115 年 國立臺灣大學森林環境暨資源學系碩士班丙組《森林土壤學》

本題主要在考察學生對於森林土壤學中幾個基本且重要的土壤性質的理解與定義。

(一) 土壤質地 (soil texture)
土壤質地是指土壤中砂粒 (sand)、粉砂 (silt) 和黏粒 (clay) 三種粒級顆粒的相對比例。這三種粒級顆粒的大小範圍不同：砂粒的直徑約為 2.0 至 0.02 毫米；粉砂的直徑約為 0.02 至 0.002 毫米；黏粒的直徑小於 0.002 毫米。土壤質地是影響土壤物理性質，如孔隙度、通氣性、透水性、保水性、土壤結構形成以及土壤肥力等的最基本因素之一。例如，砂質土壤排水良好但保水保肥能力較差，黏質土壤則相反，但過黏的土壤容易板結，影響根系生長。
【答案】土壤質地是指土壤中不同粒徑顆粒（砂粒、粉砂、黏粒）的相對含量比例，決定了土壤的物理性質。

(二) 土壤 pH
土壤 pH 是表示土壤溶液中氫離子 ($H^+$) 濃度的負對數，是衡量土壤酸鹼度的重要指標。pH 值範圍通常在 0 至 14 之間，pH=7 為中性，pH<7 為酸性，pH>7 為鹼性。森林土壤的 pH 值受多種因素影響，包括母質、氣候、植被、地形、土壤生物活動以及時間等。森林土壤大多呈酸性，這與有機物的分解（產生有機酸）、酸性降雨、以及某些植物的生理活動有關。土壤 pH 值對土壤養分的有效性、微生物的活性、植物的生長以及某些化學反應（如陽離子交換）有著極為顯著的影響。例如，在酸性土壤中，磷、鉀、鈣、鎂等陽離子養分的有效性可能降低，而鋁 (Al) 和錳 (Mn) 等元素的毒性則可能增加。
【答案】土壤 pH 是測量土壤溶液酸鹼度的指標，影響養分有效性、微生物活性及植物生長。

本題旨在了解學生對常用土壤分析儀器與工具的認識，以及它們在森林土壤研究中的應用。

(一) 元素分析儀 (elemental analyzer)
元素分析儀是一種能夠快速、準確測定樣品中碳 (C)、氫 (H)、氮 (N) 等基本元素的儀器。在森林土壤分析中，它主要用於測定土壤樣本中的總碳含量 (Total Carbon, TC) 和總氮含量 (Total Nitrogen, TN)。透過測定 TC 和 TN，可以計算土壤的碳氮比 (C/N ratio)，這是評估土壤有機質分解速率、養分循環狀態以及土壤肥力潛力的一個重要指標。對於森林土壤而言，有機層和礦質土層的 C/N 比值能提供關於有機物來源、分解程度及氮素礦化潛力的重要資訊。
【答案】元素分析儀用於測定土壤樣本的總碳和總氮含量，進而計算碳氮比，評估土壤有機質分解和養分循環。

(二) pH Meter
pH Meter 是一種用於測量溶液酸鹼度的電子儀器。在森林土壤分析中，pH Meter 是測量土壤 pH 值最常用、最精確的方法。通常，將一定量的土壤樣本與蒸餾水或氯化鉀 (KCl) 溶液按一定比例混合，攪拌均勻後靜置一段時間，待 pH 值穩定後，將 pH 儀的電極插入土壤溶液中進行測量。測量土壤 pH 值對於了解土壤養分的有效性（如磷、鈣、鎂的有效性，以及鋁、錳的毒性）、微生物的活性、植物的生長適應性以及土壤化育過程具有重要意義。
【答案】pH Meter 是用於精確測量土壤 pH 值的儀器，對評估土壤養分有效性、微生物活性及植物生長至關重要。

(三) Munsell Soil Color Chart
Munsell Soil Color Chart 是一套標準化的土壤顏色比對卡，它將顏色分為三個維度：色調 (hue)、明度 (value) 和彩度 (chroma)。

本題旨在考察學生對生態系統碳庫概念的理解，以及農地造林如何影響不同碳庫的碳儲存。

農地造林增加碳吸存，意即將更多的碳從大氣中移除並儲存起來。這些增加的碳可以分布在生態系統的幾個主要碳庫中：

1. 生物量碳庫 (Biomass Carbon Pool)：

   • 植被生物量：造林後，樹木生長，其地上部分（樹幹、樹枝、樹葉）和地下部分（根系）的生物量顯著增加，直接導致植物體內儲存的碳量增加。這是最直接、最主要的碳吸存途徑之一。
   • 土壤動物和微生物生物量：隨著植被的改善和土壤條件的變化，土壤中微生物（細菌、真菌）和土壤動物（如蚯蚓、昆蟲）的生物量也可能增加，它們體內儲存的碳量也會有所提升。

2. 土壤有機碳庫 (Soil Organic Carbon Pool)：

   • 土壤有機質：這是農地造林後碳儲存增加的另一個重要庫。造林後，植被的殘落物（落葉、落枝、死亡根系）增加，為土壤微生物提供了豐富的碳源。

本題主要考察學生對土壤生成五大因子的記憶，以及將這些因子應用於特定土壤（陽明山火山灰土壤）的分析能力。

Jenny (1941) 提出的土壤生成五大因子（或稱土壤形成因子）是：

1. 母質 (Parent Material, P)：土壤最初的礦物組成來源。
2. 氣候 (Climate, Cl)：溫度和降水，影響風化、侵蝕、有機物分解與累積。
3. 生物 (Organisms, O)：植被、動物、微生物，參與有機物分解、養分循環、土壤結構形成。
4. 地形 (Relief/Topography, R)：坡度、坡向、高程，影響水分和土壤的移動，以及土壤發育時間。
5. 時間 (Time, T)：土壤發育所需的時間長短，影響土壤成熟度與各層次的發展。

其經典的土壤生成函數可以表示為：$S = f(P, Cl, O, R, T)$

以陽明山火山灰土壤為例，描述相對應的土壤生成因子：

陽明山位於台灣北部，是一個活躍的火山區，其土壤多為火山灰和火山岩漿風化物形成的土壤，具有獨特的性質。

1. 母質 (Parent Material, P)：

   • 描述：陽明山地區的母質主要是由過去火山活動噴發形成的火山灰、火山集塊岩、熔岩流等構成。這些火山物質富含較多的鹼性或中性礦物質（如斜長石、輝石、橄欖石等），但風化初期可能較粗，孔隙度大。火山灰本身具有較高的有機質潛力，且易於風化，形成黏粒礦物（如蒙脫石、伊利石，甚至無定形物質）。
   • 特殊性：火山灰土壤（Andisols）通常具有較高的磷固定能力、較低的陽離子交換容量 (CEC) 但高的有效 CEC，以及獨特的物理性質（如低容重）。

2. 氣候 (Climate, Cl)：

   • 描述：陽明山地區屬於副熱帶濕潤氣候，年平均溫度較高，降水量豐沛，且常有霧。高溫高濕的氣候條件促進了有機物的分解（但因植被茂盛，有機物累積也快），加速了母質的化學風化作用。豐沛的降雨會導致養分的淋溶，但也促進了土壤中各種化學反應的發生。霧的影響可能增加土壤水分，並對植被結構產生一定作用。

本題旨在考察學生對森林土壤早期化育過程的理解，特別是當土壤處於年輕、不成熟狀態（如崩塌後）時，其基本性質的變化趨勢。

早期化育階段的土壤，通常是指從母質開始，經過初步的風化、有機物累積和簡單的層次分化過程。崩塌後的土壤，意味著原有的土壤層被移除或擾動，暴露出新的母質或較年輕的土壤層，其化育過程重新開始或加速。

(一) 土壤有機碳 (Soil Organic Carbon, SOC)

• 變化趨勢：增加。
• 說明：在早期化育階段，土壤通常有機質含量較低，因為植被尚未完全恢復，有機物的來源（如落葉、落枝、根系殘體）相對較少。隨著時間推移，植被逐漸恢復生長，並釋放出越來越多的有機殘落物。這些有機物在土壤微生物的作用下，開始轉化和積累，形成土壤有機質。因此，土壤有機碳含量會隨著化育的進行而逐漸增加。在崩塌後的初期，土壤有機碳含量可能非常低，但之後會呈現明顯的上升趨勢。

(二) 土壤化育層 (Soil Horizons)

• 變化趨勢：不明顯或開始形成簡單層次。
• 說明：土壤化育層是指土壤剖面中，由於物理、化學和生物作用而形成的具有特定性質的相對平行的層次（如 O 層、A 層、B 層、C 層等）。