112 公務人員升官等薦任 農業技術 土壤學 考古題詳解

核心觀念

本題考查土壤有機碳（soil organic carbon, SOC）的穩定化機制，以及土壤結構和質地如何影響碳的保存。土壤碳匯潛力，指土壤在植物殘體等碳輸入下，能增加並長期保存有機碳的能力；碳是否能保存，除了受碳輸入量影響，也取決於有機碳被微生物分解的速度。

團粒穩定性主要關係到有機碳的物理保護；黏粒含量主要關係到有機碳的礦物表面吸附與有機－礦物結合，也會影響團粒形成。兩者作用相互關聯，但機制不同。

解題方法

依序從「團粒保護」與「黏粒保護」兩個層面說明其如何降低有機碳分解，再指出碳匯潛力並非只由單一土壤性質決定。

一、團粒穩定性：降低有機碳被分解的機會

土壤團粒由礦物顆粒、有機物、微生物及其分泌物等共同形成。穩定團粒可將植物殘體及部分有機碳包埋在團粒內部或微團粒中，形成物理屏障，降低微生物、分解酵素與有機基質的接觸，也會限制氧氣和水分的移動。因此，有機碳分解與礦化速度下降，較易在土壤中保存。

若團粒遇水易崩解，或因耕作、侵蝕等受破壞，原先被包埋的有機物會暴露，微生物較易利用，碳也可能隨侵蝕或逕流流失。因此，在碳輸入相近時，團粒穩定性較高通常有利於碳保存。

二、黏粒含量：提供吸附表面並促進有機－礦物結合

核心觀念

土壤有機碳儲存量是單位面積土體中所含的有機碳總量。本題已知土層厚度、孔隙度與有機質含量，先由孔隙度求土壤容積密度，再換算土壤質量，最後乘上有機質中的碳比例。

採用礦質土壤顆粒密度 $\rho_s=2.65\ \mathrm{g/cm^3}$，並依常用換算假設有機質含碳量為 $58\%$（即碳含量為有機質含量的 $0.58$ 倍）。

解題方法

孔隙度 $n$ 與容積密度 $\rho_b$ 的關係為：

代入孔隙度 $n=0.55$：

一公頃面積為 $10{,}000\ \mathrm{m^2}$，表層 $40\ \mathrm{cm}=0.40\ \mathrm{m}$，故土體體積為：

以 $\rho_b=1.1925\ \mathrm{Mg/m^3}$ 計算，土壤質量為：

核心觀念

水稻適應淹水環境，種植於酸性土壤時，淹水後土壤的氧化還原狀態會改變，土壤 pH 也會逐漸趨近中性。因此，水稻田的酸性危害常會因淹水而減輕，通常不必在種植前一律施用石灰，把土壤 pH 先調到中性。

解題方法

本題從「淹水後土壤化學性質如何改變」切入，說明酸性土壤不必在種稻前例行施石灰的原因：

1. 淹水使土壤轉為還原狀態：土壤中氧氣消耗後，氧化還原電位下降，微生物還原作用增強。
2. 土壤 pH 會朝中性方向移動：原本偏酸的淹水土壤，因還原反應及離子平衡改變，pH 通常上升並趨近中性；偏鹼土壤則可能朝較低方向移動。

核心觀念

土壤脫氮作用（denitrification）是指在缺氧或低氧條件下，微生物以硝酸態氮（$\mathrm{NO_3^-}$）或亞硝酸態氮（$\mathrm{NO_2^-}$）作為電子受體，將其還原成氣態氮化物並釋放到大氣中的過程。典型反應序列為：

此作用會使土壤中的植物有效氮流失；其中一氧化二氮（$\mathrm{N_2O}$）是重要溫室氣體。

解題方法

依題目要求，分別說明脫氮作用的發生條件、溫室效應影響，以及田間管理對策。作答時可沿著「缺氧環境形成 → 微生物還原硝酸鹽 → 氮素流失與 $\mathrm{N_2O}$ 排放」的因果鏈組織答案。

一、成因與發生條件

脫氮作用主要由兼性厭氧微生物進行。土壤通氣不良時，微生物利用氧氣的機會降低，便以硝酸鹽作為替代電子受體；土壤中的硝酸鹽、易分解有機碳與適宜溫度則會促進反應。常見誘因包括：

• 土壤過濕或積水：水分充滿孔隙、氧氣擴散受阻，容易形成缺氧微區。
• 土壤壓實、排水不良或地下水位過高：降低孔隙通氣，延長缺氧時間。
• 硝酸態氮供應充足：施用硝酸鹽肥料，或銨態氮經硝化作用轉為硝酸鹽後，提供脫氮基質。
• 易分解有機物充足：微生物分解有機碳時消耗氧氣，也提供脫氮所需的電子供體。
• 溫度適宜及土壤酸鹼值偏低：較高溫度通常會加速微生物反應；酸性土壤也可能使反應產物中 $\mathrm{N_2O}$ 的比例增加。

脫氮作用產生的氮氣（$\mathrm{N_2}$）回到大氣後不再能直接供作物利用，造成肥料氮利用率下降；若反應停留在 $\mathrm{N_2O}$ 階段，則會排放溫室氣體。

二、對溫室效應的影響