113 專技高考高等考試 農藝技師 土壤學 考古題詳解

核心觀念

本題考查土壤水分的兩種含水量表示方式，以及描述土壤水分狀態與移動趨勢的水分勢能。兩種含水量分別以土壤質量和體積為基準；水分勢能則是水所具有的能量狀態，不能與含水量混為一談。

重量含水率（gravimetric water content，$\theta_g$）是土壤水分質量與烘乾土壤質量之比：

其中 $M_w$ 為水分質量，$M_s$ 為烘乾土壤質量。常以無因次比值或百分率表示。

體積含水率（volumetric water content，$\theta_v$）是土壤水分體積與土壤總體積之比：

其中 $V_w$ 為水分體積，$V_t$ 為土壤總體積，包含固相、液相與氣相所占體積。常以 $\mathrm{m^3/m^3}$ 或百分率表示。

兩者可由土壤容積密度換算。若土壤水密度為 $\rho_w$、土壤容積密度為 $\rho_b=M_s/V_t$，則：

當 $\theta_g$ 以百分率表示時，換算後的 $\theta_v$ 也以百分率表示。重量含水率反映水分相對於土壤固體質量的多寡；體積含水率則反映單位土體實際含水量，較適合用於土壤水分儲量與水分收支計算。相同重量含水率的土壤，因容積密度不同，體積含水率會不同。

水分勢能（soil water potential，$\Psi$）描述土壤水相對於參考狀態的能量狀態，通常以單位質量、單位體積或水柱高度表示。總水分勢能可表示為：

分別為基質勢、重力勢、溶質勢及壓力勢；在一般未飽和土壤中，基質勢與重力勢最常討論。基質勢來自土粒表面吸附及毛細作用，在未飽和土壤中通常為負值；重力勢取決於位置高程；溶質勢由溶質降低水的自由能所致，通常為負值；壓力勢則與外加壓力或飽和條件下的水壓有關。水會沿總勢能降低的方向移動。

解題方法

核心觀念

土壤有機碳儲存量（soil organic carbon stock, SOC stock）是指特定地表面積、特定土層深度內所含有機碳的總質量，常以 $\mathrm{Mg\ C\ ha^{-1}}$ 表示。它不是單看土壤有機碳濃度（% 或 $\mathrm{g\ kg^{-1}}$）：土壤容積密度、採樣深度與粗礫含量都會影響單位面積的碳總量。

因此，估算至少要取得三項資料：

1. 土壤有機碳濃度 $C$；
2. 土壤容積密度（bulk density, $BD$）；
3. 採樣土層厚度 $d$。

若有大於 $2\ \mathrm{mm}$ 的粗礫，還須扣除其所占比例。含碳酸鹽土壤則應區分無機碳與有機碳，以免把無機碳計入有機碳儲量。

解題方法：採樣、分析與估算

一、規劃採樣

先界定調查面積及欲估算的土層，例如 $0$–$30\ \mathrm{cm}$，並記錄地點、土地利用、管理方式、採樣日期及土壤條件。若要比較處理或監測變化，應讓不同時間或處理的採樣深度、位置配置、季節與分析方法一致。

在具代表性的樣區內，以隨機或網格方式布點；避開田埂、溝渠、堆肥堆、異常裸露地等非代表性位置。每個樣區取多個採樣點，分層採樣，例如 $0$–$10$、$10$–$20$、$20$–$30\ \mathrm{cm}$，再依樣區與土層分別混合成複合樣，以降低局部變異。不得把不同深度或不同處理的土壤混在同一樣品中。

二、測定碳濃度與容積密度

採取土壤化學分析樣，風乾後去除植物殘體並過 $2\ \mathrm{mm}$ 篩，測定有機碳濃度；可用乾燃燒法測定，或採用適當的濕氧化法。含碳酸鹽土壤須先測定或去除無機碳，再求有機碳。

另用定體積土壤採樣筒採取未擾動土樣，測定容積密度：

容積密度與碳濃度應對應同一土層。採樣筒內若含粗礫，須測量粗礫比例並作校正。

三、計算土壤有機碳儲存量

若 $C$ 以百分率表示、$BD$ 以 $\mathrm{Mg\ m^{-3}}$ 表示、$d$ 以 $\mathrm{m}$ 表示，則：

結果為 $\mathrm{Mg\ C\ ha^{-1}}$。其中 $f_{\mathrm{粗礫}}$ 是粗礫在土體中所占比例；如果粗礫資料是百分率，須先除以 $100$。

若 $C$ 以 $\mathrm{g\ kg^{-1}}$ 表示，則：

核心觀念

本題考查森林火燒對土壤養分循環的影響。作答時要區分元素總量與植物可利用性：火燒可能使元素由森林地表有機質轉入灰分或無機態，短期內提高土壤中某些養分的可利用性；但若元素隨煙氣揮散、灰分被風吹走或雨水沖刷，土壤中的元素總量便會減少。

影響方向與程度主要取決於火燒強度與持續時間、燃料量、土壤含水量、坡度，以及火後降雨。一般而言，火燒對森林地表枯枝落葉層與腐植層的影響較大；土壤礦質層受到的影響，則與加熱深度和嚴重程度有關。

解題方法

可依序從「有機質燃燒與熱揮散、灰分回歸、火後流失」三個過程，逐一說明碳、氮、磷、鉀、鈣的變化，再連結至植物生長、土壤肥力、水質與生態復原。

各元素的變化與生態意義

核心觀念

水稻施肥須配合生育期與田區肥力，掌握「前期促進有效分蘗、中期控制徒長、後期供應幼穗發育」的原則。施肥量以氮（N）、磷酐（P₂O₅）及氧化鉀（K₂O）的有效成分表示；磷、鉀肥依土壤檢測調整，氮肥則須分期施用，避免一次施用過多而造成肥料流失、倒伏或稻米品質下降。

解題方法

題目未指定期作、品種或土壤肥力，應先說明施肥量須依田區檢測與地方推薦調整，再以一般水田的每公頃推薦量作答，並交代基肥、追肥與穗肥的施用時點和分配原則。

施用時間

1. 基肥：整地時施用，提供秧苗返青及初期生長所需養分。磷肥通常全量作基肥；部分氮肥、鉀肥也在此時施用。
2. 分蘗肥：插秧後早期施用，促進分蘗及有效穗形成。一般可在插秧後約 10–15 天及 20–30 天分次追施，實際時點依期作與生育情況調整。
3. 穗肥：幼穗形成期施用，供應幼穗分化與穗部發育所需養分。氮肥不宜過量或施用過晚，以免造成植株徒長、倒伏及稻米蛋白質偏高。

肥料種類與施肥量

一般水田可用下列每公頃有效成分量作參考；實際施用依期作、品種、土壤肥力及地方推薦調整：