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(廿五) 设施栽培(大棚)土壤的特征与管理 一、设施栽培土壤的特征 设施栽培自1950年代后半页开始普及， 从1970年代开始急速增加。 设施栽培是在覆盖着， 玻璃或塑料布的， 室内培育作物， 因此也称为 “温室栽培” 。 在这种栽培方式下， 由于不会受到降雨的影响， 再加上全年的气温都保持偏高， 因此土壤环境 与露天栽培的土壤 截然不同。 设施栽培大多数使用当地的土壤， 但有时也会使用来自其他地区的客土。 尤其是人造水田， 更是使用了大量客土。 在以客土打造的栽培设施中， 由于建造初期受到大型机械的碾压， 导致耕盘形成， 有时会出现物理性的恶化。 一旦耕盘形成， 不只会使根部停止向下生长， 肥料养分更是会蓄积在耕盘上方， 阻碍作物根部的正常生长。 二、盐类的累积 设施栽培不会受到降雨的影响， 在一般的管理下， 灌溉量仅有终年降雨量的20%。 因此，肥料成分不断堆积。 几乎所有的设施栽培土壤， 都能看见氮、磷酸和钾的堆积问题。 露天土壤会因为降雨 而使得养分流失， 蓄积在下层。 但在设施里， 反而是下层的水分蒸发时， 将土壤中的水溶性成分， 带回表面， 让盐类堆积在表面。 这就是所谓的盐类堆积： 设施栽培土壤中水分的移动情况，与露天栽培土壤的对比。 （可点击查看清晰图） 当盐类不断堆积， 土壤的EC值（电导率）便会升高， 甚至使得作物枯死。
可能是土壤溶液的渗透压增加， 阻碍根部吸收养分， 对特定离子造成有害作用， 破坏养分的平衡状态。 这些问题会互相影响， 对作物造成损害。 堆积在设施栽培土壤中的盐类 （可点击查看清晰图） 三、过度施肥引起的气体障碍 由于设施内部， 与户外空气之间的气体交换， 受到阻挡， 同时又受到暖气的影响， 因此室内的气体组成， 与户外不同。 此外，设施大多采用大量肥料的栽培法， 有时可能产生由氨气， 与亚硝酸气体， 引起的障碍。 设施栽培中常见的气体害 （可点击查看清晰图） 土壤的pH值偏高时， 氨会气化，形成有害的氨气。 而在酸性土壤中， 亚硝酸氧化菌的活动力受到抑制， 使亚硝酸蓄积， 会形成亚硝酸气体。 由于氮的形态变化取决于硝化菌的活力， 故此种现象常见于刚完成土壤消毒， 微生物数量降低的农地。 四、设施栽培土壤的管理 在长期进行栽培的设施里， 经常出现盐类堆积与连作障碍。 要改善盐类堆积， 最基本的方法就是， 不施用石灰质的资材， 同时必须通过土壤诊断， 将盐基平衡维持在适当的状态 钙：镁：钾 = 5 : 2 : 1 若想积极地除去盐类， 可栽培高粱等， 可大量吸收养分的作物 (抑草作物）, 以吸收盐类。 栽培禾本科的作物， 也能防止连作障碍。 若想防止, 土壤病原菌引起的连作障碍， 则必须依赖土壤消毒。 土壤消毒剂是药效非常强的药剂， 但其缺点是不只杀死土壤病原菌， 连有益的微生物也都会一并杀死， 扰乱土壤微生物生态。 因此，土壤消毒后， 必须施用品质良好的堆肥， 作为供给微生物的来源。 另外一种泼洒热水的热水消毒法， 这种方法不但能杀死病原菌， 还可冲走蓄积在土壤中过剩的盐类。 设施栽培土壤的问题： 盐类堆积， 连作障碍 （可点击查看清晰图） (廿六) 水田土壤的老化 人， 会随着年龄的增长， 而逐渐衰老。 而土地， 若连续不断地栽培作物， 土壤的肥沃度会降低， 作物地收成量也会减少， 形成 “土壤的老化”。 土壤的老化， 主要是由于， 土壤养分流失所造成。 水田与旱田的老化， 机制和状态不一样。 本篇着重介绍， 水田土壤的老化。 水田土壤的老化过程 （可点击查看清晰图） 1. 老化（秋衰）的机制 有时会出现， 稻米在成长中期之前， 发育都很正常。 然而一旦进入， 幼穗形成期， 成长速度便开始降低， 造成因为稻米发育不良， 而歉收的情形。 由于这种现象出现在秋天收获期， 故称为“秋衰”。 这是为什么呢？ 水田土壤拥有淹水条件， 土壤呈现还原状态。 以铁、硫磺为中心， 展开物质变化。 在处于还原状态的土壤中， 不易溶于水的三价铁， 会转化为易溶于水的二价铁； 含有肥料与有机物的硫磺， 则会转化为硫化氢。 会与二价铁结合， 形成硫化铁， 因而变得无害。
硫化氢会不断累积， 影响稻谷根部的生长， 使得稻谷枯死。
在处于还原状态的土壤中， 更容易流失， 使土壤更加贫瘠。 容易老化的土壤和不易老化的土壤 （可点击查看清晰图） 2. 容易老化的土壤与不易老化的土壤 母材的不同： 由于各种元素的含量皆低， 因此容易老化。 安山岩或玄武岩等， 则富含各种元素， 天然供给能力强， 因此不容易老化。 透水性的不同： 下层为砂砾， 透水性良好的水田， 养分容易流失， 因此容易老化。 硫酸肥料的多寡： 铁就会被硫化氢溶解， 流向下层。 而缺铁的土壤容易老化。 3. 让老化的水田返老还童 使其“返老还童”。 (1). 利用富含铁、锰，黏土较多的土壤作客土。 (2). 进行翻土，使淋溶至表土下方的铁、锰等养分回到表土。 (3). 使用不含硫酸的肥料，同时施用含铁资材（如转炉渣等）。 (廿七) 旱田土壤的老化 1. 何谓旱田土壤的老化
随时处于还原状态的水田， 旱田土壤虽然没有铁、锰流失的问题， 但却会因为雨水， 而流失表土或养分， 使土地变得贫瘠。 对于花岗岩母材的土壤， 本来就缺乏栽培作物所需的养分， 再加上降雨， 钙、镁等盐基也容易流失， 因此土壤呈现酸性， 作物生长状况不佳。 旱田土壤的老化过程 （可点击查看清晰图） 大部分的作物， 在土壤呈现微酸性至中性时， 能顺利生长； 可是一旦土壤酸化， 作物根部的生长就会受到阻碍。 此外，酸性土壤会使磷酸变得不溶， 铝、锰等变得可溶， 使作物缺乏或过度吸收特定物质， 产生生理障碍， 而无法正常生长。 2. 酸性化的机制 促使土壤酸化的机制如下：
表面带有负电荷， 可吸附带有正电荷的阳离子。 适合作物生产的土壤， 土壤胶体会吸附盐基类 （钙、镁、钾、氨、钠等阳离子）， 使电位呈现平衡状态。 另一方面， 空气中的二氧化碳会溶于雨水中， 形成淡淡的 “碳酸水” H2CO3， 含有碳酸根离子CO32- 与氢离子 H+。 被土壤吸附的离子强度依序为：
氢离子便会， 使原本吸附于土壤胶体的盐基类脱离， 自己吸附在土壤胶体上 （离子交换，置换）， 因此土壤会逐渐酸性化。 此外，若大量施用硫酸铵等， 含有酸性离子的化学肥料， 或是使用含有酸性物质的水来灌溉， 也会让， 原本吸附在土壤胶体上的盐基类， 与氢离子置换， 促进土壤酸性化。 旱田土壤的酸性化 (可点击查看清晰图) 3. 酸性土壤的改良要点 土壤的酸性改良相对容易， 只要施用盐基质资材即可。 一般常用的是碳酸钙等石灰质资材， 硫酸镁等苦土资材， 或是含有上述两者的苦土石灰。
施用了苦土石灰， 氢离子便会置换钙离子、镁离子， 形成中性的胶体， 让pH值处于正常状态。 酸性土壤的矫正 (可点击查看清晰图) 不过，倘若一次施用大量石灰质资材， 土壤胶体便会过度饱和， 游离盐基增加， 使土壤变成碱性。 改良碱性土壤非常麻烦！ 所以，请注意切勿施用过多。 4. 酸性改良资材的施用量
会随着资材与土壤种类而异。 下表为一例。
若使用苦土石灰， 将旱田10a表土10cm的pH值， 由pH5提升至pH6， 在腐殖质黑火山灰土上， 必须使用280~380kg, 在冲积土上使用170~210kg， 若是砂质土则需90~140kg.
如果一次施用过多的石灰质资材， 作物可能会产生缺锰或缺铁的问题， 必须特别注意。 (廿八) 连作障碍 连作造成的地力降低 1. 什么是连作障碍？ 在同一片田地， 每年都种植相同的作物， 称之为连作； 自古以来， 只要进行连作， 作物的生长状态就会变差， 且容易感染病虫害， 产量与品质都会下降， 因此也称为“厌地”。 这就是连作对作物生长造成的灾害， 一般称为连作障碍。 连作障碍的原因包括：
连作障碍的程度， 因作物种类而异， 茄子、番茄、西瓜、豌豆等作物 较为严重， 菠菜、葱等则不易出现连作障碍。 若为了提高生产效率， 而将生产地集中、 打造大型设施， 那么具有高度商品性的作物， 势必会出现连作的情形， 此现象已是一个重要的课题。 2. 产生连作障碍的原因 （1） 营养不均，物理性或化学性问题
影响最大的， 就是作物过度吸收某些特定养分， 例如钾或钙等， 使得养分失去平衡， 同时缺乏微量元素。 微生物平衡状态收到破坏， 也是营养不均的主因。
此外，不断反复耕犁， 使得土壤的团粒结构遭到破坏， 也会对作物成长带来负面影响。
若想针对这些问题进行改善， 可以使用客土或进行土壤改良。 （2）相剋物质的蓄积 相剋物质一旦累积， 就会对作物根部带来生长障碍。 一般常见的为香豆素、苯酚、生物碱等。
可以改种其它作物， 或是施用品质良好的有机物， 增加微生物的活性， 分解肇因物质。 （3）土壤病原菌、害虫的增加 一旦进行连作， 有害的线虫、 镰刀菌等病原菌便会增加。
在将作物残渣及残根带离农地时， 若有促进病原菌生长的疑虑， 就必须进行土壤消毒。 3. 水旱轮作是最有效的对策 水旱轮作， 是在同一农地， 每隔三至四年， 交替种植水田与旱田的方法。 虽然在水源管理上有些难度， 但同时也具有许多优点。
土壤在水田状态时呈现还原状态， 在旱田状态时则呈现氧化状态， 微生物的种类也有所不同， 因此有望减轻旱田的连作障碍问题。 而旱田常见的养分蓄积， 在水田状态时则会流失， 亦可减轻影响。 有机物一般在水田会蓄积， 在旱田会分解。 将农地打造为旱田后， 在水田蓄积的有机物便会分解， 提供氮等养分， 促进旱田作物的生长。 不仅如此， 水田和旱田的杂草种类， 及生长条件皆不同， 故可降低杂草生长机会。 (廿九) 连作障碍的对策 - 轮作 其最有效的解决方法， 就是轮作。 在水田种植水稻时， 由于注入灌溉水， 土壤处于还原状态。 灌溉水提供各种养分。 到了高温季节， 淹水状态下的农地， 会出现许多藻类和小动物， 为土壤补充有机物。 而冬季排水后成为旱田土壤， 会呈现氧化状态。 这样反复处于干湿交替状态， 不会有连作障碍与地力消耗问题。 相对于此， 旱田的土壤始终处于氧化状态， 且连续栽培类似作物， 因此不断消耗地力， 容易产生连作障碍。 要解决此问题， 就必须进行轮作， 也就是以一定的顺序， 栽培不同品种的作物。 有时也在轮作之间穿插休耕。 在欧洲发展的轮作 发展得比较完善。 世界上最古老的轮作， 是栽培小麦， 隔年休耕的 “二圃式” 轮作。
二圃式轮作
此耕种方式又发展为 “三圃式” 轮作， 也就是将农地分为三区， 栽培秋播的小麦， 与春播的大麦， 同时让一块区域休耕， 以提升产量与地力。 在三圃式轮作中， 有时也会在一部分休耕地上， 种植三叶草，马铃薯或豆类等作物。
三圃式轮作 十八世纪末， 栽培饲料作物的 “诺福克式” 轮作， 在英国的诺福克郡普及。 诺福克式轮作， 是在春播的大麦， 与秋播的小麦之间， 种植豆科的饲料作物； 又在秋播的小麦， 与春播的大麦之间， 种植作为饲料用的根菜类作物 --芜菁。 这种耕作方法有两个优点： 其一是豆科的饲料作物， 会因为根瘤菌而使氮增加； 其二是饲料用芜菁， 会让表土变得更深。 此轮作不仅能栽培饲料作物， 更能提升地力， 增加产量， 为欧洲带来农业革命。
诺福克式轮作 现代日本发展的轮作 仿效欧洲的三圃式轮作， 以及诺福克式轮作， 在日本发展出新的轮作范例， 如下图所示：
日式轮作 混播豆科与禾本科牧草，在坡地上，还能帮助预防土壤流失。地上部分可作为饲料，剩下的根可补充土壤的有机物。 轮作的牧草， 采用豆科与禾本科混播的方式。 牧草能让土壤肥沃， 能让表土变得更深的作物， 也选用了更适合的， -- 萝卜。 萝卜能让表土变得更深， 因此能打造出富含养分， 且物理性良好的土壤， 使番茄成长状况良好。 水田轮作 过去有些地方的农家， 为了饲养用于农耕的牛或马， 会利用一部分水田栽种牧草， 作为饲料。 每隔几年栽培一次牧草， 便能得到稳定地收成。 在主要作物收成后， 利用下次播种之前的期间， 水田也可栽培莲花。 附着在莲花根部的根瘤菌， 能让土壤变得肥沃， 提升产量。 (三十) 过度施肥造成的障碍 1. 肥料养分蓄积的机制 一旦施行连作， 肥料成分必定会蓄积于土壤中。 这是因为施肥的肥料， 并不会完全被作物吸收。
肥料成分的流向 假设某种作物的施肥量为100， 那么作物大约会吸收： 70的氮， 20的磷酸， 以及80的钾。 剩余的养分则会堆积在土壤中。 在土壤里， 大部分的氮会被菌体吸收， 成为有机物； 磷酸则会与铁和铝结合， 变得不溶于水。 残留于土壤中的肥料成分， 并不会一次全部蓄积， 而是逐渐累积。 施用堆肥时， 堆肥所含的成分也会进入土壤； 在栽种生长速度较快的蔬菜类时， 为了提高收成量， 会经常施加过量的肥料。 养分过剩蓄积， 作物根部的生长就会停滞， 造成作物成长状况不佳； 而许多人为了解决这个问题， 又再施用更多的肥量， 如此陷入恶性循环。 2. 过度施肥造成的障碍 施用充分的堆肥， 土壤的缓冲功能便可提升； 在不施用堆肥的状态下， 如果持续进行高肥栽培， 地力便会明显衰落。 若氮肥料过多， 土壤就会蓄积大量的硝酸， 让土壤的pH值下降， 逐渐变成荒废地。 使用过量的氮肥， 还会造成气体害。 在旱田施用过量的尿素肥料， 便会在氧化状态下， 产生一氧化二氮及氨气。 （请参考往期讲座：土壤基础知识讲座(廿七) 旱田土壤的老化） 在水田施用过多的硫酸铵， 硫酸根离子会在还原状态下游离， 产生硫化氢气体。 （请参考往期讲座：土壤基础知识讲座(廿六) 水田土壤的老化） 3. 在设施栽培中累积得更快 露天栽培下， 氮和钾会随着雨水流失。 但在设施栽培中， 由于盐类不会因为雨水而流失， 因此堆积得更为迅速。 在设施栽培中， 过度施用的化肥中， 盐类不断累积， 使土壤变成高盐类土壤， 破坏微生物的平衡。 （请参考往期讲座：土壤基础知识讲座(廿五) 设施栽培(大棚)土壤的特征与管理） 盐类堆积， pH值在7以上的碱性土壤中， 会产生氨气； 硝酸堆积， pH值在5以下的酸性土壤中， 则会产生亚硝酸气体， 对作物造成伤害。 如下图：
设施栽培中过度施肥的害处 4. 如何防止养分过度蓄积 防止盐类堆积的方法， 包括减少施用量， 并夺取已经累积的养分。
营养过分蓄积的土壤的改善方法 减少施用量， 就是遵循土壤诊断的结果， 不进行过度施肥， 同时慎重选择肥料种类， 使用成分中不含硫离子的， 尿素或硝酸铵肥料。 此外，在施用有机物时， 也必须避免， 肥料成分较高的家畜粪堆肥； 只须适量施用， 肥料成分含量较低的， 混合树皮堆肥即可。 夺取养分， 指的是将作物的残渣带出农地， 更进一步种植高粱等， 可大量吸收肥料成分的抑草作物， 最后将这些作物带离农地。 紧急的时候， 可以进行淹水除盐， 也就是大水漫灌， 将肥料成分冲走。 |
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