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中華民國 105年 1月
Science Development 517NO.
出版者：科技部
發行人：林一平
地 址：106 台北市和平東路 2段 106號電 話： 02-2737-7539傳 真： 02-2737-7248網 址： http://ap0922.most.gov.tw/sd/
編輯委員會
召 集 人：林一平編輯委員兼總編輯：馬哲儒
編輯委員兼執行編輯：張鑑祥
編輯委員：方力行 / 王道還 /李再長 / 李百祺 / 李秀珠 / 李國偉 / 周進洋 / 林崇熙 / 易台生 / 洪茂峰 / 唐震寰 / 徐善慧 / 郭耀煌 / 陳炳宏 / 黃文璋 / 蔡少偉 / 蔡新聲 / 蔡聖鴻 / 顏嗣鈞 / 蘇安仲
助理編輯：洪美慧
編輯助理：黃利鑾 / 何欣穎 / 鍾美容
稿件投寄：稿件 1式 3份及電子檔，請寄《科學發展》月刊編輯部地 址：701 台南市大學路 1號 成功大學化工系電 話：06-2383072 傳真：06-2383085E-mail: [email protected]
美術編輯：種子發多元化廣告有限公司
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定 價：每冊新台幣 120 元 1 年 1,200 元（2 年以上另有優惠價）美金 5 元 1 年 50 元
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回顧歷史變遷、社會發展與轉型的滄海桑田，是很有趣的事。人類在狩獵時代，可以
從獵物的血肉中獲得身體所必須的鹽分。但自從發展到農耕時代後，因為穀物中不含鹽，
所以爭取鹽源，和水源一樣，便成了使族群得以存續的要務，也是許多戰爭，例如黃帝與
蚩尤之戰的根本原因。因為食鹽是人生的必需品，所以是一個歷代官府抽稅的有效媒介。
又因為它也是一種重要的工業原料，台灣在日據時期便把濱海的鹽田大規模擴充。但時至
今日，由於科技進步、交通便利，這些鹽田因為已無法與世界上許多天然條件好得太多的
地區競爭而停產。當年，我們是一個「開發中國家」，生產粗糖、粗鹽運到「已開發國家」
精煉，現在則是進口粗糖、粗鹽來精煉使用，這在科技層次上當然是一種進步，只是荒廢
下來的鹽田應如何處置？
台灣地窄人稠，任何一片土地，不論是山坡或是海邊，都會加以充分利用。應該慶幸
的是，當年以鹽田的方式把這麼多的珍貴空間占了下來，可供好好地規劃運用。整體性、
前瞻性的國土規劃是重要的事。先進的遙測技術是好用的工具，但問題的難處在於政策或
決策方面。例如台南科學工業區和成功大學的安南校區所用的土地原來都是鹽田。成功大
學這塊七十餘公頃新校地的面積，約等於舊有校地的總和，使其具備了發展成國際級大學
的一項重要條件。除此之外，類似的需求是無限的，問題在於應該用多少土地來滿足這些
需求？
每一塊土地的開發利用都須重視其對環境和生態的衝擊，廢鹽田的復育更該如此。在
生物多樣性方面，一些指標性的明星物種，如黑面琵鷺和紅樹林固然重要，但更應重視在
這片土地上的每一物種，包括動物、植物、菌類、微生物……任何一個物種的滅絕都會對
整體生態系統產生不利影響，而人類也是這個系統中的一個成員。
鹽田復育工作中最該重視的當然是上面的「人」的福祉。他們或他們的上一代是「鹽
民」，其以後的生計如何？怎樣才能提升他們受教育的機會和在職場上的競爭力以及在未
來的社會中的發展前途？台江國家公園當然要開放觀光。觀光事業會為當地居民創造就業
機會也帶來財富。但如何使大批的觀光人潮不致傷害珍貴的生態系統，又是一個難度極高
的藝術。鹽田的復育不可能回到過去。我們該重視和懷念過去的歷史，但必須前瞻地規劃
未來，使這一大片土地成為全民與多樣性的生物共享的珍貴空間。
近來台灣缺水的現象日漸嚴重。海水中兩個含量最多的成分是水和鹽。鹽是可以進口
的而水則必須靠自己從大海中取出來。目前以逆滲透法淡化海水已經是一個成熟的技術，
國內的造水成本也有了國際上的競爭力。有一個說法是：海水中既然有水又有鹽，不能把
它們分開同時得到水和鹽嗎？這是行不通的，因為向大海要水就如同向朋友借錢，請他拿
出其財產中的一小部分是比較容易的事，拿出大部分或全部來就困難得多了。以目前的技
術只能取出海水中大約 40％的淡水。
編者的話
01科學發展 2016年 1月│ 517期
專題報導
04 鹽田復育的跨領域合作 楊永年
06 廢棄鹽田中微生物的生態演替
優勢菌相的改變是生態復育的指標，也加速自然演替的過程。
10 以多尺度遙測掌握空間資訊
隨著科技進步和無人飛機的興起，可透過多尺度遙測平台來蒐集觀測資料。
16 台江鹽田復育的工程思考 王雲哲
考量對生態影響的工法稱為生態工法或永續工法。
20 台江鹽田復育的植物生態 — 紅樹林 楊永年、許再文
紅樹林有生態、研究、教學、經濟、休閒觀光與旅遊等的功能。
26 台江鹽田復育的公共參與 楊永年
為擴大公共參與，不妨從更大的雲嘉南鹽田復育的角度規劃與思考。
一般報導
32 黑白蛾黑白講 施禮正
實事求是的科學精神才是對學習者最有助益的，黑白蛾的研究歷史提供了最佳例證。
38 氘的自述 蘇明德
「氘」常做為研究氫反應機構和氫移轉現象的示蹤原子，也參與許多核反應。
目 錄
高銘鴻、王顥筑、許再文
蔣鎮宇
劉正千、溫慧霖、王光華
陳易辛
編者的話01
517NO.
中華民國 105 年 1 月
02 科學發展 2016年 1月│ 517期
04 鹽田復育的跨領域合作 楊永年
06 廢棄鹽田中微生物的生態演替
優勢菌相的改變是生態復育的指標，也加速自然演替的過程。
10 以多尺度遙測掌握空間資訊
隨著科技進步和無人飛機的興起，可透過多尺度遙測平台來蒐集觀測資料。
16 台江鹽田復育的工程思考 王雲哲
考量對生態影響的工法稱為生態工法或永續工法。
20 台江鹽田復育的植物生態 — 紅樹林 楊永年、許再文
紅樹林有生態、研究、教學、經濟、休閒觀光與旅遊等的功能。
26 台江鹽田復育的公共參與 楊永年
為擴大公共參與，不妨從更大的雲嘉南鹽田復育的角度規劃與思考。
一般報導
32 黑白蛾黑白講 施禮正
實事求是的科學精神才是對學習者最有助益的，黑白蛾的研究歷史提供了最佳例證。
38 氘的自述 蘇明德
「氘」常做為研究氫反應機構和氫移轉現象的示蹤原子，也參與許多核反應。
08
46
7344 大自然的聚寶盆與寶藏 黃武良、劉淑蓉
工業界已能在類似花崗岩熱液中合成寶石用的祖母綠大晶體。
50 向大海要水喝 — 逆滲透海水淡化 吳雪舫
節能設備、高壓泵與 RO 膜是逆滲透海水淡化系統中的 3 大關鍵技術。
60 發射台灣的立方衛星 方振洲
「立方衛星的崛起 」是2014 年的十大科學突破之一，從各個領域顛覆太空產業。
68 彗星67P的廬山真面目 葉永烜
彗星 67P 表面上有許多大石塊 ，「頭」和「身體」上的紋理方向截然不同。
台灣新發現
72 創意的重金屬汙染土壤處理法 — 酒廠汙泥的回收再利用 劉辰岫
74 新世代的氮循環 范賢娟
科技新知
76 你幸福嗎？／除油劑／以基改病毒治癌／
黑死病的起源／團結力量大／金子哪裡來？
王道還
科學、技術與社會
80 醫生的兩難 — 蕭伯納眼中的醫生與醫療專業 許宏彬
03科學發展 2016年 1月│ 517期
鹽田復育的跨領域合作楊永年│專題報導特邀編輯
成功大學政治學系
台江鹽田復育是科技部補助的三年期整合型計畫，期程從民國 101年至 104年。這個議題也屬溼地復育，因此和 104年 2月通過的溼地法互相呼應。台江主要指目前的台江國家公園，而台江國家公園於 2009年成立，是以溼地保育為主軸的國家公園。
古台江是指四百年前古生態區，經過人為開發與大自然環境變遷，古
台江內海淤積，這些淤積的新生地後來變成住家、漁塭、工業區、鹽田等。
台南沿海一度是重要產鹽地，後因經濟因素目前有許多廢棄鹽田。涉及這
計畫的領域包括土木工程、地球科學、生物或生態、微生物演替、公共政
策（含公共參與體制）等。
專題報導
04 科學發展 2016年 1月│ 517期
這個計畫從跨領域的角度研究鹽田的復育，也透過跨領域合作，運用豐富的知識
與工具協助鹽田復育。這一系列 5篇文章從不同領域的角度，闡述如何進行鹽田復育。參與這項研究的老師既分工又整合，土木工程主要從生態工法，或以最簡單或影響最
小的方式，使水流暢通或引入海水，讓廢棄鹽田有機會復育或恢復成為生態多樣性的
環境。
然而生態是否真的有復育跡象，必須進行生物監測，包括菌種、動物、植物等都
是重要的觀測或監測指標。通常菌種不易用肉眼觀測，但動植物通常肉眼就可觀察，
例如台江溼地的鳥類可能因廢棄鹽田復育而重新現蹤；常見的紅樹林可用人為或自然
方式繁殖成長。
或者，廢棄鹽田一旦引入活水，就可能恢復生態、生機或生物（物種）多樣性。
因為這項專題計畫，讓筆者發現美國西岸最大的溼地（鹽田）復育計畫，並順利前往
研究 1年。而從美國舊金山南灣鹽田復育計畫的經驗得知，廢棄鹽田可能自成生態系，因而發現廢棄鹽田上有保育鳥類；因此採取循序漸進的方式進行溼地復育，讓原本生
長在廢棄鹽田上的物種可以另覓生活地點。
筆者研究發現，舊金山南灣鹽田復育計畫的公共參與機制非常值得參考學習。或
許因為美國是民主制度成熟的國家，才得以發展出目前這種多元（公共）參與的體制。
生物部分主要從植物的觀點，了解與介紹台江地區目前主要的植物─ 紅樹林，可
說是台江生態系最重要的植物之一。而從菌種演替與 DNA調查，可以知道目前廢棄鹽田或生態環境中的優勢與劣勢菌種，並預測生態復育的情形。至於地球科學，則應
用多尺度遙測技術從空中監控與了解廢棄鹽田區域，以更大範圍進行空間資訊蒐集，
供相關單位做整體規畫與評估。
綜言之，從這 5篇文章可窺視不同學術領域如何進行鹽田復育研究。就像生態多樣化是進行鹽田復育的重要標的，多樣性的領域共同參與鹽田復育也成為這個整合型
研究的重要特色。
05科學發展 2016年 1月│ 517期
0706 科學發展 2016年 1月│ 517期科學發展 2016年 1月│ 517期
鹽田的興廢
海水中富含鹽類，台灣先民很早就會
煮沸海水取得其中的鹽。到了明鄭時期，
由陳永華教導民眾淋鹵曬鹽法製鹽後，開
始有一定規模的鹽田出現。
在台灣的曬鹽歷史中，隨著工業的發
展，工業用鹽的需求大增，又引進了電析
法製鹽，使得傳統曬鹽業漸漸式微。隨著
經濟的發展，曬鹽地區的人口快速外流，
也開始進入機械化製鹽，但成本仍高於外
國進口的鹽，導致台灣的曬鹽場一一關閉。
2002年，七股鹽場關閉，正式為台灣三百多年的曬鹽史畫下句點。因此，台灣
的土地上有許多廢棄的鹽田。
廢棄鹽田的演替
演替是一種在群集中的生物隨著時間的推移而漸變的過程，從群集的演替中，可以了解
生態系的組成和功能的改變。在自然環境裡，生物的組成如果改變，其生態系中生物間的交
互關係、能量的流動、元素的循環等功能也會跟著改變。
自然溼地是一個陸域與水域交接的地帶，如林澤、草澤、泥沼地、低窪積水區及潮汐灘
地。鹽田則屬於人工溼地，是為了因應人為開墾發展而形成的。鹽田的土壤具有高鹽分，並
透過解析不同廢棄程度的鹽田中微生物相的變化，
可以得到復育廢棄鹽田的線索，以期加速其生態復育。
高銘鴻、王顥筑、許再文、蔣鎮宇
鹽度最高的觀光鹽田
廢棄鹽田中微生物的生態演替
專題報導
0706 科學發展 2016年 1月│ 517期科學發展 2016年 1月│ 517期
不適合植物生長，而自然溼地生物的生產
力比較高，生態系統也較穩定。
廢棄鹽田因為較少受到人為的干擾，
所以不少鹽田廢棄後，漸漸有植物生長以
及動物遷入，成了動植物的重要棲地或候
鳥如黑面琵鷺遷移度冬的主要休息站。經
過長時間的演替，廢棄鹽田逐漸形成一個
接近自然溼地的生態系。
期望透過了解廢棄鹽田的演替過程，
可以得到復育廢棄鹽田的線索，為台灣的
生態保護盡一份力。
解析微生物相
微生物相提供了生態學者了解廢棄鹽
田演替過程的重要資訊，生態環境的改變
不僅和生物棲地環境的變化有關，更和微
生物群集的多樣性密不可分。微生物能夠
影響有機物質的循環作用以及棲地動植物
的生長與繁衍，微生物與動植物共同組成
了棲地的生物多樣性。
鹽田環境中最特別的因子就是很高的
鹽度，嗜鹽微生物對鹽度的耐受度較廣，
可存在於淡水環境、海洋、高鹽度的湖泊、
海岸潟湖、鹽田中。而具高鹽濃度的土壤
無法讓農作物生長，高鹽的逆境也讓許多
植物賴以為生的有益微生物無法生存。
台南七股、四草、北門等鹽田中，以
四草鹽田的微生物種類最為豐富，因此以
它為調查的地點。實地探訪發現那裡並非
單一的環境，不同時期廢置的鹽田隨著時
間的演進，土壤鹽度逐漸降低，也開始有
適合在其中生長的動植物出現。
若要在自然環境中直接了解演替的過
程，需要長時間的觀察、記錄。因此，採
用空間換取時間的策略，選定四個處於不
同演替階段的生態環境，來了解廢棄鹽田
在演替過程中微生物相的改變，分別是曬
鹽的觀光鹽田、植物稀少的廢棄鹽田、具
簡單植物相的積水鹽田，以及具豐富植物
相的積水鹽田開放水域，這一順序也對應
了其生育地土壤鹽度的高低。
經採集上述四個採樣點的土壤進行
DNA萃取，以多源基因體學搭配 DNA條碼方式來了解當地微生物相的變化，並解
析各演替階段的優勢微生物。
採樣點的微生物相
鹽度最高的觀光鹽田裡，主要的優
勢菌分別有專性厭氧的革蘭氏陰性桿菌
植物稀少的廢棄鹽田
微生物相提供了生態學者了解廢棄鹽田演替過程的重要資訊，生態環境的改變
不僅和生物棲地環境的變化有關，更和微生物群集的多樣性密不可分。
0908 科學發展 2016年 1月│ 517期科學發展 2016年 1月│ 517期
Butyricimonas屬，這類桿菌會進行葡萄糖的發酵作用，Desulfococcus屬是在沿岸沉積物中較為優勢的菌屬，是專性厭氧的嗜
熱菌，也是一種硫酸鹽還原菌，在無氧的
環境中，藉由硫酸接收電子的過程同時氧
化醋酸鹽，在海水的硫化合物循環中發揮
重要的作用。
在鹽礦中最先發現Gracilimonas屬，與Roseovarius屬類似，都屬於兼性厭氧的嗜鹽菌；Halanaerobium屬和 Halothermothrix
屬常見於湖中的沉積物內，可利用碳水化
合物、果膠、胺基酸、胰酶解酪蛋白來產
生葡萄糖、乙酸鹽、丙酸鹽、氫氣、二氧
化碳等。Marinobacter屬是革蘭氏陰性的好氧桿菌，可生長在 0.08∼ 3.5 M氯化鈉的溶液中，並可使用各種烴類做為碳源。因
為在高鹽度的逆境中，大多數的耗氧以及
自營的細菌都無法生存，因此優勢菌大多
是厭氧的化學自營細菌。
在植物稀少的廢棄鹽田裡主要的優勢菌
中，Desulfatibacillum屬是硫酸鹽還原菌，在硫酸還原反應的過程中伴隨著烯烴類的
降解。Geotoga屬的菌種能夠還原硫成為硫化氫；Halocella屬是專性厭氧的嗜鹽菌，能夠把纖維素和澱粉分解成較小分子
的碳水化合物。Saccharospirillum屬是中度嗜鹽的革蘭氏陰性菌，可行鹼鹵水中純化
出來；Steroidobacter屬是反硝化細菌，而Thiohalorhabdus屬是硫氧化細菌，兩者都能代謝硝酸並把它還原。在這些廢棄鹽田的
優勢菌中，大多是利用氧化還原作用來產
生其生存所需能量的細菌。
在具簡單植物相的積水鹽田裡主要的優
勢菌中，Dasania屬和 Steroidobacter屬是專性的好氧菌，常存在於汙泥中，能把硝酸鹽還原
為氮。Desulfosarcina屬、Ectothiorhodosinus屬、Ectothiorhodospiraceae 屬、Thioalkalivibrio 屬與 Thiohalophilus屬都會從硫化物和碳酸鹽
優勢菌相的改變除了可以做為一般生態復育的指標外，
更可以加速自然演替的過程。
鹽田的土壤具有高鹽分，並不適合植物生長（圖片來源：種子發）。
專題報導
0908 科學發展 2016年 1月│ 517期科學發展 2016年 1月│ 517期
代謝中產生所需要的能量。Nocardioides屬
是土壤中常見的的好氧菌屬；Pelagibius屬
和Gracilimonas屬是嗜鹽的革蘭氏陰性菌，
嚴格好氧。在這種鹽田中，開始出現了好
氧的細菌，可見其環境的逆境程度比前兩
個採樣點好。
在具豐富植物相的積水鹽田開放
水域裡主要的優勢菌中，Azospira 屬、
Burkholderia 屬、Derxia 屬、Mesorhizobium
屬、Nitrosospira 屬及 Zoogloea 屬是土壤
中常見與固氮、氮循環相關的菌屬。其中
Mesorhizobium屬是根瘤菌，Bacillus屬是
好生於植物根際的好氧桿菌，Spongiibacter
屬是嗜鹽、好氧的革蘭氏陰性菌，顯示
這一採樣點仍有一定程度的鹽類存在。
Thioalkalispira屬和 Thiobacter屬是土壤中
的耗硫菌，能以硫氧化做為能量的來源。
在這採樣點，其優勢菌屬的出現無疑是有
助於鹽度的下降並促使植物生長。
調查中發現各採樣點間具有消長相關
性，不同樣點間的優勢菌隨著消長的過程
而改變。耐逆境的嗜鹽優勢菌隨著消長的
過程而下降，取而代之的是常在土壤中出
現的碳、氮、硫代謝及循環的菌屬。
鹽田復育成良田
生態系統是在一個特定的環境內，透
過生物與非生物因子的交互作用，藉由能
量的流動、營養和元素的循環等，形成具
有生物結構及生物與非生物間物質和元素
循環的系統。
調查發現，不同演替程度的採樣點與
其優勢菌的變化有關。因此，優勢菌相的
改變除了可以做為一般生態復育的指標外，
更可以加速自然演替的過程，讓鹽田復育
成良田。
具簡單植物相的積水鹽田 具豐富植物相的積水鹽田開放水域
高銘鴻、王顥筑成功大學生命科學系
許再文農委會特有生物研究保育中心
蔣鎮宇成功大學生命科學系
1110 科學發展 2016年 1月│ 517期科學發展 2016年 1月│ 517期
專題報導
1110 科學發展 2016年 1月│ 517期科學發展 2016年 1月│ 517期
多尺度遙測
多尺度（multi-scale）遙測或稱多級（multi-stage）遙測，是指透過不同等級的觀測距離，獲取不同尺度的遙測資
料。從廣域觀測的角度考量，資料蒐集
的範圍越廣越好；從詳細分析的角度考
量，資料的解析度越高越好。只是由於
經費與時間的限制，往往無法同時滿足
這兩種考量，造成見樹不見林或見林不
見樹的缺憾，因而發展出使用「多尺度」
或「多級」遙測平台來蒐集觀測資料。
以台江國家公園為例，長時間的
地景變遷適合使用穩定的衛星平台，而
物種的詳細分類適合使用高光譜影像依
不同光譜特徵分類，鳥類的追蹤普查則
適合使用機動性高的無人飛行載具來拍
攝。此外，對於有重要景觀意義的，就
可以建置有如親臨現場的 720環景照片。透過多尺度遙測的觀念與做法，可以很有效率地運用經費與時間，達成見樹又見林的目標。
就讓我們一起從太空到空中，再從空中到地面，用不同的視野觀測自然生態，以全面掌
握台江國家公園的各種空間資訊吧。
透過多尺度遙測的觀念與做法，可以很有效率地運用經費與時間，
達成見樹又見林的目標。
劉正千、溫慧霖、王光華、陳易辛
以多尺度遙測掌握空間資訊
由在太空軌道上運行的衛星平台所記錄，從鹽田快速轉變
成南科工業區的變化過程。A：安順鹽田，SPOT-3 衛星於
1994 年拍攝；B：工業區開始整地動工，SPOT-2 衛星於
1998 年拍攝；C：工業區持續建設，福衛二號於 2005 年
拍攝；D：近年的工業區及鹽田生態文化村，福衛二號於
2013 年拍攝。
A
C
B
D
1110 科學發展 2016年 1月│ 517期科學發展 2016年 1月│ 517期 1110 科學發展 2016年 1月│ 517期科學發展 2016年 1月│ 517期
衛星影像
美國大地衛星（Landsat-1）於 1972年升空運轉，是世界上第一個針對地球觀測
任務所設計的資源衛星。就在同一年，這
衛星拍攝了台灣地區第一張的衛星影像，
忠實記錄了四十多年前台灣的地形地貌。
現今的七股黑面琵鷺保護區在當時還是剛
剛開發的海埔新生地，而鹽田文化村當時
仍在曬鹽。
台江國家公園的濱海沙洲是國家重要
的自然景觀資源，近年來沙洲不斷流失與
改變，這些動態的變化是由於河川中泥沙
的來源減少、颱風暴潮的影響，以及海平
面上升所造成的。因此，這沙洲每年正以
25∼ 100公尺的速度後退中，且受到侵蝕。在國家公園成立後，沙洲景觀資源的保護
與復育便是首要的工作之一。
另外，透過國人自主控制的福爾摩沙
二號衛星（福衛二號）在過去十年所拍攝
的空間分辨率達兩公尺的遙測影像，可以
連續監測濱海沙洲退縮的情形。
從衛星平台觀測到的相隔四十多年台江國家公園地形地貌的變化。A：大地衛星於 1972 年拍攝；B：福衛二
號於 2012 年拍攝。A-1 與 B-1 現今是黑面琵鷺保護區；A-2 與 B-2 現今是鹽田文化村。
應用福衛二號影像連續監測網仔寮沙洲的退縮情形
2005 2006 2007
2008 2009 2010
2011 2012 2013
A B A-1 B-1
A-2 B-2
專題報導
1312 科學發展 2016年 1月│ 517期科學發展 2016年 1月│ 517期
安順鹽場是 1919年由台灣製鹽會社所開發的鹽場，也是台灣第一個製鹽工業基
地，至今已有近百年的歷史。1994年，因為台南科技工業園區的開發、鹽業停產，
以及附近是重要的水鳥繁殖地和過境棲息
地等因素的影響，便把鹽場周邊的鹽田及
漁塭共三百五十餘公頃的土地劃設為四草
野生動物保護區。2002年開始，更把鹽場內的南寮鹽村規劃為鹽田生態文化村，以
保存鹽業及鹽民文化的史蹟。穩定在太空
軌道上運行的衛星平台，同樣忠實地記錄
了這段從鹽田快速轉變成南科工業區的變
化過程。
高光譜影像
在土地利用與覆蓋分類時，一般高空
間分辨率的衛星影像或航拍照片往往受限
於光譜波段數目過少，分類精度並不足以
明確區分類型，特別是無法準確提供台江
國家公園內珍貴植物的詳盡空間分布情形。
而高光譜影像涵蓋的光譜範圍廣，且波段
多，能夠反應出不同物種的光譜特徵，應
用波段間的細微差異特徵可建置台江國家
公園內紅樹林的分布範圍。
大氣是複雜的介質，包括水汽、氣溶
膠等各式各樣的懸浮物質，有散射、吸收、
放射等功能。然而太陽向地面投射的能量，
以及地面反射的能量都要穿越大氣，感測
器收到的訊號必會受到影響。因此，分析
地面反射率的特性時，移除大氣的影響是
非常重要的工作。
從高光譜輻射資料中擷取大氣資訊是
一項專業技術，由於氣溶膠的組成分子易
受天氣型態及大氣環流影響，具有強烈的
區域性，因此直接量測大氣因子的觀測資
料不易取得，且不同地形地物都有其各自
的大氣水汽吸收頻道，必須經由高精確度
的大氣輻射傳輸模式計算才能得到大氣特
性，以求取真正的地面反射率。
各個像元的反射光譜可用一多維度空
間描述，每個向量具有一定的長度和方向，
長度表示該像元的亮度，方向則表示其光
譜特徵。而不同光譜特徵的像元是變異向
量，其夾角是指多維度空間的兩個向量的
夾角，若假定各波段間是獨立不相關的，
則這夾角可用在界定兩光譜間類別的變化，
稱為光譜角 θ。
台江國家公園內的植物約有三百多
種，以草本為主，伴隨少數的木本植物及
紅樹林。
無人飛行載具
台江國家公園是黑面琵鷺來台度冬的
重要棲地之一，每年 1月中旬舉行全球普
6 種地表地物的高光譜特徵曲線
柏油
valu
e
10 1215 14
20 16
251820
400 400
400
400
500 500
500
500
600 600
600
600
700 700
700
700
800 800
800
800
900 900
900
900
1000 1000
1000
1000
Wavelength
樹木
valu
e
valu
eva
lue
10 5
13
20 10
24
30 15
35
40 20
46
50 25
57
60 30
89
400 500 600 700 800 900 1000Wavelength
河道
草地
魚塭
valu
e
400 500 600 700 800 900 1000Wavelength Wavelength
Wavelength
Wavelength
建物
valu
e
1312 科學發展 2016年 1月│ 517期科學發展 2016年 1月│ 517期
查作業，普查方式一般都是從地面用望遠
鏡進行人工同步計數。由於黑面琵鷺會隨
作息時間移動，並非長時間固定在同一地
點，因此發生重複計算的機率很高。此外，
若調查照片中拍攝到超過 100隻的黑面琵鷺，仍需花費大量的時間與人力才可算出
準確的數量。
無人飛行載具具有高機動性，可在雲
層下方飛行，不易受天候影響，可即時拍
攝漲退潮海岸線變化、黑面琵鷺棲息範圍、
紅樹林分布範圍等，適合做為生態普查的
工具。可遠程控制並根據飛行計畫或更複雜
的動態自動化系統進行自主飛行的小型遙
控飛機，在遙感探測上提供了一個創新的方
法，使得在小區域內取像能達到安全性和機
動性的需求，並能有效降低調查成本。
同時，針對調查影像發展出半自動生
物計數方法，利用影像分類技術成功辨識
出鳥類、陰影、水三種。接著把鳥類類別
變成一個一個的物件，再對個別物件做幾
經由高光譜影像光譜角分類的台江國家公園研究區內紅樹林分布圖及現地照片
120o8'0''E 120o8'30''E 120o9'0''E
23o 0'
0''N
23o 0'
30''N
23o 1'
0''N
120o8'0''E 120o8'30''E 120o9'0''E
23o 0'
0''N
23o 0'
30''N
23o 1'
0''N
1 2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
B C
D E
1
23456
A
縱長度：1,000 公尺
橫長
度：
200 公
尺
高度：200 公尺黑面琵鷺賞鳥亭
拍攝範圍
利用無人飛行載具空拍進行鳥口普查（A：飛航任
務規劃圖，B：影像分類及鳥類物件化，C：鳥類
周長幾何分析成果，D：鳥類形像學分析成果，E：
鳥類影像峰值分布分類成果）
專題報導
1514 科學發展 2016年 1月│ 517期科學發展 2016年 1月│ 517期
利用高光譜影像能繪製出紅樹林的分布範圍，
有助於溼地保育的推動。
何分析（尺寸、周長）、形像學分析等，
利用尺寸、周長可以計算出相連的黑面琵
鷺與不同種的鳥類，再由電腦程式判釋鳥
類數量。這個快速而有效的計算方式應能
提升鳥口普查作業的準確性，減少人工判
釋的誤差。
不同尺度看見台江
台江國家公園深具歷史、自然、產業
三大特色，衛星影像自 1972年便開始忠實地記錄著台江歷史的發展、自然地景的變
化，以及訴說著鹽業的興衰。
隨著科技的進步，高光譜影像的出現
給予紅樹林新的身分證，不再只是芸芸眾
植物的一員，能繪製出紅樹林的分布範圍，
有助於溼地保育的推動。
無人飛機時代的興起，提供了新的鳥
口普查技術，人員除了定點觀測計數外，
從高處一次看到大範圍的情形，能進一步
掌握鳥類的族群空間分布。
因此，以多尺度遙測掌握空間資訊已
然達到見樹是樹、見樹也見林、見林還是
林的境界，看見不同時間與空間的台江國
家公園。
劉正千成功大學地球科學系∕全球觀測與資料分析中心
溫慧霖、王光華成功大學全球觀測與資料分析中心
陳易辛成功大學地球科學系
1514 科學發展 2016年 1月│ 517期科學發展 2016年 1月│ 517期
專題報導
1716 科學發展 2016年 1月│ 517期科學發展 2016年 1月│ 517期
荒廢鹽田的復育
台江國家公園位於台灣西南沿海，擁
有海洋與陸地交界的珍貴地理條件與生態
系統，如濱海溼地和七股潟湖，是許多候
鳥與水鳥的棲地，也是稀有鳥類黑面琵鷺
的冬季棲地之一。當一個地區具有如此的
天然資源時，在這片土地上活動所創造的
文化與歷史必然非常豐富與複雜。由於過
去部分地區用於曬鹽而曾經輝煌過，如今
曬鹽已不具經濟競爭力，使這地區留下許
多荒廢鹽田。
復育荒廢鹽田指的是復育到鹽田時代，
使其可以繼續生產鹽？還是鹽田之前或更
早的時代，使其具溼地的生態多樣性？若
是前者，工程上不是問題，但經濟上是個
大問題，也因此才有廢棄鹽田的存在。本文所指的是把鹽田復育到具生態多樣性的濱海溼地，
當一區域具有生態多樣性時，對應的文化、社會發展才得以永續。工程手段是復育的重要方
法，但施作時必須兼顧許多其他的考量。
鹽田的產生是因為天然條件與當時的商機，把海水由人工渠道引入，然後關閘門困住海
水，並藉由南台灣的烈陽使水分蒸發取得結晶的鹽。海水引入的地區若沒有被這樣當成鹽田，
適當的工程可帶給人們更安全、便利與舒適的生活，
也有助於生態系統的平衡，工程的最終目的是建立人類與自然界永恆的、
動態的協和。
王雲哲
台江鹽田復育的工程思考
（a）台江國家公園內的溼地是一天然的水鳥棲地；
（b）黑面琵鷺是台江國家公園冬季時的固定客人。
（a）
（b）
1716 科學發展 2016年 1月│ 517期科學發展 2016年 1月│ 517期
它會是一般的濱海溼地，充滿各種各樣的
生物，形成一個多元的生態系。
荒廢鹽田復育的關鍵在於這個地區的
活水循環，強烈的日曬導致水分快速蒸發，
使得剩下的地表或地下水分含鹽量高，不利
於大多數的生物。因此，當思考活水循環時，
不應只考慮水在地表與地下的流動，必須同
時思考其在地下、地表與空氣中的循環。
台江鹽田的特性
台江國家公園內鹽水溪附近的荒廢鹽
田，蘊藏著很大的觀光、經濟及生物多樣
性價值。另外，七股鹽山是目前一個重要
的觀光、休閒與教育園區。
曬鹽與洗鹽有相當多的工序，尤其是
要把鹽曬得潔白無瑕，必須用高濃度飽和
的鹽水去洗還在結晶的鹽，在洗去雜質的
同時，卻不會使剛形成的鹽結晶溶解。
過去台江地區被當作鹽田使用，大幅
增加其土壤含鹽量，加上荒廢鹽田中現在
一年中有半年以上（以夏季為主）沒有活
水流動，鹽含量因日曬只會有增無減，無
法供大部分的生物利用，只有少部分耐鹽
植物可以生存。冬季時，這些鹽田充滿積
水，水量太多也不利於動植物生長與活動。
總之，荒廢鹽田夏季太乾，冬季太溼，無
法生長任何東西。自從停止採鹽後，荒廢
鹽田就是現在這個樣子，若不做任何處理，
在可見的未來也不會有太大的改變。
工程如刀的兩刃
工程對生態與環境景觀的破壞是眾所
皆知的，土木水利工程師可視為大地的雕
塑家，也可視為生態系的殺手。例如興建
一條馬路，就阻隔了馬路左右生物的移動，
嚴重時可使某物種消失，改變生態系的平
衡。然而適當的工程可帶給人們更安全、
便利與舒適的生活，也有助於生態系統的
平衡，工程的最終目的是建立人類與自然
界永恆的、動態的協和。工程本身有如刀
槍一般，沒有善惡之別，因為都只是工具，
善惡來自於使用者的心。
慎思熟慮的工程會考量對生態的影響，
這是目前的顯學，稱為生態或永續工法。
生態或永續工法強調顧慮生態的精神與準
則，並沒有一套 SOP，因為每一個工程都有其獨特性，須因地制宜，並且結合工程、
生態、政策、人文學科等跨領域的集思廣
益，選擇一個最佳的方法滿足各個角度的
需求。
永續工法
對於台江鹽田的復育，必須運用永續
工法降低工程對環境的破壞，對荒廢鹽田
荒廢鹽田在冬季時充滿積水，夏季時是一乾涸之地。
當一區域具有生態多樣性時，對應的文化、社會發展才得以永續。
專題報導
1918 科學發展 2016年 1月│ 517期科學發展 2016年 1月│ 517期
進行水活化工程，使其活化後可回復舊有
的生物多樣性，帶動觀光、經濟發展。但
在施工前，須先進行現地水文及地質調查，
了解當地的水循環機制，並深入了解土壤
及水中的酸鹼值與時間的關係。實際施工
時，須以永續工法的精神因地制宜，使其
適合於活化荒廢鹽田。
為什麼海水不會回流到荒廢鹽田中，
以自我療癒回復到濱海溼地的狀態？因為自
然環境在過去一百多年的改變與人類活動的
影響，即便是把台江地區過去所建設的水道
與水閘門打開，也無法讓荒廢鹽田復育。
在台江鹽田復育的工程問題背後，是
一個廣泛且重要的科學問題，即含化學物
質（這裡是鹽）的流體流經多孔隙介質的
物理問題。這科學問題探討流體運動與化
學物質擴散的耦合現象，因為流體可在多
孔隙介質的孔隙中運動，在流動與擴散過
程中，鹽的濃度得以分布在流體與土壤裡。
土壤不但是孔隙介質，孔隙大小還有不同
的分布，是一具階級式的多孔隙介質，不
同大小的孔隙會影響土壤的物理化學性質，
這個科學問題可藉由模擬技術求解。
在海水與陸地交界處，鹽的濃度太高
或過低，都不利於生物的多樣性。由於夏
季炎熱，維持這區域的水量是一個首要的
問題。興建水塔、水井或石砂管等可取得
初始所需的水量，但蒸發會劇烈降低總水
量，包含地下水量也可能降低。
因此，即便興建明渠流水網（明渠是
指水在一開放的渠道中流動，水的表面壓
力與大氣壓力相同），並進行模擬分析，
探討如何把水均勻地分散，最後也需面對
如何持續注入所需用水的大問題。由鹽水
溪引水進入荒廢鹽田區域是可行的，但經
濟成本與整體工程效益仍需更深入的評估。
（a）流體在中央渠道內流動，滲透至左右兩側多孔
隙介質，紅色箭頭表示流動方向，其長短表示流
速大小。（b）流體在渠道網格內的流速分布情形，
紅色表示高流速，藍黑色表示低流速。
（a）
（b）
模擬技術的應用
工程與科學上廣泛使用模擬，是以電
腦計算分析，在適當的假設條件下，計算
未來可能發生的事。
欲描述物理世界，由連續體的角度，
可使用偏微分方程式。這些方程式必須配
合邊界條件與初始條件一起求解，才可以
獲得滿足物理觀察的答案。這些方程式與
條件的建立，是經由繁複的數理推導，並
與實驗相互驗證，然後再應用到複雜的問
題上。對複雜的問題，這數學系統大多無
法以手算求得解析解，必須使用數值方法，
以電腦計算數值解，常用的數值方法是有
限差分法與有限元素法。
1918 科學發展 2016年 1月│ 517期科學發展 2016年 1月│ 517期
除了以連續體的方式模擬物理系統外，
另一個方法是顆粒型的模擬技術，例如分
子動力學模擬。把物理系統中最小的組成
單元如原子當成一個球形顆粒，並賦予顆
粒間的交互作用法則，然後模擬數以百萬
計的顆粒間每分每秒的互動，以呈現系統
整體的行為。
不論連續體或顆粒型的模擬技術，各
有其優缺點。數值方法把連續體離散化，
也可視為某種程度的顆粒化，可見這兩種
技術間的相輔相成。
模擬技術已廣泛應用於地震、交通或
大規模的潮汐與海底和陸地地形的交互作
用等，是評估與預測未來可能發生事件的
重要參考，但不可解讀為必定會發生的結
果，因為真實的物理世界可能與當初建立
數學方程式系統的假設條件有落差。
建立地下管流水網
另一個工程策略是建立地下管流水網。
因流體在水管裡流動，其壓力可大於大氣
壓力，若在管壁上局部應用泡沫材料，就
可使流體由水管內釋放出去進入周圍的土
壤。最大的好處是降低水分的損失，在夏
季枯水期，藉管內的流體壓力控制水分的
釋放量；在冬季豐水期，把水分抽回集中
池。如此，可終年維持這地區土壤中的水
含量，進而維持酸鹼值。整體水網的控制
可藉由感應器與電腦程式達到自動化。
在荒廢鹽田中興建這類的地下管流水
網，是一個大規模、類似地質改良的工程。
在土木水利工程中，地盤改良常是必要的，
用以增加地基承載力。杜拜的棕櫚人工島
可視為大規模地質改良的例子，填海造地
是另一個例子。
雖然埋設地下管流水網搭配地下流體
集中池是用以復育荒廢鹽田相當理想的方
法，但經濟成本、施工方式與材料的選擇
仍需深入研究，才能滿足生態、人文、工
程、經濟、法令、政策等各方面的需求。
溼地的復育消失溼地的復育具有與荒廢鹽田的復
育非常類似的工程與科學上的挑戰，也就
是如何把水還給土壤。
水分的喪失除了因為蒸發外，地下水
位的降低也是一個嚴肅的問題。地下水位
降低的原因非常複雜，但全球似乎都有類
似的問題，也許與地殼內部複雜的運動有
關，而地殼內部複雜的運動也許與火山爆
發、極端氣候等因素有關。
工程無法永遠地解決問題，即使現在
可以用工程的方法復育溼地，不代表這個
溼地會永遠存在，雖然中國四川的都江堰
已有約兩千三百年的歷史了。大環境的改
變如地震、極端氣候等，仍可能破壞工程
建設，這時必須施作新工程，以維持人類
的生存與活動。
消失溼地的復育具有與荒廢鹽田的復育非常類似的工程與科學上的挑戰，
也就是如何把水還給土壤。
王雲哲成功大學土木系
專題報導
2120 科學發展 2016年 1月│ 517期科學發展 2016年 1月│ 517期
台江一詞是因「台江內海」而來，後
因淤積產生了沙洲與陸地。這片沙洲或陸
地上在未開發前原有許多的紅樹林，不過
後來為了產鹽而把大範圍的台江區（指雲
嘉南，不局限於台江國家公園的範圍）開
闢成鹽田，許多紅樹林或植物因而遭到砍
伐，也有只為了廟宇停車而大量砍伐紅樹
林的行為。
嘉南著名的鹽田包括七股、安順、布
袋、北門等都曾經是重要的製鹽基地，生
產高品質的鹽運到日本。後來因為經濟因
素鹽田紛紛停產，多處廢棄成荒墟。近年
因為地球暖化、海平面上升、環境汙染等
問題日趨惡化，讓鹽田生態復育的觀念興
起，但眾人關愛的眼神不只聚焦於紅樹林，部分退休鹽工也希望能恢復昔日鹽田風光，台灣
鹽田復育的議題因而浮上台面並受到重視。
植物是生態系統的關鍵角色，因為植物兼具動物的食物與棲地雙重功能。因此，談鹽田
復育不能不考量植物生態復育，而台江國家公園最重要的植物之一就是紅樹林（mangrove）。
紅樹林生長於河海交界的潮間帶，形成特有的生態環境，
因此紅樹林的保育等同於生態環境的保育。
楊永年、許再文
台江鹽田復育的植物生態—紅樹林
植物是生態系統的關鍵角色，因為植物兼具動物的食物與棲地雙重功能。
海茄冬
2120 科學發展 2016年 1月│ 517期科學發展 2016年 1月│ 517期
台灣紅樹林的命運多舛，過去曾險遭
大舉開發破壞。例如 1979年，當時省政
府擬斥資新台幣 140億，把大片的水筆仔
紅樹林（約 60公頃）開發興建為 8,000戶
國民住宅。所幸經植物學界及環境科學界
群起發起保護紅樹林的運動，周昌弘院士
甚至發表專文稱紅樹林為「植物學上的國
寶」，又經當時電視媒體及平面媒體的齊
聲呼籲，這個開發案因而被阻擋下來，留
下目前淡水繁茂的水筆仔紅樹林，在海水
的搖曳下傾訴著這段驚險的故事。
什麼是紅樹林
黃晉芳認為「廣義的紅樹林是指生長
於熱帶海岸潮間帶，泥濘及鬆軟土地上所
有植物的總稱，狹義的紅樹林則限於生長
在熱帶海岸最高潮線以下及平均高潮線以
上之間的常綠喬木與灌木」。紅樹林也是
台灣西南沿海重要的生態（植物）資產，
台灣的紅樹林植物據紀錄有 6種。早期最佳的觀察位置在高雄灣，當地除水筆仔外
有台灣所有的紅樹林種類，1958年港口擴建時砍除了部分植株，但仍保有所有的種
類。可惜高雄第二港擴建後，僅保留十餘
棵由圓形水泥矮牆圍著的紅樹林。
目前台灣現存的紅樹林植物僅剩 4種，在 1999年證實紅樹科的五梨跤並不分布於台灣，因此訂正台灣產的這個物種系屬紅
海欖，這科的水筆仔也在 2003年由台灣學者許秋蓉等認為是新種發表。海茄苳以前
放在馬鞭草科，現今則把它獨立為海茄苳
科或放在爵床科中。第四種是使君子科的
欖李。這四種紅樹林在台江國家公園都可
以找到蹤跡（唯水筆仔非台江原生種，是
從淡水移植過來的）。
由於紅樹林生長於河海交界的潮間帶，
形成特有的生態環境，因此紅樹林的保育
綠色隧道
專題報導
2322 科學發展 2016年 1月│ 517期科學發展 2016年 1月│ 517期
等同於生態環境的保育。由於台灣紅樹林
尚有伴生植物，例如苦林盤、黃槿、土沉
香等，還有中華結縷草、鹽地鼠尾粟、濱
刺麥、林投、草海桐、鹽定等海濱植物。
根據前述紅樹林以及伴生植物的定義，如
果廢棄鹽田能用於紅樹林復育，也等於進
行生態復育，因為這也代表著生物（生態）
棲地的還原。
再以台江國家公園常見的四種紅樹林
為例說明，公園裡著名的「綠色隧道」是
由海茄冬所組成，它位於竹筏港溪（早期
人工的運鹽水道），目前由台南市四草里
大眾廟所經營。但研究發現，現有觀光導
向的經營模式，產生了噪音、水路整理等
干擾生態或棲地的行為，這些都會影響紅
樹林的生長與保育，令綠色隧道的生態出
現危機。
另紅樹林土地產權也是問題，其原屬
國有土地，但因大眾廟經營綠色隧道比台
江國家公園管理處成立要早，以致台江國家
公園無法取得經營先機。也因此，台江國家
公園管理處的保育政策難及於綠色隧道。
水筆仔並非台江地區的原生紅樹林，
不適合以它進行鹽田（生態）復育，但在
台江國家公園它似乎無所不在。又如紅海
欖以前以五梨跤稱之，依李進添先生（原
是四草漁民，後因漁業枯竭，目前改經營
生態保育與導覽）的說法，五代表多的意
思，跤則有「腳」的意涵，因其有很多氣
根有若很多腳故以名之。又因欖李葉片中
間有缺口，所以以台語諧音（擁抱你）稱
呼，這雖非學術解讀，但具有鄉土或民間
味道。或許因為生態（紅樹林）復育漸獲
重視，大鵬灣風景管理處（屬交通部觀光
局）也進行了紅樹林的復育。
水筆仔
欖李
大鵬灣紅樹林
紅樹林的功能
如前所述，紅樹林有生態、研究、教
學、經濟、休閒觀光與旅遊等功能。茲分
述如下。
2322 科學發展 2016年 1月│ 517期科學發展 2016年 1月│ 517期
生態功能 黃晉芳指出「紅樹林生長
於河海交會處的泥質灘地上，這區域匯集
著河川上游及海洋所帶來的各種無機鹽和
有機物」，可提供魚、蝦、貝類等豐富的
食物來源。而台南鹽水溪、嘉南大圳、竹
筏港溪匯集處，位於國際級四草溼地旁，
滿布著紅樹林，其中擁有兩百多種候鳥與
留鳥（李進添口述），另有彈塗魚、多種
招潮蟹及魚類，可說是生物多樣化或物種
多樣化的重要生態區。
研究功能 由於台江國家公園紅樹林
帶來的豐富生態，其生態和紅樹林的關係
因而成為諸多學術研究者關切的重點，例
如成功大學王建平教授、蔣鎮宇教授、侯
平君教授、吳俊忠教授、陳景文教授、劉
正千教授、王毓正教授，崑山大學翁義聰
教授，中興大學林幸助教授，特生中心薛
美莉與許再文兩位研究員。除大學外，至
紅海欖
少還有台灣溼地保護聯盟（簡稱溼盟）、
荒野保護協會、台南鳥會、台南社大（台
江分校）等單位的參與。
溼盟也曾努力在鹽田生態文化村進行
廢棄鹽田生態復育，後因八八風災淹水遭
到破壞。台江國家公園 A1保護區也曾是溼盟努力的「高蹺鴴繁殖區」復育區，雖因
八八風災造成破壞，但現在紅樹林仍有很
好的成長。
教學功能 筆者曾進行環境教育課程
戶外教學計畫，帶領學生前往生態區參訪，
紅樹林及相關的動植物都是教學內容。除紅
樹林生態的解說外，也會介紹紅樹林與人的
互動，或紅樹林存在的人文社會意義，可說
是從跨領域角度進行紅樹林的教學研究。
經濟功能 台江國家公園的紅樹林雖
可做為生產染劑的原料，但並無直接的經
濟產值。不過，因休閒旅遊附帶振興了當
專題報導
2524 科學發展 2016年 1月│ 517期科學發展 2016年 1月│ 517期
地的經濟活動，也是意外之得。若能再加
以思考如何和台南小吃連結，甚至把大台
江生產的虱目魚與在地的產業連結，也是
很好的發展方向。
休閒觀光與旅遊功能 由於台江國家
公園的成立，加上各方面的研究推廣，紅
樹林已成為重要的明星物種。不論是大眾
廟經營的台江一號、台江二號、綠色隧道，
或是李進添經營的生態體驗旅遊，紅樹林
都是介紹的重點。台南科學工業園區前身
是廢棄鹽田，但因目前周邊多處仍有紅樹
林成長區，因此推論更早期時可能是紅樹
林生長區。台江國家公園更是隨處可見紅
樹林，惟目前沒有系統性的設計、規畫與
導覽，是美中不足的地方。
紅樹林的未來挑戰
如前述，紅樹林具有台江植物生態復
育指標的意義，因此如何進行紅樹林生態
復育，是未來台江鹽田復育的重要工作。
如果台江鹽田（紅樹林）復育是未來的選
擇，宜儘早設計相關的宣導或教育課程，
也可把紅樹林復育強化為公共參與機制設
計的重要議題。紅樹林是植物學的國寶，
也是台江國家公園的國寶，如何把這國寶
引介給民眾認同珍惜，使它成為全國民眾
生活的一部分，則有賴社區、地方政府、
中央政府的努力。
大台江地區（雲嘉南區）仍有大片廢
棄鹽田，紅樹林復育是關鍵的選擇。政府
擁有龐大的行政資源，有責任形成、規劃
與執行整體性與系統性的紅樹林復育政策。
而以目前組織設計而言，應由中央政府出
馬來西亞紅樹林
把紅樹林製成木炭的烘培屋
面主導，整合內政部、交通部、農業委員
會共同執行。但過去經驗顯示，要達到紅
樹林生態復育的目標，政府只是政策的火
車頭，還得靠非營利組織（保育團體）以
及其他民間團體（如農漁會）的支持。當
然，公共議題之所以會轉變成政府與民間
認同的政策，媒體的報導支持也不可或缺。
紅樹林具有台江植物生態復育的指標意義，因此如何進行紅樹木生態復育，
是未來台江鹽田復育的重要工作。
楊永年成功大學政治系暨政治經濟研究所
許再文行政院農業委員會特有生物研究中心
2524 科學發展 2016年 1月│ 517期科學發展 2016年 1月│ 517期
專題報導
2726 科學發展 2016年 1月│ 517期科學發展 2016年 1月│ 517期
在歷史上，「台江」一詞主要是指台江內海，但本文中「台江」是指台江國家公園。台
江國家公園是台灣第八座國家公園，也是台灣唯一以溼地保育為主的國家公園，園區範圍內
擁有四草與七股兩座國際級溼地，每年吸引上千隻的黑面琵鷺造訪。
台江國家公園涵蓋了早期知名的安順鹽場，位於四草野生動物保護區的「鹽田生態文化
村」，是保存鹽業、生態、社區意識的場所。為了讓生態能夠永續，必須設計鹽田復育的公共
參與機制，而這機制必須能讓鄰近社區居民、學校學生甚至遊客都有感受到環境教育的機會。
公共參與的目的當然是永續生態的維護，而有關台江鹽田復育的永續生態維護，是指把
台江鹽田復育成尚未開發前的生態或原始模式，或者是找回台江鹽田原始的生態系（即未設
立鹽田之前的生態）。不過，因為鹽田生態文化村的昔日風光仍存在於鹽工們鮮明的記憶中，
因此他們期待的是恢復「鹽田」的功能，也就是能夠產鹽的鹽田，而非只是生態的溼地。
本文所謂的鹽田復育，主要是讓鹽田發展成為「生態廊道」，能夠呈現鹽田設立前後的
生態（包括不同的物動與棲地）變化。理論上，生態與文化歷史是可以並存的，重點是如何
設計公共參與機制，讓政策利害關係人願意出面。
因此，所謂的公共參與機制，應有跨域合作的思維，也就是讓多元的團體與利害關係人
都有參與決策的管道，因而得先釐清哪些團體會關心鹽田生態文化村的發展？
鹽田生態文化村屬於台江國家公園非管制區範圍，區域內許多建築物屬於台南市政府，
因此台江國家公園與台南市政府都是重要的參與者。其他還包括鹽田里、社區發展協會、
公共參與的目的是永續生態的維護，而有關台江鹽田復育的永續生態維護，
是指把台江鹽田復育成尚未開發前的生態或原始模式，
或者是找回台江鹽田原始的生態系（即未設立鹽田之前的生態）。
楊永年
台江鹽田復育的公共參與
所謂的公共參與機制，應有跨域合作的思維，
也就是讓多元的團體與利害關係人都有參與決策的管道。
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台南市紅樹林保護協會、台灣溼地保護聯
盟、台南市野鳥學會、海洋生物及鯨豚研究
中心、荒野保護協會、台南社大台江分校，
以及中興大學、台南大學、成功大學等。
但什麼樣的公共參與才能永續？
跨領域合作
所謂「跨域合作」，除了跨學術領域
的思維外，還應包括跨政府層級、機關（部
門），以及和民間（保育）團體的合作。
關於跨學術領域方面，應有鹽田的空照資
料、基本生態或生物資料、基本地理（地
質）與水文資料、都市計畫相關規畫資料、
基本人口特性資料等。這些資料的蒐集與
解讀有賴專業人員的協助，製作成政策或
治理解讀的依據，才能顯現其應用性。或
是思考如何使這些資料和政策、制度與治
理策略做更緊密的連結，才能展現跨領域
合作的功效。
例如空照資料，可以透過地理資訊系
統（geographic information system, GIS）或透過衛星照片、無人載具飛機獲取。這些
空照資料對於如何設計與規劃鹽田復育內
涵，具有重要的意義。再者，土木施工的
進行有賴於對鹽田的地理或地質特性的了
解，例如水路的建設或生態工法就強調工
程與生態的整合。
而生態資料的基礎是生物調查，台江
地區的鹽田早期是沼澤或灘地，生態系包
括紅樹林、彈塗魚、招潮蟹等，都是重要
的生物品系。但不論是空照、地質與工程、
生態等訊息，都得讓民眾能夠理解這些訊
息的意義，並把它和在地的制度、文化與
歷史連結。
由於鹽田的存在，可以保留鹽工或附
近居民的歷史（或文化）記憶，但如何讓
具理想性的生態與文化概念並存，則是努
力的重點。
就目前而言，鹽田生態文化村擁有很
好的發展條件，可以發展傳統鹽田、進行
生態復育（擁有溼地），也有鯨豚實驗室、
小型鳥類標本館、海洋生物標本館、鹽田
文化展示室（展示鹽工使用的工具與生活
器具）、鯨豚標本館、日本古建築等。但
因諸多因素，讓鹽田生態復育的發展不如
預期。可能的原因是鹽田生態文化村沒有
鹽田早期是沼澤或灘地，生態系包括紅樹林、彈塗魚、招潮蟹等。（圖片來源：種子發）
專題報導
2928 科學發展 2016年 1月│ 517期科學發展 2016年 1月│ 517期
做很好的跨領域整合，政府跨層級與跨局
處的研究也相當貧乏。因此，如何進行跨
機關（組織）的整合應是今後思考的方向。
組織間的合作
與鹽田文化村相關的政府機關很多，
例如從早期的雲嘉南風景管理處（台江國
家公園尚未成立時，整個大範圍就屬於雲
嘉南風景管理處的管轄區域）、林務局（民
80年代成立四草野生動物保護區，該區就納入林務局管理，並適用野生動物保護
法）、台南市政府（該區最早由台南市政
府建設局管理，台南縣市合併後則由農業
局接手），以及隸屬內政部營建署的台江
國家公園（於 2009年正式成立）都是。顯然，這涉及了中央政府、地方政府，
以及民間團體的合作治理。以目前來看，
鹽田生態文化村雖然有很好的生態與文化
基礎內涵，但似乎缺乏整體的設計與規畫，
因此難以獲得遊客的認同。舉鹽田文化村
設置的「偽裝景觀工程」為例，可能因為
缺乏溝通，後來竟遭審計部糾正。其實，
任何規畫與設計的背後都有體制的問題，
所有政府組織與民間組織都必須謹慎面對。
治理架構
欲解決鹽田復育的治理問題，可藉由
發展具有包容性的治理架構來因應。包容
性是指讓不同組織與團體的聲音都能夠整
合在架構中，這部分可參考美國加州舊金
山南灣鹽田復育計畫的架構，這計畫由 3個機關（州漁獵局、州海岸保護局和聯邦
保育局）共同主導，專案經理（一年一聘）
則設在州海岸保護局下。這計畫設有管理
美國加州舊金山南灣鹽田復育計畫的架構圖
South Bay Salt Pond Restoration ProjectRestoration Program Plan
National Science
Panel
Design. CEQA / NEPA, Technica
Consultants
ScienceTeam
Executive Leadership GroupSCC, USFWS, DFG
Project Management TeamSCC, DFG, USFWS, local flood management agencies,
USACE, Lead Scientist (+Collaborative Planning Coordinator and Legislative/Local Government Liaison)
Stakeholder Forum(stakeholder representatives and local government)
Finance & Implementation
Work Group
Habitat Work
Group
FloodManagement Work Group
Recreation/Access
Work Group
Other Potential
Work Groups
Interested General Public
LocalGovernment
Forum
Executive Council
Regulatory Agency Staff
PublicParticipation
andOutreach
Coordinator
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團隊，每月召開一次會議，同時不定期舉
辦利害關係人的論壇會議，以及每年或每
兩年舉辦的公共說明會與公共論壇。針對
一般與特定議題，經常保持和社會大眾的
溝通。
再者，南灣鹽田復育專案計畫也有科
學專業性的內容，因此設置有國家級、地
區級與個別的生物科學諮詢小組。依專案
經理的說法，這治理架構花了 5年時間完成，花了 3年時間調適。重點是，一般組織架構圖多僅做官僚體系結構的靜態描述，
這治理架構卻具有能量匯集或組織間合作
的具體執行意義。他山之石，台江國家公
園內的鹽田生態文化村如果也有類似的治
理架構，應可提升治理成效。那麼，鹽田
生態文化村專案應有什麼樣的架構呢？
目前台江國家公園或其他政府機關並
未成立類似的專案計畫，個別機關團體雖
有許多專案計畫，卻鮮少有跨機關合作的
計畫。以台江國家公園為例，曾針對特定
區域進行生態調查的委外計畫，也和臨近
大學進行環境教育與棲地復育的計畫。鹽
田生態文化村所在的鹽田里，也經常有小
型的（社區發展）專案計畫，但似乎不見
整合型和合作型的跨機關計畫。再以北門
的「水晶教堂」為例，雖然創造了假日數
以萬計的遊客，但也出現不同的聲音，因
為水晶教堂和在地文化的連結很弱。
營建署也很積極進行溼地範圍劃訂的
溝通，卻頻遭在地漁民強烈的反彈與抗議。
這似乎顯示營建署雖積極推動溼地政策，
但績效不彰，其原因就在於缺乏跨機關的
合作計畫。
因此，可參考前例南灣鹽田復育計畫
的治理架構，把鹽田生態文化村的發展視
為大型的專案計畫，領導團隊包括台南市
政府農業局、台江國家公園，甚至是內政
部營建署與農委會所屬的林務局。至於專
案執行團隊，可以納入營建署、林務局、
台南市政府等，也可以請非營利組織（特
別是保育團體）參加。依照舊金山南灣鹽田
復育計畫的經驗，除了要有專案計畫的支持
外，也必須有持續不斷的溝通，而且除了內
部溝通外，也應有外部溝通，以建立共識。
雲嘉南鹽田復育專案的架構圖
雲嘉南鹽田復育計畫
中研院
科技部
大學
領導機關：內政部、台南市政府、農委會、交通部
專業規劃團隊
內政部、農委會、交通部、雲嘉南地方政府代表、學術團體
公共參與
利害關係人論壇（利害關係人代表與地方政府）
財務小組 棲地小組 洪災小組 休憩小組 其他小組
關心本議題的社會大眾
環保署
管制機關
地方論壇
專題報導
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台江鹽田復育是台江國家公園的權責範圍，但為擴大公共參與，
不妨從更大的雲嘉南鹽田復育的角度進行規畫與思考。
目前最大的難處還是在於如何形成一
個專案，以便進行鹽田復育工作。若參照
舊金山南灣鹽田復育計畫，其復育的面積
應遠大於鹽田生態文化村，在這邏輯下，
雲嘉南大區域或可納入鹽田復育專案計畫
的範圍，並成為未來雲嘉南區域生態保護
的思考與規劃方向。
由於這計畫是跨部會、跨層級的生態
復育計畫，因此領導機關宜由內政部、台
南市政府、農委會和交通部 4個機關的代表組成。又因為溼地保育目前由內政府（營
建署）負責，所以雲嘉南生態復育計畫宜
由內政部負責並主導。至於台南市政府因
為是直轄市，並擁有四草溼地與七股溼地
兩座國際級溼地，因此除了應擔負更大的
復育責任外，也是雲嘉南 3個地方政府的代表。
農委會在雲嘉南（台南市七股區）設
有黑面琵鷺生態展示館，是農委會特種生
物保育中心所屬的單位。此外，農委會（特
種生物保育中心）有許多生態復育專業人
員，因此應有代表參加。交通部因為有雲
嘉南風景管理處負責推動雲嘉南觀光業務，
所以也該派代表參與。
依舊金山南灣鹽田復育計畫的經驗，
專案執行團隊主要是領導機關代表，外加
直接相關的地方政府，以及出資較多的民
間基金會代表，因這專案執行團隊的主力
還是相關政府機關的代表。依這邏輯推論，
應有台南市、雲林縣、嘉義縣代表參與，
成為專案執行團隊。當然，如果有企業願
意資助，也可考慮納入。至於中研院、科
技部、大學等，因為有研發的能力，所以
是外圍支援的團體。至於管制機關、地方
論壇，以及不同的工作小組，就溝通而言
也不可或缺。
台江鹽田復育本應是台江國家公園的
權責範圍，但為擴大公共參與，不妨從更大
的雲嘉南鹽田復育的角度進行規畫與思考。
而這樣的專案計畫要能成功，必須有中央
政府的支持，也得吸引媒體的報導與注意。
此外，專案計畫的執行，充足的經費不可
或缺，這部分必須有立法委員的協助推動。
只是這麼龐大的專案計畫，能否獲得
相關政府機關（含中央與地方政府）與地
方保育團體的投入，以及民眾（包括漁民）
的支持，則是這計畫能否成功的關鍵。
楊永年成功大學政治系暨政治經濟研究所
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一般報導
3332 科學發展 2016年 1月│ 517期科學發展 2016年 1月│ 517期
黑白蛾黑白講
黑白蛾的故事
工業革命前，科學家就注意到英國曼徹斯特的胡椒蛾主要有黑白兩型，且比例差距甚大，
黑化型十分稀有。在 18世紀末，有人注意到黑白蛾的數量依舊懸殊，但比例卻完全顛倒，黑蛾占了 98％。原來是因為工業革命前，英國的樹幹原本長有蘚苔與地衣，所以白蛾停在上面時有良好的隱蔽效果，不易被鳥發現。但工業革命後，空氣中充滿二氧化硫與煤煙並沾染到
樹幹上，導致蘚苔與地衣死亡且顏色變黑，反而使黑蛾數量逐漸占優勢。
物競天擇是達爾文演化論的核心概念，一個物種的各種性狀會受天擇影響，淘汰不適合
的表型，留下合適的。黑白蛾正常型、中間型、黑化型 3種表型比例的期望值原是 1：2：1，經過選汰後，卻變成極度偏向正常型或黑化型。上述例子在短短 40年間便能看出環境改變連帶影響鳥類的取食偏好，而為這一物種的表型帶來顯著轉變。因此，黑白蛾長期以來一直是
解釋演化進行式的好例子。
這個現象最早是誰提出的？如何以科學方法證實鳥類在不同背景顏色下選汰了黑白蛾的
表型？抑或這個案例根本只是一場美麗的誤會，完全沒有實證過？
誰開了第 1 槍
1896年，鱗翅學家塔特（J. W. Tutt）在《英國的蛾》（British Moths）一書中描述了黑
白蛾的現象並提出假說：當樹幹受汙染變黑後，黑化型比起正常型來得隱蔽，正常型被鳥類
捕食的比率高，導致黑化型的比率逐漸增加。
在提到演化的經典案例時，你會先想起猿猴漸成人形的示意圖？
還是加拉巴哥島上嘴喙各異的達爾文雀？不論是哪一個，
同是課本上經典的黑白蛾例子也不讓人陌生。
然而，你可知道它曾飽受攻擊，甚至一度被推翻？
施禮正
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這個假說很快就被鳥類學家與昆蟲學
家反駁，他們懷疑鳥類不是黑白蛾的主要
捕食者，因為黑白蛾是夜行性，很少在白
天活動。
然而，孰是孰非卻一直沒能有個結果。
直到約 60年後另一位學者的出現。
首次驗證
1953年，凱特威爾（H. B. D. Kettlewell）在英國伯明罕開始一系列實驗，驗證塔特
的觀察與說法，並於 1955和 1956年發表，為黑白蛾做為經典演化案例打下重要的科
學基礎。
首先測試的是三型黑白蛾在不同背景
下的隱蔽效果。他分別用淺色樺木與深色
櫟樹樹幹為背景，把蛾分別釋放其上，以
自己與另一位友人為受試者，肉眼檢驗並
量化蛾的隱蔽程度。實驗選在一般日照下
的陰影處進行，受試者一開始站在位於蛾
停棲位置 2碼處，接著後退，直到看不見蛾為止。根據停止的距離，分級後給予不
同的分數，藉以評量各型在不同背景下的
隱蔽程度。在對比明顯的背景下，例如正
常型在淺色樹幹上，給予負分；在對比不
明顯的背景下，例如正常型在深色樹幹上，
則給予正分。
凱特威爾最後釋放了 651隻黑白蛾進
行測試，正常型、中間型與黑化型分別有
171、64和 416隻。結果顯示，在對比不明
顯的背景下，三型都在 2∼ 5碼就看不見
了。做為對照，他在德文郡一處未受汙染
的樹林再次實驗，得到相似的結果。在這
個實驗裡，他用科學方法量化了隱蔽程度，
並成為後續實驗的基礎。
接著，他測試塔特假說的核心：鳥類
偏好捕捉較不隱蔽的蛾。實驗採用捉放法，
在伯明罕這個汙染區選一地點，把蛾類釋
放到選定的樹幹上，由鳥類自由捕食。然
後在當天夜間以水銀燈與以交配過雌蟲製
成的費洛蒙陷阱重新捕捉，以確認還剩下
多少被標記的蛾。考量記號可能被鳥類識
別而影響隱蔽效果，因此標誌位在腹面而
黑白蛾長期以來一直是解釋演化進行式的好例子（圖片來源：種子發）
一般報導
3534 科學發展 2016年 1月│ 517期科學發展 2016年 1月│ 517期
非背面。另為了確認上述兩種方式是否能
完全捕捉被標記的蛾，實驗期間有數日沒
有釋放黑白蛾卻仍然在夜間捕捉蛾類。
實驗選在 6月 25日∼ 7月 5日共 11天，其中有 8天釋放黑白蛾，共釋放 630隻，被標記而又被捕捉的蛾共 149隻，其中以黑化型的比率最高。顯示隱蔽效果較好的
黑蛾明顯不易被取食，存活率較高。做為
相反的例證，凱特威爾選擇在未受汙染的
多賽特郡重複上述實驗。實驗結果與前述
相反，正常型在未汙染區的淺色樹幹上隱
蔽效果佳，有較高的存活率。總結上述實
驗結果，恰好支持塔特當時提出的假說，
此後不同學者做的研究也得到相似結果，
使這個例子開始被廣為接受並運用。
質疑的聲浪
有了科學證據支持，黑白蛾的故事就
告一段落了嗎？沒有。科學理論的成立都
必須經過反覆的驗證，這個故事也是如此。
雖然有數篇研究支持凱特威爾的結果，卻
有更多的反面例證在 20世紀末出現。馬傑
魯斯（M. E. N. Majerus）是眾多質疑者之
一，他在 2009年發表的論述裡把這些質疑
歸納為 4類：無視黑白蛾原本的生態與行
為、過於人工或不嚴謹的實驗過程、操弄
數據或造假、假科學議題。
第 1類質疑主要有 3點：停棲位置的
選擇、夜間的捕食壓力與族群擴散的方式。
在凱特威爾的實驗裡，黑白蛾停棲的位置
未被檢查，因此他所釋放的地方未必與自
然狀況相同，可能影響隱蔽效果。天敵從
塔特提出假說後就一直備受爭議，包含凱
特威爾自己也曾提及 90％的黑白蛾是被夜
間的蝙蝠而非日間的鳥捕食。黑白蛾的幼
蟲也能進行擴散則是另一個可能影響的變
數，如此會影響一地三型的基因頻率。
第 2類質疑主要是試驗設計上的瑕疵，
尤其是在凱特威爾的研究後才受到注意，
最大問題就是飼鳥台效應。當他把大量的
黑白蛾釋放進實驗地後，族群密度大量增
加，對鳥類來說，多看幾次隱蔽的蛾之後
就可能學會怎麼找到牠們，造成實驗結果
的偏差。另外，黑白蛾是被放到樹幹上的，
凱特威爾在 1955 年發表的結果，其中紅框部分後來曾被質疑不合乎科學過程。
Date (1953)
ReleasesTotals
CatchesTotals
RecapturesTotals
C T I C T I C T I
25.626.627.628.629.630.61.72.73.74.75.7
100
3337
06890746867
0
120
1121
02621211510
0
100
1550833020
320
5963
0102114
988379
0
8127
342355377075776673
015
53
1039
1311
93
17131224
1025
9149
402966428792987781
...31251
1928252316
...1004026320
...1120120100
...52492
2334292516
Totals 447 137 46 630 651 81 38 770 123 18 8 149
3534 科學發展 2016年 1月│ 517期科學發展 2016年 1月│ 517期
由於釋放的時間是白天，牠們的活動力較
低，一被放出就尋找最近的地方停棲，而
非自由選擇。不同黑白蛾族群間可能有行
為上的差異也未評估，使用外來族群或飼
養個體成為未被控制的變數。
第 3類則主要來自錯誤而非科學的指證。胡帕（J. Hooper）在 2002年的著作裡具體質疑凱特威爾 1953年 7月 1日的數據中，蛾的釋放量與再捕捉量不正常大量增
加，然而文章中卻未做任何解釋。她提出了
很多凱特威爾承認造假的論點，這些論點
都因找不到實證而被拉奇（D. W. Rudge）的著述推翻。
第 4類質疑主要來自對演化生物學或生態學的誤解所致。馬傑魯斯提到胡帕曾
說明蝙蝠取食比率和鳥類選擇性取食，卻
誤把鳥類與蝙蝠對黑白蛾造成的死亡率與
天擇放在一起衡量。
另外，從視覺生理學的角度來看，以
人類肉眼測量隱蔽色的結果套用在鳥類上，
是十分不合理的做法。人眼與鳥眼的感光
細胞不同，腦中對獵物的認知也未必相同，
因此以人眼衡量鳥類眼中的隱蔽色使結果
存在無可預期的變數。
從生物統計學的角度來看，凱特威爾
的數據分析也不合乎現代的科學標準。在
他的分析中，所有的顯著差異僅簡單比較
數值上的不同，卻未以統計學的方式測試
這些差異是否真的顯著。
克雷德（E. R. Creed）等人在 1980年發表的研究結果則對黑化這件事有完全不
同的詮釋，他們認為黑化與免疫力增加有
關。後人進一步發現，異物入侵昆蟲體內
後會形成包膜，以抵抗或中和毒性，並引
發一連串反應和黑色素的沉積。
然而，無論如何，要推翻或支持黑白
蛾的現象都需要更多的科學證據。
蝙蝠的捕食性
看了上面的論述，大多數人一定以為
馬傑魯斯是黑白蛾例子的反對派。事實正
好相反，他還設計了一系列更為嚴謹的實
驗，準備驗證塔特的假說。由於長期以來
一直只提到蝙蝠的非選擇性捕食，卻沒有
實證，因此他從這個論點下手，並於 2008年發表。
實驗利用羅氏誘引器以燈光吸引蛾類
至陷阱附近，進一步吸引蝙蝠前來覓食。
接著，在連續5天的23:00至翌日3:00之間，以每小時 4次、每次 5隻的頻率釋放黑白蛾，然後以夜視鏡確認是否被蝙蝠捕食並
記下其狀況：消失在視野、未飛走、被蝙
蝠取食。考慮到雌蛾飛行力差，尤其已交
配者幾乎不再飛行，因此實驗中使用了 400隻雄蛾，正常型與黑化型各半。實驗地點
挑選 4個地方，包含工業區與鄉村，以確認結果是否有地域性的差異。
實驗所得的數據以 2×2異質性卡方分析檢驗蝙蝠是否會選擇性取食正常型與黑
化型的黑白蛾，結果顯示蝙蝠「聞蛾便食」
（蝙蝠以聽覺獵捕），不會挑著吃，而且
不同地點都得到相同的結果。
蝙蝠「聞蛾便食」以聽覺獵捕。（圖片來源：種子發）
一般報導
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鳥類選汰是主因
確認蝙蝠捕食無選擇性後，表示天敵
可以重新聚焦回鳥類。然而在開始鳥類的
捕食實驗前，必須先確定自然狀況下黑白
蛾停在哪。因此，馬傑魯斯在野外實際觀
察並記錄 135隻次的黑白蛾停棲位置。結果顯示，52％停於側枝，其中 89％停於下半部；35％停於樹幹，其中 87％停於北面；雌雄蛾停棲位置無顯著差異；不同型的黑
白蛾停棲位置無顯著差異。由此可知，當
初凱特威爾選擇直接釋放於樹幹上，確實
與野外狀況不完全相符。
接著，馬傑魯斯開始測試鳥類是否選
汰了黑白蛾的表型。他的實驗選在英國斯
普林菲爾德一處 1公頃左右的庭園進行，6年間（2001∼ 2006年）共釋放 4,846隻蛾。為避免過去密度過高和人為操縱停棲位置
的缺陷，蛾以接近自然密度的方式釋放，
每晚只操作少於 10隻蛾，並由牠們自由選擇停棲位置。停棲位置附近的其他蛾種被
移除，以免干擾實驗結果。日出後便由鳥
類自行取食蛾類，如此也去除了人眼測試
隱蔽色的誤差，直接由鳥類決定。4小時後若蛾消失在原位置，則推測為已被捕食，若
蛾未消失，則記錄其位置以確認隱蔽狀況。
很不幸地，馬傑魯斯在分析完數據但
未發表前就過世了。庫克（L. M. Cook）等人在重新分析他所留下的數據後，於 2012年發表成果。實驗數據使用概似比檢定，
檢驗鳥類的捕食是否具選擇性。結果顯示，
當地的 9種鳥類確實顯著地選擇取食黑化
型，保留下正常型。因此，鳥類是黑白蛾
的主要捕食者，也是造成選汰的主要因子。
不只是演化的好案例
這個黑白蛾故事更重要的意涵，就是
課本裡沒寫的科學過程。在這個例子裡，
有許多對研究理念與設計的陳述，也有過
程與結果正反兩方的詰辯。對於未來想從
事科學研究的學生來說，學習實事求是的
科學精神、獨立的思考能力、縝密的研究
過程，才是真正有助益的，黑白蛾的研究
歷史正好提供了最佳例證。
黑白蛾反應環境變化的速度非常快，
可能具備成為環境監測因子的條件。黑化
型的例子不只出現在本文的主角，英國當
地也出現在多種蛾類身上，台灣也有相同
的例子，如白波緣尺蛾、黑腰鋸尺蛾。若
台灣的物種也能敏感地反應環境狀況，將
有開發成為環境監測指標的潛力。
黑白蛾的故事就到此為止？那可不一
定。也許某天，讀過本文的你發現了馬傑
魯斯的漏洞，加以改善後卻得到完全不同
的結果也說不定。這才是科學引人入勝的
地方啊！
學習實事求是的科學精神、獨立的思考能力、縝密的研究過程，
才是真正有助益的，黑白蛾的研究歷史正好提供了最佳例證。
施禮正農委會特有生物研究保育中心
3736 科學發展 2016年 1月│ 517期科學發展 2016年 1月│ 517期 廣告
3938 科學發展 2016年 1月│ 517期科學發展 2016年 1月│ 517期
氘的自述
在正式介紹我之前，先來談談我的
「氫」家族。氫元素家族共有7個已知的「同位素」兄弟，其中有 3個兄弟屬於天然的「同位素」，分別是老大叫「氫」（H），老二叫「氘」（deuterium）（音「刀」，2H），老三氚（音「川」，3H）（tritium）。另外 4個同位素兄弟分別是 4H、5H、6H和7H，都是在實驗室裡人工製造出來的，從來沒有在自然界出現過，因為它們很不穩
定，稍縱即逝。
其中老大「氫」原子含有一個帶正電
的質子和一個帶負電的電子，老二我「氘」
含有一個質子，一個中子和一個電子，因
此有時又被稱為「重氫」，我的元素符號
寫為 D或 2H。在大自然中，我「氘」的含量約為老大「氫」的七千分之一。老三「氚」
則帶有一個質子，兩個中子和一個電子。
「氚」的另一個名字叫「超重氫」，氚可
是不好惹的，因為具有放射性。由此可見，
在我們 7個兄弟的「氫」大家族裡，只有老大（氫）和老二我（氘）可以穩定存在
於自然界裡。
必須指出的是：由於氫的這三種較常見的同位素（氫、氘、氚）具有相同的電子層結構，
即它們的原子核外都只有一個電子，因此這三種同位素的化學性質基本上相同。但由於它們
在 1931 年發現氘的美國科學家尤力
氫的三種同位素：氫、氘、氚。
質子 質子 質子
電子 電子 電子
中子 中子
中子
（氫） H11 （氘） H2
1 （氚）H31
一般報導
我「氘」在氫族的 7個同位素裡排行老二，但對人類的貢獻絕不輸當老大的「氫」。
蘇明德
3938 科學發展 2016年 1月│ 517期科學發展 2016年 1月│ 517期
的原子質量相差較大，導致它們的單一元
素及所連帶生成的化合物在物理性質上有
所差異，而這種差異在其他元素的同位素
中是不顯著的。
我「氘」是 1931年由美國科學家尤力（Harold Clayton Urey, 1893–1981）在研究水的密度時，利用分光鏡發現的。我「氘」
是無色氣體，無臭無味，比重 2.0，而氫的比重只有 1.0。我「氘」的化學性質有許多和氫相似，但不如普通氫活潑。可是我
「氘」能形成很多與普通氫形成的相似的化
合物，例如：可以與氧化合成重水（D2O），與氮化合成重氨（ND3）。其實，在一切所
有含氫的化合物中，氫原子都可被我「氘」
原子所取代。在未來的化學世界裡，很可
能會有「重氫化學」這一個科目的出現。
我「氘」大多以重水（即 D2O）的形式存在於海水或普通水中，因此可經由高純度
重水的電解或液態氫的分餾而得；或重水與
鋅、鐵、鈣、鈾等金屬的反應而製得。
海水裡我「氘 」的質量濃度大約是
30 mg／L，這樣的量如果能經由核聚變，放出的能量相當於300公升汽油那麼多。如果能夠把地球上所有海水中的我「氘」（約
為45億公噸）全部通過核聚變轉化為能源，按目前人類全年能源消費計算，可供使用
幾千億年以上。
我「氘」常做為研究氫反應機構和氫
移轉現象的示蹤原子，人工加速的我「氘」
原子核（即由一個質子和一個中子組成的
「氘核」）也參與許多核反應。
好在我「氘」被發現後，不曾在標準
物理單位上發生巨大的影響。因為人們早
已不把質量的單位—克—用水來做標準，
現在的「克」是依據保存在巴黎的一塊鉑
銥合金做為國際法定的標準量，這塊合金
重 1,000克（1公斤），它的千分之一定義為「克」。至於對「標準溫度」的測定，
我「氘」也不產生影響，因為重水存在於
一般水中的量實在微乎其微。由此可見，
從前說得頭頭是道的基本定義，到後來科
學觀察的方法更精密之後，就變得不能繼
續維持下去了。
其實，嚴格來說，普通氫氣是由老大
「氫」和老二我「氘」所混合組成的。以
分子式來說，自然界的氫氣是由 H2、HD和 D2三種分子組成，最後一種（即 D2）
的存在量當然很少。自然界的水也是由老
做為國際法定標準量的鉑銥合金（存放在巴黎國際
標準局）。
氘常做為研究氫反應機構和氫移轉現象的示蹤原子，
人工加速的氘原子核也參與許多核反應。
一般報導
4140 科學發展 2016年 1月│ 517期科學發展 2016年 1月│ 517期
大「氫」和老二我「氘」所組成的：H2O、HDO和 D2O。在電解水時，質量最輕的H2O比其他二種質量重的 HDO和 D2O的生成快上五、六倍，因此餘下的水中多留了
我「氘」。再繼續電解多次後，就可得到
幾乎純粹的重水。
前面曾提到：由氘（D）代替氫（H）結合的水就是重水（D2O）。因為D2O比H2O質量重，所以前者就叫重水。重水是一
種無色液體，普通水（ H2O）和重水都是由相同數量的氫和氧原子組成，因此兩者
的化學反應都相同，但在物性上卻大不相
同。在一個大氣壓力下，重水的冰點是攝
氏3.82度（但普通水的冰點是攝氏零度），沸點是攝氏101.4度（普通水的沸點是攝氏100度），密度是1.1056 g／cm3（普通水的
密度是1.00 g／cm3）。
重水並不屬於有毒物質，但是人體內
的代謝只需要普通的水，如果只喝重水是
會生病的。
以老鼠為試驗品所做的實驗就發現：
重水能抑制細胞的有絲分裂，造成需要迅
速代謝的身體組織變壞。實驗中的老鼠連
續數天只喝重水後，體內約一半的體液中
的水分變成重水，這時症狀開始出現，原
本需要快速細胞分裂的組織，如髮根及胃
膜最先出現毛病，本來快速增長的癌細胞
生長速度開始減慢，不過減慢的程度並不
足以令重水做為可行的治療方法。
使用核磁共振光譜儀分析化學物質時，
若溶劑是水，而研究的溶質對象是氫，為
了避免氫原子干擾測定，會改用重水做為
溶劑。
媒體常提到的原子能核電站或原子彈
製造，需要所謂的重水反應堆。這是因為
核子反應爐必須使用重水來減慢中子的速
度，讓中子有機會與鈾反應。因此在核分
裂時有必要採用中子減速劑，重水是最好
的減速劑，製造原子彈時就必須大量製造
重水。
普通水雖也可以做為減速劑，但因為
水會吸收中子，因此「水式反應爐」必須使
用濃縮鈾，而不能使用普通鈾，否則不能
達到鈾的臨界質量而使鈾分裂並放出核能。
重水反應爐不只可以使用普通鈾，而且會
把鈾 238轉化成為可製作核彈的鈽（Pu）。
目前世界上有些國家（像印度、北韓、巴
基斯坦、以色列等）都是以這樣的方式製
造核燃料。為了防止核子武器擴散，可以
想見，重水的生產和出售在國際上都受到
限制，無怪乎有人把重水的製造量視為判
斷該國是否在製備原子彈的重要依據。
另外，有一種水稱為「半重水」
（HDO），它含有一個氫原子、一個氧
原子及一個氘原子。地球上的水大約有
三千二百分之一是「半重水」。「半重水」
可以透過電解及蒸餾，或以化學方法從普
通水中提煉出來。除此之外，還有一種由
原子彈
4140 科學發展 2016年 1月│ 517期科學發展 2016年 1月│ 517期
「重氧原子」（O17和 O18）組成的水分子，
稱為「重氧水」，因為一般的水（H2O）是
由 O16所組成的。由於分離出「重氧水」分
子的難度較高，因此提煉純正「重氧水」
的成本比「重水」高。
我「氘」的存在對於細胞分裂的意義
重大，D／H（氘／氫）比率的變化能引發
細胞分裂。當病患飲用正常「氘」濃度的
水時，D／H的比率能滿足腫瘤細胞的分裂
條件。而當人們通過飲用「低氘水」來降
低體內D／H的比率時，原本適合腫瘤細胞
分裂的環境便不復存在；或者說，要再次
達到滿足腫瘤細胞分裂所需的D／H比率，
需經過很長的時間恢復。因此，通過飲用
「低氘水」可以剝奪腫瘤細胞分裂的適宜環
境，進而達到抑制腫瘤的目的。
自然界的水中都含有我「氘」，約為
150 ppm（也就是1百萬份的H2O中，只含
150份的D2O），換句話說：一般人喝的水
中含有大約150 ppm的我「氘」。而科學研
究發現：我「氘」與癌細胞的分裂有關。基
本上，我「氘」對生命體的生存發展和繁
衍有害。這個存在於水中的我「氘」 150
ppm，代表著：人體的體液中也含有150
ppm的我「氘」，這個濃度的環境有利於癌
細胞的分裂。假設把水中的我「氘」拿出
來（這很困難，需要高度的科技），形成含
我「氘」量較少的水，這水就稱「低氘水」。
其實，「低氘水」就是一般的水，只
是我「氘」的存在量很少很少而已。 「低氘
水」，英文名叫： deuterium depleted water，
簡稱DDW，是完全無毒無害的。一般正常
的人也可以喝，只是很貴。「低氘水」可以
用寶特瓶裝，也可以加熱，泡茶煮湯都無
妨。「氫水」是在純水中加入氫氣，只能用
玻璃瓶裝，但不可以加熱。但這兩種水對
健康都有幫助，尤其是「低氘水」更有益
於生命體的生存和繁衍，對於人類的健康
具有重要意義。
由於不可能從水中取出全部的氘，因
此「低氘水」分為 25 ppm、50 ppm、75
ppm、100 ppm等規格。如果癌症病人能長
氫彈爆炸
一般報導
4342 科學發展 2016年 1月│ 517期科學發展 2016年 1月│ 517期
期喝「低氘水」，這位病人的體液中的我
「氘」含量就會降低，這時低於 150 ppm的體液就成為不利癌細胞分裂的環境，癌
細胞因為難以分裂而逐漸死亡。的確如
此，俄羅斯醫學科學院癌症科研所與俄羅
斯科學院醫學生物問題研究所透過對動物
的實驗發現：長期飲用「氘」含量低的水
可抑制動物惡性腫瘤的發展，並延長動物
的壽命。
在製藥工業中也開始研究應用我「氘」
代替氫。我「氘」能提高藥效，減少副作
用，隨著工農業、醫藥等領域的技術發展，
我「氘」的用途會越來越廣泛。
純「氘」氣是一種化學武器，科學家
發現：當我「氘」濃度很高時，可以使人
在幾個小時內長出腫瘤。反之，濃度低的
我「氘」可以讓腫瘤停止分裂與生長。
對於物理學家而言，我「氘」原子核發
現的重要性在於它是最簡單的配對原子核，
可做為射擊物以進一步研究原子核內部。
我「氘」在核能上的應用，是像氫彈
爆炸這種核聚變的反應。對人類來說，這
種反應只能帶給人們災難，而把核聚變轉
化為核能才能真正造福人類。
要實現受控「熱核反應」，先要把氘
和燃料加熱到非常高的溫度使它們離解成
離子，這種氣體叫做「等離子體」。等離子
體的溫度越高，密度越大，「約束時間」
（即維持高溫的時間）越長，放出的能量就
越多。當溫度、密度等參數超過某一臨界值
時，放出的能量足以加熱下一次添加的燃
料，反應就可以持續下去，這就叫「點火」。
但用我「氘」做燃料，要求的點火溫
度非常高。而且在約束那麼高溫度的等離
子體時，不容許等離子體和器壁相碰，否
則等離子體溫度會下降，容器也會被燒壞。
用於受控「熱核反應」的我「氘」應保持
乾淨，極微量的雜質也會大大增加輻射損
失而使等離子體冷下來。因此，製取高純
的我「氘」是非常必要的，也是進行核聚
變研究、生產必不可少的。
簡單來講，「核融合」就是把我「氘」
與「氚」經過融合變成質量較重的一些核
子，在這個過程中就會產生巨大的能量。
與核能發電不同的是，核能發電運用鈾元
素分裂時的熱能來製造能源；而「核融合」
運用元素加總的力量，讓我「氘」和「氚」
緊靠在一起來產生反應。
等離子體，又稱電漿。
核融合就是把氘與氚經過融合變成質量較重的一些核子，
在這個過程中會產生巨大的能量。
4342 科學發展 2016年 1月│ 517期科學發展 2016年 1月│ 517期
蘇明德嘉義大學應用化學系
但是，因為我「氘」和「氚」本身都
帶有正電，所以必須運用極高溫的環境讓
原子核變成電漿狀態，使相斥的原子核可
以互相依附在一起，而這項電漿技術正是
核融合發電最難克服的技術之一。預計第
一座商業用途的核融合電廠能在 21世紀中實現，能夠大幅紓解能源與環境問題。
但它已預示了我「氘」將成為一個重
要的核燃料。據計算，由我「氘」和「氚」
合成的一公斤「氦」約能放出 1.2億千瓦的能量。地球上目前世界能量消耗計算，可
以足夠供給 200億年的需要。「核融合」反應的和平利用雖還是一個遠景，但其實
我們每天看到又紅又大、能量源源不絕的
太陽，就是靠著核融合反應而發光發熱的。
另外，著名電影〈鋼鐵人〉飛行在空中的動
力來源—胸前那顆會發亮的能源，就是利用
核融合反應而產生能源的構想。
我「氘」自從被尤力博士發現以來，
開始有人注意到我的存在，可是我「氘」
多半被人們局限在與核能有關的運用上。
雖是如此，依據我的特性，在未來日子裡，
我「氘」在人體健康醫藥的應用指日可待。
深度閱讀資料
蘇明德（民 90），氚元素的自述，科學月刊，32，143-147。
一般報導
4544 科學發展 2016年 1月│ 517期科學發展 2016年 1月│ 517期
大自然的聚寶盆與寶藏
大自然賜與人類的寶藏，為什麼總是
藏在少數特定的岩石中？如鑽石多源自金
柏利岩，翡翠僅限於高壓變質岩中，而祖
母綠及一起生成的金綠寶石、碧璽、鋰輝
石、黃玉、石英、雲母、螢石等，多產自
有大自然聚寶盆之稱的偉晶花崗岩中。這
種花崗岩內礦物晶體特大，且晶形良好，
一般長度約2∼5公分，也可達1公尺以上。究竟花崗岩在什麼樣的情況下會結晶生成
大礦物晶體？
後期岩漿的奇蹟
花崗岩如何形成，18世紀曾引起地質學上有名的「水成」與「火成」學派之爭。
今日已知道，灼熱的花崗岩岩漿從地殼深
處上湧，流至約二十幾公里深處逐漸冷卻結晶，再經由造山運動抬升至地表為人類所用。
偉晶花崗岩是花崗岩岩漿在地殼中凝固成花崗岩後，由殘留的岩漿結晶而成。這些殘留
岩漿富含許多早期結晶礦物不易容納的離子，也就是只在當其濃縮到足夠濃度時本身才會結
晶出的特種礦物。這類岩石成為大自然的聚寶盆，蘊藏著珍奇的寶石礦物如綠柱石、金綠寶
石、電氣石、黃玉、鋰輝石、石榴子石、螢石、亞馬遜石等，以及富含鈹、鋰、鉭、鈮、鈾、
鉍、鉬、鎢和稀土元素等，是工業及戰略不可或缺的資源。這些元素為什麼不被早期凝固的
礦物所接受？
綠柱石晶體構造中有四面體的小空間（紫色）容
納小離子的鈹，黃色及綠色四面體是基本架構
矽，鋁離子（藍色）填充在八面體中，氧則座落
在各角。（圖片來源：Dr. Steve Dutch, University of Wisconsin）
岩漿結晶早期，在物競天擇下，未能進入礦物中的各種離子「魯蛇」力爭上游，
終於天生我才必有用，成為人類的寶藏。
黃武良、劉淑蓉
4544 科學發展 2016年 1月│ 517期科學發展 2016年 1月│ 517期
天生我才必有用
花崗岩岩漿在凝固過程中，主要是長
石、雲母、石英等各類造岩礦物先結晶出
來。先結晶的礦物可以從岩漿中優先挑選
所需要且最適合的離子，選剩的則殘留在
後期岩漿中。
礦物晶體的結構中各類原子有一定的
排列方式，其架構的基本單位是以矽為中
心、氧為四角的四面體，即形成矽酸根離
子。這架構中有不同形狀、大小的空間由
陽離子所填充，這些空間的形狀經常是以
陰離子為角的多面體。何種陽離子最適合
進入何種空間，主要取決於陽離子的價數
及離子半徑大小。
每一種礦物都有最適合它的陽或陰離
子。礦物在結晶時，周遭其他不同但相容
的離子也可俟機進入晶體取而代之。所謂
相容，必須離子大小相差不超過 15％，或價數相差不超過 1個單位，或電場不太強，或電負度差不太大等。因此，許多特殊離
子會與早期結晶的礦物不相容。
花崗岩後期岩漿所殘留的離子多數不
符合相容條件，一般稱為不相容元素，無
法進入造岩礦物，只能殘留且逐漸富集在
後期的岩漿或熱液中。然而，天生我才必
有用，當它們的濃度達到一定的程度時，
大自然終於幫它們找到歸宿，開始結晶出
一些特殊的礦物，大器晚成自此身價百倍。
大晶體的生成
礦物晶體的大小，關鍵在於礦物質在
岩漿或水溶液中的飽和度。若過飽和，就
容易播種較多的晶核，然後各自生長成許
多晶體，因為營養分散，各單晶體能夠生
長的大小就受到限制。倘若剛達到飽和，
播種的晶核數較少，營養較集中，因此可
生長成大晶體。後期岩漿所含的不相容元
偉晶花崗岩晶體顆粒較粗大，除含各種寶石晶體
外，也含特殊礦物。例如，上圖是石英及長石中夾
黑色的電氣石，中圖是脈狀粉紅色正長石與石英，
下圖是少見的綠色正長石（亞馬遜石）。
4746 科學發展 2016年 1月│ 517期科學發展 2016年 1月│ 517期
素量少不易過飽和，是形成超大晶體的主
要原因。
工業界近半世紀以來，已能在幾星期
或幾個月內，在類似偉晶花崗岩熱液中合
成寶石用的祖母綠、工業用石英等大晶體。
但在天然高溫高壓下，岩漿或熱液中晶體
的絕對生長速率至今尚難直接量測。
偉晶花崗岩的晶體在很小的溫度梯度
及斷續的營養源供應的天然條件下，雖然
無法測量，但推測其生長速率可能經過非
常漫長的歲月甚或百萬年，與礦物的種類
及周遭環境有關。
偉晶生長的推手
岩石學家發現，花崗岩岩漿在無水狀
態下的全熔溫度約為攝氏 1,200∼ 1,250度，但含高壓的水可以降低其熔點。原始岩漿
在 20∼ 30公里處約含 3％的水，其溫度約為攝氏 800∼ 1,100度。當岩漿逐漸演化結晶出不含水的固態礦物後，岩漿中的水分
逐漸增加，最多可達 7∼ 15％，視壓力（深度）而定。這類低溫、高壓、含水量多的
岩漿，比重小易流動，沿著斷層或裂隙往
上侵入淺處的圍岩中，或以岩脈出現，成
為偉晶花崗岩。
岩漿一般從裂隙兩邊開始凝固，中間
殘留的岩漿含有較多量的助熔成分（水分、
氟、鋰、硼、磷等），黏滯性小，結晶生
長所需養分容易擴散補充，加以助熔成分
本身可加速結晶生長，因而生長的結晶大。
此外，由於含助熔或不相容元素成分多，
所結晶的礦物也較異類。後期岩漿含水量
較多，一旦壓力下降，超臨界熱液就從岩
漿中析離逸出成氣泡，讓礦物有空間自由
生長形成外形良好的大晶體。
岩漿完全凝固後，殘留的超臨界熱液
或地下水滲入灼熱的岩體加熱後的熱液，
仍可溶解多量的矽質等礦物質和豐富的不
相容元素，供養晶洞中晶體繼續生長。熱
液也常填充成岩脈或注入斷層、裂隙中形
成礦脈，造成熱液礦床，或與圍岩作用形
成蝕變礦化帶。淺處常見的石英脈也是如
此造成的。
西方人對祖母綠的喜愛就如同華人對翡翠的著迷。
圖中是休士頓自然科學博物館收藏的祖母綠頭飾。
綠柱石（左）是偉晶花崗岩中的主要晶體之一，帶
綠色寶石級的稱為祖母綠（右上），有時也帶其他
顏色（右下）。
一般報導
4746 科學發展 2016年 1月│ 517期科學發展 2016年 1月│ 517期
花崗岩在地球表面的分布相當普遍，
但偉晶花崗岩並不多，有經濟價值的礦區
更是少見。著名的除了巴西外，有阿富汗、
加拿大及美國。
其實，偉晶岩不限於花崗岩，其他如
閃長岩和輝長岩也可形成類似的偉晶岩體，
但不普遍，產出的寶物也不同。
價值不斐的寶物
寶石礦物中如祖母綠、翡翠、紅藍寶
石、亞歷山大石等，最常見的是結晶中的
鋁被微量的鉻或鐵離子所取代，因而色彩
繽紛。
礦物名稱是綠柱石的祖母綠，其產生
除了綠柱石的生成條件外，還得有鉻、釩、
鐵等致色離子存在的環境。當鉻、釩、鐵
離子接近時，綠柱石中少量的鋁離子就會
讓位，而成就綠柱石繽紛的色彩。
可惜鉻、釩、鐵等在一般酸性花崗岩
漿中的量少，即使有也已被早期結晶的礦
物用完，因此多數須從周圍岩石中獲得。
含鉻、鐵、鎂成分多的超基性岩（橄欖岩、
蛇紋岩）或基性岩（玄武岩、輝長岩）自
偉晶花崗岩岩漿在地殼中的凝固溫度及壓力關係圖。原始花崗岩岩漿在凝固過程中逐漸改變成分（結晶分
化）成為偉晶花崗岩漿（灰色的區域），其中水分及不相容元素也隨之富集。
深
度
壓力
（千大氣壓）
溫度 （℃）
花崗岩漿的最低凝
固點曲線
富集貴重元素
凝固過程改變
岩漿成分 原始花崗岩漿
0
2
4
6
8
10
550 600 650 700 750 800 850
～ 3% 水
岩漿在深處凝固為花崗岩，而殘留岩漿沿著斷層往
上侵入圍岩中，凝固為偉晶花崗岩，或以岩脈出
現，隨後殘留的熱液礦化形成脈狀礦床（藍色）。
中圖是熱液岩脈礦床示意圖，下圖是偉晶花崗岩脈
及其中之晶洞。
圍岩
圍岩 熱液晶洞
接觸帶
偉晶花崗岩
熱液 熱液曠帶
熱液礦床
偉晶花崗岩深度（
公里
（
花崗岩
岩漿30
20
10
一般報導
4948 科學發展 2016年 1月│ 517期科學發展 2016年 1月│ 517期
然成為生成祖母綠的首選圍岩，因而地球
上祖母綠的礦床多在偉晶花崗岩與超基性
岩體接觸帶。這種組合相當不容易，說明
了為何尋綠柱石易，覓祖母綠難。不過有
一例外，世界最重要（占 60％）的祖母綠產地哥倫比亞，其礦床與偉晶花崗岩並沒
有關聯，而是由黑色頁岩中的熱液所形成，
成因複雜，是很特殊的礦床。
寶石級的綠柱石除祖母綠外，還有帶
海藍色含微量鐵的海藍寶石，以及罕見的
粉紅色綠柱石─含錳的摩根石。
金綠寶石也是產於偉晶花崗岩中的貴
重寶石，與綠柱石同樣含鈹、鋁，但不含
矽，其生長環境比祖母綠更難得。花崗岩
岩漿一般含過量矽質，尤其是晚期的偉晶
花崗岩岩漿，矽質無所不在，最後常結晶
成大量的石英。在這樣多矽的環境中，要
生長不含矽的礦物是奇蹟，因此世界上只
有很少的地區如烏拉山、斯里蘭卡等生產
金綠寶石。
碧璽顏色多樣化，常見有綠色、粉紅色、藍色等，有時同一晶體有二種以上顏色。
有一種金綠寶石稱為亞歷山大石，在
陽光下是綠色，在鎢燈或燭光下呈現紅棕
色，因此有「白晝裡的祖母綠，黑夜裡的紅
寶石」之稱。這是由於金綠寶石中微量的
鉻離子會吸收部分波長的光線，因而只能透
出或反射藍綠或紅橙光。白天時，光線的藍
綠光強而紅光弱，加上眼睛對綠光較敏感，
因此感覺綠色。夜晚，白熱絲燈光中紅光強
而藍綠光弱，因而呈現紅色。
另有一種金綠寶石會產生貓眼現象，
是正宗的貓眼石。因金綠貓眼石含有規則
排列的針狀金紅石，當光線入射蛋面的寶石
時，經由這些針狀物反射聚光，在垂直於針
狀排列的方向形成一亮帶。
碧璽是電氣石的一種。電氣石是十分
特殊的礦物，但在偉晶花崗岩中常見，一般
是黑色，呈六方或三方的柱狀晶體。它具備
獨特的熱電效應與壓電效應，也就是在溫度
或壓力變化時會產生電流，科學家從對它們
的研究中發展出許多的理論、材料及應用。
4948 科學發展 2016年 1月│ 517期科學發展 2016年 1月│ 517期
寶石會產生貓眼現象，是因內含平行排列的針狀或纖維狀內含物。當光線照射寶石的蛋面時，在垂直針狀
排列的方向呈現亮線並反射入眼睛。貓眼石中最有名的是金綠寶石（右下圖片來源：Smithsonian Natural Science History Museum）。
黃玉（topaz）不是玉，是單晶寶石，不只有黃色，也有七彩顏色，因此有時直
譯為托帕斯石。黃玉與石英、綠柱石是經
常生長成大晶體的礦物。
科技及戰略物資
2008年，美國國家科學研究委員會發表〈21世紀軍需原物料的管理〉報告。2010年，《科學》期刊刊登〈電子材料〉一文後，引起各國對高科技工業原物料可
能供應中斷風險的重視。同年，歐盟認定
20種經濟關鍵原物料，大陸也開始對多項原料包括稀土的出口限制，引起各國對其
違反WTO規範的質疑。
各國重視的電子原物料種類大同小異，
其中鈹、鋰、鉭、鈮、銣、銫、鋯、銻、鎢、
錫、稀土元素以及螢石、石英等，主要或
部分源自偉晶花崗岩中的礦物。
黃武良臺灣大學地質科學系
劉淑蓉臺灣大學師資培育中心
A
B
A B
暗
暗亮
一般報導
5150 科學發展 2016年 1月│ 517期科學發展 2016年 1月│ 517期
向大海要水喝 ─ 逆滲透海水淡化
根據國際淡化協會（International Desalination Association, IDA）的統計，迄 2013年為止，
全世界共建成一萬七千座鹹水淡化廠，日產淡水八千多萬公噸，3億以上人口的生活離不開
鹹水淡化。目前，約 6成的淡化水源取自海洋。台灣面臨嚴重的乾旱挑戰，利用取之不盡、
用之不竭的海水淡化，已成為抗旱解渴的必要手段。但是，向大海要水喝並非像擰開水龍頭
那麼容易。
依分離鹽、水的驅動力，商業化的海水淡化製程可分為加熱法與薄膜法兩大類。加熱法是
把鹹水先蒸發再冷凝以除去鹽分，有多級閃沸、多效蒸發、蒸氣再壓縮法等技術。加熱法需要
大量的熱能，因此常與火力發電廠共構，以電廠汽輪機排放的低壓蒸氣做為廉價的熱源。
薄膜淡化技術則以逆滲透法（reverse osmosis, RO）為主，是海水淡化技術的新主流，目
前約有 6成的淡化廠採用，且比重逐年提高。逆滲透法盛行的主要原因在於建廠快速、消耗
能源較少、操作容易，大型逆滲透海水淡化廠的興建費用與產水成本已經低於其他海水淡化
製程。
逆滲透原理
什麼是逆滲透？為什麼逆滲透可以化鹹為淡？滲透作用是指溶劑由較稀薄溶液（稱為低
張溶液）通過半透膜進入較濃溶液（稱為高張溶液）的物理現象。半透膜是對於不同物質具
利用取之不盡、用之不竭的海水淡化，已成為抗旱解渴的必要手段。
但是，向大海要水喝並非像擰開水龍頭那麼容易。
逆滲透法依靠壓力差達到鹽、水分離的目的，
提升海水達到操作壓力的高壓海水泵是逆滲透海水淡化機組的主要耗能設備，
回收再利用排放的高壓鹵水的壓力能，就能降低逆滲透淡化的能耗和產水成本。
吳雪舫
5150 科學發展 2016年 1月│ 517期科學發展 2016年 1月│ 517期
有選擇性穿透能力的薄膜，例如只允許較
小的溶劑分子通過，而較大的分子與溶質
離子無法穿透的薄膜。滲透壓則是指欲抗
衡溶劑分子經由半透膜進入高張溶液，所
需施加於高張溶液的外界壓力。滲透壓的
大小與溶液的濃度、溫度和溶質的解離度
有關。
逆滲透法海水淡化是利用水分子及鹽
類穿透逆滲透膜（RO膜）的能力差別很大，
而得以分離水與鹽分。若在 RO膜兩側分別
放置淡水及鹽水，水分子會從淡水側穿透
RO膜流向鹽水側，直到 RO膜兩側的壓力
差等於滲透壓時才達到平衡狀態。若在鹽
水側施加大於滲透壓的壓力，則鹽水中的
水分子會穿透 RO膜流向清水側，這種現象
就是逆滲透。 滲透與逆滲透現象的示意圖
逆滲透海水淡化廠示意圖（圖片來源：國統國際股份有限公司）
1.海水進水管Seawater intake pipe
2.海水儲存槽Intake tank
3.前過濾系統Pretreatment system
4.海水濾過水池Filtered seawater tank∕Buffer
5.微過濾系統MF（microfilter）
6.高壓泵浦High pressure pump
7.能源回收器Recuperator
8.逆滲透膜組RO membrane module
9.淡化水水槽
Fresh water tank
10.鹵水排放管Brine dumping pipe
11.連接自來水系統
To distribution system
利用多層薄膜及高壓使水分子與鹽有效隔絕製造出淡水Use reserve osmosis technology to separate fresh water from seawater
逆滲透是一種以壓力差為驅動力，從溶液中分離出溶劑的薄膜分離操作。
一般報導
5352 科學發展 2016年 1月│ 517期科學發展 2016年 1月│ 517期
因此，逆滲透是一種以壓力差為驅動
力，從溶液中分離出溶劑的薄膜分離操作。
由於 RO膜的微孔大小並非均一，難免有鈉離子及氯離子在受壓下滲入清水側成為「漏
網之魚」。
在逆滲透海水淡化廠中，依處理流程
的先後可區分為：原海水取水工程、海水
前處理系統、逆滲透淡化機組與節能裝置、
鹵水（濃縮鹽水）排放設施、淡化水水質
調節、周邊輔助系統（自動控制及中央監
控系統、受電配電系統、廢水處理設施、
淡化水暫存槽及泵送站、RO膜清洗及貯藏設施、分析實驗室等）。其中，高壓泵及
節能設備的效能會影響耗電量與產水成本，
前處理系統的良窳則攸關 RO膜的出水能力與使用壽命。以下就針對海水淡化廠的核
心技術以及海水淡化水的安全性予以說明。
海水取排放工程
原海水的汲取可分為：經由導水渠或
取水管的明水抽取法，或透過沙灘井或滲
濾管群的滲濾取水法二類。導水渠的設計
及施工比較容易，投資費用也較低，常見
於火力發電廠的冷卻水取水；但是取得的
海水水質較差，懸浮固體、微生物、浮游
生物、藻類的含量較多，水質的變化較大，
前處理設施的負荷大。
取水管工法是在基地內開挖集水井，
並從集水井內鋪設取水管到預定的海水深
度，直接或透過特殊的取水頭抽取海水。
它的缺點是取水頭及水管容易附生藤壺、
貽貝、介殼類等，若不清理，日久會逐漸
堵塞。
沙灘井取水法是在基地附近的沙灘開
鑿豎井或斜井以抽取海水，因為單井的出
水量有限，需要開鑿多個井，所以工程經
費與抽取海水的動力費用通常高於直接抽
取法。再者，沙灘井有使用年限，必須定
期維護更新。
沙質海床則可以採用滲濾管集水，在
海床底下掩埋多孔性的集水管群經由沙礫
層的過濾淨化，從集水管內取得的海水水
質較佳且穩定性高，淤泥含量低，藻類及
浮游生物也少，可以降低前處理系統的負
荷與操作費用，減少或避免化學添加劑對
海域的汙染。但這種工法的工程經費高昂、
施工期長、施作面積寬廣，施工期間是否
會招來漁民抗議必須列入考量。
逆滲透海水淡化廠的鹵水藉由數百公
尺長的管道排放入海，排放口要遠離取水
口，以免高鹽度的鹵水被回抽進入淡化製
程。逆滲透海水淡化廠對環境的衝擊，主
要在於排入海域的高鹽度鹵水可能影響浮
游生物的生長和繁殖。
原海水含鹽分 3.5％，以淡水取水率
40％計，鹵水的含鹽分約為 5.8％，排放的
鹵水的影響範圍僅是排放口周遭數十公尺。
雖然相關的模擬分析顯示，只要選擇有良
好稀釋效果的排放點，排放鹵水並不會對
海洋的生態環境造成影響。即使如此，排
海床下滲濾管取水工法的示意圖
海水
砂質海床
多孔管簇
5352 科學發展 2016年 1月│ 517期科學發展 2016年 1月│ 517期
放鹵水到海洋中仍然會引起主管機關、環
保團體及漁民的關切。
其實，鹵水也是一項值得開發的資源。
如果能夠以經濟有效的方式濃縮、富集
（beneficiation）鹵水中的礦物質，就可以提取並轉化為有商業價值的產品，不但可
以增加淡化水的產量，鹵水資源化處理也
可以達到零排廢淡化或零排液海水淡化的
終極目標，是當前重要的研究課題。
海水含有約 90種元素，含量最高的 4種金屬離子是鈉、鎂、鈣及鉀，是目前從
鹵水中提取的主要成分。加入磷酸銨或鈉
鹽，可與鈣、鎂離子反應生成鈣正磷酸銨
鎂，是一種優良的肥料；若加入無氨磷酸
鈉，就會生成含鈣的鉀鎂磷肥，再以碳酸
氫銨溶液處理，轉化為磷酸銨鎂及碳酸氫
鉀溶液，可以衍生諸多的鉀化學品。
原海水的前處理
逆滲透海水淡化常面臨一個嚴重的挑
戰—RO膜堵塞導致產水量下降。造成堵塞的原因，一是鈣離子與鎂離子形成碳酸鹽
或硫酸鹽（水垢）沉澱，堵住 RO膜的微細孔，必須藉由化學清洗來恢復原來的功能；
二是海水中的微生物大量繁殖，最終在 RO膜表面形成一層無法清除的生物膜，RO膜就只能報銷。
原海水的前處理包括物理性的過濾淨
化及化學性的阻垢、抑菌、抗蝕處理，以
往的處理方法是借鑑地表水的淨水處理，
採取殺生（消滅微生物及藻類）、沉澱、
沙濾、微過濾、酸鹼調節的流程。
處理的流程是：先注入氯氣或次氯酸
鹽之類的強氧化劑，以消滅水中的微生物；
接著加入氯化鐵、聚氯化鋁之類的絮凝劑
或混凝劑，以提升後續濾除懸浮固體、淤
泥的效果。為了防止碳酸鹽或硫酸鹽沉澱
在 RO膜的表面，還必須添加硫酸以調節海水的酸鹼值，並加入阻垢劑、抗蝕劑等化
學品。由於氯會嚴重破壞 RO膜，又必須加入亞硫酸氫鈉或其他還原劑以消除海水中
殘餘的氯。
經過重重淨化的海水在進入 RO膜之前，還要通過一道微過濾，以確保它的品
質合乎 RO膜的進水要求。但是這種處理方法恰當嗎？會不會在解決一個問題時卻衍
生更多的問題？
過濾是為了除去水中的懸浮物質與膠
體，避免堵塞 RO膜。但是，不適當的處理方法不但無法保護 RO膜，過度使用化學品也會加速金屬的腐蝕。再者，殘留的化學
品與衍生的鐵銹最終會隨著鹵水排放入海，
可能危害當地海域的生態環境。有鑒於此，
產業界開始嘗試使用超濾（ultra-filtration, UF）膜以取代傳統的多介質過濾，利用 UF膜的超微細孔徑濾掉微生物。但是這種方
法並未根本解決微生物造成的阻塞問題，
只是把阻塞從 RO膜移轉到也很昂貴的 UF膜而已。
其實，傳統的多介質過濾仍是可靠有
效的方法，只要設計得宜，配合微過濾就
能達到 RO膜對於水質的要求。以澎湖馬公的烏崁海水淡化機組為例，它的前處理系統
運行十年來，並未添加任何化學藥劑，RO膜很少發生結垢或汙堵，RO膜的更換頻率遠低於台灣其他的逆滲透海水淡化機組。
前處理系統的設計必須考量原海水的
水質特性，諸如微生物多寡、懸浮固體含
量高低、酸鹼值、淤泥指數大小等，不能
一概而論。從環境保育的觀點而言，非有
必要絕不要添加化學品，即使無法避免時，
也應儘量降低添加量並選用低毒性的化學
品，以降低對周遭海域生態的可能衝擊。
一般報導
5554 科學發展 2016年 1月│ 517期科學發展 2016年 1月│ 517期
RO 膜
RO膜的分離機制包含物理性篩分作用、擴散係數差異，以及膜材帶電所引起
的電性效應，但仍以篩分的作用最顯著。
RO膜有如一個有著億萬個微孔的篩，每個篩孔的大小在1奈米（ 10－9m）以下。人工合成有機高分子RO膜，肇始於1960年代的研究，但直到1980年代開發出透水性更高的聚醯胺複合薄膜之後，逆滲透海水淡
化才有成本上的競爭力。
可製造 RO膜的材料很多，但以醋酸纖維素和芳香族聚醯胺兩類最常見。醋酸
纖維素 RO膜的應用較早，優點是耐游離氯及不易結垢，缺點是不耐化學品、不耐溫、
抗菌力差、pH值的適應範圍窄（避免水解）、性能衰退較快。芳香族聚醯胺 RO膜的優點在於耐熱、化學穩定性佳、機械性
質優、除鹽率高、滲透通量大、滲透選擇
性高，以及 pH值的適應範圍廣；缺點是對於氧化劑的耐受性差、薄膜容易結垢，以
及對游離氯非常敏感。
從構造區分，RO膜有中空纖維及纏繞管兩類。後者是把 RO薄膜纏繞成為圓管狀元件，以提高單位體積的膜表面積。生產
纏繞管 RO膜的廠商較多，雖然各家產品的除鹽率、滲透通量有所差異，但 RO膜管的尺寸已經標準化，不同廠商的產品可以替
換使用。目前 RO膜的除鹽率已經高達 99.5％以上，使用壽命可長達 4年以上，淡化成本大幅降低且建廠的工期短，成本與技
術的競爭優勢逐漸超越其他淡化技術。未
來的 RO膜研發方向，著重於改善滲透通量、降低操作壓力、提高除硼率，以及改
善對於餘氯的耐受力。
節能技術與設備如前所述，逆滲透海水淡化是依靠壓
力差達到鹽水分離的目的，高壓海水泵是
提升海水達到操作壓力的主要設備，也是
逆滲透海水淡化機組的主要耗能設備。高
壓海水泵有多級離心式及柱塞式兩類。離
心式泵的優點是單機的流量可以很大，流
量及壓力的波動很小；缺點是效率比較低，
尤其是當運轉的狀況偏離最佳操作點時，
泵的效率會大幅地降低。柱塞式泵的情形
正好相反，效率很高且效率曲線平穩，流
量的改變對效率的影響不明顯；但是單機
的流量偏小，大型的海水淡化機組需要多
台柱塞泵並聯運行。
海水淡化發展的最重要目標是降低產
水成本，在諸多的成本要素中，能耗所占
的比重可達 4成以上，因此減少能耗是降低成本最有效的手段。例如電能用於提升
進料海水的壓力到 50∼ 60 bar間，而從RO膜機組排放的鹵水壓力高達 48∼ 58 bar。如果以 40％的取水率計算，高壓鹵水還蘊含約 60％的進料海水的壓力能，若能把這部分能量變成進料海水的壓力，就可
以大幅降低海水淡化的能耗。
能量回收裝置的作用是回收再利用高
壓鹵水的壓力能，從而降低逆滲透淡化的
能耗和產水成本。節能設備、高壓泵與 RO膜是逆滲透海水淡化系統中的 3大關鍵技術。隨著逆滲透海水淡化的日漸普及，各
種形式的節能裝置也陸續出現，雖然名稱
不一，但是按照它們的工作原理，能量回
收裝置可區分為功移轉和壓力移轉兩大類。
功移轉 這是早期常使用的節能裝置，
轉換過程需要經過「壓力能→機械能（軸
海水淡化發展的最重要目標是降低產水成本，在諸多的成本要素中，
能耗所占的比重可達 4 成以上，因此減少能耗是降低成本最有效的手段。
5554 科學發展 2016年 1月│ 517期科學發展 2016年 1月│ 517期
功）→壓力能」兩個步驟。小型 Pelton水輪機是常見的設備，其原理是以高壓鹵水
衝擊並轉動水輪，然後透過齒輪組帶動高
壓海水泵；水輪機輔助馬達推動高壓海水
泵，可以減少馬達的動力消耗。由於功能
轉換步驟多，動能損失及軸功的損耗導致
能源回收效率僅約 50％。後來出現了水輪與水泵同軸構建的新
穎設計，一體化封裝在同一殼體中。高壓
鹵水衝擊水輪，直接轉動輪軸並帶動海水
泵的葉輪，高壓鹵水的能量轉換成原海水
的壓力，能源回收的效率可高達 80％以上，這種裝置也稱為渦輪增壓機。
壓力移轉 1980年代出現了「壓力移轉」的能量回收新技術，通過隔離介面或
甚至無介面，直接把高壓鹵水的壓力傳遞
給進料海水，轉換過程簡化到「壓力能→
壓力能」一步，能量回收的效率很高。這
類稱作「等壓式」裝置的設備，又可分為
轉子式和活塞式兩類壓力交換器。
轉子式壓力交換器的原理是高壓鹵水
推動圓周開有多個縱向微型液缸的無軸陶
瓷轉子旋轉，使多個微型液缸分別在兩側
靜止的配流盤高壓區和低壓區交替轉換切
入。進入高壓區的微型液缸進行能量傳遞
向外排液，進入低壓區的微型液缸進行原
海水補液，初步升壓的原海水需搭配增壓
泵加壓以進入逆滲透系統。高壓鹵水與低
壓原海水在多個微型液缸中的停留時間很
短，兩種液體由一段封閉的「液體活塞」
分開，單機的能量回收效率可達 92％。活塞式壓力交換器的工作原理是利用
高壓鹵水推動壓力交換器中的活塞，壓縮
原海水以提高其壓力，最終使兩者的壓力
一致，再藉由增壓泵進一步提升原海水到
所需的壓力。壓力交換器至少由兩個液缸
配對組成，當其中一個液缸由高壓鹵水推
動活塞加壓原海水時，另一個液缸中由進
水輪與水泵同軸構建的功移轉式節能設備剖面
圖， 左 側 較 小 者 是 水 輪， 右 側 銀 灰 色 者 是 水
泵。（ 圖 片 來 源：Fluid Equipment Development Company (FEDCO) - www.fedco-usa.com）
轉子式壓力交換器的剖面圖（圖片來源：Energy Recovery Inc. (ERI) – www.energyrecovery.com）
一般報導
5756 科學發展 2016年 1月│ 517期科學發展 2016年 1月│ 517期
料泵送入原海水並排出低壓鹵水，兩液缸
在閥門的控制下交替排補海水，實現把高
壓鹵水能量移轉給原海水的過程。這類設
備的效率最高可達 98％。活塞用於隔離高鹽度的鹵水與原海水，
雖能避免或減少兩者摻混，卻是故障的來
源，因此無活塞的壓力交換器也是另一種
選項。
另外一種節能的思考方向是提高取水
率以減少海水的抽取量，從而降低取水泵
的功率消耗。但是，逆滲透的取水率受到
二個因素制約。一是 RO膜的阻塞風險，鹵水中的鈣、鎂及硫酸根離子濃度會隨著淡水
提取率增加而升高，當達到飽和溶解度時就
會沉澱析出，形成阻塞 RO膜孔隙的水垢。另一個制約因素是滲透壓會隨著鹵水
濃度升高，系統的操作壓力必須相對提高。
例如，當第一段逆滲透的取水率是 40％時，系統的操作壓力約為 60 bar；如果提升總取水率到 60％，則第二段的逆滲透模組的操作壓力大約要 90 bar，管道、能源回收器或
海水
低壓泵
高壓泵
增壓泵
雙等壓缸
高壓鹵水
淡水
低壓鹵水
活塞式壓力交換器的工作原理
無活塞的等壓式壓力交換器（圖片來源：國統國際
股份有限公司）
5756 科學發展 2016年 1月│ 517期科學發展 2016年 1月│ 517期
RO膜管殼的耐壓要求會大為提高，系統的建設成本隨之增加，高壓泵消耗電能也增
多。因此最適當的取水率必須審慎評估。
海水淡化廠與電廠共構也是可行的節
能方案，水電共構聯產是指海水淡化廠和
電廠比鄰而建、聯合生產。水電共構除了
可以降低電力輸送成本外，以電廠水溫較
高的溫排水做為逆滲透淡化的水源，能稍
微降低逆滲透系統的操作壓力，可節省約 5∼ 10％的電力。此外，共用電廠的排水設施既可以免除重複建設的支出，且鹵水排
放入海前經過大量溫排水的高倍率稀釋，
可避免高鹽度差對海中生物的可能衝擊。
逆滲透淡化所消耗電力的多寡，主要
取決於原海水的鹽濃度、RO膜的操作壓力與滲透通量。隨著 RO膜性能的提升及節能技術的進步，逆滲透海水淡化的單位耗電
量已經顯著下降。目前大型逆滲透海水淡
化廠每公噸淡化水所消耗的電力，已由早
年的 8∼ 9 kW降至目前 3 kW的水準。
安全性及適口性
讀者必然會關心海水淡化水的水質，
到底口味好不好？安不安全？長期飲用會
影響健康嗎？首先，讓我們來探討安全性
的問題。
安裝在澎湖馬公的逆滲透海水淡
化 機 組， 白 色 水 平 的 FRP 管 殼
中串聯裝著一系列的 RO 膜管，
垂直的藍色圓筒是等壓式節能設
備。（圖片來源：國統國際股份
有限公司）
海水 高壓泵
增壓泵
高壓海水
RO 膜組 淡化水
鹵水
節能裝置
壓力交換器的使用方式，等壓式節能設備與高壓海
水泵併聯使用，可減少流經高壓海水泵的海水流
量，從而降低高壓海水泵的大小和能耗。
膜分離是基於一種物理性的篩分原理，
只允許比薄膜孔徑小的成分透過而阻擋比
孔徑大或相近的成分。依照膜孔尺度區分
薄膜，由小到大可分為逆滲透、奈米過濾、
超過濾、微過濾等膜分離程序。RO膜的微
孔孔徑在 1奈米以下，遠比微藻類、細菌、
濾過性病毒、毒素、化學物質、重金屬的
尺寸還小，因此可以有效去除水中的各種
汙染源與病原菌，可說是一種很安全的淨
水技術。
由於海水中含有4∼5 ppm的硼，海水
淡化水的硼含量也難免引人注意。硼是動植
物生長必需的微量元素，無論身體發育或體
內平衡，硼都是不可或缺的一部分；植物要
正常生長及結果一樣需要硼。然而，水中若
一般報導
5958 科學發展 2016年 1月│ 517期科學發展 2016年 1月│ 517期
含有過量的硼，長期飲用或灌溉都可能有不
良影響。美國環保署認定經由飲用水的硼攝
取，單日硼濃度4 mg／L或十日硼濃度0.9 mg／L的暴露量不會引起孩童的不良反應；而終生暴露在硼濃度1 mg／L下的飲用水，不會對成人造成不良反應。
目前部分國際組織及國家已經制訂飲
用水的硼含量限值，例如世衛組織（WHO）的上限是 2.4 ppm，歐盟限定 1.0 ppm，美國各州介於 0.6∼ 1.0 ppm之間，部分國家則低達 0.5 ppm。我國僅對灌溉水的硼含量訂有標準，103年修訂的「飲用水水質標準」中，並無硼含量的規定。目前已有多種高
除硼率的 RO膜問市，可去除 90％以上的硼。海水淡化水的硼濃度可符合WHO、歐盟及先進國家的飲用水水質標準。
特定產業的製程對硼非常敏感，例如
半導體、面板的生產，因此對製程用水的
硼含量有非常嚴格的要求。海水淡化水無
法直接用於這類有特殊需求的產業，但是
可以在生產純水的製程中，以離子交換樹
脂在適當的酸鹼性條件下，有效地除去水
中的微量硼。
至於海水淡化水的口味如何？我們知
道山泉水之所以甘甜，是因為山泉水中含
有適量的礦物質成分。然而經過逆滲透除
鹽的淡化水，海水中的鈣、鎂都已經完全
去除，因此逆滲透淡化水是淡而無味的。
若是做為民生用水，淡化水可與硬度較高
的自來水混合，截長補短以改善水質，日本
沖繩的海水淡化廠就是最佳實例。另外一種
方式是再礦化處理，讓淡化水流經白雲石或
石灰石的礫石床以提高硬度，既可改善適口
性，也能降低它對管道的腐蝕作用。
微濾膜 MF 0.1～ 5微米
超濾膜 UF 0.01～ 0.3微米
奈濾膜 NF 1～ 10奈米
逆滲透膜 RO 0.1～ 2奈米
懸浮固體
細菌
病毒
多價離子
單價離子
水分子
各種薄膜的微細孔尺度與可阻隔的汙染物質
吳雪舫富台工程股份有限公司
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6160 科學發展 2016年 1月│ 517期科學發展 2016年 1月│ 517期
發射台灣的立方衛星
過去台灣的人造衛星（簡稱衛星）是
透過國外的火箭發射進入太空，隨著衛星
越做越小，台灣自行發射衛星將不再是個
夢。特別是太空產業商業化及大型衛星小
型化的趨勢創造出龐大的太空商機，發射
台灣的立方衛星變成未來幾年可能發生的
事。
但什麼是立方衛星？台灣過去發展過
嗎？台灣未來有機會嗎？立方衛星正從各
個領域顛覆太空產業的傳統做法。讓我們
回顧台灣過去的歷史，再看看世界的趨勢，
然後來規劃台灣的立方衛星太空夢。
什麼是立方衛星
大學生製造衛星的事可追溯到20世紀80年代，惟當時做的衛星不怎麼實用，且發射費用非常昂貴。全世界第一批的立方衛星（CubeSat，約為1公斤，10厘米立方大小，因此又稱為方塊衛星）於1999年由美國加州理
太空產業商業化及大型衛星小型化的趨勢創造出龐大的太空商機，
發射台灣的立方衛星變成未來幾年可能發生的事。
蕃薯衛星 第一枚中華民國（台灣）國家太空中心
自製的立方衛星。
世界知名期刊 《自然》 在2014年報導了立方衛星的科學潛力，《科學》 更宣稱「立方衛星的崛起」是 2014 年的十大科學突破之一，立方衛星正從各個領域顛覆太空產業。
方振洲
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工大學的喬迪‧普格— 蘇亞里（ Jordi Puig-Suari）和史丹佛大學的鮑勃‧特威格斯（Bob Twiggs）兩位教授共同開發，當時他們希望發明一個讓大學及研究生的程度就能
設計製造，在太空中運行操作的小型衛星。
國際上通常用重量來歸類衛星，大於
1,000公斤的稱為大衛星，1,000∼ 500公斤的稱為中衛星，500∼ 100公斤的稱為小衛星，100∼ 10公斤的稱為微衛星，10∼1公斤的稱為奈米衛星，1∼ 0.1公斤的稱為皮米衛星，0.1∼ 0.01公斤的稱為費米衛星。立方衛星的重量約 1∼ 10公斤，屬於皮／奈米等級衛星。
立方衛星之父特威格斯回憶當時說：
「我們必須做一些改變來獲得更多的機會以
發射衛星。」當時他們專注的重點在於給衛
星瘦身，因為衛星重量決定了發射的費用。
普格— 蘇亞里則回憶說，有一天他們在一家三明治店午餐時，兩人一起在餐巾紙上
勾勒出了這個選項。
他們思及 10公分立方及 1公斤重量的潛在能力—恰好是 1公升水的體積及重量。外部如果包覆著太陽能電池面板，則
約可產生 1瓦的功率，足夠供給一台小型電腦及一支無線電通訊，於是「史普尼克
（Sputnik）式的人造衛星」概念設計完成，立方衛星開放的標準也正式誕生。巧的是當
特威格斯回到史丹佛大學時，隨即發現一
個完美的真實模型，一個儲存豆豆娃公仔
（Beanie Babies）的 10公分立方塑膠盒子。後來，加州理工大學的學生設計了
一個「多枚皮米級衛星軌道部署器（ Poly-Picosatellite Orbital Deployer，又稱為P-POD）」，P-POD能一次把多枚皮米級衛星打包在一起，然後釋放於太空軌道上。
P-POD就像一個會打開盒蓋跳出玩偶的匣子（ Jack-in-the-Box），藉著內部彈簧把衛星
彈出，可以放置在火箭的主衛星旁邊的剩
餘空間，且不會干擾主衛星的發射作業。
第一批立方衛星於 2003年 6月 30日搭載在俄羅斯的 EUROCKOT火箭上正式發射，這 6枚立方衛星的先鋒者分別是：加拿大多倫多大學的 CanX-1，目前該團隊已經發展到第 7代的 CanX-7；丹麥技術大學（DTU）的 DTUSat-1；丹麥奧爾堡大學（AAU）的 AAU立方衛星，該大學已發展到第 5代的 AAUSAT-5；美國史丹佛大學的 3U利用極低頻電磁波探測地震的立方衛星（QuakeSat）；日本東京工業大學的CUTE-1立方衛星，又稱為奧斯卡衛星 55號（OSCAR-55）；以及日本東京大學的XI-IV立方衛星（又稱為 OSCAR-57）。
台灣立方衛星的發展
台灣立方衛星的發展起源於 2001年初的一個「衛星系統設計」專題課程，由前
國研院院長莊哲男教授授課。莊前院長時
任國家高速電腦中心（現改名為國家高速
網路與計算中心）主任，透過遠距教學系
統，在美國德州農工大學、成功大學工程
科學系及國網中心三地進行同步教學。除
了授課外，課程的專題是以團隊分工合作
的方式實際設計一枚立方衛星。
當時國家太空中心有筆者、研究員張
志立、副研究員林信嘉，以及多位同仁參
加。剛好，美國史丹福大學正推動一個合
資共同發射立方衛星的計畫，要求參與者
在 1個月內支付發射費用以確定使用權。筆者還記得下課時，與張研究員討論是否
爭取第一批衛星發射的難得機會。後來在
國科會（現為科技部）的支持及指示下，
這筆費用委託成大航太中心支付，並預訂
了 2002年的發射艙位。
一般報導
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於是立方衛星正式從課堂作業延伸為
實體衛星的發展計畫—蕃薯衛星（YamSat）計畫— 便正式誕生，由林副研究員擔任主持人，這是國家太空中心主導的台灣第一
枚自製立方衛星。這計畫並和成功大學、
當時的儀科中心及國內合作廠商共同決定
製造 3枚，並進行多項國產元件的太空驗證，包括：太陽能晶片、電池、電磁線圈、
微控制器、記憶體晶片、機械結構、微光
譜儀等。蕃薯衛星原定於 2003年發射升空，但因故並未發射。
不過蕃薯衛星的全新經驗仍帶給太空
中心一套新的快速原型化系統工程方法。
太空中心便把這技術及經驗透過衛星課程
傳承給大學／研究所（包括：成功、中央、
淡江、逢甲、嘉義、中華、台北科技、虎
尾科大等），在國內大學裡建立起衛星的
發展經驗，教育及訓練學生有關太空科技
的知識及能力，提供實際的衛星設計、製
造及操作的經驗，並在大學裡建立衛星科
技本土化的能量與培養相關衛星技術及系
統工程人才。
2002年，成功大學參與教育部的航太科技教育改進計畫，並開始規劃及發展 2U（註：1U＝ 10公分立方，2U＝ 2×10公分立方＝ 10公分×10公分×20公分，依此類推）的姿態控制實驗平台（Platform for Attitude Control Experiment, PACE）立方衛星計畫。這計畫由苗君易及莊智清教授主
導，PACE是當時國內大學自行發展的第一
成功大學自製的鳳凰立方衛星
PACE 衛星 成功大學自製的第一枚 2U 立方衛星。
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個立方衛星計畫。PACE計畫突破 1U立方衛星無法做主動式姿態控制的缺點，採用
動量偏斜設計，進行衛星 3軸穩定設計的驗證，以完成姿態指向為主要任務。
PACE衛星原預定在 2006年發射，因故延遲，在成功大學等多方的協調下，於
2014年 3月 29日終得以參加美國軌際系統（Interorbital Systems）火箭公司的新型火箭升空飛試。但火箭飛行到預定高度的一
半後卻因壓力系統的異常而折返，失去事
前規劃擬驗證一些 PACE衛星功能的機會。這家公司並主導桶狀衛星（TubeSat）
套件的推廣，包括發射到 300公里軌道的費用，桶狀衛星套件組合只賣 8千美元。同年 6月 19日，PACE衛星又使用蘇俄 Dnepr運載火箭發射升空進入 610公里的太陽同步軌道，但因故並沒有收到無線電訊號。
成功大學的鳳凰（ PHOENIX）2U立方衛星是QB50衛星計畫中的一枚，預計於2016年的年中隨國際太空站商業補給任務置入國際太空站後，再由國際太空站
分批部署入軌。QB50計畫是歐洲航太總署（ ESA）委託比利時的馮‧卡門研究院（VKI）主導的計畫，任務是廣召國際各個大學研製並以分散式方式部署50枚立方衛星，以探索90∼320公里間的次軌道太空環境，進行大氣層的資料蒐集及相關物理
研究。
隨著立方衛星全球市場需求不斷增長，
太空中心在前國研院陳良基院長的創新提
倡下，重新檢討發展立方衛星的可能性，
目標是自主發展有商業價值的個人衛星太
空產業，以因應未來立方衛星的快速變化。
2013年底筆者提出「個人衛星實驗研發計畫」，目的是自主發展具備智慧型手機
功能的個人衛星實驗工程體，林副研究員
則提出發展「手機衛星研發計畫」。發展
中的個人衛星計畫將建立 5.84 GHz高速傳輸空中系統工程發展模型體及其地面系統。
2014年底，中心並結合成功大學及 VKI向國研院提出一個 3U返回地球大氣 R-SAT（Earth Atmospheric Re-entry）立方衛星的國際合作創新計畫（2015∼ 2016年），並獲准於 2015年開始執行。
立方衛星的特徵及應用
立方衛星的特徵有：體積小、外形緊
緻、重量輕、開放的標準、發展時程短、
設計及製造成本低、操作壽命短、容許從
失敗中學習及失敗的自由、元件的太空驗
證、太空關鍵技術的驗證、前瞻太空科學
研究的平台、可以搭順風車方式搭載於主
衛星酬載旁、與教學研究結合做為衛星系
統課程的標的物、讓學生有機會從概念到
發射參與每一個衛星發展階段的工作。
未來更有以數量取勝的優勢，可以編
隊飛行，甚至以一群或星系的方式呈現，
使得以 DIY（Do-It-Yourself，自造）方式人
人都可自造衛星的「個人衛星」時代能夠
實現。
立方衛星有什麼用？最早它是用於教
育，可以與教學研究結合，特別是做為學
生專題實作或競賽的主題，以訓練學生衛
星系統工程與團隊合作的能力。
英國的第二位太空人提姆‧皮克（Tim
Peake）已於 2015年年底進入國際太空站執
行太空任務，配合歐洲太空總署及英國太空
局的主導，它們推出了太空派（Astro Pi）
名片型電腦計畫，完成各項太空環境的測試
後，也於 2015年底送入國際太空站。此計
畫的執行吸引了全球的國小／中及高中／
大學生競相學習開源的樹莓派電腦。太空派
一般報導
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是繼 Arduino上太空的 ArduSat熱潮之後，
成為第一個有作業系統上太空的開源電腦，
並再次成為 2016年的年初大事。
從目前已發射升空的立方衛星，可以
歸納出以下一些立方衛星的應用，包括：
進行衛星元件及太空技術驗證、地球觀測
—光學照相及攝影、大氣氣象或太空氣象
研究、通訊用途、科學實驗、太空生物領
域研究、加值型立方衛星、外太空新挑戰，
以及擔任新一代行星探險家，利用立方衛
星太陽帆技術承擔大型行星探險任務，例
如設計立方衛星上月球、火星及土星。
不斷增長的全球市場需求
歷年立方衛星的發射數目顯示全球市
場的需求不斷增長，自 2003年第一批立方衛星發射後，2007年美國國家科學基金會開始啟動立方衛星計畫於太空天氣科學研
究。2010年美國國家航空暨太空總署啟動了一個「立方衛星發射倡議計畫」，2012
年再啟動一個奈米級衛星教育發射計畫
（ELaNa），口號是「發射教育進入太空」。同年國際太空站部署入軌，打開了
立方衛星進入太空途徑的另一扇門。於是
2013年創紀錄地有 67枚衛星發射，裡面還包括了 4枚口袋衛星（5公分立方、重量125克），以及 1枚由美國維州的一所高中學生團隊製作的立方衛星。
企業創投資金也開始注意及大量投注
在這新的領域。最著名的例子是行星實驗
室（Planet Labs）新創公司由 NASA前科學家於 2010年創立，公司願景在建置較便宜的小型衛星組成 100∼ 150枚的遙測衛星網路，以加速衛星影像重複率及資料傳輸
速度。這公司把它的 3U地球觀測立方衛星取了一個人道主義考量的名字，稱為鴿子
（Dove）衛星，並在 2013年共發射 4 枚鴿子衛星，成功完成遙測技術的展示。
在 2014年，共有破紀錄的 132枚立方衛星發射升空，其中行星實驗室貢獻了 93枚鴿子衛星，比過去第 1個 10年（2003∼
拜廉價及標準化的零組件和增加的發射部署之賜，在 2014年打破紀錄地 132枚立方衛星發射升空，遠超過他們第一個十年的總數。
年
140
120
100
80
60
40
20
02003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 20132012 2014 2015
( 2015-11-13)
歷年立方衛星的發射數目統計（統計日期：2015∕11∕13）。
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2013年）的總數還多，其中的一枚衛星更搭載了群眾募資的 104枚費米衛星等級的晶片衛星（ChipSat）。因受 2015年年中，美國太空探索科技（SpaceX）公司的獵鷹 9號（Falcon-9）運載火箭執行第七次商業補給任務時爆炸的影響，專家原預測 2015年會有超過 200枚立方衛星發射升空。目前發射升空的立方衛星，有半數還在運行中。
值得注意的是，第一批日本東京大學製造
的 XI-IV立方衛星是現役在太空運作最久的立方衛星，它的壽命已超過 12年且還在運轉中！
截至 2015年 11月止，已有 29個國家發射過立方衛星，包括發展中的國家如越
南、祕魯、厄瓜多爾、哥倫比亞、愛沙尼
亞等。值得注意的是，立方衛星是很多落
後國家的第一枚衛星。
世界知名期刊《自然》在 2014年報導了立方衛星的科學潛力，2014年底《科學》更宣稱「立方衛星的崛起」是 2014年的十大科學突破之一。值得一提的是，2014
年底第一個立方衛星開源計畫—自由方塊
（LibreCube）—正式成立，並釋出立方衛星的相關開源軟硬體資訊。經由這個開源
網站提供的開源資料，大眾已經可以依照
資訊建造 1U立方衛星的大半數功能。而這計畫的創始者李阿杜（Artur Scholz）
博士是苗教授及莊教授在PACE衛星發展期間共同指導的碩士生，博士指導教授是莊
前院長。PACE衛星在開源計畫中向世界貢獻自己的生命，像浴火鳳凰般參與另一場
太空探索和太空利用，以達成人類大同世
界福祉的革命。
一群人做夢 夢想就會實現
約翰‧藍儂說：「一個人做夢，夢想
只是空想。一群人做夢，夢想就會實現。」
這句話之所以令人感到內心十分鼓舞，是因
為這句話煽動我們可以和其他人分享夢想。
甫於2015年1月中成立的台灣微衛星發展中心，將以發展立方衛星為主要目標。
兩枚鴿子衛星於 2014年從國際太空站上釋出
一般報導
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「個人衛星 」的時代已經來臨，台灣發展立方衛星及發射台灣的立方衛星已經確
定將在未來太空舞台中扮演重要角色。
擔任這中心團隊顧問的葛廣漢先生是史丹
福大學的航太碩士，筆者曾問他為什麼想
發展立方衛星？他說在史丹福求學時，曾
把一枚立方衛星握在手掌上，當時就認為：
「這個可以做！」 他歡迎有熱忱的教授和企業共同發展立方衛星，促進台灣太空技術
的進步。
這中心結合了臺灣大學、大同大學、
北科大等多所學校的大學生、碩博生，以
及太空相關團體。中心的兩位學生創辦人
分別是石恩（臺灣大學）與諸恩平（大同
大學），他們表示目前在進行跨校的聯合
專案，發射探空氣球做為高空實驗平台，
希望各單位也能一起合作進行科學實驗。
最近向群眾募資的交通大學「前瞻火
箭研究中心」打算公司化，其主任吳宗信
教授在受訪時說：「現階段太空產業的兩
大趨勢，分別是載人進入太空及方塊衛星
等小型衛星。」因此前瞻火箭研究中心瞄
準發射讓中小企業也有能力擁有的超低成
本衛星。「台灣開放平台俱樂部」的創始
人周明達更認為，「個人衛星」提供了台
灣代工製造的舊思維下一個新的動能，以
及原創性科技創新的新泉水。
「個人衛星」的時代已經來臨，如同
過去「個人電腦」時代的來臨，台灣發展
立方衛星及發射台灣的立方衛星已經確定
將在未來太空舞台中扮演重要角色。如何
扮演呢？就待你／我來共同決定。
方振洲國家實驗研究院國家太空中心
深度閱讀資料
方（Alex Soojung − Kim Pang）、特維格斯（Bob Twiggs）（2011），太空科學新要角—立方衛星，科學
人，110，48-55。
史騰（S. Alan Sterm）（2013），平價上太空，科學人，135，48-53。
苗君易、Artur Scholz、莊智清、蔡永富（民100），衛星能多小—皮米及奈米衛星，科學發展， 457，
51-55。
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一般報導
彗星 67P的廬山真面目
當使用望遠鏡觀察彗星的氣團和彗尾時，
其中心彗核的形狀成為一個小點，因此只能用
最簡單的方式描述彗核的構造，譬如常用一個
圓球或橢圓球代表。
歐洲太空局（European Space Agency）在2014年 8月初公布以羅塞達太空船的 OSIRIS科學相機所拍攝的 67P／朱利余莫夫—絜拉斯明哥（67P／Churyumov – Gerasimenko，簡稱67P）彗星全身像，宣布這太空船達陣，開始繞著 67P展開科學任務，也讓我們看到了 67P的廬山真面目。
從照片可以發現彗核有大小兩端，中間部
分比較窄。充滿想像力的科學家便乾脆稱呼小
的一塊為「頭」，大的一塊為「身體」，中間
部分叫做「頸」，這是當羅塞達太空船距離彗核約 100公里時所看到的形狀。更近的時候便清楚看到表面上一層層的圓坑以及地質構造的紋理。有趣的是，「頭」和「身體」的紋理方
向截然不同，便被用來指證這兩部分不可能是一整塊的個體，也就是說 67P是由兩塊東西組成的。再加上水冰因太陽輻射而產生的揮發機制，脆弱的水冰和塵埃組成的物質被塑造成奇
奇怪怪的結構。
但這兩個代表太陽系最原始物質的個體，是否有不同來源？其化學成分及物理性質因此
也不一樣？是在什麼情況下，它們碰在一起的？都有待進一步研究。
歐 空 局 於 2014 年 8 月 公 布 以 羅 塞 達 太 空 船
OSIRIS 科學相機拍攝的 67P 全身像（圖片來源：
EDSA∕Rosetta∕MPS）
彗星67P的彗核由稱為「頭」與「身體」的小、大兩個個體以及中間比較窄的「頸」所組成，頭與身體表面上不同的地質構造紋理
暗示這兩部分不可能源自同一塊個體。
葉永烜
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為了方便比較觀察，羅塞達計畫的科
學家根據地貌構造的特色，把彗核表面分
成幾個區域，並用埃及古文明中的神祇命
名。有了這些標誌，便可以用數位方法定
位以及統計各種地質形狀和現象。
67P表面上有許多大石塊 ，在月球、火星、火衛一福布斯（Phobos）以及小行星的表面上，都可以找到幾公尺到幾十公
尺大小的大石塊，主要是由於受到其他小
物體碰撞表面，產生隕坑時四處濺射的碎
片。但在彗核表面，起源於碰撞的隕坑絕
無僅有，因此可能是由於冰層受太陽輻射
加熱的氣化昇華作用，因侵蝕分裂而留下
來的殘餘物，也可能是 45億年前太陽系星雲的盤面已經存在的鵝卵石樣子的小塊塊。
這些都可說是謎團中的謎團！
這個不過 4公里大小的彗核，密度只有水冰的一半。也就是說它的內部構造非
常鬆散，但還不知道有沒有大尺度的空洞存
在。表面物質的反射率非常低，只反射 5％的太陽輻射。
根據太空船上的可見光及紅外光照相
光譜儀的測量，當離太陽約 3個天文單位時，彗核表面只有非常少（＜ 5％）的面積有水冰覆蓋。有水氣和塵埃噴出的地方主
要是「頸部」。
另一點要注意的是彗核自轉軸與黃道
面夾角形成的季節效應。當 67P從遠日點趨近太陽時，只有北面受到太陽光照，南
面是完全一片漆黑。因此，羅塞達太空船
上幾個測量水分子氣團分布的實驗儀器，
如氣體質譜儀和微波光譜儀都偵測到很明
顯的南北不對稱。
但當 67P經過近日點時，日照條件翻轉，彗核南邊表面便會在短時間內產生大
量噴氣和塵埃粒子。事實上，因為 67P和太陽距離越來越近，表面溫度逐漸增加，
根據地質特性，67P 分成 19 大塊，各用埃及歷史上的
重要神明命名。（圖片來源：ESA∕Rosetta∕MPS）
67P 彗核表面很多地方都發現有從幾公尺到幾十
公尺的大石塊，來源至今不明。（圖片來源：
ESA∕Rosetta∕MPS）
使氣體產生率越來越高。2015年 4月底，
塵埃噴流的源區不再局限於「頸部」，而
是開始呈現一種百花齊放的景象。
由於質量非常小，67P彗核表面的重力
幾乎不存在。地球或其他行星表面的高低
起伏和形狀，都因地心引力和物質本身強
度的靜態平衡而定。加上長時間的水文或
風化作用，我們所見的山嶽如玉山都是有
一定的高度比例和傾斜角度。
一般報導
7170 科學發展 2016年 1月│ 517期科學發展 2016年 1月│ 517期
後記：在 2015年 6月 14曰，經過 7個月的沉默，「菲利」登陸器首次傳出短
暫「求救」訊號，表示它的電力系統可能
重新啓動。歐空局也立即決定改變羅塞達
太空船的軌道，開始執行拯救「菲利」的
重要任務。
彗星 67P∕ 朱利余莫夫 ¯ 絜拉斯明哥的物理性質
發現者
發現日期
遠日點距離
近日點距離
半長軸
離心率
公轉周期
傾角
大小
體積
質量
密度
逃逸速度
自轉周期
自轉軸傾角
朱利余莫夫（K. I. Churyumov ）及絜拉斯明哥（S. I. Gerasimenko）1969年 9月 20日 5.683 AU＊
1.243 AU3.463 AU0.6416.44年7.041°「身體」部分：4.1×3.3×1.8公里「頭」部分：2.6×2.3×1.8公里21.4 km3
1.0×1013 kg0.47公克／每立方公分2公尺／每秒12.404小時52°
＊ Astronomical Unit （天文單位） = 1.5×1013公分
資料來源：http://en.wikipedia.org/wiki/67P/Churyumov%E2%80%93Gerasimenko
羅塞達太空船上的航行相機（NavCam）在 2015 年
2月6日攝得源自「頸」部的塵埃噴流。（圖片來源：
歐空局∕NavCam）
葉永烜中央大學天文研究所
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酒廠汙泥的回收再利用
創意的重金屬汙染土壤處理法 ─
▍劉辰岫
工業汙染對現代文明社會是一個揮之
不去的魘夢，嚴重影響人類的生活、環境
與身體健康，舉其重者如工廠廢水中的重
金屬物質，不但汙染了河川，也汙染了廢
水流經的土壤。
宜蘭大學環境工程系的劉鎮宗教授畢
業於臺灣大學農業化學系博士班，多年來
研究土壤重金屬汙染的整治方法。劉教授
的研究中，很特別的一點就是把酒廠釀酒
過程中產生的汙泥回收再利用。酒廠汙泥
中的有機物含有特殊的官能基，例如羧基
和胺基，可以吸附重金屬，因此劉教授與
從事汙水處理研究的李元陞教授合作以酒
廠汙泥為重金屬吸附劑，應用在汙水處理
上，這一研究歷經 5年。後來，劉教授轉而思考是否能用類似
的方法處理受重金屬汙染的土壤。當然，
從處理汙水到處理土壤，不同之處就是處
理物由液體換成固體。而傳統處理重金屬
汙染土壤的方式，是用含有強酸的溶液洗
滌土壤，把其中的重金屬洗掉，但缺點是
土壤中的養分和微生物也會被一併去除，
成為劣質廢土，再把它丟棄。這些廢土的
酸鹼值在 1∼ 2 之間，呈現強酸性質，終
劉鎮宗教授站在實驗室中用來分析土壤成分與肥力
的設施前
會造成環境的負擔。至於其他比較好的洗
滌劑如 EDTA也有類似的後遺症，而且成本還較高。然而酒廠汙泥相較於一般汙水
處理場的汙泥來說是較沒有毒的。 劉教授先把酒廠汙泥中的有機物萃洗
出來變成「可溶性有機碳溶液」，這個溶
液含有豐富的氮、磷、鉀、鈣、鎂等元素，
以它來處理重金屬汙染的土壤時，不但溶
液中的羧基和胺基能夠把重金屬牢牢地抓
住而洗去，這些礦物質元素也能夠保留原
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7372 科學發展 2016年 1月│ 517期科學發展 2016年 1月│ 517期
來土壤中的養分和肥力。又由於其 H+ 濃度比傳統酸液低了約一百倍，處理後的土壤
酸鹼值可保留在 4∼ 6之間，讓土壤中的微生物維持較完整的生態。
一開始在研究汙染土壤的處理時，他
也試驗過僅使用氫氧化鈉來萃取酒廠汙泥
中的有機質，但是發現得到的溶液中存留
著太多的鈉離子。經過不斷地改良，陸續
加進了氫氧化鉀、氫氧化鈣和氫氧化鎂調
整比例，才找到最佳的溶劑配方。
劉教授表示，目前中國大陸的市場比
台灣大許多，曾有許多對岸的學者對這項
技術向他表示高度的興趣。原因是大陸許
多地方的地下礦脈豐富，農民們為了賺錢
就任意開挖大片土地，並在淘洗挖出物的
過程中產生大量含重金屬的廢水，造成嚴
重環境汙染，因此他們對具有環保能力的
土壤處理技術需求甚大。
劉教授表示，台灣政府很用心在管控
環境汙染源的處理，但是不肖業者太多，
他們把未經處理的重金屬廢液偷偷地排放
到灌溉渠道和水溝中，造成水體的嚴重汙
染。這些含有重金屬的廢水在水體中最終
會沉澱，造成底泥中含有大量的重金屬，
不但對環境造成汙染，若進到食物鏈中也
會傷害人體健康。劉教授的技術能夠讓土
壤經處理後回收再利用，對已是千瘡百孔
的台灣土地可謂是一大福音。
用心管控環境汙染源可降低環境汙染情形（圖片來源：種子發）
劉辰岫本刊特約文字編輯
台灣新發現MOST Supported Research
7574 科學發展 2016年 1月│ 517期科學發展 2016年 1月│ 517期
新世代的氮循環
現代文明雖然打造出美適稱心的環
境，也製造出許多高科技產品便利了人們
的生活。但你知道多少的自然界循環將因
此被打亂嗎？因為當某種物質大量產生，
超過自然界所能轉化的量時，其餘毒就會
危害到環境生態，比如一個迫在眉睫的危
機就是氮的循環。
氮是構成生物體內胺基酸及蛋白質
的主要元素。在生態系中，氮主要貯藏於
大氣圈，以一般生物不能直接利用的氣態
氮（ N2 ）存在。大氣中的氮必須被轉變
成無機氮化合物，如氨（NH3 ）或硝酸根
（NO3– ）才可被多數生物利用。
空氣中氮氣的價電數是零，會經由
「固氮作用」變成 −3價的氨（NH3），在
有氧氣存在的情況下，氨又會經由「硝化
作用」變成 +3價的亞硝酸根（NO2– ），
更進一步轉變成 +5價的硝酸根；硝酸根在加入有機物的過程中會產生「脫硝作用」
變成亞硝酸根，若更進一步又會還原成氮。
自然界的氮就是以這種方式循環的，
但在一些高科技廠的廢水中會產生許多的
氨，如果直接排出，水中的氧氣會被耗損
產生亞硝酸根或硝酸根，對環境與生物都
厭氧氨氧化菌的外觀與枸杞很像，顏色鮮紅且呈現
顆粒化表示菌的活性高。
有不好的影響，而且過量的含氮物質也是
造成水體優養化的元兇。
早先去除水中氮化物所用的技術會遵
循上述過程，先硝化再脫硝，這種傳統方
法已經使用了一個多世紀。它的基本理論
架構就是在過程中要有電子的提供者、電
子的接受者，還要有碳源。 然而在 50年前，科學家開始有些不同
的創新想法。他們認為氮的價數在這循環
過程中有那麼多種型態，能否把這些不同
型態都放在一起，讓它們有的當電子提供
者、有的當接受者，然後在缺氧的狀態下，
藉由特殊的微生物作用直接除氮。
▍范賢娟
台灣新發現MOST Supported Research
7574 科學發展 2016年 1月│ 517期科學發展 2016年 1月│ 517期
這個構想在經過 20年的努力後，到了1985年，科學家終於找到理想的「厭氧氨氧化菌」（anammox bacteria），讓整個反應變得簡潔，同時整個系統所需要的氧氣
量減少，因此降低了馬達曝氣的運轉又有
節能之利。此外，這方法產生的汙泥量很
少，可以減少後續的汙泥處理處置費用。
再者，傳統的除氮方法很容易產生
N2O，這是溫室氣體，其溫室效應的作用是等量 CO2的 300倍，是環境的大殺手。然而透過厭氧氨氧化菌的作用可降低這方面的風
險，同時這方法所需要的碳源可以從無機碳
而來，也就是可以同時得兼消耗 CO2之便，
有助於減少溫室氣體。值得再提的是，這個
方法在空間、時間等方面的效率都會更好，
因為反應槽從原本的兩個變成一個，大量減
少了所需的空間，反應時間也可加快。 交通大學環境工程研究所林志高教授
注意到這個微生物處理法的發展，因此專
注於這領域的研究，成功地馴養出厭氧氨
氧化菌並把它應用在廢水處理上，經過多
年的耕耘後，終於得到很好的成績。
他首先確定這些汙泥中的確有符合科
學要求的菌種，還要探討相關菌種 （包括好氧氨氧化菌、好氧亞硝酸鹽氧化菌、厭
氧氨氧化菌以及其他） 的最佳比例分布。確認之後再針對不同來源的廢水，例如養
豬場、高科技廠 （光電廠／半導體廠）、有無含鋅、有無含硫酸鹽等各產業的特殊條
件做分析。
這種微生物處理法還有個特點，當汙
染物的濃度較高時會比較容易處理，汙染物
的濃度低反而比較困難，這是因為濃度太低
微生物吃不飽，以致無法發揮功用。然而經
過數年的努力，林教授已掌握到許多關鍵因
素，並發展出不同的除氮方式，甚至連低濃
度的汙染廢水也可以處理了。
這一成果已在國內、美國、大陸、德
國、日本等處申請了專利，受到國際諸多
的肯定。
工廠的廢水會產生許多氨，對環境與生物都有不好的影響。（圖片來源：種子發）
范賢娟本刊特約文字編輯
76 科學發展 2016年 1月│ 517期
你幸福嗎？「幸福」這個詞來自日文漢字，清末開始流行，宣統二年、三年出現於官文書。因此傳
統中文裡對於「幸福」的感覺，並沒有現成的套語可用。
一般而言，傳統中國人認為理想的人生是福祿壽俱全，至少也要福壽全歸。可是其中所
謂的「福」並不是我們現代人所說的幸福，福祿壽的福，指子孫滿堂，而西方人所說的「幸
福」，重點在「個人的內心狀態」，洋人認為追求幸福又能享受幸福就是美好的人生。傳統
中國人似乎在談論詩文的時候，才會把焦點放在精神境界上，而精神境界並不只是內心的狀
態。此外，中國道家如莊子所追求的人生是超越現實世界的羈絆，與我們現在理解的幸福似
乎距離更遠。
不過，洋人認為幸福與健康是美好人生的兩個方面，彼此相關，與我們的俗語「心廣體
胖」、「人逢喜事精神爽」互相呼應。我們也相信幸福與健康有因果關係──幸福是因，健
康是果。 過去的確有些研究顯示：「幸福」感能降低死亡風險。有些學者推測，幸福感能激勵身
體的保護機制，促進健康。但是，主觀感受透過什麼生物機制保護身體，至今仍無定論。另
一方面，「不幸福」的感受與不利健康的生活方式因子有關聯，如菸、酒、睡眠、飲食、運動、
社交、過勞等，因為那些因子會導致疾病。
於是一個澳洲與英國學者組成的團隊調查追蹤了 719,671位 50歲以上的英國婦女，想找出「幸福」直接影響死亡風險的證據。那一批婦女的年齡中位數是59歲，追蹤時間長達10年。她們參與這一研究計畫時，有 39％自認為大部分時間都感到「幸福」，44％ 通常覺得自己「幸福」，17％「不幸福」。追蹤期間，有 31,531位死亡，即 4％。
研究人員發現，在追蹤起點就認為自己身體不好的人，的確覺得自己不太幸福。但是把
主觀健康狀況、病史、社會人口因子（年齡、教育程度等）、生活方式因子等的影響都排除後，
「不幸福」的感受並不會提升死亡風險，與流行想法相反。研究人員的結論是：幸福感似乎
不會直接影響死亡率。對中年婦女而言，健康不良是令人覺得「不幸福」的因，而不是果。
參考資料：Liu, B., et al. (2015) Does happiness itself directly affect mortality? The prospective UK Million Women Study. The Lancet, published online Dec. 9, 2015, doi:10.1016/S0140-6736 (15) 01087-9.
王道還
科技新知
77科學發展 2016年 1月│ 517期
除油劑2010年 4月 20日，英國石油公司（BP）在
墨西哥灣的一座深海鑽油平台爆炸、沉入海中，
海底油井不斷噴出原油，汙染海洋、海岸。87天之後，油井才堵住；再過兩個月才封住。估計 490萬桶（7.5億公升）的原油注入了墨西哥灣。（按，近兩年台灣平均每日進口原油 86萬桶。）當年美國在墨西哥灣撒下了大量除油劑，合計 700萬公升。
除油劑是界面活性劑與溶劑的混合物，可以
把原油分散為較小的油滴，以利微生物分解。地
殼中的原油本來就會因自然因素注入海洋，估計
每年約有 7億公升。因此有些海洋微生物早就演化出利用原油的本事──以原油中的碳氫化合物
做為碳與能量的來源。不過，對於除油劑是否能促進原油的生物降解，學界仍無定論。
最近美國喬治亞大學海洋科學系組成的團隊以實驗發現，除油劑會改變海洋深層微生物
群的組成，有利於能夠利用除油劑的細菌。事實上，原油本身就會改變海洋微生物群的組成。
深層海水中要是只有原油，不加入除油劑，能夠利用原油的細菌便會興旺起來。加入了除油
劑，反而會壓抑那些自然的原油分解者。
參考資料：Kleindienst, S., et al. (2015) Chemical dispersants can suppress the activity of natural oil-degrading microorganisms. PNAS, 112 (48), 14900-14905.
以基改病毒治癌去年 10月下旬，歐洲與美國相繼核准了一個以基改病毒（T-VEC）治療黑色素瘤的免疫
抗癌療法。T-VEC是一種皰疹病毒，經過基因改造後，在正常細胞內無法複製，可是注射到腫瘤內、感染癌細胞後，一方面可以摧毀癌細胞，另一方面能誘導病人的免疫系統殺死癌細
胞。
現在研究人員繼續研發改進這一療法的辦法。例如有些癌組織位於不易注射的部位，要
是能夠從血管施放病毒，就方便多了。這樣就必須設法使病毒不會引起免疫系統的「注意」。
目前還有其他的基改病毒正在進行臨床實驗。
參考資料：Ledford, H. (2015) Cancer-fighting viruses near market. Nature, 526 (7575), 622-623.
除油劑會改變海洋深層微生物群的組成。
（圖片來源：種子發 ）
科技新知
78 科學發展 2016年 1月│ 517期
團結力量大腦瘤病人中，4成以上是神經膠瘤，而大部分神經膠瘤是惡性的。這種腦瘤禁得住放射
線療法，又能侵入周遭的健康組織，病人難以倖免。在美國，一年約有 14,000人死於惡性神經膠瘤。
最近，德國海德堡的一個研究團隊把神經膠瘤病人的癌細胞植入小鼠腦中，以顯微鏡
觀察腫瘤發展的過程。他們發現，星狀細胞瘤（一種惡性神經膠瘤）的癌細胞之間可以透
過一種源自細胞膜的微管直接聯繫。學者早就在正常的細胞之間發現過類似的管道，推測
它們可能扮演的角色包括交換胞器、蛋白質，傳播感染顆粒，協調功能等。
原來神經膠瘤癌細胞侵入健康組織，始於細胞膜「伸出」的突起。然後癌細胞再以這
些突起建立間隙連接，由間隙連接蛋白形成跨膜通道，使細胞質可以流通。結果，癌細胞
形成了一個能夠互相支援的網絡。
以放射線照射癌細胞，細胞內會累積鈣離子，最後啟動凋亡機制使細胞死亡，而腦瘤
細胞可以透過網絡疏散鈣離子。最神奇的是，即使以雷射摧毀網絡中一個癌細胞的細胞核，
鄰近細胞也能臨時合成一個細胞核，透過細胞間的間隙連接救援。因此，針對間隙連接蛋
白設計藥物，也許是一可行的治療策略。
參考資料：Sontheimer, H. (2015) Tumour cells on neighbourhood watch. Nature, 528 (7580), 49-50.
黑死病的起源14世紀中（中國元朝末年），黑死病
（即鼠疫）橫掃歐洲，估計 30∼ 50％的人因而喪命。以後三百年，黑死病反覆侵
襲歐洲，疫情依舊慘重。例如 1604年，英格蘭約克市一年內喪失了 1/4的人口。不過，根據古 DNA的證據，黑死病史上第一次現身是西元 6世紀君士坦丁堡的查士丁尼大疫。
現在丹麥的古 DNA專家在歐洲史前人骨上找到了現代鼠疫桿菌（Yersinia pestis，又譯耶氏桿菌） 的祖先，那些人骨分別出土於新石器時代晚期、銅器時代、鐵器時代的遺址，距今 5,000∼ 2,800年前。專家估計，五千年前鼠疫已是歐亞大陸上的風土病，只不過那時鼠疫桿菌還沒有演化出那麼強的毒性。
研究人員發現，直到 951 BC（西周時代），鼠疫桿菌才獲得基因 ymt，得以在跳蚤腸道中生存。跳蚤使鼠疫桿菌更容易在溫血動物中傳播。
參考資料：Rasmussen, S., et al. (2015) Early divergent strains of Yersinia pestis in Eurasia 5,000 years ago. Cell, 163 (3), 571-582.
科技新知
（瘟疫的 ）死者之舞（版畫，Michael Wolgemut, 1493）
79科學發展 2016年 1月│ 517期
金子哪裡來？關於地球的來歷，18世紀法國的自然學者布豐是這麼想像的：起初，有一顆彗星掠過太
陽表面，太陽受到擾動，迸出一團岩漿，結果形成了地球。
今天，科學家對於原始地球的想像，與 250年前的布豐並無太大差異。那就是，一開始，地球是一團熔岩，即液態的岩漿，因此較重的金屬會沉入地心。現在我們擁有許多證據，證
明那不是想像；地球的確有一個鐵核。可是，地殼裡仍然有許多親鐵元素，包括白金（鉑）
與黃金。如果地球本是一團岩漿，所有親鐵元素應該都隨著鐵沉入地心，那麼現在地殼裡的
貴金屬是哪裡來的？（親鐵元素包括鐵、鈷、鎳，以及銥、鉑、金，這些貴金屬的比重都接
近鐵的 3倍。） 根據流行的假說，地殼裡的貴金屬是地球形成之後由小行星帶來的，估計地球質量的1％
是這麼來的。可是美國人登陸月球之後，卻發現月球岩石的組成與地球並不一樣。科學家估
計當年月球遭遇的小行星撞擊，約為地球的 1／20，但是月球岩石中的親鐵元素含量遠不及這一比率。因此，以小行星撞擊解釋地殼中貴金屬的來源，似乎不能成立。
現在有兩位行星科學家提出了一個新的假說，他們認為在太陽系形成之初，地球軌道附
近仍有一些小天體存在，它們飛掠過地球或直接撞擊地球，為地球增加了 1％的質量。地殼中的一些成分，例如貴金屬，是那些天體帶來的。這個假說的賣點是：它還可以解釋月球繞
地軌道的現狀。
關於月球的來源，流行的假說是：有一顆火星大小的天體撞擊地球，使地軸傾斜；撞擊
迸發的碎屑在地球赤道平面上形成月球，月球繞地軌道位於地球赤道平面。後來地球自轉速
度逐漸變慢，月球緩緩遠離地球。也就是說，月球受到的太陽引力越來越強，於是月球繞地
軌道平面逐漸接近黃道平面。但是現在這兩個平面仍有一夾角，大約 5度。根據專家計算的結果，當初月球的繞地軌道必須偏離地球赤道平面，現在才可能與黃道面有那麼大的夾角。
根據新的假說，當初在月球繞地軌道附近曾有少數質量接近火星的行星接近。一方面，
它們影響了月球軌道；另一方面，其中少數幾顆擊中地球，為地殼帶來了貴金屬。 參考資料：Canup, R. (2015) The Moon's tilt for gold. Nature, 527 (7579), 455-456.
王道還生物人類學者（已退休 ）
▍許宏彬
科學、技術與社會
80 科學發展 2016年 1月│ 517期
醫生的兩難 ─
蕭伯納眼中的醫生與
醫療專業
一些經典的電影橋段是許多人的共同
回憶，也充滿著科技、醫療與社會的元素，
例如歷久彌新的經典歌舞片〈窈窕淑女〉
（My Fair Lady）。這部電影是奧黛麗赫本
（Audrey Hepburn）的代表作，也是影史中
最受歡迎的歌舞片之一。一位法國朋友便
說，她小時候就常表演〈窈窕淑女〉中的
一個片段，唱唱跳跳地自娛娛人，而這也
是她（及許多人）接觸英國文化的開端。
All I want is a room somewhere
Far away from the cold night air⋯⋯
在電影裡，當驕傲自大的倫敦語言學
教授遇見努力向上的鄉下賣花女，他發誓
要用「語言的科學」把這個「滿口方言的
村姑」改造成「上流社會的女公爵」時，
第一件事不是趕緊讓她開始做發音練習，
而是趕她去洗澡。
於是我們看到奧黛麗赫本飾演的賣花
女，如何滿臉驚恐地被一群身著白衣的女
傭人強行拖進浴室洗刷身體，同時不斷尖
叫大喊：「放開我，這是錯的，這沒道理，
我真的是個好女孩⋯⋯」於是原本我們習
以為常的洗澡，變成一件與歷史、階級、
道德及性別相關的複雜現象。如同片中的
女管家所言：「如果你外表骯髒的話，就
無法成為一個內心良善的好姑娘。」
窈 窕 淑 女 改 編 自 劇 作 家 蕭 伯 納
（George Bernard Shaw）的劇本〈畢馬龍〉
（Pygmalion，1914年首演），原指神話中
那位愛上自己創作的女塑像的雕刻家，在
電影及劇本中便是那位最後愛上改造後賣
花女的語言學教授。
蕭伯納出身愛爾蘭都柏林，清貧的童
年與窮書生的倫敦歲月，讓他成為敏銳的
觀察家與犀利的評論家，長於以時事為本
在創作中進行各種諷喻。因此，即使是在
喜劇類型的〈畢馬龍〉，今日看來典型的「改
造」喜劇劇碼裡頭（如麻雀變鳳凰等），
也不忘對當時英國上流社會矯飾做作、裝
腔作勢的風習大加嘲諷。蕭伯納的小說、
劇本及改編電影叫好又叫座，雅俗共賞，
使他相當難得地同時獲得諾貝爾文學獎以
及奧斯卡最佳劇本獎的肯定。
稍早於〈畢馬龍〉，蕭伯納創作的另
一個劇本〈醫生的兩難〉（The Doctor's
Dilemma，1906年首演）同樣以當時的倫敦
81科學發展 2016年 1月│ 517期
醫生的兩難有多重意涵，如何「選擇」？如何「判斷」？這樣的選擇帶來道德難題。（圖片來源：種子發）
為場景，用辛辣又幽默的筆法，把他眼中
形形色色光怪陸離的醫療現象，包裝在喜
劇的糖衣之中。這裡的「醫生的兩難」有
多重意涵，一方面指的是：醫生如何「選
擇」可以得到治療的病人？如何「判斷」
哪些是「值得拯救」的病人？以及這樣的
選擇所帶來的道德難題。雖然在醫療資源
較充裕的今日，所有的病人都應得到治療
似乎是天經地義的事，但在早年並非如此。
為了鞏固自己的聲譽及確保執業的
收入，早期醫師有「擇病」的風習，除了
必須妥善經營並維持與上層社會顧客的關
係之外，也必須小心避開病危及無法挽救
的病人。然而蕭伯納筆下的醫生所面臨的
難題卻並非如此，劇中的主人翁 Colenso Ridgeon不是初出茅廬，需要經營客源的年輕醫生，而是年近半百的醫界菁英，並由
於開發結核病的新療法而受封爵位，聲名
大噪。然而，由於那療程需要繁複的實驗
室操作以及細緻的臨床判斷，因此 Ridgeon只能收治一定人數的患者。
就在這時，一位貌美哀傷的女性前來
懇求 Ridgeon救治她才華洋溢的年輕藝術家丈夫，然而他發現這位藝術家在道德上的
許多瑕疵，且自己對這位夫人湧現無法抑
制的好感。同時，Ridgeon的多年老友，一位清貧但勤勉的一般開業醫師也向他透露
自己罹患肺結核的消息。因此，劇中的道
德兩難情境便環繞著醫生該救治年輕、才
華洋溢卻人品不佳的藝術家，或者年邁、
勤勤懇懇且品格高尚的老友？他是否能夠
決定一個人的價值，並判斷誰該獲救而誰
又該被放棄？
雖然故事主軸環繞著「誰該獲救」開
展，但蕭伯納在劇情中放入了各種 20世紀初期的醫生，並透過一貫幽默嘲諷的對白，
82 科學發展 2016年 1月│ 517期
在呈現各種醫生的人格特質與執業法門的
同時，直陳他對當時醫療專業的深深疑慮。
如同 Anne Digby在描述當時英國醫療市場與不同型態醫生的研究中呈現的，這
時舞台上陸續有 3種醫師登場，首先是一般開業醫師（general practitioner, GP）。其中一位靠著標榜「保證治癒」而生活優裕
的退休一般開業醫師，而他保證治療的祕
密就是相信病人自我療癒的能力，加上一
些合宜的建議及萬用藥物，也就是派瑞司
的化學食品（Parrish's Chemical Food，一種以磷酸化合物為主的早期暢銷補劑）。另
一位一般開業醫則是那位生活清貧又罹患
肺結核的醫生 Blenkensop，他以工人及中下階級病人為主並主張儘量不用藥物治療，
診金低廉因此收入不豐。
蕭伯納對另外兩種醫生的評價就相當
辛辣。透過旁白與劇中醫界人物間的彼此
對話，觀眾很快知道那位外表光鮮亮麗的
「外科醫生」（surgeon）Walpole，他的家族世代成功的法門就是精研解剖，發明各
種「不必要但也無害」的外科手術，大力
推廣使它成為必要的手術後，吸引病患們
甘心付大錢來趕流行。
而擔任某貴族家庭內科醫生（physician）的優雅長者 B. B.，則是靠迷人的聲音與禮儀來贏得病患信任的詐騙者。諷刺的是，
正是這位不學無術、一知半解的醫生，在
小亨利王子身上試用了主角 Ridgeon醫生開發的療法，歪打誤撞地治癒了小王子，使
得 Ridgeon得以受封爵位。透過故事的進行，觀眾可以清楚地看
出不同醫生的社會地位與彼此間的冷嘲熱
諷。例如，外科醫師Walpole批評一般開業醫師 Blenkensop的長年臨床經驗並不可信，因為他沒有看進身體的內部；內科醫師
B. B.則認為外科醫師只是缺乏知性的手工業罷了，唯有腦才是主宰，而Walpole所發明的手術更是胡扯。然而，雖然故事中大
多數的醫生都不認為Walpole所發明的手術是有用且必要的，卻也都無意去揭發。畢
竟這讓他們的同行朋友收入豐厚，而且，
反正這個手術對病人也沒有什麼弊害。
蕭伯納眼中的醫界，如同其他如法律、
會計等專業團體一樣，都在激烈競爭的市
場中，為了維護自身的利益而充斥著各種
牟利的不當手段。就如同蕭伯納在他的〈醫
生的兩難〉長篇序言中所言，他認為醫界
的種種陋行與利益脫不了關係。換句話說，
想當一個誠實的醫師就是在懲罰自己，讓
自己失去那些豐厚的、常規但不當的收益，
並在一群富裕的同行面前衣著襤褸。這是
另一個醫生的兩難。
這個劇本也提醒我們，有關動物實驗、
疫苗施打等今日習以為常的醫療實作，在
當時的英國社會都仍有極大的爭議。蕭伯
納認為，前者不但是許多知識分子都無法
認同的殘忍行為，且與醫者溫厚良善的形
象相左；後者則有不可測的風險，例如德
國科學家科霍（Robert Koch）嘗試利用結核菌素來治療肺結核的不幸後果。
然而，這些對現代醫療的異議聲音，
並不代表蕭伯納是位反對科學或者對科學
進展無知的文學家。相反地，在〈醫生的
兩難〉中可以看出他對當時快速發展的細
菌學說及疫苗實作有相當的掌握，包括失
敗的結核菌素治療等。
蕭伯納清楚地指出，故事中的醫學知
識及主人翁形象主要來自 Almroth Wright。根據 Ilana Löwy的研究，Wright是 20世紀初期英國重要的細菌學家，主持倫敦知名
的聖瑪莉醫院（St. Mary Hospital）的細菌
科學、技術與社會
83科學發展 2016年 1月│ 517期
學與病理學部門。而〈醫生的兩難〉中主
角所發明的療法就是Wright的「助噬素」（opsonin）療法，主要透過小劑量疫苗的注射刺激助噬抗體的形成，以促進吞噬細
胞消滅入侵病菌。這種療法強調每個病人
病程發展的獨特性與個體性，對實驗設備
及實驗技術也有相當的要求。
Wright並曾批評當時醫師的懶散，認為他們不願花心思去理解傳染病的複雜病
程，只想等待方便特效藥的出現。雖然助
噬素療法日後逐漸式微，但這種對個體性
的重視，不但讓聖瑪莉醫院日後成為過敏
研究的重鎮，某種程度上也預告了二戰後
過敏病與自體免疫疾病的興起。
對蕭伯納來說，Wright的研究與治療象徵現代醫學的進步，一種對實驗以及病
患個體的高度重視。然而，在醫界保護自
身利益的情況下，想讓醫生們願意花心思
學習，花時間細心診療，花金錢投資實驗
設備，無疑是緣木求魚。
因此，蕭伯納提倡公共醫生制度，讓
醫生們的收入可以不再與看診數及診金勾
連，由國家提供醫生的薪資、實驗設備與訓
練服務。他認為，唯有如此，醫生們才不
會面臨「保障專業利益」與「追求更好治
療」相衝突的兩難困境。他的想法也預見
並影響了日後英國國家保健制度（National Health Service, NHS）的出現。
時間拉到 2005年倫敦，我的英國 NHS初體驗。在一個晴朗下午，感冒的我按照
預約時間，到我所登記的一般開業醫診所
等待看診。偌大的候診間只有零星三兩個
人候診，二十分鐘、三十分鐘、四十分鐘
過去了，我已經把診所裡所有的衛教傳單
看完，卻還沒輪到我。其他人都已經看完
各自的醫生回家去了，只有我的醫生在地
下室的診間還緊閉著。
一個多小時後，我終於看到通往地下
室的門打開，醫生陪著一位移民媽媽走上
來，媽媽手上還抱著一個小女孩。媽媽的
臉上有掩不住的憂愁，而小女孩看來已累
到睡著了。我的焦慮及不耐瞬間熄滅，取
而代之的是不捨與理解。小女孩，希望妳
一切都好。我也希望我的小孩，在需要時
也能得到同樣縝密的醫療照護，而無須擔
憂自己是否「值得」或「付得起」這樣的
照護。
許宏彬中興大學歷史系
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