114 地方特考三等 農業技術類科 土壤學 考古題詳解

核心觀念

本題考查水田由「連續淹水」改為「間歇淹水與落乾」後，土壤水分、通氣、氧化還原狀態及養分循環如何改變。乾濕交替灌溉（Alternate Wetting and Drying, AWD）是在稻田不持續維持水層，待田間水位或土壤水分降至設定門檻後再灌水，使土壤週期性經歷還原與氧化環境。

連續淹水時，氧氣向土壤內部擴散受限，土壤氧化還原電位（Eh）下降，形成還原性環境；落乾時，空氣進入土壤孔隙，Eh 上升，土壤環境轉為較氧化。故作答主軸是掌握這些氧化還原變化如何連帶影響土壤物理性、化學性、生物性與養分有效性。

解題方法與土壤性質影響

一、物理性與水分狀態

AWD 使土壤含水量週期性下降與回升，減少田面長期積水，增加土壤通氣；灌水量與滲漏、深層滲流通常可下降，灌溉水利用效率因而提高。落乾期間，土壤承載力增加，收穫時田面較堅實，有利機械進田。

但反覆乾燥與再濕潤也會造成土壤膨縮；黏質土乾燥時可能出現裂縫。裂縫會形成優先流路，使水分較快向下移動，增加水分與可溶性養分往下層移動的風險。乾燥過度也會造成作物水分逆境，故土壤水分不宜降得太低。

二、氧化還原環境與化學性質

淹水期氧氣消耗、Eh 下降，土壤中的氧化態物質逐步還原；落乾期氧氣增加、Eh 上升，還原態物質再度氧化。這種週期變化會影響鐵、錳及硫等元素的形態與溶解度，也改變養分的有效性與移動性。

例如，淹水還原時，三價鐵可還原為較易溶解的二價鐵，錳也會由高價態轉為較易溶解的低價態；落乾氧化時，二價鐵、錳可再氧化並形成較難溶的氧化物。磷可因鐵氧化物還原溶解而釋出，也可能在重新氧化時被新形成的鐵氧化物吸附或固定。因此，AWD 對磷有效性的影響取決於乾濕循環及土壤條件，不能簡化為固定增加或減少。

核心觀念

陽離子交換容量（cation exchange capacity, CEC）是土壤膠體在特定條件下可吸附並交換陽離子的總量，常用 $\mathrm{cmol_c\,kg^{-1}}$ 表示。土壤中的黏土礦物與腐植質帶有負電荷，可吸附鈣、鎂、鉀、銨等陽離子；這些離子能在土壤溶液與交換位點之間移動，供植物吸收。

CEC 反映土壤保留陽離子養分的能力，但不等於土壤中實際含有多少養分，也不直接代表肥力高低。土壤肥力還受養分種類與含量、酸鹼度、有機質、排水及植物根系狀況等因素影響。

解題方法

可從「保肥與緩衝能力」「養分供應」「肥料管理」三方面作答，並說明高、低 CEC 土壤的差異：

1. 保留陽離子養分、減少淋洗 CEC 較高時，土壤可吸附較多養分陽離子，使其不易隨水向下淋失，並可在土壤溶液中離子被根系吸收後，逐步釋出補充。因此，高 CEC 土壤通常具有較大的陽離子養分儲備與較穩定的供應能力。

2. 調節土壤溶液濃度 交換位點與土壤溶液形成平衡。根系吸收造成溶液中養分濃度下降時，交換位點上的部分陽離子可解吸進入溶液；施肥後溶液中離子增加時，部分陽離子則可被吸附。這種交換作用有助於緩衝養分濃度的變化。

3. 影響施肥與淋洗風險 低 CEC 土壤對陽離子肥料的保留能力較弱，施入的鉀、銨等養分較容易淋失，宜採少量多次施肥，並配合灌溉與作物需肥時期管理。高 CEC 土壤保肥能力較佳，但仍須依作物需求施肥；

核心觀念

本題考查土壤微生物與作物生長的交互作用。土壤微生物包括細菌、真菌、放線菌、藻類及原生動物等；它們透過養分循環、根圈互動、植物共生與病原作用，改變作物可利用的養分、根系環境及生理狀態。其影響可概分為促進作用與抑制作用，實際效果取決於微生物種類、土壤環境及作物狀況。

解題方法

作答時可依「養分供應與轉化 → 根圈及共生作用 → 生長調節與逆境 → 病害及競爭」分項說明。每一類都交代作用機制及對作物生長的結果，即能完整呈現土壤微生物影響作物的途徑。

土壤微生物影響作物生長的機制

一、分解有機物與供應養分

微生物分解動植物殘體、根系分泌物及有機肥料，將其中的碳、氮、磷、硫等元素轉化為較簡單的化合物。含氮有機物經氨化作用產生銨態氮；硝化細菌再將銨態氮氧化成硝酸態氮，供植物吸收。微生物也能分解部分有機磷化合物，釋出植物可利用的磷。

分解作用同時促進腐植質形成，改善土壤團粒結構、通氣與保水能力，進而有利根系伸展及養分吸收。

二、生物固氮與養分有效性轉變

根瘤菌與豆科植物共生，可將大氣中的氮固定為含氮化合物，供宿主利用；固氮藍綠菌及部分自由生活固氮菌也能增加土壤氮素來源。

部分微生物可溶解或活化土壤中難溶性磷、鉀及微量元素，提升養分有效性。菌根真菌則藉菌絲延伸根系的吸收範圍，特別有助於植物吸收移動性較低的磷及水分。

三、根圈促生與植物共生

（一）Soil colloids（土壤膠體）

**核心觀念：**土壤膠體是土壤中粒徑極細、比表面積大且表面帶電的顆粒，主要包括黏土礦物、腐植質及鐵、鋁氧化物。它們提供大量反應表面，是土壤保水、保肥及養分交換的重要基礎。

**解題方法：**說明此名詞時，掌握「粒徑細、比表面積大、表面帶電、影響土壤化學性質」即可。膠體表面多帶負電，可吸附陽離子並進行陽離子交換；部分鐵、鋁氧化物及有機質也具有可變電荷，表面電性會隨 pH 改變。

**解題技巧：**不要只把土壤膠體定義成「很細的土粒」；須點出其表面電荷及吸附、交換作用，才能呈現其土壤學意義。

（二）Matric potential（土壤基質勢）

**核心觀念：**土壤水勢是描述土壤水能量狀態的量。基質勢是土壤水受到土粒表面吸附力與毛細作用而降低的勢能，通常以自由水為基準，數值為零或負值。土壤越乾，水受基質束縛越強，基質勢通常越負。

**解題方法：**由水勢組成切入，可寫為：

其中 $\Psi_w$ 為總水勢，$\Psi_m$ 為基質勢，$\Psi_s$ 為溶質勢，$\Psi_p$ 為壓力勢，$\Psi_g$ 為重力勢。基質勢描述土壤基質對水的吸引作用；在未飽和土壤中，通常是影響水分移動與植物吸水的重要因素之一。

**解題技巧：**基質勢是「土粒與孔隙造成的吸引」，不要與溶質勢混淆：溶質勢來自溶解鹽類對水勢的降低。

（三）pH-dependent charge（pH 依賴電荷）

**核心觀念：**pH 依賴電荷是土壤膠體表面電荷會隨溶液 pH 改變的現象，常見於腐植質及鐵、鋁氧化物等可變電荷表面。表面官能基可因質子化或去質子化而改變帶電狀態。

**解題方法：**以表面羥基為例，低 pH 時吸收質子而帶正電；高 pH 時釋出質子而帶負電：

因此，降低 pH 通常增加表面正電或減少負電；提高 pH 通常增加表面負電。表面淨電荷為零時所對應的 pH 稱為零電荷點（point of zero charge, PZC）。