填闲种植对土壤水分循环、有机碳含量、结构和肥力有显著效应

填闲种植作物的生长耗水、抑制蒸发和增强土壤保水能力对农田土壤水分循环有显著影响。与裸地休闲相比，填闲作物生长虽然能有效抑制土壤水分无效蒸发，但是增加了蒸腾耗水，因此，需要加强填闲作物自身生长需水管理，防止填闲种植过度消耗土壤水分。当然，也有研究发现，在玉米—大豆轮作系统中填闲黑麦草改善了表层土壤水分条件（Daigh A L，2014），这可能与填闲种植降低土壤容重（Zhu B，2012），提高土壤持水能力和水分入渗能力有关（Blanco-Canqui，2011）。例如Blanco-Canqui等（2011）进行15年长期试验研究发现，种植填闲作物的土壤入渗能力提高了3倍。

填闲种植是一种非常有效的农业固碳措施，填闲作物在其生长期以及后期翻压时均能向土壤输入碳，显著增加土壤有机碳含量，其增加幅度取决于气候条件、土壤类型、作物种类以及田间管理等因素（Sainju U M，2006；De Rouw A，2010；Mazzoncini M，2011；Po E A，2009）。例如，热带地区种植填闲作物没有明显增加免耕系统的碳输入（De Rouw A，2010），冬季填闲作物向土壤输入有限的碳（Po E A，2009），而夏季填闲作物向土壤输入更多的碳（Bayer C et al，2009），灌区农业填闲种植对提高土壤有机碳含量较旱作农田效果更为显著（Sainju U M et al，2007）。如果填闲作物收获后被移除作为饲料或者燃料，由于其根茬向土壤输入的有机碳有限，因此其对土壤固碳贡献并不大，但如果将填闲作物用作绿肥翻压还田，则能起到显著的固碳效益。干热河谷土壤有机碳含量远远低于全国平均水平，填闲种植能否提高其土壤有机碳含量有待深入研究。

填闲种植还可以通过填闲作物根系和翻压还田产生明显的“氮肥效应”，减少后茬作物氮肥用量。Hubbard等研究发现，填闲作物通过输入生物量提高了土壤全氮含量0.1～0.5mg/kg。但是填闲作物残余矿化释放氮素与后茬主栽作物养分吸收的同步性问题有待研究，因为填闲作物作为绿肥使用时，其真正意义上的养分贡献只有在后茬主栽作物养分需求旺盛时期进行同期矿化释放才能被后茬主栽作物有效利用（王俊等，2018）。(www.xing528.com)

填闲种植能有效改良土壤结构和微生物群落结构。填闲作物降低了表层土壤容重，提高了土壤水分入渗能力，促进土壤团聚作用及团聚体稳定性（Blanco-Canqui H et al，2013），显著增加了土壤总细菌生物量，并提高了土壤酶活性（Chavarría D N et al，2016）。

填闲种植的土壤肥力效应主要取决于填闲作物种类（豆科填闲作物和非豆科填闲作物）和管理措施（播种、翻压、耕作和施肥等）。豆科填闲作物通过其生物固氮作用为后茬主栽作物提供更多的有效氮，提高了土壤C/N，加速残余分解释放更多生物氮。非豆科填闲作物具有更强的吸氮能力，因此种植非豆科作物后容易导致土壤出现氮亏缺状态，需要增施一定量的氮肥。例如，胡铁成等研究填闲种植豆科绿肥不同程度地提高了土壤剖面硝态氮积累量，种植非豆科绿肥则降低了硝态氮含量（胡铁成等，2015）。有研究发现，豆科与非豆科填闲作物混播的固碳能力和供氮水平都要比各自单播的更高（Sainju U M et al，2008）。另外填闲种植的肥力效应还与翻压措施有关，播种前翻压更有利于提升土壤肥力（王峥等，2014），一定程度上翻压生物量越大，培肥效果越好（张春等，2014）。