SMC 資料庫

臭氧

台灣科技媒體中心、張志忠、陳忠義、孫義方、王升陽、吳義林、異戊二烯、15樹種、空污、環境部種樹

議題背景：

專家怎麼說？

【張志忠】【王升陽】【吳義林】【孫義方】【陳忠義】

2024年06月29日
中央研究院環境變遷研究中心副研究員 張志忠

（Research.com全球最佳科學家排名，台灣最佳環境科學家之一。）

1. 根據成大的研究報告，最重要的結果是什麼？

報告結論主要為提供綠地空間對空氣污染、碳匯和人類健康的綜合影響評估，包含植樹所帶來的經濟與環境效益、評估哪些區域可優先綠化、建議優先種植樹種清單。

2. 根據成大的研究報告，有哪些推論的限制必須謹慎看待？

在建議優先與避免種植樹種清單上，除了考量不同樹種排放異戊二烯的量，對空污的負面影響外，同時應考量樹種栽植於台灣本土氣候與地理環境中的多種正面效益（例如，景觀、原生種、健康效益、碳匯、經濟與環境效益等）與反面效應（例如，病蟲害、異味、不同樹種的根系影響環境、落葉）以及其它如抗風與穩固性、水土保持、維護成本等綜合因素。

我認為可以廣納植物、森林、環境、空污、經濟等跨領域專家的多樣觀點後，先根據有明確科學證據支持，以及不同領域專家認同的樹種，更為嚴謹和周全的列出建議優先植栽的樹種，並具體說明樹種之正面、反面效應以及適合與限制的植栽環境。

3. 在什麼條件、環境下，植物排放的異戊二烯，會成為臭氧、再造成空氣污染？

環境中的臭氧主要由揮發性有機物（VOCs）和氮氧化物（NOx）等前驅物(Ozone precursor)，經一連串複雜的光化學反應而產生，異戊二烯是其中一種屬於揮發性有機物的前驅物。臭氧也可由自然界的閃電造成（把氧氣變成臭氧），此外平流層（俗稱臭氧層所在的位置）也會有少量臭氧往下侵入至地面。

國內外眾多研究顯示，植物排放的異戊二烯與輻射、溫度以及樹種有密切關聯[1]，並有部分研究顯示，與大氣中的二氧化碳、臭氧濃度、樹木及樹葉年齡有關。與其他常見的揮發性有機物相比，植物排放揮發性有機物中的異戊二烯，生成臭氧的能力較強[2][3]，而且植物會隨周遭溫度升高而快速增加異戊二烯的排放量。因此在高溫的亞熱帶及熱帶都市，植物所排放的異戊二烯生成臭氧的量及對空氣品質的負面影響，理論上很可能遠比溫帶都市來的大。

4. 您認為要減少空氣污染，除了回顧文獻瞭解不同樹種排放到空氣中的物質之外，還需要納入哪些考量？

受污染的都市空氣中，因為有複雜的污染物質，更有利於植物所排放的異戊二烯與污染物質反應，生成臭氧與有機懸浮微粒。台灣的緯度位於熱帶與亞熱帶之間，除冬季外，春、夏、秋季的高溫與都市的熱島效應促進了植物排放異戊二烯的量，以及後續產生臭氧等空污物質的潛力。

全球不同城市於不同季節，異戊二烯約佔生成臭氧總量比重有很大差異，以一篇研究[4]為例，觀察台北都會區植物排放的異戊二烯濃度對臭氧生成的影響。相較於世界上其它溫帶都市及鄉村地區的夏季異戊二烯平均濃度（約0.1-1ppb。ppb為濃度單位，1ppb表示每十億個空氣分子中有一個異戊二烯），在高溫亞熱帶的台北都會區夏季白天時期，觀測到的異戊二烯更高（1~3 ppb）。

異戊二烯容易生成臭氧，加上高溫造成植物排放較多的異戊二烯，使得台北都會區夏季白天植物排放的異戊二烯最高可佔生成臭氧總量的二至三成，高於都會區內其他常見且來自人為排放的揮發性有機物，如乙烯、丙烯、甲苯、二甲苯等。因此不僅是管控人為的揮發性有機物排放源，減少植物排放異戊二烯也將有助於台北都會環境中臭氧生成量的降低。

不過國內外眾多研究[5]顯示要減少臭氧污染，也需要考慮不同的地區具有不同環境條件及不同種類的排放物質，多數都市地區降低揮發性有機物的排放，減低臭氧生成量的效果較好，而鄉村地區則是減少氮氧化物排放，減低臭氧生成的效果較好。由此可知，若從減少空污效率而言，種植樹木不能只考量異戊二烯的排放量，也需考量植栽所在的環境特性，例如在都市地區，減少異戊二烯的排放量對臭氧的生成量的減少才會有較大的效益。

此外環境中的空污也不只有臭氧，懸浮微粒也是重要污染物質，除了異戊二烯排放量的考量，不同樹種滯塵量效率（攔截微粒、淨化空氣）的優劣也是可作為改善空污的考量之一。如何與環境取得平衡，保留更多正面的效益，盡可能降低負面的衝擊，是我們須不斷努力的目標。

2024年06月29日
國立中興大學森林學系特聘教授 王升陽

研究將「異戊二烯」的排放作為檢視標準，但異戊二烯是陸地植物所排放最重要的「生物源有機揮發氣體（BVOC）」，佔植物釋放的碳氫化合物的70%。異戊二烯的分子在植物的葉子中合成，它保護植物不受熱損傷、臭氧和其他活性氧的氧化作用傷害[6]。異戊二烯本身並不是污染物，但它對空氣品質和對流層大氣化學有很大影響，進而間接影響氣候。

異戊二烯產生的影響，來自其容易和其他物質產生化學反應的特性。異戊二烯的化學壽命約為幾分鐘到幾小時，但若與人類工業活動所排放的大量氮氧化物 (NOx)反應，在高濃度氮氧化物的情況下，一個異戊二烯分子會形成許多對流層臭氧分子，從這個角度來看，異戊二烯就既是污染物，也是溫室氣體。反之，若臭氧的濃度高，植物排放的異戊二烯也可能與臭氧反應，分解臭氧，降低臭氧濃度。

所有的植物都會合成異戊二烯，但會受到物種及環境因子（最重要的是溫度）影響有不同的量，正常的情況下異戊二烯會進一步合成較高碳數的萜（讀音同貼）類化合物。這類化合物因具揮發性，我們所聞到的植物味道，如大家所熟悉的「芬多精（phytoncides）」就是其中一種。

而會不會因為植物排放這些有機物，影響大氣或造成空污目前還缺乏充分的證據。一方面有研究[7][8]指出生物源有機揮發氣體，因具有高度化學活性，可能與雲的形成有關，難以確定貿然禁止某些植物是否會引發其他影響。另一方面，由於異戊二烯在大氣中的濃度不高[9]，可以長期追蹤測量者是少數，因此目前國際間並沒有評估異戊二烯排放濃度高或低的標準值，這份報告所附的文獻，也沒有關於異戊二烯「排放效率」的評判。

因此我認為應該把重點放在人為污染排放上面的原因，而不是把樹（異戊二烯）當成污染源。

此外，在城市綠化或造林時，適地適種[10]至關重要，為了確定應該種植什麼樹種，應該綜合考慮以下幾個因素：

1. 氣候條件：
   • 溫度：樹種必須能夠適應當地的溫度範圍，包括最高和最低溫度。
   • 降雨量：確保樹種適合當地的降雨模式，包括旱季和雨季。
   • 濕度：某些樹種對空氣濕度有特殊需求。
2.  土壤條件：
   • 土壤類型：不同的樹種對土壤的需求不同，包括土壤的酸鹼度（pH值）、排水性和土壤肥力。
   • 土壤深度：某些樹種需要較深的土壤來支持根系的發展。
3.  日照條件：
   • 陽光需求：樹種對日照時間的需求不同，有些樹種需要全日照，有些則適應部分陰影。
4.  空間和生長環境：
   • 空間需求：樹木的生長需要足夠的空間，包括根系的擴展和樹冠的生長。
   • 城市設施：考慮電線、建築物和其他設施的位置，避免未來樹木生長干擾這些設施。
5.  生態適應性：
   • 本地樹種：優先考慮本地樹種，因為它們通常更能適應當地的生態環境，且對本地生態系統有更積極的影響。
   • 外來樹種：如果選擇外來樹種，必須確保它們不會成為入侵物種，破壞本地生態。
6.  樹種功能：
   •  美化功能：某些樹種適合觀賞，有美麗的花朵或特殊的樹形。
   •  環保功能：某些樹種具有較強的碳吸收能力或能夠改善空氣質量。
   • 經濟價值：考慮樹種是否能夠產生經濟效益，例如果樹或用材林。
7.  維護需求：
   • 維護難度：某些樹種需要較高的維護成本和時間，如定期修剪或病蟲害防治。
   • 長壽命和耐久性：選擇具有較長壽命和耐久性的樹種，減少更換頻率。

而公文中所指的15種樹種，許多是過去推薦種植的台灣原生種，依其生長特性應是適合在台灣種植的樹種。因此，僅依異戊二烯的排放作為考量，行文給各級政府提供應該或不應該種植的樹種建議，缺乏綜合性的考量。

2024年06月30日
國立成功大學環境工程學系教授 吳義林

都會區近地面幾公里的臭氧，是由氮氧化物與揮發性有機物，在太陽短波輻射（波長小於420奈米，例如紫外線）照射下經由化學反應形成。1960 年代前的臭氧研究幾乎都集中在美國洛杉機地區，當時研究發現揮發性有機物主要來源是車輛、工廠與使用民生溶劑。在 1980 年代時發現生物源亦有顯著影響，尤其是植物排放之異戊二烯成分。[11]

由於異戊二烯很容易與其他物質起化學反應，其半衰期（濃度減少一半所需時間）約僅30分鐘，而且污染越嚴重時半衰期越短，故環境中測量的濃度大多不高。但是雖然環境中異戊二烯濃度不高，若將其反應性納入分析，則異戊二烯在影響臭氧形成的揮發性有機物成分中名列前茅。例如在 1991 年由美國國家研究委員會出版《都會區與區域臭氧問題再思考》一書中提到，在喬治亞科大校園中量測的異戊二烯濃度排序是所有揮發性有機物的第15大，可是若加入各成分的化學反應性來評估，則排序前兩大成分均是植物排放的有機物，而異戊二烯是第一大有機物。

環境部參考美國的監測方式，於全台設置11處連續量測54項影響臭氧形成的揮發性有機物成分，結果與上述相似：異戊二烯濃度不高，排序都是在10名以後，但將其反應性與濃度一併分析時，則約九成測站的排序，異戊二烯導致臭氧形成的影響程度都變成第1名，其餘為第2名。另外，分析所有成分的濃度與反應性對臭氧形成的影響，異戊二烯的佔比是15%至45%。顯示異戊二烯是臭氧生成最重要的前驅物質之一。

然而植物對環境還有很多正面效應，例如光合作用產生氧氣與固碳作用、樹木改變地表輻射率、植物對土壤含水率的調節等，甚至部分植物為經濟作物。故未來應有更完整的分析方法，才能評估種植何種植物產生的正面效應與負面影響，以建立更佳的評估模式。

2024年07月01日
國立東華大學自然資源與環境學系教授 孫義方

這篇報告從植樹造林的經濟價值、固碳效益著手，探討植樹造林的好處，並依台灣不同區域之空污狀況，推薦優先綠化的地方，最後再依樹木排放異戊二烯的程度，推薦適合造林的樹種及不適合造林的樹種。這篇報告其實是在說明綠化的好處及價值，為什麼在推薦樹種方面引起這麼大的爭議呢？

這篇報告選取推薦樹種的原則是樹木排放異戊二烯的濃度。近年來許多研究[12]發現，異戊二烯在適當條件下，如溫度、陽光及氮化物（NOx）的濃度足夠下，會跟NOx發生反應，而轉變成臭氧，增加大氣中臭氧濃度。環境部公文因此報告成果建議，不種植會排放高濃度異戊二烯的樹種。異戊二烯是生物源揮發性有機物（BVOC，Biogenic Volatile Compound）的一類，BVOC是植物次級代謝物的一大類，功能十分多樣，從抵抗草食動物、病原菌、彼此溝通等，幾乎存在於所有的植物體內。因為會揮發的特性，基本上植物的氣味，如各種香草（薰衣草）、柑橘類水果、香料（大蒜、八角）、松樹的松脂及各種精油等都是由此而來。

異戊二烯是一個五碳化合物，兩個五碳的單元構成單萜（讀音同貼）（monoterpenes），三個五碳的單元構成倍半萜（sesquiterpenes）。這一類的化合物種類繁多，因結構不同、所含分子不同，或具有的官能基不同，功能也完全不同，例如異戊二烯有數百種之多，單萜及倍半萜都有千種以上，但並不是每一種都是臭氧的前驅物。雖然有些研究[同12]發現植物排放的異戊二烯會造成大氣中臭氧濃度增加，但也有研究[13]並未發現如此現象。此外，植物排放異戊二烯除了受到外在因素，例如溫度、光照、環境壓力的影響外，還受到許多內在因素，例如年齡、葉片大小、結構、生理反應等的影響，而種植的位置，如行道樹或大面積的森林公園亦有不同影響。因此植物是否真的會造成臭氧的增加還需要更多的研究。

植物是生產者，更是陸域生態系最重要的基石。植物提供了陸地生物生長、存活、繁殖所需的一切，固碳或是減少空氣污染只是其對生態系服務提供的一小部分功能。若要評估植樹造林的功能或是選擇適合樹種，應從多方面考量，不應只以單一指標作為評估標準，以免造成大眾誤解或形成錯誤政策。

2024年07月01日
國立屏東科技大學森林系助理教授 陳忠義

植物的確會排放出一些空氣污染前驅物，但此計畫的研究成果中也提及植樹具有木材價值、水源涵養、碳吸存及空氣淨化效益，植樹造林對地球環境仍是利大於弊。況且全球暖化的主因是工業革命後大量的人為溫室氣體排放，並非樹木排放空污前驅物所致，植樹造林仍是目前減緩氣候變遷的重要自然解方。

在選擇綠化的樹種時，不論是都市綠化或造林，適地適木[14]都是優先考量，要把對的樹種在對的地方，才能發揮其作為自然解方的功效。例如都市中的行道樹在樹種選擇上，首先需依當地氣候條件挑選合適的樹種，再來考量耐修剪、耐空污、少落果、無板根、花果無異味等，以減少民眾的困擾。而平地造林需以生長快速為考量，山坡地則優先考量水土保持及水源涵養等，方能充分發揮樹木的生態系服務功能，提供環境及人們最大的效益[15]。

參考文獻：

[1] Guenther, A., Zimmerman, P., Harley, P., Monson, R., Fall, R., 1993. Isoprene and monoterpene emission rate variability: model evaluation and sensitivity analysis. Journal of Geophysical Research 98, 12609-12617.

[2] Atkinson, R., 2000. Atmospheric chemistry of VOCs and NOx. Atmospheric Environment 34, 2063-3101.

[3] Carter, W.P.L., 1994. Development of ozone reactivity scales for volatile organic compounds. Journal of Air Waste Management Association 44, 881-899.

[4] Wang, J.L., Chew, C., Chang, C.Y., Liao, W.C., Lung, S.C.C., Chen, W.N., Lee, P.J., Lin, P.H., Chang, C.C., 2013. Biogenic isoprene in subtropical urban settings and implications for air quality, Atmospheric Environment 79, 369-379.

[5] Li, Y., Yu, C., Tao, J., Lu, X., Chen, L., 2024. Analysis of ozone formation sensitivity in Chinese representative regions using satellite and ground-based data, Remote Sensing, 10.3390/rs16020316, 16, 2, (316).

[6] Mochalski, P., King,J. Mayhew, C.A., & Unterkofler, K. (2023) A review on isoprene in human breath. Journal of Breath Research 17:037101.

[7] Lamkaddam, H., Dommen, J. …et al. (2021). Large contribution to secondary organic aerosol from isoprene cloud chemistry. Science Advances 7(13):eabe2952.

[8] Zhao, D. F., Buchholz, A., Tillmann, R., Kleist, E., Wu, C., Rubach, F., Kiendler-Scharr, A., Rudich, Y., Wildt, J., & Mentel, Th. F. (2017). Environmental conditions regulate the impact of plants on cloud formation. Nature Communications, 8(1), 14067.

[9] 吳金村（2004）〈 森林釋出異戊二烯對大氣品質之影響〉 林業研究專訊， 21(6): 10-12.

[10] 相關原則與樹種，可參考「全國種樹諮詢中心」網頁。

[11] National Research Council (1991) "Rethinking the Ozone Problem in Urban and Regional Air Pollution," National Academy Press, Washington, D.C.,

[12] Anne Charlott Fitzky, Hans Sandén, Thomas Karl, Silvano Fares, Carlo Calfapietra,  Rüdiger Grote, Amélie Saunier and Boris Rewald. 2019. The Interplay Between Ozone and Urban Vegetation—BVOC Emissions, Ozone Deposition, and Tree Ecophysiology. Frontiers in Forest and Global Change. doi: 10.3389/ffgc.2019.00050

[13] Arlene M. Fiore, Larry W. Horowitz, Drew W. Purves, Hiram Levy II, Mathew J. Evans, Yuxuan Wang, Qinbin Li, and Robert M. Yantosca. 2005. Evaluating the contribution of changes in isoprene emissions to surface ozone trends over the eastern United States. Journal of Geophysical Research. doi:10.1029/2004JD005485

[14]陳芬蕙、吳茹安（2021）〈韌性都市林具調適功能原生樹種盤點之研究〉中華林學季刊，54(4):181—200

[15]劉則言等（2017）〈都市林生態效益評估〉林業研究專訊，24(3):12-16