114 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

本題考查土壤生成因子及其作用機制。經典的土壤生成狀態因子可用 Jenny 的概念式表示：

其中 $S$ 為土壤性質，$cl$ 為氣候，$o$ 為生物，$r$ 為地形，$p$ 為母質，$t$ 為時間。人類活動常被列為重要的第六因子，影響土壤生成與發育。各因子會交互作用，不能視為彼此完全獨立。

解題方法

依經典五因子架構逐項說明，再補充人類活動；每項都交代其如何影響風化、物質輸入與移除、土層分化或有機質累積。

一、氣候

氣候主要透過溫度與降水影響土壤生成速率及方向。

• 溫度影響化學反應、岩石風化及生物活動。溫暖環境通常有利化學風化與有機質分解；寒冷環境會減緩反應，並可能發生凍融風化。
• 降水影響水分供應、淋洗與侵蝕。降水充足時，水溶性鹽類及黏土、鐵鋁等物質可能向下移動，形成淋溶與澱積作用；乾燥環境淋洗較弱，鹽類或碳酸鹽較易累積。
• 氣候也會調節植生及微生物活動，進而改變有機質輸入與分解速率。

二、生物

生物因子包括植物、動物、微生物及人類。

• 植物以枯枝落葉、根系分泌物及根系殘體提供有機質；根系穿入裂隙促進岩石崩解，也會吸收土壤養分並影響養分循環。
• 微生物分解有機殘體、釋出養分，並促成腐植質形成；菌根及其他微生物也會影響養分有效性與土壤團粒結構。
• 土壤動物翻動、混合土壤，形成孔隙並改善通氣與入滲；其活動會影響土層混合及有機物分布。
• 生物種類與生產力受氣候及地形制約，因此不同植被條件會形成不同的有機質含量與土壤特性。

三、地形

地形包括坡度、坡向、坡位及地形位置，主要影響水分與物質的移動、停留和累積。

• 陡坡逕流較快，侵蝕與表土流失較強，土層常較薄；緩坡或凹地較容易接受沉積物與有機物，土層可能較厚。

核心觀念

本題考查風蝕中土砂顆粒的三種主要運移型態，以及如何依各型態的運移特性採取防治措施。風蝕發生於地表土壤鬆散、乾燥且缺乏植被或殘株保護時；風力先使顆粒脫離地表，再將其搬運、磨蝕或沉積。

顆粒運移主要分為懸浮（suspension）、躍移（saltation）與地表蠕移（surface creep）。三者不是彼此完全獨立的過程：躍移顆粒撞擊地表時，會使細粒揚起形成懸浮，也會撞動較粗顆粒，使其滾動或滑動。

解題方法

依序說明「顆粒大小與運動方式 → 搬運距離與風蝕作用 → 相應防治原則」。防治的總原則是降低近地表風速、提高地表覆蓋與粗糙度、穩定土壤團粒，並縮短裸露地面連續迎風的距離。

一、懸浮

細小、重量輕的粉粒與黏粒可被風力揚起，長時間留在空中，隨氣流搬運至遠處。懸浮搬運距離遠，容易造成揚塵、能見度降低，也會帶走富含有機質與養分的表土。

**防治原則：**減少細粒土壤裸露與鬆散程度，維持植被、作物殘株或覆蓋物；採用少耕或免耕等減少土壤擾動的措施；必要時以灌溉或適當的地表穩定措施增加土壤抗蝕性。防風林與防風網可降低近地表風速，減少細粒揚起。

二、躍移

核心觀念

本題在比較兩種保護坡地土壤的方式：**敷蓋（Mulching）是把材料鋪在土壤表面；覆蓋（Crop covering）則是種植植物，利用其枝葉與根系保護土壤。**兩者都能減輕雨滴打擊、降低土壤沖蝕與逕流，但保護土壤的途徑、材料來源及後續管理方式不同。

本題屬觀念比較題，沒有特定法條或計算公式。作答時宜依「定義、目的、材料、適用區位、維護管理」逐項比較。

解題方法

先抓住兩者的主要差異：敷蓋看「鋪了什麼材料」；覆蓋看「種了什麼植物」。再從材料是否具有生命、是否依賴植物生長建立保護層，推展其適用環境與管理需求。

核心觀念

土壤質地（soil texture）是指土壤中砂粒、坋粒與黏粒三種礦物粒級的相對比例，通常以各粒級占細土部分（粒徑小於 2 mm）的乾土重量百分率表示。質地分類以粒徑界限區分各粒級；常用的美國農業部（USDA）制為：

• 砂粒：$2.0\text{ mm}$ 至 $0.05\text{ mm}$
• 坋粒：$0.05\text{ mm}$ 至 $0.002\text{ mm}$
• 黏粒：小於 $0.002\text{ mm}$

三者百分率合計為 $100\%$。依砂、坋、黏比例，可在土壤質地三角圖中判定質地名稱。質地反映土壤固相粒子的粗細組成，與孔隙、保水、通氣及入滲等性質密切相關；有機質含量、土壤構造則不屬於質地粒級比例本身。

沉降法的原理

沉降法是利用不同粒徑土粒在靜水中沉降速度不同，測定土壤粒級比例。粒徑愈大，沉降速度愈快；粒徑愈小，沉降速度愈慢。其理論基礎為 Stokes 定律：對於在液體中自由沉降的球形小粒子，終端沉降速度為

其中 $v$ 為沉降速度、$\rho_s$ 為土粒密度、$\rho_w$ 為水的密度、$g$ 為重力加速度、$d$ 為粒徑、$\mu$ 為液體動力黏滯係數。由式可知，在其他條件相同時，沉降速度與粒徑平方成正比，因此可依沉降時間或沉降深度，判定懸浮液中尚未沉降的粒子粒徑範圍。

沉降距離與時間的關係為

將此關係代入 Stokes 定律，可由指定沉降時間與沉降深度推算臨界粒徑。沉降法通常測定懸浮液中仍保持懸浮的土粒濃度，進而求得特定粒徑以下的重量百分率，再由累積百分率換算砂、坋、黏粒比例。

Stokes 定律的適用前提包括粒子近似球形、粒子互不干擾、沉降為層流、液體溫度與黏滯係數已知且穩定。實驗須使土粒分散，避免團聚粒子被當成較粗粒徑。

解題方法與慣用方法

答題時依序說明「質地的定義—沉降速度差異—Stokes 定律—慣用量測方法—粒級比例判定」，即可完整交代題意。

沉降法的基本程序如下：

1. 前處理與分散：取代表性土樣，去除大於 $2\text{ mm}$ 的礫石；依試驗規範處理有機質或可溶性鹽類，加入分散劑並充分攪拌，使土粒個別分散。
2. 製備懸浮液：將已知乾土重量的土樣與水混合，充分攪拌後轉入沉降筒，調整至規定體積並均勻混合。
3. 計時與測定：停止攪拌後開始計時。