文章專區

2015-07-01土壤強心針 547 期

Author 作者陳仁炫/美國普渡大學農學哲學博士。專長為土壤肥力、植物營養與肥料、土壤管理和農業廢棄物資源再利用。第34 屆全國十大傑出農業專家。現為中華肥料協會理事長、中華永續農業協會副理事長。

我們的米飯、蔬菜、水果等大多數的食物，都來自於長期耕耘的農業。農業生產不只仰賴氣候、技術與人力，還需要地利的配合。然而，許多地區的土壤常因缺乏養分而使得作物生長不良，此時須使用肥料以補充不足的植物養分，並提高作物產量和品質。據調查，在美國的作物生產中，約30~40%可歸因於肥料的貢獻，而在發展中國家，肥料對作物生產的貢獻甚至可高達50~75%。

在綠色革命中，肥料扮演著非常重要的角色，但有些農民認為肥料用量多者，作物一定長得較好，而往往忽視「報酬遞減率」的法則；該法則明確告訴我們，作物產量增加的弧度乃隨肥料用量的增加而遞減的。傳統的農業通常只追求作物的高產，而忽視因大量而不正確的施肥對環境（空氣、水和土壤）所產生的負面衝擊。有關不合理的施肥所造成資源的浪費，經濟的負荷及空氣，水和土壤環境等的品質劣化的報導不時可見，嚴重者甚至威脅人畜的健康，故肥料合理使用廣被呼籲及推動。合宜的肥料管理方式，不但可提昇作物的產量及品質，提供適合作物生長的健康環境，進而減少肥料、生長素及殺蟲劑之施用，同時可避免土壤生產力的衰退及對環境的衝擊。

肥料使用的開端

肥料使用最早可追溯至古代的埃及、羅馬及巴比倫人，甚至早期的德國人也有使用礦物質與糞肥，以提高農作物產量的紀錄。在1730 年代，英國政治家湯森（Viscount Charles Townshend）首次研究英國法蘭德斯地區的作物輪作系統，因此獲得「蕪菁湯森」的稱號。在19 世紀，梅耶（Johann Friedrich Mayer）則透過實驗證明施用石膏對農業的助益。

德國化學家李比希（Justus von Liebig）對於了解植物養分上，有著卓越的貢獻。他強調無機礦物質對於植物營養的重要性，其成果深深影響了後來農業的發展。1840年，他發表〈化學在農業上的應用〉（Chemistry in Its Application of Agriculture），指出氮、磷、鉀三種植物成長不可或缺的元素，從此開啟了農業工業化之路，因此被稱為「化學肥料工業之父」。

李比希像。(Wiki)

臺灣肥料的發展

在早期的臺灣，農民通常使用糞肥或者剩餘物資作為農作的肥料，然而隨著人口發展，經濟提升，糧食需求也因應提高。傳統肥料已不敷使用。

臺灣化學肥料工業始於日治時期，當時在基隆即有設廠生產磷酸鈣的紀錄。光復後，為幫助農村復甦，於民國35 年成立臺灣肥料股份有限公司，此後便有更多民營工廠投入肥料生產，農業生產自此蓬勃向上。近年來，臺灣走向精緻化農業，為維護和增進土壤的品質和生產力，優質之有機質肥料的生產和應用成為永續農業的重要利器，甚至發展出所謂的微生物肥料，不只供給植物必要的養分，同時還能保護土壤與環境。

施肥與空氣

在自然環境中，可分為大氣圈，土圈，岩石圈，水圈和生物圈，彼此息息相關。當我們為了滿足人口激增的食物需求，將肥料施入土壤後，土圈的品質將因而改變，若肥料中部分養分經揮失進入空氣中，將影響氣圈的品質，而肥料中部分養分若經淋洗或表土逕流進入水體後，亦會改變水圈之品質，是不容忽視的。當然，肥料的施用對周遭環境之空氣，土壤及水質的影響，究竟是正面的或負面的效果，仰賴肥料施用是否合宜而定。

若不合理施肥，對空氣會產生多種效應。首先會產生有害的氣體，加劇肥料中的銨揮散而產生氨氣（NH₃），不但會汙染空氣，且會破壞人體組織及造成眼睛，耳朵及呼吸道的傷害；在脫氮作用下，肥料會釋出溫室氣體N₂O，N₂O 會加速臭氧層的破壞，提昇地球溫度；而使用禽畜糞、廚餘、腐臭汙泥或未腐熟之禽畜糞堆肥常會散發出臭味，施用於農地後易危害作物的生長及汙染周遭環境並降低空氣品質，不利於人體之健康。

相反來看，適當施肥將獲得許多回饋。大氣中含有約20% 的O₂ 和0.03% 的CO₂，CO₂ 和O₂ 間平衡的破壞將導致氣候的異常（如溫室效應）及生態環境的改變。適當的施肥可刺激及促進作物的生長，由於作物生長愈好及體型愈大，則可利用愈多的CO₂ 和釋出愈多的O₂，有助大氣中的兩者平衡的維持。

另外，科學家們曾證明土壤中的麴黴屬和青黴素屬的真菌，有助於消耗空氣中的一氧化碳（CO），而這些微生物在養分充足的土壤中特別的豐富。CO 對人體健康的威脅並不比CO₂ 低，而每年人類所製造的CO 可達約2 億噸，藉著上述兩種微生物的代謝作用可達到淨化空氣的效果。同時，肥沃的土壤亦有吸收工廠所排放的二氧化硫（SO₂）和硫化氫（H₂S）和其他空氣汙染物的功能。

施肥與水質

無論施用那一類型的氮肥，在土壤中終將轉換為NO₃^-，而NO₃^- 在土壤剖面中易淋入地下水而汙染地下水。水源中如含高量NO₃^-易造成藍嬰症，尤其對嬰兒及不滿6個月之幼兒之危害最大。飲用水中NO₃^- 之含量不得超過10 ppm，尤其在靠近水井和水源保護區內，及質地粗的土壤絕對不可過量施用氮肥。

若地表水或地下水中存在過多磷酸鹽，則易造成水質優養化作用。磷在土壤中不易流動，通常都聚集在施肥點附近，若在坡度陡或水土保持不良之土壤表面施用磷肥，則磷易隨表土流失或表面逕流而進入地面水體中，因而使藻類大量的滋長並大量消耗水體中的氧氣，致危害水中生物，破壞水中生態的平衡。

在施肥適當的情形下，作物根系將呈健康及發達的狀態，因而可吸收移動至根群的養分。同時，作物的根系伸入土層愈深或長得愈密集者，保住可溶性養分的能力愈強，致進入地下水的養分將減少而能減輕地下水的汙染。

水體優養化有害水中生物的生長和生態的平衡。( 作者提供)

施肥與土質

肥料雖然提供植物營養，但也同時具有改變土質的效應。如產酸肥料（酸性肥料或生理酸性肥料）若大量且長期的施用會造成土壤的酸化，使得土壤品質變差及作物的生長受抑制。相同地，產鹼肥料也可能造成土壤鹼化。另外，過度使用可溶性鹽類含量高的肥料或含電導度（EC）高的禽畜糞堆肥（如牛糞堆肥），會使土壤EC 值變高，而破壞土壤團粒構造，致土壤通氣性和排水性變差。在動物性廄肥或堆肥及由汙泥製成之堆肥中，常含有過量的重金屬。因此過量使用時，會造成土壤之重金屬累積，而危害人畜及作物的健康和土壤的品質。

相反地，若能適當使用肥料，則生長在養分充足之土壤中的作物，會具有濃密且健全的地上部和根系。發達的根系可協助保住土壤而減少表土流失。同時，發育良好的地上部，可阻絕雨滴或噴水對地表土壤的沖擊。同時，肥料中的陽離子（如鈣和鎂）具促進土粒絮聚而增進土壤團粒構造的功能。合理施用有機質肥料，除可增加土壤的保水和保肥力外，亦有改善土壤物理性及生物性的功效。

施肥過量造成設施栽培之鹽害。( 吳正宗博士提供)

合理化施肥

臺灣推動合理化施肥已逾數十年，除考量作物與環境品質外，肥料補貼負荷的減輕亦為重要的考量因素。由於化學肥料的原料幾乎全由國外進口，而原料價格之上漲，使得政府在肥料補貼的負荷加劇。增進肥料利用率可降低化學肥料的使用量，無形可減輕政府和全民的負擔，故肥料合理化施用的推動益形重要。

1988 年，施用適當的肥料，施用適當的量，施肥適當時機及施至適當位置的觀念逐漸成形。2009 國際肥料工業協會（International Fertilizer Industry Association, IFA）草擬全球「4R」養分管理的架構，並在國際植
物營養研究所（IPNI），加拿大肥料研究所（CFS）等機構的共同協助下建構「肥培最佳管理策略」（Best Management Practices, BMPs）。包含增進肥料的利用率、提昇作物的產量和品質及減輕肥料進入水源而汙染環境的風險。BMP 的永續性觀念係兼顧經濟、社會和環境，此與傳統僅考慮作物產量和收入的施肥作法，有著很大的差異。

錯誤施肥方式造成作物生長不良。( 吳正宗博士提供)

避免不必要的施肥

在含某養分已甚高的土壤，再添施該養分肥料，實屬不必要，因其對作物增產之效應甚微。然而不必要的施肥或過度的施肥在臺灣甚為常見，一來是因為農民為了確保不會發生養分缺乏的弊害，二來則因不知哪些肥料該增施？哪些肥料該減施？以致於盲目的參考別人的施肥量，殊不知土壤肥力狀況因地而異，肥培管理亦該因地制宜。微量元素肥料的施用，尤應小心，因作物對微量元素的需求量少，且其缺乏與過量間的濃度範圍甚窄，很容易因過量施用而造成肥傷。