我國北方冬季覆蓋作物研究進(jìn)展及發(fā)展前景

孫萬倉， 裴新梧， 馬驪， 王學(xué)芳， 武軍艷， 李學(xué)才， 蒲媛媛，劉麗君， 柴鵬， 李孝澤， 賈玉娟， 王積軍， 劉芳， 陳其鮮， 沈金雄

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，甘肅省油菜工程技術(shù)研究中心，甘肅省干旱生境作物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730070；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所，北京 100081；3.甘肅農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，蘭州 730030；4.西峰區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，甘肅 慶陽 745000；5.中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院，蘭州 730000；6.酒泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 酒泉 735009；7.全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心，北京 100125；8.甘肅省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站，蘭州 730020；9.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，作物遺傳改良國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430070）

在我國北方前茬作物收后和后茬作物播前的兩季作物之間，農(nóng)田處于空閑期。如果在空閑期播種覆蓋作物（cover crop），可以解決土壤地表裸露問題［1-2］。在冬季生長越冬的覆蓋作物則為冬季覆蓋作物，主要有豆科（Leguminosaesp.）、禾本科及十字花科3大類，如冬油菜（Brassica rapaL.）、冬豌豆（Pisum sativumL.）、冬亞麻薺（Camelina sativaL.）、冬毛苕子（Vicia villosaRoth）、冬小黑麥（Triticale）、冬黑麥（Secale cerealL.）、冬小麥（Triticum aestivumL.）等。早在殖民時(shí)期的美洲，就有學(xué)者提出利用茸毛野豌豆（Vicia sepiumL.）和三葉草（TrifoliumL.）等冬季覆蓋作物作為下季作物的氮源；1942年，第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)導(dǎo)致化肥供應(yīng)短缺，人們再次嘗試種植茸毛野豌豆和其他豆類作物替代氮肥；研究發(fā)現(xiàn)，黑麥?zhǔn)敲飧衩咨a(chǎn)體系中適宜的冬季覆蓋作物［2］。覆蓋作物不僅能夠解決土壤裸露風(fēng)蝕問題，保護(hù)和培肥土壤，而且在雜草防除、病蟲害防治、防止冬春季土壤水分蒸散損失和地表（下）水污染、美化環(huán)境等方面具有重要作用［2-3］。

覆蓋作物利用在我國古已有之，早在3 000年前的周朝就已開始應(yīng)用覆蓋作物改善土壤肥力［2］。目前氣候變暖、地下水位不斷下降，我國北方農(nóng)田土壤風(fēng)蝕成為常發(fā)性災(zāi)害，農(nóng)田健康水平下降及化肥農(nóng)藥濫用等導(dǎo)致了嚴(yán)峻的生態(tài)環(huán)境問題，并影響農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，人們不得不重新審視冬季覆蓋作物，以期發(fā)現(xiàn)新的冬季覆蓋作物、認(rèn)識和挖掘新的利用價(jià)值，破解當(dāng)前的農(nóng)田生態(tài)困境。本文綜述了近年來冬季覆蓋作物研究進(jìn)展，探討了冬季覆蓋作物及其生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益以及對北方農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要意義，旨在為冬季覆蓋作物在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的研究與應(yīng)用提供理論與技術(shù)支撐。

1 農(nóng)田風(fēng)蝕的危害及成因

1.1 農(nóng)田風(fēng)蝕的危害

由于20世紀(jì)人們片面追求糧食生產(chǎn)對土壤進(jìn)行的各種掠奪式經(jīng)營以及其他人類生產(chǎn)活動(dòng)與氣候變暖的影響，我國北方土壤風(fēng)蝕加劇、危害程度加重，造成大面積土地沙漠化，是當(dāng)今最具威脅的環(huán)境災(zāi)害之一。截至1999年底，全國荒漠化土地總面積達(dá)262.2萬km2，占國土總面積的27.4%［4-10］?；哪恋刂校源箫L(fēng)造成的風(fēng)蝕荒漠化土地為主，占 1.607×106km2［11-15］，主要分布于西北、華北及東北地區(qū)。其中，河西走廊風(fēng)蝕帶超過700 km2，8 951 km2耕地正在遭受不同程度的風(fēng)蝕［16］；新疆風(fēng)蝕面積約9.80×105km2，約占全疆侵蝕面積的82%［17］；黑龍江風(fēng)蝕面積達(dá)8 906.95 km2，其中西部的松嫩沙地風(fēng)沙化土地面積已達(dá) 5 960 km2［7］。東北黑土區(qū)黑土層已由20世紀(jì)50年代開墾初期的80～100 cm下降到20～30 cm，每年仍以0.4～0.5 cm的速度在減少［13］。內(nèi)蒙古后山地區(qū)及河北壩上地區(qū)近50年年均風(fēng)蝕厚度為0.1～0.3 cm，山東黃淮海平原0.1 cm以上，陜北長城沿線在0.12 cm以上［11，14-15］，河西走廊風(fēng)蝕帶的耕地達(dá)0.4～0.5 cm［16］。新疆庫爾勒農(nóng)田土地風(fēng)蝕深度為0.236 cm·a?1；沙化耕地為0.399 cm·a?1［17］。

土壤風(fēng)蝕導(dǎo)致農(nóng)田退化，土地生產(chǎn)力受到嚴(yán)重影響［18］。內(nèi)蒙古奈曼土壤風(fēng)蝕造成土壤有機(jī)質(zhì)損失量為22～58 t·km?2·a?1；土壤日有機(jī)碳和氮素?fù)p失量平均為 1.52和0.15 kg·hm?2［19?20］。在春季風(fēng)災(zāi)嚴(yán)重地區(qū)，每年被刮走的肥沃土層高達(dá)1～2 cm，折合每公頃流失表土120～240 t，每年每公頃流失全 N 24～48 kg，P2O518～35 kg，全 K 25.2～50.4 kg［13］。青海共和盆地因土壤風(fēng)蝕損失固體物 質(zhì) 1.63×106t·km?2·a?1，其中每年 損失有機(jī)質(zhì)3.308×106t，損失 N 和 P2O5分別為 2.583×105和9.200×105t；每年損失粉沙和粘土分別為5.142×107和1.5815×107t。每年僅肥力損失相當(dāng)于5.605×105t尿素和4.600×106t過磷酸鈣的總和［21-22］。

農(nóng)田風(fēng)蝕引起的揚(yáng)塵影響距離達(dá)1 000 km左右，影響冰川對太陽光的反射，故土壤風(fēng)蝕還會(huì)使冰川融化加快［23］，并帶來城市大氣污染等問題。京津地區(qū)的大氣揚(yáng)塵除85%由當(dāng)?shù)乜諝馕廴舅峦?，?5%來自西北荒漠及黃土高原的土壤風(fēng)蝕［24］。石家莊市區(qū)地面起塵量總計(jì) 28 559 t·a?1，裸地年起塵量占市區(qū)起塵量的21.2%［25］；天津2002年大氣顆粒物來源解析結(jié)果顯示，土壤風(fēng)蝕塵的分擔(dān)率全年平均達(dá)27%，居各排放源之首［19］。土壤風(fēng)蝕起塵是造成城市空氣顆粒物污染超標(biāo)的主要原因之一。

1.2 農(nóng)田風(fēng)蝕的成因

我國北方以春小麥、春玉米等春播作物為主，春播秋收的一年一熟制和傳統(tǒng)的土壤耕作方式導(dǎo)致農(nóng)田裸露時(shí)間長、表層土壤細(xì)碎易風(fēng)蝕。劉玉璋等［26］研究表明，人為因素引起的風(fēng)蝕量占總風(fēng)蝕量的78.6%，對土壤沙化、荒漠化的貢獻(xiàn)率達(dá)到50%左右，對土壤養(yǎng)分失衡的貢獻(xiàn)率為30%左右。農(nóng)田土壤風(fēng)蝕主要發(fā)生在冬春土壤裸露程度最高時(shí)期，裸露耕地常年風(fēng)蝕量是草地的14.5倍［27］，春季起塵量占全年起塵量的 50% 以上［19］。河西走廊農(nóng)田耕地面積為沙漠面積的47.7%，年產(chǎn)粉塵量達(dá)1 560萬～1 950萬t，但平均輸移粉塵量占總起塵量的68.8%，1 hm2春播農(nóng)田產(chǎn)生的粉塵量相當(dāng)于1.5 hm2沙漠產(chǎn)生的粉塵量［16］。李少昆等［28］研究表明，南疆巴楚冬小麥與林地輸沙量均為0.236 g·cm?2，而活化灌叢沙堆為 0.389 g·cm?2，前者為后者的60.7%；和田苜蓿地輸沙量為0.125 g·cm?2，棄耕砂質(zhì)農(nóng)田為 4.665 g·cm?2，前者為后者的2.7%。在內(nèi)蒙古中部春季風(fēng)蝕高發(fā)期，平均土壤日風(fēng)蝕量為 241.20 kg·hm?2［12，17］。李昂等［29］對甘肅省酒泉市肅州區(qū)研究顯示，9月到翌年5月，裸露地平均土壤風(fēng)蝕量為23.97 kg·m?2；1年生甘草地平均風(fēng)蝕量為10.67 kg·m?2，4 年生甘草風(fēng)蝕量為4.72 kg·m?2，較裸露地降低了96.1%。可見，土壤風(fēng)蝕發(fā)生的根本原因在于缺少地表覆蓋物，農(nóng)田裸露導(dǎo)致土壤風(fēng)蝕發(fā)生，為沙塵暴的形成提供了重要沙塵源［30］。

2 冬季覆蓋作物與生態(tài)環(huán)境保護(hù)

2.1 覆蓋作物與水土保持

土壤表面不同形式的覆蓋物由于隔斷了風(fēng)、水等侵蝕因子與土壤的直接接觸，能夠有效減少風(fēng)雨侵蝕所造成的水土流失。甘肅砂田是我國人民創(chuàng)造的一種防止水土流失的無機(jī)物覆蓋方式；美國及加拿大等國家或地區(qū)在收獲作物時(shí)進(jìn)行高茬收獲，在田間保留長茬就是為了避免農(nóng)田土壤表面長期裸露所采用的有機(jī)覆蓋方式［1］。

冬季覆蓋作物是一種生物覆蓋方式，主要功能是在土壤表面形成植被覆蓋層。在覆蓋作物生長期間，一方面減緩、減少地表徑流，使更多的雨水漸滲進(jìn)入土壤，同時(shí)減少地面水分蒸發(fā)。雖然覆蓋作物生長中的蒸騰作用要消耗一定土壤水分，但在冬季被低溫、冰雪殺死后就不再消耗水分，它所形成的覆蓋層能有效減少水分蒸發(fā)，從而保存土壤水分。由于我國北方冬季漫長，冬季覆蓋作物冬前生長期短、越冬期短，通過覆蓋減少蒸發(fā)量保存的水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其生長所消耗的水分。土壤顆粒表面附著薄膜水時(shí)，水膜的靜電作用使顆粒間的粘著力增大，增加土壤抗御風(fēng)蝕的能力［30-31］。故冬季覆蓋作物的直接作用是在土壤和侵蝕因子間形成隔離層而減少風(fēng)蝕，減輕了土壤水分蒸散而保持土壤水分；同時(shí)，土壤含水量的增加有助于減輕風(fēng)和水造成的土壤侵蝕。

2.2 覆蓋作物與農(nóng)業(yè)污染治理

化肥的使用是現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)必不可少的環(huán)節(jié)，但同時(shí)，化肥過量使用所引起的環(huán)境污染也日益嚴(yán)重。我國在占全球7%的耕地上使用了超過全球30%的化肥［32］。2008年，我國化肥用量5 239萬t，占世界總用量的31.4%，但利用效率不到30%，單位面積施肥量達(dá)到340.8 kg·hm?2，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于發(fā)達(dá)國家為防止水體污染提出的225 kg·hm?2的臨界值。2010年第一次全國污染源普查公報(bào)公布，我國種植業(yè)氮流失總量與磷流失總量分別為159.78萬、10.87萬t，分別占全國主要污染源物排放總氮和總磷的34%和26%［33］；2016年單位面積化肥用量已達(dá) 359 kg·hm?2［34］。過度使用的化肥滲入土壤，土壤膠體很少吸附硝態(tài)氮，很容易流入地下水和江河湖泊，而化肥中其他形態(tài)的氮在土壤微生物的作用下也很容易轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，污染地下水體，受污染的水域中硝酸鹽和亞硝酸鹽含量劇增，改變生態(tài)環(huán)境。這種農(nóng)業(yè)污染使人類飲用水中的硝酸鹽、亞硝酸鹽含量超標(biāo)，同時(shí)，氮揮發(fā)釋放N2O進(jìn)入大氣，加劇溫室效應(yīng)，也導(dǎo)致土壤健康水平下降，有害物質(zhì)排放增大，加劇農(nóng)田退化，降低其生態(tài)服務(wù)功能，對農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展形成了重大隱患和威脅［35］。

化肥對環(huán)境的污染主要是氮污染。降雨時(shí)化肥中的氮素隨地表徑流進(jìn)入水源或地下水，隨地下水進(jìn)入井水和江河，從而造成污染。化肥的這種污染主要發(fā)生在農(nóng)田裸露閑置期或休閑期。在有作物生長的情況下，由于植被對地表的覆蓋和作物對土壤水分、養(yǎng)分的消耗利用，進(jìn)入環(huán)境的氮素基本上得到控制。作物收獲后，一方面當(dāng)季施入的化肥還有一部分殘存在土壤內(nèi)；另一方面，作物殘?bào)w的分解亦可釋放出大量可溶性氮素，此時(shí)，土壤表面沒有植被生長，大量氮素?zé)o法被吸收利用，還會(huì)通過下滲和地表徑流造成水源污染。在地表覆以作物殘?jiān)m可有效控制氮素隨雨水地表徑流進(jìn)入水源的問題，但不能控制氮素進(jìn)入地下水后隨地下水進(jìn)入江河的問題。由于覆蓋會(huì)導(dǎo)致土壤水分增加，還可能加劇江河污染。在農(nóng)田的閑置期種植覆蓋作物可解決農(nóng)田裸露問題，一方面植物較之植物殘?jiān)芨行У乜刂频乇韽搅?；另一方面，覆蓋作物能將土壤中的可溶性氮吸收固定在植物體內(nèi)；同時(shí)，植物的蒸騰作用使土壤水分降低，并且不是流向地下而是流向植物根系，從而有效控制硝酸鹽進(jìn)入地下水。種植覆蓋作物有可能成為一項(xiàng)簡便易行、投資少、收效大的控制化肥污染水源的方法。所以，覆蓋作物因其能夠減輕乃至控制化肥對環(huán)境的污染而應(yīng)受到重視。

2.3 覆蓋作物與作物產(chǎn)量

覆蓋作物能否被農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者接受，很大程度上取決于其經(jīng)濟(jì)效益。如果因種植覆蓋作物而降低了主要作物的產(chǎn)量，經(jīng)濟(jì)效益下降，即使覆蓋作物有控制污染、保持水土等積極作用，也不易被農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者所接受。覆蓋作物對主作物產(chǎn)量的影響因覆蓋作物種類、種植方式、當(dāng)?shù)氐耐寥罋夂驐l件以及年度間氣候等不同而不同。連作導(dǎo)致土壤養(yǎng)分失衡、作物產(chǎn)量下降，而輪作倒茬則能提高產(chǎn)量。種植冬季覆蓋作物，相當(dāng)于在輪作體系中新增加了一次輪作，有利于提高作物產(chǎn)量。這種增產(chǎn)作用不僅在于覆蓋作物的輪作倒茬能平衡土壤養(yǎng)分，還在于能夠減輕病、蟲、雜草的危害。目前作為覆蓋作物利用的植物主要有冬小黑麥、冬黑麥、冬小麥等禾本科作物及豌豆、毛苕子等豆科作物。豆科覆蓋作物和根瘤菌共生，通過固氮作用將空氣中的分子態(tài)氮轉(zhuǎn)變?yōu)橹参锟梢岳玫陌睉B(tài)氮，大氣中的N2轉(zhuǎn)變?yōu)橹参矬w內(nèi)的含氮化合物。在玉米、小麥等主要作物播種前后將其殺死，植物體內(nèi)的氮素就逐漸以植物能夠利用的形態(tài)釋放出來，供玉米等主要作物利用，在減少化肥使用量的同時(shí)提高了主要作物的產(chǎn)量。禾本科覆蓋作物雖不能固氮，但其從土壤中吸收氮素的能力遠(yuǎn)強(qiáng)于豆科作物，能有效防止土壤中的氮素向下移動(dòng)到根際以外和進(jìn)入地下水，能將本來會(huì)損失掉的那部分土壤氮素固定在其體內(nèi)，當(dāng)其死亡分解后將體內(nèi)所含的氮素留在土壤中，增加土壤氮素含量。當(dāng)土壤中殘留的禾本科植物組織被土壤微生物分解時(shí)，不但不能將其中的氮釋放出來，還會(huì)吸收土壤中的可溶性氮素來滿足微生物自身生長的需要，從而使玉米等在其生長早期處于氮饑餓狀態(tài)。禾本科覆蓋作物往往導(dǎo)致玉米等產(chǎn)量降低。所以，豆科、禾本科混合作為覆蓋作物，可以解決氮素平衡，提高主要作物產(chǎn)量更為理想。

2.4 覆蓋作物與能量轉(zhuǎn)化

在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中，農(nóng)作物將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，生產(chǎn)有機(jī)質(zhì)，為系統(tǒng)內(nèi)的一切生物活動(dòng)提供能量基礎(chǔ)。在一季有余、二季不足的地區(qū)，農(nóng)田裸露閑置期的光熱條件雖然不能滿足主要農(nóng)作物生產(chǎn)之需，但剩余光熱能可為其他冬季覆蓋作物的非主要植物利用。冬季覆蓋作物生長到一定階段，可收獲其營養(yǎng)體作為家畜飼草飼料或覆蓋作物之用。無論是單純作為防水土流失的覆蓋物，還是作為綠肥，或是作為飼草飼料，覆蓋作物所固定的能量對維持農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的健康具有重要意義。

3 我國北方冬季覆蓋作物及農(nóng)田保育效果與效益

3.1 目前推廣應(yīng)用的主要冬季覆蓋作物

近年，我國冬季覆蓋作物研究取得重要進(jìn)展，目前研發(fā)推廣應(yīng)用的主要有冬油菜、小黑麥、冬亞麻薺、冬毛苕子、冬小麥、二月蘭［Orychophragmus violaceus（L.）O.E.Schulz］等。冬油菜、冬亞麻薺為強(qiáng)冬性十字花科作物，播種量小、宜于飛播、播種簡單、成本低、生長快，而且營養(yǎng)體大、覆蓋度高、植株及殘茬腐爛分解快；冬毛苕子等為豆科植物，能固氮，但營養(yǎng)體小、種植成本高；冬黑麥、冬小黑麥、冬小麥等為禾本科，抗寒性強(qiáng)、耐遲播，但營養(yǎng)體小、種植成本高、植株及殘茬分解慢。豆科與禾本科覆蓋作物的缺點(diǎn)主要在于用種量大、不宜飛播、種植成本高。

3.2 冬季覆蓋作物的抗風(fēng)蝕效果

甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)等研究顯示，冬油菜和冬小麥春季地上枯落物干重分別為252.5和85.2 g·m?2，地表覆蓋度分別為 95.0% 和 70.2%［36-37］；李琳等［38］等研究報(bào)道，冬油菜、小黑麥和冬小麥的地表覆蓋度分別為90.0%、72.0%和88.0%。趙秋等［39］的研究也證實(shí)，冬季覆蓋作物與冬閑田處理的覆蓋度和地上生物量差異顯著；二月蘭、毛苕子、冬黑麥、冬油菜和草木樨地上部生物量分別為 6 059、6 520、3 620、6 880 和 4 034 kg·hm?2，分別 為 冬 閑 田（1 125 kg·hm?2）的 538.58%、579.56%、321.78%、611.56%、358.58%；冬季地面覆蓋度分別為94.1%、97.5%、82.7%、95.2%和76.5%，顯著高于冬閑田（11.2%）。王學(xué)芳等［36］研究顯示，冬季覆蓋能夠顯著降低風(fēng)蝕量，冬油菜、冬小麥、麥茬的風(fēng)蝕模數(shù)分別為22.3、23.3、83.5 kg·hm?2·h?1，分別為春播處理（543.6 kg·hm?2·h?1）的4.10%、4.28%、15.36%。二月蘭、毛苕子、冬黑麥、冬油菜和草木樨等作物覆蓋的風(fēng)蝕總量分別為 45.66、36.28、71.69、49.65 和 99.68 g·m?2·min?1，分別為冬閑田（245.55 g·m?2·min?1）的18.59%、14.77%、29.20%、20.22% 和 40.59%，冬油菜、毛苕子和二月蘭覆蓋的抗風(fēng)蝕能力尤其明顯［39］。李琳等［38］研究表明，春播裸露地表起沙量達(dá)65.02 g·min?1·m?1，冬油菜、小黑麥和冬小麥起沙量分別為0.29、0.74和0.78 g·min?1·m?1，與裸露地表相比，起沙量分別降低了99.55%、98.86%和98.80%。蔣學(xué)瑋等［17］研究顯示，新疆南疆綠洲外圍2 km寬的植被帶，覆蓋度由0增至15%～20%，風(fēng)速可降低37%～40%；覆蓋度由0增至35%～40%，風(fēng)速可降低48%；覆蓋度由0增至55%，風(fēng)速可降低54%，同時(shí)可降低流沙量達(dá)50%～90%。研究顯示，植被覆蓋度達(dá)到60%左右即可基本解決土壤風(fēng)蝕問題［11，15］。

3.3 冬季覆蓋作物的保水效果

甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)在甘肅省武威市的試驗(yàn)結(jié)果顯示，冬油菜和冬小麥春季最大吸水量為1 226.3和517.0 g·m?2，最大蓄水量為 973.8 和 412.8 g·m?2，均高于裸露地和麥茬覆蓋等地表類型；0—10 cm土壤含水量為11.8%和8.5%，分別為春播處理的2.62、1.88倍［37］。趙秋等［39］研究顯示，二月蘭、毛苕子、冬黑麥、冬油菜和草木樨土壤含水量分別為21.36%、21.52%、21.57%、23.5%和22.77%，分別為冬閑處理（20.69%）的103.24%、104.01%、104.25%、113.58%、110.05%；冬閑田、二月蘭、毛苕子、冬黑麥、冬油菜和草木樨土壤田間飽和持水量分別為48.82%、52.50%、54.68%、52.68%、58.61% 和55.34%，冬季覆蓋作物較冬閑田增加8.50%～20.80%。上述結(jié)果主要原因在于冬季覆蓋作物雖在生長前期消耗一定水分，但在越冬期間由于葉片干枯，地表有枯葉覆蓋，減少了土壤水分蒸發(fā)，故具有良好的保水效果。同時(shí)，土壤水分的增加增大了土壤起動(dòng)風(fēng)速，對減輕土壤風(fēng)蝕具有重要作用［2，40］。

3.4 冬季覆蓋作物保育農(nóng)田效果

冬季覆蓋作物有助于改善土壤容重和孔隙度狀況，增加有機(jī)質(zhì)含量。趙秋等［39］研究顯示，二月蘭、毛苕子、冬黑麥、冬油菜和草木樨等冬季覆蓋作物處理的土壤容重分別為1.24、1.26、1.23、1.21和1.25 g·cm?3，分別為冬閑田（1.30 g·cm?3）的95.38%、96.92%、94.62%、93.08%、96.15%；土壤總孔隙度分別為49.52%、48.71%、49.66%、50.61%和48.98%，分 別為 冬閑 田（46.94%）的 105.50%、103.77%、105.79%、107.82%、104.35%；土壤有機(jī)質(zhì)含量也均高于冬閑田處理。王學(xué)芳等［37］研究表明，冬油菜和冬小麥的土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀、過氧化氫酶、脲酶、堿性磷酸酶及微生物量的損失量均極顯著低于裸露春播處理，冬油菜地表1 g風(fēng)干土中的土壤有機(jī)質(zhì)、堿解N、速效P、速效K、過氧化氫酶、脲酶、堿性磷酸酶、轉(zhuǎn)化酶活性和微生物量等的損失量，分別是裸露春播地表的1/6、1/8、1/3、1/2.6、1/15、1/64、1/11、1/6和1/26。此外，冬季覆蓋作物處理的全碳和有機(jī)碳含量也均呈上升趨勢［33］。

3.5 冬季覆蓋作物周年覆蓋種植技術(shù)模式的經(jīng)濟(jì)效益

冬季覆蓋作物成熟早，為改傳統(tǒng)的一年一熟為一年二熟/二年三熟周年綠色覆蓋生產(chǎn)提供了時(shí)空條件。2015—2016年，甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)等先后在甘肅省武威、會(huì)寧、慶陽等地進(jìn)行了冬油菜/冬小麥+玉米/大豆/向日葵/馬鈴薯/蕎麥/糜子/飼草/蔬菜的周年覆蓋綠色高效種植模式試驗(yàn)示范，周年覆蓋種植模式總收益均高于小麥或玉米一季種植模式，其中，在甘肅省武威市冬油菜復(fù)種馬鈴薯、冬油菜復(fù)種青玉米和冬油菜復(fù)種玉米的經(jīng)濟(jì)效益分別較對照（玉米）高215.5%、125.8%和119.4%（表1）［40-41］。

表1 冬季覆蓋作物及其不同種植方式經(jīng)濟(jì)效益［40-41］Table 1 Winter cover crops and economic benefits under different planting methods［40-41］

4 結(jié)語

4.1 發(fā)展冬季覆蓋作物是解決北方地區(qū)農(nóng)田生態(tài)環(huán)境問題的有效途徑

進(jìn)入21世紀(jì)后，我國生態(tài)環(huán)境問題日趨嚴(yán)峻，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也面臨各種亟待解決的問題，如土壤風(fēng)蝕、干旱、地膜污染與化肥污染等，需要通過創(chuàng)新農(nóng)業(yè)技術(shù)、特別是創(chuàng)新覆蓋農(nóng)業(yè)技術(shù)來解決所面臨的問題。冬季覆蓋農(nóng)業(yè)技術(shù)是人們解決自然條件嚴(yán)酷地區(qū)水熱資源不足和土壤風(fēng)蝕問題、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、提高綜合效益的創(chuàng)新與發(fā)明。冬季覆蓋作物及其高效環(huán)保生產(chǎn)技術(shù)節(jié)本增效、環(huán)境友好，無論是經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益，還是社會(huì)效益，均具有顯著優(yōu)勢［40-41］，發(fā)展以冬季覆蓋作物為核心的農(nóng)田覆蓋環(huán)保栽培技術(shù)，是解決北方風(fēng)蝕區(qū)農(nóng)田風(fēng)蝕與生態(tài)環(huán)境問題、提高經(jīng)濟(jì)與生態(tài)效益的有效途徑。

4.2 冬季覆蓋作物及集成技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用有了良好開端

近幾十年來，基于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需求，冬季覆蓋作物及其高效環(huán)保技術(shù)研發(fā)取得了重要進(jìn)展。從目前的情況看，美國主要是利用禾本科與野生豌豆等豆科植物作為覆蓋作物［3，42］，主要推廣和應(yīng)用既防止土壤風(fēng)蝕，又提高土地生產(chǎn)力和增加土地經(jīng)濟(jì)效益的農(nóng)田管理技術(shù)［3，15，42］。我國北方土壤風(fēng)蝕沙化區(qū)冬季嚴(yán)寒，且蒸發(fā)量大，研究人員針對冬亞麻薺、冬小麥、冬油菜等作物越冬問題進(jìn)行了多年協(xié)作攻關(guān)，取得了顯著成效。東北農(nóng)業(yè)大學(xué)等先后育成了東農(nóng)冬麥1號、牡冬麥1號、蘇引6號等一批強(qiáng)抗寒冬小麥品種，在新疆、寧夏、陜北、長春、黑龍江等地試種成功，越冬率達(dá)到85%以上，冬小黑麥、冬小麥產(chǎn)量達(dá)6 000 kg·hm?2，較春播品種增產(chǎn)20%以上［43］；甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)等研發(fā)出抗?30℃極端低溫的超強(qiáng)抗寒冬油菜等十字花科冬季覆蓋作物品種［44-47］，覆蓋度達(dá)95.0%左右，生物產(chǎn)量（干物質(zhì)）達(dá)15 000 kg·hm?2，旱地籽粒產(chǎn)量可達(dá)3 000 kg·hm?2，較春播油料作物增產(chǎn)30%以上；同時(shí)，研發(fā)出毛苕子等豆科覆蓋作物［36］，提出了多種北方風(fēng)蝕區(qū)冬季覆蓋作物配套栽培技術(shù)與高效環(huán)保種植模式［40-45］。這些技術(shù)及抗寒冬季覆蓋作物品種的研發(fā)成功，使北方冬季覆蓋作物的推廣和應(yīng)用有了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保障和支撐［40，43-45］，既解決了冬季覆蓋問題，提高了生態(tài)效益，又有效提高了經(jīng)濟(jì)效益，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與環(huán)境保護(hù)有機(jī)結(jié)合。

4.3 加強(qiáng)冬季覆蓋作物及覆蓋技術(shù)研發(fā)是當(dāng)務(wù)之急

農(nóng)業(yè)生態(tài)問題如風(fēng)蝕、農(nóng)藥化肥污染、土地生產(chǎn)力衰退和生態(tài)服務(wù)功能下降等均與農(nóng)田裸露有關(guān)。發(fā)展冬季覆蓋作物是投資最少、見效最快的生態(tài)環(huán)境保護(hù)措施，也是藏糧于地的重要舉措。我國北方地域遼闊、生態(tài)條件差異巨大，現(xiàn)有冬季覆蓋作物與覆蓋技術(shù)不能滿足不同產(chǎn)業(yè)、不同生態(tài)條件的需要。如何根據(jù)不同生態(tài)區(qū)的特點(diǎn)將冬季覆蓋作物納入種植體系，解決覆蓋作物與主作物之間的合理搭配是發(fā)展和推廣應(yīng)用冬季覆蓋作物需要解決的主要問題。因此，需要對冬季覆蓋作物品種培育及利用等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研發(fā)和集成優(yōu)化，形成適應(yīng)不同地區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的冬季覆蓋作物及集成技術(shù)，因地制宜發(fā)展具有中國特色的冬季覆蓋作物與周年覆蓋高效環(huán)保種植技術(shù)體系。

4.4 更新農(nóng)業(yè)價(jià)值觀，加快生態(tài)效益貨幣化、市場化、經(jīng)濟(jì)化

在我國現(xiàn)行的農(nóng)業(yè)價(jià)值觀中，冬季覆蓋技術(shù)的生態(tài)效益本身未賦予任何價(jià)值，是否增產(chǎn)成為農(nóng)業(yè)技術(shù)是否值得推廣和應(yīng)用的唯一標(biāo)準(zhǔn)。冬季覆蓋作物及周年覆蓋高效環(huán)保種植技術(shù)對于農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要性尚未被我國國民、農(nóng)業(yè)科技工作者和政府官員所認(rèn)識。要在科學(xué)研究基礎(chǔ)上計(jì)算出冬季覆蓋作物的生態(tài)效益價(jià)值，作為農(nóng)業(yè)技術(shù)的重要參數(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。要立章建制，更新農(nóng)業(yè)價(jià)值觀，使“裸露有害、覆蓋有益”的理念得到普及，加快生態(tài)效益貨幣化、市場化、經(jīng)濟(jì)化，保障我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。