114 年 國立臺灣大學環境工程研究所規劃與管理組《環境科學概論（B）》

此題考查學生對生物多樣性基本概念的理解，特別是影響生物多樣性的主要威脅及生物多樣性的重要性。

題目要求選出關於生物多樣性敘述「錯誤」的一項。我們逐一分析各選項：
(A) 生物多樣性通常包含三個層次：基因多樣性（genetic diversity）、物種多樣性（species diversity）和生態系多樣性（ecosystem diversity）。這三者對於維持生態系統的健康與穩定至關重要。此敘述正確。
(B) 生境破壞（habitat destruction）是目前公認對生物多樣性最主要的威脅，例如棲地的移除、破碎化和退化，直接導致物種無法生存和繁殖。此敘述正確。

核心觀念

本題考查「一次性塑膠（single-use plastics）」造成的環境污染，以及塑膠在環境中的降解特性。

一次性塑膠包括塑膠袋、吸管、餐具、飲料杯與包裝材料等，使用時間通常很短，但其主要成分多為聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）或聚苯乙烯（PS）等高分子材料，具有化學性質穩定、難以被自然分解的特性。

塑膠進入河川、湖泊與海洋後，會受到日照、熱、氧化作用、機械磨損及生物作用影響，逐漸碎裂成較小的塑膠顆粒。一般而言：

• 大於 $5\ \text{mm}$ 的塑膠碎片通常稱為大型塑膠或宏觀塑膠。
• 小於 $5\ \text{mm}$ 的塑膠顆粒稱為微塑膠（microplastics）。
• 微塑膠可被水生生物誤食，並可能沿食物鏈傳遞。

因此，一次性塑膠最核心的環境問題是「使用期短，但在環境中長期殘留，並可能形成微塑膠」。

解題方法

判斷本題可從兩個層次切入：

1. 判斷一次性塑膠的主要環境特性。
2. 檢查各選項是否符合塑膠的實際性質，以及是否屬於主要環境危害。

一次性塑膠的環境危害主要來自：

$$\text{短期使用}+\text{長期殘留}+\text{破碎形成微塑膠}$$

其中，「難以自然分解」是關鍵。塑膠在環境中通常不是快速完全分解成二氧化碳、水與無機鹽，而是先因風化與磨損逐漸碎裂。因此，選項中同時指出「長期存在」及「可能成為水域微塑膠來源」者，最符合題意。

選項分析

（A）They persist in the environment and can be the source of microplastics in the aquatic systems.

正確。

一次性塑膠不易被微生物快速分解，進入環境後可長期殘留。塑膠袋、包裝材料等在日照、氧化、波浪與摩擦作用下會逐漸碎裂，形成微塑膠並進入河川、湖泊及海洋系統。

微塑膠可能造成下列影響：

• 被魚類、貝類及其他水生生物誤食。
• 阻塞或損傷生物的消化系統。
• 吸附疏水性有機污染物與重金屬。
• 透過食物鏈進入更高營養階層。
• 增加水域污染與生態風險。

因此，本選項完整描述了一次性塑膠最主要的環境疑慮。

（B）They degrade quickly and release harmful chemicals.

錯誤。

此題考查學生對全氟和多氟烷基物質（PFAS）的化學性質分類的知識。

PFAS 是一類含有碳-氟鍵（C-F bond）的合成化學物質。碳-氟鍵是自然界中最穩定、最強的單鍵之一，這使得 PFAS 具有極佳的耐熱性、耐水性和耐油性，但也導致它們在環境中極難分解，故有「永久性化學物質」（forever chemicals）之稱。

PFAS 的分子結構核心是碳鏈（由碳原子組成）和氟原子。碳原子與其他原子（如氫、氧、氮）形成共價鍵，而氟原子則取代了這些原子或鍵結在碳鏈上。一個典型的 PFAS 分子包含一個全氟烷基鏈（一個由碳和氟組成的鏈）和一個功能性基團（如羧酸基、磺酸基、醇基等）。

基於其結構，PFAS 屬於有機化合物（organic compounds）的範疇。

此題考查學生對氣候變遷、生物多樣性喪失與水污染之間關聯性的理解，特別是生物多樣性喪失如何加劇水污染。

核心觀念： 生物多樣性是生態系統健康和功能的基礎。當生物多樣性喪失時，生態系統的自我淨化能力、調節能力和穩定性會下降，從而更容易受到污染物的影響，甚至加劇污染的程度。

生物多樣性喪失如何加劇水污染：

生物多樣性喪失意味著物種數量減少、遺傳變異降低、生態系統結構簡單化。這會削弱生態系統處理和吸收污染物的能力。例如，許多生物（如濕地植物、微生物、濾食性動物）在水體中扮演著淨化污染物的角色。當這些生物因環境改變或直接污染而消失時，水體接收到的污染物將無法被有效分解、吸附或轉化，進而導致水污染問題惡化。

三個例子及其解釋：

1. 濕地生態系統的退化與水質惡化：

   • 解釋： 濕地（如沼澤、紅樹林、河岸帶）是地球上生物多樣性極高的生態系統之一，擁有豐富的植物、微生物、底棲動物等。這些生物透過吸收、轉化、沉澱等機制，能有效淨化水體中的氮、磷、重金屬、有機污染物等。例如，濕地植物的根系能吸附污染物，微生物能分解有機物，而某些無脊椎動物則能過濾水中的懸浮物。
   • 生物多樣性喪失加劇水污染： 當由於開發、污染或氣候變遷導致濕地面積縮減、濕地生物多樣性下降時（例如某些關鍵的淨化物種消失），濕地的水質淨化功能將顯著減弱。未經處理的農業徑流（含氮磷）、工業廢水等污染物將更容易直接進入河流、湖泊，導致優養化（eutrophication）、重金屬累積等水污染問題更加嚴重。

2. 水生微生物群落的單一化與有機污染物累積：

   • 解釋： 在水體中，各種微生物（細菌、古菌、真菌、藻類）共同構成了一個複雜的分解者和生產者網絡。

此題考查學生對於污染物極性（polarity）如何影響其在環境中的行為（持久性、移動性、轉化過程）的理解，並要求舉例說明。

核心觀念： 污染物在環境中的行為（持久性、移動性、轉化、歸宿）很大程度上取決於其物理化學性質，其中極性是一個關鍵因素。極性影響污染物與水、土壤、生物體等介質的相互作用。

污染物極性對其環境行為的影響：

1. 極性（Polarity）： 分子中由於原子電負度差異導致電荷分佈不均勻，形成部分正電荷和部分負電荷區域，即為極性。極性分子傾向於溶解在極性溶劑（如水）中，並與極性表面（如土壤中的有機質、礦物表面）發生相互作用。非極性分子則傾向於溶解在非極性溶劑中，並容易與非極性介質（如脂肪、生物體內的脂質）相互作用。

2. 持久性（Persistence）：

   • 極性污染物： 許多極性污染物（如某些離子、酸、鹼、含氧或含氮的有機物）在水中溶解度較高，容易被微生物降解，或與水中的其他物質反應，因此其持久性可能相對較短。然而，某些極性污染物（如某些含氟的極性有機物）由於鍵的穩定性，也可能非常持久。
   • 非極性污染物： 許多非極性污染物（如多氯聯苯PCBs、戴奧辛、某些農藥、多環芳香烴PAHs）由於其化學結構穩定，且不易被微生物直接利用作為能量來源，因此在環境中（特別是土壤和沉積物中）非常持久，難以降解。

3. 移動性/遷移性（Movement/Transport）：

   • 極性污染物： 極性污染物通常具有較高的水溶性，因此容易透過水體（地表水、地下水）進行長距離遷移。它們也可能透過大氣中的水蒸氣進行傳輸。在土壤中，它們可能與土壤顆粒（特別是帶電的礦物表面）發生吸附，但若水溶性高，仍能隨土壤水分移動。
   • 非極性污染物： 非極性污染物在水中溶解度較低，但容易吸附在土壤顆粒、有機質或懸浮物上。因此，它們的遷移主要透過兩種途徑：一是隨土壤侵蝕、懸浮物移動，二是透過大氣（揮發後再沉降）。在水體中，它們傾向於沉積在底泥中，而非廣泛溶解於水中。

4. 轉化/歸宿（Transformation/Fate）：

   • 極性污染物： 在環境中可能發生水解、氧化還原、光解等化學反應，或被微生物生物降解。其歸宿可能是溶解於水、被吸附、或被生物體吸收。
   • 非極性污染物： 由於穩定性高，轉化過程較慢。關鍵的歸宿是生物累積（bioaccumulation）和生物放大（biomagnification）。它們容易進入生物體內的脂肪組織，並在食物鏈中逐級濃縮。

舉例說明：

此題要求繪製一個典型的二級污水處理廠結合水再利用（water reclamation）以生產高品質用水（供高科技產業使用）的流程圖。由於無法在此處繪製圖形，我將以文字描述流程，並說明各單元的關鍵功能。學生應根據此描述，在試卷的「非選擇題作答區」繪製流程圖。

核心概念： 污水處理的目標是去除污水中的污染物，使其達到排放標準或可再利用的標準。高科技產業對用水水質要求極高，因此需要進一步的處理（水再利用），以去除微量污染物、離子、有機物和病原體。

典型二級污水處理廠結合水再利用流程圖（文字描述）：

第一階段：初級處理 (Primary Treatment)

• 進水： 來自家庭和工業的混合污水。
• 攔污柵 (Bar Screens)： 去除大塊固體物，如垃圾、布條、塑膠袋等。
• 沉砂池 (Grit Chambers)： 移除沙粒、卵石等較重的無機顆粒，保護後續設備。
• 初級沉澱池 (Primary Settling/Sedimentation Tanks)： 讓較大的懸浮固體沉降，去除約 30-40% 的懸浮物和 20-30% 的 BOD（生化需氧量）。

第二階段：二級處理 (Secondary Treatment)

• 主要目的： 去除溶解性有機物和懸浮固體，通常利用微生物作用。
• 生物處理單元 (Biological Treatment)：
  • 活性污泥法 (Activated Sludge Process)： 這是最常見的方法。將初級處理後的污水與含豐富微生物的污泥混合，在曝氣池（Aeration Tank）中進行曝氣，供微生物分解有機物。
  • 其他方法： 濾池（Trickling Filters）、生物轉盤（Rotating Biological Contactors, RBCs）等。
• 二次沉澱池 (Secondary Settling/Clarifiers)： 將生物處理後的污水引入，讓微生物（活性污泥）沉降，分離處理後的水和污泥。大部分沉降的污泥（回流污泥）會回到曝氣池，補充微生物量；多餘的污泥（剩餘污泥）則需另外處理。
• 出水： 經過二級處理後，水質大幅改善，BOD 和懸浮固體去除率可達 85-95%。此水通常可直接排放或用於一般工業用途。

第三階段：三級處理/水再利用 (Tertiary Treatment / Water Reclamation) - 針對高科技產業用水

此題考查學生對現代居家環境中常見的室內空氣污染物及其來源的認識。

核心概念： 現代建築的氣密性提高，但同時也可能導致室內污染物滯留，影響居住者的健康。了解這些污染物及其來源，有助於改善室內空氣品質。

五種常見的室內空氣污染物及其排放源：

1. 懸浮微粒 (Particulate Matter, PM)

   • 來源：
     • 室外空氣滲入： 來自交通、工業活動產生的懸浮微粒透過門窗縫隙進入室內。
     • 室內活動產生：
       • 烹飪（油煙、燒烤）。
       • 吸菸（二手菸、三手菸）。
       • 燃燒行為：壁爐、蠟燭、蚊香、拜拜香。
       • 灰塵揚起：打掃、地毯、寵物毛髮、衣物纖維。
       • 裝修材料釋放：粉塵。

2. 揮發性有機化合物 (Volatile Organic Compounds, VOCs)

   • 來源：
     • 建材與家具： 油漆、塗料、黏著劑、塑膠製品、合板、塑膠地板、壁紙等，會釋放甲醛（Formaldehyde）、苯（Benzene）、甲苯（Toluene）等。
     • 清潔用品： 噴霧劑、清潔劑、空氣清新劑、消毒劑等，含有多種 VOCs。
     • 個人護理產品： 香水、髮膠、化妝品。
     • 其他： 乾洗劑殘留、新車內裝、影印機、瓦斯燃燒。

3. 一氧化碳 (Carbon Monoxide, CO)

   • 來源：
     • 不完全燃燒：
       • 燃氣熱水器、瓦斯爐、烤箱、壁爐、火爐（若通風不良）。
       • 汽機車引擎（若車庫與住家相連，且門未關緊）。
       • 吸菸。

此題考查學生對經濟學及永續發展中「資本」概念的理解，特別是自然資本、人力資本和人造資本這三種類型的區別與功能。

核心概念： 在經濟學中，資本（capital）泛指用於生產商品和服務的資產。傳統經濟學主要關注人造資本，但永續發展的觀點強調自然資本和人力資本同樣重要，甚至可能是生產活動的基礎。

三種資本的解釋：

(a) 自然資本 (Natural Capital)

• 定義： 指的是由自然系統提供的、能夠產生永續商品和服務的資產存量。它包括所有由地球的自然過程所創造或維護的元素。
• 組成部分：
  • 可再生資源： 如森林（提供木材、氧氣、調節氣候）、魚類種群（提供食物）、土壤（提供養分）、水資源（飲用、灌溉、工業用水）、空氣（呼吸）。
  • 不可再生資源： 如礦產、化石燃料（煤、石油、天然氣）。雖然不可再生，但其儲量構成了自然資本的一部分，其開採利用也影響著其他自然資本。
  • 生態系統服務 (Ecosystem Services)： 這是自然資本最核心的功能，包括：
    • 供給服務： 食物、淡水、木材、纖維、燃料、藥物、礦產。
    • 調節服務： 氣候調節、洪水調節、病蟲害控制、水淨化、廢物處理。
    • 支持服務： 養分循環、土壤形成、初級生產（光合作用）。
    • 文化服務： 美學價值、精神寄託、休閒娛樂、教育。
• 在生產中的作用： 自然資本是所有生產活動的基礎和前提。沒有乾淨的空氣、水、健康的土壤和穩定的氣候，任何生產活動都無法進行。它提供生產所需的原材料，並吸收生產過程中產生的廢物。

(b) 人力資本 (Human Capital)

• 定義： 指的是個人所擁有的、能夠用於生產商品和服務的技能、知識、健康、經驗、創造力、動機和社會關係的總和。它是人力資源的「質量」體現。
• 組成部分：
  • 教育與培訓： 透過學校教育、職業培訓、在職學習獲得的知識和技能。

此題考查學生對國際氣候變遷倡議「4 per 1000」的理解，包括其背景、目標、機制和重要性。

核心概念： 「4 per 1000」倡議是一項旨在透過改善土壤健康來增加全球土壤碳儲量，進而減緩氣候變遷和提升糧食安全與適應能力的國際計畫。

背景與由來：

• 時間與場合： 該倡議於 2015 年在法國巴黎舉行的《聯合國氣候變遷公約》第 21 次締約方大會（UNFCCC COP 21）期間，作為「德班進程」和「利馬-巴黎行動議程」（Lima-Paris Action Agenda, LPAA）的一部分正式提出。
• 主導國家： 由法國發起，並獲得許多國家、國際組織和非政府組織的支持。
• 科學基礎： 該倡議基於科學研究，指出如果全球農用地和牧草地的土壤有機碳儲量每年平均增加 0.4%（即千分之四，4‰），則每年可固碳約 2.5 至 3.5 億噸，相當於抵消當時全球化石燃料排放量的 10% 左右。

目標：

1. 增加土壤碳儲量： 透過推廣永續的土壤管理實踐，使全球農用地和牧草地的土壤有機碳儲量每年至少增加 4‰。
2. 減緩氣候變遷： 增加土壤碳儲量意味著從大氣中移除二氧化碳，有助於達成巴黎協定控制全球升溫的目標。
3. 提升糧食安全： 健康的土壤（富含有機質）能提高土壤肥力、保水保肥能力，增加作物產量，提升農業生產的韌性。
4. 增強農村地區適應能力： 透過改善土壤健康，農民能更好地應對乾旱、洪水等極端氣候事件。
5. 促進永續農業發展： 推動生態友善的耕作和畜牧方式。

主要機制與實踐方法：
「4 per 1000」倡議並非強制性規定，而是鼓勵各參與方（國家、地區、農場、研究機構等）採取行動。其核心是推廣能夠增加土壤有機質的永續農業實踐，包括：

• 覆蓋作物 (Cover Cropping)： 在休耕期種植非經濟作物，保護土壤免受侵蝕，增加土壤有機質。
• 免耕或少耕 (No-till or Minimum Tillage)： 減少耕作，避免破壞土壤結構，減少碳流失。