施用肥料對種植紫錐菊後之土壤性質的影響

(一) pH 值

土壤的 pH 值會影響土壤微生物活性、植物的生長、養分吸收以及肥料的有 效性，土壤的 pH 值可做為判斷土壤肥力的重要指標之一。由於試驗前土壤 pH 值為 4.7 (表一)，而紫錐菊適合生長於 pH 值介於 6-7 的弱酸性土壤中，且偏酸性 土壤氮的有效性較低，故所有盆栽皆加入六克碳酸鈣調整土壤 pH 值至約 6.0，

以硝酸鉀作為基肥。圖三為紫錐菊移植後 150 天和 180 天，不同肥料處理對土壤 pH 值的影響。在移植後 150 天，Chem 1-Chem 3 處理之土壤 pH 值與控制組比，

有顯著降低，其中 Chem 3 處理之土壤 pH 值最低 (4.8)；在移植後 180 天，Chem 2 處理 (5.3) 和 Chem 3 處理 (5.1) 之土壤 pH 值與控制組 (5.5) 比，也顯著較 低。此外，不論是移植後 150 天或 180 天，土壤 pH 值隨化學肥料的施用量增加 而下降；有機質肥料處理 (Org 1-Org 3) 皆與控制組無顯著差異，並高於化學肥 料處理。有機質具有許多官能基，其氫離子解離帶負電荷 (主要帶電位置為 COO^-)，如同多質子弱酸，能緩衝土壤 pH 值在一個很寬的範圍，能維持土壤 pH 值 (Bohn et al., 1985)。有機質肥料中所含的鹽基性離子，也有緩衝土壤 pH 值的 作用，稱為石灰效應 (liming effect) (陳，1995；Whalen et al., 2000; Doan et al., 2014)，因此，施用有機質肥料之土壤 pH 值高於施用化學肥料之土壤。所有處理 之土壤 pH 值在移植後 180 天皆高於 150 天，此結果與長期施用尿素作為氮肥會 導致土壤 pH 值下降不一致 (Bouman et al., 1995)。此結果應是由於土壤 pH 值下 降至五以下時，微生物的活性降低，而礦化作用會受到抑制 (Curtin et al., 1998;

Kemmitt et al., 2006)，此則與邱等 (2012) 研究結果一致。

圖三、不同肥料處理對土壤 pH 值的影響

Fig. 3. Effect of different fertilizer treatments on soil pH. Error bars represent standard deviation (n = 4), and the different letter(s) indicate significant differences within treatments of the same sampling day at P ≤ 0.05 by LSD test.

b

bc c

a

a

a a

x

y

z

x x x x

4.0 4.4 4.8 5.2 5.6 6.0

Chem 1 Chem 2 Chem 3 Org 1 Org 2 Org 3 Control

pH

Treatments 150 DAT 180 DAT

(二) 土壤飽和水溶液電導度

圖四為紫錐菊移植後 150 天和 180 天，不同肥料處理對土壤 EC 值的影響。

顯示在移植後 150 天所有處理土壤 EC 值比試驗前者 (表一，1.2 dS m^-1) 高，且 土壤 EC 值隨化學肥料施用量增加而增加，在 Chem 3 處理有最高值 (3.6 dS m

-1)；化學肥料處理 (ChemChem 3) 之土壤 EC 值皆比有機質肥料處理 (Org 1-Org 3) 高，控制組之值最低 (1.1 dS m^-1)。在移植後 180 天，除了肥料施用量高 的處理之土壤 EC 值較高 (Chem 3 和 Org 3，EC 值分別為 1.5 和 1.4 dS m^-1)，其 餘處理之土壤 EC 值皆下降至低於試驗前之土壤，EC 最低值出現在控制組 (0.7 dS m^-1)。因 150 天至 180 天並未再施用任何追肥，顯示紫錐菊在開花期大量吸收 土壤中的養分或是因澆灌到置土壤鹽分的流失，唯有在高劑量肥料處理才能補充 土壤的鹽分。此外，施用化學肥料之三種處理下降的比例 (58-67%) 比施用有機 質肥料 (44-50%) 大，應是因為化學肥料較易被被植物吸收，而且有機質肥料則 又可再被礦化所致。土壤溶液中鹽分含量會受土壤中鹽類、肥料種類、施用量及 灌溉水的影響，一般藉由土壤飽和水溶液電導度 (EC) 判定。一般而言，其值愈 高表示養分含量愈高，但 EC 值大於 4 dS m^-1，造成土壤溶液具高滲透壓，不利 於一般不耐鹽植物 (glycophytes) 吸收水分與養分，影響植物生長。

圖四、不同肥料處理對土壤 EC 值的影響

Fig. 4. Effects of different fertilizer treatments on soil EC. Error bars represent standard deviation (n = 4), and the different letter(s) indicate significant differences within treatments of the same sampling day at P ≤ 0.05 by LSD test.

bc

ab

a

cd cd

bc

xy xy d

x

xy

xy

x

y

0 1 2 3 4

Chem 1 Chem 2 Chem 3 Org 1 Org 2 Org 3 Control EC(dS m-1 )

Treatments 150 DAT 180 DAT

(三) 土壤有機質含量

圖五為紫錐菊移植後 150 天和 180 天，不同肥料處理對土壤有機質含量的影 響。不論在移植後 150 天或 180 天，化學肥料處理與控制組皆沒有顯著差異，但 比試驗前土壤之有機質含量 (表一，55 g kg^-1) 低，表示試驗中土壤有機質被分 解；而有機質肥料處理皆顯著高於控制組。唯有 Org 2 及 Org 3 處理之土壤有機 質含量比試驗前之土壤高，因此，可知 Org 2 及 Org 3 處理之有機質肥料施用量 可以補充土壤被分解的有機質，維持土壤品質。不同採收天數，所有處理之土壤 有機質含量差異不大，表示 30 天內有機質分解量少。雖然土壤有機質僅佔土壤 的一小部分，但對土壤物理、化學、及生物性質有很大的影響。有機質可以提高 土壤陽離子交換容量、保水容量與增加土壤的緩衝能力，以及穩定土壤團粒構造，

並提供大部分土壤微生物的能源和碳源；此外，土壤有機質經過分解後，可提供 植物養分 (主要為氮、磷及硫)，為緩效性養分貯池，因此，土壤有機質含量為土 壤品質的重要指標之一 (朱，1984；Bohn et al., 1985)。

圖五、不同肥料處理對土壤有機質含量的影響

Fig. 5. Effects of different fertilizer treatments on organic matter concentration of soil.

Error bars represent standard deviation (n = 4), and the different letter(s) indicate significant differences within treatments of the same sampling day at P ≤ 0.05 by LSD test.

c c c b

a a

z yz xy x c

w w

yz

0 15 30 45 60 75

Chem 1 Chem 2 Chem 3 Org 1 Org 2 Org 3 Control OM (g kg-1 )

Treatments 150 DAT 180 DAT

(四) 總氮

圖六為紫錐菊移植後 150 天和 180 天，不同肥料處理對土壤總氮濃度的影響。

顯示不論在移植後 150 天或 180 天，所有處理的總氮含量皆高於控制組。在移植 後 150 天，所有處理與試驗前的土壤總氮含量 (表一，2.5 g kg^-1) 相差不大，但 控制組下降至 2.1 g kg^-1，顯示施用肥料補充土壤減少的氮量，而土壤在試驗過程 中損失大量的氮，可能原因為植物吸收。氮氣在大氣中佔約 77%，但植物無法直 接利用空氣中的氮，植物所能利用之土壤氮主要來自生物、大氣中放電及工業的 固定。土壤氮來源有肥料、作物殘體、有機質、灌溉水和雨水攜來之有效氮，以 及微生物自空氣中固定之氮 (fixed form)。在氮循環 (nitrogen cycle) 中，氮會以 被作物吸收、排水、淋洗移出或揮發作用 (volatilization) 而損失。在移植後 180 天，Org 2 和 Org 3 的總氮含量 (2.5 和 2.6 g kg^-1) 顯著高於化學肥料處理 (Chem 1-Chem 3)，可歸因於有機質肥料處理施用的氮較多及其需經過微生物的分解，

才能轉變為植物可利用的形式，緩慢地釋出氮。植物能利用之形態主要為硝酸態 氮與銨態氮，銨態氮又會被黏土礦物固定，或是被細菌轉變為硝酸態氮，並易淋 溶損失。銨離子 (NH4+) 能於黏粒晶體與腐植質表面被吸附，土壤有機質為土壤 氮的重要貯藏室，因此，土壤有機質愈高，土壤之氮的蓄存量也愈高 (朱，1984)。

圖六、不同肥料處理對土壤總氮濃度的影響

Fig. 6. Effects of different fertilizer treatments on total nitrogen concentration of soil.

Error bars represent standard deviation (n = 4), and the different letter(s) indicate significant differences within treatments of the same sampling day at P ≤ 0.05 by LSD test.

b b

ab ab a a

y xy y xy c

w wx

z

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

Chem 1 Chem 2 Chem 3 Org 1 Org 2 Org 3 Control Total N (g kg-1 )

Treatments 150 DAT 180 DAT

(五) 無機態氮

圖七為不同肥料處理對土壤無機態氮濃度的影響。顯示在移植後 150 天，所 有處理組之土壤的無機態氮皆高於控制組，且化學氮肥處理高於有機質肥料處理，

並隨化學氮肥和有機質肥料施用增加而提高。移植後 180 天，化學氮肥處理下降 約 105 至 150 mg kg^-1，有機質肥料處理下降約在 68 至 90 mg kg^-1間，控制組下 降 37 mg kg^-1。一般而言，無機態氮約佔土壤總氮的 2-3%，大部分是由硝酸態氮 和氨態氮構成，為植物可利用之氮源 (黃，2014)。本試驗在移植後 150 天土壤無 機態氮佔總氮比例，在化學氮料處理 (Chem 1-Chem 3) 介於 6.2-9.5%，有機質肥 料處理介於 3.9-5.2%，控制組為 2.2% (Org 1-Org 3)；移植後 180 天土壤無機態氮 佔總氮比例，在化學氮料處理介於 2.3-4.3%，有機質肥料處理介於 0.8-1.9%，控 制組為 0.5%。有機質肥料需經過微生物的分解及礦化，將有機態氮轉變為無機 態氮，才可供植物吸收，因此，有機質肥料處理之土壤無機態氮濃度會低於化學 肥料處理。

圖七、不同肥料處理對土壤無機態氮濃度的影響

Fig. 7. Effects of different fertilizer treatments on inorganic nitrogen concentration of soil at 150 and 180 DAT. Error bars represent standard deviation (n = 4), and the different letter(s) indicate significant differences within treatments of the same sampling day at P ≤ 0.05 by LSD test.

Chem1 Chem2 Chem3 Org1 Org2 Org3 Control Inorganic nitrogen (mg kg-1 )

Treatments 150 DAT 180 DAT

(六) Mehlich Ⅲ可萃取磷

圖八為移植後 150 天和 180 天，不同肥料處理對土壤 Mehlich Ⅲ可萃取磷濃 度的影響。顯示不論在移植後 150 天或 180 天，磷在三種不同施用量之化學肥料 處理間無顯著差異。土壤中磷主要是來自於化學肥料、廄肥、植株殘體及天然有 機磷以及無機磷。本研究之化學肥料處理僅在基肥中施加磷酸二氫鈣，且三者基 肥施用量皆相等 (0.30 g P plot^-1)，因此，可知施用尿素作為追肥，不會影響土壤 中可萃取磷的含量。由於有機質肥料本身含有磷 (Org 1、Org 2 及 Org 3 處理分 別施用 0.31、0.62 及 0.93 g P pot^-1)，故有機質肥料的施用量增加，土壤可萃取磷 含量也隨之增加。不論在移植後 150 天或 180 天，除了控制組的可萃取磷含量 (79 和 74 mg kg^-1) 比試驗前之土壤 (表一，87 mg kg^-1) 低之外，其餘處理皆較 高，可知施肥可以彌補土壤的磷，以維持地力。磷在土壤溶液中大部分以磷酸根 的形式存在，其形態會受到 pH 值的影響，在酸性環境下主要是以 H2PO4-存在，

在鹼性環境則是以 HPO42-為主。土壤中的有效磷會由固定作用、灌溉水的淋洗，

以及作物吸收而減少；而土壤中之生物殘體、有機磷的礦化作用，肥料添加以及 土壤風化皆能增加土壤有效磷的含量。此外，移植後 150 至 180 天，土壤中的有 效性磷並未降低，但由圖十八可知植物在開花期會大量吸收磷，顯示本研究之土 壤的有機質被分解產生有效性磷的速率，可補充被植物吸收、經灌溉流失、或是 再度被固定的磷。

圖八、不同肥料處理對土壤 Mehlich Ⅲ可萃取磷濃度的影響

Fig. 8. Effects of different fertilizer treatments on the Mehlich Ⅲ extractable phosphorus concentration of soil. Error bars represent standard deviation (n = 4), and the different letter(s) indicate significant differences within treatments of the same sampling day at P ≤ 0.05 by LSD test.

c c c c

b

a

d

y y xy x

w

v

z

0 50 100 150 200 250

Chem 1 Chem 2 Chem 3 Org 1 Org 2 Org 3 Control M-ⅢP (mg kg-1 )

Treatments 150 DAT 180 DAT

(七) Mehlich Ⅲ可萃取鉀

Mehlich Ⅲ可萃取之鉀、鈉、鈣、鎂、鐵、錳等元素含量可作為土壤中這些 養分的有效性指標，因 Mehlich Ⅲ萃取劑之酸、鉗合性物種與有機陰離子均可增 加陽離子的萃取量。鉀在土壤中約 90%以上存在於原生礦物中，僅 1 至 2%是立 即對植物有效的。鉀與氮及磷合稱肥料三要素，許多濕潤溫和的溫帶地區之土壤 不能提供足量的鉀給作物，可施用石灰或其他石灰物質至酸性土壤中，灰分的鹼 度及其鉀含量皆可改善缺鉀之土壤。部分土壤中的層狀矽酸鹽礦物會吸持或固定 所添加的鉀肥，而被固定的鉀難以快速被釋放回土壤中，若是土壤缺鉀連續施用 鉀肥是必須的 (Bohn et al., 1985)。圖九為移植後 150 天和 180 天，不同肥料處理

Mehlich Ⅲ可萃取之鉀、鈉、鈣、鎂、鐵、錳等元素含量可作為土壤中這些 養分的有效性指標，因 Mehlich Ⅲ萃取劑之酸、鉗合性物種與有機陰離子均可增 加陽離子的萃取量。鉀在土壤中約 90%以上存在於原生礦物中，僅 1 至 2%是立 即對植物有效的。鉀與氮及磷合稱肥料三要素，許多濕潤溫和的溫帶地區之土壤 不能提供足量的鉀給作物，可施用石灰或其他石灰物質至酸性土壤中，灰分的鹼 度及其鉀含量皆可改善缺鉀之土壤。部分土壤中的層狀矽酸鹽礦物會吸持或固定 所添加的鉀肥，而被固定的鉀難以快速被釋放回土壤中，若是土壤缺鉀連續施用 鉀肥是必須的 (Bohn et al., 1985)。圖九為移植後 150 天和 180 天，不同肥料處理