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   有机白苋菜与有机玉米輪作下施用有机肥料之影响效应





    摘 要

    本研究目的为探讨有机白苋菜与有机玉米輪作下,施用不同用量的有机肥料对作物生育、产量及土壤肥力之影响。试验园圃设置于彰化县永靖乡,试区土壤属于石灰性黏板岩冲积土,试验处理包括不同用量的蔗渣木屑堆肥及豆粕有机液肥等。试验结果显示,在施用蔗渣木屑堆肥5~10 t/ha 及有机液肥20 L/ha等处理下,有机白苋菜产量比对照处理增加16~25%,在施用蔗渣木屑堆肥10~20 t/ha及有机液肥40 L/ha等处理下,有机玉米鲜穗产量比对照处理增加32~48%。有机白苋菜采收后土壤EC值、有机质含量、Bray-1 萃取性磷含量、交换性钾及镁含量等随堆肥用量增加而增加,其中施用堆肥处理区土壤0~10公分EC值约4.86~5.26 dS/m,有偏高的现象。有机玉米采收后土壤EC值、有机质含量、Bray-1萃取性磷含量及交换性钾含量亦有随有机质肥料用量增加而增加。惟比较有机玉米试验前后土壤特性,有机玉米采收后土壤EC值、有机质含量及交换性钾含量已略降低。其中有机玉米采收后土壤0~10公分EC值约3.97~4.06 dS/m,已经有明显降低的情形。因此,栽培有机蔬菜过程中,适时輪作有机玉米,以及施用适量的堆肥及有机液肥,可以稳定增进作物产量及有机农园土壤肥力。

    关键字:有机葉菜類、有机玉米、土壤肥力、有机质肥料。

    前 言

    一般农业的生产过程,常常不知不觉中利用了自然,例如利用森林贮存的流水,以及充满养分的有机质土壤。尤其土壤是孕育作物的基础,所以要生产有利人類健康的食物,必先维护大自然及土壤的健康(5,20)。有机农业是一种完全不用化学肥料和化学农药之生产方式,有机农业经营的基本原理是设法让土壤及作物本來的潜力充分发挥出來,以生产安全而又有生命力的农产品(1)。因此,推广有机农业经营理念,不仅可以维护农业生产环境,确保农业永续经营,且可生产健康安全之农产品供消费者享用(9)。中国人祖先很早即懂得种植作物,除发展犁具以犁田并中耕除草等,并已懂得将动物排泄废弃物、植物之残体,甚至收集野外植生加入农田( 綠肥) ,以永保土壤肥力。如此耕作制度合乎自然,亦为农业自古相传且永续发展的关键之一。

    在有机农业生产过程中,十分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(16,27)。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)(8,28)。因此,将农业废弃物回归于农田,不仅合乎资源再利用的自然法则,而且也是现今消纳庞大量有机废弃物之重要方向之一。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,必须先培育安全肥沃的土壤(10)。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,产出生产安全健康的有机农产品(14,20)。一般在同一田区連续栽种同一种類的作物,常会产生所谓的連作障碍。要避免产生連作障碍,最理想的方式就是实施輪作,而要建立适宜的輪作制度,所必须考量的要点包括选择适时适地的品种、利用病虫害相生相克的特性、维持土壤养分的平衡、利用前后期作物的生长特性等(18,19)。其中为提高养分利用率,以浅根性作物与深根性作物輪作,根茎類作物与葉菜類作物輪作,高需肥型作物与綠肥輪作(11)。十字花科作物与非十字花科作物輪作,蔬菜与水稻輪作,禾本科作物与非禾本科作物輪作,胡蘆科及茄科作物与葱、姜、蒜、韭等作物輪作,可以减少連作栽培产生之病虫害问题(4,10)。有试验显示不同葉菜類间彼此有共荣或相克之现象,同时也会对根系土壤之pH值产生酸化或碱化之影响,因此,证实可以利用经济作物的輪作制度达到调节土壤物理及化学特性之积极目的(3)。显然采用适当的輪作制度,已是有机农业经营的重要栽培技术之一(2,13)。本研究目的为探讨有机白苋菜与玉米輪作下施用不同用量的有机肥料对土壤中肥力之影响,以供日后研究与栽培应用之參考。

    材料与方法

    试验工作项目

    本研究试验圃设置于彰化县永靖乡,试验圃为通过有机验证5 年之有机农场。白苋菜( Amaranth mangostanus L.) 采用地方栽培品种,玉米采用商业公司华珍甜玉米品种,试验期间于2009年春夏作实施,试区采用简易温网室设施,白苋菜采用撒播方式,玉米为一畦兩行方式,行株距45 cm×30 cm 。有机白苋菜及有机玉米的试验处理包括蔗渣木屑堆肥及有机液肥不同用量等4 处理( 表一)。试区采取完全逢机(CRD) 排列设计,三重复,共计4×3 =12小区,每小区20 m×1 m=20 m2。

    试区土壤属于石灰性黏板岩冲积土,试验前土壤肥力分析结果如表二所示。试验用蔗渣木屑堆肥采用蔗渣、太空包废木屑及菜仔粕等材料,并经过充分堆积腐熟,堆肥的氮含量约22.5 g/kg、磷含量约9.56 g/kg、钾含量约10.2 g/kg、钙含量约16.3 g/kg、镁含量约7.78 g/kg、锌含量约16 mg/kg、铜含量约5 mg/kg 、有机质含量616 g/kg 、pH值6.60 。有机液肥采用黄豆粕:米糠:糖蜜:水为1:1:1:10比例混合,经过二周定期打气搅拌而发酵为有机液肥成品,电导度为9.98 dS/m,pH值为4.22 ,氮含量为6.11 g/L ,磷含量为1.22 g/L ,钾含量7.24 g/L ,钙含量为6.54 g/L ,镁含量为4.29 g/L 、锌含量12 mg/L 、铜含量6 mg/L。

    蔗渣木屑堆肥依试验处理用量做基肥施用,于整地时混入土中。有机液肥依处理用量,加水稀释200 倍,灌注于根部土壤,于白苋菜播种后第10~15 日施用一次,于玉米播种后第15~20日及第30~35 日各施用一次。于本试验前、有机白苋菜及有机玉米采收后分别采取土壤样品进行土壤肥力分析,土壤样品分成0~10 cm 、10~20 cm、20~30 cm等不同深度,并同时进行作物生育性狀及产量调查等工作。

    分析项目及方法

    有机材料样品经70℃烘箱烘干,以湿灰法( 硫酸) 分解后测定氮、磷、钾、钙及镁量,其中以微量扩散法测定全氮量(15),利用钼黄法呈色及分光光度计( 于420 nm下) 比色法测定其全磷量(26),利用焰光分析仪测定其全钾量(21),利用原子吸收分析仪测定其钙及镁含量(23)。有机质含量采用Walkley-Black法测定(25)。 pH、EC值以水:材料为10:1 比率萃取后,利用电极测定。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方法抽取并用钼藍法测土壤有效性磷含量(26),1M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(21),用原子吸收光谱仪测土壤交换性钙及镁含量(23)。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Walkley-Black法测定(25)。

    结 果

    对有机白苋菜、有机玉米生育及产量之影响

    有机农业是一种完全不用肥料和农药之生产方式,为提高有机农作物栽培之可行性,其生产方式有赖于充分利用各种作物残株、禽畜废弃物、綠肥植物、油粕類及农场内外其他各种未受污染之有机废弃物,各富含养分之矿石等制成堆肥,以改善地力,同时供应作物所需养分(1,20)。由有机白苋菜采收期之株高、鲜重及产量调查结果显示( 表三),有机白苋菜采收期之株高及地上部鲜重在不同处理间差異不显著,单位面积有机白苋菜地上部鲜重产量在不同处理间互有差異,其中以施用蔗渣木屑堆肥10 t/ha 处理较高,其次分别为蔗渣木屑堆肥5 t/ha及有机液肥20 L/ha处理、蔗渣木屑堆肥5 t/ha处理,以对照处理较差。由有机玉米采收期之株高、鲜穗重及产量调查结果显示( 表四) ,有机玉米采收期之株高、鲜穗重及鲜穗产量在不同处理间互有差異,以对照处理较差,其它处理间则无显著差異。许多研究显示,当土壤中有机质及施用的有机质肥料之养分能够适时适量分解释出供应作物吸收利用,则能使作物的生长潜能发挥最大(28)。由于经过充分腐熟的有机质肥料之养分矿化速率及矿化总量相对较低,因此,有机质肥料的施用时机及施用量,即需因应不同作物种類而适度予以调配。一般有机葉菜類的最大生长期与养分吸收期极短(6),如能适时适量地搭配施用速效性的有机液肥,将是相当不错的选择之一(12)。综合表三及表四结果显示,有机白苋菜与有机玉米产量随着堆肥用量增加而增加,惟有机白苋菜产量在施用蔗渣木屑堆肥5 t/ha及10 t/ha 或有否施用有液肥等处理间差異不显著,有机玉米产量在施用蔗渣木屑堆肥10 t/ha 及20 t/ha 或有否施用有液肥等处理间差異不显著。

    对土壤肥力之影响

    台湾地区由于雨水多且频繁,蔬菜作物利用适当的设施栽培方式,可以达到保护作物生长与稳定产量之效益,尤其再配合正确的管理方法下,可以减少病虫危害(7,13)。一般在设施栽培相较于露天栽培,较易缘由肥料及土壤管理不当,而引致农田土壤中养分不平衡或电导度(EC)偏高等情况(8,10)。本研究试验园圃即为采用简易温网室且经通过有机验证5 年经歷之有机农场,由试验前土壤肥力显示,土壤有机质含量约26.4~30.1 g/kg ,土壤EC值约3.27~3.87dS/m,其中土壤EC值已呈现偏高情形。由有机白苋菜采收后土壤0~10 cm 肥力显示( 表五),土壤pH值、Bray-1 萃取性磷含量、交换性钙及镁含量在不同处理间差異不显著。土壤EC值、有机质含量及交换性钾含量在不同处理间互有差異,以对照处理较低,其它处理间则无显著差異。由有机白苋菜采收后土壤10~20 cm肥力显示( 表六) ,土壤pH值、有机质含量、交换性钙在不同处理间差異不显著。土壤EC值、Bray-1 萃取性磷含量、交换性钾及镁含量在不同处理间互有差異,其中土壤EC值、Bray-1 萃取性磷含量及交换性镁含量以对照处理较低,其它处理间则无显著差異。土壤交换性钾含量以施用蔗渣木屑堆肥10 t/ha处理较高,其次分别为蔗渣木屑堆肥5 t/ha 及有机液肥20 L/ha处理、蔗渣木屑堆肥5 t/ha 处理,以对照处理较低。由有机白苋菜采收后土壤20~30 cm肥力显示( 表七) ,土壤pH值、土壤EC值、有机质含量、Bray-1萃取性磷含量、交换性钙及镁含量在不同处理间差異不显著。土壤交换性钾含量在不同处理间互有差異,以对照处理较低,其它处理间则无显著差異。综合表五、六及七结果显示,土壤EC值、有机质含量、Bray-1 萃取性磷含量、交换性钾及镁含量等特性有随着堆肥用量增加而增加之趋势,且在土壤0~10 cm 的增幅最大,惟随着土壤深度增加,施用堆肥的效益会减缓。

    由有机玉米采收后土壤0~10 cm 肥力显示( 表八) ,土壤pH值、交换性钙及镁含量在不同处理间差異不显著。土壤EC值、有机质含量、Bray-1 萃取性磷含量及交换性钾含量在不同处理间互有差異,以对照处理较低,其它处理间则无显著差異。由有机玉米采收后土壤10~20 cm肥力显示( 表九) ,土壤pH值、交换性钙含量在不同处理间差異不显著。土壤EC值、有机质含量、Bray-1 萃取性磷含量、交换性镁含量在不同处理间互有差異,以对照处理较低,其它处理间则无显著差異。其中土壤交换性钾含量以施用蔗渣木屑堆肥10 t/ha处理较高,其次分别为蔗渣木屑堆肥5 t/ha 及有机液肥20 L/ha处理、蔗渣木屑堆肥5 t/ha 处理,以对照处理较低。由有机玉米采收后土壤20~30 cm肥力显示( 表十) ,土壤pH值、交换性钙及镁含量在不同处理间差異不显著。土壤EC值、有机质含量、Bray-1 萃取性磷含量、交换性钾含量在不同处理间互有差異,其中以对照处理较低,其它处理间则无显著差異。综合表八、九及十等结果显示,土壤pH值、EC值、Bray-1 萃取性磷含量、交换性钾、钙及镁含量等特性有随着堆肥用量增加而增加之趋势,惟前作有机白苋菜采收后土壤肥力比施用堆肥处理对于有机玉米采收后土壤肥力的增加幅度则略微降低。

    讨 论

    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性角色(20,24),因此,发展有机农业首要策略之一,即须强化农田土壤有机质管理以维持农田土壤永续经营。惟土壤有机质必须矿化后才能释出养分供作物吸收,其矿化释出养分太早、或累积太多、或待作物生长旺期过后才释出者,对作物生长及土壤环境皆不利。已有例证显示,长期施用单一有机质肥料,或一次过量施用有机质肥料,会造成土壤中某些养分含量失衡,而不利作物生长或形成二次污染(17,22)。由有机白苋菜试验结果显示,施用蔗渣木屑堆肥5~10 t/ha及有机液肥20 L/ha等处理的产量比对照处理增加约16~25%,且有机白苋菜产量随着堆肥用量增加而略微增加之趋势。一般葉菜類生长期短,必须适时吸收足量的养分,以获得最大的生长效应(6)。因此,栽培有机蔬菜应适时施用适量的有机质肥料,以确保获得最佳的产量效益(12)。由有机白苋菜采收期土壤肥力显示,包括土壤EC值、Bray no. 1 萃取性磷含量、交换性钾及镁含量等随堆肥用量增加而增加,其中土壤0~10公分EC值已达4.86~5.26 dS/m ,10~20 公分EC值为4.25~4.97 dS/m ,20~30公分EC值为3.44~3.63 dS/m ,显然已经偏高。

    本研究于有机白苋菜采收后,接续于同一田区进行有机玉米栽培,结果显示施用蔗渣木屑堆肥10~20 t/ha 及有机液肥40 L/ha 等处理下,有机玉米鲜穗产量比对照处理增加约32~48%,其中有机玉米鲜穗产量有随着堆肥用量增加而略微增加,且有机玉米采收期土壤EC值、有机质含量、Bray-1 萃取性磷含量及交换性钾含量亦有随着有机质肥料用量增加而增加之情形。惟比较有机玉米试验前后土壤特性,有机玉米采收期土壤EC值、有机质含量及交换性钾含量已较栽种玉米前有略微降低情形。其中有机玉米采收期土壤0~10公分EC值为3.97~4.06 dS/m ,10~20 公分EC值为4.02~4.17 dS/m ,20~30 公分EC值为3.13~3.47 dS/m ,相较于玉米播种前,已有明显降低的情形。

    由于有机作物吸收养分的來源,除了农田土壤肥力外,肥料供给必须依赖有机肥料( 包括有机质肥料及有机液肥等) 为供应大宗,因此,有机肥料的供应速率及总量将影响到有机农作33物的产量与品质,又将持续影响到农田土壤肥力之特性(20.28)。有机质肥料施入农田土壤中,经由土壤微生物的分解作用,能够释出养分供作物吸收利用。长期施用堆肥可以增加土壤有机碳( 质) 含量,且土壤氮素的蓄积约倍增于化学氮肥区,所以施用堆肥可以提高及稳定土壤肥力(16,24)。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。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(20,27)。综合本研究结果显示,为了在有机蔬果长期栽培下获得的稳定收成,及避免施肥及土壤管理不当而引致土壤养分累积过多或养分不平衡等问题,在适当栽培期作中,如能适时实行有机玉米輪作及配合施用适量有机质肥料,应能适当地稳定增进有机农作物产量及农田土壤肥力。因此,在实行有机白苋菜与有机玉米輪作下,分别施用蔗渣木屑堆肥5 t/ha及有机液肥20 L/ha;以及施用蔗渣木屑堆肥10 t/ha 及有机液肥40 L/ha,应可做为日后相关研究及应用之參考。


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