110 高普考高考三級 農業技術 土壤學 考古題詳解

核心觀念

本題考查土壤受壓實後，土壤固相、孔隙與孔徑分布如何改變，以及這些變化如何影響水分、空氣、根系與作物生長。

土壤總體密度（bulk density，$\rho_b$）是單位土壤總體積內的乾土質量：

其中 $M_s$ 為乾土質量，$V_t$ 為土壤總體積。土壤孔度（porosity，$n$）是孔隙體積占土壤總體積的比例；若以土壤粒子密度（particle density，$\rho_s$）估算，則：

壓實主要是使土粒重新排列、孔隙縮小或消失，通常不會使土壤固相質量明顯增加。因此，在土壤體積縮小時，總體密度上升，孔度下降。

解題方法

依序由「總體密度 → 總孔度 → 孔徑分布 → 作物生長影響」說明。作答時須區分總孔隙量與孔隙大小：壓實使孔隙總量減少，也會改變剩餘孔隙的大小組成；兩者共同影響土壤水分、通氣與根系伸展。

詳解

一、對總體密度的影響

土壤受壓實時，土粒被擠密，土壤總體積減少，而乾土質量大致不變，因此總體密度增加。壓實程度越高，總體密度通常越大。

總體密度增加會使土壤變得緊密，根系穿透土壤所需的阻力上升。若土壤含水量、質地及作物根系特性等條件相近，密度過高通常會限制根系生長。

二、對孔度的影響

由 $n=1-\rho_b/\rho_s$ 可知，在粒子密度大致不變時，總體密度增加會使總孔度下降。壓實會減少土壤總孔隙體積，尤其容易使較大的孔隙縮小或閉合。

孔度下降會減少土壤可供水分與空氣移動、儲存的空間，並降低水分入滲及土壤排水能力。

核心觀念

本題考查鹽土的診斷特性、鹽害對作物的影響，以及土壤改良原則。鹽土（saline soil）是土壤中可溶性鹽類累積過多，足以妨礙多數作物生長的土壤；常見鹽類包含氯化物、硫酸鹽，以及鈉、鈣、鎂等離子。

常用診斷指標為飽和糊狀土壤萃取液電導度 $EC_e > 4\ \mathrm{dS\,m^{-1}}$。典型鹽土的交換性鈉百分率 $ESP < 15\%$，土壤反應通常低於強鹼性，常見 $pH < 8.5$。這些界值是常用分類標準，實際作物受害程度仍受作物耐鹽性、土壤水分與鹽分組成影響。

鹽土須與鈉質土區分：鹽土的核心問題是土壤溶液鹽分過高；鈉質土則是交換性鈉過多，容易造成土壤團粒分散、滲水性變差。兩者的改良方法不能混為一談。

解題方法

依「土壤性質 → 作物受害機制 → 改良措施」作答，並將改良措施對準鹽分累積的原因：先讓鹽分離開根域，再避免鹽分隨地下水或灌溉水重新累積。

一、鹽土的主要特性

• 可溶性鹽類含量高：土表或剖面可能出現鹽霜、白色鹽類結晶，根域土壤溶液電導度偏高。
• 滲透壓高：土壤雖有水，植物根系仍不易吸水。
• 鹽類組成會影響毒害種類：氯離子、鈉離子、硼等過量時，可造成特定離子毒害；高濃度鹽類也會干擾養分吸收。
• 通常不以土壤結構崩解為主要特徵：典型鹽土的交換性鈉不高，不能直接把鹽土等同於鈉質土。

二、栽種作物可能遭遇的問題

1. 生理乾旱：根系吸水受到高滲透壓阻礙，植株即使在濕土中也可能萎凋、生長受抑。
2. 發芽與幼苗建立不良：種子吸水、發芽及幼苗根系伸長受阻，出苗率與存活率下降。
3. 離子毒害與養分失衡：特定離子累積會傷害根、葉；鹽分也可能影響氮、鉀、鈣等養分的吸收與平衡。

核心觀念

本題考查在土壤水分勢能約 $0\sim -0.8\ \mathrm{bar}$ 範圍內，如何測量土壤水分的負壓，以及儀器讀值所代表的物理意義。常用方法為張力計法（tensiometer method），主要測得土壤水的基質勢（matric potential），通常以相對大氣壓的負壓表示。

張力計的適用範圍約為 $0$ 至 $-0.8\ \mathrm{bar}$，亦即約 $0$ 至 $-80\ \mathrm{kPa}$。水勢愈負，表示土壤水受基質吸引愈強。

解題方法與測定原理

張力計主要由多孔陶瓷杯、充水管柱及真空計或壓力計組成。測定時先將陶瓷杯充分飽和，並將張力計管內充滿水，再將陶瓷杯埋入待測土壤，使其與土壤緊密接觸。

當土壤水與張力計內的水透過飽和陶瓷杯達到水力平衡時，兩側的水壓趨於一致。若土壤較乾，土壤水的基質勢較低，水會由張力計內流向土壤，使管內形成負壓；此負壓經水柱傳遞至真空計或壓力計，即可讀得土壤水的張力。

讀值可用壓力單位表示，也可換算為水頭：

核心觀念

本題考查土壤酸鹼度對磷形態、固定作用及植物有效性的影響。磷的「有效性」是指土壤中可供植物根系吸收利用的磷，主要以溶液中的磷酸根離子存在。土壤溶液的酸鹼度會改變磷酸根的形態，也會影響磷與鐵、鋁、鈣等元素的反應。

解題方法

掌握「強酸性土壤受鐵、鋁固定；強鹼性土壤受鈣固定；近中性時有效性較高」的規律，分別說明兩端的固定機制及中間的趨勢。

在酸性土壤中，磷酸根容易吸附於鐵、鋁氧化物及黏土礦物表面，也可能與鐵、鋁形成難溶性磷酸鹽，使溶液中可供植物吸收的磷減少。

在鹼性土壤中，磷酸根容易與鈣形成難溶性磷酸鈣；隨時間作用，可轉變為溶解度更低的鈣磷酸鹽，使磷有效性下降。

核心觀念

碳氮比（$C/N$ ratio）是有機質中碳含量與氮含量的比值，常以兩者的質量比表示：

土壤微生物分解有機質時，需要碳作為能源與生長材料，也需要氮合成細胞蛋白質。因此，有機質肥料的 $C/N$ 會影響分解速度，以及氮在「微生物暫時固定」與「釋出供作物吸收」之間的變化。

解題方法

作答時，依有機質 $C/N$ 高低，說明分解過程中的氮素動態，再連結到作物的氮素供應：

• $C/N$ 偏高：有機質含碳多、含氮相對少。微生物分解時需從土壤中吸收無機氮，以滿足自身生長所需，造成氮素暫時固定（氮素生物固定化）。此時土壤中可供作物吸收的氮減少，若作物生育期正需氮，容易出現短期缺氮。
• $C/N$ 適中或偏低：有機質所含氮相對較多，微生物分解後較容易淨釋出無機氮，供作物吸收利用，稱為氮素礦化。