（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？
水分對作物而言非常重要，一旦水分不足就會枯萎； 但是水分過多，也會使作物的根部因無法呼吸而腐爛。 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粒結(jié)構(gòu)密不可分。（參考： 土壤基礎知識講座 （六） 土壤三相； 土壤團粒）
土壤顆粒決定保水力
請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。 而黏土的顆粒小，空隙也小，水在細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，但是排水性卻太差，只要多下一點雨，作物就會泡在水里。
如果有恰到好處的團粒構(gòu)造，就能打造一個既富有保水性，排水能力又良好，最適合作物生長的土壤環(huán)境。
重黏土土壤，可以通過添加砂土及有機物，使團粒發(fā)達。
砂質(zhì)土壤，可以通過添加黏土及有機物，使團粒發(fā)達。
有機質(zhì)土壤，添加適量的砂、黏土與肥料，使團粒發(fā)達。
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，促進生長。
（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
土壤中的水分會通過毛管孔隙從濕度高的地方流向濕度低（干燥）的地方，如果遇到過大的孔隙，便會中斷。
水流動的方向由位能決定，而水的位能會受到重力、毛細現(xiàn)象、吸附力、滲透力等因素的影響。
水的位能一般以帕 (Pa) 來表示，不過在與作物生長相關(guān)的領域中，則會用水柱高度的對數(shù)值 pF 來表示。
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的含水量。這時已經(jīng)無法再吸收哪怕一點點水分了。這種情況，只是在土壤被水淹沒時才發(fā)生。因為完全淹水妨礙植物根的呼吸，只有少數(shù)適應水淹條件的植物能夠生長。
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，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結(jié)構(gòu)所吸，植物的根無法利用。pF值高于永久凋萎點，植物將干枯凋萎，不可逆轉(zhuǎn)。
pF與水的流動以及作物生長的關(guān)系，如下圖所示。 最適合作物生長的pF是1.8~3.0 （-6kPa~-100kPa)，即“正常生長有效水分”。
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（pF4.2) 之間的差，就是有效水分。 有效水分的量會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，有效水分會變大。
至于小顆粒的黏土，有效水分會稍微變小。
即使從保水力的觀點來看，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。
（八） 土壤的保肥力
1. 何謂保肥力？
在營養(yǎng)液（無土）栽培時，作物能夠立刻吸收施肥的肥料。但是在土壤栽培種，大多時候肥料都會先被土壤吸附，作物再從土壤里吸收養(yǎng)分。 營養(yǎng)液栽培就像是錢包里一有錢就馬上拿出來用，土壤栽培就像是先把錢存進銀行，需要的時候再用提款卡提出來使用。 這個宛如 “銀行” 的功能，就叫做 保肥力，一般以陽離子交換能力（CEC）來表示。
2. 保肥力的結(jié)構(gòu)-- 陽離子交換能力（CEC）
土壤仿佛有許多只帶有負電的“小手”。 其原因有二：
第一是因為土壤的主要成分 -- 硅酸 與 氧 結(jié)合之后，帶有負電；
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電。
相對于此，許多肥料成分在溶于水后，會成為帶有正電的陽離子，因此會被土壤擁有的帶負電的 “小手” 拉?。ㄎ剑?/p>
土壤吸附陽離子并維持的能力，叫做 “陽離子交換能力”，是一種表示保肥力的數(shù)值。
陽離子交換能力(CEC)
鹽基（陽離子）： 鈣、鎂等二價陽離子，會用2只“小手”與二價陰離子相連； 鉀、銨等一價陽離子會用1只“小手”與一價陰離子相連。
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克的土壤所帶的負電荷相當于多少毫克（meq）。陽離子交換能力越大，土壤中所含的陽離子就越多，保肥力也就越大。 CEC數(shù)值的大小，會隨著土壤性質(zhì)、腐殖質(zhì)的量以及黏土礦物的種類而定。
陽離子交換能力就像是土壤養(yǎng)分的銀行，陽離子交換能力越大，就能存進越多的錢（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。黏土的種類也會影響保肥力， 如高嶺石、禾樂石保肥力較小， 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，或是通過牧草栽培，增加土壤的團粒構(gòu)造， 也很有效。
3. 陽離子的比例（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)分的陽離子。然而除了量之外，維持各種陽離子比例的平衡，對作物的生長也很重要。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。 當鹽基飽和度達到80%，就表示CEC的離子當中，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。 當土壤是弱酸性或中性時（pH值6-7），鹽基趨于飽和。
有關(guān)土壤pH值對作物的影響，后續(xù)會有專文詳細講述。
（九） 什么是地力？
什么是地力？
在農(nóng)業(yè)領域中，作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，是判斷土壤好壞的依據(jù)。 土壤生產(chǎn)作物的能力，一般稱為 “地力”。 有時也以 “肥沃度” 或 “土壤生產(chǎn)力”來表示。 地力表示的不僅是構(gòu)成土壤的自然條件，而且包括了栽種的作物、栽培的方法等農(nóng)業(yè)條件的綜合土壤能力。
地力必須 同時滿足 物理性要素、化學性要素及生物性要素。
地力的構(gòu)成要素
物理性要素包括土層或有效土層的厚度、整地的難易度、保水性與排水性、以及對風蝕和水蝕的耐性等等。
化學性要素包括養(yǎng)分的保持與供給能力（CEC), 土壤緩沖能力（pH）、氧化與還原能力、有無重金屬等有害物質(zhì)等等。
生物性要素包括有機物的分解能力、氮固定能力、對于病蟲害的緩沖能力、以及是否能提供對可分解有害化學物質(zhì)的微生物友善的環(huán)境。
上述要素必須相輔相成，才能打造出適合作物生長的環(huán)境。若僅單獨存在，是沒有效果的。 例如，表示土壤肥沃度的保肥力，必須結(jié)合物理性與化學性的相乘效果； 因為團粒構(gòu)造達到的土壤柔軟度，則需要物理性與生物性的相乘效果； 地力氮的運作則是生物性與化學性的相乘效果。 當這些因素互相取得平衡，便是良好的地力。
“土壤改良運動”在全國各地開展，采取施用有機肥料等措施，但卻成效不彰。 這是因為地力是多方面效果相輔相成的。 想要提升地力，就必須進行綜合性的改良，并不能只靠施肥或深耕等單獨的措施來達成。
何為優(yōu)質(zhì)土壤？
大家經(jīng)常說的“優(yōu)質(zhì)土壤栽培出的農(nóng)作物比較健康，營養(yǎng)價值也比較高”。 那么“優(yōu)質(zhì)土壤”指的是什么呢？
先不討論會大幅影響作物品質(zhì)的品種因素，只要將土壤的物理環(huán)境打造妥善，讓作物的根部可以充分生長，同時適當?shù)鼐S持土壤的化學性，施加最適合作物生長的肥料，就能生產(chǎn)出高品質(zhì)的農(nóng)作物。 另外，只要土壤微生物豐富又多樣，就能適度地分解進入土壤中的異物。 符合以上條件的土壤，就是“優(yōu)質(zhì)土壤”。
優(yōu)質(zhì)土壤的條件
讓我們再具體地看看何謂適合作物生長的條件。
一、 從物理性的角度看：
1. 耕土松軟，以硬度計測量時，表層約為15mm, 下層約為18mm.
2. 在旱田土壤，土壤三相應分別為固相率40%，氣相率30%，液相率30%左右。
二、 從化學性的角度看：
3. 土壤的pH值呈微酸性，約為5.5~6.5
4. 吸附肥料成分的陽離子交換能力約為20~30meq/100g 左右。
5. 陽離子應50%為鈣、20為鎂、10%為鉀。
6. 有效磷酸含量為10meq/100g以上。 若超過100mg則為過剩。
7. 土壤中的腐殖質(zhì)含量應為3~4%.
8. 適度含有各種微量元素。
9. 不含重金屬或殘留農(nóng)藥等對人體或作物有害的物質(zhì)。
10. 水田中的鐵和硅酸含量也很重要。
三、 從微生物的角度看：
11. 有種類多樣的土壤生物棲息其中，有機物分解能力佳，凈化作用強。
符合上述所有11項條件的土壤，就是適合作物生長的土壤。
上述條件有許多都能夠通過土壤診斷來判斷，因此定期進行土壤診斷非常重要。
（十） 氣溫和地溫
1. 一天中的日照強度與氣溫變化
正如同其他在太陽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。前兩天剛剛度過秋分，這時的晝夜時間幾乎相等。 隨著太陽的升起和落下， 每天的氣溫會發(fā)生劇烈變化。
（秋分時節(jié)）一天的日照強度與氣溫和地溫的對比
熱在土中的傳導速度較慢，再加上地球內(nèi)部也有熱散發(fā)出來，因此熱在地表的進出變化雖然劇烈，地溫卻能維持穩(wěn)定。
2. 一天中地表附近的溫度變化
地表因為直接接受太陽能（這里指熱能），所以溫度會迅速上升。但是有一部分的熱會在空氣中散開，或是漸漸往地面下竄去。當環(huán)境里含有適量的水分時，大部分的熱都會成為水的蒸發(fā)熱（汽化熱）而消失，溫度幾乎不會變化。
另外，隨著太陽越升越高，地表所接受的熱量也會增加，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，地表的溫度甚至會變得比地面下還低。
3.下層的地溫變化
在一天之內(nèi)，熱能影響的范圍大約會到地表下70cm左右，在這個范圍內(nèi)，一整天的溫度變化不大。
我國大部分地區(qū)四季分明， 氣溫會隨著季節(jié)變化而改變，因此地表下70cm的地溫也會以年為單位產(chǎn)生些微的變化。 一整年當中地溫都不會變化的深度，大約是在地下10~20米； 在此深度以下，則會收到地熱的影響，隨著深度的增加，溫度上升。深度每增加1千米， 地溫就會上升大約30°C。
地底的溫度變化
4. 氣溫和地溫對土壤的影響
氣溫和地溫會影響微生物的生活，間接影響土壤有機物分解或合成的速度。 另外，對于不進行光合作用的微生物來說，比起光線，它們更容易受到熱（地溫）的影響，因此反應速度會隨著地溫的變化而不同。
從地表傳來的熱量，也會對巖石的風化造成極大的影響。 沙漠的沙粒表層每天都必須承受攝氏好幾十度的溫差，因此巖石會受到物理性的破壞。無論是什么種類的巖石，都會因為溫度和水分變化而逐漸成為細微的顆粒，此時植物開始生長，分解也會日益加劇。
降雨或灌溉水對土壤水分含量變化的影響，也會影響土壤中的微生物、小動物的活動，進而促使腐殖質(zhì)的生成與消耗也產(chǎn)生變化。
整地翻土也會讓土壤中的成分改變，加速有機物分解或養(yǎng)分流失。 而蚯蚓吃下的土，在一夜之間就能成為團粒構(gòu)造發(fā)達的土。 土壤就是因為上述各種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
作物會通過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。
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)等有機物，燃燒后會形成二氧化碳和水（水蒸氣）， 但最后仍會留下無法燃燒的灰燼。 這些灰燼中有鉀、鈣、鎂、硅、硫、氯、鐵、錳、鋅、銅、硼、鉬等在作物生長過程中不可或缺的無機元素（礦物）。
除此之外，灰燼里也會含有鋁、鎳、鍶、銣等元素。只是目前還無法得知這些元素對作物的成長有什么影響。
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，氮會變成銨根離子，磷會變成磷酸根離子，鉀會變成鉀離子。即使離子數(shù)量稀少，也會被作物根部強大的吸收力吸收，因此需要耗費很多能量。 這些能量的來源，便是經(jīng)由光合作用儲存在作物葉片或莖里的淀粉。 淀粉會轉(zhuǎn)換為糖類，送到根部，為吸收養(yǎng)分提供源源不斷的動力。
假如光合作用不足，作物合成淀粉的能力就會衰退，送到根部的糖類也就跟著變少，如此一來根部的活性便會降低，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，根部也會利用呼吸作用所得到的能量來抵抗?jié)B透壓，吸收所需的離子。這就是所謂的選擇性吸收。
這是因為作物體內(nèi)有一種稱為運輸?shù)鞍祝╰ransporter) 的蛋白質(zhì)，可以挑選養(yǎng)分并送進體內(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吸收，通常會因為作物的種類而異，不過大部分的作物吸收的離子依序為：
鉀（K) > 鈣 (Ca) > 鎂 (Mg) > 鈉 (Na)
這是在作物成長過程中的重要順序， 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
根毛會釋放出氫離子，不僅吸附水溶性離子，也會吸附土壤膠體，來吸收養(yǎng)分
3 根部的生長速度和生長量
作物的根會在土壤中一邊尋找養(yǎng)分，一邊不斷生長。根的生長的速度十分驚人。 例如，小麥發(fā)芽后只需40~50天，根就能長到一米。
根會在土中長出許多支根與細根。據(jù)說在一株小麥收成時，根部合計總長將達數(shù)百公里，根毛總數(shù)則有好幾億。
如此驚人的生長力，全都由根部末端的分裂細胞進行，而根毛最密集的部分，則負責吸收養(yǎng)分與水分。
（十二） 土壤pH與作物生長
1. 適合作物生長的土壤pH值
土壤pH值對作物的生長有很大的影響。
在我國秦嶺淮河以南地區(qū)， 降水豐富，
露天栽培時，鹽基容易因為淋溶作用而
酸化；
但是在有屋頂遮雨的設施栽培中，
則容易累積鹽類，使得土壤
堿化。
土壤pH值不但會
影響土壤中各種元素的溶解性，
也會影響微生物。
一旦土壤酸化（pH值降低）,
絲狀真菌就會優(yōu)先生長，
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，
使作物生長狀況不佳。
一般而言，
最適合作物生長的pH值為
5.5~6.5
但是隨著作物的不同，
此數(shù)值也會有很大的差異。
通常
水田或旱田的適當pH值為
6.0~6.5
果園的適當pH值為
5.5~6.5
茶園的適當pH值為
4.0~5.5
一些常見作物的適合生長的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，
會因為pH值而異。
酸性過強時
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，
也不會受到負面影響的作物。
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增加
而這些離子，一旦與
磷酸根離子
結(jié)合
便會形成
難溶性化合物
作物可能會
缺磷
土壤pH值與各種元素的溶解性
