人為活動對硝酸鹽氮同位素之影響

除了受到混合作用的影響外，也可能受到同化作用或脫硝作用的影響，隨著時間 硝酸鹽濃度降低，而同位素值變高的情形，因此兩者之間可能是負相關的關係。先前 文獻回顧以提過可以用雷利分化來模擬同位素隨時間的變化，因此以計算出lnNO3-之 後與¹⁵N 做圖，其結果如圖 4-3 所示。從圖 4-3 可以了解ε值（富集係數）為正（0.1068）， 表示其隨時間變化而增加，加上其相關係數r 為 0.44，表示 NO3-與¹⁵N 呈中度相關，

顯示其來源主要受到前述的兩個端源混合作用，而非受到脫硝作用或同化作用影響。

雖然進一步繪製人口密度低於50 人/平方公里以及高於 50 人/平方公里，如圖 4-4。其 富集係數分別為-1.1303 及 0.8631，乍看之下認為低人口密度區受到同化作用或脫硝 作用之影響，而相對較高的人口密度測站受到混合作用影響，但其相關相關係數r 皆 不超過0.4，R²分別為0.1585 與 0.0632，加上經由 ANOVA 驗證之後 p 值大於 0.1 與 0.4，接受虛無假設，表示分組後的結果兩組的 lnNO3與 15N 沒有相關性，這可能是 因為分組後的各自組別的樣本數太少（分別為17 與 13），造成驗證後的p 值大於 0.05。

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圖4- 2 2009 年 7 月採樣結果¹⁵N 與 lnNO3-做圖結果

圖4- 3 依人口密度分組¹⁵N 與 lnNO3-做圖結果（a）人口密度小於 50/平方公里（b）

人口密度大於50 人/平方公里

圖4- 4（a）低人口密度組（b）高人口密度組¹⁵N 與¹⁸O 與脫氮作用的關係 此外，也可以藉由¹⁵N 與¹⁸O 的直線關係，來判斷該處是否有受到脫硝作用影 響，脫硝作用通常發生在O2濃度小於20m 的時候，但根據推測也有可能發生在含氧 沉積物或水體的厭氧區（anaerobic pocket）中。脫氮作用會導致¹⁵N 呈指數上升而 NO3

濃度則遞減，造成的同位素分化可能大於100‰。例如硝酸鹽氮肥的¹⁵N 其值為 0‰，

但發生脫氮作用時由於同位素分化程度劇烈，會使剩餘的硝酸鹽產生非常高的¹⁵N 值

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（+15‰~+30‰），這樣的值會讓我們以為來自糞便或污水管線。除此之外，脫硝作用 會造成NO3-較多的區域其¹⁸O 增加，因此硝化反應的程度可以用硝酸鹽的 N 與 O 的 同位素組成了解其影響。目前並無法確認發生硝化作用時¹⁵N 與¹⁸O 之間的關係會落 在哪個確切的斜率，可能因為硝化作用中參與的異營菌與自營菌的需求環境不同，但 已經確認大致上會落在2:1 至 1:1 之間的斜率（Kendall et al., 2007），將同樣將2009 年 的採樣結果繪製¹⁵N 與¹⁸O 的散佈圖，如圖 4-5，加上斜率與截距，經檢定之後發現，

人口密度為低組的區域，其斜率小於1，R²僅0.02 表示為混合作用之影響為主，而高 組的區域，其斜率接近 0，表示隨時間的改變¹⁸O 並沒有增加，反而是一直有高¹⁵N 且低¹⁸O 的來源不斷進入，使其並不照脫硝作用斜率分布，而這樣的來源屬於糞便或 污水來源，並且受到混合作用的影響。

圖4- 5 2009 年採樣數據之人口密度(log)與¹⁵N 作圖，綠色方框為低人口密度組紅色 方框為高人口密度組

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圖4- 6 修改自 Kendall 等人（2007）繪製過去研究的人口密度與¹⁵N 關係圖，其都 市定義來自於Theobald （2004）

將¹⁵N 與人口密度取 Log 之後作圖如 4-5，在此圖能較清楚看見淡水河的¹⁵N 同 位素隨人口密度變化情形，在淡水河流域，¹⁵N 數值座落的區間較廣，大致上落在-3~14‰之間，而¹⁵N = 3‰可作為分界，將先前的 50 人/平方公里的數值區分開來，在 小於 3‰時，則以土壤氮以及肥料為主，而且可以發現在肥料的部分淡水河流域的同 位素比值比其他地區還要來的更低，有可能是受到過度施肥的結果；而在大於3‰時，

牲畜或人類的排泄物開始成為主要的影響。

除了了解人口密度的與同位素之間的趨勢，也與前人研究的結果做比較。圖 4-6 是 Kendall 依照過去的人口研究結果，將不同程度的人口密度與都市發展結合，劃分 為鄉村、郊區、都市三部分，圖4-5 也照一樣的範圍作圖，結果發現淡水河流域採樣 點中大部分都屬於鄉村地帶，這與我們一般對台灣多山區的想像相符，在人口密度上 跟 2004 年的定義相比，淡水河流域的人口密度介於鄉村與郊區之間，並沒有屬於都 市的區域，然而在全球尺度上被認為是鄉村的採樣點，卻出現了最高的同位素比值，

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