I 台灣水田重金屬污染潛勢分析 Analysis of heavy metal pollution potential of paddy field in Taiwan 國立臺灣大學 生物環境系統工程學系 張尊國 教授 TSU-KOU CHANG 摘要 土壤是人類生存的基本資源,更是農業發展的重要基礎。臺灣農地 受重金屬污染主要是長期引用受工業廢水污染之灌溉用水所導致。歷 年來,環保與農政單位針對農地重金屬土壤調查係以網格式進行,因 不考慮污染傳輸之空間脈絡概念,導致無法掌握農地土壤污染與引灌 水源之間的相關性。本文發展系統性篩選機制,奠基於污染傳輸脈絡, 以水利小組為評析空間單元,配合內梅羅綜合指標為依據進行評價分 級。目的希冀建立一套農地重金屬污染評價架構,以更有系統性之分 析方法,找出農地重金屬高污染潛勢之區域。研究結果顯示,全臺農 地重金屬高污染潛勢區域約 15,000 公頃,污染區主要位於桃園市、臺 中市、彰化縣及高雄市。藉由篩選機制可有效鎖定污染區,並提供政 府單位有效地執行農地污染調查及管控作業。 關鍵字:農地、土壤重金屬、篩選機制、高污染潛勢
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I
台灣水田重金屬污染潛勢分析
Analysis of heavy metal pollution potential of paddy field in Taiwan
國立臺灣大學
生物環境系統工程學系
張尊國 教授
TSU-KOU CHANG
摘要
土壤是人類生存的基本資源,更是農業發展的重要基礎。臺灣農地
受重金屬污染主要是長期引用受工業廢水污染之灌溉用水所導致。歷
年來,環保與農政單位針對農地重金屬土壤調查係以網格式進行,因
不考慮污染傳輸之空間脈絡概念,導致無法掌握農地土壤污染與引灌
水源之間的相關性。本文發展系統性篩選機制,奠基於污染傳輸脈絡,
以水利小組為評析空間單元,配合內梅羅綜合指標為依據進行評價分
級。目的希冀建立一套農地重金屬污染評價架構,以更有系統性之分
析方法,找出農地重金屬高污染潛勢之區域。研究結果顯示,全臺農
地重金屬高污染潛勢區域約 15,000 公頃,污染區主要位於桃園市、臺
中市、彰化縣及高雄市。藉由篩選機制可有效鎖定污染區,並提供政
府單位有效地執行農地污染調查及管控作業。
關鍵字:農地、土壤重金屬、篩選機制、高污染潛勢
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Abstract
Soil is an essential resource for human survival, and is the foundation
for agriculture. In Taiwan, heavy metal pollution of agricultural land was
mainly caused by irrigating water contaminated with industrial discharges.
Grid sampling is the standard procedure when soil surveillance was
carrying out by environmental protection and agricultural authorities.
However, in this way there is lack of the connection between the pollutant
and the pathway of irrigation system. In this study, the systematic
pollution screening process was developed based on irrigation group as
unit, each unit evaluated and grading by Nemerow index to identify the
hot spot areas. The results showed that the high potential of heavy metal
pollution in agricultural land is approximate 15,000 ha in Taiwan, mainly
located in Taoyuan County, Taichung City, Changhua County and Kaohsiung
City. As a result, with this proposed screening method can effectively
target the contaminated area and provide government agencies to
effectively enforce agricultural land investigation and restoration.
Keywords: agricultural land, heavy metals, screening method, high
potential pollution area
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一、前言
農業為臺灣重要產業之一,也是立國之基礎。近 40 年來,由於工商業發展迅
速,創造令人稱羨之經濟奇蹟,但也產生了不少相關環境污染的問題,其中土壤
污染最不易被察覺。因為土壤為環境中的主要受體,當空氣、水、廢棄物及毒化
物等各項污染透過不同傳輸途徑,累積於農地土壤造成污染,進而造成作物及糧
食的危害,甚至透過食物鏈進入人體,間接地影響人體健康。而土壤受重金屬污
染時,由於重金屬於土壤中具累積性、不易移除及整治困難等特性,因此土壤重
金屬污染問題更具挑戰。
臺灣農田向以水稻種植為主,農地污染之所以大多發生於水田,係因每期稻
作每公頃約需 2 萬至 3 萬噸之灌溉用水量,水質汙染成了傳輸途徑,由於土地利
用規劃未盡周延,導致部分地區之工業區、農業區及住宅區等雜陳,相關之廢污
水排放設施也未妥善規劃,以致灌排渠道長期受到鄰近工廠、社區及畜牧場的廢
污水影響,造成農地土壤重金屬污染,衝擊農業生產環境。因此造成農地土壤污
染主要因素是灌溉水體受到工業廢水污染,且水田長期引灌造成大面積之系統性
污染,此為農地土壤污染最主要的污染途徑與形式。
過去臺灣農政機關及環保機關進行農地土壤重金屬調查,多採用網格式採樣
法,係將全臺灣以網格劃分後進行採樣,依調查結果發現受重金屬污染之區域,
再以較小網格細分,作進一步調查,以此方式逐步發覺污染區。網格式採樣法優
點為系統性強,可篩選出污染之農地,但缺點為缺乏污染傳輸之空間概念,較無
法掌握農地土壤污染與引灌水源之間的相關性,對於調查之結果較難以判讀污染
趨勢,亦較無法說明污染事件之過程與肇因。此一情形,將耗費龐大資源、人力
及作業成本,增加管制工作的困難度。除此之外,臺灣過去針對農地土壤進行多
次的採樣調查工作,雖然有如此多的土壤重金屬的數據資料,但對於部分地區重
金屬濃度為何會偏高等問題,詮釋不足。
本文依據農地重金屬污染來源與特徵,藉由過去土壤調查資料進行分析,建
立一套農地重金屬污染評價邏輯,以系統性之分析方法,找出全臺農地重金屬高
污染潛勢之區域,且將重金屬污染的原因解釋清楚。
本文所提出篩選機制係以灌溉系統污染農田之概念為出發點,利用水利小組
為最小評析單元(因農田水利會之水利小組內所使用之水源及灌溉系統相同),當
某一水利小組內產生污染源時,此污染源經由灌溉渠道將污染物傳輸至其他農地
中,因此同一水利小組內之農地皆有可能受到重金屬污染。故以水利小組為評析
單元,進行全臺農地重金屬污染評析,將可得到水利小組內農地受灌溉水污染影
響之整合評價。其篩選的結果有利於描繪出污染擴散範圍與邊界,並合理指出可
能之污染區域,期達成預警、監測、圍堵、防治與管理等功能,以為後續行政作
為之依據。
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二、臺灣水土污染防治歷程
臺灣過去五十年間工商產業高速發展,創造令人稱羨之經濟奇蹟,環境污染
因而伴隨而來。五十年代政府鑑於污染事態之日趨嚴重,為確保水資源之清潔以
維護生活環境,增進國民健康,故自民國 52 年起,陸續訂頒水污染防治有關法
規暨水質標準,諸如:
(1) 民國 52 年增訂水利法第 68 條,規定廢水應適當處理後擇地宣洩。
(2) 民國 63 年 7 月公布實施水污染防治法。
(3) 民國 64 年 6 月公布實施水污染防治法施行細則。
(4) 民國 64 年 9 月臺灣省政府成立水污染防治所。
(5) 民國 65 年 10 月臺灣省政府公布工廠、礦場放流水標準。
1. 灌溉水質污染監視
農政機關於民國 66 年 11 月起,由農復會資助,成立「灌溉水質污染監視處
理試辦計畫」 特選定桃園、彰化二農田水利會轄區內污染情形較嚴重之灌溉排水
系統大漢溪後村圳及烏溪東西二圳為灌溉水質污染監視、防治及處理之試辦區,
並訓練水利會人員以協助政府防治水污染對農田及作物之損害,同時召集有關單
位定期學行工作會報,研訂農業用水水質標準以及檢討「水污染妨害案件處理規
範」作為逐步全面推動灌溉水質污染防治時之示範及依據。為此乃根據試辦期間
之心得編訂, 「灌溉水質污染監視處理手冊」作為全面推動監視作業之準備及依
據。並自 68 年 1 月起,正式動員全省 14 個農田水利會,設置監視站 277 處,
針對污染源採取全面之監視作業,建立放流水基本資料定期或不定期初驗廢水排
洩戶之水質,超出初驗標準者,即送請水污染防治所複驗,複驗不及格者,即依
法由縣市政府通知排洩戶限期改善或處分。由此可知灌溉水質管理始於民國 66
年迄今將近四十年。
依循環保法令之發展軌跡,早期大多偏重於空氣與水之污染管制方面,然而
土壤為陸域環境之最終受體,當空氣、水、廢棄物及毒化物等污染物處理不當時,
透過各種污染途徑進入農地,並累積於農地土壤中,導致土壤污染問題陸續發生,
使各國不得不嚴肅面對。臺灣於民國 89 年開始實施「土壤及地下水污染整治法」,
使環境保護邁向另一項重要任務,欲藉由污染整治手段,解決長期土壤污染問題。
如今農地污染成為臺灣最棘手的環境污染問題之一。過去諸多農地重金屬污染事
件發生,其污染特徵可歸納如下(徐與林,2006;張,2002):
(一) 絕大多數為水田,因水田灌溉用水量大,每公頃水田每年約 2 萬噸用水,
極易將污染質攜入農地中,故受污染之農地絕大多數均為水田。
(二) 土壤污染區 80%以上位於工業發達、工廠集中之縣市。如:彰化縣、桃
園縣、台中市與高雄市。
(三) 土地利用規劃不良,田間常混有工廠,工業廢水需借用灌溉渠道排放廢
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水。
(四) 污染途徑絕大多數為灌溉系統傳輸,缺水地區之灌溉用水係使用回歸水,
其組成幾乎以廢水為主,如彰化東西二、三圳系統。
(五) 公害事件以鎘米為主,因國內食米僅訂有鎘、汞、鉛標準,蔬果植物類
訂有鎘、鉛標準,其他重金屬含量尚無標準。
綜合以上所述之污染特徵,以及過去諸多學者之研究得知,臺灣農地受重金
屬污染之主要污染來源與污染途徑,係由引灌受污染之灌溉用水所導致(陳與顏,
2008;Chen et al., 1996; Chen, 1994; Chen, 1991)。臺灣針對農地土壤重金屬污染