114 身心障礙特考四等 農業技術類科 土壤與肥料概要 考古題詳解

核心觀念

本題考查土壤陽離子交換容量（cation exchange capacity, CEC）的來源，以及 CEC 對養分保留與供應的影響。CEC 是土壤交換位置可吸附、交換陽離子的總量，常以 $\mathrm{cmol_c\,kg^{-1}}$ 表示；其中 $\mathrm{cmol_c}$ 表示電荷量，而非離子粒子的莫耳數。

土壤有機質與黏粒是土壤負電荷及陽離子交換位置的重要來源。CEC 高低取決於兩者的含量、性質及電荷表現，不能只看土壤質地名稱或單一成分含量。

解題方法：有機質與黏粒如何決定 CEC

一、土壤有機質

腐植質含有羧基、酚羥基等官能基。這些官能基解離後形成負電荷，可吸附並交換 $\mathrm{Ca^{2+}}$、$\mathrm{Mg^{2+}}$、$\mathrm{K^+}$、$\mathrm{NH_4^+}$ 等陽離子。一般而言，有機質的單位重量陽離子交換能力高，因此即使有機質含量不高，也能顯著增加土壤 CEC。

有機質的許多負電荷屬於變電荷：土壤 pH 升高時，官能基解離程度增加，負電荷與 CEC 通常上升；pH 降低時，解離減少，CEC 通常下降。

二、土壤黏粒

黏土礦物顆粒細小、比表面積大，表面及晶格中具有交換位置。永久電荷主要來自晶格中的同晶置換，例如較低價陽離子取代較高價陽離子，形成未被平衡的負電荷；部分礦物邊緣電荷則會隨 pH 改變。

黏粒含量增加，通常提供更多交換位置；但不同黏土礦物的 CEC 差異很大。以常見礦物而言，蒙脫石等膨脹性黏土礦物的 CEC 較高，高嶺石較低，鐵鋁氧化物所占比例高的土壤也可能呈現較低 CEC。因此，黏粒含量相同的土壤，仍可能因礦物組成及 pH 不同而有不同 CEC。

概念上可表示為：

實際測得的 CEC 也受測定方法與測定 pH 影響，尤其含變電荷較多的土壤，結果會隨測定條件而變化。

解題方法：CEC 如何調節土壤肥力

核心觀念

合理化施肥是依作物種類與生育階段、土壤肥力、肥料特性及田間環境條件，適量、適時、適地施用適當肥料的方法。核心是補足作物所需養分，同時避免施肥過量或方法不當造成肥料浪費、作物受害及環境污染。

解題方法

本題以「作物生產」與「環境保護」兩面向作答，並說明合理化施肥如何兼顧兩者：

1. 確保作物生長與產量品質：依土壤檢測及作物需肥特性供應氮、磷、鉀等養分，可避免缺肥造成生長不良、產量降低或品質變差；也可避免偏施氮肥等情形造成徒長、倒伏、病蟲害增加或成熟延遲。
2. 提高肥料利用效率：配合作物生育期及養分吸收時機施肥，並採適當施用量、位置與方法，使養分較能被根系吸收，減少固定、流失或揮散，降低生產成本。
3. 維護土壤與環境品質：減少硝酸態氮淋洗至地下水、氮磷流入地表水造成優養化，以及氨揮散、氧化亞氮排放等問題；

核心觀念

本題考查有機質肥料如何透過增加土壤有機質、促進土壤團粒形成，改善土壤的物理性質。土壤構造是土粒結合成團粒及其排列方式；良好的團粒構造能同時保有大小不同的孔隙：較小的孔隙可蓄水，較大的孔隙則有利於空氣流通及多餘水分排出。

解題方法

依序說明有機質對土壤團粒與孔隙的影響，再分別連結到保水、通氣及排水效果。關鍵在於掌握：有機質增加土壤團粒的穩定性，並改善孔隙的數量與分布，因此能兼顧水分保持與空氣、水分流動。

作用說明

一、改善土壤構造

有機質分解後形成的腐植質，能透過膠結作用促使細小土粒結合成團粒；微生物分泌物及菌絲也可協助團粒形成。穩定的團粒較不易因雨滴打擊或灌溉而崩解，能減少土壤表面結皮與板結，維持較疏鬆的土壤構造。

二、提高保水能力

核心觀念

土壤壓實是土壤受機械、畜力或反覆踩踏等外力作用，使土粒排列更緊密、孔隙減少，尤其大孔隙比例降低，造成土壤容積密度增加、通氣與透水能力下降。其對作物的影響，主要經由根系生長環境惡化，以及水、氣、養分供應受阻而產生。

解題方法

可依「土壤物理性改變 → 根系與土壤環境受影響 → 地上部生長及產量下降」的順序說明：

1. 根系伸展受阻：壓實使土壤機械阻力提高，根尖較難穿透土層，根系分布變淺、伸展範圍縮小，吸收水分與養分的土體範圍隨之減少。
2. 通氣不良：大孔隙減少，土壤空氣交換變慢，根圈氧氣不足。根系呼吸與能量供應受限，影響根部生長、養分吸收及根系活性。
3. 排水與入滲受阻：水分較不易進入或穿過壓實層，容易造成地表逕流、積水或滯水。根圈長期過濕時缺氧；