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長期社會生態核心觀測站 (LTSER) 翡翠站

Updated: May 17, 2023

撰寫人:國立臺灣大學地理環境資源學系 教授 黃誌川


臺灣山地佔了全島面積三分之二,提供多項生態系服務維持人類社會發展,其中山地集水區與水庫更是臺灣水資源命脈、原住民族傳統領域、溫帶水果與茶葉的主要產地。臺灣山地集水區因獨特的地理條件演化出的生態系有許多特色,舉例而言:颱風的侵襲使得相同的樹種在臺灣的生長速度偏快但樹高偏低;水生生態系因為河道狹窄、崎嶇,導致河水停留時間偏短致使河川的淨生產力偏低。這些生態系統上的特色都凸顯了臺灣山地集水區的獨特性與敏感性,仍待更完整的科學研究。


然而密集的山地農業在過去40年來蓬勃發展於各個水庫集水區中,造成嚴重的優養化與生態衝擊(吳俊宗,2003;黃正義等,2001 ),並在無形中提高了自來水處理成本(林鎮洋,2009 )。在面對土地利用改變、水文變化、氣候變遷、外來種入侵與人類活動等多種環境變遷的衝擊下,都將導致其生態系受到不同程度的威脅 (e.g. Calvache et al., 2012; Liu et al., 2016; Zurlini et al., 2006)。然而全盤禁止開發與利用除了無法有效執行外,也可能遭致大規模反彈。因此,調和出有效利用水資源、保護生物多樣性與維持生態系服務的永續發展路徑是達成永續發展目標的重要課題。


緣此,國科會將「長期社會生態核心觀測站」(LTSER) 納入共用核心設施項目推動,透過長期觀測的社會-生態系統資料與研究,不僅可以深入了解臺灣的人地互動、更能提供環境生態議題與堅實治理的知識基礎,其核心觀測站更具資源共享、深化研究之價值,有助引導社會邁向永續。因此,國立臺灣大學結合林業試驗所與中央研究院的研究團隊,針對肩負首都生活圈600 萬居民民生用水的台北水源特定區,聯絡特定區內公、私部門利害關係人,共同規劃的「台北水源特定區森林茶園社會生態系統核心觀測站」,簡稱翡翠站(圖1)。


圖1、台北水源特定區範圍與社會生態系統核心觀測站點

翡翠站的範圍同時也是北部包種茶重要產區(北勢溪)以及泰雅族的傳統領域(南勢溪),然而近年來受到愈發嚴峻的氣候變遷與人口老化(圖2、圖3)是本區面臨的重大挑戰。以坪林地區為例,高溫日數在近10年急遽增加,暖化也造成降雨分布極端化,近30年的統計資料顯示,冬季降雨有稍微遞增的趨勢,但春季降雨則呈顯著的遞減趨勢,而這兩個季節正好是茶業生產流程中最需用水的時節(圖4);在人文環境方面,嚴重的少子化與人口老化已是全台普遍的現象,在坪林茶鄉更是如此,勞動力嚴重缺乏的狀況,也讓近幾年茶葉的收穫面積與產量逐漸下降(圖5),雖然臺灣的茶葉得以藉著生產技術提高品質與單價,但仍無法抵銷產量下滑所造成的產值削減。


圖2、坪林自然環境的挑戰(氣象局統計資料,2022)
圖3、坪林人文環境的挑戰(內政部統計資料,2022)













圖4、坪林區慣行耕作茶葉生產流程(水特局調查資料,2008)
圖5、坪林區歷史茶葉產量、產值與收購價格變化(農委會統計資料,2022)

有鑑於此,本研究團隊以北勢溪支流的金瓜寮集水區為基礎,架設觀測站(觀測農林複合生態系),並搭配中研院既有的水庫大壩站(觀測湖泊生態系)與林試所福山試驗集水區(觀測自然森林生態系),提供即時氣象與水文資料。儀器以收集水收支與能量收支的相關參數為主,搭配每週採集雨水、地下水、不同深度之土壤水並分析氫氧同位素、陰陽離子與有機碳氮濃度等營養鹽收支相關參數為輔,期能瞭解物質、能量在此三系統間的流動特性(圖6)。


圖6、台北水源特定區森林茶園社會生態系統核心觀測站藍圖與儀器介紹

自2022年起,研究團隊致力於福山試驗林測站內的現有觀測儀器穩定性測試與採樣策略的重整,已正式開始累積資料。同時,目前資料已能與林試所共享,待資料查核並確認流程後,期望能於2022年12月開始上線提供服務。翡翠測站在中研院的協助下,已完成壩前庫區自動儀器資料的資料收集流程。而新設的金瓜寮上、下游測站已經完成建置並通過測試,並於7月開始採樣,待資料累積充足後,期望在年底於網站提供服務。另外,這三個測站已經在關鍵帶探索網絡 (Critical Zone Exploration Network, CZEN)註冊,藉以增加觀測站國際曝光率。



長期社會生態核心觀測站是一種新的嘗試,採用以地方為本的固定樣點累積各方面的基本資料並利用現有資料來彰顯臺灣某類典型生態系統以擴大影響力。迄今為止,我們的主要工作成果除了完成實體核心測站的建置,也已初步完成網站架構以供作為資料服務與水特區資訊整合平台,以達成LTSER中的服務需求為目標。同時持續累積現有二手資料(如土地利用、植被與土壤調查更新)、與各單位的介接與呈現(包含水利署、氣象局、農委會、TCCIP、內政部……等各所屬自然與人文背景資料),未來也將透過公民科學研討會、生態系服務工作坊、邀請國際團隊參訪,加強國內外的合作交流,提高觀測站視野與亮度。雖然,人文社會與自然科學的跨域與融合還沒有很清晰的理論與實務的作法,長期社會生態核心觀測站將自然系統的科學與人文社會系統的認知作同步、共好的連結嘗試,藉以反映已有或潛在社會需求,將有助於尋找更佳的集水區永續經營路徑進而樹立典範。


參考文獻

  1. 吳俊宗(2003)。翡翠水庫藻類與水質關係之長期監測(III)。台北市政府(PG9206-0258)。

  2. 林鎮洋(2009)。翡翠水庫上游集水區茶園非點源污染最佳管理作業。經濟部水利署(MOEAWRA0980069)。

  3. 黃正義、張添晉、陳孝行(2001)。翡翠水庫集水區巫然源對水質影響之研究。經濟部研究發展委員會(PG9004-0077)。

  4. 水特局(2008)。北勢溪茶園施肥用藥對水資源衝擊改善對策研擬。

  5. 環保署。全國環境水質監測網。https://wq.epa.gov.tw/EWQP/zh/EnvWaterMonitoring/Reservoir.aspx

  6. 中央氣象局。觀測資料查詢CODiS。https://e-service.cwb.gov.tw/HistoryDataQuery/index.jsp

  7. Calvache, M.F., Snatos, R., Antunes, P., Santos-Reis, M. (2021). Long-term monitoring of Mediterranean socio-ecological systems, Agroforest Syst. 95: 459-473.

  8. Liu, H.L., Willems, P., Bao, A.M., Wang, L., Chen, X. (2016). Effect of climate change on the vulnerability of a socio-ecological system in an arid area. Global and Planetary Change, 137: 1-9.

  9. Zurlini, G., Riitters, K., Zaccarelli, N., Petrosillo, I., Kones, K.B., Rossi, L. (2006) Disturbance patterns in a socio-ecological system at multiple scales, Ecological Complexity 3: 119-128.

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