甲烷是溫室氣體之一，在濕地和垃圾場以及農田中均有釋放。檢測這些區域甲烷的釋放量，有助于我們了解一個地方的環境。為了解臺灣北部濕地、掩埋場及水田土壤之甲烷釋出，學者選取關渡濕地、新竹港南濕地、港南湖區濕地、山豬窟垃圾掩埋場和臺灣大學試驗農場水田作為研究對象。本論文的研究包括以下五個部份：1.首先建立以開放式氣態FTIR分光儀遙測溫室氣體的方法，并與傳統點偵測以氣相層析儀分析法比較。2.取用關渡濕地土壤添加蘆葦桿粉末，于實驗室中進行有系統之模擬試驗，以了解不同環境因子對甲烷生成之影響。3.針對臺灣北部濕地包括關渡、新竹港南及湖區濕地進 行甲烷釋出量之實地調查。4.探討濕地土壤中厭氣菌、甲烷生成菌和甲烷氧化菌之含量。5.實地調查山豬窟垃圾掩埋場不同掩埋齡區之甲烷釋出。6.調查臺灣 北部地區水田土壤于一期作和二期作水稻種植過程之甲烷釋出。7.評估臺灣地區濕地、掩埋場及水田之甲烷釋出總量。

  以氣態FTIR分光儀偵測水稻田和濕地之溫室氣體濃度，其中甲烷及二氧化碳最低之檢出濃度可達ppb，而氧化亞氮甚至可達0.1 ppb。溫室氣體濃度與測定距離間有直線關系，r2介于0.990至0.999。在紅外光測定時，波數2239至2393cm-1間之吸光度總和，波數2999 cm-1之吸光值和波數2214至2236cm-1之吸光度總和可分別為二氧化碳、甲烷和氧化亞氮濃度之指標。開放氣態式FTIR分光儀于上述波數下其所測得之二氧化碳、甲烷和氧化亞氮之濃度與氣體色層分析儀間之轉換系數分別為1.023，1.097和0.972。而且開放氣態式FTIR分光儀可用于長偵測距離不均勻系中溫室氣體濃度變化之面的偵測，而氣體色層分析儀則可用于短距離均勻系之點測定。

  濕地土壤甲烷生成隨蘆葦桿粉末增加而增加。甲烷生成總量與蘆葦桿粉末添加量間，在為期56天的培養過程中呈現良好的線性關系。不同有機質的添加，其甲烷產率亦不相同，如以聚木糖作為碳源時，濕地土壤可得較高之甲烷產率。土壤之氧化還原電位由起始的150.6mV至第二天迅速降至68.5mV，而至第4天則已降至-210mV，之后一直維持在-250mV左右。甲烷生成的最適溫介于30至35℃，最適pH值介于7.0至7.5之間，同時其甲烷產率隨含水量及覆水高度(0-5公分)的增加而增加。若添加硫酸鉀和鹽分時，則不利于土壤甲烷的生成。

  關渡濕地最高的甲烷釋出率出現在1996年10月5.70mg m-2 h-1，最低釋出率則是1996年3月之0.02mg m-2 h-1；至于其甲烷平均釋出率于退潮后為0.77mg m-2 h-1，漲潮前為0.41mg m-2 h-1，其釋出率隨溫度上升及土壤氧化還原電位的降低而增加。新竹港南濕地最高和最低的甲烷釋出率分別出現在1996年8月之0.16mg m-2 h-1，及1997年11月之未檢測出；至于其甲烷平均釋出率于退潮后及漲潮前分別為0.07及0.05mg m-2 h- 1。客雅溪旁湖區濕地最高甲烷釋出率出現在1998年1月之5.37mg m-2 h-1，最低則是1997年11月之0.04mg m-2 h-1，採樣期間甲烷平均釋出率為0.78mg m-2 h-1，甲烷釋出量隨溫度下降及土壤氧化還原電位上升而遞減。分別取深度0-5,5-10,10-15,15-20,20-25公分的上述濕地土壤分析時，關渡濕地土壤甲烷生成量分別為0.19mg l-1、0.20mg l-1、0.26mg l-1、0.40mg l-1及0.61mg l-1，甲烷生成量隨土壤深度增加而提高。客雅溪港南濕地土質較硬Eh值較高，不同深度土壤的甲烷生成量分別為0.02mg l-1、0.05mg l-1、0.06mg l-1、0.09mg l-1及 0.07mg l-1；客雅溪旁湖區濕地屬沙質土其土壤Eh值普遍較低，不同深度土壤的甲烷生成量分別為0.10mg l-1、0.15mg l- 1、0.22mg l-1、0.53mg l-1及0.56mg l-1。土壤愈深其Eh值也愈低，因此深層土壤甲烷含量將比上層土壤高。關渡濕地甲烷生成微生物相的變化則以土深5-20公分含有較高的甲烷生成菌量，採樣期間每克乾土重甲烷生成菌最高達1.03×106CFU，平均甲烷生成菌數為25.96×104 CFU。新竹港南濕地每克乾土重所含甲烷生成菌最高1.42×105CFU，平均甲烷生成菌數為6.70×104CFU。不論是關渡濕地或新竹港南濕地甲烷生成菌總數約為厭氣菌總數含量的百分之十，且新竹港南濕地之甲烷生成菌數及厭氣菌總數的含量均低于關渡濕地。

  山豬窟垃圾掩埋場于不同區域包括1-2年、2-3年和5年等掩埋齡區其大氣二氧化碳濃度分別為559.86、678.81和152.56ppmv，其平均二氧化碳釋出率分別為93.70、99.21和48.46mg m-2 h-1。至于在1-2年、2-3年和5年等掩埋齡區其大氣甲烷濃度分別為28.77、35.79和12.82ppmv，其平均甲烷釋出率分別為13.17、157.56和0.99mg m-2 h-1。

  臺灣大學試驗農場水田于1996年第二期水田土壤平均甲烷釋出率為9.79±1.20mg m-2 h-1，整季土壤甲烷釋出總量為28.67±3.49g m-2；1997年第一期水田土壤平均甲烷釋出率為1.76±0.45mg m-2 h-1，整季土壤甲烷釋出總量為5.45±1.38g m-2。

  由以上結果，目前可推定以開放式氣態FTIR分光儀遙測溫室氣體的方法，不僅可在田間試驗同時偵測長距離不同溫室氣體之濃度，并可立即、快速且精密地分析氣體濃度。依本研究結果推估關渡濕地(約170公頃)每年所釋出于大氣之甲烷量約6.12至11.51公噸；新竹客雅溪口濕地(約3000公頃)每年所釋出之甲烷量則介于13.67至18.13公噸之間。推估山豬窟掩埋場每公頃每年二氧化碳釋出量為4.25至8.69公噸，而甲烷釋出量為0.09至13.80公噸。臺灣北部水田每公頃每年甲烷釋出量介于0.15至0.86公噸之間。

  化學小常識：

  甲烷在自然界的分布很廣，甲烷是最簡單的有機物，是天然氣，沼氣，坑氣等的主要成分，俗稱瓦斯。除作燃料外,大量用于合成氨、尿素和炭黑,還可用于生產甲醇、氫、乙炔、乙烯、甲醛、二硫化碳、硝基甲烷、氫氰酸和1,4-丁二醇等。甲烷氯化可得一、二、三氯甲烷及四氯化碳。同時甲烷也是溫室氣體之一，檢測甲烷含量是重要的環保指標之一。