播期和播量对一种冬覆盖作物日麻生物量和产氮量的影响

摘要

跟麻(印度麻是一种快速产生植物生物量和氮(N)的热带豆类植物。我们的目的是评估一个新的sunn大麻品种的生长，在温和的气候下生产种子，并确定残氮对黑麦(Secale cereale2007 - 2009年在阿拉巴马州中东部覆盖作物。测定了2个日麻种植日期的植株群体、株高、茎粗、生物量和氮含量。玉米L.)和小麦(小麦不同播种率(17、34、50和67公斤/公顷)的收获。第二年春天测定黑麦生物量。桑麻生物量产量在不同种植日期之间不一致，但与生长程度积累有关。氮浓度与生物量产量呈负相关，氮含量与生物量水平呈负相关。种植日期和播种率均不影响黑麦生物量产量，但小麦/大麻种植两个种植日期的黑麦生物量平均比休耕黑麦平均高43%和33%。玉米/大麻种植后的黑麦生物量相当于休耕地块。播量在17 - 34 kg/ hm2之间时，建议早播期种植，以最大限度地提高生物量和氮产量。

1.介绍

氮气（N）肥料成本是易失性的，替代的N来源（例如豆类）正在接受再生利息。在美国东南部，冬季豆类常常纳入作物轮换，可以在传统的冬季休耕期间贡献相当大的生物量和n。豆科生物质制作是确定豆类贡献的主要因素[1］．氮积累是高度变化的，并取决于环境、豆类选择、种植日期、终止、生长阶段和管理策略[1- - - - - -3.］．在整个东南部，温暖季节的豆科植物，如豇豆(豇豆属unguiculata胡枝子(胡枝子属cuneataL.)和大豆(大豆L.)目前可供生产者作为暖季覆盖作物使用，但它们不能在短时间内产生大量的生物量或氮。桑恩大麻，一种非传统的热带豆类，也可以作为一种温暖季节覆盖作物在整个东南地区。研究最广泛的品种“热带太阳”在9 - 12周内可产生5.9 Mg/ha生物量和贡献134-145 kg/ha N [4］．这种快速的生物量生产使sunn大麻能够在暖季收获和冷季种植之间作为夏季覆盖层，也可以减少夏季休耕杂草的数量[5]，而分解生物量氮可补充后续作物对氮的需求。一种冬季覆盖作物，如黑麦，可以隔离分解太阳麻生物质产生的氮[2］．迟植日期[6]和东南部土壤固有肥力低通常限制了黑麦生物量的生产和随后对保护系统的好处[7］．通常情况下，为了促进最大限度的生物量生产，需要使用商业氮肥，但当覆盖作物不是作为一种市场产品(如粮食生产)收获时，种植者很难证明这一费用的合理性[8］．然而，黑麦通过其广泛的根系清除土壤中残留的N非常有效[9］．利用太阳麻生物量的有效氮来增加冬季覆盖作物的生长，可以提高地上生物量产量，提高相关覆盖作物的效益，同时可能降低生产者的投入成本。

“热带阳光”在美国大陆不能产生可行的种子，除了佛罗里达和德克萨斯的极端南部地区[5，10];因此，有限的产量提高了种子价格。奥本大学最近的育种工作已经培育出一种新的太阳大麻品种，“AU黄金”，能够在东南部生产可行的种子[10］．此外，它是唯一的太阳大麻品种生产在温和的环境。因此，需要一般的农艺信息来制定在整个东南部使用这种豆类的广泛指南。因此，本研究的目标是:(i)评估玉米和小麦收获后两个不同种植日期、不同播种率下“AU黄金”作为夏季覆盖作物的表现;(ii)评价日麻残量和氮含量对禾麦覆盖作物的影响。

2.材料和方法

该实验于2007年至2009年在AL州Tallassee附近的植物育种单位(PBU)对Wickham砂壤土(细壤土，混合，半活性，热典型Hapludults)进行。土壤可提取养分(P、K、Mg、Ca)由中到高;pH值在6.7 - -7.1。在试验过程中遵循了奥本大学土壤测试实验室的建议[11］．

试验设计为4个重复的随机完全区组和分裂区处理限制。土地面积分别为2.2 × 6.7米(2007-2008)和2.2 × 10米(2008-2009)。第一年使用了较小的试验地，因为我们的新太阳大麻品种的种子供应很少。主要小区处理为经济作物收获后即刻种植大麻(PD1)或经济作物收获后2周种植大麻(PD2)。两种作物收获后立即选择种植日期，以最大限度地利用太阳大麻的生长季节和与太阳大麻相关的后续效益。选择最初种植日期之后的两周间隔，对太阳麻施加一些压力，看看它在玉米之后较短的生长季节和小麦之后干燥、炎热的生长条件下表现如何。PD1下小麦种植日期分别为2007年6月8日及2008年6月11日，PD2则分别为2007年6月22日及2008年6月26日。PD1的播种日期分别为2007年8月17日和2008年8月22日，PD2的播种日期分别为2007年8月31日和2008年9月5日。子地块的播种速率分别为17、34、50和67公斤/公顷。大平原免耕钻机(大平原Mfg。， Salina, KS) set on 18 cm row spacing seeded sunn hemp into each existing crop residue. The experiment was established following wheat and corn harvest each year. Fall armyworms (FAW) (Spodoptera frugiperda于2007年9月10日在PD1区玉米后发现。杀虫剂空手道8z(高效氯氟氰菊酯)的施用并没有阻止FAW在生长初期的叶片脱落，这可能通过降低生物量潜力影响了2007年的试验结果。

在种植后4周内，以0.25 m内所有出苗的孙麻数量进行测定²每个象限。在12 WAP下，随机抽取10株，在每个样地测定最终株高和茎粗0.33 m。在两个0.25 m处随机采集了太阳麻的地上生物量²12 WAP象限。在花期50%时，通过施用草甘膦(N-(磷甲基)甘氨酸)来终止植株。草甘膦是一种廉价的、系统的、非选择性的除草剂，在该地区很流行，以确保充分终止植株并防止种子生产。植物生物质在55°C的强制空气烘箱中干燥72小时，称重，然后使用Wiley (Thomas Scientific, Swedesboro, NJ)进行研磨，然后使用旋风(UDY Corp, Fort Collins, CO)样品磨通过1毫米筛。一个LECO TruSpec CN分析仪(LECO Corp.， St. Joseph, MI)测量了总碳(C)和N. Sunn大麻N含量是平均生物量(kg/ha)和平均总N浓度(g/kg)的产物。

在2007年11月13日和2008年11月10日，用于种植太阳大麻的设备也将“Elbon”黑麦以101公斤/公顷的速度播种到前两个作物阶段的终止太阳大麻残渣中。在每个试验点附近的巷道(宽10米8.7(2007-2008年)，宽13米8.7(2008-2009年))钻孔额外的黑麦，作为对照来估计没有太阳麻的黑麦产量。在黑麦种植前，在每个样地15 cm的表面随机采集15个直径2.5 cm的土芯。土壤在105°C的强制空气烘箱中干燥24小时，并用2mm的筛网筛分。初始铵(NH₄-N)和硝酸盐(NO_3.-N)浓度用微孔板阅读器比色法测定[12］．在两个0.25 m处随机测定黑麦地上生物量²于2008年4月11日及2009年4月23日在每幅土地及每控制区的四个不同地段设置象限。这些日期与东南部夏季经济作物种植前黑麦覆盖作物的典型终止日期相对应。生物质样品的处理，如前所述的sunn大麻生物质。

使用SAS (SAS Institute Inc.， Cary, NC) MIXED程序对以前的作物和年份的数据进行分析。复制×播期是随机的，播期、播率和互作是固定的。最不显著的保护差异比较治疗时的意义显著F测试(P≤0.05)。

3.结果与讨论

在1999年之前的试验地点没有天气数据记录，所以用10年的平均值来估计“正常”生长季节(AWIS Weather Services, Inc.， Auburn, AL)。平均而言，该地点在2007年sunn大麻生长季节的降水量低于平均降水量，而2008年生长季节的降水量高于平均降水量，特别是在8月(表)1）.逊恩大麻不断增长的日子（GDDS）每月计算，直到作物终止。一般来说，与2008年相比，2007年生长季节，Sunn Hemp GDD积累更大（表格2）.


孙麻生长季降水量(mm)^一个				黑麦生长季降雨量(毫米)^一个
月	2007-2008	2008 - 2009	平均^b	月	2007-2008	2008 - 2009	平均^b

6月	29.2	50.3	99.1	12月。	94.5	82.3	93.7
7月	173.2	126.2	111.1	1月。	110.7	52.1	95.8
八月。	82.8	252.0	102.1	2月。	101.9	105.2	91.8
9月。	55.9	18．8	85.1	3月。	77.5	243.6	146.1
10月。	75.4	83.1	71.3	4月。	100.6	109.2	97.7
11月。	54.6	92.7	106.9

全部的	471.2	623.1.	575.7	全部的	485.1	592.3	525.0

^一个阿拉巴马中线天气资料。
^b1999 - 2009年的意思。这些年之前没有数据。


月	太阳大麻生长度天^一个
	小麦2007		小麦2008		玉米2007		玉米2008
	PD1^b	PD2^b	PD1	PD2	PD1	PD2	PD1	PD2

6月	404.4	163.3	332.5	86.7
7月	544.4	544.4	538.9	538.9
八月。	313.9	499.2		359.4	295.8	18．6	163.9
9月。					458.1	458.1	439.4	369.2
10月。					300.8	325.3	227.5	247.8
11月。						32.8		17.5

全部的	1262.8	1206.9	871.4	985.0	1054.7	834.7	830.8	634.5

^一个GDD直到终止。计算为[(最高温度。+最低温度。)/2]−10°C。
^b经济作物收获后即刻播种日(PD1)和经济作物收获后2周播种日(PD2)。

3．1.Sunn大麻紧随小麦

种植日期对测量到的4个WAP的植物种群没有影响，但在2007年生长季，随着播种率的增加，植物种群增加3.）.2008年，植物种群在现金作物收获后的2周内大于现金作物收获后的较高，而较高的播种率导致植物种群更高的播种率（表格3.）.2008年的人口比2007年多(见表)3.)，这归因于2008年早季降水增加(见表)1）.


	人口(植物/ m²）		高度12 WAP^一个(厘米)		阀杆直径(毫米)
治疗	2007	2008	2007	2008	2007	2008

小麦
日晒种植大麻枣
PD1^b	73.8	80．5	155.2	173.3	4.84	6.61
PD2^c	55.4	107.0	131.7	180.0	4.18	5.61
迷幻药_0．05	21.4	19．1	10．1	16．9	0．82	0．90
孙麻播种率(公斤/公顷)
17	31.5	46.0	145.5	172.4	4.77	6.97
34	53.8	66.0	141.5	174.5	4.66	6.33
50	77.5	102.5	149.1	183.3	４.３８	6.07
67年	95.5	160.5	138.0	176.4	4．22	5.07
迷幻药_0．05	25.0	17.0	12．2	9.1	0.76	0.89
玉米
日晒种植大麻枣
PD1^d	51.0	105.0	76.8	128.8	3.68	4.45
PD2^e	27.3	100.8	93.7	128.6	3.85	4.35
迷幻药_0．05	17．3	20.4	21.7	34.3	0．71	0．72
孙麻播种率(公斤/公顷)
17	20.5	56.5	79.5	127.3	3.68	4.96
34	28.0	85.0	85.7	129.0	3.94	4.48
50	44.0	121.5	84.3	128.7	3.65	4.23
67年	64.0	148.5	91.5	129.7	3.77	3.94
迷幻药_0．05	17．2	17.0	9.9	8.2	0．69	0.54
方差分析(F P >）
小麦
PD	0.0781	0.0145	0.0015	0.3461	0.0831	0.0344
老	0.0002	0.0000	0.2877	0.1017	0.4230	0.0025
PD×老	0.7331	0.0067	0.1650	0.0063	0.9620	0.8520
玉米
PD	0.0122	0.6108	0.0912	0.9862	0.5620	0.7309
老	0.0002	0.0000	0.1201	0.9367	0.8130	0.0068
PD×老	0.0591	0.0113	0.2353	0.9438	0.3348	0.9400

^一个WAP:种植后几周。
^b种植日期:2007年6月8日及2008年6月11日。
^c种植日期:2007年6月22日及2008年6月26日。
^d种植日期:2007年8月17日及2008年8月22日
^e种植日期为二零零七年八月三十一日及二零零八年九月五日。

小麦收获后立即种植的Sunn大麻12 WAP比2007年PD2高18%(见表)3.）.2008年，一个互动(P>F= 0.0063)3.）.除50 kg/ha播种量外，PD2的株高较高。在2008年的生长季节中，PD1的茎直径更厚(表)3.）.2008年，随着播种率的增加，茎粗也降低了(表)3.）.这些结果与之前对大麻生长的研究结果相似[13］．

2007年，PD1产生的大麻生物量比PD2多50%(见表)4）.然而，2008年PD2的生物量比PD1多47%(见表)4）.不同种植日期和生长季节的生物量差异可以用GDD积累的差异来解释。2007年PD1的生长度日积累较大，而2008年PD2的GDD积累较大(表2)2）.2007年播期和播速对大麻氮浓度无影响，但2008年播期对大麻氮浓度有影响。2008年，PD1后的N浓度比PD2高92%4）.最高的氮浓度对应的是当年测得的最低的植物生物量，这可能与氮浓度的简单稀释作用有关。相应的氮含量仅受2007年种植日期的影响(表1)4）.从PD2测得的N含量比从PD1测得的N含量低66%(表2)4）.这种差异主要是由于2007年生长季PD1和PD2的生物量水平不同造成的。此外，2007年产生的生物量水平较低，对应的N含量值较2008年低。


	生物质产量(毫克/公顷)		N浓度(克/公斤)		N内容(公斤/公顷)
治疗	2007	2008	2007	2008	2007	2008

小麦
种植日期
PD1^一个	4．0	4．5	15．6	26.5	62.9	116.7
PD2^b	2.0	6．6	11.5	13．8	21．5	90.7
迷幻药_0．05	1．0	1．0	5．7	5．1	15．7	40.8
播种率(公斤/公顷)
17	2.5	5．6	13.6	20.6	35.7	107.1
34	2.9	5．5	13．9	20.5	43.3	104.3
50	3．2	5．8	13．4	19.0	44.7	101.9
67年	3．2	5．4	13．4	20.5	45.0	101.5
迷幻药_0．05	0．9	1．4	3．5	7．1	22.3	36.8
玉米
种植日期
PD1^c	0．8	3．2	35.4	16．8	27.6	48.9
PD2^d	1．6	3．3	25．8	17.0	40.3	52.7
迷幻药_0．05	0．7	2.7	3．7	7．0	19．8	26.1
播种率(公斤/公顷)
17	1．2	3．1	31.3	17.6	35.0	47.0
34	1．3	3．7	29.6	17.4	36.6	64.3
50	0．9	3．4	28.8	16．9	25.1	46.9
67年	1．3	3．0	32.7	15.9	39．2	44.8
迷幻药_0．05	0．3	1．0	5．2	4．6	10．1	17.5
方差分析(F P >）
小麦
PD	0.0026	0.0002	0.1291	0.0000	0.0000	0.1701
老	0.3701	0.9363	0.9884	0.9587	0.8055	0.9873
PD×老	0.5462	0.9598	0.4831	0.9853	0.9219	0.8714
玉米
PD	0.0261	0.9289	0.0000	0.9344	0.1664	0.7334
老	0.0286	0.4183	0.4260	0.8693	0.0447	0.1025
PD×老	0.0169	0.2708	0.7515	0.6596	0.2085	0.2750

^一个种植日期:2007年6月8日及2008年6月11日。
^b种植日期:2007年6月22日及2008年6月26日。
^c种植日期:2007年8月17日及2008年8月22日
^d种植日期为二零零七年八月三十一日及二零零八年九月五日。

3．2．Sunn大麻紧随玉米

2007年测得的4个WAP的植物种群受种植日期的影响，但在2008年没有观察到差异(表1)3.）.与PD2相比，第一次种植期的出苗率高87%。尽管2008年种植日期之间没有观察到差异，但与2007年生长季节相比，出现的植物数量要多得多(见表)3.）.两年内播种率均影响出苗率，出苗率随播种率的增加而增加(见表)3.）.然而，在两个生长季节，播种率和播期之间存在交互作用。这种相互作用可以归因于在整个种植日期(数据未显示)的播种率内出现的植物的反应不一致。在两个生长季中，12 WAP的最终株高不受种植日期或播种率的影响(见表)3.）.在2007年，茎粗不受播期和播种率的影响，但在2008年，茎粗随播种率的增加而减小(表)3.）.2007年，桑麻在PD2之后测量的生物量是PD1之后测量的生物量的两倍4）.一汽损害对PD1产量的降低有一定影响。一汽损害降低了生物量水平，也影响了随机处理。后期种植的sunn麻受一汽损害较小。因此，在播期和播种率之间观察到交互作用，但这一交互作用在农学上没有重要性(见表)4）.2008年，在种植日期和播种率之间没有观察到太阳大麻生物量水平的差异(表4）.平均太阳大麻的生物量水平低于玉米，低于之前报道的“热带太阳”的生物量水平。乔治亚州“热带阳光”的生物量为4.4-6.8 Mg/ha [14，佛罗里达州为4.5毫克/公顷[3.]，阿拉巴马州为4.6-6.0毫克/公顷[4］．后来Sunn Hemp种植日期后玉米降低了生物量水平，与在小麦下观察到的水平相比。在2007年观察到玉米后Sunn Hemp的最大GDD积累（表格2)，但这与一汽的损害同时发生。

Sunn hemp N浓度仅受2007年种植日期的影响，对应PD1比PD2增加37%(表4）.与小麦之后的氮浓度相似，最低的植株生物量对应最高的氮浓度。在2007年生长季，只受播种量的影响(表)4）.不同播种率之间的主要差异与当年FAW压力干扰下单个播种率的生物量水平很低有关。玉米后的玉米氮含量较东南部的其他研究低，但这些研究使用了不同的玉米品种[2- - - - - -4］．

3．3.孙麻对黑麦的影响

除4月份外，2007年12月至2008年4月的降水量与10年平均值相似(见表)1）.记录的降雨量大约是通常降雨量的一半。2008-2009年生长季的降雨量超过了10年的平均值(见表)1）.尽管12月和1月录得的降雨量低于平均水平，但这一增长可归因于3月多雨(见表)1）.两个生长季的无机氮浓度在黑麦建立前均较低。土壤平均NH为1.9 mg/kg₄-N和2.7 mg/kg NO_3.- 在2007 - 2008年生长季节和5.7毫克/千克NH₄-N和7.3 mg/kg NO_3.-N为2008-2009年生长季节。虽然黑麦可能利用了土壤中存在的初始无机氮，但观察到的氮浓度远低于太阳麻残茬的氮浓度和随后的氮含量值(见表)4）.

2008年，在小麦和玉米之后种植大麻的日期或播种率对黑麦生物量产量没有影响(见表)5）.然而，小麦/太阳麻种植后的黑麦生物量，平均在两个种植日期，比休耕地块黑麦生物量高43%(表)5）.相比之下，玉米/日麻种植后黑麦生物量与对照区相当(见表)5）.2009年生长季产生的黑麦生物量也不受小麦/太阳麻种植日期或播种速率的影响，但两个种植日期的黑麦生物量平均比休耕地块高33%(见表)5）.与前一个生长季节相似，玉米/太阳大麻种植后的黑麦生物量相当于休耕地块，但黑麦生物量产量与2008年相比有所增加(见表)5）.2009年黑麦生物量的增加与土壤无机氮水平的增加相一致，但也与太阳麻生物量的增加相一致4）.在东南部的其他研究中也报告了类似的黑麦生物质产量[15]及Midwest [16，17］．


	黑麦生物量产量(Mg/ha)		森麻C: N比率
治疗	2008	2009	2007	2008

Wheat-sunn麻
日晒种植大麻枣
PD1^一个	2.2	6．5	31.2	18.3
PD2^b	2.1	8.4	41.0	36.4
迷幻药_0．05	1．2	2.4	16．4	8.0
孙麻播种率(公斤/公顷)
17	2.2	6．8	38.2	26.3
34	2.4	7．3	34.8.	27.6
50	2.0	8.3	35.7	28.5
67年	2.1	7．3	35.7	27.2
迷幻药_0．05	0．59	1．7	11.3	11.2
控制^c	1．5	5．6
Corn-sunn麻
日晒种植大麻枣
PD1^d	2.0	3．3	12.6	30.5
PD2^e	2.3.	3．3	17.9	29.3
迷幻药_0．05	０．６	2.3.	2.0	14．7
孙麻播种率(公斤/公顷)
17	2.5	3．7	15．0	29.9
34	1.9	3．7	15．6	26.8
50	2.1	3．1	16．0	33.2
67年	2.1	2.7	14．2	29.8
迷幻药_0．05	0.78	1．1	2.8	9．6
控制^c	2.3.	3．2
方差分析(F P >）
Wheat-sunn麻
PD	0.7237	0.1038	0.1947	0.0001
老	0.6203	0.3554	0.9311	0.9825
PD×老	0.8267	0.9734	0.4776	0.8164
Corn-Sunn麻
PD	0.2901	0.9597	0.0000	0.8359
老	0.5952	0.1594	0.5733	0.5913
PD×老	0.5709	0.0537	0.8235	0.9360

^一个种植日期:2007年6月8日及2008年6月11日。
^b种植日期:2007年6月22日及2008年6月26日。
^c未列入统计的休耕地区的样本。
^d种植日期:2007年8月17日及2008年8月22日
^e种植日期为二零零七年八月三十一日及二零零八年九月五日。

种植太阳大麻后立即收获经济作物，最大限度地提高太阳大麻生物质产量。先前的研究也表明，延迟种植会减少大麻的生物量产量[13，18］．然而，在2009年玉米/太阳麻种植后，黑麦生物量观察到种植日期和播种率之间的交互作用(表3)5）.这种相互作用可以归因于两个最低播种率之间黑麦生物量水平的不一致差异(数据未显示)。苎麻生物量碳氮比是苎麻终止后残茬中氮有效性的预测指标。低比值(即<20比1)导致净N矿化，而高比值(即>30比1)导致净N固定[19］．2007年太阳麻继玉米和2008年太阳麻继小麦的种植日期只影响太阳麻的C: N比率(表2)5）.在这两种情况下，PD1的C: N比值较低。这些较低的C: N比值可以归因于PD1的低生物量水平和高氮浓度(表1)4）.尽管低碳氮比表明氮矿化增加，但黑麦生物量产量的差异与桑麻碳氮比没有关系。黑麦是在sunn大麻开始失去叶子后种植的，其中含有大量的N，随后由于低C: N比率而迅速分解[4］．树叶可占生物量的10-15% [20.，但在生物量收集之前，叶的贡献未被考虑。尽管不考虑叶的贡献，黑麦是一种极好的残氮清除者[9，但黑麦生物量水平表明，在本试验中叶片氮浓度最低。

4.结论

生长度数对苎麻生物量产量及氮含量的影响;与玉米相比，小麦之后产生了更高的生物量水平。无论种植日期如何，播种量对生物量生产的影响似乎很小，这表明较低的播种量(17-34 kg/ha)是足够的，因此可以降低种子成本。在小麦/大麻种植体系中，两个种植日期的黑麦生物量平均比黑麦高43%和33%。然而，与休耕地相比，在玉米体系中黑麦和太阳大麻的生物量水平并没有增加。玉米后sunn hemp生物量水平较低可归因于较少的GDD积累，尽管2008年玉米后生物量水平远高于2007年的水平，后者因一汽损害而降低。在某些作物轮作中利用太阳麻生物质分解产生的氮，加上其他优势，如控制侵蚀和潜在的SOM积累，可以使利用冬季覆盖作物的东南部生产者受益。

致谢

作者想要感谢阿拉巴马小麦和饲料谷物委员会对这项研究的支持。作者还想感谢美国农业部农业研究所的农艺技术员Jeffrey Walker、奥本大学植物育种单位负责人Steve Nightengale和奥本大学植物育种单位前助理负责人Shawn Scott提供的帮助。该组织和个人提供的支持对这个项目的成功是无价的。此外，本出版物是以农业研究处支持的工作为基础的。提及商品名称或专利产品并不意味着得到美国农业部或奥本大学的认可，也不意味着它批准排除其他可能合适的产品。

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