友善耕作者經常念茲在茲的,就是要顧好生態、把土壤養好,但什麼叫做好的生態?好的土壤?田裡有鳥出沒就是生態嗎?土壤黑黑的就是好土嗎?究竟在科學上如何解釋?有沒有簡單明確的指標?讓專研土壤又親自種田的科學家一針見血地告訴你!

高舉著鋤頭,朝自家菜園子一鋤下去,「來來來,給你看看什麼叫做漂亮的『團粒』,」王巧萍自豪地拔起一株雜草,草根黏起一大球土團,「像我這樣瘦弱的一個女子,拔草完全不花力氣,因為我把土養得很鬆軟啊!」「啊,蚯蚓被我剁斷了,真是抱歉,隨便一鏟都是啊!」「哈哈,我看到我最想要的東西了,蜈蚣!」

眼前這位戴著眼鏡、留著學生頭,講話幽默又朝氣十足的「王老師」,是林業試驗所副研究員王巧萍,從德國取得土壤博士回來後在森林與土壤研究中打滾二十幾年,長住宜蘭員山深溝村。從跑山到種田,她笑稱自己是從「女泰山變成女土人」,一下田就完全無法自拔。

王巧萍的菜園土壤肥沃鬆軟,雜草可輕鬆拔起(攝影/蔡佳珊)

好土指標之一:完美的團粒結構

這天宜蘭松園小屋裡坐無虛席,來聽王巧萍講「微觀農田──土壤生態學」。絕無冷場的四小時扎實課程,深入淺出地結合理論與實務,幫許多農友打通了任督二脈。

首先,什麼是好土?「簡單的判斷是,至少要有好的團粒結構。」王巧萍解說,團粒結構越好,越能通氣、排水、保肥、保水、保溫,而好的團粒結構,是物理、化學和生物三個要素綜合作用所形成的土壤樣貌。

土壤由各種大小的礦物顆粒,也就是砂粒、坋粒及粘粒,依不同的比例形成各種土壤的質地。除此之外,土壤中還有很多生物殘骸的有機質,有機質分解到一個程度,就成為腐植質。腐植質和土壤顆粒當中小於0.001mm以下的粘粒,都是「土壤膠體」(soil colloids),可讓土粒膠結形成團粒結構。一般來說,有機質愈多的土壤,土壤膠體含量愈高,土壤團粒也就愈發達。

土壤有充足有機質即可形成團粒結構,可保水保肥(攝影/蔡佳珊)

那麼,要如何增加土壤膠體?如上面說的,土壤膠體可分為無機膠體和有機膠體,無機膠體就是黏土礦物,在田土中含量多少大概看成土狀況已定,除非刻意換土或混加,否則不太容易改變;可是有機膠體,就是「土壤有機質」(soil organic matter),是人為可以提昇的。「對我來說,有機質,就是土壤健康與否的重大關鍵!」王巧萍再三強調。

「土壤有機質」到底是什麼東西?

說起有機質,「成分太複雜、種類太多,簡單來說,土壤中含碳的、生物來源的物質,就叫做土壤有機質。」王巧萍要大家想像:地殼形成之初,火山熔岩溫度多是上千度,還會有碳存在原本的地殼之中嗎?沒有,都燒光光了。所以土壤裡的碳是從哪裡來的?答案是:從生物來的!

因而土壤中的碳,不是來自地質作用,而是來自於生物作用。「只要是含碳的、從生物來的、還沒有被分解的,大至動植物的屍體,小至腐植酸,通通都是土壤有機質。」

王老師用一種「考試會考」的加強語氣,道出有機質的重要性,「跟土中其他顆粒相比,每一公克的土壤有機質,『比表面積』無敵大!」所以有機質含量越多的土壤,除了孔隙率會比較大,「抓住肥料」的能力也比較強。

王巧萍更指出,土壤有機質不只能把養分留存在土壤中供植物慢慢利用,更是很多生物賴以為生的營養來源。而生物本身在土中死亡之後的殘骸,又為土壤持續提供了豐富的有機質,形成周而不息的養分循環。

王巧萍對新農演講土壤生態學,強調增加土壤生物才是王道(攝影/蔡佳珊)

樹上的山蘇為什麼長那麼大?是動物在固氮!

多年前王巧萍在福山植物園山中做研究,仰頭望著森林樹梢上長著一大叢一大叢的山蘇,不禁疑惑:樹上的山蘇無根無土,又沒有人施肥,為什麼可以長得那麼大?

她仔細觀察,發現山蘇底部有一團基質,「我推測,這裡面有氮源,而且是來自動物。」於是王巧萍與台大昆蟲系吳文哲老師組成一個研究團隊,摘下一棵棵不同大小的山蘇,打開基質,有了巨大發現:裡面竟躲著大大小小的蟲子,數得眾人眼花撩亂,在十一棵山蘇中,一共捉出兩萬多隻土壤無脊椎動物!

仔細分析這兩萬多隻動物的食物位階,有捕食者、有分解者,有吃素的毛毛蟲,有好幾種雜食性的螞蟻,還有更多是無法分類出食性的無脊椎動物,在其中活潑鑽動、吃喝拉撒,形成微小卻綿密完整的生態結構,「原來山蘇會那麼厲害,是因為有這些動物在幫忙把氮留在基質裡。」

所有的動物都有蛋白質,有蛋白質就有氮。只要農夫願意讓這些不知名的小生物在土壤中跑來跑去,它們的存在本身就是在幫忙你把營養固定住。不論是長了腳會跑的活體動物,還是眼睛看不見的微生物,通通都是土壤碳庫和氮庫的一部分。

許多農夫關心土壤肥力狀況,會把土送驗,「但是這些生物的氮是驗土驗不到的,除非他也來驗蟲,」王巧萍一語戳破現今農業化約論的盲點。

田裡出現蜈蚣最棒了

「讓土壤裡有很多生物來幫忙固碳、固氮,怎麼沒有人問我,如果變成病蟲害怎麼辦?」王老師自己「做球」給聽眾們,有人馬上接了球乖乖地問:「如果變成病蟲害怎麼辦咧?」

這確實是大多數農夫最擔心的問題。身為「土生土長──誰在地下呼吸」粉絲團版主,王巧萍深諳土中生態,「假如你的食物網結構是完整的,就不太可能讓特定的蟲危害。」譬如最讓人頭痛的雞母蟲和線蟲,都有專門吃牠們的剋星。

她最高興在田裡看到蜈蚣,因為蜈蚣愛吃雞母蟲,更因蜈蚣是高階的捕食者,有牠出現,代表這塊田區有著穩定健全的生態系統網。蜈蚣和蜘蛛都是指標性物種,不過王巧萍發現農友們對蜘蛛的忍耐度比蜈蚣大,特別希望大家看見蜈蚣要手下留情。

以王巧萍親身種田經驗,這個生態結構的建立並不需要很久,「大概一季,好多東西就回來了,還蠻神奇的。」

王巧萍的菜園中隨處可見蚯蚓、蜈蚣,和各式各樣的無脊椎小動物(攝影/蔡佳珊)

施多少肥才科學?土壤科學家撩下去

研究森林土壤超過二十年,王巧萍一直有個疑問:為什麼農夫一定要施肥?森林都不用施肥?於是五年前開始租地,親自下田種水稻做實驗。

「我可以理解,如果沒有伐採,基本上森林的營養很大一部分是循環再利用的,而農田的東西只要長出來就會被帶走,因此必須人為補充進去。」假如農夫施肥是個必然,那麼一個土壤科學家種起田來,究竟要施多少肥才「科學」?

森林廣大無邊,王巧萍過去以養分循環為中心做森林的長期生態研究,發現動輒要十幾年才能確認一個理論或學說,然而一塊農田四邊都圍起來,做起「養分收支」實驗對她來說應該是小菜一碟。她心想,如果實驗有了結果,或許就可以告訴農夫:不用施那麼多肥。

於是王巧萍好不容易說服地主配合實驗,第一年,完全不施肥,做為基準點。結果一分地收成750台斤。第二年,每分地只施「薄肥」──60公斤的有機肥(相較於許多有機米動輒施200到800公斤有機肥,慣行田施超過100公斤的化肥,這樣的肥量可說是丟到田裡就立即消失),每分地收成也來到950台斤。第三年重複試驗薄肥作法,收成依然維持將近1000台斤。

雖然一般稻農認可的好收成,是一分地至少1200到1400台斤,但相對投入那麼多的肥料成本,又隱藏著較高的病蟲害風險,值得嗎?更關鍵的是,那麼多的肥料,真正被植物吸收的有多少?其他都到哪裡去了?

王巧萍的田間實驗(攝影/蔡佳珊)

過肥造成水污染和溫室氣體,有機慣行都一樣

「你下的肥,至少五成以上都沒有被植物利用!」王巧萍道,根據歐洲的研究結果,全球氮肥利用率最好的是非洲,超過140%(就是除了人工施肥以外,還有其他天然的固氮作用),歐洲好一點,目前有六到七成的利用率,全球平均大概是五成,我們和中國類似,大概只有不到30%的利用率。

那麼其他的50-70%呢?「沒在土裡也沒在植物裡,都隨著水流出去或者是變成氣體,」不是流進排水系統污染了水體,就是以脫硝作用變成N2或N2O的型態逸失到空氣之中,「N2O是比 CO2更可怕的溫室效應氣體。」

在「土壤減肥」這件事上,無分有機慣行,因為無論是化肥或有機肥,只要過量,都會造成水污染和全球暖化。王巧萍曾經隨到河口捕鰻苗的漁民進行會勘,發現撈上來的烏魚苗,四條有三條生病,她回來後詢問各方研究者推測原因,極可能是河水優養化,使某些病菌爆量,而危害魚體。而優養化原因除了民生用水,整個流域的農地用肥也是幫凶。

怎麼施肥最好?

無論化肥還是有機肥,王巧萍認為,過肥才是目前最大的問題。那麼農夫到底要怎樣施肥,既不會過量,又有助於在田間建立起完整的生態網?

答案很簡單,回到前述論點,先養土,讓土壤有可保肥的團粒結構和土壤膠體,然後把原來的施肥量都先減半,甚至更少一些。能保肥的土壤,當然就可以減肥。如果作物生長狀況不良,再適量的追肥。

要讓土壤可以保肥,就要增加土壤膠體,而土壤膠體是來自有機質,有機質則來自植物和動物的殘骸。重點在於,「給你的土壤很多種不同的資材,讓很多生物可以存活。」

王巧萍認為,從化學組成來看,有機物分解作用需要的時間越長越好,可以把它們看為「長效型的活碳」。很難分解,代表這東西丟到田裡,可以有很多輪的生物分不同階段來吃它,幫助建構更完整的食物網絡。同時也因為滋養了很多不同的土壤生物,間接把農夫施用的氮素固定在生物體,而不會迅速流失到環境中。

她舉例,譬如一片菜葉丟進田裡,沒幾天就分解了,若是粗糠,可能花上兩年才完全分解。花生殼也是好東西,木質素含量高,因為木質素不容易分解。同理,颱風過後路邊的行道樹殘枝敗葉也很棒,「大家都知道木黴菌很好,木黴菌就是吃纖維素和木質素的,你沒有提供纖維素和木質素,怎麼會有木黴菌?」

王巧萍坦言,自己實在沒時間做堆肥,於是菜渣果皮、蝦殼蚌殼,還有實驗室不要的森林樹葉、枝幹、果殼,她通通拿來直接丟在菜園裡。三年下來,土壤鬆軟得不得了,種什麼都好吃,唯一缺點就是有礙觀瞻。

王巧萍菜園裡的廚餘,多樣化的材料可以餵養多元生物(攝影/蔡佳珊)

給土壤生物一個機會,它會幫你賺更多

「我沒有任何農法,只是希望每個農友都能在你的土壤中建立完整的食物網,」講完土壤物理、化學、生物一整堂「土壤生態學」,風趣的王老師突然語重心長,「我只求你做一件事,給你的土壤生物一個機會,它會幫你把碳固定下來、把氮固定下來、幫你把土壤弄鬆、幫你形成團粒結構,幫你的土壤通氣、透水、保溼、保肥……這麼好賺的事情,為什麼不做呢?」

當我們談論森林功能時,會談到森林的生產、增加土壤的碳吸存、釋放人類所需的氧氣等等生態系的服務功能……若將森林代換成農田,又何嘗不是如此。王巧萍說,所謂友善環境、所謂生態田,不只是不用農藥化肥,不只是有水鳥在田間飛來飛去,而是要把整個生態系,包括生物與非生物,都放在心上才是。

生態系為人類服務,人類也該為生態服務,「服務應該是互相的。」王巧萍認為,畢竟到頭來,人不可能自外於生態系統之外,人終究是生態系當中唯一能主動做出改變的那一份子。

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2 則回應

  1. Hallo Teresa, What do you mean top soil?
    Is it earth or compost?

  2. top soil, 原是指地表最上層的土壤. 在自然界野林中就是俗稱的”黑金”,可以厚達十公分深,看林子多密,積累得有多久.但是現在是指袋裝的商品就叫top soil. 成份有好與不好,看不同的產商如何製造. 無論如何,都不能和自然的黑金相比, 但對一般土地有限的住家栽培花草樹木是很方便取得的需要的土壤, 自己另用堆肥,馬糞肥,…等混合來用.

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