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更新日期:108年3月13日

永續地球尖端科學研究中心地理系團隊山地河川溶解性有機碳的研究成果登上Nature-Scientific

山地河川溶解性有機碳的控制因素與輸出特性

研究地球碳循環是瞭解氣候變遷的關鍵,科學家至今仍無法明確掌握碳循環中如碳的移動、儲存和其生物地球化學作用等細節。近年來,多項研究已指出,河川在全球碳循環的移動上扮演了連結陸域與海洋的重要角色,其傳輸過程也和河川水域生態系統息息相關。臺灣位於高溫多雨的亞熱帶,降雨充沛且季節集中,水文條件易受颱風和地震的影響。再加上坡陡流急、侵蝕旺盛等地理環境特性,使臺灣成為全球河川顆粒有機碳的輸出熱點。然而,目前對於高山小型河川溶解性有機碳(Dissolved Organic Carbon,DOC)的瞭解卻十分有限。DOC是維持河川生態運作的重要養分來源,同時也是飲用水的水質指標之一。本研究團隊針對臺灣的河川進行長期的水質採樣與監測,探討亞熱帶山地河川DOC的輸出特性及控制因素。

研究結果顯示,臺灣河川中的DOC年平均濃度約為0.78 mg L-1,只有世界平均值的1/7,但其年平均單位面積產量卻可高達~22.51 kg-C ha-1 yr-1,甚至高於世界平均值(14.4-19.3 kg-C ha-1 yr-1),具有低濃度、高輸出的特性。和過去大型河川的研究相比,年逕流量、集水區平均坡度以及土壤有機碳仍是控制臺灣溶解性有機碳輸出的主要因素,但其影響的強度與方式卻與世界其他大河截然不同(圖1)。研究團隊認為土壤有機碳是河川外源有機物的主要來源,其含量主要受植被分布的影響,隨海拔高度呈垂直變化,而陡峭的地形,更造成集水區土壤普遍淺薄且河水流速快,進而限制了溶解性有機物的產出。在颱風期間,DOC濃度與河水流量的關係呈現順時針遲滯圈形態(圖2),顯示降雨事件初期濱水植生緩衝帶對DOC濃度的影響。小型河川坡陡流急的環境條件,也導致平時內源的DOC不易累積,其濃度近似於地下水,然而豐沛的降雨和持續不斷的物質供應,仍帶來相當可觀的DOC輸出量。最後,我們提出了一個概念模型,用以闡述亞熱帶山地集水區在颱風與非颱風期間,河川中DOC的來源與輸出(圖2)。

本研究由本校教育部高等教育深耕計畫(特色領域研究中心)下的永續地球尖端科學研究中心、地理學系、國立臺灣師範大學、國立屏東科技大學、中央研究院和維也納自然資源和生命科學大學共同完成,同時感謝臺灣與奧地利科技部的支持。

更多研究成果請參閱:Lee, L.C., Hsu, T.C., Lee, T.Y., Shih, Y.T., Lin, C.Y., Jien, S.H., et al., 2019. Unusual Roles of Discharge, Slope and SOC in DOC Transport in Small Mountainous Rivers, Taiwan. Scientific Reports 9 (1): 1574. http://dx.doi.org/10.1038/s41598-018-38276-x.

  • 亞熱帶山地集水區河川中溶解性有機碳,於颱風與非颱風期間輸出的示意圖

    亞熱帶山地集水區河川中溶解性有機碳,於颱風與非颱風期間輸出的示意圖

  • 河川中溶解性有機碳輸出量和集水區環境因子的關係

    河川中溶解性有機碳輸出量和集水區環境因子的關係

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