@農자료창고

이사의 편지

로데일 연구소는 J.I. Rodale 씨가 1947년 칠판에 우리의 좌우명을 처음 적은 이후 농업을 통해 세계를 더 나은 곳으로 만들기위해 전념해 왔다. 건강한 토양 = 건강한 먹을거리 = 건강한 사람이 우리의 모든 사업을 추동한다.그것이 우리가 모든 노력을 시험하는 시금석이다. 

그래도 J.I. 씨는 건강한 토양이 건강한 먹을거리를 기르기 위한 토대라는 사실을 이해했다. 우리는 오늘 J.I. Rodale 씨의 신념과 Robert Rodale 씨의 수고로 펜실베니아 주 커츠타운Kutztown 외곽에 333에이커 규모의 농장에뿌리를 내리고 계속하고 있다. 

로데일 연구소에서 수행한 연구와 홍보활동은 건강한 토양을 기반으로 하는 농업 체계를 창안하기 위함이다. 60년이 넘는 기간에 걸쳐, 우리는 유기농업을 연구하고 세계의 농부와 과학자들과 의견을 나누면서 재배자를 지원하는 정책을 지지하고 있다.  

지난 수십 년 동안 가장 보람찬 발전 가운데 하나는 유기농 농민을 위한 모범사례를 시험하고 개발하면서 모든 농민들이 채택할 수 있는 기술과 방법을 찾았다는 점이다. 

이 특별 프로젝트를 통해 우리는 유기농업 체계에서 경운과 검은비닐의 사용만이 아니라, 무경운 관행농업 체계에서 제초제의 사용과 관련된 토양의 건강 문제를 해결할 수 있다는 걸 발견했다. 목표는 경운과 검은비닐의 대안으로 유기농 농민들이 무경운의 혜택에 접근할 수 있는지와 모든 농민들이 풀을 관리하고 좋은 덮개작물을 죽이기 위하여 검은비닐과 제초제 이외의 도구를 제공할 수 있는지의 여부를 결정하는 것이었다. 

모든 농민들이 그들의 토양을 보호하고 보존하며 시간과 돈을 절약할 수 있는 새로운 방법을 모색함으로써, 기존의 체계 안에서 창의적으로 가능성을 탐구하는 공동 연구가 필요하다. 관행농업과 유기농업 공동체 사이에 지식을 공유하는 일을 더욱 증진시키고, 그 결과를 연구하는 일은 예상보다 더 강하고 탄력적인 농업을 창출하는 데 필수적이다.  

최고의 과학적 연구와 교육을 통하여 우리는 더 지속가능한 먹을거리 체계를 향한 모든 농민의 여정을 지원할 수 있기를 바란다. 

Coach Mark Smallwood

머리말

1988년부터, Northeast SARE는 농사에 대한 지속가능한 접근법을 발전시키고자 교육과 응용연구를 목적으로 보조금을 제공해 왔다. 그 25년은 많은 학습과 많은 성공만이 아니라 도전도 가져왔다. 변화는 위험할 수 있기에 혁신이 늘 쉬운 건 아니다. — 잘 알려진 사례와 결점, 모든 것이 광범위한 지원을 제공하는 경우가 많다. 덮개를 너무 빨리또는 너무 멀리 덮으면 참여하고자 하는 우리의 매우 많은 수혜자들이 멀어지게 할 수 있다.

배경

유기농 무경운과 롤러 크림퍼

로데일 연구소의  2010년 실험밭. 왼쪽 밭은 호밀/털갈퀴덩굴과 함께 검정비닐을 덮고, 오른쪽 밭은 호밀/털갈퀴덩굴을 베어서 덮었다. 

덮개작물 투입량

3년에 걸쳐 덮개작물 질소 투입량은 호밀만 파종한 처리법에서 가장 낮았다. 호밀에 털갈퀴덩굴을 추가하면 질소 투입량은 2배로 늘었다. 

이 도표는 아홉 가지 처리법 각각에서 덮개작물의 평균 질소 투입량이 어떠한지 보여준다. 여기의 수치는 2010년, 2011년, 2012년의 평균값이다. 

이 표는 2012년 6월부터 10월까지 세 가지 다른 종결 처리법에서 월간 최고와 최저 토양 온도를 요약한 것이다. 

미국에서 초기에 지역사회 지원 농업을 시작한 농장의 하나. 농민은 왼쪽부터 Smadar English, Mike Baki, Judy Vonhandorf 씨.

Genesis Farm의 실험밭: 굴린 호밀/털갈퀴덩굴 처리법이 왼쪽, 검정비닐이 오른쪽이다. 두 처리법 사이의 고랑은 Mike Baki 씨의 표준 풀 관리 체계의 일부인 짚으로 덮었다.
 

Douglas Randolph 씨가 농장에서 덮개작물로 호밀과 붉은토끼풀을 심고 있다. 
 

원문 

비닐을 벗기자.pdf

들어가며

덮개작물을 재배하면 몇 가지 방법으로 풀을 이길 수 있다.

• 직접 경쟁
• 타감작용(Allelopathy) —식물의 성장을 방해하는 물질을 방출
• 풀씨가 싹트는 걸 막는 자극제
• 토양의 미생물 군집을 바꾸어 특정한 풀에게 불리하도록 만듦

덮개작물을 갈아엎고, 베고, 말아 버리거나 여러 방법으로 없애 그 잔류물로 풀을 계속 억제할 수도 있다. 

• 싹이 나오는 걸 물리적으로 방해 (잔류물이 지표면에 덮여 있으면)
• 부식되면서 타감물질을 방출
• 풀에 병을 일으키는 균류를 촉진
• 질소(N) 기아 (질소질이 적은 잔류물을 토양에 넣었을 때)

  남아시아의 225만 평방킬로미터에 걸쳐 펼쳐져 있는 인도 갠지스 평원은 18억 인구의 쌀과 밀 창고이다. 지난 30년의 시간 동안, 주로 녹색혁명의 개량종과 기술 묶음 덕에 농민들은 여름철 몬순에 벼농사를 짓고 짧은 겨울철에 밀농사를 짓는 돌려짓기 체계를 발전시켰다.

  인도 북서부에서, 벼-밀 면적의 확장과 연간 3%의 수확량 증가로 밀 생산이 1970년 2000만 톤에서 1995년 6500만 톤으로 늘어나게 되었다. 그러나 그즈음 쌀과 밀 생산성이 투입재의 사용효율성이 끊임없이 떨어지고, 지하수가 고갈되며, 기온이 오르는 등 '토양의 약화'로 인하여 낮아지기 시작했다.  

  이에 따라, 국가의 농업연구 시스템의 생태-지역 이니셔티브와 국제농업연구 자문단체가 꾸린 벼-밀 콘소시엄은 1995년부터 무경운, 작물의 부산물 돌려주기, 두둑 지어 재배하기, 마른논 파종 등을 포함하는 자원보존형 기술을 장려하고자 공동의 노력을 기울이기 시작했다. 

  밀 생산성의 주요 장애물은 늦은 파종이다. 벼 모내기는 7월에 시작하지만 비가 언제 오느냐에 따라 종종 8월 말까지 이어지기도 한다. 지하수를 퍼올리는 비용이 많이 들고 노동력이 부족함도 그 원인이다. 이렇게 모내기가 늦어지면 벼의 수확도 늦어지고, 이에 따라 밀의 파종도늦어진다. 농민들이 수확이 끝난 논을 싹 갈아엎느라 귀중한 시간을 놓치기도 한다. 

  많은 지역에서 밀은 벼를 수확하고 별다른 경운 작업 없이 파종일에 곧뿌림을 한다. 무경운은 적기에 파종하고 더 잘 자라도록 돕기 때문에 6-10% 정도 밀 수확량을 높이는 데 기여한다. 또한 트랙터 운영비를 절약할 수도 있다. 어떤 지역에서는 관개용수 생산성이 관행농법에 비해 65% 정도 향상되기도 했다. 관개용수 생산성은 무경운과 두둑을 지어 밀을 재배할 때 더욱 향상된다.

  밀 농사에서 무경운을 채택하면 농민은 헥타르당 20%까지 비용을 절감하고 순수익이 28%까지 높아지는 한편, 온실가스 배출을 감소시킨다. 

  벼농사의 경우, 콘소시엄은 만생종을 조생종으로 대체하고, 마른논 곧뿌림으로 모내기를 생략하여 관개용수의 사용과 에너지 비용 및 노동력 수요를 줄이도록 장려했다.

  작물이 자라는 동안, 벼의 생산성을 높이고자 다양한 방식이 시도되고 있다. 하나는 논에 물을 가득 담았다가 다시 물을 떼서 말리는 방식이다. 다른 하나는 호기성 벼로서, 마른 흙에 곧뿌림한 다음 물을 댄다. 두 방식을 통해 30-50%의 물을 절약할 수 있다. 

이 평원에 도입된 또 다른 자원보존형 기술은 레이저 수평기이다. 전통적으로 농민들은 나무로 만든 써레 등으로 논의 수평을 잡았다. 현재 민간 계약자가 운영하는 레이저를 활용한 트랙터는 소농이 감당할 수 있는 가격으로 더 정밀하게 수평을 잡아준다. 이 기술은 물의 손실을 40% 이상 줄이고, 비료의 효율성을 높이며, 5-10% 정도 수확량을 향상시킨다. 

또한 농민들은 새로운 돌려짓기를 채택했다. 파키스탄 펀잡 지역의 소농들은 이집션클로버를 쌀과 돌려짓기하여 토양비옥도를 개선하고, 농사에 영향을 줄 수 있는 잡초를 억제한다. 일반적으로 밀을 수확하고 80일 동안 땅을 묵히는 동부의 평원에서는 여름철에 무경운 토양에 녹두를 재배해 헥타르당 1.45톤을 생산한다.

비료를 낭비하는 걸 줄이고자 벼-밀 콘소시엄은 가장 적절한 때 비료를 주도록 작물의 잎 색깔 차트를 도입하여 '수요에 기반한' 질소 관리를 장려했다. 이를 통해 농민들은 수확량의 감소 없이 비료의 사용을 25% 이상 줄일 수 있었다.

2009년 평원 전체에서 수행된 마을 조사는 농가 셋 중 하나는 적어도 하나의 자원보존형 기술을 채택했다는 것을 밝혔다. 인도 북서부에서 무경운 파종기는 트랙터 다음으로 가장 보편화된 농기구였다. 정부의 강력한 지원과 함께 민간 부문에서 개발한 파종기의 유효성 덕에 도입률이 높았던 것이다. 

  절약형 재배 기술의 충격은 최근 인도에서 밀 생산량의 증가에 영향을 주고 있다. 펀잡 지역의 2003-2007년의 흉작을 기록한 뒤, 예를 들어 밀 생산성은 꾸준히 증가하여 2012년에는 헥타르당 평균 5톤을 초과했다.

지금까지 주로 무경운은 벼-밀 작부체계 가운데 밀 농사에 도입되었다. 쌀에 도입하면 관개용수의 사용이 급감할 것으로 예상된다. 무경운, 마른논 곧뿌림의 수많은 시도가 물을 대는 게 굳이 다수확에 필수적인 것이 아님을 밝히고 있다. 

  벼농사를 보존농업으로 단호히 전환하는 일 -특히 볏짚을 논흙에 환원하는- 은 두 곡물의 생산에 긍정적인 효과를 창출할 것이다. 많으 농민들이 볏짚이 덮여 있는 데다 파종기로 밀을 심는 방법을 채택했지만, 여전히 대다수는 심각한 대기오염을 야기시키며 벼를 수확한 뒤 볏짚을 태우고 있다. 

  볏짚 태우기를 줄이고 무경운에 기반한 덮개재배를 권장하고자 펀잡과 하리아나 지방정부는 현재 두터운 볏짚 덮개를 뚫고 밀을 파종할 수 있는 '행복한 파종기(Happy Seeder)'라는 새로운 기술을 확산시키고 있다.  

  자원보존형 기술을 신속히 도입하는 일은 정책적 지원, 기술 지식, 인프라, 시장 접근성 등에 달려 있다. 노동력, 수자원, 에너지의 사용을 집약적이고 지속가능하지 않게 만드는 상품 중심적 기술보다는 체계적 접근이 필요하다. 입증된 기술들을 융합하는 것은 보존농업의 혜택을 완전히 활용하도록 도울 것이다.

출처 Save and Grow in practice: maize, rice, wheat. A guide to sustainable cereal production (FAO, 2016). 

뱀다리... 자료를 찾다가 북한에서 번역해 놓은 보존농업 관련 자료가 있어 첨부한다.

보존농업 -북한판.pdf

또한 한국에서도 벼농사와 관련하여 무경운 농법에 관하여 연구한 자료들이 최근 발간되고 있으니 찾아보면 유용하다.

흙에 대한 좋은 동영상 자료를 발견.

자막이 나오도록 할 수 있으니 영어를 읽을 수 있으면 더듬더듬 보실 수 있을 것 같습니다.

사람만 옷이 날개가 아니다. 흙도 옷을 입을 필요가 있다.

봄날의 강한 바람에, 또 여름의 폭우에, 겨울의 황량함에 맨흙이 노출되어 좋을 것이 하나도 없다.

예쁘게, 멋지게 옷을 입혀주면 흙에게도 좋다.

오늘은 퇴비가 어느 정도 안정이 되었을 것이라 판단하고 걷어놓았던 검불을 이용해서 텃밭에 옷을 입혀주었다.

여기에 푸릇푸릇한 풀들이 자라면 그걸 뽑고 베어서 또 덮어주고, 오줌도 부지런히 받아서 뿌려주고 그럴 예정이다.

옷을 입으니 예쁘다. 평반텃밭. 

겨울철 화분 관리에 실패하여 치자가 고사 직전에 이르렀다. 나의 불찰이오, 과실이다. 미안하네.

어떻게 될지 모르지만 마지막 순간이라도 땅에서 보내라고 좁은 화분에서 꺼내 텃밭 한쪽에 심어주었다.

살았으면 좋겠지만 나만의 바람이겠지?

빈 화분에는 다시는 실수하지 않으리라 맹세하며 제라늄과 쟈스민, 그리고 산호수를 입양해 왔다.

앞으로 잘 부탁한다.

우리가 옷을 발가벗고 맨몸으로 햇빛과 공기 중에 그대로 노출되어 있다면 어떻게 되겠는가? 

당연히 추위와 더위를 더 느끼고, 피부는 건조해질 것이다.

흙도 마찬가지이다.

흙을 우리의 피부라고 생각해 보자.

흙이 햇빛과 공기 중에 그대로 드러나 있다면 어떨까?

당연히 더 뜨겁거나 차가워지고, 또 증발량이 많아져 건조해질 것이다.

수분이 적당하지 않은 흙에서는 농사 또한 잘 되지 않는다.

흙을 맨살 그대로 노출시키지 않는 방법으로는 덮개식물을 이용하는 방법이 있다.

덮개작물이라 하지 않고 덮개식물이라 한 것은, 살아 있는 풀을 이용하는 방법과 베어낸 풀이나 짚을 활용하는 방법이 있기 때문에 그렇다.

다음 동영상을 보고 이제는 가급적 흙에 예쁘고 멋진 옷을 입혀주도록 하자.

내 옷만 살 일이 아니라 흙을 잘 가꾸고 꾸미는 일에도 신경을 써야 한다.

난 늘 게으르게 농사짓는 방법을 선호한다.

그래서 작물을 심을 때도 모종을 내기보다는 씨앗을 그대로 심는 방법을 선호한다.

곧뿌림, 어떻게 하면 잘할 수 있는가?

특히 어려운 것들이 몇 가지 있다.

콩과 배추, 무 등이다.

배추와 무는 초기에 벌레들에게 무방비 상태로 노출이 된다.

그리고 콩은 초기에 새들, 특히 비둘기에게 먹히기 쉽다.

꿩은 땅을 파서 콩알을 꺼내 먹는다고도 하는데, 내가 있는 곳에는 그런 일이 없다.

대신 비둘기가 떡잎을 주로 공격한다.

웬 걸. 이번에도 비둘기에게 일부 습격을 당했다. 으, 지킨다고 지켰건만 모두를 안전하게 지키지 못했다. 비둘기에게 떡잎이 뜯어먹힌 콩들.

하하하, 떡잎만 공격을 당하면 그나마 다행이다. 

아예 목을 뎅강 자르듯이 먹힌 콩들도 발생한다. 

밭에 신나서 갔는데 그런 모습을 발견하면, 그야말로 분노가 치밀어 오른다.

이건 안 당해본 사람은 모를 것이다. 

비유하자면, 아이를 만나러 신나서 가는데 만나니 누군가에게 쥐어터져 멍들고 코피가 나고 있는 상태랄까?

보라. 잔인한 비둘기들... 물론 나의 입장에서 그렇게 부르는 것이다. 비둘기들이 사실 무슨 죄가 있겠는가. 먹고 먹히는 삶 속에서 자신의 역할에 충실하여 살아가는 것일 뿐.

작년에는 어떻게 할까 하다가 한랭사를 설치해서 모종을 내는 방법을 택했다.

그렇게 1년 다시 해보니 너무너무 귀찮았다.

그래서 올해는 그냥 곧뿌림을 하기로 마음 먹었다.

곧뿌림을 할 때 중요하게 고려할 점은 다음과 같다. 

첫째, 심는 시기를 잘 택해야 한다. 새들의 산란철을 피해야 한다. 아무래도 새가 알을 까려고 하면 영양보충이 필요하고, 그래서인지 닥치는 대로 먹어 치운다. 새들의 산란철은 주로 5월 말이라고 들었다. 그러니까 중부 지역에서는 5월 말에 밭에다 콩을 곧뿌림하는 걸 금기시해야 한다.

이놈, 바로 이놈이다! 도시에 사는 비둘기보다야 백배 천배 예쁘게 생겼지만, 콩 심을 때 나에게는 그 어떤 모습보다 흉흉하다. 머리는 또 얼마나 좋은지... 누가 새대가리래? 새가 얼마나 영악스러운데. 

둘째, 노농들은 6월 중순 무렵이 콩을 심는 적기라고 했다. 과연 그때 심으면 좋다. 5월 말~6월 초는 조금 이른 감이 있고, 6월 말은 좀 늦은 감이 있다. 그런데 문제는 6월 중순에 할일이 산더미처럼 많다는 것이다. 요즘이야 모내기도 5월이면 끝나서 별 문제가 없지만, 예전에는 6월 중순이 모내기하는 때였다. 그래서 밀과 보리를 심었으면 그거 수확하랴, 부랴부랴 콩 심으랴, 모내기도 준비해서 하랴 정말 눈코 뜰 새 없이 바쁜 철이었다. 이를 '삼그루판'이라고 표현하는데, 이때가 바로 '부지깽이 손이라도 빌린다'고 하는 그 시절이다. 얼마나 바쁘면 부지깽이한테 손을 빌리려 하겠는가. 아무튼 난 올해는 6월 10일 무렵 심었다. 

셋째, 이 역시 심는 시기를 선택할 때 고려할 요소이기도 한데 비가 오기 전날 심으면 좋다는 것이다. 콩은 심은 다음 비를 두 번 정도 맞히면 어김없이 싹이 난다. 올해는 뜻하지도 않게 이른 장마가 와서 더 도움이 되었다. 6월 10일을 파종기로 잡은 것은 그 다음날인가 다다음날 비가 온다고 해서이다. 심은 뒤 비를 한 번 맞히고, 다시 사나흘 뒤에 비가 내려서 아주 좋았다. 과연 두 번 비를 맞히고 난 다음날 밭에 가보니 막 고개를 디밀고 나오기 시작했더라. 

두 번 비를 맞은 다음날의 콩. 어김없이 올라오고 있다. 모든 생명은 어릴 때 가장 이쁘다. 그건 인간도, 동물도, 식물도 마찬가지다. 11년째 텃밭 농사를 짓지만 해마다 새롭고, 늘 보는 싹들이지만 늘 어여쁘다. 위 사진을 보라! 너무너무 예쁘지 않은가? 너무나 경이롭지 않은가! 

넷째, 은폐엄폐가 중요하다. 낙엽이 있으면 낙엽으로, 풀이 있으면 풀로 잘 덮어서 새들이 찾지 못하도록 하라. 덮개는 이후 콩이 자라서도 흙이 그대로 노출되지 않게 해줌으로써 콩의 성장에 도움이 되기도 한다. 아무튼 중요한 것은 콩의 본잎이 나올 때까지는 떡잎을 보호해야 한다는 점이다. 본잎이 나오면 새들이 더 이상 건드리지 않는다. 본잎이 나올락 말락 하는 그 순간에 떡잎이 가지고 있는 양분을 먹으려고 덤비는 것이다. 그러니 콩을 심고 덮개로 잘 덮어 놓으면 그 밑에서 콩이 서서히 밀고 올라와서 세상에 나타났을 때에는 이미 본잎이 나와 있는 상태가 된다.   

콩들이 덮어놓은 풀을 뚫고 나왔다. 이렇게 본잎이 나온 상태로 나오기에 새들도 더 이상 흥미를 보이지 않는다. 문제는 엉성하게 덮어 본잎이 제대로 나오기도 전에 노출되는 떡잎들이다. 또한 그렇다고 너무 두껍게 덮으면... 콩들이 제대로 나오지 못하고 길쭉하게 웃자라 버리니 주의하라.

모든 농사가 그렇듯이 쉬우려면 한없이 쉽고, 어려우려면 한없이 어렵다. 때를 알고, 땅을 알고, 일머리를 알면 이것보다 쉬운 일이 없다. 옛말처럼 "하늘의 때를 알고, 땅의 이로움을 알며, 사람의 일을 다한다"는 자세랄까. 그중에 가장 중요한 일이라면 역시나 게으름을 부리지 않고 자신의 맡은 바 일을 성실히 수행하는 것이다. 아무리 기후가 안 좋아도, 흙이 안 좋아도 성실하게 노력하는 사람의 힘으로 극복할 수 있다. 그래도 안 된다면, 그건 안 되는 일이다. 하지만 사람의 일을 다하지도 않고 무언가 이루어지길 바라는 건 너무 큰 욕심이 아닐까?

마지막까지 노심초사하게 만든 콩. 다른 콩보다 너무 늦게 나와서 새들의 표적이 되지 않을까 걱정했다. 하루이틀만 버티면 강한 햇살을 받아서 얼른 본잎을 낼 텐데 그 사이에 새들이 찾아올까봐 걱정한 것.

하늘도 무심하지 않으신지 걱정했던 콩이 하루 만에 강렬한 햇살과 함께 광합성을 하여 색도 푸르러지고 본잎도 삐죽이 비집고 나왔다. 물론 새에게 먹히지도 않았고. 고맙습니다. 잘 커라. 내 계속 지켜보마. 아이만 부모의 사랑과 관심을 먹고 크는 것이 아니다. 생명이라면 어떤 것이나 관심과 사랑을 먹으며 소통하면서 자란다.

밭에 다가가자 푸드드득 비둘기 한 마리가 밀밭에서 날아오른다. 아마 여기 떨어진 밀 이삭이라도 주워먹고 있었나 보다. 콩이 제대로 자리를 잡으니 그걸 건드리기보다 여기서 먹을 걸 찾는 게 더 이득이란 걸 알았던 게다. 그래, 이런 이삭이라면 내 얼마든지 줄 수 있으니 여기서 놀아라. 이렇게 밭에 다양한 작물들이 자라니 새도, 벌레도, 미생물도, 그리고 사람도 다양하게 어우러져 살아갈 수 있다.

Abstract

Mulches contribute to weed management in organic crops by reducing weed seed germination, blocking weed growth, and favoring the crop by conserving soil moisture and sometimes by moderating soil temperature. Opaque synthetic mulches like black plastic provide an effective barrier to most weeds and are amenable to mechanized application, but they must be removed at the end of the season. Organic mulches like straw suppress annual weed seedlings, conserve moisture, and add organic matter as they break down, but they are more labor-intensive to apply. This article examines uses, advantages, and limitations of different mulching systems for weed control in organic vegetable production. Two companion articles provide additional information onorganic mulches and synthetic mulches.

Introduction

Mulching can reduce weed competition against vegetable crops, and save fuel and labor costs for weed control. Covering the soil surface with a suitable mulch can:

• Reduce weed seed germination.
• Shade and physically hinder emerging weeds.
• Enhance crop growth and competitiveness by conserving soil moisture and sometimes by modifying soil temperature.

Synthetic mulches like black polyethylene film (the most widely used plastic mulch) or landscape fabric are laid on a prepared seedbed just before transplanting or seeding a vegetable crop through holes or slits cut into the mulch. In-row drip irrigation lines under the mulch provide water and liquid fertilizers to the crop. Mechanization, with equipment such as tractor-drawn bed shapers, mulch layers, and planters, allows the farmer to mulch and plant a multi-acre field within a single day (Fig. 1). Black plastic, other opaque materials, and infrared-transmitting (IRT) mulch effectively block weed emergence, and promote soil warming and early crop growth. Weeds emerging through planting holes may require manual removal, and alleys between mulched beds generally need cultivation or other weed control measures.

The National Organic Program (NOP) final rule (United States Department of Agriculture [USDA], 2000) requires removal of plastic mulches from the field at the end of the growing season, and tractor-drawn mulch lifters are now commercially available to facilitate this chore. Despite the costs of capital equipment, the plastic itself, application, and removal, many organic vegetable farmers consider black plastic their most economical weed management option (John Britton, Appalachian Harvest, 35-member marketing co-op in Abingdon, VA, pers. comm.; Ellen Polishuk, Potomac Vegetable Farms, Purcellville, VA, pers. comm.).

Figure 1. Black polyethylene film mulch gives these tomato transplants a head start by blocking weeds, retaining moisture, and warming the soil. Figure credit: Becky Crouse, Marketing Manager, Potomac Vegetable Farms in Purcellville, VA.

Organic mulches such as hay (Fig. 2a), straw (Fig. 2b), leaves, and chipped brush, are usually applied when the vegetable crop is well established and the soil has warmed to near-optimum temperatures. They are most effective on weeds emerging from seed, and least effective on aggressive perennial weeds emerging from rootstocks, rhizomes, or tubers. Organic mulch applied immediately after a final cultivation often suppresses later-emerging weeds until the crop has passed through its minimum weed-free period. Organic mulches generally lower soil temperatures and conserve soil moisture by slowing evaporation while allowing rainfall to penetrate. Normally, organic mulch is left in the field after harvest and, as it breaks down, it helps build soil organic matter.

Figure 2. Organic mulches. (a) About 3 inches of hay mulch have suppressed emergence from a large weed seed bank of galinsoga (Galinsoga spp.) and other annual broadleaf weeds in broccoli, onion, and garlic in the Appalachian region of Virginia. (b) Pepper thrives in a straw mulch in the Tidewater region of Virginia. At both sites, a few grasses and perennial weeds are beginning to break through, but the vegetables have benefited from soil moisture conservation as well as weed suppression by the mulch. Figure credit: Mark Schonbeck, Virginia Association for Biological Farming.

Manual application of hay and other organic mulches is labor intensive, and is practical only on a small scale. A few growers use bale choppers to mechanize application of hay or straw from small rectangular bales.

Many vegetable farmers apply straw or other organic mulches in alleys between plastic-mulched beds, either at planting or after cultivation (Fig. 3). In addition to suppressing alley weeds, this system adds organic matter, helps conserve soil moisture and soil quality, and prevents excessive soil heating during summer, thereby realizing many of the benefits of both organic and synthetic mulches. The organic mulch can also improve fruit quality in pumpkin and other vine crops by preventing fruit-soil contact in alleys.

Figure 3. Alleys between plastic mulched beds are covered with a thick layer of hay to suppress alley weeds in this pepper crop at Wheatland Vegetable Farms in Purcelle, VA. The organic mulch adds organic matter, conserves soil moisture, and prevents soil erosion in alleys. When hot summer weather arrives, the hay is pulled over the black film to prevent excessive soil heating, as shown here. Figure credit: Mark Schonbeck, Virginia Association for Biological Farming.

Mulches and Weed Seed Germination and Emergence

Light promotes seed germination in many agricultural weeds (Egley, 1996), including common lambsquarters (Chenopodium album), hairy galinsoga (Galinsoga ciliata), common chickweed (Stellaria media), common ragweed (Ambrosia artemesiifolia), common purslane (Portulaca oleracea), some pigweeds (Amaranthus spp.), black nightshade (Solanum nigrum), and annual bluegrass (Poa annua) (Mohler and DiTommaso, unpublished). Any opaque mulch, such as black plastic or several inches of hay, straw, or leaves, blocks the light stimulus, thereby reducing seed germination in these weeds after mulch application.

Seeds of an even wider range of common weeds respond to wide daily soil temperature fluctuations, including some that do not respond to light, such as horsenettle (Solanum carolinense), common cocklebur (Xanthium strumarium), and foxtails (Setaria spp.). Many summer annuals, including pigweeds, galinsoga, and purslane, germinate in response to high soil temperatures (85–100°F). Organic mulches and white or reflective plastic films lower soil temperature and dampen daily fluctuations, thereby deterring weed seed germination.

Even with light and temperature stimuli blocked, a percentage of the weed seed population will germinate. However, the mulch intercepts light essential for photosynthesis and physically hinders seedling emergence. Dicot (broadleaf) seedlings are fairly delicate and easily suppressed by this mulch effect. Hay, straw, or cover crop residues at 3–5 tons per acre (2–4 inches, loosely packed) can prevent emergence of small-seeded broadleaf weed seedlings for at least several weeks, whereas a heavier mulch (7–10 tons per acre) may be required to block larger seeded species like common cocklebur or velvetleaf (Abutilon theophrasti), and some grasses, whose shoots are protected by a pointed sheath (coleoptile). Perennial weed shoots emerging from rootstocks, tubers, rhizomes, or bulbs can penetrate most organic mulches, and a few weeds, such as nutsedges, can puncture plastic film.

Dark colored synthetic mulches and IRT mulches increase soil temperatures and daily temperature fluctuations, which may stimulate weed germination. Since these mulches also block seedling growth, the net result is to draw down the weed seed bank.

Mulch Effects on Crop and Weed Growth

In addition to reducing weed seed germination and emergence, mulch can improve the growth and competitiveness of established crops by conserving soil moisture and modifying soil temperatures (Schonbeck and Evanylo, 1998; Swaider et al., 1992) (Fig. 4). Soil warming under black or IRT plastic can enhance early season growth and maturation in heat-loving crops, while the soil cooling effect of organic and reflective film mulches benefits cool-weather vegetables like potato, and can help most crops thrive during hot summer weather.

Some organic mulches, such as hay, provide slow-release nutrients, or reduce certain pests by harboring their natural enemies. Reflective or colored synthetic mulches have been found to enhance the yields of certain crops by repelling pests or modifying the light environment around the crop (Orzolek and Lamont, 2000).

It is important to note that, once a weed manages to emerge through the mulch, or emerges through a planting hole in plastic film, it enjoys the same soil moisture conservation and other mulch benefits as does the established crop. Conversely, any crop seedlings emerging beneath a mulch will be suppressed. Thus, it is common practice to spread straw or other organic mulches only after the crop is well established, and immediately after cultivation or manual removal of existing weeds.

Figure 4. Tomato grown in a non-irrigated field in the Tidewater region of Virginia thrived in hay mulch (right), and grew poorly without mulch (left). In addition to reducing weed emergence, the organic mulch conserved soil moisture and moderated soil temperatures. Figure credit: Mark Schonbeck, Virginia Association for Biological Farming.

Mulching Limitations and Pitfalls

In some circumstances, mulching can aggravate weed problems. Organic mulches, especially hay from off-farm sources, may carry seeds of new weed species into the field (Fig. 5). An organic mulch that is too thin to suppress weeds (e.g., 1–2 tons per acre, or an inch or so of material) may allow weed emergence, then enhance weed growth by conserving soil moisture (Mohler and Teasdale, 1993). Legume residues have also been reported to release enough nitrate-N to trigger germination of nitrate-responsive weeds such as redroot pigweed (Amaranthus retroflexus) (Teasdale and Mohler, 2000). Aggressive perennial weeds can emerge through a heavy (6 inch) organic mulch, thrive, and steal moisture and nutrients intended for the crop. Weeds growing through mulch are more difficult to control mechanically, and may require special high-residue cultivators.

Figure 5. Wild buckwheat (Polygonum convolvulus), a new weed in this garden, arrived in the mulch hay. Figure credit: Mark Schonbeck, Virginia Association for Biological Farming.

Untimely mulching, or using the wrong mulch for a particular crop, can slow its growth and leave it more vulnerable to weed competition. For example, fresh (“bright”) grain straw can lower soil temperatures by as much as 10°F. Spreading straw or other soil-cooling mulches around newly-transplanted tomato or melon can set the crop back several weeks and give the weeds a head start.

Mulch materials with a high ratio of carbon to nitrogen (C:N ratio) have the potential to slow crop growth by immobilizing soil N. This is most likely to occur with finely divided materials (e.g., sawdust) or materials rich in soluble carbohydrates that can leach into the soil (e.g., sorghum–sudan greenchop). Coarse, dry materials like grain straw or chipped brush rarely tie up soil N unless they are incorporated into the soil.

Applying organic mulch around small, succulent lettuce, brassica, or other vegetable seedlings can result in defoliation by slugs or insects, leading to poor stands or delayed establishment. However, these organisms have been observed to attack weed seedlings as well, and can reduce weed populations without seriously impacting well-established crops (Mohler, 1996; Mohler and Teasdale, 1993). In addition, many organic mulch materials, especially freshly cut immature cereal grains, hay, or forage crops, may release substances that inhibit germination and seedling growth in both weeds and crops (allelopathy). Mulches applied when crops are well established will minimize these risks to crop production, and can provide mid- and late-season weed suppression.

Generally, organic mulches enhance moisture infiltration and reduce runoff. However, in situations where moisture is limiting, applying a thick, organic mulch on dry soil can prevent light rainfalls from reaching the soil and crop roots. In this situation, farmers can irrigate the soil thoroughly (to near field capacity), or install in-row drip irrigation lines prior to mulching.

Non-porous plastic mulches can hinder infiltration of rainfall or overhead irrigation into the crop root zone. Some water runs into planting holes, but much of it runs off the mulch into alleys and may not reach crop roots. Thus, almost all growers who use plastic install drip irrigation under the mulch to deliver water to the crop.

Other disadvantages of synthetic mulches include the labor of end-of-season removal, the petroleum embodied in the mulch, generation of non-biodegradable waste, and the fact that synthetic mulches do not add organic matter or nutrients to the soil. Compost or other solid organic fertilizers and amendments must be applied to crop rows prior to laying the mulch, and sidedressing the crop is limited to liquid fertilizers via the drip line and foliar feeding.

Even black plastic mulch will not give 100% weed control. Weeds, especially fast-growing viny species like morning glories (Ipomoea spp.) can emerge through crop planting holes, and require manual removal. A few aggressive perennial weeds like nutsedges (Cyperus spp.) can pierce synthetic mulches (Webster, 2005), compete with the crop, and complicate mulch removal.

Integrating Mulch with Other Weed Management Practices

Mulching cannot alone provide sufficient weed control, and works most effectively in conjunction with other practices. For example, market gardeners often spread hay or straw after cultivating one or more times during crop establishment (Fig. 6). Because organic mulches rarely block 100% of weed emergence, they give best results when used in conjunction with good crop rotation and measures to prevent or limit weed propagation. Similarly, measures to reduce populations of nutsedge, morning glory, and other aggressive weeds may be needed before synthetic mulches can be used successfully.

Figure 6. Weeds were successfully managed in carrot in this Floyd, VA garden through a combination of cultivation and mulching. Sown at the end of June, 2009, hoed twice during establishment, then mulched in early August (a), the crop remained mostly weed-free and closed canopy by early September (b). Figure credit: Mark Schonbeck, Virginia Association for Biological Farming.

References Cited

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• Mohler, C. L. 1996. Ecological bases for the cultural control of annual weeds. Journal of Production Agriculture 9: 468–474.
• Mohler, C. L., and A. DiTommaso. Unpublished. Manage weeds on your farm: A guide to ecological strategies; version 5.1 (Cornell University, Dec. 4, 2008).
• Mohler, C. L., and J. R. Teasdale. 1993. Response of weed emergence to rate of Vicia villosa Roth and Secale cereale L. residue. Weed Research 33: 487–499. (Available online at: http://dx.doi.org/10.1111/j.1365-3180.1993.tb01965.x) (verified 20 Dec 2011).
• Orzolek, M. D., and W. J. Lamont, Jr. 2000. Summary and recommendations for the use of mulch color in vegetable production. (Available online at:http://extension.psu.edu/plasticulture/technologies/plastic-mulches/summary-and-recommendations-for-the-use-of-mulch-color-in-vegetable-production) (verified 20 Dec 2011).
• Schonbeck, M. W., and G. E. Evalylo. 1998. Effects of mulches on soil properties and tomato production. I. Soil temperature, soil moisture, and marketable yield. Journal of Sustainable Agriculture 13: 55–81. (Available online at:http://dx.doi.org/10.1300/J064v13n01_06) (verified 20 Dec 2011).
• Swaider, J. M., G. W. Ware, and J. P. McCollum. 1992. Producing Vegetable Crops, 4th ed. Interstate Publishers, Inc., Danville, IL. 626 pp.
• Teasdale, J. R., and C. L. Mohler. 2000. The quantitative relationship between weed emergence and the physical properties of mulches. Weed Science 48: 385–392. (Available online at: http://dx.doi.org/10.1614/0043-1745(2000)048%5B0385:TQRBWE%5D2.0.CO;2) (verified 20 Dec 2011).
• United States Department of Agriculture. 2000. National organic program: Final rule. Codified at 7 C.F.R., part 205. (Available online at:http://ecfr.gpoaccess.gov/cgi/t/text/text-idx?c=ecfr&rgn=div5&view=text&node=7:3.1.1.9.32&idno=7) (verified 18 March 2010).
• Webster, T. M. 2005. Patch expansion of purple nutsedge (Cyperus rotundus) and yellow nutsedge (Cyperus esculentus) with and without polyethylene mulch. Weed Science 53: 839–845. (Available online at: http://dx.doi.org/10.1614/WS-05-045R.1) (verified 20 Dec 2011).

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