草。在北美,它作为饲料作物和抗践踏的绿色肥料非常受欢迎。它在与其他三叶草或燕麦混种中表现优异。在加利福尼亚,绯红三叶草被种植于果园和坚果种植区,这是因为其是一种耐荫的绿色肥料。绯红三叶草的花朵也为有益捕食性昆虫提供了庇护所。
种植条件: 喜欢沙质壤土、排水良好的土壤。在酸化严重的、重粘性或湿涝的土壤上生长不良,容易生病。生根的三叶草在较冷和潮湿的环境中能够很好发育。缺少磷、钾以及pH值低于5.0时,将无法进行氮固定。冬季播种需在第一次霜降前的6-8周进行。春播则应在天气完全转暖且霜冻风险解除后进行。三叶草发芽不均匀,其坚硬的种子需要充足的水分方能发芽。
翻耕: 在花蕾初期割草会杀死植物。其根系在翻耕期间不会带来问题。在结果后期的开花阶段,氮含量达到最高。翻耕后需等待两至三周再种植作物,因为豆科植物会增加土壤中分解有机物的特定细菌(如根腐菌和疫霉菌)的浓度。这些细菌在活跃时期可能会对新种作物造成威胁。
毛苕子绿肥
别称: 毛苕子、大胡子豌豆。
类型: 冬季作物、一年生、两年生。
用途: 氮源、抑制杂草、改善土壤排水和疏松性、防止侵蚀、有益昆虫庇护所。
搭配: 三叶草、荞麦、燕麦、黑麦及其他禾本科植物。
很少有豆类能够与毛苕子在氮的贡献和生物量的生产上相媲美。这是一种耐寒、适应性广的豆科作物,其根系甚至在冬季仍持续生长。如果没有其他作物支持,毛苕子的植株高度通常不会超过90厘米,但如果将其藤蔓解开,长度可以达到3.5米!虽然处理丰富的毛苕子生物质可能是一个挑战,但在除草和固定大气氮方面,它几乎无可匹敌。正因如此,毛苕子在美国的农田中被广泛用作绿肥(有大量出色的田间研究支持其效果)。
毛苕子由于其多汁的绿色植物,无论作为活体覆盖物还是被翻入土中,都能有效保持土壤水分。马里兰研究所的一项对比研究表明,毛苕子是最具经济效益的豆科植物(在种植玉米前进行的测试),超过了红三叶草和奥地利豌豆(Lichtenberg, E. et al. 1994. Profitability of legume cover crops in the mid-Atlantic region. J. Soil Water Cons. 49:582-585.)。毛苕子能够节省化肥和杀虫剂,通过改良土壤、提供螯合氮、促进土壤微生物生长及覆盖抑草,提高后续作物的产量。
毛苕子的纤维状根系非常发达,这为水分进入土壤深层形成了大孔道,在植物残留分解后尤其显著。在不需要保存水分的地区,可以使用绿肥混播,例如燕麦与毛苕子的组合已成为一种经典且可靠的方案,同时也可加入黑麦。
毛苕子产生的腐殖质较少,因为其分解速度快且几乎完全分解(其碳含量较低,与大多数豆科植物相似)。碳氮比为8:1至15:1,而黑麦的碳氮比则为55:1。毛苕子比其他豆科绿肥更耐干旱。
毛苕子通过其旺盛的春季生长有效抑制杂草生长。虽然其对作物植物的化感作用较弱且安全,但对于杂草来说,它会形成浓密的遮阴覆盖层。黑麦、红三叶草与毛苕子的混播能实现最优的杂草控制效果,还能更好地防止水土流失,并提供更多的氮。混播中的黑麦还为毛苕子的藤蔓提供支撑作用。
毛苕子比三叶草积累更多的磷,因此给其施肥是有意义的,稍后它会将这些养分回馈给后续的作物。
种植方法:毛苕子喜欢土壤pH值在6.0到7.0之间,能在pH值为5.0到7.5的土壤中生存。播种需要在湿润的土壤中进行,因为干旱条件会抑制其发芽。播种时间灵活,可在霜冻前30-45天进行以便春季早期萌发,也可在春季早期或7月份播种以便秋季翻入土中。毛苕子对磷、钾和硫的需求较高。毛苕子可间种于玉米和向日葵中(需确保向日葵已长出4片真叶,以免被其覆盖)。
黑麦与毛苕子的混播能中和两种绿肥的影响,这种混合型绿色肥料既能固定多余的氮和硝酸盐,又能防止水土流失,并有效抑制杂草。
春季播种的毛苕子其产生的生物量少于秋播。
翻入土中:毛苕子的翻耕方式取决于其目标。将毛苕子的生物质深翻入土壤能提供最多的氮,但却劳力密集。如果将植株残留保持在土壤表面,则能保持水分,并在3-4周内抑制杂草,但地上部分的氮会有显著损失。毛苕子越接近成熟,氮含量越高,但其处理和翻耕也越发困难。在开花阶段于地面修剪毛苕子,可有效终止其生长。秋播的毛苕子无需过多干预,而春播的毛苕子通常不允许生长超过两个月。
红三叶草作为绿肥
其他名称:中红三叶草、六月三叶草、早花型、猛犸三叶草。
类型:冬季作物、两年生、多年生;分为早花型和晚花型。
功能:氮来源、土壤改良、杂草控制。
红三叶草是一种可靠、经济且易得的绿色肥料,是现代农业中最受欢迎的氮固定植物之一。它能够松化并改善壤土,同时固定大气中的氮气。作为绿肥,红三叶草常用于夏季作物种植前的耕种。它能在各种壤土和黏土上生长,即使是在排水不良或贫瘠的土壤上。红三叶草在减少氮肥使用方面具有很大的潜力(Stute, J. K. and J. L. Posner. 1995b. Synchrony between legume nitrogen release and corn demand in the upper Midwest. Agron. J. 87: 1063-1069)。它比其他豆科植物更耐踩踏和虫害。红三叶草具有极强的耐阴性,是果园中的理想选择。
红三叶草能吸引有益昆虫并为它们提供栖息地。不同品种的红三叶草在生物量产量和成熟速度上有所差异。晚花型猛犸红三叶草生长速度较慢,且对割草敏感;中红三叶草生长迅速,在生长第一年可割草一次,第二年可收割两次。红三叶草对磷需求敏感,能够从土壤深层将其吸收并储存,随后通过翻耕分解,为作物种植提供磷养分。 种植: 在凉爽的春天,红三叶草大约在第7天萌芽,比许多豆科植物更快,适合的pH值范围为5.5-7.5(适应广泛的土壤条件)。幼苗的生长速度比箭筈豌豆(紫云英)稍慢。不需要深埋(深度不超过2.5厘米)。考虑到其两年生的生长周期,最好种植红三叶草作为绿色肥料,因为在第二年的花期中期植物会最大限度地积累氮。它的生长寿命不超过5年,第二年植株能提供最多的生物量和氮素。种植三叶草的手法包括在积雪上直接撒播种子,在融雪时开始发芽。可以与肥料一起播种三叶草。红三叶草的积极生长需要空气温度不低于15摄氏度。
翻耕: 为了最大限度地积累氮素,红三叶草应在第二年春天花期的中期左右翻耕。也可以提前翻耕。在秋季种植蔬菜前,用割下的三叶草作覆盖物,但需避免种子成熟。夏季的割草会削弱红三叶草的生长,为秋季翻耕做准备——这一点在需要手动翻耕时尤为重要(因为三叶草在清理时较困难)。
三叶草常因自身优秀的播种能力成为杂草。它的寄生害虫包括一种可以附着在醋栗上的蜘蛛螨。
白三叶草
类型: 多年生,长寿,冬季一年生。
功能: 活体覆盖,防止土壤侵蚀,吸引有益昆虫,固氮。
白三叶草是一种极佳的活体覆盖物,适合种植在行间、灌木及果树底部。其密而细的根系不仅能保护土壤免受侵蚀,还能抑制杂草的生长。白三叶草喜生长于凉爽湿润的半阴或全阴环境,且在适度修剪下会生长得更好。根据品种不同,植株高度在15至30厘米之间。
白三叶草有许多栽培品种,最初是作为饲料作物培育的。它在含有丰富石灰、钾、钙和磷的土壤中表现最佳,但在不利条件下依旧比其他豆科植物表现出色。白三叶草的寿命长,与其匍匐根系有关,因此需要控制这种绿色肥料占据新区域的扩张。它极其耐践踏,可以恢复被踩实的花园或菜园小路和小径的疏松土壤。在根系发育阶段,其生长缓慢且密集,能在树荫下与其他作物和平共生,不与作物争夺阳光、水分和养分,并且对大多数除草剂具有抗性。
种植: 白三叶草能够忍受短期的洪水和干旱。它适应各种土壤,但更偏爱粘土或壤土。有些品种专为砂质土壤培育。在不利条件(如干旱、高湿度或植被竞争)下播种,需增加播种量。种植“过冬”的白三叶草,需在8月中下旬开始,以确保植株能在初霜前(不晚于40天)扎根良好。与牧草混播的白三叶草能降低豆科植物冻伤的风险。春季播种时,可与农作物一起种植。
翻埋/割草: 这种三叶草因其通过活体覆盖改善土壤的能力而被广为推崇,因此最好将草割至7-10厘米,留下未翻耕的绿色覆盖层。为了成功越冬,植株在初霜前必须生长到至少10厘米的高度。
如果需要在某个区域彻底移除三叶草,需要翻耕、连根拔除或使用耕作机。也可使用适当的除草剂。但频繁的割根并不能杀死植株。若想自行收集三叶草种子,需等大部分花头变为浅棕色时采收。
窄叶鲁冰花
类型: 一年生,多年生。
功能: 固定大气中的氮,维持和恢复土壤肥力,防止侵蚀。
问题: 发芽率低。
关于鲁冰花,白俄罗斯和俄罗斯的科学家撰写了大量研究。我将使用这篇 2006年的专著 以及К.И. Дов班所著《现代农业中的绿色肥料》中的数据,来描述窄叶鲁冰花。
在英语农学资料中,很少提到鲁冰花作为绿肥。紫云英和三叶草占据了主导地位。更多的是参考欧洲种植鲁冰花的经验。俄罗斯和白俄罗斯的科学家致力于这类豆科作物的选育和研究。关于鲁冰花品种的详细信息,可以访问 全俄鲁冰花研究所官网 。
鲁冰花的根系会分泌酶类,将难溶解的磷化合物转化为螯合态,供后续作物利用。鲁冰花的主根有松土功能,改善土壤的气体交换,同时避免养分的流失和有害物质下渗至地下水(这在过量使用化肥的情况下尤为重要)。鲁冰花对硫的需求较高,施加含硫肥料能显著提高鲁冰花的生物量产量。
К.И. Дов班指出,多年生鲁冰花的氮固定量达到每公顷385公斤,而红三叶草为300公斤,鲁冰花氮固定量比厩肥提高25%。
种植: 不适合在碱性土壤中生长(在碱性土壤中,欧芹表现良好,可以作为绿肥使用)。建议多年生品种在10月底播种,以避免在冬季寒冷前发芽。这是一种喜暖植物,但羽扇豆种子可在+2至+4°C下发芽,最佳温度为+9至+12°C。播种时,地温需至少达到+8至+9°C。以行播方式种植,行间距10-15厘米(也可达45厘米,这样利于每株植物更好发展,但清除杂草时较为困难),种子间距10厘米,播种沟深约4厘米。
幼苗能耐寒至-9°C,不需要外来授粉。羽扇豆不耐遮荫,日长直接影响其生长和结实效果。种子较小且有坚硬外壳,萌发较困难。工业规模上通常会对羽扇豆种子进行刻蚀处理;对于家庭播种,可用粗沙搓擦种子以提高萌发率。羽扇豆在持续的春季湿润条件下表现良好,并对生长激素表现出良好反应。这种植物适合湿润的草甸灰化土壤,多年生品种甚至能征服贫瘠、未经改良的土地(只要有良好的湿润条件)。
多年生羽扇豆强大的根系能穿透表层耕作层,吸收难以获取的磷酸盐、镁、钙和钾元素。无需额外施用矿物肥料(依据Dovban的书中描述,但相关专著中对肥料使用进行了详细阐述)。狭叶羽扇豆是一种相对早熟的豆科绿肥植物(生长期为88-120天,尽管在一些流行资源中普遍误称只有50天)。
在上述专著《狭叶羽扇豆产量》中深入阐述了豆科植物固氮的难题以及接种(人工感染种子和土壤根瘤菌)的低效性。若想更深入了解该主题,可以查阅原始资料。此外,K.I. Dovban的书中第108页浅显地介绍了根瘤菌的工作原理(该书可免费获取)。
翻耕: 一年生羽扇豆应在开花期间或接近末期翻耕。秋播的羽扇豆通常可生长足够的绿色生物质,用于晚种土豆或者番茄移栽的绿肥覆盖。多年生羽扇豆可在第一年的生长期进行割草,但并非翻耕,而是让根瘤菌定植并扩展根系。建议至少在第2至3年进行翻耕处理。为避免自播繁殖,可切除花序,或者更好地将羽扇豆割掉并埋入空闲的种植床中,也可覆盖到果树下,或者用作堆肥原料。
由于羽扇豆产生大量多汁的绿叶,用手工处理掩埋可能较为困难。若有园艺粉碎机和耕耘机,问题则可迎刃而解。
固氮植物列表
灌木: 金雀花、蜜香灌木、锦鸡儿、路易博士、狭叶沙棘。
花卉: 靛青、紫藤。
果树与块茎类作物: 安第斯块根豆、所有豆科植物、花生。
草本植物: 甘草。
树木: 桤木、刺槐(白刺槐)、角豆树、山茉莉、咖啡树、金链花、蜂蜜树、狭叶沙棘。
农业与覆盖作物(绿肥): 紫花苜蓿、蚕豆、风信子豆、天鹅绒豆、珍珠苜蓿、箭叶三叶草、巴兰莎三叶草、亚历山大三叶草、紫红三叶草、红三叶草、新西兰三叶草、白三叶草、地下三叶草、草木樨、豌豆草、牛豆、胡枝子、紫花苜蓿、野豌豆、冬豌豆、大豆、长豌豆、毛豌豆、野豌豆。
匍匐类: 野生豆、火红豆、落花生、豌豆属植物。