土壤樣體之化學性質

研究區土壤樣體之化學性質，以下分別說明土壤總體密度與質地之特性(表 五)。

1.土壤反應

研究區內三個土壤樣體之pH值呈酸性反應，在表層的部分由於阿里山之自然 環境，植被茂盛且以針葉林為主要樹種，含豐富之有機質，其枯枝落葉在低溫狀 態下腐化不易，使得腐植質呈強酸性，利於淋澱化作用之過程。此三個土壤樣體 之有機質層(O或A)在土水比1:1狀態下無法完全呈水溶液而測定，因此將層土水比 以1:2調和。同時pH值隨深度之增加而有上升之趨勢，主要原因在於有機酸之含量 與淋洗作用會受到土壤深度增加而有所限制，因此僅與各剖面深度有關。pH(KCl) 數值通常較pH(H₂O)低，主要利用KCl溶液測定土壤之pH值可以有效的交換出土壤 中可交換性鋁離子，因KCl溶液可以釋放出鉀離子，利用大量鉀離子去取代層狀矽 酸鹽黏土礦物晶格內的可交換性鋁離子(Al³⁺)，而被取代的鋁離子經由水解作用可 以釋放出更多的氫離子，增加土壤酸度 (Shoji and Ono, 1978; Shoji et al., 1993)。此 數值越低亦能代表土壤中的酸度主要來自於交換性鋁離子(Al³⁺)或交換性氫(H⁺)。

2.有機碳含量

土壤有機質含量的部分，研究區位於高山森林環境，針葉林及其他植被生長 茂盛，低溫下枯枝落葉分解速度慢，因此三個土壤樣體中在表層(O or A)的有機質 含量高，到了漂白層(E)時含量則下降，此受淋澱化作用影響，將有機物洗出。而 在B層土壤中，不論是在黏聚層(Bt)或是淋澱層(Bhs)含量則有增加的情況，但在土 層中由形態特徵觀察分布並不均勻，測得後之含量主要以淋澱層較高，如祝山林 道土體1503之淋澱層，為有機金屬錯合物沉澱堆積之區域。樣區中以萬歲山(1501) 的表層土壤有機質含量328 g/kg為最高值，而在祝山林道的土壤中的淋澱層平均累 積之有機質含量較高，認為由於該地區地形平坦，腐植物的堆積較不受到擾動，

對於有機金屬錯合物的洗入作用較有利。在土壤樣體1502區域，微地形位於坡面 上較平坦處，地表逕流可能大於土壤入滲，導致淋澱化作用程度較弱，因此使得 下層累積之有機碳含量較少。

3. 交換性鹽基含量與鹽基飽和度

森林地區土壤樣體之交換性鉀、鈉、鈣、鎂離子含量皆相當低，在表層累積 含量最高而隨土壤深度增加，其含量則隨淋洗作用漸減，土體內交換性陽離子以 交換性鎂與交換性鉀含量累積稍多，而交換性鈉離子及交換性鈣離子在下方土壤 化育層則幾乎被洗出，交換性陽離子(交換性鉀、鈉、鈣與鎂)總量在土壤樣體1501 之表層最高，為3.55 cmol(+)/kg soil，其餘土層皆在1.09 cmol(+)/kg soil以下。鹽基 飽和度在三個土體中均很低，以表層與有機層較高，同樣隨土壤深度增加而遞減，

一般淋澱土之鹽基飽和度在5 %以下，本研究區之土體大致符合。由於本區域受到 強烈淋洗作用與強酸性環境的影響，使得在交換性鹽基含量與鹽基飽和度呈現較 低含量，此兩者隨深度表現之趨勢與淋洗作用有密切關係。

4. 陽離子交換容量(CEC)

在各土壤樣體中表層與有機質層陽離子交換含量最高，漂白層通常最低。主 要係因陽離子交換含量會受到有機碳含量、無定物質含量與黏粒含量共同影響，

前者會有較高之pH依賴性電荷(pH dependent charge)所影響，而隨著淋澱化作用與 黏粒洗入作用，促成後兩者在下方土壤化育層中累積，因此造成陽離子交換容量 有向上增加之趨勢。透過迴歸統計分析結果，陽離子交換容量與有機碳含量之相 關係數達0.74，具有極顯著相關(p < 0.01)；而在陽離子交換容量與黏粒含量之關係 上，係將土壤表層扣除後於化育層間進行迴歸統計分析，兩者其相關係數亦達0.73，

具有極顯著相關(p < 0.01)。因此推測在表層部分，陽離子交換容量是由有機物提 供，而在向下的過程中，黏粒與有機物同時影響。土壤陽離子交換容量雖然代表 著土壤吸附養分陽離子的能力，但在強酸性高淋洗土體中，鹽基陽離子不容易存 在，造成土體內的營養元素缺乏。此外，本研究利用1N 醋酸銨法測定土壤陽離子 交換容量，此方法會使得陽離子交換位置活躍並增加土壤膠體表面負電荷，造成 pH依賴性電荷增加而有高估之可能。

5. 可交換性鋁及鋁飽和度

由土壤反應分析顯示研究區屬酸性土壤，且其表層高有機碳含量，可以反映

出低鹽基飽和度，此外也可說明具有高交換性酸度、交換性鋁離子含量與鋁飽和 度。通常在強酸性之森林土壤中，其可交換性酸相當高，主要以交換性氫(H⁺)和可 交換性鋁離子(Al³⁺)占多數。可交換性鋁離子在淋澱層(Bhs, Bhst)中為最大值，由從 深度變化與交換性鋁離子之關係可以看出與淋澱化作用有關係，物質累積在漂白 層下緣，而在淋澱層之下含量不高，此與 (李心儀，1995；劉禎祺，2004；Shoji et al., 1982; 1985; Shoji and Fujiwara, 1984)之研究結果相符，隨土壤之深度增加而有 下降趨勢；在鋁飽和度的部分，前面討論到由於強烈淋洗作用，導致土體下層交 換性陽離子被淋洗殆盡，使得鹽基陽離子總量極低，而鋁含量相對增加許多，因 此鋁飽和度在整個土體中占相當高的數值。臺灣地區與北美和加拿大地區相比，

由於外國土壤大多數由酸性母質風化而來，使得鋁在土壤中佔較大含量，但在臺 灣則以鐵為主，因此在淋澱化程度判斷上有些微差異。

6. 磷酸結持度

土壤中若有大量的無定形物質，其中的無定形鐵、鋁會和磷會形成不可逆的 配位交換(ligand exchange)反應及沈澱 (Blakemore et al., 1981)，造成土壤中磷的有 效性降低。參與反應之無定形鋁會因為土壤的pH值改變而以不同的形態存在(Shoji et al., 1993; Nanzyo et al., 1993)。典型的無定形鋁為鋁英石(Allophane)與絲狀鋁英 石(Imogolite)，通常存於火山灰土壤中，含有大量的正負電荷，尤其在酸性環境下 對磷的吸持能力很強，無定形鐵則僅次於鋁，對磷也有極強的吸持力。而在本研 究區土體中，可以發現磷酸結持度大致在50至70%之間，確實可能導致磷在土壤中 被固定，此外亦能確定土壤中大多以無定形物質為主要。

表五、三個土壤樣體之化學性質

Table 5. The chemical properties of three soil pedons.

(Continued to next page)

Horizon Depth pH Organic Exchangeable Bases

CEC^ѱ BSP^§ Exch. Pedon 1501 elevation：2460 m

Oe 0-10 3.3 2.3 328 0.58 0.04 1.67 0.66 58.6 5 4.9 1.2 28 13 Pedon 1502 elevation：2480 m

A 0-12 3.9 3.0 72 0.26 0.03 0.54 0.26 23.7 5 6.9 5.8 84 36

表五(續)

Table 5. (Contiuned)

Horizon Depth pH Organic Exchangeable Bases

CEC^ѱ BSP^§ Exch.

Acidity

Exch.

Al

Al saturated

Phosphate retention H2O KCl carbon K Na Ca Mg

(cm) g/kg ---cmol(+)/kg--- % cmol(+)/kg % % Pedon 1503 elevation：2329 m

A 0-20 3.6 2.6 111 0.31 0.02 0.33 0.20 35.2 2 7.5 4.9 85 26 E 20-25 4.0 3.1 10 0.02 N.D 0.02 0.03 5.8 1 2.8 2.1 97 18 Bhs/Bt1 25-35 3.8 3.1 33 0.11 0.01 N.D 0.09 23.8 1 11.4 10.2 98 62 Bhs/Bt2 35-40 4.0 3.4 45 0.13 0.01 N.D 0.09 27.6 1 12.3 11.4 98 78 C 40-45 4.3 3.7 27 0.08 0.01 N.D 0.06 24.1 1 5.5 5.0 97 76 -R: right side of pedon; -L: left side of pedon; Bhs/Bt: both have the characteristics of each horizon

N.D: not detectable

ѱ: Cation exchange capacity

§: Base saturated percent