112 高普考高考二級 土壤肥料 高等土壤學 考古題詳解

核心觀念

本題考查土壤粒徑分析的共同基礎，以及鮑氏比重計法與吸管法在沉降量測上的差異。土壤質地是砂、坋（粉）粒與黏粒的相對比例；分析前須將土壤團粒分散成個別粒子，再依粒徑分級。常用 USDA 質地粒徑界線為：砂粒 $2.0$–$0.05\ \mathrm{mm}$、坋粒 $0.05$–$0.002\ \mathrm{mm}$、黏粒小於 $0.002\ \mathrm{mm}$。不同分類系統的界線略有差異，報告時須註明採用的系統。

兩種方法都利用顆粒在液體中的沉降速度，依 Stokes 定律估算粒徑：

其中 $v$ 為沉降速度、$\rho_s$ 與 $\rho_w$ 分別為顆粒及水的密度、$g$ 為重力加速度、$d$ 為顆粒直徑、$\eta$ 為水的動黏度。假設粒子近似球形、懸液稀薄且顆粒以層流沉降。顆粒越大，沉降越快；經過一定時間後，懸液某一深度以上剩下的顆粒可視為小於對應的臨界粒徑。

Paleudult 屬於高淋洗、具黏粒移積層的土壤類型；題目特別指定取 argillic horizon，表示樣品可能黏粒含量較高，且團聚與黏粒分散狀況會影響測值。分類名稱本身不能取代實驗前處理，也不能直接推知質地比例。

解題方法與共同前處理

分析須使測得的粒徑分布代表原土中個別礦物粒子的大小，而不是團粒或被膠結的集合體。因此，兩種方法都應先充分分散，並避免前處理把原有礦物粒子溶解或破壞。

1. **取樣與稱量：**取風乾土，移除植物殘體等異物，輕輕研碎土塊並通過 $2\ \mathrm{mm}$ 篩，取細土。依方法規定稱取一定量土樣，記錄或換算成烘乾土重。
2. **視樣品狀況去除干擾物：**有機質會黏結礦物顆粒，可用過氧化氫氧化去除；可溶性鹽、石膏及碳酸鹽可能促進絮凝，視分析目的與含量，以水洗或適當化學處理去除；鐵氧化物若造成強烈膠結，也可能需另行處理。並非每一樣品都須一律做所有處理，應依樣品性質與所採標準程序選擇。
3. **化學分散：**常用六偏磷酸鈉（Calgon）等分散劑。鈉離子置換交換位上的二價陽離子，且分散劑可絡合溶液中的鈣，使粒子表面電性排斥增加、降低絮凝。
4. **機械分散：**浸泡後以搖盪器或適當攪拌使土粒分開。分散不足會使細粒黏附在較大粒子或團粒上，造成砂粒比例偏高、黏粒比例偏低。
5. **沉降與砂粒分離：**將均勻懸液轉入沉降筒並定容、充分混勻，開始計時。砂粒可先以篩分方式分離；坋粒與黏粒則由沉降量測區分。粒徑界線、量測深度與時間須配合採用的標準方法及溫度條件。

鮑氏比重計法（Bouyoucos hydrometer method）

原理與操作

比重計量測一定體積懸液的密度（或相對密度）。土粒沉降後，懸液中懸浮固體的濃度逐漸下降，因此比重計讀值隨時間改變。依校正後的讀值及樣品重量，可估算量測時仍懸浮於有效深度以上的土粒質量；再以不同時間的讀值估計總細粒及黏粒比例，砂粒比例則可由差值或篩分結果求得。

核心觀念

鉻的總量相同，不代表對土壤生態系統造成的危害相同。評估本題的電鍍廢水污染，須掌握土壤中鉻的化學形態、價態轉化、可移動性與生物有效性，並結合土壤性質及受體暴露情形判斷。

土壤中最重要的鉻價態為三價鉻 Cr(III) 與六價鉻 Cr(VI)：

• Cr(III) 通常較易吸附於黏土、鐵錳氧化物及有機質，並在中性至鹼性條件下形成難溶氫氧化物或沉澱，因此移動性與生物有效性通常較低。
• Cr(VI) 常以鉻酸根 $\mathrm{CrO_4^{2-}}$ 或重鉻酸根 $\mathrm{HCrO_4^-}$ 存在，較易溶於水、移動性較高，也較容易被植物吸收，通常具有較高毒性。

兩種價態會隨土壤的氧化還原條件及化學性質相互轉化。因此，鉻全量只能表示污染物的總存量，不能單獨代表其毒性、遷移性或生態危害。

解題方法：依「形態—轉化—暴露」評估

答題時可依序說明：先區分 Cr(III) 與 Cr(VI)，再分析影響兩者轉化及固定、釋出的土壤條件，最後評估鉻進入土壤生態系統的途徑與影響。

一、鉻的價態與化學形態

需分析土壤中 Cr(III) 與 Cr(VI) 的含量比例及其存在形態，而非只測鉻全量。應注意：

• 鉻酸根等 Cr(VI) 陰離子可能存在於土壤溶液中，具有較高移動性。
• Cr(III) 可能吸附於土壤固相、與有機質結合，或形成沉澱。
• 評估時宜納入土壤溶液中的溶解態鉻，以及可交換態、吸附態等較易釋出的部分，以反映其生物有效性。

二、土壤氧化還原狀態

氧化還原電位、通氣狀態及淹水情形會改變鉻的價態：

• 在較還原的環境中，土壤有機質、亞鐵離子或硫化物等還原性物質可促使 Cr(VI) 還原為 Cr(III)，通常降低鉻的移動性與生物有效性。
• 在較氧化的環境中，錳氧化物可將 Cr(III) 氧化為 Cr(VI)，增加其移動性與毒性風險。

本題為旱作農田，土壤通常較通氣、偏氧化，仍須考慮局部還原微環境、降雨或灌溉造成的水分變化，以及土壤中錳氧化物的含量與活性。

三、pH、土壤礦物與吸附作用

核心觀念

本題考查土壤有機碳（SOC）的碳收支、分解與穩定化。施用生質殘體會把有機碳帶入土壤，但其中一部分會經微生物分解轉為二氧化碳排出；因此，碳投入量增加不等於土壤有機碳存量必然長期增加。

土壤有機碳存量的變化可用下式表示：

碳輸入包括作物殘體、根系與根際分泌物、有機改良物等；碳輸出主要包括微生物呼吸形成的 $CO_2$，也包括侵蝕、淋洗及收穫移出等途徑。長期淨固碳的條件是，在適當時間尺度與土層範圍內，碳輸入持續大於碳輸出。

解題方法

作答宜從「碳收支」切入，再依序討論增加碳輸入、降低碳損失、促進碳穩定化、以長期存量驗證成效。如此可回答題目所問的「管理原則」，並避免把短期施用有機物或土壤呼吸變化，直接等同於淨固碳。

生質殘體中的碳並非全部留存在土壤。易分解成分會較快被微生物利用並釋出 $CO_2$；部分碳轉化為微生物生物量與代謝產物，另有部分透過與礦物結合、進入團粒內部等作用而較不易分解。能否長期增加 SOC，取決於投入碳的數量與品質、分解環境、土壤礦物與團粒保護能力，以及管理措施是否持續。

土壤有機碳管理原則

一、以淨碳收支為目標，不以投入量代替固碳成效

有機改良物的施用量只是碳輸入指標，不能單獨證明土壤碳匯增加。管理應同時考量投入碳、分解所造成的 $CO_2$ 排放、侵蝕與其他碳移出，並以多年 SOC 存量變化判斷是否真正增加淨存量。

二、增加持續且多元的碳輸入

可透過維持地表覆蓋、還田作物殘體、種植覆蓋作物、採用輪作與多年生作物，以及增加根系與根際碳輸入等方式，維持土壤碳源。施用堆肥、綠肥或其他生質殘體時，應評估其來源、含碳量、分解性、施用量與施用頻率，並與作物養分需求及土壤條件配合。

三、降低不必要的有機碳損失

減少過度耕犁與土壤擾動，維持地表覆蓋，並採取適當水土保持措施，可減少團粒破壞、侵蝕與殘體暴露所造成的碳損失。合理灌溉與排水管理也有助於避免因不適當水分條件而加速分解或造成土壤退化。

核心觀念

本題考查土壤的多重功能如何支撐永續發展。土壤不只是作物生長的介質，也能儲存與供應水分及養分、調節水文與氣候、循環養分、維持生物多樣性、過濾污染物，並提供人類居住與基礎建設的空間。這些功能與多項永續發展目標（SDGs）相互連結。

作答時應先指出：土壤功能與多個 SDGs 有關，並非只對應 SDG 15；再以土壤功能為主軸，說明其對應目標及作用機制。

解題方法

採用「土壤功能 → 對應的發展需求 → SDG」的方式整理。最直接的對應包括糧食生產、水資源調節、氣候調節、生物多樣性與陸域生態系；此外，土壤也會透過健康、城市環境、資源循環及土地生計等面向，支持其他目標。

主要對應目標與土壤功能