112 專技高考高等考試 水土保持技師 土壤物理與沖蝕 考古題詳解

核心觀念

土壤可容許流失量（soil loss tolerance，簡稱 T 值），是指在長期尺度下，仍能維持土壤生產力與基本土壤功能、不致造成不可接受之土壤退化所容許的最大年土壤流失量。常以公噸／公頃／年（t/ha/yr）表示。

T 值是土壤保育的判準，不是實際土壤流失量，也不是通用土壤流失公式中的一個因子。實際年土壤流失量可用 USLE 估算：

其中 $A$ 為估算土壤流失量；$R$ 為降雨沖蝕力、$K$ 為土壤沖蝕性、$L$ 為坡長、$S$ 為坡度、$C$ 為覆蓋與管理、$P$ 為水土保持處理因子。判讀時比較 $A$ 與 $T$：若 $A\leq T$，表示估算流失量未超過可容許值；若 $A>T$，則需加強水土保持措施，以降低流失量。

依命題當年（民國 112 年）《水土保持技術規範》第 35 條，山坡地土壤流失量得採 USLE 估算，並應使用台灣各地區參數值。該條提供的是土壤流失量估算方式，並非直接規定一個通用的 T 值。

解題方法：依「土壤能否補充、流失後是否仍能生產」說明影響因子

T 值的設定核心，是評估土壤流失後能否由成土作用補充，以及剩餘土層是否仍足以維持土壤功能。因此作答時，應從土壤本身、成土條件、土地生產力及管理目標說明。

1. 土層厚度與有效土深 土層深厚、根系可利用土層較厚者，對表土流失有較大的緩衝能力；淺薄土壤或土層下即為岩盤、礫層者，流失後容易迅速降低有效土深，T 值應較低。

2. 土壤生成速率與母質風化補充能力 成土速率較快、母質能持續風化補充土壤者，較能承受一定流失量；成土緩慢、母質風化不易者，補充能力有限，容許流失量較低。長期而言，土壤流失量若持續大於土壤生成與補充速率，土層便會逐漸減薄。

核心觀念

坡面土壤改良的目的，是改善土壤的理化性質，使植物根系能生長、土壤能涵養水分，並提高坡面抵抗沖蝕與保持穩定的能力。判斷是否需要改良，應先看土壤限制植生或保水的原因，再選擇相應處理方式；單純增加肥料，不能解決土層過薄、土壤過度緊實或排水不良等問題。

本題所稱「土壤特性」，可從土層厚度、質地與結構、通氣排水、酸鹼度及肥力等面向作答。改良措施應針對限制因子施作，並配合植生覆蓋，避免改良土在植生建立前遭雨水沖失。

解題方法與坡面類型、處理方式

核心觀念

本題考查土壤三相組成與土壤水分特性。土壤由固體顆粒、水分與空氣構成；各項定義的差異，主要在於「分母採用哪一種體積或重量」，以及「水分在土壤中的狀態」。

符號說明：$M_s$ 為烘乾土壤固體質量、$M_w$ 為水的質量；$V_s$ 為土粒體積、$V_w$ 為水的體積、$V_v$ 為孔隙體積、$V_t$ 為土壤總體積。

解題方法

依序從「固體顆粒性質、含水量表示法、孔隙水占比、植物可利用水分狀態」說明，即可清楚區分五項土壤特性。作答時應明確寫出定義、公式及其分子與分母。

（一）土壤顆粒密度

土壤顆粒密度（particle density）是土壤固體顆粒質量除以固體顆粒本身的體積，不包括土壤孔隙體積：

一般礦質土壤的顆粒密度約為 $2.65\ \mathrm{g/cm^3}$；實際數值會受土壤礦物組成及有機質含量影響。有機質比例較高時，顆粒密度通常較低。

顆粒密度與土壤總體密度不同：總體密度的體積分母包含土粒與孔隙，即 $V_t$；顆粒密度的分母只計算土粒體積 $V_s$。

（二）土壤含水量

土壤含水量是土壤中所含水分的量，常見表示方式有重量含水量與體積含水量，作答時應說明所採用的表示法。

重量含水量（gravimetric water content）是水的質量與烘乾土壤固體質量之比：

也常以百分率表示，即 $w\times100\%$。

體積含水量（volumetric water content）是水的體積與土壤總體積之比：

若已知重量含水量 $w$ 與土壤總體密度 $\rho_b$，則在水的密度為 $\rho_w$ 時：

因此，重量含水量以烘乾土質量為基準，體積含水量以土壤總體積為基準，兩者不可混為一談。

（三）飽和度

飽和度（degree of saturation）是土壤孔隙中被水占據的比例，亦即水的體積占總孔隙體積的比例：

核心觀念

土壤侵蝕控制的目的，是減少土粒被雨滴或風力剝離、降低地表逕流的沖刷與搬運能力，並使已流失的泥砂不致直接進入溪流或排水系統。答題時可依「減少侵蝕源、減緩逕流與風力、攔截泥砂、促進入滲與保水」的次序說明。

水土保持法所稱水土保持處理與維護，主要透過工程、農藝或植生方法達成；《水土保持技術規範》另將農地水土保持方法分為農藝、工程、植生及保蓄方法。涉及法規部分，以命題當年（民國 112 年）法規為準。

以坡面水蝕的通用估算式 USLE 為例：

其中 $A$ 為平均土壤流失量，$R$ 為降雨沖蝕力，$K$ 為土壤可蝕性，$L$、$S$ 分別為坡長與坡度因子，$C$ 為覆蓋與管理因子，$P$ 為水土保持處理因子。控制方法主要藉由降低 $C$、$P$，並透過縮短坡長、降低坡面逕流量與流速，減少實際土壤流失。此式著重坡面片狀及細溝侵蝕，不能直接代表崩塌或大型蝕溝的全部風險。

解題方法

本題為申論題，宜先點出侵蝕控制原理，再按措施類型分類，並在各類別中說明「措施如何降低剝離、沖刷、搬運或輸砂」。最後補充因地制宜及維護原則，即可形成完整答案。

土壤侵蝕控制方法

一、農藝方法

農藝方法是調整耕作方式與作物配置，減少土壤裸露時間、提高地表粗糙度及入滲，並避免逕流沿坡向集中。

• 等高耕作：沿等高線耕犁、播種及作畦，使畦溝橫越坡面，減緩逕流速度、延長水流路徑，降低坡面沖刷。
• 輪作、間作與混作：以不同生長期、根系型態及覆蓋特性的作物輪替或搭配種植，維持土壤覆蓋並改善土壤結構。
• 覆蓋作物與殘株覆蓋：在主作物休耕期種植覆蓋作物，或將作物殘體留在地表，以吸收雨滴動能、減少土粒飛濺及地表結皮。
• 減少耕犁、免耕及順應等高線作業：避免過度翻動土壤及長時間裸露，降低團粒破壞與土粒被帶走的機會。
• 合理施肥與有機質管理：促進作物生長及根系發育，增加地表覆蓋；有機質亦有助於形成穩定團粒、改善入滲。
• 調整耕作方向與作物配置：坡地避免長距離順坡耕作；坡度較大或易沖蝕處宜配置多年生作物、牧草或林木，減少裸露地。

二、植生方法

植生方法利用植物地上部及根系保護土壤。枝葉可攔截雨滴、減弱雨滴打擊；枯枝落葉與地被可覆蓋土面；根系則有助於固土、增加土壤抗蝕性及穩定坡面。

• 草生栽培、草帶與地被植物：在坡面、果園行間或裸露地建立連續覆蓋，減少雨滴打擊及地表逕流。
• 植生帶、灌木帶或防護林帶：沿等高線或風向適當配置，減緩逕流或風速，攔截土粒與泥砂。
• 坡面播種、植草、鋪草皮或植栽灌木：用於裸露坡面及施工後復舊；植生初期尚未形成足夠覆蓋時，應配合覆蓋物、植生網或其他臨時保護。
• 維持適當植被與草地管理：避免過度放牧、頻繁刈除或不當整地造成地表裸露；裸地應儘速復舊植生。

植生適合坡面及表層防蝕，但在高流速集中水流、溝床沖刷或植被難以建立之處，通常須搭配工程方法。

核心觀念

本題考查 USLE 在坡度、土壤沖蝕指數沿坡面改變時，如何以 Foster and Wischmeier（1974）分段法估算土壤流失。裸露且無水土保持處理，故覆蓋管理因子 $C=1$、水土保持措施因子 $P=1$。坡面總長 $270\ \mathrm{m}$，均分為三段，每段長 $90\ \mathrm{m}$。

各段的土壤流失量須依該段的 $K$ 值、坡度及其在全坡上的位置計算；中邊坡的流失比例則以中邊坡流失量除以三段流失量總和。

解題方法

Foster and Wischmeier 分段公式可寫為：

其中 $A_i$ 為第 $i$ 段的平均土壤流失量，$\lambda_{i-1}$、$\lambda_i$ 為該段起點與終點距離坡頂的累積坡長（公尺）；$m$ 為坡長指數。本題坡度均大於 $5\%$，採 $m=0.5$。

坡度因子依坡度 $s$（以小數表示）計算：

三段累積坡長依序為 $0$ 至 $90\ \mathrm{m}$、$90$ 至 $180\ \mathrm{m}$、$180$ 至 $270\ \mathrm{m}$。代入各段坡度，可得：