郭鴻裕博士分享專題_土壤吸附與擴散

1. 土壤吸附與擴散---
以土壤重金屬為例
農業委員會農業試驗所
郭鴻裕
108.12.03

2. 簡報大綱
•我的工作---土壤調查(soil survey)
•如何應用 ? (土壤重金屬污染調查、作物吸收估算、
土壤洗田的經驗)
•土壤的吸附與擴散(土壤重金屬的傳輸)

3. 土壤調查
3
農業試驗所
是唯一負責
土壤資源調
查的單位

4. 4

5. 5

6. 台灣土壤的魅力
6

7. 蘭嶼
7

8. 龜山島
8

9. 金門縣
9

10. 金門縣
10

11. 竹山
11

12. 12

13. 13

14. 14

15. 15

16. 澎湖澎湖澎湖 16

17. 17

18. 18
改進土壤屬性圖

43. 與土壤污染的相關計畫

44. 135791113151719
八德試區各小區以faultline劃割鎘(Cd)含量分佈圖
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
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65
70
75

47. 47
不同水稻品種對鎘吸收模式預測
與
健康風險評估管理
行政院農業委員會農業試驗所
郭鴻裕
huguo@tari.gov.tw

48. 影響因子 影響作物吸收鎘之效果
土壤
1. pH 隨pH值降低而吸收量增加
2.土壤鹽分 隨土壤鹽分增加而吸收量增加
3.土壤鎘的含量 隨濃度增加而吸收量增加
4土壤吸附重金屬能力 隨吸附力增加而吸收量降低
a.有機質 高含量土壤有機質一般應降低吸收量
b.陽離子交換能量 高CEC會減低吸收量
c.黏粒、鐵及錳氧化物 土壤存有黏粒、鐵及錳氧化物會降低吸收
5.微量元素，如缺鋅 增加吸收量
6.巨量元素：銨、磷酸根、鉀 可能會增加或降低吸收量
7.溫度 高溫會增加吸收量
8.通氣狀態，如：浸水狀態 減低吸收量
作物
1.物種及品種 葉菜類＞根菜類＞穀類＞水果類
2.植物組織 葉＞穀，果實及食用根
3.葉齡 老葉＞新葉
4.元素的交互作用 若土壤存有鋅時會降低鎘的吸收

49. 49
No. Cultivar R2 Intercept log (Cd_AR) pH log (CEC)
1 台農70號 0.793*** 1.491 0.781*** -0.254*** -0.54***
2 台稉8號 0.782*** 0.783 0.742*** -0.162*** -0.371***
3 台農72號 0.811*** 1.035 0.834*** -0.201*** -0.482***
4 高雄143號 0.804*** 1.428 0.836*** -0.294*** -0.337**
5 台東30號 0.821*** 1.226 0.776*** -0.241*** -0.625***
6 台農秈20號 0.641*** 1.336 0.760*** -0.199*** -0.408**
7 台農71號 0.835*** 0.680 0.850*** -0.154*** -0.341***
8 台農67號 0.778*** 0.924 0.782*** -0.182*** -0.487***
9 台秈2號 0.692*** 1.186 0.659*** -0.210*** -0.218***
10 秈糯1號 0.777*** 1.369 0.827*** -0.224*** -0.224*
11 台中秈10號 0.776** 0.899 0.944*** -0.135*** -0.378**
表 3. 不同水稻品種之糙米鎘預測模式的各項係數
Log(Cd-rice) = α + βLog(Cd-soil ) + γpH + δ Log(CEC)

50. Look up table for farmers
Cadmiuminsoil
Taisen no. 2 (very sensitive)

51. Look up table for farmers
Cadmiuminsoil
Tainung no. 70 (normal)

52. Look up table for farmers
Cadmiuminsoil
Tainung 67 (insensitive)

53. 0
0.3
0.6
0.9
1.2
1.5
1.8
2.1
2.5
2.7
LK1_Cd LK2_Cd
圖.94年一期作鹿港鎮試區土壤全量鎘含量空間分佈
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田間尺度的擴散

54. 0
0.3
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0.9
1.2
1.5
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2.1
2.5
2.7
HM3_Cd HM4_Cd HM5_Cd
圖.94年一期作和美鎮試區土壤全量鎘含量空間分佈
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5
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5
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55
60

55. 0
0.3
0.6
0.9
1.2
1.5
1.8
2.1
2.5
2.7
圖.94年一期作彰化市試區土壤全量鎘含量空間分佈
CH6_Cd CH7_Cd CH8_Cd
5 10 15 20 25 30 35 40 45
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56. Fig1. Lugang 試區 94 年水稻一期作收穫期根圈土壤六種重金屬全量分佈圖
55 120 200 340 400 530 625 720 815 910 185 260 405 515 600 735 845 955 1065 1180 0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 2.5 2.7 45 95 145 175 250 295 345 395 445 495 25 75 130 175 200 275 325 375 425 475 0 35 45 55 65 75 85 95 105 115
LK1_Cu LK1_Zn LK1_Cd LK1_Cr LK1_Ni LK1_Pb
LK2_Cu LK2_Zn LK2_Cd LK2_Cr LK2_Ni LK2_Pb
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Fig. Lugang試區94年水稻一期作收穫期根圈土壤六種重金屬全量分佈圖

57. Fig. Lugang 試區 94 年水稻二期作收穫期根圈土壤六種重金屬全量分佈圖
55 120 200 340 400 530 625 720 815 910 185 260 405 515 600 735 845 955 1065 1180 0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 2.5 2.7 45 95 145 175 250 295 345 395 445 495 25 75 130 175 200 275 325 375 425 475 0 35 45 55 65 75 85 95 105 115
LK1_Cu LK1_Zn LK1_Cd LK1_Cr LK1_Ni LK1_Pb
LK2_Cu LK2_Zn LK2_Cd LK2_Cr LK2_Ni LK2_Pb
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Fig. Lugang試區94年水稻二期作收穫期根圈土壤六種重金屬全量分佈圖

58. Fig 2. Hemei 試區 94 年水稻一期作收穫期根圈土壤六種重金屬全量分佈圖
55 120 200 340 400 530 625 720 815 910 185 260 405 515 600 735 845 955 1065 1180 0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 2.5 2.7 45 95 145 175 250 295 345 395 445 495 25 75 130 175 200 275 325 375 425 475 20 35 45 55 65 75 85 95 105 115
HM3_Cu HM3_Zn HM3_Cd HM3_Cr HM3_Ni HM3_Pb
HM4_Cu HM4_Zn HM4_Cd HM4_Cr HM4_Ni HM4_Pb
HM5_Cu HM5_Zn HM5_Cd HM5_Cr HM5_Ni HM5_Pb
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HM3_Cu HM3_Zn HM3_Cd HM3_Cr HM3_Ni HM3_Pb
HM4_Cu HM4_Zn HM4_Cd HM4_Cr HM4_Ni HM4_Pb
HM5_Cu HM5_Zn HM5_Cd HM5_Cr HM5_Ni HM5_Pb
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Fig 2. Hemei 試區94年水稻二期作收穫期根圈土壤六種重金屬全量分佈圖

60. 55 120 200 340 400 530 625 720 815 910 185 260 405 515 600 735 845 955 1065 1180 0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 2.5 2.7 45 95 145 175 250 295 345 395 445 495 25 75 130 175 200 275 325 375 425 475 20 35 45 55 65 75 85 95 105 115
CH6_Cu CH6_Zn CH6_Cd CH6_Cr CH6_Ni CH6_Pb
CH7_Cu CH7_Zn CH7_Cd CH7_Cr CH7_Ni CH7_Pb
CH8_Cu CH8_Zn CH8_Cd CH8_Cr CH8_Ni CH8_Pb
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60
5 10 15 20
5
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35
40
45
50
55
60
5 10 15 20
5
10
15
20
25
30
35
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5
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10 20
10
20
30
40
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70
80
90
10 20
10
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10
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10 20
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Fig 3. Changhua 試區94年水稻一期作收穫期根圈土壤六種重金屬全量分佈圖

61. 區域性的擴散

70. 70
比較不同調查密度對土壤重金屬污染預測之差異

72. 72

73. 73

74. 74

75. 75

77. Developing a molecular picture of soil organic matter–mineral ...
nature.com

78. 78

79. 土壤實境與模式、量測

80. 80
Gordon E. Brown Jr., Andrea L. Foster, and John D. Ostergren
PNAS March 30, 1999 96 (7) 3388-3395; https://doi.org/10.1073/pnas.96.7.3388

81. 施用氯化鐵溶液後，
3天內以曳引機間續
攪拌多次，讓氯化鐵
溶液與土壤粒子充分
接觸反應
施用氯化鐵溶液後，
3天內以曳引機間續
攪拌多次，讓氯化鐵
溶液與土壤粒子充分
接觸反應

82. 暫存槽之氯化鐵-鎘
懸浮液抽取至廢水處
理
重複3次以清水清洗
田區處理留存土體之
氯化鐵及排放廢水處
理，並以pH計監測，
清洗田區 土壤懸液的
p H值至4.8以上

83. 83
廢水處理過程的檢討
Cd mg/L

84. 84
短流前 短流後
吸附管內部流向示意圖
• 研判廢水流入吸附管因馬達推擠壓力，廢水應完整浸過吸附劑
後排出，但因廢水雜質淤積進流端或其他原因，造成吸附劑中
廢水可通過之孔隙變小，導致廢水尋找可通過路徑而形成短流，
故廢水僅在同一區域內流動且經過速度變快，所以廢水於吸附
管内停留時間和接觸面積皆可能不足，進而導致廢水中鎘濃度
無法有效被吸附(如圖所示)。
廢水處理過程的檢討

85. 土壤液相之問題
85

86. 土壤組成
大部分的土壤
可分為四部份：
礦物粒子、水、
空氣及有機物
質。有機物可
以再細分為腐
植質、根及活
體生物。
(以上分配數
值為一理想值) 86

87. 土壤質地與透水性之關係示意圖
土壤質地： 砂粒 坋粒 粘粒
粒徑
粗孔隙
中孔隙
細孔隙
透水性
淋洗
87

88. 土壤質地與灌溉效率
黏土 黏土
壤土 壤土
砂土 砂土
88

90. 砷

91. https://www.soils.org/

92. (Source: Soil and Water Lab, Cornell University)
http://soilandwater.bee.cornell.edu
Finger funnel flow

93. http://soilandwater.bee.cornell.edu/
Preferential flow

94. 15
Kilometers
0 7.5
圖 例
非農地
粗質地
中粗質地
中質地
中細質地
細質地
嘉義地區農田
土壤質地分佈圖
94

95. 土壤水
 作物從土壤孔隙中獲
得水分及空氣。
95

96. 不同作物具有不同之灌溉深度
The crops irrigation depth are different.
96

97. 土壤排水不良
• 水分過多，土壤通氣不良，根部缺乏氧
氣呼吸或累積有機酸對根產生損害。
• 全台排水不良面積約47480公頃。
• 排水不良之成因:(1)地形因素;(2)耕作制
度;(3)氣候因素
97

98. 台灣地區農田排水等級分佈圖
 台灣地區估計有
47,480公頃農田有
排水不良之問題.
1000 50
公 里
嘉義市
雲林縣
嘉義縣
台中市
彰化縣
台中縣
高雄市
台東縣
澎湖縣
高雄縣
宜蘭縣
基隆市台北市
台北縣
桃園縣
屏東縣
台南縣
台南市
苗栗縣
南投縣
新竹縣
新竹市
花蓮縣
圖 例
等級 面積(百公頃)
排水不完全(1743)
排水不良 (423)
排水極不良 (54)
98

99. 土壤構造
 土壤粒子間會受到植
物根系、土壤生物、
微生物及有機質的影
響或種種機械力的作
用而團聚成較大粒團
或稱為『土壤構
造』 。
99

100. 土壤
構造
水分
保持力
及
移動
孔隙度
孔隙大小
土壤
強度
土壤生物
之
交互作用
微生物
作用
養分
循環
土壤耕犁
及
植床
結皮
與
密實
土壤水分
境況
沖蝕逕流
及
排水
淋洗
根系
發展
通氣
(Lal, 1994)
100

101. Good soil structure
Poor soil structure or
No soil structure
101

102. good
soil structure
Moderate grade
soil structure
Massive
soil structure
102

103. 土壤密實
103

104. 土壤密實
玉米根數分布
0
0
0
0
0
0.14
0.34
0.25
0.28
0.23
27.92
33.64
29.73
7.02
0.62
75
65
55
45
35
25
15
5
土層深度公分
玉米根數分布百分率
104

105. www.tillageanswers.com 105

106. 106

107. Figure 6: Visual Scoring of the Presence of a Cultivation Pan Under Arable cropping
Good Condition
VS=2
Moderate Condition
VS=1
Poor Condition
VS=0
No tillage pan, with
a friable, clearly
apparent structure
and soil pores
throughout the
topsoil.
Firm, moderately
developed tillage
pan in the lower
topsoil, showing
clear zones of
compaction, but
including areas with
weakly developed
structure, cracks,
fissures and a few
micro-pores.
Very firm to hard,
well developed
tillage pan in the
lower topsoil,
showing severe
compaction with no
structure, no
macro-pores and
few or no cracks.
107

108. 施用有機質肥料應注意肥料品質，
避免土壤受到污染。
施用有機肥以包為計量單位是造
成環境污染之原因之一。
土壤污染
108

109. 田區施用有機肥料
109

110. 海端鄉
卓溪鄉
池上鄉
成功鎮
玉里鎮
長濱鄉
富里鄉 鋅肥管理
圖例
有缺鋅的可能
敏感作物可能缺鋅
一般作物不缺鋅
防止土壤鋅過量 110

111. 資料來源：農田土壤品質調查
繪圖單位：台灣省農業試驗所
中華民國八十八年一月 繪製
高雄市
台南縣
高樹
三地門
里港
鹽埔
九如
長治
屏東 瑪家
內埔
麟洛
泰武
萬巒竹田
萬丹
來義
潮州
新園
崁頂
新埤南州
東港
春日
林邊
佳冬
枋寮
茂林
美濃
旗山
田寮
湖內
茄萣
阿蓮
路竹
永安
岡山
燕巢
彌陀
大樹
橋頭梓官
大社
仁武
鳥松
大寮
鳳山
林園
圖 例
鋅肥管理
有缺鋅的可能
敏感作物可能缺鋅
一般作物不缺鋅
防止鋅過量
111

112. 氮肥承受力等級
圖例 說明 (公頃)
承受力強 (3536)
承受力稍強(5929)
承受力稍弱(3071)
幾無承受力(3027)
利用土壤資訊評定農敏感地
112

113. 二、空間分布區位分析
(一)農產業分布圖—以彰化縣為例
113
參、盤查成果說明

114. 114
(二)農地上已有設施物之區位分布
二、空間分布區位分析參、盤查成果說明

115. 二、空間分布區位分析
(三)工廠坐落空間分布
參、盤查成果說明
115

116. (五)農地品質分析—土壤高污染風險地區
二、空間分布區位分析
本項農地品質空間分布，考量地主權益，僅公布統計分析，不對外公布分布圖
參、盤查成果說明
116

117. 謝謝聆聽
117