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現代化農業:施肥懶人包–緩效性肥料

103/04/15 瀏覽次數 25025
種植作物最麻煩的就是必須搭配生長期分好幾次施肥,若嫌麻煩而一次下太多肥料,則植物容易肥傷,且過剩未被植物吸收的肥料會造成土壤劣化和汙染水源。若肥料下得輕,雖然較環保,卻需常耗費人力補充追肥。施肥懶人包─緩效性肥料─就應運而生。

原理與機制

一般農業用的化學肥料都是水溶性的速效性肥料,因溶解太快,常常植物還沒吸收完,剩下的就隨著水滲到地下水層。或因肥料瞬間溶出太多,導致土壤養分飆高,滲透壓上升,使植物根部吸水困難而生長不良。為克服這些問題,在化學肥料外層包覆一些疏水物質或隔水材料,避免肥料溶解太快,這就是緩效性肥料的原理。

因為多了一次包覆加工,所以緩效性肥料常比一般化學肥料貴。為了降低加工成本,就先由易淋洗、用量多的氮肥著手改良。最早發展的是裹硫尿素肥料,以工藝技術把硫磺粉包在尿素顆粒外,利用硫磺的微溶性阻隔水分進入尿素內核,達到緩釋的效果。但因外層硫磺粉的物理強度不佳,容易破碎,若存放不當或環境潮溼,常發生外層剝落而失去緩釋功能。

因此,發展出不受外膜限制的方法。利用化學的縮合反應使尿素與醛類混合產生縮合尿素肥料,主要有甲醛縮合尿素、乙醛縮合尿素、異丁醛縮合尿素等。縮合完全的尿素肥料呈低溶性,必須經由微生物轉換才能被植物吸收,但因縮合化學反應不一定完全,所以會有醛類殘留。而目前甲醛已認定是會致癌的化學管制藥品,需經特別申請才能使用,且製作過程一定要有氣體回收裝置,以免汙染環境與為害人體,因此必須提高風險評估。

另外,有人跳脫減少溶解度的框架,轉而考慮土壤中氮肥有效性降低的原因:因微生物參與氮循環過程,其中又以硝化作用與脫氮作用最為關鍵,氮肥在土壤中經一系列的生化反應後,最終以2種方式流失,分別是硝酸態氮淋洗,與以氮氣、一氧化氮、二氧化氮、氧化亞氮等氣體形式逸散。於是把硝化抑制劑拌入肥料中,阻斷氮循環過程中的硝化作用,以減少氮肥的損失。

發展與規範

目前緩效性肥料的發展仍以外層包覆聚合物為主,並搭配作物生長曲線,把所需的氮磷鉀肥料按作物需要的時間釋放。這種能夠控制養分供應速率的肥料,稱為控釋型肥料。

隨著磷礦、鉀礦、石油等非再生資源減少,世界各國都積極發展控釋型肥料以提高肥料施用效率。國內試驗改良場所也投入相關研究,政府並訂有肥料管理法規,規定含氮的裹覆複合肥料所含的氮必須是水溶性,且氮素初期溶出率須在50 %以下。

常見的外層包覆材料可分為無機和有機材料兩大類。無機包膜材料主要是硫磺、碳、石膏、矽酸鹽、磷酸鹽等礦物,優點是取得容易、成本低、不汙染土壤、同時提供作物多種營養,缺點是膜性不佳易脆、有孔洞、易被微生物分解,因此養分控釋性能不穩定。

有機包膜材料主要是高分子聚合物,可分為天然和人工合成二類。天然的高分子材料有松脂、天然橡膠、澱粉、纖維素、木質素、腐質酸、植物油、蟲膠等,優點是取得容易、不汙染土壤,缺點是易被微生物分解,因此控釋性能不穩定。人工合成的高分子材料主要是樹脂類,有醇酸樹脂、聚氨酯樹脂、熱塑性樹脂等,優點是對土壤溫度、酸鹼值、微生物等條件不敏感,因此控釋性能可由聚合物的性質控制;缺點是價格高、加工技術複雜、常需要有機溶劑溶解、膜層難分解並易汙染環境。

釋肥特性

控釋肥起初多用在園藝盆栽上,因為盆栽容積小,緩衝能力差,須謹慎施肥,採用的釋放曲線一般是直線型和拋物線型(L型)。但若要把控釋肥施用在大田農藝作物上,則以搭配作物生長的S型釋放曲線較佳。

一顆好的控釋肥顆粒,會隨著水分的進入,肥料慢慢溶解,溶解越多,單位面積膜承受的張力越大,張力越大肥料膜越膨脹,膜也越來越薄,如此釋放會進一步加快,直至肥料完全溶解為止。這時,膜承受的力量最大,釋放也最快。之後隨著膜內的溶質慢慢釋放到膜外,由最高飽和濃度的溶液狀態轉為低濃度,於是釋放越來越慢,呈現S型釋肥曲線。

這麼多種控釋肥與不同的釋放曲線,到底何者最好?控釋肥的好壞不在釋放期的長短,而是必須與作物的生長需肥曲線配合。一般作物至少會有營養生長期、生殖生長期2個需肥高峰,通常單一形式的控釋肥很難製出2、3個釋肥高峰,因此若把不同的控釋肥按需肥比例混合,則可配出適合作物生長的綜合控釋肥,俗稱B.B.肥。

成效卓著

歷經千辛萬苦開發的控釋肥的成效如何?據國外的試驗報告,許多作物如水稻、番茄、洋蔥、草莓、萵苣、牛蒡、山藥、木瓜、蘋果、桃、李、草皮等,都有產量增、品質提升、省肥等優點。

國內自行研發的控釋肥,在水稻試驗可增產21 %,美濃瓜可省肥20 %而產量相同,洋香瓜在少肥20 %狀況下還增產8 %,小葉菜類省肥25 %,提前1天採收產量相同,小黃瓜省肥20 %還增產18 %,效果卓著。這顯示施用控釋肥確實有省肥、增產、提高品質、早收等優點,還可節省人力、提高肥料效果、減少環境汙染,唯一的缺點是價格偏高,約為傳統化學肥料的2~4倍,這也是不易推廣的主因。

日本早已把控釋肥運用到大面積水田,中國大陸更啟動緩釋肥補助計畫,試圖提升整體農業水準,美國、以色列等農業技術先進國家更把控釋肥賣到世界各地。

傳統肥料加些創意與科技,就成了新產品的施肥懶人包,緩效性肥料造福了許多農友與不會施肥的民眾。期望「緩效肥料一小匙,人人都是綠手指;簡單方便大家行,環境美好永經營」。
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