以學術與應用角度，維護林業資源永續利用—林壯沛博士 農委會林業試驗所集水區經營組副研究員 - 農業知識入口網

農委會林業試驗所的集水區經營組成立於1978年，研究工作著重於森林集水區的水文循環及氣象、森林作業對水文特性之影響、與土地利用對溪流水理特性之影響等，已在台灣北、中、南部設置了12處試驗集水區及13處森林氣象觀測站，長期觀測天候狀況、降雨量及溪流水量，提供森林經營與水資源保育的參考。對我們的國土來說，是一般人不見得知道，卻非常重要的工作。

森林地的土壤沖蝕調查研究

林壯沛博士是集水區經營組的副研究員，他主修水土保持，研究所畢業後先到農試所鳳山熱帶園藝分所上班，民國69年加入林試所，開始一連串的水土保持研究。林壯沛最早期從事的實驗是「林道路面沖蝕調查」，因為試驗林中的林道是交通的基礎，但颱風過後道路往往一塌糊塗。林試所在六龜、蓮華池和大禹嶺等地都有林道觀測，其中六龜林道佔90%以上。 「林道路面沖蝕調查」是在六龜試驗林利用沖蝕樁來算出土壤沖蝕量與淤積量，再將數據與坡度對照比較，簡單地說，林道坡度越高沖蝕越嚴重，而輪胎的痕跡會加速沖蝕、往邊坡沖出蝕溝，路基就會逐漸流失。接著林博士便開始森林地的土壤沖蝕調查，在蓮華池設立小試區（圍出一定的長寬範圍，作為實驗觀察記錄的區域），如原始林、砍伐後區域和栽植區的比較。他說：「不下雨就沒資料，老天一下雨則要趕快從台北跑到山區，採取沖蝕水樣，用來分析水中泥沙量，可藉此計算出土壤沖蝕深度與沖蝕量。」 林博士進一步說明為了測量土壤滲透水量，還自行研發出「雙環圓筒入滲器」，因為他們所稱的「入滲」可是水文觀測的重要數據，但即使有了工具，每次實驗一做就是8小時以上，因為雨水滲入土壤的過程是一段長時間，而過程中又有不同的滲透速度，所以必須精確到每隔2分鐘就讀取記錄一次。這個調查苦於必須配合天氣在台北與試區間奔波，時間也難以掌控，後來改用小型人工降雨區來模擬，但因為試區規模太小，數據只能作為基礎研究。

坡地檳榔園水土流失的控制

約從1992年起，農民因經濟效益大批改種檳榔，根據統計，民國七十年代，全台檳榔的栽植面積約一千公頃，到85年已增加為54000多公頃。由於檳榔屬於很好管理的作物，病蟲害不大，採收期還會有人來收，對農民來說利潤很高，剛好適合台灣農業人口高齡化的趨勢，於是檳榔成了台灣的高經濟作物，在中南部山區處處可見，年產值達到98億元，號稱「台灣綠金」。但是農民盲從地栽植檳榔，大規模開墾山坡地，使得林木生態受到破壞，改變了土壤結構與水循環的過程，對水土保持和集水區的水文有深遠的影響。 一方面因為山坡地介於高山與平地之間，原本就是水土資源保育與土壤沖蝕的敏感地區，加上檳榔特殊的植物特徵，又使得土壤流失問題更加嚴重。然而林壯沛認為，全台光是檳榔攤就有40萬個，這麼大量的相關從業人員，不是說不種就能全部剷除的，因此種植檳榔時亟需的水土保持管理，更顯得重要。 檳榔屬棕櫚科，它的葉片是羽狀複葉（一片大葉有40片小葉）且聚生於樹幹頂端，樹幹通直沒有側枝、樹冠只有單層，這種樹型特徵和一般果樹或造林木多側枝形成多層次的樹冠有很大的差異。重點是在降雨時，檳榔樹冠的截留少、穿落雨量很大，且葉片排水快、打擊地面的點很固定，再加上直直的樹幹幹流量（順著樹幹流下的雨水）比一般樹種多，這種種原因就造成檳榔的根系土壤沖刷，如果檳榔園沒有種草，往往可見一棵棵檳榔的根部部分裸露出來，表示有大量的土壤被雨水沖走了。 林壯沛博士在蓮華池找了緩坡、中坡、陡坡三種坡度的山坡地進行檳榔的實驗，試驗林中都是天然林，樹叢雜草叢生根本沒有路，必須利用地形圖的等高線與現場測量來找出坡度符合的區域，然後設定試驗區（國際標準試區的坡長需22.5m*10m寬），共有6種處理組合為一個區塊，分別是：裸露對照區、山邊溝及雜草覆蓋區、雜草全園覆蓋區、山邊溝及百喜草覆蓋區、百喜草全園覆蓋區及人工杉木造林地，除了造林區，其餘五區都種了相同密度的檳榔樹，相互比較雨量、逕流量（雨水於土地表面的流量）、土壤滲透水量、土壤沖蝕量等等之間的關係。 為了製作出最佳測量設備並改良分水板和量水板構造，林博士自己設計了不鏽鋼量水槽，來記錄流量、流速和水位高度，每個試區都設置一組儀器。林博士說，一般水文儀器是10分鐘測量一次，但要測出豪雨的逕流，10分鐘已經有太多變化，於是改成2分鐘就記錄一次，但又怕颱風緊要關頭停電，所以設計成用太陽能板來蓄電。因為有6個處理加上一個量雨筒，等於每2分鐘就有7筆資料，約一個禮拜就要上山換資料儲存盒。 針對檳榔園的研究已經完成，林博士得出的結論是：林木的保水最好，複層樹冠對降水有緩衝，可降低土表沖蝕。山邊溝加種草亦可緩和水流，逕流沖蝕約可緩和70-78%，而百喜草是一種水土保持植物，因為它結節生根的特性會將生長地的土壤用根系固結地很好，能攔阻水流，約降低50%的逕流量。裸露對照組的保水當然是最差的了。這個成果，一方面可供坡地檳榔園進行水土保持管理的依據，一方面以數據提出種植檳榔樹確實對水源涵養有負面的影響，相關單位應該取締超限土地利用、鼓勵轉作，至少要做邊溝處理與全園栽植百喜草以降低損失。至於一般果園，也可參考增加植生覆蓋的作法。

對豪雨又愛又恨

談到做實驗的甘苦，林博士說，大豪雨之後就得去山裡清理量水槽是件苦差事，而更困難的是要清「游泳池」──原來林博士在進行檳榔園實驗的同時，也正在進行著蓮華池集水區的研究，調查集水區土地利用的情形，而這個實驗必須製作量水堰，而水堰的大小就像個小游泳池！ 林試所在六龜、蓮華池和大禹嶺都設有試驗集水區，調查土壤地質不同時，下雨會產生如何不同的流量，因為每年颱風數量和氣象條件都不太相同，研究必須累積一段時間才能準確地觀察出趨勢。林博士說他們這群人一聽到颱風消息都很興奮，因為這表示將會有更多研究資料了，他說：「看到報表跑出高低起伏的曲線圖就很高興，因為沒下雨的時候，線圖都是平的。」但是颱風走了以後，「游泳池」裡就都是上游淤沙，光是收拾損害就很辛苦了，尤其高海拔的大禹嶺一個量水堰就236公頃，還不像六龜和蓮華池可以出動怪手挖取，得採用人工清理呢！

成功建立森林集水區無線遠距傳輸水文監測系統

林壯沛博士在完成檳榔園研究後調到六龜當主管，進行「無線遠距傳輸水文監測」和「社區林業基礎營造」兩項工作，在六龜三年多的時間，成功地將無線監測計畫完成了，從此森林集水區收集水文資料的方法改進了一大步。 水文監測最早是採記錄紙的方式，必須以人工判讀，而且長期記錄的資料數量龐大，要以專業人力去一筆一筆讀出來非常耗時；接著進步為電子自動記錄，但仍須定期去山區讀取存檔資料。在六龜的扇平工作站有2座集水區試驗區，但山區電訊不通，研究人員連手機都無法使用。後來中華電信在此設立基地台，網路也都能拉光纖電纜到工作站，林博士就著手升級數位資料傳輸。 首先是把網路線建立起來，特別的是用太陽能板供應無線傳輸的電力，可以克服山區地形牽線不易的限制，如此監測站的記錄數據可以立即上傳到伺服器，研究人員隨時隨地可讀取，如果設備當機也能馬上發現。這套無線遠距監測系統不但對研究人員來說很便利，立即傳輸資料的另一個好處是──山區發生大雨時可作為防災預報。林博士覺得這項成果讓他很有成就感。

有森林這塊海綿，台灣才會有水用

林博士說：「早年常冒著大雨去山裡量水位，搶時間趕到試驗區希望能量到洪峰，雖然很苦，但都也得到了預期成果，對一個研究者來說這樣就感覺很有趣了。」雨水和土壤看似枯燥，卻是自然環境的根本。深知台灣的地理氣候條件，又實際比較過集水區土地利用的林博士很深刻地說，和試驗林比起來，種檳榔的開發地夏天雨水流量大，代表颱風豪雨會造成水災的危險，因為我們人為擾動土壤，讓森林原有的理水機能快速降低；同樣的，冬天流量少也代表含蓄水源的機能與保蓄量下降了。森林就像一塊海綿，有了它，台灣才會有水用。 身為集水區經營的研究者，林博士希望林地的洪峰流量（下雨流量往上到高峰的坡段）降低一點，水退下去的時間則越久越好。透過研究了解不同林地的水文，讓水文改變是我們想要的，例如集水區經營研究種什麼樹種會讓土壤有正面的變化──常綠植物會幫人類吸收水份、落葉林則在冬天不競爭水份，森林經營的樹種調配就是集水區經營的重點之一。利用人為分配的方式將水量不平均的氣象條件改善，就是林博士與集水區經營不斷努力的目標。 文、攝影/宋祖慈 圖片提供/林業試驗所集水區經營組副研究員林壯沛先生