文/ 地理環境資源學系 黃誌川副教授

河川，是地球表層各種生態系與環境系統的維繫者，也是傳輸陸域物質到海洋的重要通道，它猶如身體內的血液循環系統，乘載各種營養物質，來維持各式各樣的地球新陳代謝。環境水文學者就像是醫療人員，藉由河水採樣來調查自然環境的狀態。我們關心它對物質輸送的質與量是否正常，是什麼原因導致，對環境又有什麼影響？透過「抽血」檢查結果，河川亦可告訴我們環境是否健康。我們過去幾年的主要研究都圍繞著這個課題，也有幾個有趣的成果可以分享。

河川乘載的物質中，溶解性無機氮 (DIN，dissolved inorganic nitrogen，包含 NO2、NO3、與NH3) 與輸砂量 (sediment) 是我們主要的分析對象。其中，氮 (nitrogen) 是生命有機體的主要營養物質之一，大氣雖有大量的氮氣 (N2)但無法直接被生物利用，因此在環境之中含量相對穩定，自然界僅可利用固氮作用 (N fixation) 與閃電將其鍵結破壞形成不同的氮化合物，但自從哈伯法製氨 (人為固氮作用，主要用來製造肥料與炸藥) 之後，全球可反應氮 (reactive nitrogen) 的含量急速增加且產生優養化或近海死區的影響。透過分析河川中的氮含量，可辨別整個集水區的健康程度。我們研究結果指出在人口密度高的集水區且在集約農業的施作下，對河川的氮輸出有決定性的影響，造成臺灣的輸出量在世界河川排名中名列前茅，這種在季風亞洲的特性必須被納入全球氮平衡的估算，才不會有所偏誤。

另一方面，臺灣所處的大洋洲島嶼環境的河川輸砂量也是全球最高區域，造成這樣現象是因為我們有近乎源源不絕的土砂供應與颱風帶來的強降雨。我們透過河川流量-輸砂量率定曲線檢測地震與颱風所造成的崩塌地，發現約5-10年可以回到地震前的水準，顯示臺灣快速的自我調適能力。然而，河川因受到雨量極端化的影響，流量與輸砂型態也因此改變：臺灣河川高流量與低流量的差異正逐漸擴大，其中高流量變化程度又比高雨量變化更為明顯。從觀測資料分析結果表示，1990-2010期間其極端降雨相較於1970-1990期間約增加18-30%。然而，流量在1990-2010期間卻比1970-1990期間增加了23-68%，顯示流量對降雨的反應並不是單純的線性關係。同時，我們調查了臺灣16條主要河川輸砂對流量的反應，結果顯示：流量的增幅約 7%-37%，但輸砂量的增幅是62%-94%。換言之，降雨所引發的連鎖效應是持續擴大的。臺灣的地形破碎、坡陡流急的特性，突顯臺灣河川在水文學、地形學、生物地球化學的全球顯著性。

圖1.(a) 不同人為擾動集水區的氮輸入量與河川輸出量。(b) 河川DIN輸出量對總輸入量的變化。(c) 低度、(d) 中度、與 (e) 高度人為擾動集水區河川DIN輸出量對總輸入量之迴歸斜率。