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1、问题土壤改土技术及方法一、前言 对永续性农业之生产会产生物理或化学性障碍的土壤，吾人称之为问题土壤。基于自然气候环境的造就，农事耕作，人为疏忽及外来重金属毒物质的移入，全球问题土壤的面积有逐渐增加的趋势。为了纾解人口增加所带来食粮需求上升的压力，问题土壤面积扩大的避免以及问题土壤的改良开发，实为刻不容缓之事。 本省面积虽小，唯因气候环境，母质种类，以及地形植生的变异大，故所造就的士类甚为繁多，然因肥方状况普遍不佳，实有赖于肥料及土壤改良剂的添加以满足作物对养分的需求。一般而言，土壤的酸度，盐分，土壤密实，排水不良，及重金属污染为本省主要限制作物生长的土壤因子，故本省主要问题土壤可归纳为(1)强
2、酸性土壤;(2)盐害土壤;(3)排水不良土壤或压宝土壤;(4)重金属污染土壤;(5)砂质土壤及(6)台湾粘土六大类。本文将针对上述六类问题土壤的障碍所在及改良对策分别论述于后:二问题土壤之改良对策1.强酸性土壤1.1问题所在: 本省地处热带与亚热带，由于高温多雨，土壤淋洗强烈，再加上集约耕作，土壤中之硷性阳离子被作物摄取量大，以及产酸肥料的长期大量使用，使得本省土壤酸化情形甚为普遍。根据调查显示，本省酸性耕地土壤面积占全耕地总面硕的65-75%，而其中属强酸性者(pH5.5)则占28%,另本省100公尺以上，1000公尺以下坡地中，强酸性者即占76%,由此可见，强酸性土壤实为本省最大宗的问题土
3、壤。植物所需养分约有效性深受土壤pH的影响，进而影响作物的生长和品质。强酸性土壤普见低肥力及潜在毒害物质等问题而抑制作物的生长。简而言，强酸性土壤不适作物生长的原因可归纳如下:(1)铁，铝和锰溶出量太多而造成对作物的毒害。(2)有机质的矿化作用受阻，而减少养分的释出(如氮、磷、硫及其他微量元素)。(3)磷的固定能力增强，而降低磷的有效性。(4)硷性阳离子(Ca,Mg,K等)易遭淋失，故可供作物利用的硷性阳离子含量低，尤其易造成镁缺乏的现象。(5)钼溶解度低，而抑制需钼参与之固氮作用及硝酸还原作用的进行。换言之，氮素同化作用将受阻。(6)作物根系生长受阻，因而降低养分及水分的吸收。(7)部分微量
4、元素(如铜，锌和硼)易因强烈淋洗而流失，致发生微量元素缺乏的现象。1.2改良对策 在所有会被推荐在改良强酸性土壤的方法(如石灰资材施用，耐酸作物的栽培，客土，加重肥料添加等)中，以石灰资材的施用为最经济实惠者，故本文将专注于此改良方法的介绍。石灰资材的施用对强酸性土壤改良之效果，深受资材品质，施用量，土壤pH缓冲能力，施用方法，及施用时期的影响。1.2.1.石灰资材的品质 石灰资材的品质可由其中和土壤酸度的有效性来评估，而此中和效果乃由石灰资材的硷度及粒径分布(或称细度)来决定。石灰资材在中和土壤酸度的潜力往往以石灰石份的相对硷度来表示。相对硷度愈大者，中和酸度的潜力愈大，所需施用量亦愈小(表
5、一)。资材的粗细亦影响中和酸度的效果，一般而言，愈细者，单位体积内其可发挥中和效应的表面积愈大，所以效果愈佳。如粒径小于0.25mm(即可通过60目筛孔者)中和能力最高(指数为100)，粒径介于0.25至0.85mm者次之(指数为60%)，而粒径0.85-1.70mm者再次之(指数为10%)。石灰资材的优良与否，吾人可由下列方法评估之: (1)资材之化学组成中阳离子和阴离子的种类: 一般而言，石灰资材遇水水解时，产生强硷及弱酸者，中和酸度的效果最佳如CaO,Ca(OH)2，而产生强硷及强酸者，中和效果将大打折扣(如石膏)。兹将优良及不良之阳离子及阴离子的种类列表于下:(2)资材之ECCE(Ef
6、fective calcium carbonate equivalent)之测值。ECCE愈大，酸度中和效应愈大。其中ECCE=CCE 细度因子1.2.2.石灰资材的施用量 在决定施用量之前应先了解欲栽种之作物生长适宜pH范 围(表二)，嗣以提升土壤pH至该适宜pH范围内的中间值附近为目标。石灰需要量受土壤性质的影响甚大，一般而言，有机质含量及粘粒含量愈高的土壤，亦即阳离子交换能量(CEC)愈大的土壤，石灰需要量愈大。石灰需要量的决定方法甚多，包括直接培育法及缓冲pH测定法(如riginal SMP, Improved SMP, Original Woodruff, Improved Wood
7、ruff, Adam-Evans, Mehlich buffr pH methods)，其中以直接培育法最为准确但耗时，而其他方法所需时间较短，但其适用性常因土坏性质不同而异，一般而言，吾人可藉助以下的简则来决定石灰的需要量(公吨，公顷，20公分土层厚度)。 石灰需要量乃以欲调整一公顷土壤之目标深度来估算，一般多以20公分或30公分为目标。若欲调整更深的深度，则需乘上比例因子，如以20公分为调整目标的石灰需要量为A公吨/公顷，则调整目标为60公分，其石灰需要量应为Ax60/20=3A(公吨/公顷).2.3.石灰资材的施用法 由于石灰资材的溶解度不大，移动性亦不大，是故应利用于耕犁之农具将之与土
8、壤均匀的混合，以发挥其最大的效果。若栽种多年生作物，石灰与土壤的混合必需在播种前完成，同时尽可能远离播种期，以让石灰有充分的时间来发挥其效果。如果土壤只是微酸性或作物对酸性并不是很敏感，则石灰施用期近于种植期地无妨，唯栽种对酸度敏感的作物(如高梁，苜蓿，甜菜，莴苣，茼蒿，芹菜，菠菜，花椰菜，洋葱，芦笋，丝瓜，洋香瓜，青椒等)则需先在栽种前一年施用石灰以调整土壤pH。 石灰施用一般都采用表面撒施后再犁入土中，以求目标深度内的土壤尽可能与石灰接触。一般石灰资材在土壤剖面中之垂直移动距离不远，所以使土壤和石灰资材充分混合乃十分重要，如果完全靠表面施撤，则仅能改善表土数公分内的酸度，对深根作物而言难见
9、改良效果。若欲改良底土的酸度可利用下列方法:(1)直接将石灰或石灰悬浮液灌入底士;(2)表面施用石膏(CaSO4 2H2O):石膏中的Ca2+移动较一般石灰快，而可置换底土胶体上之毒性铝，或藉由SO4-与Al3+形成毒性较低的AlSO4+，以减轻底土之铝毒害;(3)大量施用Ca(NO3)2:其中Ca2+将随NO3-下移至底土，届时作物吸收NO3-的量将大于Ca2+，因此植物根系将释出OH-或HCO3-是故将提升根圈附近土壤之pH值。2.盐害土壤2.1.问题所在 凡土壤因所含水溶性盐类浓度过高，而造成土壤物质变坏及作 物生长不良者，称之为盐害土壤，或称为盐分地。台湾虽位居湿润地带，唯因旱雨季分明
10、而雨量又过于集中，且滨海地区风大雨少灌 溉又不足，加上温度高，水分蒸散量大于降雨量，故水分在土层之往上移动大于往下渗透，因此土壤盐类逐渐累积而造成盐分地。本省据调查目前盐分地面积约25,000公顷，近年来由于引进荷兰 式地下排水技术，约有3000公顷已获改良。由于滨海地区养殖鱼塭面积的扩大，使得临近之农地发生盐化者亦随之增加。动物排泄物的施用不均，高盐分灌溉水的引用，设施农业之欠缺自然淋洗等等作用，均助长盐害土壤的面积。 盐类累积过多，对土壤性质及作物生长将产生不良的影响,如:(1)磷钾和大部分微量元素的有效性降低,(2)含钠多土壤构造差除了不利于耕作外，土壤之通气性和透水性均将降低，因而不利
11、作物生长,(3)灌溉水，地下水或土壤孔隙中水含盐分愈高，其所产生的渗透压也愈高，因而不利于植物根系的水分吸收，故植物常出现缺水的症状。2.2.改良对策盐害土壤的改良原则有四:(1)降低地下水位;(2)改良土壤剖面透水性;(3)增加水分的移入;(4)阻绝盐分的来源。简言之，除了外来盐分的避免外，洗盐乃为盐害土壤改良最重要的工作，洗盐(De-salinazation)即利用足量之高品质水源，将根附近之盐分淋洗至下层，再利用排水设施予以排除。盐害土壤的改良，可藉助下列的方法:()改良土壤排水状况 盐害土壤往往因土壤团粒构造的破坏，干时表面常成结皮，湿时又泥泞，因而水分往下移动受阻，同时土面蒸发量又大
12、，致盐分逐渐累积。降低地下水位及改善排水状况可减少土面蒸散及盐分聚积现象。本省盐分地大多属于海滨新冲积土，土壤的堆积层理甚为发达，常有质地粗细不一的土层夹杂存在，因而阻碍淋洗水的往下移动，因而影响洗盐的效果。若不均土层离地面四、五十公分内，则可利用深耕机予以破坏，但若深达六十公分以下则必需仰赖怪手(挖土机)来加以翻挖，不过并非所有土层问题均可用翻土方法来解决。盐分地的改良以往均采明沟排水的方式，然因地势低平，外部排水往往并不顺畅，尤其遇到下雨时，水位快速上升致无法利用降雨之自然淋洗，因而降雨大多成为表面迳流，洗盐效果因此大打折扣。同时，明沟排水之沟深必需有相当大的边坡(1:1以上)，且需时常疏
13、浚，如此土地面积损失多，维护费用高。另一种利用暗管方式的排水系统则无上述明沟排水之缺点，且可利用机械耕作，暗管排水由于排水流线降低，其能被淋洗脱盐的土层比明沟方式深。(2)灌溉制度的建立 许多盐害土壤包括盐土(saline soil)，盐硷土(sodic-saline soil)和硷土(sodic soil)均发生于干早的地区，该地土面蒸散量大于降雨量，故欲利用淋洗方式洗盐，则有赖于灌溉方式以供应足够的水分。实施灌溉制度的先决条件为土壤的排水状况必须良好，同时灌概水的品质需良好，如果灌溉水中含盐分高则灌溉会造成反效果。(3)施用土壤改良剂 土壤渗水性可藉助胶体上钠的减少及钙和镁的增加来增进。有
14、些化学物质的施用可(1)直接提供钙以置换胶体上之钠;(2)提供酸或产酸物质(如硫酸或硫磺)而助于钙从石灰中之释出;(3)降低水中之碳酸氢盐(bicarbonate)的量，因而改善土壤的物理性质。石膏，硫磺，或硫酸为最常用之盐害土壤改良剂，且石膏和硫酸方可将之溶入灌溉水中，藉灌溉水之施用而改良土壤。(4)阻绝外来盐分的移入 (1)利用截流沟渠，将临靠农田之鱼塭，水塘或大排水沟之合盐 水流切断收集后排出去。 (2)修筑堤防，避免海水倒灌而造成的全面性漫淹。 (3)在海岸及靠海地区之耕地，种植防风林以拦截盐分。 (4)避免使用含盐分高之灌溉水源。(5)施用有机质 添加作物残株，绿肥，污泥，厩肥或堆肥
15、，可直接或间接的改善土壤的物理状况，而增进透气性及渗水性，且可避免分散的土壤因重型农机的操作而发生压实的现象。污泥，厩肥中合盐分比作物残株及绿肥多，所以在改良盐害土壤上，似乎以作物残株及绿肥较为适合。(6)种植抗盐性之深根作物，如黑麦，三叶草，大麦，大豆，草莓，小麦，紫花苜蓿等(7)栽种蔓性覆盖作物，以减少水分的蒸散，阻止盐分上升。3.排水不良或压实土壤3.1.问题所在 排水不良与土壤压实为限制根系伸展的两大主因。土壤排水是否良好，可由40-150公分深度范围内土壤颜色来判别，当其中任何一层的土块出现锈斑就是排水不良的征状。灰斑(色度=4)常与锈斑同时出现。灰斑的出现会妨碍植物根系的伸展与健康
16、，致使根系对养分的吸收能力弱，对肥料的需求量(如氮、钾、钙、镁)也较大，同时容易造成养分不平衡及病虫害的感染。本省冲积平原出现灰斑层的情形十分普遍，因而成为限制作物生长的主要原因。压实土壤常出现排水不良的现象，且压实土壤常有犁底层，硬盘或脆盘的出现，使得该处总体密度过高而限制根系的向下伸展。一般而言，总体密度大于1.4g/cm即构成对根系的抑制现象。3.2.改良对策(1)打破压实层 压实层的存在不但抑制作物根系的往下伸展，同时造成排水不良的现象，是故改良压实土壤首要之途即在打破此压实层。打破压实层可采用深耕的方式，然于深耕会使上下土层混合，是故必需加上足够的肥料，以提升整层土壤的肥力状况，若在强酸性土壤
