第四章 結果與討論
4.4 選擇性化學抽出
土壤樣體中會出現不同型態的鐵及鋁物質主要是透過不同種類的化學溶液進 行萃取，藉以用來比較這種不同型態物質的含量，此外更可利用不同型態物質存 在的比例來判斷土壤在化育狀況上的差別。目前廣被應用在淋澱土及灰燼土的分 類判斷依據，主要利用之化學溶液以CBD(Sodium citrate-bicarbonate-dithionite)法、
草酸銨抽出法(Oxalate-oxalic acid)與焦磷酸鈉法(Sodium pyrophosphate)這三種，但 現今最為確定土壤中鐵型態的方式是以DCB法，其餘兩種方法屬於人為操作定義 的型態，並無法確切的作為實際土壤內鋁或錳存在的型態物質。
1. CBD 抽出法(Sodium citrate-bicarbonate-dithionite)
CBD法是利用碳酸氫鈉溶液作為土壤pH值的緩衝劑，再透過連二亞硫酸根 (dithionite)將土壤中的鐵離子與鋁離子還原，檸檬酸根最後與還原的鐵及鋁離子錯 合，因此DCB法的抽出能力極強，可以抽出的物質除了礦物結晶格子外之鐵、鋁 化合物，另外包括一些與有機質形成錯合物的鐵與鋁、無定形的鐵與鋁以及結晶 性鐵(Mehra and Jackson, 1960)，以Fed與Ald來表示。
三個土壤特性可以看出漂白層中游離鐵與鋁含量均為整個土壤層中最低，游 離鐵則在淋澱層中均為最高，黏聚層則次之，顯示在土壤B化育層中有累積現象(表 六。然而游離鋁在土層中分佈較無規則，在母質層中有最大值，推測由礦物風化 而得之次生鋁離子其移動性較高，因此可以在較下層累積 (Bourgault, 2015)，亦或 是現地礦物風化而生成，但臺灣高山地區之母質與外國酸性母質風化後土壤相比 鋁含量較低。錳離子在土體中含量皆低，受到強烈的淋洗作用影響，大致已耗盡，
本研究區中並無發現鐵與錳結合之現象(薄膠層、鐵錳結核等)，顯示在此區域土壤 中並未發生氧化還原等在土層深處受到地下水影響或浸水現象。
將土壤樣體1501與1502分為兩側作剖面深度與濃度分佈(圖十六)，可以看到兩 個土體在B化育層所累積之游離鐵含量較高，以化育層來說，在Bhs與Bt兩個層間 內的濃度皆以Bhs較高，土壤樣體1501濃度為42.2 g/kg，而土壤樣體1502則為76.0 g/kg。以土壤樣體1501剖面來討論右側游離態鐵離子累積於E層下方與Bhs層，跟 上述結果相似，而左側則是黏聚層，由線性迴歸統計分析結果，黏粒與游離鐵離
表六、三個土壤樣體之鐵與鋁之性質
Table 6. The selected Fe and Al properties of three soil pedons Horizon Depth Dithionite Ammonium
oxalate Pyrophosphate
Alo+1/2Feo ODOE Fed Ald Mnd Feo Alo Fep Alp
(cm) ---g/kg--- % Pedon 1501 elevation：2460 m
Oe 0-10 2.8 2.3 0.2 1.9 1.9 1.4 1.0 0.29 0.08 E 10-20 1.7 0.6 0.1 0.5 0.8 0.5 0.2 0.11 0.09 Bt-R 20-30 42.4 10.1 0.3 22.1 6.1 31.4 7.7 1.72 0.96 Bhs/Bt-R 30-45 27.7 8.7 0.2 23.3 9.9 31.6 12.2 2.16 0.94 C-R 45-65 25.2 12.0 0.2 9.7 7.8 10.8 7.8 1.27 0.64 Bhs/Bt1-L 20-30 34.8 9.2 0.2 19.6 5.0 30.3 6.1 1.48 0.37 Bhs/Bt2-L 30-45 30.5 13.5 0.3 13.2 4.8 18.2 5.8 1.14 0.40 C-L 45-65 18.1 12.1 0.3 14.2 7.8 19.1 8.4 1.49 0.52 Pedon 1502 elevation：2480 m
A 0-12 6.4 3.2 0.1 2.7 2.7 4.2 2.1 0.41 0.45 E1 12-20 2.3 0.8 0.1 0.9 1.0 0.7 0.4 0.15 0.07 E2 20-27 3.2 0.9 0.1 0.5 1.1 0.6 0.4 0.14 0.04 Bt1-R 27-38 46.2 11.6 0.3 12.0 6.8 12.7 5.2 1.28 0.38 Bhs/Bt-L 25-38 75.3 13.5 0.1 7.3 7.4 28.2 6.7 1.11 0.22 Bt2 38-60 52.8 19.9 0.2 24.2 14.1 28.5 11.5 2.62 0.54 C >60 22.5 9.6 0.3 2.8 6.4 3.5 4.3 0.78 0.06 (Continued to next page)
表六(續)
Table 6. (Contiuned)
Horizon Depth Dithionite Ammonium
oxalate Pyrophosphate
Alo+1/2Feo ODOE Fed Ald Mnd Feo Alo Fep Alp
(cm) ---g/kg--- % Pedon 1503 elevation：2329 m
A 0-20 4.2 2.7 0.1 1.9 2.3 2.8 1.9 0.33 0.19 E 20-25 9.5 1.1 0.1 3.5 1.0 3.6 0.4 0.28 0.27 Bhs/Bt1 25-35 43.9 5.6 0.1 22.6 4.0 19.2 2.9 1.53 1.17 Bhs/Bt2 35-40 50.2 10.8 0.1 23.4 6.4 24.2 6.3 1.81 1.29 C 40-45 37.7 14.1 0.2 19.4 9.7 19.6 9.1 1.94 0.98 -R: right side of pedon; -L: left side of pedon; Bhs/Bt: both have the characteristics of each horizon
d: Extraction of sodium dithionite-citrate-bicarbonate; o: Extraction of oxalate-oxalic acid;
p: Extraction of sodium pyrophosphate ODOE: Optical dense of oxalate extract
(a) (b)
(c) (d)
(e)
圖十六、三個土壤剖面之游離鐵、鋁含量之垂直濃度分佈圖 Fig. 16. The verticle distribution of Fed and Ald of three soil pedons
子分別是相關係數0.90與0.84 (p < 0.05)，推測黏粒跟鐵離子結合一併向下。土壤樣 體1502的部分則是在右側游離鐵與黏粒在Bt1和Bt2部分相關性較佳0.84 (p < 0.01)。
鋁的部分含量大致在10 g/kg左右，以1502土壤樣體中的Bt2化育層有最大值20.4 g/kg，推測是由母質風化而來。將兩側土體作相關性迴歸係數比較並無顯著差異，
因此認為洗入過程不均勻造成形態上具有差異。
2. 草酸銨抽出法(Oxalate-oxalic acid)
以oxalate-oxalic acid (pH 3.0)試劑抽出主要是為無定形的鐵、鋁以及與有機質 形成錯合物的鐵、鋁，特別是能將有機物結合之鐵錯合物溶出 (McKeague and Day, 1966)，以Feo與Alo表示。從剖面深度的濃度分佈來看，與游離型態之鐵鋁含量大 致成相同的關係。土壤樣體之無定形鐵含量均較無定形鋁來的高(圖十七)。漂白層 中無定形鐵與鋁含量均為所有土壤化育層中最低，然而無定形鐵之最高含量通常 出現在淋澱層，無定形鋁則多出現在淋澱層下方之層間。土體1501剖面分為兩邊 觀察，可以發現在黏聚層的部分，其鐵和鋁數值較高。化育層中鐵與黏粒的分佈 相關係數為0.75 (p < 0.05)，但鋁的相關性跟黏粒與有機碳則無顯著，因此認為鐵 是在土層中以有機金屬離子型態或黏粒一起移動，但在1502兩側土體中則是以鋁 和黏粒的相關性較好0.78 (p < 0.05)，同樣以複合物形式移動。兩側土體之相關性 比較並無顯著差異。
3. 焦磷酸鈉抽出法(Sodium pyrophosphate)
利用0.1 M焦磷酸鈉溶液在pH 10.0的鹼性環境狀況下抽出的鐵、鋁，主要代表 為鐵、鋁與有機物形成的錯合物，分別以Fep與Alp表示。研究區三個土壤樣體之有 機態鐵含量均較有機態鋁來得高。由剖面深度與濃度分佈圖可以發現(圖十九)，土 體中仍然以漂白層中有機態鐵與鋁含量為最低，而在淋澱層中有機態鐵含量幾乎 最高，同樣的有機態鋁大多在淋澱層下層達到最大量，而且有增加之現象。在土 壤樣體1501與1502土體中發現，具有Bhs層之一邊有機態鐵含量皆較高，為與有機 質錯合之證據。黏聚層的部分較低，因此認為與有機物形成錯合物之鐵鋁在土體 中有不同的移動方式，與土壤質地變化有相關，將在後面章節進行討論。
(a) (b)
(c) (d)
(e)
圖十七、三個土壤剖面之無定形態鐵、鋁含量之垂直濃度分佈圖 Fig. 17. The verticle distribution of Feo and Alo of three soil pedons
(a) (b)
(c) (d)
(e)
圖十八、三個土壤剖面之有機型態鐵、鋁含量之垂直濃度分佈圖 Fig. 18. The verticle distribution of Fep and Alp of three soil pedons
4. 草酸萃取物質(Optical dense of oxalate extract)ODOE 值
ODOE值指得是土壤藉由酸性草酸銨(pH 3.25)抽出之土壤溶液，利用分光光度 計在波長430 nm測量其吸光值，能用來評估高山林森林土壤中淋澱化物質之多寡。
因草酸銨對無定形之鐵鋁有很強之萃取效果，可從土壤內由鐵、鋁和有機碳錯合 形成之錯合物中，將鐵及鋁萃取出來，得其總量。當數值及比值越大時，表示土 壤內淋澱化物質洗出、洗入作用越強，淋澱化作用之證據越明顯 (Soil Survey Staff, 1975)。
三個土壤樣品在剖面B層部分ODOE值除了土體1502內之Bhs外，均超過0.3，
參照美國土壤分類系統對淋澱化物質之化學診斷之標準，將土壤色彩為7.5YR 5/5 或6之淋澱層，進一步以Alo+1/2Feo ≧ 0.5 %和ODOE值 ≧ 0.25，且淡色表育層或 漂白層中含量為該層數值之一半或更少(Soil Survey Staff, 2014)。因此土體內B化育 層之淋澱化物質是有達到標準，顯示其淋澱化作用之程度相當高。此外Alo+1/2Feo
在土壤B化育層中亦同時達到標準，由剖面深度分佈圖可以看到，在三個土壤樣體 層中，B層之Alo+1/2Feo與ODOE值均明顯高於漂白層，且至少有兩倍以上，土體 1502在左右兩側有相同的趨勢(圖十九、二十)，顯得淋澱化作用在該土壤中維持一 致，而B層的平均ODOE值在三個土體中為最低，因此認為該土體淋澱化程度為最 差，且其土壤顏色較亮，屬弱淋澱化程度之極育土。在1501土體方面，右側所累 積之淋澱化物質較左側多，因此推測右側淋澱化程度高於左側，差異原因則可能 因為微地形或植生影響，需再進一步由微形態確認。
各型態鐵於剖面深度與濃度分佈圖中，可以看出以游離態鐵的濃度為最高(圖 二十一)，其次為有機型態與無定形，有機型態鍵結與無定形物兩者濃度相當接近，
且有一致的趨勢發生，在剖面中各型態之鐵主要累積於淋澱層上方；而在鋁的部 分(圖二十二)，與土壤剖面深度的分佈較無規則性，但可以發現最大值累積於Bhs 或Bt下方，與Jersak (1995)及Jansen et al. (2003)實驗室研究結果相符合，另外在De Kimpe and Martel (1976)與Wang et al. (1986)亦發現淋澱土中鐵及鋁之含量會隨著 土壤深度增加而逐漸增加之趨勢，但鐵多澱積於B化育層上部，鋁則會再向下聚積 於 B層下部，於本研究區中之研究成果相似 (林經緯，2002；邱春媚，2004)，因 此認為是鋁之溶解度較鐵來得高，進而累積於較深的土層 (Bourgault, 2015)。根據
(a) (b)
(c) (d)
(e)
圖十九、三個土壤剖面中 Alo+1/2Feo(%)之垂直分佈圖
Fig. 19. The verticle distribution of Alo+1/2Feo (%) of three soil pedons
(a) (b)
(c) (d)
(e)
圖二十、三個土壤剖面中 ODOE 值之垂直分佈圖
Fig. 20. The verticle distribution of ODOE of three soil pedons
(a) (b)
(c) (d)
(e)
圖二十一、三個土壤剖面中各型態鐵含量之垂直分佈圖
Fig. 21. The verticle distribution of Fed, Feo and Fep of three soil pedons
(a) (b)
(c) (d)
(e)
圖二十二、三個土壤剖面中各型態鋁含量之垂直分佈圖
Fig. 22. The verticle distribution of Ald, Alo and Alp of three soil pedons
劉禎祺 (2004)指出，鋁在B層中澱積，可促進鋁離子取代鐵氧化物，如針鐵礦、纖 鐵礦及水化蛭石之生成，導致鐵含量下降。土壤受到淋澱化作用、有機碳含量與 pH值變化影響，表層有機碳雖然為最高，但其鐵與鋁含量較低，有一解釋認為表 層有機質的不斷被微生物分解，促使金屬與有機酸或腐植質發生錯合作用，使得 土壤中的離子濃度因稀釋作用而降低 (Higashi, 1983)。另外對於鋁來說，其溶解度 受到pH值調控，在pH於4.0狀況下，通常以單體鋁(Al3+)存在，而隨著pH值提升，
其含量則逐漸下降，與有機酸或腐植質錯合的能力下降，使得較底層之土壤澱積 較高濃度之鋁離子。土壤樣體1501的鐵和鋁含量在左右兩側有不同的累積趨勢，
右側B化育層中各型態鐵含量較高，特別是在淋澱層中，在鋁的部分則是有機鍵結 型態濃度最高，因此認為該土體中淋澱化程度較佳，左側程度則較弱。在土壤樣 體1502左右兩側之判斷僅在Bhs與Bt1之間，由深度圖觀察看到Bhs層中的游離鐵含 量相當高，除了無定形鐵離子之外，其餘鐵鋁濃度皆高於Bt1，因此更加認定該土 體中有淋澱化作用之發生，與土壤樣體1501和1503作比較發現在無定形鋁的部分 高於有機鍵結型態之趨勢，土體中以黃酸鍵結之有機鋁錯合物略多。土壤樣體1503 中，以鋁含量最隨著深度增加而增加，並未有堆積最大值出現，因此認為C層中鋁 主要來自於母質風化，鐵濃度變化則與土壤樣體1502相似。
5. 淋澱化物質與黏粒在剖面中變動
在各形態鐵、鋁比值方面 ，土壤樣體剖面中均有高比例之 Fep/Feo比值與
在各形態鐵、鋁比值方面 ，土壤樣體剖面中均有高比例之 Fep/Feo比值與