臺灣博碩士論文加值系統

　　在自然的物質循環系統中，土壤為一相當重要之介質，它不但提供生物生長所必要之營養元素，同時也是污染物質最終之蓄積場所。隨著人類經濟及社會活動的發展，愈來愈多的化學物質以不正常之方式進入土壤環境中。面對日益嚴重的土壤污染問題，世界各國均進行多項土壤調查及污染管制工作，以維護珍貴之土地資源。我國行政院環境保護署（以下簡稱環保署）為落實土壤污染防治工作，於民國89年公告「土壤及地下水污染整治法」及一系列相關子法，使土壤污染防制與整治工作有明確之法令依據。隨著此法的頒布，行政院環境保護署環境檢驗所（以下簡稱環檢所）於民國91年將土壤中重金屬檢測方法以王水消化法（NIEA S321.62C）取代使用多年的0.1N HCl萃取法（NIEA S320.60T），作為土壤污染調查及污染程度判定之標準。
　　為了解土壤中重金屬全量濃度與0.1 N HCl萃取濃度之相關性，以及影響0.1 N HCl萃取量之環境因子，本研究以本省桃園縣及新竹縣受重金屬污染之農地土壤樣品為研究對象，進行土壤基本性質分析（土壤質地、陽離子交換容量）、0.1 N HCl萃取、重金屬全量濃度分析及多重化學藥劑連續萃取（sequential chemical extractions, SCE）等實驗分析工作，並以相關分析（correlation analysis）、變異數分析（analysis of variance, ANOVA）及迴歸分析（regression analysis）等統計方法探討0.1 N HCl萃取濃度與全量濃度之相關性與差異性。
　　根據土壤重金屬全量濃度之研究結果發現，酸性消化與王水消化法所獲得之重金屬全量濃度在桃園及新竹地區有不同之比例關係。在重金屬Cu、Ni、Pb及Zn方面，桃園地區酸性消化濃度占王水消化濃度之百分比約為100%；在新竹地區約為60%。而Cr在兩地之百分比則均為60%左右。在0.1N HCl萃取量方面，桃園地區0.1N HCl萃取濃度占酸性消化濃度之比例在重金屬Cr、Cu、Ni、Pb及Zn分別為7.19%、63.97%、10.39%、64.43%與32.31%；在新竹地區之比例則分別為4.1%、82.44%、40.86%、64.73%與34.81%。0.1N HCl萃取量與土壤環境因子之相關分析結果則顯示，0.1 N HCl萃取量與陽離子交換容量（Cation Exchange Capacity, CEC）呈負相關性，與砂粒含量呈正相關性。而生物可利用型態(水溶性、可交換性及碳酸鹽聯結三種型態)之含量雖然和0.1N HCl萃取量呈正相關性，但各金屬之0.1N HCl萃取量幾乎均超過生物可利用型態含量，因此若以0.1N HCl萃取量判定土壤之危害程度恐仍欠周詳。單因子變異數分析結果顯示，砂粒含量是影響0.1N HCl萃取量最重要之環境因子。土壤中砂粒含量愈高，0.1N HCl之萃取效果愈好；反之，隨著砂粒含量之降低，0.1N HCl之萃取效果則有下降之趨勢。本研究對桃園及新竹地區之土壤分別建立0.1N HCl萃取濃度與全量濃度之迴歸關係式，以具體量化各重金屬在兩種濃度間之關係，根據迴歸關係式可對兩種濃度進行推估，並可作為土壤污染場址之調查或整治作業之參考。

In the natural metals circulatory system, soil is an important medium and supplies the nutrients which are indispensable to creature. Moreover, it is the last place where pollutants accumulate. Due to the development of economy and society, more and more chemical matters enter into soil in abnormal ways. Facing increasingly acute problem of soil pollution, many countries give an impetus to the investigation and prevention of soil pollution. In order to protect precious soil resources, the Environmental Protection Administration of R.O.C. promulgated “Soil and Groundwater Pollution Remediation Act” and a series of related regulations in 2000. The Environmental Analysis Laboratory (EAL) set Aqua Regia digestion (NIEA S321.62C) as the method for the inspection and examination of soil pollutants instead of 0.1 N HCl extraction in 2002. Therefore, the concentration of aqua regia digestion is esteemed as the soil pollution control standards.
The purpose of this study is to understand the correlation between 0.1 N HCl extraction and total concentration of heavy metals in the soils. The study area of this research is located in Taoyuan and Hsinchu which is a farmland contaminated by heavy metals. The experimentations include soil texture, cation exchange capacity, 0.1 N HCl extraction, acid digestion and sequential chemical extractions (SCE). The correlation and difference between 0.1 N HCl extraction and total concentration of heavy metals were analyzed by using correlation analysis, analysis of variance (ANOVA) and regression analysis.
According to the total concentrations of heavy metals in the soils, there are different proportions of acid digestion concentrations to aqua regia digestion concentrations in Taoyuan and Hsinchu. For heavy metal Cu, Ni, Pb and Zn, the proportions of acid digestion to aqua regia digestion are 100% in Taoyuan but 60% in Hsinchu. On the other hand, the proportions of 0.1 N HCl extraction to acid digestion concentration for Cr、Cu、Ni、Pb and Zn are 7.19%, 63.97%, 10.39%, 64.43%, 32.31%, respectively in Taoyuan and 4.1%, 82.44%, 40.86%, 64.73%, 34.81%, respectively in Hsinchu. According to the results of correlation analysis, the proportions of 0.1 N HCl extraction to acid digestion concentration were negatively correlated with cation exchange capacity but positively correlated with the percentage of sand and the bioavailability content (sum of water-souble, exchangeable and carbonate-bound). Because 0.1 N HCl extraction always exceeds the bioavailability content, it is improper to use 0.1 N HCl extraction for the diagnostic assessment of contaminated site. The results of ANOVA show that the percentage of sand is the most important environmental factor to influence the proportions of 0.1 N HCl extraction to acid digestion concentration. The proportions increase with the percentages of sand. The final goal of this study is to establish the regression equations between 0.1 N HCl extraction and total concentration of heavy metals in the soils. Regression equations can then be used to estimate these two concentrations and the results can be used as a reference for the investigation and corrective action of contaminated sites.

目 錄
中文摘要 ……………………………………………………………………… i
英文摘要 ………………………………………………………………………iii
目錄 ……………………………………………………………………………v
表目錄 …………………………………………………………………………viii
圖目錄 …………………………………………………………………………vv
第一章、緒論 …………………………………………………………………01
1-1 緣起 ………………………………………………………………………01
1-2 研究動機及目的 …………………………………………………………02
第二章、文獻回顧 ……………………………………………………………04
　2-1 土壤重金屬污染調查之研究 …………………………………………04
2-1-1 重金屬污染物之來源 …………………………………………………04
　　2-1-2 台灣地區土壤污染調查概況 ……………………………………06
　　2-1-3 國外土壤污染管制概況 …………………………………………12
2-2 重金屬在土壤中之行為與存在型態 ……………………………………14
2-2-1 土壤組成與重金屬吸附 ………………………………………………14
2-2-2 土壤吸附作用之類型 …………………………………………………15
2-2-3 重金屬在土壤中存在型態 ……………………………………………17
2-2-4 重金屬之生物有效性 …………………………………………………18
　2-3 土壤中重金屬分析方法 ………………………………………………20
　　2-3-1 0.1 N HCl萃取法…………………………………………………21
　2-3-2 土壤重金屬之全量濃度 ……………………………………………22
2-3-3 多重化學藥劑連續萃取法 ……………………………………………24
2-4 統計分析方法 ……………………………………………………………29
　2-4-1 盒狀圖（box plot） ………………………………………………29
　　2-4-2 相關分析（Correlation Analysis）與迴歸分析（Regression
Analysis） ………………………………………………………30
　2-4-3 變異數分析（Analysis of Variance, ANOVA）…………………33
第三章、研究材料與方法 ……………………………………………………37
3-1 污染場址概述及樣品採集 ………………………………………………38
3-1-1 污染場址概述 …………………………………………………………38
3-1-2 土壤樣品來源與保存 …………………………………………………41
3-2 實驗設備與分析方法 ……………………………………………………43
　3-2-1 實驗設備與藥品 ……………………………………………………43
3-2-2 土壤基本性質分析 ……………………………………………………46
3-2-3 土壤中重金屬全量分析 ………………………………………………49
3-2-4 0.1 N HCl萃取法………………………………………………………51
3-2-5 多重化學藥劑連續萃取法 ……………………………………………52
　3-3 實驗分析之品質管制 …………………………………………………53
　　3-3-1 品質管制工作 ……………………………………………………53
　　3-3-2 品質管制分析結果 ………………………………………………56
第四章、結果與討論 …………………………………………………………61
　4-1 土壤重金屬含量分析 …………………………………………………61
　　4-1-1 基本性質分析 ……………………………………………………61
　　4-1-2 重金屬全量濃度分析 ……………………………………………63
　　4-1-3 0.1 N HCl萃取分析………………………………………………66
　　4-1-4 化學藥劑連續萃取分析 …………………………………………68
　4-2 酸性消化法與王水消化法之相關性 …………………………………72
4-3 0.1 N HCl萃取量之研究 ………………………………………………74
　　4-3-1 0.1 N HCl萃取量與全量濃度之比例關係………………………74
　　4-3-2 0.1 N HCl萃取量與各型態重金屬含量之比較…………………76
　　4-3-3 0.1 N HCl萃取量與環境因子之相關分析與變異數分析………78
　　4-3-4 0.1 N HCl萃取濃度與全量濃度之簡單線性迴歸關係式………87
第五章、結論與建議 …………………………………………………………94
　　5-1 結論 …………………………………………………………………94
　　5-2 建議 …………………………………………………………………95
參考文獻 ………………………………………………………………………96

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