土壤性質對施肥的影響 ─ 曾明寶

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植物營養與肥料施用要點    系列九
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; E$ U  d  d+ X2 |土壤性質對施肥的影響

/ `7 z7 g2 N6 x" R, {文：曾明寶
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土壤作爲植物生長的基質，除了養分狀况對施肥有直接的影響外，其他物理、化學、生物性質對施肥也有重要的影響。

土壤由大小不同的顆粒組成，這些顆粒大部分是無機的，也有一部分是有機的或有機與無機結合的。這些顆粒構成了土壤的固相，大約占土壤整個體積的 50％。另外一半的體積是大大小小的孔隙，充滿著水分(土壤溶液)和空氣。對作物生長適宜的水分和空氣的比例在這50％體積中最好各占25％。也就是說固相50％、液相25％及氣相25％。
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土壤顆粒的礦質部分(即無機部分)可按顆粒大小分爲砂粒(直徑2～0.05毫米)、粉砂(直徑0.05～0.002毫米)和粘粒(直徑＜0.002毫米)。不同大小顆粒的組成稱爲土壤質地，粗略可分爲砂土、壤土和粘土。

土壤的許多物理性質，如耕作難易，水分和養分的保蓄能力，通氣性，水分的滲漏速度等在很大程度上受土壤質地的影響。
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單位體積的土壤重量稱爲土壤容重，一般以克/厘米立方或噸/米立方表示。容重受土壤質地及其組成方式(土壤結構)的影響，一般耕層土壤的容重在1.0～1.6噸/米立方。由土壤容重，可將土壤水分或養分含量(％)計算爲每公頃的絕對量(公斤)。

土壤的化學特性主要包括土壤的離子交換性能、酸鹼度和有機質。

" A6 m' p) I, Q3 o; I- p土壤的離子交換性能包括陽離子交換性能和陰離子交換性能，陽離子交換性是由於土壤中帶有負電荷從而吸引陽離子，陰離子交換性是由於土壤帶有正電荷從而吸引陰離子。土壤負電荷的主要來源是同晶置換作用。土壤中各種晶質粘土礦物主要由兩種片狀物組合而成。一種稱矽片(四面體)，由一個矽原子和四個氧原子組成；另一種稱鋁片或鎂片(八面體)，以鋁或鎂爲中心，周圍有氧或氫氧基相連結。有的粘土礦物由兩片矽片中間夾一層鋁片構成，稱2:1型粘土礦物；另一類由一片矽片和一片鋁片組成，稱1:1型粘土礦物。
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四面體中的Si和八面體中的Al或Mg都可能被離子半徑相似的其他離子所代換。例如Al[sup]3+[/sup]的半徑和Si[sup]4+[/sup]相近，Al[sup]3+[/sup]可以代換四面體中的Si[sup]4+[/sup]，而Mg[sup]2+[/sup]，Fe[sup]2+[/sup]，Zn[sup]2+[/sup]，也可以取代Al[sup]3+[/sup]在八 面體中的位置。這種半徑近似的離子代換了晶格中另一種離子的位置，而不破壞或改變原礦物的結晶構造的現象，稱爲同晶置換作用。

3 X9 D# o* U5 Q8 Z! u$ E( |沒有同晶置換作用的粘土礦物 是電中性的，如果四面體中的Si[sup]4+[/sup]被Al[sup]3+[/sup]代換，或八面體中的Al[sup]3+[/sup]被Mg[sup]2+[/sup]代換，則晶格有了一個負電荷剩餘，這樣粘土礦物就帶有負電荷。另外粘土礦物晶體邊角破裂有未飽和的氧基存在，可帶有少量負電荷。土壤腐殖質表面存在－OH和－COOH基，其中H離子解離後也可形成負電荷。通過同晶置換作用形成的負電荷，不因土壤環境改變而改變，稱爲永久電荷。

土壤中正電荷的來源是高度風化土壤中非晶質的鐵鋁氧化物或水化物，在酸性環境中産生質子化而帶正電荷。這時産生的正電荷可因土壤pH的升高而改變爲不帶電荷或帶負電荷，稱爲可變電荷。
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: o/ L$ j7 l  Q8 Q7 q! }不同來源的負電荷對陽離子的吸附强度不同，粗略地說，四面體的負電荷 最强，八面體次之，可變電荷的吸持力最弱。而正電荷對陰離子的吸附比較複雜，除了靜電力引起的物理吸附外，還有配位交換的化學吸附。

土壤的離子交換性能，尤其是陽離子交換性能，與土壤的保肥、供肥性能有密切的關係。
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被土壤負電荷吸附的陽離子可以被其他陽離子交換出來，所以稱爲交換性陽離子，其總量稱陽離子交換量(CEC)，以每公斤土的交換性陽離子的厘摩爾(cmol/kg)表示。土壤陽離子交換量主要取决於土壤粘土礦物種類、土壤質地和有機質含量。
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土壤化學性質的另一個因素是酸鹼度。通常以pH表示。土壤pH 4.5～5.5爲酸性，5.5～6.5爲微酸性，6.5～7.5爲中性，7.5～8.5爲微鹼性，8.5～9.5爲鹼性。台灣因為位於亞熱帶多雨區，土壤因為過度淋洗，有機質普遍偏低常表現出篇酸性土壤，而山坡地更是嚴重。
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各種作物雖然有其較爲適宜的土壤酸鹼度環境，但絕大部分作物在pH6～8的範圍生長良好。而土壤酸鹼度對養分的有效性有明顯的影響。例如磷以pH6～7.5有效性高，大於7.5時磷容易與土壤中的鈣結合成爲溶解度低的磷酸鈣，小於6時磷又容易與土壤中的鐵、鋁結合，成爲難溶的磷酸鐵、磷酸鋁。

% A5 h$ T! a- m4 s& L1 M- ^土壤中的微量營養元素鐵、錳、鋅、銅均以pH＜6.5的弱酸性到酸性條件下有效性高，只有鉬相反，在pH＞7.0以上的弱鹼性到鹼性條件下有效性高。而硼的有效範圍較寬。
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土壤有機質是氮、磷、硫和大部分微量營養元素的“貯藏庫”，也是土壤微生物的“食物”與“居所”。它對保蓄土壤水分，增加土壤陽離子交換量，改善土壤結構都有重要作用，還能對土壤酸鹼度的變化起緩衝作用。因此，人們往往把土壤有機質含量作爲評價土壤品質的一個綜合指標。

4 E: p! ]+ ]% R土壤生物，尤其是微生物，在土壤形成和發展過程中起重要的推動作用。對土壤圈的碳、氮、硫、磷等養分的生物循環是不可少的。植物根際土壤中的微生物數量和種群分布遠高於非根際土壤，對養分的有效性和吸收過程，對根系的生長和形態都有明顯的影響。有的細菌和真菌還與植物形成了共生體系，如豆科植物的根瘤，某些植物的外生菌根菌和內生菌根菌等。中興大學土壤系楊秋忠博士更證明土壤中微生物增加磷的有效性，並加以分離培養，特別命名為溶磷菌，添加溶磷菌於土壤中能有效改善磷肥吸收效益，有類似施肥效果，因此依邊變異微生物肥料稱之。

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本文已刊於：神農廣播雙週報244期（97年2月20日出版）