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藍碳研究最前沿

建立海草生態系碳匯量測方法學及本土碳匯係數研究計畫林幸助終身特聘教授

國際上最夯的趨勢話題之一藍碳,你追上了嗎?在近一步討論藍碳(Blue Carbon)之前,還有另一個名詞必須先瞭解,那就是碳匯(carbon sink)。所謂碳匯,是指儲存二氧化碳的地方,不管是自然環境,或者是人造場域,只要能夠吸收二氧化碳並且儲存,都可以被稱為碳匯。由於溫室氣體(如二氧化碳)的增加,是全球暖化和氣候變遷的主要因素——這些氣體在大氣中積累,吸收和再輻射地球表面散發的紅外輻射,導致了溫室效應。而碳匯的主要作用就是吸收和儲存二氧化碳,有效減少大氣中二氧化碳濃度,並且防止這些氣體重新釋放到大氣中,達到溫室氣體減量、降低溫室效應的效果。

圖說:海草是海洋中不可或缺的植物,也是海洋碳匯中的重要成員

探索藍碳,海洋碳匯的重要性

目前的三大碳匯,包含綠碳(森林碳匯)、黃碳(土壤碳匯)以及藍碳(海洋碳匯)。藍碳是指在海洋和沿海生態系統中,植物和土壤所儲存的碳,這些生態系統包括紅樹林、鹽沼和海草床。長期專注於海洋生態、資源評估及自然碳匯等研究領域的林幸助教授指出:「藍碳生態系統在碳吸存和儲存方面具有強大的潛力,特別是在海草床和紅樹林方面,顯示出極高的碳儲存能力。」

藍碳的研究在國外行之有年,但是在臺灣,卻遲遲沒有一套方法學。為了提升臺灣海草生態系統碳匯研究的科學性和應用價值,林教授啟動了「建立海草生態系碳匯量測方法學及本土碳匯係數研究」計畫,希望可以結合自己長久以來對臺灣海草以及濕地的碳匯能力研究,為臺灣 2050 淨零排放的目標,以及氣候變遷策略的制定,提供有力的支持。

為臺灣的海洋碳匯建立方法學

林教授的研究目的是制定一套適合臺灣本土環境的碳匯量測標準方法學,以精確量化臺灣海草生態系統的碳吸存能力。為了達成這個目標,林教授在研究計畫中指出,他和團隊的第一步是,調查和記錄臺灣及周邊離島的海草棲地空間分布情形,為碳匯量化提供基礎數據。有了這樣的基礎後,林教授和他的團隊才能進一步發展出適用於臺灣濕地及海草床的碳儲存量測方法。他們整合國際和本土的研究資料,雙管齊下,找出最佳的方法學,並建立碳儲存量和碳匯變化的評估模式,以便更有效地追蹤和管理碳匯動態。當然,林教授和團隊也透過這個計畫,建立起一套長期的監測機制,持續追蹤濕地和海草床的碳儲量變化,確保數據的持續性和精確性。

圖說:中都濕地公園。

臺灣海草床分布地點及面積
臺灣海草床分布地點及面積
分布地 所屬縣市 海草物種
(112 年)
面積(ha) 相較 108 年面積變化
112 年 108 年 公頃(ha) 百分比
香山 新竹市 甘草 0.211 0.180 +0.031 +17.2%
高美 臺中市 甘草 0.010 0.071 -0.061 -86.5%
白水湖 嘉義縣 貝克氏鹽草、卵葉鹽草 0.768 1.560 -0.792 -50.8%
好美寮 嘉義縣 貝克氏鹽草 1.345 1.480 -0.135 -9.1%
七股 臺南市 貝克氏鹽草 0.178 1.180 -1.002 -84.9%
肚仔坪 屏東縣 泰來草 0.496 - (+0.496) -
衫福 屏東縣 單脈二藥草、泰來草 0.028 - (+0.028) -
蛤板灣 屏東縣 泰來草、單脈二藥草 0.140 0.100 +0.040 -
海口 屏東縣 線葉二藥草、泰來草、單脈二藥草 9.122 4.380 +4.742 +108.3%
萬里桐 屏東縣 泰來草 0.015 0.015 0.000 0.0%
南灣 屏東縣 泰來草、單脈二藥草 0.396 0.247 +0.149 +60.2%
大光 屏東縣 泰來草、單脈二藥草 0.942 0.556 +0.386 +69.5%
綠島 臺東縣 泰來草 0.298 0.381 -0.083 -21.8%
鎮海灣 澎湖縣 單脈二藥草、卵葉鹽草 62.52 25.30 +37.220 +147.1%
沙港 澎湖縣 卵葉鹽草 0.099 0.246 -0.147 -59.7%
重光 澎湖縣 單脈二藥草、卵葉鹽草 0.084 0.015 +0.069 +462.4%
吉貝 澎湖縣 卵葉鹽草 0.051 - (+0.051) -
貴林 - 中墩 金門縣 卵葉鹽草、甘草 0.059 0.103 -0.044 -42.5%
浯江溪口 金門縣 甘草 0.313 0.472 -0.159 -33.6%
慈湖 金門縣 甘草 0.045 0.067 -0.022 -33.0%
南沙 高雄市 泰來草、單脈二藥草 25.000 25.000 0.000 -
東沙環礁 高雄市 泰來草、圓葉水絲草等 5,420 7,716 +2,296 +42.4%
總共 7,818.12 5,480.85 +2,337.27

* 全臺灣 22 個海草床分布調查點及面積統整。林教授認為,全台灣還有復育海草床的空間,日前更提出草案,如果復育成功,將大幅增加台灣的自然碳匯量。

經過研究,林幸助教授和團隊針對植物碳吸存量、沉積物碳儲量變化量、本土海草床碳匯量測方法、海草植物體碳庫碳儲存量、海草沉積物碳儲存量、紅樹林植物體碳庫、紅樹林枯落物估算碳匯等面向,都找出了一套適合臺灣環境的研究和測量方法。以海草植物體碳庫碳儲存量來說,林教授和團隊是在選定的樣區內,收集代表性的海草物種,包括地上部和地下部。這些樣本被帶回實驗室進行乾燥處理,然後測量乾燥後的重量,計算出每平方米的海草生物量。接著,對乾燥的海草樣本進行有機碳含量分析,以確定每單位生物量中的碳含量百分比。將生物量數據與有機碳含量相結合後,就能計算出每平方米的海草植物體碳儲量,再換算成每公頃的碳儲量。研究結果顯示,不同地區和海草物種的碳吸存速率有所不同。以潮間帶的海草床為例,植物體碳吸存速率為 2.93 至 6.22 公噸碳每公頃每年,而東沙亞潮帶區域的海草床碳吸存速率則為 14.73 公噸碳每公頃每年。

在紅樹林碳匯能力方面,林教授認為:「紅樹林是目前所有藍碳生態系統中碳儲量最高的,碳吸存速率為 12.81 至 25.07 公噸碳每公頃每年。」這主要是因為紅樹林植物的木本特性,還有紅樹林的根系在沉積物中,所以能夠有效地將碳固定在植物體和土壤中,並且長期保存。因此,透過「建立海草生態系碳匯量測方法學及本土碳匯係數研究」計畫,林教授也找到了一套測量紅樹林植物體碳庫的方式。首先,林教授和團隊要先測量每棵紅樹林樹木的胸徑和高度,將這些數據帶入異速生長方程式中,計算出每棵紅樹林樹木的生物量(包括地上部和地下部)。然後,將收集的生物量樣本帶回實驗室,進行乾燥處理後測量其乾重,並進行有機碳含量分析,以確定每單位生物量中的碳含量百分比。

海草碳匯量測方法學
臺灣海草床分布地點及面積
排放係數(碳匯係數)項目 是否需要計算 Tier 2-3 計算方法
植物體碳庫 - 地上部 ▲ 澳洲清冊沒計算,臺灣因亞潮帶海草多須納入計算 碳庫差分法 -
  1. 帶狀型葉片:戳針法
  2. 非帶狀型葉片:綁線法
植物體碳庫 - 地下部 ● 重要碳匯項目 碳庫差分法 -
  1. 水平莖:綁線法
  2. 垂直莖:葉間期計算
死有機碳庫 ✖ 一般不計算,僅在底表死有機質層明顯時計算 碳庫差分法
土壤碳庫 - 沙質土壤 ● 重要碳匯項目 碳庫差分法 -
  1. 用營釘量測地表高程變化
  2. 無法計算高程變化時,需計算表層各層土壤碳庫變化
土壤碳庫 - 泥質土壤 ● 重要碳匯項目 增減法 - 計算植物體分解後,對土壤碳庫的貢獻
非二氧化碳溫室氣體排放 - 甲烷 ✖ 一般不計算,僅在鹽度 < 18psu 時計算 通量法 - 密閉罩蓋法
非二氧化碳溫室氣體排放 - 氧化亞氮 ✖ 一般不計算,僅在營養汙染時計算 通量法 - 密閉罩蓋法

* 林幸助教授提送環境部審查之海草碳匯量測方法學。教授認為,推動海草復育的第一步,必須先建立方法學。

什麼是異速生長方程式(Allometric Growth Equation)?
異速生長方程式是一種用來描述生物體不同部分之間的生長比例關係的數學模型。這種方程式通常用於生態學和生物學研究中,以估算植物或動物的生物量(biomass),特別是在無法直接測量整個生物體的情況下。
異速生長方程式基於一個簡單的假設:生物體的某一部分(如樹幹的直徑或高度)與整個生物體的總質量之間存在一定的比例關係。這種關係通常可以用一個冪函數來表示,形式如下:
𝑌 = 𝑎 ⋅ 𝑋𝑏Y = a ⋅ Xb
其中:
𝑌Y 表示生物體的某個生長特徵(如生物量、碳儲量等)。
𝑋X 表示生物體的另一個可測量的特徵(如直徑、長度、高度等)。
𝑎a 和 𝑏b 是經驗常數,需通過實驗數據進行回歸分析確定。
藉由異速生長方程式,只需測量少數幾個生長特徵(如直徑和高度),就可以估算整個生物體的生物量,因此特別適用於各種生態系統和生物體,特別是在大規模調查中,可以節省大量時間和人力。
「海草復育」以及「紅樹林植林」溫室氣體減量方法草案
臺灣海草床分布地點及面積
活動 子活動 受影響植被類型
與二氧化碳排放量和吸收量有關的活動
紅樹林的森林管理實踐 種植、疏伐、收成、木材清除、薪柴清除、木炭生產 紅樹林
抽沙 挖掘以建設港口、海港和碼頭;填充或疏浚以提高土地高程 紅樹林、潮汐鹽沼、海草床
水產養殖(結構) 紅樹林、潮汐鹽沼
曬鹽生產(結構) 紅樹林、潮汐鹽沼
排水 水產養殖、林業、減蚊 紅樹林、潮汐鹽沼
再濕潤,植被恢復和重建 透過恢復水文和重建植被,從排水土壤轉換為飽和土壤 紅樹林、潮汐鹽沼
未排水土壤的植被重新建立 海草床
二氧化碳排放量和吸收量有關的活動
水產養殖 水產養殖的氧化亞氮排放 紅樹林、潮汐鹽沼、海草床
再濕潤土壤 恢復水文狀態後改變為自然植被的甲烷排放 紅樹林、潮汐鹽沼

* 「海草復育」以及「紅樹林植林」溫室氣體減量方法草案,將兩者納入我國海洋藍碳碳匯量計算準據,以納入國家溫室氣體排放清冊及碳權認證。

圖說:林幸助教授(後右)參加 2023 年海洋生物研習營,和來自各方的教授學者,一起量測澎湖當地的海草碳匯與生物多樣性。

藍碳 Can Help,迎接 2050 淨零排放

林教授和團隊的「建立海草生態系碳匯量測方法學及本土碳匯係數研究」計畫,為臺灣海草生態系,提供了適用的碳匯量測方法學。而這套方法學的建立,更為量化全臺灣的海草碳匯提供了科學基礎,有助於將這些數據納入國家溫室氣體清冊,提升科學管理的準確性和可信度,更是主管機關在政策制定和管理時,最有力的支持。

林教授長久以來的研究生涯,全然的投入自然生態監測與調查,這是因為他很清楚這些第一手收集來的資料,經過長期累積以及分析之後,能帶來多少能量和改變。透過這次的計畫,他也推動了長期監測機制的建立,將有助於持續追蹤海草藍碳生態系的變遷,確保每一筆資料連續性和精確性,為未來的研究和管理,提供更穩定的數據來源。同時,林教授亦大力促進國內外藍碳研究的合作與經驗交流,將研究過程以及成果,透過國際會議和國際合作向全球展示,一方面提升整體研究的質量和國際競爭力,另一方面也是為全球共同遭遇的氣候變遷問題,從藍碳研究的發展角度,盡一份心力。林教授和團隊用行動詮釋了科學研究對環境保護的影響,並為臺灣,以至於全球的藍碳研究,提供了寶貴的經驗和成果。

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