簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 曹文蕙
Tsao, Wen-Hui
論文名稱: 人為活動對淡水河流域溶解氮濃度空間變異之影響
Effects of Human Activities on Spatial Variability of Dissolved Nitrogen Concentration in Danshui River, Taiwan
指導教授: 李宗祐
Lee, Tsung-Yu
郭乃文
Kuo, Nae-Wen
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 地理學系
Department of Geography
論文出版年: 2018
畢業學年度: 106
語文別: 中文
論文頁數: 97
中文關鍵詞: 同位素淡水河基隆河d18Od15N
英文關鍵詞: Nitrogen, isotope, Danshui river, Keelung river, d18O, d15N
DOI URL: http://doi.org/10.6345/THE.NTNU.DG.025.2018.A05
論文種類: 學術論文
相關次數: 點閱:161下載:12
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報
  • 經濟合作暨發展組織發布的政策重點中敘述了水體污染的氮排放到水體的量從2000年到2050年將增加35%-46%。臺灣河川的單位面積溶解無機氮輸出居世界之冠,且主要受到人口密度的影響,但較少針對其污染來源之研究。本研究先以基隆河為例,在2017年10月24日至2018年3月27日間,于基隆地區設置36個測站,每月量測電導度及凱氏氮,探究河川流經都市對水質的影響;再以2009年7月于淡水河全流域所採集之水樣,分析其硝酸鹽之氮氧同位素之空間變異,探究河水中之污染來源。相關研究成果將可提供環境政策制訂時的參考,進一步對河川氮排放量的減少有所貢獻。
    結果發現基隆地區的水質項目中電導度與森林有高度負相關,卻與建築、公共遊憩等土地利用有正相關的趨勢,顯示水中離子濃度變化受到人為活動程度之影響;而在凱氏氮則與人口密度、建築、其他類土地利用在spearman等級相關係數中有相對高的相關性,基隆地區水質的空間變異無明顯趨勢,推測受到污水接管程度之影響,暗示污水接管對改善水質之影響,氮排放量計算結果發現,基隆地區以大武崙、深澳坑溪的單位面積排放量最高。淡水河流域硝酸鹽的氮氧同位素分析結果發現,河水中的硝酸鹽其可能來源主要來自於尿素氮肥、土壤氮及糞便或污水管線三種端源,當集水區人口密度高於50人/平方公里,水質有受到糞便或污水管線來源之影響,反之則主要來自於尿素氮肥或土壤氮,此結果可做為未來環境管理的參考依據。

    OECD had published that the nitrogen flux from land to water will increase by 35%-46% in 2000 to 2050. The yields of dissolved inorganic nitrogen for rivers in Taiwan are among the highest in the world, controlled by the population density. However, there are relatively rare studies investigating the sources of nitrogen in the water. In this study, the Keelung area was firstly used as an example aiming to realize spatial variations in dissolved nitrogen concentration. Monthly water samples were taken at 36 stations from 2017/10/24 to 2018/3/27, and electric conductivity (EC) and Kjeldahl nitrogen (TN) was measured. Second, the basin-wide water samples were taken in Danshui Watershed in 2009/7, and d15N-NO3 and d18O-NO3 were measured to identify the source of nitrogen.
    The results revealed that EC were negatively correlated to forest land use but positively correlated to building and public land use, indicating the contributions of human activities to the ions in river. In terms of the Spearman's rank correlation coefficient, it was found that TN was more positively linked to population density, building, and land use defined as others in the land use map. It was found that the treatment of sewage may be one of the factors reducing the nitrogen concentration in Keelung river. As for the pollution source identified by 15N-NO3 and 18O-NO3, the nitrate in the water mainly came from NH4+ fertilizer, sewage and waste, and soil. When the population density within watershed was more than 50 people/ km2, the signature of sewage and waste can be found in the water. On the other hand, when population density was less than 50 person/ km2, the water quality was more influenced by NH4+ fertilizer and soil.

    目錄 第一章 緒論 1 第一節 研究動機與目的 1 第二節 文獻回顧 2 一、氮循環 3 二、人為活動對河水中溶解氮之影響 5 三、穩定同位素的應用 7 四、氮同位素的混合作用與分化作用 9 五、淡水河與基隆河氮物種相關研究 11 第三節 小結 13 第二章 材料與方法 15 第一節 研究區介紹 15 一、基隆地區 15 二、淡水河流域 22 第二節 採樣策略與樣本分析 25 一、採樣點選擇 25 二、樣本分析 27 第三節 資料分析 30 一、集水區繪製 30 二、人口資料 31 三、土地利用資料 33 四、污水處理率資料 34 五、河川氮通量(Flux)計算 39 第三章 基隆地區河水中溶解氮濃度分析結果 41 第一節 水質之時空變化情形 41 一、電導度隨河口距離之變化 41 二、溶解氮隨河口變化情形 42 第二節 河中溶氧對溶解性無機氮濃度之影響 45 第三節 水質與流域特徵之關係 47 一、水質與人口之關係 48 二、水質與土地利用之關係 50 三、水質與接管率之關係 52 第四節 基隆地區對基隆河氮通量之貢獻 54 第四章 氮氧同位素分析結果 57 第一節 硝酸鹽氮之來源 57 第二節 人為活動對硝酸鹽氮同位素之影響 60 第三節 端源分析結果 64 第五章 結論與建議 67 第一節 結論 67 第二節 建議 67 參考文獻 69 附錄 77 附錄一 基隆地區現場採樣結果 77 附錄二 基隆採樣結果─凱氏氮濃度 86 附錄三 基隆採樣地區人口密度與土地利用比例 88 附錄四 2009年7月淡水河上游採樣氮氧同位素與濃度資料 90 附錄五 2009年淡水河上游採樣點土地利用比例 92 附錄六 2017年10月-2018年3月基隆氣象站雨量 94 附錄七 KL22瑪陵坑溪重金屬檢測結果 95

    內政部營建署下水道工程處(2017):〈全國污水下水道用戶接管普及率及整體污水處理率統計表〉,《內政部營建署》。http://www.cpami.gov.tw。(2017/10/27瀏覽)
    內政部統計處(2018):〈內政統計應用名詞定義─公共工程統計〉,《內政部統計處》。https://www.moi.gov.tw/stat/node.aspx?sn=5173。(2018/8/26瀏覽)
    內政統計查詢網(2018):〈污水下水道系統執行概況─按區域別分〉,《內政部統計處》。http://statis.moi.gov.tw/micst/stmain.jsp?sys=100。(2018/8/26瀏覽)
    交通部中央氣象局(2017):〈2017年基隆氣象站逐日雨量資料〉《交通部中央氣象局》。https://www.cwb.gov.tw/V7/climate/dailyPrecipitation/dP.htm。(2018/4/10瀏覽)
    朱偉正、許拱北(2004):〈由氮氣生成含氮化合物〉,《科學發展》,381,60-63。
    江翌安、藍茜茹、黎德明(2016):〈新穎生物除氮-厭氧氨氧化技術操作應用實例〉,《環境工程會刊》,1:1-9。
    行政院環保署(2016):〈年廢[污]水削減量〉,《行政院環保署環境資源資料庫》。https://erdb.epa.gov.tw/。(2018/4/10瀏覽)
    行政院環境保護署全國環境水質監測資訊網(2018):《環境水質監測查詢》https://wq.epa.gov.tw/。(2018/3/9瀏覽)
    林悅婷(2008):《臺灣西南部關子嶺泥泉之微生物代謝多樣性研究》。臺北:國立臺灣大學海洋研究所碩士論文。
    林憬楠(2017):《基隆河示範河段總量管制之研究》。臺北,國立臺北科技大學土木工程系土木與防災碩士班碩士論文。
    洪若紋(2014):《人為活動對河川生物膜生態系統作用之影響─以基隆河中上游為例》。臺北,國立臺灣大學理學院地理環境資源學研究所碩士論文。
    桃園縣政府水務局(2012):〈鳶山堰水庫蓄水範圍及臨近集水區水質保護設施規劃計畫成果報告〉,《水利署電子書》。http://lib.wra.gov.tw/libebookFlip/2013/1010201065b/index.html#p=134。(2018/4/10瀏覽)
    新北市政府主計處(2017):〈新北市政府水利局預告統計資料發布時間表〉,《新北市公務統計資訊網》。http://oas.bas.ntpc.gov.tw/NTPCT/Page/kcg01_2.aspx?Mid1=382250000G&p=2&y=2017/12/25%20%E4%B8%8A%E5%8D%88%2012:00:00(2018/8/25瀏覽)
    基隆市政府民政處(2017):〈人口統計-歷年人口數〉,《基隆市政府民政處》。https://civil.klcg.gov.tw/tw/Subject/Population2。(2018/4/10瀏覽)
    莊舜堯、陳岳民、王明光、郭幸榮、黃正良、金恒鑣(2005):〈森林疏伐對土壤氮素礦化及硝化作用之影響〉,《臺灣林業科學》,20 (2) : 167-77。
    陳信豪(2015):《利用樹輪穩定氧同位素重建臺灣霧林帶歷史氣候變異》。臺南:國立成功大學生命科學系碩士論文。
    彭宗仁、董奇矗、陳琦玲、汪中和(2008):〈南投名間地下水NO3-之來源與轉化〉,《臺灣農學會報》,9(4):305-325。
    黃元照(2002):《海岸底棲食碎屑蟹類對有機物質來源的選擇利用性:穩定碳、氮同位素分析應用》。臺北:國立臺灣大學漁業科學研究所碩士論文。
    經濟部水利署(2018):〈106年自來水生活用水量統計〉,《經濟部水利署全球網》。https://www.wra.gov.tw/6950/7169/7316/7324/?Page=2&PageSize=15&type=&alias=attribute。(2018/4/10瀏覽)
    廖南維、劉偉裕、林志高(2016):〈新穎厭氧氨氧化生物除氮技術動態〉,《中華技術》,109:134-143。
    臺北市政府主計處(2016):〈臺北市重要統計指標名詞定義〉,《臺北市政府主計處》。http://w2.dbas.taipei.gov.tw/news_weekly/Dic_listN.asp。(2018/8/26瀏覽)
    臺北市政府環境保護局(2016):〈105 年度臺北市水污染源稽查計畫〉,《環保專案成果報告資訊系統 - 環保署》。https://epq.epa.gov.tw/。(2017/9/15瀏覽)
    鄭峻翔(2010):《淡水河口之顆粒性有機碳、氮同位素及溶解性無機氮同位素之研究》。桃園:國立中央大學水文與海洋科學研究所碩士論文。
    賴晃宇、鄭祈全(1997):〈應用地理資訊系統與多變值統計分析與水源涵養保安林之規劃─以臺大實驗林為例〉,《臺灣林業科學》,12(4):421-441。
    英文文獻
    Andersson, K. K., & Hooper, A. B. (1983). O2 and H2O are each the source of one O in NO2-produced from NH3 by Nitrosomonas: 15N-NMR evidence. FEBS Letters, 164(2), 236–240. doi:10.1016/0014-5793(83)80292-0
    Canfield, D. E., Glazer, A. N., & Falkowski, P. G. (2010). The Evolution and Future of Earth’s Nitrogen Cycle. Science, 330(6001), 192–196. doi:10.1126/science.1186120
    Crowe, S. A., Treusch, A. H., Forth, M., Li, J., Magen, C., Canfield, D. E., … Katsev, S. (2017). Novel anammox bacteria and nitrogen loss from Lake Superior. Scientific Reports, 7(1). doi:10.1038/s41598-017-12270-1
    Divers, M. T., Elliott, E. M., & Bain, D. J. (2013). Constraining Nitrogen Inputs to Urban Streams from Leaking Sewers Using Inverse Modeling: Implications for Dissolved Inorganic Nitrogen (DIN) Retention in Urban Environments. Environmental Science & Technology, 47(4), 1816–1823. doi:10.1021/es304331m
    Divers, M. T., Elliott, E. M., & Bain, D. J. (2014). Quantification of Nitrate Sources to an Urban Stream Using Dual Nitrate Isotopes. Environmental Science & Technology, 48(18), 10580–10587. doi:10.1021/es404880j
    Dong, L. F., Sobey, M. N., Smith, C. J., Rusmana, I., Phillips, W., Stott, A., … Nedwell, D. B. (2010). Dissimilatory reduction of nitrate to ammonium, not denitrification or anammox, dominates benthic nitrate reduction in tropical estuaries. Limnology and Oceanography, 56(1), 279–291. doi:10.4319/lo.2011.56.1.0279
    Erisman, J. W., Sutton, M. A., Galloway, J., Klimont, Z., & Winiwarter, W. (2008). How a century of ammonia synthesis changed the world. Nature Geoscience, 1(10), 636–639. doi:10.1038/ngeo325
    Garten, C. T. (1992). Nitrogen Isotope Composition of Ammonium and Nitrate in Bulk Precipitation and Forest Throughfall. International Journal of Environmental Analytical Chemistry, 47(1), 33–45. doi:10.1080/03067319208027017
    Hollocher TC, Tate ME, Nicholas DJD (1981) Oxidation of ammonia by Nitrosomonas europaea. Definitive 18O-tracer evidence that hydroxylamine formationinvolvesa mono-oxygenase. J Biol Chem, 256(21):834–836.
    Hosono, T., Wang, C.-H., Umezawa, Y., Nakano, T., Onodera, S., Nagata, T., … Taniguchi, M. (2011). Multiple isotope (H, O, N, S and Sr) approach elucidates complex pollution causes in the shallow groundwaters of the Taipei urban area. Journal of Hydrology, 397(1-2), 23–36. doi:10.1016/j.jhydrol.2010.11.025
    http://digitalcommons.unl.edu/usdaarsfacpub/262
    Huang, J.-C., Lee, T.-Y., Kao, S.-J., Hsu, S.-C., Lin, H.-J., & Peng, T.-R. (2012). Land use effect and hydrological control on nitrate yield in subtropical mountainous watersheds. Hydrology and Earth System Sciences, 16(3), 699–714. doi:10.5194/hess-16-699-2012
    Huang, J.-C., Lee, T.-Y., Lin, T.-C., Hein, T., Lee, L.-C., Shih, Y.-T., … Lin, N.-H. (2016). Effects of different N sources on riverine DIN export and retention in a subtropical high-standing island, Taiwan. Biogeosciences, 13(6), 1787–1800. doi:10.5194/bg-13-1787-2016
    Keeney, D. R. and Hatfield, J. L., (2008) .Chapter 1. The Nitrogen Cycle, Historical Perspective, and Current and Potential Future Concerns. Publications from USDA-ARS / UNL Faculty. 262
    Kendall C. and McDonnell, J. J., (1998). Isotope Tracers in Catchment Hydrology. Elsevier Science B.V., Amsterdam.
    Kendall, C., Elliott, E.M., and Wankel, S.D., (2007). Tracing anthropogenic inputs of nitrogen to ecosystems, Chapter 12, In: R.H. Michener and K. Lajtha (Eds.), Stable Isotopes in Ecology and Environmental Science, 2nd edition, Blackwell Publishing, p. 375- 449.
    Kuo, N.-W., Jien, S.-H., Hong, N.-M., Chen, Y.-T., & Lee, T.-Y. (2016). Contribution of urban runoff in Taipei metropolitan area to dissolved inorganic nitrogen export in the Danshui River, Taiwan. Environmental Science and Pollution Research, 24(1), 578–590. doi:10.1007/s11356-016-7825-4
    Lee, T.-Y., Huang, J.-C., Kao, S.-J., & Tung, C.-P. (2013). Temporal variation of nitrate and phosphate transport in headwater catchments: the hydrological controls and land use alteration. Biogeosciences, 10(4), 2617–2632. doi:10.5194/bg-10-2617-2013
    Lee, T.-Y., Shih, Y.-T., Huang, J.-C., Kao, S.-J., Shiah, F.-K., and Liu, K.-K.: Speciation and dynamics of dissolved inorganic nitrogen export in the Danshui River, Taiwan, Biogeosciences, 11, 5307–5321, doi:10.5194/bg-11-5307-2014, 2014.
    Lerner, D.N., Yang, Y., Barrett, M.H., Tellam, J.H., (1999). Loading of non-agricultural nitrogen in urban groundwater. In: Ellis, J.B. (Ed.), Impacts of urban growth on surface and groundwater quality, 259, 117–123.
    Lindberg, S. E., Lovett, G. M., Richter, D. D., & Johnson, D. W. (1986). Atmospheric Deposition and Canopy Interactions of Major Ions in a Forest. Science, 231(4734), 141–145. doi:10.1126/science.231.4734.141
    Liu, K.-K., & Kao, S.-J. (2007). A Three End-Member Mixing Model Based on Isotopic Composition and Elemental Ratio. Terrestrial, Atmospheric and Oceanic Sciences, 18(5), 067. doi:10.3319/tao.2007.18.5.1067(oc)
    Mariotti, A., Landreau, A., & Simon, B. (1988). 15N isotope biogeochemistry and natural denitrification process in groundwater: Application to the chalk aquifer of northern France. Geochimica et Cosmochimica Acta, 52(7), 1869–1878. doi:10.1016/0016-7037(88)90010-5
    Mayer, B., Boyer, E. W., Goodale, C., Jaworski, N. A., van Breemen, N., Howarth, R. W., … Paustian, K. (2002). Biogeochemistry, 57(1), 171–197. doi:10.1023/a:1015744002496
    Michiels, C. C., Darchambeau, F., Roland, F. A. E., Morana, C., Llirós, M., García-Armisen, T., … Crowe, S. A. (2017). Iron-dependent nitrogen cycling in a ferruginous lake and the nutrient status of Proterozoic oceans. Nature Geoscience, 10(3), 217–221.
    doi:10.1038/ngeo2886
    Milliman JD, Farnsworth KL (2011) River discharge to the coastal ocean. Cambridge UP, Cambridge
    Naqvi, S. W. A., Lam, P., Narvenkar, G., Sarkar, A., Naik, H., Pratihary, A., … Kuypers, M. M. M. (2018). Methane stimulates massive nitrogen loss from freshwater reservoirs in India. Nature Communications, 9(1). doi:10.1038/s41467-018-03607-z
    OECD (2017) : Diffuse Pollution, Degraded Waters - Emerging Policy Solutions - Policy highlights.
    Rosenzweig, B. R., Moon, H. S., Smith, J. A., Baeck, M. L., & Jaffe, P. R. (2008). Variation in the instream dissolved inorganic nitrogen response between and within rainstorm events in an urban watershed. Journal of Environmental Science and Health, Part A, 43(11), 1223–1233. doi:10.1080/10934520802225190
    Sharp, Zachary. "Principles of Stable Isotope Geochemistry, 2nd Edition." (2017). doi:10.5072/FK2GB24S9F
    Singh, K. P., Malik, A., Mohan, D., & Sinha, S. (2004). Multivariate statistical techniques for the evaluation of spatial and temporal variations in water quality of Gomti River (India)—a case study. Water Research, 38(18), 3980–3992. doi:10.1016/j.watres.2004.06.011
    Takamura, N., Hatakeyama, S., & Sugaya, Y. (1990). Seasonal changes in species composition and production of periphyton in an urban river running through an abandoned copper mining region. Japanese Journal of Limnology (Rikusuigaku Zasshi), 51(4), 225–235. doi:10.3739/rikusui.51.225
    Taylor, G. D., Fletcher, T. D., Wong, T. H. F., Breen, P. F., & Duncan, H. P. (2005). Nitrogen composition in urban runoff—implications for stormwater management. Water Research, 39(10), 1982–1989. doi:10.1016/j.watres.2005.03.022
    Theobald, D. M. (2004). Placing exurban land-use change in a human modification framework. Frontiers in Ecology and the Environment, 2(3), 139–144. doi:10.1890/1540-9295(2004)002[0139:pelcia]2.0.co;2
    Yue, F.-J., Li, S.-L., Liu, C.-Q., Zhao, Z.-Q., & Ding, H. (2017). Tracing nitrate sources with dual isotopes and long term monitoring of nitrogen species in the Yellow River, China. Scientific Reports, 7(1). doi:10.1038/s41598-017-08756-7
    Zeilhofer, P., Lima, E. B. N. R., & Lima, G. A. R. (2010). Land use effects on water quality in the urban agglomeration of Cuiabá and Várzea Grande, Mato Grosso State, central Brazil. Urban Water Journal, 7(3), 173–186. doi:10.1080/1573062x.2010.484496

    下載圖示
    QR CODE