FWS人工溼地氮遷移循環之情境模擬研究

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1、學術天地FWS人工溼地氮遷移循環之情境模擬研究陳鈞華(1)、宋建明(2)、甘俊二(3)(1)屏東科技大學土木工程系副教授、水利技師(2)屏東科技大學土木工程系博士生(3)七星農田水利基金會董事長、水利技師摘要本研究在於利用FWS人工濕地中，氮在6個環境子系統之間流動，建立氮環境循環平衡模式，模擬10週、20週、0.5、1、1.5、2、2.5、3~10年變化，推估濕地氮循環(nitrogencycle)大致約3.026年為氮量由大變小變化最大的時候，評估其為此人工濕地氮循環穩定的臨界時間點。並模擬夏季時，挺水植物香

2、蒲大量生長數量變為5倍時的前後比較，根據模擬結果可供人工濕地規劃設計者參考。關鍵詞：FWS人工濕地、氮循環、浮水植物。一、研究動機目的薛銘童於2009年指出指出大氣二氧面濕地系統為模擬天然濕地之水文系統。化碳濃度增加僅是造成氣候變遷的其中一在這些濕地中，水從進流口流經土壤表面個原因。根據目前的科學研究顯示，造成再流至出流口，或者在極少數中，水會全全球環境變遷及氣候暖化等問題的來源有部蒸散或滲透到濕地中。於全球的價值則三：（一）大氣二氧化碳濃度增加；（二）在於在氮循環、硫循環及碳循環之中，濕氮的生物地質化學循環改變

3、以及（三）土地是一個很重要的因子，以維持大氣中氮陳鈞華、宋建明、甘俊二︽地利用／土地覆蓋的改變。這當中，氮的氣、硫化物及二氧化碳的平衡。濕地的價生物地質化學循環改變是當前台灣政府及值及功能有許多，而濕地的各項功能會彼科學界較少重視的領域。基於國人近年此互相影響，包括涵養水量及飽和水層的來，已逐漸了解濕地在生態上的重要性，深度會影響植物的生長情形，此外，pH尤其對保護沿岸濕地為候鳥棲息地特別重值、溫度及營養鹽的成分也幾乎天天發生視，然而濕地尚有淨化水質的特殊功能。變化，且深受到日照陽光的影響。在濕地循環之情境若經二

4、級以上處理過之廢污水，再經濕地的內部，因植物相的豐富，土壤中微生物FW處理淨化後，其放流水可考慮回收再利用的活躍，再加上擁有充足的水源，造成濕S人工溼地氮遷移之可行性，以達到水資源永續利用的目的。地兼具有淨化水質的功能。利用濕地本身模擬研究濕地處理的技術開始於天然濕地被併的物理性作用（過濾、沉澱及吸附等作為廢水處理系統的一部份。一般而言，有用）、化學性作用（氧化還原、化學沉澱、兩個淺水植物生態系統被用來淨水水質處化學吸收、離子交換及錯合作用等反應過︾理：自由表面系統和地下流系統。自由表程）及生物性作用（微生物的生

5、物分解、135學術天地同化作用及植物吸收同化等作用）。二、材料及方法氮是空氣中最重要的組成之一，佔79大部分會氧化成硝酸態氮，此一有機物％。氮不能被生物直接利用，必須轉化成質轉變成無機物質的過程稱為礦化作用氨（NH3）、亞硝酸態及硝酸態才能為植(mineralization)，這是植物吸收土壤氮的物所吸收。從大氣中有三種方式將氮固主要來源。反之，如果是自營菌吸收無定：(1)自然界雷電作用成為硝酸態。(2)機態氮而將氮轉變成蛋白質等有機物以工業在高溫、高壓下，將氮與氫合成為氨合成細胞之過程稱為固定化作用氣：(3)生

6、物固氮作用。許多豆科植物進(immobilization)。行固氮作用，形成NH3。由氨往相反的方2.銨態氮向，經過硝化作用（nitrification）及脫氮作銨離子可藉由陽離子交換作用而被吸附用（denitrification）可以產生氣態的N2、在粘粒表面，尤其當土壤有2:1型粘土N2O及NO。其中硝化作用係自營性的硝化礦物(如蒙特石與蛭石)時，銨離子會進細菌將NH3轉化成，再化為。可被植物吸入其層間，此謂之銨固定作用收亦可能自土壤中淋溶，流入地下水中。(ammoniumfixation)，被釋出而使植物在

7、土壤中缺氧狀態下，細菌可將吸收的素率非常慢。3-2-NO→NO→NO→N2O→N2，此過程是為脫在乾燥的高pH值環境下，銨離子會與氮作用。整個氮循環即由上述的氮固定、氫氧根離子結合而變成氨氣以致散逸至硝化作用及脫氮作用所組成。大氣中而影響空氣品質，謂之氨揮發作2.1氮循環－來源與分佈說明用(ammoniavolatilization)。此一氨揮發陸域生態系(terrestrialecosystems)中現象特別在下列情況時較為嚴重:1)粗陳鈞華、宋建明、甘俊二︽的氮主要存在土壤中的有機物(生物與大質地土壤，2)廄

8、肥直接施撒在地表，氣中的氮不算。然而，土壤中的氮主要來and3)乾燥的高pH值土壤，4)水稻田自大氣。土壤平均有機物含量若以5%計，(ricepaddies)。而腐植質與有機-粘粒覆合物的又較難分3.硝化作用(nitrification)解，因此推算土壤中的氮僅約2-3%是植在溫度較高之中性適度通氣土壤，銨離物有效性的，且約1-2%是可溶或無機態子會被Nitrosomon