(廿五) 設(shè)施栽培(大棚)土壤的特征與管理
一、設(shè)施栽培土壤的特征
設(shè)施栽培自1950年代后半頁(yè)開(kāi)始普及，
從1970年代開(kāi)始急速增加。
設(shè)施栽培是在覆蓋著，
玻璃或塑料布的，
室內(nèi)培育作物，
因此也稱為 “溫室栽培” 。
在這種栽培方式下，
由于不會(huì)受到降雨的影響，
再加上全年的氣溫都保持偏高，
因此土壤環(huán)境
與露天栽培的土壤
截然不同。
設(shè)施栽培大多數(shù)使用當(dāng)?shù)氐耐寥溃?/p>
但有時(shí)也會(huì)使用來(lái)自其他地區(qū)的客土。
尤其是人造水田，
更是使用了大量客土。
在以客土打造的栽培設(shè)施中，
由于建造初期受到大型機(jī)械的碾壓，
導(dǎo)致耕盤形成，
有時(shí)會(huì)出現(xiàn)物理性的惡化。
一旦耕盤形成，
不只會(huì)使根部停止向下生長(zhǎng)，
肥料養(yǎng)分更是會(huì)蓄積在耕盤上方，
阻礙作物根部的正常生長(zhǎng)。
二、鹽類的累積
設(shè)施栽培不會(huì)受到降雨的影響，
在一般的管理下，
灌溉量?jī)H有終年降雨量的20%。
因此，肥料成分不斷堆積。
幾乎所有的設(shè)施栽培土壤，
都能看見(jiàn)氮、磷酸和鉀的堆積問(wèn)題。
露天土壤會(huì)因?yàn)榻涤?/p>
而使得養(yǎng)分流失，
蓄積在下層。
但在設(shè)施里，
反而是下層的水分蒸發(fā)時(shí)，
將土壤中的水溶性成分，
帶回表面，
讓鹽類堆積在表面。
這就是所謂的鹽類堆積：
設(shè)施栽培土壤中水分的移動(dòng)情況，與露天栽培土壤的對(duì)比。
（可點(diǎn)擊查看清晰圖）
當(dāng)鹽類不斷堆積，
土壤的EC值（電導(dǎo)率）便會(huì)升高，
甚至使得作物枯死。
導(dǎo)致鹽類障礙的原因，
可能是土壤溶液的滲透壓增加，
阻礙根部吸收養(yǎng)分，
對(duì)特定離子造成有害作用，
破壞養(yǎng)分的平衡狀態(tài)。
這些問(wèn)題會(huì)互相影響，
對(duì)作物造成損害。
堆積在設(shè)施栽培土壤中的鹽類
（可點(diǎn)擊查看清晰圖）
三、過(guò)度施肥引起的氣體障礙
由于設(shè)施內(nèi)部，
與戶外空氣之間的氣體交換，
受到阻擋，
同時(shí)又受到暖氣的影響，
因此室內(nèi)的氣體組成，
與戶外不同。
此外，設(shè)施大多采用大量肥料的栽培法，
有時(shí)可能產(chǎn)生由氨氣，
與亞硝酸氣體，
引起的障礙。
設(shè)施栽培中常見(jiàn)的氣體害
（可點(diǎn)擊查看清晰圖）
土壤的pH值偏高時(shí)，
氨會(huì)氣化，形成有害的氨氣。
而在酸性土壤中，
亞硝酸氧化菌的活動(dòng)力受到抑制，
使亞硝酸蓄積，
會(huì)形成亞硝酸氣體。
由于氮的形態(tài)變化取決于硝化菌的活力，
故此種現(xiàn)象常見(jiàn)于剛完成土壤消毒，
微生物數(shù)量降低的農(nóng)地。
四、設(shè)施栽培土壤的管理
在長(zhǎng)期進(jìn)行栽培的設(shè)施里，
經(jīng)常出現(xiàn)鹽類堆積與連作障礙。
要改善鹽類堆積，
最基本的方法就是，
不施用石灰質(zhì)的資材，
同時(shí)必須通過(guò)土壤診斷，
將鹽基平衡維持在適當(dāng)?shù)臓顟B(tài)
鈣：鎂：鉀 = 5 : 2 : 1
若想積極地除去鹽類，
可栽培高粱等，
可大量吸收養(yǎng)分的作物 (抑草作物）,
以吸收鹽類。
栽培禾本科的作物，
也能防止連作障礙。
若想防止,
土壤病原菌引起的連作障礙，
則必須依賴土壤消毒。
土壤消毒劑是藥效非常強(qiáng)的藥劑，
但其缺點(diǎn)是不只殺死土壤病原菌，
連有益的微生物也都會(huì)一并殺死，
擾亂土壤微生物生態(tài)。
因此，土壤消毒后，
必須施用品質(zhì)良好的堆肥，
作為供給微生物的來(lái)源。
另外一種潑灑熱水的熱水消毒法，
這種方法不但能殺死病原菌，
還可沖走蓄積在土壤中過(guò)剩的鹽類。
設(shè)施栽培土壤的問(wèn)題： 鹽類堆積， 連作障礙
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(廿六) 水田土壤的老化
人，
會(huì)隨著年齡的增長(zhǎng)，
而逐漸衰老。
而土地，
若連續(xù)不斷地栽培作物，
土壤的肥沃度會(huì)降低，
作物地收成量也會(huì)減少，
形成 “土壤的老化”。
土壤的老化，
主要是由于，
土壤養(yǎng)分流失所造成。
水田與旱田的老化，
機(jī)制和狀態(tài)不一樣。
本篇著重介紹，
水田土壤的老化。
水田土壤的老化過(guò)程
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1. 老化（秋衰）的機(jī)制
在水田栽培中，
有時(shí)會(huì)出現(xiàn)，
稻米在成長(zhǎng)中期之前，
發(fā)育都很正常。
然而一旦進(jìn)入，
幼穗形成期，
成長(zhǎng)速度便開(kāi)始降低，
造成因?yàn)榈久装l(fā)育不良，
而歉收的情形。
由于這種現(xiàn)象出現(xiàn)在秋天收獲期，
故稱為“秋衰”。
這是為什么呢？
水田土壤擁有淹水條件，
土壤呈現(xiàn)還原狀態(tài)。
以鐵、硫磺為中心，
展開(kāi)物質(zhì)變化。
在處于還原狀態(tài)的土壤中，
不易溶于水的三價(jià)鐵，
會(huì)轉(zhuǎn)化為易溶于水的二價(jià)鐵；
含有肥料與有機(jī)物的硫磺，
則會(huì)轉(zhuǎn)化為硫化氫。
硫化氫在含鐵量較高的土壤中，
會(huì)與二價(jià)鐵結(jié)合，
形成硫化鐵，
因而變得無(wú)害。
因老化而缺鐵的土壤，
硫化氫會(huì)不斷累積，
影響稻谷根部的生長(zhǎng)，
使得稻谷枯死。
此外，土壤中的錳與其他鹽基類，
在處于還原狀態(tài)的土壤中，
更容易流失，
使土壤更加貧瘠。
容易老化的土壤和不易老化的土壤
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2. 容易老化的土壤與不易老化的土壤
影響各種土壤老化速度的因素如下：
母材的不同：
花崗巖、砂巖地帶的水田，
由于各種元素的含量皆低，
因此容易老化。
安山巖或玄武巖等，
則富含各種元素，
天然供給能力強(qiáng)，
因此不容易老化。
透水性的不同：
表層為砂質(zhì)、
下層為砂礫，
透水性良好的水田，
養(yǎng)分容易流失，
因此容易老化。
硫酸肥料的多寡：
若大量施用含有硫酸的肥料，
鐵就會(huì)被硫化氫溶解，
流向下層。
而缺鐵的土壤容易老化。
3. 讓老化的水田返老還童
以下方法可以改良已經(jīng)老化的水田，
使其“返老還童”。
(1). 利用富含鐵、錳，黏土較多的土壤作客土。
(2). 進(jìn)行翻土，使淋溶至表土下方的鐵、錳等養(yǎng)分回到表土。
(3). 使用不含硫酸的肥料，同時(shí)施用含鐵資材（如轉(zhuǎn)爐渣等）。
(廿七) 旱田土壤的老化
1. 何謂旱田土壤的老化
相較于不斷受到水的影響，
隨時(shí)處于還原狀態(tài)的水田，
旱田土壤雖然沒(méi)有鐵、錳流失的問(wèn)題，
但卻會(huì)因?yàn)橛晁?/p>
而流失表土或養(yǎng)分，
使土地變得貧瘠。
對(duì)于花崗巖母材的土壤，
本來(lái)就缺乏栽培作物所需的養(yǎng)分，
再加上降雨，
鈣、鎂等鹽基也容易流失，
因此土壤呈現(xiàn)酸性，
作物生長(zhǎng)狀況不佳。
旱田土壤的老化過(guò)程
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大部分的作物，
在土壤呈現(xiàn)微酸性至中性時(shí)，
能順利生長(zhǎng)；
可是一旦土壤酸化，
作物根部的生長(zhǎng)就會(huì)受到阻礙。
此外，酸性土壤會(huì)使磷酸變得不溶，
鋁、錳等變得可溶，
使作物缺乏或過(guò)度吸收特定物質(zhì)，
產(chǎn)生生理障礙，
而無(wú)法正常生長(zhǎng)。
2. 酸性化的機(jī)制
促使土壤酸化的機(jī)制如下：
購(gòu)成土壤的細(xì)致土壤膠體，
表面帶有負(fù)電荷，
可吸附帶有正電荷的陽(yáng)離子。
適合作物生產(chǎn)的土壤，
土壤膠體會(huì)吸附鹽基類
（鈣、鎂、鉀、氨、鈉等陽(yáng)離子），
使電位呈現(xiàn)平衡狀態(tài)。
另一方面，
空氣中的二氧化碳會(huì)溶于雨水中，
形成淡淡的 “碳酸水” H2CO3，
含有碳酸根離子CO32-
與氫離子 H+。
被土壤吸附的離子強(qiáng)度依序?yàn)椋?/p>
氫 > 鈣 > 鎂 > 鉀,氨 > 鈉
因此，當(dāng)雨水滲進(jìn)土壤中，
氫離子便會(huì)，
使原本吸附于土壤膠體的鹽基類脫離，
自己吸附在土壤膠體上
（離子交換，置換），
因此土壤會(huì)逐漸酸性化。
此外，若大量施用硫酸銨等，
含有酸性離子的化學(xué)肥料，
或是使用含有酸性物質(zhì)的水來(lái)灌溉，
也會(huì)讓，
原本吸附在土壤膠體上的鹽基類，
與氫離子置換，
促進(jìn)土壤酸性化。
旱田土壤的酸性化
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3. 酸性土壤的改良要點(diǎn)
土壤的酸性改良相對(duì)容易，
只要施用鹽基質(zhì)資材即可。
一般常用的是碳酸鈣等石灰質(zhì)資材，
硫酸鎂等苦土資材，
或是含有上述兩者的苦土石灰。
酸性土壤的膠體會(huì)吸附氫離子，
施用了苦土石灰，
氫離子便會(huì)置換鈣離子、鎂離子，
形成中性的膠體，
讓pH值處于正常狀態(tài)。
酸性土壤的矯正
(可點(diǎn)擊查看清晰圖)
不過(guò)，倘若一次施用大量石灰質(zhì)資材，
土壤膠體便會(huì)過(guò)度飽和，
游離鹽基增加，
使土壤變成堿性。
改良?jí)A性土壤非常麻煩！
所以，請(qǐng)注意切勿施用過(guò)多。
4. 酸性改良資材的施用量
改良資材的施用量，
會(huì)隨著資材與土壤種類而異。
下表為一例。
| 土壤種類 | 石灰種類 | ||
| 碳酸鈣 | 苦土石灰 | 消石灰 | |
腐殖質(zhì)黑火山土 | 300~400 | 280~380 | 240~320 |
| 黏質(zhì)土，沖積土 | 180~220 | 170~210 | 140~180 |
| 砂質(zhì)土(砂丘未熟土) | 100~150 | 90~140 | 80~120 |
若使用苦土石灰，
將旱田10a表土10cm的pH值，
由pH5提升至pH6，
在腐殖質(zhì)黑火山灰土上，
必須使用280~380kg,
在沖積土上使用170~210kg，
若是砂質(zhì)土則需90~140kg.
然而，
如果一次施用過(guò)多的石灰質(zhì)資材，
作物可能會(huì)產(chǎn)生缺錳或缺鐵的問(wèn)題，
必須特別注意。
(廿八) 連作障礙
連作造成的地力降低
1. 什么是連作障礙？
在同一片田地，
每年都種植相同的作物，
稱之為連作；
自古以來(lái)，
只要進(jìn)行連作，
作物的生長(zhǎng)狀態(tài)就會(huì)變差，
且容易感染病蟲(chóng)害，
產(chǎn)量與品質(zhì)都會(huì)下降，
因此也稱為“厭地”。
這就是連作對(duì)作物生長(zhǎng)造成的災(zāi)害，
一般稱為連作障礙。
連作障礙的原因包括：
（1）土壤要素 -- 物理性、化學(xué)性、微生物性問(wèn)題造成的生理障礙。
（2）植物毒素造成的災(zāi)害。
（3）土壤病原菌或土壤害蟲(chóng)所造成的災(zāi)害等。
連作障礙的程度，
因作物種類而異，
茄子、番茄、西瓜、豌豆等作物
較為嚴(yán)重，
菠菜、蔥等則不易出現(xiàn)連作障礙。
若為了提高生產(chǎn)效率，
而將生產(chǎn)地集中、
打造大型設(shè)施，
那么具有高度商品性的作物，
勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)連作的情形，
此現(xiàn)象已是一個(gè)重要的課題。
2. 產(chǎn)生連作障礙的原因
（1） 營(yíng)養(yǎng)不均，物理性或化學(xué)性問(wèn)題
因連作而造成的土壤惡化情形當(dāng)中，
影響最大的，
就是作物過(guò)度吸收某些特定養(yǎng)分，
例如鉀或鈣等，
使得養(yǎng)分失去平衡，
同時(shí)缺乏微量元素。
微生物平衡狀態(tài)收到破壞，
也是營(yíng)養(yǎng)不均的主因。
此外，不斷反復(fù)耕犁，
使得土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)遭到破壞，
也會(huì)對(duì)作物成長(zhǎng)帶來(lái)負(fù)面影響。
若想針對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行改善，
可以使用客土或進(jìn)行土壤改良。
（2）相剋物質(zhì)的蓄積
來(lái)自植物根部的有機(jī)酸等，
相剋物質(zhì)一旦累積，
就會(huì)對(duì)作物根部帶來(lái)生長(zhǎng)障礙。
一般常見(jiàn)的為香豆素、苯酚、生物堿等。
為了改善連作障礙，
可以改種其它作物，
或是施用品質(zhì)良好的有機(jī)物，
增加微生物的活性，
分解肇因物質(zhì)。
（3）土壤病原菌、害蟲(chóng)的增加
一旦進(jìn)行連作，
有害的線蟲(chóng)、
鐮刀菌等病原菌便會(huì)增加。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，
在將作物殘?jiān)皻埜鶐щx農(nóng)地時(shí)，
若有促進(jìn)病原菌生長(zhǎng)的疑慮，
就必須進(jìn)行土壤消毒。
3. 水旱輪作是最有效的對(duì)策
水旱輪作，
是在同一農(nóng)地，
每隔三至四年，
交替種植水田與旱田的方法。
雖然在水源管理上有些難度，
但同時(shí)也具有許多優(yōu)點(diǎn)。
土壤在水田狀態(tài)時(shí)呈現(xiàn)還原狀態(tài)，
在旱田狀態(tài)時(shí)則呈現(xiàn)氧化狀態(tài)，
微生物的種類也有所不同，
因此有望減輕旱田的連作障礙問(wèn)題。
而旱田常見(jiàn)的養(yǎng)分蓄積，
在水田狀態(tài)時(shí)則會(huì)流失，
亦可減輕影響。
有機(jī)物一般在水田會(huì)蓄積，
在旱田會(huì)分解。
將農(nóng)地打造為旱田后，
在水田蓄積的有機(jī)物便會(huì)分解，
提供氮等養(yǎng)分，
促進(jìn)旱田作物的生長(zhǎng)。
不僅如此，
水田和旱田的雜草種類，
及生長(zhǎng)條件皆不同，
故可降低雜草生長(zhǎng)機(jī)會(huì)。
(廿九) 連作障礙的對(duì)策 - 輪作
其最有效的解決方法，
就是輪作。
在水田種植水稻時(shí)，
由于注入灌溉水，
土壤處于還原狀態(tài)。
灌溉水提供各種養(yǎng)分。
到了高溫季節(jié)，
淹水狀態(tài)下的農(nóng)地，
會(huì)出現(xiàn)許多藻類和小動(dòng)物，
為土壤補(bǔ)充有機(jī)物。
而冬季排水后成為旱田土壤，
會(huì)呈現(xiàn)氧化狀態(tài)。
這樣反復(fù)處于干濕交替狀態(tài)，
不會(huì)有連作障礙與地力消耗問(wèn)題。
相對(duì)于此，
旱田的土壤始終處于氧化狀態(tài)，
且連續(xù)栽培類似作物，
因此不斷消耗地力，
容易產(chǎn)生連作障礙。
要解決此問(wèn)題，
就必須進(jìn)行輪作，
也就是以一定的順序，
栽培不同品種的作物。
有時(shí)也在輪作之間穿插休耕。
在歐洲發(fā)展的輪作
輪作在以旱作為主的歐洲，
發(fā)展得比較完善。
世界上最古老的輪作，
是栽培小麥，
隔年休耕的 “二圃式” 輪作。
二圃式輪作
之后，
此耕種方式又發(fā)展為 “三圃式” 輪作，
也就是將農(nóng)地分為三區(qū)，
栽培秋播的小麥，
與春播的大麥，
同時(shí)讓一塊區(qū)域休耕，
以提升產(chǎn)量與地力。
在三圃式輪作中，
有時(shí)也會(huì)在一部分休耕地上，
種植三葉草，馬鈴薯或豆類等作物。
三圃式輪作
十八世紀(jì)末，
栽培飼料作物的 “諾?？耸?/strong>” 輪作，
在英國(guó)的諾福克郡普及。
諾福克式輪作，
是在春播的大麥，
與秋播的小麥之間，
種植豆科的飼料作物；
又在秋播的小麥，
與春播的大麥之間，
種植作為飼料用的根菜類作物
--蕪菁。
這種耕作方法有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：
其一是豆科的飼料作物，
會(huì)因?yàn)楦鼍沟黾樱?/p>
其二是飼料用蕪菁，
會(huì)讓表土變得更深。
此輪作不僅能栽培飼料作物，
更能提升地力，
增加產(chǎn)量，
為歐洲帶來(lái)農(nóng)業(yè)革命。
諾福克式輪作
現(xiàn)代日本發(fā)展的輪作
仿效歐洲的三圃式輪作，
以及諾福克式輪作，
在日本發(fā)展出新的輪作范例，
如下圖所示：
日式輪作
混播豆科與禾本科牧草，在坡地上，還能幫助預(yù)防土壤流失。地上部分可作為飼料，剩下的根可補(bǔ)充土壤的有機(jī)物。
輪作的牧草，
采用豆科與禾本科混播的方式。
牧草能讓土壤肥沃，
能讓表土變得更深的作物，
也選用了更適合的，
-- 蘿卜。
蘿卜能讓表土變得更深，
因此能打造出富含養(yǎng)分，
且物理性良好的土壤，
使番茄成長(zhǎng)狀況良好。
水田輪作
過(guò)去有些地方的農(nóng)家，
為了飼養(yǎng)用于農(nóng)耕的?；蝰R，
會(huì)利用一部分水田栽種牧草，
作為飼料。
每隔幾年栽培一次牧草，
便能得到穩(wěn)定地收成。
在主要作物收成后，
利用下次播種之前的期間，
水田也可栽培蓮花。
附著在蓮花根部的根瘤菌，
能讓土壤變得肥沃，
提升產(chǎn)量。
(三十) 過(guò)度施肥造成的障礙
1. 肥料養(yǎng)分蓄積的機(jī)制
一旦施行連作，
肥料成分必定會(huì)蓄積于土壤中。
這是因?yàn)槭┓实姆柿希?/p>
并不會(huì)完全被作物吸收。
肥料成分的流向
假設(shè)某種作物的施肥量為100，
那么作物大約會(huì)吸收：
70的氮，
20的磷酸，
以及80的鉀。
剩余的養(yǎng)分則會(huì)堆積在土壤中。
在土壤里，
大部分的氮會(huì)被菌體吸收，
成為有機(jī)物；
磷酸則會(huì)與鐵和鋁結(jié)合，
變得不溶于水。
殘留于土壤中的肥料成分，
并不會(huì)一次全部蓄積，
而是逐漸累積。
施用堆肥時(shí)，
堆肥所含的成分也會(huì)進(jìn)入土壤；
在栽種生長(zhǎng)速度較快的蔬菜類時(shí)，
為了提高收成量，
會(huì)經(jīng)常施加過(guò)量的肥料。
養(yǎng)分過(guò)剩蓄積，
作物根部的生長(zhǎng)就會(huì)停滯，
造成作物成長(zhǎng)狀況不佳；
而許多人為了解決這個(gè)問(wèn)題，
又再施用更多的肥量，
如此陷入惡性循環(huán)。
2. 過(guò)度施肥造成的障礙
施用充分的堆肥，
土壤的緩沖功能便可提升；
在不施用堆肥的狀態(tài)下，
如果持續(xù)進(jìn)行高肥栽培，
地力便會(huì)明顯衰落。
若氮肥料過(guò)多，
土壤就會(huì)蓄積大量的硝酸，
讓土壤的pH值下降，
逐漸變成荒廢地。
使用過(guò)量的氮肥，
還會(huì)造成氣體害。
在旱田施用過(guò)量的尿素肥料，
便會(huì)在氧化狀態(tài)下，
產(chǎn)生一氧化二氮及氨氣。
（請(qǐng)參考往期講座：土壤基礎(chǔ)知識(shí)講座(廿七) 旱田土壤的老化）
在水田施用過(guò)多的硫酸銨，
硫酸根離子會(huì)在還原狀態(tài)下游離，
產(chǎn)生硫化氫氣體。
（請(qǐng)參考往期講座：土壤基礎(chǔ)知識(shí)講座(廿六) 水田土壤的老化）
3. 在設(shè)施栽培中累積得更快
露天栽培下，
氮和鉀會(huì)隨著雨水流失。
但在設(shè)施栽培中，
由于鹽類不會(huì)因?yàn)橛晁魇В?/p>
因此堆積得更為迅速。
在設(shè)施栽培中，
過(guò)度施用的化肥中，
鹽類不斷累積，
使土壤變成高鹽類土壤，
破壞微生物的平衡。
（請(qǐng)參考往期講座：土壤基礎(chǔ)知識(shí)講座(廿五) 設(shè)施栽培(大棚)土壤的特征與管理）
鹽類堆積，
pH值在7以上的堿性土壤中，
會(huì)產(chǎn)生氨氣；
硝酸堆積，
pH值在5以下的酸性土壤中，
則會(huì)產(chǎn)生亞硝酸氣體，
對(duì)作物造成傷害。
如下圖：
設(shè)施栽培中過(guò)度施肥的害處
4. 如何防止養(yǎng)分過(guò)度蓄積
防止鹽類堆積的方法，
包括減少施用量，
并奪取已經(jīng)累積的養(yǎng)分。
營(yíng)養(yǎng)過(guò)分蓄積的土壤的改善方法
減少施用量，
就是遵循土壤診斷的結(jié)果，
不進(jìn)行過(guò)度施肥，
同時(shí)慎重選擇肥料種類，
使用成分中不含硫離子的，
尿素或硝酸銨肥料。
此外，在施用有機(jī)物時(shí)，
也必須避免，
肥料成分較高的家畜糞堆肥；
只須適量施用，
肥料成分含量較低的，
混合樹(shù)皮堆肥即可。
奪取養(yǎng)分，
指的是將作物的殘?jiān)鼛С鲛r(nóng)地，
更進(jìn)一步種植高粱等，
可大量吸收肥料成分的抑草作物，
最后將這些作物帶離農(nóng)地。
緊急的時(shí)候，
可以進(jìn)行淹水除鹽，
也就是大水漫灌，
將肥料成分沖走。
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