综述：增加覆盖作物多样性能否增强根-土结合并减少地表径流期间的土壤流失？

本研究通过田间试验探讨了覆盖作物多样性（黑麦Secale cereale、芥菜Brassica juncea、蚕豆Vicia faba单作与混作）对根-土结合（rhizosheath mass）和土壤流失的影响，发现物种特性而非多样性决定根系性状，地上部分（shoots）可延迟径流但增加沉积物浓度，为农田水土保持策略提供了新见解。

　　

覆盖作物多样性对土壤侵蚀控制的影响机制

引言

英国每年因侵蚀流失超过400万吨土壤，覆盖作物（cover crops）作为农业政策核心措施（如英国DEFRA和欧盟CAP），通过植被覆盖减少降雨冲击和径流拦截。本研究首次在田间尺度探究覆盖作物多样性是否通过根系-土壤结合能力（rhizosheath formation）影响土壤流失，选取三种功能型作物：禾本科黑麦（G）、十字花科芥菜（B）、豆科蚕豆（L）的单作与混作组合。

材料与方法

试验在苏格兰邓迪的粉砂壤土（silt loam）农田进行，采用随机区组设计，设置7种处理（单作、双作、三作）并分"地上部保留/去除"组。通过8 L min^-1流量的地表径流模拟（overland flow simulations）测定土壤流失量，采集土芯分析根生物量（root dry mass）和根鞘质量（rhizosheath mass）。使用Canopeo软件量化植被覆盖度，TDR350测定土壤含水量。

研究结果

1. 1.

   根系生物量响应

   蚕豆处理（含L）的根生物量比其他处理高64%，但物种多样性水平（1-3种）未显著增加根生物量，假设H1不成立。黑麦表现出最强的单位根重根鞘形成能力（specific rhizosheath mass），比其它物种高50%。

2. 2.

   根鞘质量与根系关系

   根鞘质量与根生物量呈显著正相关（r²=0.84），支持H2。黑麦的细长根毛（root hairs）特性使其形成更大根鞘，而芥菜的粗根系统根鞘形成最弱。

3. 3.

   土壤流失控制

   根鞘质量未显著减少沉积物损失（H3不成立），地上部保留使沉积物浓度增加53±2 g，但延迟径流产生时间。区块间变异（between-block variation）显示土壤结构和水力特性对侵蚀的影响大于植物处理。

讨论与结论

物种特性而非多样性主导根系-土壤结合效应：黑麦通过根毛增强根鞘形成，蚕豆通过主根（taproot）增加生物量。地表剥离（surface detachment）作为主要侵蚀机制，使得深层根-土相互作用效果有限。田间土壤异质性可能掩盖了植物处理的细微差异，建议未来研究结合根系形态特征（如根长密度、分支角度）和降雨模拟。尽管多样性未显着减少侵蚀，但覆盖作物混作仍可通过功能互补提供多重生态系统服务（如氮固定）。该研究为农田水土保持的物种选择提供了实证依据，强调需要针对特定土壤条件和侵蚀机制优化覆盖作物组合。