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研究成果

许正一 教授学术研究成果

土壤重金属污染与整治复育:长期研究重金属污染土壤之整治复育,其中整治以降低风险为主要目标,而复育则不仅是降低风险,尚考虑恢复土壤正常用途。曾探讨之技术为化学萃取、热脱附、现地稳定化及植生复育。主要成果如下:
  • 结合多种技术所形成之整治链(treatment chain)是处理含汞之多种重金属污染土壤的趋势,利用TGA与序列萃取方法,做为设定土壤热脱附参数,建议整治链模组为:先以化学萃取整治后再进行热脱附。
  • 以农、工业碱副产物固定重金属,针对中、低污染程度之土壤,以蚵壳粉、碱性生物炭、水淬炉石、净水软化碳酸钙结晶、粘土矿物、绿肥残渣等降低镉、铅之生物有效性浓度。
  • 以印度芥菜进行铬、镍之植生萃取,并比较草酸与柠檬酸对提高铬、镍生物有效性与促进植体吸收之影响。
  • 近期以木本植物,桃花心木,以其幼苗利用水耕试验探讨其耐镉之生理反应与植体镉吸收能力,结果发现桃花心木忍受水耕液镉浓度达30 mg/L时,叶绿素(a+b)浓度始明显下降,而脯氨酸浓度明显上升,虽然桃花心木尚不足以称之镉超累积植物,但因其成株生物量庞大,颇具植生萃取潜力。
  • 亚洲地区的含砷灌溉水问题是人类有史以来影响人口数最多的污染事件,本研究室系探讨含砷地下水灌溉水田土壤后,土壤中砷浓度超过台湾土壤污染管制标准(60 mg/kg),水稻根圈土壤甚至高达300 mg/kg,以序列萃取法划分砷型态并解释砷的来源及在土壤中之动态,水稻植株中以根部砷浓度最高,糙米最低,但以最高浓度考量一般成人食米摄取量加以计算,仍超出WHO所建议之砷摄取量上限。
含高背景浓度重金属之土壤的生物地质化学探讨:长期研究蛇纹岩土壤,其高背景浓度之铬与镍的来源、风化特性、生物有效性及植物吸收量之评估。利用XRD、SEM/TEM、EPMA、XANES、micro-XAS等技术,完成以下主要成果:
  • 确认铬的来源主要为尖晶石,镍则为橄榄石及辉石;铬、镍风化后被氧化铁表面所吸附,而镍比铬易以同构取代方式进入蒙特石、蛭石等晶格中。
  • 以地球化学分析及统计方法证实海岸山脉不同地区之蛇纹岩土壤母质是由不同来源的超基性岩类所构成的。
  • 铬铁矿普遍被认为极难风化,但以东部蛇纹岩母质之极育土进行研究,证实铬铁矿的风化作用确实是土壤有效性铬浓度增加的原因之一。
  • 确认镍在蛇纹岩土壤之溶解度与移动性高于铬,但铬因与氧化锰反应而氧化为毒性极强之六价铬(>180 μg/kg soil),不过,六价铬的氧化与是否在土壤中接触氧化锰有关,而仅非氧化锰浓度高低所控制。
  • 稻米从蛇纹岩土壤所吸收之铬与镍稍高于全台之背景值,而有7种已在台湾归化或本土性之非食用植物被筛选出来可应用于污染土壤之植生复育中,其中猪屎豆、银合欢、咸丰草、印度草木犀等经评估适合做为镍之本土性植生萃取植物。
长期研究污泥土地施用对土壤品质及作物生长之影响,探讨之主题有污泥堆肥化作用、污泥氮矿化动力学、污泥重金属在土壤之生物有效性、污泥重金属对土壤微生物反应之影响、污泥壬基酚在土壤中的降解等,主要成果如下:
  • 下水污泥中浓度最高且易被作物吸收的重金属为锌,因此以锌为计算基础建议台湾地区下水污泥之可容许施用量为7.4 ton/ha/yr 并可连续施用约78年。
  • 下水污泥可增加土壤的氮矿化累积量,且土壤微生物生质碳量会因为污泥的添加而提高。增加污泥中铜与锌的浓度会降低土壤微生物生质氮量,但增加铅却不会。
  • 添加净水污泥至土壤并无明显的铝溶出问题,同时改善砂质地土壤品质,唯需加入适量的植物性堆肥,以增加土壤有机质含量。
海阶与河阶地形土壤之时间序列研究,主要成果如下:
  • 就环境地质学而言,海阶与河阶是台湾地区开发密度较高的地形,较容易发生地质灾害与环境污染,而海阶与河阶的形成与全球第四纪环境变迁有密切关系,是地景保育的重要对象,也是探讨土壤时间序列之理想地形,所谓土壤时间序列是指不同土壤在母质、地势、植生及气候条件类似之前提下,各土壤间化育作用之差异性主要由时间长短所表现出来者,而上述两种阶地上的土壤都有时间序列之特性。
  • 不论就土壤环境科学、地形学或地质学的角度来说,目前共同极待突破的瓶颈是欠缺定年资料,导致许多阶地地形演育过程在推论时无法得到进一步验证有鑑于此,本人自数年前与地质学者开始进行跨领域合作,首先以彰八卦山南部河阶(共六阶)之红土为对象,该地形之成因有两造说法,一为断层错动造成,另一说法认为是河流下切作用所致。透过土壤形态与化育作用过程之解释,该研究结果研判其河阶之成因应为河流下切作用所造成,对于相关环境地质学的探讨有莫大的帮助。目前正持续进行大肚河阶群与恒春半岛海阶地形演育之探讨。

 

陈尊贤 名誉教授学术研究成果

长期持续研究红壤水田土壤之特性、化育与分类,研究成果能显着提高台湾在「铁网纹土壤」生成理论、土壤分类及微量元素在矿物构造上之分布国际学术地位

  研究桃园中坜新屋一带水田化作用与长年季节性地下水位变动所造成红壤下层土壤形态特征之变化,产生不同的土壤化育作用与不同之分类名称,研究结果显示土壤还原状态及饱和状态决定铁网纹(plinthites)存在之深度与含量(或大小)。另无定形铁铝与土壤还原时间有显着相关(p<0.01),铁活度指标可作为鑑定红壤化育层之指标,铁活度指标高于0.5时,容易形成灰粘化层,铁活度指标低于0.5则易形成铁网纹。研究结果均发表于土壤界国际期刊。

  • Soil Science Society of America Journal (SSSAJ) 60:941-949(1996)
  • Soil Sci. Soc. Am. J. 65: 270-278(2001)
  • Soil Science 165:869-880;Soil Science 169: 871-882 (2004)
  • SCI地球科学及地球物理类国际期刊之Geochimica et Cosmochimica Acta 69:4007-4034 (2005)
长期持续研究森林土壤淋淀层(Spodic horizon)及薄胶层(Placic horizon)之生成化育机制,研究成果能显着提高台湾在土壤学国际学术地位

  在台湾中部郡大林道之针叶林中,受到砂页岩风化后之影响,在强烈雨量影响下,发现全世界极罕见之壤质淋淀土(Loamy Spodosols),研究结果均发表于土壤界国际期刊Soil Science Society of America Journal (SSSAJ) 62:710-716(1998)。后来继续深入宜兰县太平山发现具薄胶层(placic horizon)土壤之生成及化育作用很特殊,大量的无机态铁由E层洗入并累积于B层,加上又缺乏有机物质及金属铝等错合物质,导致薄胶层在研究地区成为优势,研究地区高黏粒含量之特性导致大量物质累积于薄胶层或黏聚层上方,提供淋淀化作用发生之机会。研究结果均发表于土壤界国际期刊。

  • Soil Science Society of America Journal (SSSAJ) 63:941-947 (1999)
  • Geoderma 125:331-341(2005)
长期持续研究阳明山国家公园火山灰土壤(Volcanic soils, Andisols)之生成化育机制,研究成果能显着提高台湾在火山灰土壤之国际学术地位

  自1990年起研究台湾北部阳明山国家公园内之火山灰土壤(Volcanic soils, Andisols)之生成化育机制,受到母质、气候及植生之影响,在纱帽山发现全世界极罕见之乌黑湿润灰尽土(Typic Melanudands),在七星山、大屯山、面天山、竹子山等地已采86个土壤剖面,发现典型简育湿润灰尽土(Typic Hapludands)及其过渡土壤,并研究阳明山国家公园内土壤之矿物风化过程、分类问题及建立土壤地形模式,研究结果均发表于土壤界国际期刊Soil Science及多篇国内国科会补助出版之优良学术期刊中。

受重金属污染土壤之植生复育技术研究 (Phytoremediation)多次发表于国际期刊及国际会议,研究成果能显着提高台湾在土壤污染整治或复育领域之国际学术地位

  近五年积极研究受重金属污染土壤之整治技术,包括化学方法(Chemical remediation)及植生萃取方法(Phytoextraction or phytoremediation),可利用种植特殊的花卉植物大量及快速移除土壤中之重金属。已将40多种花卉及苗木植物以盆栽试验及于污染区进行田间大面积筛选试验,发现种植于多种重金属污染土壤中,花卉植物五彩石竹可以累积高浓度镉、锌及铅;添加EDTA则可显着增加土壤溶液及植物累积之重金属浓度,但污染土壤中受多种重金属之交互作用会影响植物对重金属之吸收与累积,并降低植生复育之效果,添加EDTA与否及所添加之EDTA浓度则会影响重金属间的交互作用。这些研究结果均发表于各国际会议及SCI环境科学领域国际期刊。

  • Chemosphere 55:421-430 (2004)
  • Chemosphere 57:1459-1471 (2004)
  • Chemosphere 60:1062-1071 (2005)
  • Journal of Hazardous Materials 137:1710-1718 (2006)
  • Desalination (In press) (2006)
  • J.Environ.Geochem .& Health.16:161-170 (1994)
长期持续研究森林生态系土壤特性变化及养分循环(Nutrient cycling)之研究

  垦丁国家公园南仁山生态保护区之溪谷样区植被组成及地形直接影响土壤之水分含量、土壤特性及其土壤溶液组成,表土20公分各种养份及离子浓度有较高之趋势,底土则较不受季节影响,变异较小。除表土20公分外,硝酸态氮、铁、铝、矽离子浓度随土层深度之增加而减少,渗漏溶液中硝酸态氮、硫酸、钾、钠离子于各地形有净释放之现象,铁、铝、钙离子则有净吸附之现象。12种主要优势树种对各种养份之吸收确实与地形及植生分布位置确实有关,研究结果均发表于土壤界国际期刊Geoderma 123 (1-2):131-142(2004)及森林界国际期刊Forest Ecology and Management 239:92-101(2007)及多篇国内国科会补助出版之优良学术期刊中。研究垦丁国家公园南仁山生态保护区土壤碳氮净矿化速率及养份动态变化之结果显示,现地孵育(in situ incubation)与实验室孵育(lab incubation)两种方法之研究结果相近,东北季风并未如预期的对有效性碳及氮之养份释放造成影响,且研究地区不同地形位置会对土壤之无机态氮量及矿化速率造成影响。研究结果均发表于中国南京举行之第3届氮国际会议(Oct.12-16,2004)与于美国费城举行之第18届世界土壤科学大会上(July 9-15,2006)。

领导执行农业委员会「两个整合型3年期研究计画」,研究成果对农业资源管理及农业生态环境品质之维护有重大贡献

  由2001年1月至2003年12月担任计画总主持人,领导执行农业委员会两个整合型为期3年之研究计画(1)台湾农田土壤管理组之规划及应用及(2) 畜牧处理废水于土壤处理后对土壤品质及作物产量及品质之影响及「土壤处理法」之修正研究案,每一整合型计画均包括5个子研究计画,每年每个整合型研究计画经费约 700-800万元。两计画于3年结束前一个均举行研讨会,成果丰硕,研究成果对农业资源管理及农业生态环境品质之维护有重大贡献,且已纳入政策执行及修改法规标准之重要依据。