文獻回顧

Development, OECD）發布的政策重點〈Diffuse Pollution, Degraded Waters. Emerging Policy Solutions〉敘述了水體污染中擴散污染源（非點源污染）有許多需要解決的問

2013），以及地貌上同樣有平坦地區少，山區開發的情形（Huang et al., 2012），因此這 些特徵相似的小島們在河川物質的輸出情形也可能相近（Lee et al., 2013）。在臺灣溶

3 一、氮循環

氮循環的過程，從過去到現在的描述隨著科學的演進不斷有新發現，目前主要的 氮循環途徑，可分為固氮作用、礦化作用、合成作用、硝化作用、反硝化作用（或稱 脫硝作用）、硝酸鹽異化還原成銨(DNRA)、厭氧銨氧化作用（Anammox）等過程，大 致上如圖1-1 所示：

圖1-1 氮循環示意圖（改繪自 Canfield et al., 2010）

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4.硝化作用（Nitrification）：在好氧環境時，AMO 酵素（ammonium monooxygenase）

能將NH3氧化成NH2OH，進一步再由 HAO（hydroxylamine oxidoreductase）酵素氧化 成亞硝酸，最後再由NXR（nitrite oxidoreductase）氧化為硝酸鹽。

5.反硝化作用（Denitrification）：又稱脫硝作用，在厭氧環境下脫硝菌、真菌以及

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7.DRNA（Dissimilatory reduction of nitrate to ammonium）：或稱 DNRA，硝酸異化 還原為銨離子，在過去研究中發現，熱帶地區的氮循環可能由DRNA 主導，而非反硝 化作用或Anammox（Dong et al., 2011）。

二、人為活動對河水中溶解氮之影響

從氮循環中可以了解，無機氮多以NH4+、NO2-、NO3-存在，也是在討論水體中的 氮污染時最常討論的三種離子，一般統稱溶解無機氮（Dissolve Inorganic Nitrogen），

以便探討其中的氮情形。另外，為了強調無機氮鹽中氮原子的角色，無機氮鹽亦可表

6 酸鹽所占百分比皆高於氨氮（Taylor et al., 2005）。Bernice R.Rosenzweig 等人則在 2005 年 6 月至 11 月期間研究美國紐澤西州都市化地區 4 次的暴雨事件前後無機氮的濃度 變化，結果發現，暴雨後一天程度最高，而後趨緩。而研究中也提到，都市的不透水 層影響了都市的無機氮濃度，但硝酸鹽氮與氨氮兩者相比，硝酸鹽氮的貢獻量仍高於 氨氮（Rosenzweig et al., 2008）。而與臺灣同樣都市化程度高的島嶼日本，在 1990 年 就有做過城市的污染源重金屬及溶解無機氮研究，Takamura 針對茨城縣日立市宮田河 的城市污染源研究中溶解無機氮的濃度以仍以硝酸鹽為主，且越接近城市地區的濃度 越高（Takamura et al., 1990）。

7 採樣結果就發現總凱氏氮（有機氮+氨氮）濃度在都市地區皆高於 7 mg/L（Zeilhofer et al., 2010），可見污水未經處理對河川水質的影響；另一方面，對擴散污染源而言，可 能來自於農地施放尿素氮肥或是硝酸鹽氮肥，當暴雨事件發生時產生土壤沖刷，將其 中的無機氮沖刷到河川中（Huang et al., 2016）。除此之外，都市中的污水管線如果漏 水也會造成擴散污染源，可能佔總氮排放量的13%（Lerner et al.,1999）。在過去的研 究中對美國匹茲堡東部的小型城市集水區 Nine Mile Run 的研究中，以殘留率及沉降 程度為變因，模擬出4 個情境下下水道的溶解無機氮貢獻率，但發現溶解無機氮的來 源可能不僅有下水道而已（Divers et al., 2013），並進一步針對硝酸鹽再進行穩定同位 素分析，以了解其中硝酸鹽的可能來源，結果發現其來源和人畜排放有關（Divers et

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穩定同位素涉及發生於自然界中的混合（mixing）結果以及分化（fraction）反應，

前者隨時間變化的造成的穩定同位素值改變較小，約在±0.5‰，後者則是會隨時間進 行降解，在過程中產生新的物種。（Kendall, C. and E. A. Caldwell., 1998）而最常被利 用來討論的穩定同位素元素為碳、氫、氧、氮、硫五種元素，除了因為這些元素在地

（International Atomic Energy Agency, IAEA）研究並重新校對後製造的海水標準平均，

由於其總部設在維也納（Vienna）因此稱為 VSMOW，VSMOW 到現今仍是經常被採 用的同位素標準樣品之一（Sharp, 2007）。

9 型（Three End-Member Mixing Model），在此種混合模型假設下，兩種穩定同位素都各 自假設三種已知的可能來源貢獻比例相加為1，再進行聯立方程求解（Liu, 2007），以

10 ε將會小於0（Mariotti, 1988; Sharp, 2007; 彭，2008）。

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目前對於厭氧環境下的同位素分化情形，對於固氮作用或是脫硝作用有較長時間 的研究，因此對於這兩種途徑的同位素分化數值比起Anammox 或是 DRNA 這兩種比 較晚才發現的途徑有較多的討論，雖然 Anammox 及 DRNA 也已經有相關研究在哪 類地區有較明顯的作用，但以目前發現氮循環中還原成 N2 的途徑整體而言仍以反硝 化作用為主（Crowe et al., 2017; Michiels et al., 2017; Naqvi et al., 2018）。

五、淡水河與基隆河氮物種相關研究

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