文摘
综合农畜系统一直声称拥有重要农艺和环境效益与专业相比,中小企业生产系统。然而,关注对牲畜的影响存在于集成系统导致土壤压实,从而减少水的渗透进土壤。这样的担忧加剧了更频繁的高强度降雨的预测预期的气候变化,这将增加地表径流和土壤侵蚀。一项研究进行了评估的影响残留管理、蹄交通频率、季节,和生产系统(如综合年度种植与多年生草)对入渗率从2001年到2008年在中央北达科他,美国。实施治疗没有影响渗透速率3、6和9年之后,研究机构,这意味着农业生产者不应该关心抑制渗透在综合年度种植制度,在冬季放牧。免耕的使用管理,再加上每年冻结/解冻和湿/干周期,可能授予一个固有的阻力变化在近地表土壤属性影响土壤水文属性。因此,应注意将这些结果应用到其他地区或管理系统。
1。介绍
农业生产的可持续性在北美大平原北部与降水的数量和频率是不可分割地联系在一起的。有效使用的沉淀和植物需要保留的移动水进入土壤,植被和土壤结构的影响1]。管理实践,要么删除植被或近地表土壤结构恶化缓慢渗透率(2,3]。慢的后果包括更大的地表径流,入渗率增加了侵蚀,减少现场的生产力。这样的结果可能是预测气候的变化,加剧了一个更有活力的水文周期预计将导致更频繁的高强度降雨事件(4]。因此,理解管理影响入渗率很重要,以确定潜在的外部环境影响以及农业生产的长期后果。
综合农畜系统一直声称提高农业生产力,环境质量,操作效率,相对于专业和经济性能,企业生产系统(5]。受益于农畜集成来自生产协同效应带来的使用牲畜饲料作物和农作物残留物,同时为作物生产从畜牧业废弃物获取营养。虽然许多属性综合农畜系统是积极的,有担心从牲畜蹄交通的作用在这些系统中影响近地表土壤条件,同时伴随着对土壤水文特征的影响(6]。
1999年,一个研究小组在USDA-ARS北部大平原研究实验室发起的一个集成的农畜研究旨在评估生产、营养和环境方面的过冬干饲养牛笼罩年度作物(7,8]。从2001年到2008年,入渗率以每年的春天和秋天在既定的治疗选择位置,与量化治疗的首要目的对近地表土壤水文特性的影响。具体而言,研究工作的目标是评估残留管理的影响,频率蹄交通,季节,和生产系统(如综合年度种植与多年生草)对入渗率一个集成农畜研究位于中央北达科他,美国。作为本研究的指导假设努力,我们假定多年生草地牧场可以转换为winter-grazed年度种植体系土壤水文属性没有不良影响。
2。材料和方法
2.1。网站和治疗的描述
研究地点是位于USDA-ARS北部大平原南部研究实验室研究站曼丹以南约5公里,北达科他,美国(lat。46 35°46′′′,长。20 100°54′′′)。土壤现场Temvik-Wilton淤泥这种(粮农组织:钙Siltic黑钙土;农业部:Fine-silty、混合、superactive寒冷的象征性的和Pachic Haplustolls)轻轻滚动高地斜率(大约2%)。Temvik和威尔顿被认为是土壤排水良好的基于USDA-NRCS排水类特征(9]。
1999年,两个6.0公顷冠麦草(Agropyron desertorum(费。链接)Schult。)牧场喷洒草甘膦(两次N——(phosphonomethyl)甘氨酸)在5月中旬0.7公斤人工智能公顷−1并转换为一个一年生作物序列燕麦/豌豆(燕麦属漂白亚麻纤维卷l . /Pisum一l .),黑小麦/草木樨(小麦×Secale cereale/Melilotus officinalisl .)和玉米(玉米l .)使用免耕种植技术。从2007年开始,作物序列作了修改,以燕麦/苜蓿(Medicagospp。) /毛叶苕子(野豌豆属摘要罗斯)/红三叶草(三叶草pratensel .),布朗中脉sorghum-sudangrass (高粱二色的l . Moench) /草木樨/红三叶草,和玉米。每个阶段的作物序列出现在两个牧场,每年担任复制。燕麦和黑小麦/高粱作物混合种植在中期5月底,6月初在玉米种植。所有作物进入约翰迪尔750免耕种植钻在19厘米行(约翰迪尔,风车式的,生病了)。在每年种植肥料应用在所有作物阶段尿素(70公斤N公顷−1对所有作物从1999年到2006年,35公斤N公顷−1燕麦和高粱作物混合物,70公斤N公顷−1在2007年和2008年对玉米)和磷酸二氢铵(6公斤N公顷−1P ha和11公斤−1每年对所有作物)。杂草管理使用出土前的除草剂后建议实践由当地农民。
oat和黑小麦、高粱作物混合谷物收获8月中旬到9月初用吸管机的结合,它创建了一个的秸秆、谷壳冬季放牧。饲料的玉米是9月下旬中期。作物范围是面向的方向平行于每个作物或作物混合(如燕麦、黑小麦、高粱、玉米)。每个作物或作物混合物分成三个管理治疗包括没有残留的去除(控制),去除残留的打包机(干草)和残渣去除通过放牧牲畜(放牧)(图1)。控制和干草的治疗被随机分配在每个作物或作物混合情节的一端,而放牧处理扩展在大多数图形区和由于后勤方面的考虑,不能随机分配与现场操作和牲畜管理有关。图区域内作物或作物混合控制为0.05公顷,干草治疗和治疗擦伤了1.69公顷。
包裹从种植作物残留物序列放牧治疗代表冬天饲料十4-6-year-old干培育赫里福德牛,将于3月下旬崩解。放牧在11月中旬开始和结束在2月中旬,燕麦作物混合擦伤了,黑小麦、高粱作物混合第二,和玉米。获得作物范围则由电动栅栏和便携式篱笆帖子,这允许放牧一种作物或作物混合。便携式栅栏在直角面向内大片农作物或作物混合,每天搬到为家畜提供新鲜的草料。一个避难所和喷泉位于每个牧场放牧内治疗。对于每个作物或作物混合,放牧是最接近住所和喷泉和扩展对控制和干草的治疗。因此,放牧的方向在作物或作物混合导致更大的牲畜交通接近住所和喷泉(粘土埃里克森,个人沟通)。
两个6.0公顷西方麦草(Pascopyrum smithii(Rydb)。爱)牧场作为多年生草治疗比较渗透每年出现治疗后的结果。星星草的牧场被用作冬季饲料从1999年到2002年的相同数量的牛同样按照上述管理。由于缺乏足够的饲料由于干旱在2002年和2003年,多年生草治疗干草2003年但不擦伤了。从2004年到2008年,多年生草治疗轻度放牧十赫里福德和安格斯牛从10月中旬到1月中旬。鼓励读者回顾先前的报道更多细节关于农作物和牲畜管理相关研究(7,8]。
2.2。渗透测试
渗透测量用单码道渗透计(10]。简而言之,测量是由插入一个铝环(即。,a 15 cm i.d. irrigation pipe cut to a 15 cm length) into the soil to a 7.5 cm depth and applying two separate applications of water within the enclosed space of the ring. The volume of water for each application was equivalent to a 2.54 cm depth (1 inch) within the ring. The time necessary for each application of water to infiltrate into the soil was recorded using a stopwatch. To adjust for potential differences in antecedent water content among treatments, only data from the second water application were used.
渗透测量在春季(4月)和秋季(10月)的2001/2002,2004/2005,2007/2008。测量的时机与作物被紧裹但不放牧和包裹后作物被擦伤了但不是重新种植。测量控制和干草治疗用9渗透计,面向随机在每个治疗但作物行。放牧处理在两个横断面测量的频率不同作物之间的步行交通也行。每作物带九渗透计(3)样被放置在一个垂直于大片大约100的住所和喷泉(代表高流量(HT))。类似样大约200成立的住所和喷泉(代表低流量(LT))。测量在西方麦草牧场镜像一年生作物的治疗,但用更少的渗透计(三个控制、干草和放牧蹄交通横断面)。
三个数据转换使用untransformed之前进行数据统计分析。分布的日志,平方根,逆矩阵,并以SAS untransformed数据评估使用Shapiro-Wilk测试来评估常态有限数量的观察(11]。所有四组数据结果显著,这意味着数据不是正态分布。
残留的影响管理、蹄交通频率季节,渗透速率和生产系统进行评估三,六,九年之后,研究建立在SAS PROC混合使用的一个重要标准(12]。测试效果被认为是固定的,而复制和他们的相互作用被认为是随机的。治疗方法计算在作物阶段。鉴于放牧残留管理治疗并不是随机分配在每个复制,谨慎行使时结果的解释。
促进有意义的比较,只有春天渗透测量数据使用除非另有规定。另外,步行交通的频率,控制和干草的数据处理组合代表一个没有交通治疗(NT)。同样,只有放牧处理的数据用于比较(即季节性影响。秋季和春季)渗透速率。
3所示。结果与讨论
牲畜的集成一个一年生作物序列(放牧)并没有显着影响的渗透速率与残留管理不涉及家畜(干草)或残留(控制)(图左2(一个))。然而数值,入渗率在放牧处理三方都低残留管理治疗3、6和9年之后,研究建立。尽管数值降低渗透利率在放牧处理(例如,大约5厘米的人力资源−12002年;图2(一个)),与潜在的径流的担忧是可以忽略不计的出现在这个网站5厘米降雨超过1小时时间预计将发生在一个历史的频率从10到25年13]。低收入和高频蹄交通区(LT, HT)拥有数值降低渗透利率比步行交通的区域排除(NT)(图2 (b));然而,蹄交通区之间的区别并不重要的任何一年。此外,入渗率在放牧处理没有秋天和春天之间差异2001/2002,2004/2005或2007/2008(图2 (c))。
(一)
(b)
(c)
渗透速度没有差异综合年度种植和多年生草地放牧系统的任何测量时期(表1)。因此,指导研究假设没有证明,表明多年生草的牧场可能转化为winter-grazed年度种植系统在不影响水的渗透到土壤里去的。
维护关键水文功能的农业生态系统是一个重要的属性影响农业生产力和环境质量。向更频繁的高强度降雨气候导致的变化对农业生态系统的水文功能构成重大挑战,反过来,农业可持续发展(14]。因此,预期的气候变化可能支持农业生态系统,可以有效地捕获和储存大量的水在土壤后强烈的降水事件。来自本研究的发现表明,综合年度种植系统利用冬季放牧可以适当适应一个更有力的水文周期从水捕获和存储的角度来看。这种适应源于管理系统能够承受的容量显著变化在近地表土壤物理性质会影响水渗透到土壤中,和之后,转换从多年生草。耐土壤物理状态变化的一个例子是表示通过处理对土壤容重的影响的大小,一般指标的土壤压实。内表面7.5厘米的土壤,土壤容重从未超过1.20毫克−3在研究过程中也与土壤容重值入渗率;;(数据未显示)15]。
务实,这项研究的结果表明,农业生产者不应该关心渗透综合年度种植制度中存在的问题,在冬季放牧。已经造成了严重的土壤压实冬季放牧牛,就表示通过入渗率明显降低。的组合管理、气候,edaphic-related因素可能是负责观察扰动土壤电阻改变治疗。
免耕转换的冠毛犬麦草牧场1999年年度种植可能被授予的关键一个固有的抵抗近地表土壤物理性质的变化引起的后续扰动从种植和放牧。没有耕作期间转换允许土壤物理性质(土壤结构、孔隙连续性和孔隙大小)保持不变。这种一致性在土壤物理状态转换可能是缓冲的关键土壤变化可能引起的株型的差异(年度作物与多年生草)或实现领域的活动(如喷涂、种植和蛛)的研究。
利用冬季放牧在这项研究在放牧的治疗可能会减轻潜在的土壤压实土壤通常从11月到3月冻结。深冬,没有解冻时期,土壤保持冷冻,不易压实,蹄流量。此外,土壤在北部大平原接受年度冻结/解冻和湿/干周期,该法案通过扩张/收缩裂缝压实土区土壤矿物质和水在土壤孔隙。这种自然改进过程已发现缓冲区放牧对近地表土壤压实的影响在北部大平原(16]。从蚯蚓隧道重大贡献,在综合年度种植制度(Jason总值、个人通信),也可以限制压实对土壤水分的影响通过创建大型biopores属性。
4所示。结论
水渗透到土壤被发现不影响管理综合年度种植系统中的扰动,使用冬季放牧的地方。一致的冻结/解冻和湿/干北部大平原的周期特征,加上免耕的使用管理,可能发挥了重要作用的结果的结果。因此,应注意从这个研究结果应用到其他地区或管理系统。结果从这项研究还是有价值的角度强调农业生态系统管理的重要性,以减少土壤水文功能的变化。这些属性可能是至关重要的在适应一个更有力的水循环预期的气候变化。
确认
作者欣然承认贾斯汀Hartel的贡献,马文•Hatzenbuhler和罗伯特Kolberg作物种植和蛛,粘土埃里克森,戈迪Jensen和Curt克莱因管理牛、约翰逊和约翰·布林格,詹森•格罗斯和冬青为协助渗透测量。美国农业部(USDA)禁止歧视的项目和活动的基础上,种族,肤色,国籍,年龄,残疾,而且,在适用情况下,性别、婚姻状况、家庭状况、父母的地位,宗教,性取向,遗传信息,政治信仰,报复,或者因为个人收入的全部或部分来自任何公共援助计划(并不是所有的基地禁止适用于所有程序)。残疾人需要的替代交流项目信息(盲文,大型印刷、录音等)应该联系美国农业部的目标中心(202)720 - 2600(声音和TDD)。歧视的投诉,写信给美国农业部,导演,民权办公室S.W.独立大街1400号华盛顿特区,20250 - 9410,或致电(800)795 - 3272(声音)或(202)720 - 6382 (TDD)。美国农业部是一个平等机会提供者和雇主。本文提到的贸易名称或商业产品是专为提供具体信息,并不意味着美国农业部推荐或认可。