108 年 國立臺南大學生態暨環境資源學系環境生態碩士班《環境科學概論》

本題主要在探討持久性有機污染物（POPs）的基本概念、常見例子及其在環境中的擴散機制。

(一) 定義持久性有機污染物（POPs）：
持久性有機污染物（POPs）是指那些在環境中不易分解、能夠長距離遷移，並且對生物體產生毒害的有機化學物質。其主要特性包括：

1. 持久性 (Persistence)：在環境中（如土壤、水體、空氣）不易被生物降解、化學降解或光降解，可以存在數年甚至數十年。
2. 生物累積性 (Bioaccumulation)：生物體（特別是脂肪組織）能夠從環境中吸收並在體內蓄積，其在體內的濃度會隨著時間推移而增加。
3. 生物放大性 (Biomagnification)：在食物鏈中，污染物在營養級越高、越頂級的消費者體內，其濃度會呈指數級增加。
4. 長距離遷移性 (Long-range transport)：能夠透過大氣、水流等媒介，從污染源地遷移到偏遠地區，甚至極地區域。
5. 毒性 (Toxicity)：對生物體（包括人類）具有多種不利的健康影響，如致癌、致畸、干擾內分泌、影響免疫系統等。

(二) 五種持久性有機污染物（POPs）：
以下列出五種常見的持久性有機污染物：

1. 戴奧辛 (Dioxins)：通常是在燃燒含氯有機物（如垃圾焚燒、工業製程）時產生，或為某些化學品製程的副產物。
2. 呋喃 (Furans)：與戴奧辛類似，常為燃燒含氯有機物的副產物。
3. 多氯聯苯 (Polychlorinated biphenyls, PCBs)：曾廣泛用於變壓器、電容器等電器中，現已禁用。

本題主要探討內分泌干擾物質（Endocrine Disrupting Chemicals, EDCs）的定義及其對人體健康的潛在影響。

(一) 內分泌干擾物質（EDCs）的定義：
內分泌干擾物質（EDCs）是指外源性化學物質，它們能夠干擾生物體內分泌系統（荷爾蒙系統）的合成、分泌、運輸、結合、作用或清除，進而對生物體產生不利的健康影響。這些化學物質可能模仿或阻斷體內天然荷爾蒙的作用，或影響荷爾蒙的正常代謝與作用途徑。EDCs 的來源非常廣泛，包括某些農藥、塑化劑、工業化學品、藥物、個人護理產品中的成分，以及燃燒過程產生的物質等。

(二) 內分泌干擾物質對人體造成的影響：
內分泌干擾物質的影響範圍廣泛，且可能在低劑量下就產生效應，特別是對發育中的胎兒和兒童。對人體的潛在影響包括：

1. 生殖系統異常：
   • 男性：可能導致精子數量減少、活動力下降、生殖器官發育異常（如隱睪症）、性早熟或性晚熟。
   • 女性：可能影響月經週期、卵巢功能，增加不孕症、子宮內膜異位症、乳癌等風險。

本題旨在探討臭氧（O₃）在不同高度的形成機制及其對人體健康的重要性，這涉及大氣化學與環境科學的基礎知識。

(一) 平流層臭氧與低空臭氧的形成機制：
臭氧（O₃）是一種由三個氧原子組成的氣體，其在大氣中的分布與形成機制在不同高度有顯著差異。

• 平流層臭氧 (Stratospheric Ozone)：
  平流層（約 10-50 公里高空）的臭氧主要透過自然的光化學反應形成，稱為「奧格-佛伊特循環」（Chapman Cycle）。

  1. 氧氣的分解：在高能紫外線（UV-C，波長小於 240 奈米）的照射下，平流層中的氧分子（O₂）會分解成兩個氧原子（O）。
     $O_2 + UV-C \rightarrow O + O$
  2. 臭氧的形成：產生的氧原子（O）會與另一個氧分子（O₂）碰撞結合，形成臭氧分子（O₃）。這個反應需要一個第三者分子（如氮氣 N₂ 或氧氣 O₂）來吸收多餘的能量，以維持反應的穩定。
     $O + O_2 + M \rightarrow O_3 + M$
     （M 代表第三者分子）
  3. 臭氧的分解：臭氧本身也會被紫外線（UV-B，波長 280-315 奈米）分解成氧分子（O₂）和氧原子（O），這個過程與臭氧的形成是動態平衡的。
     $O_3 + UV-B \rightarrow O_2 + O$
     $O_3 + O \rightarrow 2O_2$
     平流層臭氧層主要存在於 15-35 公里高度，是地球天然的紫外線屏障。

• 低空臭氧 (Tropospheric Ozone)：
  低空臭氧，也稱為「對流層臭氧」或「地面臭氧」，存在於離地面較近的對流層（約 0-10 公里高空）。它並非直接由陽光形成，而是人為污染活動的產物，屬於二次污染物。
  其形成機制是複雜的光化學煙霧反應，主要涉及以下步驟：

  1. 氮氧化物 (NOx) 的產生：高溫燃燒過程（如汽車引擎、工業鍋爐、發電廠）會產生大量的氮氧化物（NOx），主要包括一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO₂）。
  2. 揮發性有機物 (VOCs) 的參與：汽車尾氣、工業排放、溶劑揮發、植被釋放等會產生揮發性有機物（VOCs）。
  3. 光化學反應：在陽光（特別是紫外線）的照射下，NOx 和 VOCs 會發生一系列複雜的連鎖反應。其中關鍵的一步是 NO 被氧化成 NO₂：
     $NO + HO_2 \rightarrow NO_2 + OH$
     （HO₂ 由 VOCs 的氧化過程產生）

本題旨在探討農業活動對環境與生態可能造成的衝擊，涵蓋了土壤、水體、生物多樣性等多個面向。

農業活動為了提高產量，經常採用集約化的生產方式，這對環境和生態系統會產生多方面的衝擊，主要包括：

1. 土壤退化與污染：

   • 過度耕作與單一作物種植：長期、密集地耕作，加上不輪作或單一作物種植，會耗盡土壤養分，降低土壤肥力，導致土壤結構破壞，易造成水土流失。
   • 化學肥料濫用：過量施用化學肥料（特別是氮肥）會導致土壤鹽鹼化、酸化，改變土壤微生物的生態，並可能導致地下水或地表水富營養化。
   • 農藥殘留：農藥（殺蟲劑、除草劑、殺菌劑）的濫用會殘留在土壤中，殺死土壤中的有益微生物，影響土壤生態功能，並可能透過食物鏈進入生物體。
   • 機械化耕作的影響：重型機械的壓實會破壞土壤結構，降低通氣性和滲水性。

2. 水資源的過度消耗與污染：

   • 灌溉耗水：農業是全球最大的用水戶，大規模的灌溉（特別是效率低下的灌溉方式）會大量消耗地表水和地下水資源，導致河流斷流、地下水位下降。
   • 農田排水污染：農田中殘留的農藥、化肥（如氮、磷），以及畜牧業產生的糞便污染物，會透過農田排水進入河流、湖泊和海洋，造成水體富營養化，導致藻類大量繁殖（水華、赤潮），消耗水中氧氣，損害水生生物。
   • 農藥與化肥滲漏：未被作物吸收的農藥和化肥會滲入地下水，污染飲用水源。

本題主要探討濕地的定義、分類及其重要功能，是環境科學中關於生態系統的重要概念。

(一) 濕地的定義：
濕地（Wetlands）是指被水淹沒或飽和的土地，其水文條件足以支持水生植物生長，且其土壤特徵或水文條件適合水生環境的區域。根據《拉姆薩爾公約》（Ramsar Convention on Wetlands），濕地的定義非常廣泛，涵蓋了各種永久性或季節性的、流動或靜止的、淡水、半鹹水或鹹水的區域，包括沼澤、溪流、河流、湖泊、海岸帶、珊瑚礁、紅樹林、泥灘、鹽沼、沼澤林、泥炭地等。關鍵在於「水」的存在及其對土地生態系統的影響。

(二) 三種一般常見的濕地型態：
濕地的型態多樣，可以根據水文、植被、土壤等特徵進行分類。以下列舉三種常見的濕地型態：

1. 沼澤 (Marshes)：

   • 特徵：主要由草本水生植物（如蘆葦、香蒲、莎草等）所構成，水深通常較淺，有時會週期性乾涸。沼澤可以是淡水、半鹹水或鹹水。
   • 例子：淡水沼澤（如河口三角洲的蘆葦濕地）、鹽沼（海岸邊受潮汐影響的區域）。

2. 溪流與河流 (Streams and Rivers)：

   • 特徵：流動的水體，是濕地的一種動態形式。水流速度、寬度、深度隨地理環境而異。沿岸常有豐富的植被。
   • 例子：山區溪流、平原河流及其沿岸的河漫濕地。

3. 紅樹林 (Mangroves)：

   • 特徵：生長在熱帶和亞熱帶海岸潮間帶的木本植物群落，具有特殊的適應海水的生理結構（如氣根、泌鹽組織）。它們是重要的海岸防護屏障和生物棲地。
   • 例子：分布於東南亞、澳洲、非洲、美洲等地的紅樹林。

其他常見的濕地型態還包括湖泊、池塘、泥炭地、苔原濕地、紅樹林（雖然前面已列出，但也可獨立作為一種重要型態）、珊瑚礁、海草床等。

本題旨在探討生態系服務（Ecosystem Services）的概念，要求考生對其進行分類、定義與舉例說明。生態系服務是人類從生態系統中獲得的各種益處，是維護人類福祉和可持續發展的基礎。

生態系服務通常被分為四大類：供給服務、調節服務、文化服務和支持服務。

1. 供給服務 (Provisioning Services)

• 定義：指人類直接從生態系統中獲取的物質產品。這些是能夠被消費或使用的實體產物。
• 例證：
  • 食物：農作物、畜牧產品、漁獲、野生漿果、蕈類等。
  • 水資源：飲用水、灌溉用水、工業用水。
  • 生物材料：木材（用於建築、家具、紙漿）、纖維（如棉花、麻）、燃料（如薪柴）。
  • 藥物：許多藥物的原料來自植物、動物或微生物（如從長春花中提取抗癌藥物）。
  • 礦產資源：部分生物材料（如煤、石油）是古代生物遺骸形成的。
  • 基因資源：用於育種、生物技術。

2. 調節服務 (Regulating Services)

• 定義：指生態系統對自然過程的調節作用，這些調節作用對人類福祉至關重要，通常影響著氣候、水流、物質循環和生物體。
• 例證：
  • 氣候調節：森林吸收二氧化碳，有助於穩定全球氣候；濕地和海洋吸收二氧化碳，減緩氣候變遷。
  • 洪水調節：濕地、森林和草原能夠吸收和儲存雨水，減緩洪水；紅樹林能減緩海浪衝擊。
  • 淨化服務：濕地、森林和土壤能過濾污染物，淨化水質和空氣。
  • 侵蝕控制：植被（特別是森林和草地）能固定土壤，防止水土流失。
  • 病蟲害調節：自然生態系統中的捕食者、寄生者能控制害蟲數量，減少對農業的威脅。
  • 授粉服務：昆蟲、鳥類、蝙蝠等為農作物和野生植物授粉，確保其繁殖和產量。

本題旨在定義再生能源（Renewable Energy）的概念。

再生能源的定義：
再生能源是指那些能夠從自然界中不斷獲得補充，且在可預見的未來內不會枯竭的能源。與化石燃料（如煤、石油、天然氣）等有限的、消耗性的能源不同，再生能源的來源是持續不斷的自然過程。

其主要特點包括：

1. 可再生性：來源可不斷補充，取之不盡、用之不竭，或補充速度遠大於消耗速度。
2. 環境友善：相較於化石燃料，再生能源在發電或使用過程中產生的溫室氣體排放量較低，對環境的污染較小，有助於減緩氣候變遷和改善空氣品質。
3. 多樣性：來源多樣，包括太陽能、風能、水力能、地熱能、生質能（生物質能）和海洋能（潮汐能、波浪能）等。