4.1.1 農地廢耕造林可提升土壤有機碳濃度及儲存量
農地與森林土壤相比，農地土壤因作物收穫或除草等管理，使得較少植物殘體 (有機物) 進入土壤，加上農地土壤受到耕犁的擾動，破壞團粒而促進有機碳分解，
導致農地土壤的有機碳儲存量普遍較林地少 (Post & Kwon, 2000)。農地一旦廢耕，
土壤少了人為大規模擾動，廢耕後草類生長快、生命週期短、根系替換率 (turnover rate) 快，可快速提升土壤有機碳量 (Woods et al., 1992; Kuzyakov & Domanski, 2000)。若進一步整地造林，造林初期雖然可能會因整地的擾動而降低 SOC 儲存量 (Jandl et al., 2007)，但隨著林木生長，大量枯枝落葉的累積與分解，表層土壤 SOC 量會逐漸增加 (Paul et al., 2002; Morris et al., 2007)。下層土壤有機碳則藉由林木地 下部 (below-ground) 根系的生長而補充，或由土壤動物 (soil fauna) 垂直方向活動 (soil fauna activities) 與土壤水的流動將地表有機物帶到下層 (Post & Kwon, 2000;
Shrestha et al., 2004)。
以成對試區法探討土地利用變遷時，不同土地利用型之間往往是最上層 (uppermost layer) 土壤有機碳濃度易有顯著差異，隨著土壤深度增加而差異漸減 (Poeplau & Don, 2013; Bárcena et al., 2014; Tong et al., 2016)，有些研究指出農地廢 耕造林造成的 SOC 變化影響深度僅在 0-10 cm 深的表層土壤，深度超過 10 cm 的 土層 SOC 濃度則無顯著差異 (Brown & Lugo, 1990; Poeplau & Don, 2013; Bárcena et al., 2014)，但也有影響 SOC 變化到較深層土壤 40-60 cm 的研究 (Tong et al., 2016)。
巢狀變異數分析整體評估顯示表層 (0-10 cm 深) 和下層 (10-20 cm 深) 土壤 的 SOC 濃度與 SOC 儲存量均會隨廢耕造林而顯著增加 (附錄 4)，若個別地點分開 檢視時，結果顯示部分採樣地點的 SOC 濃度或 SOC 儲存量於兩種土地利用型之
間無顯著差異 (圖 3 與圖 4)。比較耕犁農地與廢耕造林地，除了西寶樣區以外，各
所以此法較費時、費力、費工 (Vadeboncoeur et al., 2012)。因此，研究者可能得考
量工具、人力、時間等成本，做出較有利的選擇。檢討本研究含石率的評估法，認 為仍可使用土環，但應改用直徑較大的土環，並增加小樣區內採集的重複數，這樣 應可降低變異度，取得較貼近現況的土壤含石率。
長期耕作的農地土壤受到頻繁的擾動與壓實作用，使表層土壤實為厚度更厚 的土層所壓縮之結果，農地總體密度因而較林地大，通常是淺層土壤的差異較明顯，
若忽略此影響，僅以固定採樣深度估算 SOC 儲存量，會低估林地 SOC 儲存量 (Ellert & Bettany, 1995)。Ellert & Bettany (1995) 提出「同等質量 (equivalent mass)」
概念，比較同地點不同土地利用型的總體密度後，以密度最大的土地利用型為基準，
密度較低的土地利用型應延伸估算深度，此概念亦獲得其他研究支持 (Carter et al., 1998; Lee et al., 2009; Don et al., 2011; Hu et al., 2016)。然而，同等質量計算法會造 成估算深度的飄移 (depth shift)，導致這樣的結果不適合探討 SOC 儲存量於深度的 垂直分布 (Poeplau & Don, 2013)。此外，若採同等質量的計算法，兩種土地利用型 都需採樣至未受干擾的深度，依 Nieder and Richter (2000) 指出一般耕犁深度為 15-25 cm 而言，本研究 T 與 F 的 SOC 儲存量就需要深度超過 15-25 cm 的總體密度與 SOC 濃度才能作校正，但採樣時未調查深度超過 20 cm 的土壤。因此，本研究未 用同等質量法校正 SOC 儲存量。如果採納此概念計算 SOC 儲存量，廢耕造林地的 SOC 儲存量應該會比本研究原本固定深度計算的大，進而增加廢耕造林地與農地 的差距，使農地廢耕造林 SOC 儲存量的變動會更劇烈。
4.1.2 農地施加有機質肥料提升土壤有機碳濃度與儲存量
農地長期耕作後，因有機物的輸入較少，作物生產持續消耗著土壤養分、促進 有機質分解，而土壤有機碳儲存量逐漸降低，可能會產生肥力降低、土壤劣化而生 產力下降的問題，但若施加有機質肥料，可提升土壤保水力、穩定土壤結構、提高 SOC 濃度，有助於維持農業生產力 (李海波等, 2008; Scotti et al., 2016)，但施加有 機質肥料的多寡，卻也造成對土壤有機碳儲存量影響估算的不確定性。
本研究梅峰、清境、武陵、瑞穗與名間樣區雖然沒有找到過去為無耕犁農地的 長期廢耕造林地，無法估算無耕犁農地廢耕造林造成的 SOC 變動量，但這些地點 的無耕犁農地樣區可供本研究比較不同農業經營下的 SOC 濃度及 SOC 儲存量差 異。研究結果指出，並非農地的 SOC 儲存量就會比廢耕造林地少，梅峰、清境與 武陵樣區 NT 的 SOC 濃度與儲存量顯著多於 T，NT 與 F 的 SOC 濃度則無顯著差 異，甚至部分樣區 (例：梅峰與清境樣區) NT 的 SOC 濃度與 SOC 儲存量會多於 F (表 4)。
在武陵的果園 (NT) 採樣時，發現樣區內多處都有類似培養土的物質，顏色深、
質輕且結構鬆散，可能是為了促進果園產量而添加的有機質肥料。樣區內的有機質 肥料亦呈現水平及垂直深度分布不規則的空間變異，某些點的有機質肥僅出現在 表層 0-10 cm 深，有些則到 20 或 30 cm 深仍有。造成空間變異可能原因包括：一，
果園內有機質的添加並不是均勻分散的，有些位置可能累積較多年的有機肥，所以 有機肥於土壤層的厚度較厚，部分位置則受有機質肥影響較少；二，據採樣時的觀 察，果園內零星種著高麗菜或白蘿蔔，可能是因曾種植蔬菜，造成局部位置比較深 的擾動，所以某些位置較深處仍有有機質肥，就如 Poeplau and Don (2013) 研究所 指出，當農地施加有機質肥或保留作物殘體時，這些有機物可能隨耕犁或其他垂直 擾動而混入下層土壤，提高了下層土壤有機碳濃度。相對地， F 的土層較無垂直 方向的混合，所以表層的 SOC 濃度通常較下層的高，且下層的 SOC 濃度可能沒有 比農地高。綜合以上，可能因有機質肥料或其他人為擾動，使梅峰 NT 的下層土壤 (10-20 cm 深) SOC 濃度與 SOC 儲存量較相鄰 F 的高，而武陵與清境樣區 NT 的 SOC 濃度或 SOC 儲存量與 F 都無顯著差異 (表 4)。