（七） 土壤的保水力

1. 何為具有保水性且排水性優(yōu)異的土壤？

水分對(duì)作物而言非常重要，一旦水分不足就會(huì)枯萎； 但是水分過(guò)多，也會(huì)使作物的根部因無(wú)法呼吸而腐爛。 在一定程度內(nèi)，即使持續(xù)干旱，或持續(xù)降雨，土壤都能提供作物所需的水分。這和上一篇所講述的土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)密不可分。（參考： 土壤基礎(chǔ)知識(shí)講座 （六） 土壤三相；  土壤團(tuán)粒）

土壤顆粒決定保水力

請(qǐng)想象一下沙地和黏土。 沙地的顆粒大，沙粒之間的空隙也大，因此排水性良好，但幾乎不具有保水力，所以必須經(jīng)常澆水，作物才能生長(zhǎng)。 而黏土的顆粒小，空隙也小，水在細(xì)小的空隙中具有高親和力，所以如果只有黏土，那么保水力雖然強(qiáng)，但是排水性卻太差，只要多下一點(diǎn)雨，作物就會(huì)泡在水里。

如果有恰到好處的團(tuán)粒構(gòu)造，就能打造一個(gè)既富有保水性，排水能力又良好，最適合作物生長(zhǎng)的土壤環(huán)境。

重黏土土壤，可以通過(guò)添加砂土及有機(jī)物，使團(tuán)粒發(fā)達(dá)。

砂質(zhì)土壤，可以通過(guò)添加黏土及有機(jī)物，使團(tuán)粒發(fā)達(dá)。

有機(jī)質(zhì)土壤，添加適量的砂、黏土與肥料，使團(tuán)粒發(fā)達(dá)。

2. 水在土壤中的功能

土壤中的水分具有以下功能：

（1） 供作物吸收、利用，促進(jìn)生長(zhǎng)。

（2） 溶解土壤中的肥料成分。

（3） 比熱大，能幫助土壤保持一定的溫度。

（4） 提供能讓土壤生物生存的環(huán)境。

3.  作物的吸水與pF

土壤中的水分會(huì)通過(guò)毛管孔隙從濕度高的地方流向濕度低（干燥）的地方，如果遇到過(guò)大的孔隙，便會(huì)中斷。

水流動(dòng)的方向由位能決定，而水的位能會(huì)受到重力、毛細(xì)現(xiàn)象、吸附力、滲透力等因素的影響。

水的位能一般以帕 (Pa) 來(lái)表示，不過(guò)在與作物生長(zhǎng)相關(guān)的領(lǐng)域中，則會(huì)用水柱高度的對(duì)數(shù)值 pF 來(lái)表示。

pF值越大，代表土壤越干燥； pF值越小，代表土壤含水量越多。 

pF值為0代表全容水量，指的是土壤完全為水飽和時(shí)的含水量。這時(shí)已經(jīng)無(wú)法再吸收哪怕一點(diǎn)點(diǎn)水分了。這種情況，只是在土壤被水淹沒(méi)時(shí)才發(fā)生。因?yàn)橥耆退恋K植物根的呼吸，只有少數(shù)適應(yīng)水淹條件的植物能夠生長(zhǎng)。

田間容水量，是指旱田在降雨或者灌溉后，多余的重力水已經(jīng)排出，土壤所保存的水量。 這是大多數(shù)植物可利用的土壤水的上限。

永久凋萎點(diǎn)，是指土壤已經(jīng)十分干燥，雖然還含有一定的水分，但是被土壤的微毛細(xì)結(jié)構(gòu)所吸，植物的根無(wú)法利用。pF值高于永久凋萎點(diǎn)，植物將干枯凋萎，不可逆轉(zhuǎn)。

pF與水的流動(dòng)以及作物生長(zhǎng)的關(guān)系，如下圖所示。 最適合作物生長(zhǎng)的pF是1.8~3.0 （-6kPa~-100kPa)，即“正常生長(zhǎng)有效水分”。

4. 土壤的有效水分

土壤的田間容水量（pF1.8) 與作物枯萎的永久枯萎點(diǎn)（pF4.2) 之間的差，就是有效水分。 有效水分的量會(huì)隨著土壤的種類而不同。

砂石的顆粒較大，因此有效水分較少； 在顆粒大小不一的土壤中，有效水分會(huì)變大。

至于小顆粒的黏土，有效水分會(huì)稍微變小。

即使從保水力的觀點(diǎn)來(lái)看，也能得知有各種大小不一的顆粒混雜的土壤，比較適合作物的生長(zhǎng)。

（八） 土壤的保肥力

1. 何謂保肥力？

在營(yíng)養(yǎng)液（無(wú)土）栽培時(shí)，作物能夠立刻吸收施肥的肥料。但是在土壤栽培種，大多時(shí)候肥料都會(huì)先被土壤吸附，作物再?gòu)耐寥览镂震B(yǎng)分。 營(yíng)養(yǎng)液栽培就像是錢包里一有錢就馬上拿出來(lái)用，土壤栽培就像是先把錢存進(jìn)銀行，需要的時(shí)候再用提款卡提出來(lái)使用。 這個(gè)宛如 “銀行” 的功能，就叫做 保肥力，一般以陽(yáng)離子交換能力（CEC）來(lái)表示。

2. 保肥力的結(jié)構(gòu)-- 陽(yáng)離子交換能力（CEC）

土壤仿佛有許多只帶有負(fù)電的“小手”。 其原因有二：

第一是因?yàn)橥寥赖闹饕煞?-- 硅酸 與 氧 結(jié)合之后，帶有負(fù)電； 

第二則是土壤中腐殖質(zhì)所含的羧基與苯酚羥基也帶有負(fù)電。

相對(duì)于此，許多肥料成分在溶于水后，會(huì)成為帶有正電的陽(yáng)離子，因此會(huì)被土壤擁有的帶負(fù)電的 “小手” 拉?。ㄎ剑?/p>

土壤吸附陽(yáng)離子并維持的能力，叫做 “陽(yáng)離子交換能力”，是一種表示保肥力的數(shù)值。

陽(yáng)離子交換能力(CEC)

鹽基（陽(yáng)離子）： 鈣、鎂等二價(jià)陽(yáng)離子，會(huì)用2只“小手”與二價(jià)陰離子相連； 鉀、銨等一價(jià)陽(yáng)離子會(huì)用1只“小手”與一價(jià)陰離子相連。

土壤每100克“小手”的數(shù)量，就是CEC， 以 meq/100g 或 cmol / kg表示

陽(yáng)離子交換能力亦可稱為CEC (Cation Exchange Capacity), 或鹽基置換容量， 可表示為100克的土壤所帶的負(fù)電荷相當(dāng)于多少毫克（meq）。陽(yáng)離子交換能力越大，土壤中所含的陽(yáng)離子就越多，保肥力也就越大。 CEC數(shù)值的大小，會(huì)隨著土壤性質(zhì)、腐殖質(zhì)的量以及黏土礦物的種類而定。

陽(yáng)離子交換能力就像是土壤養(yǎng)分的銀行，陽(yáng)離子交換能力越大，就能存進(jìn)越多的錢（保肥力）。 品質(zhì)好的土壤，數(shù)值大約是 15 meq/100g 以上。

土壤的性質(zhì)，腐殖質(zhì)的多少，礦物的種類等，都會(huì)影響CEC的大小

保肥力與保水力相同，在砂石中較小，在多為黏土或腐殖質(zhì)的土壤里較大。黏土的種類也會(huì)影響保肥力， 如高嶺石、禾樂(lè)石保肥力較小， 蒙脫石、蛭石比較大。

保肥力受到腐殖質(zhì)的影響更大。在保肥力小的土壤里加入堆肥，便能增加腐殖質(zhì)，提高保肥力。此外，亦可以黏土為客土，或是通過(guò)牧草栽培，增加土壤的團(tuán)粒構(gòu)造， 也很有效。

3. 陽(yáng)離子的比例（鹽基平衡）也很重要

如上所述，土壤顆粒中的鈣、鎂、鉀、銨等，都是能夠吸附并維持作物所需肥料養(yǎng)分的陽(yáng)離子。然而除了量之外，維持各種陽(yáng)離子比例的平衡，對(duì)作物的生長(zhǎng)也很重要。這就是所謂的“鹽基平衡”。

CEC中鈣、鎂、鉀三者的總和，就叫做 鹽基飽和度。 當(dāng)鹽基飽和度達(dá)到80%，就表示CEC的離子當(dāng)中，這三種離子占了80%。 鹽基飽和度與pH值的關(guān)系非常密切。

在pH值比較低的酸性土壤中，鹽基不飽和。 當(dāng)土壤是弱酸性或中性時(shí)（pH值6-7），鹽基趨于飽和。

有關(guān)土壤pH值對(duì)作物的影響，后續(xù)會(huì)有專文詳細(xì)講述。

（九） 什么是地力？

（十） 氣溫和地溫

1. 一天中的日照強(qiáng)度與氣溫變化

正如同其他在太陽(yáng)下生活的陸地生物一樣，土在一天之內(nèi)的生活也有許多變化。前兩天剛剛度過(guò)秋分，這時(shí)的晝夜時(shí)間幾乎相等。 隨著太陽(yáng)的升起和落下， 每天的氣溫會(huì)發(fā)生劇烈變化。

（秋分時(shí)節(jié)）一天的日照強(qiáng)度與氣溫和地溫的對(duì)比

熱在土中的傳導(dǎo)速度較慢，再加上地球內(nèi)部也有熱散發(fā)出來(lái)，因此熱在地表的進(jìn)出變化雖然劇烈，地溫卻能維持穩(wěn)定。

2. 一天中地表附近的溫度變化

地表因?yàn)橹苯咏邮芴?yáng)能（這里指熱能），所以溫度會(huì)迅速上升。但是有一部分的熱會(huì)在空氣中散開，或是漸漸往地面下竄去。當(dāng)環(huán)境里含有適量的水分時(shí)，大部分的熱都會(huì)成為水的蒸發(fā)熱（汽化熱）而消失，溫度幾乎不會(huì)變化。

另外，隨著太陽(yáng)越升越高，地表所接受的熱量也會(huì)增加，熱往地底傳遞，使得地面下的溫度也開始上升。到了下午，地表所接受的熱開始漸漸減少； 到了晚上，地表的溫度甚至?xí)兊帽鹊孛嫦逻€低。

3.下層的地溫變化

在一天之內(nèi)，熱能影響的范圍大約會(huì)到地表下70cm左右，在這個(gè)范圍內(nèi)，一整天的溫度變化不大。

我國(guó)大部分地區(qū)四季分明， 氣溫會(huì)隨著季節(jié)變化而改變，因此地表下70cm的地溫也會(huì)以年為單位產(chǎn)生些微的變化。 一整年當(dāng)中地溫都不會(huì)變化的深度，大約是在地下10~20米； 在此深度以下，則會(huì)收到地?zé)岬挠绊?，隨著深度的增加，溫度上升。深度每增加1千米， 地溫就會(huì)上升大約30°C。

地底的溫度變化

4. 氣溫和地溫對(duì)土壤的影響

氣溫和地溫會(huì)影響微生物的生活，間接影響土壤有機(jī)物分解或合成的速度。 另外，對(duì)于不進(jìn)行光合作用的微生物來(lái)說(shuō)，比起光線，它們更容易受到熱（地溫）的影響，因此反應(yīng)速度會(huì)隨著地溫的變化而不同。

從地表傳來(lái)的熱量，也會(huì)對(duì)巖石的風(fēng)化造成極大的影響。 沙漠的沙粒表層每天都必須承受攝氏好幾十度的溫差，因此巖石會(huì)受到物理性的破壞。無(wú)論是什么種類的巖石，都會(huì)因?yàn)闇囟群退肿兓饾u成為細(xì)微的顆粒，此時(shí)植物開始生長(zhǎng)，分解也會(huì)日益加劇。

降雨或灌溉水對(duì)土壤水分含量變化的影響，也會(huì)影響土壤中的微生物、小動(dòng)物的活動(dòng)，進(jìn)而促使腐殖質(zhì)的生成與消耗也產(chǎn)生變化。

整地翻土也會(huì)讓土壤中的成分改變，加速有機(jī)物分解或養(yǎng)分流失。 而蚯蚓吃下的土，在一夜之間就能成為團(tuán)粒構(gòu)造發(fā)達(dá)的土。 土壤就是因?yàn)樯鲜龈鞣N方面的因素不斷變化。

（十一） 作物的養(yǎng)分吸收

1. 構(gòu)成作物的養(yǎng)分元素

作物會(huì)通過(guò)吸收土壤中所含的氮、磷、鉀等多量元素，鈣、鎂等中量元素，以及硼等微量元素而成長(zhǎng)。 

作物的身體大部分是由水組成的。 假如水分占75%， 那么剩下的25%則是干物質(zhì)量。干物質(zhì)大部分是碳水化合物、蛋白質(zhì)等有機(jī)物，燃燒后會(huì)形成二氧化碳和水（水蒸氣）， 但最后仍會(huì)留下無(wú)法燃燒的灰燼。 這些灰燼中有鉀、鈣、鎂、硅、硫、氯、鐵、錳、鋅、銅、硼、鉬等在作物生長(zhǎng)過(guò)程中不可或缺的無(wú)機(jī)元素（礦物）。

除此之外，灰燼里也會(huì)含有鋁、鎳、鍶、銣等元素。只是目前還無(wú)法得知這些元素對(duì)作物的成長(zhǎng)有什么影響。

植物體的元素構(gòu)成

各種養(yǎng)分在土壤中溶于水或弱酸之后，氮會(huì)變成銨根離子，磷會(huì)變成磷酸根離子，鉀會(huì)變成鉀離子。即使離子數(shù)量稀少，也會(huì)被作物根部強(qiáng)大的吸收力吸收，因此需要耗費(fèi)很多能量。 這些能量的來(lái)源，便是經(jīng)由光合作用儲(chǔ)存在作物葉片或莖里的淀粉。 淀粉會(huì)轉(zhuǎn)換為糖類，送到根部，為吸收養(yǎng)分提供源源不斷的動(dòng)力。

假如光合作用不足，作物合成淀粉的能力就會(huì)衰退，送到根部的糖類也就跟著變少，如此一來(lái)根部的活性便會(huì)降低，吸收養(yǎng)分的效率變差。

土壤的元素構(gòu)成

2. 養(yǎng)分的選擇性吸收

即使是土壤溶液中濃度較低的養(yǎng)分離子，根部也會(huì)利用呼吸作用所得到的能量來(lái)抵抗?jié)B透壓，吸收所需的離子。這就是所謂的選擇性吸收。

這是因?yàn)樽魑矬w內(nèi)有一種稱為運(yùn)輸?shù)鞍祝╰ransporter) 的蛋白質(zhì)，可以挑選養(yǎng)分并送進(jìn)體內(nèi)，讓作物吸收必要的養(yǎng)分，再送至必要的地方。

要選擇什么樣的離子來(lái)吸收，通常會(huì)因?yàn)樽魑锏姆N類而異，不過(guò)大部分的作物吸收的離子依序?yàn)椋?/p>

鉀（K) > 鈣 (Ca) > 鎂 (Mg) > 鈉 (Na)

這是在作物成長(zhǎng)過(guò)程中的重要順序， 尤其是鉀， 被吸收的量比氮還多。

植物的養(yǎng)分吸收和能量供給

植物根尖放大后的結(jié)構(gòu)圖

根毛放大后

根毛會(huì)釋放出氫離子，不僅吸附水溶性離子，也會(huì)吸附土壤膠體，來(lái)吸收養(yǎng)分

3 根部的生長(zhǎng)速度和生長(zhǎng)量

作物的根會(huì)在土壤中一邊尋找養(yǎng)分，一邊不斷生長(zhǎng)。根的生長(zhǎng)的速度十分驚人。 例如，小麥發(fā)芽后只需40~50天，根就能長(zhǎng)到一米。

根會(huì)在土中長(zhǎng)出許多支根與細(xì)根。據(jù)說(shuō)在一株小麥?zhǔn)粘蓵r(shí)，根部合計(jì)總長(zhǎng)將達(dá)數(shù)百公里，根毛總數(shù)則有好幾億。

如此驚人的生長(zhǎng)力，全都由根部末端的分裂細(xì)胞進(jìn)行，而根毛最密集的部分，則負(fù)責(zé)吸收養(yǎng)分與水分。

（十二） 土壤pH與作物生長(zhǎng)

1. 適合作物生長(zhǎng)的土壤pH值

土壤pH值對(duì)作物的生長(zhǎng)有很大的影響。

在我國(guó)秦嶺淮河以南地區(qū)， 降水豐富，

露天栽培時(shí)，鹽基容易因?yàn)榱苋茏饔枚?/span>

酸化；

但是在有屋頂遮雨的設(shè)施栽培中，

則容易累積鹽類，使得土壤

堿化。

土壤pH值不但會(huì)

影響土壤中各種元素的溶解性，

也會(huì)影響微生物。

一旦土壤酸化（pH值降低）,

絲狀真菌就會(huì)優(yōu)先生長(zhǎng)，

而絲狀真菌中有許多

如鐮刀菌的作物病原菌，

因此必須

特別注意土壤病害。

此外，pH值一旦降低

與吸收氮密不可分的

硝化菌

更容易受到影響，

使作物生長(zhǎng)狀況不佳。

一般而言，

最適合作物生長(zhǎng)的pH值為

5.5~6.5 

但是隨著作物的不同，

此數(shù)值也會(huì)有很大的差異。

通常

水田或旱田的適當(dāng)pH值為

6.0~6.5 

果園的適當(dāng)pH值為

5.5~6.5

茶園的適當(dāng)pH值為

4.0~5.5

一些常見作物的適合生長(zhǎng)的pH值范圍

2. pH值與元素的溶解

土壤中的元素是否容易被溶解，

會(huì)因?yàn)閜H值而異。

酸性過(guò)強(qiáng)時(shí)

鋁 和 錳

更容易溶解。

所謂耐酸性的作物，

就是即使這些成分較多，

也不會(huì)受到負(fù)面影響的作物。

而所謂不耐酸性的作物

則需要較多的

鈣、鎂 等

不易溶于酸性的元素。

若pH值變低，

鋁 和 鐵 等

變得更容易溶解

土壤溶液中

這些元素的離子便會(huì)增加

而這些離子，一旦與

磷酸根離子

結(jié)合

便會(huì)形成

難溶性化合物

作物可能會(huì)

缺磷

土壤pH值與各種元素的溶解性