高雄改良場旗南分場之 20 年試驗田共包含了二種輪作制度 (R1 與 R2) 與 三種不同施肥處理 (單施有機肥料處理之有機區、同時施用有機肥料與化學肥 料處理之折衷區和單施化學肥料處理之慣行區)，組合成六種不同之試驗處理，
經過 20 年後之土壤基本性質如表十一所示。
表十一、高雄農業改良場旗南分場試驗田經 20 年耕作後之土壤化學性質
Table 11. Some selected soil chemical properties of the KDARES-CBS after cultivated for 20 years
Treatment pH EC Total N Total C Bray-1 P K Ca Mg Fe Mn Zn Cu (1:1) (dS/m) (g kg-1) (g kg-1) (mg kg-1) (mg kg-1)
R1
R1OT3 7.2 b1 0.5 a 2.6 a 25.7 a 36.3 b 155 a 2226 b 202 a 1157 b 58 a 16.2 ab 2.4 a R1IT 6.9 c 0.3 b 2.0 ab 20.6 a 82.4 a 129 b 1999 b 147 b 1285 ab 51 a 14.8 bc 1.4 c R1CT 6.5 d 0.3 bc 1.0 cd 9.3 b 24.5 b 105 c 745 c 71 c 1566 a 39 b 9.0 d 1.5 c R1OS 7.5 a 0.3 bc 1.9 abc 19.9 a 107.5 a 170 a 2651 a 222 a 1206 b 60 a 17.4 a 1.9 b R1IS 7.4 ab 0.3 c 1.2 bcd 10.5 b 88.7 a 116 bc 1974 b 138 b 1087 b 38 b 13.3 c 1.6 c R1CS 6.9 c 0.2 d 0.8 d 7.4 b 30.4 b 65 d 988 c 96 c 1088 b 27 c 9.6 d 1.6 c
R2
R2OT 7.1 b 0.5 a 3.6 a 30.4 a 65.5 cd 136 a 3073 a 254 a 1196 b 85 b 16.6 a 2.4 b R2IT 6.7 c 0.4 b 3.9 a 12.1 b 123.1 a 122 a 2258 b 176 b 1387 a 61 c 16.1 b 1.4 d R2CT 6.0 e 0.4 b 2.3 b 16.0 b 74.8 bc 93 bc 835 d 101 d 1085 c 51 c 8.7 d 2.4 b R2OS 7.3 a 0.3 b 3.4 a 13.6 b 64.4 d 122 a 2373 b 191 b 1010 c 132 a 14.7 b 3.7 a R2IS 7.1 b 0.3 b 4.1 a 10.9 b 82.6 b 110 ab 1727 c 141 c 1312 a 65 c 10.7 c 1.9 c R2CS 6.4 d 0.2 c 1.9 b 14.6 b 66.4 cd 75 c 727 d 99 d 1034 c 56 c 7.8 d 1.2 bc 1. Within columns, means followed by the same letter are not significantly different (P < 0.05) using Duncan’s multiple range test.
2. EC: electric conductivity of saturation extract; K, Ca, Mg, Fe, Mn, Zn, and Cu : Mehlich III extractable K, Ca, Mg, Fe, Mn, Zn, and Cu, respectively.
3. OT: the topsoil of the organic farming; IT: the topsoil of the intermediate farming; CT: the topsoil of the conventional farming; OS: the subsoil of the organic farming; IS: the subsoil of the intermediate farming; CS: the subsoil of the conventional farming.
1. pH 值
長期施用有機肥料可以使土壤 pH 值提升，使之趨近於鹼性 (Tester, 1986々鍾等，1993々王與趙，1995々周，2006)。試驗土壤 pH 值在 6.0 至 7.5 之間，在相同輪作制度下，土壤 pH 值均為有機區＞
折衷區＞慣行區。徐與蔡 (2001) 指出，於試驗開始時，土壤的 pH 值是 6.6，經過 10 年不同之施肥處理後，有機區之 pH 值最高，折衷 區次之，慣行區最低，且在二種輪作制度下均如此。顯示土壤 pH 值 會受到施用之肥料種類與施入之有機質濃度影響而改變。
2. EC 值
試驗土壤 EC 值在 0.2 至 0.5 dS m-1之間，屬無鹽度範圍。不論 在何種輪作系統下，其值以單施用化學肥料之處理低，而單施用有 機肥料之處理高。表土的 EC 值較底土高，因施肥處理均於表土進行，
肥料大部分累積於表土，被淋洗至底土的離子較少所致。此外，有 機區之施肥量較慣行區高，有機物礦化是增加土壤 EC 值的原因之 一。
3. 總氮
經過 20 年不同施肥處理後的 R1 表土有機碳總氮濃度在 1.0 至 2.6 g kg-1之間，R1 底土總氮濃度在 0.8 至 1.9 g kg-1之間，R2 表土有 機碳濃度在 2.3 至 3.6 g kg-1之間，R2 表土有機碳濃度在 1.9 至 3.4 g kg-1之間 (表十一)。其濃度以單施有機肥料之處理多，而單施化學肥 料之處理少。由於施肥時考慮有機肥料中的氮在當期只有 50%會被 礦化，因而有機區所施入的氮量為慣行區的二倍，折衷區則為慣行 區的 1.5 倍。因此，單施化學肥料之處理和其他二者均有顯著差異，
不論在 R1 或 R2 都如此。此外，R2 的總氮濃度比 R1 高，但 R2 施 入之氮肥量較少，顯示田間管理、作物種類與施肥量均會影響土壤 中之肥料氮的轉變與存留。
4. 總碳
在旗南分場的土壤中，R1 表土總碳濃度在 9.3 至 25.7 g kg-1之間，
R1 底土總碳濃度在 5.5 至 19.9 g kg-1之間，R2 表土總碳濃度在 12.1
至 30.4 g kg-1之間，R2 表土總碳濃度在 10.9 至 14.6 g kg-1之間。在 R1 總碳濃度以有機區＞折衷區＞慣行區，且表土濃度比底土高。R2 總碳濃度則以有機區＞慣行區＞折衷區，但除了有機區表土之總碳 濃度與其他處理有顯著差異外，其餘均無差異。徐與蔡 (2001) 指出，
試驗開始時土壤有機碳量為 13.4 g C kg-1，在試驗第 10 年時，有施 用有機肥料的處理，其土壤有機質濃度均增加，如 R1 有機區處理為 19.3 g C kg-1、R2 有機區處理為 24.3 g C kg-1，而單施用化學肥料之 處理，其土壤有機質濃度降低，顯示施入有機肥料，無論在何種輪 作系統下，均能增加土壤有機碳。
比較 R1 與 R2 的慣行區土壤總碳濃度，顯示在第三階段的輪作 系統中，R2 因有種植綠肥，故土壤總碳濃度較 R1 高。蔡 (2005) 之 研究指出，R2 種植田菁後，土壤性質獲得改善，R1 種植水稻時，
R2 種植田菁，比較秋作萵苣產量，慣行區 R2 比 R1 增產 64%至 70%，
而有機區 R2 比 R1 增產 190%至 313%，顯示種植田菁後作物增產，
因田菁犁入土壤，增加土壤有機質與氮含量，且作物產量增加後，
有較多的植物殘體留於土壤中，又可增加土壤有機質濃度。
5. Bray-1 P
表觀上，土壤的有效性磷受 pH 影響。一般而言，土壤 pH 值在 5.5 至 6.5 之間將可使植物有效性磷最多，當 pH 值高至 7.2 時磷多以 植物較不易利用之 HPO42-存在。土壤有機質會減少磷的吸附，並增 加植物有效磷的濃度。有機質分解後的腐植酸與其他有機酸則能減 少磷與其他陽離子 (如〆鐵、鋁、鈣) 結合成為難溶性的磷酸塩 (Bradely et al., 1953; Nagarajah et al., 1970; Holford et al., 1975;
Sanchez, 2006)。在試驗土壤的有效性磷濃度在 R1 表土為 24.5-36.3 mg P kg-1，R1 底土為 30.4-107 mg P kg-1，R2 表土為 23.1-74.8 mg P kg-1， R2 底土為 64.4-82.6 mg P kg-1。在試驗期間，R1 有機區由有機肥料 施入 5,256 kg P ha-1，R1 折衷區由有機肥料施入 1,971 kg P ha-1，R2
與折衷區的土壤 pH值較有機區低，利於有效性磷之形成有關。此外，
折衷區亦施入有機肥料，但慣行區未施入有機肥料，而土壤有機質 不但能減少磷的固定，且有機質肥料本身含有有機磷，相對地比慣 行區施入的磷多，而使折衷區有效磷濃度較高。R1 底土的有效性磷 以有機區較高，慣行區較低，應是溶解性磷隨可溶性有機質進入底 土累積。游 (1997) 之研究亦指出，有機區經過多年有機肥料的施用，
而使有機區底土的磷濃度比其他處理高。
R2 表土有效性磷濃度亦以折衷區最多，顯示同時施用有機肥料 與化學肥料可增加有效磷濃度，是因本處理的土壤 pH 值接近 6.5，
且其施入的磷肥量較慣行處理多。R2 的底土的有效磷濃度亦是折衷 區最高，與其他處理有顯著差異，顯示同時有機肥料與化學肥料時，
其有機物能增加磷之有效性並減緩磷之固定。不同處理底土的有效 磷呈現顯著之差異，顯示磷向底土移動，且因有機物之施入而使其 移動量增加 (Hao et al., 2008)。
6. 可萃取陽離子 (1) 第一輪作區 (R1)
鉀之濃度介於 65 至 170 mg kg-1之間，施入有機肥料處理之鉀 濃度高、單施用化學肥料的處理鉀濃度低，因有機肥料中含有鉀，
使得施入量比其他二處理高，讓土壤可萃取鉀濃度多 (R1 有機區 共由有機肥料施入 16,348 kg K ha-1々R1 折衷區共由有機肥料施入 8,174 kg K ha-1)。鈣濃度介於 745 至 2,651 mg kg-1之間，以施用有 機肥料之處理高、單施化學肥料之處理低，無論在表土或底土均 如此。鎂濃度介於 71 至 222 mg kg-1之間，雖然表土和底土之濃度 不同，但相同處理的表土和底土間無顯著差異。鐵則介於 1,087 至 1,566 mg kg-1之間，表土以單施化學肥料之處理高、施用有機 肥之處理低，應是與施化學肥料使 pH 值較低有關。錳介於 27 至 59 mg kg-1之間，以施用有機肥料之處理高、施用化學肥料之處理 低。鋅則是介於 9 至 17 mg kg-1之間，以單施用有機肥料之處理高。
銅介於 1.6 至 2.4 mg kg-1之間，濃度高低之分佈與鋅相同，銅與鋅
受有機肥料本身含量影響，而使得有機質含量多之處理其鋅、銅 可萃取量高。
(2) 第二輪作區 (R2)
鉀之濃度介於 75 至 136 mg kg-1之間，且施用有機肥料之處理者 高，施用化學肥料之處理者低，因為有機肥料本身具有鉀 (R2 有機 區共由有機肥料施入 12,112 kg K ha-1々R2 折衷區共由有機肥料施入 6,056 kg K ha-1)，所有農法的表土與底土無顯著差異。鈣濃度介於 727 至 3,073 mg kg-1之間，以施入有機肥料之處理高、施入化學肥料之 處理低，無論在表土或底土均如此，鈣之濃度在各處理間有顯著差 異。鎂濃度介於 99 至 254 mg kg-1之間，除單施化學肥料之處理外，
其餘處理的表土和底土有差異，且表土濃度均比底土多。鐵則介於 1,010 至 1,389 mg kg-1之間，以同時施用化學肥料與有機肥料之處理 高、單施化學肥料之處理低，應是同時施用化學肥料與有機肥料之 處理的土壤 pH 值較低所致。錳介於 51 至 133 mg kg-1之間，以單施 有機肥料之處理高、單施化學肥料之處理低，且單施有機肥料之處 理和其他處理均有顯著差異。鋅濃度介於 8 至 17 mg kg-1之間，以單 施有機肥料之處理高。銅濃度介於 1 至 4 mg kg-1之間，且同時施用 有機肥料與化學肥料之處理的表土，銅有效性最低。
(二) 可溶性有機碳 1. 第一輪作區 (R1)
在 R1 中，土壤可溶性有機碳濃度在 0.50 至 0.53 mg kg-1之間，
並以慣行區 > 折衷區 > 有機區，且同處理的表土可溶性有機碳濃 度較底土少 (表十二)，因上層土壤微生物活性較底土高，可溶性有 機碳被利用的量亦高於底土。雖然各處理間呈現顯著差異，但各處 理間之濃度差異甚小。顯示施用有機肥料之處理，其能溶出的可溶 性有機碳濃度低，應為有機質施入土壤後，讓土壤的團粒構造佳，
使得有機質被保護較佳。底土的可溶性有機碳濃度比表土高，顯示
讓可溶性有機碳向底土移動。
2. 第二輪作區 (R2)
在 R2 中，土壤的可溶性有機碳濃度在 0.50 至 0.52 mg kg-1之間，
並以慣行區 > 折衷區 > 有機區，且同處理的可溶性有機碳濃度均 以底土較表土高 (表十二)。表土中三處理之間並無顯著差異，在底 土則是以施用有機肥料之處理最低，因為土壤有機質較多，進而讓 土壤團粒構造佳，受保護的有機質量較多。此外，R2 的水溶性有機 碳濃度在底土均比 R1 少，應為在 2004 年春作調整輪作系統後，R2 成為純旱田系統，因土壤未浸水，可溶解有機碳被帶入底土的量較 少所致。
(三) 以鹽酸一階段水解氮與碳 1. 第一輪作區 (R1)
在 R1 輪作區中，表土的易變動氮濃度在 0.70 至 1.72 g kg-1之間 (表十二)，佔總氮 66.2-78.9%。表土之易變動氮濃度以有機區高而慣 行區低，慣行區表土與其他二處理有顯著差異。顯示有機肥料中的 氮比化學氮肥施入土壤中更能存留較長的時間。底土的易變動氮濃 度在 1.53 至 0.38 g kg-1之間 (表十二)，佔總氮的 31.7-85.3%。易變 動氮濃度以有機區顯著較高，顯示長期施有機肥料亦能使底土的易 變動氮量增加。
表土的難分解氮濃度在 0.30 至 0.88 g kg-1之間，佔土壤總氮的 21.1-33.8% (表十二)。表土之難分解氮濃度以有機區較多，慣行區較 低，顯示施入有機肥料多時，難分解氮庫之濃度也高。施用有機肥 料對於土壤氮之增加量與其易分解程度有關，碳氮比高者礦化較慢，
對於增加土壤氮之作用主要表現在難分解氮之濃度上。本研究顯示，
對於增加土壤氮之作用主要表現在難分解氮之濃度上。本研究顯示，