| 原文摘要 | 生物炭的農業應用是目前熱門的環境議題，將生物炭與土壤混合後，不僅能夠改善土壤的物理及化學性質，提昇土壤的生產力，並能吸附土壤重金屬離子與有機污染物，且生物炭的穩定結構能長期將有機物儲存在土壤中，達到增加土壤固碳的效果。不過，生物炭的性質受到原料與熱解溫度的影響，因而影響生物炭的農業應用效果，若能瞭解材料與製作方法的差異，將可使生物炭的應用效果發揮到最大。本研究選用三種台灣常見的農林廢棄物為材料，包含稻殼 (RH)、柳杉木材 (CJ) 與田菁植體 (SR)，分別以300℃(300)與500℃(500)加熱製作成生物炭，除了利用傅立葉轉換紅外線光譜與碳-13核磁共振等技術，分析生物炭的各項性質與探討原料種類與熱解溫度的影響外，並以大肚山高風化酸性紅壤為對象，進行管柱淋洗與盆栽試驗，由作物生產、養分保持能力與殺草劑效果等方面，評估生物炭農業施用的效果。研究結果顯示，生物炭受到原料種類與熱解溫度影響甚大，隨熱解溫度增加，不僅碳含量增加，芳香族構造也相對增高，植物有效性無機養分元素 (e.g., P、Ca、K) 也愈高，但CEC則隨溫度上升而下降。三種材料間，以田菁生物炭的養分含量與陽離子交換容量最高，而柳杉生物炭最低。管柱淋洗試驗的結果顯示，生物炭對無機態氮、磷與K、Ca、Mg等金屬元素的淋洗沒有顯著的影響，但SR-300與SR-500由於交換性金屬含量較高的關係，反而會使金屬離子淋洗量增加。在作物生產方面，未炭化植體在土壤中引起固定化作用，消耗土壤中的無機養分含量，因此使作物乾重顯著下降，生物炭添加則無法顯著提昇作物乾重。經過施肥處理後，除SR-500有較高產量外，其餘處理 (控制組、未炭化植體添加、300℃生物炭添加與500℃生物炭添加) 並無顯著差異。SR-500較高的作物生物量可能是顯著提高土壤pH值，使施肥處理效果增加所造成的。此外，添加生物炭會顯著降低達有龍施用效果，且300℃生物炭較500℃生物炭的影響效果更為顯著。三種材料間以田菁生物炭的影響效果最大，甚至在6.0 mg kg-1的施用量下，黑麥草仍有高達超過80%以上的存活率。綜合各項結果，熱解溫度與生質材料的差異，其製成生物炭的性質也不同。本實驗發現以SR-300與SR-500具有較高的pH值、養分含量與陽離子交換容量，並在土壤中可能提高土壤pH值與養分有效性，使作物乾重生長上升，但卻顯著降低了殺草劑的使用效果。綜合各項結果，田菁生物炭具有提昇土壤酸鹼度的能力，且在土壤中能夠提供K+、Ca2+、Mg2+等金屬離子，但在土壤中會明顯的降低殺草劑的有效性。SR-500殺草劑施用效果下降的幅度低於SR-300，若使用SR-500則可能在提高作物乾重生產的同時，保持殺草劑的施用效果。 |