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認識土壤

土壤簡介
黃裕銘
國立中興大學土壤環境科學系
舉還植物無論陸生及水生其養分皆須來自土壤,而陸生植物更需要土壤作為生老病死之場所,可見作物栽培不能沒有土壤。因此若欲有優良農業生產必須瞭解土壤本身的特性,而有機農場更需從土壤管理做起,只要土壤健康,相對其病蟲害才減少。本章將從土壤的形成、土壤的成分、土壤的物理性、化學性及生物性等說明土壤與作物生產之關係。
一、土壤之形成
(一)土壤是什麼?
我們天天踩在土壤上,可是有多少人去珍惜土壤,更別說去了解土壤。再看看農民,其所生產之農產品可說大都依賴土壤,可是有多少農友覺得需要去認識土壤?土壤是活的還是死的哪?英語中soil一詞除了土壤的意思外,更用作弄髒(dirt)的意思。還好我們中文雖然常用單字「土」表示土壤,也常把跟不上時代表示土,可是這土字也常帶有親切的意思。
有許多學者針對土壤的意義做了許多的定義與說明。中國諺語中說「有土斯有財」,土壤是萬物之母。西方學者對土壤有一些比較明確的定義,綜合起來:土壤是地殼陸地表面一層鬆軟含有無機礦物及有機物的混合物質,各地土壤的形成因母質、氣候、地形、生物及時間五大因素所影響。
更詳細以土壤利用不同對土壤的認識除土壤科學家Bulter(l958)所提由三個土壤方向看土壤,即農業學上的土壤(受土壤條件影響的土壤,The edaphic concept)、土壤分類學上的土壤(The pedologic concept)及地理學上的土壤(The geographic concept)外加上工程上(The engineering concept)的土壤。
1.農業學上土壤
這方面主要是討論土壤之天然條件下植物的生長潛力,將土壤視為植物生長的介質及養分的來源,因此主要涉及到土壤肥力及適合植物生長條件並延伸至土壤管理,這部分是一般農耕及植林時所最重視者,也是一般農藝及園藝學家應用土壤時所看到的層次,而一般農民所需要土壤有關知識亦在此方面土壤科學。
    例如高pH土壤就不要種植喜歡酸性土壤之作物,如鳳梨;而強酸性土壤要種植喜歡鈣質土壤之作物時,植前就要先施用石灰作土壤pH改良及提供作物鈣養分。各種土壤物理性、化學性及生物性之意義及應用即在此部分論述範圍。
2.土壤分類學上的土壤
這方面主要在討論土壤的生成,把土壤視為一自然體,每一土壤有其特有的形態(Morphology),其特有形態是由母質、氣候、地形、生物及在其存在時間內交互作用的綜合表徵。土壤分類學家所看土壤,強調其整個土壤剖面(soil profile) 。所謂土壤剖面是土壤在岩石層上之鬆軟部分,會因其土壤成土作用強弱及前面所提五種因子影響深度而有不同層次(圖一),國際上一般分為三個主要土層:表土層(A)、底土層(B)及母質層(C),每一土層再依其生成物理及化學特性用不同英文字母表示其意思。未受人為影響的土壤剖面和已經受人為影響的土壤剖面往往亦有所不同,人類耕種過之土壤往往有所謂耕犁層(Ap)顯現在土壤剖面最上一層緊接著有一較密實土壤層稱為犁底層,若長期種過水稻則犁底層底下往往有一層含灰斑及鐵銹斑的土層。犁底層是土壤水分往下移動(排水)的限制層,往往致使大雨後作物根部膣息而死亡。
3.地理學上的土壤
這方面主要在討論土壤在地圖上的分佈,土壤的形成地形也是五大影響因子之一。不同地區會有不同土壤出現,土壤地理是利用地理上知識幫助土壤學家判斷各種土壤的分佈界限,有助土壤圖之建立及土壤圖應用價值。
土壤地理有助於專家、學者、農民或工程人員在選擇某類土壤時之判斷及評估,或規劃地區發展或選種作物之依據。
4.工程土壤
土壤在工程上亦非常重要,一切工程之本身及工程上之載物皆受土壤本身物理性及化學性所影響。工程上將土壤視為在地殼上一堆由岩石風化或其它自然力搬運而來鬆散岩屑(regolith)到硬盤層之物質,同時需要了解整個土壤剖面中各土層之性質。
土壤上要建排水溝或建溫室等,甚至是否能用大型機械耕犁等都概括在工程土壤學上。例如含有膨脹性礦物之土壤若要建設工程經過其上,則需要換土否則經過幾次乾濕變化則所建工程可能要龜裂,甚至倒塌。
(二)土壤如何形成?
大多數土壤都是礦質土壤(mineral soils),主要成分為矽酸鹽及其他氧化物等鬆散無機物質,來自於岩石風化或由其他地區因風力或水力運搬而來。內含活的或死的生物,包括微生動物及植物,也含有已經腐質化之有機質,其比率相當低,大多低於5%的重量。其它為黏粒、砏粒、砂粒、或較粗之石礫或岩塊。部分土壤稱為有機質土壤(Organic soil),此類土壤如泥碳土,為最典型有機質土壤,其形成係由於植物質死後積存於死水中,分解速率慢所形成;又如溫帶高雨量地區森林最表層土壤也含高量土壤有機質而稱為有機質土壤。其生成的主要條件是每年加入之有機物質量高於其分解量,經長期累積而成。
1.母質和土壤形成
前面已經說過土壤是陸地岩床上一層鬆軟自然體,再受其他因子共同作用而呈現目前所見的各種特性土壤。鬆軟物質即母質(parent materials)的存在可說是土壤形成的開始,而這鬆軟物質的來源可能來自
(1)岩石風化
    岩石風化速率依岩石種類差異大,最不容易風化者如花崗岩,在適當條件下要累積1公分深度土壤需約100-250年。
(2)風積
    由風帶來而沉積形成者,風不僅可侵蝕土壤及岩石,也可以攜帶土壤而沉積在他處。
(3)沖積由水沖蝕搬運沉積者
    台灣大多數土壤屬於此種土壤母質,如一般沖積平原。
(4)火山爆發
    台北陽明山地區之大屯山區土壤大都來自早期火山爆發噴出之火山灰,台東花蓮地區亦少部分土壤來自火成岩。
(5)冰積
    冰川運動之堆積土,台灣高山所存冰積土已經相當罕見。
(6)崩積
    台灣地震頻繁,造成山崩,也形成許多崩塌地。
母質在現地存在後,土壤形成步驟就開始,有了水微生物便可能開始入侵,而其他植物和動物也可能相繼入侵,使母質開始累積有機質並繼績加深母質的風化及在母質存在位置形成特有土壤,若成土作用強,則母質所含礦物有些容易被風化,也可能形成次生礦物,終致土壤母質成分所佔重要性變小。若母質受成土作用淺,則母質本身特性影響土壤性質極巨。
台灣地區土壤母質也相當複雜有安山岩、片岩、砂岩、粘板岩、頁岩、泥岩、玄武岩、石灰岩等母岩,加上各母岩有可能經沖積,崩積或混合堆積而成母質,因此土壤性質變化也相當大。母岩是指母質礦物組成的來源即其原岩石類別。
例如南投縣土壤主要土壤母岩有砂岩、頁岩及粘板岩,少部分有泥岩。土壤的質地受母岩所佔比率影響,如砂岩比率較高則砂粒含量比率高若頁岩比率較高,則砏粒含量較高,而粘板岩比率高者其粘粒比率較高。泥岩比率高者其土壤物理性及化學性都相當不良。南投縣中寮鄉部分土壤含有泥岩,其土壤pH相當高,作物及林木生長較差。
2.氣候和土壤形成
氣候對土壤形成的影響,隨著時間推移,其影響越大。新形成土壤初期受母岩影饗較大,漸漸受氣候影響較大,因為氣候不僅影響岩石風化,也影響土壤的繼續風化,更影響生物因子而影響土壤風化。影響土壤形成的主要氣候因子是溫度和雨量。
高溫多雨氣候下,土壤風化速率較快,若排水又好,則容易形成酸性土壤,這也顯示在南投縣大部分土壤屬極強酸性土壤的主要原因。雨量少於蒸發量地區,許多離子會聚集在表土層而形成鹼性土壤、鈣質土壤、甚至海邊形成鹽土。
3.生物和土壤形成
動植物都會影響土壤的形成,動物對土壤的攪動如蚯蚓對土壤形成也相當重要。植物小至微生物大至喬木的演變受氣候及母質等因子影響,而植物影響土壤有機質的累積及分解然後影響土壤的形成。
雨量充足地區,若不受人為破壞,林木或草成長及死後植體留在土壤表面有一層有機殘體層,此枯枝落葉含有許多有機質及植物養分,所以通常表土層最肥沃原因也在此,也因此大家必須保護土壤表土,避免天地孕育精華損失之原因。有機質在分解過程會釋出二氧化碳,二氧化碳溶於水形成碳酸因此會促進岩石及土粒的風化。動植物有機殘體分解同時釋出有機酸也會促進土壤風化作用;若雨量多,雨水向下移動同時有機酸會促進無機鹽的向下移動。阿里山森林區常可看到最上層累積深厚一層分解程度不一的有機質層,其下常有一白色層白色層下有一層相當粘且顏色較暗的土壤,這是最典型說明植物對土壤形成的影響。
4.地形和土壤形成
地形影響土壤形成常由於其影響氣候因子,如氣溫及雨量,又影響地表水及地內水移動的影響。如一般坡頂植被生長較好,土壤沖蝕較少土層會較深,而且土壤較酸。坡度大的坡,常因雨水截流少,植被少表土又容易被沖刷,所以土層較薄,有機質含量較少,土壤pH也較坡頂高。在坡底(山腳)土壤,常沉積由上沖下之有機質及表土,所以一般較肥沃,但是若排水不良,則可能因有機質分解慢,若累積量多時常形成泥炭土。南投縣部分地區有泥炭土即由此原因形成。中部地區最典型泥炭土形成地區在八卦山下快官一帶。
地形和土壤形成的知識提供農民開發坡地時,必須注意保護肥沃土層,不能簡單的把坡地拉平,必要時需先把較肥沃土保留,不要用不肥沃土蓋過肥沃土,而致影響作物栽培的成功性及投資成本。
5.時間和土壤形成
前面所提各種因子對土壤形成的影響程度必須看影響時間的長短。例如前面曾提崩積土,若崩積土來自原來有機質含量多的土壤,其土壤顏色較深,但有機質會漸漸分解,因此同是崩積土,年代較久的其顏色會較淡。
土壤形成常看其土壤剖面的發展(development),高溫多雨森林土壤剖面形成較快。中至砂質地緩坡地土壤剖面形成亦較快。土壤從母質發育到可辨識出土壤剖面,在最理想狀況下的約需200(MillerGardiner, 1998),有些狀況則需幾千年的時間。
二、土壤的成分
土壤的成分相當複雜,前一節所說土壤可概分為無機物質成分及有機質二大類,這是一個最簡單的分法,然而無論無機或有機物質其土壤中的成分已經相當多,加上此三大類物質在土壤中又常交結在一起,更增添其複雜性,更甚者其有機物質又包括了有生命物質及無生命物質也就更讓一般科學家望而怯步。然而人類的食物可說直接或間接來自於土壤所供應的。土壤科學家經多年的努力,從幾方面探討以了解土壤的成分。正常狀況下,土壤同時含有固體、氣體及液體物質,本節以農用目的來探討土壤中此三態物質的成分及重要性。土壤的基本結構是固態物質,而液態及氣態則互相競爭固體物間的孔隙部分,三者間的比率影響作物的生長,一般認為理想土壤所含此三部分之比率分別為50%25%25%
(一)土壤的固體物質
已經說過土壤固體物質是土壤的主要結構,要了解土壤固態物質需從物理形態及化學成分兩方面探討。
1.土壤固體物質的粒徑
土壤科學家所指土壤通常指粒徑小於2豪米(mm)顆粒者,然而土地中固態物質尚包括粒徑較大的石礫、石塊或岩石。直徑小於2mm之顆粒進一部細分為砂、砏粒(0.05-0.002mm)及粘粒(<0.002mm)。在土壤科學家的研究中,砂更細分為極粗砂(2.0-1.0mm)、粗砂(1.0-0.5mm)、中砂(0.5-0.25mm)、細砂(0.25-0.10mm)及極細砂(0.10-0.05mm),粘粒中更細到小於0.0002mm者已達膠體狀態。
我們一般稱土壤質地(soil texture)粗或細,較或重主要是受砂、砏粒及粘粒三種類顆粒的百分比決定。砂比率高者土壤較粗也常稱輕質地土壤,其稱呼來自於此種土壤耕犁時較輕,而粘粒較高土壤較細,耕犁時較費力而稱粘重土壤。土壤質地土壤科學家用三角座標描述砂砏粒及粘粒的比率分佈(圖二)
圖二  土壤質地三角座標圖

如一土壤經粒徑分析其砂、砏粒及粘粒分別佔202060%時由圖2可查為粘土(C),若是652510%時稱砂質壤土(SL),若是404020%時稱為壤土(L),餘者類推。
眾所皆知壤土因三種粒徑顆粒分配較適當,此種土壤不僅排水較好,肥力也不錯,種一般作物都很適當。砂質土壤雖然土壤排水性好或排水過量,種植不耐浸作物如西瓜、黃瓜、蕃茄、花生等相當好,然而此種土壤因粘粒含量少,保肥力不好比較浪費肥料,而且施肥必須嚴守少量多次,作物才能得高產量。相對的粘土土壤雖然因土粒細保肥方較大,但是通氣性及排水不良而一般旱作作物都較危險。所以砂土及粘土都要多施堆肥用提高土壤有機質的方法改良之。
2.土壤固體物質的化學組成
土壤固態物質的化學組成在本文中無法詳細說明,僅就其礦物部分及有機部分分開簡述。
(1)礦物部分(minerals)
地殼的所有成分中矽(si)和氧(O)分別佔4727%,可說是最多的兩個元素,而且幾乎所有礦物皆含此二元素。礦物可能是結晶物質,也可能是無定形物質及非結晶物質。
結晶物質是其礦物組成原子或離子或分子依一定的順序結合在一起者,如許多矽酸鹽礦物(silicate minerals)主要由矽及氧結合成主要架構,不同矽酸鹽其氧和矽的結合或加入不同元素而改變性質。如花崗岩和安山岩就有許多性質不同,土壤中有許多非結晶性礦物,其離子間的結合未能依一定順序。
a.非粘土礦物(nonclay minerals)初生礦物(initial minerals)
i.矽酸鹽礦物是矽和氧結合成不同結構的一系列礦物,矽和氧可形成單矽酸鹽結構如橄欖石(olivine),單鍵矽酸鹽結構如輝石(Augite),雙鏈結構如角閃石(Hornblencle)或立體結構如石英(quartz)、長石(feldspars)
ii.非矽酸鹽礦物(nonsilicate minerals)有碳酸鹽如碳酸鈣、硫酸鹽如石膏、及磷酸鹽如磷礦石等,尤其前二類岩石在許多地區分布極廣。
b.粘土礦物(clay minerals)次生礦物(secondary minerals)
大部分粘土礦物都是鋁矽酸鹽(Aluminosilicates)並形成層狀結構。由於粘土礦物形成過程中常有電價不平衡的情形發生,而至大多數粘土礦物表面帶有負電荷,此負電荷使他吸附陽離子,這是陽離子養分在土壤中比陰離子不容易流失的重要原因。非矽酸鹽粘土礦物主要是各種鐵、鋁及其它金屬元素的氧化物或氫氧化物。
i.矽酸鹽粘土礦物主成分是矽、氧、鋁的層狀化合物,其層狀結構有兩種,一種是氧化矽層(又稱四面體層),另一種是氫氧化鋁層(又稱八面體層),此層依礦物種類不同亦常含有鐵、錳或鎂等離子。各種矽酸鹽粘土礦物是從這兩種層狀結構為主架構,有的是由一層四面體層和一層八面體層疊聚而成,如高嶺土和水化高嶺土。這兩種礦物是製作陶瓷的主要成分,若此兩種粘土礦物純度越高,所製作的瓷器會越純白,品質會更好。
矽酸粘土礦物由二層四面體層和一層八面體層結合者相當多包括雲母類(mica)、伊萊石類(illite)蒙特石類(montmorillonite),蛭石(Vermiculite);有雲母類礦物土壤會有閃光,且土壤含鉀量高,含伊萊石土壤因會固定鉀而需多施鉀肥,蒙特石及蛭石兩大類粘土礦物遇水會膨脹,其陽離子交換容量(CEC, Cation exchangeable capacity)大,但因為會受土壤的乾濕作用而膨脹收縮,因此對地上建構物,如棚架及溫室等造成不穩。
由二層四面體層和二層八面體層結合者為綠泥石(chlorite),含此類礦物土壤,其鎂含量相當豐富。
ii.非矽酸鹽粘土礦物,此類礦物為不含矽酸之結晶良好、結晶不良或完全非結晶礦物。
碳酸鹽類有方解石(calcite)、白雲石(dolomite);硫酸鹽類有石膏(Gypsum);磷酸鹽有磷酸一鈣、磷酸二鈣、磷酸三鈣等;硫化物(在浸水土壤)有黃鐵礦(Pyrite);氧化物及氫氧化物有水鋁氧(Gibbsite)、赤鐵礦(Hematite)、磁鐵礦(Magnetite)及針鐵礦(Goethite)等。
(2)有機質部分
土壤中的有機質有活生物體及死生物體,死的動植物體有未被分解的,有部分分解的,也有完全被轉換成土壤有機質特有結構者。其詳細討論非本文所能概括,在後面章節將作概要性說明。土壤有機質是土壤養分的寶庫,也是土壤良好品質的關鍵。其鍵鏈常有利土壤粒團的形成,許多化學的官能基使其陽離子或陰離子交換容量大於一般粘土礦物。土壤學家大略將土壤分成黃酸(fulvic acids),腐質酸(humic acids)及腐質素(humin)
(二)土壤空氣(soil air)
土壤空氣的成分會影響到土壤的化學性質,更會影響土壤中生物的存活與否及新種作物的生長,相對的土壤中的生物活性也會影響土壤空氣。所有作物都需要氧氣行呼吸作用,作物的根及大部分好氧微生物都是,而土壤中的動物更是非氧不能活。
在正常狀況下土壤空氣和地表空氣最大的不同有1.土壤空氣的溼度都近100%2.土壤空氣中的氧濃度低於大氣中,3.土壤空氣中二氧化碳濃度遠高於大氣中。不耐浸作物如玉米,其土壤中氧濃度降到10%以下時便抑制其生長。一般土壤空氣中的二氧化碳濃度約0.5%,而一般大氣濃度為0.03%。土壤若水分太多或通氣不良或有新鮮有機質添入而致微生物活性太強,常致有低分子有機化合物或氨濃度增加,有時會有氫氣、氧化氮、硫化氫、甲烷等成分。而且也可以由土壤空氣成分了解土壤的通氣性是否適合作物的生長。
()土壤溶液(soil solution)
植物所吸收養分除少部分是直接和土壤顆粒接觸式之吸收,大部分都是經由土壤溶液而來。土壤溶液中各種化合物之種類及濃度皆會影響作物之生長,一般土壤溶液中所含養分狀況於土壤化學性質章節時再談。
三、土壤物理性
1.質地(Texture)和構造(Structure)
土壤質地可由幾個方面影響土壤肥力。一般所稱輕質地之砂土(Sandy soils),孔隙大水的入滲速率高,保水力差,排水過度,在水源無法充裕供應的情況下作物生長及其產量自然受限制。砂土粘粒含量少比表面積和離子交換容量都低,對養分的保持力也就很低。本身保有之作物養分低是為貧瘠之土,施入肥料後,其保持力又弱,是故若非肥料大量之供應,其生產力不良。反觀粘粒含量較高之粘重土壤如粘土,其比表面積和離子交換容量大,本身養分含量高,保肥力強,然而若無良好土壤構造,則土壤密實,水分入滲慢,排水及通氣不良等不利因子部可能成為限制土壤肥力發揮而限制土壤生產力。中質地土壤如壤土的一般性質如保水、保肥、通氣、及排水之狀況較適合作物生長。中質地土壤其砂粒、砏粒、和粘粒的混合比率較適當只要有適量的膠結物質如有機質,就容易形成良好的土壤構造。有良好土壤構造對作物根系生長較不會受不良土壤物理條件影響。
對砂()質地土壤可由加入較細質地土壤,粘()質土壤可由加入砂質地土壤之方法,使土壤質地混成中質地土壤。然而此法需耗費大量人力及物力,並非上策。如果適量拖入有機質,有機質較大的保肥及保水能力可改善砂質地土壤之缺點,有機質促使粘重土壤粒團作用,形成良好構造改善其排水及通氣不良的潛在不良因素。當然有機質亦必須經過適當的選擇,才不至未蒙其利先受其害。把不同質地土壤視為不同有利資源來看時,只要適度改善不利因子即可發揮不同質地土壤在自然生態之意義及人類所求之利益。陳氏(1988)調查資料題示台灣西部乎原玉米產量看作以表土中質地底土粗質地產量最高,秋作以表土中質地底土細質地最高,此可能春作因雨水充足而排水成為限制因子,秋作乾旱而以保水力成限制因子。
2.土壤水(Soil water)
土壤水和空氣共同存在於土壤的孔隙,水含量太多時,空氣量少,空氣流通慢可能限制作物生長。但土壤水太少時,則供應作物生長所需之水可能不足也可能限制作物生長。如何使二者達到一作物所需的適合點,便有賴了解土壤的特性和作物的需求。
土壤抗重力所保留的水扣掉作物無法吸收者是為有效水。更精確的說能供應作物吸收利用之水是為有效水。粗質地土壤所能保留的總水量及有效水都低。細質地土壤保留的總水量最高,但有效水的保持量以中質地土壤較高。
土壤水的狀態以水勢(water potential)表示,水勢是指土壤水和在一大氣壓,一定高度下,純水被移去之難易狀態。土壤水勢之總勢受基勢(matrix potential),滲透壓(osmotic potential),重力勢(gravity Potential),氣壓勢(gas pressure potential)及過重勢(overburden potential)等的左右。土壤空氣中相對濕度及蒸氣壓則由基勢和滲透勢所決定。基勢和土壤質地及粘粒種類有關,滲透勢決定於土壤溶液中鹽類的含量及種類。離子濃度可用電導度(Electric conductivity)估算,滲透壓(OFosmotic pressure)亦可用電導度估算
OP(atm)=0.30 x EC(mmho/cm)  (Finkl,Jnr.,1984)
土壤水份管理的合理化可兼顧水資源的有效利用及土壤溶液中鹽分含量之控制。土壤有效水份需考量有效土層中的土壤有效水份含量,並且需了解土壤剖面中各土層的狀況,例如具犁底層之土壤,其水份之上下移動都可能受阻。土層間土壤質地相差太多,毛細管水無法連通時亦會影響土壤水分之排水及供應等問題。土壤水份管理可改變大部份土壤物理性的影響潛能。例如土壤水份管理可以改良土壤排水狀況而控制土壤氧化還原電位。
3.土壤通氣(aeration)
植物根部吸收養分大都需要能量,必須有足夠的氧氣供應根部呼吸,由呼吸作用提供大部份能量才能進行。此可由某些土壤因浸水而通氣不良時常可看出養分缺乏症狀做為佐証。
土壤通氣不良使土壤變成還原狀態時,可能使硝酸態氮還原及脫氮作用發生,硫酸化合物還原成為難溶解的硫化物,鐵錳離子成為易溶解的二價離子(Fe2+Mn2+)流失或因濃度高達毒害程度。花蓮地區即有因底層的鐵錳聚集層影響作物生產的例子,土壤在還原狀態時旱作根容易腐爛,水稻根生長亦較不健康(白色)。土壤通氣之好壞可由測定土壤中氧氣濃度,方可由土壤氧化還原電位(Redox, mv)判別。PatrickMahapatra(1968)利用土壤氧化還原電位將土壤通氣性分為四級:(1)通氣良好土壤,+700mv+400mv,(2)中度還原土壤 +400mv--+100mv,(3)還原土壤,+100mv---100mv,(4)極還原土壤 -100mv---300mv。一般土壤氧化還原電位在+340mv左右時氧氣尚足,至+225mv時硝酸根開始還原,+200mv時錳離子開始還原,+120mv時鐵離子開始還原,而-150mv時硫酸根開始還原。
4.溫度(Temperature)
土壤溫度可直接影響作物生理活性和生長。亦影響無機成分之溶解度和土壤有機質的礦化速率等土壤供應養分能力而間接影響作物生長。人為管理改善不適合植物生長之溫度亦可保証土壤肥力之發揮。例如寒流來時適當的灌溉,或遮擋,或敷蓋皆可降低霜害,適當施用有機肥亦有提高土溫之功效。
四、土壤化學性
土壤肥力的狹隘意思即指土壤養分狀態。養分狀態也就是各種養分在土壤中的有效性(availability)或有效養分濃度。然而影響作物吸收養分最直接的是在於各種養分在土壤溶液中的濃度和活度。
各養分的相對濃度或濃度比值,關係到植物吸收養分時,各離子間的競爭或相成作用而影響其吸收作用及生物有效性(bioavailability)。因此在土壤肥力不僅需注意到養分的有效濃度,同時也要注意各養分間的平衡現象和各化合物或離子在土壤中的移動性。土壤養分的有效性往往不能只由土壤中的總含量判斷,此關係到各化合物本身的特性及其溶解性。土壤中的養分成份能否供給作物吸收是決定於其溶解度及濃度的強度因子(intensity factor),而供給量的多寡則決定於各種有效化合物量的大小等容量因子(capacity factor)、溶解速率及移動速率能否滿足作物吸收速率等動力式因子(dynamic factor)。以下依土壤母質、土壤有機質、土壤溶液、土壤鹽度、土壤反應、及養分平衡等方向討論之:
1.土壤母質及礦物(Parent material and clay minerals)
土壤的主要基質是無機礦物,了解土壤母質之特性有助於掌握土壤肥力之管理。台灣之地質變化複雜,尤其東部地區更複雜,需要了解土壤特性。如片岩沖積土往往因砏粒含量偏高,土壤幾無構造,而有必要提高土壤有機質以改善之。又如石灰性土壤在氮肥使用上可使用容易使土壤酸化之銨態氮,但須注意施用方法。酸性土壤則需注意避免土壤繼續酸化,並依作物需求適度提高土壤pH。土壤成土作用左右其粘土礦物種類,而影響土壤肥力及管理。含蒙特石類及蛭石類膨脹性礦物土壤其保肥保水力較優,但土壤水份狀況影響機械操作的現象更密切。高嶺石含量高土壤一般風化作用較強,土壤pH較低,土壤肥力亦較低,但是一般土壤構造及排水等土壤物理性較好,如紅壤。
2.土壤有機質
土壤有機質一詞是指在土壤中形成或加入之動植物物質而無關於這些物質之分解狀態。因此土壤有機質包括了高度分解之成份如腐植質(humus)及尚未被分解的原有生物體。腐植質部份才是一般土壤學家公認和土壤性質及作物生產有關的部份。幾乎所有土壤中的生物皆賴土壤有機質以獲得能源和養分。我國在西周時期即知使用野生綠肥,西晉時已知人工栽種綠肥(吳聰賢,1990)可見有機質對食物生咬產以致影響人類文明之進展。
有機質的成分其不同來源間之差異相當廣泛。有機質在土壤中的分解,各種成分各自獨立,其總分解速率是餓部分分解速率之總和。土壤有機質大部分是不溶性。有機質進到土壤後大部分易分解者(如纖維素、半纖維素)被微生物分解以提供微生物碳及能量來源,因此土壤有機質含較多不易被微生物分解成分(如木質素)。部分蛋白質成分可能由於容易和粘土礦物結合而不易被微生物分解,其在土壤中的相對含量亦提高,可見於表一(Foth, 1978)。木質素因有環狀構造,可抗酵素之分解而留存。然而土壤中木質素的化學特性多少已經受改變。
表一、植體和土壤有機質之比較
   
植體
土壤有機質
 
%
%
纖維素
20-50
2-10
半纖維素
10-30
0-2
木質素
10-30
35-50
蛋白質
1-15
28-35
相簿設定
標籤設定
相簿狀態