果樹園の土壌管理のための 15 種類の被覆作物種の比較研究: 吸水量、根密度特性、および土壌集合体の安定性

Scientific Reports volume 13、記事番号: 721 (2023) この記事を引用

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1 オルトメトリック

メトリクスの詳細

持続可能なブドウ栽培には被覆作物（CC）の使用を増やすことが必要ですが、ブドウの木に対する過度の競争と衝突する可能性があります。特に気候変動シナリオでは、生態系サービスを維持しながら後者の特徴を最小限に抑える必要があります。この試験は、ブドウ畑の床面管理のための CC を特定することを目的として、蒸発散量 (ET) 速度、根の成長パターン、および土壌集合体の安定性の可能性に従っていくつかの種を特徴付けました。この研究は2020年にピアチェンツァ（北イタリア）で、屋外に置かれたポットで栽培された15種類のCC種を対象に実施され、イネ科植物（GR）、マメ科植物（LE）、およびつる性植物（CR）に分類されました。裸の土壌（対照）とともに、それらは完全にランダム化されたブロック設計で配置されました。 CC の ET は、芝刈り前に開始し、その後 2、8、17、および 25 日後に繰り返し、重量法によって評価されました。深さ 0 ～ 20 cm の範囲で、地上乾燥バイオマス (ADW)、根長密度 (RLD)、根乾燥重量 (RDW)、および根直径級長 (DCL) を測定し、平均重量直径 (MWD) を計算しました。芝刈り前では、ET は LE で最も高く (18.6 mm day-1)、CR で最も低く (8.1 mm day-1)、後者は対照 (8.5 mm day-1) よりもさらに低かった。 LE によって示された高い ET 率は、単位葉面積あたりのより高い蒸散量よりもむしろ、播種後の非常に速い発育に主に関係していました。草刈り後、15 種の ET 削減 (%) と葉面積指数 (LAI、m2 m−2) をプロットすると、非常によく一致し (R2 = 0.94)、(i) 水使用量はいつでも直線的に減少すると予想されることが示唆されます。初期 LAI 5 ～ 6 から始まり、(ii) この制限を超えると飽和効果に達すると思われます。ブドウ園で使用する被覆作物の種の選択は、主に日中および季節の水使用率、および根の成長パターンの動態と範囲に基づいて行われました。 GR の中で、Festuca ovina はその「矮化」特性により ET が最も低いものとして際立っており、永久的な列間被覆に適しています。 CR 種は、急速な土壌被覆、最低の ET 率、および浅い根の定着を保証する、つるの下に草を茂らせる可能性があることを確認しました。

ブドウ園は本質的に痩せた土壌に設立されることが多く 1、集中的な管理が行われ、土壌の機能と関連する生態系サービスが脅かされています 2、3、4。さらに、地中海性気候は、秋から春にかけて短期間ながら激しい暴風雨を伴う厳しい夏の干ばつを特徴とすることが多く、地表水の流出2,5、土壌劣化と浸食が促進されます6,7。秋から春にかけての短時間で激しい暴風雨による地表水の大量流出は、より肥沃な表土層を除去し、土壌有機物（SOM）含有量と炭素（C）隔離、利用可能な栄養素と保水力を減少させ、土壌全体の減少につながります。肥沃度と作物の生産性8. さらに、SOM の損失後、土壌凝集体はより簡単に分解される傾向があり、土壌の侵食性が悪化します9,10。最後に、肥料や残留農薬が地表水に到達する主な経路は、地表流出とそれに伴う土壌侵食です8。

従来のブドウ畑の土壌管理は土壌の特性に影響を与えます2,11。機械的除草は、ブドウ畑の土壌の物理的劣化を誘発し 7,12、さまざまな栄養レベルで土壌の生物学的群集を変化させる可能性があります 13。逆に、ブドウ畑の被覆作物は、地表水の浸透14、C2の隔離15、土壌侵食の軽減7、16、17など、土壌の重要な生態系サービス3を促進するため、持続可能な土壌管理戦略であると考えられています。さらに、カバークロップ（CC）は、土壌集合体の安定性を向上させ18、雨滴の影響から土壌を保護するため、水および/または風食から土壌を保護するのに役立ちます19。

CC は、根の発達と代謝回転が下層土の構造に直接影響を与え、マクロ気孔率を増加させるため、ブドウ畑の好ましい土壌構造と安定した気孔率を強化/維持するのにも役立ちます20。成長中、根は圧力をかけて土壌細孔ネットワークの再構成を引き起こします21。根の分解後、根が掘った溝は空のままになり、バイオポアを形成します22、23。土壌のマクロ空隙率が増加した結果、通常、雨季には土壌表面の透水係数、水の浸透、および下層土壌の埋め戻しが改善します 24,25。降雨時に土壌が飽和すると、土壌表面の透水係数が低下し、地表水の流出が起こります3。このような減少は、CC26 の存在によって部分的に相殺されます。さらに、CC の葉面積は、土壌表面での水の滞留時間が増加するため、雨滴の運動エネルギーを減少させ、水の浸透を促進します24。

CC によって促進される降雨浸透率の向上と土壌水貯留の強化により、追加の土壌水貯留が必要になる可能性があります 25。これは、地中海地域のように、一連の豪雨で比較的短時間に降水量が発生する地域では特に顕著です3。しかし、地中海地域のブドウ栽培者は、主作物との水と栄養素の競合に対する懸念から、依然として CC の使用にかなり消極的である 27,28。なぜなら、上記の追加の水予算は、部分的または全体的に、急速に使用される (すなわち、蒸散される) 可能性があるためである。 CC自体29．

一般に、被覆作物の最も一般的な技術には、容易に入手可能で安価な在来種 4,30 の管理が含まれており、通常は水と栄養素の両方で最も競争力がある 28,31。

競争を緩和または排除するために、CC は春に耕作とともに終了されることがよくあります4。それにもかかわらず、この決定のマイナスの副作用として、ブドウ畑の土壌を永続的に覆うことによって得られるいくつかの利点（湿った土壌での機械輸送の促進、土壌浸食の軽減など）が失われます4,32。したがって、ブドウ園における CC の競争を減らしながら永続的な土壌被覆の利点を維持するための適切な戦略 (つまり、CC 種と最良の文化慣行の採用) を特定することが依然として必要です。

文献によると、草刈りは有用な短期的な水保全戦略として使用できます 28,33。刈り取り後、その場に残された芝生の残留物は、土壌を侵食や流出からさらに保護し 34,35、短期的には土壌の健康を改善し 36、同時に水の競合と土壌の蒸発を軽減します 33,37。

可能な限り多くの正の外部性を活用し、ブドウ園における CC の存在に関連する潜在的な問題を軽減するには、在来種の使用から播種 (つまり選択) 種の使用に切り替えることが推奨されます 30。さらに、結合したブドウの木に対する水競合のリスクが高いと評価される場合、適切な種類の CC の選択が重要になり、そのような特性が水消費量の削減につながると仮定して、地上バイオマスと根の発達が減少しているものを選択します 30。、38。

残念ながら、現在に至るまで、競争力の低い種に対するワイン生産者の需要は依然としてほとんど満たされていません38。 Agroscope (Changins-Wädenswil、スイス) は、ブドウ園で使用するための競争の少ない遺伝子型の選択と増殖を開始しました 39,40。さらに、望ましいイデオタイプは、他のいくつかの重要な特性を備えている必要があります。 (i) 良好な確立能力と、繰り返しの踏みつけに対する耐性。 (ii) 均質性と長期持続性の土壌被覆。 (iii) 効果的な雑草防除。 (iv) 多年生生息地（播種コストを削減するため）。 (v) 空中開発の削減（メンテナンスとブドウ園の介入を減らすため）、および (vi) 夏の成長遅れとその後の秋の回復。

約 50 種の種のうち、テストした最良の結果は、Hordeum murinum で得られ、程度は低いですが Trifolium subterraneum および Trifolium repens で得られました 39。他の研究では、多年生植物（例: Trifolium repens）は、自発的に再播種する一年生植物と比較して、ブドウとの競争力がより高い傾向があることが示されています40。当然のことですが、競争力の低いものは、確実に芝生を確立し、長期にわたって良好な土壌被覆を維持することがより困難であり、多くの場合、2 ～ 3 シーズン以内に自生の芝生に侵食されます 41。

このポット試験は、私たちの知る限り、ブドウ園利用の対象となる可能性のある多数の草本種の水使用、根の特性評価、侵食防止の可能性を評価するための比較スクリーニングの最初のケースです。イネ科植物（GR）やマメ科植物（LE）などのすでに使用されているいくつかのCCとともに、トレリスの下の生きたマルチとしての潜在的な興味のため、新しい忍び寄る（CR）植物も研究に含まれました。

本研究の目的は、(i) 草刈り前後の水分損失 (使用) の評価、(ii) 根の特性を特徴付け、土壌凝集に対するそれらの影響を明らかにする、(iii) ブドウ畑の被覆に最も推奨される種を特定することを目的として、さまざまな CC 種を比較することです。トリミング。

図 1 は、草刈り前 (DOY、年間の日、184) と草刈り後 2、8、17、25 日 (DOY 190、196、205、213) で試験した各 CC の毎日の蒸発散量 (ET、mm day-1) を示しています。 ); 裸の土壌も参考として含まれていました。草刈り前では、ET 率は 3 つのグループ間およびグループ内で有意な差を示しました。 CR 植物の平均 ET は 8.1 mm day-1 で、他の 2 つのグループ（GR および LE でそれぞれ 10.6 mm、18.6 mm day-1）および裸地対照（8.5 mm day-1）と比較して低かった。。 DOY 184 では、9.4 mm (Glechoma hederacea L.、GH) および 9.8 mm day-1 (Trifolium subterraneum L. cv. Denmark、TS) という高い値が見つかりました (図 1)。一方、day-1 の範囲は約 7 mm でした。、ディコンドラはJRForstを後悔します。 &G.Forst。 (DR)、Hieracium pilosella L. (HP)、および Sagina subulata (Swartz) C. Presl (SS) ET は土壌蒸発そのものよりも低かった。

縦棒は、裸地（黄色）およびすべての被覆作物種を土壌の単位（ET、mm day−1）で表し、つる性植物（青色の色合い）、マメ科植物（緑色の色合い）に分けて毎日の水使用量を表します。）と草（オレンジの色合い）。蒸発散量は、草刈り前（すなわち、−４）および草刈り後２、８、１７および２５日目に重量法により測定した。 ET データは平均値 ± SE (n = 4) です。

同じ日に、GR グループ内で大きな ET 変異が Festuca arundinacea Schreb として記録されました。履歴書。 Thor (FA) は最も高い日次 ET 値 (13.4 mm day-1) を記録しましたが、Festuca ovina L. cv. では 1 日当たりの ET 値が最も高くなりました。 Ridu (FO)、水分損失は 45% 減少しました (1 日あたり 7.5 mm)。 15 CC 内で、LE は Trifolium michelianum Savi cv. で最も高い芝刈り前の ET を記録しました。ボルタ (TM) は 1 日目で 22.6 mm に達します。しかしながら、ＬＥ内では、ＭｅｄｉｃａｇｏｐｏｌｙｍｏｒｐｈａＬ．ｃｖ．シミター（MP）は 12.1 mm day-1 という低い ET 値を示しました（図 1）。

草刈りの 2 日後、テストしたすべての CC は 9 mm day-1 未満の ET 値を記録しました (図 1)。さらに、LE 間の水使用量の減少は 56% (M. ポリモルファ、MP) から 73% (T. ミケリアナム、TM) の範囲であり、その結果、T. ミケリアナム (TM、6.1 mm 日 -1)、Medicago truncatula Gaertn。履歴書。パラッジオ (MT、5.6 mm 日 -1) および M. ポリモルファ (MP、5.2 mm 日 -1) は、裸の土壌 (7.0 mm 日 -1) よりも低い ET 値を記録しました。草刈り後に一貫したET減少を記録したにもかかわらず、GRは裸地よりもわずかに高いET率を維持した。ただし、1日あたり6.3mmで最低を記録したF. ovina（FO）を除いて。その後のサンプリングでは、ほとんどの CC で水の使用量が徐々に回復していることが示され (図 1)、草刈りから 17 日後に採取されたデータにより、Lotus corniculatus L. cv. が確認されました。レオ (LC) とすべての GR は、刈り取り前の ET レートを取得しました。 Medicago lupulina L. cv. おとめ座（ML）は、草刈りイベントの 17 日後と 25 日後に同様の速度（1 日あたり約 13 mm）で部分的な回復を記録しました。 F. ovina および残りのすべての LE は、試験終了まで対照に近い ET 値で 1 日 10 mm 未満に留まりました。草刈りから 17 日後、ポットを超えるかなり高いバイオマスの下で、G. hederacea (GH) と T. subterraneum (TS) の両方が、それぞれ 12.0 mm day-1 と 11.4 mm day-1 という高い ET 値に達しました。一方、D. repens (DR)、H. pilosella (HP)、および S. subulata (SS) は、試験開始時に登録された値 (DOY 184) よりわずかに高い ET 値を示したにもかかわらず、依然として ET 値に近い値を維持しました。 DOY 213 までの土壌蒸発速度。

最初の草刈り日（ADW_MW1、DOY 188）の地上の乾燥刈り取りバイオマスは、表 1 に示すように、グループ間で大きな差異を示しました。LE 内の ADW_MW1 は、値が 274.3 gm-2（M. ポリモルファ、MP）と 274.3 gm-2（M. ポリモルファ、MP）から750.0 gm−2 (T. michelianum、TM)。平均値 565.9 gm-2 で、LE 地上バイオマスは平均 GR ADW_MW1 (110.2 g m-2) より 80% 高かった。 F. ovina (FO) はイネ科植物の中で 48.4 gm-2 の最低値を記録しましたが、匍匐性グループ内では、G. hederacea (GH) と T. subterraneum (TS) はポットの縁の外側で合計 89.6 gm-2 のバイオマスを発達させました。それぞれ23.2 gm−2。

刈り取り時の葉面積指数（LAI、m2 m−2）は、LE で最も高い値を示し、LAI は 12.4 でピークに達しました（表 1）。 GR の中では、LAI は 1.2 程度で有意な差は見られませんでした。 CR に関しては、T. subterraneum (TS) と G. hederacea (GH) の LAI はそれぞれ 0.2 と 0.8 と評価されましたが、写真分析によって推定された LAI は 1.3 (D. repens、DR) から 3.6 (T. subterraneum TS) の範囲でした。。

葉面積単位当たりの蒸発散量（ETLEAF）はGRで顕著に高く、7.75（F. ovina、FO）から9.22（Lolium perenne L. cv. Playfast、LP）mm m-2 day-1の範囲でした（表1）。降順では、ETLEAF が D. repens で最も高かった (DR、5.46 mm m-2 day-1)。 M. truncatula (MT、3.40 mm m-2 day-1)、M. lupulina (ML、4.05 mm m-2 day-1)、G. hederacea (GH) などのいくつかの LE 種と CR 種を比較した場合にも同様の ETLEAF が見つかりました。、3.68 mm m-2 day-1)、H. pilosella (HP、3.86 mm m-2 day-1)、および T. subterraneum (TS、2.74 mm m-2 day-1)。 T. michelianum (TM) は 1.81 mm m-2 day-1 で、全種の中で最も低い ETLEAF スコアを記録しました (表 1)。

LAI と刈り取り前の ET をプロットすると、有意な二次関係 (R2 > 0.76) (図 2a) が得られ、これは 2 つの異なるデータクラウドを区別するのに役立ちました。 LAI 値が約 6 になるまで、モデルは線形で、下端にはマメ科植物として M. ポリモルファ (MP) を含むすべての GR 種と CR 種があり、もう一方の端には M. truncatula (MT)、 L. corniculatus (LC) と M. lupulina (ML) を一緒にグループ化しました。 T. michelianum (TM) は、22.56 mm day-1 ですべての CC から分離されました。

パネル (a): 葉面積指数 (LAI、m2 m−2) 対土壌単位当たりの被覆作物蒸発散量 (ET、mm day−1) の二次回帰。各データ点は平均値 ± SE (n = 4) です。二次モデル方程式は y = − 0.128x2 + 2.9968x + 5.4716、R2 = 0.76 です。パネル (b): 切り取られたバイオマス (m2 m−2) に対応する LAI と被覆作物の ET 削減 (%) の間の二次回帰。各データ点は平均値 ± SE (n = 4) です。二次モデル方程式は y = − 0.8985x2 + 16.503x + 5.1491、R2 = 0.94 です。

ET 減少率を回帰分析すると、草刈り前の値と LAI と比較して（図 2b）、同じ二次モデルが非常に近い適合を達成しました（R2 = 0.94、p < 0.01）。 CC グループ化は ET で強調表示されたパターンと類似していましたが、LAI の範囲は 0 ～ 3 で、より正確な予測に達しました。0 ～ 6 の範囲のトリミングによって LAI が除去された場合、線形 ET の減少が示されましたが、それ以降は ET の減少は減少しました。除去されたLAIの量に比例するよりも。これは、LAI 5 ～ 6 がベンチマークであることを示唆しており、この範囲内であれば、トリミング後に水使用量の削減を最大化することが可能です。

各 CC の深さ 0 ～ 10 cm および 10 ～ 20 cm で測定された根長密度 (RLD、cm cm-3) を表 2 に示します。表土層内では、Poa pratensis L. cv. の RLD が得られました。テトリス (PP)、Festuca rubra L. var. コミュタタ・ガウド。履歴書。カサノバ (FRC) と F. アルンディナセア (FA) は 52.5 でピークに達しました。それぞれ 53.7 および 59.0 cm cm-3 であったのに対し、M. ポリモルファ (MP)、M. truncatula (MT)、T. subterraneum (TS)、および T. michelianum (TM) は 10 cm cm-3 の閾値に達しませんでした (表2)。 L. corniculatus (LC) は、LE 種の中で 0 ～ 10 cm で最も高い RLD (29.7 cm cm-3) を記録しましたが、その範囲内で最も RLD が低かった F. ovina (FO、30.3 cm cm-3) に非常に近かったです。 GRグループです。 CR グループでは、上層内の最高および最低の RLD 値は、G. hederacea (GH) および T. subterraneum (TS) で、それぞれ 26.9 および 7.4 cm cm-3 でした (表 2)。 10〜20 cmの土壌層の根の定着を見ると、F. arundinaceaが最も高いRLD（10.7 cm cm-3）を維持し、次にL. corniculatus（7.9 cm cm-3）が続きました。全体として、残りのすべての CC でこの層を通じて非常に低い RLD が記録されました。

最初の 10 cm 土壌内の非常に細い根 (DCL_VF、< 0.075 mm) の直径クラスの長さ (DCL、mm cm−3) の最高値は GR に記録され、9.75 (F. ovina、FO) から 23.35 (F. ovina、FO) の範囲でした。 P. pratensis、PP) cm cm−3 (表 2)。残りのすべての種は、0 ～ 4 cm cm-3 の範囲内に含まれる非常に低い値を記録しました。同様のパターンが細根クラス（DCL_F、0.075〜0.2 mm）の同じ土壌層で観察されましたが、F. arundinacea（FA）とF.rubra commutata（FRC）が最高値（25.74および26.10 cm cm−）を記録しました。それぞれ3）。同じ直径クラスの長さでは、16.32 cm cm-3 と評価された G. hederacea を除いて、LE と CR の中で 9 cm cm-3 を超えるものはありませんでした。

中程度の根 (DCL_M、0.2 ～ 1.0 mm) と粗い根 (DCL_C、> 1.0 mm) では、種間でより均一な挙動が見られましたが、最も顕著なのは、L. corniculatus の根が両方の DCL_M (23.08 cm cm-3) で最も豊富な量を示しました。）およびDCL_C（0.54 cm cm−3）。

土壌深さ 10 ～ 20 cm では、GR は極細根と細根の両方で最高値を確認し、F. arundinacea はそれぞれ最大 DCL 2.269 および 5.215 cm cm-3 に達しました (表 2)。 L. corniculatus は中根径と粗根径の両方で他の種を大きく上回り (それぞれ 6.173 cm cm-3 と 0.037 cm cm-3)、F. arundinacea が 2 位にランクされました (それぞれ 3.157 cm cm-3 と 0.016 cm cm-3)。

表土層内の最も高い根乾燥重量 (RDW、mg cm-3) は、L. corniculatus (8.7 mg cm-3) と F. arundinacea (7.6 mg cm-3) によって達成されました。注目すべきことに、そのような値は、F. arundinacea と F.rubra commutata の比較を除いて、残りの種で記録された値よりも大幅に高かった (表 2)。深さ 10 ～ 20 では、イネ科植物で測定された RDW にはわずかな変動が記録されましたが、マメ科植物内では L. corniculatus がその優位性を維持しました (4.5 mg cm-3)。匍匐性タイプの中で、D. repens (DR) と G. hederacea (GH) は、草種 (すなわち F. arundinacea 、P. pratensis および F. rubra commutata) で測定された値と同じくらい高い RDW 値を記録しましたが、S. subulata ( SS) は基本的に根の発達がありませんでした。

表 3 は、土壌深さ 0 ～ 10 cm と 10 ～ 20 cm の両方の比例骨材重量 (g kg-1) を示しています。裸の土壌と比較して、土壌の上部 10 cm における大きな巨骨材 (LM、> 2000 μm) の最大の増加は、L. corniculatus による 461 g kg-1 で達成されました。 L. corniculatus は残りの LE グループとは異なり、総平均 (90 g kg-1) は試験した 3 つのグループの中で最も低かった。マメ科植物としては、T. subterraneum (TS、122 g kg-1) が他の CR 種と比較して最も低い値を記録し、211 (D. repens、DR) から 316 g kg-1 (G. hederacea、GH) の範囲でした。 GR は CR よりわずかに低い LM 値を記録し、平均値は 217 対 224 g kg-1 でした。

表土層で最も高い小さな巨骨材（sM; 250～2000 μm）は裸地土壌で見つかり、M. ポリモルファ（MP）、M. ルプリナ（ML）、および M. truncatula（MT）でも同様に高い値が見つかりました。一方、L. ペレンネ (LP) は 298 g kg-1 であり、その量は最も低かった。 0〜10 cmの土壌層内では、GRは最低の平均sMスコア（340 g kg-1）を示しましたが、CR種は343（G. hederacea、GH）から439（T. subterraneum、TS）g kg-1の範囲でした。 0 ～ 10 cm の sM 画分内の種間の変動の全体範囲は 66% (裸地対 L. ペレンネ) に対し、LM 画分では 707% の変動 (L. corniculatus vs T. michelianum) でした (表 3) ）。上部土壌層内では、T. michelianum (TM) が微小骨材 (m、53 ～ 250 μm) とシルトおよび粘土画分 (s + c、< 53 μm) の両方で最高値を示し、346 および 173 g kg- を記録しました。それぞれ1。同じグループに属しているにもかかわらず、L. corniculatus は逆の行動をとり、m (163 g kg-1) と s + c (63 g kg-1) の両方で最低値を記録しました。

土壌深さ 10 ～ 20 cm では、319 g kg-1 LM の L. corniculatus が再び他のすべての CC を上回りました。 GR 内では非常に均質な状況が見られます。測定されたLM画分は65〜136 g kg-1の範囲であり、GRが深さ10〜20 cmの下層でのLM生産において最も効率的なグループであることが強調されました。 T. michelianum (TM) は、裸地土壌 (36 g kg-1) と同じくらい低い LM 値を示す唯一のものです。

10 ～ 20 cm の土壌層内では、sM、m、および s + c について、64% (裸地対 L. corniculatus)、56% (F. redra commutata vs. Ｌ．ｃｏｒｎｉｃｕｌａｔｕｓ）、および４６％（Ｆ．ｒｕｂｒａｃｏｍｍｕｔａｔａ対裸地土壌）対、ＬＭ画分で記録された８１１％の変動（Ｌ．ｃｏｒｎｉｃｕｌａｔｕｓ対裸地土壌）（表３）。

L. corniculatus は、上部 (2.68 mm) と下部 (1.98 mm) の土壌層の両方ですべての CC の中で最も高い平均重量直径 (MWD、mm) を記録しました (表 3)。一方、T. michelianum は最低ランクにランクされました (0.92 および 0.74 mm、それぞれ）。最初の 10 cm 以内で、GR はより均質なパターンを示し、MWD 変動は 32% (F. redra commutata 対 F. arundinacea)、CR では 73% (T. subterraneum 対 G. hederacea)、LE では 226% に増加しました。 (T. michelianum vs LC)。同様に、深さ 10 ～ 20 cm では、LE で最も高い変動が記録されました (T. michelianum と L. corniculatus の比較では 167%)。逆に、GR (FRC 対 L. ペレンネの 41%) および CR (T. subterraneum 対 G. hederacea の 26%) 内ではばらつきが少ないことがわかりました。

骨材サイズ分率、RLD、DCL、RDW の間の相関関係について計算されたスピアマン係数 (ρ) を、土壌深さ 0 ～ 10 cm (A) および 10 ～ 20 cm (B) について図 3 に示します。表土層（図3a）の場合、LMはRLD（ρ = + 0.56）、DCL_M（ρ = + 0.69）およびRDW（ρ = + 0.62）と密接な正の相関がありました。逆に、sM は同じ直径クラスの長さと負の相関がありました (それぞれ、ρ = − 0.68、− 0.74、および − 0.65)。全体として、深さ 10 ～ 20 cm では同様のパターンが維持されましたが、相関関係は一般にそれほど厳密ではありませんでした (図 3b)。

土壌深さ 0 ～ 10 cm (a) と 10 ～ 20 cm (b) の両方について、土壌集合体パターンと根の形質の違いに関するスピアマンの相関関係。青色は正の相関を示し、赤色は負の相関を示します。

15 CC のデータプールについて主成分分析 (PCA) を通じて計算されたピアソン相関行列 (表 S1) は、芝刈り前の蒸発散量 (UMW_ET) が RLD またはいずれの DCL とも相関していないことを示しました。むしろ、ADW_MW1 に対して非常に密接な相関関係 (r = 0.96) が見つかりました。逆に、芝刈りから 25 日後に評価した ET (MW_ET_25) は、DCL_C、DCL_M、RDW、および地上部の総乾燥重量 (つまり、1 回目と 2 回目の刈り取りの合計、ADW_TOTAL) を含むいくつかの根の成長変数と有意な正の相関関係を示しました。

各 CC の位置と、F1 および F2 成分に沿った各変数の変動の方向と大きさを報告するバイプロット (図 4) の分析により、3 つの家族グループをかなり明確に分離できますが、グループ内にいくつかのグループが存在します。例外。

15 の異なる被覆作物種の主成分分析。イネ科 (オレンジ色)、マメ科植物 (緑色)、および匍匐性植物 (青色) に分類されます。赤い線は、(i) 草刈り前 (UNMW_ET) および (ii) 草刈り 25 日後 (MW_ET_25) の蒸発散量、(iii) 最初の草刈りイベントにおける地上の乾燥刈り取られたバイオマス (ADW_MW1) および (iv) 合計 (ADW_TOTAL) などのアクティブな変数を表します。 ; (v) 非常に細かいルート (DCL_VF)、(vi) 細かいルート (DCL_F)、(vii) 中程度のルート (DCL_M)、(viii) 粗いルート (DCL_C) の直径クラスの長さ。 (ix) 根長密度 (RLD) および (x) 根乾燥重量 (RDW)。根の形質は、土壌深さ0〜20 cmの平均値です。

LE 内では、L. corniculatus (LC) が残りの種から明らかに分離されました。 L. corniculatus は、F1 成分に沿って RDW、DCL_C、および DCL_M と、F2 成分に沿って UMW_ET および ADW_MW1 と強い正の相関を組み合わせました。逆に、バイプロット内の M. truncatula (MT)、T. michelianum (TM)、および M. lupulina (ML) の位置は、F2 に沿った UMW_ET および ADW_MW1 との密接な正の相関に依存していました。 M. ポリモルファ (MP) は、F1 成分に沿った RDW、DCL_C、DCL_M との強い負の相関によって決定される、さらに明確な挙動を示しました。

GR は、F. ovina (FO) を除き、右下の象限にグループ化されています。しかし、ここでも F. arundinacea (FA) と F. ovina (FO) の間で異なる挙動が明らかになり、残りの草種は中間の挙動を示しました。 F. arundinacea は、F1 に沿って RLD および RDW と密接な正の相関を示し、F2 に沿って DCL_F および DCL_VF と負の相関を示しました (図 4)。逆に、F. ovina (FO) は、UMW_ET および ADW_MW1 (F2) と負の相関を持ち、大きさは低いものの、DCL_M、DCL_C、および RDW (F1) と負の相関を持ちます。残りの 3 つの草種 (L. ペレンネ、F. ルブラコムタタ、および P. プラテンセ) は、それらの行動が F2 主成分に沿った負の因子スコアによって駆動されていたにもかかわらず、基本的に一緒にグループ化されました。これらの CC は、UMW_ET および ADW_MW1 と負の相関があり、DCL_VF および DCL_F と正の相関が設定されています。

CR はいくぶん均一な挙動を示しましたが、G. hederacea (GH) もバイプロット分布で分離される傾向がありました。 S. subulata (SS)、H. pilosella (HP)、および T. subterraneum (TS) は、F2 に示された変数に対してほとんど感受性がありませんでしたが、それらの挙動は主に、いくつかの F1 変数、つまり DCL_C との負の相関によって決定されました。 DCL_M と RDW。

本研究の結果は、気候変動の脅威の下での現代のブドウ栽培の生態学的移行における重要な問題、すなわち、農業生態系のパフォーマンスを改善するために畑レベルでどのCC種をどのように使用すべきか、という点に光を当てている。

私たちの試験は本質的に制約された条件と十分に水を与えられた環境下の鉢で行われましたが、収集されたデータの詳細で豊富な性質により、適切なCC種または不適切なCC種の識別が可能になります。たとえこれらの CC がブドウ栽培の実施という考えに基づいて分析されたとしても、得られた結果は一般的な果樹園に適用するための貴重な情報と考えることができます。

ET に関しては、105 日間平穏に生育した後に測定したところ、M. ポリモルファ (MP) の一部を除くすべてのマメ科植物で非常に高い率 (十分な水分を与えた条件下で約 20 mm day-1) が示されました。 LC を例にとると、同じ推定 LAI (約 5) では、ET はニュージーランドで記録された値よりも高く 42、ピークは約 11 mm day-1 でした。この不一致の理由は、おそらく、中心時間帯の気温が 21 °C を超えなかったのに対し、私たちの毎日の気温が 17 から 29 °C の範囲であったため、彼らの実験では私たちの実験よりも蒸発需要が大幅に低かったことに関連していると考えられます (図 S1)。十分な水が供給された条件下では、蒸発需要が果たす役割とは別に、毎日の ET は主に 2 つの要因によって決まります。それは、生産される空中バイオマスの量と、遺伝的に決定される ETLEAF です。我々の結果は、LE グループによる高い ET は、高い ETLEAF によるものではなく、播種後の非常に速い発育に主に由来しており、後者は GR グループの平均値と比較して半分以上であることを示しました (表 1)。

草刈りは CC による水の消費を制限するための貴重なツールであることが知られています 33 が、草刈りによる節水の量とダイナミクスを定量化した以前の結果の入手可能性は限られています。ある研究では、Medicago sativa L.を刈り取ってから 3 週間後、1 日あたりの ET が刈り取る前の約 60 ～ 70% になったことがわかりました 43。私たちの MW_ET_25 は ML と同様の挙動を確認しましたが、L. corniculatus (LC) はすぐに完全に刈り取り前の速度を回復しました (図 1)。

ここで、15種にわたってプールされたデータについてLAIとETの減少をプロットすると（図2b）、観察されたデータに非常によく一致することが初めてわかりました。したがって、（i）ETの線形減少が期待されることが示唆されます。 LAI が 0 から 6 までの範囲のトリミングによって削除されるとき。 (ii) 飽和効果はこの制限を超えると思われます。これはおそらく、カバーキャノピーの高さと密度が増加すると、下部の葉の層が大きく陰になり、それによって蒸散への寄与が最小限に抑えられるためです33。これは、通常マメ科植物を含む一時的な冬覆作物が緑肥目的で春に終了するために播種される場合に、いくつかの関連した意味を持ちます。望ましい特徴が、作物への窒素のリターンを最大化するために終了前に最高のバイオマスを獲得することである場合、上で強調したメカニズムに基づいて、LAI 6 ～ 7 を超えるマメ科植物の成長は贅沢な水の使用を引き起こすことはありません。

L. corniculatus (LC) による多量の水の使用は、10 ～ 20 cm の土壌層 (7.9 cm cm-3) で最も高い RLD と、0 ～ 10 cm (8.7 mg cm-3) と 10 ～ 10 cm の土壌層の両方での RDW によって裏付けられました。深さ 20 cm (4.5 mg cm-3)。しかし、我々の結果は、そのような効果が主にDCL_MとDCL_Cの値が非常に高いことによるものであることも明らかにしており、これがなぜL. corniculatus (LC)が土壌下層にも掘ることができたのかを説明している。太い根は土壌の機械的抵抗に関連する問題を克服するのにより効果的であると報告されている44ので、我々の結果はまた、たとえ耕耘作業であっても、嵩密度を減少させ、土壌の圧縮を防止することにより、物理的な土壌の品質を改善する上でL. corniculatus (LC)の重要性を示唆している。停止されています。

GR に目を向けると、我々の結果はこれまでの研究 45,46,47 に重要な知識を追加し、果樹園の床管理における草ベースの常設中列 CC の使用の可能性につながります。今回の試験は、F. arundinacea (少なくとも試験した品種に関する限り) は非常に競争力のある草であると見なす必要があるのに対し、F. ovina は逆の行動をすることを示しています。 F. arundinacea の蒸散能力は、育成された空中バイオマスよりも高い ETLEAF に依存しています。したがって、より高い光遮断能力が得られます (図 1 および表 1)。これは、LE グループ (特に L. corniculatus) について上記で報告されたものとは大きく異なり、現場レベルでの使用に関連する意味を示唆しています。同じ LAI では、テストした GR 種のいずれも、おそらくかなり高い量を使用するでしょう。マメ科植物よりも水分が多い。

GR ETに関する我々の結果は文献によって確認されており、そこではF. arundinaceaとF. ovinaが最も競争力の高い草と最も低い草として評価されており、その値はそれぞれ1日あたり8.5 mmと12.6 mmと高い45,48。さらに、ある研究 46 では、ET 速度が 10 ～ 13.5 mm day-1 の範囲にある非制限的な水栄養条件下で栽培された F. arundinacea 品種間に存在する差異が示されており、我々のデータと完全に一致しています。 Festuca arundinacea var. で作成した ET 削減対乾燥刈り取りバイオマスモデルに F. arundinacea の刈り取り値 (161.8 g m-2) を入力します。 Barfelix33 は 36% の ET 削減につながります。これは、LAI 1.52 で記録された 35% の削減に非常に近い値です (表 1 および図 2b)。

特に、L. corniculatus (LC) と F. arundinacea (FA) は根をより深い土壌層に広げる能力を共有していますが、PCA 分析により、あらゆる根の直径 (つまり、非常に細い根や細かい根も含む) に対する DCL の値が明らかになりました。 F. arundinacea の下では 10 ～ 20 cm の土壌層で、他の草の下にあるものよりも数倍高かった。水を効率的に吸収するには、十分に確立され発達した根系が不可欠であることは広く受け入れられています49。したがって、DCL に関する我々の結果は、F. arundinacea が土壌下層でも根毛の表面を増加させることにより、栄養素と水分の吸収をさらに高めることができることを示しています。

試験したすべての GR 種は、根の成長パラメーターに大きな違いがあるにも関わらず、高い同等の ETLEAF 値を維持しました。このような動作の説明は、ポットベースで与えられたETレートに見られます(図S2)。どの GR でも、毎日のポット ET が 1 日の水供給量 (ポットあたり 1.0 ～ 1.1 L) の 60% 以内に留まっていたことは非常に印象的です。おそらく、これにより最適なリーフ機能が可能になり、ETLEAF に差が生じなかった理由が説明されています。したがって、土壌水の利用可能性が制限なく持続する場合、テストしたGRでの総水使用量がLAIの主な機能になります（図2b）。

FO は、その「矮小化」特性による低 ET に対する態度を裏付けています。深さ 10 cm 未満で最小の土壌定着を伴う浅い根系に関連する非常に低い ADW_MW1 (表 1) により、この CC は列施設間の永続用の非常に興味深い候補になります。 PCA 分析によると、F. ovina (FO) は ADW_MW1 および UMW_ET と負の相関関係で分離されました。理想的には、野外では、その浅い根系により、夏には一時的および部分的な乾燥が促進され、秋には降水が降るとすぐに回復する可能性があります。

ブドウの木の下のストリップ管理に目を向けると、在来種と市販の混合物の播種が、結合したブドウの根系（本質的には同じ土壌容積内に存在することを主張する）に対する競争の程度にどのような影響を与えるかを調査するために多くの研究が行われてきた。 RLD とルート分布への影響50。何人かの著者は、CCによって征服された表土層は、ブドウの木の根系がより深い土壌地平線を探索するか、または列軸から横に優先的に広がるように誘導することを発見しました50、51、52。以前に実施された研究 53 では、下層に F. ルブラグラスが茂り、しっかりと確立されたブドウの木はより深く根が分布し、水分の摂取が制限されている証拠がわずかに示されたことが示されています。土壌深さ 10 cm でのみ、O 18O 同位体減少 (δ18O, ‰) は、耕作した土壌と比較して CC のある土壌で有意にマイナスでしたが、それ以下では有意な処理効果はありませんでした。

フランスで行われた予備研究 40,41 では、根が浅いが匍匐性で窒息する CC を条片の下に設置すると、雑草の制御に非常に成功し、それによって耕耘や除草剤の必要性が減ることが示されています。同時に、ブドウの木の根系は CC の下で成長し、より高い土壌水分が得られる可能性があります。このような CC の管理では、カバーが成長して路地に侵入する傾向が出るまで草刈りは行わないことを意味します。したがって、私たちの試行では、カバーがポットの表面から溢れ始めるまで、キャノピーを短くするカットを避けました。このような状態に達したのは、G. hederacea (GH) と T. subterraneum (TS) だけでした。図 1 で報告された ET は、すべての CR 種が優れた節水特性を保持しており、そのうちの 3 種 (DR、HP、SS) については、刈り取り前の ET 率が対照種で測定されたものよりわずかに低く、 400 g H2O ポット -1 日 -1 を使用しました (図 S2)。実際に草刈りを行っていないにもかかわらず、草刈り後 17 日および 25 日後にこれらの種について取得したデータは、ET 率の穏やかな増加を示しましたが、これは本質的にポット表面内の CC の肥厚に起因するものと考えられます。同様にすべての CR に共有された 2 番目の特徴は、根の定着が基本的に表土層のみに限定されており (表 2)、したがって、圃場条件下では、上部に草の根を含む 2 つの十分に分離された土壌層が必要であるということでした。そしてより深いところにあるブドウの根。

私たちの研究では、土壌骨材の安定性とMWDに対するCCの影響を注意深く評価し、根の形質に関連付けました。土壌凝集体のサイズと安定性は、細孔径分布の改善により、水の浸透（および保持）と土壌侵食の緩和に正の相関があることがよく知られています54。さらに、LM は SOM の濃度と安定化を高める上で主要な役割を果たし 55、栽培された植物の水と栄養素の利用可能性をさらに高めます。実際、マクロ骨材が有機化合物を土壌鉱物に結合させ、微生物とその基質の間に障壁を形成することにより、SOM を物理的に保護していることはよく知られています 56。地中海のブドウ畑は通常、急な斜面に設立されているため57、我々の研究は、選択されたCCが土壌の凝集を促進する有望なツールと考えられる可能性があることを示しており、したがって水の浸透が増加し、土壌浸食と栄養素の損失が減少することが示唆されています58。土壌水分蒸発は主に土壌水分含有量、有機物、組織、構造によって影響を受けるため59、CCは種の特徴に応じて異なる規模でその変化に寄与する可能性があると仮定するのが合理的です。しかし、私たちの試験では、蒸発散量の成分（つまり、蒸発と蒸散）を区別できず、水分損失の測定が土壌サンプリングの数か月前に行われたため、土壌蒸発に対するさまざまな被覆作物誘発土壌凝集の影響を評価するのは困難でした。および以下の総合的な決定。より一般的には、入手可能な情報はほとんどないようです。骨材の安定性の向上は、蒸発による損失を減らすことで植物が土壌中で利用できる水の量を増加させると評価されています 60 が、より最近の研究では、土壌粒子サイズが蒸発速度に有意な影響を及ぼさないことが示されています 61。

我々の結果はまた、大きなマクロ骨材とRLDやRDWなどの根の発達パラメーターとの間に正の相関があることを示しており、したがって、根がこのシステムにおける土壌骨材の形成と安定化の主な推進力であることを示唆しています。実際、根は粒子を保持する粘液やその他の滲出液を生成し、したがって LM の形成を促進することが知られています 62。同様の結果が以前の研究63、64、65でも報告されており、根のバイオマス/長さの密度と骨材の安定性の間に正の相関関係が観察されました。したがって、骨材の安定化を促進し、土壌有機炭素 (SOC) の保護と水の浸透/保持を高めるために、RLD と RDW が高い CC を提案する必要があります。

我々の研究では、L. corniculatus と G. hederacea を除いて、GR は LE および CR 植物と比較して、一般に RLD および RDW を強化しました。特に、F. arundinacea は、すべての種の中で最も高い RLD (59.0 cm cm-3) と、0 ～ 10 cm 土壌層で最も高い LM 含有量 (251 g kg-1 土壌) の 1 つを示し、したがって、これらの間の正の相互作用が確認されました。 RLD と LM の安定化。マメ科植物の中で、L. corniculatus は両方の土壌層で最も多量の LM を有しており、土壌構造を改善するための有望な CC としての地位を確立していると同時に、窒素固定による外部からの窒素供給源でもあります。これは、他の種と比較して L. corniculatus の DCL (Ø > 1.0 mm) が高いことで説明される可能性があり、土壌凝集レベルにおける大きな根の重要な役割を示しています。他のマメ科植物と比較して、単一栽培で栽培した場合、L. corniculatus が土壌強度に強い影響を与えることが報告されています。興味深いことに、H. pilosella は他のほとんどの種と比較して LM が高く、RLD と RDW が低かったのです。以前の研究では、他の植物よりも H. pilosella の土壌の pH が低いことが報告されており 66,67、これは水に安定な骨材と負の相関があることが判明しました 68。著者らは、鉱物表面へのフミン酸の負荷量が増加することと、土壌酸性条件下で負に帯電した物質間の静電反発力が減少し、その結果有機物の凝集が増加することによって、pHの上昇と土壌の凝集レベルの間の負の相関関係を説明しました。そして鉱物粒子。したがって、H. pilosella の場合、土壌凝集に対する影響は、根の特性よりもむしろ土壌の化学的特性の変化に関連しています。

現在のポット試験は、私たちの知る限り、多数の草本種の水使用、根の特徴、土壌凝集の可能性を評価し、ブドウ園の利用に最も推奨される草本種を定義するための比較スクリーニングの最初のケースです。。マメ科植物で記録された最高の ET 率は、高い ETLEAF によるものではなく、主に播種後の非常に速い発育によるものでした。マメ科植物と草の両方について、LAI が 5 ～ 6 になるまでは、いつでも水の使用を比例的に制限するための草刈りは貴重な習慣であることが確認されていますが、この制限を超えると飽和効果に達すると考えられます。イネ科植物の中で、F. ovina は ET が最も低いものであると評価されており、このため永久的な列間生マルチとして興味深い候補となっています。さらに、理想的には、一度畑で使用されると、その浅い根系により、夏には一時的かつ部分的に乾燥が促進され、秋には降雨によってすぐに回復する可能性があります。 CR は、完全な土壌被覆を維持しながら（つまり、雑草抑制に成功する可能性がある）、高さを下げるための草刈りを必要とせず、低い水使用率を記録し、表層水利用率（つまり 0 ～ 10 cm) 根の定着。最後に、我々の研究は、GR、G. hederacea、L. corniculatus などの RLD と RDW が強化された CC が、土壌の凝集を促進し、SOC 保護と水の浸透を高め、土壌浸食と栄養の損失を減らす有望な種と考えられる可能性があることを示しました。

この研究は、2020年にカットーリカ・デル・サクロ・クオーレ大学の持続可能な作物生産学部（イタリア北部、ピアチェンツァ、北緯45度2分、東経09度42分）で、容量15リットルのポット64個（深さ0.27メートル、内径0.27m）屋外のポットロットで保管されています。ポットは、３５％の砂、３６％のシルトおよび２９％の粘土を含む粘土ローム土で満たされた。圃場容量、永続萎凋点、土壌嵩密度は、それぞれ 32.8%、18.7%、1.42 g cm-3 と推定されました69。

実験は、4 つの反復と 16 の処理を行うランダム化完全ブロック設計 (RCBD) として設定されました。対照 (つまり、裸の土壌) と 15 個の CC で、(i) イネ科植物、(ii) マメ科植物の 3 つのグループに分けてテストされました。、および (iii) 匍匐性植物 (表 S2)。

CC の播種率は以前の発芽試験 (表 S2) に従って計算され、すべての CC は 2020 年 4 月 20 日に手動で播種されました。最初の測定が行われるまでに、すべての CC は 100% の土壌被覆率を有しており、雑草の成長は記録されませんでした。植物の確立を助け、水不足を避けるために、試験期間中、各ポットには 1 日 3 回、自動単一ドリッパーによって 350 mL の水 (つまり、利用可能な総水量の 55%) が供給されました。自動散水はET測定の前日に停止され、正確な量の1Lポット-1が手動で与えられました。

試験シーズン中のポット管理は、2 回の草刈り作業と 2 回の耕耘作業で構成されていました。 2020年7月6日と9月20日に、草とマメ科植物は土壌表面から約4cmの高さまで手で刈り取られ、匍匐性植物は高さでトリミングされるべきではないため、ポットの端を超える空中バイオマスに懸念があるため、トリミングのみを行いました。オープンフィールド条件下で。同じ日に、３本歯レーキを使用して裸土ポット内で軽い土壌耕耘（深さ約３ｃｍ）を行った。

CC の ET 測定は、各測定日の午前 8 時と午後 7 時に分解能 0.01 g の電子天秤を使用してすべてのポットの重量を測定するため、重量法によって実行されました。 1 日あたりの CC ET (mm d-1) は ΔW/S として計算されました。ここで、ΔW は 2 つの毎日の重量間のポット質量の変化、S はポットの表面積です 33。測定された ET 率は、必要に応じて除去された葉の面積 1 平方メートルあたり (ETLEAF) として参照されました。実験全体を通じて、毎日の最高気温、平均気温、最低気温（°C）と一日の降水量（mm）が監視され、実験ポットロットの隣に設置された自動気象観測所からデータが収集されました（図S1）。

2020年7月6日と9月20日に、手でカットしたバイオマスを収集し、重量が一定になるまで105℃の換気オーブンに置き、その後、1回目（ADW_MW1）と2回目（ADW_MW2）の草刈りとして地上乾燥重量を測定しました。総地上乾燥重量 (ADW_TOTAL) は、2 つのカットの合計として計算されました。

草刈りの前に、試験した各 CC から 20 植物（つまり、ポットあたり 5 植物）の地上の新鮮なバイオマスをサンプリングし、画像解析 Image J ソフトウェア（国立衛生研究所、メリーランド州ベセスダ）を使用して同等の葉面積を測定しました。米国）70。次に、サンプリングしたバイオマスを換気オーブン内で 105 °C で一定の重量になるまで乾燥させました。 ET 測定初日のカバークロップ LAI は、試験したすべての CC について得られた葉面積と乾燥重量の線形回帰の ADW_MW1 を当てはめて推定されました (表 S3)。

CR のみの場合、地上バイオマスはポットの境界を越えたときにのみ切り取られるため、LAI はポットの写真分析によって推定されました。ポットごとの総葉数を写真プリント上で数え（ポットの表面が完全に覆われているにもかかわらず、ほんの数枚の重なりがあったため葉がはっきりと見えました）、CC平均葉面積（上記の葉のサンプリングから知られています）を掛けました。

根のサンプリングは、既知の体積（直径 6.88 cm、長さ 23.2 cm）の自作「シェルビー」チューブサンプラーを使用して 9 月 29 日に行われ、深さ 0.2 m に達するまで土壌に挿入されました。各ポットの土壌サンプルは、ポットの端と中央の間の中間位置で採取されました。各土壌コアは、土壌深さ 0 ～ 10 cm と 10 ～ 20 cm の 2 つの層に分割されました。その後、試験終了日の 2021 年 2 月 4 日に、骨材の安定性分析のために管状土壌サンプラー (直径 2.5 cm) を使用して、ポットごとにさらに 2 つのサンプルが採取されました。リター（存在する場合）を除去し、各土壌コアを深さ 0 ～ 10 cm と 10 ～ 20 cm に分割しました。土壌サンプルは、8 mm のふるいに通して穏やかに破砕し 71、風乾し、その後の測定のために室温で保管しました。

根の分離と分析が行われるまで、土壌コアは-20°Cで保管されました。解凍後、土壌からの根の分離を促進するために、サンプルをシュウ酸溶液 (2%) 中に 2 時間保管しました 72。次に、土壌サンプルを洗浄してきれいにしました。 2 mm のふるいを使用して根を水から回収しました 72。最後に、根を有機粒子から手作業で洗浄し、10% (v/v) エタノール溶液 73 に浸漬し、+ 4 °C で保存しました。スキャンのために、根を透明なプラスチックトレイ上に置きました。根のレイアウトを容易にし、重なりを最小限に抑えるために、蒸留水をトレイに追加しました。

根の画像は、根の重なりを避けるために二重光源を備えたスキャナー (Epson Expression 10000xl、600 dpi) によって取得されました 74。ソフトウェア WinRHIZO Reg 2012 (Regent Instrument Inc.、ケベック、カナダ) を使用して、RLD (cm cm-3) および歯根径 (RD、mm) を測定しました。各直径クラス内の RLD、つまり DCL (mm cm-3) は、非常に細かい (DCL_VF、< 0.075 mm)、細かい (DCL_F、0.075 ～ 0.2 mm)、中程度 (DCL_M、0.2 ～ 1.0 mm)、および粗いについて計算されました。 (DCL_C、> 1.0 mm) 根、Reinhardt および Miller75 から適応。さらに、RDW (mg cm-3) は、根を 60 °C の換気オーブンで一定の重量になるまで乾燥させた後、重量測定により測定されました。

80 g のサブサンプルを脱イオン水に 5 分間浸漬し、湿式ふるいにかけました。 2000 μm、250 μm、および 53 μm メッシュの 3 つのふるいを使用して、LM (> 2000 μm)、sM (250 ～ 2000 μm)、m (53 ～ 250 μm)、および s + c (< 53μm）。各画分は、ふるいを手動で上下に 50 回動かすことによって分離されました。各段階の後、ふるいの上部に残った土壌凝集物をアルミニウムの皿に移し、105 °C でオーブン乾燥させて重量を量りました。ふるいを通過した水と土壌は、より小さなふるいメッシュに注がれ、次の段階 (湿式ふるい分け) が開始されました。すべての画分は砂含有量について補正され、MWD は van Bavel76 に従って次のように計算されました。

ここで、\({x}_{i}\) はふるい分けによって分離された各骨材サイズ画分の平均直径、\({w}_{i}\) は砂を含まない各骨材サイズ画分の割合です。サンプル全体の重量から。

すべてのデータは、IBM SPSS Statistics 27 (SPSS Inc.、シカゴ、米国) を使用して一元配置分散分析 (ANOVA) にかけられました。フィッシャー検定の有意性の場合、スチューデント-ニューマンクールス (SNK) 検定を通じて平均分離を実行しました (p < 0.05)。

主成分分析 (PCA) も、地下および地上の成長 (RLD、DCL_VF、DCL_F、DCL_M、DCL_C、RDW、ADW_MW1、および ADW_TOTAL) と水使用 (UMW_ET および MW_ET_25) の 10 個の代表的な変数に対して実行されました。 XLSTAT 統計パッケージ (Addinsoft、米国ニューヨーク州ニューヨーク)。選択された PCA はピアソン相関行列でした。フィルター係数の数は 5 に設定され、最終的なデータ視覚化は距離二重プロットの形式で行われました。

根の形質 (RLD、DCL_VF、DCL_F、DCL_M、DCL_C、RDW) と骨材サイズ分率 (LM、sM) の関係を評価するために、考慮した 2 つの土壌深さ (0 ～ 10 および 10 ～ 20 cm) について個別に相関分析を実行しました。、m、s + c、MWD)、ノンパラメトリックなスピアマンランク係数 (ρ) を使用します。 0.05 の p 値は、検定にとって有意であるとみなされました。 Spearman のランク相関には、R 4.0.3.77 とfactoextra78 パッケージをそれぞれ使用しました。

ここで報告されている植物材料の収集を含む、栽培された植物の実験研究と鉢植え研究は、関連する制度的、国内的、国際的なガイドラインと法律に準拠しています。さらに、植物標本の収集は適切な許可に従って行われました。

この研究中に生成または分析されたすべてのデータは、この公開された論文とその補足情報ファイルに含まれています。

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カテリーナ・カプリ、マッテオ・ガッティ、アンドレア・フィオリーニ、フェデリコ・アルデンティ、ヴィンチェンツォ・タバーリオ、ステファノ・ポニ

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CC、MG、SP は調査、実験計画を開始し、野外実験をセットアップしました。 CC は実験データを収集し、AF および FA と協力してデータ解析を実行しました。 CC、SP、AFが原稿を書きました。 SP、MG、VT、AF、FA、CC が原稿をレビュー、修正し、最終的に仕上げました。

カテリーナ・カプリへの通信。

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転載と許可

カプリ、C.、ガッティ、M.、フィオリーニ、A. 他。果樹園の土壌管理のための 15 種類の被覆作物種の比較研究: 吸水量、根密度特性、土壌集合体の安定性。 Sci Rep 13、721 (2023)。 https://doi.org/10.1038/s41598-023-27915-7

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受信日: 2022 年 8 月 10 日

受理日: 2023 年 1 月 10 日

公開日: 2023 年 1 月 13 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-27915-7

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