環境能源管理

生物多樣性變化和能源（I）

2011/08/30
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生物多樣性變化和能源（I）
義守大學生物科技學系王瑜琦助理教授/美國Stony Brook University王瑜君物理學博士責任編輯

思考問題：

1. 生物多樣性，能源使用，氣候變化這三者之間的互動關係為何？

2. 貧困與富裕對能源使用和對生物多樣性的衝擊有何差異？

生物多樣性 vs 能源

許多種能源都是生態系統服務的產物，不論是現在的再生能源，還是久遠以前以化石燃料形式存留下來。相反地，社會發展對能源的需求表現在能源的開發和利用方式上，因此導致了生態系統的顯著變化。既然能源是所有經濟發展的基本要件，我們面臨的挑戰是如何在生物多樣性不再進一步流失的情況下持續地供給能源。這就必須界定權衡取捨，並制訂適當的緩解和適應策略。

預計到2030 年，人類的能源需求將至少增長53%。2030 年之前來自生物質能和廢物的能源預計能提供世界能源總需求的10%（圖1）。但是，這個預測是假設有足夠的化石燃料供應來滿足絕大部分的能源需求增長量。一些研究人員認為這項假定不切實際。此外，預計2030 年之前，能源產生的二氧化碳排放量的增速率會比能源使用量的增速率快一些。

圖1：各種來源的初級能源供應及2030年預測值 （圖片來源：《全球環境展望4》 p. 176）

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生物多樣性變化和人類健康 (II)

2011/08/30
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生物多樣性變化和人類健康 (II)
義守大學生物科技學系王瑜琦助理教授/美國Stony Brook University王瑜君物理學博士責任編輯

思考問題：

1. 生物多樣性為何對傳統醫藥和現代醫學有重要的貢獻？

2. 生態系統過度消耗的例子和解決方案？

生物多樣性與藥品來源

生物多樣性也是許多治病藥品的來源。2002 – 2003 年之間，全球80%新化學類藥物可以追溯到天然產品或受天然產品的啟示。開發這類藥物的利潤極大。例如，一種從海藻中提取的治療皰疹的化合物，其利潤估計為每年0.5億～1 億美元；海洋生物體中提取的抗癌藥物，價值每年高達10 億美元。

傳統藥物主要從植物中提取，是發展中國家絕大部分人口基礎衛生保健的主要藥物。據估計，發展中國家約80%人口依靠傳統藥物，就連發達國家的最常用處方藥物中超過一半也是來自天然植物。

圖1：在Antananarivo, Madagascar市場上的傳統藥物多來自植物。 （圖片來源：http://en.wikipedia.org/wiki/Traditional_medicine）

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生物多樣性變化和人類健康 (I)

2011/08/30
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生物多樣性變化和人類健康 (I)
義守大學生物科技學系王瑜琦助理教授/美國Stony Brook University王瑜君物理學博士責任編輯

思考問題：

1. 生物多樣性與健康密切相關的例子有哪些？

我們對生物多樣性與環境的複雜互動關係瞭解還十分有限。生物多樣性，人體健康，以及人和其他物種疾病發生率之間的關係，還是有待研究的領域。但是一些基本的因果關係概念卻是很明確的（圖1）。許多具體的例子清楚顯示生物多樣性與人體健康密切的關係，例如：熱帶雨林和其他生態系統受到破壞和解體之後所引起的新疾病，野生動物與人類的疾病之間的關聯（例如：萊姆疏螺旋體病（Lyme disease）、西尼羅河病毒（West Nile virus）和禽流感（avian influenza）等），許多在自然界找到的治病藥物，生態系統服務對人類健康的貢獻，以及我們逐漸認識到的內分泌干擾物對動物和人類健康的影響等。

圖1：生態系統變化對人類健康的有害影響的幾個重要例子。 （圖片來源：改編自《全球環境展望4》，p.181）

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酸雨 (acid rain) ─傷害與防制

2011/08/30
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酸雨 (acid rain) ─傷害與防制
義守大學生物科技學系王瑜琦助理教授/美國Stony Brook University王瑜君物理學博士責任編輯

思考問題：

1. 酸雨的形成如何侵入地表水源？

2. 歐洲防制酸雨成功的關鍵何在？

酸雨對水中生態的影響

酸雨會影響河川或湖泊的pH值，當pH值小於6將影響到水中生物的生存或繁殖，當pH值小於5將導致水中生物大量死亡。可能會影響到養殖魚業。酸雨進入水源的途徑由圖1顯示。當地表水源附近出現酸雨沈降物質（SO42- and H+離子）時，水文過程（hydrologic processes）會將這些物質帶往土壤和床岩，然後在那裡與石灰岩（limestone）和含鋁的矽酸鹽礦物反應。化學反應之後，這些滲入物質繼續移動直到水源處。而進入水中的滲入物質的酸性由水源附近的土壤和床岩組成來控制。如果土壤和床岩裡面石灰含量豐富，那麼進入水源的物質酸性會被抵消。如果土壤和床岩裡面的含鋁的矽酸鹽礦物豐富，那麼帶毒性的鋁（或其他有毒性的重金屬）可以滲入水源中。

圖1：湖泊或其他地表水源酸化的示意圖。 （圖片來源：http://www.eoearth.org/article/Acid_rain?topic=49506）

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酸雨 (acid rain) ：組成和途徑

2011/08/30
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酸雨 (acid rain) ：組成和途徑
義守大學生物科技學系王瑜琦助理教授/美國Stony Brook University王瑜君物理學博士責任編輯

思考問題：

1. 酸雨的形成的途徑為何？

2. 口語中的「酸雨」一詞容易引起哪些誤解？

什麼是酸雨

酸雨正式的名稱是為酸性沈降 (acidic deposition)，因為除了雨之外還有其他形式的沈降。主要可分為「濕沈降」（wet deposition）與「乾沈降」（dry deposition）兩大類，前者指的是所有氣狀污染物或粒狀污染物，隨著雨、雪、霧或雹等降水型態而落到地面者，後者則是指在不下雨的日子，從空中降下來的落塵所帶的酸性物質。

圖 1：形成酸雨的濕沈降（wet deposition）與乾沈降（dry deposition）的幾個重要途徑。天然氨氣(NH3) 也可能被轉化成 NH4+。 （圖片來源：http://www.eoearth.org/article/Acid_rain?topic=49506）

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水循環（The water cycle）

2011/08/30
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水循環（The water cycle）
國立高雄海洋科技大學水產養殖系張朴性教授/美國Stony Brook University王瑜君物理學博士責任編輯

思考問題：

1. 水循環的路徑如果因為人為因素而有變動，可能造成怎樣的衝擊？

水循環 （英文名稱有water cycle ， hydrologic cycle， H2O cycle）指水在一個既沒有起點亦沒有終點的循環中，不斷移動或改變存在的模式。水可以由地球不同的地方透過吸收太陽以來的能量轉變存在的模式（固態、液態或氣態），而且移動到地球中另外一些地方（圖1）。重要的水循環的過程如下：

圖1：水循環. （圖片來源：http://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%B0%B4%E5%BE%AA%E7%8E%AF）

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全球海洋深層大循環 (The Global Ocean Conveyor)

2011/08/30
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全球海洋深層大循環 (The Global Ocean Conveyor)
義守大學生物科技學系王瑜琦助理教授/美國Stony Brook University王瑜君物理學博士責任編輯

思考問題：

1. 驅動洋流的因素有哪些？

2. 溫鹽環流如何影響氣候和民生？

全球海洋深層大循環也稱作溫鹽環流（thermohaline circulation、縮寫THC），或稱「輸送洋流」 （Ocean Conveyor）、「深海環流」（deep ocean circulation）等，是一個依靠海水密度不同而驅動的全球洋流循環系統。海水的密度又決定於溫度和含鹽密度（越冷或鹽分越高則海水密度越高），所以稱為溫鹽環流。

圖1：全球海洋深層大循環 （圖片來源：《全球環境展望4 ， p. 119）

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世界水資源分佈 (Global distribution of the world’s water)和用水（water use）情況變化

2011/08/30
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過去20 年來，為滿足日益增長的人口需求，提高人類福祉，糧食和能源生產用水越來越多，這一趨勢還將在全球持續下去。然而，用水方式的變化帶來了嚴重的不良後果，急需我們密切關注以確保可持續使用。比較起來，水資源問題與氣候變化造成的壓力不同，水資源利用產生的壓力主要顯現在流域內部。導致用水壓力的某些驅動力是全球性的，但是其補救方法可能是地方性的，但是有些情況下，也要配合跨境公約的管制作用才能發揮成效。 圖2顯示目前生活、工業和農業用淡水的取用情況以及水庫水分蒸發的情況。目前情況下，農業用水量最大。水力發電和灌溉農業的增長（目前主要發生在發展中國家）對經濟發展和糧食生產至關重要。...
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水產養殖（Aquaculture）和內陸漁業（Inland water fisheries）的發展趨勢

2011/08/30
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水產養殖（Aquaculture）和內陸漁業（Inland water fisheries）的發展趨勢
國立高雄海洋科技大學水產養殖系張朴性教授/美國Stony Brook University王瑜君物理學博士責任編輯

思考問題：

1. 水產養殖和魚粉產業有何密切關係？

2. 為什麼我們必須視內陸魚類的瀕臨絕種現象為生物多樣性的危機？

圖1：密西西比河三角洲的鯰魚（catfish）養殖場。 （圖片來源：http://en.wikipedia.org/wiki/Aquaculture）

捕撈漁業（capture fisheries）的年均增長率為0.76%（1987-2004年的全部捕撈量，包括淡水魚）；但是水產養殖業（不包括水生植物）的年均增長率則高達為9.1%，2004 年達到4 500 萬噸。1985 — 1997年期間，按重量來算，水產養殖食用魚的產量占總增長量的71%。捕撈數量保持穩定狀態，但是野生魚類用作水產養殖魚粉的利用或需求卻有大量變化，2002 年占魚飼料總量的46% 以上，超過70%的魚油用於水產養殖。世界上約有2/3 的魚飼料來自專門提供魚粉的漁業領域。

儘管水產養殖業的發展大多呈現在滿足富裕社會消費的高價值魚種的增長上，而且未來的趨勢是用於餵食禽類的魚飼料比例會減少，而有更多野生魚類用作水產養殖魚粉 （圖2）, 水產養殖業的發展還是有助於彌補野生魚類的短缺。非洲和拉丁美洲（如智利）水產養殖的增長主要是為了出口，反而對於提高當地的食品安全幾乎不起作用。用作魚粉的魚類物種的營養級也在提高（圖3），這意味著原先被人類食用的魚類物種被轉用作魚飼料，可能會影響其他國家的食品生產和安全。

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永續管理世界漁業資源（Sustainable management of the world’s fish stocks） (II)

2011/08/30
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永續管理世界漁業資源（Sustainable management of the world’s fish stocks） (II)
國立高雄海洋科技大學水產養殖系張朴性教授/美國Stony Brook University王瑜君物理學博士責任編輯

思考問題：

1. 漁業政策的補貼可能出現哪些的優缺點？

2. 使用魚群聚集裝置（FADs）要注意哪些問題？

保護棲息地（habitat protection）

國家和州級漁業管理部門也在實施計畫，通過減少捕撈量來恢復數量下降和產量大跌的魚類資源，包括關閉漁場和有效執行法規（如納米比亞（Namibia）的鱈魚捕撈），以及通過海洋保護地保護棲息地（habitat protection）。有些國家也正在恢復棲息地，如在海嘯影響地區恢復紅樹林、改良或者使用魚群聚集裝置（fish aggregation devices ， FADs）等。棲息地恢復工程可有效地為魚類提供棲息地，但需要大量財政和人力資源。例如，泰國在公共部門和工業領域的資助和支持下大力開展這一行動。但是，利用人工魚礁（artificial reefs）和魚群聚集裝置（FADs）等設備改善棲息地時必須小心謹慎。在太平洋的熱帶地區（如菲律賓和印度尼西亞），用於提高遠洋捕撈量的魚群聚集裝置也會捕獲了大量的小金槍魚。這表明有必要謹慎考慮擬定措施所造成的附帶負面效應。

圖1：在泰國使用的一種魚群聚集裝置（FADs）。 （圖片來源：http://www.in-thailand.nl/fishing/techniques/saltwatertechniques/fad.asp）

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