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再生能源、農業生產及生態保育: 社會生態系統韌性模型與治理之研究規劃

背景與目的:

1.全球氣候變遷是重要的外部驅動力

過去數十年來,伴隨全球經濟大幅成長而來的,是越來越不可忽視的全球氣候變遷。全球各國持續的化石燃料燃燒以及土地利用形式變更,造成大氣溫室效應氣體濃度的持續上升。全球2018年的人為碳排放量高11.5±0.9 GtC yr−1,其中化石燃料排放量為10.0±0.5 GtC yr−1,更是歷史上首度突破10 GtC yr−1的一年(Friedlingstein et al. 2019)。氣候變遷不但直接造成人類生命或財產的損失,也造成全球經濟極大損失。更重要的是,氣候變遷對自然生態系提供的功能及服務也造成顯著影響。Runting et al.(2016)針對相關文獻的綜合分析指出,氣候變遷對生態系服務多是造成負面影響。生態系提供的各種功能及服務,是人類社會得以維繫、發展的重要基礎。生態系的碳收支和水文收支,是生態系本身得以運作的基本維持性服務(supporting services)。社會之健全運作有賴活躍的經濟活動及有效治理,穩定的自然生態系統則是支持經濟活動及其他活動的基礎。現今經濟及社會模型主要著眼於空間利用變化(地景變化)對人類經濟的衝擊,鮮少考慮對自然生態系的生態系功能及服務(水源淨化及供給、碳吸存功能)可能造成的影響。因此在規劃決策時,無法將失去這些生態系服務所需付出的代價列入選項,使得權衡各項政策的利弊時缺乏全面性,亦無法提出最佳的永續發展方案。

2.核心問題意識

全球氣候變遷會直接或間接影響生態系服務功能及人們利用土地的方式,而土地利用方式的改變也會直接造成其所提供生態系服務之變化。此外,政府的各種政策,不論是糧食政策、能源政策或森林經營政策等,都會直接改變土地利用方式,影響在地居民生活及生產方式。這些改變同時影響到該區域生態系服務與生物多樣性的變動,而這些變化又會反饋回來影響在地居民生活及生產方式。因此在回饋--反回饋機制的作用下,全球氣候變遷、政府政策、在地生活與生態系服務彼此間的交互關係變的更形複雜。任何一種能源供給方式均有其負面衝擊。在我國積極發展再生能源之際,社會各界也開始關切太陽能以及風力發電之可能衝擊,尤其是土地利用的競合議題。關注農業生產、糧食自給率之主管機關與人士,憂心太陽光電影響農地之數量與品質;關切生態保育之主管機關與人士,則擔憂再生能源設施對野生動物、較少受干擾之棲息地之可能破壞。這些關切,已經引起不同立場陣營間之激烈辯論甚至政治社會動員,若考慮到再生能源裝置容量快速攀升之事實,從現在到未來,相關議題將成為我國爭議最大的環境與永續發展議題之一,典型案例包括如西南部鹽灘地、濕地與相關水鳥議題(環境資訊中心,2018),農地(環境資訊中心,2019a;聯合新聞網,2019),以及最近發生的平地森林區規劃設置太陽光電場之爭議(地球公民基金會2019)。

3.計畫目標、原創性、重要性、預期影響性

計從地景的角度切入,以花蓮縣兩大主要溪流之流域為研究範圍,探討主要驅動力量(氣候變遷及政府政策)對土地利用方式造成的可能變化,進而評估不同政策對此區域之生態系服務、糧食供給率及再生能源生產率的影響。

本計畫規劃先以一年時間,探討學術知識與實務議題間之鴻溝,籌組問題解決導向所需之研究團隊,並發展細緻、具可操作性之三年研究設計。本年度計畫的最重要目標即在提出三年期的整合型計畫, 其重點包括:

1. 發展整合之社會生態系統韌性模型,以探討社會系統與生態系統作為一個藕合之社會生態系統(coupled social-ecological system)之複雜互動,量化模擬預測在不同之土地利用情境之下,社會生態系統韌性之動態,以及是否接近系統臨界點(threshold)而導致系統狀態鉅變(regime shift)之可能性。

2. 將此模型之發展與應用,充分整合進入真實世界之治理(governance)過程,以達成更佳之環境、經濟、社會面向治理結果。過往以來,由於跨科際整合之難度相當高,且學術研究與治理過程未能有效整合,因此我國永續學術研究少有團隊能達成上述目標。本團隊將根據以上指導原則,希望成為臺灣永續研究新典範之先驅團隊,以驅動整體社會發展出面對永續議題所需之轉型心智模型;在特定學術領域(整合之社會生態系統韌性模型),成為頂尖研究團隊;並在特定永續議題上(再生能源發展、農業生產、生態保育

之整合治理),成為堅實之知識與治理基礎。

研究方法:

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以社會生態系統概念模型(conceptual model)為基礎,建立一個整合的社會生態系統韌性模型,以探討社會系統與生態系統之複雜互動,量化模擬預測在不同之土地利用情境之下,社會生態系統韌性之動態,以及是否接近系統臨界點而導致系統狀態鉅變之可能性。我們規劃先以一年的時間,探討學術知識與實務議題間之鴻溝,並籌組問題解決導向所需之研究團隊,發展細緻、具可操作性之三年期整合型研究計畫。

實踐以下基本準則:

(1)以社會需求及解決問題為導向

(2)跨科際整合

(3)從知識到行動的整合

(4)與權益關係人共同設計(co-design)、共同執行(co-implementation)、並共同傳遞與擴散知識(co-delivery)

研究方法:

以下大略分成四大部分呈現成果

1.資料收集及撰寫科技部整合型計畫:

定期舉行讀書會,閱讀相關文獻及國際間相關案例,並將我們提出的conceptual model 細緻化,轉換成具有過程或機制的可檢測模型。以花蓮地區地面型太陽能光電場為研究主題,希望發展出一套更貼近台灣社會現況的社會生態系統模型,探討太陽能光電場設置對生態系服務功能及社會經濟之影響。申請整合型計畫:「再生能源、生態保育及農業生產:地景尺度生態模型與社會生態系統整合治理之研究」,我們規劃提出一個包含七個子計畫的科技部整合型計畫。提出的整合型計畫包括地景尺度生態系服務模型、生態社會經濟評估架構以及社會生態系統整合治理模式,期望能以整合及宏觀的角度,模擬不同政策情境下之地面型太陽光電、農地、森林之鑲嵌組合如何影響生態系服務、再生能源生產率及糧食供給率

 

第一階段以建構生態系統模型為主,包括四項生態系服務功能(碳、水、土壤、植物多樣性)的子模型及彼此間的互動關係,並加入重要物種的遷移模型及再生能源生產與糧食供給之投入產出模型,最後再由此六個子模型整合成一個完整的模型。本計畫在第一階段建構的地景尺度生態模型(圖三),除了考慮生態系服務功能中重要的碳收支、水、土壤、生物多樣性外,特別加入重要物種,如保育類動物、傳粉者或入侵物種族群變化及遷移路徑,以期能更貼近在地居民及環保團體關心的議題。為了避免套用文獻資料造成的問題,我們將實際收集生態系碳、水循環、土壤養分循環、植物多樣性、重要物種族群動態資料及再生能源生產與糧食供給資料,並依此作為模型參數,以期所建構之模型符合實際情況。

 

本計畫第二階段希望建構出再生能源發展對土地利用模式衝擊的概念性評估架構,在co-design 與co-production 的架構下,探究民眾在不同生態系服務屬性與水準下,對永續土地利用模式之空間與社會異質性偏好,並估計不同土地利用情境下的經濟價值。第三階段則依據評估結果推薦之最適模型或情境,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,使前兩階段之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。

 

此三階段並非獨立進行,而是彼此互為因果。第一階段整合模型獲致之結

果將作第二階段生態社會經濟評估架構之情境藍本,評估之結果將反饋回整合模型及子模型,作為模型參數修正之依據。同樣的,第三階段獲取之訊息,如權益關係人之回饋,將可成為整合模型及生態社會經濟評估架構修正之依據。

2.國際工作坊:

受到疫情影響,原先規劃的國際工作坊均無法舉行,不過我們還是藉著東華大學生態及永續科學跨領域研究中心舉行揭牌儀式時,舉辦了一個論壇,針對東部地面型太陽光電發展所涉及之四個關鍵生態與社會經濟議題,包括森林碳吸存、重要物種保育、社會經濟影響、及原住民族諮商同意權行使,與學界、政府、私部門、公民社會及相關權益關係人,進行學術與實務的深入對話。

日期:2021/3/26~3/27

地點:東華大學環境學院

第一場:從生態系碳吸存評估太陽光電的減碳效益

第二場:長期生態研究在生物多樣性及物種保育研究的重要性

第三場:從再生能源發展探討土地利用之社會經濟影響

第四場:再生能源發展與原住民族諮商同意權行使

 

3.權益關係人情境設定會議:

針對研究主題:再生能源、農業生產及生態保育等三項重要環境與社會經濟目標之整合,舉辦四場權益關係人情境設定(scenariobuilding)會議,以初步鑑定未來可能之情境,以及關鍵之社會生態系統影響因子,使權益關係人所擁有之知識與觀點在研究設計階段便能被充分考量。這些討論結果將是日後建立社會生態系統模型、以及進一步將模型結果反饋至治理過程之基礎。四場情境設定會議中,將首先按照地理區位分為花蓮北區、中區南區三場分區會議,之後則以一場全區會議收斂會議結論。受邀與會之權益關係人將以瞭解花蓮地區再生能源、農業生產及生態保育相關議題之公部門、地方社群、非營利事業組織、營利事業組織、學術界代表等為主。

花東縱谷太陽能光電設置現況與規劃—官方訪談
日期:2020/9/28
地點:臺灣電力公司花蓮區營業處
受訪者:臺灣電力公司花蓮區營業處處長、副處長、設計課課長
花東縱谷太陽能光電設置現況與規劃—學術界訪談
日期:2020/10/13
地點:東華大學能源科技中心
受訪者:能源科技中心主任、東華大學光電系主任
花東縱谷太陽能光電設置現況與規劃—業者訪談
日期:2020/10/30
地點:辰亞能源公司
受訪者:辰亞能源公司總經理、專案經理及ESG 部門負責人
花蓮地區地面型光電生態議題焦點討論會
日期:2020/11/19

地點:東華大學環境學院

 

​4.資料庫建置及生態系服務測試:
有鑑於許多研究資料無法長期保存及供大眾使用,本計畫聘請專人參考國際著名機構的資料庫,規劃建置符合本計畫的資料庫,將相關研究收集資料建檔儲存,以利後續使用及分享。此外,為了能快速及掌握較大尺度生態系服務變化,我們將評估新發展的技術及方法的實用性,如地面光達(Terrestrial LiDAR)估算生態系碳收支的準確度、Soundscape 估算生物多樣性的可行性等。我們將選擇一或二處地點,測試這些方法,也將利用測試獲得的資料作為建構模型的參考。


兆豐農場植被調查
為了進一步了解鳳林地區可能設置光電場地區的平地造林現況,我們挑選了兆豐農場約五百公頃的地區進行調查,希望初步了解這片平地造林的種植樹種、生長情形及種植二十年後的植物組成。調查地點位於花蓮縣鳳林鎮兆豐農場旁之次生林,面積約500公頃。將調查區域大致分割成86 個樣方,於每一格樣方建立5m*100m 的東西向長方形樣帶1 條,調查樣帶內的木本植物及地被層。

調查方法詳述如下:
木本植物調查於每一個樣方中之5m*100m樣帶內,針對胸高直徑大於1cm的木本植株進行調查與記錄。紀錄所見之木本物種以及計算每一個5*5小樣區中之個體與分枝數,以及估算該小樣區中平均樹冠高度;除此之外地被層植物相則紀錄平均覆蓋度與高度,並區分成:蕨類、禾本科、倒木、姑婆芋以及其他闊葉草本。結果顯示,木本植物以強勢的入侵種銀合歡出現的頻度最高,其次是血桐、小葉桑、羅氏鹽膚木等。低海拔次生林常見物種。與花東縱谷其他地區現象相似。台灣櫸、白雞油、樟樹、九芎等則是此區主要造林物種。

結果與討論

我們提出的整合型計畫包括地景尺度生態系服務模型、生態社會經濟評估架構以及社會生態系統整合治理模式,期望能以整合及宏觀的角度,模擬不同政策情境下之地面型太陽光電、農地、森林之鑲嵌組合如何影響生態系服務、再生能源生產率及糧食供給率,茲詳述如下:本整合型計畫包含七個子計畫(表一),分為三個階段(圖三)。第一階段以建構生態系統模型為主,包括四項生態系服務功能(碳、水、土壤、植物多樣性)的子模型及彼此間的互動關係,並加入重要物種的遷移模型及再生能源生產與糧食供給之投入產出模型,最後再由此六個子模型整合成一個完整的模型。本計畫在第一階段建構的地景尺度生態模型(圖三),除了考慮生態系服務功能中重要的碳收支、水、土壤、生物多樣性外,特別加入重要物種,如保育類動物、傳粉者或入侵物種族群變化及遷移路徑,以期能更貼近在地居民及環保團體關心的議題。為了避免套用文獻資料造成的問題,我們將實際收集生態系碳、水循環、土壤養分循環、植物多樣性、重要物種族群動態資料及再生能源生產與糧食供給資料,並依此作為模型參數,以期所建構之模型符合實際情況。

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