本土化蔬果有機介質配方之開發

文圖／蔡宜峰、高德錚

前言

　 　近年來以泥苔(peat mass)為主要栽培介質之袋耕技術已逐漸流行中北部山區，農民以進口之泥苔介質包配合點滴灌溉法進行花胡瓜、番茄、甜椒、辣椒等果菜之栽培全台栽培面積 約有60~80公頃間，由於是項栽培技術之設施投資費用僅為水耕栽培之100~120萬元/1000平方公尺之60%，且農民可自行搭建；雖然產品之品質 不如水耕栽培者，但因栽培過程較粗放，較易為農友採用。從民國七十五年台中區農業改良場成功地開發「動態浮根式水耕技術」以後至民國八十二年間全年已有近 六十公頃之水耕蔬菜農場之栽培面積，而至八十四年以後坊間由國外引入「有機介質袋耕」之技術而流傳於南投縣埔里一帶之山區。流風所至在埔里、國姓、草屯、 集集、水里及信義一帶之山區已逐漸採用進口之「有機介質袋」來栽培夏季果菜，栽培面積已達150公頃左右。惟經農友使用後發現有機介質袋耕之設施構築費用 固於比「動態浮根式水耕法」節省30%左右，但卻確無法如國外一般可行週年栽培，尤甚是炎夏時介質袋內溫度比大氣溫度高攝氏六度，加上業者缺乏介質耕專用 之養液配方及滴灌器材導致農友在栽培上常發生植株萎凋，營養失調及因介質中鹽分累積的癥狀，而嚴重地發生低產現象。

　 　台灣地區每年都從國外進口大量的泥炭介質應用在園藝作物栽培用上，不僅成本較高，且耗費外匯。目前台中區農業改良場的研究人員，已開發利用台灣地區本土 既有之大宗有機廢棄物，如稻殼、太空包廢木屑、牛糞、雞糞、米糠等，研發製成品質穩定的有機介質，並針對葉菜類及瓜果類等不同作物生長特性，研究建立完整 的配套栽培管理技術，包括養液管理、水份控制、生長管理、栽培設備等。這整套的有機介質栽培管理模式適時地開發成功，將能大幅降低農友生長成本，並能提高 作物產量及品質。

　 　有機介質袋植耕係無土栽培技術之一種。所謂無土栽培，乃泛指任何不以土壤為植物生長介質(substrate)的作物栽培系統。所謂『介質』乃指植物根 系藉以生長及固定的物質，由於栽培上所用介質種類的不同，無土栽培又可分為養液栽培與介質栽培兩種；而後者則尚包括無機介質及天然有機介質兩種不同栽培方 式。袋植耕是屬於以非土壤之固體材料為介質的一種無土養液栽培法，歐美國家採行這種栽培技術已有近50年歷史。操作時是將介質裝填在塑膠材質的袋子中，其 容積從4公升至60公升都有。就單株所需介質體積而言，草莓最少，只需在2.5~3.0公升；番茄及胡瓜則需10~16公升容量。通常每袋種植2~6棵， 養液則採用滴灌方式。栽培袋間需留有正確間隔，以維持適當的行株距與栽培密度。栽培袋的下方則必須以不透水塑膠布襯底，或以台架墊高，以確保與土壤隔離。

製作有機介質術素材種類

(1)泥碳苔：

　 　基本上泥碳苔是一種酸性的有機物質，酸鹼度為pH3.2~3.8左右，通常在使用前需要添加石灰以調整它的酸鹼度，因此在正常水質管理下其pH值會隨栽 培期間之延長而降低。在英國及其他西歐國家，利用泥炭苔作為蔬菜袋植生產的方式很普遍；目前台灣業者所使用的栽培袋就是從歐洲進口的泥碳苔。泥炭土 (peat)主要分佈於北方寒冷沼澤地方，全世界估計超出一億五千萬公頃，80%分佈於蘇俄、芬蘭和加拿大。主要植物來源有四：水蘚屬； (sphagnum) ；真蘚類(true moss) ；沙草科的苔屬(sedges)和木本植物，其中以水蘚屬所形成的水苔泥炭(peat moss)，在園藝利用上最為重要，泥碳苔一般可略分為白泥炭(white peat)與黑泥炭(black peat)兩大類。前者主要由水苔屬(genus sphagnum)的苔蘚類(moss)沉積所形成，所?P又稱水苔泥炭(sphagnum peat)，後者是由一些水生植物在它們的生長地水體中分解沉降層積而成，主要是一些蘆葦(reed peat)及沼澤蘚苔(bog moss)，所?P又稱蘆葦泥炭(reed peat)。

　 　水蘚屬植物超出300種(species)，在芬蘭已發現者有37種，植株矮小主由莖和葉組成，上部可繼續生長，下部位老死變成泥炭。厚度袛具一層細 胞，活細胞有的具有葉綠素，有的沒有，其細胞狹小呈網狀分佈，不具生命的水蘚細胞(dead or sphagnum cell)，體積大，細胞壁薄，具有吸水後輸導水分的功用。水蘚細胞壁雖薄，但具有木質化的圈狀、螺旋狀或板狀細胞紋路，使細胞失水後不乾縮變形，即使成 了泥炭還具有吸水輸水的功能。當細胞裡的水蒸發後，其空隙則由空氣補充，所以袛要維水苔泥炭土於適當的水分內，很容易維持理想的水分與透氣性。

(2)椰子殼纖維(coconut fiber)及椰子瞉屑(coconut dust)

　　兩者都具有良好的通氣性與保水力。其pH值在5.0~5.5間，EC值在0.5ms/cm以下 ，因此椰子殼纖維被認為是最有可能被用來取代泥炭苔的一種優良介質材料。

(3)鋸木屑及樹皮：

　 　在盛產木材的加拿大及南非，鋸木屑是一個豐富而良好的介質材料，而樹皮則在美國及東歐應用較多。鋸木屑的顆粒一般較細且均一，因此保水力較樹皮好，通常 是以10公升的木屑栽垃袋種植番茄，但需以30公升的袋植容量種植胡瓜才能確保水分乾濕變化不至於過度刻烈。部分新鮮松樹木屑可以直接使用，但述皮則通常 虛堆積腐熟才安全。在國外，這兩種材料也常與砂混合而成為袋植的介質

(4)稻殼：

　 　稻殼的應用可以直接混用或經炭化再使用、未經炭化稻殼的通氣性較佳，充氣孔隙度53%，容器水量45%，總體密度0.009g/ml，但是炭化以後總體 密度上升為0.1g/ml，而充氣孔隙度降為34%，容器水量降為64%。炭化的過程使稻殼粒子破裂，因此密度增加，降低通氣性。但是炭化後的稻殼其保肥 力卻可提升一倍，陽離子交換能力由10 me/100gm提高為22me/100gm。稻殼炭化時依灰化程度愈高pH值會上昇而偏鹼性，但如能控制適度炭化而不灰化，則pH值變化不大，應能維持 與稻殼的6.8不相上下，導電度值的變化亦不大，約在0.34~0.38mS/cm之間。

(5)稻稈：

　 　稻稈應用於介質時須先切碎並經堆肥發酵後才能使用。稻稈堆置時須加氮肥才能加速其腐植化，所以稻稈堆肥的電導度較高，約有1.6~1.mS/cm，但 pH只有6.1，陽離子交換能力27me/100gm。值得一提的是其水份特性的曲和泥炭苔類似，短期使用(3個月左右)其理化特性甚佳，但是長期使用則 會因為分解速度快，而有減少體積的情形。

(6)蔗渣：

　　糖廠榨糖的蔗渣，亦良好的有機介質，使用方法一如，稻稈須要堆積後才能使用，蔗渣堆肥的粒徑要小於稻稈堆肥，其理化性和金菇木屑極接近，但pH值及緩衝能力卻類似泥炭苔，缺點是使用中容易因分解而減量。

調配本土化有機介質之原則

　 　一般理想的栽培介質必須具有的條件包括有理化性穩定、有效水分含量適當、質輕(低密度)、高孔隙度、陽離子交換能力強、適當的酸鹼度(pH)及電導度 (EC)、植物營養成分含量均衡、無毒性物質及無病蟲源等。選擇良好的介質材料，除考慮上述物理性，化學性及生物性外，亦應將本土化 (localization)與供給一致性的經濟因素列入，若能充分利用台灣之農業廢棄物，如菇類太空包廢料、蔗渣、稻殼及牛糞等大宗有機廢棄物，由其物 理及化學性質加以了解而調整作為栽培介質，將具有節省成本及減少污染的多重效益。

　 　由於一般有機廢棄物的理化及生物等特性頗為複雜，必須經過適當的處理，以期轉變成為理想的有機介質。其中利用堆肥化處理，即是一種頗為經濟有效的方法之 一。所謂堆肥法即利用廣泛分佈於自然界之微生物，在控制的條件下，將廢棄物中不穩定的有機成分加以分解，轉換為安定的有機質成分，即腐熟的堆肥，其在農業 生產及保持地力上，兼具肥料及土壤改良的效益，故為廢棄物處理中重要的一環。堆肥法的優點在於不需要高度的技術、處理成本低、安全衛生、合於環境保全的原 則，其缺點在於成品堆肥的品質較難控制，尤其有機介質的品質需求，更高於一般堆肥，因此必須更審慎評估及研究，以期能建立適當的堆肥化技術，以生產品質優 良穩定的本土化有機介質。另外由於沒有一種完美的栽培介質，在一樣的管理條件下，能適合所有的作物。所以在利用有機介質的栽培管理技術上，仍有許多包括栽 培器具、設施、養液或肥料管理、作物品種及種類等生產管理技術，必須克服及建立。因此，以下將敘述近年來本場研究利用堆肥化技術將有機廢棄物轉化成理想栽 培介質(中改一號及中改二號)，以及利用有機介質時較適宜的栽培管理模式，以供爾後農家應用之參考。

(一)本土化有機介質材料

　 　作物不同，生長特性自不同，欲期能使標的作物生長良好，即應調整管理方法，以配合標的作物之生長特性。以土壤或介質電導度(EC值)等級與其對作物生長 關係而言，不同作物對介質電導度的適應性即不同，另由於介質電導度的高低與其所含養分多寡有密切關聯，因此有必要瞭解標的作物之生長特性。因此針對此項的 管理策略主要可分成二種，其一當介質電導度過高時，應調配稻殼或泥炭苔等電導度較低之介質種類，可適時的降低介質電導度對作物之不良影響。其二當介質電導 度偏低時，此種介質有利於種子發芽率及幼苗存活率之維持穩定，惟日後栽培過程中應注意補充適量的肥料。若已經規畫生產目標如作物種類，可推算其養分需求， 再依製作材料之成份特性加以歸納調配，以選擇地方性有機資材及考量經濟效益為主，若有必要再混合不同材料。但如以栽培介質之安全性及普遍性而言，事先規畫 將介質的電導度控制在安全的低限(1.0~1.5mS/cm )範圍內，將是最安全可靠的作法。

　 　以本場此次規畫生產之作物標的分別為瓜果類及葉菜類二大種類。其中瓜果類作物生育及養分吸收特性是需要長期的養分供給，因此介質材料特性即應以長期供應 養分，且理化性質能持續維持優良者。在此原則下，中改一號介質材料配方依乾物重比例(表一)，分別包括太空包廢料(500公斤)、稻殼(500公斤)、牛 糞(150公斤)、菜仔粕(10公斤)、雞糞(20公斤)、米糠(40公斤)等，其材料配方之主要成分需兼顧微生物體、腐植化木質素量及各種養分含量等成 分均衡者，所以理應較適用於瓜果類作物之生育及養分吸收特性。另外以葉菜類作物而言，其生育及養分吸收特性是需要較短期內充分供給養分者，因此介質材料特 性即應以能速效供應養分者。在此原則下，中改二號介質材料配方依乾物重比例(表一)，分別包括分別包括太空包廢料(500公斤)、稻殼(500公斤)、雞 糞(100公斤)、菜仔粕(40公斤)、牛糞(40公斤)、米糠(40公斤)等，其材料配方之主要成分即以微生物體為主，並能在葉菜類生育期間內適時分解 釋出養分供作物吸收利用。

表一、有機介質材料用量範例(公斤)

(二) 本土化有機介質之製作步驟

　 　由於一般有機廢棄物的產生源頗為複雜，致使有機廢棄物的一般理化特性大多十分繁複，所以有必要深入瞭解，並根據其特性加以研究，以尋求更理想的處理技 術，期能妥善的開發及應用有機廢棄物。一般未經堆積腐熟的有機物，往往容易造成過度還原性及釋出毒性物質等問題，不利於作物生長。而所謂堆肥化過程可視為 有機物組成分的一種轉化穩定作用，同時可除去有機物之不良因子及提高養分可利用性。所以利用堆肥法將有機物中的不穩定組成加以轉化，而調製成組成分穩定的 有機介質，才是品質優良的栽培介質。其中將有機介質材料經過堆肥化的益處及目的包括有

1. 有機物的組成中常含有不穩定的易分解有機成分，堆肥化使有機物經過微生物作用，除部份被分解成CO₂ 外，亦有部份轉化成穩定的有機組成分，使介質有利於植物生長等。
2. 有機物的來源不同成份差異大且可能帶有病源，堆肥化可將養分調配，且堆肥化過程中可以去除惡臭、病原菌、及雜草等人們不喜歡的因子。其中溫度是相當關鍵的因素之一，據研究指出，適當的高溫期具有除臭及消毒作用等效益。當堆肥化過程進行正常時，初期溫度急速升高達60℃以上。這種高溫維持一般時間，然後逐漸下降至周圍溫度，溫度之升與降，反映出不同有機物之分解階段，作用的微生物先為嗜溫與耐高溫者，然後是中溫者(60℃以下)擔任腐熟之作用，爾後隨堆肥逐漸 腐熟，溫度呈下降乃至恒溫。
3. 堆肥化作用能將有機物的養分成份加以轉化，再經微生物分解緩慢釋出，亦即可提高介質中養分可利用性。當堆肥化過程進行時，有機材料中碳氮比逐漸減少至20: 1左右。如做為介質使用之堆肥材料，其堆肥化前的碳氮比不宜太低，以免使有機介質的電導度(EC)偏高，而影響到利用介質栽培時之作物生長。
4. 由於堆肥化過程中腐熟程度的高低將直接影響介質的安全性，但有關有機材料腐熟度仍需若干化學成分分析法作為依據標準，一般較常用者有(1)碳氮比必須低於20，(2)還原糖比率必須低於35%， (3)陽離子交換能力漸趨近於100毫克當量/ 100克土及(4)固定態氮含量趨近於1.6%。亦或由外觀判別，當材料腐熟時其結構疏鬆，呈褐黑色，沒有臭味而呈泥土香氣均可以作為腐熟的依據。另外若干簡便方法如種子發芽率指數達到 60%以上，此時可視為腐熟堆肥，惟如果是要做為有機介質使用，則可將種子發芽率指數標準提高到85%以上。亦即有機介質的腐熟度標準必須比一般堆肥高，所以在堆肥化過程中，可以加強通氣或翻堆等動作，以期有機材料更能發酵分解均勻。

(三) 本土化有機介質之理化特性

　 　在經過適當的堆肥化作用後，由中改一號介質及中改二號介質之化學特性分析顯示(表二)，中改一號介質氮含量約為1.22%，磷含量約為0.58%，鉀含 量約為2.56%，pH值約為6.5，電導度值約為1.14mS/cm。中改二號介質氮含量約為1.56%，磷含量約為0.53%，鉀含量約為1.83%，pH值約為6.8，電導度值約為1.55mS/cm。以有機介質礦化特性而言，一般在自然界中，有機物常經由微生物的礦質化作用，分解釋出養 分供作物吸收利用，如能瞭解有機物的礦化特性，甚而可以調配有機物種類及用量等，使製成堆肥介質的礦化特性巧妙地配合作物養分吸收等生長特性，將能使介質 的功能發揮至最佳境界。由表一不同有機材料經堆肥化製成的有機介質之化學特性而言，中改一號介質是屬於稻殼太空包牛糞堆肥介質，EC值1.14mS/cm屬於微量等級範圍，其中氮含量約為1.22%，而且中改一號介質材料配方中，氮源以牛糞等不易分解的有機材料佔較大部份比例，所以中改一號介質顯然較適用 於於需肥量中等且不耐鹽性的作物種類，例如瓜果類等作物。中改二號介質是屬於稻殼太空包雞糞堆肥介質，EC值1.55mS/cm接近低量等級範圍，其中氮 含量約為1.56%，而且中改二號介質材料配方中，氮源以雞糞等易分解的有機材料佔較大部份比例，所以中改一號介質顯然較適用於短期內需肥量大且較耐鹽的 作物，例如葉菜類等作物。目前經由適當的堆肥化處理後，中改一號及中改二號介質已能達到品質穩定的有機介質標準。

　 　由於不同有機質的礦化特性即不同，且經過堆肥化的有機質之礦化速率較為緩和，其礦化量也低於原來有機材料。所以利用有機物製作成的有機介質，在應用栽培 作物之生長期間，亦會被微生物分解，而釋出養分供作物吸收利用。而此時被分解釋出的養分，再加上補充施用的營養液肥或肥料成分，必須配合作物生長所需的養 分吸收量，如此將能使件物生長勢達到最低。因此針對本場研發之中改一號及中改二號介質，必須配合葉菜類及瓜果類等不同作物生長特性，發展建立完整的配套栽 培管理技術，包括養液管理、水份控制、生長管理、栽培設備等整套的介質栽培管理模式，才能栽培出品質優良與產量穩定的高經濟農產品。

表二、不同有機介質之化學特性

本土化有機介質之栽培成效

　 　利用稻殼、太空包廢木屑、牛糞、米糠等製作之適用瓜果類栽培的中改一號有機介質及利用稻殼、太空包廢木屑、雞糞、豆粕、米糠等可以製作成適用葉用葉菜類 栽培的中改二號有機介質，生產成本每公升新台幣2元可比進口者節省1元及每1000平方公尺節省16000~20000元；再者本土化有機介質中可接種有 益微生物來抑制介質中不良微生物之滋生及提高作物對養份之有效利用率達20％。在果菜栽培方面利用中改一號有機介質及以耕植床栽培法可進行番茄－花胡瓜－ 花胡瓜－番茄之週年耕作制度的量產，每1000平方公尺可生產花胡瓜11,220公斤，番茄159,138公斤，可比進口之袋植耕之產量多 5.6~68.6％(表三)。而利用中改二號介質來生產豌豆及蕎麥芽菜在八天之栽培期內每公升介質可生產2.28公斤之豌豆芽菜及2.08公斤之蕎麥芽 菜，可比坊間慣行法增產10.1~13.0％(表四)。

表三、中改1號有機介質之栽培成效

表四、中改2號有機介質之栽培成效