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哪些绿肥更好?最佳禾本科与十字花科植物盘点

在不同大陆和气候区,回答“哪些绿肥更好”这个问题会有所不同,但有一些绿肥几乎在所有地方都表现出色。从广义上讲,绿肥可以分为豆科和非豆科植物。每个类别都有其特定功能、特点以及某些不足之处。

一年生黑麦草 一年生黑麦草

本文将盘点最佳禾本科和十字花科的绿肥,下一篇我们将探讨 最佳豆科绿肥 。关于信息来源,请参阅文章末尾。

绿肥的作用与目的

绿肥的作用与性能

表中的某些参数可能受到季节的影响。单位保持原始格式(暂未更改)。非豆科植物生物质中的氮含量未进行评估,因此该列为空。详细的图表解析在 这里

传统使用的非豆科绿肥包括:

  • 一年生禾本科作物(冬季和春季种植,如黑麦、燕麦、大麦,以及伪谷物如荞麦)。
  • 一年生和多年生饲草(如黑麦草、黍草、高粱及其杂交品种)。
  • 十字花科作物(如芥菜、紫云英、油萝卜、油菜、芜菁、芜箐、白菜、小白菜以及芝麻菜等)。

非豆科绿肥的主要目的包括:

  • 部分弥补前一轮作物吸收的氮和矿物质。
  • 防止水土流失和风蚀。
  • 积累腐殖质并恢复土壤肥力。
  • 抑制杂草生长。
  • 提供活体覆盖作为绿色覆盖物。

禾本科和谷物绿肥

一年生谷物作物作为绿肥广泛种植于多种气候区和农业体系中,可用作冬季或春季作物。播种时间从8月底持续到整个秋季,取决于气候条件。冬季绿肥在霜冻前能形成良好的根系生物质,并在春天早早长出绿色部分,抢先于杂草发芽。

禾本科植物和其他草类的生物质含有比豆科更多的碳。由于含碳量高,这些草类分解得更慢,与豆科相比,它们更有助于累积腐殖质。随着植物成熟,碳氮比增大,含碳物质较难被土壤微生物快速分解,后续作物无法完全吸收其残留物中的营养。然而,缓释肥效也有其优点。

最佳禾本科和谷物绿肥品种:大麦、燕麦、黑麦草、黑麦、荞麦。

禾本科与十字花科绿肥的特性

表格说明:RВ - 早春,PЛ - 晚夏,РО - 初秋,O - 秋季,З - 冬季,В - 春季,РЛ - 初夏。Х.С. - 耐寒,Т.Л. - 喜暖,Х.Л. - 喜寒。П - 直立生长。抗性:空心圆 - 弱抗性,实心圆 - 极佳抗性。

大麦作为绿肥

种类:冬季和春季种植。
功能:防止侵蚀,抑制杂草,吸收过量硝酸盐,恢复腐殖质。
可搭配混种:一年生豆科植物、黑麦草、小粒谷物。

大麦“狐尾” 大麦“狐尾”

大麦是一种成本低且易种植的绿肥。它可以在干旱半干旱地区以及轻质土壤上提供侵蚀控制和杂草抑制作用。作为轮作的一部分,可以保护作物和土壤免于退化,还能净化盐碱土壤。它是恢复受侵蚀区和杂草丛生地块、改善土壤通气性的绝佳选择。大麦适合干燥凉爽的地区。

大麦在其他谷类尚未长出足够生物质的地方可以迅速生长,且比燕麦和小麦具有更高的饲用和营养价值。它生长周期短,结合了草类和谷物绿肥的优点。大麦比草类积累更多氮,并含有抑制杂草的化感物质。一些研究证实,大麦显著减少飞虱、蚜虫、线虫等害虫的数量,同时吸引有益捕食性昆虫。 种植:在沼泽土壤上生长不佳,但能很好地忍受干旱。最适宜在壤土或轻质黏土地上生长,尤其适用于光亮、干燥、碱性的土壤。大麦有许多适应当地气候的品种。可以冬播(至11月前播种)或春播。播种深度为3至6厘米,需确保土壤湿润。在与豆科植物混播时表现较好(为豆科植物提供支撑),也可与草类植物混播。有一种经过验证的混播组合是燕麦/大麦/豌豆(由有机农民杰克·拉佐尔,位于佛蒙特州韦斯特菲尔德推荐)。白芥子不可与大麦混播,因为大麦对十字花科植物有极强的化感作用。

翻耕:作为一种谷物绿肥,大麦需在形成节杆前割下并立即翻入土壤进行处理。

黑麦草绿肥

类型:多年生及一年生禾本科草类。
功能:防止侵蚀、改善土壤排水和结构、积累腐殖质、抑制杂草、积累养分。
混播搭配:可与豆科植物和其他草类混播。

黑麦草是一种快速生长的草类,几乎能适应所有有充足水分的地区。能够积累多余的氮,并保护土壤免受侵蚀和杂草侵害,同时提高灌溉效率。黑麦草是建立疏松肥沃土壤层的优选作物。其植株具广泛且细密的根系,能快速在岩石地带或过度湿润的土壤中扎根。生长迅速,能抑制并超过杂草的生长。割下的黑麦草可作为其他花园部分的覆盖物使用。即使在无雪保护的环境下也能很好度过冬季。黑麦草还能防止冬季氮流失。它几乎不吸引害虫,但可能受到茎锈病和一种特殊线虫(Paratylenchus projectus)的侵害。

种植:黑麦草更适合在肥沃的、排水良好的壤土或沙质土壤中生长,但在石质或贫瘠的土壤中也能表现良好。能容忍过度湿润的土壤和黏土。在松软土壤中播种效果最佳,并通过第一次灌溉促进种子渗入和良好发芽。应在首次持久霜冻前40天播种。黑麦草可在茄科植物开花时直接播种。春季播种可在第一茬早期作物收获后进行,需保证6到8周的生长周期。在干旱或贫瘠土壤的极端高温环境下,黑麦草表现较差。

翻耕:应在开花期翻入黑麦草,割草并不会杀死这种植物。在黑麦草翻耕后,需要推迟种植其他作物2至3周,以便其绿色部分充分腐解并开始释放氮元素。

燕麦作为绿肥

类型:一年生禾本科作物。
功能:抑制杂草、防止侵蚀、积累腐殖质。
混播搭配:搭配三叶草、豌豆、野豌豆及其他豆科和禾本科作物。

燕麦绿肥

燕麦是一种价格低廉的优质绿肥作物。它能迅速积累生物量,并在绿肥混播中提高豆科作物的生产力。燕麦能柔和地覆盖土壤,保护土壤免受风蚀和水蚀的影响。冬季燕麦在秋季与豆科植物翻耕后能固定氮,并帮助豆科植物安全过冬。燕麦不吸引害虫,同时对杂草及某些作物具有化感作用,因此在翻耕后种植经济作物前需间隔2至3周。

种植:冬季燕麦应在8月底或9月初播种,或在首次霜冻前40至60天播种。然而,在所有禾本科作物中,燕麦的抗寒性最低。为保证有效萌发,需要充足水分且不宜过高温,因此早春播种比冬季播种更受农民欢迎。在生长过程中可随时进行割草。

翻耕:在抽穗前需将燕麦翻入土壤,并切断5至7厘米深的根系。燕麦分解速度较快,但由于其对莴苣和豌豆有化感作用,因此应在翻耕后保持两周间隔再种植作物。相比黑麦,燕麦在翻耕时更易处理且腐解速度更快。

需要注意的是,燕麦会积累较多钾,导致土壤贫钾,因此燕麦需要就在其种植的区域进行翻耕,以补偿钾的损失。与十字花科植物相比,燕麦在杂草抑制、害虫防治及氮固化方面的效果较弱。黑麦比燕麦更具优势,但种植及翻耕难度更高。作为豆科植物的互补作物,燕麦是最佳选择。

黑麦

类型:冬季和春季作物。
功能:抑制杂草、改善土壤结构、积累有机质、防治害虫。
混播搭配:与豆科植物及草类混播。

黑麦

黑麦是所有禾本科作物中最耐寒的。其根系十分发达,能有效防止硝酸盐流失。黑麦作为一种价格低廉的禾本科作物,在贫瘠、酸性和砂质土壤中表现出超群的产量及耐受性。黑麦能将深层土壤中的钾元素转移到表层土壤中(Eckert, D. J., 1991, 《使用黑麦作为覆盖作物的免耕农田土壤化学属性》, Soil Sci. Soc. Am. J. 55:405-409)。此外,黑麦还能起到储雪作用,提高土壤排水能力,防止陡坡地区的风蚀及水蚀。黑麦是丰富的有机质和秸秆来源,能显著减少杂草密度(78%-99%,数据来源:Teasdale, J. R. 等,1991,《杂草对耕作及覆盖作物残留物的响应》, Weed Sci. 39:195-199)。虽然易受到禾本科害虫侵害,但也有吸引捕食性昆虫的优势。与燕麦类似,黑麦能改善湿涝土壤的整体状况。 栽培:黑麦的播种深度不应超过5厘米。从八月底到十月可以开始播种。春季播种较少,因为黑麦在扎根和生长早期需要大量水分。如果土壤潮湿,黑麦是最佳选择。黑麦残留物中的氮矿化速度非常慢,其生物质的分解也同样缓慢。在炎热地区,燕麦和大麦比黑麦适应性更好。

耕作:当黑麦生长到30厘米时,需要将其从根部割下。在田地里,可以用机械设备将成长到50厘米的黑麦翻入土壤。由于其青绿的生物质和根系都相对坚韧,因此手工处理时,如果任由其生长,会带来些许麻烦。在某些地区,黑麦被留在作物的行间以保护其免受风害。

荞麦作为绿肥

类型:阔叶类伪谷类作物。
用途:活覆盖、抑制杂草、蜜源植物、促进土壤生成。
混合种植:高粱-苏丹草。

荞麦绿肥

荞麦作为绿肥是一种生长迅速的作物,具有分解和氮矿化周期较短的特点。从种植到成熟仅需70-90天。不仅吸引传粉昆虫,还能吸引有益的天敌,同时易于翻入土壤。它在谷类中最擅长积累和矿化磷,并有特殊的根系分泌物,能将土壤中的矿物质转化为植物可吸收的形式。荞麦适合在湿润、凉爽的环境生长,对干旱及过于密实的土壤较为敏感。它能在贫瘠和盐碱土壤、以及从林地开垦的土地上茁壮成长,是著名的蜜源植物,也是有益天敌的“诱捕器”。

栽培:荞麦适合轻质、中等质地、砂质壤土、粘壤土和淤质土壤,不适合在石灰质土壤上生长。极端高温会导致其萎蔫,但短期干旱过后,荞麦能快速恢复。荞麦种子在3到5天内即可发芽,并且在割后能够再次生长。美国农民常采用三轮轮作荞麦的方法处理原生地或“贫瘠”土地,然后重新种植农作物。荞麦在种植后一个月开花,花期长达10周。

耕作:在荞麦开花后7-10天内将其翻耕,以免其变成杂草。需要注意的是,荞麦的种子成熟并不均匀。荞麦生物质分解迅速,之后可以立即种植经济作物,不会有化感作用影响。作为绿肥,荞麦在磷的积累方面比大麦高三倍,比黑麦高十倍(黑麦是谷类中磷积累最少的作物)。

谷类绿肥的主要缺点在于氮的积累相对少于豆科作物。许多草类容易成为抗除草剂(如草甘膦)的杂草(通过育种获得该抗性的品种)。如果需要对抗抗草甘膦的杂草,还可以使用氯磺隆。

苏丹草或苏丹高粱

类型:一年生植物
用途:松土、促进土壤形成、生物熏蒸剂。
混合种植:荞麦、匍匐豆科植物。

高粱

苏丹高粱在翻耕后会为土壤提供大量有机质。这是一种高大的、快速生长且喜暖的一年生植物,不仅能抑制杂草,还能抑制某些线虫种类,并深入到土壤深层。苏丹高粱是收获豆科作物后的最佳绿肥,因为它消耗大量的氮,其叶片上的蜡质覆盖可以抵御干旱。

苏丹高粱是高粱与苏丹草的杂交品种。虽然两者分别作为绿肥单独使用,但杂交品种具有更多优势,如抗旱性和抗寒性。

其根系具有侵略性,是一种天然的土壤充气剂。在短割后,其根系强度和分支能力会增加5-8倍!苏丹草的茎直径可达到4厘米,株高达3米。在这样的绿肥面前,杂草几乎没有存活的机会。

苏丹高粱的根系会释放特殊的化感物质——苡酮(sorgoleone),这是一种可以与合成除草剂抗衡的天然除草剂。此物质在发芽5天后即开始释放。苏丹高粱对以下杂草具有显著的化感效果:翅石菟、狗尾草、绿狗尾草、虾须草、苋草、豚草等。同时,它也会对经济作物产生一定影响,因此必须在苏丹高粱翻耕后与作物播种之间保持一定间隔。

在收获后的土地上种植苏丹高粱,是破坏多种病害、线虫及其他害虫生命周期的绝佳方式。

苏丹草

由于其庞大的生物质和深层根系系统,苏丹高粱在一年内即可恢复贫瘠及压实土壤的肥力。它是排干黏质湿土的最佳绿肥,这种土壤往往曾受到重型机械的反复碾压。这种方法广泛应用于美国东北部地区的农场,在那里频繁的降雨迫使农民在潮湿土地上种植农作物。

栽培:苏丹高粱适合种植在温暖湿润且土壤pH值中性的环境中。最佳生长温度为18-20摄氏度,耐受夏季高温。种子覆盖深度不超过5厘米,可以行播或撒播,每10平方米撒种2公斤。它对土壤要求不高。晚播可以在第一次霜冻前2个月进行;如果霜冻前7周种植,则无需进行翻耕,抗寒品种可持续生长直至连续低温霜冻来临。 在夏末或春天收获高粱-苏丹草之后,播种豆科作物以补充氮元素。在晚熟作物种植前的春天种植豆科作物,以确保翻耕后的有机肥能够分解。美国农民在马铃薯和洋葱田地里每三年种植一次苏丹草,并搭配豆科作物,以治疗土壤中的害虫问题和补充腐殖质。据记录,马铃薯的产量得到了提高。在加利福尼亚,苏丹草被种植在葡萄园的行间,以减少阳光对葡萄的灼伤。

翻耕:割草的间隔可为一个月。第一次割草应在苏丹草开花前进行,此时绿叶多汁且易于翻耕——其茎秆高度达到80厘米时即可翻耕。在这一阶段,苏丹草可以完全被翻埋。如果苏丹草完成了整个生长周期,其杆茎会木质化,此时翻耕将变得极其困难。在这种情况下,可让其越冬——根部需要腐烂到80%。如果割草,绿色草料则可用于覆盖其他种植田或者作为堆肥材料。割草时不要低于15厘米。据观察,每季一次的割草对植物是最优的。

苏丹草的分解时间很长,特别是在没有翻埋的情况下。对线虫的影响仅在直接翻埋新鲜绿质且其尚未达到抽穗阶段时显现。对于引导害虫如蛴螬和马铃薯线虫,油菜比高粱-苏丹草杂交种更有效。此外,高粱本身也有害虫,如玉米蚜虫。

某些杂交品种因含有氢氰酸而不适合作为牲畜饲料。

十字花科的绿肥作物

十字花科植物满足所有绿肥的需求:生长速度快、生物量丰富且多汁,拥有庞大的细根网络,能够抑制杂草、真菌、蛴螬和线虫,以及疮痂病等。某些十字花科作物,如白萝卜(大根),其根系能比其他绿肥更有效地穿透粘土层,并在冬天留在地里腐烂后生成大量腐殖质。在收获后残留的氮通过种植芥末得以固定,因为芥末可以迅速生长绿叶。没有使用绿肥的话,这些氮将以氨气形式流失,但芥末能将其连同其他养分一起返回土壤中。

芥末绿肥 芥末田地

虫害的抑制可能与芥菜素(一种我们通常偏爱芥末味的神经毒素)的破坏以及其转化为异硫氰酸盐有关,而这种无机形式的化学物质被成功用作杀虫剂和种子处理剂( 研究链接 )。与油菜一起播种的芥末效果更显著。许多积极的观测结果已被美国土壤科学家记录下来,相关文献链接可参见 此书 。相比制作好的化学药剂,绿肥的熏蒸作用较为温和,因此只依靠绿色肥料来抗击害虫并不现实。

油菜 油菜

十字花科绿肥作物对杂草的抑制作用主要得益于其快速生长和形成“冠盖效应”,即绿肥的覆盖能力极强。此外,在秋天翻埋的分解残渣的化感作用也起重要作用。芥末和油萝卜能够抑制荠(择食荠菜)、草木犀(苋科或猪草)、毛状狼尾草、刺繁缕、草籽刺果植物等等。

种植:大多数十字花科植物在酸碱度5.5~8.5的排水良好的土壤中生长良好。过于潮湿的土地,特别是在生根阶段,将不适宜(黑麦对此耐受性更强)。秋播需尽早进行,但有一个通用原则——不迟于霜冻前四周播种。播种时土壤温度不低于7℃,且播种后一周内也应保持这一温度。某些冬季油菜能够耐受-10℃的低温并持续生长。

可在豆科作物已生根后间作芥末,但不适宜混播——十字花科的绿肥可能生长过快,从而抑制其他植物的生长。顺带一提,我们传统上种植的是白芥,而美国的研究中更常见的是白芥和棕芥的混合种植,其中棕芥占较大的比例。

翻耕:十字花科绿肥作物可在任何生长期翻耕,但最适合的时间是开花初期至中期,因为此时植物的生物量达到峰值。多余的部分可以添加到堆肥中。晚秋翻埋的芥末在早春会释放氮素,为最早期的作物种植做准备。

白萝卜(大根) 白萝卜(大根)

芥菜和芥末需要额外供应氮与硫。为什么需要硫呢?植物通过硫生成具有抗真菌作用的精油及芥菜素。对于所有十字花科植物而言,硫与氮的最佳比例为1:7。我之前提到过,在绿肥作物下施入矿质肥料效果很好,因为它们会将分解过程中积累的养分以螯合态形式释放回来(这种说法如今很流行,但在这里用得很恰当)。芜菁和萝卜类作物能够吸收磷,并通过根系分泌物使磷更加易于被利用。

晚秋翻埋的芥末将在早春开始释放氮素,这正适宜首次种植作物的需求。在碳含量和分解速度方面,十字花科植物介于禾本科和豆科之间。

十字花科绿肥的缺点

十字花科绿肥的主要问题在于无法抵御十字花科跳甲。绿肥与十字花科作物的常见病害对种植地点有所限制。

十字花科跳甲 十字花科跳甲

黑芥具有较低的发芽率,但经过层积处理后会在第二年萌发,从而变成杂草。油菜中含有芥酸和葡糖异硫氰酸酯,这些物质会引发牲畜的消化问题。尽管育种已经将芥酸含量降低至2%,但仍不建议为牲畜种植油菜。此外,冬油菜还会吸引某些线虫,这些线虫会在其根部过冬。

绿肥的缺点

如果您需要选择适合的绿肥或混合肥,可以参考文章 《哪种绿肥更好以及如何选择》

参考文献

本文基于美国农业部国家食品与农业研究所和马里兰大学“可持续农业”项目的材料撰写。我之所以采用他们的研究成果,是因为其每一条结论都有可查验的研究佐证,且大部分文献公开可查。您甚至可以直接联系曾参与田间实验的农民,通过电子邮件提问。这并不意味着这些内容是“最终真理”,但我非常欣赏这种研究方法。

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