問題與目標

氣候暖化使土壤霜凍層 (depth of frozen soil) 深度減少，而土壤霜凍層又稱霜凍線 (frost line) ，當溫度低於零度以下時土壤會出現霜凍的現象，而霜凍的厚度則是土壤中地下水預期會結凍的深度。霜凍層深度減短會對寒冷地區的農業生產造成負面影響，以日本北海道東部的十勝地區為例，該地區會利用土壤霜凍層殺死殘留於原土地裡的馬鈴薯塊莖，進而達到自然雜草控制的機制，然而，過去20年的最大土壤霜凍層深度由原先的0.3-0.6公尺，減少至目前的0.2公尺，造成該地區殘留於土壤的馬鈴薯塊莖可在冬季存活，並在春季開始生長，成為下一季作物的雜草（圖1）。這些殘留的馬鈴薯會影響輪作田裡作物的生長、馬鈴薯會吸引蚜蟲，透過蚜蟲傳播病害（如馬鈴薯捲葉病），及有可能會造成下一季馬鈴薯品種混淆的情況等，且農民每公頃需要花費數十小時的時間移除這些馬鈴薯殘株，嚴重增大農民在田間操作的困擾。

圖1 a:馬鈴薯塊莖採收後殘留於土壤中的情形；b:殘留的塊莖成為甜菜田裡的雜草；c:殘留的塊莖成為小麥田的雜草；d:殘留的塊莖成為大豆田裡的雜草（圖片來源：參考文獻）

採取的改善作為

利用日平均溫度與積雪深度兩種參數模擬土壤溫度模式，並結合熱傳導方程式進行評估。接著利用積雪覆蓋的時間與厚度調整土壤霜凍的深度，以獲得適當且最大的土壤霜凍層深度 (maximum soil-frost depth, D_max) 。最後透過人工去除積雪殺死殘留於土壤裡的馬鈴薯塊莖。

成效

土壤溫度模式模擬積雪覆蓋厚度小於0.2-0.3公尺時，土壤會暴露於空氣中，有助於去除積雪對熱導的阻隔，增加土壤霜凍層的深度。此外土壤溫度模式模擬能殺死馬鈴薯塊莖的臨界溫度 (critical temperature, T_c) 要低於-3℃，且經人工去除積雪後，位於土壤深度0.05-0.15公尺的馬鈴薯塊莖皆已死亡，但位於土壤深度0.3-0.45公尺的馬鈴薯塊莖有60-100%的存活率，而在未移除積雪（對照組）處理中，所有的馬鈴薯塊莖皆能存活（圖2）。另外利用土壤霜凍模型估算到達T_c時土壤需暴露的時間，以要殺死土壤深度0.05公尺的塊莖為例，土壤需暴露9天，隨著土壤塊莖埋藏愈深，土壤需要暴露於空氣中的時間就要愈長（圖3）。

而這種模擬結果已被日本十勝當地的栽培者應用，並稱為雪耕 (yukiwari) ，yukiwari是農機上安裝雪犁或推土機相關機械用以移動田間的積雪。而yukiwari的操作分為3個步驟，首先須利用雪犁將積雪往兩邊拉成雪提，讓中間露出一條裸露的土壤表面使其進行霜凍，待土壤霜凍達到最佳深度後，接著再利用雪犁覆蓋先前裸露的土面，並將原先雪堤的土面裸露進行霜凍，這兩個步驟需操作至少2次，以確保土壤霜凍的深度，當裸露的土面又被大雪堆滿後，方才需要進行第三個將積雪清除的動作（圖4）。

圖2 有無人工去除積雪在最低日平均低溫和不同土壤深度對馬鈴薯塊莖存活情況。(a:未經除雪處理；b經人工除雪處理)（圖片來源：參考文獻）

圖3 根據模型模擬估算殺死土壤馬鈴薯塊莖所需的土壤暴露時間和霜凍深度（圖片來源：參考文獻）

圖4 a:雪耕(yukiwari)操作順序示意圖；b:雪犁進行清雪作業；c:完成清除積雪後的情形（圖片來源：參考文獻）

名詞解釋

氣候變遷風險評估:  使用有效的評估工具來了解氣候變遷對各個領域的中長期衝擊，並提出相對應的調適策略與行動，以減低氣候變遷帶來的風險。

案例類型：

   結構和物理性選項- 工程技術或是現有構造物的強化、綜合技術研發

   社會性選項- 社區災害知識的學習與交流、警戒資訊的研發與運用

   制度性選項- 經濟、政策與法律層面的制度建立 

可供臺灣參考之處

參考文獻

Hirota, T., K. Usuki, M. Hayashi, M. Nemoto, Y. Iwata, Y. Yanai, T. Yazaki, S. Inoue. 2011. Soil frost control: agricultural adaptation to climate variability in a cold region of Japan. Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change. 16:791-802.

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延伸閱讀