114 高普考高考三級 農業技術 土壤學 考古題詳解

核心觀念

本題考查的是以風險為基礎的土壤健康評估。施用含重金屬的堆肥，不能只看堆肥是否含有養分，也不能只以土壤總重金屬濃度判定安全；必須同時評估土壤功能、污染物的可利用性，以及污染物是否會經由食用作物進入人類或動物體內。

土壤健康是土壤在生態系與土地利用條件下，持續維持生產力、環境品質及生物健康的能力。採用「一體化健康」（One Health）觀點時，評估對象包括土壤、作物、食用者、動物，以及受施用行為影響的水體與其他環境介質。

解題方法

可依「明確評估目標與受體 → 掌握污染來源與土壤狀況 → 評估傳輸與暴露 → 綜合判斷土壤健康 → 設定管理及監測措施」作答。

一、界定用途、評估範圍與保護對象

先確認施用土地的位置、土壤性質、作物種類、食用部位及施用方式與頻率。以食用作物生產為例，主要保護對象包括：

• 土壤生物與土壤生態功能。
• 作物生長及農產品品質。
• 食用農產品的人類消費者。
• 可能食用作物或接觸土壤的動物。
• 可能受重金屬淋洗、逕流或揚塵影響的地下水、地表水與周遭環境。

評估時要建立完整的「污染源—傳輸途徑—受體」關係。污染源是堆肥中的重金屬；傳輸途徑包括堆肥施入土壤後的累積、溶解與淋洗、土壤揚塵，以及作物吸收；受體則是作物、食用者、動物及土壤生物。

二、確認堆肥與土壤的初始狀況

採集具有代表性的堆肥及土壤樣品，分析重金屬濃度與必要的土壤性質。土壤應先建立施用前的基線資料，並記錄土地過去是否曾接受污泥、堆肥或其他可能含重金屬的資材。

重金屬評估不能只看單次濃度，還須考量：

• 堆肥實際施用量與施用頻率。
• 土壤背景值與既有累積量。
• 土壤質地、酸鹼值、有機質及氧化還原狀態。
• 重金屬在土壤中的形態、移動性與生物可利用性。

土壤酸鹼值、有機質及黏土含量會影響重金屬的吸附、溶解與作物吸收。因此，總濃度是重要的污染篩選指標，但不等同於生物可利用濃度或實際暴露量。

三、檢核法規與適用標準

將堆肥與土壤的分析結果，依資材用途、土地使用情境及適用法規標準分別檢核。以命題當年（民國 114 年）法規為準；引用時應依評估對象選用適用的標準，不能把堆肥資材標準與土壤污染管制標準混為一談。

符合標準是必要的管理條件，但不足以單獨證明土壤健康良好：一方面，長期施用仍可能使重金屬逐年累積；另一方面，符合某一濃度標準也不代表土壤的生物功能、作物品質與所有暴露途徑都已獲得評估。

四、評估作物吸收與食用暴露

核心觀念

碟狀構造（platy structure）是土壤團粒呈薄片或板狀，並大致平行於地表水平排列的土壤結構。當它出現在表土層下方，常見於耕作層底部形成的犁底層，可能與長期在相同深度耕作、土壤過濕時耕犁或農機反覆輾壓有關；部分土壤也可能因母質或成土作用而形成，須配合剖面與田間狀況判斷。

此題考的是土壤結構如何影響水、氣、根系與養分的移動。碟狀結構的水平板片使垂直方向的孔隙連通性較差，常伴隨較高容積密度及較低大孔隙度，因此會限制水分下滲、通氣與根系向下伸展。

解題方法

作答時依「結構特徵 → 土壤物理環境 → 肥力與作物反應 → 管理措施」說明：

1. 先指出碟狀結構的板片呈水平排列，會阻礙垂直方向的水、氣與根系通行。
2. 再連結至肥力表現：根系受限後，可利用的土體體積縮小，作物較難取得深層水分與養分；土壤排水、通氣不良時，根系活性與養分吸收也會受影響。
3. 最後提出改良方向：確認阻礙層深度與含水狀況，避免在土壤過濕時耕作及重型機具反覆通行，並以適當深耕、增加有機質及維持活根改善土壤結構。

土壤肥力特徵與肥培管理

一、土壤肥力特徵

• **水分下滲與排水受阻：**水較難穿過水平板片向下移動，雨後或灌溉後容易在阻礙層上方滯留，增加表層過濕、逕流及侵蝕風險；乾旱時，根系又較難利用下層儲水。
• **通氣性與根系發育較差：**垂直連通的大孔隙減少，土壤通氣及氣體交換受限。根系常集中在表土，向下生長受阻，根域與可利用的水分、養分來源縮小。
• **養分利用效率可能降低：**作物可探索的土體變少，深層養分較難被根系利用；排水不良亦可能造成根系缺氧，降低養分吸收與根部活性。養分在阻礙層上方的累積或流失情形，則會受土壤質地、肥料種類、施肥位置及水分管理影響，不能單憑碟狀構造推定特定元素必然缺乏或過量。
• **田間生育不均：**作物可能出現根系淺、耐旱性差、雨後生育受抑或生長不整齊等現象。

核心觀念

土壤水勢能（soil water potential）表示土壤水相對於標準狀態水的能量狀態。土壤水尚未達飽和時，水分受到土壤孔隙、土粒表面及溶質等因素影響；其中最主要的土壤性質影響，是基質勢（matric potential）。

總水勢可分解為：

其中：

• $\Psi_m$：基質勢，來自土粒對水的吸附作用及孔隙中的毛管作用。
• $\Psi_o$：滲透勢，來自土壤水中溶解的鹽類等溶質。
• $\Psi_g$：重力勢，取決於水分所在位置的高程。
• $\Psi_p$：壓力勢。未飽和土壤中通常沒有正的靜水壓力；水受毛管力拘束時，常以負壓力或基質勢表現。

因此，題目問「影響水勢能的土壤性質」，核心是說明哪些土壤特徵會改變基質勢，並補充溶質與位置對總水勢的影響。

解題方法

先從水勢組成切入，再依各組成找出相應的土壤性質：

1. 未飽和時，孔隙中仍有空氣，水主要以薄膜及毛管水形式存在，土粒會吸附水分，故基質勢通常為負值。
2. 土壤的孔隙大小、孔隙分布及土粒表面特性，決定水分被吸持的強弱，因而影響基質勢。
3. 土壤水中的溶質會形成滲透勢；土壤位置高程則影響重力勢。

影響水勢能的土壤性質

一、土壤質地與粒徑組成

黏粒含量及粒徑分布會影響孔隙大小、總表面積與吸水能力。細質地土壤有較多細孔及較大的比表面積，通常能以毛管力和吸附力保留較多水分；粗質地土壤以較大孔隙為主，水分較容易排出。

同一含水量下，不同質地土壤的水分受吸持程度不同，因此基質勢也不同。比較水分狀態時，不能只看含水量，還須考慮質地。

二、孔隙大小與分布

孔隙大小決定毛管作用強弱。細小孔隙的毛管吸力較大，可在較低含水量時仍保留水分；較大的孔隙則較容易在重力作用下排水。土壤孔隙分布因而影響土壤水分特性曲線，也就是含水量與基質勢之間的關係。

三、土壤結構與容積密度

核心觀念

本題考查水稻田淹水與排水交替時，土壤氧化還原狀態如何改變碳、氮的微生物轉化，進而造成不同溫室氣體排放。稻田排放的主要溫室氣體為甲烷（$CH_4$）、二氧化碳（$CO_2$）及氧化亞氮（$N_2O$）；各氣體的產生與排放比例，會隨土壤水分、氧氣供應、有機質及氮肥管理而變化。

解題方法

從稻田的水分管理切入：淹水使土壤缺氧、氧化還原電位下降；排水則使空氣進入土壤、土壤轉為較氧化。接著分別說明這兩種環境中碳與氮的主要微生物作用。

1. 淹水、缺氧時：以甲烷形成為主 土壤中的氧氣耗盡後，微生物逐步利用其他電子受體；當環境還原性足夠強，產甲烷菌會分解有機質轉化產生$CH_4$。稻草、根系分泌物等有機碳可提供產甲烷底物。生成的甲烷可經水稻通氣組織、氣泡或水中擴散逸散；其中一部分會在根圈或土壤表層遇氧後被甲烷氧化菌氧化。

2. 排水、通氣時：甲烷生成減少，氮轉化改變 排水提高土壤氧氣供應，使產甲烷作用受抑制，原先累積的甲烷也較易被氧化。土壤中含氮有機物經氨化形成銨態氮，銨態氮在有氧條件下可經硝化作用轉成硝酸態氮。