110 高普考高考二級 土壤肥料 土壤肥力與植物營養研究 考古題詳解

核心觀念

本題考查土壤有機碳（soil organic carbon, SOC）的兩種表示方式、野外採樣與實驗室測定流程，以及農業管理增加土壤有機碳的原則。**有機碳濃度是土壤樣本中的碳比例；有機碳儲存量則是指定面積與土層內累積的碳質量。**兩者不能混為一談：濃度相同的土壤，若容積密度或土層厚度不同，儲存量也不同。

土壤有機碳是土壤有機質中碳的部分，不等同於土壤有機質。土壤有機質包含碳、氫、氧、氮、硫及其他元素，不能不加說明地把有機碳濃度直接稱為有機質濃度。

定義與公式

**土壤有機碳濃度（SOC concentration）**是土壤中有機碳相對於土壤質量的比例，常以 $\mathrm{g\,C\,kg^{-1}\ soil}$ 或百分比表示。以烘乾土壤質量為分母時：

**土壤有機碳儲存量（SOC stocks）**是特定面積及指定土層內的有機碳總量，常以 $\mathrm{Mg\,C\,ha^{-1}}$ 表示。當有機碳濃度以 $\mathrm{g\,kg^{-1}}$ 表示、容積密度以 $\mathrm{Mg\,m^{-3}}$ 表示、土層厚度以公分表示時：

其中：

• $C_{\mathrm{SOC}}$：有機碳濃度，$\mathrm{g\,kg^{-1}}$
• $\rho_b$：容積密度，$\mathrm{Mg\,m^{-3}}$
• $d$：土層厚度，$\mathrm{cm}$
• $f_c$：粗顆粒體積或質量校正比例；採用何種定義須與實際測定方式一致
• $0.1$：單位換算係數

若濃度以百分比表示，則常用：

計算基礎若未納入粗顆粒校正，則令 $(1-f_c)=1$。比較不同耕作或管理處理時，宜採用一致的土層深度；若容積密度因管理而改變，應使用等土壤質量（equivalent soil mass）比較，避免只比較相同深度而產生偏差。

解題方法：野外採樣與室內分析

一、野外採樣

1. 界定採樣範圍與目的：先劃定均質採樣單元，記錄位置、土地利用、耕作與施肥管理、採樣日期及土壤狀況。地形、土色、作物或管理差異明顯的區域應分開採樣。
2. 設計代表性採樣：在採樣單元內依網格或隨機方式取多個土芯，混合成代表性混合樣。避開田埂、溝渠、堆肥堆置處及其他非代表位置，並記錄取樣點數與採樣深度。
3. 分層採樣：按題目或研究目的設定土層深度，例如 $0$–$15$、$15$–$30$ 公分，逐層採集，不能把不同深度土壤混在一起。固定分層可用於追蹤有機碳在剖面中的變化。
4. 另取容積密度樣品：以已知體積的環刀或土壤取樣器採取未擾動土樣，逐層測定容積密度；同時收集粗顆粒資料，以供儲存量計算及校正。

核心觀念

土壤 $pH$ 反映土壤溶液中氫離子活度，農業資材改變 $pH$，主要透過兩類作用：一是產生或消耗 $H^+$；二是改變土壤的酸鹼緩衝能力。判斷肥料或改良資材的影響，應追蹤其中氮、鹽基陽離子與鹼性成分在土壤中的轉化、吸收及淋洗。

解題方法

依各項農業作為的主要成分與土壤反應，分別說明其酸化或鹼化途徑，並指出實際效果會受資材種類、施用量、土壤性質及管理方式影響。

（一）長期化學肥料施用（9 分）

長期施用化學肥料對土壤 $pH$ 的影響，核心是氮肥形態及氮素轉化。

1. 銨態氮及尿素促進酸化 銨態氮經硝化作用轉變為硝酸根，會產生氫離子：

$\mathrm{NH_4^+ + 2O_2 \rightarrow NO_3^- + 2H^+ + H_2O}$

尿素水解後形成銨態氮，後續硝化也會產酸。長期施用硫酸銨、氯化銨、尿素等氮肥，若產生的酸未被中和，土壤 $pH$ 便會逐漸下降。

2. 硝酸根淋洗加劇酸化 硝酸根容易隨水移動。當硝酸根淋洗時，常伴隨鈣、鎂、鉀等鹽基陽離子流失，土壤鹽基飽和度降低，酸性增加。

3. 作物吸收與肥料種類影響酸鹼方向 作物吸收銨態氮時，根圈常釋出 $H^+$；吸收硝酸根時，根圈則可能釋出 $OH^-$ 或 $\mathrm{HCO_3^-}$ 以維持電荷平衡。因此，不能只看「化學肥料」四字就判定酸化程度，需考慮氮肥種類、吸收比例及硝酸根是否淋失。磷、鉀肥本身對 $pH$ 的影響，也會依肥料化學形態而異。

**歸納：**長期大量施用銨態氮或尿素，且未補充石灰等鹼性改良資材時，土壤通常酸化；氮肥形態與管理方式會左右酸化程度。

（二）禽畜糞施用（8 分）

禽畜糞含有有機質、氮及鈣、鎂、鉀等鹽基養分，對 $pH$ 的影響由「鹼性鹽基輸入」與「氮素轉化產酸」共同決定。

1. 鹽基陽離子及鹼性物質可提高 $pH$ 糞肥帶入的鈣、鎂、鉀及碳酸鹽等成分，能補充土壤鹽基並中和部分酸性；有機質分解產生的有機陰離子也可消耗 $H^+$。因此，施用禽畜糞常可提高酸性土壤的 $pH$，或減緩土壤酸化。

2. 氮素轉化也會造成酸化 糞肥中的有機氮礦化後形成銨態氮，再經硝化作用產生 $H^+$。

核心觀念

本題考查三大化學肥料的原料來源、主要製程與產品形成關鍵。作答時可依「原料取得 → 化學轉化或選礦 → 製粒與成品處理」的順序，分別說明氮肥、磷肥、鉀肥；最後歸納肥料製造中影響成品品質與養分有效性的控制步驟。

肥料標示的養分通常以氮（N）、磷酐（P₂O₅）及氧化鉀（K₂O）表示；它們是養分含量的慣用表示方式，不代表肥料中的磷、鉀必然以 P₂O₅、K₂O 的分子形式存在。

解題方法

一、氮肥：由空氣氮製氨，再製成各種氮肥

氮肥的氮源主要來自空氣中的氮氣。工業上先以氫氣和氮氣合成氨，再由氨製造尿素、硝酸銨、硫酸銨等產品。

氫氣傳統上多由天然氣等含碳原料經蒸汽重組取得；氮氣則由空氣分離取得。合成氨的核心反應為：

反應在高溫、高壓及鐵系觸媒條件下進行，並將未反應氣體循環利用。尿素則以氨與二氧化碳為原料，在高壓下合成，經濃縮後製成顆粒或小球：

硝酸銨由氨氧化製得硝酸，再使硝酸與氨中和；硫酸銨則可由氨與硫酸中和製得，也可作為某些工業製程的副產品。

二、磷肥：由磷礦石經選礦與酸化，提高磷的有效性

磷肥主要原料是磷礦石，常以磷灰石類礦物為主。磷礦開採後，經破碎、磨細及選礦提高磷品位，再以酸處理，使原本難溶的磷轉成較易溶解、植物較能利用的磷酸鹽。

單過磷酸鈣（SSP）以磷礦粉和硫酸反應製造，主要產品包含磷酸二氫鈣及硫酸鈣。其反應可概略表示為：

磷酸亦可由磷礦石以硫酸進行濕式製程取得，供製造重過磷酸鈣（TSP）及磷酸銨等肥料。TSP 的製造重點是以磷酸酸化磷礦，使產品中的水溶性磷比例提高。磷酸銨則由磷酸與氨中和製得，例如磷酸一銨（MAP）及磷酸二銨（DAP）。

三、鉀肥：由天然鉀鹽礦選礦、分離與純化

鉀肥主要原料是天然鉀鹽礦，常見鉀源包括鉀石鹽中的氯化鉀，也可能與氯化鈉等鹽類共存。礦石開採後，依礦物特性採用浮選、溶解—結晶或其他分離方法，去除雜質並提高氯化鉀含量，製得氯化鉀肥料，亦即常稱的鉀石鹽（MOP）。

核心觀念

本題考查有機農業的生產原則與有機農產品驗證範圍，尤其要分清楚「栽培設施」和「栽培方式」：植物工廠是一種生產設施或環境控制型態；是否能申請有機驗證，仍須看作物如何栽培及是否符合驗證基準。

**以命題當年（民國 110 年）法規為準。**依《有機農業促進法》第 3 條第 3 款，有機農業是基於生態平衡及養分循環原理，不施用化學肥料及化學農藥、不使用基因改造生物及其產品，進行農產品生產的農業。依同條第 4 款，農產品生產等過程須符合中央主管機關訂定的驗證基準並經驗證合格，才是依法所稱的有機農產品。

解題方法

作答分兩步：

1. 先說明生產管理原則：有機農業須依循生態平衡與養分循環，排除化學肥料、化學農藥及基因改造生物及其產品，並以適當的土壤肥培、輪作及病蟲草害管理維護生產環境。
2. 再判斷植物工廠與水耕：不能只憑「在室內」或「不用農藥」判斷是否有機，須看實際栽培方式及驗證基準。植物工廠若採土耕，且生產管理符合基準，可申請驗證；水耕栽培若以植物根部伸入礦物營養液，或伸入添加礦物營養液的珍珠岩、礫石、礦物棉等惰性介質栽培，不得申請有機驗證。

有機農業的生產要求

有機農業以維護生態系與資源循環為核心，生產管理包括：

• 投入物管理：不得施用化學肥料及化學農藥，不得使用基因改造生物及其產品；肥料、病蟲草害防治資材等，須符合有機驗證基準所准用的規範。
• 土壤與養分管理：透過土壤分析掌握土壤狀況，合理培肥並減少養分流失與污染物累積；