台灣生物多樣性的損失哪些資源正在流失?

作者:陳韻如

目錄

自然危機水質優養化.... 1

一、何謂優養化(eutrophication)?. 1

二、優養化的影響... 2

三、台灣河川優養化的狀況... 4

四、優養化指標... 4

五、水質是否優養化的測量法... 6

六、名詞解釋... 7

引用資料.... 8

 

自然危機水質優養化

自古以來,河川取水容易,供應人們生活上的便利,因此,人類文明的起源多在大河畔。磷和氮是肥料、清潔劑的主要成分,人們在河岸旁耕種、施肥、清洗物品,釋放的廢棄物往往直接排入河川,造成嚴重的污染。水中高濃度的氮和磷通常會造成優養化,使藻類大量增生覆蓋水面,有時將陽光全部遮蔽,使得底下的植物、魚、蝦死亡;而且動、植物屍體分解時會消耗水中的氧,形成不斷缺氧的惡性循環。

 

海洋同樣也會受到優養化的影響,豐富的營養鹽促使海藻增生,藻類被沖上岸之後堆積在海灘,十分難以處理。熱帶地區的藻類繁殖過多時,會遮蔽光線,影響珊瑚生存,例如:夏威夷的茂伊島,實施廢棄物海拋,加上農田逕流入海,使得營養鹽進入近岸環境,造成嚴重優養化的問題,岸邊堆滿了腐爛惡臭的海藻,不但難聞而且養出惱人的蚊蟲,最後嚇跑遊客;在海中,還因為藻類覆蓋,導致珊瑚死亡(引用資料1)

 

一、何謂優養化(eutrophication)?

「優養化」又稱為富營養化,水體優養化依其營養鹽的來源可概分為兩大類:
1
、天然性優養化(Natural Eutrophication):指湖泊於自然生態系中,由於自然營養鹽之沈降與累積,造成湖泊水質逐漸優養化,換句話說,該湖泊正在逐漸老化中,是水域自然生態系必然的演替過程。2、人為性優養化(Artificial Eutrophication):指湖泊或水庫由於集水區或水體上之人為活動增加,如:蔬果栽種、遊憩活動等,將大量營養鹽帶入湖泊或水庫中,導致水體中浮游動植物大量繁殖,造成水體生態系急遽變化,使得水質嚴重惡化。通常此種變化情形極快,往往只在短短數年時間內即可形成。水體優養化將造成藻類大量繁殖,一般而言,影響藻類生長之主要因素有營養鹽、日照、氣候、滯留時間等,其中最重要者為營養鹽。隨著人們增加農藥、肥料、大量廢水與洗衣粉的使用,造成人為加速優養化現象。由於農藥、肥料、廢水與洗衣粉中,含有豐富的硝酸鹽與磷酸鹽;硝酸鹽經分解後可成為植物所需養分,而磷酸鹽可以增進去污功效,也可以增加泡沫。在自然界中,氮及磷是稀有的成分,為植物成長中的一種限制因素。當含磷酸鹽物排放到湖水中時,水草、藻類獲得大量養分因此增生,藻類大量繁殖後,因光合作用及呼吸作用造成水體溶氧量晝夜變化差異大,於夜間常致使溶氧量太低,呈缺氧狀態,造成魚類等水中生物無法生存,因而死亡,水體也產生惡臭,這就是「優養化」的現象(引用資料2)

 

       溪流、水庫、湖泊等水體,依其所含營養鹽濃度高低,區分其優養程度為以下三種:
1
、貧養(Oligotrophic):通常是集水區在低度開發的狀態下,此時即為貧養狀況,如水庫、湖泊形成之初,其水體中營養鹽濃度較低,沒有任何污染,浮游動植物含量少,歧異度較高,此時水質狀況相對較佳。
2
、中養(Mesotrophic):也有人稱為普養。此階段是由貧養階段到優養階段的過渡期,此時水體中營養鹽漸高,浮游動植物含量也逐漸增加,歧異度逐漸降低。
3
、優養(Eutrophic):此時由於營養鹽大量的增加,藻類大量繁殖。造成底層缺氧,懸浮顆粒及殘留物質都會增加,水體透明度顯著降低,浮游動植物大量繁殖,歧異度低(如下表3)

 

1,貧養與優養湖泊的區分特徵(林&2000)。

    

營養鹽輸入量

深度

表層水與下層水比例

<1

>1

水色

清澈

碧綠

基礎生產量

(50-300 mg C m-2 d-1)

(>1000 mg C m-2 d-1)

藻類生物量

(0.02-0.1 mg C l-1 0.3-3 μg Chl a l-1)

(>0.3 mg C l-1 10-500 μg Chl a l-1)

營養鹽濃度

低。總磷濃度(季節充分混合後)<10 μg l-1

多。總磷濃度(季節充分混合後)>30 μg l-1

藍綠菌

大量生長(藻華)

底層水氧飽合度

>50%

缺氧,甚至無氧

溶氧隨水深趨勢線

緩降

急降

底土表面

氧化狀態(呈黃色)

還原狀態(呈黑色)

 (引用自http://www.kmnp.gov.tw/Research_P/Research/manage_cline/d2.asp網站)

 

二、優養化的影響

1、出現有毒藻類

在海洋生態系中,初級生產力高的海域,其魚、蝦、貝類的產量才會高。有些河口海域和近海水域,由於河川污染帶來豐富的營養鹽類,造成水質優養化。藻類過度生長固然使初級生產力增高,卻會產生由少數種藻類占優勢的現象,而對魚、貝類來說,這些藻類通常有毒,反而造成大量水生生物死亡。例如:由鞭毛藻類大量增殖所形成的紅潮 (red tide),常毒死魚、蝦、貝類等,使水生生物的數量下降、種類減少。有的鞭毛藻類會產生麻痺性貝毒(paralytic shellfish poison)等毒素,甚至會使人類中毒,例如:saxitoxin即是由甲藻類所產生的一種最普遍的毒素。由於海域水質優養化帶來的負面影響,在世界各地區海域都曾有過報導,近年世界衛生組織(WHO)還特別為此成立委員會,推動紅潮和毒藻的研究,以探究其成因和制定對策(引用資料3)

 

2、破壞水域生態環境

當水流循環不佳,又有足夠的日照,且水溫在0~25度的條件下﹐藻類便會大量繁殖且不斷持續下去,直到藻類數量足以遮蔽日照,導致水表以下的藻類無法行光合作用而大量死亡。藻類的腐爛及分解消耗水中的氧﹐最終結果使水域中其他生物大量死亡﹐屍體腐爛又造成水質惡化。雖然經過一段長時間後,自然的作用可使優養化的水域淨化,回復到原來的乾淨程度,但除非透過人工植入原有生物,否則該水域生態將很難回復(引用資料2)

 

溪流優養化之後,水中的藻類相改變,矽藻的比例大大的降低,而逐漸以絲狀的綠藻和藍綠藻為主。這時原來的水生昆蟲或濾食性的魚類沒辦法以那些絲狀藻類為食,所以可能導致水生昆蟲相的變化,以及某些魚類族群的滅亡(引用資料4)

 

在海中,優養化除影響藻類外,對於珊瑚的殺傷力也很強。由於珊瑚對水溫、水中透光率、濁度的要求嚴格,當營養鹽增加,藻類數量足以遮蔽日照時,珊瑚也會因水溫增高、光照不足等因素而大量死亡,連帶降低沿岸的經濟魚種、貝類等海產產量,徹底改變海岸的生態環境。

 

3增加淨水成本

優養化往往使藻類族群發生變化,出現有毒的藍綠藻、甲藻,降低水體利用價值。此外,優養化易產生「藻華」現象,即一層藻類像地毯般蓋在水面上,容易造成水處淨水場取水口、過濾床的堵塞(引用資料5)。藻類生長代謝增加水中溶解性有機物濃度,提高形成三鹵甲浣類化合物(THMs) 之可能,增加水之臭味及色度,使給水廠操作困難,這些現象都會增加水質的處理成本。

 

4、提高自來水中三鹵化甲烷之濃度

  水質優養化代表水中藻類過量,則自來水處必須添加更多的氯,以去除原水中的錳、氨及有機物,殺死輸送過程中可能混入的病菌,進行消毒工作。但水中加氯過多會產生三氯甲烷( chloroform ),此為「致癌前驅物」,它是氯和水中的廢物、有機物及水中的溴所合成的物質,有機物多的水質,亦即愈髒的水中會產生愈多的三鹵化甲烷,此外,溫度高的時候也會生成許多三鹵化甲烷。

 

三、台灣河川優養化的狀況

1、水庫全面優養化

19977月省政府環保處委託中興大學環境工程學系,執行台灣湖泊水庫水質監測體系計畫,由各水庫管理相關單位提供水質監測作業等相關資料,以作為探討監測作業程序的參考依據。國內現已完成的37座水庫中,有20座水庫進行水體監測計畫,測量總磷、葉綠素及透明度3項數值,監測結果顯示,台灣的水庫普遍有優養化現象,以南部水庫最嚴重。除了新山、翡翠、寶山、石門、日月潭、烏山頭為中養外,其餘的明德、永和山、仁義潭、鏡面、蘭潭、鯉魚潭、白河、曾文、澄清湖、南化、阿公店、鳳山、德基、霧社皆已嚴重優養化,其中阿公店水庫優養化程度高居全省水庫第一,並有加劇趨勢,鳳山水庫為第二名,澄清湖水庫居全省第三名(引用資料6)

 

國外的水庫曾發生毒藻優養化現象,產生的毒素散布在水中,嚴重影響水質,雖然國內尚未有例子出現,但各水庫優養化現象,比起1995年,僅有5座水庫優養化,顯得惡化許多,水庫管理能力亟待加強,而水庫的優養化問題也值得憂心。

 

近年來,由於全球氣候異常,各地出現罕見的水、旱災,降雨量低使得水庫優養化問題更明顯,如:供應大台北地區上百萬人飲用水的翡翠水庫,今年在五月的「卡爾森優養指數」已逼近50,意謂水質已處於優養化邊緣,因此,優養化問題已是國內水庫的隱憂。

 

2、主要河川下游污染嚴重

台灣地區河川春季時流量極小,又因人口集中造成都市化加上工業發展,所排出未經妥善處理之市鎮污水、工業廢水、畜牧廢水及垃圾場滲出水,夾帶大量污染物排入河川,超過河川之涵容能力,致使各河川遭受不同程度的污染。河川的汙染源有80%來自生活汙水,其中,市鎮污水常是造成北部地區中下游河段嚴重污染主因,而南部地區則主要污染源則是養豬廢水(陳,1991)(引用資料7)

 

全省有21條主要河川,總長度2,088公里,未(稍)受污染者約佔62.3 ,輕度污染者佔10.5%,中度污染者佔13.8%,嚴重污染者佔13.4%;污染長度比率雖然較1996年低,但仍有待改善。其中北港溪、二仁溪、鹽水溪、大漢溪等屬於下游污染程度偏高的河川。

 

29條次要河川,總長度845.7公里,未()受污染者約佔70.5%,輕度污染者佔 8.1%,中度污染者佔12.7%,嚴重污染者佔 8.7%。其中阿公店溪、南崁溪、老街溪、中港溪、新虎尾港溪等屬於下游污染程度偏高的河川。

   

四、優養化指標

1、定性指標

水體優養化之重要特徵為水生生物大量增生,及水體透明度降低,依此特性可對優養化作定性之評估。然而由於各地環境因子不盡相同,且水質變化受地理、氣候等影響極為複雜,故以一單純之透明度或藻類種為定性評估,易流於主觀。不過定性指標易於使用及了解,對一般民眾有其適用性。

 

2、定量指標

定量評估即為將水體優養化之各類理化參數儘量予以量化,來評估其優養程度,依其所使用指標之不同可分為以下幾種:

§             (1) 單一參數指標法:

單一指標可採用各種營養鹽濃度、物理參數及藻類或浮游動物,其評斷係以該單項指標是否超過界限值為準。共有3項標準値可供參考:

世界經濟合作及發展組織(OECD)調查檢定標準

卡爾森(Carlson)判斷標準

美國環保署判斷標準

 

(2)多變數指標法:

水體優養化始因營養鹽增多,故判斷水體優養化程度,水中營養鹽氮及磷即為重要指標。另由於營養鹽濃度增加,造成藻類大量繁殖,促使水中葉綠素a增高及透明度降低,故計算水體優養化多以總磷量、葉綠素a、總有機氮及透明度為計算參數。此法有3個標準値:

卡爾森(Carlson)優養指數法

卡爾森優養指數則代表水質優養化程度,數值越低代表水質越好,50以上則進入優養化狀態。

Morihiro優養指數法

北卡優養指數法

 

(3)藻類優養指標:

傳統利用藻類作為水體優養化指標,係以水中出現之藻類種類為指標。惟其需能明確鑑定藻類種類及其生長之水質狀況,當鑑定藻類種名有困難時,此方法將受到限制。惟在污染少之水域中,水中生長之藻類種類較多,很少有優勢種產生,亦即藻類群落之岐異度較高;反之,則岐異度較低。其數值在一般水庫中,與水質優養化程度呈負相關,也就是說優養化程度越高,則藻類群落之岐異度越低,故可用藻類岐異度來計算優養程度。

 

(4)藻類歧異度指數:

傳統利用藻類作為水體優養化指標,係以水中出現之藻類種類為指標。常用者有:

Shannon指數

Margalet指數

Pielou指數

McIntosh指數

 

(5)藻類優養指標值ATSI

此指數係以Shannon指數及McIntosh指數複合計算而得

             ATSI=(H/5 + McI)/2 ×100%

內水庫評估可參考以下數值判定:

          貧養           ATSI>75

          中養           75>ATSI>50

          優養           ATSI<50

 

3、生物需氧量(BOD)

細菌進行分解作用所需的氧氣量,稱為生物需氧量(BOD)。因生物是有機物構成,死後會被細菌分解,其過程需要大量氧氣。如果水中的氧氣降低到魚類等生物無法生存時,將使更多藻類、魚類死去,水域就宣告死亡,因此生物需氧量常作為水質管理的權衡標準。

 

生物需氧量是在20下經過5天,每公升消耗多少毫克的氧氣,生物需氧量高,表示在水中分解的有機物濃度很高。在河流中的有機物來自自然界,就像森林的落葉、農業,或是人類排放的工廠、城市的廢水。河流約有33%的生物需氧量是來自農業活動,而城市也有可觀的生物需氧量進入河流。當洪水來臨時,有下水道的地區因處理廠的廢水超載,常直接溢出而流入河流,造成污染事件。

 

事實上,即使水體不受污染,大自然的植物腐敗及沖蝕現象,也會使河川有一最低的生物需氧量濃度,其值大約是1~2mg/L

 

3.化學需氧量(COD)

化學藥品也能使水中的有機物所需的化學劑量換算成相當氧量,就稱為化學需氧量(COD)。水中污染物越多,生物需氧量和化學需氧量也會提高,一個良好的水域須具有高的溶氧量及低的生物需氧量與化學需氧量。

 

  當水中的污染物超過了一定的限度,河川中的溶氧量就會大量降低,而生物需氧量和化學需氧量也相對的提高,水中微生物的種類及作用型態也跟著改變,轉為產生甲烷、硫化物、氨等惡臭物質,這時就成了所謂死的河川。這種死的河川,水色黑濁,時而散發臭氣出來,不適於魚貝生長,更影響都市觀瞻及環境衛生,甚至威脅到自來水的供應和農產品的安全性。

 

五、水質是否優養化的測量法

1、湖泊清澈程度

  利用沙奇盤於晴天中午前後2小時內置入水中直至無法看見之深度,稱為沙奇盤深度。沙奇盤深度愈淺,表示湖泊生產力高,藻類或顆粒愈多,水愈濁,優養化愈嚴重。若沙奇盤深度 < 1m,表有優養化傾向。

 

2、光於湖泊中消減程度

  利用測光計比較表層水與底層水之光強度,即可知道光在湖泊中消減程度,即光消減係數。若光消減係數愈高(> 1),表示湖泊生產力高,藻類或顆粒愈多,優養化愈嚴重。

 

3、湖泊水色

  利用佛氏標準比色瓶,判別湖泊水色。若為貧養狀態,水清澈而呈藍色。若因優養化而致浮游藻類過多,水呈碧綠色。若是溶解態之腐植質多,水會呈棕色。

 

4、底層水氧飽合程度

  藉由野外用水中溶氧電極,測量湖泊底層水的溶氧量,參酌同一環境湖泊氧之飽合濃度,計算底層水氧飽合度。若飽合度 > 50%,此湖泊處於貧養狀態,若飽合度 < 10%或趨於0%,此湖泊已處於優養狀態。

 

5、表層水與底層水之比例

  測量溫度隨湖泊深度變化之曲線,判斷表層水與底層水之體積,計算表層水與底層水之比例。若此比例 < 1,表示底層水較多,底層水之溶氧量應足夠供應分解在表層水產生的有機質所需之耗氧。若此比例 >1,表示底層水較少,其溶氧量可能不足以供應分解有機質所需之耗氧,而導致下層水缺氧,此為湖泊優養化最主要症狀之一。

 

6、溶氧隨水深變化之曲線

  藉由野外用水中溶氧電極,測量湖泊水中溶氧隨深度變化之曲線。若此湖泊處於貧養狀態,此溶氧變化之曲線會呈緩降趨勢。若此湖泊已處於優養狀態,溶氧變化的曲線會呈急降趨勢,甚至在甚淺處即趨近於無氧狀態。

 

7、湖泊底土顏色

  若此湖泊處於貧養狀態,底層水之溶氧高,處於氧化環境,底土呈現黃色。若此湖泊已處於優養狀態,底層水之溶氧低至缺氧狀態,底土會因處於還原狀態而呈現黑色(引用資料8)

 

六、名詞解釋

1.紅潮

平野(1975)把紅潮定義為『因浮游生物的異常增殖現象而海水引起變色的現象』。所謂青潮,白潮,苦潮及厄水等也本質上是相同現象。(Dinophyceae)的種類為最多,接著多的是依序為矽藻網(Bacillariophyceae),綠蟲綱(Euglenophyceae)。水產業上成為問題的浮游生物大多屬於渦鞭毛藻類及綠蟲類。此外,紅潮中也發現光合細菌的存在。

 

紅潮會發生在外海、沿岸、內灣及其周圍,對於漁業及養殖業常有重大影響。外海的紅潮規模相當大,多發生在大海湧昇域,或地形上有上昇流的海域,較著名的例子是在印度及東海南部,因TrichodesmiumGonyaulax之發生而致的紅潮;在北海及北太平洋北部,夏季發生大量矽藻而致的紅潮;在北海道因Rhizosolenia shrubsoleiThalassiosira nordenskioldiiPhaeocystis大量繁殖,海水因此呈鉛色且有惡臭味,故稱作臭水 (Stinking Water),導致鯡魚及青花魚的漁獲量減少,在北太平洋,則是鮭、鱒魚流網漁獲量減少。與海隔離的封閉性海灣就是內灣,如:屏東的大鵬灣,內灣性的紅潮受到氣象條件的影響,對內灣的漁業、淺海養殖場常造成很大損害。


   
紅潮有時依據發生時期,氣象及海洋情況而加以分類,例如:在日本九州大村灣及三重縣英虞灣,每年7月及9月,分別因梅雨季節的霪雨及湧昇低溶氧量水後,會發生紅潮,於是稱之為7月紅潮及9月紅潮

 

紅潮也和與氣象及海洋情況關連,前者就稱為下雨性紅潮,後者就為無氧氣化關連紅潮。除發生於夏季的夏紅潮以外,亦有發生於1112月,12月等冬季的冬紅潮,以及一整年發生的整年紅潮,在日本大阪灣,燧灘,周防灘及別府灣等,會發生冬紅潮,污染較嚴重的東京灣等,甚至會發生整年紅潮(引用資料9)

 

引用資料

1.地球環境概論-4.3水污染http://ceiba.cc.ntu.edu.tw/earth/ch4/sec4-3.htm網站

2.洗衣粉與優養化,http://gaia.org.tw/main/life/c991002.htm網站

3.吳俊宗,海洋初級生產力,http://www.sinica.edu.tw/as/weekly/87/693/09.txt網站

4.優養化,http://contest.ks.edu.tw/~river/know/know23.htm網站

5.龔招健,藻類繁殖 翡翠水庫水質惡化,http://tw.news.yahoo.com/2002/06/26/leisure/ctnews/3330971.html網站

6.中國時報,86.7.22,阿公店水庫優養化榜首鳳山水庫、澄清湖亦趨惡化 危及大高雄用水http://mpa.ngo.org.tw/why-no-dam/relation/relation6.htm網站

7.水資源,http://140.122.143.66/bio/teache webs/water/water文字資料.htm網站

8.林幸助,野外監測湖泊優養化操作項目http://www.kmnp.gov.tw/Research_P/Research/manage_cline/k6.asp網站

9.專家開講-防止養殖魚貝生病-光合細菌有功效,http://www.aquatwn.com.tw/mav-ina10.htm網站