1、問題土壤改土技術及方法一、前言  對永續性農業之生產會產生物理或化學性障礙的土壤，吾人稱之為問題土壤。基于自然氣候環境的造就，農事耕作，人為疏忽及外來重金屬毒物質的移入，全球問題土壤的面積有逐漸增加的趨勢。為了紓解人口增加所帶來食糧需求上升的壓力，問題土壤面積擴大的避免以及問題土壤的改良開發，實為刻不容緩之事。  本省面積雖小，唯因氣候環境，母質種類，以及地形植生的變異大，故所造就的士類甚為繁多，然因肥方狀況普遍不佳，實有賴于肥料及土壤改良劑的添加以滿足作物對養分的需求。一般而言，土壤的酸度，鹽分，土壤密實，排水不良，及重金屬污染為本省主要限制作物生長的土壤因子，故本省主要

2、問題土壤可歸納為(1)強酸性土壤;(2)鹽害土壤;(3)排水不良土壤或壓寶土壤;(4)重金屬污染土壤;(5)砂質土壤及(6)臺灣粘土六大類。本文將針對上述六類問題土壤的障礙所在及改良對策分別論述于后:二問題土壤之改良對策1.強酸性土壤1.1問題所在:    本省地處熱帶與亞熱帶，由于高溫多雨，土壤淋洗強烈，再加上集約耕作，土壤中之鹼性陽離子被作物攝取量大，以及產酸肥料的長期大量使用，使得本省土壤酸化情形甚為普遍。根據調查顯示，本省酸性耕地土壤面積占全耕地總面碩的65-75%，而其中屬強酸性者(pH<5.5)則占28%,另本省100公尺以上，1000公尺以下坡

3、地中，強酸性者即占76%,由此可見，強酸性土壤實為本省最大宗的問題土壤。植物所需養分約有效性深受土壤pH的影響，進而影響作物的生長和品質。強酸性土壤普見低肥力及潛在毒害物質等問題而抑制作物的生長。簡而言，強酸性土壤不適作物生長的原因可歸納如下:(1)鐵，鋁和錳溶出量太多而造成對作物的毒害。(2)有機質的礦化作用受阻，而減少養分的釋出(如氮、磷、硫及其他微量元素)。(3)磷的固定能力增強，而降低磷的有效性。(4)鹼性陽離子(Ca,Mg,K等)易遭淋失，故可供作物利用的鹼性陽離子含量低，尤其易造成鎂缺乏的現象。(5)鉬溶解度低，而抑制需鉬參與之固氮作用及硝酸還原作用的進行。換言之，氮素同化作用將受

4、阻。(6)作物根系生長受阻，因而降低養分及水分的吸收。(7)部分微量元素(如銅，鋅和硼)易因強烈淋洗而流失，致發生微量元素缺乏的現象。1.2改良對策    在所有會被推薦在改良強酸性土壤的方法(如石灰資材施用，耐酸作物的栽培，客土，加重肥料添加等)中，以石灰資材的施用為最經濟實惠者，故本文將專注于此改良方法的介紹。石灰資材的施用對強酸性土壤改良之效果，深受資材品質，施用量，土壤pH緩沖能力，施用方法，及施用時期的影響。1.2.1.石灰資材的品質    石灰資材的品質可由其中和土壤酸度的有效性來評估，而此中和效果乃由石灰資材的鹼度及粒徑

5、分布(或稱細度)來決定。石灰資材在中和土壤酸度的潛力往往以石灰石份的相對鹼度來表示。相對鹼度愈大者，中和酸度的潛力愈大，所需施用量亦愈小(表一)。資材的粗細亦影響中和酸度的效果，一般而言，愈細者，單位體積內其可發揮中和效應的表面積愈大，所以效果愈佳。如粒徑小于0.25mm(即可通過60目篩孔者)中和能力最高(指數為100)，粒徑介于0.25至0.85mm者次之(指數為60%)，而粒徑0.85-1.70mm者再次之(指數為10%)。石灰資材的優良與否，吾人可由下列方法評估之:   (1)資材之化學組成中陽離子和陰離子的種類:    &#

6、160; 一般而言，石灰資材遇水水解時，產生強鹼及弱酸者，中和酸度的效果最佳如CaO,Ca(OH)2，而產生強鹼及強酸者，中和效果將大打折扣(如石膏)。茲將優良及不良之陽離子及陰離子的種類列表于下: (2)資材之ECCE(Effective calcium carbonate equivalent)之測值。ECCE愈大，酸度中和效應愈大。其中ECCE=CCE 細度因子 1.2.2.石灰資材的施用量      在決定施用量之前應先了解欲栽種之作物生長適宜pH范   圍(表二)，嗣以提升土壤pH至該適宜pH范

7、圍內的中間值附近為目標。石灰需要量受土壤性質的影響甚大，一般而言，有機質含量及粘粒含量愈高的土壤，亦即陽離子交換能量(CEC)愈大的土壤，石灰需要量愈大。石灰需要量的決定方法甚多，包括直接培育法及緩沖pH測定法(如riginal SMP, Improved SMP, Original Woodruff, Improved Woodruff, Adam-Evans, Mehlich buffr pH methods)，其中以直接培育法最為準確但耗時，而其他方法所需時間較短，但其適用性常因土壞性質不同而異，一般而言，吾人可藉助以下的簡則來決定石灰的需要量(公噸，公頃，20公分土層厚度)。 

8、; 石灰需要量乃以欲調整一公頃土壤之目標深度來估算，一般多以20公分或30公分為目標。若欲調整更深的深度，則需乘上比例因子，如以20公分為調整目標的石灰需要量為A公噸/公頃，則調整目標為60公分，其石灰需要量應為Ax60/20=3A(公噸/公頃).2.3.石灰資材的施用法   由于石灰資材的溶解度不大，移動性亦不大，是故應利用于耕犁之農具將之與土壤均勻的混合，以發揮其最大的效果。若栽種多年生作物，石灰與土壤的混合必需在播種前完成，同時盡可能遠離播種期，以讓石灰有充分的時間來發揮其效果。如果土壤只是微酸性或作物對酸性并不是很敏感，則石灰施用期近于種植期地無妨，唯栽種對酸度敏感

9、的作物(如高梁，苜蓿，甜菜，萵苣，茼蒿，芹菜，菠菜，花椰菜，洋蔥，蘆筍，絲瓜，洋香瓜，青椒等)則需先在栽種前一年施用石灰以調整土壤pH。  石灰施用一般都采用表面撒施后再犁入土中，以求目標深度內的土壤盡可能與石灰接觸。一般石灰資材在土壤剖面中之垂直移動距離不遠，所以使土壤和石灰資材充分混合乃十分重要，如果完全靠表面施撤，則僅能改善表土數公分內的酸度，對深根作物而言難見改良效果。若欲改良底土的酸度可利用下列方法:(1)直接將石灰或石灰懸浮液灌入底士;(2)表面施用石膏(CaSO4 2H2O):石膏中的Ca2+移動較一般石灰快，而可置換底土膠體上之毒性鋁，或藉由SO4-與Al3+形成毒性

10、較低的AlSO4+，以減輕底土之鋁毒害;(3)大量施用Ca(NO3)2:其中Ca2+將隨NO3-下移至底土，屆時作物吸收NO3-的量將大于Ca2+，因此植物根系將釋出OH-或HCO3-是故將提升根圈附近土壤之pH值。2.鹽害土壤2.1.問題所在   凡土壤因所含水溶性鹽類濃度過高，而造成土壤物質變壞及作  物生長不良者，稱之為鹽害土壤，或稱為鹽分地。臺灣雖位居濕潤地帶，唯因旱雨季分明而雨量又過于集中，且濱海地區風大雨少灌  溉又不足，加上溫度高，水分蒸散量大于降雨量，故水分在土層之往上移動大于往下滲透，因此土壤鹽類逐漸累積而造成鹽分地。 本省據

11、調查目前鹽分地面積約25,000公頃，近年來由于引進荷蘭 式地下排水技術，約有3000公頃已獲改良。由于濱海地區養殖魚塭面積的擴大，使得臨近之農地發生鹽化者亦隨之增加。動物排泄物的施用不均，高鹽分灌溉水的引用，設施農業之欠缺自然淋洗等等作用，均助長鹽害土壤的面積。   鹽類累積過多，對土壤性質及作物生長將產生不良的影響,如:(1)磷鉀和大部分微量元素的有效性降低,(2)含鈉多土壤構造差除了不利于耕作外，土壤之通氣性和透水性均將降低，因而不利作物生長,(3)灌溉水，地下水或土壤孔隙中水含鹽分愈高，其所產生的滲透壓也愈高，因而不利于植物根系的水分吸收，故植物常出現缺水的癥狀。&

12、#160;2.2.改良對策鹽害土壤的改良原則有四:(1)降低地下水位;(2)改良土壤剖面透水性;(3)增加水分的移入;(4)阻絕鹽分的來源。簡言之，除了外來鹽分的避免外，洗鹽乃為鹽害土壤改良最重要的工作，洗鹽(De-salinazation)即利用足量之高品質水源，將根附近之鹽分淋洗至下層，再利用排水設施予以排除。鹽害土壤的改良，可藉助下列的方法:()改良土壤排水狀況   鹽害土壤往往因土壤團粒構造的破壞，干時表面常成結皮，濕時又泥濘，因而水分往下移動受阻，同時土面蒸發量又大，致鹽分逐漸累積。降低地下水位及改善排水狀況可減少土面蒸散及鹽分聚積現象。本省鹽分地大多屬于海濱新沖

13、積土，土壤的堆積層理甚為發達，常有質地粗細不一的土層夾雜存在，因而阻礙淋洗水的往下移動，因而影響洗鹽的效果。若不均土層離地面四、五十公分內，則可利用深耕機予以破壞，但若深達六十公分以下則必需仰賴怪手(挖土機)來加以翻挖，不過并非所有土層問題均可用翻土方法來解決。鹽分地的改良以往均采明溝排水的方式，然因地勢低平，外部排水往往并不順暢，尤其遇到下雨時，水位快速上升致無法利用降雨之自然淋洗，因而降雨大多成為表面逕流，洗鹽效果因此大打折扣。同時，明溝排水之溝深必需有相當大的邊坡(1:1以上)，且需時常疏浚，如此土地面積損失多，維護費用高。另一種利用暗管方式的排水系統則無上述明溝排水之缺點，且可利用機械

14、耕作，暗管排水由于排水流線降低，其能被淋洗脫鹽的土層比明溝方式深。(2)灌溉制度的建立  許多鹽害土壤包括鹽土(saline soil)，鹽鹼土(sodic-saline soil)和鹼土(sodic soil)均發生于干早的地區，該地土面蒸散量大于降雨量，故欲利用淋洗方式洗鹽，則有賴于灌溉方式以供應足夠的水分。實施灌溉制度的先決條件為土壤的排水狀況必須良好，同時灌概水的品質需良好，如果灌溉水中含鹽分高則灌溉會造成反效果。(3)施用土壤改良劑  土壤滲水性可藉助膠體上鈉的減少及鈣和鎂的增加來增進。有些化學物質的施用可(1)直接提供鈣以置換膠體上之鈉;(2)提供酸或產酸物質(

15、如硫酸或硫磺)而助于鈣從石灰中之釋出;(3)降低水中之碳酸氫鹽(bicarbonate)的量，因而改善土壤的物理性質。石膏，硫磺，或硫酸為最常用之鹽害土壤改良劑，且石膏和硫酸方可將之溶入灌溉水中，藉灌溉水之施用而改良土壤。(4)阻絕外來鹽分的移入  (1)利用截流溝渠，將臨靠農田之魚塭，水塘或大排水溝之合鹽   水流切斷收集后排出去。  (2)修筑堤防，避免海水倒灌而造成的全面性漫淹。  (3)在海岸及靠海地區之耕地，種植防風林以攔截鹽分。  (4)避免使用含鹽分高之灌溉水源。(5)施用有機質  添加作物殘株，綠肥，污泥，廄

16、肥或堆肥，可直接或間接的改善土壤的物理狀況，而增進透氣性及滲水性，且可避免分散的土壤因重型農機的操作而發生壓實的現象。污泥，廄肥中合鹽分比作物殘株及綠肥多，所以在改良鹽害土壤上，似乎以作物殘株及綠肥較為適合。(6)種植抗鹽性之深根作物，如黑麥，三葉草，大麥，大豆，草莓，小麥，紫花苜蓿等(7)栽種蔓性覆蓋作物，以減少水分的蒸散，阻止鹽分上升。3.排水不良或壓實土壤3.1.問題所在   排水不良與土壤壓實為限制根系伸展的兩大主因。土壤排水是否良好，可由40-150公分深度范圍內土壤顏色來判別，當其中任何一層的土塊出現銹斑就是排水不良的征狀。灰斑(色度<=3，色值>=

17、4)常與銹斑同時出現。灰斑的出現會妨礙植物根系的伸展與健康，致使根系對養分的吸收能力弱，對肥料的需求量(如氮、鉀、鈣、鎂)也較大，同時容易造成養分不平衡及病蟲害的感染。本省沖積平原出現灰斑層的情形十分普遍，因而成為限制作物生長的主要原因。壓實土壤常出現排水不良的現象，且壓實土壤常有犁底層，硬盤或脆盤的出現，使得該處總體密度過高而限制根系的向下伸展。一般而言，總體密度大于1.4g/cm即構成對根系的抑制現象。3.2.改良對策(1)打破壓實層   壓實層的存在不但抑制作物根系的往下伸展，同時造成排水不良的現象，是故改良壓實土壤首要之途即在打破此壓實層。打破壓實層可采用深耕的方式

18、，然于深耕會使上下土層混合，是故必需加上足夠的肥料，以提升整層土壤的肥力狀況，若在強酸性土壤則需配合石灰及白云石粉的施用。深耕可增進土壤的滲水性，但在排水不良的土壤，深耕并不適合，因排水不良土壤通常出現在地勢較低洼地區，深耕不但無法降低地下水位，反而使翻松的表土在大雨成灌溉后儲存更多的水分，反而需要更多的時間來排除。(2)排水設施的建立   利用明溝或排水暗管方式，增進水分的往下移動而降低地下水位，其中又以暗管排水方式效果最佳，(3)添加有機質   有機質的密度一般為1.4g/cm3，比土壤中礦物質的2.65- 2.70g/cm3小了甚多，添加有機質于土

19、壤有助于降低土壤的總體密度，亦可降低土壤的壓實程度。(4)施用石灰資材   石灰石粉，滑石粉，白云石粉或生石灰曾被用來改良壓實土壤。石灰資材的添加具有穩定土壤，使土壤絮聚及減輕耕耘及收獲時重型車輛輾壓所造成的壓實程度。(5)添加含聚電解質(polyelectrolytes)的土壤改良劑   許多聚電解質的改良劑如IBMA, VAMA, HPAN, 和Krilium被證實具增進團粒構造及抵抗土壤壓實的功效。此類物質的功效可維持數年之久，唯價錢并不便宜，利用它們來改良壓實土壤，需投下甚巨的資金。(6)栽種具打破壓實層能力的作物   許多文

20、獻及研究報告指出紫花苜蓿(alfalfa)，草木樨(sweetclover)和瓜爾豆(guar)的根系生長時具打破壓實層的能力，而有利于后作的生長，所以吾人可利用輪作系統先種植上述作物改良壓實層后，再種植目標作物。(7)引入或增進蚯蚓的繁衍   蚯蚓在土層中之鉆動可使壓實層出現通道，而有助于土壤的通氣性，透水性，同時蚯蚓所排泄之糞便亦有增進土壤團粒構造的效果。據報導地球上大約有1800種蚯蚓，其中以Lumbricusterrestria和Allolobophora caliginosa及Eisenia foetida三種蚯蚓在改善土壤壓實的效果最佳。L. terrestri

21、a活動的范圍從土壤的表面到2公尺深處;A. caliginosa較喜歡生長在表面30公分的范圍內，如果該范圈內溫度變得太高或太低，A.Caliginosa會往更深的土層鉆動。E. foetida種蚯蚓主要的貢獻在于釋出有機肥料。4.重金屬污染土壤4.1.問題所在   近年來由于國內經濟的高度發展，土壤受重金屬污染的報導時有所聞。據統計本省約有5.63%的耕地表土重金屬含量有偏高的現象，且有0.09%的耕地已遭嚴重的污染，其中以桃園基力和高銀化工排放水的鎘已嚴重污染觀音鄉和蘆竹鄉農地之事件最廣為人知。重金屬在土壤中不易移動及分解，且持續性久，一但土壤遭受重金屬污染則不易復原。

22、土壤若受重金屬污染將使微生物活動受到限制，養分的有效性及根系對養分的吸收均將降低，進而影響作物的生長和品質。若作物吸收及累積過多的重金屬，則對食用之人畜健康亦將產生莫大的危害。4.2.改良對策   土壤中重金屬的來源計有:母質，空氣沉降，肥料，農藥，有機廢棄物(包括動物廄肥及污泥)及無機的污染物。一旦農地遭過量重金屬污染，除了廢耕之途外，可藉由下列方法來改良之: (1)藉由酸劑或鉗合劑來淋洗已受污染的土壤，唯需避免污染地下水層。這種方法雖然可以減少土壤中重金屬的總量但亦可能增加生物有效性之重金屬的量。 (2)施用石灰質材使pH至中性，以減低重金屬的生物有

23、效性。這種方法乃最廣范被引用者。 (3)添加有機質于土壤以增進土壤對重金屬的吸附能力，以減少自由態重金屬的濃度。 (4)栽種非食用性的作物，或在受輕微污染的土壤中，栽種重金屬累積能力低的作物，或栽種觀賞性之花卉樹木，以避免人畜的食用。(5)在水稻田或可形成水塘或沼澤的田地，藉淹水方式制造還原狀態以降低重金屬的生物有效性。(6)移去已受污染之土壤，或在污染土壤上鋪以一層未污染之土壤，唯需確定根系不會伸展至已遭污染之土層，且毛細作用及蒸散作用不會攜帶可溶性的重金屬至根系附近。此處理方法之費用太過龐大，且對大面積之非淹水農地而言并不易行。(7)利用客土或翻土的方式以稀釋單位體積內

24、土壤重金屬含量。土壤一旦遭受重金屬的污染，雖可藉上述方法來改良，唯其效果仍然有限，最重要的治本方法乃在于阻絕及嚴控重金屬污染源的侵害。 5.砂質土壤5.1.問題所在   砂質土壤中粘粒含量低，陽離子交換能力小，且土壤中大孔隙多，所以常見肥力低及保水力差的缺失。本省深層砂質土壤主要衍生于頁巖及砂巖沖積土的粗顆粒沉積物，且分布在西部海岸附近，面積大約為四萬公頃，其中大約有二萬一干公頃為農業生產用。在雨季或全年有適當灌溉的情形下，此砂質土壤可栽種花生，甘蔗及甘藷，唯此類土壤常出現許多物理及化學的障礙，加保水，保肥方低，透水性太強，本身肥力低，再加上風勢大，所以作物的產量

25、普遍都低。5.2.改良對策   風大的威脅，可由廣植防風林來減輕之，而砂質土壤本身的障礙則有賴下列方法來改良: (1)灌溉系統的設立  砂質土壤保水力差，在干旱季節水分的逆境常為作物生長的限制因子，因而有賴適宜的灌溉制度來輔助。噴灌(Sprinkerirrigation)為砂質土壤改良上最經濟且水分利用率最高的灌溉制度，其改良效果可如下表窺知:表三噴灌系統對干旱季節砂質土壤之作物生長影響 (2)在底層埋設排水障礙物  在砂質土壤的下層鋪設柏油或塑膠布類之物質，將有助于抑制或減少水分的往下運動，因而可增進砂質土壤的保水力及作物產量:&#

26、160;(3)添加細質地土壤  外地或下層深度的細質地土壤，可用來增加砂質土壤的保水力。利用客土方式從外界引入細質地土壤對小區域的改良尚稱實用，唯要施行于大面積則將因運費的高昂而顯得不夠經濟。利用翻土的方式將下層細質地土壤與粗質地土壤混合，亦不失為一良方。Harper和Brensing(l950)曾在奧克拉荷馬州的砂質土壤上進行深耕翻土工作以改善保水力差的問題，在未實施深耕翻土前表土的砂粒含量為86.8-94.8%，粘粒含量為2.7-3.7%，當耕犁深度為25-40公分時表土含砂量降低為64.5-82.5%，而粘粒含量增為10.3-17.7%。表土粘粒含量的增加，相對的將增加表土的保

27、肥力及保水力，故有助于作物的生長。(4)添加有機質材  基于有機質材本身保水力很強，所以在砂質土壤添加有機質材對土壤保存有效水予作物利用的能力的增進甚有幫助。Unger(l975)指出每增加1%的有機質(體積比)，約可增加1,8%的植物有效水(指田間容水量和凋萎點問的水分)。欲求在一公頃之表土30公分范園內增加1%的有機質含量大約需要45噸約有機質材，此數量遠高于一般作物年產之殘株量，所以必需借助于外來的資材。在小面積栽培上，此法也許可行，唯欲大面積的進行改良，恐甚費時費力。6臺灣粘土6.1問題所在   在本省西南部平原的中間地帶，存在約20,000公頃無法農用的

28、沖積土，此類土壤的特征為全層均含高量的粘粒，且在耕犁層下出現粘質硬盤，遇雨泥濘，干時會龜裂，吾人稱之為臺灣粘土臺灣粘土在淹水狀態栽種水稻可得高產，然在干旱狀態，士壤易龜裂且結成硬塊因而不利于旱作根系的生長。6.2改良對策 (1).添加土壤改良劑(如0.07%VAMA)，有機質肥料(0.5-O.l%干物重)深耕(40-50公分深)和引入石膏(0.15%)曾被證實能有效的改善粘土的物理性及增進綠肥和甘蔗的產量，唯在大面積的改良上仍屬昂貴而不大實用。 (2).在土層中客砂，以稀釋粘粒含量，改善土壤物理性，此方法被證實為改良臺灣粘土最理想且效果最長久者。臺糖公司的試驗結果顯示，將砂引入18公分深處對甘蔗產量的增進效果最佳，且原本壤質粘土的甘蔗田經此處理后，質地變為砂質壤土，而更利于甘蔗的生