自1981年起试行免耕免除草剂耕作制度

罗代尔研究所的耕作系统试验始于1981年，是北美对有机和常规谷物种植制度进行的时间最长的并排比较。

近40年来，我们收集了一些数据，衡量在不同耕作水平管理的有机和常规系统中种植的作物在土壤健康、作物产量、能源效率、水分利用和污染以及养分密度方面的差异。

一切都从土壤开始。更健康的土壤保持更多的水分，使植物在干旱时期占据一席之地。健康的土壤也能更好地结合在一起，防止土壤侵蚀和径流进入水道。由于有机系统不使用化学投入物，毒素不会进入环境，化石燃料的使用量也会减少。像有机免耕这样的方法也能降低能源成本。

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农业系统试验位于我们位于宾夕法尼亚州库茨敦的主校区，占地12英亩。它分为3个总体系统：有机肥、有机豆类和常规。

每个系统又分为耕作和免耕两个系统，共6个系统。共有72块试验田。

关于耕作的说明：免耕和有机免耕并不等同。传统的免耕使用除草剂来终止覆盖作物，而有机系统使用滚筒压边机等工具。我们发现，年复一年的有机免耕并不能产生最佳的效果，所以我们的有机系统采用的是少耕，只隔年翻耕一次。

该系统代表有机奶制品或牛肉操作。它的特点是一年生饲料粮食作物和多年生牧草作物长时间轮作。肥力由豆类覆盖作物和定期施用堆肥提供。多样化的轮作是抵御害虫的主要防线。

这一制度代表了一种有机的现金粮食制度。它的特点是中等长度的轮作，由一年生粮食作物和覆盖作物组成。该系统唯一的肥力来源是豆科复盖作物，轮作提供了抵御害虫的主要防线。

这个系统代表了一个典型的美国谷物农场。它依靠合成氮肥实现肥力，杂草由宾夕法尼亚州立大学合作推广中心推荐的合成除草剂选择和施用。

有机质是指土壤样本中存在的细菌、真菌和其他微生物的数量。样品中的有机质越多，土壤就越健康。

来自耕作系统试验的数据表明，有机系统中的有机质和土壤健康随着时间的推移不断增加，而常规系统中的土壤健康基本上保持不变。(图1)。

由于改善了土壤健康，在有机系统中，通过土壤渗透的水分增加了15%-20%，补充了地面桌子，并帮助有机作物在极端天气下表现良好。更多的有机质也意味着更多的微生物总数，这些微生物可以为植物提供营养，使其茁壮生长。

耕作系统试验旨在帮助农民从传统向有机过渡，并旨在产生实用数据。我们利用了一个由来自全国各地的农民组成的顾问委员会，他们确保我们的方法与当代的做法一致。

我们分析谷物种植制度是因为美国种植的作物有70%是谷物，包括玉米、大豆、燕麦和小麦。

FST旨在成为标准农业技术的典范，因此，当转基因作物和免耕在2008年在全国广泛使用时，转基因作物和免耕被引入了传统地块。

FST是一项按意向进行的长期研究。仅在几年内进行的短期研究不能衡量长期的天气影响，如不可避免地发生的干旱，或者土壤的生物变化，这可能发生得很慢。我们需要长期的研究来找到影响全球粮食生产未来的问题的真正解决方案。

最近的结果显示，传统的耕作系统向地下水位中渗出的除草剂阿特拉津(一种已知会扰乱人类和动物内分泌系统的除草剂)的量在十亿分之一到百万分之三之间(图1)。对青蛙的重复对照研究表明，暴露在0.1 ppb的阿特拉津会导致雄性青蛙的荷尔蒙水平发生显著变化，使它们具有两性特性。人类可能比两栖动物耐受更高水平的阿特拉津，但这种化学物质对动物和生态系统的显著影响低于之前认为的水平，这令人担忧。不依赖合成输入的有机系统可以零浸出阿特拉津。

在利用豆类覆盖作物的系统中种植的有机燕麦含有明显更高的总蛋白质浓度(图2)以及一系列必需和非必需氨基酸。我们还发现，与常规系统相比，这两个有机系统的土壤碳和氮(蛋白质的组成成分)都要高得多。

2016年，我们的免耕有机肥系统每英亩生产200蒲式耳玉米-我们县的创纪录产量几乎是传统免耕系统的两倍(图3)。