土壤重金屬滲透實驗 – 模擬降雨情形

下圖 54 為土壤重金屬滲透實驗模擬降雨狀況操作圖，實驗土壤中重 金屬均勻混合分布於各層中，在重金屬銅、鋅土壤添加螯合劑(EDDS)、

重金屬鉛土壤添加螯合劑(EDTA)，於降雨強度 20 mm/hr、40 mm/hr 和 80 mm/hr 下進行實驗。

由下表 25~表 33 與圖 55~圖 63 來看，顯示管柱實驗中 10 公分孔至 30 公分孔重金屬濃度是由低至高，隨著時間過去，會改變的只有流出的 重金屬量，，且從結果中顯示第一個孔在降雨第 12 個小時後，所流出的 重金屬量已略趨於平穩，並在經過 24 小時後，第一孔流出的重金屬所測 的濃度則趨近於 0，故可判斷此時重金屬以附著於土壤上和流至下層累 積，只會有極少量在隨著水流出。可以看到第二孔所流出重金屬濃度也 是隨著時間緩慢下降，但第三孔第 2 小時至第 16 小時重金屬濃度快速下 降，說明在前 2 小時土壤內水量尚未填滿，故不會造成太多重金屬隨著 水流失，但當土壤孔隙內部水填滿後，其重金屬則開始向下流動，到了 16 小時候趨於平緩，代表此時於深度 30 公分土壤內可流動重金屬已穩 定，時間 24 小時後各孔所流出的重金屬濃度則近於 0。

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而為了更確定重金屬是不是在經過 24 小時後，還會不會由各孔大量 流失，而且在台灣梅雨季節或是颱風季節往往下雨天數不止一天，故我 們分別在 48 小時和 72 小時各測三個孔的濃度，結果顯示各孔流出的濃 度與 24 小時所測得的濃度沒有太大的變化。

所以相對於一般澆灌情形，在暴雨情況下，其降雨強度的多寡攸關 土壤內孔隙飽和時間，當上層土壤達到飽和後，重金屬則會隨著雨水不 斷往下層移動，但是水移動至下層時間，則是隨著土壤滲透率而有所不 同，所以暴雨持續時間的長短，則是影響重金屬污染地下水量的多寡。

圖 54 土壤重金屬滲透實驗 模擬降雨狀況操作

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表 26 土壤重金屬滲透實驗 重金屬銅於降雨強度 40 mm/hr 下各孔濃度 降雨延時 10 公分孔 20 公分孔 30 公分孔

10min 0.109 mg/l 2.489 mg/l 6.311 mg/l 20min 0.087 mg/l 2.023 mg/l 5.971 mg/l 40min 0.059 mg/l 1.610 mg/l 5.263 mg/l 1hr 0.038 mg/l 1.251 mg/l 4.595 mg/l 2hr 0.025 mg/l 0.675 mg/l 4.001 mg/l 4hr 0.017 mg/l 0.325 mg/l 3.178 mg/l 8hr 0.010 mg/l 0.129 mg/l 1.118 mg/l 12hr 0.004 mg/l 0.055 mg/l 0.595 mg/l 16hr 0.001 mg/l 0.019 mg/l 0.227mg/l 24hr 0.001 mg/l 0.009 mg/l 0.069 mg/l 48hr 0.001 mg/l 0.007 mg/l 0.013 mg/l 72hr 0 mg/l 0.007 mg/l 0.011 mg/l

圖 56 土壤重金屬滲透實驗 重金屬銅降雨強度 40 mm/hr

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表 28 土壤重金屬滲透實驗 重金屬鋅於降雨強度 20 mm/hr 下各孔濃度 降雨延時 10 公分孔 20 公分孔 30 公分孔

10min 0.255 mg/l 1.873 mg/l 2.954 mg/l 20min 0.242 mg/l 1.859 mg/l 2.899 mg/l 40min 0.226 mg/l 1.723 mg/l 2.736mg/l 1hr 0.196 mg/l 1.383 mg/l 2.554 mg/l 2hr 0.166 mg/l 0.881 mg/l 2.207mg/l 4hr 0.132 mg/l 0.487 mg/l 1.882 mg/l 8hr 0.099 mg/l 0.191 mg/l 0.861mg/l 12hr 0.063 mg/l 0.097 mg/l 0.427mg/l 16hr 0.026 mg/l 0.048 mg/l 0.191 mg/l 24hr 0.015 mg/l 0.019 mg/l 0.067mg/l 48hr 0.005 mg/l 0.010 mg/l 0.019mg/l 72hr 0.003 mg/l 0.010 mg/l 0.012 mg/l

圖 58 土壤重金屬滲透實驗 重金屬鋅降雨強度 20 mm/hr

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表 29 土壤重金屬滲透實驗 重金屬鋅於降雨強度 40 mm/hr 下各孔濃度 降雨延時 10 公分孔 20 公分孔 30 公分孔

10min 0.239 mg/l 1.708 mg/l 2.907 mg/l 20min 0.229 mg/l 1.677 mg/l 2.766 mg/l 40min 0.192 mg/l 1.572 mg/l 2.640 mg/l 1hr 0.177 mg/l 1.257 mg/l 2.495 mg/l 2hr 0.152 mg/l 0.724 mg/l 2.235 mg/l 4hr 0.113 mg/l 0.369 mg/l 1.543 mg/l 8hr 0.086 mg/l 0.172 mg/l 0.764 mg/l 12hr 0.050 mg/l 0.074 mg/l 0.355 mg/l 16hr 0.022 mg/l 0.035 mg/l 0.162 mg/l 24hr 0.010 mg/l 0.017 mg/l 0.058 mg/l 48hr 0.003 mg/l 0.008 mg/l 0.013 mg/l 72hr 0.003 mg/l 0.008 mg/l 0.010 mg/l

圖 59 土壤重金屬滲透實驗 重金屬鋅降雨強度 40 mm/hr

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表 30 土壤重金屬滲透實驗 重金屬鋅於降雨強度 80 mm/hr 下各孔濃度 降雨延時 10 公分孔 20 公分孔 30 公分孔

10min 0.236 mg/l 1.683 mg/l 2.796 mg/l 20min 0.210 mg/l 1.597 mg/l 2.709 mg/l 40min 0.175 mg/l 1.472 mg/l 2.631 mg/l 1hr 0.162 mg/l 1.138 mg/l 2.473 mg/l 2hr 0.133 mg/l 0.637 mg/l 2.128 mg/l 4hr 0.094 mg/l 0.308 mg/l 1.497 mg/l 8hr 0.065 mg/l 0.165 mg/l 0.738 mg/l 12hr 0.031 mg/l 0.062 mg/l 0.326mg/l 16hr 0.019 mg/l 0.027 mg/l 0.102 mg/l 24hr 0.008 mg/l 0.011 mg/l 0.037 mg/l 48hr 0.001 mg/l 0.008 mg/l 0.010 mg/l 72hr 0.001 mg/l 0.007 mg/l 0.010 mg/l

圖 60 土壤重金屬滲透實驗 重金屬鋅降雨強度 80 mm/hr

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表 31 土壤重金屬滲透實驗 重金屬鉛於降雨強度 20 mm/hr 下各孔濃度 降雨延時 10 公分孔 20 公分孔 30 公分孔

10min 0.296 mg/l 2.174 mg/l 4.723 mg/l 20min 0.289 mg/l 2.112 mg/l 4.655 mg/l 40min 0.251 mg/l 1.973 mg/l 4.354 mg/l 1hr 0.207 mg/l 1.526 mg/l 3.873 mg/l 2hr 0.154 mg/l 0.875 mg/l 2.376 mg/l 4hr 0.102 mg/l 0.521 mg/l 1.382 mg/l 8hr 0.077 mg/l 0.274 mg/l 0.759 mg/l 12hr 0.053 mg/l 0.168mg/l 0.483 mg/l 16hr 0.031 mg/l 0.089 mg/l 0.165 mg/l 24hr 0.019 mg/l 0.034 mg/l 0.047 mg/l 48hr 0.011 mg/l 0.013 mg/l 0.015 mg/l 72hr 0.010 mg/l 0.011 mg/l 0.014 mg/l

圖 61 土壤重金屬滲透實驗 重金屬鉛降雨強度 20 mm/hr

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表 32 土壤重金屬滲透實驗 重金屬鉛於降雨強度 40 mm/hr 下各孔濃度 降雨延時 10 公分孔 20 公分孔 30 公分孔

10min 0.275 mg/l 2.109 mg/l 4.663 mg/l 20min 0.266 mg/l 2.081 mg/l 4.541 mg/l 40min 0.235 mg/l 1.782 mg/l 4.210 mg/l 1hr 0.193 mg/l 1.294mg/l 3.657 mg/l 2hr 0.128 mg/l 0.629 mg/l 2.111 mg/l 4hr 0.087 mg/l 0.414 mg/l 1.209 mg/l 8hr 0.056 mg/l 0.234 mg/l 0.623 mg/l 12hr 0.037 mg/l 0.128 mg/l 0.355mg/l 16hr 0.024 mg/l 0.061 mg/l 0.137 mg/l 24hr 0.013 mg/l 0.021 mg/l 0.034 mg/l 48hr 0.006 mg/l 0.010 mg/l 0.013 mg/l 72hr 0.006 mg/l 0.009 mg/l 0.013 mg/l

圖 62 土壤重金屬滲透實驗 重金屬鉛降雨強度 40 mm/hr

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表 33 土壤重金屬滲透實驗 重金屬鉛於降雨強度 80 mm/hr 下各孔濃度 降雨延時 10 公分孔 20 公分孔 30 公分孔

10min 0.269 mg/l 2.103 mg/l 4.629 mg/l 20min 0.252 mg/l 2.004 mg/l 4.501 mg/l 40min 0.229 mg/l 1.664 mg/l 4.198 mg/l 1hr 0.175 mg/l 1.182 mg/l 3.410 mg/l 2hr 0.105 mg/l 0.591 mg/l 1.973mg/l 4hr 0.076 mg/l 0.381 mg/l 1.011 mg/l 8hr 0.049 mg/l 0.212 mg/l 0.583 mg/l 12hr 0.033 mg/l 0.107 mg/l 0.316mg/l 16hr 0.022 mg/l 0.060 mg/l 0.108 mg/l 24hr 0.013 mg/l 0.017 mg/l 0.029 mg/l 48hr 0.006 mg/l 0.009 mg/l 0.010 mg/l 72hr 0.006 mg/l 0.009 mg/l 0.009 mg/l

圖 63 土壤重金屬滲透實驗 重金屬鉛降雨強度 80 mm/hr

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4.3 模槽實驗

由前述盆栽實驗所得整合型植生復育最適操作參數應用於模槽實 驗，其實驗土壤取自高雄大學校園土壤與園藝店訂購之一般非有機之土 壤。之後則將土壤烘乾後添加重金屬 Cu、Zn、Pb，並將 pH 控制於中 性，並以不使向日葵死亡為原則下將重金屬(Cu、Zn、Pb)濃度配置為法 規值標準 2 倍，充分攪拌使重金屬分佈均勻。當重金屬添加完成後，將 土壤以日照自然風乾，並在重金屬銅、鋅土壤分別添加螯合劑 500 µmol/kg (EDDS )與重金屬鉛土壤添加螯合劑 500 µmol/kg (EDTA )，並充分攪拌均 勻，再以日照自然風乾一次。將其填充於模槽 (3 m × 2 m × 0.5 m)，並區 分為表土層、裡土層與黏土層，向日葵植栽密度為 12~15 株/槽，植栽 日照循環為 16 h/8 h (day/night) 循環，並於每天早晚各噴灑一次植物生長 激素 ( GA₃ )，為期一個月。實驗期結束後，我們針對植體生長高度與植 生量先進行探討，之後則是向日葵對於土壤重金屬吸收之差異與植體累 積量上的多寡，與盆栽實驗進行比較，評估應用於實場上之可行性。

因為整合型植生復育之構想為能源作物向日葵在整治結束後，預期 能有二次利用機會，例如油脂萃取或生物吸附劑，故探討向日葵是否能 在實場種植上與盆栽實驗一樣藉由添加植物生長激素、螯合劑與過氧化 鈣，提升植體之植生量和重金屬累積量。故首先探討在重金屬銅、鋅、

鉛污染土壤上向日葵生長情形，平均生長高度與植生量如下表 34，其結 果顯示模槽實驗在重金屬銅、鋅、鉛下，植體生長高度與植生量分別為 27 cm、25 cm、27 cm 與 20.06 ± 1.39 g、18.14 ± 0.99 g、20.75 ± 1.44 g 和

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盆栽實驗在重金屬銅、鋅、鉛下分別為 22 cm、22 cm、23 cm 與 15.47 ± 1.25 g、17.98 ± 1.14 g、16.98 ± 0.92 g 進行比較，向日葵生長狀況比盆栽實驗 時來的更好，說明植物生長激素應用於實場上，就算向日葵種植密度非 常接近，只要固定時間且均勻噴灑植物生長激素，也能達到盆栽實驗之 效果。最後植體植生量達到盆栽實驗之標準，對於植生復育後續能進一 步探討二次利用的機會。

最後是整合型植生復育主要目的，利用模槽實驗進行植生復育，其 向日葵重金屬累積量與盆栽實驗相比較，評估應用在實場上的可行性，

由於前面管柱實驗所得結果說明在一般澆灌情形下，須於上層土壤孔隙 裝滿水後，多的水才會繼續往下流填滿下層土壤的孔隙，且太陽會使表 面水分蒸散，故對於地下水層較無二次污染的問題。接著則是模槽實驗，

其結果顯示在重金屬銅、鋅、鉛污染土壤上向日葵重金屬累積量與 PEF 值分別為 254.5 ± 30.1 mg/kg、1301.2 ± 181.8 mg/kg、324.6 ± 41.4 mg/kg 與 1.073、1.875、0.556，相對的盆栽實驗結果中重金屬銅、鋅、鉛最佳 操作參數下分別為 231.8 ± 28.9 mg/kg、1137.6 ± 160.5 mg/kg、316.3 ± 39.4 mg/kg 與 0.958、1.769、0.445，互相比較下，並無較大之差異，代表只 要在土壤添加最適操作參數之螯合劑、過氧化鈣與植物生長激素，的確 能有效提升植生復育效率，也證明應用在實場上是個可行的辦法。

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表 34 模槽實驗 Cu、Zn、Pb 生長高度、植生量、總重金屬濃度、PEF 值比較表

GA3+CaO2+EDDS +Cu

GA3+CaO2+EDDS +Zn

GA3+CaO2+EDTA +Pb

生長高度 27 cm 25 cm 27 cm

植生量 20.06±1.39 g 18.14±0.99 g 20.75±1.44 g

總重金屬濃度 254.5 ± 30.1 mg/kg 1301.2±181.8mg/kg 324.6 ± 41.4 mg/kg

PEF 值 1.073 1.875 0.556

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第 1 天 第 15 天 第 30 天 圖 64 模槽實驗 GA₃+EDDS+CaO2+Cu 組前後生長差異

第 1 天 第 15 天 第 30 天 圖 65 模槽實驗 GA₃+EDDS+CaO2+Pb 組前後生長差異

第 1 天 第 15 天 第 30 天 圖 66 模槽實驗 GA₃+EDDS+CaO2+Zn 組前後生長差異

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