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臺灣混農林業林木現況調查與其碳吸存效應初探

發文日：103/11/04

臺灣混農林業林木現況調查與其碳吸存效應初探 (PDF)
林業試驗所育林組：陳芬蕙、何政坤、簡慶德、林欣德

混農林業與植林減碳
在面臨全球氣候變遷可能帶來環境災難的威脅下，造林可以降低大氣中的CO₂數量，同時也增加敏感地區的植被覆蓋量以減少劇烈天氣變化所造來的影響，所以造林固碳成了全世界積極推動的減碳策略之一。另自工業革命與全球貿易興起，農作物的單一、專業化經營以增加交易的便利性及降低成本，成為現代農業生產的特色，農作生產技術也朝此發展。然而單一作物生產造成土地上之生物多樣性降低，不利於生態系統運作，且亦於一些地區造成水土保持上的破壞。林地經營也面臨這相同問題，於是林學界提出了混農林業（Agroforestry）。因應不同的需求及目的，有農林、林牧與農林牧等混合經營模式，在台灣則以農林混合模式為主。
混農林業可視為利用可耕種的部份土地種植樹木，其結果能大量減緩大氣二氧化碳之一項林業經營方式。例如，美國內布拉斯加州農地，部分土地(佔農地之4.3-6.3%)種植木本植物作為防風林，這些地方的二氧化碳固碳量比沒有種樹的農地增加近一倍。雖然混農林業單位固碳量比純林少，但比純農業耕地多，且大面積混農林的碳累積量是相當可觀的。台灣在90年代曾推展輔導混農林業，包括嘉義縣石棹檳榔園、南投縣鹿谷鄉茶園與銀杏及肖楠與檳榔混農林業等，目前這些混農林業對固碳的效益，極具有探討及參考執行的價值。

碳吸存量估算方法
本研究團隊選定中部地區之南投縣、台中縣、嘉義縣等地區之混農林地，經現場勘查後選定數個混農林業調查試區，記錄項目包括栽植之農作與間作樹木種類、間作樹木林齡、現存混植密度、間作樹木之生長現狀(胸徑、高度、冠幅)等。
間植林木之碳吸存量估算方法是根據2003年聯合國氣候變化政府間專家委員會(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)估算林業部門碳吸存量之原則，將林木材積藉由木材密度換算出林木生物量，再利用林木生物量與地上部、地下部生物量的擴展係數與碳含量等轉換係數，估算出碳吸存量。其林木碳吸存評估模式如下：

C_t=[V_t×D×BEF]×(1+R)×CF

式中：C_t=在時間為t時的林木碳量(ton C/ha)；V_t=為林齡t年之林木材積(m³/ha)；D=基本木材密度(ton/m³)；BEF=林木生物量換算為地上部生物量的擴展係數；R=根莖比率；CF=碳含量比例。
由於國內大多數的樹種缺乏相關資料，台灣肖楠的相關資料較為齊全可推算其林木碳量，因此本研究將就混植肖楠的部分計算其碳吸存量。其中肖楠的立木材積參考劉宣誠與吳萬益(1986)提供之方程式：

V=0.0007-0.0004×DBH² +0.00004DBH³+0.0005DBH×H

而重量與材積之轉換係數則依馬子斌等(1992)「重要商用木材之一般性質」報告中，肖楠的D為0.444。生物量擴展係數(BEF)則參考IPCC(2003)的溫帶及熱帶松樹之森林類型之資料，估算BEF=1.3。而地上部與地下部生物量的比值大多介於0.20-0.30之間，故此以0.25做為估算值。有關碳含量轉換係數，則以林裕仁等人(2002)台灣地區主要用材比重與碳含量測定，肖楠的CF為0.4857。

林木現況及碳吸存量
民國99年完成南投縣、嘉義縣及臺中市地區於民國81至96年間建立混農林業區之取樣調查，合計共調查三縣(市)九區約五公頃，海拔介於350-1500 m之間，造林樹種包括台灣肖楠、台灣杉、銀杏及桃花心木等(表1)，其中以肖楠為主，分別混植於茶園或檳榔園中。大部分試區面積為0.5公頃或以下之小區域混農林地，分布情形在檳榔園以均勻分布為主，在茶園則以行列式為主，此與茶園常有坡崁之平台階段處理地形有關。由於林齡、間植密度與林木冠幅面積等情形不同，因而呈現不同的混農林業型態。

表 2. 為各試區的林木調查結果，除了東勢試區之苗木為民國96年或99年栽植，其餘之間作林木年齡皆超過10年。間作林木的生長情形除了因樹種與林齡不同而異，也因栽植密度、農作物、撫育方式而不同。廬山試區由於剛栽植之前幾年遭遇颱風侵襲導致存活率低，肖楠種植在此開闊茶園且低密度的環境下，胸徑及冠幅的生長快速，所以擁有最高的平均單株胸高斷面積及冠幅。相反的，石棹試區的間作樹木有明顯的重度修枝處理，目的應為限制其冠幅生長以免造成林下茶樹遭到遮陰，因此林木的生長差，冠幅大小尤其受到現制。銀杏則因本身為冬季落葉之生長緩慢的樹種，所以栽植18年後平均高度只有4.1m，單株平均冠幅也只有5.6 m²。
如觀察單位面積林木冠幅總和結果(表2)，做為該林地鬱閉程度的參考，調查試區可大致分為林取代農、林大於農、農林並存或農大於林等不同階段類型。初鄉試區栽植16年的肖楠已完全鬱閉，該試區於98年將種植約20年的檳榔利用注射殺草劑的方式致死，因此現已由林完全取代農，但發現1,750株/ha的密度過高，應提早考慮進行疏伐，以利生產較佳之木材。橫路台灣杉及大崙銀杏試區因為間植密度較低或樹種生長較慢，現在屬於農林並存的階段，廬山試區及石棹茶園則因間植密度低而呈現農大於林。
調查試區中混植肖楠的試區共有6處，其間作肖楠估算出的總碳吸存量各地不同(表3)，此受栽植密度、林齡及撫育方式之影響明顯。其中間植密度最高且栽植時間最久的初鄉試區的碳吸存量達76.9 ton C/ha，是所有試區中最高者，東勢試區因為肖楠為初植，因此碳吸存量尚低。如看單株之平均碳吸存量，發現16年生混植的肖楠約為45 kg C/株，而單株碳吸存量最高者是廬山試區，應是因為其生長在低密度且開闊地，因此其樹幹之生長強健，所受限制較少。

建議
近數十年來許多森林被快速開墾成農地，加上全球普遍作物單一化的結果，使得部份依賴多種生物資源供給之在地傳統生活方式（特別是原住民地區）因此瀕臨滅絕。隨著全球氣候變遷的威脅及維護生物多樣性的觀念升起，一些地區的人民也漸漸發現應該恢復他們祖先的傳統栽植方式，例如研究團隊在花蓮迦納納原住民部落訪談後發現，該部落發展協會近年來教導該部落居民應避免單一農作物栽植，並努力推行農地多層次及多樣性的種植，也就是與混農林業的觀念不謀而合。
此次調查發現在檳榔與肖楠混農林區，栽植約13年後肖楠可取代檳榔，如果依照林務局之造林獎勵辦法，造林地上所有的農作物於栽植前皆須移除，但在檳榔園中造林初期保留之檳榔樹似可擔任保護樹的角色，避免剛栽植的苗木受到烈日曝曬、強風吹襲及劇烈日夜溫差等之傷害，減少檳榔皆伐時造成的土壤破壞，可提高造林成功率。因此如果造林苗木撫育管理良好之地，造林初期檳榔應不必強行移除，待苗木生長之後將可逐漸取代檳榔樹。因此建議未來能調整成農林二者並存者仍列入造林補助，如此不但有利苗木初期之生長，農民仍能保有部份收入才有利於相關政策之推動。
獎勵造林辦法規定之1,500株/ha栽植密度似乎應該彈性調整，待肖楠長大時過高的密度反而不利優良林木之生長。例如本次調查密度最高的初鄉地區之肖楠冠幅已明顯重疊形成競爭，造成其肖楠樹形較其它地區細長，因此應依照造林樹種的特性，在樹木成林前適當降低單位面積之造林株數，以培育健康強健的造林木。
此次調查也發現在茶園開闊地低密度栽植12年的肖楠生長佳，平均單株之碳吸存量可達77 kg C/株，而初鄉地區的肖楠碳吸存量每公頃可達77噸碳吸存量。林裕仁等人(2002)曾利用中國地區相關林型BEF模式，推估台灣森林碳吸存量平均約為每公頃71.68噸；王瑞閔(2007)亦曾利用永久樣區資料及IPCC的轉換係數與估算模式等，估算2006年國有林地平均每公頃碳吸存量為99.52噸。初鄉地區16年生肖楠雖低於後者國有林之單位面積碳吸存量，但較前者台灣森林的碳吸存量稍高，此表示初期利用混農林業方式之造林地，未來亦有潛力可達到一般森林的碳吸存效應。然而此需要地主配合給予造林苗木良好的管理與撫育，才能儘速達成植林減碳之目標。
根據2009年的統計資料，全台檳榔與茶園的栽培面積分別是49,093公頃與14,855公頃 (行政院農業委員會 2009; 台灣區製茶工業同業公會 2010)，是山坡地栽植面積最大的其中兩項農作物，加上近年來進口產品低價競爭的原因，這檳榔與茶葉的價格有下降的趨勢，有許多農戶開始考慮改植其它作物，因此未來相關研究及推廣混農林業時，建議可從此兩種作物之農地開始做起。