112 年 國立臺灣大學生物環境系統工程學系碩士班乙組《環境科學概論》

本題主要在測試考生對於環境科學中幾個基本且重要的名詞的理解程度。

(1) 優養化 (Eutrophication)：
優養化是指水體（通常是湖泊、河流或沿海區域）中，氮 (N) 和磷 (P) 等營養鹽含量過高，導致藻類及其他水生植物過度生長，進而引發水體生態系統失衡的現象。
主要原因包括：

• 農業活動：肥料（含氮、磷）流入水體。
• 工業及生活污水：未經妥善處理的污水中含有大量的營養鹽。
• 畜牧業廢水：動物排泄物富含氮、磷。
  當藻類大量繁殖（藻華）並死亡分解時，會消耗水中的溶解氧，導致魚類及其他水生生物缺氧死亡，嚴重影響水質及生態功能。

【答案】優養化是指水體中營養鹽（主要是氮和磷）含量過高，導致藻類及其他水生植物過度生長，進而引發水體缺氧、生物死亡等生態失衡現象。

(2) 生物濃縮 (Biomagnification)：
生物濃縮是指某些污染物（如重金屬、持久性有機污染物 POPs）在生物體內不易代謝或排出，隨著生物體攝食行為，在食物鏈的各個營養階層中，污染物濃度逐級累積，使得位於食物鏈頂端的生物體內污染物濃度遠高於其食物來源的濃度。

本題分為兩部分，第一部分考驗對目前二氧化碳濃度的認知，第二部分則要求列舉減緩溫室氣體排放的技術。

首先，關於目前大氣層中二氧化碳的濃度：
由於全球暖化趨勢，二氧化碳濃度持續上升。截至 2023 年，全球平均二氧化碳濃度已超過 420 ppm (parts per million)。這個數值會隨時間略有變動，但通常會引述近期測量值。

【答案】目前大氣層中二氧化碳濃度已超過 420 ppm。

其次，減緩溫室氣體排放的三種技術：
減緩溫室氣體排放的技術可從源頭減量、提高能源效率、發展再生能源、碳捕捉與封存等方面著手。以下列舉三種常見且重要的技術：

(1) 發展再生能源 (Renewable Energy Development)：
這是最直接且關鍵的減碳策略之一。透過發展太陽能、風力、水力、地熱、生質能等再生能源，取代傳統依賴化石燃料（煤、石油、天然氣）發電的方式。由於再生能源在發電過程中幾乎不產生二氧化碳，能大幅降低能源部門的溫室氣體排放。

本題主要探討「生物監測」的概念、原理及其在環境監測中的應用。

首先，解釋生物監測的原理：
生物監測 (Biomonitoring) 是利用生物體對環境中污染物或環境變遷的反應來評估環境品質的一種方法。其原理基於以下幾點：

• 生物體對環境因子敏感：許多生物體（尤其是指示物種）對於環境中的化學物質、物理變化（如溫度、pH 值）或生態壓力具有高度的敏感性。
• 生物累積性：部分污染物容易在生物體內累積，其體內的濃度可反映環境中該污染物的長期平均濃度，甚至累積至相當高的程度。
• 生物累積效應：污染物在生物體內的累積可能導致生理、生化或形態上的改變，這些改變可以被觀察和量化。
• 指示物種：某些生物對特定環境條件或污染物極為敏感，其出現、消失、數量變化或生理狀態的改變，可作為環境變遷或污染的指標。
• 生態系統的整合性：生物體處於生態系統中，其狀態反映了整個環境的綜合影響，包括多種污染物和環境因子。

簡單來說，生物監測就是「讓生物替我們說話」，透過觀察生物的健康狀況、族群結構、生理反應或污染物含量，來推斷環境的品質。

【答案】生物監測的原理是利用生物體對環境因子（如污染物、氣候變化）的敏感性、累積性及反應，透過觀察生物的生理、生化、形態變化或族群結構的改變，來評估環境品質或監測環境變遷。

其次，列舉一種生物監測技術於環境品質監測：
這裡有許多可能的例子，例如：

本題要求說明肥料的重要成分及其對環境的衝擊，這與農業環境科學緊密相關。

首先，說明肥料中重要之成分：
肥料是提供植物生長所需養分的物質。植物生長必需的元素眾多，但其中有三種是「大量元素」(Macronutrients)，對作物產量影響最大，因此是肥料中最重要的成分，稱為「三要素」。

• 氮 (N)：是構成蛋白質、核酸（DNA, RNA）及葉綠素的重要成分，對植物的葉片生長和光合作用至關重要。
• 磷 (P)：參與能量代謝（如 ATP）、核酸合成、種子發育，對根系生長、開花結果及產量與品質有重要影響。
• 鉀 (K)：參與植物體內的水分調節、酵素活化、光合作用產物的運輸，對植株的抗逆性（抗旱、抗病）及果實品質有重要作用。

除了三要素，還有其他中量元素（如鈣 Ca, 鎂 Mg, 硫 S）和微量元素（如鐵 Fe, 錳 Mn, 鋅 Zn, 銅 Cu, 硼 B, 鉬 Mo）。但題目問「重要之成分」，通常指的就是這三大要素。

【答案】肥料中最重要的成分是三大主要營養元素：氮 (N)、磷 (P) 和鉀 (K)。氮是構成蛋白質和葉綠素的基礎；磷對能量代謝、根系發育和種子發育至關重要；鉀則參與水分調節、酵素活化和抗逆性。

本題考驗考生對「生態系服務」概念的理解，並能將其應用於「農業」領域，列舉具體功能。

首先，理解「生態系服務」的概念：
生態系服務 (Ecosystem Services) 是指生態系統（包括生物、棲地、過程）為人類提供的、對人類生存和福祉至關重要的各種利益。這些利益包括：

• 供應服務 (Provisioning Services)：如食物、淡水、木材、纖維、藥材等。
• 調節服務 (Regulating Services)：如氣候調節、洪水控制、病蟲害防治、水質淨化、碳封存等。
• 文化服務 (Cultural Services)：如美學價值、精神慰藉、休閒娛樂、教育科研等。
• 支持服務 (Supporting Services)：為其他三類服務提供基礎的過程，如養分循環、土壤形成、授粉、初級生產力等。

「自然為本的解決方案」(Nature-Based Solutions, NBS) 則是利用生態系統的恢復或可持續管理，來應對社會挑戰，例如氣候變遷適應與調適、災害風險降低、水安全、糧食安全、人類健康及可持續經濟發展。

其次，列舉4種「農業」生態系服務之功能：
農業活動本身就是一種利用生態系統的過程，同時農業生態系統也提供多種生態系服務。以下列舉四種農業生態系服務的功能：

(1) 糧食生產 (Provisioning Service)：
這是農業最基本、最核心的功能。農業透過耕作、畜牧、漁業等活動，直接生產出供人類食用的糧食（穀物、蔬菜、水果）、肉類、蛋、奶、魚類等，滿足人類的食物需求。