111 原住民特考四等 農業技術 土壤與肥料概要 考古題詳解

核心觀念

土壤有機質是土壤中各種動植物殘體、微生物及其分解產物的總稱；其中的有機碳是土壤碳庫的重要部分。增加土壤有機質，可從兩個方向著手：增加有機碳輸入，以及減少有機碳分解與流失。

土壤有機質含量不是單靠施用有機肥就能長期提高，還須配合植生覆蓋、輪作、減少土壤擾動及防止侵蝕等管理。實際增碳效果會受氣候、土壤質地、排水、耕作制度及管理年限影響。

解題方法

本題為管理策略題，可依「增加輸入、延長土壤有機碳留存、減少流失」三個方向組織答案，並以具體農地措施說明：

一、增加有機碳輸入

1. 種植覆蓋作物與綠肥 在休耕期或作物空檔種植豆科、禾本科等覆蓋作物，增加地上部殘體與根系碳輸入；豆科作物另可固定氮素，供後續作物利用。覆蓋作物應依地區氣候、水分及後作需求選擇。

2. 作物輪作及提高生物量 採用多樣化輪作，納入深根作物、豆科作物及高殘體量作物，增加不同深度的根系與殘體輸入。配合均衡施肥、適當灌溉及病蟲草害管理，使作物生長健全、產生較多生物量。

3. 保留作物殘體、敷蓋地表 收穫後將稻草、莖葉等殘體留在田間或作為敷蓋材料，避免焚燒及大量移除。殘體可逐步分解並補充土壤有機質，地表覆蓋也能減少雨滴沖蝕與水分蒸散。

4. 施用適當有機資材 施用腐熟堆肥、廄肥、綠肥或其他符合規範的有機資材，增加有機碳輸入。施用時須考量資材的養分含量、腐熟程度、施用量與土壤需求，避免過量造成養分流失、鹽分累積或污染。

核心觀念

土壤溶液是土壤中水分與溶解物質所形成的液相，含有無機離子、可溶性有機物及氣體等。它不是固定不變的溶液，而是持續與土壤固相（礦物、有機質及交換性離子）、氣相、生物體及外來水分交換物質；因此，水量、溶質種類與濃度都會隨環境及土壤反應而變動。

題目要掌握三個層次：

• 含量：土壤中溶液的水量。
• 成分：溶液所含的離子、分子及其相對比例。
• 濃度：單位溶液體積中的溶質量。

土壤溶液濃度可概念化為「溶質量除以溶液水量」。因此，溶質增加或水量減少會提高濃度；溶質減少或水量增加則會降低濃度。溶質的增減與轉化，則由溶解、沉澱、吸附、離子交換及生物化學反應等過程控制。

解題方法：依水分、物質輸入與土壤反應整理

作答時可先分清水量變化與溶質變化，再補上兩者交互作用。這樣能同時涵蓋含量、成分和濃度，也能呈現土壤溶液動態變化的主要來源。

一、水分收支與水分移動

降雨、灌溉、地下水上升會增加土壤水分，稀釋土壤溶液；蒸發、植物蒸散及排水則會減少水分，通常使溶質濃縮。水分向下淋洗會帶走可溶性鹽類、養分及其他溶質；毛管上升則可能將地下水中的溶質帶至根域或表土。

因此，同一批溶質在不同水分狀態下，可能呈現不同濃度；同一土壤剖面中，水分流向也會改變溶質分布。

二、外來物質的加入與溶質移除

肥料、石灰、灌溉水、降雨及含鹽地下水會帶入離子或其他可溶性物質，改變溶液的成分與濃度。植物吸收、微生物固定、作物收穫、逕流及淋洗，則會移除溶質或使其離開土壤溶液。

施肥後，肥料溶解可使溶液中養分離子濃度上升；作物根系吸收則會降低特定離子的溶液含量，並可能改變離子間的相對比例。

三、土壤固相與溶液間的物理化學反應

土壤礦物與有機質會與溶液交換物質。主要過程包括：

核心觀念

本題考查有機質肥料施入土壤後，對土壤三類性質的影響：物理性質、化學性質與生物性質。禽畜糞堆肥含有有機質及氮、磷、鉀等養分；其效果受堆肥來源、腐熟程度、施用量、土壤條件及管理方式影響，不能一概視為只有正面作用。

解題方法

依題目指定的三類性質分段作答，並在每一類中交代「有機質或養分如何改變土壤」及「可能的效益與風險」。作答時宜先說適量、腐熟堆肥的一般效果，再補充過量或品質不良時的限制，才能完整呈現影響。

土壤物理性質

1. 改善團粒構造與土壤結構：堆肥中的有機質可促進土粒膠結及團粒形成，使土壤結構較穩定。
2. 改善孔隙與水分狀態：團粒與孔隙改善後，通常有助於通氣、排水及保水；乾旱時可增加土壤蓄水能力，降雨時也較有利於水分入滲。
3. 降低容積密度與土壤硬實：增加有機質可使土壤較疏鬆，減輕壓實，利於根系伸展及土壤耕作。
4. 降低表土沖蝕風險：團粒較穩定、入滲性改善時，地表逕流與土粒流失可減少。

以上效果仍受土壤質地與施用管理影響；不當施用、踩踏或機械作業仍可能造成壓實。

土壤化學性質

1. 增加土壤有機質與養分供應：堆肥分解後可增加土壤有機質，並逐步釋出氮、磷、鉀及部分中微量元素，補充作物養分。
2. 提高陽離子交換與緩衝能力：有機質具有交換及吸附養分的能力，可提高土壤陽離子交換容量，並增強土壤對酸鹼變化的緩衝能力，降低部分養分淋洗損失。
3. 影響土壤酸鹼值及養分有效性：堆肥的酸鹼性因原料與製程而異，施用後土壤 pH 可能上升或下降；pH 改變會連帶影響養分有效性及作物吸收，不能直接認定禽畜糞堆肥必定使土壤變酸或變鹼。

核心觀念

本題考查土壤作為溫室氣體來源時，主要氣體的種類及其微生物生成途徑。土壤中最重要的三種溫室氣體為二氧化碳（CO₂）、甲烷（CH₄）及氧化亞氮（N₂O）。其生成量會受土壤通氣狀況、水分、溫度、有機質及氮肥管理等因素影響。

解題方法

可依土壤中的碳、氮循環作答：先列出含碳氣體 CO₂、CH₄，再說明含氮氣體 N₂O，並指出各自的生成環境與微生物作用。

一、二氧化碳（CO₂）

土壤中的 CO₂ 主要來自生物呼吸作用，包括植物根系呼吸，以及土壤微生物分解有機質。微生物將有機碳氧化分解，取得能量並釋出 CO₂；因此，土壤有機質分解旺盛時，CO₂ 生成量通常增加。耕作促進土壤通氣、提高溫度，或提供易分解有機物，也可能加速有機質分解與 CO₂ 釋出。

二、甲烷（CH₄）

CH₄ 主要在缺氧或高度還原的土壤環境中生成，例如淹水稻田。當氧氣耗盡後，產甲烷古菌利用有機物分解產物生成 CH₄，常見途徑包括：

• 利用乙酸生成 CH₄ 與 CO₂。
• 利用 CO₂ 作為碳源，並以氫氣作為還原劑生成 CH₄。