植體與生物炭對作物生長的影響

本研究中控制組的玉米乾重無論是地上部乾重、地下部乾重、總乾重和根莖 比在無施肥與有施肥處理之間都有顯著差異。地上部乾重與總乾重上升的結果與 其他研究結果施肥處理使作物乾重增加相同 (Chan et al., 2007；Hossain et al., 2010)。

施肥處理後總乾重雖然有顯著性的上升，但只上升0.9 g，可能是因為大肚山土壤 的低pH 值降低土壤的養分有效性，使施肥效果受到限制。

在本研究中，加入未炭化植體的處理並不能增加玉米乾重的生產，反而會使 玉米乾重降低，顯示在土壤中添加植體會造成降低作物生長。根據管柱淋洗試驗 的結果，未炭化植體的處理可能會降低土壤中氮與鉀的含量。顯示加入未炭化植 體可能成為土壤微生物的有機碳來源，刺激微生物而產生固定化作用，減少土壤 中植物可利用的養分，進而使乾重生產下降。

土壤未施肥時只有CJ-300 能顯著提昇玉米地上部乾重與總乾重，而在土壤經 過施肥後，只有SR-500 能顯著提昇地上部乾重與總乾重。並非所有種類的生物炭 能使玉米的地上部和總乾重顯著上升，顯示生物炭添加無法有效地增加大肚山農 地土壤的作物生長。同樣的結果也出現在Chan et al. (2007) 的研究中，作者以農 業廢棄物為材料製成生物炭，以0-100 t ha^-1的比例施用至土壤，種植蘿蔔 (radish, Raphanus sativius var. Long Scarlet) 並進行 6 週的盆栽試驗，量測作物乾重，其試

驗結果顯示，無論土壤是否經過施肥，當生物炭的施用量為10 t ha^-1時，無法使蘿 蔔的乾重顯著上升；而當生物炭施用量為50、100 t ha^-1時，蘿蔔乾重才在有施加 氮肥的狀況下顯著增加，且生物炭對作物乾重生產量的效果會隨著生物炭的施用 量上升。因此本研究的添加量 (1% w/t，相當於 12 t ha^-1 ) 可能尚不足使作物乾重

有明顯的上升。不過，許多的研究卻顯示生物炭的添加可提高作物產量 (Chan et al., 2007; Chan et al., 2008; Rajkovich et al., 2012)。CJ-300 在土壤無施肥處理時能顯著 提昇地上部乾重與總乾重。在管柱淋洗試驗的結果中，CJ-300 不會使土壤的無機 態氮顯著下降，沒有引起氮的固定化作用。可能土壤中的無機態氮含量較其他300

℃與500℃生物炭的處理高，因此作物的地上部乾重與總乾重顯著上升。

SR-500 在土壤經過施肥時能顯著提昇地上部乾重與總乾重，其原因可能為 SR-500 處理的土壤 pH 值顯著高於其他施肥時的未炭化植體、300℃與 500℃生物 炭處理的pH 值，加入 SR-500 生物炭能使土壤的 pH 值上升，改善養分的有效性 (Glaser et al., 2002)。另外適合糯玉米栽植的土壤 pH 值約為 5.5~7.0 之間，pH 值上 升到適合糯玉米生長的pH 值，因此乾重顯著上升。

在Chan et al. (2008) 後續的研究中，將禽畜糞以 450-550℃製成生物炭，具有 較農業廢棄物高的pH 值與養分含量。在施用量為 10 t ha^-1時，即可在經過施肥的 土壤中，將作物乾重提昇到42%；施用量為 50 t ha^-1時，甚至能提高到96%。Chan et al.的結果顯示材料的差異對施用效果的影響力。由於本研究所使用的生物炭來 源，屬於低養分含量 (e.g., 柳杉與稻殼)，因此提昇作物生產力的效果可能較低。

類似的研究也在Rajkovich et al. (2012) 研究，作者使用玉米桿 (corn stover)、

榛果殼、橡樹與松樹木材等材料以300-600℃製成生物炭，以 0.2-7%的比例加入土 壤中，在溫室中以玉米為對象進行盆栽試驗，所有盆栽都有經過施肥處理 (12 kg N ha^-1, 10 kg P ha^-1,10 kg K ha^-1)。結果顯示在相同的施用量下，依生物炭種類的不同 而會有不同效果，可能使作物的乾重上升或沒有顯著差異。如使用300℃生物炭時，

四種生物炭在施用量2.0% 時都不會使作物乾重顯著上升；使用 500℃生物炭時，

只有乾燥玉米桿製成的生物炭能使作物乾重顯著上升。同時Rajkovich et al. 也指 出，與熱解溫度相較，製作生物炭材料的種類對作物乾重生產的影響較為重要。

此外，Jeffery et al. (2011) 也提出對土壤黏粒較高土壤，會降低施用生物炭對 作物產量增加的效果，大肚山土壤的高黏粒含量 (黏粒 42%) 確實降低生物炭的施

用效果。由於土壤性質可能是影響添加生物炭的重要關鍵之一，也並非所有種類 的土壤都能獲得明顯的改善，但目前的研究大多集中在沙土和壤土上 (Jeffery, 2011; Asai, 2009; Chan et al., 2008; Chan et al., 2007)，以黏質土壤為對象的研究仍相 當的少 (Noguera et al., 2010; Asai, 2009)。未來應以黏粒含量高的土壤為對象，進 一步了解生物炭在土壤改良上的應用範圍。

300℃與 500℃生物炭處理中，土壤未施肥時， CJ-500 會顯著降低玉米地下部 乾重，而在土壤經過施肥後，RH-300 能顯著提昇地上部乾重與總乾重，其他生物 炭處理都沒有顯著性的差異，與Noguera et al. (2010) 的結果相同。在 Noguera et al.

(2010) 研究將生物炭分別加入以肥沃土壤與貧瘠土壤中，而貧瘠土壤又分為未施 肥和有施肥兩種處理，在溫室中以稻 (O. sativa cv. Linea 30) 為對象進行盆栽試驗。

10 週後量測地上部與地下部乾重，並計算根莖比。其結果顯示，在三種土壤環境 下，地下部乾重在加入生物炭的土壤與控制組的土壤之間都沒有顯著的差異。

在根莖比方面，無施肥處理中未炭化植體添加較控制組相較有顯著性的增加，

可能是因為未炭化植體添加固定化作用造成土壤養分減少，使作物增加地下部的 養分分配，用以加強根系的發展與擴大吸收範圍，也造成地上部的生長減緩，根 莖比上升。在Grechiet al. (2007) 的研究中同樣也觀察到當土壤氮含量減少時，地 上部的生長量降低而地下部的生長量上升。在經過施肥處理後，由於養分不虞匱 乏，不需增加根系分配，且更多養分可分配至地上部，因此未炭化植體處理的根 莖比顯著下降。

在葉片SPAD 的結果中，在未炭化植體的處理中都會使作物葉片的 SPAD 值 顯著下降，葉片SPAD 值反映出作物的葉綠素含量。由於植物的合成葉綠素時需 要氮元素，因此葉片SPAD 值的下降，也顯示出土壤中有效性氮的減少 (Asai et al., 2009)。在土壤未施肥時，CJ-300 會使葉片 SPAD 值顯著上升，其他未施肥處理的 生物炭處理並不會對葉片SPAD 值造成顯著性的影響。在 Asaiet al. (2009) 的研究 中顯示，當生物炭以8-16 t ha^-1的施用量在土壤中時，會使作物葉片的SPAD 值顯

著下降，並指出生物炭的高碳氮比影響氮的固定化作用可能是減少植物吸收氮元 素的原因。在本研究中可能是因為在沒有施肥時土壤中的低氮含量 (0.12%)，加入 生物炭不會對土壤中的有效性氮含量產生明顯的影響。

在有施肥處理時，土壤獲得額外的有效性氮，因此除了控制組與CJ-300 的處 理外，未炭化植體、300℃與 500℃生物炭處理的葉片 SPAD 值與未施肥時相比有 顯著的上升。添加未炭化植體的結果如前文所述，施肥補充因微生物固定化作用 失去養分，使葉片SPAD 值顯著的上升；生物炭的結果則可能顯示生物炭能提高 施肥效率。除了稻殼未炭化植體處理的葉片SPAD 值仍較控制組顯著下降之外，

其他處理與控制組之間沒有顯著差異。然而稻殼未炭化植體的處理的碳氮比只有 柳杉的1/5，除了高碳氮比影響氮的固定化作用之外，可能仍有其他機制影響土壤 中的有效性氮含量或是實驗上不能解釋的誤差。

在本次實驗中，無論土壤是否經過施肥，植體與生物炭的施用對提升作物生

產力的效果並不明顯，也因此無法看出各材料之間的差異。在該土壤中施用1%生

物炭無法將土壤性質改善到適合玉米生長的程度，使玉米的乾重生產沒有明顯上 升。

4.4 農藥試驗

在農藥試驗中以黑麥草模擬雜草，觀察生物炭的處理是否會是殺草劑的施用 效果下降。結果顯示，三種未炭化植體的處理無論在達有龍低施用與高施用量的

存活率都為0%，顯示未炭化植體混入土壤後並不會影響對達有龍的農藥生物有效

性。在達有龍低施用量下，六種生物炭的處理都可以使黑麥草的存活率上升，並

且存活率都在90%以上，顯示生物炭能吸附一定程度的達有龍，降低達有龍的殺

草效果。在Chun et al. (2004) 的研究中以小麥 (Triticum aestivum L.) 未炭化植體 與300-700℃製成的生物炭吸附非極性的苯 (benzene) 與極性的硝基苯

(nitrobenzene)，其實驗結果也顯示植體的吸附量低於 300℃以上製備的生物炭。

稻殼生物炭在低施用量時能使黑麥草存活，但高施用量時無法提高黑麥草的 存活率，顯示稻殼生物炭的吸附能力較低。Yang et al. (2003) 的研究中將麥稈的灰 分利用鹽酸 (HCl) 與氫氟酸 (HF)比例 0.1:0.3M 的混合溶液去除可溶性鹽類與矽 化物，得到灰分中的含碳物質 (carbon fraction)，之後以麥稈灰分與其中的含碳物 質吸附達有龍。結果顯示，含碳物質對達有龍的吸附量是麥稈灰分的6.5-45 倍，

並佔灰分總吸附量的60% 以上。Yang et al.認為灰分中的含碳物質才是吸附達有 龍的主要成份。

在Sheng et al. (2005) 的研究中使用麥稈生物炭吸附達有龍。Sheng et al.也認 為出生物炭以其中的含碳物質吸附達有龍，而生物炭中的矽氧化物與水接觸時會 水解 (hydrate)，而矽氧化物表面上的吸附位置 (sorption sites) 會被水份佔據，無 法吸附達有龍。稻殼生物炭的含量以矽氧化物為主，而碳含量無論在300℃或 500

℃生物炭中都比柳杉、田菁生物炭低。可能稻殼生物炭表面上的吸附位置較少，

因此無法在高施用量時吸附足以使黑麥草存活的達有龍。

本研究中的柳杉生物炭在CJ-300 時即可在低施用量與高施用量下提昇黑麥草 的存活率，但CJ-500 時卻無法在高施用量時使黑麥草存活，與 Yu et al. (2006) 研 究中指出的高溫製備的生物炭有較高的吸附量不符，然而卻與Chun et al. (2004) 與 Chen et al. (2008; 2009) 的研究結果相近。

Chen et al. (2008) 將松針 (pine needles) 以 100-700℃製作成生物炭吸附硝基

Chen et al. (2008) 將松針 (pine needles) 以 100-700℃製作成生物炭吸附硝基