商品詳情
介質與土壤蒸汽熱處理的
熱傳導與作業參數
凝結潛熱與顆粒接力 × 含水率與熱容 × 片式與針式的深度溫度分佈 · 熱處理後的理化位移與再濕潤
禾康肥料股份有限公司｜Grace Fertilizer Co., Ltd.
本文只討論熱在介質與土壤中的傳導，以及熱歷程造成的理化變化，不涉及任何衛生處理效果。適用於換作前的介質再用與育苗介質熱處理。層級區隔：《溫室衛生管理協定》是設施端的作業協定層；《灌溉水消毒技術比較》是水相處理技術層，本篇是固相熱傳導層；《溫湯浸種》是種子小尺度、以水為介質的熱處理層，本篇是大體積多孔介質、以蒸汽為介質的熱傳導層；《扦插繁殖的發根環境控制》是繁殖端環境層，已把介質熱處理推給本篇；《介質水分特性曲線與容器高度效應》是未經熱歷程的水分物理層，本篇第五章補上曲線位移；官網《荷蘭溫室清潔消毒完全指南》是設施表面的清潔與衛生作業層，本篇不重寫，衛生議題請逕參該篇。另：《介質的疏水化與再濕潤性》為通用版，本篇只寫熱歷程特例。
⏱ 一分鐘重點
- 熱處理的成敗不在汽源大小，而在凝結放熱的位置能不能推到你要的深度——蒸汽在表層凝結完，熱就不再往下走。
- 水升溫所需熱量約為同重量固相的 5 倍：過濕耗熱、過乾斷熱，接近田間容水量時熱傳導最順 (Bartok, 1994)。
- 表面佈汽的實務穿透約 20 cm；要處理更深的層次，須改埋管或針式注入 (Bartok, 1994)。
- 熱歷程過後硝化作用可能 62 天仍未恢復，銨態氮與可溶鹽因此暫時升高 (Roux-Michollet et al., 2008)。
- 台灣情境常見誤區：以覆膜下的表面溫度判定全層達標，又在處理完隔天照原配方施肥。
- 禾康對應：有機打底用好康 633 有機基肥與蟹殼粉，礦質養分以禾康即溶肥 1 號（20-20-20 全期）低量高頻補位。
熱是怎麼進到介質裡的
蒸汽不是靠吹熱風加熱介質，而是靠相變。每公斤水汽化的潛熱約 2,257 kJ（即常見的 970 Btu/lb 量級），碰到低溫顆粒時一次釋出；汽化後體積膨脹約 1,600 倍，正是這個膨脹把熱帶進孔隙 (Bartok, 1994)。
凝結在哪裡，熱就停在哪裡。蒸汽把第一顆顆粒加熱到接近 100°C，才由它傳給下一顆，熱因此以一條凝結前緣逐層推進。現場最常見的落差：汽源加大不會讓前緣走更深，只會讓表層更快飽和，多餘蒸汽沿孔隙與覆膜邊緣散失。
注汽速率有物理上限：介質暴露面每小時約 88 kg/h·m²（18 lb/hr·ft²）是常見吹穿門檻，超過就在局部衝出通道、蒸汽短路逸散 (Bartok, 1994)。佈汽方向也有講究：由下往上送汽易生煙囪效應與吹穿，由上往下配合抽氣較均勻。表面佈汽實務穿透約 20 cm，穿孔管須埋設 30 cm 以深才可能處理更厚的層次。
升溫所需熱量 ≒（固相質量 × 固相比熱 ＋ 水質量 × 水比熱）× 目標溫升
蒸汽需求量 ≒ 升溫所需熱量 ÷ 凝結潛熱
兩式連看就知道含水率的角色：偏高時第一式第二項放大，蒸汽需求與工時跟著上去；太低則熱傳不下去，蒸汽再多也只堆在表層。
含水率、熱容與導熱度
介質的熱行為由熱容、導熱度與孔隙氣相比例三者決定，而三者都隨含水率變動——含水率是整個作業最該先量的數字。
導熱度隨含水率與容積密度上升，隨有機質與可溶鹽含量下降；乾砂與泥炭難處理不是熱不夠，是孔隙空氣成了絕熱層。
| 介質型態 | 導熱度範圍 (W/m·K) | 熱傳導上的意義 |
|---|---|---|
| 砂 | 0.58–1.94 | 熱走得最快，但乾砂易吹穿 |
| 砂質壤土 | 0.19–1.12 | 隨含水率變動幅度最大 |
| 壤土 | 0.29–0.76 | 升溫穩定、工時較長 |
| 黏壤土 | 0.36–0.69 | 熱走得慢，須以工時換深度 |
| 泥炭等高有機質介質 | 定性：低於同含水率礦質土 | 熱容高、導熱低，最需預先潤濕 |
上表對應含水率約 1.4–21.2%、容積密度 1.23–1.59 g/cm³；同一含水率下加鹽或提高有機質比例，導熱度都下降 (Abu-Hamdeh & Reeder, 2000)。鹽分累積的老設施土與高泥炭介質，不能沿用砂質土的工時。
含水率還會與作業速度交互。移動式實測顯示：行走 10 cm/min 時含水率愈高、介質溫度愈高；提到 30 cm/min 時關係反轉，含水率高反而溫度低——快速通過時水的升溫需熱來不及補足 (Yang et al., 2021)。細碎結構的砂質壤土也比粗團粒者升溫均勻，作業前先灌水潤濕使熱分佈更完整 (Melander & Kristensen, 2011)。
片式與針式的熱分佈差異
同樣汽源，佈汽幾何不同，深度溫度曲線差距極大。片式（表面覆膜）靠自上而下的凝結前緣；盤式與針式（spike）把汽送進介質內部，由內往外推。
實驗室對照給了量級。片式作業 60 分鐘：9 cm 深達 64–69°C，15 cm 深最高值只有 47.2°C。盤式僅 15 分鐘，9 cm 深即達 96.9°C。針式注入把注汽點置於約 13 cm，3、9、15 cm 三個深度最高值都接近 99°C，熱由下往上推使全層較均勻；但針式有水平衰減：距注汽點 14 cm、深度 2 cm 處只有 35–48°C。深度門檻與含水率綁死：盤式在 13 cm 深處，含水率為田間容水量 80% 時可達 87.7°C，降到 40% 時只剩約 37–49°C；19 cm 深處則僅 25–31°C (Lu et al., 2010)。
| 佈汽方式 | 熱分佈型態 | 深度表現 | 作業上的限制 |
|---|---|---|---|
| 片式（表面覆膜） | 自上而下的凝結前緣 | 表層快、15 cm 已明顯衰減 | 工時長、邊緣散失大 |
| 盤式（罩體） | 高強度表層加熱 | 約 9 cm 內可達高溫 | 深層與含水率高度相依 |
| 針式注入 | 由內往外、下層先熱 | 注汽點上下較均勻 | 水平衰減快，佈點間距是關鍵 |
| 負壓抽引 | 以抽氣把前緣往下拉 | 綜述報告 4 小時後約 45 cm 達 60°C | 需埋設管路與抽風設置 |
| 通氣式（汽氣混合） | 較低溫度、較長時間達標 | 溫度上限較低、較均勻 | 需混氣設置與溫度監控 |
能耗只談相對量級：負壓式相對傳統片式最多可少用約一半燃油；三明治式（上下同時佈汽）約少三成能量投入；汽氣混合的蒸汽用量可少約四成 (Gay et al., 2010; FAO, n.d.; Bartok, 1994)。台灣在地紀錄中，含架設到完畢每分地約需 8 小時，並以土表下 10 cm 溫度作為達標判讀點（農業試驗所, 2010）。
熱處理後的理化位移
熱歷程走完，介質不會回到原狀：有機質礦化、交換態陽離子比例移動、硝化功能群需要時間重建——這些才是施肥端要處理的事。
對照試驗顯示：一次熱處理後 pH 由 7.44 升到 7.79，有效磷增加 28%、有效鉀減少 19%、全碳減少 5%；第二次處理後有效磷累計增加 53%、全碳減少 8%，有效鉀不再變動 (Dietrich et al., 2020)。設施壤土的化學與微生物性質同樣出現系統性變動，單獨處理與併用鈣系資材的結果並不相同 (Gelsomino et al., 2010)。
最牽動施肥的是氮。實測指出硝化功能群受影響最大，熱處理後 62 天仍測不到硝化作用，脫氮作用雖回升卻仍低於對照 (Roux-Michollet et al., 2008)。硝化中斷意味著礦化出來的銨態氮無法如常轉為硝酸態，銨態氮與可溶鹽因此短期內同時抬高——總可溶鹽上升本就是飽和蒸汽處理的已知後果，溫度或時間超過必要範圍時更會出現氨相關異常 (Bartok, 1994; FAO, n.d.)。舊介質還有另一面：處理後殘留磷鉀仍高且多為有效態，礦質氮卻不足以支撐需求，配方必須重算 (Vandecasteele et al., 2020)。
| 常見作法 | 反作用 | 替代做法 |
|---|---|---|
| 處理完照原配方施肥 | 銨態氮與可溶鹽疊加，EC 衝高 | 先檢測 EC 與銨硝比，改低量高頻 |
| 以覆膜下表面溫度判定達標 | 深層未達標、表層過熱 | 多點埋設探針，讀介質中心溫度 |
| 為求深度一直加大汽量 | 表層過熱、吹穿短路 | 改佈汽幾何或延長工時 |
| 處理完立即定植 | 銨態氮高點與高溫期重疊 | 留等待期，先灌水再定植 |
| 只看 EC 不看組成 | 誤判為鹽害而大量洗鹽 | 同時看銨態氮與交換性陽離子 |
再濕潤困難與現場驗證
熱處理後最常被回報的問題不是養分，是水進不去。有機介質經高溫與伴隨的乾燥收縮後潤濕性下降，水分特性曲線往乾側位移：同一吸力下持水量變低，初次灌水時水傾向沿孔壁走而不進入基質。
有機介質的潤濕性受前期乾燥歷程支配，接觸角與吸水速率的差異可以大到讓同一批介質像兩種材料 (Michel, 2015)；疏水化與可潤濕土壤的熱性質也有系統差異（定性），熱與水的失效互相牽動 (Bachmann et al., 2001)。本節只處理熱歷程造成的特例，曲線本身的讀法請參閱既有《介質水分特性曲線與容器高度效應》，通用的疏水化處置請參閱既有《介質的疏水化與再濕潤性》。
復濕原則有三條：分次小量，讓水有時間由孔壁滲入基質，而不是一次大量灌造成穿流；定植前完成復濕與一次淋洗，順便把高銨與高鹽峰值帶走一些；判讀不看表面，要看容器或畦面底部的出水是否穩定。
| 驗證項目 | 量測方式 | 判讀重點 |
|---|---|---|
| 時間–溫度曲線 | 多深度探針連續記錄（文獻常見每 10 秒一筆、記 24 小時） | 看最冷的那一點，不看平均 |
| 深度達標 | 目標層上下各設一支探針 | 以介質中心為準，表面僅作參考 |
| 處理後理化 | EC、pH、銨態氮與硝酸態氮 | 看銨硝比，不只看 EC 總值 |
| 再濕潤 | 分次灌水後觀察底部出水與重量回復 | 出水穩定才算復濕完成 |
禾康方案精準對接
熱處理後的介質是「有效磷鉀偏高、礦質氮斷鏈、可溶鹽暫高」。順序是先把有機基礎與緩衝重建回來，水溶肥退居精準補位。
有機打底（第一順位）
- 好康 633 有機基肥打底，補回被礦化掉的有機質與陽離子緩衝。
- 續接蟹殼粉與禾康海之霸魚精，提供緩效型有機氮與碳源。
- 再以禾康甲殼素（SAR 誘導型資材）與藻禾康收尾，作定植期搭配。
礦質氮的精準補位
- 硝化尚未重建期間，以禾康即溶肥 1 號（20-20-20 全期）低量高頻供應。
- 依檢測的銨硝比調整頻率，避免與處理後的銨高點疊加。
- EC 回到基準前不拉高單次濃度，改以次數換總量。
定植期的根系重建
- 磷位以禾康即溶肥 3 號（10-32-18 高磷配方）承接發根需求。
- 鈣位以禾康鈣勇硝酸鈣或禾康鈣強補足，兼顧硝酸態氮來源。
- 微量以禾康 EDTA 綜合微量隨灌補給，對應交換態位移。
生長與著色期
- 抽梢期以禾康即溶肥 4 號（30-10-10 生長抽梢）推動營養生長。
- 著色期改用禾康即溶肥 2 號（12-12-36 高鉀著色）。
- 鉀位不足時以禾康甜鉀多補位，避免與殘留高鉀疊加。
🌱 簡易版（新手速成）
① 判斷
手握介質能成形、不滴水，接近田間容水量就可以做。太乾先灌水隔天再做；太濕等它瀝乾，否則只是在燒水。
② 選型
處理表層約 20 cm，片式或罩體就夠。要更深得改埋管或針式注入，並把佈點間距縮小——針式的水平衰減很快。
③ 時機
做在換作空檔，而不是定植前一兩天。處理後留等待期，完成復濕與一次淋洗再定植。
④ 搭配
處理後先檢測 EC、pH、銨態氮與硝酸態氮。有機打底先行，水溶肥改低量高頻，不沿用上一作配方。
常見問答
Q1. 把熱處理的溫度與時間做對，是不是就等於防病、可以不用噴藥了？
不行。把熱處理的溫度與時間做對，不等於防病。本文的時間–溫度參數只描述熱傳導到什麼程度，不代表任何衛生處理成效。肥料與熱處理作業都不能取代農藥與防治作業，也不宣稱防治或治療病害。衛生規劃請參閱官網《荷蘭溫室清潔消毒完全指南》，用藥請依標示與核可用途辦理。
Q2. 覆膜下的表面溫度已經很高，可以當作全層達標嗎？
不可以。片式作業 60 分鐘的實測中，9 cm 深為 64–69°C，15 cm 深最高只有 47.2°C (Lu et al., 2010)。表面溫度與目標層中心溫度是兩回事，務必在目標層上下各埋一支探針，讀最冷的那一點。
Q3. 作業前要不要先澆水？
要，但澆到接近田間容水量而不是澆飽。水的升溫需熱約為固相的 5 倍，過濕會把熱花在燒水上；過乾則孔隙空氣成了絕熱層 (Bartok, 1994)。細碎結構配合預先潤濕，熱分佈最完整 (Melander & Kristensen, 2011)。
Q4. 處理完多久可以定植？肥料要不要調整？
要留等待期並完成復濕與一次淋洗。硝化重建需要時間，實測中 62 天仍測不到硝化作用 (Roux-Michollet et al., 2008)，期間銨態氮與可溶鹽偏高；舊介質殘留磷鉀仍高、礦質氮不足，配方須重算 (Vandecasteele et al., 2020)。
Q5. 片式和針式該選哪一種？
以目標深度與介質條件分界，而非優劣。表層約 20 cm 以內，片式或罩體即可；更深須改埋管、針式或負壓抽引。本文只並列熱分佈行為，不作機型比較，禾康也不供應相關設備。
Q6. 處理後介質吃不進水，是不是介質壞了？
多半是潤濕性下降與曲線往乾側位移，不是材料報廢 (Michel, 2015)。做法是分次小量灌水、拉長滲入時間，以底部出水是否穩定判讀；曲線讀法請參閱既有《介質水分特性曲線與容器高度效應》。
📚 參考來源
國際技術與學術文獻
- Bartok, J. W., Jr., 1994. Steam Sterilization of Growing Media. In: Proceedings, Forest and Conservation Nursery Associations. USDA Forest Service, Gen. Tech. Rep. RM-GTR-257, 163–165. — 蒸汽需求與穿透深度
- Gay, P., Piccarolo, P., Ricauda Aimonino, D. & Tortia, C., 2010. A high efficiency steam soil disinfestation system, part I: Physical background and steam supply optimisation. Biosystems Engineering, 107(2), 74–85. — 蒸汽供應的熱物理背景
- Lu, P., Ricauda Aimonino, D., Gilardi, G., Gullino, M. L. & Garibaldi, A., 2010. Efficacy of different steam distribution systems against five soil-borne pathogens under controlled laboratory conditions. Phytoparasitica, 38(2), 175–189. — 佈汽方式的深度溫度
- Yang, Z., Wang, X. & Ameen, M., 2021. Changes in soil temperature and water content under mobile soil steam disinfection. International Journal of Agricultural and Biological Engineering, 14(3), 140–147. — 行走速度與含水率交互
- Melander, B. & Kristensen, J. K., 2011. Soil steaming effects on weed seedling emergence under the influence of soil type, soil moisture, soil structure and heat duration. Annals of Applied Biology, 158(2), 194–203. — 質地結構與預先潤濕
- Abu-Hamdeh, N. H. & Reeder, R. C., 2000. Soil thermal conductivity: Effects of density, moisture, salt concentration, and organic matter. Soil Science Society of America Journal, 64(4), 1285–1290. — 導熱度隨含水率與質地
- Bachmann, J., Horton, R., Ren, T. & van der Ploeg, R. R., 2001. Comparison of the thermal properties of four wettable and four water-repellent soils. Soil Science Society of America Journal, 65(6), 1675–1679. — 疏水化與熱性質差異
- Dietrich, P., Cesarz, S., Eisenhauer, N. & Roscher, C., 2020. Effects of steam sterilization on soil abiotic and biotic properties. Soil Organisms, 92(2), 99–108. — 處理後 pH 與養分位移
- Gelsomino, A., Petrovicova, B., Zaffina, F. & Peruzzi, A., 2010. Chemical and microbial properties in a greenhouse loamy soil after disinfestation alone or combined with CaO addition. Soil Biology & Biochemistry, 42(7), 1091–1100. — 設施壤土化學性質變動
- Roux-Michollet, D., Czarnes, S., Adam, B., Berry, D., Commeaux, C., Guillaumaud, N., Le Roux, X. & Clays-Josserand, A., 2008. Effects of steam disinfestation on community structure, abundance and activity of heterotrophic, denitrifying and nitrifying bacteria in an organic farming soil. Soil Biology & Biochemistry, 40(7), 1836–1845. — 硝化作用重建天數
- Michel, J.-C., 2015. Wettability of Organic Growing Media Used in Horticulture: A Review. Vadose Zone Journal, 14(6). — 有機介質潤濕性與復濕
- Vandecasteele, B., Blindeman, L., Amery, F., Pieters, C., Ommeslag, S., Van Loo, K., De Tender, C. & Debode, J., 2020. Grow–Store–Steam–Re-peat: Reuse of spent growing media for circular cultivation of Chrysanthemum. Journal of Cleaner Production, 276, 124128. — 舊介質處理後殘留養分
- FAO, n.d. Steam. Plant Production and Protection Division, Food and Agriculture Organization of the United Nations, Rome. — 佈汽型式與相對能耗
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