子計畫十：農業溫室氣體減量
主持人：林幸助
團隊成員：莊秉潔、賴美津、何瓊紋、黃盟元、邱志郁(中研院)、楊磊(中山)、袁中新(中山)
一、子計畫推動重點、成果與特色亮點
- 計算溪口水稻田各期稻作自插秧至收割甲烷與二氧化碳排放總通量，結果顯示慣行與永續類似，且第二期稻作，因種植初期高溫及灌溉用水使得甲烷大量排出，故甲烷總通量第二期較第一期高。近年來臺灣因極端氣候，降雨分配不均，易形成灌溉用水缺乏。因此當稻米存量充足時，本研究建議於第一期種植稻米，第二期則從事其他旱作糧食生產，不僅可減少溫室氣體排放，也可改善灌溉用水不足之情況。
圖1、溪口水稻田2016第二期-2020第二期甲烷排放通量(A：插秧，B：一肥，C：二肥，D：穗肥，E：收割前，F：收割後)
- 水稻田微生物多樣性與組成比例分析結果：調查結果顯示，慣行農法(CA)與永續農法(SA)對於水稻田土壤中細菌族群的影響不大。而不同農作時期水稻田土壤中細菌族群的變動也不顯著。
- 溪心壩溫室氣體排放成果：目前溪心壩牧場之通量資料已收集秋季部分，未來將持續收集其他季度，甚至長年期之資料。
- 探討農作物之光合特性：本研究觀察兩種甘藷 (Ipomoea batatas L. Lam) 栽培品種 'Taoyaun 2'（綠葉）和 'CN1927'（黃葉）的葉綠素螢光 (ChlF) 在不同光強度和溫度下的變化。結果顯示光能的利用及其光保護的調節機制是增加生物能量和糧食作物產量的關鍵，根據光強度利用 ChlF 參數對作物進行有效管理，可以更輕易了解在不同溫度和光強度組合下的蔬菜光合特性。
- 南投名間鄉茶園生態系之脊椎動物多樣性與環境因子調查：目前已於茶園調查鳥類24科41種，包括三種猛禽與紅尾伯勞分別為二級與三級保育類動物。兩棲爬行與哺乳類動物共累計15科25種。其中，自然農法樣區紀錄到獨特的脊椎動物物種，例如虎皮蛙、印度挺蜥、金背鳩、赤背條鼠與家鼷鼠。過去認為利用茶園得脊椎動物不多，但透過此計畫的密集現地調查與機器調查結果發現已有長期適應茶園地景與農地利用更迭的物種適應，並可能藉由茶園周邊地景的改善，進一步提升生物多樣性。
生科系林幸助老師團隊：碩士級助理1名。
生科系賴美津老師團隊：碩士級助理1名，碩士班學生兼任助理3名。
生科系何瓊紋老師團隊：碩士級助理1名，博士班學生兼任助理1名，碩士班學生兼任助理4名。
生科系黃盟元老師團隊：碩士班學生兼任助理4名。
合計：碩士級研究助理3名，博士班學生兼任助理1名，碩士班學生兼任助理11名。
(二)學術研究面向 生科系賴美津老師團隊：碩士級助理1名，碩士班學生兼任助理3名。
生科系何瓊紋老師團隊：碩士級助理1名，博士班學生兼任助理1名，碩士班學生兼任助理4名。
生科系黃盟元老師團隊：碩士班學生兼任助理4名。
合計：碩士級研究助理3名，博士班學生兼任助理1名，碩士班學生兼任助理11名。
- 苗栗農改場：2021/10/27子計畫主持人林幸助教授參與苗栗農改場主辦之「農業栽培體系碳監測計畫研提共識營」，分享茶園碳收支與溫室氣體排放之量測技術與初步成果，期望在未來四年可以與特有生物研究保育中心、相關農業研究單位(農試所、農改場、糧農署等)整合現有既技術，監測區域或植被碳循環收支量及溫室氣體排放量，依據MRV規範，完成至少10種以上全國大宗作物(短期作物: 水稻、玉米、大豆(毛豆) 、高粱、紅豆、花生、甘藷；長期作物: 茶、牧草、芒果、荔枝、柑橘(類) 、咖啡、竹筍)碳收支模式，涵蓋全台耕地總面積達35%以上之碳收支模式，並提出調適策略，達到2050台灣農業淨零排放之政策目標。
- 林幸助教授之櫻花鉤吻鮭復育研究成果發表於Global Change Biology IF: 10.863，Rank: 1%，累積30年的臺灣櫻花鉤吻鮭長期資料分析，發現颱風洪水雖然會減損七家灣溪鮭魚數量，但是汰弱扶強效應，反而提升隔年鮭魚族群的恢復力，正所謂生命自會找尋出路。《論文連結》
- 林幸助教授探討自然生態系統溫室氣體排放機制研究成果發表於Frontiers in Marine Science IF: 4.912，Rank: 5%，沒有植被生長的潮間帶灘地廣泛分佈於沿海潮間帶地區，其淨基礎生產量可能不亞於紅樹林、海草床與鹽沼，但是影響潮間帶灘地二氧化碳排放量的因素仍不清楚。本研究分別於2011年至2016年間的夏、冬季測量位於台灣海峽兩岸9處熱帶與亞熱帶潮間帶灘地最大總生產量(maximum gross primary production, GPPm)、總呼吸量(total respiration, TR)及淨生產量(net primary production, NCP)，並利用結構方程式(SEM)探討底質影響這些作用的直接與間接關係。結果顯示，冬季期間GPPm及NPP高於夏天，然而夏季期間TR較高。有些地區夏天之NPP轉成負值，顯示成為碳源。GPPm、TR及NPP接隨著底泥含量增加而升高。SEM分析結果顯示底泥含量直接提升GPPm，但間接藉由藻種組成改變提升GPPm。底泥含量也直接提升TR，但間接藉由增加有機質含量提升TR，但是藻類或動物生物量對於TR沒有明顯影響。由此可見，潮間帶灘地的基礎生產量主要由有機質含量提升，而非微藻生物量，因此土壤特性對於潮間帶灘地碳通量是重要影響因素。《論文連結》
- 規劃持續調查台灣北中南大尺度區域水稻田的溫室氣體排放量、環境因子以及微生物多樣性與組成，累積足夠數據的研究成果，可提供水稻或是各類農作物生產、環境因子與農業溫室氣體排放之間很重要的農業升級的科學研究基石，並達到2050台灣農業淨零排放之目標。
- 透過對茶園周邊地景對生物多樣性影響的了解，可在名間推廣林務局綠保標章，鼓勵茶農致力於改善地景，除增加茶農收益外亦有益於生物多樣性。
已獲得科技部"臺灣-愛沙尼亞(MOST-ETAg)雙邊合作計畫人員交流互訪計畫"，愛沙尼亞Dr. Kuno Kasak研究團隊，對於研究濕地溫室氣體之相關微生物，也有相當豐富的研究成果，且發表於Nature communication (Pärn, et al., 2018)以及Agricultural and Forest Meteorology (Hemes et al., 2019)等知名科學期刊，經由此國際交流，將有助於探討與臺灣紅樹林溫室氣體排放之相關微生物族群以及其作用機制。這些研究數據對於生態系統溫室氣體排放都是不可或缺的，期望透過國際交流，能獲得新的研究技術，並增加研究成果的能見度，使其可以能廣泛的運用。
(五)研究貢獻面向 - 研究成果除了可以在水稻生產、不同農法與農業溫室氣體排放之間的關係提供一個很重要的科研基石，更可以做為量產其他農產品時，對於農法、溫室氣體排放以及氣候變遷之間的調整策略，制定合適的農業溫室氣體減量策略以減緩氣候變遷衝擊，達成並達到2050台灣農業淨零排放之目標。
- 調查結果可增進了解利用茶園之脊椎動物多樣性，與其棲地利用狀況，並補足八卦山中南段天然林之生物多樣性紀錄，所有生物多樣性資料皆總整上傳至生物多樣性資料庫。
- 本計畫在111年的計畫規劃一部分再持續針對台灣北、中、南區域之水稻田與中部茶園進行調查，但與107-110年的樣區不同，進行探討氣候變遷、不同農法對於水稻田與茶園溫室氣體排放、微生物多樣性及農業生態系服務功能之影響。將持續在嘉義農業長期生態研究水稻實驗田溪口農場水稻田進行農業長期生態研究；同時進行台灣大尺度研究，分年針對台灣北、中、南區域且與107-110年不同的永續及慣行農田進行調查研究，持續累積大尺度研究資料，以增加農業生態系服務模式之分析與生態意義解釋的可行性及穩健性，經由量化氣候時空變異與農業生態系服務之關係，我們更可預測未來氣候變遷對農業生態系服務的影響，進而制定合適的農業溫室氣體減量策略以減緩氣候變遷衝擊。
- 調查台南地區水稻田比較永續農法與慣行農法對於微生物菌相之影響，並與107-110年之調查結果整合分析。
- 台灣的坡地茶園具海拔分布上的顯著差異，並各具不同的生物多樣性組成，因此在地景規劃與面對氣候變遷的調適策略也各不相同。111年將分別進行中、高海拔茶園脊椎動物多樣性與環境因子調查，並比較慣行及永續農法及不同海拔的茶園生物多樣性的差異，以生態服務與生態廊道的概念提出茶園地景配置方案、評估經濟與生態效益兩者的權衡關係，提出氣候變遷下的茶園調適策略。
林幸助教授於公視新聞專訪:說明保育櫻花鉤吻鮭成果，去年總數逾萬尾新高，林幸助指出不同的這些流域之間，溪流如何能讓它們串聯在一起，促進各流域族群交換，突破基因窄化增加多樣性後，整體族群才能因此擴大，影增加環境適應力是下個階段應該做的。《公視中晝新聞觀看影片》https://youtu.be/00q2RL1Xs1Q
