长期的作物多样性有助于改善土壤化学性质、养分循环以及提高大豆产量

《Nutrient Cycling in Agroecosystems》：Long-term crop diversity improves soil chemical attributes, nutrient cycling and soybean yield

　　摘要
覆盖作物有潜力减少农业投入，但它们对热带系统中土壤化学性质和养分循环的长期影响尚未完全了解。本研究评估了在长期免耕条件下，不同覆盖作物系统对巴西马托格罗索州塞拉多地区连续种植大豆时的地上干物质（SDM）产量、养分循环、土壤化学性质和大豆产量的影响。处理方式包括大豆种植后的不同第二季作物：MC（单种大豆种植）、休耕；CS1，Crotalaria spectabilis；CS2，Pennisetum glaucum；CS3，Urochloa ruziziensis；CS4，Cajanus cajan；以及MIX，C. spectabilis + P. glaucum + U. ruziziensis + C. cajan。从2014/15到2020/21年度，分别在覆盖作物使用除草剂化学干燥后的0天、90天、105天、120天、150天、180天和210天测量SDM。2019/20年度大豆收获后评估了土壤化学性质。与CS2和CS3相比，MIX使SDM增加了约22%，与MC相比增加了60%。在第6年和第7年，MIX、CS3和CS4的大豆产量显著高于MC，增加了约840公斤/公顷。MIX在长期内显著改善了土壤阳离子交换能力、pH值、养分释放和浓度、有机质以及大豆产量。即使单独种植，U. ruziziensis、C. cajan和C. spectabilis也对这些参数产生了积极影响。因此，带有覆盖作物的作物轮作有助于提高土壤肥力，是提高巴西塞拉多地区大豆生产力的可持续长期策略。

引言
过去两年，全球与农业投入相关的生产成本显著增加（CONAB 2022）。预计这种增长在巴西将持续，这强调了需要通过养分循环和减少矿物肥料及自然资源的使用来改变农业生产管理（Obour等人2021）。像免耕系统（NTS）这样的可持续生产模式优先考虑作物轮作或连续种植的协同作用。在巴西塞拉多地区，作物协同作用尤为重要，因为这里有三个种植季节：第一个种植季节（10月至2月），此时水分条件有利于主要作物（如大豆Glycine max (L.) Merr.）的生长；第二个种植季节（2月至6月），由于水分减少，通常种植玉米（Zea mays L.）或小麦（Triticum aestivum L.）；非种植季节（7月至9月），这一时期以干旱为特征，主要种植覆盖作物、高粱（Sorghum bicolor (L.) Moench）和其他物种。通过引入不同种类的第二季作物，例如不同的豆科植物和/或具有不同物候周期的草本植物，可以增加有机质（通过碳（C）固定），从而提高养分利用效率（Crusciol等人2021a；Baptistella等人2020），增强生产系统的效率和韧性。在这种情况下，在第二个生长季节采用覆盖作物意味着与种植商业作物相比，生产系统发生了变化，这是逐步适应技术、经济和环境条件的结果。这些变化代表了必须根据每个农场的具体情况（包括土壤类型、机械可用性、气候条件等）进行分析的农业管理调整。

由于大豆-玉米种植模式的主导地位，增加塞拉多地区及其他巴西地区的作物多样性具有挑战性，因为这种模式为农民提供了较高的短期利润。此外，需要仔细选择在第二季种植的覆盖作物，因为这一时期最适合种植耐旱且具有高效养分循环遗传潜力的物种，这些物种能够产生大量的地上干物质（SDM）（即植物地上部分如茎、叶和花形成的干有机质）（Dalla C?rt等人2021；Pacheco等人2018）。多项研究表明，将Urochloa ruziziensis（ruzigrass）、Pennisetum glaucum（小米）、Cajanus cajan（鸽豌豆）或Crotalaria spectabilis（crotalaria）作为第二季作物是一种有效选择，可以改善土壤生物物理化学性质（Dalla C?rt等人2021；Volf等人2021；Bossolani等人2020；Ferreira等人2020；Franzluebbers和Gastal 2019；S?o Miguel等人2018；Pacheco等人2017）。每种覆盖作物都有特定的形态生理特征，对系统产生影响。草本植物的扩展根系促进了土壤探索、养分吸收和覆盖土壤的生物量积累，而豆科植物则进行生物固氮。这种功能多样性还体现在物候多样性上：一年生物种有利于早期养分释放，而多年生植物的持续生长则有助于长期养分循环和土壤覆盖（Baptistella等人2021；Almeida等人2020, 2018；Osterholz等人2018）。所有这些覆盖作物都将从土壤中提取的养分转移到光合作用装置中，生成能量来源和碳骨架，随后转化为SDM。

在免耕系统（NTS）中同时种植这四种覆盖作物（MIX）是一种创新的合作模式，旨在提取深层土壤中的养分，这些养分有时难以被大豆和玉米等改良品种吸收。MIX中的根系多样性允许探索更大的土壤体积，形成生物孔隙，并释放多种黏液和分泌物，为每种物种创造特定的根际环境（Baptistella等人2020；Bertollo等人2020）。这些高质量的植物材料有利于形成多样化的土壤动物群，将这种易变物质转化为稳定的土壤有机质（SOM），后者被保留在土壤团聚体中，可作为后续作物的养分库（Nair和Ngouajio 2012）。除了增强养分循环外，通过MIX系统实现作物多样化还可以提高土壤对气候变化的韧性。这主要通过增加大气中的碳固定来实现，碳固定通过纳入SOM促进土壤团聚，并为微生物多样性和活动提供碳源。这些过程结合免耕系统提供的土壤覆盖和覆盖作物的根系发育，改善了后续作物的水分渗透和保持能力。总体而言，这些好处有助于缓解与气候相关的压力，并可能提高谷物产量（Obour等人2021；Franzluebbers和Gastal 2019；Pacheco等人2017）。

MIX的这些特性表明，适当管理每种覆盖作物，特别是它们的组合，可能增加土壤养分的可用性，从而提高矿物肥料和其他投入的效率。然而，作为NTS下第二季作物的MIX对养分循环的贡献以及可能对土壤肥力和长期大豆产量的影响尚不清楚。需要分析长期效应，以确定在同一区域混种多种覆盖作物是否比单独种植每种作物能获得更好的结果。由于系统需要时间稳定，因此可能不会立即观察到改善。本研究评估了在长期NTS条件下，单一覆盖作物和MIX对地上干物质产量、养分循环、土壤化学性质和大豆产量的影响。我们假设，在NTS下第二季种植更多种类的覆盖作物可以长期改善土壤性质，包括SOM、阳离子交换能力（CEC）、pH值以及氮（N）、磷（P）、钾（K）、钙（Ca）、镁（Mg）和硫（S）的浓度，从而改善养分循环和大豆产量。

材料与方法
实验在朗多诺波利斯-MT联邦大学（UFR）的实验站进行（南纬16o 27′ 41.75"，西经54o 34′ 52.55"，海拔292米）（补充图S1），从2013/14年度到2020/21年度，以评估7年实施期间的系统演变。该地区的土壤被归类为贫瘠的Oxisol（Santos 2018），地势平坦。当地气候为热带气候，炎热潮湿，根据K?ppen分类属于Aw型热带稀树草原（Souza等人2013）。补充图S2提供了实验实施以来的气象数据。

2013年采集土壤样本进行化学分析（表1），以指导土壤校正、中和pH值，并在实验实施前通过施用石灰和肥料消除铝等有毒元素。在所有地块中，仅在2013年10月8日按照Souza和Lobato（2004）的建议施用了一次土壤改良剂。2013年10月施用了1800公斤/公顷的填充石灰石（90%有效钙碳酸盐当量，ECCE；相当于巴西PRNT），通过耙地和圆盘犁平整将其混入土壤。2016年9月为了土壤校正，表面施用了2000公斤/公顷的填充石灰石（90% ECCE）和2000公斤/公顷的农业石膏。总的来说，这些改变在实验期间为土壤贡献了约1834公斤的钙。表1显示了2013年（实验开始时）朗多诺波利斯-MT贫瘠Oxisol的化学和质地性质。

作物系统和实验设计
实验采用随机区组设计，包括六个生产系统和四个重复，共24个地块，每个地块尺寸为7.40米×9.50米。第一季作物是大豆商业种植，第二季作物为覆盖作物，6月份将其干燥，之后该区域进入强制休耕期，直到下一次大豆种植。图1展示了从2013年实验实施到2020/21年度收获期间使用的处理方式。由于某些物种适应了塞拉多地区的条件、覆盖作物研究的进展以及更符合巴西农民的种植习惯，一些系统在几年后进行了调整。图1显示，有四种处理方式多年来保持不变：MC，单种大豆种植（休耕）；CS1，Crotalaria spectabilis；CS2，Pennisetum glaucum；CS3，Urochloa ruziziensis。CS4（Cajanus cajan）和MIX（C. spectabilis + P. glaucum + U. ruziziensis + C. cajan）的第二季作物在几年内有所调整。在CS4中，2013/14和2014/15年度种植了Stylosanthes，2015/16和2016/17年度种植了Vigna unguiculata，2017/18至2020/21年度种植了C. cajan。虽然随着时间的推移引入了不同的物种，但CS4中使用的覆盖作物都是豆科植物。在MIX中，2013/14和2014/15年度种植了C. cajan，2015/16至2017/18年度种植了向日葵+U. ruziziensis的组合，2018/19至2020/21年度使用了更多样化的C. spectabilis + P. glaucum + U. ruziziensis + C. cajan组合。这些变化被认为是对试验范围的改进，因为它们促进了更多不同覆盖作物的引入，可能增强养分循环动态并进一步改善土壤性质。

图1显示了所有种植年度第二季作物的组成。施用于大豆和某些覆盖作物的肥料成分表示为：N（氮）；P（磷）；K（钾）；B（硼）。

大豆在9月至10月间在NTS（免耕系统）下播种，品种的选择依据该地区的技术建议和市场可用性。大豆的行间距为0.45米，并在次年2月收获。第二季作物每年2月至3月间人工播种，行间距同样为0.45米。播种量如下：C. spectabilis为30公斤/公顷（每块地226克，约30粒种子/米）；P. glaucum为30公斤/公顷（每块地225克，约20粒种子/米）；U. ruziziensis为25公斤/公顷（每块地187克，约30粒种子/米）；C. cajan为60公斤/公顷（每块地450克）。混合处理方案包括C. spectabilis（18公斤/公顷；每块地113克）、P. glaucum（18公斤/公顷；每块地113克）、U. ruziziensis（15公斤/公顷；每块地94克）和C. cajan（36公斤/公顷；每块地227克）。

向日葵是巴西塞拉多地区重要的第二季作物，既可单独种植也可与其他作物间作。最初播种的目的是为了收集生产数据。然而，由于操作限制，在2016/17和2017/18年度未进行含向日葵的第二季作物收获。在MIX处理中，2015/16和2016/17年度将向日葵和U. ruziziensis作为第二季作物种植，草类作物则播种在向日葵行间。从2018/19到2020/21年度，MIX处理中P. glaucum和C. spectabilis在同一行种植，而U. ruziziensis和C. cajan种植在相邻行，形成交错种植模式。所有生产系统中，第二季作物收获后均使用草甘膦（5升/公顷）和2,4-D（1.5升/公顷）除草剂对覆盖作物进行干燥处理。

在研究的前五年里，为了改善土壤化学性质，对大豆进行了施肥。具体而言，播种时施用了60公斤/公顷的磷肥，播种前施用了20公斤/公顷的钾肥，当大豆处于V4生长阶段时又追加了20公斤/公顷的钾肥。随着NTS系统的稳定，最后两个农业年度（2019/20和2020/21）将钾肥和磷肥的用量减半至30公斤/公顷和20公斤/公顷，同时考虑了覆盖作物残余物分解释放的养分（Teixeira等人，2012年）。在所有进行播种和/或追肥的生长季节，使用了MAP（磷酸一铵，11-52-00 [N-P2O5-K2O]）、KCl（氯化钾，60.5% K2O）和尿素（46-00-00 [N-P2O5-K2O]）。大豆种子接种时，每50公斤种子使用150毫升液体接种剂（Nitragin Cell Tech? HC，Monsanto BioAg公司，阿根廷布宜诺斯艾利斯），其中含有每毫升3×10^9个根瘤菌Bradyrhizobium japonicum菌落形成单位。

2017/18年度之后，单一覆盖作物处理组（MC、CS1、CS2、CS3和CS4）的第二季作物不再施肥。在MIX处理中，向日葵与U. ruziziensis作为第二季作物种植时，按照Souza和Lobato（2004年）的建议进行施肥。但在2018/19年度最后一次MIX处理后，第二季作物不再施肥。

覆盖作物的生物量（SDM）在干燥后的0、90、105、120、150、180和210天进行了评估。第0天定义为覆盖作物管理（CM）期间SDM和养分的最大积累期，具体指覆盖作物终止过程，特别是干燥的时间和方法，此时养分吸收和同化停止。所有年份的干燥植物在第二次收获时被收集。第二次干燥处理（9月/10月）在第一次干燥后的90天进行（即大豆播种前），使用草甘膦（5升/公顷）除草剂。SDM的积累量评估方法参照Crusciol等人（2005年）的方法。简而言之，在每个地块的50×50厘米铁制方格内随机采集覆盖作物生物量样本。采集的生物量在60°C烤箱中烘干至质量恒定，然后测定SDM含量。为了测定养分浓度，将干燥样本研磨并通过2毫米筛网，再按照Malavolta等人（1997年）的方法测定养分含量。氮（N）通过硫酸消化法提取并用半微量凯氏定氮法测定；磷（P）、钾（K）、钙（Ca）、镁（Mg）和硫（S）通过硝酸-高氯酸消化法测定。磷通过分子吸收光谱法测定，钾通过发射火焰光度法测定，钙和镁通过原子吸收光谱法测定，硫通过硫酸钡浊度法测定。

为了描述干燥后覆盖作物的SDM分解和养分释放情况，收集的数据在0、90、105、120、150、180和210天时拟合Wieder和Lang（1982年）提出的指数衰减数学模型（公式1）：
$$PL = Po \times e^{-kt}$$
其中PL表示时间t（天）时的SDM和养分总量（公斤/公顷），Po表示潜在释放的SDM和养分比例（公斤/公顷），k为SDM和养分释放的常数（克/克）。k值用于计算SDM和剩余养分的半衰期（T?），即SDM分解一半和养分释放一半所需的时间，公式为T? = 0.693/k（Paul和Clark，1989年）。

在第二季作物季节，2017/18年度之后，单一覆盖作物处理组（MC、CS1、CS2、CS3和CS4）不再施肥。在MIX处理中，向日葵作为第二季作物与U. ruziziensis间作时，施肥遵循Souza和Lobato（2004年）的建议。但在2018/19年度最后一次MIX处理后，第二季作物不再施肥。

在所有生长季节中，播种和/或追肥时均使用了MAP（磷酸一铵，11-52-00 [N-P2O5-K2O]、KCl（氯化钾，60.5% K2O）和尿素（46-00-00 [N-P2O5-K2O]）。大豆种子接种时，每50公斤种子使用150毫升液体接种剂（Nitragin Cell Tech? HC，Monsanto BioAg公司，阿根廷布宜诺斯艾利斯），其中含有每毫升3×10^9个根瘤菌Bradyrhizobium japonicum菌落形成单位。

在2017/18年度之后，单一覆盖作物处理组（MC、CS1、CS2、CS3和CS4）的第二季作物不再施肥。在MIX处理中，向日葵作为第二季作物与U. ruziziensis间作时的施肥遵循Souza和Lobato（2004年）的建议。然而，在2018/19年度最后一次MIX处理后，第二季作物不再施肥。

覆盖作物的生物量（SDM）在干燥后的0、90、105、120、150、180和210天进行了评估。第0天定义为覆盖作物管理（CM）期间SDM和养分的最大积累期，具体指覆盖作物终止过程，特别是干燥的时间和方法，此时养分吸收和同化停止。所有年份的干燥植物在第二次收获时被收集。第二次干燥处理（9月/10月）在第一次干燥后的90天进行（即大豆播种前），使用草甘膦（5升/公顷）除草剂。SDM的积累量评估方法参照Crusciol等人（2005年）的方法。简而言之，在每个地块的50×50厘米铁制方格内随机采集覆盖作物生物量样本。采集的生物量在60°C烤箱中烘干至质量恒定，然后测定SDM含量。为了测定养分浓度，将干燥样本研磨并通过2毫米筛网，再按照Malavolta等人（1997年）的方法测定养分含量。氮（N）通过硫酸消化法提取并用半微量凯氏定氮法测定；磷（P）、钾（K）、钙（Ca）、镁（Mg）和硫（S）通过硝酸-高氯酸消化法测定。

为了描述干燥后覆盖作物的SDM分解和养分释放情况，收集的数据在0、90、105、120、150、180和210天时拟合Wieder和Lang（1982年）提出的指数衰减数学模型（公式1）：
$$PL = Po \times e^{-kt}$$
其中PL表示时间t（天）时的SDM和养分总量（公斤/公顷），Po表示潜在释放的SDM和养分比例（公斤/公顷），k为SDM和养分释放的常数（克/克）。k值用于计算SDM和剩余养分的半衰期（T?），即SDM分解一半和养分释放一半所需的时间，公式为T? = 0.693/k（Paul和Clark，1989年）。

大豆产量通过采样两行的2米长度作物段并校正水分含量（13%）来评估。为了比较不同NTS系统下的长期效果，使用2014/15至2020/21年度的SDM和养分积累及释放数据构建历史序列。

为了分析化学性质，在2019/20年度大豆收获后采集土壤样本，从每个地块的中心区域采集四个子样本（5米×5米）。采样深度分别为0.00–0.05米、0.05–0.10米、0.10–0.20米和0.20–0.30米。土壤装入塑料袋并送往温室，打开袋子获得风干细土。干燥后，样品通过2毫米筛网研磨，用于测定SOM（土壤有机质）、CEC（交换性阳离子容量）、pH值以及土壤中的P、K、Ca、Mg和S含量（Raij等人，2001年方法）。SOM（cmolc dm^-3）按照Walkley–Black方法（Walkley和Black，1934年）测定。CEC（cmolc dm^-3）为用阳离子交换树脂提取的可交换阳离子（Ca2+、Mg2+和K+）的总和，并通过原子吸收光谱法测定。潜在酸度（H+ + Al）使用Shoemaker-McLean-Pratt（SMP）溶液测定。pH值通过将1份土壤与25份0.01 M CaCl2溶液（v/v）混合后用玻璃电极测量。树脂可提取的P（mg dm^-3）使用阴离子交换树脂提取并通过光谱法测定。S通过0.01 M Ca(H2PO4)2溶液以1:2.5（v/v）比例提取，SO4^2-（mg dm^-3）通过硫酸钡浊度法测定。最后，可交换碱的总和为Ca2+、Mg2+和K+的总和，碱饱和度（BS）表示为可交换碱与CEC的比率。

数据经过正态性和同方差性检验，使用方差分析（F检验）进行分析，当显著时，使用SISVAR 5.6软件（Ferreira，2008年）进行Fisher最小显著差异（LSD）检验（p≤0.10），以识别不同覆盖作物长期实验中的生物学或农学相关模式。覆盖作物中的SDM和养分浓度数据使用SigmaPlot 10.0软件（Systat Software Inc., 加利福尼亚州圣何塞）拟合指数衰减方程。利用R软件（Lenth 2019；Oksanen等人，2019；R Core Team 2020）进行土壤深度函数的多元分析，包括主成分分析（PCA）和皮尔逊相关性分析。

覆盖作物系统的干物质生产和养分循环存在显著差异（图2）。MIX处理组的SDM积累量比其他处理组高，比CS2和CS3增加约22%，比MC增加约60%。所有差异均具有统计学意义，如图2A中的不同字母所示。不同处理组在干燥时的N、K、P、S、Ca和Mg积累量差异呈现相同趋势，MIX、CS4和CS3的SDM养分积累量高于MC、CS1和CS2。但也有例外，例如CS1的Ca积累量高于其他处理组，而CS4的K、P和Mg积累量低于CS3和MIX（图2B–D）。在CS1、CS2、CS3和CS4中，CS4的N积累量最高（Stylosanthes、V. unguiculata和C. cajan），P积累量最高的是CS3（U. ruziziensis），Ca积累量最高的是CS1（C. spectabilis）。与MC相比，MIX处理组的P积累量增加22%，K积累量增加38%，N积累量增加43%，相当于每公顷增加24.9公斤P、185.9公斤K和49.3公斤N。

图2显示了2014至2020年七年平均的A（地上部干物质SDM）生产和B-D（第二季作物干燥时的B N和K、C P和S以及D Ca和Mg）积累量。2018/19至2020/21年度的处理组包括：MC（单一种植；CS1（Crotalaria spectabilis）；CS2（Pennisetum glaucum）；CS3（Urochloa ruziziensis）；CS4（Cajanus cajan）；MIX（C. spectabilis + P. glaucum + U. ruziziensis + C. cajan）。在A中，不同的大写字母表示Fisher保护LSD检验（p≤0.10）下的显著差异。在B-D中，不同大写字母的黑色柱子和不同小写字母的白色柱子表示Fisher保护LSD检验（p≤0.10）下的显著差异。

时间分析显示，干燥后早期养分释放速度最快（图3）。所有用于描述养分释放动态的回归模型都具有很好的拟合度，支持所呈现的半衰期估计的可靠性。CS4的SDM分解速率最快，T1/2为71天，其次是MIX和CS1，平均T1/2为93天。MC的分解速率最慢。T1/2的差异表明CS4、CS1和MIX的养分循环速度高于MC。CS4和MIX的N释放速率最高（图3B）。MIX的P释放量也高于CS2和MC（图3C）。MIX的K释放量也高于其他处理组（图3D）。关于Ca，CS1和MIX明显优于CS3、CS2和MC（图4A）。MIX和CS3的Mg释放速率（图4B）显著高于其他处理组。最后，MIX和CS4的S释放量高于CS3、CS2和MC（图4C）。与对养分释放的积极影响一致，MIX、CS3和CS4的大豆产量最高，比MC增加20%，相当于每公顷额外增产约840公斤（图4D）。

图3显示了2014/15至2020年七年平均的A（地上部干物质SDM）分解和B N、C P、D K在覆盖作物管理（干燥）后的释放量。MC：单一种植（免耕休耕）；CS1：作物轮作1（Crotalaria spectabilis）；CS2：作物轮作2（Pennisetum glaucum）；CS3：作物轮作3（Urochloa ruziziensis）；CS4：作物轮作4（Cajanus cajan）；MIX（C. spectabilis + P. glaucum + U. ruziziensis + C. cajan）。A中的不同大写字母表示Fisher保护LSD检验（p≤0.10）下的显著差异。B-D中，不同大写字母的黑色柱子和不同小写字母的白色柱子表示Fisher保护LSD检验（p≤0.10）下的显著差异。

图3还显示，干燥后早期养分释放速度最快下降（图3）。所有用于描述养分释放动态的回归模型都具有很好的拟合度，支持所呈现的半衰期估计的可靠性。CS4的SDM分解速率最高，T1/2为71天，其次是MIX和CS1，平均T1/2为93天。MC的分解速率最慢。T1/2的差异表明CS4、CS1和MIX的养分循环速度高于MC。CS4和MIX的N释放速率最高（图3B）。MIX的P释放量也高于CS2和MC（图3C）。MIX的K释放量也高于其他处理组（图3D）。关于Ca，CS1和MIX明显优于CS3、CS2和MC（图4A）。MIX和CS3的Mg释放速率（图4B）显著高于其他处理组。最后，MIX和CS4的S释放量高于CS3、CS2和MC（图4C）。与养分释放的积极效果一致，MIX、CS3和CS4的大豆产量最高，比MC增加20%，相当于每公顷额外增产约840公斤（图4D）。

图4显示了2014/15至2020年七年平均的A（地上部干物质SDM）分解和B N、C P、D K在覆盖作物管理（干燥）后的释放量。MC：单一种植（免耕休耕）；CS1：作物轮作1（Crotalaria spectabilis）；CS2：作物轮作2（Pennisetum glaucum）；CS3：作物轮作3（Urochloa ruziziensis）；CS4：作物轮作4（Cajanus cajan）；MIX（C. spectabilis + P. glaucum + U. ruziziensis + C. cajan）。T1/2表示半衰期。

图4显示了2014/15至2020年七年平均的A（Ca）、B（Mg）和C（S）在覆盖作物管理（干燥）后的释放量。D表示前五年的大豆产量平均值，对应NTS的稳定期（黑色柱子），以及第六年和第七年的平均值，对应稳定期之后（白色柱子）。不同大写字母的黑色柱子和不同小写字母的白色柱子表示Fisher保护LSD检验（p值≤0.10）下的显著差异。MC：单一种植（免耕休耕）；CS1：作物轮作1（Crotalaria spectabilis）；CS2：作物轮作2（Pennisetum glaucum）；CS3：作物轮作3（Urochloa ruziziensis）；CS4：作物轮作4（Cajanus cajan）；MIX（C. spectabilis + P. glaucum + U. ruziziensis + C. cajan）。T1/2：半衰期

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MIX系统改善了0.00至0.05米深度层的阳离子交换容量（CEC）（图5A），增加了所有土壤层中的磷（P）和钾（K）浓度（图5D和6A），提高了0.00–0.05米深度层的钙（Ca）和镁（Mg）含量（图6B和C），主要在0.05至0.30米深度层增加了硫（S）含量（图6D），增加了0.00至0.10米深度层的土壤有机质（SOM）（图5C），并提高了0.00–0.20米深度层的土壤pH值（图5B）。与MC相比，CS1、CS2、CS3和CS4系统改善了CEC和SOM（图5A–C），降低了土壤酸度（图5B），增加了深层土壤中P、K、Ca和Mg的可用性（图6D），尤其是在前0.00至0.20米深度层（图5D、6A、B、C）。这突显了覆盖作物即使作为单一的第二季作物也能提供的中等但显著的好处。

图5：2019/20作物季节大豆收获后不同覆盖作物处理下土壤化学性质和各土层中的磷浓度。A 阳离子交换容量（CEC），B pH值，C 土壤有机质（SOM），D 磷（P）。MC：单一种植（免耕休耕）；CS1：作物轮作1（Crotalaria spectabilis）；CS2：作物轮作2（Pennisetum glaucum）；CS3：作物轮作3（Urochloa ruziziensis）；CS4：作物轮作4（Cajanus cajan）；MIX（C. spectabilis + P. glaucum + U. ruziziensis + C. cajan）。相同深度但字母不同的列在p≤0.10的Fisher保护LSD检验下具有显著差异。

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图6：2019/20作物季节大豆收获后不同覆盖作物处理下各土层中的土壤养分：A 钾（K），B 钙（Ca），C 镁（Mg），D 硫（S）。MC：单一种植（免耕休耕）；CS1：作物轮作1（Crotalaria spectabilis）；CS2：作物轮作2（Pennisetum glaucum）；CS3：作物轮作3（Urochloa ruziziensis）；CS4：作物轮作4（Cajanus cajan）；MIX（C. spectabilis + P. glaucum + U. ruziziensis + C. cajan）。相同深度但字母不同的列在p≤0.10的Fisher保护LSD检验下具有显著差异。

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PCA证实了多样化种植系统与土壤性质之间的强烈关联。PC1解释了48%-69%的土壤肥力变化，这与地上部分变量有关，而PC2解释了12%-27%的变化（图7）。这些分析显示，在实验的后期年份，MIX和CS3与大豆产量、SDM养分含量以及四个评估深度的土壤肥力变量之间存在相关性。此外，皮尔逊相关性分析（图8）表明，覆盖作物地上部分的养分积累与最后两个收获季的大豆产量呈正相关。

图7：2019/20年大豆收获后，前五年和最后两年（第六年和第七年）A 0.00–0.05米层、B 0.05–0.10米层、C 0.10–0.20米层和D 0.20–0.30米层中，覆盖作物管理（干燥处理，CM）下的地上干物质（SDM）产量、养分积累和大豆产量的PCA。在CM时测量的变量包括：地上干物质（SDMCM）、氮（NCM）、磷（PCM）、钾（KCM）、钙（CaCM）、镁（MgCM）和硫（SCM）。Yld5：实验前五年的大豆产量；Yld6_7：实验第六年和第七年的大豆产量、SOM（土壤有机质）；CEC（阳离子交换容量）；Nsoil（土壤氮含量）；Psoil（土壤磷含量）；Ksoil（土壤钾含量）；Casoil（土壤钙含量）；Mgsoil（土壤镁含量）；Ssoil（土壤硫含量）。MC：单一种植（免耕休耕）；CS1：作物轮作1（Crotalaria spectabilis）；CS2：作物轮作2（Pennisetum glaucum）；CS3：作物轮作3（Urochloa ruziziensis）；CS4：作物轮作4（Cajanus cajan）；MIX（C. spectabilis + P. glaucum + U. ruziziensis + C. cajan）。

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图8：实验地点前五年和最后两年（第六年和第七年）中，地上干物质（SDM）产量、覆盖作物干燥处理下的养分积累、大豆产量以及土壤化学性质之间的皮尔逊相关性分析热图。在覆盖作物管理（干燥处理，CM）时测量的变量包括：地上干物质（SDMCM）、氮（NCM）、磷（PCM）、钾（KCM）、钙（CaCM）、镁（MgCM）和硫（SCM）。Yld5：实验前五年的大豆产量；Yld6_7：实验第六年和第七年的大豆产量、SOM（土壤有机质）；CEC（阳离子交换容量）；Nsoil（土壤氮含量）；Psoil（土壤磷含量）；Ksoil（土壤钾含量）；Casoil（土壤钙含量）；Mgsoil（土壤镁含量）；Ssoil（土壤硫含量）。相关性大于零表示正相关，小于零表示负相关。标有“X”的相关性不显著，圆圈大小与显著性成正比。

讨论

SDM的积累提高了农业生态系统的性能

MIX中SDM和养分的更大积累强调了在生产系统中引入具有不同物候周期的作物多样性的重要性（Clark 2012）。每种覆盖作物在系统中都有特定的功能，这取决于其形态生理特性。P. glaucum具有较短的周期，在第二季作物的初期阶段有助于养分积累（Clark 2012）。在第二季作物生长期间，随着水分可用性的减少，P. glaucum进入衰老阶段，而多年生植物（C. spectabilis、U. ruziziensis和C. cajan）作为土壤覆盖植物继续进行营养积累。更多的有机残渣数量和质量有利于后续的大豆作物（Carvalho 2022）。

Oliveira Jr等人（2014）发现U. ruziziensis和P. glaucum具有有益的化感作用，因为他们观察到这些覆盖作物对杂草种类如Euphorbia heterophylla和Bidens pilosa具有化学抑制作用。除了覆盖土壤外，MIX系统中的物种可能还参与了相互作用，增加了多种次生代谢物和来自草类的羧酸化合物及复杂有机物的分泌量。此外，草类的高木质素含量有利于增加土壤微生物生物量，正如Brandani和Santos（2016）以及Moreira和Siqueira（2006）所观察到的，因为它们增加了SOM和蛋白质，从而降低了土壤剖面中根系生长的阻力。这些输入积极地反映在系统吸收和分配NTS下SDM有机部分养分的能力上。

养分循环

CS4中SDM的氮（N）含量高于CS1、CS2和CS3（图2），其中仅种植了C. cajan。CS4中每年大约多积累70公斤/公顷的氮，这突显了这种豆科植物在NTS下通过生物固氮作用对氮循环的重要性。当MIX系统中同时种植多种覆盖作物时，C. cajan也增加了氮循环，可能是通过释放促进氮固定的代谢物实现的。这些观察结果得到了Ferreira等人（2017）和Carvalho等人（2022）的研究支持，他们发现Crotalaria sp.和C. cajan增加了负责将N2转化为植物可吸收的无机形式（NO3?/NH4+）的固氮微生物群落，并改善了木质素:N比率。Osterholz等人（2018）强调，多样化的豆科植物减少了通过微生物矿化有机氮化合物产生的NH4+的总量，从而降低了氮损失的风险。

根据Teodoro等人（2011）的研究，除了氮积累外，C. spectabilis和C. cajan的深根和分枝根系还通过分泌促进养分释放的有机化合物，增强了塞拉多地区的钙（Ca）和磷（P）的可用性。我们在CS1中观察到SDM中钙的积累更多。这种积累可以归因于C. spectabilis的根系形态（即主根）和根系生理特性，这有利于在第二季作物生长期间从土壤中吸收钙。

在这方面，Koefender等人（2017）发现Crotalaria juncea生物量中的钙积累值为71.1公斤/公顷，小米中的钙积累值为56.6公斤/公顷。与本实验的结果一致，Pacheco等人（2013）报告了类似本研究中评估的覆盖作物物种的钙半衰期为67天，并且在干燥处理时U. brizantha和U. ruziziensis + C. cajan物种中的钙积累量约为90公斤/公顷，而在干燥120天后减少到约10公斤/公顷，这证明了这种养分在热带条件下的高循环性。在冬季使用Raphanus sativus进行的研究也报告了植物生物量中显著的钙积累，约为140公斤/公顷（Koefender等人2017）。在同一实验中，其他覆盖作物的钙积累量也在类似范围内，约为50公斤/公顷。更为显著的是，夏季种植Canavalia ensiformis和Crotalaria sp.时，钙积累量分别为670公斤/公顷和340公斤/公顷（Pereira等人2017）。因此，有迹象表明钙循环正在有效进行，由于长期实验开始时施用石灰和石膏的初始输入，这有助于钙对后续作物的可用性。

我们的结果证实了Araújo等人（2021）的发现，他们发现引入C. spectabilis使土壤pH值从5.0升高到5.3，从而提高了土壤中的Ca2+和Mg2+水平。这些变化还增加了植物组织中Ca2+和Mg2+的积累，表明这种覆盖作物可以循环养分，增加CEC和BS，并减少铝（Al）含量和潜在的酸度。根据Baptistella等人（2021）、Teutscherova等人（2019）和Louw-Gaume等人（2017）的研究，U. ruziziensis适应在低有效磷环境中生长，通过发展更广泛的根系和密集的菌根真菌定殖，并分泌酸性磷酸酶和有机酸（如烟酸、乙醇酸、苹果酸、丙酮酸和富马酸）。当U. ruziziensis作为单一覆盖作物在CS3中种植时，由于根附近磷的丰富，可能刺激了磷循环。Pacheco等人（2013）报告的覆盖作物物种的钙半衰期为67天，与本研究中评估的结果一致。此外，U. ruziziensis的根系和根表面分泌多种有机酸，主要是柠檬酸、草酸和苹果酸，这些酸可以溶解磷并增加其对植物的可用性。这些有机酸由于对特定矿物质的亲和力高，使得磷对植物可用。

讨论

SDM的积累提高了农业生态系统的性能

MIX中SDM和养分的更大积累强调了在生产系统中引入具有不同物候周期的作物多样性的重要性（Clark 2012）。每种覆盖作物在系统中都有特定的功能，这取决于其形态生理特性。P. glaucum具有较短的周期，在第二季作物的初期阶段有助于养分积累（Clark 2012）。在第二季作物生长期间，随着水分可用性的减少，P. glaucum进入衰老阶段，而多年生植物（C. spectabilis、U. ruziziensis和C. cajan）的植被生长和养分积累继续进行。更多的有机残渣数量和质量有利于后续的大豆作物（Carvalho 2022）。

Oliveira Jr等人（2014）发现U. ruziziensis和P. glaucum具有有益的化感潜力，因为他们观察到这些覆盖作物对杂草种类如Euphorbia heterophylla和Bidens pilosa具有化学抑制作用。除了覆盖土壤外，MIX系统中的物种可能还参与了相互作用，增加了更多种类的次生代谢物和来自草类的羧酸化合物及复杂有机物的分泌量。此外，草类的高木质素含量有利于增加土壤微生物生物量，正如Brandani和Santos（2016）以及Moreira和Siqueira（2006）所观察到的，因为它们增加了SOM和蛋白质，从而降低了根系在土壤剖面中的生长阻力。这些输入积极地反映在系统吸收和分配NTS下SDM有机部分养分的能力上。

养分循环

CS4中SDM的氮含量高于CS1、CS2和CS3（图2），其中仅种植了C. cajan。CS4中每年大约多积累70公斤/公顷的氮，这突显了这种豆科植物在NTS下通过生物固氮作用对氮循环的重要性。当MIX系统中同时种植多种覆盖作物时，C. cajan也增加了氮循环，可能是通过释放促进氮固定的代谢物实现的。这些观察结果得到了Ferreira等人（2017）和Carvalho等人（2022）的研究支持，他们发现Crotalaria sp.和C. cajan增加了负责将N2转化为植物可吸收的无机形式（NO3?/NH4+）的固氮微生物群落，并改善了木质素:N比率，这与土壤颗粒有机碳的增加有关。Osterholz等人（2018）强调，多样化的豆科植物减少了通过微生物矿化有机氮化合物产生的NH4+的总量，从而降低了氮损失的风险。

根据Teodoro等人（2011）的研究，除了氮积累外，C. spectabilis和C. cajan的深根和分枝根系还通过分泌有机化合物增强了塞拉多地区钙和磷的可用性。我们在CS1中观察到SDM中钙的积累更多。这种积累可以归因于C. spectabilis的根系形态（即主根）和根系生理特性，这有利于在第二季作物生长期间从土壤中吸收钙。在这方面，Koefender等人（2017）发现Crotalaria juncea生物量中的钙积累值为71.1公斤/公顷，小米中的钙积累值为56.6公斤/公顷。与本实验获得的结果一致，Pacheco等人（2013）报告了类似本研究中评估的覆盖作物物种的钙半衰期为67天，并且在干燥处理时U. brizantha和U. ruziziensis + C. cajan中的钙积累量约为90公斤/公顷，而在干燥120天后减少到约10公斤/公顷，这证明了这种养分在热带条件下的高循环性。

在冬季使用Raphanus sativus进行的研究也报告了植物生物量中显著的钙积累，约为140公斤/公顷（Koefender等人2017）。在同一实验中，其他覆盖作物的钙积累量也在类似范围内，约为50公斤/公顷。更为显著的是，夏季种植Canavalia ensiformis和Crotalaria sp.时，钙积累量分别为670公斤/公顷和340公斤/公顷（Pereira等人2017）。因此，有迹象表明钙循环正在有效进行，由于长期实验开始时施用石灰和石膏的初始输入，这有助于钙对后续作物的可用性。

我们的结果证实了Araújo等人（2021）的发现，他们发现引入C. spectabilis使土壤pH值从5.0升高到5.3，从而提高了土壤中的Ca2+和Mg2+水平。这些变化还增加了植物组织中Ca2+和Mg2+的积累，表明这种覆盖作物可以循环养分，增加CEC和BS，并减少铝（Al）含量和潜在的酸度。根据Baptistella等人（2021）、Teutscherova等人（2019）和Louw-Gaume等人（2017）的研究，U. ruziziensis适应在低有效磷环境中生长，通过发展更广泛的根系和密集的菌根真菌定殖，并分泌酸性磷酸酶和有机酸（如烟酸、乙醇酸、苹果酸、丙酮酸和富马酸）。当U. ruziziensis作为单一覆盖作物在CS3中种植时，由于根附近磷的丰富，可能刺激了磷循环，这与文献中描述的机制有关，例如根系分泌的酶和能够溶解难溶性磷部分的有机酸（Baptistella等人2021；Louw-Gaume等人2017）。Almeida等人（2020）和Louw-Gaume等人（2017）发现U. ruziziensis的地上部分或根表面分泌多种有机酸，主要是柠檬酸和草酸，这些酸可以溶解磷并增加其对植物的可用性。由于这些有机酸对特定矿物质的亲和力高，它们使磷对植物可用。

结果强调了覆盖作物混合物和养分积累对土壤的积极影响，并说明了磷和钙动态之间的协同关系（图8）。覆盖作物的多样性与土壤中磷和钙浓度的增加相关，特别是在表层土壤中（图5和6），以及干燥处理后90天内这些养分的更高可用性，这得益于大豆种植前SDM的分解（图3和4）。根据Rosolem和Marcello（1998）的研究，低磷可用性会限制根系发育并影响其他养分的吸收。由于土壤中磷的流动性低，通过广泛且发育良好的根系接触养分对于获取可用磷至关重要（Ernani等人2000）。低土壤钙含量也会影响根系生长，减少根系探索的土壤体积，而这些效应在磷缺乏时更加明显（Rosolem和Marcello 1998）。

我们的结果表明，多样化的覆盖种植通过增加养分保留和减少潜在的淋溶损失来提高土壤肥力（图5和6）。然而，需要管理策略来提高深层土壤中可能被固定或储存的养分的可用性和植物的可利用性，从而改善养分循环。总体而言，所有分析的营养素在MIX处理中含量最高，这表明更多的覆盖作物多样性增加了后续作物的养分可用性和吸收量。因此，MIX可能有助于减少化肥的使用，并且可以作为一种提高大豆产量的有效策略。覆盖作物混合物能够增强SDM的分解、养分释放以及大豆的产量。MIX中SDM分解和养分释放的中等半衰期反映了该系统中植物的多样性（图3A）及其分解速率。值得注意的是，当种植大豆时，仍有部分SDM残留在土壤中。无论是作为单一覆盖作物（CS3）还是混种（MIX）的U. ruziziensis，对于增加NTS条件下土壤表面的SDM量都非常重要，因为观察到其残渣的半衰期为210天。Pacheco等人（2017）报告称，U. ruziziensis与玉米混种时生长优于单独播种大豆的情况；累积的SDM量达到了18,000公斤/公顷，这证实了U. ruziziensis在塞拉多地区保护土壤方面的定量重要性。Rosolem等人（2012）也观察到U. ruziziensis在土壤表面的持久性，并发现其根系在干燥45天后仅分解了10%。

我们目前的结果证实，MIX在NTS条件下能够有效维持土壤表面的植物量，并在第二个作物生长季节促进更高效的养分循环。MIX是养分释放速率最高的系统之一，这主要归功于其中包含的两种豆科植物（C. spectabilis和C. cajan），它们有助于富含有机质的残留物积累。单独种植C. spectabilis（CS1）和C. cajan（CS4）的处理也显示出较高的养分释放速率（氮、硫和钙）。Rosa等人（2017）观察到，在种植Mucuna deeringiana、C. cajan、Crotalaria juncea、Brassica napus、Crambe abyssinica和Raphanus sativus后，低分子量化合物（如有机酸和糖类）的含量增加，表明豆科植物残渣具有较高的稳定性。Rosa等人（2017）还指出，持续种植覆盖作物有助于稳定有机质的分解，从而改善土壤性质，进而促进后续作物和土壤微生物的发育和活性。

过去两年（Yld6_7）的大豆产量是衡量覆盖作物促进养分循环效果的最合适指标，而NTS的前五年则代表了系统的“建立”阶段。MIX提供的作物多样性导致了较高的大豆产量，表明不同作物之间随着时间的推移发生了相互作用下的养分循环，为大豆的连续种植创造了更适宜的环境。与单独种植U. ruziziensis（CS3）相比，MIX下的大豆产量更高，这可以归因于更强的土壤覆盖、通过化感作用抑制杂草以及NTS条件下磷循环的增强，这一点得到了Baptistella等人（2021）、Almeida等人（2020）和Almeida等人（2018）的研究支持。CS4处理中季节间的多样性效应尤为明显，其中Stylosanthes（2014）之后依次种植了V. unguiculata（2015和2016年）和C. cajan（2017至2020年）。

土壤化学性质与大豆产量相关。在土壤化学性质方面（图5、6），MIX显著增加了土壤有机质（SOM）含量和阳离子交换容量（CEC），尤其是在表层土壤中。这些增加可以归因于U. ruziziensis与其他覆盖作物混种所带来的定量效应，因为对于单一草本作物（CS3）在0.20–0.30米深度范围内也观察到了类似的效果。U. ruziziensis具有丰富的束状根系，这增强了有机残渣对土壤的贡献，Carvalho等人（2022）的研究证实了这一点，他们报告了覆盖作物下SOM的积累量增加；Rosolem等人（2019、2012）观察到其根系持久存在且C/N比值高，影响了养分循环和残渣分解。此外，U. ruziziensis通过促进土壤中碳（C）和氮（N）的积累，可能增强了微生物合成SOM组分和碳的稳定化（Eberhardt等人2021；Nishigaki等人2020；Yao等人2019；Schmatz等人2017）。CS3中深层土壤中SOM和CEC的增加可能归因于缺乏种间竞争。MIX中覆盖作物的多样性还提供了更好的土壤pH缓冲效果，尤其是在0.10–0.20米深度范围内。SOM中的弱酸性功能团（如羧酸和酚酸）通过质子化和去质子化形成缓冲系统（Xu等人2012；Latifah等人2017；Shi等人2019）。这种增强的缓冲作用可以减少石灰的使用，并防止土壤性质发生剧烈变化，从而对作物和微生物群产生负面影响。

土壤养分含量的模式表明，MIX中的地上残渣促进了养分的循环，尤其是磷（P）、钾（K）、钙（Ca）和硫（S）。然而，需要强调的是，虽然MIX未施肥，但之前种植的向日葵每年施用了100公斤/公顷的MAP、KCl和尿素。MIX处理在2015/16至2017/18年作物生长期间进行了施肥，此时向日葵作为第二作物，支持U. ruziziensis的生长和根系扩展以吸收养分。由于第二作物未被收获（图1），肥料留在了系统中。干燥的向日葵和U. ruziziensis组织的分解为后续作物（包括2018/19至2020/21年的大豆/C. spectabilis/P. glaucum/U. ruziziensis/C. cajan）提供了养分。这可能有助于提高大豆产量并改善土壤性质。

在高度风化的热带土壤中，土壤主要由铁（Fe）和铝（Al）氧化物主导，CEC变化较大且受pH值影响。施用石灰和石膏可能提高了整个7年间的pH值，并在土壤胶体上产生了额外的负电荷，增强了碱性阳离子的保留能力，同时也为系统提供了重要的钙（Ca）输入。然而，在免耕条件下，缺乏机械混合限制了阳离子的重新分布，导致养分在表层积累（Crusciol等人2011）。因此，长期改善表层肥力不能仅归因于石灰施用，而应归功于覆盖作物系统的持续贡献。多年作物残渣的分解增加了SOM含量，这在养分保持和可用性方面起着核心作用，尤其是在永久电荷较低的热带土壤中。较高的SOM水平有助于提高pH值和CEC，从而减少Ca2+和Mg2+的淋失（Crusciol等人2015、2023）。此外，SOM复合物中的可交换铝（Al3+）有助于缓解酸性并增强碱度。残渣矿化过程中养分的缓慢释放防止了养分的快速流失，并促进了表层可交换基团的逐渐积累（Crusciol等人2015、2023）。这些效应是覆盖作物多样性的长期益处，从第六年和第七年与前五年相比的大豆产量增加中可以看出。在系统稳定期间，环境条件和管理实践的变化会影响养分积累和分解速率，从而影响系统表现。本研究前5年的较低产量表明，MIX的益处只有在多个生长季节后才能显现。

在所使用的覆盖作物种类中，U. ruziziensis在养分循环中起着特别重要的作用。其深根系能够从深层土壤中吸收钙（Ca）和镁（Mg），并通过凋落物沉积将其返回表层。这种生物循环机制解释了表层这些阳离子的持续增加。虽然钾（K）在土壤中的移动性比钙（Ca）和镁（Mg）更强，但其高生物量生产和凋落物返回也有助于其在表层的保留，同时增加了SOM的积累、CEC的改善以及土壤结构的优化，所有这些都有利于养分保存。因此，SOM的富集、U. ruziziensis的养分循环能力以及可变电荷矿物对pH值的缓冲作用共同解释了实验期间表层土壤中钙（Ca）、镁（Mg）和钾（K）的持续增加（Crusciol等人2015、2023）。覆盖作物种类之间的相互作用是养分循环的关键因素，每种作物都发挥着特定作用，但共同作用提高了养分利用效率。这种协同作用在磷（P）、钾（K）和硫（S）的循环中最为明显。硫（S）容易渗移到0.30米以下的深度，Bossolani等人（2021b）、Crusciol等人（2019）和Da Costa等人（2018）的研究证明了这一点；MIX通过促进根系在更深层次的硫吸收、在有机残渣中的分配以及随后的释放，增强了硫的循环。U. ruziziensis对深层土壤中钙（Ca）和镁（Mg）循环的影响也在CS3中得到证实，因为钙（Ca）和磷（P）促进了后续种植的大豆根系生长（Crusciol等人2021b；Bossolani等人2021a、2021b；Dos Reis等人2018）。PCA总结了主要发现，并对比了MIX处理对养分循环、土壤性质和大豆产量的积极影响与MC（休耕）的负面影响。它还展示了CS1和CS4的中间效应，其中MIX中的作物是单独种植的。尽管MIX具有诸多优势，但图7中的一些变量（如0.00–0.05米深度的土壤硫含量、SOM、CEC以及0.05–0.10米和0.20–0.30米深度的土壤镁（Mg）和钙（Ca）受特定作物种植顺序的积极影响更大。同样，CS2和CS3中SOM、CEC、pH值以及0.05–0.10米和0.20–0.30米深度的土壤镁（Mg）和钙（Ca）也有显著改善。PC1和PC2之间作物养分、土壤肥力变量和大豆产量的高度相似性证实了养分循环的效果。此外，MIX和单独种植U. ruziziensis（CS3）之间这些变量的高度相似性也证实了这些系统在养分循环和连续种植大豆产量方面的益处。

皮尔逊相关性分析表明，覆盖作物地上生物量的养分积累是衡量覆盖作物系统促进养分循环和增加NTS条件下大豆产量潜力的重要指标。不同覆盖作物之间的养分释放速率差异强调了选择最佳覆盖作物的重要性，以确保作物获得足够的养分以满足其需求。

结论：单独使用或混合使用覆盖作物均促进了养分循环，并提高了巴西塞拉多地区的大豆产量，这体现在SOM、CEC、pH值以及0.00–0.05米和0.05–0.10米深度土壤养分的改善上。每种覆盖作物在第二作物系统中都发挥了特定作用，这可能是由于根系发育、固氮作用、养分循环、土壤覆盖程度以及参与有机残渣分解的酶的刺激等方面的差异所致，但所有这些都有助于在免耕条件下增加碳（C）的积累。相比之下，MC并不推荐，因为它没有改善土壤的物理或生化性质，也没有提高塞拉多条件下的大豆产量。多样化覆盖作物混合物系统可以长期改善土壤化学性质、养分循环和作物产量。单一覆盖作物如U. ruziziensis、C. cajan和C. spectabilis也能产生这些效果，因为它们适应了巴西塞拉多的土壤气候条件。此外，这些作物在MIX系统中的养分循环有助于提高连续种植的大豆产量。因此，多样化的覆盖作物系统可能是补充甚至减少化学肥料使用的策略，从而提高生产系统的可持续性。