109 專技高考高等考試 農藝技師 土壤學 考古題詳解

核心觀念

土壤水分含量與土壤水分勢能（soil water potential）相關，但兩者不是同一個量。水分勢能描述土壤水對植物可利用的能量狀態；相同的水分含量，在質地或結構不同的土壤中，可能對應不同的水分勢能。因此，不能只依作物種類或單一含水量，直接判定某作物在某一土壤中的最適水分含量。

解題方法

先由作物生長試驗或可靠資料，確定各作物的最適土壤水分勢能，再測定特定土壤的水分特性曲線（soil water characteristic curve），將勢能換算為含水量。

水分特性曲線表示土壤水分勢能與含水量的對應關係，可寫為：

核心觀念

菌根菌（mycorrhizae）是與植物根系形成互利共生關係的真菌。真菌取得植物光合作用產生的碳水化合物；真菌菌絲則延伸至根系周圍土壤，擴大植物有效吸收養分的範圍，並將吸收的養分輸送給植物。因此，菌根菌可作為微生物肥料：施入具活性的有益微生物，藉其生物作用改善植物養分取得或利用，而非直接提供大量礦質養分。

解題方法

作答時分成兩層：先說明菌根菌為何符合微生物肥料的概念，再說明它如何改變作物由土壤吸收養分的能力。重點是指出菌絲擴大根系的探索範圍，並說明不同養分受益程度不同。

菌根菌為何是微生物肥料

菌根菌與植物根部建立共生關係後，菌絲可從根表向外延伸，進入根毛較少或根系難以直接到達的土壤孔隙。菌絲吸收水分與養分後，將其中一部分轉交植物；植物則供應真菌生長所需的碳源。菌根菌藉此提升植物取得養分的能力，符合以有益微生物改善養分吸收與利用的微生物肥料特性。

對作物土壤養分吸收的影響

1. 擴大吸收範圍：根外菌絲延伸至根系吸收區以外的土壤，增加根系與土壤的接觸範圍，使作物能取得原本不易被根部直接吸收的養分。
2. 提升磷的吸收：菌根菌最具代表性的效益是改善磷吸收。

核心觀念

Ustoxs 是美國土壤分類系統（USDA Soil Taxonomy）中的一類 Oxisols（氧化土），名稱可拆成兩部分理解：

• Ust-：表示具有 ustic（土壤濕潤狀況受季節性乾旱限制）水分型態。土壤在適合植物生長的季節有水可用，但乾季水分不足，作物生長受降雨季節分布影響。
• -ox-：表示屬於 Oxisols，具有氧化層等氧化土特徵。
• -s：為亞群分類名稱中的字尾；判讀此名稱的主要線索是 Ustox 所代表的 ustic 水分型態與 Oxisols 的土壤性質。

Oxisols 多形成於高溫、強烈風化的環境，常見於熱帶或亞熱帶地區。土層通常深厚，黏土礦物以高嶺石及鐵、鋁氧化物為主，矽質礦物及易風化礦物含量低。其養分有效性與保肥能力常受限於低陽離子交換容量、低天然肥力及磷固定等問題。

解題方法

本題採「分類名稱拆解，再連結農業管理」的方式作答：

1. 由 Ox 判斷土壤屬於 Oxisols，說明強烈風化、氧化物含量高、天然肥力偏低等性質。
2. 由 Ust 判斷水分型態為 ustic，指出降雨具有季節性，生長季可能有水、乾季則缺水。
3. 將土壤限制轉化為栽培管理重點：配合雨季安排播種、乾季補灌、施用肥料與有機質，並注意磷及微量元素有效性。

土壤特性

• 風化程度高：長期高溫及淋洗使易風化礦物與可溶性養分大量耗失，土壤以較穩定的高嶺石、鐵氧化物及鋁氧化物為主。
• 天然肥力偏低：有機質及氮、磷、鉀等養分供應常不足；土壤保肥能力有限，養分容易因淋洗而流失。
• 磷有效性低：鐵、鋁氧化物可強烈吸附或固定磷，使施入的磷肥不易被作物利用。

核心觀念

本題考查灌溉水的鈉質危害，以及土壤團粒形成與穩定的因素。鈉吸著比（sodium adsorption ratio, SAR）用來表示水中鈉離子相對於鈣、鎂離子的比例：

各離子濃度通常以 $\mathrm{mmol_c\,L^{-1}}$（或 $\mathrm{meq\,L^{-1}}$）表示。SAR 越高，表示水中鈉相對於鈣、鎂越多，灌溉後土壤膠體表面被鈉占據的傾向越大。

解題方法：由離子交換推論土壤構造變化

鈣、鎂為二價陽離子，能促進黏粒絮凝及粒子間聚集；鈉為一價陽離子，對黏粒的絮凝作用較弱。灌溉水 SAR 偏高時，鈉會逐漸取代土壤交換位置上的鈣、鎂，使黏粒間斥力增加，遇水後容易膨潤、分散。

黏粒分散後，細粒可能堵塞孔隙，土壤表面也容易形成結皮或板結，造成入滲率、導水性、通氣性下降；團粒穩定性變差，根系伸展及幼苗出土亦受影響。高鈉對構造的危害，還會受到灌溉水鹽分濃度、土壤質地及排水條件影響：電解質濃度足夠時，較能維持黏粒絮凝；低鹽水灌入高鈉土壤，則可能加重分散。

促進土壤團粒構造生成

核心觀念

土壤氧化還原電位（$Eh$）表示土壤環境接受或提供電子的傾向，通常以毫伏（mV）表示。$Eh$ 高，代表環境較氧化；$Eh$ 低，代表環境較還原。淹水或排水不良時，微生物分解有機物會消耗氧氣；氧氣耗盡後，微生物依序利用其他電子受體，土壤因而逐漸轉為還原狀態。

氧化還原反應可概括為：

其中 $\mathrm{Ox}$ 為氧化態，$\mathrm{Red}$ 為還原態。對涉及氫離子的反應，$Eh$ 會隨 pH 改變；因此判讀土壤氧化還原狀態時，應同時考慮 $Eh$ 與 pH，不能把某一個 $Eh$ 數值視為所有土壤都適用的固定界線。

解題方法

本題可分兩步作答：

1. 先說明控制土壤電子供應、電子受體及反應速率的條件，也就是影響 $Eh$ 的因子。
2. 再沿著土壤由氧化轉為還原的順序，說明氮、錳、鐵、硫的主要形態與有效性變化。

典型還原順序為：氧氣耗盡後，硝酸鹽先被還原；接著錳氧化物與鐵氧化物被還原；還原程度更強時，硫酸鹽被還原。此順序是一般反應趨勢，實際轉換受 pH、微生物、土壤物質組成與反應速率影響。

影響土壤 $Eh$ 的因子

氧氣供應與排水狀況： 通氣良好、排水迅速的土壤氧氣供應充足，$Eh$ 通常較高。淹水、土壤緊實或地下水位高會阻礙氧氣擴散，微生物呼吸逐漸消耗氧氣，使 $Eh$ 降低。

有機物含量與可分解性： 微生物分解有機物時會消耗氧氣，並提供還原反應所需的電子。易分解有機物愈多、微生物分解愈旺盛，缺氧後還原作用通常愈快，$Eh$ 下降也愈明顯。

微生物活性與溫度： 微生物負責多數土壤氧化還原轉化。適宜的溫度與微生物活性會加速呼吸及還原反應；低溫或微生物活性受限時，反應速度通常較慢。

氧化還原物質及其含量： 土壤中氧氣、硝酸鹽、錳氧化物、鐵氧化物、硫酸鹽等電子受體的種類與含量，會影響還原反應的先後與進行程度。土壤中的還原物質、可供電子的有機物，以及各氧化態與還原態物質的比例，也會影響量測到的 $Eh$。

pH 與土壤性質： 涉及氫離子的氧化還原反應，其平衡電位會受 pH 影響。質地、孔隙、團粒結構、排水性及水分分布則會影響氧氣進入土壤的速度，進而改變 $Eh$。

植物根系與量測位置： 根系吸收氧氣或向根圈釋氧，會使根圈的 $Eh$ 高於周圍的缺氧土體。土壤的氧化還原狀態常具空間差異，量測位置與土壤水分條件也會影響結果。

$Eh$ 對氮、鐵、錳、硫動態的影響

氮（N）

在通氣良好、$Eh$ 較高的土壤中，微生物可將銨態氮（$\mathrm{NH_4^+}$）硝化為亞硝酸態氮（$\mathrm{NO_2^-}$），再轉為硝酸態氮（$\mathrm{NO_3^-}$）。硝化作用需要氧氣，因此土壤缺氧時會受抑制。