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趨勢快訊
【增匯】城市樹木和土壤的碳匯比我們想像的多
2022/03/29
樹木和土壤雖然不像我們一樣有肺,但其實它們一直在「呼吸」。樹木吸收大氣中的二氧化碳,透過光合作用釋放出氧氣,並將碳儲存在樹幹中,當其葉片落地時,土壤的微生物會分解葉子和其他有機物質,並釋放出二氧化碳至大氣中,形成碳循環。事實上,森林儲存的二氧化碳會多於釋放的量,而燃燒化石燃料產生的碳排,約有30%是被森林所吸收,這種效應被稱為陸地碳匯註,因為有陸地碳匯,所以我們並沒有感受到氣候變化的真正影響。   森林是片很大的地質景觀,但實際上森林被道路、建築物、農業發展和太陽能農場等人為開發切割成更小的地塊,此過程稱為「森林破碎化」,因為森林破碎化而創造出更多的區域,這些區域稱為「森林邊緣」。長期以來,人們一直認為森林邊緣釋放和儲存碳的速度應與森林深處相似,但波士頓大學(Boston University, BU)的研究團隊卻有不同的發現:美國東北部溫帶森林邊緣的土壤和樹木,其表現與遠離人類的地方不同。森林邊緣的樹木生長速度快於森林深處的樹木;而且城市地區的土壤可以儲存更多的二氧化碳,城市森林不再被認為是僅供休閒娛樂的場所。   美國農業部的計畫監測與分析了全國各地森林的樹木大小、生長和土地利用情況,研究團隊利用這些數據研究了逾48,000個森林地塊,比較森林邊緣與森林其他部分的樹木生長速度,發現樹木在森林邊緣(距離邊緣約100英尺)的生長速度幾乎是森林深處的兩倍,這可能是因為森林邊緣的樹木與森林深處沒有競爭關係,所以它們獲得了更多的陽光,而樹木長得越多,所吸收儲存的碳就越多。   此結果並不表示森林破碎化是從大氣中吸收更多碳的解決方法,雖然森林邊緣的碳匯變多,但卻不能補償喪失森林的負面影響,像是無法將長期儲存在地下的碳釋放回大氣中。除此之外,還需要考慮森林邊緣樹木對氣候變化的敏感程度,雖然在更多的陽光下會生長得更快,但更高的溫度反而會導致生長速度大幅降低。   另外,研究人員發現森林邊緣的土壤也會受到森林破碎化的影響,一篇發表在《全球變化生物學》關於森林邊緣土壤的論文提到:土壤中含有大量的細菌、真菌、根和微生物,它們在工作和活動時也會吸收和排出二氧化碳。森林邊緣的土壤不僅比森林深處釋放更多的碳,而且土壤在農村和城市森林中扮演的角色也大不相同。研究團隊利用一年半的時間調查美國麻州(Massachusetts)已開發和未開發地區的八個地點,除冬季外,每隔兩週測量森林邊緣與森林深處土壤的溫度、濕度及從土壤中釋放的碳含量。   結果發現,在人口和建築物較少的農村地區,森林邊緣因較高的溫度導致葉子和有機物分解得更快,比起森林深處陰涼區域,森林邊緣的土壤微生物會釋放更多的二氧化碳;而在地面更熱、更乾燥的城市森林中,這些土壤卻停止釋放出更多的碳,但長期影響仍不確定。由研究結果推論,城市土壤可能具有比預期更多的碳儲存能力。   雖然發現城市樹木和土壤能儲存更多的碳,但農村或城市地區森林邊緣的樹木可能更易受到極端高溫和乾旱的影響,而且目前尚不清楚隨著地球暖化,這種碳匯的增加是否會持續下去。加上氣候變化可能會加速土壤流失碳匯,而森林將近一半的碳都儲存在地下,因此隨著城市和國家承諾種植更多樹木以遏止氣候變遷的影響時,還需要考量森林邊緣種植新樹的地點,使儲存的碳含量增加。【延伸閱讀】生物多樣性高的森林更能長期穩定固碳 註:碳匯(carbon sink)-自然界的碳被固定在海洋、土壤、岩石與生物體中,即為碳匯。海洋、土壤與森林是地球上主要的碳匯。
雲杉樹在碳饑餓下的關鍵生存策略-儲備
2022/01/12
全世界的樹木和森林都受到極端氣候加劇及隨之而來的蟲害威脅。作為固著性生物,樹木無法移動來逃避環境的變化,因此必須調整其代謝途徑以面對威脅。對植物來說,最關鍵的是利用光合作用產生富含能量的糖分子(碳水化合物)。這些碳水化合物除了做為所有代謝的能量來源,也是代謝過程的原料。在極端氣候環境如長期乾旱或高溫,因為二氧化碳(CO2 )吸收量減少加上缺乏水分,導致光合作用效率大大降低,而使樹木產生較少量的碳水化合物。所以無法滿足對糖的需求,植物必須轉而依靠自身的儲備,來維持重要的代謝途徑。最後連儲備都耗盡時,植物可能會因此「餓」死,或因為防禦系統失效而容易生病及遭受昆蟲攻擊。   儘管儲備有重要作用,直到現在人們仍在假設,只有在有利光合作用的條件下且供(產能)過於需(生長需求)時,可溶性糖類、澱粉或脂肪才會形成。但Max Planck生物地球化學研究所(BGC)的組長Henrik Hartmann博士卻強調: 從進化的角度來看,這是沒有意義的。樹木必須生存幾十年才能繁殖,而穩定可靠的「快速即食」儲備來源,對頻繁的艱困時期可以生存下來扮演著重要的角色。那為什麼樹木還要將能量投資在生長,而不是透過積累更多的儲備來確保眼前和未來的生存?為了研究這些「儲備」對樹木生存的重要性,研究團隊的博士後研究員、研究第一作者Jianbei Huang對幼年雲杉樹進行了饑餓處理,將這些雲杉樹在極低CO2濃度下生長幾個星期。這讓Huang能夠在研究植物的碳水化合物時,模擬極端氣候中光合作用速率降低的情況。   一開始,現有的儲備如團隊預期般減少,因為儲備被使用在代謝反應,卻不能在減少CO2濃度的情況下補充。不過令人驚訝的是,CO2饑餓處理過程中,儲備量會維持固定且樹木會停止生長。Huang總結出: 當光合作用產量過低,無法充分地給生理功能提供碳源時,樹木就會降低生長速度,並將可用資源移轉到儲備中。CO2饑餓處理三至五周後,研究人員還檢查了植物細胞的基因活性,特別是表現參與代謝過程之酵素的編碼基因。Huang說:「我們首次發現植物在長期饑餓過後,負責快速使用儲存化合物的酵素產量有所增加」。相較之下,參與生長過程(像是產生纖維素及木質素)的酵素,其基因表現量大大降低,進而證實了在分子層級上儲存和生長間的平衡關係。更令人訝異的是,負責將複合脂肪分子轉化為富含能量的碳水化合物的酵素,發現其產量增加而促進替代能量的代謝途徑。   Hartmann說:「由實驗結果看來,顯然植物寧願犧牲可消耗的結構,甚至消化分解自己,也不願意放棄儲備。因此植物在CO2飢餓期間,會關閉在生長上不必要的能量耗損,同時也一貫地執行能量生產及儲存策略。」樹木使用這種飢餓策略,能在極端氣候下存活多久?以及看起來明顯健康的樹木是否已經處於自我消化的緊急模式?這些都是在研究中要盡快釐清的衍生問題。但總結來說,碳饑餓導致雲杉樹累積了儲備的新發現,給森林從氣候變遷中復原帶來了希望。   先前關於植物儲存策略的研究對象僅限於如阿拉伯芥的一年生草本植物,且只在CO2飢餓中幾小時至數天。然而阿拉伯芥的發現,對於需要幾十年才能繁殖,且不斷暴露在季節變化及偶而發生極端氣候的多年生植物而言可能沒有什麼意義。Huang說:「當然,樹木必須遵循一種儲備策略,使它們生存的壽命能超過二年生植物,否則它們是如何在地球上存活將近4億年的?」iDiv和FSU的合著者Nicole van Dam教授說:「我們的合作發現,即使在高壓環境下碳被消耗,雲杉樹仍然可以儲存儲備,是很新奇和出乎我們意料的。他們給受到嚴重環境壓力的森林樹木群帶來希望,希望樹木們能利用這些儲備來恢復狀態。」針葉樹,如本研究的雲杉樹,主宰北半球許多生態系統,除了吸收和儲存溫室氣體二氧化碳之外,還有其他非常重要的生態功能。   但許多針葉樹種因為不適應氣候變遷帶來的暖化和乾旱狀態,而強烈感受到環境的威脅。針葉樹的生存和整體森林發展在植被模型中進行模擬。然而,模擬的情況是建立在先前「光合作用產物直接驅動植物生長」認知上,卻忽略了富含能量的糖會被分配到儲存和儲備中。Hartmann強調:根據我們的新發現,這種模型現在可以更真實地被設計,尤其是在氣候不斷改變的情況下,而這些更可靠的模型結果對於預測我們森林的未來極為重要。【延伸閱讀】紅樹林藍碳估算新方法
城市樹木透過土壤的微生物群落(SMC)來維持生態系統服務的能力
2022/01/04
如果你是一棵樹,鄉村生活比城市生活容易得多。農村裡的樹木可能很長壽甚至能活到100多歲,依靠的是鄰近樹木群組成的廣大森林資源網。相對地,在城市地區相鄰樹木可能很少而且相距甚遠。都市熱島效應和養分的變化使城市的樹木更容易受到自然環境的影響,導致生長緩慢和早逝。在樹木下方坐落著它的盟友-土壤,土壤是樹根很棒的靠山,提供了生長所需的養分和大量的土壤微生物。作為回報,樹木能改變土壤的微生物群落(SMC),為土壤中的關鍵生物-細菌和真菌建立環境和提供營養。   在《Scientific Reports》上發表的一篇研究文章中,Delaware大學的研究團隊探討了在城市化壓力的影響下,特定樹種和SMC之間的關聯性。研究團隊包括了大學教師Tara Trammell 和前博士後研究員Carl Rosier。因為美國山毛櫸和黃楊樹的樹冠和樹皮不同,加上它們在城市及鄉村的森林中皆居於主導地位,所以研究團隊選擇山毛櫸和黃楊樹作為研究對象,比較它們在城市、郊區和農村地區間的差異。為了描繪特定樹種下土壤微生物的特徵,Trammell和Rosier 使用了次世代高通量定序。這項技術使研究人員能夠同時對數百萬個DNA分子進行定序,進而對數百種細菌進行專一性鑑定。同時,研究團隊也調查了所有採樣樹種下,土壤內的碳濃度、氮濃度、金屬濃度和pH值。   該團隊的研究結果顯示,城市化壓力改變了土壤的特徵,取代了樹木維持特定SMC的能力。而在農村森林中,研究團隊發現各樹種間的SMC皆不同,說明了每個樹種的微生物都是獨一無二的。相對地,城市地區意味著更大的城市化壓力,無論是山毛櫸還是黃楊樹在城市生活下,其SMC都是相似的。Rosier 說明:「這樣的相似性不是因為失去了生物多樣性,而是由於重疊的共同生物越來越多。我們以為會在城市環境中失去一些敏感度高的微生物物種,但我們沒有看到。城市環境改變SMC的程度高到讓山毛櫸和黃楊樹具有相似的SMC組成。」隨著人口重心的擴大,此研究提供土地管理者和保護工作相關的信息,讓城市創建更具彈性的森林網絡。   此林業研究還闡明了對城市森林的作戰計畫,需要多大規模的森林才能對生態系統服務產生正面影響。樹木是土壤最好的朋友,樹木從空氣中獲取碳源並利用根和落葉傳遞,為土壤提供了豐富的有機養分來源。這些無私的行為有助於創造健康的SMC,進而提供有機物質分解、土壤結構形成和養分循環等重要的生態系統服務。Rosier做為Material Matters 的首席資深研究科學家和Agroecology Solutions的聯合創始人,他說:「在我們思考氣候變化和土壤固碳能力的過程中,微生物是不容忽視的。如果沒有樹木提供必要的資源,土壤成分就會發生變化,進而對生態系統產生負面影響,導致樹木在根部周圍只會發展特定的微生物群落。有時候,樹木可以活上數百年,終其一生都在調控土壤中的水、養分和pH值。在特定樹種的根部,會有其獨特的土壤化學環境;但一公尺外的土壤化學環境卻可能會有很大的變化。」您可能認為農村和城市的土壤化學環境會大相逕庭。畢竟,城市森林面臨著很多人為的環境壓力。與之所想不同的是,這兩地的土壤化學環境都是非常堅韌的。在土壤與城市的對決中,隨便一個人來看都會覺得土壤沒佔什麼優勢。   儘管土壤負荷超過人造的環境條件,他們還是堅持著洛基精神(意即即使實力相差懸殊,仍然拼命戰鬥的精神)奮戰到底。Rosier說:「土壤向您展示了它的堅韌性,在流失過多有機物質和失去植物體生命前土壤會產生巨大的變化來保持其化學環境。但只要土壤流失有機物等重要成分過多,超越其臨界值,要使土壤恢復健康就會變得非常困難。因此作為土地管理者,我們必須注意臨界值的關鍵時刻。因為人類在地球上的生存中,土壤展現生態系統服務的能力是必不可缺的。」【延伸閱讀】超級細菌能幫助植物抵抗環境壓力
疫後生態旅遊 林務局力推發展森林療癒
2021/11/25
行政院農業委員會林務局長林華慶今天在一場生態旅遊研討會中,主講「後疫情時代森活旅遊規劃與發展趨勢」,提出軸帶式森林生態旅遊,並力推發展森林療癒。   台灣生態旅遊協會舉行「新視野2021台灣生態旅遊國際研討會」,邀請國內外生態旅遊專家,探討COVID-19(2019冠狀病毒疾病)疫情影響下旅遊思維。   林華慶說,疫情影響下,2020年國內觀光據點遊客人數減少,國家森林遊樂區卻較2019年403萬人次增加38萬人次,創近5年新高,如何藉機創造兼具深度的旅遊體驗,是後疫情時代旅遊發展的重要議題,對森活旅遊而言,是危機也是轉機。   林華慶說,林務局在全台各地有18處國家森林遊樂區,總面積3萬5458.53公頃,未來將朝軸帶式擴大資源串聯,不再單點訴求,發展森林生態旅遊,期望國家森林遊樂區成為民眾參與山林活動最佳選擇場域。   林華慶提到生態旅遊應導入森林療癒,他說,所謂森林療癒,就是在專人引導下,體驗心靈與環境的結合,包括聽風聲、鳥鳴等,設計可讓身心靈放鬆與大自然接軌,讓民眾了解這種慢活式的小眾旅遊型態,不同於廉價式的蜻蜓點水,如果是3天2夜的環島旅遊,不但無法放鬆身心,還可能更疲累。【延伸閱讀】日本研究 森林浴可提升因應壓力能力   林華慶說,林務局自2019年輔導私有林發展森林療癒為林業經營的新模式,目前已輔導3處私有林發展森林療癒,獲參與民眾正面回應,呼應森林生態多元服務價值。   行政院政務委員唐鳳透過遠距致詞,他說,全球氣候正急遽惡化,對人類生活帶來嚴峻挑戰,聯合國提出永續發展目標,讓人類與地球可以共存共榮,生態旅遊是一種具有責任感的永續旅遊方式,除讓參與者享受深度的自然人文知性感性之美,也兼顧保育自然生態及觀光資源的永續利用,還可提振地方經濟,維護當地文化、凝聚社區意識。   唐鳳說,疫情改變了全世界人類的生活,台灣今年5月進入全國3級警戒,讓觀光產業受到嚴重衝擊,隨疫情漸受控制,逐步降級解封,更需要考量爆發性的國內旅遊可能對生態環境產生怎樣的壓力,如何做好旅遊地承戴量的管控,是很重要的課題。   交通部長王國材也透過遠距致詞,他說,台灣四面環海、山巒起伏,地形錯綜複雜,海拔高度變化大,加上亞熱帶氣候性,孕育豐富的物種,呈現出生態環境多樣性的特質,不管是植物、動物、海岸地質環境、海洋生態等都值得遊客探訪。   王國材說,交通部致力提供民眾優質交建設及服務,也推動生態保育與建設的平衡,例如在規劃高鐵建設時,參與水雉保育至今20年,公路總局加強石虎保護措施,高速公路局建蝶道保護紫斑蝶,觀光局13個國家風景區管理處也推出許多賞蝶、賞鳥、賞螢等多元旅遊遊程,疫情趨緩後,非常期盼歡迎各國來台旅遊。
永續林業 不分國內外
2021/05/20
二○一六年全國農業會議訂國產材自給率,十年內要達百分之五的目標,經林務局五年來的努力,透過導入國際森林驗證、資訊公開,加強社會溝通,降低伐木對環境的擾動,減輕民眾疑慮,同時從技術升級輔導到市場行銷,帶領人工林產業逐步復甦,讓國產材議題逐漸躍入媒體與民眾關注的焦點,也帶動一波國產材利用熱潮。然而,以台灣的自然環境不論國產材如何增產,勢必無法滿足社會對木材的需求,絕對需要仰賴進口。甚且因為國產材的推廣,讓民眾意識到木材的好處及價值,帶動新一波木材使用的熱潮,說不定反而增加對於木材使用的需求。   當我們關注於五%木材自給率議題,也談及永續林業,但可曾想過那九十五%進口木製產品的問題?例如:從哪裡進口?長期供應是否有問題?加上目前木材國際貿易市場,為防堵非法木材,各木材進口國均訂有木材進口管制規範,如美國雷斯法案、歐盟木材法案等,導致國際非法木材流竄於未管制國家,而台灣正是其中之一。我國目前無因應非法木材進口管制規範,但有沒有疑似非法木材進口?如何協助木材進口商確保進口合法料源…等等,這些都是木製產品進口面臨的嚴峻問題。   「糧食供應安全」是農業部門的重要考量,反觀「木材供應安全」為大眾所不熟悉。「木材供應安全」議題可分為長期穩定及合法供應兩大訴求,也就是不但要能長期穩定,更要有積極作為避免非法木材混入國內。一般作物大都在半年或一年內即可生產出來,木材則至少需要六年或更長時間方能生產出來,進口供應一旦發生問題時,將造成國內木製產品物資供應的動盪,因此如何確保高達九十五%進口木製產品穩定及合法的供應,應該受到國人及相關主管機構的重視。   在確保木材供應安全方面,韓國的做法是二○五○年海外造林地達到一百萬公頃,並且協助韓商設置海外加工廠,生產木製產品供應回國,連林業試驗機構也都投入海外造林及木材市場的研究工作,並補助大專林業科系學生到海外韓商工廠實習,這種種作為都在確保木材供應安全。被懷疑進口非法木材數量最多的大陸,亦於二○一九年十二月通過森林法修訂明確規定,任何單位和個人不得收購、加工、運輸非法來源的林木,並自二○二○年七月起施行。【延伸閱讀】聯合國森林論壇關注2030年“全球森林戰略計畫”執行進展情況   國內政府及學術單位雖已注意到國際於非法木材貿易抑止問題,並採取相關研究及準備措施,但推進速度仍嫌不足,還需要爭取社會大眾重視與進口業者的認同,加速落實相關管制規定。誠然,多一道管制措施,會增加進口成本,但對於確保避免非法木材的進口,應是社會大眾所應負擔的成本。   另外,在確保進口合法木材之餘,更應該協助相關業者在世界各地尋求長期穩定永續林業所生產的木材來源,畢竟至少九十五%的木製產品是提供給國人使用的。如何讓台灣木材進口擺脫收贓的罵名,轉而協助木材供應國家發展永續林業,讓台灣所使用的木材都是由永續林業所生產的,應是我們在台灣談永續林業不能避免的格局與責任。
日本研究 森林浴可提升因應壓力能力
2021/01/28
日本筑波大學與森林綜合研究所組成的研究團隊發現,經常做森林浴的人,因應壓力的能力可能比完全不做森林浴的人來得高。   日本讀賣新聞報導,由研究機構與大學組成的「筑波研究學園都市交流協議會」專門委員會,在2017年針對茨城縣內20多歲到50多歲的6500名男女勞動者,進行問卷調查。   這次的研究小組在調查時使用了2017年的調查資料,針對會前往山林健行、漫步及在山裡露營等「森林散步」,及在公園等地散步等「綠地散步」的頻率,調查這些行為與心理及健康狀態的關聯性。   結果顯示,回答自己每週至少去一趟森林散步或綠地散步的人,跟回答自己幾乎不去這些地方散步的人相比,因應壓力的能力約高出2到3倍。   就算每個月只去1到3次森林散步或綠地散步的人,因應壓力的能力也比完全不去的人高出約2倍。   報導指出,這篇論文已刊登在有關公眾衛生的國際期刊。研究團隊表示,這顯示定期做森林浴對健康害處少,且能有效提升壓力應處能力。   研究團隊未來將持續調查,人類親近大自然對提高因應能力的機制等課題。【延伸閱讀】生物多樣性高的森林更能長期穩定固碳
虛擬實境創造森林隨著氣候變化的直覺體驗
2021/01/15
賓州大學地理學教授Klippel說:「氣候變化的結果抽象、難以掌握,因其影響需在10、15或100年後才能顯現出來,導致難以理解、制定計劃和做決策。」為解決此問題,虛擬實境(virtual reality, VR)體驗採用廣泛的氣候變化、複雜的植被和生態等模型,創造出2050年的森林,人們可以體驗漫步、調查林木類型、下層植被以及觀察變化。   研究人員將有關森林組成與生態的資訊結合在一起,以建構類似威斯康辛州的森林。第一步是創造現有的森林,利用典型威斯康辛州森林的數據,研究人員本可以運用嚴密、確定性的規則,在森林中布置樹木;然而,他們選擇一種程序化方法,使用一組生態規則建構森林,製造更加有機、自然的感覺,樹木的排列方向和細節被隨機分配,使樹木看起來不完全相同。11月11日研究人員在《International Journal of Geographical Information Science》上發表,程序化規則幫助有效且可複製地將參數轉換為模擬森林,使用分析模型將數據轉換為建模,並與生態專家合作,以取得回饋及評估結果。為了捕捉森林的生態,研究人員使用LANDIS II—一種完善、功能強大的模型,其功能可以應對劇烈的自然災害如暴風雨、火災和洪水以及氣候變化。【延伸閱讀】新的模擬模型可更精準預測作物產量與氣候變遷對作物所帶來的影響   穿過威斯康辛州森林的虛擬步道顯現高大的樹木和下層植被,漫步者使用VR頭盔和控制器能看到森林中的樹木類型,且視野可從地面平視逐漸轉換至俯視,進而更仔細地檢視森林組成。此外,研究人員選擇基本和乾熱這兩種情境模式,遊客可利用VR來觀察林木類型和生物多樣性的變化,並將基本與乾熱情境作比較。   研究人員的目的是創造一種可以更全面、更直覺地接觸、交流未來或過去事物的媒介,在氣候變化下創建森林內在體驗的方法可以促進專家、政策制定者和民眾之間的交流,使非專家者也能看到氣候變遷帶來的變化。
以無人機建構感測器網路,監測森林之環境與生態變化
2021/01/05
感測器已用於追蹤森林溫度、濕度和光線的變化,及動植物在棲息地中的活動狀態,其有助於監測森林大火,並提供有關氣候變化和人類活動引發之影響等寶貴數據,然而在高聳的森林中攀上樹木放置感測器有其困難度及風險。   監視森林生態系統是艱鉅的任務,而無人機可協助展開部署感測器網路,以提高環境和生態數據之數量與精度,即時監測生態系統並提供保護環境所需的數據。倫敦帝國學院的空中機器人實驗室研究人員開發出一款無人機,可以將含感測器的飛鏢發射到森林等複雜環境中數公尺遠的樹木上,或是可停立於樹枝上設置感測器。該無人機配備攝影機幫助觀察辨別適合的標的,以及一種智慧材料,當加熱發射飛鏢時會改變形狀粘附在樹上,也可以像鳥一樣停歇於枝幹上,作為移動感測器自主收集數據。   研究人員在瑞士聯邦材料科學與技術實驗室(EMPA)以及校園的樹木上測試無人機,首先由研究人員控制,透過攝影機鏡頭觀察並選擇目標樹木射出飛鏢;接下來使無人機具有自主性,以測試在沒有人工指引的情況下,其在茂密森林環境中的作業狀態。然而將無人機穩定應用於森林之前,要解決許多挑戰,例如達成人為操控和自動任務之間縝密的平衡,以安全使用,同時能適應不可預測的環境。【延伸閱讀】農業製造商推出有效載重可達200公斤的無人機   研究人員的目標是引入新的設計和操控策略,使無人機在森林中有效運行,並開發可卸載機載運算的智慧機制和新感測技術,創建節能、高效的平台,期望在未來以無人機建構感測器網路,增強森林生態系統的數據,追蹤亞馬遜雨林等難以探索的生物群集。
物聯網布五防線 揪山老鼠
2020/12/31
山老鼠橫行,林務局與保七警察近年動用科技辦案,開始使用物聯網(Internet of Things,簡稱IoT)全時監控輔助偵辦「山老鼠」盜採盜伐;上月在台東關山查獲兩件盜採牛樟芝案,從畫面觀察山老鼠肩膀背包肩帶下陷程度分析,研判背包有重物,通知工作站及警方攔查逮人。科技建功,節省山林巡邏人力與辦案風險。   台東、屏東林管處轄內貴重木材多,包含紅檜、牛樟、肖楠、台灣櫸木、七里香、九芎等,都是山老鼠覬覦目標。   但山老鼠多半熟稔山區,犯罪手法日新月異,在廣闊山林與山老鼠鬥智,挑戰愈來愈大。過去警方多半鎖定可疑人車在入口埋伏,守株待兔成效不高,若山老鼠改變下山路徑,更是白忙一場。   林業單位近年開始建置設備,採物聯網監控輔助、針孔監視、車牌辨識、紅外線熱感應數位無線電防盜發報、電子觸控式壓條數位無線電防盜發報系統、無人機飛行載具等科技,山老鼠一入山,車牌就被辨識,林管人員再透過針孔分析攜帶物品變化,就算閃過前兩道系統,後方還有紅外線熱感應系統,及壓條碰觸示警;再加上無人機飛行偵查,根本無所遁行。   一名山老鼠十一月初從花蓮徒步上山,進入台東關山地區,他在山區待九天盜採牛樟芝,再改走冷門路線下山,以為神不知鬼不覺,結果栽在物聯網監控,保七總隊透過大數據資料判斷,早已鎖定他身背重物及流竄路徑,在他下山前人贓俱獲。   台東林管處管轄二五三處林班地,面積超過廿二萬公頃,相當九千座台北大安森林公園面積,處長吳昌祐說,光靠巡山員、深山特遣隊及森警有限人力疲於奔命,物聯網全時監控系統可補不足。   屏東林管處管轄三八九處林班地,面積近廿三萬公頃,除物聯網全時監控外,還配無人機空中偵查,有效克服地形障礙;四年前恆春事業區九芎盜挖案,就是透過空拍機蒐證,比對特徵確定位置,成功揪出山老鼠。   一名曾參與恆春九芎盜挖案的警員說,以前抓山老鼠飽受蚊蟲叮咬、低溫之苦,現在利用科技,資料回傳再分析,能判斷上山時間、地點,出手更精準。   根據林務局統計,近五年台東山區破獲一三九件盜採案,絕大多數都是運用科技系統輔助。   物聯網本來是一種計算設備、機械、數位機器相互關聯的系統,政府運用全時監控,可分析網路數據,如同西方電影中將現實世界數位化的情節,分析嫌犯可能的流竄路徑。除林務單位運用在林木管理,水利單位也用在淹水防災管理上,應用廣泛。【延伸閱讀】如何藉由物聯網技術之應用以解決糧食損失之問題   台東林管處處長吳昌祐表示,IoT技術運用不僅能預防盜採盜伐,也運用於林業管理、林火監控、微氣候資訊、災害防救、森林育樂及野生動物監測觀察等多種層面。依據各山區環境特性,調整儀器找到最適合的全時監控模式,最久可達半年不必更新。   他說,如巡山員或深山特遣隊調查林況時,把資料傳送到雲端,系統根據資料分析,一旦山區林木出現變化,就能根據資料判讀情況。如果記錄到台灣黑熊蹤影,也可試著分析族群數量和分布區域等。   另,水利署為掌握水情早期預警、即時應變防災,也利用物聯網架構下的智慧化感測元件與通訊模組,成為精準掌握淹水災情的新利器,在全台十四個縣市主要河川續建置。   第八河川局指出,以往災情要靠人員巡查或民眾通報,事後淹水調查只能記錄到淹水深度或高度,漲、退水及淹水歷程資訊無法記錄,難以了解水情變化,也就無法掌握全局。如今一旦水位上漲,馬上可了解大致在哪一河段,上漲幅度是否危及周邊區域,堤防是否足以因應,即時上傳資料判讀,平日每小時一筆,淹水時至少每十分鐘一筆,也開放給各縣市政府使用,規畫區域防災作法。
計算林木的耗水量並應用於精確灌溉系統
2020/12/09
1995年,西班牙發生嚴重的乾旱,農場沒有水能灌溉耕作。雖然此後沒有再發生毀滅性災難,但氣候變遷日益劇烈,仍有受乾旱威脅的可能,對於生產一年生作物的農民來說,發生乾旱將代表失去一年的工作,而培植林木作物的農民所承受的風險不只是該年的產量,甚至是長期以來的投資。   科爾多瓦大學與西班牙永續農業研究所組成研究團隊,多年來致力於改善水資源管理,以及橄欖、杏仁和柑橘等林木作物的產量極大化。其中一個研究方向立基於當環境缺水時,樹木的蒸散作用減少、樹溫提高,產量隨之減少。   在最新的研究計畫中,團隊研究了一項作物水分逆境指數(Crop Water Stress Index, CWSI),該指標是根據受水分逆境的樹木之樹溫與杏仁林的相對耗水量之間的關係。樹木的耗水量或蒸散量難以測量,但使用樹木的溫度較為容易,在最新的研究中,研究團隊首次通過實驗證明杏仁樹相對蒸散作用與CWSI指標之間的關係,因次農民可以隨時了解樹木是否維持正常消耗或蒸散約80%至90%的水,或者樹木承受的壓力很大,迫切需要提供更多的水。【延伸閱讀】橄欖園借助手機應用程式能精確的進行肥料和水資源管理   研究員解釋,CWSI指標的優勢在於,可以使用無人機或載人飛行器藉由遙測確認相對耗水量,並且可以描繪園區中不同區域的蒸散圖。在將來,衛星可能可以非常精確地在大型人工林執行這項工作。因此,利用CWSI蒸散圖可以根據不同時刻所需的水位,以不同的方式灌溉不同區域,運用最低必需耗水或當時可用的水資源使產量最大化。這項研究為精確技術的範疇,這個新系統使用最先進的技術進行最適當的灌溉,為林園的每個區塊提供準確的水量並避免浪費,目標是在最需要的地方做最有效的水資源利用。   雖然這項研究是在杏仁園進行,仍可將研究成果應用在其他木本(tree crop)作物,例如橄欖樹,其為安達魯西亞重要的經濟作物,可望解決缺水的困境。
整合衛星和社會經濟數據以改善氣候變化政策
2020/08/07
當溫度和土壤質量等因子改變時,土地的使用與人們的經濟需求也隨之改變。一項新研究由伊利諾大學厄巴納香檳分校大氣科學教授Atul Jain與博士後研究員Xiaoming Xu共同執行,並發表於<Regional Environmental Change>期刊,其顯示孟加拉於未來35至40年內將失去所有林地,並導致二氧化碳排放量增加隨後使氣候改變,此外,這項研究也量化了衛星與人口普查數據並闡明物質與經濟因素如何改變土地利用,其指出兩大關鍵因素,即土地使用狀況與覆蓋率因孟加拉的生物物理和社會經濟活動而產生改變,了解這層關係可為孟加拉和其他國家提供訂定氣候政策所需的依據,進而減緩影響氣候變化的政策。【延伸閱讀】以衛星遙測技術即時監控水域中有害藻華現象   首先,研究團隊發現從2000年至2010年,孟加拉約11%的森林已轉為栽種灌木的土地、農田和城市發展的土地。Jain表示在孟加拉東南部地區從森林變成灌木地後,導致產生極端氣候釀成災害,如乾旱和洪水,進而改變了城市與農村人口和經濟狀況。由於當地人使用森林的土地、木材和燃料資源來謀生,若透過實施簡單的政策來控制森林濫墾濫伐的情況,如道路改善,這可為人們提供另一種獲取替代燃料和生計的途徑,並不再過度依賴森林資源。另外,因在孟加拉的蝦類養殖利潤是稻穀種植的12倍,因此,2000至2010年間該國西南沿海地區的傳統農田迅速轉變成鹹水蝦塘,進而使池塘、湖泊和水庫等死水體積增加了約9%,這樣的舉動已成為一種公認的做法,然而,雨季時會爆發嚴重的洪水,迫使水產養殖業拓墾耕地為代價。此外,洪水與鹹水養殖的擴增導致土壤鹽分增加,破壞了原本以耕作為目的的土壤。因此,需要制定出鼓勵水產養殖在良好條件下發展的政策,以避免土讓持續惡化。
【增匯】生物多樣性高的森林更能長期穩定固碳
2020/02/12
隨著氣候變遷對全世界的影響逐漸增加,開發能減少化石燃料排放或增加碳固定的方式已成為各地重要政策實行方向。因為樹木在光合作用過程中會將空氣中的碳固定於樹幹中,人工造林和促進現有森林恢復是強化陸地固碳和緩解氣候變遷的主要策略。物種豐富的天然林相較於樹種單一的短週期性的人工林具有更高的固碳優勢,但尚不清楚長期存在的(商業性或非商業性)人工林與天然林之間碳捕獲和儲存的速率差異。   哥倫比亞大學(Columbia University) 則針對印度西高止山脈的森林進行研究,當地有天然林和造林相關的保護法,禁止從保護區內的單一優勢人工林和天然林中提取木材。研究人員比較了這兩種森林分別在潮濕和乾燥氣候下,捕獲和儲存碳的能力。【延伸閱讀】符合永續性的固碳系統   研究發現,柚木(Tectona grandis)和桉樹(Eucalyptus spp.)人工林的碳儲存量比天然常綠林低30-50%,但與潮濕落葉林的差異不大。人工林在濕季的平均碳捕獲率比天然林高4-9%,但在2000-2018年的旱季,人工林的碳捕獲率卻低了29%。由以上結果顯示,即使在某些情形下人工林的碳捕獲速率可以與某些天然林媲美,但人工林仍無法達到天然林的長期穩定性,尤其是在乾旱和其他氣候擾動加劇的情況下。   許多國際活動包含Bonn Challenge和Paris Climate Accord都希望促進森林的覆蓋率,以緩和暖化危機。雖然印度政府已投入大量資源恢復天然林,但在2015年至2018年間重新造林的地區中,仍有一半以上是種植五種或少於五種樹種的人工林。在植樹造林計畫中只關注少數樹種可能更為容易,但若需要提高固碳效果,還是得要促進生物多樣性的保護。相關研究發表於<Environmental Research Letters>。
聯合國糧農組織發表世界旱地最新的資源調查評估報告
2019/12/30
世界許多森林分布在旱地(dryland,或稱乾旱地區)。按聯合國糧食及農業組織(Food and Agriculture Organization of the United Nations,簡稱糧農組織FAO)於今(2019)年在第25屆聯合國氣候變遷高層峰會(High-Level Meeting on Forests at the U.N. COP25 climate summit)所發布,首份全球性關於乾旱地區的樹木及森林資源調查報告──《全球旱地之林木、森林與土地利用:第一次全球評估報告》(Trees, forests and land use in drylands: the first global assessment)所評估的內容,這些植物遍佈於全球1/3的乾旱區域中,而乾旱地區約佔全球41%的陸地面積,這些林木對於碳吸存方面具有相當程度的影響力,因此全球首次針對旱地評估的林相資源及土地利用調查報告具有極高的參考價值。【延伸閱讀】聯合國糧農組織指出於水產養殖業推動遺傳改善做法具有穩定糧食安全的潛力   評估結果首先將旱地區分為超乾燥 (hyperarid)、乾燥(arid)、半乾燥(semi-arid zone)及乾次濕(dry sub-arid)等區,覆蓋約61億公頃的土地,佔地球陸地表面積的41%,其中約11億公頃(~18%)為森林地貌。根據報告內容指出,全球約20億人、1/2的牲畜生活在其中,也提供1/3的全球生物多樣性熱點,為鳥類提供重要的遷徙據點。調查指出,以旱地為主的生態系易受缺水、乾旱、沙漠化(desertification)、土地劣化(land degradation)、氣候變遷等因素所影響,預估到21世紀末,世界旱地將增加10-23%,旱地面積的增加對於全球糧食安全、生計、人類福祉帶來嚴重的威脅。   報告指出,全球旱地中約莫18%為森林地貌,其中約一半區域的樹冠層密度(canopy density)超過70%,剩下則分別為:荒地28%、草地25%、農地14%、其他則為沙漠。   該篇報告一共蒐集來自全球共213,782個樣區,揭示全球旱地在森林覆蓋率、植被組成及土地利用等現況,這些資訊可望做為人們在因應全球氣候變遷、人類活動等情境下,規劃較適當的調適做為與減緩措施。   《全球旱地之林木、森林與土地利用:第一次全球評估報告》由聯合國糧農組織於2019年發表。詳細研究成果可參考下述報告及新聞稿連結。
最新研究顯示全木收穫的伐採作業模式不影響林業永續利用
2019/08/06
全木收穫(又譯全木採運;原文:whole-tree harvesting,同full-tree harvesting,簡稱WTH)為森林採收的作業模式之一,指砍伐及移除包含樹幹、樹枝、樹葉或針葉等有關林地地上部分。另一種作業方式為幹部收穫(stem-only harvest,簡稱SOH),指在伐採作業中僅收穫樹幹部分,將樹幹以外未利用之樹皮、樹葉等採運殘材(logging residue,又稱slash)留置於原作業林場。傳統林業經營多半認為將殘材留在林場,可提供土壤保護、養分循環、野生動物棲息等功能,為後續重新造林提供養分。然而美國密西根理工大學(Michigan Technological University)的最新研究顯示,不論是何種收穫方式,皆不影響林分產量(stand productivity)。   研究團隊以常見的人工林樹種—楊樹(aspen,Populus spp.),其收穫情況作為指標之一,觀察過去40年間,歷經不同收穫方式、不同林分(stand)的土壤肥力與伐採作業後重新造林的成效。經研究團隊前些年的研究成果與近期發現,研究團隊得以推翻了長久以來美國中西部地區約定俗成的作業方式,認為遺留在林場的殘材未必能適時地轉換為土壤養分並反映在造林的成果上。研究團隊推測,這可能是因實際作業上,全木收穫仍會在現場遺留近64%的殘材,故並字面上傳統的意義。這同樣也表示,不論採取何種作業方式,照既有的輪伐(rotation)週期,仍可永續經營林場並維持森林永續生產及穩定收穫,同時保護既有的森林資源。【延伸閱讀】最新研究發現專食性魚種較易受氣候變遷的影響而引發受脅危機   研究團隊認為,永續經營人工林的生產可被視為一種可再生能源(renewable resource),使用林木作為能源可同時避免開採及使用化石燃料所造成的額外碳排,藉此減緩氣候變遷的影響並且逐步取代燃煤與天然氣電廠。   該研究由非營利機構NCASI (National Council for Air and Stream Improvement)提供研究經費,相關研究成果已發表在<Forest Ecology and Management>。
研究發現綠化程度越高的地區所需支出的醫療保險費用越少
2019/06/28
綠地(green land)可為人們提供生態系功能與休閒遊憩功能,研究指出,生活在地區綠化程度較高的人們通常也較為健康、快樂。部分的研究更指出,都市綠化有助於減緩都市熱島效應(urban heat island)帶來的區域性微氣候改變。此外,部分的研究亦針對綠地覆蓋類型對當地社會經濟層面所造成的影響進行探討。美國伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校(University of Illinois at Urbana-Champaign)的研究團隊針對美國本土綠地覆蓋類型進行研究,希望釐清綠地覆蓋類型、覆蓋程度對美國醫療保險(Medicare)支出所造成的影響。   研究團隊主要的研究範圍以美國本土為主,按2011年美國國家土地覆蓋資料庫(National Land Cover Database)所紀錄之綠地覆蓋的類型與分布程度,將全美綠地覆蓋類型分為森林(forest)、灌木(shrub)、草地(grass)、農地(agriculture)及都市植被(urban vegetation)共5種類型。醫療保險支出則按各郡(county)進行行政區劃分,統計美國本土共3,086郡在2010-2014年分別支出之醫療保險費用,進行分析時則排除年齡、性別、種族等與社經、人口等因素。   經分析上述數據發現,綠地覆蓋類型為森林及灌木之地區,其綠地覆蓋程度與健康保險支出(healthcare expenditures)費用呈現顯著的負相關曲線,即當地的森林與灌木面積覆蓋越高,平均每人所需額外付出的健保費用越低。檢視其他綠地覆蓋類型發現,草地、農地及都市植被類型、覆蓋程度與健保支出並未呈現出明顯地關係。綜合研究結果,研究團隊推論:行政區內覆蓋越多森林與灌木,將可為年長者及行動不便者帶來更多健康與社經方面的好處。【延伸閱讀】想當都市農夫 農耕作物檢索表助一臂之力   雖然該研究目前仍屬於觀察性的結果,並未明確地證實草地、農地及都市植被對健康所帶來的好處,因此研究團隊希望能在未來補足這方面的資訊或利用更新的分析方法,對此進行更全面地研究。   該研究由美國國家森林局(United States Forest Service)國家都市社區林業諮議委員會(National and Urban Community Forestry Advisory Council)經費補助,相關研究已發表在<Urban Forestry & Urban Greening>。
以大數據解決全球植物問題之時機已成熟
2019/01/25
保護區域乃至於全球尺度的生物多樣性,一直是各國設法達成的目標。美國佛羅里達自然歷史博物館(Florida Museum of Natural History)的研究學者對這方面的議題提出呼籲,認為是時候利用長期累積的大數據解決人們長期以來的疑問:植物是如何演化並形成現在的分布?並預測未來環境受人為擾動下,植物將如何繁衍等問題。   研究人員表示,近年來,由於資料處理、演算法及硬體性能方面大幅度進展,研究人員能將生物相關的大數據,以適當的工具加以分析,解開長年來人們感興趣的議題。這些議題包括物種保育策略、預測未來物種的分布,及透過模型模擬預測物種受氣候變遷衝擊的程度等。現今,越來越新穎的量測方式,包含遙測與無人機技術,讓科學家們即時觀測與蒐集數據;此外,研究人員也可利用生物愛好者或公民科學家(citizen scientist)蒐集整理並發布在線上資料庫的客觀數據作為研究數據。藉由結合上述數據來源,研究人員便可全方位地探討生物問題,政策制定者與決策者也可依據資料庫內容或研究結果制定及推動相對應的政策。相關研究文獻已發表在<Nature Plants>。【延伸閱讀】以大數據分析都市農業未來潛能   以大數據為基礎的研究,對於釐清生物演化史、現況分布及與預測未來可能分布的範圍有其必要性。在農業方面,善用宏觀的大數據分析將有助於預測作物分布之生長界限,倘若對臺灣特有種的分布有通盤的了解,將有利於未來制定保育政策,特殊的種源在完善的保育政策下將得以保存,對日後的育種試驗有相當大的幫助。   目前國內已由農委會、中研院與科技部共同成立「臺灣生物多樣性資訊入口網」,「臺灣生物多樣性資訊入口網」匯集各界研究學者與公民科學家調查之生物分布資訊,以數位化的方式呈現於網路平台,供國人查閱。
透過生物精煉技術將木質素變成新興3D列印之複合材料
2018/12/26
木質素(lignin)是植物組織中結構複雜的聚合物,在植物體中扮演著支撐結構的重要材料,是木本植物高大、挺拔的主要原因之一,然而在林業製漿造紙上卻是主要難以去除的副產物之一,如何透過生物精煉(biorefining)技術,使木質素有效地再利用,成為農業副產物應用中不可忽視的課題。   美國能源部(U.S. Department of Energy)所屬的橡樹嶺國家實驗室(Oak Ridge National Laboratory,簡稱ORNL)開發出以木質素作為3D列印的新興材料。木質素取自闊葉木材,具穩定熔融態,該特性適合作為3D列印的射出材料。有別於傳統3D列印材料以尼龍、碳纖維等複合材料,研究團隊則是在其中混入一定比例的木質素,加入木質素的新興複合材料具有較佳的特性。在開發上,研究人員在混和木質素與尼龍後,解決原本純木質素材料易阻塞噴頭,無法順利3D列印問題,也一併克服純木質素因過高溫而發生材料降解的問題。研究人員以中子散射(neutron scattering)技術及高解析度顯微鏡觀察物體結構上的變化發現,在混入木質素的新興複合材料似乎較光滑且可塑性提升。研究更進一步發現,若在複合材料中混入40-50%的木質素與4-16%的碳纖維,將具有更順暢的3D列印速度及造出結構更堅固的3D列印產物。【延伸閱讀】魚鱗能作為可穿戴式裝置開發的永續性原料   美國能源部橡樹嶺國家實驗室的這項發明與研究,顛覆木質素在傳統上被視為廢棄物的看法,由利用率低的木材副產物,轉變成當紅的複合材料。該研究由美國能源部資助,相關研究成果已發表在<Science Advances>,有關發明正在美國提出專利申請,或許在不久的將來,新興3D列印複合材料將徹底改變人們未來的生活。
保護區之劃設有助於減緩生物面臨氣候變遷之衝擊
2018/12/05
在全球暖化的影響下,物種隨著氣溫逐年暖化,產生分布上的變化,原生物棲地由低海拔及低緯度地區逐漸轉移至高海拔及高緯度地區。除氣溫造成棲地分布變化外,人為活動干擾下,造成的棲地破碎化(habitat fragmentation),將破壞原有族群的分布;嚴重開墾下將永久造成棲地喪失(habitat loss),物種將因此面臨滅絕的風險。為保護遺傳多樣性、物種多樣性及生態性多樣性在內的生物多樣性,各國政府陸續設立各式國家公園或自然保留區,以臺灣為例,我國依主管機關轄下區域及用途,依不同法源設立6種自然生態保護區,包括國家公園、國家自然公園、自然保留區、野生動物保護區、野生動物重要棲息環境及自然保護區,藉以減緩人為活動對保護區物種造成之衝擊。    自然保護區的劃設,除減少人為直接影響外,赫爾辛基大學芬蘭自然史博物館(Finnish Museum of Natural History, University of Helsinki)的研究團隊經過長期觀察下,發現當全球面臨氣候變遷的衝擊時,自然保護區的劃設對於保護區境內鳥類物種多樣性帶來正面的影響,達到物種保育之目的。研究團隊自1970年代起至近年,統計保護區內及保護區外的鳥類物種豐富度(species abundance,即同種鳥類之個體數),並將鳥類分成北方種與南方物種兩群進行長年觀察。研究結果發現,北方物種在全球暖化的衝擊下,保護區內的物種豐富度在幾年後,仍舊高於保護區外,且北方物種的分布南界與1970年代相同,並無明顯受全球暖化的影響;而對南方物種而言,北方保護區提供部分原本棲息在保護區外的南方物種北遷的機會,成為南方物種目前的新棲地。這項以鳥類為研究對象的結果顯示,保護區得以維持南北兩群物種的豐富度,北方物種不受人類活動及氣候變遷之衝擊,南方物種也得以在緯度較高的保護區內拓殖新棲地。【延伸閱讀】海洋暖化將影響美加地區捕撈漁業   臺灣是生物多樣性高且擁有許多特有種的地區,許多野生動物棲息在農委會林務局掌管的自然保護區中或內政部營建署轄下的國家公園內,主管機關如何對區內有效經營管理,將是維持臺灣生物多樣性、自然環境永續經營的重要關鍵。該研究的發現,能做為將來保護區劃設或重劃的參考依據之一。   該研究由赫爾辛基大學芬蘭自然史博物館、芬蘭自然及獵物管理信託(Nature and Game Management Trust Finland)與芬蘭國家公園森林管理局(Metsähallitus, National Parks Finland)共同合作,相關研究成果發表於著名的生態學期刊<Global Change Biology>。

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