과수원 토양 관리를 위한 15종의 덮개작물 종에 대한 비교 연구: 수분 흡수, 뿌리 밀도 특성 및 토양 집합체 안정성

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 721(2023) 이 기사 인용

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덮개작물(CC)의 사용을 늘리는 것은 포도나무에 대한 과도한 경쟁과 충돌할 수 있지만 지속 가능한 포도 재배에 필수적입니다. 특히 기후변화 시나리오에서는 생태계 서비스를 유지하면서 후자의 특징을 최소화해야 합니다. 포도밭 바닥 관리를 위한 CC를 식별하는 것을 목표로 하는 이 시험에서는 증발산량(ET) 속도, 뿌리 성장 패턴 및 토양 집합체 안정성 잠재력에 따라 여러 종을 특성화했습니다. 이 연구는 2020년 Piacenza(이탈리아 북부)에서 야외에 보관된 화분에서 재배되고 풀(GR), 콩과 식물(LE) 및 덩굴 식물(CR)로 분류되는 15종의 CC 종에 대해 수행되었습니다. 나지(대조군)와 함께 완전한 무작위 블록 설계로 배열되었습니다. CCs ET는 잔디를 깎기 전에 시작하여 그 후 2, 8, 17 및 25일에 반복되는 중량 측정 방법을 통해 평가되었습니다. 지상 건조 바이오매스(ADW), 뿌리 길이 밀도(RLD), 뿌리 건조 중량(RDW) 및 뿌리 직경 등급 길이(DCL)를 측정하고, 0~20cm 깊이 내에서 평균 중량 직경(MWD)을 계산했습니다. 잔디를 깎기 전에 ET는 LE(18.6mm day-1)에서 가장 높았고 CR(8.1mm day-1)에서 가장 낮았으며 후자는 대조군(8.5mm day-1)보다 훨씬 낮았습니다. LE에 의해 나타난 높은 ET 비율은 단위 잎 면적당 더 높은 증산량보다는 주로 파종 후 매우 빠른 발달과 관련이 있었습니다. 잔디를 깎은 후 잎 면적 지수(LAI, m2 m−2)에 대해 플롯팅된 15종의 ET 감소(%)는 매우 근접한 적합성을 나타냈으며(R2 = 0.94), 이는 (i) 물 사용량이 언제든지 선형적으로 감소할 것으로 예상됨을 나타냅니다. 5-6의 초기 LAI로 시작하면 (ii) 포화 효과가 이 한계를 넘어서 도달하는 것으로 보입니다. 포도원에서 사용할 피복작물 종의 선택은 주로 일별 및 계절별 물 사용률은 물론 뿌리 성장 패턴의 동적 및 범위를 기반으로 했습니다. GR 중에서 Festuca ovina는 "왜소한" 특성으로 인해 ET가 가장 낮은 것으로 두드러져 영구적인 행 간 피복에 적합합니다. CR 종은 빠른 토양 피복, 최저 ET 비율 및 얕은 뿌리 식민지화를 보장하여 포도나무 아래 풀을 심을 수 있는 잠재력을 확인했습니다.

포도원은 본질적으로 척박한 토양에 조성되는 경우가 많으며1 집중적인 관리 관행에 노출되어 토양 기능 및 관련 생태계 서비스를 위협합니다2,3,4. 더욱이, 지중해성 기후는 종종 가을~봄에 짧지만 심한 폭풍우와 관련된 심각한 여름 가뭄을 특징으로 하며, 이는 지표수의 유출2,5, 토양 악화 및 침식6,7을 선호합니다. 가을~봄의 짧고 폭우로 인한 높은 지표수 유출은 보다 비옥한 표토층을 제거하여 토양 유기물(SOM) 함량과 탄소(C) 격리, 영양분 가용성 및 수분 보유 능력을 감소시켜 토양의 전반적인 감소를 초래합니다. 다산과 작물 생산성8. 또한 SOM 손실 후 토양 입단은 더 쉽게 분해되는 경향이 있으며 토양 침식성은 악화됩니다9,10. 마지막으로, 지표 유출과 그에 따른 토양 침식은 비료와 살충제 잔류물이 지표수에 도달하는 주요 경로입니다8.

기존 포도원 토양 관리는 토양 특성에 영향을 미칩니다2,11. 기계적 제초는 포도원 토양의 물리적 저하를 유도하고7,12 다양한 영양 수준에서 토양 생물학적 군집을 변형시킬 수 있습니다13. 반대로, 포도원 덮개작물은 지표수 침투14, 탄소 격리15 및 토양 침식 감소7,16,17를 포함하여 토양3의 필수 생태계 서비스를 향상시키기 때문에 지속 가능한 토양 관리 전략으로 간주됩니다. 또한 피복작물(CC)은 토양 집합체 안정성18을 개선하고 빗방울 충격19으로부터 보호하므로 물 및/또는 바람 침식으로부터 토양을 보호하는 데 도움이 될 수 있습니다.

CC는 또한 뿌리 발달과 회전율이 하층토 구조에 직접적인 영향을 미치고 거대 다공성을 증가시키기 때문에 포도밭의 유리한 토양 구조와 안정적인 다공성을 강화/유지하는 데 도움이 될 수 있습니다. 성장하는 동안 뿌리는 압력을 가하여 토양 기공 네트워크를 재구성합니다. 뿌리 분해 후 뿌리 파낸 채널은 비어 있는 상태로 유지되어 생체 공극을 형성합니다. 증가된 토양 거대 다공성으로 인해 토양 표면 수리 전도도, 물 침투 및 하층토 재충전은 일반적으로 우기 동안 개선됩니다 24,25. 강우가 내리는 동안 토양이 포화되면 토양 표면의 수리 전도도가 감소하여 지표수가 유출됩니다3. 이러한 감소는 CC26의 존재로 인해 부분적으로 상쇄됩니다. 또한, CC 잎 면적은 토양 표면에 물이 머무는 시간이 길어질수록 빗방울의 운동 에너지를 감소시키고 물 침투를 촉진합니다.

0.76) (Fig. 2a) which helped to distinguish two different data clouds. Till LAI values of about 6, the model was linear, having at its lower end all GR and CR species with the inclusion of M. polymorpha (MP) as a legume, while, at the other end, M. truncatula (MT), L. corniculatus (LC) and M. lupulina (ML) were grouped together. T. michelianum (TM) was isolated from all CCs at 22.56 mm day−1./p> 1.0 mm) roots although, most notably, L. corniculatus roots showed the highest abundance for both DCL_M (23.08 cm cm−3) and DCL_C (0.54 cm cm−3)./p> 2000 µm) in the top 10 cm of soil was achieved by L. corniculatus with 461 g kg−1. L. corniculatus differed from the rest of the LE group, whose grand mean (90 g kg−1) was the lowest of the three tested groups. As a legume, T. subterraneum (TS, 122 g kg−1) recorded the lowest values compared to fellow CR species, ranging between 211 (D. repens, DR) and 316 g kg−1 (G. hederacea, GH). GR recorded LM values slightly lower than those of CR, with a mean value of 217 vs 224 g kg-1./p> 1.0 mm) of L. corniculatus compared to other species, thus indicating the important role of large roots in soil aggregation levels. The strong influence of L. corniculatus on soil strength, when grown in monocultures compared to other legumes, has been reported. Interestingly, H. pilosella had higher LM compared to most of the other species, while having lower RLD and RDW. Previous studies reported lower pH of soil under H. pilosella than under other plants66,67, which was found in turn to be negatively correlated with water stable aggregates68. The authors explained the negative correlation between the pH increase and the soil aggregation level by the higher loading of humic acids on the mineral surfaces and by a decrease in the electrostatic repulsive forces between negatively charged substances under soil acidic conditions, resulting in higher coagulation of organic and mineral particles. Therefore, for H. pilosella, the effect on soil aggregation is more related to changes in soil chemical properties rather than to root characteristics./p> 1.0 mm) roots, as adapted from Reinhardt and Miller75. Moreover, RDW (mg cm-3) was gravimetrically determined after drying the roots in a ventilated oven at 60 °C until constant weight./p> 2000 µm), sM (250–2000 µm), m (53–250 µm) and s + c (< 53 µm). Each fraction was isolated by manually moving the sieve up and down 50 times. After each phase, soil aggregates remaining on the top of the sieve were transferred onto an aluminium pan, oven dried at 105 °C and weighed. Water and soil passing through the sieve were poured onto the smaller sieve mesh, thus starting the next phase (wet-sieving). All fractions were corrected for sand content, and the MWD was calculated according to van Bavel76 as follows:/p>