內容提供/ 豐年雜誌 文、圖片提供/ 黃瑞彰

一般而言,土壤中所存在的養分無法完全滿足作物生長所需,因此需藉由施用化學或有機質肥料來補充。養分對作物生長的功能可歸納為構成體質及新陳代謝;每種養分均有其特有的生理功能,任何一種養分出現不足、過多或不平衡時,其所主宰的生理功能將受到抑制,而影響作物品質或產量。
因此,欲維持或增進作物品質和產量,需了解土壤能供應的養分量、肥料需補充的量,及作物根系的吸收狀況。

土壤特性

土壤提供植物生長所需的大部分養分,因此,土壤的一些特性將會影響養分的有效性。

一、土壤pH值

土壤酸鹼度(pH值)藉由礦質鹽類的溶解度和土壤微生物的活動等,影響植物的營養與生長。當土壤pH值為5.5~7.5時,對大多數植物的生長均極適合,但在一般情況下,土壤中陽離子的吸收則隨pH值增加而上升,陰離子的吸收則隨pH值增加而下降。

土壤pH值對植物吸收礦物營養雖有直接影響,卻沒有比間接影響大,例如於鹼性環境下,Fe2+、Cu2+、Mg2+、Ca2+、Zn2+及PO43-等都易形成可溶性化合物,而難以被植物利用,因而減少了植物對這些離子的吸收;在酸性條件下,K+、Ca2+、Mg2+及PO43-等極易被溶解,常導致被雨水淋洗流失而缺乏或不足,Mg2+與Al3+則因溶解度過大而造成傷害。

有關土壤pH值與各種營養要素的有效性關係,若pH值在6.5附近,各種要素的有效性最高,因此,調整土壤pH值是改善土壤養分情況最有效、快速的方法。土壤的pH值除了直接影響養分的有效性外,也影響微生物的生育與活動,強酸及強鹼皆不利於微生物發育,強鹼同時也可分散土壤粘粒,造成排水不良,並溶解土壤腐植質,阻礙土壤團粒形成,間接危害植物生長。

土壤內土壤酸鹼度對礦物營養元素有效性的影響。顏色面積的寬度表示營養元素對植物根部有效性的程度。(資料來源/根據Lucas等,1961)

二、土壤水

所有的營養元素都須溶解在水裡,經整體流動(Mass flow)、擴散作用(Diffusion)或根的截取(Root interception)而為植物所吸收利用,所以水分不足時,施肥效果很差,特別是磷和鉀,主要靠擴散而被植物吸收,其在乾旱條件下更易缺乏。

因此,在乾旱狀態,所有的元素吸收將受到抑制;反之,灌溉可增加養分的吸收量。目前點滴灌溉為透過微細管,供給植物各生長期所需水量。適當的供水,可充分發揮施肥效果;而適當施用肥料,也可發揮水分利用效率,促進作物正常生長。

三、土壤中養分

土壤中養分濃度會直接影響養分的有效性,基本上,養分的濃度越高,有效性也越高,但如果太高也將影響植物生長。一般會以土壤的飽和抽出液來診斷土壤有無鹽害,當土壤電導度(Electrical Conductivity, EC)大於4dS/m者,稱之為鹽土,大多數作物會因此生長受阻。

過度施肥易導致土壤鹽化、植株生長差。尤其磷肥太多,加上土壤太濕,會有青苔覆蓋阻塞表土的情況。
土壤鹽化,植株生育不良,使葉緣出現枯焦癥狀。

四、其他土壤性質

土壤質地、土壤陽離子交換能力(CEC)、土壤有機質、土壤溫度、總體密度、田間容水量、土壤通氣和氧化還原狀態等,都會影響土壤的保水、養分保存能力及通氣性,也間接影響養分的有效性。

作物特性

一、植物的營養特性

各種作物所需的養分量不相同。蛋白質類作物需要較多量的氮素,但蛋白質類作物大多是豆科植物,因根部有根瘤,可與根瘤菌共生,所以不需施用大量氮肥;磷、鉀肥需要量相對較高,還需要鉬、硼、鈷等微量元素。

油料作物是以脂肪含量為主,而脂肪是由碳水化合物轉變而來,這個轉變過程要消耗一定的能量,而能量的來源主要來自光合作用。光合作用需要各種養分,因此油料作物需要的養分也較多。

澱粉類作物以百分率計算,養分含量並不多,但這類作物產量很高,所以作物對微量元素的需要會因作物種類不同而相異,且變化幅度比大量元素大,如過量使用又易發生毒害,故施用微量元素要特別注意用量

土壤中養分吸收相助及拮抗之相互作用。(圖片來源/楊秋忠,2004,國際有機資材認證及應用研討會 p.146)

二、植物生長與土壤pH值的關係

植物需要保持一定的pH值範圍才可正常生長,若高於或低於適宜範圍,植物的正常生長會受到影響,嚴重者將導致死亡。酸性土壤對大部分作物而言,會產生抑制生長及造成品質劣變現象。

一般而言,土壤pH值低於5.5即稱為酸性土壤,須進行改良,可將鹼性的石灰資材施入土壤,以提升土壤pH值,同時間接地增進土壤中養分的有效性及有益微生物活性,為所有酸性土壤改良方法中最經濟實惠者。而施用石灰資材對強酸性土壤改良的效果,深受資材的品質、施用量、土壤pH值緩衝能力、施用方法及施用時期影響。

三、植物對肥料濃度的忍受性

植物有高鹽與低鹽植物之分,若植物本身即為高鹽植物,或在幼苗時以人工方式吸收較多養分成高鹽植物,則吸收養分的能力弱;但若為低鹽植物,則吸收養分的能力強。

植物吸收土壤中養分的能力,不僅受養分種類強度和養分容量影響,不同養分間具拮抗作用(Antagonises action)及增強作用(Enhances action),因此各養分間的濃度比也左右了植物吸收養分的能力及土壤肥力的顯現。

四、生長期對養分吸收的影響

肥料的吸收率和植物發育生長的生命過程有密切關係,植物發育生長的生命過程可約略分成營養生長期、分化期和生殖生長期3階段,各階段所需肥料種類和量均有差異,若希望植物正常生長,應配合植物營養生理需求,適時適量施用肥料

鉀肥過多,使小果番茄出現缺鎂與硼的癥狀。

五、根的特性對肥料吸收的影響

植物根系因品種及土壤環境而有異。根系可分為鬚根或主根型兩大類,土壤環境會引導根系走向、硬盤存在阻礙根系伸展、水分或通氣適當引導根系深入等。因為根是養分吸收最重要的器官,因此,了解根的發育習性及相對活性,將有助於土壤施肥。

作物探勘養分與水分的能力取決於根的型態與生理、根徑、根長、根系面積與莖重的比例,例如玉米屬較深根作物,有55%的根在底土,但其相對吸收鉀的量僅10%,若能深施鉀肥,則必能使鉀的吸收更好。菌根菌的存在與否也相當重要,因為有它的共生,使根的型態與生理都獲得改善。

接種菌根菌可促進玉米幼苗根系生長更健全(左)。

土壤做定期「體檢」,確保作物環境健康

「適作、適地、適栽和適法」為確保農業生產企業化的必要準則,同時也是降低生產成本、減輕投資風險、避免環境汙染,而達到永續經營的重要對策。

藉由「土壤健康診斷」和「作物營養診斷」,可了解農地的生產潛力、農地的土壤特性、適合栽種的作物種類、栽培管理的方式,以及土壤管理的對策。

「合理化施肥措施」的推動有賴農業技術層面加強,宣導農民依據土壤及作物需肥診斷,推薦合理施肥量及施肥方法,從減少肥料浪費著手,以降低施肥成本,且可達到環境維護的雙重成效。由此可見,「土壤健康診斷」和「作物營養診斷」為推動「合理化施肥」的主要準繩,其重要性及必要性不容忽視。

土壤是一切作物生長的依據,若土壤病了,則無法有效提供作物吸收元素,然而除了定期保養土壤外,對土壤做定期「體檢」,可準確知道土壤狀況,目前農民均可向各轄區農業改良場申請「土壤及植體營養診斷」,加強了解並提早發現土壤狀況,及早治療土壤問題。

(原文轉載自《豐年》月刊8月號,原文標題為〈土壤健康與植物營養診斷〉

延伸閱讀

【優秀農業人員】黃瑞彰 客製化管理,土壤的營養師

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