文章專區

Take Home Message
• 種植茶葉時用到的「黑肥」為氰氨基化鈣，高氮的肥料能支持茶樹葉片生長，提供與茶湯香氣與滋味有關的胺基酸、多酚類等成分。
• 植物生長發育過程中有17種必要元素，當這些元素充足供應，植物才能維持正常生長。除了碳、氫、氧以外，其他14種元素皆須由土壤提供。
• 施用肥料雖然能幫助植物的生長，但過度施肥也會對環境產生諸多負面影響，如作物減產、土壤酸化、食安、礦物與地球及環境資源用盡等問題。

去（2021）年11月開播的公視時代生活劇《茶金》講述了民國40年代新竹北埔地區的茶產業，戲中也演出當年興建的臺灣第一家化肥廠，製造出的化肥可以施用到當地茶園土壤，改善茶樹生長並增加茶葉的產量與品質。而這邊提到的「化肥」，其實是指茶樹生長過程中會施用的「氮肥」。

由於茶樹屬於高氮（N）需求的作物，氮除了是支持茶樹葉片生長的主要來源，還構成了貢獻茶湯香氣與滋味的胺基酸、多酚類等成分，以及促進這些化學成分合成的因子，且許多研究都顯示了氮肥施用與茶湯品質有顯著的正相關。而劇中的化肥廠主要生產俗稱「黑肥」的氰氨基化鈣（calcium cyanamide，又稱氰氮化鈣），利用本土礦場生產的灰石（calcium carbonate，即碳酸鈣）加熱製成生石灰（calcium oxide，即氧化鈣），並以電石爐加熱就能生產出劇中所說的「需從國外進口的『電土』⸺碳化鈣（calcium carbide）」，接著只要將電土加入氮氣就能製成可供農民使用的黑肥。

肥料學是一門複雜的學門，牽涉到肥料的種類與性質、製作與保存、肥料施用後養分在土壤中的環境流布（environmental fate）〔註〕與根系吸收養分的方式，以及養分間的拮抗與協同作用。因此在選擇肥料時，必須將前述提及的重點作為經濟成本與田間管理的考量，例如劇中的氰氨基化鈣具有強吸濕性，在儲存過程中容易有氮素損失與變質的問題；此外，氰氨基化鈣在遇水後會產生對植物有害的氰胺（cyanamide），因此須在施肥後一到兩週再播種，不過氰氨基化鈣的毒性也可用來防治病蟲草。氰氨基化鈣製作需要許多電力且具有危險性，如同劇中所演示。因應科技的發展，現今農業生產過程中，農民對於肥料的選用擁有更多的選擇，也期待在此文中，能讓大家對「化學肥料」與「肥料中的化學」有更進一步了解。

肥料與植物的必要元素

在談化學肥料前，須先了解肥料、土壤肥力，以及植物營養間的關係。肥料是農業生產過程中的重要資材，根據《肥料管理法》第三條的定義，肥料是「供給植物養分或促進養分利用之物品」。也就是說，肥料是施用於土壤中或植物地上部，能提供植物生長所需的養分，改善土壤性質並增加土壤供給植物養分的條件，進而提高植物產量及品質的有機或無機物質。因此，施肥一方面可提供植物養分，又能維持或增加土壤肥力（soil fertility）。

儘管土壤中供應植物生長的養分主要以化合物型態存在，但植物所需的僅是其中的元素成分。西元1939年，美國植物生理學家阿農（Daniel Arnon）和美國植物化學家斯托（Perry Stout）對植物的必要元素（essential element）提出了三個較精確的標準：

1. 該元素具有必要性，當缺乏該元素時，植物的生長、代謝、繁殖等生命循環（life cycle）會受到限制。
2. 該元素具有不可替代性，僅能以該元素支持植物的生長，不能以其他元素替補。
3. 該元素在植物新陳代謝過程或是酵素組成中是作為直接的關鍵性角色，具有特定的生理功能。

目前已知的植物生長發育過程有17種必要元素，代表在這些元素的充足供應下，植物才能夠維持正常的生長。……【更多內容請閱讀科學月刊第631期】