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   有机蔬菜农场经过5~10年耕作后之土壤肥力特性变化研究






    摘 要

    本研究选定4处有机蔬菜农场,分别在南投县埔里镇(露地栽培1.2 ha:有机验证经历6年)、彰化县埔盐乡(露地栽培2.6 ha:有机验证经历5年)、大村乡(温网室设施栽培0.5 ha:有机验证经历7年)、永靖乡(温网室设施栽培2 ha :有机验证经历10 年),每年定期采取各农场土壤0~20 cm样品,分析其土壤之pH值、EC值、有机质含量、Bray-1 萃取性磷含量、交换性钾、钙及镁含量等。由分析结果显示,除了埔盐、永靖农场土壤pH值及大村农场土壤交换性钾含量外,多数的土壤肥力特性均随着有机蔬菜农场经营年份增加而增加。埔里及大村农场经耕种6及7年后,土壤pH值分别由6.36 及7.21 略增至6.60 及7.61 ;埔盐及永靖农场在耕种5及10 年期间土壤pH值变化不大,大多维持在微碱性范围。采用露地栽培方式的埔里及埔盐农场,土壤EC值分别由0.38 dS/m及0.91 dS/m增加至0.91 dS/m及1.75dS/m;采用温网室设施栽培方式的大村及永靖农场,土壤EC值分别由1.51 dS/m及1.68dS/m增加至3.23 dS/m及3.46 dS/m,已属于偏高范围内。土壤有机质含量分别与土壤EC值、Bray-1 萃取性磷含量、交换性钾含量之间有显著的线性相关。其中土壤有机质含量在有机耕种经历约5~7 年的埔里、埔盐及大村农场仍呈现逐年持续增加之趋势;永靖农场耕种10年后之土壤有机质含量约45.3 g/kg ,其逐年增加趋势则已渐渐缓和。

    关键字:有机蔬菜农场、设施栽培、土壤肥力、土壤有机质含量。

    前 言

    有机农业为遵守自然资源循环永续利用原则,不允许使用合成化学物质,强调水土资源保育与生态平衡之管理系统,以达到生产自然安全农产品之目标(2)。在有机农业生产过程中,注重加强自然资源的循环再利用,以期能兼具维护自然生态及提升农业产能的多重效益(16)。因此,有机农业耕作系统中,农作物吸收的肥料成分主要来自于施入有机质肥料、土壤有机质及植物残体等被微生物分解后释出(14,15),而此等分解作用受到包括耕作方式、土壤特性、有机质种类及环境条件等多重因子之影响(4,10,11)。 

    由于农田土壤是作物生长的基础,欲生产安全健康的农产品,必须先培育健康肥沃的土壤(8,9,24)。因此,采用安全无污染的农业废弃物,再经由适当的分解与腐熟,制作成品质优良稳定的有机质肥料,才能有效的提升农田土壤肥力,产出安全健康的有机农产品(7,12)。一般农业废弃物均兼具污染性及资源性,如妥为处理,将能转化为农业生产系统中的养分源( 氮、磷、钾) 及能量源( 碳)(8,27)。然而施用未腐熟的有机物,容易造成土壤过度还原性及释出毒性物质等问题(13,18)。因此,有机废弃物需经过适当的堆肥化处理,以除去不良有机成分及毒性物质等限制作物生长的因子,再生利用制成有机质肥料回归农田,不仅符合资源循环应用的自然法则,而且也是发展有机农业的重要方向之一(8,12)。长期施用堆肥可以增加土壤有机碳( 质) 含量,且土壤氮的蓄积约倍增于化学氮肥区(3),并增加土壤磷、钾及微量要素含量(28),改善土壤团粒构造、保水能力与微生物活性等(1,6,15,22)。

    为深入了解土壤有机碳及全氮含量等土壤肥力特性对作物吸收养分及生长之影响,近年来有许多研究进一步探讨施用不同肥料处理对土壤有机质( 碳) 及土壤氮划分(fractions) 之影响效应。例如针对长期施用有机质肥料可以显著增加土壤有机质含量,可再区分出结构松散的腐植质含量(loose bound humic) 略微增加,结构固定的腐植质含量(firmly bound humic)无显著变化,结构紧密的腐植质含量(tighly bound humic)增加明显(30)。由长期(16 年) 施用不同种类肥料之土壤氮划分浓度显示,土壤非水解性氮量(non-hydrolysable N) 在施用有机质肥料区增加比率较高,土壤无机氮量(inorganic N) 在施用化学肥料区增加比率较高(5)。研究证实长期施用堆肥可以提高及稳定土壤肥力(4,14),惟为避免不当施用有机质肥料,造成土壤中某些养分含量失衡,而不利作物生长(13,18)。因此,必须合理的施用有机质肥料,才可以兼顾增进作物产能与农田永续经营(8,12)。本研究目的为探讨在露天及设施方式下,实行5~10年有机蔬菜栽培农场历年来土壤肥力之变化,以供日后研究与农友栽培应用之参考。

    材料与方法

    一、试验工作项目

    本研究选定已经通过有机验证之有机蔬菜农场( 表一),分别位于南投县埔里镇( 露地栽培1.2 ha :有机验证经历6 年) 、彰化县埔盐乡( 露地栽培2.6 ha :有机验证经历5 年) 、大村乡( 温网室设施栽培0. 5ha:有机验证经历7 年)、永靖乡( 温网室设设施栽培2 ha :有机验证经历10年) ,其中埔里有机农场土壤为洪积母质红壤,埔盐、大村及永靖有机农场土壤为黏板岩石灰性冲积土。于每年7~8 月间分别在埔里、埔盐、大村及永靖有机农场采取0~20 cm 土壤样品,进行土壤pH值、EC值、有机质含量、Bray-1 萃取性磷含量、交换性钾、钙及镁含量等分析工作。   

    二、分析项目及方法

    土壤样品先经风干处理,经2 mm 过筛后分别测定土壤化学性质,以Bray No.1试剂抽取并用钼蓝法测土壤有效性磷含量(23),1 M 醋酸铵(pH 7.0) 土:溶液比1:10 抽出液,用焰光分析仪测土壤交换性钾含量(17),用原子吸收光谱仪测土壤交换性钙及镁含量(19)。土壤pH、EC值以水:土1:1萃取后,利用电极测定。土壤有机质含量采用总碳分析仪,以950 ℃灰化法测定(21)。

    试验结果

    由埔里露天栽培有机农场第1 年至第6 年的土壤肥力特性分析结果显示( 表二) ,土壤pH值、EC值、有机质含量、Bray-1 萃取性磷含量、交换性钾、钙及镁含量均呈现增加的趋势,比较第1 年与第6 年的变化率,土壤pH值缓慢上升0.24 单位,土壤EC值增加139%,土壤有机质含量增加113%,土壤Bray-1 萃取性磷含量增加56.5% ,土壤交换性钾含量增加88.6% ,土壤交换性钙含量增加18.1% ,土壤交换性镁含量增加26.7% 。本( 埔里) 有机农场土壤有机质含量及EC值在6 年内增加率颇高,此外,土壤Bray-1 萃取性磷含量及交换性钾含量亦有明显的累积。

    由埔盐露天栽培有机农场第1 年至第5 年的土壤肥力特性分析结果显示( 表三) ,除土壤pH值外,土壤EC值、有机质含量、Bray-1 萃取性磷含量、交换性钾、钙及镁含量均呈现增加的趋势,比较第1 年与第5 年的变化率,土壤pH值略微增加约0.02 单位,土壤EC值增加92.3% ,土壤有机质含量增加68.4% ,土壤Bray-1 萃取性磷含量增加415%,土壤交换性钾含量增加468.5% ,土壤交换性钙含量增加8.25% ,土壤交换性镁含量增加11.6% 。本( 埔盐) 有机农场土壤Bray-1 萃取性磷含量在5 年内增加率颇高,另土壤有机质含量、EC值及交换性钾含量亦有明显的增加。

    由大村设施栽培有机农场第1 年至第7 年的土壤肥力特性分析结果显示( 表四) ,除土壤交换性钾含量外,土壤pH、EC值、有机质含量、Bray-1 萃取性磷含量、交换性钙及镁含量均呈现增加的趋势,比较第1 年与第7 年的变化率,土壤pH值增加0.27 单位,土壤EC值增加114%,土壤有机质含量增加47.9% ,土壤Bray-1 萃取性磷含量增加131%,土壤交换性钾含量减少23.0% ,土壤交换性钙含量增加6.59% ,土壤交换性镁含量增加41.4% 。本( 大村) 有机农场土壤EC值、有机质含量、Bray-1 萃取性磷含量、交换性钾及镁含量有明显的增加。

    由永靖设施栽培有机农场第1 年至第10年的土壤肥力特性分析结果显示( 表五) ,除土壤pH值外,土壤EC值、有机质含量、Bray-1 萃取性磷含量、交换性钾、钙及镁含量均呈现增加的趋势,比较第1 年与第10年的变化率,土壤pH值略微增加0.04 单位,土壤EC值增加106%,土壤有机质含量增加49.0% ,土壤Bray-1 萃取性磷含量增加44.5% ,土壤交换性钾含量增加539.5% ,土壤交换性钙含量增加0.85% ,土壤交换性镁含量增加12.4% 。本( 永靖) 有机农场土壤EC值、有机质含量、Bray-1 萃取性磷含量、交换性钾含量有明显的增加。

    综合讨论

    许多研究结果指出,农耕过程中长期连续且适当的施用肥料,具有增进土壤肥力特性之效益。惟当长期连续施用相同氮磷钾含量的有机质肥料与化学肥料比较试验,施用有机质肥料试区土壤肥力特性则较高于施用化学肥料试区,且施用有机质肥料有逐渐增进底层土壤肥力之效益(26,29),其中0~5 cm土壤pH、总有机碳含量、萃取性钙及镁含量在禽粪堆肥处理区显着高于化学肥料处理区,另土壤CEC值、萃取性磷及钾含量在0~5 cm、5~10 cm 、10~20 cm分别均以禽粪堆肥处理区显著高于化学肥料处理区(29)。不同的农耕方式,则会影响不同种类肥料的施用效应(11),其中水稻连作区的土壤肥力在完全施用有机质肥料或化学肥料处理间并无显著差异,旱作连作区的土壤pH与交换性钙及镁含量在完全施用化学肥料区则逐年下降。综合本研究结果,除了埔盐、永靖有机蔬菜农场土壤pH值及大村有机蔬菜农场土壤交换性钾含量外,多数的土壤肥力特性均随经营年份增加而增加。由图一显示埔里及大村有机蔬菜农场土壤pH值分别由6.36 及7.21 增加至6.60 及7.61 ,埔盐及永靖有机蔬菜农场土壤pH值变化不大,其中埔里及大村有机蔬菜农场土壤pH值属于微酸性及中性范围,埔盐及永靖有机蔬菜农场土壤pH值属于微碱性范围。显然有机蔬菜农场在长期施用腐熟堆肥下,对偏碱性土壤的pH值较无影响效应,惟对酸性至中性土壤则略有增加pH值的效应。由图二显示埔里及埔盐有机蔬菜农场土壤EC值分别由0.38 dS/m及0.91 dS/m增加至0.91 dS/m及1.75 dS/m,大村及永靖有机蔬菜农场土壤EC值分别由1.51 dS/m及1.68 dS/m增加至3.23 dS/m及3.46 dS/m,其中前二者属于露地栽培方式,土壤EC值可维持在<2.0 dS/m 理想范围内,后二者属于温网室设施栽培方式,土壤EC值已在>3.0 dS/m 偏高范围。显然不同栽培方式对土壤EC值有不同的影响。6由长期(16 年) 不同栽培方式及施用肥料试验结果显示,土壤总氮及可水解性氮浓度:有机区> 折衷区> 惯行区(5)。实行有机耕种会显著增加土壤微粒状有机质含量(particulate organicmatter, POM),而使有机耕种的农田土壤有机碳及全氮含量高于惯行耕种者,其中POM-C及POM-N含量约分别占土壤有机碳及全氮量之18.2% 及13.3% ,显然微粒状的土壤有机质含量高低,且较能代表土壤肥力之优劣(20)。 Marriott 研究9 个长期( 约5~15年) 试验农场土壤特性变化,发现有机栽培之土壤有机碳(soil organic C) 含量高于惯行栽培者约14%(20)。施肥方式亦会影响土壤有机质的累积,一次施用或分次施用等量的有机质肥料,土壤有机碳及全氮含量以分次施用方式较高(25)。由本研究四处有机蔬菜农场经营5~10年后土壤有机质含量变化显示( 图三) ,土壤有机质含量约32.0~45.3 g/kg,增加率高达47.9~113% 。有研究指出,在温室中连续3 年施用不同量有机肥料、化学肥料及不施肥等处理,结果显示施有机肥料处理之土壤微生物生质量、细菌数、真菌数及酵素活性等显著高于施用化学肥料者。土壤酵素活性与土壤有机质含量呈显著的线性相关,惟当施用大于相当化学氮肥两倍量氮之有机肥料时,土壤酵素不再显着增加(6)。由图三显示在有机栽培需求经常施用较大量有机质肥料情况下,土壤有机质含量会逐渐累积,其中埔里、埔盐及大村有机农场耕种经历约5~7 年,土壤有机质含量约32.0~39.2g/kg ,仍然呈现持续增加趋势,永靖有机农场耕种经历约10年,土壤有机质含量约45.3 g/kg ,其增加趋势则已渐渐缓和。

    一般农业有机废弃物均兼具污染性及资源性,如经过妥善处理生产为品质优良的有机质肥料,将能转化为农业生产系统中的养分源( 氮、磷、钾) 及能源( 碳) (8,12),所以施用有机质肥料具有增加土壤中的有机质含量、有效性磷含量、交换性钾、钙及镁含量等土壤肥力因子之效应(3,4,10)。由本研究四处有机蔬菜农场土壤肥力因子之线性相关性分析结果显示( 表六) ,土壤有机质含量分别与土壤EC值、Bray-1 萃取性磷含量、交换性钾含量之间有显著的线性相关。显然上述结果亦符合多位学者提出有机质在土壤中营养要素之转化及利用机制中扮演着极重要的关键角色之论证(4,8,16),因此,发展有机农业之首要策略之一,即须强化农田土壤有机质管理以维持农田土壤永续经营发展。惟有关于有机农场土壤有机质含量适宜范围之界定,仍有待进一步研究探讨。


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