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2019/07/26 臺灣氣候變遷推估資訊與調適知識平台電子報030期 1597 點閱人次
封面故事

統計降尺度日資料應用案例—玉米生產風險評估

作者:劉雨蓁 專案佐理研究員、徐永衡 專案助理研究員、姚銘輝 研究員

玉米依胚乳特性的不同,可分成馬齒種、硬粒種、爆裂種、甜質種及蠟質種等多種類型;市場上多依其用途,將玉米區分為飼料玉米 (field corn)、青割玉米(forage corn)及食用玉米(green corn)等3種。自2012年起,行政院農業委員會為提高國產馬齒種和硬粒種玉米用途的多元化、增加農民收益,將國內農民種植的馬齒種和硬粒種黃色玉米統稱為硬質玉米。國產硬質玉米除了當飼料用外,也可加工作為玉米粉、玉米糖漿及食品原料等用途(詹等,2016)。

提高臺灣玉米的自給率
過去數十年來,臺灣畜牧業的興起造成飼料需求量大增,加上國民的飲食習慣改變,國內自行生產量的玉米量遠不及消費量。目前臺灣每年消耗的玉米多由國外進口。近年來,硬質玉米進口量約佔總需求量的九成,主要來源國家為美國和巴西(農業統計,2017)。由於國內的硬質玉米大量仰賴國外進口,當主要進口來源國遭遇極端氣候,或受到政策改變等重大事件影響時,糧食的出口量可能導致臺灣進口玉米價格的大幅波動。
為減少受到進口價量波動的影響,政府自2008年提出「小地主、大佃農」政策,推動飼料玉米契作生產,補貼農民轉作玉米及活化農地,以期提高糧食自給率;2017年接續提出「大糧倉」政策,鼓勵休耕地活化,希望能增加本地生產,降低對國外進口玉米依賴程度。而臺灣的地理環境特殊,在全球氣候變遷的影響下,臺灣未來升溫幅度高於全球平均。,本研究利用本計畫今年推出的統計降尺度日資料,推估在氣候變遷的影響下,未來臺灣地區第一期作硬質玉米產量的變化,以瞭解農業生產個區域的風險,作為後續選擇因應氣候變遷調適方法之參考。

玉米產量潛能評估—DSSAT模式
農耕過程中,氣象、環境和作物之間的交感相當複雜,藉助作物模式評估氣候、栽培環境及作物品種等不同因素下的產量潛能,是最方便快速的方法之一。本研究使用的The Decision Support System for Agrotechnology Transfer (DSSAT)作物模式,目前已廣泛運用於評估氣候變遷衝擊。DSSAT模式產量預估值之輸出檔案可與地理資訊系統連結,將產量評估結果面化,可據以評估區域內作物的整體生產力。行政院農委會農業試驗所農業工程組特別開發出「糧食生產評估系統」,是一個整合各項參數的資料庫,依照參數選定、敏感度分析、模擬產量及面化出圖等步驟,建立一貫化的運算流程,有效縮短評估時間(姚等,2015)。評估步驟如下:
1. 將DSSAT模式所需的參數以單點的氣象觀測資料進行敏感性分析,找出主要的影響因子,再比較實測產量與模擬產量之間的差異。
2. 匯入統計降尺度的日最高溫、日最低溫、日降雨量以及日射量等全年逐日氣象資料,進行模擬。
3. 利用系統模擬推估臺灣各鄉鎮市區玉米第一期作產量,並以每期程20年的產量平均,計算基期至未來玉米產量的改變率,從中得知玉米產量的改變程度。
計算式如右: 改變率(%)=(未來玉米產量-基期玉米產量)/基期玉米產量×100%
其中基期代表歷史時期的推估值。
4. 使用地理資訊系統將結果面化,完成危害脆弱度圖。

玉米產量潛能風險評估
風險評估方式則參考陳等(2014)採用之風險分析方法(表1),將DSSAT模式模擬結果得到的產量改變率分為5級;同時將農委會農糧署於2016年全臺灣鄉鎮第一期作的種植面積分為5級,等級越高,代表危害脆弱度越高。以等權重之方式將兩者相乘,再分成五等級:非常低、低、中、高、非常高,繪製氣候變遷RCP8.5情境下的全臺硬質玉米第一期作風險圖。
 

表1 生產風險評估矩陣


 

玉米產量改變率和風險分析
比較基期與氣候變遷情境下的玉米產量改變率空間分布圖,發現在RCP8.5情境下,世紀初、世紀中及世紀末的產量改變率皆有下降的趨勢(表2);世紀末產量的改變率甚至超過15%,其中有272個網格減產超過20%。利用風險矩陣,將DSSAT模式模擬產量改變率的危害脆弱度圖套疊全臺種植面積暴露圖,發現在RCP8.5情境下,世紀初的花蓮、臺南及高雄等主要種植區域部分網格屬於中風險,其餘產區則位於低風險區;世紀末的高風險範圍增加,又以花蓮、臺南及高雄的網格數增加最為顯著,而高風險區域的空間分布也向北擴展至嘉義(圖1)。
 

表2 各期程推估之產量改變率平均值


圖1 RCP8.5情境下,世紀末的第一期作玉米產量改變率衝擊圖(左)和風險圖(右)。

研究結果評估
模擬推估結果顯示,若單純使用面化產量改變率的衝擊圖,由於沒有搭配套疊目前種植硬質玉米面積的暴露圖,只能討論栽種區位的適合程度,無法說明目前風險區的位置,亦不利於擬定相關的調適策略。但若能使用DSSAT模式模擬結果,繪製而得衝擊圖,並套疊於目前全臺灣鄉鎮種植硬質玉米的面積暴露圖,即可將相乘結果進行分級,繪製成全臺第一期作玉米的風險圖。推估結果顯示玉米主要的種植地區—花蓮、高雄和臺南在世紀末皆為減產高風險區,未來將針對此三縣市進行更深入的評估分析與調適策略研究。

農業領域另謀生路—氣候變遷下的種植調適選項
面臨氣候變遷帶來的環境改變,農業領域勢必得尋求其他的調適選項,包括育成及選種耐逆境品種、改變種植期間,以及農民的自主性防災等。考量氣候變遷可能對水稻(水田)及玉米(旱田)生育期間帶來的災害,本研究未來也將嘗試結合其他相關領域,產製乾旱、淹水、高低溫害等災害的發生機率圖,並結合全臺灣水稻及玉米種植面積暴露圖,套疊製成危害–脆弱度圖。希望藉此跨域整合之方式,能協助劃分水稻及玉米生產的適合栽種區域和時期,作為未來因應氣候變遷農業耕作調適策略之參考。

參考資料:
詹雅勛、游添榮、王培珊、詹元嘉、吳雅芳、陳昇寬、鄭安秀,2016。臺灣硬質玉米栽培管理技術,臺南區農業改良場技術專刊第163期。
行政院農業委員會農產貿易統計資料庫,2017。
姚銘輝、鍾昀軒、徐永衡,2015。利用未來統計降尺度氣候資料評估臺灣水稻生產潛勢,作物、環境與生物資訊第12期。
陳韻如、陳偉柏、林又青、劉佩鈴、施虹如、蘇元風、陳永明、張志新,2014。氣候變遷衝擊下災害風險地圖,國家災害防救科技中心。
 

知識小櫥窗
Q : 在臺灣的農業單位裡,哪些是硬質玉米(field corn)、青割玉米(forage corn)及食用玉米(green corn)的常見育成品種,又各具有什麼樣的特色?

行政院農業委員會臺南農業改良場和農業試驗所為臺灣目前主要玉米品種選育的單位,常見的育成品種包括:

  • 硬質玉米品種:
    「臺農1號」、「台南24號」、「臺南29號」;育種的目標包括產量高、抗銹病、露菌病、節水耐旱等。
  • 青割玉米品種:
    「台南19號」、「台農3號」、「台南21號」、「墾丁1號」、「台南24號」;育種的目標包括鮮草產量高、營養成分高且穩定、抗病蟲害佳等。
  • 食用玉米品種:
    「台農5號」、「臺南25號」、「台農6號」、「臺南26號」、「台南27號」;育種的目標包括鮮穗產量高、苞葉不易黃化、籽粒不易皺縮、風味口感佳等。

Q : 什麼是The Decision Support System for Agrotechnology Transfer (DSSAT)?
The Decision Support System for Agrotechnology Transfer (DSSAT)最初發展於美國International Benchmark Sites Network for Agrotechnological Transfer (IBSNAT)計畫,希望能整合土壤、氣象、作物、栽培管理等知識,提供決策者了解在不同地點的土壤和氣候下,作物的產量情況。DSSAT除內建的土壤、氣象、栽培管理等資料庫外,也可自行輸入適用於實驗地點的數據,更精確模擬作物生長發育和產量等;經過數十年的發展,至今DSSAT已能適用於42種作物。

參考資料:
Jones, J.W., G. Hoogenboom, C.H. Porter, K.J. Boote, W.D. Batchelor, L.A. Hunt, P.W. Wilkens, U. Singh, A.J. Gijsman, and J.T. Ritchie. 2003. DSSAT Cropping System Model. European Journal of Agronomy 18:235-265.
https://dssat.net/
TCCIP最新消息
感謝各位蒞臨「中小學科學展覽會」攤位

中華民國第59屆「中小學科學展覽會」於108年7月23-28日假高雄展覽館舉行。TCCIP於會議期間設置氣候變遷「氣候變遷知多少」攤位,展示推廣本計畫的歷年研究成果,宣傳TCCIP長期耕耘的科研成果與科研知識。


圖:TCCIP於「中小學科學展覽會」攤位活動剪影

氣候變遷新聞
美國一項為期兩年、涉及約240名學生和近300名家長的研究發現,青少年以抗議方式敦促政府應對全球暖化的行動,可望對家中成年人的氣候觀點產生影響。研究員表示,那些在課堂上學習氣候變遷相關資訊(包括參與課堂活動,如繪圖數據和實地考察),並投入全球氣候罷課行動「Fridays for Future」之學童......
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