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讓水生生物窒息的綠色殺手——優養化│科基百科

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2021/03/17 ・1248字 ・閱讀時間約 2 分鐘

本文由 民視科學再發現 委託,泛科學企劃執行。

我家門前有小河~裡面綠綠的~哇!眼前這片厚實的綠,莫非代表著無限生機?

才不!以前課本都有學過,這樣的現象稱為「優養化」,主要是由於清潔劑、肥料或穢物等等,對植物來說超級營養的物質流入河川、溪流中,而這些營養物質通常包含等元素。

然而某些熱帶地區的氾濫平原,也可能會因為季節性的洪水氾濫,而將磷酸鹽類通通帶進水裡。

這些超爆營養的物質會使得水體中的「初級生產力」增加,讓藻類啊、浮游性植物啊像發了瘋似的快速生長。

漸漸地,水體的顏色開始改變……紅色綠色黃色褐色,水裡頭總是有許多,許多顏色的彩虹燈!(大誤)

圖為一條發生優養化情形的中國河川。圖/wikimedia

優養化會讓水中的生物漸…漸…窒息……

植物一直長,那不就可以促進光合作用,生成好多好多的氧氣! \ 萬歲 /

修但幾勒!實際上的情況可以說是完全相反啊!如果優養化發生了,首當其衝的便是生物多樣性降低,整個生態系的物種結構、優勢物種全都跟著改變! 

在白天,因為植物數量大增,確實會讓水中的溶氧量增加;不過一旦到了晚上,這些藻類與依附在其中的微生物,會進行大量的呼吸作用,使得水裡的溶氧量急速下降

當溶氧量降到一定程度,水裡的魚、蝦與其他底棲類生物,便會因為缺氧而窒息死亡;如果情況越演越烈,整個水體變成「厭氧」環境的話,便會促進一些可能產生致命毒素的細菌生長,如肉毒桿菌。

讓水體溶氧急劇下降甚至促成有毒細菌生長的優養化,可謂水生生態系殺手。圖/flickr.com

從源頭做好,才是解決優養化問題的關鍵

科學家神通廣大,應該可以挽救吧?!

優養化的發生過程其實頗為漫長,等我們意識到水變得混濁,顏色也不再自然的時候,通常已經回~不~去~了!QAQ

是的,沒錯!一旦我們讓水變得營養滿分,其實很難恢復成原樣。

所以說,從源頭開始做好污水處理、營養鹽消耗,減少含氮、磷等營養鹽在水體中的含量,真的非常重要啊!

錯誤用法:如同七彩霓虹燈的水最漂釀惹ヽ(✿゚▽゚)ノ
正確用法:水流管理做得好,優養化情況自然少

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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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欸害~鱈魚不想死啊!誰來阻止美洲大赤魷!——《下一個物種》
PanSci_96
・2019/07/30 ・2416字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 554 ・八年級

編按:在上一篇〈如果有一天,魚都不見了~世界會變得怎麼樣?——《下一個物種》〉中,我們從加利福尼亞灣的案例得知,由於溶氧極低層的持續擴張,讓美洲大赤魷取代衰退的魚群,成為了海洋的強勢物種。而本篇則會介紹,當美洲大赤魷佔領了海洋後造成了那些後果?這個現象背後的因素和帶來的發現又有哪些呢?

在鱈魚的悲歌中,美洲大赤魷打了一個飽嗝

美洲大赤魷以加利福尼亞灣的燈籠魚為食,不過,牠們或許更喜歡智利、秘魯以及加州北部的鱈魚。所謂「鱈魚」,其實包含了好幾種隸屬鱈科 (cod) 的大型海洋魚類。過度捕撈和缺氧海水壓縮了鱈魚捕撈業的生存空間,南美洲相關當局正為此傷神。加州北部的鱈魚捕撈業尚未受到海水缺氧的問題影響,但那裡的底棲生物可沒這麼幸運。

俄勒岡州和加州外海,溶氧極低層已經往上擴散,並且愈來愈靠近海岸。「溶氧極低層已和大陸棚相交,並往內陸快速移動,就像一條衝破堤岸的河流,」吉利如此說道,「再者,有許多棲居在海洋底部的生物根本沒有移動能力。」

太平洋西北部美洲大赤魷的數量激增,已經衝擊了脆弱的鱈魚捕撈業

舉個例子,二〇〇九年,在鱈魚魚群出沒的區域,出現了大量美洲大赤魷,據聲納探測估計的結果,該區域的鱈魚數量已經無法滿足美國及加拿大兩國的國定配額。

鱈魚是美洲大赤魷眼中的美食。圖/WIKI

在美洲大赤魷出沒的海域深度,鮮少有可以制衡牠的捕食者存在。像鮪魚和鯊魚這類用鰓呼吸的有鰭魚可以下潛至溶氧極低層的上界,但鮮少有魚類可以潛入溶氧極低層,在其中待上夠長的時間,並獵捕魷魚為食。每一年,大白鯊會固定移動到夏威夷,來自史丹佛大學的科學家追蹤大白鯊的活動軌跡後發現,許多大白鯊會停留在途中一處他們戲稱為「大白鯊咖啡館」的中洋區。在這裡,大白鯊反覆下潛至溶氧極低層的上方,牠們是在這裡獵食嗎?這個問題目前尚未解答。吉利認為,這些大白鯊下潛可能是為了獵捕美洲大赤魷,或者是同在這裡出沒的南魷 (Purpleback flying squid) 。

科學家發現大白鯊會重複下潛至溶氧極低層的上方。圖/pixabay

死區、深海散射層的推波助瀾,情況繼續惡化

含有肥料成分的逕流自加利福尼亞灣東北方的海岸流入大海,或許增強了該區域的低氧效應。在美國密西西比河河口、中國長江口、東歐黑海盆地、離開挪威、瑞典與丹麥的斯卡格拉克海峽 (Skagerrak) 、開羅盆地,以及委內瑞拉近岸處,這樣的逕流已經打造出所謂的「死區」。目前,全球死區已超過一百五十處。

死區和溶氧極低層的差異在於,後者是指海岸及中洋環境日光能照射到的最大深度之下,氧氣不足的特定水層。溶氧極低層的縱深介於兩百至七百公尺,科學家測量後發現,過去五十年來,溶氧極低層的氧氣含量下降,垂直及水平的界線都已擴展。

至於日光照射最大深度的水層,又稱為深海散射層 (deep scattering layer) ,二十世紀海軍軍官發現,聲納探測碰到這一層有許多海洋生物聚集的水層時,會得到假性的海床回聲。浮游生物聚集在這裡躲避看得見的捕食者,而浮游生物的食性會耗去水中溶氧,因此形成下方的溶氧極低層。

浮游生物會消耗水中溶氧,促進產生下方的溶氧極低層。圖/BBC

能夠在溶氧極低層生存的海洋生物實屬少數。不過,美洲大赤魷正好是其中之一。進入溶氧極低層的美洲大赤魷,新陳代謝速率會減緩,比起牠們在海洋表面活動時,耗氧量減少百分之二十。特化的鰓使美洲大赤魷以更有效率的方式搜括水中溶氧,追逐獵物時,美洲大赤魷的心臟也不需要狂跳,畢竟牠們的獵物因為缺氧導致行動減緩的程度,遠遠高於美洲大赤魷。「這可不像獅子追逐瞪羚,」吉利說道,「牠們捕起魚來輕鬆多了。」

加州漁業的重要組成分子,一種體型較小的管魷 (common market squid) ,恐怕無法在溶氧極低層生存。吉利研究這兩種魷魚已長達數十年,他相信,溶氧極低層的擴張會導致美洲大赤魷族群繼續擴大。對有鰭魚類而言,這是個壞消息,畢竟體型較大的魚類為了尋找氧氣含量較豐富的水層,早已集中在深度較淺的海域,導致牠們更容易成為商業漁獲的戰利品。在秘魯和智利沿岸,洪保德海流流經的區域,是全球商業漁獲量最豐富的地方,然而溶氧極低層的狀況正發生,使人不禁懷疑漁獲豐富的情景還能存續多久。

歷史總是驚人地相似

這齣發展當中的悲劇,最主要的凶手可能就是氣候變遷。溫暖的海水含氧量較少,氣候變得溫暖,能夠為表層海水攜來氧氣的風也變少了。結果就是海洋分層變得更明顯,海洋表層較溫暖的海水凌駕下方密度較高的冰涼海水,妨礙了水中溶氧的混合。此外,極區的海冰縮減可能減緩海流循環的速度,而海流可以帶來太平洋和大西洋深層含氧較多的海水。兩億五千萬年前的二疊紀大滅絕,大氣層二氧化碳濃度增加,造成地球暖化,導致海中缺氧,九成海洋生物因此死亡。白堊紀大滅絕的主因同樣也是海水缺氧。

當極區的海冰減少時,可能會讓海流循環的速度下降。圖/pixabay

大目鮪、劍魚和鯊魚可以下潛至溶氧極低層之上,但是很少有魚類能夠長期待在溶氧極低層。抹香鯨、象鼻海豹和一些海龜是最常穿梭於溶氧極低層的生物,然而要能夠承受缺氧的生存壓力,生物必須經過極大的適應。對這些能夠穿梭於此的動物而言,溶氧極低層的上界可謂海中一處隱密的寶地,因為這裡海洋生物數量豐富。

——本文摘自《下一個物種》,2019 年 4 月,臉譜出版

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如果有一天,魚都不見了~世界會變得怎麼樣?——《下一個物種》
PanSci_96
・2019/07/29 ・3480字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 534 ・七年級

編按:魚群衰退後將會是哪個物種主掌整個海洋?地球走過 46 億年的生物演替後,生態系依舊瞬息萬變,演化的走向撲朔迷離,我們甚至不清楚現在的地球正面臨何等劇烈的變化,未來的物種的命運又會是如何。《下一個物種》美洲大赤魷的強勢崛起,帶我們一窺海平面下不為人知的故事,並重新思考海洋將來可能的模樣。

曾經的漁獲天堂:加利福尼亞灣

人類活動造成海洋環境變化的事實明擺在眼前,許多變化更是存在已久。位於墨西哥本土和下加利福尼亞半島 (Baja California Peninsula) 之間的加利福尼亞灣就是其中一個最顯著的例子。這裡曾因為擁有豐富的海洋生物,而獲得「下加利福尼亞漁閘」 (Baja Fish Trap) 的美稱。然而,過度捕撈、海洋酸化和暖化,已經改變這片著名海域的生態。曾吸引釣客來此的旗魚、劍旗魚和鯊魚,如今數量急遽減少,改由美洲大赤魷 (Humboldt squid) 和抹香鯨主掌新的生態。

美洲大赤魷似乎逐漸成為加利福尼亞灣的主宰。圖/BBC Earth

這裡的海洋環境依然稱得上原始。開上美國邊境之南的墨西哥一號高速公路,途中景色由火山、山嶽和飽受侵蝕的紅岩組成,穿越連綿的山谷,山谷中有外形如鞭的柱狀福桂樹 (boojum tree) 和巨大的武倫柱 (cardon cactus,一種摩天柱屬的仙人掌) 。邊境以南約八百公里處,海岸山脈的最高峰聳立於此,接著,當山勢走到深受法國文化影響的採礦小鎮聖羅薩利亞 (Santa Rosalía) ,便陡然往加利福尼亞灣的方向下降。六百萬至一千萬年前,下加利福尼亞半島開始和墨西哥本土分離,加利福尼亞灣於焉形成,造就一座地質變化萬千的半島和生物豐富多元的海灣。

下加利福尼亞半島。圖/WIKI

濕潤的晚風挾帶著專屬海洋生物的鹹味,為聖羅薩利亞鎮帶來涼意,此時漁民正前往碼頭準備上船,展開夜間捕撈作業,這是我最近一次造訪當地的記憶。來自史丹佛大學霍普金斯海洋研究站 (Hopkins Marine Station) ,人高馬大、親切和善,身懷許多有趣故事的生物學家威廉.吉利 (William Gilly) ,帶領一群研究生,跟著漁民同行出海。那時正值九月,每年此時,大自然給加利福尼亞灣的饋贈就是成群的鮪魚、劍旗魚和鯊魚,但近年來,魚群數量大幅下降。

魚群消失後,聖羅薩利亞鎮漁民的新歡是?

如今,聖羅薩利亞鎮的漁民改為追捕美洲大赤魷,牠們已然取代加利福尼亞灣的旗魚。漁民的捕撈作業依舊,只不過從黎明出海改為夜幕降臨後才出海。日落時分,我看著當地漁民加入潘加船隊 (pangas) ──潘加船是一種長近七公尺的小艇,搭載舷外引擎──從沙質海岸出發。當船隊在外海一點六公里處排成一列,加利福尼亞灣的海水也正好由藍轉黑,船上的有色燈泡在傍晚的陰影中閃閃發亮。漁民在手釣線上綁著會發出螢光鈎子,鈎上誘餌,用來釣魷魚。

由於聖羅薩利亞鎮漁民的目標改為美洲大赤魷,因此出海時間也延後至日落黃昏時。圖/pixabay

這些小艇說明了當地從事小型漁業捕撈活動的漁民愈來愈多,除了船尾那具引擎,他們鮮少依賴現代商漁業所使用的硬體設備。他們在下加利福尼亞半島沿岸外海未受規範的漁場,利用原始工具從事漁業。過去十年來,墨西哥漁業每年收獲五萬至二十萬噸的美洲大赤魷,主要都來自加利福尼亞灣,多數銷往中韓兩國。

美洲大赤魷英文俗名為 Humboldt squid ,乃是根據洪保德海流 (Humboldt Current) 而來。洪保德海流自智利最南端起,沿著南美洲西岸往北流動至秘魯北端。據信,下加利福尼亞半島的美洲大赤魷原本生存在南美洲外海的太平洋海域,而牠們究竟在何時來到下加利福尼亞半島附近的海域,至今仍是個謎。過去的歷史中,有少數幾起美洲大赤魷的目擊記錄發生在加拉巴哥群島以北的海域。

美洲大赤魷 (學名 Docidicus gigas) 不只入侵加利福尼亞灣,還沿著太平洋海岸向北擴散,遠至阿拉斯加,並沿著赤道向西擴散至夏威夷群島。

是誰扼殺了魚群,又推了美洲大赤魷一把?

二十世紀末,海洋中的有鰭魚類,如鮪魚、鯊魚、鰭魚和劍旗魚開始消失,美洲大赤魷似乎頂替了牠們在海洋中留下的空缺。魷魚的生命遠比其他魚類短,很少超過一年半。此外,魷魚的生殖效率高,面對漁業帶來的壓力時,比起生殖效率沒這麼高的魚類,魷魚的族群能夠更快回復。不過,吉利認為還有更重要的因素:魷魚較能適應低氧海水擴散的問題。這個海洋環境中的新興問題,或許是助長魷魚族群增長的推手。

有鰭魚類魚群開始消失,如鯊魚。圖/pexels

低氧海水區促進加利福尼亞灣的美洲大赤魷生物量 (biomass) 增加,這是氣候變遷造成的後果,原因很可能是因為海洋環流減少。低氧區和死區 (dead zone) 不同,死區是因為農業逕流流入海中而形成,但兩者同時發威將會帶來更嚴重的效應。能在低氧海水中存活的物種並不多,然而,這些低氧環境足以讓物種大量繁殖。各位看看,這不就是及時行樂的世代寫照嗎?能夠容忍有毒環境的少數物種,即將接掌世界,只不過把環境換成海洋罷了

因銅礦開採而促成的海洋監測計畫

十九世紀末,聖羅薩利亞發展為開採銅礦的重鎮,一九二〇年代後,銅礦開採殆盡,繁榮光景也隨之沒落。一八九七年,因興建巴黎鐵塔而聲名大噪的居斯塔夫.艾菲爾 (Gustave Eiffel) 在法國小鎮中心蓋了一座教堂,教堂拆解後,運到聖羅薩利亞鎮重新組裝,說明了這個採銅重鎮當時的財力多麼雄厚。如今,相較於更南方的瓦雅塔港 (Puerto Vallarta) 或阿卡普科 (Acapulco) ,這裡少了炫彩的燈光、酒吧或觀光景點。

近來,開採老舊礦床的新技術問世,聖羅薩利亞的銅礦再度復興。吉利想要知道,如果採礦設備重新運作,會帶來怎樣的長期影響。只不過,這次的礦業復興規模將遠大於十九世紀末,礦工將運用更大型的設備,在早已開採過的地層中,挖掘為數不多的銅礦。

聖羅薩利亞的礦業復興,正好促成了城鎮的海洋監測計畫。圖/wiki

吉利執行的計畫是在新礦床及其周邊地區,還有位於城鎮北方約三十公里處,一個較受保護的地區,監測潮間帶貝類生物的族群。吉利說道:「如果重新開採銅礦會干擾聖羅薩利亞外海的海洋環境,這項監測計畫的目的就是偵測這些擾動。我們很幸運,能夠在重大變化發生之前,就開始執行監測計畫。」近年,當地興建了一間科技學院,吉利就和這裡的學生一起合作。

溶氧極低層擴張中:喘不過氣的熱帶魚群

不過,此處及世界各地深海區的含氧量變化才是吉利最大的擔憂。他提到一篇德國基爾大學海洋物理學專家羅特.席塔瑪 (Lothar Stramma) 發表的期刊論文,席塔瑪在二〇〇八年主導一項研究,分析太平洋、大西洋和印度洋中六個不同地點的海域含氧量。結果發現,多數地點的低氧海水量都有明顯增加的趨勢,這些低氧區也就是所謂的溶氧極低層 (oxygen minimum zone) ,溶氧量已低於許多海洋生物的致死閾值。在東太平洋,溶氧極低原是一種自然現象,發生在海水上層,而今卻已朝各個方向蔓延至全球海洋。科學家認為,這是全球暖化帶來的改變。

溶氧極低層限制了熱帶海魚──如旗魚和鮪魚──的生存深度,將其棲地壓縮至海洋表層的狹小空間,導致牠們更容易被人類捕撈。

一般而言,太平洋的溶氧極低層的溶氧量較大西洋為低。德國海洋物理學家席塔瑪表示,二〇〇八年的研究中,大西洋溶氧值最低為飽和度百分之四十 (海洋表面為百分之百),太平洋溶氧極低層的溶氧飽和度則接近零。

這為海洋生物帶來嚴重後果。根據吉利的說法,當海水中的溶氧值只有百分之十,微生物無法利用氧氣、無法進行含氮化合物的新陳代謝,於是釋出威力強大的溫室氣體──硝酸鹽。吉利表示,「溶氧值為零的時候,微生物開始進行含硫酸鹽離子化合物的新陳代謝,並釋放硫化氫,造成致命影響。」二疊紀大滅絕期間,有幾處海洋因為失去海流循環,因而成了一灘死水。史密森尼研究院的厄文認為,出現在大氣中的硫化氫,很可能就是當時造成生物死亡的主要凶手之一。

——本文摘自《下一個物種》, 2019 年 4 月,臉譜出版

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若大禹再世(二):森林保育 治水,從頭開始!
陳妤寧
・2014/12/20 ・3959字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 518 ・六年級

採訪編輯 / 陳妤寧

本文由科技部補助,泛科學獨立製作

林業試驗所集水區經營組黃瓊彪組長(圖片來源:作者自攝)
林業試驗所集水區經營組黃瓊彪組長(圖片來源:作者自攝)

水土保持牽涉的面向廣袤,如果聚焦於「上游」來研究集水區經營對水災、土石流的影響,森林專家對此會有什麼觀點?本篇專訪中,林業試驗所集水區經營組的黃瓊彪組長,扎實地解釋了集水區經營森林的學問、森林又如何影響逕流和崩塌;治山與治水何者為先?而台灣的環境保護策略又有什麼盲點?即便是在風調雨順之年,臺灣人也不能淡忘土石流帶來的危機。

林業試驗所有鑑於自光復初期至民國70年之間,台灣的水土保持問題日益加劇,故而於民國76年設立了「集水區經營系」,專門從事集水區水土資源保育之試驗研究工作。其下有森林水文研究室、水化學研究室和防災研究室,森林水文研究室負責森林土地上的水文氣象,水化學研究室著重於水質在自然與人為情況下的變化,而防災研究室關注於因自然或人為因素所造成的土壤沖蝕及崩塌問題。

試驗集水區的研究方法

黃組長解釋,「集水區」作為一個土地單元,範圍是隨出水口的定義而變化的;出水口可以定義在水系上的任何節點,而該節點上游以上所涵蓋的流域,即為其「集水區」。因此集水區可大可小,規模可以大如淡水河流域,也可以小如石門水庫集水區。或著根據不同的用地性質,定義農地集水區、森林集水區、水庫集水區、都市集水區(例如愛河)等等。

林業試驗所會在特定的小範圍集水區內進行試驗,觀察試驗前後水土特質的變化。例如在兩個先天條件非常類似的集水區進行控制組和對照組的實驗,即所謂「駢對集水區」。首先蒐集降雨、逕流等各種基本資料,再於控制組進行伐木或造林的試驗,觀察水質會如何變化?逕流量會增加或減少?而對照組的功能在於凸顯控制組呈現出的變化、排除實驗變項以外的自然變化。

由於林業試驗所的所轄範圍不大,試驗集水區的面積約在數十公頃以內(1平方公里=100公頃)。雖然可試驗的範圍小,但對於掌握土壤和水文特性較為容易,在調查降雨量、逕流率、滲透量、幹流量等不同參數之後,再以「由小見大,具體而微」的方式,乘上轉換率來推算大規模集水區的狀況。轉換計算除了面積要素之外,也會納入大小集水區之間集流時間、洪峰時間的差異。

逕流量大還是小才是好?

森林可以增加保水能力,這是大家都知道的常識。不過除了滯留雨水的功能之外,樹木自身的生長也會消耗大量水份。當珍貴的水資源從天而降時,究竟應該優先餵給森林,還是索性鋪上塑膠布、搶在雨水滲入土壤之前蒐集100%的雨水供人類使用?

林業試驗所在埔里的蓮花池研究中心曾研究小規模「皆伐」(指全數砍伐)對集水區的影響,結果年度逕流量增加約20%。不過不僅流出的水量增加,每小時的尖峰逕流量也增加了,這代表水來的快去的也急,加劇溪水暴漲、土壤沖蝕。相反地,在樹木覆蓋率較高的集水區,尖峰逕流量的上升下降曲線較為平緩,意即在暴雨之後釋出的逕流量緩慢而長久,到一週後仍有適量的逕流釋出,這樣的形態很適合人類取水使用。森林的逕流率大約是在 50% 至 75% 之間,如果是草生地視狀況其逕流率約比森林地區稍高。若經人為開發或形成崩塌地,其逕流率可上升至 85% 至 100%。

我們也許會希望可以一網打盡每次降下的水資源,但水庫不一定具有相應的儲備容量。為此,颱風來臨前水庫必須估算預先洩洪的程度,即使雨後無法儲存到預期中的水量,也必須這麼做以防止溢壩危機。雖然洩洪聽來令人惋惜其中的水資源,但其實洩洪也兼具了排沙的好處,而且近年來預測技術的進步已經讓洩洪量的估算越趨精準。

水土保持之間的交互作用

如果尖峰逕流量極端化,不僅對人類集水用水不利,對於自然環境也有許多負面作用。首當其衝的便是因劇烈沖蝕引起的土壤劣化問題。黃組長解釋,土壤的形成需要上百萬年才能累積兩、三公分,但被暴雨沖走卻只需要一、兩分鐘。

土壤沖蝕引起的後遺症可說是牽一髮而動全身,除了下游淤塞、水庫優養化,土壤中有養分的腐植質也會被帶走,當農地土壤失去了生產力,伴隨而來的往往是為生產而大量使用肥料和農藥。肥料只能為土壤帶來暫時的表面養分,植物沒有良好的抵抗力,於是農藥也隨之加入,衝擊當地生態。黃組長表示,原本在海拔七、八百公尺以下才會出現的小果蠅,現在 3000 公尺的高山也開始現身了,就是跟著做為肥料的雞糞一起上去的。「阿里山的山葵種植地一整片白白的,就是混了雞羽毛的雞糞肥。」

水和土之間的問題複雜交織,那麼從人類的角度而言,究竟治山還是治水優先?黃組長認為,水的「個性單純」:哪兒有路就往哪走,沒路可走自然氾濫成災。但在有人類活動的地方,不論是建物、道路或是農地都可能阻斷水路;因此,若先處理土地利用的問題,不過度開墾、不逆水性而行,水的問題自然可獲得解決。

那麼,上中下游應該優先治理哪個區塊?黃組長認為從上游下手才是「治本」的作法,如果上游已經崩塌得一塌糊塗,那麼下游只能把堤防越建越高,消極抵擋洪水和泥沙。以八八風災後的林邊溪為例,河床一夕之間增加十幾公尺,都是從山上崩塌而來的土沙堆積而成。興建堤防,可謂防不勝防。有些沿海地區地層下陷嚴重,例如屏東林邊鄉一帶沿海地區,有些地段之地勢已經比海平面更低,這種時候一旦下游發生破堤將更加危險,「低窪地區瞬間就會變成滯洪池」。

森林經營的學問

森林為何要經營?既然森林無限好、不是種越多樹越好嗎?事實上,為了預防崩塌,有些條件好的林地反而更需要經營、甚至「疏伐」。黃組長解釋,很多樹木生長良好的天然林,反而是暴雨來臨時崩塌得最劇烈的地方!這是因為天然林往往都位處坡度平緩、土壤深厚、養分和水份都充足的地方,在森林規模尚小時一切平安,但當林木和根系的重量逐漸累積使得土壤「超載」,一旦此時發生地震或強降雨,就容易發生超大型崩塌,規模更甚「每次都會崩一點」的過度開墾區。像八八風災的小林村、五峰鄉,都是這類深層滑動型崩塌的例子,其中當然脆弱而破碎的地層結構,也是重要禍首之一。

為了處理「不崩則已,一崩驚人」的林地,當樹木長到過於密集時應進行「疏伐」,增加平均每棵樹可生長的面積,或著以「擇伐」除去部分不健康的樹木,促進整體森林的健康生長。而砍伐掉的樹仍然有其經濟價值,例如做為紙漿用材。黃組長表示,森林對水源地保育固然有無上的價值,但只要能永續經營,按照適宜性區分土地的不同用途,林地仍然可以發揮其經濟價值,提供人類使用。但在某些保留區,樹木種類的經濟價值其實不高,反而具有生態多樣性的保育價值,例如福山植物園。

另一方面,為了處理水庫面臨的水質難題,翡翠水庫從一開始就規劃且嚴格執行「水庫保護帶」具體的經營管理辦法:在水庫滿水位以上的集水區四十公尺的水平距離內範圍,全部劃設為保護帶並密植造林,建立過濾緩衝帶,已經有效減少將近九成的泥沙、農藥或其他污染物,水質全台第一。

經濟發展和環境保護的「雙輸」

臺灣的年降雨量(高達2515mm)事實上約為全球平均的 3 倍,但是坡陡流急的地理條件使得大部分的降雨直接流入海中,同時因為地狹人稠,臺灣的每人每年所分配到的水資源(降雨量*國土面積/人口數)僅有 3,950 立方公尺,約為全球平均的七分之一而已。

為什麼臺灣的水資源如此匱乏、每人可用水量約為全球平均的七分之一,大家仍然若無其事?黃組長強調:「太便宜的水價有很大的責任。現在一噸的原水只要七、八元,如果一瓶 500ml 的礦泉水以十五元計算,同樣的水量價格至少要三萬元。七、八元和三萬元之間的落差令人匪夷所思。而某些食品服務業從開工打開水龍頭之後,為了『衛生考量』一整天都不會再關上,水價補貼的政策亟需重新設計思考。」

犧牲自然環境,其實未必會為經濟發展帶來好處。黃組長說,在民國 80 到 83 年他擔任福山植物園分所長時,烏來福山村與宜蘭員山鄉的哈盆溪谷地,一度面臨開發危機。「哈盆溪是原生林帶,而南勢溪是大台北最後的水源地。如果翡翠水庫仰賴的北勢溪不敷使用,那麼南勢溪就是最後不得已的唯一水源了。」如果開拓了連接烏來福山村與宜蘭員山鄉之間約五十多公里長的公路,台北人可以更便利的到宜蘭遊玩,員山居民也望可賺一筆觀光財。「但事實上這段路不過五十多公里,遊客迅速的經過後就可直接到夜生活更為發達的宜蘭市或礁溪鄉住宿,山林除了垃圾、噪音和空氣污染之外,能夠獲得的經濟利益恐怕微乎其微。」

黃瓊彪組長主張以科學的作法,有條件也有效地開發土地、讓地盡其利,同時也不希望社會為了短期利益,忽略未來大自然反撲時,對於身家財產、產業經濟更難以計算的災害。假若開發自然環境可獲得的經濟產值為五億元,當水土保持崩潰、水資源受污染、土壤崩塌,造成的災害恐怕連五百億都不只。差別僅在於後者由全體納稅人共同承擔,和口袋裡的錢相比容易讓人麻痺。山坡地濫墾濫伐帶來的災害,全面地影響著我們的生命安全、生活品質、以及經濟收入,無人能自外而獨善其身。(本文由科技部補助「新媒體科普傳播實作計畫─重大天然災害之防救災科普知識教育推廣」執行團隊撰稿)

 

本文原發表於行政院科技部-科技大觀園「專題報導」。歡迎大家到科技大觀園的網站看更多精彩又紮實的科學資訊,也有臉書喔!

責任編輯:鄭國威|元智大學資訊社會研究所

 

若大禹再世系列專題:

陳妤寧
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熱愛將知識拆解為簡單易懂的文字,喜歡把一件事的正反觀點都挖出來思考,希望用社會科學的視角創造更宏觀的視野。

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讓水生生物窒息的綠色殺手——優養化│科基百科
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2021/03/17 ・1248字 ・閱讀時間約 2 分鐘

本文由 民視科學再發現 委託,泛科學企劃執行。

我家門前有小河~裡面綠綠的~哇!眼前這片厚實的綠,莫非代表著無限生機?

才不!以前課本都有學過,這樣的現象稱為「優養化」,主要是由於清潔劑、肥料或穢物等等,對植物來說超級營養的物質流入河川、溪流中,而這些營養物質通常包含等元素。

然而某些熱帶地區的氾濫平原,也可能會因為季節性的洪水氾濫,而將磷酸鹽類通通帶進水裡。

這些超爆營養的物質會使得水體中的「初級生產力」增加,讓藻類啊、浮游性植物啊像發了瘋似的快速生長。

漸漸地,水體的顏色開始改變……紅色綠色黃色褐色,水裡頭總是有許多,許多顏色的彩虹燈!(大誤)

圖為一條發生優養化情形的中國河川。圖/wikimedia

優養化會讓水中的生物漸…漸…窒息……

植物一直長,那不就可以促進光合作用,生成好多好多的氧氣! \ 萬歲 /

修但幾勒!實際上的情況可以說是完全相反啊!如果優養化發生了,首當其衝的便是生物多樣性降低,整個生態系的物種結構、優勢物種全都跟著改變! 

在白天,因為植物數量大增,確實會讓水中的溶氧量增加;不過一旦到了晚上,這些藻類與依附在其中的微生物,會進行大量的呼吸作用,使得水裡的溶氧量急速下降

當溶氧量降到一定程度,水裡的魚、蝦與其他底棲類生物,便會因為缺氧而窒息死亡;如果情況越演越烈,整個水體變成「厭氧」環境的話,便會促進一些可能產生致命毒素的細菌生長,如肉毒桿菌。

讓水體溶氧急劇下降甚至促成有毒細菌生長的優養化,可謂水生生態系殺手。圖/flickr.com

從源頭做好,才是解決優養化問題的關鍵

科學家神通廣大,應該可以挽救吧?!

優養化的發生過程其實頗為漫長,等我們意識到水變得混濁,顏色也不再自然的時候,通常已經回~不~去~了!QAQ

是的,沒錯!一旦我們讓水變得營養滿分,其實很難恢復成原樣。

所以說,從源頭開始做好污水處理、營養鹽消耗,減少含氮、磷等營養鹽在水體中的含量,真的非常重要啊!

錯誤用法:如同七彩霓虹燈的水最漂釀惹ヽ(✿゚▽゚)ノ
正確用法:水流管理做得好,優養化情況自然少

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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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