文／黃裕銘 英國牛津大學植物科學系博士
因應氣候變遷對農業的衝擊及可能影響糧食安全，進而需要科學化農業實作管理，內含涉及「氣候－作物－土壤－肥料」的交互關係，〈因應氣候變遷作物科學化管理〉一文擬於《豐年》雜誌分別用3篇文章進行說明，包含第一篇〈農業實作的誤解觀念及做法〉、第二篇〈調節實作以抗高溫、水分及其它逆境〉、第三篇〈提升土壤有機碳的田間實作方式〉。
要能順利推展正確科學化管理農業實作，首先需要澄清一般農作的誤解觀念及做法。《豐年》73卷1期所刊第一篇〈農業實作的誤解觀念及做法（上）〉，介紹了外界對化學肥料酸化土壤的誤解，本文接續介紹其他的誤解觀念。
酸性土壤施石灰提高土壤pH？ 忽略酸化土壤的重要
臺灣坡地及山區有相當多酸性土壤，土壤pH低於5.5時會有交換性鋁，鋁對茶樹及鳳梨有益生長，但是鋁對許多作物（如一般十字花科作物）會有毒害，所以酸性土壤一般會施用具石灰性肥料，提高土壤pH，降低鋁的毒害。然而，臺灣有許多鹼性母岩（黏板岩、泥岩、石灰岩）沖積土，尤其西部平原主要是鹼性土壤，鹼性土壤最容易使植物缺乏微量要素，此種土壤如果選用銨態氮系類的氮肥，能使土壤酸化及根圈酸化，有利作物生長。
再者，臺灣的河水及地下水水質常帶鹼度，包括自來水都帶鹼度。土壤及主要農業用水為河川水及地下水，都含石灰質。台糖研究所環境檢測中心主任蔡正勝於2006年調查臺灣地下水鹼度資料顯示臺北盆地38～406 mg/L、桃園中壢臺地15～316 mg/L、19～400 mg/L、臺中地區＜210 mg/L、濁水溪沖積扇＞350 mg/L、嘉南地區平均最高且可達900 mg/L、屏東平原沿海地區超限＞350 mg/L、蘭陽平原49～716 mg/L。1997年至2000年大高雄地區各淨水場（澄清湖、拷潭、翁公園、坪頂及鳳山）原水及清水年平均水質鹼度135～248 mg/L。
一般農民偏好平均肥 氮肥容易過多
國內肥料業經營者不像農藥業者需要有各種專業知識訓練及證照，因此對肥料的成分特性、肥料在土壤中的變化、移動，及植物對養分需要分成大量養分、次量養分及微量養分的差別不甚了解，偏好使用氮：磷酐、氧化鉀比率1：1：1的複合肥料，如成分為15：15：15、11：11：11、5：5：5等肥料，而且深信施用此等平均肥就不會有氮肥過多引起的問題。
一般作物需要的氮磷鉀養分比率氮：磷：鉀約5～10：1：5～10。其肥料利用率一般鉀肥＞氮肥＞磷肥，移動性及流失率氮肥＞鉀肥＞磷肥。磷肥及鉀肥容易殘留累積於土壤，一旦累積濃度高時，肥料量就要調降或不用再施。比率1：1：1肥料施入土壤，且農民偏好施於土壤表面，氮肥容易移動、磷鉀移動性較差，尤其磷幾乎不移動，所以氮肥容易被利用，只要用量過多就會造成氮肥過多的不良現象，而不是一般傳言施此種成分相同的平均肥不會造成作物氮肥過多。
磷鉀肥尤其磷肥 主要在基肥施用
獨立農業研究機構Nobel researchinstitute於2001的研究中發現，當養分在土壤中的移動性分為1～10，最慢是1，最快10，如此硝酸根為10，鉀離子為3，而磷酸根為1。硝酸根在土壤中很容易淋洗流失。鉀離子在土壤中移動性慢，提高土壤水分提高其移動性，土壤水分從10％增加到28％時，鉀離子的移動性提高175％，磷的移動性更差。
美國愛荷華州的植物種植家Samantha Reicks於2021年歸納植物養分在土壤中的移動性，他分為極容易移動（VM,very mobile）、可移動（M, mobile）、某種程度移動（SM, somewhat mobile）、不移動（IM, immobile）等四級：
VM：NO3-1、H3BO3、H2BO3-1
M：HSO4-1、SO4-2、Cl-1、Mn+2
SM：K+、Ca2+、MoO4-1
IM：NH4+、H2PO4-1、HPO4-2、Mg+2、
Cu+2、Fe+2、Fe+3、Zn+2
養分離子在土壤中的移動不僅受其離子種類及肥料種類影響，也受其土壤質地、有機質、黏土礦物種類、土壤pH、土壤氧化還原電位（Eh）、其他陽離子及陰離子濃度及比率、土壤水分及土壤溫度等的影響。
過去研究發現，磷肥施到土壤後，往往於3天後有1半以上被土壤吸附及轉化為植物無法利用的難溶磷酸鹽。有學者將易溶的磷酸一銨（MAP）、重過磷酸鈣（TSP）和緩效性的硫裹磷酸一銨、腐植酸裹磷酸一銨、聚磷酸鉀銨（AKPP）及難溶的磷酸鎂銨（struvite，俗稱尿糞石）等6種商業磷肥置放於不同黏粒含量（12％、20％、22％及31％等4種）土壤中，經過56天後測定其距離肥料0.75、1.35、2.55及4.3公分土壤的有效性磷濃度。結果顯示黏粒含量越低土壤磷肥移動性越大，擴散範圍越大，其移動性大小順序12％＞20％＞22％＞31％。經過56天各種磷肥之磷移動到不同距離的量，在黏粒最高（31％）土壤，磷存在於0.75公分距離內土壤占73％以上，沒有磷移動到4.3公分距離的土壤。黏粒最少（11.8％）土壤易溶的磷酸一銨其磷存在0.75公分距離內土壤只占34％，在4.3公分距離土壤占8％；重過磷酸鈣磷肥在0.75公分土壤占53％，距離4.3公分土壤占12％。磷肥種類以磷酸一銨中的磷移動最快，而難溶的磷酸鎂銨的磷移動最慢。植物可以吸收利用的磷稱為不穩定磷（labile P），經56天後以最難溶的磷酸鎂銨肥保留最高而重磷酸鈣最低，不穩定磷含量越低表示被轉化成植物不能吸收的量越多。硫及腐植酸裹覆磷肥對磷的移動及不穩定磷濃度沒有效應，這資訊也可以告訴我們，磷肥要選其可使土壤有效性濃度保持較久且擴散較遠的品牌，而不是越貴越好。
上一段的磷移動研究其土壤水分保持在60％有效水分，即為一般旱作土壤狀況。磷在水稻田方面的研究可以參考Harrell（2022）採用土壤有效性磷低，介於2.4～7.4 mg kg-1土壤，在5種不同栽培期：種植時、淹水前（4～5片葉）、分蘗中期（淹水後2星期）、綠環期（幼穗形成期）及50％抽穗期，施用同量的重過磷酸鈣134.4公斤磷酐／公頃。結果顯示沒施肥處理稻穀產量6,225公斤／公頃，最高產量是種植時施磷肥的處理，稻穀達9,640公斤／公頃。而淹水前、分蘗中期、綠環期及50％抽穗期施磷肥處理，稻穀產量分別減少12、32、32及51％。這結果告訴我們，水田土壤磷肥做追肥施用的肥效顯著較低，且越慢施用稻穀產量越低。
植物根吸收磷及鉀範圍極有限 尤其磷肥
土壤中的養分主要透過根吸收，根圈土壤的養分濃度越高，植物越容易吸收。Jungk and Claassen（1986）研究根圈土壤中磷鉀養分濃度，發現如果沒有補充肥料，植物根會把根圈土壤水中的磷及鉀消耗到0.2 μmol P（6.4 ppb）和1 μmol K L-1（39 ppb）等非常低的境界。植物根能吸收的磷及鉀範圍，分別是根表面距離＜0.2公分及＜0.6～0.88公分。這就是為何磷肥需要全部基肥就施到土壤中，鉀肥約40～50％於基肥施入土壤，兩者施肥料量取決於種植前土壤有效性濃度。
植物生長促進微生物 提升磷肥利用
有些土壤微生物可以溶解土壤存有的無機磷及有機磷以供作物吸收。國際稻米研究所（IRRI）研究，水稻接種多種豆科宿主的根瘤菌可以提高水稻增加磷吸收量10～28％。也有許多學者提出接種菌根菌，提高水稻磷吸收量。
綠肥提高養分利用
過去研究已有提出許多綠肥植物可以改善土壤構造及土壤微生物活性，進而提高土壤肥力，增加主作物的養分吸收。田菁及樹豆等深根綠肥作物可以吸收深層土壤中的磷累積在植體，田菁每公噸乾物質可以提高1公斤磷。
土壤陽離子交換容量（CEC） 對鉀肥移動及利用影響
Belletal.（2021）整理施用鉀肥在不同陽離子吸附容量土壤（CEC 5, 11, 60 molc+kg-1）肥效，結果顯示CEC越大，土壤鉀向下層土壤移動越少，施用相同鉀肥用量，土壤CEC越大所施鉀肥停留在表層土壤的比率越大，但是CEC 5 molc+kg-1土壤在施用高量鉀肥（250 kg ha-1）下，其土壤從表土到底土的濃度都遠低於較高CEC土壤，此也證明低CEC土壤保肥力低，鉀容易流失，所以肥料需要少量多次，以降低肥料淋洗損失。
施肥料納入前作作物殘體養分含量
例如水稻、玉米、小麥等禾本科植物，其吸收的鉀主要存留在其秸稈中（約占75％），所以秸稈能就地處理，使鉀肥被土壤吸附其下一作作物需要添加的鉀肥量，就可以大量降低施肥料。又例如水稻及玉米等和大豆輪作，其植體殘留的鉀肥就超過下一期大豆的需要，甘藷和水稻輪作，甘藷藤蔓所殘留的氮及鉀量就會高過下一期水稻所需的養分，但是農民往往習慣一定要施複合肥料，也因此往往造成有些肥料的養分過量或不均的問題。
蔬菜作物偏氮肥？ 口語造成錯誤施肥
一般植物的鉀需要量和氮相近，許多蔬菜的鉀濃度高過氮，尤其含木質素低的植物需要依賴澎壓支撐比率較高的細莖蔬菜，如波菜、芹菜、莧菜等葉菜。美國農業部公布，蔬菜水果等食用部位礦物養分換算成每公噸產品所含礦物養分（大量養分單位公斤／公噸，微量養分單位公克／公噸），資料顯示有些蔬菜其鉀含量幾乎為氮的2倍，而蔬菜作物偏氮肥的錯誤觀念造成許多葉菜類容易得病蟲害，也造成農產品農藥殘留比率高，危害消費者健康，其實對施用農藥者的傷害更大。許多營養與病害關係的研究結果顯示，許多害物病害往往都因為先有生理病害如養分缺乏造成，其相關性最大的是鉀、鈣及硼。
農民在開花期土壤施大量磷肥要促進開花，如前面所述磷肥施入土壤移動性差，催花期磷肥要以葉面施用才有效。水果後期土壤施用大量鉀肥，鉀肥移動性不是很好，農民於水果近成熟期大量施用鉀肥及葉噴鉀肥，鉀過高會造成抑制鈣及鎂的吸收，反造成葉片缺鎂而提早黃化，水果反而不甜，缺鈣造成水果結實度不良，採後病害較多且上架期縮短。（參考文獻請洽作者，續文請見豐年雜誌73卷3期）
更多文章請見《豐年雜誌》2023年2月號
