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【原创】浅谈海水淡化技术 【原创】浅谈海水淡化技术 随着极端气候与沙漠化的演进。水资源的是否永续已成为人类最担忧的问题。淡水危机甚至远比粮食危机、能源问题还要来得迫切。解决淡水资源的问题也早已上纲到了联合国的各项议程当中。在挽救全球水资源的运动中,节约用水与保护现有的水源固然是最重要的,但是如何开源同样也是重要的。目前世界上各缺乏淡水资源之国家与城市,已越发广泛地运用各种淡化技术将咸水或海水进行脱盐处理,以解决民生与工业用水的问题。现今世界上每50个人里面就有1个人是靠淡化的海水维持生命的,全世界每天淡化海水约可达3500万立方米。对于纾解自然淡水资源的消耗与污染,有一定的作用。   海水淡化技术已发展了数十年,依处理方法而言,大致分为热处理法(Thermal Process)及非热处理法(Non-thermal Process)二大类:   热处理法系以热或相变化(Phase Change),将液相先变为气相(又称蒸馏,Distillation。其中又包括了蒸汽压缩蒸馏法、多级闪急蒸馏法以及复合式蒸馏法等。)或固相(化学上冷冻脱盐的方法,Freeze Desalination),再让它回到液相,如此即可将盐份从水中分离,达到淡化的目的。热处理法虽然历史悠久,但目前仍然是全球占主流的海水淡化法。   非热处理法包括逆渗透法(又称为反渗透法或超过滤法,Reverse Osmosis, RO)及电透析法(亦换膜电渗析法,Electrodialysis, ED)两种,RO较适用于咸水及海水脱盐;而ED只适用于咸水。其中RO是1953年左右逐步发展出来的技术,它是采用的一种膜分离淡化法。该法是利用只允许溶剂透过、不允许溶质透过的半透膜,将咸水与淡水分隔开。在通常情况下,淡水通过半透膜扩散到海水一侧,从而使海水一侧的液面逐升高,直至一定的高度才停止,这个过程为渗透。而海水一侧高出的水柱静压在物理上称为渗透压。而此法则反过来,在海水一侧施加一个大于海水渗透压的外压,将海水中的纯水反渗透到淡水中。RO的最大优点是节能。它的能耗仅为电渗析法的1/2,蒸馏法的1/40。因此1970年代以后美日等工业国家先后将发展重心转向RO法。至于ED的技术关键则是新型离子交换薄膜的研制。离子交换膜通常是0.5-1.0mm厚度的功能性膜片,按其选择通透性区分为阳(正)离子交换膜(阳膜)与阴(负)离子交换膜(阴膜)。ED可将具有选择通透性的阳膜与阴膜交替排列,组成多个相互独立的隔室海水被淡化,而相邻隔室海水则浓缩,淡水与浓缩水得以分离。因此ED不仅可以淡化海水,也可以作为水质处理的技术,由于ED较传统污水处理法节省空间,在先进国家如美国已经作为污水处理厂的重要设备。此外,ED也逐渐成为化工、医药、食品等行业在浓缩、分离与纯化步骤中重要的应用技术。其它非热处理法尚有离子交换法(Ion Exchange, IE),但仅用于制造纯水与超纯水之脱矿与脱盐处理,进料水TDS须在100~800mg/L之间,不适合用于海水淡化。 海水淡化技术作为水资源问题的一个解套方案之一,在100多年前曾经只是个梦想。但是随著人类在水处理技术的日益发展下,这已是重要的技术。全球淡水资源日益不足的情况下,发展海水淡化也将是一个重要的决策与研究的项目。
【原创】海洋鱼类资源的保护(近海篇) 【原创】海洋鱼类资源的保护(近海篇) 生态学家常说:「海洋是人类最後的处女地。」事实上也是如此。在地球上广博辽阔的海洋也是所有自然环境相当中蕴藏人类最多未知之处的地方。然而在海洋当中与人类生产和粮食关系最为密切的当为鱼类的资源。其中近海的鱼类资源又为其中首要的部分,因为近海邻近陆地地带,它承接了来自陆地冲刷与河流注入的丰富营养源,因此可说是整个海洋当中养分最为充裕的地区。也因此近海当中诸如:黄鱼类(如:黄鱼、假黄鱼、白口等)、石斑类(如:玛拉巴石斑、虎斑、老鼠斑等)、鳗鱼类(如:日本鳗、灰海鳗等)、鲷科鱼种(如:黄鳍鲷、黑鲷、石鲷、大眼鲷等)、比目鱼类(如:舌鳎、鲽鱼等)、鲛类(如:鲨鱼、豆腐鲨等)、鲻科鱼种(如:梭鱼、乌鱼等);以及其他如乌贼类、龙虾、蟹类等水产均为人类重要的渔获。近海的鱼类也是人类在餐厅中所吃到“整只鱼”的最主要鱼种来源。它们无论在肉质或是口感、及营养等均与远洋捕获的鱼种有所不同。而滨海地区的双壳贝类(如牡蛎、文蛤、扇贝等)以及螺类、海参、海蜇皮(水母)等获取也同样是人类渔业上重要的资产。 近年来,近海污染严重,诸如工业废水、都市废污水的排入造成环境荷尔蒙、重金属、与过多的碳氮营养源等化学物质在海洋中释放,让近海的环境亮起红灯。加之近海细目拖网的滥捕(渔网过於细目,导致大小鱼通抓的情形)、毒鱼(不肖渔民以剧毒氰化物来放毒捕鱼,不仅造成海洋污染,捕获鱼类的残毒往往无法洗净,严重影响消费者的食品安全)、电鱼(不肖渔民以高压电来电鱼,结果造成海洋其他非水产物种连带受到波及,而导致海洋生物族群的大量死亡)、以及炸鱼(不肖渔民以炸药来炸捕鱼类,导致整个海底岩石环境、珊瑚礁环境与鱼群底栖环境的严重破坏)等破坏行为的一再发生。以及海滩旅游、海岸渔捞活动等人类活动在海边累积的垃圾等诸般因素。人类在近海的渔业资源逐渐面临枯竭。近海渔业的产量可说一年不如一年。尤其根据世界海洋生态学界近年来的研究指出太平洋西岸的亚洲国家在近海渔业方面的管制力量一直很薄弱,导致此区的渔获量几乎逐年以倍数型式下滑,此区的海洋生态破坏情形也形成全球海洋保育当中最大的空洞地带之一。 维护近海生态环境的永续可说是保有人类在近海鱼类资源中不二的法门。这当中最需要做的当为教育社会大众对海洋资源维护的认知,其中最重要者当属渔村与渔港居民对於海洋生态维护的教育活动。唯有让所有的渔民知道守法不只是为了守法而守法,也是为了维护他们自己的收益与生计。惟有让社会大众知道所谓鱼苗复育与海岸溼地、珊瑚礁的保护不仅仅只是个流行的风潮,更具备让地球资源永续的积极意义,让社会大众能够参与海洋的生态保育,让更多人理解海洋生态维护的重要。并且支持滨海城市污水处理厂的兴建与污水干管工程的整体见构,才能有效维护我们珍贵的近海鱼类资源。
【原创】蛙类保育的重要性 【原创】蛙类保育的重要性 为什麼要保护青蛙?绝对不是因为它们可爱而已。因为蛙类居住的环境是水域环境与陆域环境接触的最前缘,包括都市的沟渠、稻田、平原、池塘、森林、溪流等。蛙类往往是最容易观察与接近的生物物种。它们的成体用皮肤呼吸,幼体在水中生活,都直接与环境介质接触。蛙类生存的容易与否,实际上也直接反映了水域的水质或土壤的土质是否出现了问题,甚至是区域的生态环境是否遭到了破坏。蛙类捕食的昆虫种类非常多、而且数量也很大,当中有不少都是对人类农业会造成妨碍的物种。像螟蛾、蚊蚋、蝗虫、稻苞虫、棉铃虫、蝼蛄、蝇类等都是它的食物。蛙类可说是食物链中控制这些昆虫数量最为重要的一环。据统计,一只青蛙一天大约可吃掉70多只虫子。而一年所吃的虫子可达15000多只。环境生态学家发现近百年来蛙类数量与种类都持续在锐减当中,这个警讯正显示著人类水资源的严重破坏与污染毒素在环境中的累积。如果蛙类在世界上极度减少,不只是它所食的昆虫会大量增加,自然界其它以蛙类为食的动物也因为丧失食源而无法维持生命。蛙类的衰亡最终会像多米诺骨牌一样导致整个生物链的破坏。今日生生扼抑住的是蛙类,明日祸到临头的将会是人类。有鉴於蛙类生存的问题日益严重,美国最大的保育组织National Wildlife Federation曾发起“美国蛙类观察Frogwatch USA”长期监测计画,鼓励一般民众成为蛙类调查义工,协助科学家保育两生类,并获得帮助两生类的生活经验。澳洲、加拿大等国也有Frogwatch组织,也是善用义工资源,长期监测蛙类族群变化。 在亚洲,很多关於蛙类的民间保育行动目前才刚刚开始起步,我们真的必须要加紧脚步了。
【原创】关於族群统计学 【原创】关於族群统计学 族群的研究可说是生态学最为基本的项目之一。族群具有个体所不具备的各族群体特徵,这些特徵多为统计指标,大体分为三类:(1)基本特徵是族群密度;(2)影响密度变化的是出生率(natality)、死亡率(mortality)、迁入和迁出,可以称为初级族群参数。出生和迁入是使族群增加的因素,死亡和迁出是使族群减少的因素。出生率是一个广义的术语,泛指任何生物产生新个体的能力,不论这些新个体是透过分裂、出芽、结籽、生产等哪一种方式。常常区分最大出生率与实际出生率。前者是指处在理想条件下(即无任何生态因子的限制作用,生殖只受生理因素所限制)的族群出生率,後者是特定环境下族群实际的出生率。同样,死亡率可分为最低死亡率与生态死亡率。前者是族群在最适环境下,其个体由於衰老而死亡,即都活到了生理寿命;而後者则是再特定环境下的实际死亡率。即部份个体死於掠食者、疾病、异常气候等因素。迁出是指族群内个体由於种种原因而离开族群的领地,迁入则是由别的族群进入领地。(3)从这些特徵又可导出次级族群参数,如性别比例(sex ratio)、年龄分布(age distribution)和族群增长率等。族群统计学(demography)就是族群的出生、死亡、迁移、性别比、年龄构造等的统计学研究,它最早是应用在人口统计方面,现在则广泛使用於自然生态学的学群当中。 生态学家一如数学家或统计学家,往往需要用数据化的方式来表达环境的变动。透过族群统计学其实还可衍生出许多的数学公式与模型。当中在最近最常被应用的包括丈量生物物种族群在其野外的稳定性与否,以及是否具有灭绝的风险等。以黑足鼬(Black-footed ferret, Mustella nigripes)在野外可能灭绝的因素为例来说明。从1981年9月最後一只黑足鼬族群在美国怀俄明州的密提斯(Meeteese)被重新发现以後,其族群规模就一直在缩减。到了1987年2月,仅存的一只黑足鼬也从野外被捕捉而进行圈养保护。最初,该物种的野生族群因为构成它食物主要来源的草原土拨鼠(prairie dogs)遭到农民的毒杀消灭而渐渐从它的栖息地消失。之後绝大部分仅存于圈养区中的黑足鼬族群又遭到犬瘟热(canine distemper)的流行而死伤惨重。所幸这个物种在後续圈养环境的复育下逐步恢复了其数量。1992年,约有50只复育的黑足鼬进行野放。刚开始因为这些黑足鼬在野放作业进行後一个月都不见踪影,所以这次的野放结果并不被看好。然而,後来证实至少有两只野放的雌黑足鼬已确定怀孕产子。於是後续的野放作业遂得以持续进行,以期扩增这个重新建构起来的野生黑足鼬族群。野生黑足鼬族群的绝灭与任何复育野放计画实施的成功与否,端视诸多动力因素交互作用的影响。这些因素中有些是可以预期或预先决定的,我们称为先决性的(deterministic),例如雌黑足鼬性成熟与第一次配种的年龄;有些因素则是变动性的、无法预期或控制的,又称为推测性(stochastic),诸如冬季严寒的程度以及生产幼兽的性别比例等。如果要建构研究黑足鼬族群的数学模式,最理想的情形自是将deterministic和stochastic的因素都考虑在内。然而要建构有关推测性因素的数学模式往往需要十分复杂的数学理论。 又以最近有关东方果实蝇 (Dacus dorsalis Hendel)族群研究的报导也可做为此一学科的绝佳实例。研究人员在不同食物及水份供试下,发现以柳橙汁组之全日供水处理所得成虫寿命最长,而以人工饲料组全日供水之繁殖率最高,不供应任何食物及水分,成虫仅可存活3天,仅餵食水分可存活5天。这项研究当中,数理的一些参数便是采用多行矩阵法计算所得各族群的介量。数学乃至统计模型可说是研究族群统计学当中最为重要的利器,因为大自然变异的情形与因素非常多,而唯有能够妥善地将这些因子转变为我们可以理解的参数,才有办法做一系列的推估。
【原创】请大家多多注意环境保育与我们生活之间的关连性 【原创】请大家多多注意环境保育与我们生活之间的关连性 土地劣化、大气与水源污染、环境毒物质累积、生态失衡、乃至气候变迁。许多的许多都源自於人们对於生态环境的予取予求和漠视的态度。在这个商业日渐蓬勃的世界。全球化的经济、区域的股价亦或金融市场的机制成为人们所重视的议题。然而相对而言的环境问题,这个最为基本也影响最深远的问题却往往为社会大众所忽略。其实加强生态保育的观点不仅仅只是为了那大千生物的延续,更关系到我们人类最根本也最为重要的长远福祉。 根据近年来国外的研究指出,许多农产品随著土壤的劣化与营养物质的流失,蔬菜乃至谷物的营养份一直不断地逐年下降,今天我们所吃的食物品质尽管已经精致化了,但是一个令人不可思议的现实却是:我们的食物营养度日渐下滑了,可能以前5公克小麦所能提供的维生素与矿物质成份,到了现在我们必须多摄取0.5公克,而小麦多馀的部份反而被灰份等杂质所取代。甚至有些长期受到邻近城市酸降与空气污染沉降物影响的土地,作物中更被“人为添加了很多毒物质”在里面。这虽是一个比方。但是却也确实地上演著类似的戏码。 另外,水资源的污染连带直接影响水产食品的安全性。当我们肆意地污染我们的河水与近海,将污水与排泄物、垃圾就这样任意乱排放的同时,殊不知许许多多的毒素就这样流入到水中生物的体内,这不仅是造成海洋中生态的浩劫,也深深影响我们摄取的食物。当有毒物质与污染物质不断地在生物体内累积和转移时,作为食物塔中最高主宰的人类便是那毒物累积最严重的个体。滨海的工业区与河边的加工业,还能够这样子泯灭良知的乱排放污水吗?而作为城市与乡镇的住民又怎能持续漠视自家废水全没处理的乱排放呢?水资源的保育无分淡水与咸水,最重要的是“既要金山银山,更要绿水青山”的发展思路并不应该只是个口号。在加快经济社会发展的同时,防治水污染、保护饮用水源地、保障城乡饮水安全等措施更是当务之急。 此外,环境的过度开发,像是非必要性的铁公路滥建、非必要的办公大楼乱盖,以及对於森林的过度采伐、矿业的过度开采等,这些都是对生物物种的极大伤害。也都直接影响到将来我们在农作物的潜在种源、以及造成植被破坏、土壤破坏所衍生的更大型环境公害,如气候变迁加剧与土地劣化家具等问题。因此保护生态环境并非只是个流行的风尚,它是一个最具体而维护我们自身的工作。 生态环境如果美好,那不仅可以增加区域民众生活的品质,也同样可以带动一些观光的资源。相反地,若放任自然资源一再地因为短期经济开发的诉求而被破坏,人们将毁掉自己的後路。 环境保育是每个人的责任,要做好环境保育不仅仅是教育与观念,更要具体地落实在每个人生活的脚落才行!
【绝对本人原创】生态保育与环保的关系 【原创】生态保育与环保的关系 生态保育(Ecosystem Conservation),顾名思义就是以生态学的观点为基础,以保护地球上的生物单一物种群体单位,乃至数个生物所依存的栖地,至扩展至整个生态系统的维护,甚至栖地原住民文化维护的学门。由於一开始所顾及的便是生物群体,并以生物群体为最基本的单位,因此生态保育基本上是一种守护全生命的观点。以维护整个自然系统各项作用与循环得以正常进行,而尽量减少人为的干扰。并保护各项自然资源与自然环境尽量维持其初始的状态。生态保育这个领域虽然牵涉甚广,诸如生物学、地质学、土壤学、地理学、物理学、化学、土木工程学、经济学、管理学、公共卫生、环境科学等各科的知识都参杂其中,但是整个生态保育最重要的基础架构与逻辑则都是环绕著生态学(Ecology)的理念来进行。 生态学(Ecology)是研究生物与环境,以及生物与生物之间相互关系的生物学分支学科。生物的生长、代谢、活动、繁殖均需要特定的空间、物质与能量。地球上的生物在长期演化的过程中,逐渐形成与周遭环境特定物理化学条件乃至生物条件的依存关系,例如空气、日照、水分、无机盐类等各类需要,与共生、寄生、附生、躲避、合作等各项关系。各种生物所需的条件不同,这些特性也就称为物种的生态特性。而当各类物种的交互作用彼此影响,并透过物化环境(如水文、地质、与土壤等)、族群(同种生物)与群落(不同生物族群)之间的集合,乃构成不同的生态系统。生态保育中的栖地保育便是针对这些各类特定生态系统的维护(长期保护)与复育(从已破坏的自然环境中重新恢复其旧观)。 接下来看环保(Environmental Protection)这个领域,环保顾名思义就是环境保护,所谓环境保护是“以人类的社会福祉为主,并提供自然再生性的保护,以确保资源的永续利用。”由於是以人类的社会福祉为主,也因此环保这个领域比较关心人类社会与环境之间的互动,并且比较重视维护人类原本故有之产业活动,其技术与科学的发展也多以护援人类的环境或减少人类活动副产物(主要为污染)对环境的负面影响为其重要的考量,例如工业生产的污染处理、毒性物质材料的风险评估、人为建设开发的环境评估、工矿安全与环境卫生、垃圾与废弃物的处理、再生性资源的回收以及对污染场址或环境劣化区域的复原工作等。 也因此,生态保育与环保其实两者的出发点是不同的,也是两个不同的领域。前者重视对於原生环境的长期观察与保护,重视人类对於自然环境与生物族群的了解,以提供对於自然栖地的积极保护。而後者则重视在人类各项生活环境中建立起坚固的防护系统,直接去除人类产业活动程序中所可能对於环境产生的危害与可能引发的危险,以及预备各项的处理技术以应付突发性的污染与破坏。 生态保育的生物观点、天然因素观点(如气候、土壤、水文等)较多,而环保的化学观点、人为因素观点(如工业设计、排气考量等)则较多。生态保育的知识乃是以自然环境与生物之间的交互作用为主,而环保则是重在人为环境与自然环境的交互关系方面。 生态保育与环保虽然出发点不同,但两者有一重要的交集,那就是追求环境的永续保存与永续经营。当1866年德国生物学家Ernst Haeckel创造“生态学”(ecology)这个术语时,它乃是从两个希腊字元"oikos"和"logos"而来的。"oikos"即是“房子”或“住处”的意思,而"logos"则是“研究”的意思。所以,生态学(ecology)字面上的意义是有机物的区位研究。所以生态学的定义虽然在於研究生物与其周围环境之间相互关系的科学。但它其实也是包括到“人”的范畴。 而环保的主要观点系出於环境科学(environmental science)这个领域,环境科学经常将环境界定在“人类得以永续利用并赖之生存的物理化学环境”这个方面。我们可从环境科学近几年的几个重点科研领域看出一些端倪,如:净水及水资源回收技术、环境系统模拟分析与工业风险评估、微生物污染处理技术、废弃物资源化技术、空气污染防制技术、海洋与海岸环境污染防与环境变迁研究、绿色科技研究、环境卫生、土壤及地下水整治复育、劳工作业安全管理与环境毒理侦测等。许多科学与技术层面的出发点都围绕在人类产业与其周边环境的互动这个观点当中。爱因斯坦曾说:“除了我以外的每一样东西都叫做自然,也因此,每一样与我有关的东西皆构成环境。”环境科学中的环境首重者便是与人类相关并影响人类文化层次、科学技术、商业经济以及诸般社会条件或关联其各项发展所共同组成之要素。其次再关心人类社会与其外在生物环境所共同组成之系统。由於人类就是生长在地球上的一份子,因此不管怎样的产业活动与周边的环境考量最终都是脱离不开自然环境的。环境科学最终依然是要讨论到自然环境的多项议题。 生态保育与环保,一个由生物为出发点,提供积极性的维护(包括保护与复育)。一个由人类的本身为出发点,做出积极性的防护(包括各类天然与人为灾害的防护)。其实这两个领域的合作与交集也是日益密切的。毕竟当生态保育做好了,则自然环境越稳定,也越有助於人类对於环境的经营。而人类对环境的经营能够坚持对於环保的理念,也必将有助於自然生态环境的永久延续。
【本人原创】谈一谈苏卡达象龟这种乌龟 【原创】谈一谈苏卡达象龟这种乌龟 学名Geochelone sulcata的苏卡达象龟,又有野生盾臂龟的别称,是世界上体型第三大的陆龟(陆龟科Testudinidae) ,仅次於两种海岛型的陆龟-亚达伯拉象龟(Geochelone gigantean)及加拉巴戈象龟(Geochelone elepha-ntopus)。这种陆龟体型颇大,身材肥硕,最大记录为83公分,105公斤饲养於埃及的动物园中,照片上这只少说也有60多公分(当然我并没有用尺量,因为我不敢靠近它)。苏卡达象龟背甲呈黄褐色宽广而高,前、後缘为锯齿状,盾板边缘为深褐色,腹甲大约为乳黄色。前肢鳞片大而重叠,後腿则有明显的两或三个刺状突起。它分布於乾燥的非洲撒哈拉沙漠南部,西起塞内加尔,东至埃及。主要生活环境为草原、灌丛和沙漠边缘。该区的水源极少,因此所需水份必需仰赖由食物中取得,并且藉由高度不渗水的皮肤及挖地洞等躲避日晒的方式,来保存体内的水份。此外,由於是属於沙漠及乾燥草原的陆龟,为躲避白天的日晒高温,它们大多於黄昏或清晨开始活动。它们的食物包括类似仙人掌、莴苣、羽衣甘蓝、芥末、蒲公英、胡萝卜、甜瓜、苹果、碗豆、桃子等植物性的东西。对它们而言高纤维的食物是很重要的。苏卡达象龟多在雨季时交配,而在9月至11月间,一次约可产下17至34颗蛋,一年最多可生 6窝,其孵化时间约需85-170天,视孵化温度而影响。幼体孵化出来呈黄色,约有4.5至5.0公分大小。苏卡达象龟要4-7年才会成熟,而且若养得好的话,其寿命可以超过75年。 据香港的文献,雄性的苏卡达象龟有微凹腹甲,较长大前矛腹片。成年雄性的凹陷腹甲,在交配时可用於叠架在雌性象龟的背甲上。雄性的背甲较窄长,而雌性的背甲较圆阔。这种龟在尚未发育完全时是很难分别性别的,我最近刚刚和它们照过相,基本上淋溶土全然无法分辨它们的性别。在非洲,这种龟是受到保育的动物,不过因为它是一种活动性强且十分好养的陆龟,还是有人盗抓它,在黑市曾经有它的贩卖。不过它身上其实是有可能潜藏传染病的(包括一些寄生虫或支原体mycoplasma),且动物学者认为其室内饲养是很不切实际的作法,因此不是专业人士最好还是不要轻易尝试,避免造成人与动物的伤害。苏卡达很可爱,台湾、香港以及世界上的一些动物园都可看到这种陆龟的身影,洛奇和桑娜这两只苏卡达象龟还是香港有名的明星动物。在许多国家,要养这种象龟都需要许可证或是禁止饲养。毕竟保育这种象龟是必要的。感觉到地球的生态还真是美呀!苏卡达象龟可说是造物主创造的美丽生命。
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