http://lifeexplorer.pixnet.net/blog/post/25219358
土壤改良與管理
http://203.68.20.65/science/content/1989/00020230/0010.htm#化學肥力的改良
【摘要】西方有句諺語：「施石灰不施肥，富了父親，窮了兒子。」
我們腳下的土壤乃所有陸地生物賴以生存的寶貝。它賦有孕育生命的能力，更具有消毀、儲存及循環廢物的功能，否則地球上將充滿廢物而為害我們的環境。此外土壤更可作為工程材料，如製磚瓦、作路基及土壩等。
土壤與文明的關係非常密切，歷史一再證明，許多地區因對土壤管理不慎而造成人為沖蝕或劣化。曾是生長茂盛的良田變為荒蕪不毛之地。短視無補充的土壤管理乃土壤劣化主因。西方有句諺語：「施石灰不施肥，富了父親，窮了兒子。」（Liming
without fertilizer makes fathers rich and sons
poor.）由於石灰的誤用，掠奪了土壤肥力，久而久之，土壤勢必劣化。
土壤含有適量有效的植物養分、酸鹼度適中、不含過量致毒物質，則可認定為具有高化學肥力。可是作為植物生長基質，土壤更需供應植物水分和氧氣。此外，根域溫度變化及其機械性質等，也與植物生長有關。所以土壤生產力除了化學肥力外，尚應考慮物理肥力。本文即分別介紹此兩種肥力改良的原理及方法。
物理肥力的改良
如前所述，土壤物理肥力係指：可支承植物不影響發芽生根、通氣透水性佳和根域溫度變化適宜等而言。這樣性質的土壤需要質地中等、構造穩定，且含有機物豐富。中等質地土壤最適合植物生長的三相比例，如右上圖所示。
此一理想狀況在細質地如黏土、粗質地如砂土等土壤不易達到，必須藉重有機物幫忙。有機物雖然不能改變土壤真質地（true
texture），但可改變土壤視質地（apparent texture），使砂土或黏土變成似壤土（loam-like soils）。
此外有機物對中等質地的壤土也有極大功用；土壤中的砂粒、坋粒及黏粒如果呈單粒狀態存在，其物理性必然不好，因為中等質地土壤大、中、小的顆粒級配良好（工程上如此說），很容易被夯實（compaction），而形成極堅實的土壤。這種土壤比砂土或黏土更不利於植物生長，幸好有有機物幫忙，使這些單粒形成團粒，土壤才能呈疏鬆狀態，而有利於水、氣、熱之流通。
土壤團粒化的機制為：單粒經絮聚作用（flocculation）形成粒團（floccules），因為粒團並不穩定，遇水即會分散，所以必須有膠結物進行膠結作用而形成穩定的團粒。有機物即為良好膠結劑，土壤物理肥力的改良即著眼於此。
自然膠結物大都是多醣類及醣酸聚合體。應用合成化合物代替自然聚合體，使土壤團粒化或穩定自然團粒，此類化合物統稱為土壤物理改良劑（soilconditioners）。已往這方面的研究獲得許多肯定的結果。土壤物理改良劑施用量雖少但價格昂貴，致無法推廣。
最早商品化的合成化合物在1951年推出，以Krilium為商標，是水解聚丙烯（HPAN）、乙烯乙酸（VA）及順－丁烯二酸（MA）的共同聚合物。後來推出的有聚乙烯乙醇（PVA）、聚丙烯酸（PAA）及聚丙烯醯胺（PAM）等。後來有許多工業副產品變成市售土壤改良劑，既未註明化學成分，又沒有說明實際功效。總之，二十世紀中葉是土壤改良劑的黃金時代，由於過分誇張，造成企業界走向新產品商業冒險的不歸路。市場上充斥著各色各樣的土壤改良劑，有水溶性者，也有乳化劑者，多少有些穩定土壤團粒功效。但施用成本與實際效應並不相當，因此幾年內便煙消雲散，不再有當初盛況。不過，土壤改良的基本觀念則是絕對正確，只是後來這方面的研究是以較謹慎的態度，考量成本與效益而已。
化學肥力的改良
化學肥除植物養分外，還有酸鹼度及鹽度。酸鹼度可以施石灰或硫加以調節，而鹽度過高則需先知道鹽分聚積的原因，再決定改良方法。鹽分地有三種：即鹽土、鹽鹼土及鈉土。其形成原因甚多，如地下水位過高而蒸發量又大於降雨量、整地或灌溉不當、海水倒灌或飄鹽等是。鹽分地在改良前先要消除聚鹽之原，否則不會成功。鹽土較易改良，用洗鹽方法即可。鹽鹼土則需先施石膏再洗鹽方才有效。最難改良的是鈉土，奚里爾（D.Hillel,1980年）建議用逐步洗鹽法，即先以鹽度較高的水洗土，再逐漸減低水中鹽度，如此可以防止因洗鹽而導致土壤不透水，使嗣後洗鹽工作無法順利進行。
至於養分供應能力，改良方法除施肥外，還可改變土壤化學性質以提高保肥力。茲略述如下：土壤表面具有負電荷，其電荷來源有二：其一為同型代換，以Al+3代換四面體中之Si+4，或以Fe+2、Mg+2代換八面體中之Al+3，而使結晶格子中少一正電荷，表面即帶一負電荷。由此而產生之電荷量不隨外界環境而變，故稱為定表面電荷（constant
surface charge）或永久表面電荷。
另一電荷來源是由電位決定離子（potentialdetermining
ions）吸附於土壤而產生，一般土壤中電位決定離子為H+及OH-。換言之，其電荷量是隨土壤pH而改變。故稱pH依賴性表面電荷或可變表面電荷。土壤陽離子交換量與土壤表面電荷密度有關。
化學改良土壤之道，即如何增加可變表面電荷量以提升土壤陽離子交換量，則能增強土壤保肥力。所用的改良材料稱為化學改良劑（soil
amendments）。已往研究證實大量施用磷肥可以增加土壤可變表面電荷量，但大量施用磷肥有兩個缺點：一是大幅提高生產成本，農民不易接受；其次大量施用磷肥會造成地面水污染。磷素改變土壤可變表面電荷之原理是，土壤吸收磷素後，即降低零電點（zero
point ofcharge）。零電點愈低，則表面電荷量愈大。
尋找一項能代替磷肥，改良土壤化學性質的材料，首先該離子在土壤中的行為要與磷酸根離子相似。磷酸根離子為四面體，矽酸根離子也是四面體。故凡含矽之材料均可一試。我們曾用矽酸鈉試驗鳳山黃壤及后里紅壤，結果證實均有效。矽酸鈉雖對環境不致造成污染，但用於田間成本仍高。後來我們又用工業廢料及天然石粉試驗也有效。前者如爐渣（煉鋼廠廢料）及飛灰（火力發電廠廢料）；後者如沸石及玄武岩石粉。這些材料含SiO2量均在30％以上。試驗結果飛灰用量宜在1％以下，多用則由於飛灰本身具正電荷，反而中和了土壤表面負電荷。爐渣與沸石則因用量增加，會使土壤表面電荷提高。玄武岩石粉尚在試驗中，不久將有結果。
工廠需花錢處理這些材料，才不致污染環境，用於改良土壤可以說廢物利用，一舉兩得。不過根據已往經驗，如果有企業界介入，原來不值錢的廢料，一旦變為商品，價格即大幅提高，工廠也將視為奇貨，待價而沽，最後使研究者改良土壤的意義頓成泡影。
土壤改良無論施用化學改良劑或是物理改良劑，想法絕對正確，做法則要各主管單位設法促成。首要工作是立法，規定商品登記、價格限制，並註明販賣肥料的成分。台灣土壤改良工作遲早都要施行，《中央日報》曾刊載一篇文章說：「據省農林廳調查，全省九十萬公頃農田中，有60％需要改良。」這個數量，大得實在驚人，所以此方面研究及推廣，愈早開始愈好。如今糧食過剩，沒人覺得重要，一旦糧食缺乏，再倉促從事土壤改良，成功機會不大。作者深信土壤改良工作困難固多，只要無人從中謀取暴利，將來大規模改良台灣土壤，前途仍極樂觀。
萬鑫森任教於中興大學水土保持學研究所
留言列表
