農田減排、增固碳、增碳匯的科學管理

農田減排、增固碳、增碳匯的科學管理

黃裕銘 英國牛津大學博士 國立中興大學土壤環境科學系退休後兼任副教授

摘要

 　　不同的母質在不同的氣候區孕育不同的生態，而生態系統又經時間慢慢回饋改變土壤特性。台灣總面積在世界上算很小，然而由兩個板塊的交集及作用讓我們各地的土壤差異性相當大，有極酸化土壤也有含高量石灰質土壤，其土壤中所而有效養分不同，加上多數農民使用肥料未能遵守合理化施肥，有些養分也已經累積到失衡，而引起生理病。例如有農民經鈣質土壤多年過多銨態系統氮肥變成及酸性土壤，有茶園土壤pH已經低於3.0。

 　　許多農作物出口大國其肥料施用量不僅考慮天然條件及預期產量，更納入肥料價格以評估最大收益的施肥量。政府已經推廣基本土壤化學性分析農民全免收費，但是，相當重要土壤物理性未重視，加上水旱輪作讓犁底成層硬化使一雨就積水造成根部窒息死亡，讓菜價飛漲，作物產量受影響。

一、前言

　　民以食為天，食物無論是原產品或多級次加工，其原始原料主要來自農田。農田的減排、增固碳及增碳匯以降低碳排減緩地球溫室效應及極端氣候的嚴重性，是息息相關無法切割。要達這三方面的效益，也一定要同時了解作物、土壤環境、肥料特性、環境氣候四方面的資訊，再利用管理技術整合前四方面資訊使達到減排、增固碳及增碳匯的目標。然而要能整合前面四方面資訊就需要持續經費及人力投入解決各方面的問題。

二、玉米及大豆平均產量提升之歷史

1. 比對目前輸出大國及台灣的玉米單位面積產量

　　Smith (2023)檢視世界玉米主要出口國美國、巴西、及阿根廷，此三國世界出國量玉米75%。2023/2024年單位面積產量在美國平均產量10.86公噸/公頃高於全球平均產量(5.88公噸/公頃)83%，阿根廷7.72公噸/公斤高出31%，巴西5.65公噸/公頃低了5%。以前33年的產量資料做趨勢圖，阿根廷、美國、及巴西的年增產量分別為120.5、116.1、及101.0公斤/公頃/年，但是在2014/2015年後增產趨勢緩和下來三國的年增產量相近低於15.7公斤/公頃/年。依農糧署公告資料顯示從民國2002年到2022年21年間，全國玉米平均產量只有從民國2002年到2011年間有7年產量超過5.0 公噸/公頃，其他年份皆低於5.0公噸/公頃，顯示低於世界平均值15%，顯示我們有相當大的成長空間。

2. 美國玉米單位面積產量變動歷史

　　Nielsen (2023)分析美國玉米單位面積產量(USDA-NASS)自1866年至今三個重要階段及其相對應的因素：1. 1866到1936年間農民種植田間自由授粉種子，產量維持相當低平均約1.6 公噸/公頃。2. 1930年代美國採用雙雜交技術使1937-1955間產量逐年提高Y = 0.8 X – 1452.4，R2 = 0.7。3. 1950年代中期開始進一步的品種改良加上抗逆境因子及提高化學肥料及農藥施用、農業機械化、土壤改良及改良作物管理實作，使1956-2022年間玉米產量逐年快速提高Y = 1.8934 X – 3651.01，R2 = 0.9347。2022年單位面積平均產量11.3 公噸/公頃。從2002年到2022年間台灣飼料玉米平均產量介於4.5-5.2公噸/公頃間，只有在2002-2011的10年間有7年超過5.0公噸/公頃。

3. 比對目前輸出大國及台灣的大豆單位面積產量

　　Smith (2023)檢視世界大豆主要出口國美國、巴西、及阿根廷，此三國世界出國量大豆佔89 %。這三個國家的大豆平均產量較相近，由迴歸推估2023/2024的產量巴西、阿根廷、及美國分別為2.96、3.56、及3.36公噸/公頃，每年大豆平均增加產量分別為46.4、19.5、33.6公斤/公頃/年。近10年的增產趨勢和玉米相似，阿根廷和美國近於平原狀況，而巴西是年增量52.5公斤/公頃/年。吳等(2021) 發表統計2019年世界大豆產銷概況資料顯示全世界、美國、巴西、阿根廷、印度、及中國平均產量分別為2.77、3.19、3.18、3.33 、1.19、及1.78公噸/公頃。

4. 美國大豆單位面積產量變動歷史

　　從美國農部國家農業統計中心資料顯示大豆產量1930年以前低於1公噸/公頃，1977年超過2公噸/公頃，2014年超過3公噸/公頃，2023年達3.4公噸/公頃。Irwin and Hubbs (2020)分析美國大豆平均產量1960-2019年間的變化及逐年增產趨勢，其直線迴歸式Y = 0.4346 X + 21.191, R2 = 0.9005。Y表示產量bushels/acre; X表示年。此線性迴歸式涵蓋了90%的變方值。表示每年產量提高29.59 公斤/公頃/年。單位面積產量1960-1965年約1.68公噸/公頃，1980年約2.02公噸/公頃，2015年3.02 公噸/公頃，2023年3.40 公噸/公頃。美國密蘇里州立大學公告美國美國大豆產量前10州中，伊利諾州種植面積最大、產量最多，單位面積產量平均也最高4.37 公噸/公頃。North Dakoda總產量第9大，種植面積第4大，單位面積產量最低只有2.39 公噸/公頃為伊利諾州的54.6%。

吳等(2021)指出目前臺灣大豆品種只要栽培管理良好，平均每公頃可達 2,5∼ 3,0公噸/公頃公斤。但農業統計年報近 10 年國產大豆單位產量明顯較低，2012 年臺灣平均產量每公頃 2.0 公噸，2020 年平均產量每公頃則只有 1.30 公噸。除了氣候變遷天然災害頻傳之外，主要原因是集團化管理不足，未於適當季節播種以及以領取契作獎勵金為目的之粗放栽培。建議在提高品質與產量及建立標準化分級須從建立品種與品質之資料庫、品種改良、及肥培改善研究著手。在建立完整代耕體系及協助倉容與現金流問題以達周年穩定供貨，須從各期作標準耕作模式與適作品種研究著手。

三、土壤有機質對土壤環境因子及作物抗逆境的影響

1. 土壤有機質對土壤有效水含量的影響

　　土壤有效水其意義是植物可以利用的土壤水，以土壤學術語是田間容水量(10-33 kPa)和永久凋萎點(1500 kP)土壤水勢能間的水。有些土壤科學研究證明土壤有機質(SOM)提高土壤田間容水量大於永久凋萎點所提高水量，所以可以提高土壤有效含水量(Hudson 1994, Minasny and McBratney 2018)。土壤有機質的親水性能提高土壤團粒的形成及穩定性，因此增加保留植物可利用水的土壤孔隙度，也強化水的入滲及保留在根圈土壤(Boyle et al 1989, Elliott and Efetha 1999, Franzluebbers 2002)。

　　研究文獻中指出，提高土壤有機質促進土壤團粒化作用及團粒穩定度(Lado et al 2004)降低且提高土壤容重(BD, bulk density)，如此會提高水的入滲及降低土壤沖蝕。Manrique and Jones (1991)研究土壤容重和土壤有機質的相關性：BD = 1.723 – 0.212 x (OC)0.5 -0.0006 x (WC15)2；OC是土壤有機碳(soil organic carbon)，WC15是永久凋萎點土壤水分含量。許多研究發現，土壤有機質提高中到粗質地土壤的土壤有效含水量比細質地土壤高，同時發現黏粒較高土壤需要較高的土壤有機質穩定土壤團粒。

2. 土壤有機質降低乾旱造成的損失

　　許多研究證明農田提高土壤有機質可降低植物因極端溫度造成的產量損失(Bot and Benites 2005, Iizumi and Wagai 2019, Carminati and Javaux 2020)。也有研究顯示土壤有機質對植物有效水分的實際效應不大(modest) (Libohova et al 2018, Minasny and McBratney 2018)。許多研究證明較高土壤有機質地區其長期不同年間產量的變異性較低(Pan et al 2009, Williams et al 2016)。有些田間試驗研究顯示提高土壤有機質的實做可以保護產量(Gaudin et al 2015, Bowles et al 2020)，但是這些不是明確測試有機質的相對效應也沒有提供城鎮或區域規模資訊。

Iizumi and Wagai (2019)指出提升土壤有機碳(SOC)強化土壤肥力及雨水的有效利用提高作物的耐旱及提高產量。他們統計分析全球作物及土壤數據，發現全球超過70%的作物生產區，特別是乾旱區，在表土0-30公分的有機碳提升相對較少量就可以提高作物的抗旱性。以降低現存及耐受上限差距，全球SOC提高4.87 GtC在乾旱年可以提高農民經濟產出約16%。提高這SOC量同時可以降低全球平均增溫0.011 °C。

SOC濃度影響DTgap (溫度偏離值) 是非線性相關，在乾旱地區(降雨量/蒸發散量(P/PET) < 0.45) SOC低的地區其敏感性較高，這種地區SOC從近於零提高到4-9 kg C m-2，就能降低相當量的DTgap。在較潮溼地區SOC對DTgap的減緩較小。在乾旱地區提高SOC降低DTgap的斜率在近4-9 kg C m-2時降率較大。在中等濕潤區(0.45 ≤ P/PET < 1.0)影響趨勢相同但是較不顯著。高有機碳土壤(> 10 kg C m−2) 較少所以在中等濕潤區的表現較不確定。在高濕地區(1.0 ≤ P/PET)，提高SOC不會降低DTgap。

Kane et al. (2021) 研究美國754城鎮從2000-2016年間共12376個城鎮-年資料，其中有5945個城鎮於夏季有乾旱現象，結果顯示在乾旱年，城鎮土壤有機質較高的城鎮玉米產量較高、損失較低、所付乾旱保險利率也較低。在極度乾旱年土壤有機質每提高1%，其產量提高2.2±0.33 t/ha 及減少負債支出36 ± 4.76%。土壤黏粒較高土壤乾旱程度較低，土壤有機質的效應相對較低。土壤有機質提高降低旱害的部分原因可能由於其提高土壤有效水分及提高土壤陽離子交換容量而提高保肥力，可能還有些未了解的因素。

四、作物的特性及需求-以玉米為例說明

　　要能使作物產量達其生產潛能，較必須了解作物的特性，這裡以玉米為例說明對作物生長特性研究及了解的重要性。前面可以看出玉米單位面積產量在不同國家及地區產量差異相當大，這反映其個別地區環境特性及管理是否達科學化管理。

1.品種分類法

　　玉米分類方法有分類學及特殊功能區分(Dickerso, 2003)：分類學分為：(1)馬齒玉米(Dent corn, Zea mays var. indentata)，又稱為田玉米(field corn)，一般作動物飼料用。(2)甜玉米(Sweet corn, Zea mays var. saccharata or Zea mays var. rugosa)，被公認為最好的品系，最多作為鮮食用蔬菜，也最為罐頭或冷凍產品。(3)硬質玉米(Flint corn, Zea mays var. indurata)，又稱為火爆玉米及印度玉米，有多種顏色也作為飼料及做玉米粉。(4)麵粉玉米(Flour, Zea mays var. amylacea)，又稱軟玉米此名來自其主要作為玉米麵粉或玉米澱粉。(5)爆裂型玉米(Popcorn, Zea mays var. everta) 是一種特殊的硬質玉米，玉米粒加熱後爆開，是很普遍的零嘴(Melchor, 2023)。(6)蠟質玉米(waxy corn, Zea mays L. ceratina Kuleh）又稱為糯玉米，学名为中国糯玉米（waxy corn, Zea mays L. ceratina Kuleh）。(7)有稃種 (pod or tunicate corn, Zea mays var tunicata) 其胚也許可能如前述6種胚乳特性，是原始類型的玉米品種，子粒外皮堅硬，橫切面角質胚乳環生外層，有稃型玉米植株多葉，子粒外有稃包住，有時有芒，常自交不孕。特殊功能分類法：高離胺酸玉米High-Lysine Corn、高油玉米High-Oil Corn、藍玉米Blue Corn、裝飾玉米Ornamental Corn、玉米芯玉米Corncob Corns、青割玉米(Forage maize)、及玉米筍(baby corn)等。

2.玉米不同生長階段的生理變化及狀態(Kruger Seeds, 2020)

　　玉米生長週期主要分為三個階段，第一階段是播種後到發芽的VE期。

　　第二階段是營養生長由葉片數可以了解其更詳細的生理變化：(1) V1、V2…、V5，此時植物能有幾片葉及幾穗已定，此時植株20-30公分高，其生長點尚未長出土面上)。(2) V6，生長點長出地面，對氣候冰雹、霜、或風害影響敏感度變大。節根成為主要根系統。V1葉也可能開始黃化及枯死。(3) V7，此時開始快速生長，莖開始抽長，此階段每穗有幾排玉米已經決定，並持續生長到V15/16。(4) V9，此時雄花穗快速生長，但尚未露出。(5) V10，一般較高位葉的穗芽較可以長成可收成穗。養分和乾物質累積快，養分跟水分需要量高。(6) V12，所有葉片皆已完全生長約一半可照到光線，發育支撐根(brace roots)，包穀的玉米粒數，及穗大小已經決定。(7) V16，第一雌穗抽出，最高粒數已固定)。

　　第三階段生殖生長期：(1) VT，植株進入完全成長，雄穗完全可見，再2-3天可見絲抽出。花粉瀑約持續1-2星期。(2) R1，個田的抽絲期是平均50%植株抽絲的日期。抽絲授粉從穗基部開始往尾端進行。到此時期鉀肥已經完全，氮及磷肥吸收快速。(3) R2，絲狀物開始變暗色及乾燥。此時玉米粒形成小泡內涵澄清液體，每顆玉米粒(kernel)有胚胎。玉米粒水含量約85%。(4) R3，玉米粒呈黃色及液體轉為累積澱粉後的乳白色，所以稱乳熟期，此時玉米粒水分含量約80%。(5) R4，澱粉液轉變成像麵團的澱粉物進入麵團期，此時水分含量約50%，上端開始形成凹槽型。(6) R5，玉米粒形成馬齒狀，此時水分含量約55%。玉米穗軸有可能白、粉紅或紅色。做青貯用栽培有時在此階段採收，主要考慮整株玉米植株水分含量。(7) R6，生理成熟期，此時玉米水分含量約30-35%，產能已經確定。

3.生長度日數(GDD，growing degree days)和玉米不同生理生長期的相關性

　　法國科學家de Réaumur於1730年引入生長度日(GDD)概念(Fraisse and Paula-Moraes (2022)引自McMaster and Wilhelm(1997))，當溫度超過基礎溫(base temperature)之後生物才能開始生長，且其生長和每日平均溫減去基礎溫值的日累積量有密切關係。GDD也被用在預估許多植物及動物的生長階段(Cross and Zuber 1972; Gilmore and Rogers 1958; Jarosik et al. 2011; Klepper et al. 1984; McMaster and Smika 1988; Russelle et al. 1984)。GDD觀念也用在作物害物 (pest) 整合管理估算在某些GDD時期有哪些病蟲害可能發生。

　　美國農部希望GDD從有用到可用，因此啟動發展可以精準活用GDD工具(HPRC, 2020)估算其鄉鎮級的GDD累積(採用氣溫)及玉米逐日發展，用在美國主要生產玉米的14個州及地區，所以各地區農民只要輸入播種日期就能掌握玉米的生長階段即可預期何時做施肥、除草、採收、防治蟲害等工作Nilsen (2019)。

4.收穫指數(HI, harvest index)

　　地上部乾物質(DM)產量及HI是評估改善穀類作物產量的兩個重要參數(Donald & Hamblin, 1976)。HI這詞最早由澳洲Donald (1962)提出，是榖粒產量和對生物質產量的比，這也是用以了解作物光合產物分配到可收穫部位的指標(Hay, 1995)。比較美國玉米帶1930年代到1970年雜交玉米的HI幾乎沒變(Meghji et al., 1984 and Crosbie, 1982)。然而這不是表示整個時期HI沒有改善。從1965-1993阿根廷從老的品種及新釋出雜交玉米發現其HI由0.41提高到0.52 (Echarte & Andrade, 2003)。在中國也發現新品種玉米的HI也由老品種0.37提高到0.51 (Hou et al., 2012; Ma et al., 2014)。

　　美國1949-2007間玉米單位產量提高4.21 公噸/公頃，主要是高產玉米及超高產玉米15公噸/公頃(Chen et al., 2012)。Ruiz et al. (2023)採用54個商業雜交品種 (103天及111天成熟的品種)，資料來自1983-2020年間橫跨13環境因子，包括種植密度(現行及歷史上增加速率) 及氮肥處理 (低及有足夠氮肥)，然後從文獻找到新的試驗數據 (n=16) 以提供詳細HI預估基因上的產能。

　　結果顯示在研究的環境及管理處理其HI相似，顯示其HI主要取決於育種。氮肥處理會影響HI，但是種植密度沒差異。試驗資料加上16篇文獻數據，迴歸式統計自1964年以來資料顯示相對提高的HI約0.26 %/年。故算前50年美國玉米帶玉米HI平均提高15%。

5.根/莖葉比值

　　一般植物根深入土壤吸收養分且其和土壤密切接觸，轉化為土壤有機質的比率高於莖葉的組織。Raziel et al. (2020)採用標準化原則於美國愛荷華州3年及多種作物耕作系統於10個位置採集160個土壤土環(0-210 公分深)測定玉米根的生質量。研究結果顯示玉米根量1.2-2.8公噸/公頃，大豆0.86-1.93公噸公頃。其根/莖葉比玉米0.04-0.13，大豆是0.09-0.26。玉米根的生質量比大豆高出27%，長度高出20 %，碳氮比高出35 %。此研究所得根/莖葉比值比文獻值低，可能因計算方法及品種差異產生。

　　此研究採樣時間為植株成熟期而非採收期以降低因作物萎凋期植體的衰敗。根/莖葉比和玉米及大豆根的碳/氮比成正相關。為因應氣候變遷及資源利用效益作物育種朝向強化根的生長(Lynch, 2007; Paustian et al., 2016)。

　　玉米和大豆的栽培種對幾種逆境如寒、熱、旱及低土壤肥力有高耐受性(Bandillo et al., 2017; Manchada et al., 2018)。根的生長，尤其早期吸收水分及營養有助克服逆境因子(Lynch, 2007, 2013)。玉米及大豆根受環境因子影響大，包括土壤型態、質地及管理(Anderson, 1988; Chen and Weil, 2011; Feng et al., 2016; Nichols et al., 2019)、水、養分及氧氣有效性、及微生物活性(Allmaras et al., 1975; Mayaki et al., 1976; Marschner, 1995; Robinson, 2001; Gallais and Coque, 2005; Fageria, 2013; Florio et al., 2014; Fan et al., 2017)、及生長階段影響(Gao et al., 2010; Comas et al., 2013)。

6.玉米養分需要量及不同部位間的分配

　　Bender et al. (2013)提出飼料玉米產量14.43公噸/公頃，養分吸收及隨玉米粒移走養分比率，又稱收穫指數(%)。氮、磷、鉀、鎂、硫、鐵、錳、銅、鋅、及硼全株養分吸收量分別為287、49.4、168、58.2、25.8、1.32、0.57、0.14、0.50、及0.084 公斤/公頃，其玉米粒中養分分別為166、39.1、55.1、16.8、14.6、0.245、0.07、0.042、0.308、及0.021 公斤/公頃。植體殘留養分分別有121、10.2、113、41.4、11.2、1.07、0.50、0.098、0.189 公斤/公頃。在6個生長期分析其葉、莖、生長組織、及玉米粒等4種部位的養分含量，顯示有些養分(氮、鉀、鎂、錳、硼、及鐵)約有2/3養分於營養生長階段吸收。玉米氮的吸收峰在V10-V14階段，每天吸收3.451公斤-氮/公頃/天。在VT-R1期吸收轉化到玉米種子的發育約56 公斤-氮/公頃。

7.種植條件

　　在堪薩斯州4月初播種時氣溫還低，在淺層土壤地溫比較高，可以促進發芽，播種深度約5公分。一般氣溫10-12.8℃時需18-21天冒芽，15.6-18.3℃時8-10天冒芽。不耕犁狀況如果覆蓋植體多，土溫較低發芽率較覆蓋少的較差。此案例的輪作是大豆，如果是玉米及高粱的殘體更多，其狀況可能更明顯，所以需要評估。台灣地區秋播時淺層土壤溫度可能太高，殘體覆蓋可能降低水分蒸發及降低土溫有利發芽。

8.耐鹽性

　　Maas et al. (1983)研究16個栽培種發現玉米發芽期相對耐鹽。有兩個栽培種可成功發芽到土壤水的導電度ECSW到10 dS/m。使用9個玉米品種溫室使用有機泥土壤(organic muck soil)，鹽分越高延遲玉米發芽，在ECSW 9.3 dS/m延遲6天全部發芽。鹽分敏感性幼苗期發芽率高，21天後鹽分對乾物重影響的臨界點為1 dS/m，超過此值，每提高1 dS/m其生長速率降低4.9 %。穗期及成熟期對鹽分較不敏感，其臨界點較高鹽分，但是超過臨界點後提高鹽分每單位影響產量的比率較高。以Bonanza品種(一種甜玉米)其臨界點5.8 dS/m，但是超過起始點的降率是7.7 %；玉米率產量電導度超過5.8 dS/m後產量降率是10.1 %。在雄花抽出期及或玉米率充漿期灌溉水電導度到9 dS/m對產量沒有明顯降低，灌溉水導電度低於9 dS/m產量不變。Saqib and Schubert (2023)於鹽分土地田間試驗測試耐鹽雜交玉米的影響，4個耐鹽品系及鹽分敏感品種種植對照組土壤EC 2.0-2.5 dS/m及鹽分土壤EC 10-12 dS/m。結果顯示對鹽分敏感品種產量顯著降低，其他耐鹽品種對產量沒有影響。最適的種植密度為8萬株/公頃，在提高種植密度產量沒有提高。

　　蔡(2008)採用模擬 11 種鹽分 (0%~3%) 逆境，研究40種作物種子發芽及幼苗生長探討耐鹽性。結果紅莧菜等14種作物屬於對鹽敏感、葉萵苣等8種作物屬於中等敏感、玉米-黑美珍等9種作物屬於中等耐鹽、玉米-雪珍等9種作物屬於耐鹽性強。玉米幼苗耐鹽試驗，以玉米-黑美珍在幼苗耐鹽指數是最高的 83 %為耐鹽性強，玉米-臺南 21 號幼苗耐鹽指數是最低的25 %對鹽敏感。吳(2014)提出玉米種子對鹽分耐受性，台南21號玉米種子對鹽分屬敏感性耐鹽加權指數22。臺南20號玉米種子屬中度敏感其耐鹽加權指數44。玉米-吉珍、玉米雪珍、臺農1號及華珍等四個品種各別耐鹽指數為67、78、78、及100。所得結果，將可作為初擬嚴重地層下陷地區後續產業發展方向之參考。【延伸閱讀】- 植物生長促進細菌能增加植株耐鹽性

9.玉米期待產量

　　玉米產量越高其所需養分及水分就越高，農民可以該農田前5年沒有特殊災害下產量平均值再加上5 %為期待單位面積產量估算其期待產量。期待提高產量也可以經由採用更高產量品種、調整種質密度、或改善灌溉、雜草及耕犁管理。然而所期待產量應該很少能再提高1.35公噸/公頃。廄肥可以改善土壤物理性及提供作物所需大量及微量養分。但是廄肥若施用過多可能帶入雜草、鹽分累積、及某些養分累積過高等問題。

10.土壤pH：最適玉米生長土壤pH範圍6.0-6.8。

五、土壤基本性質的影響

(一)、土壤物理性：

1. 土壤有效土層深度對作物產量的影響

Swan et al. (1987)于1981-1985年間于維斯康辛大學試驗農場採用氮-耕犁-殘體管理模擬模式(NTRM)研究氣候及土壤水存量對玉米生長的影響。結果顯示氣候和土壤保水容量具交感作用。在1983、1984、及1985年玉米產量隨土壤深度增加而增加(到紅土黏粒層)，1981及1982年玉米產量和土壤深度關係小。Barnhisel et al. (2005)研究收集自非主要農田及主要農田研究資料，結果顯示土壤有效深度對作物產量的重要性以玉米最大，然後依序是高粱、大豆、小麥、及苜蓿。土壤壓實對作物產量影響也以玉米最顯著。Rees et al. (2015)研究壓實犁底層上方耕犁層土壤厚度(24、36、及60公分)對土壤溫度及水分狀況及對馬鈴薯(Solanum tuberosum L.)及大麥(Hordeum vulgare L.)產量的影響。結果顯示對土壤溫度無明確差異。對土壤水分狀況的影響表土層厚度淺的處理，土壤水分境況受降雨影響最大，較容易因雨而呈飽和狀況也較容易乾燥。土層最厚(60公分)處理對土壤溫度及水分境況影響的程度足以提高作物產量。中度厚度(36公分)最接近當地土壤化育狀況，對作物產量及減少土壤變異優於淺層(24公分)處理。中程度土壤厚度處理對大麥及馬鈴薯產量和淺層處理比較分別提高20%、及8%，前者達顯著水準後者未達顯著水準。

南伊利諾土壤的硬盤層及因農業操作造成的壓實層往往造成低雨量年玉米欠收。Varsa et al. (1997)于1989-1993年間研究耕犁深度(0、40、60、及90公分)及減少耕犁及不耕犁對土壤物理特性、玉米根發展及玉米產量的影響。結果顯示土壤穿刺阻力及土壤容重以耕犁90 公分深部降低最多，其他耕犁深度處理的差異質較少。耕犁90公分處理其21-100公分長的玉米根有35%深入土層60公分以下，不耕犁處理只有5%的根深入60公分深以下。生長季節雨量分布均勻及較低溫時，根的發展在底土層分布較均勻。深耕處理提高玉米產量，尤其耕犁90公分深處理產量一直是最高。不耕犁處理表土殘留物提高水的保留使其玉米產量高於耕犁40公分深處理。

2. 土壤質地的影響

Tremblay et al. (2012) 研究土壤質地和氣候對氮肥在玉米產量的反應。進行一系列研究分析，在51個研究2006-2009年間北美地較大範圍內的反應，其氮肥不同用量研究中包含相同氮肥用量。結果顯示玉米對氮肥的效益在細質地土壤優於中質地土壤。在雨水豐富且分布均勻下質地間差異較小，玉米熱單位的累積可以增強氮肥的反應。施高氮肥玉米產量在中質地土壤是不施氮肥處理的1.6倍，在細質地土壤可以達2.7倍。在細質地土壤研究氣候因子的影響，在雨量豐富且分布均勻條件下其產量可以達4.5倍。Shahandeh et al. (2011)指出玉米產量和土壤黏粒含量成正相關或負相關受雨量左右。在潮濕氣候沙質土壤的玉米產量高於細質地土壤(Tremblay et al.. 2011)，乾燥氣候在黏質土壤產量較沙質土壤高(Armstrong et al., 2009)。

Valkama et al. (2009) 研究芬蘭橫跨80年的400個試驗結果磷肥用量的肥效反應採用作物群、土壤性質、及栽培地區以解釋其反應的差異性。【延伸閱讀】- 以生物固氮減少對氮肥的依賴

3. 土壤團粒對作物的影響

Emerson and Greenland (1990)提出多數作物要有效率生產的第一需求是能接受雨水或灌溉水，否則不僅浪費水還會造成土壤沖蝕。第二需求是除水生植物(如水稻、筊白筍)外，多數作物都怕土壤浸水，且在田間容水量狀況下土壤團粒還有適度孔隙使所含水分可以移動到達植物根。要滿足上面需求表土土壤需要穩定的土壤團粒在雨滴衝擊時不致崩解造成阻塞土壤孔隙阻礙水及空氣的流通。

Zheng et al. (2023)收集到53個研究含2199對觀察數據經統計分析以做定量分析作物輪作對土壤團粒化及土壤有機碳(SOC)及明瞭適當的氣候、土壤及農藝因子。總體結果顯示作物輪作和單作農田土壤比對，發現大土壤團粒(> 0.25 mm) 提高7-14%，團粒穩定度提高7-9%，所有團粒的SOC提高7-8%。作物輪作提高土壤團粒化及提高SOC主要在年均溫8-15℃、年降雨量600-1000 mm、表土質地為壤土及臨界SOC在10-15 g kg-1、總氮0.75-1.50 g kg-1、及土壤pH在6-8範圍農地。作物輪作提高較高土壤團粒化及SOC往往也具有深耕(sub-soiling)、不耕犁、作物殘體留作農地、廄肥加化肥、氮肥施用量較低且較多輪作循環及較長時間。作物輪作效益發現前作大豆之效益最高。經由變異性分析顯示輪作引發土壤團粒化及SOC提高其解釋度，氣候佔26-35%及土壤佔17-34%。

4. 土壤保水力及入滲速率的重要性

在極端氣候下造成乾旱及強降雨都可能對作物有相當不利的影響，所以土壤質地對土壤保水能力、水分入滲速率和排水性的資訊相當重要。如何使水能進入土層才能降地水土流失及提高整個土壤保持高水量的可能，然而當雨水量超過土層最大田間容水量時，也需要有足夠的排水性才不致造成根系因浸水缺氧而嚴重死傷。

 土壤質地對土壤保水容量水入滲速率及可能之限制因子

質地	保水容量	入滲速率	限制因子
粗砂	112mm	≧ 254 mm/hr	乾旱(排水過度)
砂壤土	229 mm	50.8 mm	乾旱(排水過度)，砂壤土下有黏土時排水不良
壤土	279 mm	25.4 mm
黏壤土	305 mm	12.7 mm/hr	排水性不良
黏土	356 mm	1.0 mm/hr	排水性不良

注意：黏壤土及黏土土壤經過適當的地面或底層排水可以有良好產量

 

(二)、土壤化學性質

1. 土壤化學性特性分析重要性的優先順序

Fernández and Hoeft (2009)評估在伊利諾州農田土壤分析項目的可靠性、應用性、及費用效益0-100，0表示價值低，100表示改化學性質分析應用價值最高。最高是加水測土壤pH (100)往下依序是磷(85)、有機質(75)、鉀(60)、交換性陽離子容量(CEC, 60)、苜蓿田硼(60)、鋅(45)、鈣(40)、鎂(40)、硫(40)、pH > 7.5田測錳(40)、氯化鈣溶液測pH(30)、緩衝pH (30)、pH > 7.5田測鐵(30)、有機質土壤銅(20)、交換性酸 (10)、玉米和大豆田硼(10)、pH < 7.5田測鐵(10)、pH < 7.5田測錳(10)、礦質土壤銅(5)。

2. 土壤pH對養分有效性的影響

土壤pH和土壤所含養分的有效性濃度的影響，1935年Pettinger由Virginia 試驗農場結果畫出含7種必要養分的土壤pH對有效性養分影響圖，Trugo (1946)將其進一步製作含11種養分的圖(b)，此圖最被普遍引用。Lucas (1961)提出有機質土12中養分的關係圖(a)。圖中寬度越寬有效性較高，反之有效性較低。現在越來越多採用含高量有機質的人工介質種植高經濟作物，所以也將有機質土對在不同pH下養分有效性的影響。

  

 

3. 土壤有機質提供的養分

一般公認土壤有機質含1公噸的碳(C)同時約含100 公斤-氮、15公斤-磷及15公斤-硫，碳/氮/磷/硫比100:10:1.5:1.5。土壤有機質每年約分解3 %，如此可以評估其對作物提供養分的潛能。假設土壤容重(bulk density)為1.333，15公分深表土土壤其土壤重量為200萬公斤/公頃。一般將SOC轉化為SOM的參數為1.73。所以假設含有2% SOM土壤，每公頃土壤含有SOM 40000公斤/公頃，含SOC 23121公斤/公頃，SOC每年分解693.6公斤/公頃，釋出氮69.4公斤/公頃，釋出磷10.4公斤/公頃，釋出硫10.4公斤/公頃。Kirkby et al. (2011) 提出穩定的SOM其C/N/P/S值100/8.33/2/1.43，Doran ( 2012)值100/10/1/0.25-0.50，Stevenson (1986)提出不含動植物及微生物體的抗性SOM值108/8/1/1。

Tipping et al. (2016)研究全球包括各種生態系統及土類的表土及底土土層土壤有機質C、N、P、及S約2000筆資料，發現非泥炭土壤其N/C、P/C、及S/C比和土壤有機碳(OC)含量(%)極極顯著的負相關(P < 0.001)。結果顯示低OC土壤其SOM的N、P、及S濃度較高。結果也可以歸納養分貧瘠土壤有機質(NPSOM)在簡單的混和模式其N/C、P/C、及S/C比值分別為0.039、0.0011、及0.0054，而養分豐富土壤有機質(NRSOM)之值分別為0.12、0.016、及0.016。換算成C/N/P/S比，NPSOM為100/3.9/.011/0.54，NRSOM為100/12/1.6/1.6。

4. 土壤有效性氮潛力分析

Smith (1966)分析土壤有機質、全氮、0.01 M NaHCO3、0.0712 N H2SO4、厭氣孵育測銨、土壤混沙好氣孵育測銨+硝酸根+亞硝酸根、土壤上下層皆用蛭石好氣孵育測硝酸根氮等方法，結果顯示土壤有機質或土壤全氮相對較無效。土壤樣品幾種抽出方法的有效氮優於孵育釋出的氮。孵育前及孵育後硝酸態氮的預估土壤有效性氮的效果優於銨態氮。3種孵育方法中扣掉起始硝酸態氮濃度嚴重降低氮測值的有效性。Gianello and Bremner (1986)發展兩種可快速精準的化學分析方法評估土壤有機態氮的有效性潛力。

一個是用pH 11.2 的phosphate‐borate 緩衝液蒸硫氨態氮8分鐘。第二個方法是土壤樣品用2M KCl溶液于100 ℃處理4小時後測銨態氮。他們用33巴西土壤研究顯示這兩種方法測值和厭氣及好氣孵育所測土壤有機氮有效性有高相關性。厭氣孵育1星期後測銨態氮；好氣孵育2及12星期後測銨、亞硝酸根、及硝酸根濃度。其他的化學分析方法有酸性過錳酸鉀、鹼性過錳酸鉀、氯化鈣溶液殺菌弧方法及碳酸氫鈉紫外光法。

5. 土壤礦物質及有機質對土壤陽離子交換容量(CEC)的貢獻

土壤CEC來自土壤的永久電荷及變動性電荷(Essington, 2004)。土壤CEC早在1900年代就被認為是土壤很重要的性質之一(Kelley & Brown, 1925; Walker et al., 1931)。土壤CEC的應用面廣，包括測定石灰需要量，評估鋁對植物的毒性，肥料使用量及施用時間或殺草劑的使用(Culman et al., 2019; Goldy, 2011, 2015)。美國北中地區早使用AoAC抽出劑進行取代法及累加法(鉀鈉鈣鎂及交換性酸(H+及Al3+)計算土壤CEC (Chapman, 1965; Nathan & Gelderman, 2015)。土壤陽離子交換容量(CEC , cation exchangeable capacity)就是土壤保護及緩衝土壤鹼基陽離子(K+、Na+、Ca2+、Mg2+)及酸性陽離子(H+及Al3+)功能的位置。CEC大土壤相對比較肥沃，施肥量一次可以較多，反之CEC小土壤一般比較貧瘠且施肥要少量多次。一般砂的CEC非常低約3 cmolC+/kg、黏粒10-200 cmolC+/kg、腐植質250-400 cmolC+/kg。

一般認為砂及砏粒的CEC對土壤CEC貢獻可以忽略，然而Iturri and Buschiazzo (2014)研究阿根廷潘帕斯草原發現其火山灰含有膨脹性礦物Semectite，砏粒中。土壤CEC來自砏粒的貢獻比率在總土壤CEC佔17.5%，在純礦物部分佔32%。Morrás (1995) 發現阿根廷Chaco地區土壤砏粒CEC 8-23 cmolc kg− 1，Peinemann et al. (2000)發現潘帕斯辦乾燥土壤砏粒CEC 6.5 to 7.1 cmolc kg− 1。Thompson et al. (1989)發現美國Mollisols及Alfisols砏粒CEC 2 -29 cmolc kg− 1。

6.  土壤有效性養分的測定及意義

植物需要的必要養分及有益養分，除碳氫氧主要來自二氧化碳和水外其他多數養分主要來自土壤。所以土壤有校養分的有效濃度關係到是否需要施肥及施肥量的決定。

Mehlich (1984)研究M3抽出劑及步驟可以同時測定土壤磷、鉀、鈣、鎂、鈉、銅、鋅及錳有效養分濃度。AoAC方法早就被廣泛用以測定土壤交換性鹼基陽離子鉀、鈉、鈣、及鎂 (Ciesielski et al., 1997; Normandin et al., 1998; Sumner & Miller, 2018)，及土壤CEC (Nathan & Gelderman, 2015)。澳洲Hill lab.更進一步將M3推進到同時可以測定P、K、Ca、Mg、Na、Cu、Zn、Mn、Co、Al、及B。

Michaeson et al. (1987)研究比較M3、Bray-1、及AoAC測定土壤磷、鉀、鈣、鎂相關性。土壤性質影響測值相關性，M3和Bray 1有效性磷濃度迴歸斜率介於1.01-1.88，M3-磷濃度測值高於Bray 1測值，在火山灰土壤高出66 %，在黃土(loess soils)高出12 %。交換性鈣濃度M3-鈣和AoAC-鈣迴歸斜率介於0.95-1.33，前者高出後者17 %。資料顯示兩者相關性的延伸使用需要依土壤分類區分。M3和AoAC交換性鉀濃度的相關性R2值高於0.92，且斜率接近1.0，且捷距很低。所有土壤M3和AoAC交換性鎂濃度相似，雖然各別土類土壤斜率介於0.89-1.21，但是所有土壤兩種抽出劑測值差異性低，且R2值高，不過有一土壤(Knik soil) R2值最低。

Rutter et al. (2022)採308個堪薩斯州土壤比對M3抽出法和醋酸銨(AoAC)：(1)究評估M3抽出法測土壤鹼性陽離子，(2)檢定M3法取代AoAC的土壤pH範圍，及(3)測定用累加陽離子法和取代法測定CEC的相關性。結果顯示：(1)鉀、鎂、及鈉三種鹼基陽離子濃度測值M3和AoAC相關性極高，R2值分別為0.98、0.96、及0.97。然而鈣濃度兩種方法的相關性若，R2值0.78，在高pH土壤M3的測值較高。(2)M3方法估算土壤CEC值也受土壤pH影響，其關鍵土壤pH值為7.3。(3)土壤pH低於7.3的土壤鈣濃度和CEC值M3和AoAC兩種方法的相關性高，R2值0.9。

抽出劑的pH對鹼基陽離子測定也相當重要，特別是抽出劑pH和原土壤pH差異大時有相當大的影響，Ciesielski and Sterckeman (1997)發現抽出過程酸化土壤的作用會高估土壤交換性鈣濃度。Normandin et al. (1998)發現pH調到8.5的AoAC抽出劑鈣測值低於傳統pH調到7.0測值相當大。

Mallarin (1995)在愛荷華州分析240個農民含鈣質土壤，土壤pH介於5.3-8.2，比較Bray-1, 、Olsen、及 M3方法測定土壤有效性磷濃度，另外其研究1989-1994年間48個田間磷肥效應。

M3-P vs B1-P：

pH<7.05土壤 M3-P = 3.6 + 0.88 B1-P，R=0.90，

pH 7.05-7.45  M3-P = 7.4 + 0.88 B1-P，R=0.67，

pH 7.45-8.2 無相關性

Olsen-P vs B1-P：

pH<7.05土壤 O-P = 3.5 + 0.42 B1-P，R=0.77，

pH 7.05-7.45  O-P = 3.1 + 0.45 B1-P，R=0.62，

pH 7.45-8.2 無相關性

O-P vs M3-P：

pH<7.05土壤 O-P = 2.1 + 0.47 M3-P，R=0.79，

pH 7.05-7.45  O-P = 0.7 + 0.45 B1-P，R=0.67，

pH 7.45-8.2   O-P = 1.8 + 0.45 B1-P，R=0.81

所有土壤    O-P = 1.5 + 0.46 B1-P，R=0.76

比較不同磷測定方法的藥劑、藥劑濃度及反應時間

	Bray-1 (B1)	Mehlich-1 (M1)	Mehlich-3 (M3)	Olsen (O)
HCl	0.025N	0.05 M
NH4F	0.03 N		0.015 M
HNO3			0.013 M
H2SO4		0.0125 M
CH3COOH			0.2 M
NH4N03			0.25 M
EDTA			0.001 M
NaHCO3				0.5 M
Soi/Solu	1:10	1:10	1:10	1:20
Time	5 m	5 m	5 m	30 m
Upper Limit	100 ppm			50 ppm
pH	2.6	1.2	2.5	8.5

 

7. ICP分析和鉬藍法比色分析磷濃度的差異性

土壤不同磷抽出劑抽出後傳統上採用比色法測定，近年更多採用ICP測定，愛荷華州土壤用ICP測定有效性磷濃度通常比比色法高出10-15 mg/kg Mallarin (1995)。Adeaonwo et al. (2013) 提出Mehlich 3、CaCl2, 、及水四種抽出液ICP測定和鉬藍法比色測定，結果顯示採用ICP測定比鉬藍法高且達顯著水準，ICP測值比鉬藍法高出30-140%。但是Olsen抽出劑兩種分析方法間差異不顯著，平均差異在1-2%。可能Olsen抽出劑可以將有機磷分解成無機磷而可以經由比色法測出，其他三種方法可能含有有機磷及其他型態磷，如亞磷酸在鉬藍法無法顯色，但是在ICP可以分析各種磷包括有機磷。

六、土壤肥力等級及肥料推薦量

　　作物施肥要科學依據合理施肥，其肥料需要量就須依作物需要量減去土壤肥力供應量，而土壤肥力等級配合作物需要有正確分析方法及田間試驗驗證肥力等級所推薦肥料量是否需要經過修正。歐洲及幾個農業輸出大國如美國、加拿大、巴西、澳大利亞等國家及注重農業生產和環境保護的歐洲各國及日本皆有完整的作物施肥系統，我國也極力推展然而還有相當長的努力空間才能落實。

　　在有解釋的系統中本文主要以美國維斯康辛大學所發展為軸，他們土壤分析和肥料推薦指南從1960年代開始發展，中間多次修改。最新版採用美國農部自然資源保育服務資料庫進行玉米的氮肥最大回饋指南，新的作法確認土壤管理組及土壤產能以做玉米氮肥施用推薦量的考慮因素。此肥料推薦指南已經整合到SnapPlus養分管理規劃軟體(http://snapplus.wisc.edu/)以供農民及其農業科系使用。此軟體系統的建立他們感謝土壤、農藝、及園藝系的資料及早期建立模式。

(一)土壤分析

　　一般土壤分析包括土壤pH、有機質含量、石灰需要量、酸化需要量、有效性磷及交換性鉀。有需要時加測土壤硝酸態氮、銨態氮、鈣、鎂、硫、硼、鐵、錳、銅、鋅、鉬、及氯之有效濃度。質地、交換性鈉、可溶性鹽、全氮、及重金屬(砷、鎘、鉻、鉛、鎳、及硒)。

　　在維斯康辛州土壤分析單位需經其州Department of Agriculture, Trade, and Consumer Protection (WDATCP) 的認證，其報告才做為養分管理計畫或政府相關補助經費的有效性。我國目前免費服務農民土壤、植體、肥料、及水質分析，這是政府的德政之一。

　　各種養分成分分析方法最重要是分析數據應用到肥料推薦上能反映到作物栽培的改善，當然也要看各單位的分析設備。

(二)土壤有效濃度等級

　　土壤有效性養分依濃度高低分為非常低(VL)、低(L)、適當(O)、高(H)、非常高(VH)、及過高(EH)等共6等級，有些單位分及級別較少，也有分級等級更多，近年更以迴歸方程式進行數位化運算。維斯康辛大學(2008)所建立級別意義及肥料推薦原則如下：

 

有效性養分等級(維斯康辛大學，2008)

級別	說明	施肥有效比率%
非常低VL	需要相當量的肥料才能得到適當產量，需經4-8年使土壤有效性養分建立到適當濃度。對中高產量作物可能需要次量及微量要素	90
低L	肥料施用量要高於作物移除量。次量及微量要素對高產作物可能需要施用，對中及低產作物可能不需要。	60-90
適當O	此範圍對作物生產及環境都市所期望的。施肥量和作物移除量相當就可以。次量及微量要素不太需要。	30-60
高H	施肥量約為作物養分移除量的50%。	5-30
非常高VH	只有鉀肥需要施用。施肥量約為作物養分移除量的25%，使土壤有效性養分濃度能逐漸降到適當範圍。	2-5
過高EH	約2-3年不用施肥，中及細質地土壤施少量的起始肥就可以。	< 2

 

(三)土壤管理組

　　1. 土壤種類多，但是在施肥管理上可以將土壤分類的土壤在分為管理組，維斯康辛大學將維斯康辛州土壤分成砂質(S)、壤質(L)及有機質土(O)三個管理組。作物種類他們也歸納成維斯康辛州將作物磷鉀需要量分成4群：

a. 玉米、大豆、小穀粒(不包括小麥)、牧草、油原作物

b. 苜蓿、青割玉米、小麥、豆類、甜玉米、豌豆及果樹

c. 番茄、甜椒、芸苔屬(高麗菜、大白菜等)、葉菜、根菜、葡萄、及運輸疏菜

d. 馬鈴薯

　　2. 康乃爾大學幫紐約州農業土壤分為5個管理群及第六群包括有機質土、都市土壤、山區土壤及主要岩石地。Clemon大學所執行南卡羅來納州(South Carolina)土壤等級分類(Franklin and Moore, 2002)將南卡羅來納超過200個土系，歸類成4個管理組(1-4)做為養分管理及肥料推薦。另外增加兩個管理組(5及6)作為海灣及有機土壤。

 (四)、飼料玉米農業試驗所農化組提供之肥料推薦量

　　氮、磷、鉀三要素是玉米生長時的重要補充養分。磷的需要性與缺磷症在幼株特別顯著，在生育初期幼株所需磷量比成熟的植株要來得多，當土壤能充 分供應幼株所需磷量，則很少發生缺磷症，但若幼株表現嚴重缺磷時，很少有 機會能克服缺磷而正常生長者，並且此症狀將延續至成熟。缺鉀症有時反應在玉米穗上，使穗軸變小變形且先端子實無法生長而成錐形，已形成之籽粒亦成熟不足，澱粉多而蛋白質少。

　　土壤在酸化過程中如施氮肥之酸化，鎂較易流失，致酸性土壤特別在質地較粗的土壤，土壤中置換性鎂量少，易發生缺鎂 症；土壤中置換性鎂量雖多，但鉀含量多時，亦會發生缺鎂，因鉀能抑制鎂之 吸收。土壤缺鎂，視嚴重程度，施用硫酸鎂有時可達25-50%增產效果。缺鋅可 發生於相當範圍的土壤質地及土壤pH 值，但它通常在砂質壤土或石灰質土壤被發現。

1.肥料需求基準：收量6.5噸/公頃之玉米植株三要素吸收量為N、P2O5、K2O各120、45、 100~120公斤/公頃；一般旱田土壤氮肥之利用率為30%、磷肥最低為25%、鉀肥較高可達45%以上。今以佳里鎮營頂里北邊之坋質壤土為例，其有效性磷23 ppm、鉀58 ppm，則肥料三要素每公頃 需求估計如下：

(1).氮：(120 (植株吸收量)－65 (土壤、灌溉水及雨水供給量)) ÷ 0.3 (氮肥 利用率) = 180公斤

(2).磷：土壤中磷酐有效供給量 = 23 ppm×2.5×2.29×0.25 (磷利用率) = 33 公斤磷酐需要量=( 45 (植株吸收量)－ 33(土壤有效供給量))÷ 0.25(磷肥利用率) = 50公斤

(3).鉀：土壤中氧化鉀有效供給量= 58ppm×2.5×1.2×0.45 (鉀利用率) = 78 公斤 氧化鉀需要量=(110 (植株吸收量)－ 78 (土壤有效供給量)) ÷ 0.45 (磷肥利用 率) = 70公斤

2.氮素：以玉米收量6.5噸/公頃為基準，各預期產量之氮素推薦量(表一)。一般每公頃施用量為150~200公斤，可視生產潛力調節之。又不整地栽培者因氮肥的 揮失、固定等較多，而土壤氮的礦化供應卻減少，每公頃氮推薦量較整地者需增加20~30公斤。即一般施肥量相當於每公頃硫酸錏720~960公斤，如硝酸錏鈣為750~1,000公斤，如尿素為330~435公斤。原則上各種形態氮素玉米生育都無影響，但幼期玉米較喜銨態氮肥，而稍後期則喜硝態氮肥。一般氮以硫酸錏為佳，因它同時可供應硫元素23%。若 同樣每公頃6.5公噸玉米收量，其所需氮 吸收量120公斤/公頃改由平均組成含氮 0.39％之堆肥供應，則需此堆肥30.8公噸 (相當於尿素261公斤)，再考慮堆肥之利 用率時，實際需要量，當不止此數。

3.磷酐：一般每公頃施用量為50~100公斤，相當於過磷酸鈣280~560公斤，如土壤經預測時，施用量依土壤測定值(Bray-1)推薦如表二 。

 

表一、飼料玉米各預期產量(公噸/公頃)之氮素推薦量(公斤/公頃)

產量	4.5	5.0	5.5	6.0	6.5	7.0	7.5	8.0	8.5	9.0
氮肥	125	138	152	166	180	194	208	220	235	250

 

表二、飼料玉米之磷酐推薦量及氧化鉀推薦量(公斤/公頃)

土壤中有效性磷含量 ( ppm)	磷酐施用量 (公斤/公頃)	土壤中有效性鉀含量 ( ppm)	氧化鉀施用量 (公斤/公頃)
< 9	100~150	<50	70-100
9-17	50-100	50-66	35-70
18-32	50	66	0-35
32	0~50

4.氧化鉀：一般每公頃施用量為50~100公斤， 相當於氯化鉀80~170公斤，如土壤經預測時，施用量依土壤測定值(M3)推薦如表二

5.鎂鋅用量

(1-1)鎂—葉面施用：鎂從葉面吸收良好，因此一旦發生缺乏症應儘早葉面 噴施1~2%硫酸鎂溶液，每隔7天一次，連續五~六次。

(1-2)鎂—土壤施用：每公頃施用硫 酸鎂200~400公斤，當基肥施用。在酸性 土壤可用白雲石粉（苦土石灰）1000公 斤/公頃，於種植前20天與表土混合。

2-1)鋅—葉面噴施：於缺鋅症候出 現時迅即噴施0.5~1.5%硫酸鋅液並加相 同濃度的生石灰液，以避免葉片受傷。其濃度依照玉米生育期、噴時之溫度、日照強度等機動調整之。

(2-2)鋅—土壤施用：基肥施用氧化鋅（ZnO含Zn 78%）30~50公斤或硫酸鋅 （ZnSO4．H2O含Zn 35%）80－120公斤/ 公頃，在石灰質土壤宜施用硫酸鋅。

(五)美國康乃爾大學所提出之玉米施肥指引

　　康乃爾大學的作物在培肥料推薦指南雖然已經整合到SnapPlus養分管理規劃軟體(http://snapplus.wisc.edu/)以供農民及其農業科系使用。然而許多農民未必要完整分析資料，且其系統的氣象及土壤資訊和台灣不同。其施肥指引中各表提出的肥料推薦一般適合於玉米經濟生產系統，其概念值得國內發展時參考這系統精神。例如這些表的肥料推薦量是將土壤簡化分為5個管理組。每一群組列出耕作年及豆科殘體回歸農田比率(>或<50%)及施或沒施廄肥等條件。

　　此指引在氮肥的推薦量採入作物栽培歷史及廄肥的使用，應用到伊利諾州土壤氮測定，在過去6年的測試案例有84 %準確性。此測試也納入玉米晚期的玉米莖硝酸根濃度分析以推斷第2年有乳牛廄肥的玉米田是否需要再側施氮肥。他們更和動物飼養計畫(CAFO, concentrated animal feeding operation)納入廄肥農田利用降低化肥又降低環境污染。

註解：如果沒有土壤分析資料及作物栽培歷史，其肥料推薦量採用土壤分析中等值的推薦量。如果沒有使用廄肥歷史資料，推薦量採用低肥力推薦量。

1.條施肥料用量：起始肥料應該含少量氮肥，多數會施磷肥及一些鉀肥。起始肥可以選擇1-4-0、1-3-1、1-3-3、或1-1-1複合肥，依土壤肥力狀況選擇。然而條施起始肥中氮+氧化鉀的量不要超過90-112 公斤/公頃。例如使用392公斤/公頃成分10-20-20複合肥料會傷到玉米幼苗。尿素及磷酸二銨最好也不要做起始肥用以降低傷到幼苗的風險。

2.康乃爾大學所提氮肥使用效益

　　需要盤點田間可能的所有氮源才能給予最經濟的化肥用量。一般農田土壤有機質礦化提供的氮可能有45到90公斤/公頃的氮。如果前期種植大豆或大豆-草土壤可能可以提供112-168公斤/公頃的氮或更多，優良草或草-豆科土壤在第一年可能可以提供84-112 公斤/公頃的氮。因此種植豆科的土壤加上土壤本身肥力其所提供的氮肥近224 公斤/公頃，因此只要施些起始肥(約33公斤-氮/公頃)就足夠玉米的氮需求。

　　此指引在2010及2011年決定以廄肥取代起始肥研究，發現：

1. 當土壤分析氮濃度在低及邊際濃度時施廄肥還要施起始氮肥，除非廄肥用量是所需全氮使用量。

2. 沒有施廄肥農田施用起始肥可以提高玉米產量，除非土壤有效性氮(ISNT, Illinoi soil nitrate test)已經足夠的農田所用起始肥對產量才沒有提升效應。玉米莖後期所測硝酸態氮(CSNT, corn stalk nitrate test)做為下一期作玉米施肥推薦參考，資料顯示當其濃度750-2000 ppm，顯示玉米田施肥量適當。玉米前作是大豆時氮肥可以減少22-34公斤/公頃。玉米種於種過埃及三葉草(clover)者，氮肥可以減少78-134公斤/公頃。

　　為提升氮肥肥效也有使用硝化抑制劑(dicyandiamide (DCD) and nitrapyrin)抑制將銨態氮轉化為亞硝酸的亞硝酸化單孢菌(Nitrosomonas)、抑制尿素水解成氨的尿素酶抑制劑(N-(n-butyl) thiophosphoric triamide NBPT), phenylphosphorodiamidate, thiophosphoryl triamide, and ammonium thiosulfate)、硫及聚合物裹覆的緩效性氮肥(slow or controlled release)。

土壤群I---黏質土壤、細質地土壤位於紐約北部(康乃爾大學)

耕作年	氮肥推薦量，kg/ha
	草地		豆科少於50 %		豆科大於50 %
	無廄肥	廄肥	無廄肥	廄肥	無廄肥	廄肥
1	11-34	11-34	11-34	11-34	11-34	11-34
2	56-112	11-45	34-90	11-22	22-78	11-34
3	78-123	11-56	67-112	11-45	67-112	11-45
≧4	90-134	22-67	90-134	22-67	90-134	22-67

 

土壤群I---黏質土壤、細質地土壤位於紐約北部(康乃爾大學)磷肥(P2O5)及鉀肥(K2O)推薦量，kg/ha

土壤	土壤有效性磷等級					土壤有效性鉀等級
等級	VL	L	M	H	VH	VL	L	M	H	VH
推薦量	78	67	45	22	0	56	45	34	22	0

 

土壤群II-紐約州中部砏質土壤、中到適中細質地土壤(康乃爾大學)

耕作年	氮肥推薦量，kg/ha
	草地		豆科少於50 %		豆科大於50 %
	無廄肥	廄肥	無廄肥	廄肥	無廄肥	廄肥
1	11-34	11-34	11-34	11-34	11-34	11-34
2	67-112	11-45	56-101	11-34	45-90	11-34
3	90-134	11-67	78-123	11-56	78-123	11-45
≧4	101-146	34-78	101-146	34-78	101-146	34-78

 

土壤群II-紐約州中部砏質土壤、中到適中細質地土壤(康乃爾大學)磷肥(P2O5)及鉀肥(K2O)推薦量，kg/ha

土壤	土壤有效性磷等級					土壤有效性鉀等級
等級	VL	L	M	H	VH	VL	L	M	H	VH
推薦量	78	67	45	22	0	67	67	45	22	0

 

土壤群III-砏質壤土、適中粗質地土壤(康乃爾大學)

耕作年	氮肥推薦量，kg/ha
	草地		豆科少於50 %		豆科大於50 %
	無廄肥	廄肥	無廄肥	廄肥	無廄肥	廄肥
1	11-34	11-34	11-34	11-34	11-34	11-34
2	67-112	11-45	56-101	11-34	34-90	11-34
3	90-134	22-67	78-123	11-56	78-123	11-56
≧4	101-146	34-78	101-146	34-78	101-146	34-78

 

土壤群III-砏質壤土、適中粗質地土壤(康乃爾大學)磷肥(P2O5)及鉀肥(K2O)推薦量，kg/ha

土壤	土壤有效性磷等級					土壤有效性鉀等級
等級	VL	L	M	H	VH	VL	L	M	H	VH
推薦量	78	67	45	22	0	90	78	56	28	0

 

土壤群IV---壤質土壤、粗到中質地土壤(康乃爾大學)

耕作年	氮肥推薦量，kg/ha
	草地		豆科少於50 %		豆科大於50 %
	無廄肥	廄肥	無廄肥	廄肥	無廄肥	廄肥
1	11-34	11-34	11-34	11-34	11-34	11-34
2	67-123	11-56	56-101	11-34	34-90	11-34
3	90-134	22-67	78-134	11-67	78-123	11-56
≧4	101-146	34-78	101-146	34-78	101-146	34-78

 

土壤群IV---壤質土壤、粗到中質地土壤(康乃爾大學)磷肥(P2O5)及鉀肥(K2O)推薦量，kg/ha

土壤	土壤有效性磷等級					土壤有效性鉀等級
等級	VL	L	M	H	VH	VL	L	M	H	VH
推薦量	78	67	45	22	0	134	90	56	28	0

 

土壤群V---砂質地、非常粗質地土壤(康乃爾大學)

耕作年	氮肥推薦量，kg/ha
	草地		豆科少於50 %		豆科大於50 %
	無廄肥	廄肥	無廄肥	廄肥	無廄肥	廄肥
1	11-34	11-34	11-34	11-34	11-34	11-34
2	45-112	11-45	22-90	11-22	22-78	11-34
3	67-123	11-56	56-112	11-45	56-112	11-45
≧4	78-134	22-67	78-134	11-67	78-134	11-67

 

 

土壤群V---砂質地、非常粗質地土壤(康乃爾大學)磷肥(P2O5)及鉀肥(K2O)推薦量，kg/ha

土壤	土壤有效性磷等級					土壤有效性鉀等級
等級	VL	L	M	H	VH	VL	L	M	H	VH
推薦量	78	67	45	22	0	134	101	67	34	0

 

3.玉米植株氮狀態

　　由觀察玉米植株狀況以判斷其氮肥用量是否適當。檢視玉米較低位葉片狀況，在玉米R5(馬齒期)如果有3-5葉片已經枯死(或近死)及上部葉片保持中到暗綠色時，表示當年的氮肥用量是適當的。此階段如果枯死葉片少於3片且上位葉顏色保持中暗到暗綠色，則表示當年的氮肥用量偏高，所以往後氮肥用量可以減少22-45 公斤/公頃。如果葉片枯死到或高於穗葉的葉片或整株植株葉片淡綠色及近於穗葉的葉片黃化，這些植株狀況顯示當期作氮肥不足，下期應提高22-45公斤-氮/公頃。玉米氮缺乏其葉片由尖端顯示V型黃化，此現象和乾旱症狀相似，但是乾旱的影響會更嚴重。如果在產期後段(VT-R6)嚴重乾旱，其症狀和前面敘述不同。在乾旱時氮用量要低於一般推薦量。

　　側施氮肥前的土壤硝酸態氮檢測(PSNT, pre-sidedress soil nitrogen test)可以提供有關土壤氮含量是否足夠作物最大經濟產量。此階段在玉米株高15-30公分時測定表土(0-30公分)的硝酸態氮是否足夠當季玉米生長所需。如果PSNT測值≧ 25 ppm，表示土壤有效性氮足夠，如果≦ 21 ppm，需要側施氮肥。如果在21-25 ppm間，表示再施氮有10 %機率產量會提高。【延伸閱讀】- 利用感測器測量土壤裡的硝酸鹽含量

　　前面有提過在玉米生長後段期間可以測玉米莖的硝酸態氮以判讀當期氮肥用量是否充足或不足或過多。青割玉米土壤樣品須於採收前1星期到採收後1天(如果期採後留的莖(stubble)高度 ≥ 36公分。用於測定莖硝酸態氮的部位在離地面15-36公分的部位，需要避免受土壤汙染。土壤肥力均勻農田6.8公頃採15段做一樣品。農田有不同管理或土壤性質不同區，需要分開採樣分析。大於6.8公頃面積的農場須分區採樣。玉米莖硝酸態氮濃度等級：低≦ 250 ppm N、邊際值250-750 ppm N、適當750-2000 ppm N及過量≧ 2000 ppm N。不同測值等級的判讀如下：

• 低：等級表示缺氮，顯示植株難獲得足夠氮。可能原因有施用量不足、根生長受限、缺水、養分交感作用造成缺乏。採收時枯死葉片可能高到穗葉或高於穗葉及/或整株淡到極淡綠色。
• 邊際：邊際等級下在某些年加施氮肥可以提高產量，這些年如果沒有加施氮肥，其植株狀況可能跟低等級的植物缺氮症狀。此情況下最好要做CSNT測定。
• 適當：顯示有效性氮足夠玉米經濟生產。採收時下位葉3-5片葉枯死而上部葉片保持中到暗綠色。
• 過量：當莖濃度超過2000 ppm N表示氮肥過多，採收時其枯死下位葉少於3片葉，上部葉片保持中到暗綠。如果有施廄肥及/或化學氮肥，顯示所施用量超過當期玉米作物需求。

氮肥監測建議連續幾年較能建立完整的施肥推薦量。

4.調整氮肥用量-將氣候資訊納入玉米氮肥調整

　　玉米氮肥用量隨這地區及生長季節而不同，同一氮肥用量下在某些年適合玉米生長，而某些年會產生氮肥不足現象。這重要原因在於後氣候、土壤、及管理等因素影響。在多春雨年份會造成硝酸態氮流失而需要在側施肥料時提高氮肥用量；然而乾旱年則需要降低氮肥用量。土壤型態不同也需要做不同的調整。

　　電腦模式可以納入許多不同因子影響能力及其交感作用的反應，如此可以以各別農田給予最適當的氮肥推薦量。電腦程式可以納入高解析的每日降雨量及溫度，也納入土壤型態、有機質含量、前作作物、有機肥施入、耕犁方式、種植日期及密度、栽培種、產量潛能等資料。同時氮的流失及水汙染及溫室氣體排放等不良狀況都可以降到最低。此運算模式可以進入Web-based Tools - Cornell CALS(https://cals.cornell.edu/field-crops/about/resources/web-based-tools)進行運算。

黃裕銘 教授
國立中興大學土壤環境科學系

文章摘譯

• 農業科技決策資訊平台管理團隊