110 原住民特考三等 農業技術 土壤學 考古題詳解

核心觀念

土壤電導度（electrical conductivity, EC）是土壤溶液中可溶性離子導電能力的指標，常用來評估土壤鹽分。飽和土糊抽出液的電導度記為 $EC_e$；土水比 $1:5$ 抽出液的電導度記為 $EC_{1:5}$。兩者測量的是不同含水條件下取得的抽出液，因此數值不可直接視為相同，也沒有適用於所有土壤的固定換算係數。

解題方法

先比較兩種方法的稀釋程度，再說明稀釋如何影響溶液離子濃度與電導度。

飽和土糊法將水加入土壤至形成飽和土糊，再抽取其液相測定電導度。土水比 $1:5$ 法則以一定量土壤加入五倍水量，混合後測定抽出液的電導度。一般而言，$1:5$ 法加水較多，抽出液較稀，故測得的 $EC_{1:5}$ 通常低於 $EC_e$。

在其他條件相同且溶液稀釋行為近似線性的範圍內，可用概念式表示：

核心觀念

土壤膠體表面帶電，主要分為永久電荷與可變電荷；依表面電荷正負，又可呈現負電荷或正電荷。一般土壤中，黏土礦物與腐植質多以負電荷為主，但在酸性條件下，鐵、鋁氧化物及部分黏土礦物邊緣可帶正電。

解題方法

作答可先按「電荷是否隨 pH 改變」分類，再說明各類電荷的形成來源：

1. 永久電荷（固定電荷） 主要源自黏土礦物晶格中的同晶置換：晶格中的陽離子被價數較低、大小相近的陽離子取代，使晶格產生淨負電荷。例如四面體層中 $Al^{3+}$ 取代 $Si^{4+}$，或八面體層中 $Mg^{2+}$ 取代 $Al^{3+}$。此電荷不因土壤溶液 pH 改變而消失，常見於蒙脫石、蛭石等層狀矽酸鹽黏土。

2. 可變電荷（pH 依存電荷） 來自膠體表面的羥基及有機官能基，其質子化或解離程度會隨 pH 改變。表面羥基可用下式表示： $\mathrm{\equiv SOH + OH^- \rightleftharpoons \equiv SO^- + H_2O}$

核心觀念

土壤總體密度（bulk density）是單位土壤總體積的乾土質量，通常以 $\mathrm{g/cm^3}$ 表示。本題以總體密度乘上表層土壤體積，求該土層的土壤重量；按土壤學慣例，此處的重量以乾土質量計。

解題方法

先統一面積與深度單位，再計算土層體積：

因此，表層土壤體積為：

將總體密度換算為 $\mathrm{kg/m^3}$：

土壤質量為：

核心觀念

本題考查淹水水田的氧化還原環境、土壤氮素轉化，以及銨態氮與硝酸態氮在水田中的穩定性。

水田淹水後，土壤內部缺氧、氧化還原電位降低，形成還原環境。此時，土壤中的氮素主要以銨離子（$\mathrm{NH_4^+}$）形式存在；硝酸根（$\mathrm{NO_3^-}$）則容易在缺氧條件下被微生物還原。稻株可以吸收銨態氮，也能吸收硝酸態氮，但淹水環境通常較能維持銨態氮的有效性。

解題方法

從「肥料施入後能否留在土壤中供稻株吸收」切入，分別比較兩種氮形態在淹水土壤中的去向：

1. 銨態氮較能留在土壤中 $\mathrm{NH_4^+}$帶正電，可被帶負電的黏土礦物及土壤有機質吸附，減少隨滲漏水移動的機會；淹水還原條件也抑制硝化作用，使銨態氮較能維持。

2. 硝酸態氮容易因反硝化而損失 $\mathrm{NO_3^-}$帶負電，通常不易被土壤交換位吸附。在缺氧環境中，反硝化微生物可將硝酸根依序還原，生成氮氣或氧化亞氮逸散至大氣，使肥料氮離開稻田土壤。