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土壤的排水和灌溉

從生產的觀點來說,土壤水分管理是一項重要的工作。為了保障產 量和品質,適當的水分和肥分的供給要互相配合才能夠達到好的效果。

水分管理必需考慮多方面且複雜的因素,包括氣象條件、土壤條件、作 物條件以及栽培技術條件等等。

對作物而言,水是不可或缺的物質,為了維持氣孔的開度進行光合 作用,必需蒸散足夠的水分以應付大氣對水氣平衡的需求。大氣是水分 的需求面;需水量決定在氣候條件。晴朗、乾燥、風大的日子需水量就 大,相反的需求量就小。

根系要能夠接觸到水源才可以吸收水分,根在土壤中分布的深度、

密度和吸取水分的能力,以及土壤傳輸水分到根系的能力,是決定能否 提供足量水分的主要因子。整個水分傳輸的體系簡單的描述就是:大氣 的需求-果樹的狀態和特性-土壤貯水庫的供水能力。以每日的水分平 衡來說,維持土壤適當的水分張力,例如在20 和 50 分巴之間,讓根很 容易吸收水分,再以灌溉補充當日的蒸發散損失,就可以完全保障作物 不缺水。

另一方面根系細胞必需要有足夠的氧氣來呼吸,才能維持它的生存

與活力;相對於水分的補給,排除根系中過多的水分以便空氣流通也十 分重要。土壤供水(灌溉)與排水為土壤水分管理的主要內容。

過多的雨水若短時間內無法由地表排除,表層土壤和大氣之間氣 體的交換則將受阻。排髓良好的果園 ,4 小時頻率的降雨量被要求在 4 小時內排除。

地表浸水容易發生在地形平坦的大區域內。因此,平地要從事區域 性的排水規劃工作;一旦有水堵在田間排不出去,受損必將嚴重,只有 從改善排水系統來解決。

雨水滲入土壤是必然的也是必需的。土壤構造的好壞決定水分進入 的速度。粗大孔隙多的表土,水分滲入土壤就快,因而可以保留較多的 雨水,降低地面水流。然而一場大雨可能很快地就將一、二十公分的表 層土壤孔隙全都充滿了水,空氣被排除在土體之外。土壤內部排水,就 是水分向下排除速度的快慢,決定土壤是否能夠很快地自在地呼吸換 氣。土壤必需空出足量的孔隙讓空氣流通;一般來說,土壤要有它本身 體積百分之十以上的孔隙,是空的不含水分的,土壤才有連續的通氣管 道,可以和地面上新鮮的空氣流通換氣,讓根呼吸。若是通氣受阻,根 系缺氧,根部吸收的能力就會降低。

雨後,若是天氣即刻轉為晴朗時,水分蒸散的需求突然變大,而根 卻因雨水未能馬上排除,暫時性缺氧,無法吸收足量的水分,就會有缺 水的情形發生。若是浸水時間過長,土壤呈現還原狀態還會損傷根系。

土壤內部排水良好與否,由土壤剖面(垂直方向)的孔隙特性決定。

土壤內可以由肉眼看見的孔隙或裂隙,就是屬於能夠迅速排水的粗大

(通氣)孔隙。這種孔隙中的水受土粒吸附的力量小,地心引力就可以 把它移動向下。

土壤剖面中存在土磐或犁底層等密實的土層,是排水不良的主要因 子。過於密實的土層,根很難進入,土層中生物的活性就低;良好的土 壤構造就不容易形成。改善的方法就是(1).利用深耕或翻土的方式將其 破壞。(2).深耕性的作物或綠肥要被安排在耕作系統中,作物殘體也要 妥善的留置在田間,以維持土壤的有機質含量。(3)改善化學性質,像 是適當的酸鹼度、鹽基含量和肥料濃度等。一般是將這三個方法同時或

交互使用。改善密實土層後,根可以自由生長在土層中,因而將有機質 和生物活性帶入。如此,富有粗孔隙、疏鬆、構造良好的土壤容易形成。

地下水位過高的地區需要利用暗管排水來降低地下水位。農地因為 地勢低,而讓四週的水不時地匯入,這種情況導致的水患,則可以利用 截洩溝來阻擋排除多餘的水。然而,也需考慮是否值得花費大筆金錢來 做排水改善的工作。

土壤水分管理除了排水之外還有灌溉。當作物根部吸收的水量不足 蒸散作用所需時,作物的生長和乾物質的累積就受到影響。植物體乾重 約 90%為來自光合作用產生的。影響光合作物最主要的因子是水分。

當輕微缺水時,氣孔無法全開,氣孔通導度降低,光合成作用快速降低,

此時蒸發量較葉面氣孔全開時低。中度缺水時光反應酵素受到抑制光合 作用再次降低。輕度缺水或中度缺水,均可以經由供水而恢復正常。嚴 重缺水時,光合成速率的降低是一種不可逆的反應,主要是細胞內膜系 統遭受破壞。

缺水量與作物產量之關係相當複雜。大體而言,可以依作物分為四 類:

1.經濟產量佔有機物的大部份,例如牧草、蔬菜及莖梗纖維作物,當 用水量達需要的全蒸發散量時,產量最高。

2.經濟產量為一化學性組成物,僅佔植物有機物之一小部分,例如奎 寧和橡膠,用水量略低於全蒸發散量時,雖然生長受到抑制,但有 助於異化作用,產量最高。因此橡膠樹收穫前適度之缺水,雖然使生 長減低百分之二十,但乳汁產量反而增加百分之四十五。

3.經濟產量以碳水化合物為主之儲存器官,例如根莖作物,成熟期適 量的土壤水分不足,可以增加糖的含量。

4.經濟作物為生殖器官,例如花果或種子。用水量和產量的關係最複 雜,一般而言開花期不宜缺水,但不同生育時期用水量對產量有不 同之影響。

同樣缺水,在作物不同生育時期發生缺水現象將導致不同程度的產 量減損。以結球甘藍為例,初期生長緩慢時,水分缺乏對產量的減損較 低,此時作物因缺水而沒有達到可能的最大蒸發散量,受影響的產量僅

是輕微的損失。然而在後期生長快速時,若同樣的缺水狀況發生,產量 損失會是初期缺水的 2 至 3 倍。玉米葉片生長時期若是缺水其對產量的 影響僅是花期和米粒灌漿時期缺水的 1/5。果樹對缺水的反應更為複 雜。適當缺水可以抑制枝梢生長、減少梢次降低整枝修剪的次數及成 本,但也可能因為枝梢生長之不足影響開花及果實生長的潛能。斷水乾 旱常用來控制開花,改變營養生長至生殖生長。然而花期、著果期、幼 果期及果實肥大期必然是需要足量的水分,否則降低產量及果實大小,

不符合經濟效益。成熟期土壤水分可以稍微降低用以提高果實甜度。

極度乾燥的土壤中,水幾乎可以說是被鎖死的。另一種極端則是,

土壤孔隙完全充滿了水,水本身的狀態則和自來水管裡面的水,沒什麼 差別;此時,水可以由高處向低處流動。介於極度乾燥和飽和之間的土 壤水分,是能流動但同時又被土壤吸附的,土壤愈乾水愈不容易流動,

也較不容易被作物吸收利用。

可以藉由重力將水排空的連續性大孔隙,稱為通氣孔隙;它的直徑 大於 60 微米(60µm=0.06mm),剛好肉眼可以看見。通氣孔隙以外其餘 小孔隙中的水,受到較大的吸附力,向下傳導的速度極慢,被認為是可 以貯存在土體的水分。

被吸附的土壤水分,常常用張力(負壓力)來表示它的狀態,例如 50 公分、100 公分、1000 公分水頭的土壤水分張力。也可以用-bar(負 巴)來表示,-1bar 等於 1020 公分水頭。另或是用水頭的對數值(pF)來 表示, pF 2 表示 100 公分水頭,pF3 則是 1000 公分水頭。下表是土壤 水分狀態的幾個參考數值,pF 值愈高土壤愈乾。

土壤水分狀態 水分基勢 (bars)

水頭 (cm)

pF 土壤水飽和(或近於水飽和) -0.001 1.02 0 自由排水後水分(田間容水量) -0.05 51 1.7 接近正常生育水分含量上限 -1 1020 3.0 接近永久凋萎水分下限 -15 15300 4.2 土壤的蓄水能力,是根域範圍內能夠保留的水分量。足量的降雨或

灌溉後,經過充分時間排水(砂土、壤土類 24 小時,粘壤土、粘土類 48 小時)土壤的水分大約是-0.05bar 到-0.1bar 範圍。空氣中自然乾燥 的土壤大約是-22bar。兩者之間水分含量的差就是土壤能夠貯藏的水 量。然而作物最易有效利用的水,張力範圍只在-1bar 以內。因此,保 持水分在-0.1bar 至-1bar 的張力範圍內水分最容易吸收利用。果樹類 的開始灌溉基準點大多訂定-0.5bar 或-0.6bar。另外為促使花芽分化 或其他異化的生長,水分逆境(乾旱)是控制的手段之一。

淺層土壤、砂土或根域中存在大量石礫的土壤,透水性大而保水性 小,可以利用客土、添加有機資材等方式改良土壤的保水性,然而改善 保水能力和改善排水一樣,花費大需要專業的評估。應該就近尋求研究 改良機構中的專家做規劃再來執行。