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以地景尺度生態系服務評估
建構地面型光電之社會生態系統整合治理

本整合型計畫以嚴謹科學方法並應用最新發展技術,收集各項生態系服務數據,建立地景尺度的評估架構,設計不同地面型光電場設置情境,進行社會經濟評估,評估光電場設置對社會生態系統的影響,並依太陽能光電場設置情境,結合各方利害關係人,與利害關係人共同規劃設計、共同執行研究工作,共同傳遞與擴散知識,使研究結果能與真實之治理過程結合,並促成知識、政策與治理間之反覆互相回饋修正,以促成較佳之治理結果。從鑲嵌地景尺度切入,探討地面型光電場設施對土地利用方式造成的可能變化,進而評估地面型光電場對此區域生態系服務及居民生活的影響,並達成以下目標:

  1. 建立地景尺度之生態系服務評估架構

  2. 建立生態社會經濟評估架構

  3. 建立社會生態系統整合治理模式

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以高光譜影像評估土地利用型態對植物多樣性之影響

研究成員:孫義方

植物作為生產者是異營性生物的資源及能量來源,植物多樣性決定野生動物棲息地的品質,包含該地是否能提供食物來源及其躲避天敵的場所,其變化同時也會影響入侵物種或重要關鍵物種,如傳粉者或種子傳播者的族群變化。所以了解樣區的植物多樣性是研究該區生態系服務最重要的基礎,一個地區的生態系服務功能,如碳、水收支及土壤功能都受到該地植物多樣性的直接影響。
地面型光電的設置必須移除該區大部分或全部的植被,若能在建置初期考量光電場位置與周圍生態的影響,選擇影響最小的區塊進行建設,將能有效降低對環境造成影響。另外,光電場造成的邊緣效應會直接影響森林的光照、濕度、土壤水分等,這些改變會影響周邊植物的生長、死亡、繁殖物候期、棲息地品質及固碳能力。
植物會吸收及反射太陽光,而其反射光譜受到葉片的化學組成、含水量、葉片結構等影響,具有代表物種獨特性的「指紋」,可以當作判定物種的依據。多光譜影像含有細緻且豐富的光譜資訊,用來辨識樹種及地物。本研究使用無人機搭載高光譜影像儀拍攝高光譜影像,快速及準確地取得研究區域的植物多樣性及生物量資料,作為樣區碳、水收支及土壤生態的基礎資料。

土地利用型態改變對鳥類分布的影響

研究成員:許育誠

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以土壤品質指標評估土地利用變遷下的土壤生態系服務

合作研究⼈員:王巧萍

傳統的慣行農業操作方式,常導致農地土壤功能下降,如單一作物種植會降低生物多樣性、氮磷肥料過剩所導致的優養化、農藥施用的污染與人為健康風險,以及氮肥過量導致溫室效應氣體N2O排放等,使得土壤生態系服務限縮在生產力和地景文化功能。傳統慣行農地轉作為光電場,可能會降低前述的負面風險,但是缺少準確的科學研究評估。其光電場本身可能帶來的污染疑慮、建場工程時土壤密實化、蓋光電板缺乏植物多樣性與微氣候改變影響生物多樣性和土壤碳吸存功能,也都需要實際量化的科學數據。
本研究的主要是由試驗地土壤理化與生物性質調查結果,發展多重屬性土壤品質評估模式,土壤生態系服務的量化模型及建立地景尺度高光譜土壤健康指標。提供模擬地面型再生能源政策在土地利用競合時土壤功能消長的參數,也作為未來土壤的適應性經營基線。此外,雖然光電場的重金屬污染水土疑慮,主要多發生在光電板老化或廢棄後的不當處置,但卻是民眾極為關切的議題,因此我們亦將進行場址土壤重金屬監測。
目前花蓮只有小規模已建構完成之光電場,未來將針對新建場區建造前、工程中、營運後,進行土壤功能的動態研究,以利模擬情境更貼近時空變化之真實性。

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地景尺度碳水收支模擬平台的建立與應用

研究成員:張世杰

本研究將提供碳收支與水文收支相關的生態系服務。產生這兩類生態系服務數據的方法為生態系模式的情境模擬,因此本計畫將建構地景尺度的植被生長模擬平台。此平台建構完成之後,也將用於與總計畫較無直接關係的其他情境模擬,以探討如氣候變遷、颱風擾動、以及經濟林經營對地景尺度碳水收支的時間空間格局影響。簡而言之,本計畫的研究由以下3 個部分組成: 

  • 建構地景尺度植被生長模擬平台 

  • 提供總計畫關於不同光電場設置情境的碳、水收支空間分布格局 

  • 進行氣候變遷、颱風擾動、以及經濟林經營的情境模擬 

本研究工作以地景尺度生態系模式模擬為主軸,並以野外現地量測來取得必要的模式參數和驗證模擬結果。針對壽豐溪、花蓮溪、清水溪以及台9線之間海拔500m以下區域的主要土地利用類型,本研究預計分別採用不同的模式來進行模擬。針對天然林,以2維空間植被模式進行模擬,使種子傳播和自然演替得以進行。預計使用的模式有3個,分別是模擬個體(individual-based)生長的iLAND、以同齡層(age-cohort)為單位的LANDIS-II,以及以功能群為單位的FORMIND。針對人工林的模擬,則預計以1維生態系模式進行模擬,包括BIOME-BGC和FORCAST Climate。
農作物的生長,則預計使用APSIM和DNDC。
"以高光譜影像評估土地利用型態對植物多樣性之影響"調查獲得的現生天然林植被組成,將做為天然林模擬的邊界條件。模式所需的植物生活史及生理生態參數將以文獻資料為主要來源。在進行參數敏感度測試之後,較為敏感的植物生理生態參數將在條件許可下,由本計畫自行量測取得。模式所需的土壤物理化學參數將由子計畫3 "以土壤品質指標評估土地利用變遷下的土壤生態系服務"量測提供。至於天然林模式的驗證工作,將以子計畫1的植被組成、子計畫3的土壤碳存量、以及本計畫於天然林量測的土壤呼吸來進行。在平地森林(人工闊葉林)的模擬工作,樹種各項參數的取得方式同前,而大農大富平地森林通量塔提供的生態系淨CO2交換量(Net ecosystem exchange)和蒸發散量,將可作為驗證之用。至於農地模擬的驗證,將以農政單位的農產資料來進行。
模式的調校和驗證完成後,本研究後半部所需要的地景植被模擬平台即可運作。本計畫除了提供現況的碳通量、碳存量、以及水分通量基線地圖(Baseline map),此模擬平台將依總計畫的規劃,進行土地利用變遷(目前主要為太陽光電場的設置)的情境模擬。除此之外,本計畫也將進一步進行氣候變遷、颱風擾動、以及伐木的情境模擬。部分模擬產出的地景尺度碳通量、碳存量、水文收支,將作為子計畫6 "地面型光電發展對土地利用模式改變之社會接受度與經濟衝擊評估"的經濟投入產出分析之用。而模擬所得的植被組成,則是子計畫2 "土地利用型態改變對鳥類分佈的影響"和子計畫5 "地景變化對授粉服務之影響評估"的動物棲地及遷徙研究所需的基礎資料。 在子計畫7 "地面型光電、生態保育及農業之競合:建立社會生態系統整合治理之新典範"綜整所有生態系統以及社會經濟系統研究結果,進行了治理和政策的可能調整後,若產生了土地利用的不同情境,則本計畫將執行相對應的情境模擬。

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地景變化對授粉服務之影響評估

研究成員:陳毓昀

授粉服務為重要的生態系調節功能,對生態系統健康與農業生產至為重要。由於大部分開花植物,包括許多作物,都依賴動物作為授粉媒介,土地利用配置變化對傳粉者組成及活動之影響將會改變一地區的授粉服務強度。
本計畫將在共同樣區及研究區內,利用野外實驗評估區內各種土地利用型態下之授粉服務強度,並將這些資料與研究區域內影響傳粉者的地景特徵(如植被特徵及其與樣點的距離、花源豐富度及其距離、植被多樣性、溫度與濕度等氣象因子等)進行迴歸分析,取得參數,作為全區域授粉服務預測之用。初步分析取得之參數及迴歸分析之模型將持續以新增之野外實驗數據予以修正,以其提高推估值之準確度。修正模型及更新參數的資料將由兩個方式取得:

(1) 於共同樣區外設定新樣點,再次進行授粉服務評估實驗所得,(2) 待新的光電場設置後再次於原樣區及其周圍以野外實驗取得。
在整合計畫中設置了六種太陽能光電場情境(S0-S5),模擬不同情境下,各項生態系服務的變化、評估每種情境的生態系服務變化,並進一步整合各項生態系服務。我們將依土地利用型態之實際狀況,進行情境模擬。情境模擬將聚焦於光電場設置方式(集中或分散)、面積大小(100公頃或250公頃)、及土地類型(造林地及農地)。這六種情境分別描述如下:

  • 維持原狀(S0):此情境為不設置光電場,依現在土地利用狀況推估各項生態系功能。此情境可以作為對照組。

  • 光電場設置集中於平地造林區域,分為100公頃(S1)及250公頃(S2)兩種面積大小。我們將依照平地造林的實際分布狀況,設置100公頃或250公頃之光電場。全區完整且連續的平地造林區塊有兩塊,均約100公頃左右。S1將挑選其中一塊設置,S2將使用兩塊區塊。不同設置方式會改變網格之各項生態系服務數值,進而改變該生態系服務之全區數值。

  • 光電場面積與前項相同,但分散設置於平地造林區域,以10公頃為單位,分別設置10 個10公頃光電場(S3),或25個10公頃的光電場(S4)。

  • 光電場設置面積擴大為500公頃,但其中一半(250公頃)集中設置於平地造林區,另一半集中設置於農業區(S5)。

根據以上光電場配置情境,本計畫將利用上述之模型及參數估算花蓮縣鳳林鎮壽豐溪、清水溪、花蓮溪以及台9線之間1900公頃區域的授粉服務強度。我們將模擬並評估各情境下的地景變化對授粉服務的影響,以為生態系服務評估之用。這些資訊將提供各領域權益關係人對未來願景討論之參考。

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地面型光電發展對土地利用模式改變之社會接受度與經濟衝擊評估

研究成員:李俊鴻

在面對平衡再生能源發展與民眾對能源的需求(怪怪的,及生態保育與糧食生產的平衡下,人類賴以維生的土地生態系統功能,如何在土地利用改變下尋求公眾能接受的模式與配置,並獲得相對的經濟福利價值,即為政府與各界亟欲探究的課題。因此,本計畫即在生態系服務服務功能與社會經濟福祉交互影響的概念下,配合目標建構出地面型光電發展對土地利用模式改變之社會接受度,與經濟衝擊的概念性評估架構。其次,將分析社會接受度的影響因素與土地利用的偏好,並從空間異質性的角度,探討不同區位與聚落特性,在社會接受度及土地利用模式偏好上之差異,並推估出不同土地利用情境下的經濟福利效果。

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地面型光電、生態保育及農業生產之競合:建立社會生態系統整合治理之新典範

研究成員:戴興盛

我國目前涉及地面型太陽光電發展的治理體制(含機制與組織),在理論層面與實務層面顯現基本的缺失,以致於造成重大之治理缺口,從而導致能源轉型過程之延宕甚或失敗可能,或導致在環境、經濟、社會層面的重大負面衝擊。另一方面,在鑑別治理缺口的同時,在臺灣現實脈絡下,應該結合整合計畫的研究成果,以整合之社會生態系統治理模式,改善研究個案之治理過程,並獲得較佳之治理結果,並反饋至我國一般性之再生能源治理體制,使再生能源之發展得以和生態保育、農業生產之目標協調並進。
本計畫的核心工作為處理地面型光電、生態保育、農業生產競合所涉及之整合性社會生態系統治理議題。
協助釐清研究議題之治理脈絡,並與其他子計畫、多方權益關係人共同界定議題範疇與規劃研究計畫。在計畫執行過程中,協助整體計畫與多方權益關係人共同合作進行研究工作,共同尋求問題之系統性解方。並且共同合作展現與擴散計畫研究成果,推動社會對話與社會學習,將研究發現反饋至治理過程,使研究結果得到實質之社會影響力。
以建立地面型光電發展之社會生態系統整合治理模式為目標,研究地面型太陽光電議題在花蓮地區所涉及的過程、機制與組織,以及眾多行動者之行動與其交互影響,並以行動導向研究之取徑,實際上去改善治理之過程與結果。我國再生能源治理體制目前所顯現的缺失、治理缺口,以及根據這些分析,研究與建立完整之治理制度。當前地面型太陽光電實際的治理過程、機制與組織,以及眾多行動者之行動與其交互影響,包括從社區、地方、全國之多層級治理。過程中如何影響階段性的治理結果,包括環境面、經濟面與社會面。根據治理過程研究的持續反饋,以及整體計畫之地景尺度生態評估與生態社會經濟評估架構所獲得之研究發現,本研究團隊應建議改善治理之實際方案,並透過行動導向研究,測試建議方案在真實情境中的影響,進行反覆之回饋與修正。
這些回饋與修正可能包括對特定目標,進一步到對政策,甚至最終涉及對整體治理制度。換言之,本研究的目標是,在地面型光電治理議題中,建立調適性治理(adaptive governance)與多層級治理(multi-level governance)的新治理典範。

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