科學家種田實驗給你看 王巧萍：土壤要大減肥 讓生物幫你固氮才是王道
上下游記者 蔡佳珊·新知·2017 年 12 月 08 日
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。