酸性土壤改良.doc

强酸性土壤之改良陈仁炫国立中兴大学土壤环境科学系教授土壤调查试验中心主任酸性土壤的改良对策酸性土壤对大部分作物而言，会产生抑制生长及造成品质变劣的现象。一般而言，曾被推荐在适应或改良酸性土壤的方法，包括：一、栽种耐酸作物或嗜酸作物以及筛选耐酸的品种许多育种专家曾成功的筛选及育出能适应低土壤pH、低肥力或耐铝和锰毒害的作物品种。若直接在酸性土壤转种这些作物，则可摒除石灰、肥料和其它土壤改良剂的施用及相对人力的付出。唯此种方式并非十分经济，它可能造成下列的弊端：(1) 广泛的栽种耐酸作物，将造成市场供需的失调。譬如，若包括坡地，本省强酸性土壤(pH 5.5)占总面积的52左右，假使都集中栽种某些耐酸的作物，如茶、菠萝.等，则可预知，市场的供需将因而失调而导致茶价及果价贱农的悲惨下场。(2) 能耐酸、耐低肥力的品种，通常产量都不高。若欲得到高产及高品质的目标，则仍需仰赖石灰及肥料的配合施用。二、加重肥料的施用：酸性土壤普见肥力低下的问题，欲满足栽种之作物生长需求，唯有加重肥料的施用，然而加重肥料的施用并非一劳永逸之计，因它的效果只能维持一段时日，时间过后必需再度补充肥料，如此一来除了增加人力及财力的负担外，还要赔上土壤变酸以及肥料污染环境的代价。三、客土从别处搬运非酸性的土壤，客在原有土壤表面或和原有土壤混合，似可减轻土壤酸害的问题，但是客土可能造成以下的缺点也不容忽视：(1) 运费及人力需求大，尤其是大面积的客土改良工作，客土法甚不经济也不易行。(2) 客土于土壤表层，只能改善表面客土层的问题，如果栽种深 根性的作物，当作物的根系延伸至客土层下，则酸性问题仍然存在。(3) 不适宜的客土，可能造成更大的问题；如客土中含有大量毒物质，或所客之土壤与原有土壤孔隙间的差异可能造成排水不良的后果。四、施用有机质肥料有机质含量偏低的现象在强酸性土壤甚为普见，添加有机质肥料以增加强酸性土壤有机质含量亦有助于土壤物理、化学和生物性的改良。不但如此，有机质肥料的添加亦具有提升强酸性土壤pH的功效，而禽畜粪堆肥的施用对强酸性土壤地力的增进效应更为显着。鸡粪堆肥的pH通常较高(有些甚至pH值高于8.0)，甚适合使用在强酸性土壤。笔者近年来致力于研发适用于强酸性土壤之高磷堆肥，目前的结果显示，高磷堆肥的施用不但能提升强酸性土壤的pH，且能降低土壤对磷的固定能力，避免作物缺磷的弊害，并增进作物的产量和养分吸收量。五、石灰质材的施用将碱性的石灰质材施入土壤以提升土壤pH，同时间接地增进土壤中养分的有效性及有益微生物的活性，为所有酸性土壤改良方法中最经济实惠者，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，深受资材的品质、施用量、土壤pH缓冲能力、施用方法及施用时期的影响。(一) 石灰质材的选择(1) 化学组成：石灰资材的品质可由其中和土壤酸度的能力来评估，而此中和效果又由石灰资材的化学组成之碱度和粒径分布(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粉的相对碱度来表示，其中相对碱度愈大者，中和酸度的潜力也愈大，所需施用量亦愈少(表三)。石灰资材中所含阳离子和阴离子的种类为决定碱度高低的决定因子。一般而言，石灰资材遇水行水解时，若产生强碱及弱酸者，其中和酸度的效果最佳(如生石灰、消石灰)，而产生强碱及强酸者，其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列表于下：优良阳离子优良阴离子Ca2+、Mg2+CO3=、O=、OH-、SiO3-不良阳离子不良阴离子Na+SO4=、Cl-简言之，由石灰资材中阳离子和阴离子之配对，可了解石灰质材之优劣，兹按中和土壤酸度效果高低将石灰资材分类如后：优等次等劣等石灰石粉(碳酸钙)、生石灰、消石灰、苦土石灰、氧化镁、氢氧化镁、泸渣氯化钙、氯化镁、硫酸钙、硫酸镁、碳酸钠、氢氧化钠硫酸钠、氯化钠以经济及对土壤保育的观点来衡量，我们应该选择使用优良的石灰资材来进行酸性土壤改良工作。(2) 细度一般而言，石灰资材愈细者在单位体积内可发挥中和酸度效应的表面积愈大，所以效果愈佳。如粒径小于0.25毫米(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0.85毫米者，中和能力为小于0.25毫米者之60%，而粒径0.85 1.70毫米者则仅为10%左右。(二) 常用石灰质材的特性任何质材具有下列两特性者：(1) 含钙或镁及(2) 可中和土壤酸度，提升土壤pH值，均可称为石灰质材。常见的石灰质材可归纳为四类：1. 碳酸盐类(Carbonate)碳酸盐类的石灰质材为使用最广且易取得之石灰质材，且其价钱较低及处理较方便。(1) 石灰石粉(Calcite)，俗称石灰，来自于天然的石灰石矿床，为最常用的石灰质材。主为CaCO3。(2) 白云石粉(Dolomite)，俗称苦土石灰，除含CaCO3外亦含MgCO3，价钱比石灰石粉稍贵，但降低土壤pH的速率比石灰石粉慢，唯其含有Ca和Mg，故较适用于镁含量低的强酸性土壤。本省强酸性土壤常出现作物缺镁的征状，故含镁之苦土石灰似乎比石灰石粉为佳之土壤改良剂。(3) 泥灰(Marl)为粘土，钙和镁碳酸盐及贝壳残留物的天然混合物。(4) 牡蛎壳粉，为纯CaCO3组成，为沿海地区之产物。2. 氧化物(Oxide)此类质材为粉碎之石灰石粉或白云石粉于高温炉或熔炉中经碫烧过程中石灰石粉或白云石粉中之CO2将而因被驱除，而形成纯的氧化钙(CaO)或氧化镁(MgO)。此类石灰质材之分子量较低，且提升土壤pH的速率较快，故若以相同用量来评估时，此类质材为所有石灰质材中效果最佳者。氧化钙(CaO)，俗称生石灰，溶解度比石灰(CaCO3)大，因此提升土壤pH的效果较快，然而生石灰的制造成本比石灰高，售价相对也较高。除此之外，生石灰因会吸湿及产生高温，故在施用上并不方便，所以较少被推荐使用于改良上。3. 氢氧化物(Hydroxide)此类质材系由CaO或MgO加水而形成之Ca(OH)2和Mg(OH)2。氢氧化钙Ca(OH)2俗称熟石灰，同样具有粉末状，反应快和处理不便之特性，且生产成本比石灰石粉高，在农地改良上不常被使用。4. 副产物(By-Products)许多采矿、炼钢、加工和制造过程的副产品亦具有石灰的特性而可当作石灰质材被使用，如炼钢厂之炉渣，燃煤工厂之飞灰和底灰，糖厂，磨石厂和纸厂之石灰污泥.等等。由于此类副产品常含杂质且成分变异较大，故除了中和酸度的能力较低，因而提升土壤pH的效果不如上述三类石灰质材。同时，有些副产物含有不利于土壤和作物生长的物质，故在使用副产物当石灰质材时，一定要先了解及确认该质材之全部化学组成。炉渣为炼钢过程中的副产物，本身即为含钙或镁的石灰质材，其碱度虽不及石灰石粉及苦土石灰，但炉渣另含有磷、硫、铁、锰等作物生长所需的植物养分，为其优点之一，只要施用合宜，亦可达资源回收再利用的目的。(三) 石灰资材的施用量在决定施用量之前应先了解欲种植之作物的生长适宜pH范围，再以提升土壤pH至该pH范围的中间值附近为目标。石灰需要量受土壤性质的影响甚大。同样是pH4.6 的两块农地，如果要施用石灰使土壤pH提高到5.5，两块地所需要的石灰量未必相同。此乃因为我们一般所测出之pH值，只代表存在于土壤溶液中氢离子的浓度(称为活性酸)，而我们施石灰所需中和的酸，除了活性酸之外，尚需包括存在于土壤胶体上的氢离子或铝离子(称为潜性酸)，而此些潜性酸主要是吸附在粘粒和有机质上，所以一般而言，有机质含量及粘粒含量愈高的土壤，表示其阳离子交换能量愈大，因此石灰需要量亦愈大。石灰需要量的多寡，代表欲提升该土壤pH至某一目标pH值时，所需要施用的石灰量。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，其中以直接培育法较为准确但也较耗时，而其它方法所需的时间虽然较短，但其适用性常因土壤性质不同而异。一般而言，我们可藉助以下的简则来决定土壤的石灰需要量(公吨/公顷，改良20公分土层厚度)。pH砂土及壤质砂土砂质壤土壤土坋质壤土粘土有机土4.5增至5.50.71.21.82.83.78.25.5增至6.51.01.72.43.54.78.5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公分为目标，若要调整更深的深度，则必需乘上比例因子。假如以20公分为调整目标的石灰需要量为公顿/公顷，则调整目标为60公分时，其石灰需要量应为：80/204(公吨/公顷)。一般而言，除了栽种钙需求量大的作物(如花生)外，施石灰提升土壤pH的目标，矿质土壤以pH 6.0，矿质与有机质复合土壤以pH 5.5、而有机质土壤以pH 5.0即可，因为在此pH值下，铝与锰毒害已减轻至甚低，同时石灰需要量可减少甚多且最经济可行。换言之，除非土壤pH值低于5.5 ，则可暂时不考虑施用石灰，但每年需重新测定土壤pH，若土壤pH低于5.5 则需补充石灰。同时，改良的目标应为全层改良，除非是栽种浅根性的作物，如蔬菜、草皮.等，否则不可只改良表面20公分，最佳之改良深度应随作物根系的深浅而定。农友们若想了解您的田地所需之石灰需要量，可委托各区农业改良场，农业试验所或中兴大学土壤调查试验中心测定，并告知您所栽种之作物名称，则可获得石灰需要量及施用准则的推荐方法。(四) 石灰资材的施用法由于石灰资材的溶解度不大，在土壤中的移动速度不快，所以应藉助耕犁之农具将石灰与土壤均匀的混合，以发挥其最大的效果。石灰资材可在作物收获后与下栽种前的任何时间施用，但需注意的是，土壤具有pH缓冲能力，所以石灰施用后，土壤pH并不是立即调升至我们所盼望的目标，而是逐渐上升。若栽种多年生作物，则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，以让石灰有充分时间发挥其效应。如果土壤只是微酸性或作物对酸性并不是很敏感的话，则石灰施用期靠近种植期也无妨，若欲栽种对酸度敏感的作物(如高粱、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)则需在栽种前一年施用石灰，使土壤pH有足够时间调升，否则难见改良效果。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极短，所以使土壤和石灰资材充分混合乃十分重要。完全靠表面撒施，仅能改善表土数公分内之酸度，对深根作物而言难见改良效果。若欲改良底土的酸度可利用下列方法：(1) 直接将石灰深施