Ledande forskare Joseph Amsili tar kärnprov av täckgrödor vid Russell E. Larson Agricultural Research Center. Studien avslöjade att blandningar av täckgrödor ökade den totala koltillförseln till marken eftersom de samtidigt hade höga rot- och skottinmatningar och de främjade högre kolinput från rester som lämnades av följande majskontantskörd. Upphovsman:Jason Kaye Research Group, Penn State
För att bedöma täckgrödors övergripande effektivitet och välja de som erbjuder flest ekosystemtjänster, lantbruksforskare måste ta hänsyn till växternas rötter såväl som biomassa ovan jord, enligt Penn State forskare som testade egenskaperna hos täckgrödas rötter i tre monokulturer och en blandning.
"Nästan allt vi vet om tillväxten av täckgrödor är från att mäta de ovanjordiska delarna och ändå kommer några av fördelarna som vi vill få från täckgrödor från rötterna, "sa forskaren Jason Kaye, professor i markbiogeokemi. "Denna studie visar oss att det vi ser ovan jord ibland - men inte alltid - återspeglar fördelarna under marken."
Täckgrödor används ofta för att öka mängden organiskt kol som återförs till jorden mellan kontantgrödor som majs, vete och sojabönor, samt att begränsa erosion och att fixera eller tillföra kväve i jorden. Täckgrödor är kända för att spela en väsentlig roll för att öka jordens organiska kolhalter, Kaye noterade, men rotegenskaperna som påverkar kolnivåerna varierar mycket mellan täckgrödor, och denna variation har ännu inte karakteriserats.
Nyligen, Kaye påpekade, täckgrödeblandningar har ökat i popularitet som ett sätt att öka mångfalden av täckgrödors fördelar. Hans forskargrupp vid College of Agricultural Sciences har genomfört ett kontinuerligt experiment som utvärderar effektiviteten av olika täckväxtblandningar sedan 2011.
Studien avslöjade skillnader i rotdrag mellan de tre viktiga vinteråriga täckgrödorna - raps, crimson klöver och triticale. Forskningen avslöjade flera viktiga rotegenskaper, inklusive det höga rot-till-skott-förhållandet och stor produktion av mellanradsrötter för triticale, som är en hybrid av vintervete och spannmålsråg. Upphovsman:Joseph Amsili, Penn State
I den senaste studien, genomförd vid Penn State's Russell E. Larsen Agricultural Research Center i Rock Springs, nyligen publicerad i Förnybara jordbruks- och livsmedelssystem , forskare utvärderade behandlingar av täckgrödor inklusive monokulturer av triticale, raps- och crimsonklöver samt en blandning med fem arter som domineras av dessa tre arter.
De testade kvantiteten, kvalitet och rumslig fördelning av de som täcker grödor för att lära sig om rot-drag variation bland arter, och hur den variationen påverkar blandningsdesign. De tog rotkärnor från platser i rad och mellan rader till ett djup av cirka 16 tum på både hösten och våren från täckgrödor som planterats efter höstvete.
Forskare bedömde också kumulativa kolinsatser för hela rotationen för att fastställa bidrag från täckgröda och kontantgrödas rotkol. De mätte den vertikala och horisontella fördelningen av rotbiomassa, förhållandet mellan rotbiomassa och biomassa ovan jord-känd som rot-till-skott-förhållandet-och relaterade det till mängden kväve i växterna för att avgöra hur dessa parametrar skilde sig mellan behandlingsgrödor.
Forskare tog rotkärnor från platser i rad och mellan rader till ett djup av cirka 16 tum på både hösten och våren från täckgrödor som planterats efter höstvete. Kredit:Joseph Amsili, Penn State
Täckväxtblandningar ökade den totala koltillförseln till jorden eftersom de samtidigt hade hög rot- och skotttillförsel och de främjade högre koltillförsel från majsskörderester, Kaye förklarade.
"Majsgrödan var mer produktiv efter blandningarna än efter gräs, och medan vi skördar mycket av den produktiviteten, vissa blir kvar i rester, " sa han. "Jag tycker att det här är riktigt intressant eftersom det visar att effekten av täckgrödor på markens kol inte bara är relaterad till deras egna rötter och skott, men också hur de påverkar tillväxten av kassagrödor."
Studien avslöjade skillnader i rotdrag mellan de tre viktiga vinteråriga täckgrödorna, raps, rödklöver och triticale, ledande forskaren Joseph Amsili påpekade. Forskningen avslöjade flera viktiga rotegenskaper, han lade till, including the high root-to-shoot ratio and large production of between-row roots for triticale, which is a hybrid of winter wheat and cereal rye.
Researchers tested the quantity, quality and spatial distribution of cover crop roots such as triticale (shown) to learn about root-trait variation among species, and how that variation impacts mixture design. Credit:Joseph Amsili, Penn State
"The five-species mix was associated with increased quantity and distribution of roots compared to a crimson clover monoculture, which shows the benefits of combining legumes that have limited root biomass with brassica and grass species that produce greater root biomass, but provide more nitrogen, " said Amsili. Now an extension associate in the Soil and Crop Sciences Section in the School of Integrative Plant Sciences at Cornell University, he was a graduate student in the Department of Ecosystem Science and Management at Penn State when he spearheaded the research.
The study is important because the increased knowledge of cover crop root traits it yielded improves the understanding of the linkages between root traits and the services cover crops provide, Kaye explained. Går framåt, he expects to find cover crops and design cover crop mixtures that deliver unexpected ecosystem benefits and added boosts to cash crops that follow.
Cover crop root distribution patterns of four cover crop treatments are shown in this artist's conception, including (from left) triticale, crimson clover, canola and a five-species mixture. Credit:Joseph Amsili
"We'll now be able to think about what we want to occur in the soil and then design mixtures that have the root traits that are best able to provide those benefits, " he said. "Advancing research on cover crop root traits serves as a strong foundation for designing mixtures with complementary root traits. I envision that we will exploit lots of different cover crop plants for different traits, both above and below ground."
