109 高普考高考三級 環保技術 環境科學 考古題詳解

核心觀念

本題評量環境生態學中「能量流動（Energy Flow）」與「生物地球化學循環（Biogeochemical Cycles，特別是碳循環）」的核心機制。考生必須掌握以下要點：

1. 光合作用（Photosynthesis）：自營生物（Autotrophs，初級生產者）利用光能將無機碳（$\text{CO}_2$）還原並固定為有機化學能（醣類）之同化作用（Assimilation）。

• 總反應化學式： $6\text{CO}_2 + 6\text{H}_2\text{O} + \text{光能} \xrightarrow{\text{葉綠素}} \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\text{O}_2$

2. 呼吸作用（Respiration）：生物（自營與異營生物）分解有機物，將化學能轉化為生命活動所需之能量（$\text{ATP}$）並散逸熱能之異化作用（Dissimilation）。

• 總反應化學式（以有氧呼吸為例）： $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\text{O}_2 \xrightarrow{} 6\text{CO}_2 + 6\text{H}_2\text{O} + \text{能量（ATP + 熱能）}$

3. 生態系層次整合：毛初級生產力（Gross Primary Productivity, $\text{GPP}$）、淨初級生產力（Net Primary Productivity, $\text{NPP}$）與自營呼吸量（$R_a$）、異營呼吸量（$R_h$）之動態平衡，決定生態系為碳匯（Carbon Sink）或碳源（Carbon Source）。

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解題方法

本題屬高考「環境科學」經典之基本申論題。解題不可僅停留在「國高中生物學」之細胞胞器層次，必須拉高至「生態系統與環境物質/能量收支」之格局。切入架構如下：

1. 定義與生理機制：分別敘述反應場所、主要反應階段（光反應/碳反應；糖解/克氏循環/電子傳遞鏈）。
2. 化學計量平衡式：以完整的化學反應式明確表達物質與能量進出。
3. 生態系統功能（得分關鍵）：

• 光合作用著重於：生態系初級生產、能量輸入（固定太陽能）、食物鏈底層基石、碳匯功能。
• 呼吸作用著重於：能量釋放與維持代謝、分解作用（Nutrient Regeneration）、碳源釋放。
• 兩者結合：以 $\text{NPP} = \text{GPP} - R_a$ 及淨生態系生產力（Net Ecosystem Productivity, $\text{NEP} = \text{GPP} - (R_a + R_h)$）作結，體現高普考答題的專業縱深。

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選項分析

本題為申論題，非選擇題，無個別選項。

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解題技巧

1. 必背反應式：光合作用與呼吸作用的總反應化學式務必完整配平，不可漏寫產物與催化條件（光能、葉綠素、酶、$\text{ATP}$、熱能）。
2. 避開常見陷阱：

• 陷阱一：誤以為「植物白天光合，晚上才呼吸」。植物之活細胞為維持基本生理代謝，晝夜無時無刻皆在進行呼吸作用。
• 陷阱二：僅將呼吸作用寫成肺部氣體交換。環境科學探討的生態系呼吸作用是指細胞呼吸（Cellular Respiration）及土壤/水體微生物呼吸。

3. 專有名詞加分點：主動提及 $\text{GPP}$、$\text{NPP}$、$\text{NEP}$、碳匯（Carbon Sink）等專有名詞，向閱卷委員展現「環境技術」類科之專業思維。

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【答案】

（一）生態系統中的光合作用（Photosynthesis）

1. 定義與化學機制 光合作用主要發生於綠色植物、浮游植物及藍綠菌之葉綠體（或類囊體膜）中。自營生產者吸收太陽光能，將無機的二氧化碳與水轉化為富含化學能的有機物（如葡萄糖），並釋放氧氣：

核心觀念

本題旨在測驗考生對於「都市環境學（Urban Ecology）」、「永續城鄉發展（SDG 11）」與「環境規劃與管理」之整合應用能力。

1. 都市新陳代謝（Urban Metabolism）：傳統線性經濟模式（採掘－製造－使用－丟棄）造成資源耗竭與廢棄物累積；永續城市需轉型為封閉式循環代謝，促進能資源梯級利用與減廢。
2. 宜居城市（Livable City）三大支柱：兼顧環境承載力（Environmental Carrying Capacity）、社會公平包容性（Social Equity）與綠色經濟活力（Green Economy），擺脫純以國民生產毛額（$GNP$）衡量的短期經濟成長迷思。
3. 韌性城市（Resilient City）與自然解方（Nature-based Solutions, NbS）：藉由海綿城市與綠色基盤建設，提升面對氣候變遷與極端天候的調適能力。
4. 大眾運輸導向發展（Transit-Oriented Development, TOD）：以大眾運輸樞紐為核心高密度混合使用，根本降低私人載具需求與交通外部成本。
5. 法規架構（以命題當年民國 109 年法規為準）：涉及《國土計畫法》、《都市計畫法》、《空氣污染防制法》、《水利法》（逕流分擔與出流管制）、《廢棄物清理法》、《資源回收再利用法》及《溫室氣體減量及管理法》（提醒：現行法已於民國 112 年修正為《氣候變遷因應法》）。

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解題方法

本題屬於申論題型，解題核心在於「系統性對症下藥」與「由管末防制提升至源頭治理與空間規劃」。題目明確指認五大都市病徵（空污、缺水、綠地縮減、塞車、垃圾危機）及其根本成因（短期績效與 $GNP$ 掛帥）。

作答切入架構應採「破題定位 $\rightarrow$ 六大向度策略展開 $\rightarrow$ 綜整結語」：

1. 破題：點出發展範型由「棕色經濟（Brown Economy）」向「綠色韌性循環經濟」之轉移。
2. 策略對應：將題幹之五大病徵與制度成因，整合為六大具體可行的改進策略：

• 交通與空氣：推動 TOD 與綠色運輸網絡。
• 水資源：建構海綿城市與多元水資源循環。
• 綠地與生態：營造都市綠色基盤與生態廊道。
• 廢棄物：落實循環經濟與源頭零廢棄。
• 能源與建築：落實綠建築標準與分散式再生能源。
• 治理指標：以「綠色國民所得（Green $GDP$）」與永續發展指標（SDGs）取代單一 $GNP$ 評估。

3. 結語：強調公眾參與、跨部門整合與智慧科技賦能。

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選項分析

本題為申論題（非選擇題），無選項需逐一辨析。命題重點在於檢驗考生能否涵蓋題目所點出的各項關鍵環境衝突，分析如下：

• 衝突點一：空氣污染與交通阻塞
• 傳統盲點：不斷拓寬道路，引致誘發性需求（Induced Demand），交通反向惡化並加劇移動源排放。
• 改進切入：透過 TOD、低排放區（Low Emission Zone, LEZ）及大眾運輸電氣化徹底解題。
• 衝突點二：水源缺乏
• 傳統盲點：單純依賴遠端水庫調度與開闢新水源。
• 改進切入：都市集水、再生水利用、雨水貯留與自來水漏水率控制。
• 衝突點三：綠地縮減與熱島效應
• 傳統盲點：公園零碎劃設、過度水泥化鋪面。
• 改進切入：生態網絡鏈結、自然解方（NbS）、透水鋪面與立體綠化。
• 衝突點四：垃圾無處處理
• 傳統盲點：過度依賴焚化廠與掩埋場等管末設施，引發鄰避效應（NIMBY）。
• 改進切入：延伸生產者責任（EPR）、隨袋徵收、生質垃圾能資源化。
• 衝突點五：GNP 經濟掛帥思維
• 傳統盲點：未將環境外部成本內部化，短期開發犧牲長期世代福祉。
• 改進切入：導入環境會計、永續指標評鑑與公民審議。

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解題技巧

1. 對位答題、不留死角：審題時將題目給予的關鍵字（空氣、水、綠地、交通、垃圾、GNP）標註於草稿紙上，答題內容必須每一項都有具體因應對策，切勿偏廢其一。
2. 善用專有名詞拉高專業度：適當帶出「大眾運輸導向發展（TOD）」、「海綿城市（Sponge City）」、「綠色基盤（Green Infrastructure）」、「都市新陳代謝（Urban Metabolism）」、「自然解方（NbS）」、「廢轉能（WtE）」等環境規劃關鍵術語。
3. 條列分明與層次化排列：每個對策標題採「策略核心＋目標效益」組合（如：推動海綿城市與水循環利用——緩解水源短缺與淹水風險），便於閱卷委員在短時間內抓取得分點。
4. 避免泛泛空談：切忌只寫「加強宣導」、「嚴格取締」等無鑑別度的口號，必須提出制度面（經濟誘因、法規標準）與技術面（工程設計、智慧科技）的具體方案。

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核心觀念

本題考查環境科學與環境工程在「土壤及地下水污染整治」領域之實務瓶頸，結合法規管制與工程技術極限。

1. 法源依據（以命題當年民國 109 年法規為準）： 依《土壤及地下水污染整治法》（以下簡稱《土污法》）第 12 條（控制與整治場址公告）、第 13 條（控制計畫）、第 22 條（整治計畫）、第 24 條（以健康風險評估擬訂整治目標）及第 26 條（解除列管程序）。

提醒：本題法規框架以民國 99 年全文修正後之《土污法》為核心基準，至命題當年（109 年）及現行法均維持一致之解除列管機制。

2. 解除列管要件： 場址完成整治後，須經主管機關驗證地下水及土壤污染物濃度已確實低於「土壤／地下水污染管制標準」（或中央核定之健康風險評估整治目標），且無持續擴散之虞，始得公告解除列管。
3. 關鍵環境科學機制：

• 污染物在地層中的分配、吸附與脫附（Sorption/Desorption）動力學。
• 非水相液體（NAPLs）在低滲透地層中的滯留與殘留。
• 拖尾效應（Tailing Effect）與濃度反彈現象（Rebound Effect）。
• 地質水文異質性（Aquifer Heterogeneity）對現地整治成效之制約。

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解題方法

本題屬「法規標準＋地質水文特性＋工程技術極限＋經濟誘因」之綜合申論題。解題切入點應避免單純泛稱「沒錢整治」或「找不到污染行為人」，而必須緊扣題幹中「雖進行整治且經主管機關驗證後」之關鍵條件，深入說明為何「整治驗證後仍難以通過解列」或「解列歷程冗長極端」：

1. 法規與驗證標準層面：嚴苛的單一數值標準、嚴密的網格採樣驗證規範、長期的地下水穩定度監測要求。
2. 環境地質與物理化學機制：土水共存系統之質傳障礙、非均質地層中 NAPL 溶出、整治後之反彈現象（Rebound）。
3. 工程技術極限與尾端效應：現地工法極限濃度瓶頸，化學氧化、生物復育或抽水曝氣（P&T）在低濃度時去除效率銳減。
4. 經濟誘因與產權複雜性：土地價值、開發誘因與整治經費之落差，導致整治常僅停留在「控制」或「局部阻絕」階段。

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選項分析

本題為高普考三級申論題，並無選擇題選項。以下針對導致「解除列管者仍屬少數」的四大核心爭點面向進行深度剖析：

1. 法規標準過於嚴苛與驗證程序繁瑣（標準與程序爭點）

• 單一絕對數值標準門檻高：我國解列多以嚴格的「土壤／地下水污染管制標準」為唯一驗證依據。主管機關驗證採密集採樣網格，依規定只要任一點位超標，全場址即無法公告解除列管。
• 健康風險評估適用門檻高：雖《土污法》第 24 條允許以健康風險評估訂定整治目標，但審查程序極度嚴謹且社會接受度低，實務上極少成功以此途徑解列。

2. 地下水污染反彈效應與長期監測要求（水文地質爭點）

• 土壤與地下水共伴特性：土壤整治驗證看似達標，但地下水具高度流動性，主管機關驗證通常要求整治後連續數季（如四季或達特定時程）監測，確認水質穩定無反彈。
• 濃度反彈（Rebound Effect）：吸附於黏土層或基岩裂隙中的微量殘留物，在停止整治動力（如抽水、注藥）後重新擴散溶出至地下水中，導致後續驗證再度超標，拉長列管時間。

3. 非水相液體（NAPLs）與現地技術的拖尾效應（技術極限爭點）

• 非水相液體（DNAPL/LNAPL）移除不易：氯化烴（如 TCE、PCE）或重質油品沉降至深層或低滲透透鏡體內，物理及化學藥劑極難接觸，形成長期的溶解質釋放源。
• 拖尾效應（Tailing Effect）：整治初期的污染物濃度可大幅削減 90% 以上，但剩餘 10% 於接近管制標準時，質傳速率受分子擴散限制，去除效率呈現指數型衰減，耗費數年乃至數十年仍無法跨過解列門檻。

核心觀念

本題旨在評量考生對於水資源開發工程與環境生態系統互動關係的整體掌握度，屬於《環境科學》中「水資源與水污染」、「生態平衡與土地利用」及「能源利用」的跨領域核心考題。

涉及的核心理論與評分觀念包括：

1. 水文循環與水資源調蓄：利用水庫調節時間與空間上的逕流不均（豐水期蓄水、枯水期供水）。
2. 河流生態連續性概念（River Continuum Concept, RCC）：大型水壩物理結構截斷河流縱向連續性，造成棲地破碎化與洄游障礙。
3. 沉積物動力平衡（Sediment Dynamics）：壩體阻斷泥沙向下游運移，導致庫區淤積、下游河道沖刷下切（Downstream Bed Degradation）與海岸侵蝕後退。
4. 水體生物地球化學循環與熱分層（Thermal Stratification）：深水水庫流速驟降引發水溫分層、深水層缺氧、營養鹽滯留造成優養化，以及被淹沒植被厭氧分解釋放溫室氣體（如甲烷 $CH_4$）。
5. 地質與社會經濟環境衝擊：水體荷重引發之水庫誘發地震（Reservoir-Induced Seismicity, RIS）及被迫遷村的環境正義議題。

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解題方法

本題為典型的申論題（配分通常為 20 至 25 分）。作答時應採取多維度系統分類架構，切忌零散口語化條列。切入步驟如下：

1. 結構對稱化：將內容嚴格切分為「優點」與「缺點」兩大主體，兩者皆從「工程與經濟功能」、「生態與水文」、「環境化學與氣候」、「社會與地質」等面向平衡切入。
2. 論述專業化：跳脫國高中地理常識層次，全面導入大學環境科學的專有名詞（如「基載與尖峰電力調度」、「水溫熱分層」、「河流連續性阻斷」、「沉積物阻隔」）。
3. 優點著重功能與永續效益：涵蓋民生/農業/工業穩定供水、非化石能源（低碳水力發電）、防洪減災、內陸通航與遊憩。
4. 缺點聚焦生態環境與地質代價：涵蓋上下游生態阻隔、沉積物動力破壞、水質惡化與溫室氣體排放、庫區淹沒與誘發地質災害。

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選項分析

本題為申論題，非選擇題，故無個別選項。但考生在組織申論論點時，常出現以下幾種「錯誤認知與分析陷阱」，應逐一釐清辨析：

• 水力發電並非絕對零碳排： 水力發電運轉時雖不燃燒化石燃料，但大型水壩蓄水初期淹沒大量森林與地表有機物，在深水缺氧環境下經厭氧發酵分解，會持續自水面逸散大量的甲烷（$CH_4$）與二氧化碳（$CO_2$）。熱帶地區大型水庫的單位發電溫室氣體排放量，初期甚至可能接近同級化石燃料電廠。
• 防洪工程並非一勞永逸： 水庫具備滯洪削峰效益，但長期會造成庫區淤積而減損滯洪容量；同時可能給予下游居民「絕無洪患」的虛假安全感，導致行水區過度開發。一旦遭遇超額暴雨必須緊急洩洪時，下游災損反而加劇。
• 水庫不僅淹沒陸域，更嚴重破壞海洋與河口生態： 考生常只論述「淹沒動植物棲地」，忽略了壩體將大量懸浮固體與富含矽、磷等營養鹽的泥沙攔截，致使下游河口三角洲萎縮、海岸線後退侵蝕，並因營養鹽供應劇減而打擊近海漁業生產力。

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解題技巧