賜哥的部落格

http://cec.npust.edu.tw/e-learning/agronomy/%B2%C4%A4K%B3%B9.pdf

第八章 作物營養與肥料

第一節 土壤肥力
一、植物營養：
構成植物生長所必需之一些養分元素，包括
主要元素：氮(N)、磷(P)、鉀(K)、鈣(Ca)、鎂(Mg)、硫(S)
次要元素：鐵(Fe)、硼(B)、錳(Mn)、鋅(Zn)、鉬(Mo)、銅(Cu)、氯(Cl)
微量元素：鈷(Co)、釩(V)、鈉(Na)、碘(I)、氟(F)、矽(Si)及鋁(Al)
二、作物重要元素缺乏和過剩的癥狀
下列為作物重要元素缺乏和過剩的症狀:
(1)氮(N):
作物缺氮時，生育會受到抑制,植株特別是下位葉部分, 葉綠素的缺乏，形成黃化的現象,新葉在初期會顯得細長、濃綠，生長後期，葉柄短。
作物氮過剩時，植株呈現深綠色，莖葉過度茂盛，根的生長受到抑制，開花結果不良。
(2)磷(P):
作物缺磷時: 植株生育遲緩,呈現暗綠色,有時會出現褐色斑點。如果症狀在成熟葉部發生時，往往造成其成熟的速度減慢。
作物磷過剩時,並無明顯症狀,但銅和鋅等元素容易引起不足。
(3)鉀(K):
作物缺鉀時，葉片白化,不久即開始產生壞死及暗色的病斑,莖容易軟化及倒伏。
作物鉀過剩時，果實表面粗糙。隨鉀的不足,鎂、鈣元素也會不足。
(4)硫(S):
作物缺硫時，無明顯症狀,有時新葉會有黃化的現象產生。
作物硫過剩時，會造成植株生育不良及葉片細小。
(5)鈣(Ca):
作物缺鈣時，葉的生長受到抑制,根端呈現枯死,症狀從舊葉開始蔓延至新葉,且葉部細小,葉緣不整齊,並產生斑點最後導致壞死。
作物鈣過剩時，無明顯症狀,大多都是隨著炭酸鹽的過剩而來。
(6)鎂(Mg):
作物缺鎂時，葉脈呈白化現象。
作物鎂過剩時，無明顯症狀。
(7)鐵(Fe):
作物缺鐵時，葉脈呈白化,在新葉出現時,葉柄會變細而短。
作物鐵過剩時，無明顯症狀,如進行葉面施肥,有時會出現小斑點的壞疽現象。
(8)氯(Cl):
作物缺氯時，葉萎縮白化並壞死，呈青銅色，根部短小，先端部肥大。
作物氯過剩時，葉部呈青銅色或黃色，且葉細小，易落葉並生育不良。
(9)硼(B):
作物缺硼時，莖和根之生長點枯死，根端顏色改變，內部組織變色，葉部變厚呈枯萎捲曲，且有白色斑點發生。
作物硼過剩時，葉先端黃化，邊緣逐漸壞死。
(10)錳(Mn):
作物缺錳時，新葉和老葉葉脈呈現白化、壞死及落葉。
作物錳過剩時，生長受到抑制，葉綠素分佈不均。
(11)鋅(Zn):
作物缺鋅時，葉細小，節間短，葉脈白化。
作物鋅過剩時，會引起鐵的缺乏症。
(12)銅(Cu):
作物缺銅時，新葉濃綠色，會引起畸形、壞死斑點。生長後期，易引起小枝或葉柄軟化不能直立。
作物銅過剩時，根無法正常生長，生長受阻，分枝少，變褐色。
(13)鉬(Mo):
作物缺鉬時，葉脈捲曲、白化。
作物鉬過剩時，幼苗變紫色、葉部呈金色。
三、土壤反應(soil reaction)
酸鹼度為決定土壤性質主要因素之一。大多在土壤表面吸附的氫離子量甚多。氫離子在土壤扮演緩衝作用 (buffering)，使土壤溶液的酸度變異不大。
土壤的 pH 值影響養分的有效性，土壤之 pH 值一般都在 pH4~9 範圍內。當土壤偏於鹼性時，則鐵、鎂或銅的有效性降低。土壤中，在土壤太酸時固氮細菌活動狀況減低，因而降低固氮能力。
大多數的作物偏愛pH值約 6.0~6.5左右。一般添加鈣或鈣的化合物以減低土壤的酸性稱石灰化(liming)。一些氮肥、硫磺可增加土壤酸性。土壤中的細菌在溫暖潮濕而通氣良好時可將硫磺轉變為硫酸。
四、有機物
生物死亡後在土壤中會解離成為水分、二氧化碳及一些無機元素，而含有脂肪、臘質、木質及部分蛋白質物質經過複雜的生化變化後，成為一種黑褐色，非結晶狀的膠體，即所謂腐植質 (humus)。腐植質具有強大的吸附和吸收的特性。有機物即為腐植質。可由栽培豆科、禾本科等綠肥 (green manure) 作物或施用堆廄肥增加土壤中有機質。
土壤中有機質分解後對土壤有下列益處：
(1)土壤易於耕作。
(2)供給土壤養分。
(3)吸附陽離子，使土壤有很高的陽離子交換能力。
(4)增加土壤的緩衝能力。
第二節 作物施肥
一、作物施肥的原則：
作物生育過程需要氮、磷、鉀量較多，土壤中常無法充分供給，需要肥料補充，稱為肥料三要素。一般所稱的施肥，通常是施用三要素。三要素肥料影響作物生長量、收穫量及品質。在作物生產成本中施肥費用亦最高。
作物對養分的反應因作物種類及養分需求不同而異。在極度的缺少某種養分時，作物顯出飢餓的病徵，謂之缺乏量（deficiency level）。當作物的產量隨養分含量增高而增加時，謂之適宜量(adquate level)。養分含量增高到某種程度，作物仍能吸收養分，但對作物之產量已無反應，此時稱為過度消耗(luxury consumption)。如果濃度達到使作物生長受到抑制甚至死亡即毒性量（toxic level）。
作物生長所需營養要素雖有十七種之多，但植物生長係受最缺少的要素所限制，如不補充這些要素，即使其他要素有充份量，亦不能發揮促進植物生長效果，此現象稱為最少養分律。故施肥時應判斷土壤中何種要素最缺，針對最缺的要素施肥才能得到效果。
當土壤中缺少某些要素而施肥時，作物生長量雖隨著施肥量之增加而增加，單位施肥量所能增產的作物收量卻隨著施肥量的增加而漸減，此現象稱為報酬漸減律。施肥費用隨著施肥量比例的增加，故作物生理上可獲最高產量的施肥量，亦未必是最經濟的施肥量。
土壤肥力的有效性依陽離子交換能力、土壤反應及土壤有機狀態而定。由於肥料在各種生產資材中，影響作物生長量和產量最大，故應依照作物需要，做適量、適時、適法的施肥。
不同作物對要素的需求皆不一致，土壤反應又影響要素的有效性；例如矽對禾本科作物非常重要，酸性土壤又普遍缺乏有效性矽酸，故酸性土壤的稻田需施用矽酸肥料。鈣、鎂因其需要量僅次於三要素，在酸性土壤栽培旱作物時極易缺乏，故在酸性土壤應施用鈣、鎂肥或石灰資材。
植物對鐵、錳、銅、鋅、鉬、硼等的需求量甚微，一般土壤中含量已足夠供應。但這些要素在土壤中的有效性，容易受土壤中化學反應影響。
有機肥料中亦有甚多是富含三要素成分。但礦化率高者，應注意施用時釋出要素養分量，且應減少化肥要素用量，方可避施肥過量。
二、三要素肥料的施用原則
(一)施用適量的推薦：
施用肥料量以肥料成分百分率，算出各種單質或複合肥料的用量：
肥料量(公斤)=要素量(公斤) ×100/肥料的要素含量(%)
例 1：
某一稻田的三要素推薦量為每公頃氮素(N)100kg ，磷酐(P2O5) 20kg ，氧化鉀(K2O) 60kg 。現在想用氮素的60% (即100kg × 60/100=60 kg)及磷、鉀的全部做堆，則其每公頃所需肥料量如下：
(1)用單質肥料時：
硫酸銨=60 kg×100/21=約286 kg (用尿素時減半)
過磷酸鈣=20kg × 100/18=約111 kg
氯化鉀=60 kg×100/60=100kg
(2)用複合肥料時：
台肥五號複肥含氮16%，磷酐8%，氧化鉀12%，簡稱16-8-12配方，最接近上面三要素的比率。
施用氮素60 公斤所需五號複肥用量為60 kg × 100/16=約375kg。
此一數量五號複肥同時含有約30 kg的磷酐(即 375 ×8 /100)
此一數量五號複肥同時含有約45 kg的氯化鉀(即375×12/100)
(二)影響作物施肥的因子：
1.品種特性：
生長潛力較大品種需肥量(尤其氮肥需要量)多於生產潛力較低。晚熟品種需肥量大於早熟品種。
2.氣候因素：
a.日照：
陽光充足時光合成產物的生產潛力增加，如供給多量氮肥予以配合，可使此潛力充分發揮，獲得高產。光線不足時，需要供給較多鉀素，始能維持正常光合成速率。
b.水分：
水分成為限制因子時作物乾物生產量減少，肥料需要量亦當減少。
c.溫度：
高溫季節土壤有機質的氮素釋放較速，根吸收率亦高，因而作物需氮量降低。溫度低時，吸收受阻最嚴重的要素為磷。
3.土壤：
土壤中某種要素供給量低時，則供給該種要素的肥料需要量高，施用效果大。由多處肥料試驗結果可以求得肥料效果指數(或肥料經濟用量)與土壤養分測定值(要素供應能力)間之相關。只要測定個別地點土壤的養分含量(或供應能力)，即可求得個別地點土壤的需肥量。氮肥需要量受田間土壤理化性、氣候及耕作方式對有機質分解的影響，但需依賴過去由田間試驗所得結果與生長期間作物的反應，以調節其施用量。土壤排水不良時鉀用量較多。
4.栽培管理：
(1)植物保護：
澈底執行防治病蟲害及雜草，使氮肥用量經濟限度降低。
(2)密植度：
一般密植度提高時，肥料需要量亦隨之提高，但密植度高到某一程度以上時，肥料需要量不再增加，甚至減少。
(3)覆蓋：
以稻草等材料覆蓋土壤，對保持水分及改善土壤物理性等有很大效果，並在其分解中釋放各種要素，其中以鉀素最多。
(4)耕耘：
在旱田過度或水分過多時的土壤進行耕耘，會破壞土壤構造，鉀之吸收受阻，鉀肥需要量提高。整地會促進土壤有機質的分解，增加氮素供應。
(5)水分管理：
直播水稻因初期沒有保持浸水狀態，硝化作用旺盛，氮肥損失較移植栽培為大，因此水稻氮肥需要量增加。行輪流灌概及滲透快的水田亦因同樣理由應增加氮肥需要量。
(三)施肥方法：
1.施肥方法：
肥料施用有撒施(broadcast application)、側施(side dressing)、條施(band placement)、畦底施(plow-sole placement)及葉面噴施(foliar application)方法。
2.施肥位置：
氮素在土壤中的流動及擴散最快，磷不易移動，鉀在其間。黏重土壤所施肥料的移動較砂質土壤為慢，故肥效較緩，流失較少，肥害亦少。故氮、鉀肥應分施，其基肥用量在砂質土壤應小於黏質土壤，施肥位置應較後者遠離種子，同時追肥次數亦應增加。
銨態氮肥如施於土壤表面甚易揮散損失(在鹼性土壤尤其嚴重)，故以條施後旱田應充分覆蓋土壤，而水田以深施為宜。在水田中深層或全層施肥尚有防止
銨態氮轉變硝酸態氮後脫氮損失的功效。
磷肥在旱田中被土壤固定而不易移動，應以全量或多量為基肥施用。施在土壤表面磷肥不易被根部吸收，故磷肥應以條施方式施入適當位置。在水田中磷亦不易移動，故當追肥施用效果不佳；在砂質還原性強的排水不良水田，磷肥仍可溶解而向下移入，分施磷肥有時較全量作基肥施用者為佳。
3.施肥時期：
作物需肥適期，一方面可減少損失，另一可供作物適時利用，除具經濟與肥效外，尚有調節作物生長期，達到提高收穫指數或收穫物品質功效。
(四)肥料種類的選擇：
1.同為氮素肥料，尿素較硫酸銨經濟。施用尿素時應注意施用方法，避免表面施肥，以防氮的揮發損失。
2.硝酸銨鈣宜用於旱作而不適用於浸水土壤，以免脫氮損失。
3.對於菸草、鳳梨、西瓜、洋香瓜等作物施用硫酸鉀時，其產量及品質均優於施用氯化鉀。對於其他一般作物則二者肥效差異不顯著，以施用氯化鉀較為經濟。
4.土壤呈中性反應最適宜硝化作用的進行，酸性土壤妨礙氮肥的肥效。酸性土壤中，鐵、鋁活性強，磷及鉬易被固定，因此其有效性較低。施用石灰粉，苦土石灰，煉鐵爐渣等可調高土壤 pH 值，提高氮、磷及鉬的有效性。
5.酸性土壤本身，鈣、鎂、矽等要素供應較低，可施用石灰粉，苦土石灰，煉鐵爐渣等為改善土壤酸性。惟石灰如施用過量，將導致鐵、錳、銅、鋅及硼等溶解度減低，易導致其缺乏。
6.調整土壤反應所需石灰材料當依土壤質地或陽離子交換能量而異；黏質土壤或陽離子交換能量大的土壤較砂質土壤或陽離子交換能量小的土壤為多。石灰粉，石灰石粉之中和力各為120~135 及 50~70，可依中和力的大小增減用量。土壤缺鎂時可用白雲石灰粉代替石灰石粉，二者之中和力相同。爐渣也可供應鎂素，因而可代替白雲石粉。
7.在稻田及蔗田施用矽酸爐渣，主要依賴其有效性矽酸之供給。石灰爐渣的石灰含量高，若果園及蔬菜園施用石灰爐渣，可得甚佳效果。
三、微量要素的施用原則
缺乏微量要素的診斷，應依下列方式：
1.先從土壤酸鹼度測定著手：
如果作物生長不良的土壤屬中性或鹼性，在旱田可能是缺鐵或鋅，在水田則可能是缺鋅。如果屬強酸性，則以缺鉬可能性較大。缺硼在酸性及鹼性土壤均可發生。
2.根據作物缺乏微量要素的徵狀作為判斷依據。
3.根據葉片或土壤分析作為判斷依據。
微量要素的補給方法，可以分別以含有微量要素的化學資材 (如硫酸鐵、硫酸錳、硼砂、硼酸、硫酸鋅、氧化鋅、硫酸銅、鉬酸銨等)施用於土壤或以水溶液噴施於葉面。
作物缺乏微量要素時，一般要有癥狀，並由植物體和土壤分析確認後方可施肥。
第三節 有機質肥料
一.有機質肥料的施用原則
有機質肥料肥效與其在土壤中分解、礦化釋出率有關。有機質肥料的肥效常較化學肥料為低，最高亦與化學肥料相同而已。
碳氮比高(25~60)的稻藁、木屑堆肥或樹皮堆肥，在土壤中分解慢，其在一作(稻藁為準)期間的礦化率約為 10~30%，其與標準硫酸銨以同一氮素用量(或與過磷酸鈣以同一磷酐用量)比較，所表現的肥效（俗稱肥效率）為10~30% 而已。碳氮比屬中低者（10~15％）的猪糞堆肥、牛糞堆肥和稻草堆肥等，其在一作期間之礦化率屬中高（80~50％），其肥效率亦屬中高（80~50％）。碳氮比低者（8~10％）的綠肥、豆粕、雞糞等其在一作期間之礦化率，幾近100％，肥效率亦可高達100％ 左右。
施用有機質肥料時，應注意肥料種類。由其碳氮比預估礦化率，再由施用量及要素含量預估可礦化、釋出的養分要素量。碳氮比當氮屬有機態時，有機質肥料中掺有化學肥料者，應另測可溶性氮含量。連續施用碳氮比較高、分解率較低的有機質肥料時，其在各作所施尚未分解的有機質亦會陸續分解，增加礦化率（累積礦化率）及肥效率。故連年施用有機質肥料時，須考慮當作所施有機質肥料及土壤中既有有機質的可礦化量。
二、禽畜糞的農地施用
家禽及家畜飼料中含有氮70~80%，磷 60~85%和鉀 80~90%會隨家禽畜糞便排出體外，此排出糞便可施用於農地。
通常禽畜的種類、飼料的組成、褥床的量和水分添加及損失量、禽畜糞採集和貯存的方法、農地施用的方法和時間、施用之土壤和栽種作物的特性、及氣候條件為決定禽畜糞養分含量的因子。禽畜糞予以堆肥化而製成的堆肥，不但可減少禽畜糞的體積，增加農業生產力，並可降低禽畜糞直接施用所造成問題，因此常見農民直接使用曬乾的禽畜糞施用於農地。
(1)在農地上不當的施用禽畜糞常造成的問題
過度或不正常的使用禽畜糞堆肥，往往會發生問題：
a.對水質和空氣品質的影響：
多餘的氮很可能轉換成NO3-與多餘的磷淋入地下水，或隨表面逕流而進入地表水中造水質劣化，此種現象在雨量高和質地粗的土壤中尤為嚴重，且散發臭味而降低空氣品質。
b.對土壤和作物的影響
(a)禽畜糞若與高 C/N 比的資材一起製成堆肥時，堆肥化所需時間較長。C/N 高的禽畜糞堆肥(通常未完熟者)，會誘致氮之生物固定化作用 (即微生物會先吸收利用土壤中之無機氮)使氮缺乏。
(b)堆肥繼續發酵，抑制種子的萌芽和根系的生長。
(c)雞糞大量且連續的施用，會造成土壤中重金屬(尤其是鋅與銅)的累積，而使作物發生毒害。
(2)堆肥中常含有許多可溶性鹽類，導致土壤鹽類累積，導電度(EC值)增高，土壤物理性變壞，且抑制作物對養分和水分的吸收能力。
堆肥製造過程所造成不良的效應主要在於缺乏適當的管理及控制，包括未進行先前分類將不純物及污染物去除，不正確堆積環境，堆肥未腐熟及堆積場所和堆積設施規劃不良等問題。
(3)禽畜糞的農地施用改善方法：
重金屬的有效性隨土壤 pH 的下降而上升。重金屬含量愈高，對人畜健康潛在威脅亦愈大；未腐熟禽畜糞，常造成蚊蠅的猖獗，品質降低。利用農地來消化動物排泄物和發揮資源再生利用效果，必需能對整個養分管理有著正確的瞭解及考量。可遵循下列方法予以改善：
(A)禽畜糞施用量必需以作物養分需求、土壤和禽畜糞所能供應養分量為目標。禽畜糞養分含量變異甚大，不能直接套用別人的數值決定施用量。殘留在土壤中的氮和磷量在不同農地和不同季節情況下變異甚大，應定期進
行土壤的監測。
(B)禽畜糞施用宜以兼顧作物在生長期最大養分吸收量和保護水資源雙重目的來訂定；應在作物種植前一段時間施用，使氮能在作物需要前礦化，不可離作物種植期太遠，避免養分流失。
(C)減少表面逕流及淋洗作用避免污染水質：
a.禽畜糞施用量不宜超過作物對氮的需求量，造成水質劣化。
b.避免將禽畜糞施用在陡坡地、雪地或結冰的土壤表面。做好水土保持工作，以減輕表面逕流及過度淋洗現象。
c.將禽畜糞直接注入土層中或藉耕作方式將其混入土壤中，可避免臭味的外溢，亦可減輕表面逕流或淋失。
d.禽畜糞在土壤醱酵完全後再播種，以避免醱酵熱傷害到植株。
(D)禽畜糞配合農場廢棄物予以堆肥化，以殺死病原菌、蟲卵和雜草種子。
(E)正確施用堆肥
a.在堆肥化前先瞭解與禽畜糞一起堆積資材的成分，避免製成品質不良禽畜糞堆肥。
b.慎選堆肥製造的地點。
c.確保製成堆肥已完熟。
d.準確的分析土壤和禽畜糞堆肥的養分含量。
e.依植體和土壤分析測值及禽畜糞堆肥成分含量來決定適當的堆肥使用量。不可直接把禽畜糞堆肥之養分含量視為速效性來計算。礦化速率隨堆肥特性、土壤水分、土壤溫度及土壤特性等而變，粗放的估算，可將禽畜糞堆肥的氮、磷和鉀總量分別乘以0.5，0.7和0.7，當作可釋出之量。施用在強酸性土壤，磷之釋出百分率可以30% 來估算。
f.避免施用於易發生表面逕流及淋失之地，如使用則需配合水土保持措
施。
g.含氮量高的土壤不適合施用高氮堆肥。
h.含可溶性鹽類高的禽畜糞堆肥，尤需注意其施用量及土壤負荷狀況，以避免造成土壤電導度太高而抑制作物生長。
第四節 污泥或污泥堆肥
一般人認為污泥和污泥堆肥(或垃圾堆肥)對土壤有害，但污泥富含有機質及某些作物所需的養分，若能控制其組成分，排除不適用的污泥種類，再配合土壤和作物的特性來施用，可收資源再生利用的目的。
一、污泥施用量的決定原則
污泥或污泥堆肥在農地上施用量，必需由農地土壤測值，污泥或污泥堆肥的成分分析及污泥特性來決定。施用量的管理原則為
1.滿足作物對氮的需求量。
2.每英畝中鎘加入量的上限為1.8磅，以較低用量者作為農地污泥施用量的上限。
3.施用污泥後的土壤 pH 應維持在 6.5 以上。一種重金屬達到上限時，即需停止再施用污泥或污泥堆肥。規定污泥中多氯聯苯不得高於10 ppm 的，若 PCB 高於10 ppm時，則必需將污泥施入表土下，飼料中PCB含量低於0.2 ppm 或乳牛的牛奶中PCB含量低於1.5 ppm，污泥可不必強制施入表土下。
二、如何避免污泥或污泥堆肥造成污染？
1.應瞭解作物對氮的需求，土壤性質。避免施入之氮量超過作物的需求量，減少淋洗和表面逕流。
2.在污泥施用前需先經穩定化的過程(厭氣分解或好氣分解或堆肥化作用)之適當處理，減少病原菌、寄生蟲及濾過性病毒的傳染而危害人畜健康。
3.污泥若含持久性有機物時，在種植作物前，先將污泥引入土壤深層，避免污染作物。
4.污泥含重金屬必須管制農地的污泥用量。污泥若含鎘會被大部分的農藝作物吸收，經人類食用後，鎘會累積在人體中。
三、有機質肥料對環境生態的影響
美國的作物生產中，約 30~40% 可歸因於肥料，而再發展中的國家，肥料對作物生產的貢獻可高達 50~75%。作物產量增加隨肥料用量的增加而遞減，「適地，適時，適作和適量」的合理化施肥，除需考量配合作物和土壤的特性外，亦須考量肥料對環境生態的影響。
化學肥料其肥效迅速及作物增產效果顯著，經過長期且大量的施用化學肥料以及少用有機質肥料的結果，土壤地力日益衰退，導致原有自然生態體系平衡遭受破壞。
有機質肥料可提升作物的產量及品質，提供適合作物生長的健康環境，進而減少肥料、生長素、殺蟲及殺菌劑施用，同時可以避免土壤生產力的衰退及對環境所造成的污染衝擊。
有機質肥料的種類甚多，而資材的來源、調製的方法和製造過程均會影響有機質肥料的養分含量和其特性。「禽畜糞」以禽畜糞為主體所製造的「禽畜糞堆肥」以及未來可能出現的污泥或污泥堆肥在農地不當施肥時，皆可能造成問題。
有機質肥料的資材來源種類甚多，調製過程互異，且施用有機質肥料的技術和要領並不相同，因此不當施用有機質後造成土壤劣化，作物生長不良甚至死亡。
化學肥料和有機質肥料對糧食生產有功不可沒的貢獻。今日土壤地力衰退，主要是人類不當使用化學肥料及長久未補充土壤有機質所致，並非是化學肥料本身之錯。