封面故事

 

氣候變遷下的農業調適策略與案例分析：從反應式到轉型式調適

陳柱中 農業部農業試驗所 副研究員
顏瑋利 農業部農業試驗所 計畫助理
王家偉 農業部農業試驗所 計畫助理
姚銘輝 農業部農業試驗所 研究員

全球氣候變遷對農業的衝擊

對於高度仰賴天氣的農業而言，氣候變遷帶來不可忽視的衝擊。

由氣候變遷導致降雨型態的改變，如強降雨沖刷造成表土流失，若是發生於播種期或收穫期，將嚴重影響作物的生長與收成。而極端天氣事件比以往更頻繁的發生，異常高溫、強烈寒流、洪水等，除了摧毀作物外，更是增加復耕的困難度。隨著全球氣溫的逐漸升高，夜間溫度也隨之增加，加速植物呼吸作用消耗光合產物，對於作物產量與品質造成明顯的負面影響，以水稻為例，夜間溫度對於產量和品質的影響比日間高溫更顯著^[1]；夜間溫度每升高1°C，稻米產量便下降約10%^[2]。此外，自1980年以來，極端天氣事件已造成歐盟5,000億歐元的損失，其中60%與乾旱相關的損失發生在農業產業^[3]。在高排放情境下，到2050年，南歐非灌溉作物（如小麥、玉米和甜菜）的產量預計將下降多達50%^[4]。

從溫度變化、降雨模式改變到極端天氣事件的頻繁發生，都讓農業系統面臨嚴峻挑戰，然而，傳統的方式可能不足以有效降低人們或系統對氣候變遷的脆弱度，這凸顯出農業應從單純的被動應變，轉向採取更具彈性、前瞻性的調適策略。

農業的調適策略：反應式、漸進式、轉型式

面對氣候變遷對農業帶來的挑戰，需進行調適以降低氣候風險，確保糧食安全、農民生計以及農村的永續發展^[5]。政府間氣候變遷專門委員會（IPCC）將調適定義為：為了緩和損害或利用有利的機會，調整因應實際或預期氣候及其影響的過程^[6]，也就是透過干預降低氣候變遷對農業系統的衝擊。根據調適的程度和範圍，可分為反應式、漸進式調適與轉型式調適，如圖1所示。

 

圖1、不同的農業調適策略

（國科會「臺灣氣候變遷推估資訊與調適知識平台」TCCIP計畫產製）

 

反應式（Reactive adaptation）

在受到氣候變遷的衝擊時，反應式調適策略的目標是盡可能抵禦衝擊或減少損失，維持農業系統的現狀，而不改變原有的生產模式或結構特性^[7]，常見的反應式為災後復耕，經歷天然災害後在原地重新種植，維持原有生產方式。這類做法在短期內或許能有效緩解災害的衝擊，但隨著危害的頻率與強度日益增加，反應式策略的效果會越來越有限，當衝擊超出系統的承受能力時，單靠反應式策略便難以因應^[7]。例如，若同一地區短期內連續遭受災害，農民可能須不斷投入復耕資源，而墊高了種植成本，隨著時間的推移，多次復耕也可能錯過作物的最佳適栽期，導致品質或產量下降，進一步影響農民生計甚至危及整體農業生產的永續性。

漸進式調適（Incremental adaptation）

漸進式調適應用既有的技術透過管理上的調整，維持已存在的農業系統能持續運作，並在現有的基礎上進行逐步調整^[8]。在農業上常見的漸進式調適包括育種、品種改良、調整種植日期、改善耕作方式，或是升級灌溉系統等。由於漸進式調適所依賴的是「基於現有知識與基礎設施的變革」，相對容易被農民及其他利害關係人接受，因此在許多情況下具有較高的實施可行性與推廣潛力。

• 育種、品種改良

培育對環境適應性更強的作物品種，經過品種改良，能夠承受特定的氣候壓力，在臺灣，農業部農業試驗所建立了「高溫逆境篩選設施」，針對多個水稻品種進行評估，從中選拔出在高溫環境下仍能維持較高產量和良好米質的品種，如桃園3號、桃園5號和台南16號，並利用基因技術進一步提升水稻的耐熱性^[9]。

• 水資源管理技術

在未來氣候情境下，乾旱發生機率將增高，臺灣種植於坡地高經濟價值的茶園，多位於非灌溉區，國科會「臺灣氣候變遷推估資訊與調適知識平台計畫」（簡稱TCCIP）在2023-2024年間，於海拔2,100公尺雲霧帶之臺灣大學實驗農場梅峰本場架設捕水網^[10]，如圖2，強化雨水及霧水的收集以最大化水資源來源，同時增加地面覆蓋以減少蒸發散量，以延續茶樹生存時間及增加乾旱韌性。

圖2、茶園捕水網架設情形及地面覆蓋（TCCIP計畫產製）

 

轉型式調適（Transformational adaptation）

當氣候變遷對某地區的農業造成深遠且無法逆轉的影響，使得原有耕作方式難以為繼時，便需要採取「轉型式調適」，也就是對農業系統進行根本性的結構轉變。此類調適強調改變生產模式，以確保農民生計與糧食安全得以持續^[8]。這類調適可能涉及從依賴特定作物的生產體系，轉向全然不同的農業型態，或是導入嶄新的耕作技術與管理方式。常見的轉型式調適包括：

• 改變種植區域

因為氣候快速改變使作物不再適合現行種植區，而需移動到新適合生長的區域，例如，台灣南部種植的「玉荷包」荔枝，在未來氣候情境模擬下，可能因冬季低溫不足而面臨開花不良的問題，導致產量下降，因此未來玉荷包的適栽區，將有極大的機會往北部移動^[11]。

• 轉變農業生產系統

在面臨嚴重氣候影響，傳統農業難以持續的地區，可能採取全新的生產系統。例如，越南的湄公河三角洲，將15,000公頃低生產率的稻田，轉為水產養殖、果園、蔬菜田或是畜牧場^[12]。再者，因這樣的改變成本極為高昂，若是政府機構、國際組織等，能為生產者提供資金支持，便能夠降低轉向生產新作物種類的風險。

面對氣候變遷，從維持現狀的反應式調適，部份調整的漸進式調適，再到根本性改變系統的轉型式調適，隨著影響程度的增加，所需的反應強度和系統改變的幅度也隨之增加。反應式投入資源最少，應對規模最小，通常是短期的、反應性的措施；漸進式調適投入資源和規模介於反應式和轉型式之間，對現有系統進行改良，但不改變其根本特性，目標是在增加農業韌性以因應氣候變遷帶來的衝擊。轉型式調適則涉及更深層的改變，甚至涉及社會、經濟、環境與文化結構調整等，重新將農業系統轉化為更公平、永續或具韌性的狀態。轉型規劃過程中，應納入多方考量（如土地利用、社會結構、文化價值等）及不同部門的協調整合、利害關係人的廣泛參與，以確保這些改變能產生正面與永續之效益，並應依現況和不斷變化的情境進行調整。

我們用一張概念圖，將農業社會-生態系統對氣候變遷影響的因應方式，從「無作為」到「轉型式調適」進行了分類，並呈現了隨著調適策略的強度增加，所需的投入（如資金、時間和人力）以及因應氣候變遷程度的變化，如圖3。

 

圖3、社會-生態系統因應氣候變遷影響之策略類型，隨著反應幅度逐漸升高而增加的梯度（依原圖重繪^[7]）。

 

旱田直播：漸進式調適案例

稻米是臺灣重要的糧食作物，在氣候變遷環境下導致的水資源短缺，如何調適產業，減少衝擊並降低生產風險，是現在也是未來面臨的重要議題。新竹縣新豐鄉是該縣最大的稻米產區，然而，該區位於石門水庫供水之最末端，遇到水資源匱乏時期，首當其衝無水可灌溉之區域，在國科會「臺灣氣候變遷推估資訊與調適知識平台計畫」（TCCIP）的支持之下，2019-2020年於新豐鄉示範漸進式調適-旱田直播（如圖4），在種植初期直接將水稻播入土中取代傳統插秧，減少育苗及灌水整田所需的農業用水，與傳統插秧相比，旱田直播可減少種植初期(播種至插秧期)約89%的用水，平均每公頃可達到節省9,785噸的效益，同時，也減少了育苗和灌水整田等初期準備工作，達到省工的目的^[13]。

圖4、旱田直播示範田區（TCCIP計畫拍攝）

 

但這種栽培方式也並非完全沒有缺點，相較於傳統插秧，因種植初期（播種至插秧期）時不需淹田，較難以將土地維持平整而影響種子發芽，此外，播種後田間不會長時間淹水，雜草較難控制。而由於播種及收穫時間提早，鳥群可能會集中吃掉直播田的稻穗。表1為比較兩種栽培方式之優缺點。

 

表1、不同栽培方式之優缺點（TCCIP計畫產製）

 

本案例是維持相同的作物生產，僅對於栽培系統進行部分改變，並未轉向其他作物類型或土地使用類型，屬於漸進式調適的範疇。從中可見，漸進式調適的目標在於讓原有有的系統持續運作，透過小部分的改變（調整了水稻生長前期的栽培方式），在不顛覆既有的架構下，導入田間管理策略，以回應因缺水而無法插秧的環境，減少氣候變遷對於稻作生產系統的衝擊。

由於漸進式調適不針對系統進行翻轉性改變，對於利害關係人的衝擊較少，推動過程中所遭遇的阻礙也較小。但也必須認知到，單一漸進式調適仍具有其侷限性，以旱田直播為例，可以解決第一期稻作插秧期（1、2月）缺水，倘若後續植株生長期間遇到缺水，則必須搭配其他調適技術如生育期乾溼交替的間歇性灌溉。從長遠來看，若缺水問題日益嚴峻，單靠漸進式調適（如旱田直播或間歇灌溉）將難以維持合理產量。此時，即須考慮轉型式調適，例如改種需水量較低的旱作作物如玉米、高粱，甚至重新規劃土地用途，以因應氣候變遷帶來的深層挑戰。

結語

氣候變遷已成為農業部門無法迴避、也不得不面對的重大挑戰。為了維持國內糧食的自給能力，並保障農民合理的經濟收益，隨著氣候衝擊日益加劇與情勢日趨複雜，農業產業的調適策略也必須從最初的應急因應，逐步升級為漸進式甚至轉型式調適。臺灣目前正積極推動許多的農業調適策略，例如培育耐高溫的作物品種、改善灌溉技術和耕作制度，及強化預警系統與農業保險等，確實增加了農業系統的韌性，然而，氣候變遷對農業的影響是長期且動態的，規劃具備跨領域的協調整合，確保公平與社會正義，以及利害關係人的參與，才能設計出真正符合在地需求、具備可行性及正面效益，並能被廣泛接受的調適策略，避免不當調適的風險。
 

延伸閱讀

1. TCCIP農業調適示範：新竹縣新豐鄉-旱田直播案例
2. TCCIP電子報第77期：農業乾旱分析與調適技術研究 
3. TCCIP調適參考案例：越南-建構亞太地區的氣候韌性 
4. TCCIP調適參考案例：衣索比亞-高粱的調適策略-灌溉及改變種植日期
5. IPCC氣候變遷第六次評估報告「衝擊、調適與脆弱度」之「漸進式與轉型式調適」論述摘要

 

 

 

雲霧中的巨人：探索巨樹與雲霧帶的關係

林奐宇 國立宜蘭大學森林暨自然資源學系 助理教授
劉冠廷 國家災害防救科技中心 專案佐理研究員

 

森林是一座不斷成長的綠色城市。樹木透過光合作用，將空氣中的二氧化碳固定為醣類與各種有機物，除了生長使用，也將這些有機物質儲存在樹幹、枝條及葉片等部位，我們熟悉的「木材」就是其中的最大宗。樹木生長不僅讓自己變得更高更壯，更將大量的碳固定儲存在森林裡，成為地球碳循環裡的主要碳庫。在這片綠色城市中，大樹或巨樹（very large trees, VLT）就像是自然界的摩天大樓。高聳的樹冠彷彿矗立的「巨人」，創造出豐富多樣的微氣候環境，同時也是一座自然公寓，為各種動植物提供完美的居所。從樹冠層到樹幹，從樹皮到樹洞，每一處都可能成為生物的家。正因為巨樹對生態系統如此重要，生態學家常常把它們的分布密度和數量，作為判斷一片森林是否保持原始狀態的重要指標之一^[1]。

臺灣是一座位於亞熱帶與熱帶氣候的交會處的島嶼，雖然土地面積不大，但地理位置位當大陸與大洋交界，同時高聳陡峭的中央山脈橫亙，在中海拔山區形成獨特的山地霧林（montane cloud forests, MCFs）生態系。熱帶與亞熱帶地區的山地霧林是全球極為稀有的生態系統，僅佔全球森林面積的1.6%，終年雲霧籠罩，營造涼爽濕潤的環境^[2]。臺灣的山地霧林分布介於海拔1,000-2,500m，孕育許多豐富而獨特的物種，包括著名的針葉樹如紅檜（Chamaecyparis formosensis Matsum.）、臺灣扁柏（Chamaecyparis obtusa Sieb. & Zucc. var. formosana (Hayata) Rehder）、鐵杉（Tsuga chinensis (Franchet) Pritz. ex Diels var. formosana (Hayata) Li & Keng），以及闊葉樹的殼斗科（Fagaceae）櫟林等。

林業試驗所徐嘉君副研究員與「找樹的人」研究團隊長年在臺灣山區進行附生植物（Epiphytes）研究，並致力探索諸多從未被發現的參天巨樹，有關「找樹的人」及附生植物介紹可參考延伸閱讀１、2。他們發現在終年潮濕的中海拔雲霧帶，分布著眾多巨樹，樹幹上生長許多附生植物，由於附生植物對於溫度、水分與光環境的變化極為敏感，因此隨著不同垂直層次的樹幹位置，還可以發現不同的種類，更顯示樹冠層是獨特、多樣且值得研究探索的領域^[3]（見延伸閱讀1、３）。

加拿大的研究團隊透過分析原始亞高山森林的樹木年輪^[4]，發現樹木對氣候變化的反應相當複雜，例如樹木個體差異（如樹木大小和生命階段）、物種特性、生長環境等因子皆有交互關係。該團隊也發現，隨著氣候變遷的加劇，溫度和降雨量變化對樹木生長（尤其是生長量）的影響將更加難以預測。目前較確知的是，氣候變遷可能造成樹木適合生長範圍的推移，例如原本分布於中高海拔、喜歡涼爽氣候的樹種，適生範圍可能朝高海拔推擠而變得越來越狹窄，造成生存空間的壓縮；而生長在低海拔、能適應高溫的樹種則往中海拔遷徙，進而與原本適生於涼爽氣候的樹種競爭生長空間。在遷徙與競爭過程中，研究認為弱勢樹種將發生生長低落、病蟲害增加以及蓄積量（Forest stock）下降等現象^[5][6]。長期氣候監測也已發現海拔1,500-2,500m山區的雲層覆蓋率與相對濕度都有下降趨勢，代表濕潤的霧林環境可能正在逐漸改變^[7]。

為了瞭解目前森林巨樹的分布與氣候變遷的影響，國科會「臺灣氣候變遷推估資訊與調適知識平台」（簡稱TCCIP）計畫林業領域團隊於臺灣的東北及西北氣候區（約宜蘭-新竹一線以北）進行嘗試性研究^[2]，利用TCCIP的網格化觀測日資料，配合國家植群多樣性調查計畫豐富的森林調查資料，分析「森林底面積（basal area, BA）」隨著海拔與氣候的變化趨勢，進而探討雲霧森林的特殊之處。

我們沿著平原、低海拔淺山往內陸的中高海拔山區延伸，依樹種組成進行歸納分析，將森林分成8種類型（圖1），包括低海拔平原和溪谷的「榕楠闊葉林」，龍潭台地、林口台地與陽明山至東北部山區海拔稍高處的「楠櫧闊葉林」（圖2）；中海拔山區以「紅檜-鐵杉-扁柏針闊葉混淆林」佔最大面積（圖3、圖4），包含許多的殼斗科植物；中、高海拔尚有以臺灣二葉松為優勢的「臺灣雲杉-臺灣二葉松針闊葉混淆林」及「臺灣二葉松-臺灣冷杉針葉林」，主要分布於中央山脈西向坡面及雪山西側為主，屬偏好較乾燥氣候的植群；高海拔的東向坡由於氣候相對濕潤，以「臺灣鐵杉-臺灣冷杉針葉林」為主（圖5）；海拔更高的高山森林界線一帶則以「臺灣冷杉-香青針葉林」為優勢植被，已接近中央山脈及雪山山脈稜線至山峰位置。

圖1、森林類型與氣候及地形有關，沿海拔形成明顯的分帶。例如：桃竹苗低海拔分布的「榕楠闊葉林」（綠色），隨海拔提升漸轉換為中海拔主要的「紅檜-鐵杉-扁柏針闊葉混淆林」（黃色）。各森林類型之顏色標示請參見圖例。

 

圖2、楠櫧闊葉林的森林環境，森林高度不像針葉樹般高聳直立，但有豐富的動植物種類棲息其中。

 

圖3、生長在潮濕雲霧帶的臺灣扁柏純林，每一株樹幹高大挺拔，均可生長至40公尺以上，胸高直徑則在1公尺左右。

 

圖4、檜木是臺灣山地霧林的代表物種之一

 

圖5、冷杉及鐵杉林帶是臺灣的中高海拔重要的碳庫

 

利用1,600餘處森林樣區資料，橫跨了平原至中央山脈稜線的巨大海拔梯度，我們觀察到一個有趣的現象：森林的底面積隨著海拔升高而逐漸增加，尤其是配合氣候與地形資料建置統計模型後，該趨勢變得更為明顯（圖6）。北臺灣底面積最高的森林，主要集中在南湖大山以東、加羅湖區至太平山一帶；以及和平事業區上游、棲蘭山、鎮西堡至大壩尖山與大雪山等地。

圖6、平原至低海拔淺山之森林底面積較低（綠色），往內陸中高海拔山區逐漸增加（黃色漸變紅色）。

 

有趣的是，當我們將森林底面積隨著海拔的變化套繪成圖，發現平地至山麓地帶森林的底面積平均僅約50m²/ha，多以小徑級、較低矮的樹木為主；隨著海拔升高，森林底面積逐漸增加，直到海拔2,000-3,000m達到最高，平均皆超過100m²/ha；至海拔3,000m以上則森林底面積又逐漸下降。其中以海拔1,400至2,200m的雲霧帶檜木林，以及高海拔的臺灣鐵杉-臺灣冷杉針葉林拔得頭籌（圖３）。針對氣候與地形因子的相關性統計則發現，在海拔1,600m以下山區，尤其是雲霧覆蓋率較高、秋季降雨量充沛之處，森林顯著具有較高的底面積；海拔1,600m以上山區，則森林底面積與演替（知識小櫥窗３）有關，尤其是組成穩定、發育成熟的紅檜-鐵杉-扁柏混淆林與鐵杉-冷杉針葉林都孕育了極高的底面積，至於好生於崩塌碎石或火災跡地的雲杉、二葉松等森林則底面積相對較低。

 

圖7、上半部為北部各森林類型的底面積與海拔關係圖，分別使用不同的顏色表示，ｘ軸為海拔、y軸為底面積；
下半部為7種森林類型底面積沿海拔的變化圖，紅線為LOWESS迴歸之平均變化趨勢。

 

最後與實際的森林調查資料相比，確實顯示森林底面積沿著海拔有正向增加的趨勢，直到2,700m才逐漸趨平下降。在氣候因子分析中，則可發現氣溫與森林類型形成與發育有最明顯的相關，約略在1,600m處形成分界。在海拔1,600m以下，雲霧帶與降雨量是森林蓄積量的極佳指標，統計顯示在相同海拔區域，凡是位於溪谷、雲霧籠罩或環境較潮濕的森林普遍有較高的底面積；而在海拔1,600m以上地區，則顯示穩定的演替中後期森林具有較高的底面積，而在乾燥環境或曾受干擾的地區則相對較低。一般而言，穩定演替中後期的森林通常包含大量樹齡較高、樹形龐大的優勢樹種，因此森林底面積較高。由於樹木在生長過程中，胸徑會隨時間持續增加，年齡越長的樹木通常也會具有較大的底面積。然而，底面積的變化亦可能受到氣候條件（如溫度與降雨）所影響，例如較潮濕的環境能促進樹木生長速率。本次測試性研究也發現，「雲霧覆蓋率」是預測森林分布與底面積的最重要指標，然而現有氣候資料庫對於雲霧情境的掌握程度較低，可能成為探索森林未來變化的環境因子缺口，是值得研究團隊繼續努力的方向。

延伸閱讀

1. 臺灣巨樹及找樹的人相關報導
2. 台灣維管束附生植物介紹
3. 臺灣山地霧林相關報導
4. 十年樹木百年樹林：圖說森林植群演替
5. 什麼是統計降尺度資料?
6. 網格資料內插工具 clim.regression

參考文獻

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