土壤基礎(chǔ)知識(shí)講座 (19~24)
(十九) 影響腐殖質(zhì)堆積的條件
腐殖質(zhì)分解的速度與程度，
會(huì)隨著新鮮有機(jī)物的成分而異，
腐殖質(zhì)的堆積量也會(huì)隨之變化。
含有豐富糖類與蛋白質(zhì)的有機(jī)物，
------ 容易分解
富含木質(zhì)素的有機(jī)物，
------ 較難分解
但是，影響分解的不止這些因素。
我們知道， 有機(jī)物的分解，
是土壤微生物在起作用。
影響微生物活性的因素，
就同樣影響腐殖質(zhì)的分解
(相關(guān)鏈接：
土壤基礎(chǔ)知識(shí)講座 （十六） 微生物的生長環(huán)境)
一. 溫度
影響最大的就是溫度。
寒冷地區(qū)的腐殖質(zhì),
比溫暖地區(qū)要來得多。
在高溫環(huán)境下，
有機(jī)物的分解作用旺盛，
腐殖質(zhì)不會(huì)堆積。
有機(jī)物的分解，
在30°C左右達(dá)到高峰，
而植物生產(chǎn)有機(jī)物的最高點(diǎn)，
則是在25°C左右。
在10~20°C的環(huán)境下，
腐殖質(zhì)的堆積量最多。
溫度高時(shí)，腐殖質(zhì)趨向分解； 溫度低時(shí)，趨向堆積。
二. 空氣，水分
對(duì)微生物的活動(dòng)而言，
空氣（氧）必須充足，
水分也是必要的。
空氣與水分之間的關(guān)系，
會(huì)對(duì)微生物活動(dòng)造成很大的影響。
土壤中的空隙里，
如果只有空氣，沒有水分，
或是水分過剩，空氣過少，
微生物便無法活動(dòng)。
在空氣與水分都適量的狀態(tài)下，
有機(jī)物的分解作用會(huì)比較活躍。
這時(shí)土壤水分，
為最大容水量的50~60%，
有機(jī)物在這種狀態(tài)下，
會(huì)迅速分解，
腐殖質(zhì)的堆積也會(huì)變少。
適度的空氣和水分會(huì)增加土壤微生物活性，促進(jìn)分解。
三. pH值
分解有機(jī)物的微生物，
最喜歡的pH值各有不同。
細(xì)菌類為中性，
絲狀真菌為弱酸性。
若pH過高或過低，
微生物便無法進(jìn)行分解，
腐殖質(zhì)也就會(huì)開始堆積。
在過度潮濕，
容易生成有機(jī)酸的，
土壤環(huán)境中，
由于pH值降低，
腐殖質(zhì)便會(huì)蓄積。
泥炭層就是其中一例。
適合的pH值，會(huì)增加土壤微生物活性，促進(jìn)分解。
另外，
若土壤養(yǎng)分豐富，
微生物活性強(qiáng)，
則有機(jī)物的分解也會(huì)比較旺盛，
不易堆積腐殖質(zhì)。
貧瘠的土壤養(yǎng)分少，微生物活性減少，腐殖質(zhì)趨向堆積
如上所述，
由于影響的因素非常多，
腐殖質(zhì)的生成條件相當(dāng)苛刻，
堆積量，
也會(huì)隨著地區(qū)和植被種類而異。
自然林地傾向蓄積
生長在自然林地中的植物或動(dòng)物，
遺體都會(huì)回歸土壤。
因此原本從土壤吸收的養(yǎng)分，
會(huì)形成有機(jī)物，
回歸至土壤中。
再加上降雨或河川，
所帶來的養(yǎng)分，
養(yǎng)分收支便能呈現(xiàn)，
盈余狀態(tài)。
供給土壤的有機(jī)物量高于分解量，
因此土壤有機(jī)物傾向逐漸蓄積，
土壤逐年肥沃 。
自然林地的有機(jī)物逐漸蓄積
農(nóng)耕地傾向消耗
在農(nóng)耕地，
即使有來自肥料的養(yǎng)分供給，
但生長的作物（有機(jī)物），
會(huì)被收割，
帶出農(nóng)地之外，
雖然作物的殘?jiān)驓埜?div style="height:15px;">
會(huì)成為有機(jī)物，
回歸土壤，
但進(jìn)入土壤的有機(jī)物，
還是減少的。
此外，農(nóng)地為了栽培作物，
經(jīng)常進(jìn)行翻土整地。
整地時(shí)造成的土壤攪亂與空氣供給，
會(huì)促進(jìn)有機(jī)物的分解。
于是，
農(nóng)耕地土壤的有機(jī)物傾向減少，
而這種現(xiàn)象一般稱之為
"地力的消耗”。
為了彌補(bǔ)這種消耗，
農(nóng)耕地必須施用有機(jī)物。
農(nóng)耕地有機(jī)物逐漸消耗，必須施用有機(jī)物。
在后續(xù)的講座里，
我們將分別針對(duì)：
水田
旱田
果園
茶園
草地
設(shè)施栽培
這幾種類型的農(nóng)耕地，
進(jìn)行特征分析，
總結(jié)管理方法。
(二十) 水田土壤的特征與管理
浙江余姚河姆渡新石器遺址，
出土了大量距今，
七千年前 的稻谷遺存。
這表明中華民族的祖先，
早已學(xué)會(huì)了栽培水稻。
水稻可以吸收，
來自雨水和灌溉水的養(yǎng)分供給。
可以進(jìn)行無肥料栽培，
自古以來都維持著穩(wěn)定的生產(chǎn)量。
一. 水田土壤的特征
1. 與旱田土壤的差異
旱田土壤可以直接接觸空氣，
獲得充足的氧。
因此土壤呈現(xiàn) 氧化狀態(tài)，
棲息著許多 好氧性微生物。
相反地，淹水狀態(tài)的水田土壤中，
表土表面的藻類可以提供氧，
因此可保持氧化狀態(tài)。
但是下層的表土，
則會(huì)因?yàn)榭諝獗桓糸_而缺氧。
因此，好氧性微生物的活力收到抑制，
形成 厭氧性微生物 活躍的 還原層。
不過，有機(jī)物較少的下層表土，
由于微生物的活動(dòng)力不佳，
因此仍呈現(xiàn)氧化狀態(tài)。
水田土壤與旱田土壤的差異
（ NO3- 硝酸根離子； NH4+ 銨根離子； CO2 二氧化碳； Fe2*二價(jià)鐵離子；Fe3+ 三價(jià)鐵離子；N2 氮?dú)? N2O 一氧化二氮; CH4 甲烷 )
(點(diǎn)擊可查看清晰圖）
2. 還原態(tài)與氧化態(tài)的循環(huán)反復(fù)
水田土壤在夏季淹水期間呈現(xiàn)還原狀態(tài)，
在冬季排水期間呈現(xiàn)氧化狀態(tài)，
不斷循環(huán)。
有機(jī)物與礦物的分解作用旺盛，
可提供作物所需的養(yǎng)分。
水田成分隨著氧化、還原狀態(tài)，
在形態(tài)上的差異如下表所示。
水田土壤的成分
氧化狀態(tài)
（排水期）
還原狀態(tài)
（淹水期）
氧多少
pH低高
有機(jī)物的分解快慢
氮的特征容易流失因?yàn)槊摰菀讚]發(fā)
氮穩(wěn)定的形態(tài)硝酸根離子 NO3-銨根離子 NH4+
磷酸的特征不易被作物吸收容易被作物吸收
與鐵結(jié)合的磷酸正磷酸鐵 FePO4磷酸亞鐵 Fe3(PO4)2
硫的形態(tài)硫酸根離子 SO42-硫氫根離子 HS-
鐵的形態(tài)三價(jià)鐵 Fe3+二價(jià)鐵 Fe2+
錳的形態(tài)四價(jià)錳 Mn4+二價(jià)錳 Mn2+
在水田最具特征的還原狀態(tài)下，
除了氮和磷酸等多量元素外，
鐵、錳、硫等微量元素，
也會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)樽魑锶菀孜盏男螒B(tài)。
同時(shí)，銅、砷等有害重金屬，
也會(huì)變得比較容易被吸收。
（同樣是重金屬，
鎘在氧化狀態(tài)下較容易被吸收）
3. 甲烷的生成與脫氮作用
有機(jī)物在氧化狀態(tài)下分解，
會(huì)產(chǎn)生 二氧化碳。
在還原狀態(tài)下分解，
則會(huì)產(chǎn)生 甲烷。
在氧化與還原狀態(tài)交替出現(xiàn)下，
會(huì)產(chǎn)生脫氮作用。
硝酸被還原成氮?dú)猓?div style="height:15px;">
揮發(fā)至空氣中。
這個(gè)狀況會(huì)造成氮肥的浪費(fèi)，
對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來負(fù)面影響。
不過，這種功能可以積極利用，
以去除污水中的氮。
水田土壤的脫氮作用
（NO3- 硝酸根離子； NH4+ 銨根離子； N2氮?dú)猓?N2O 一氧化二氮)
(可點(diǎn)擊查看清晰圖）
二. 供給水田的養(yǎng)分
1.自然供給的機(jī)制
水田土壤包含氧化層與還原層，
因此元素也會(huì)受到影響。
在土壤中與鐵結(jié)合，
而變成不溶性的磷酸，
在淹水的水田土壤中會(huì)溶出，
變成讓水稻容易吸收的形態(tài)。
鉀以及其它必要的微量元素，
不但大量蓄積在水田中，
也會(huì)由灌溉水供給。
灌溉水除了能帶給土壤養(yǎng)分之外，
生長在水里的藍(lán)藻類，
以及土壤中的厭氧性細(xì)菌，
所進(jìn)行的氮固定作用，
也會(huì)變得更加活躍，
維持水田土壤的高度肥沃。
藍(lán)藻類能固定空氣中的氮，
如果在土壤中施用稻草等有機(jī)物，
效果會(huì)更加顯著。
在水田中會(huì)自然而然地，
形成上述這種養(yǎng)分供給的系統(tǒng)，
因此，就算不施肥，
作物也能順利生長。
以下是實(shí)驗(yàn)測(cè)試，
施加氮磷鉀三要素肥料，
和不施加肥料的收成結(jié)果：
作物氮磷鉀齊全區(qū)無氮區(qū)無磷區(qū)無鉀區(qū)無肥料區(qū)
水稻393(100%)285(73%)380(97%)387(99%)257(65%)
陸稻233(100%)107(46%)155 66%)210(90%)90(39%）
肥料三要素測(cè)試之收成量
（數(shù)字單位為 kg/10a, 括號(hào)內(nèi)為三要素之比例）
以施加氮磷鉀三要素肥料齊全區(qū)的產(chǎn)量為100%計(jì)算，
就算沒有施肥，
水田也能有，
相當(dāng)于三要素齊全區(qū)65%的收成量，
而在旱田栽培的陸稻，
則只有39%。
無氮區(qū)，無磷區(qū)也有相同的傾向，
但無鉀區(qū)沒有太大的差異。
由此可知，水田無論在什么條件下，
都能有相對(duì)穩(wěn)定的收成量。
2. 不會(huì)出現(xiàn)連作障礙
土壤的氧化、還原狀態(tài)不斷循環(huán)，
也會(huì)對(duì)土壤微生物帶來莫大的影響。
在氧化狀態(tài)下，好氧性細(xì)菌比較活躍；
在還原狀態(tài)下，厭氧性細(xì)菌比較活躍。
當(dāng)微生物像這樣相互輪替時(shí)，
病原菌不會(huì)蓄積。
此外， 對(duì)根有害的物質(zhì)，會(huì)被分解，
過剩的養(yǎng)分也不會(huì)流失，
所以不會(huì)產(chǎn)生連作障礙。
三. 水田中甲烷的生成與減少
水田中甲烷的產(chǎn)生，
是全球變暖的原因之一 。
1.甲烷的生成機(jī)制
水田總是被水覆蓋著，
土壤呈現(xiàn)厭氧性環(huán)境，
于是甲烷生成菌（絕對(duì)厭氧性細(xì)菌）
便會(huì)制造甲烷。
此外，土壤中生成甲烷的必要條件，
就是土壤的還原作用非常發(fā)達(dá)
（氧化還原電位Eh約為 -150mV)
土壤中產(chǎn)生的甲烷，
主要通過水稻的通氣組織散發(fā)，
有時(shí)也會(huì)變成氣泡或擴(kuò)散至田面水中，
再散發(fā)至大氣中。
水田中甲烷的生成
(O2 氧； CH4 甲烷； H2O 水； CO2 二氧化碳；H2 氫； HCO3- 碳酸氫根離子； CH3COO- 醋酸根離子)
(請(qǐng)點(diǎn)擊查看清晰圖)
在土壤還原層生成的甲烷，
通過表面的氧化層時(shí)，
會(huì)被甲烷氧化菌，
氧化為二氧化碳，
甲烷的生成量會(huì)變少。
2. 怎樣減少甲烷的生成
IPCC組織（政府間氣候變化委員會(huì)）指出，
全世界水田所生成的甲烷量，
每年約有二千萬噸。
甲烷氣體對(duì)全球變暖的影響，
約是二氧化碳的23倍，
因此全世界都在努力，
抑制它的產(chǎn)生。
想要減少水田中甲烷的產(chǎn)生，
關(guān)鍵在于水源管理。
只要拉長曬田時(shí)間，
讓水田氧化得更徹底，
便能抑制甲烷生成菌的活動(dòng)，
進(jìn)而減少甲烷的產(chǎn)生。
另外，不要直接施用稻草，
而是先使其堆肥化再使用，
也能大幅減少甲烷的產(chǎn)生。
施用含鐵的材料（爐渣等)，
也是有效的方法。
此外，有報(bào)告指出，
不整地栽培，
也可以減少甲烷的產(chǎn)生。
(廿一) 旱田土壤的特征與管理
與水田土壤相比，
呈氧化狀態(tài)的旱田土壤，
地力的消耗非常激烈。
即使有來自灌溉水的養(yǎng)分供給，
也依然不足。
因此，旱田作物對(duì)肥料的依賴，
遠(yuǎn)高于水田。
作物氮磷鉀齊全區(qū)無氮區(qū)無磷區(qū)無鉀區(qū)無肥料區(qū)
葉菜類100%35%75%68%35%
根莖類 100%73%86%64%65%
旱田土壤缺乏養(yǎng)分對(duì)蔬菜收成的影響
上表是某旱田的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
在不施肥的狀態(tài)下，
葉菜類減收65%，
根莖類減收35%。
對(duì)葉菜類的影響，依序?yàn)?div style="height:15px;">
