第三章 研究方法
第三節 CROPWAT 模式計算
2. 𝑊𝐹Serviceblue (清洗等服務性用水藍色水足跡)：為清洗耕作器具、施肥器 具、噴灑農藥器具或其他為維持環境而使用的水及場內人員使用之藍水 量，來源可能來自地下水、地面水、自來水、貯存雨水及回收水等。
3. 𝑊𝐹Servicegray (清洗等服務性用水灰色水足跡)：為為清洗耕作器具、施肥 器具、噴灑農藥器具或其他為維持環境而使用的水及場內人員使用之灰 水量。
第三節 CROPWAT 模式計算
為計算𝑊𝐹Irrigationgreen 灌溉用綠色水足跡，本研究採用 CROPWAT 灌溉 計畫管理模式是做為本研究之計算方式，以當地的(1)參考蒸發散量(2)有 效雨量(3)作物生長階段資料(4)土壤有效水分利用，四項基礎構面進行作 物需水量的計算，模式中各項具體參數如下：
(1)參考蒸發散量
模式係以 FAO Penman-Montieth 公式進行參考蒸發散量的計算，相關參 數依據當地的農業氣象資料輸入模式計算，包括：最高溫、最低溫、高 2 公尺的平均風速、日照時數、相對溼度、降雨量。
(2)有效雨量
有效雨量係指當地降雨量的有效利用量，模式中有四種計算方法，包 含：固定比例法、可量雨量法(FAO/AGLW formula)、經驗公式、美國農 業部(USDA)SCS 法。
(3)作物生長階段資料
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模式係依作物生長過程中的作物係數、生長日數、根系深度、臨界消散 散率(critical depletion)、產量係數(yield response)，模擬作物實際生長情 形。
(4)土壤有效水分利用
土壤有效水分利用會直接影響作物生長的需水情況，而不同的土壤質地 亦會影響土壤的水分利用，為能模擬土壤實際有效水分的利用，模式將 土壤整體可用水分、最大雨水的入滲率、最大根深、初始土壤水分消 耗、土壤初始可用水分設為影響參數，以精確計算實際土壤的有效水分 利用。
基本資料輸入完成後，可計算作物生長期間旬別之相關資料，包括：作 物係數、葉面積指數、作物蒸發散量、滲漏量、整田需水量、有效雨 量、作物溉灌需水量。模式亦可應用不同灌溉方式用以決定灌溉期距，
包括：(1)自訂次數、時間及水深(2)最佳灌溉(3)實務灌溉(4)缺水灌溉(5)不 灌溉等。灌溉期距確定後，模式可開始計算作物生長期間之實際田間水 收支平衡及灌溉量，包括：(1)灌溉次數、時間及水深；(2)土壤水分減少 百分比(3)滲漏量(4)實際蒸發散量(5)灌溉量(6)作物產量等(郭勝豐，
2001)。CROPWAT 8.0 版的輸入資料視窗如圖 3.3~圖 3.5，CROPWAT 8.0 灌溉計畫管理模式流程如圖 3.6。
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圖 3.3 CROPWAT 8.0 版的輸入資料視窗示意圖
圖 3.4 作物蒸發散量輸入介面示意圖
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圖 3.5 有效雨量輸入介面示意圖
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1. 潛勢能蒸發散量估算(ETo)：FAO-Penman-Monteith 方法
2. 有效雨量之估算: 固定比例法、可量雨量法 (FAO/AGLW formula)、
經驗公式、美國農業部(USDA)SCS法法 (Molua and Lambi,2005，本文重繪)
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第四章 火龍果水足跡的計算
本次個案農場的農場經挖掘機整地後設置畦面，畦寬 1 公尺，長 30-50 公尺，每畦種植一排火龍果，畦高 10-15 公分以利於排水，每 30 公分 種植扦插苗 1 株，並設鐵架支撐。當火龍果植株生長至離地高度約 5~6 尺時，將其於柱頂誘引側枝向四周下垂生長成傘狀栽培的方式。農地建 材共使用了鐵材 10 公噸及水泥柱 120 根，噴灑系統則使用 40 根 2 英吋 水管及 360 座噴嘴。火龍果於 102 年 5 月上旬進行扦插苗，隔年 2 月修 剪處理，並按時割草以維持地被植物高度的田間管理。該農場共栽種火 龍果為 6000 株，面積為 1.35 公頃，研究期間為個案農場生產期程 103 年 3 月 24 日開花至 8 月 15 日採收期間計 145 天。在 103 年生產期程的火龍 果產量 Y=30 公噸(ton)(訪談紀錄 1031016，2014)。農場設備情形如圖 4.1，設置示意圖如 4.2。
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圖 4.1 農場設備情形
圖 4.2 設置示意圖
第一節 火龍果之原料水足跡
個案負責人表示(訪談紀錄 1031016，2014)火龍果的營養調控及肥培 管理必須特別注重土壤水分的維持，因其根部完全不耐浸水，經浸泡 24 小時即會損及大部分的根部，而造成植株逐漸枯萎。但也由於其根部淺 而廣佈表土層，地表需全年維持濕潤狀態才能確保淺根的活力，因此在 農場畦面採行雜草抑制蓆覆蓋，而溝面(即作業步道)則採行草生栽培，如 此將可完全顧及到火龍果的水分維持需求。農場負責人於果園樹冠旁裝 置噴(灑)水管路，不僅可調節土壤水分供給，也可有效均勻調控有機肥的 施作。
火龍果種植施肥可分為基肥及追肥二個部分(邱禮弘、陳榮五，
2004)，施肥情形如下做為說明：
1、基肥：施用含較高氮、磷、鉀及高有機質量的有機質肥料為主，其土
35 經由訪談(訪談紀錄 1031016，2014)我們得知每棵植株單次台肥 43 號使 用量為Mi = 6000(株) × 0.1(𝑘𝑔 株⁄ ) = 600(𝑘𝑔) = 0.6(𝑡𝑜𝑛)，代入(4-1)式 後即為個案肥料水足跡
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𝑊𝐹Materials,fertilizers = F1⁄50 (m3/ton) = 𝐹1 × 0.02 (4-2)
圖 4.3 台肥 43 號包裝示意圖
個案(訪談紀錄 1031016，2014)在除草劑使用上，使用農藥為年年春 (草甘膦)，該產品是一種廣效型的有機磷除草劑。它是一種非選擇性內吸 傳導型莖葉處理除草劑，1970 年由孟山都公司的 Franz 博士在 1970 年發 現(Franz，2001)，農場負責人表示於果樹開花前作使用，噴灑於土壤的 表面控制雜草，除草劑在土壤中不會自動流失掉,它會受紫外線日光的照 射而分解或成瓦斯氣體而消失,因此在除草劑還沒流入土壤內時它會先停 留在土壤表層，對抗接受雜草的變化，不過很快的除草劑終究會滲入土 壤。個案表示該公司並沒有提供本研究水足跡資訊，故本研究將農藥所 產生的綠色耗水量設為F2g、藍色耗水量設為F2b、灰色耗水量設為F2y，將 上述加總後，F2=(F2g + F2b+ F2y)，前項耗水量總和乘上使用量Mi再除以 產量Y即為個案原物料水足跡。
𝑊𝐹Materials,Pesticide =(F2g+F2b+FY 2y)×Mi =𝐹2×MY i (4-3)
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個案負責人表示(訪談紀錄 1031016，2014) 在除草劑使用部分，農場配 方比率為每公頃施藥量 2.0 公升，使用量為 1.35(公頃)×2.0(公升)=2.7(公 升)=0.0027(公噸)，則代入(4-3)式後即為個案農藥水足跡為
𝑊𝐹Materials,Pesticide = 𝐹2×0.0027
30 = 𝐹2× 0.00009 (4-4)
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第二節 火龍果之綠色水足跡
本節灌溉用綠色水足跡的計算，依據前章(2-1)式以 CROPWAT 模型 作為計算工具。針對火龍果生產過程中之氣候參數(溫度、蒸發、雨量)、
作物參數(作物種植期程、作物高度、根莖深度)、土壤參數(土壤之滲透 率)及其他參數(如有效降雨量)輸入至 CROPWAT 模型來進行估算，取得 作物蒸發散量參考值、作物需水量作物灌溉需求量。灌溉用綠色耗水量 之計算依 CROPWAT 模型估算，將作物蒸發散量轉換成單位面積所需的 作物需水量，其計算方式是將作物的累積蒸發散量與耕地面積的乘積，
除以種植的產量，便可估算出灌溉用綠色水足跡。
CROPWAT 模型中所需輸入各項氣象參數需由鄰近的氣象站取得，而 個案最近的氣象站為中央氣象局台東氣象站，該站於 1901 年元旦建立地 面氣象自動觀測站，測站位於台東市大同路 106 號外觀如圖 4.4，測站種 類為三等氣象站，位置為東經 121°08'48"、北緯 22°45'15"，海拔高度 8.99 公尺，氣壓計海拔高度：9.7 公尺，測站主要定量觀測項目為溫度、
濕度、氣壓、氣壓趨勢特性、氣壓變量、極端溫度、降水量、風向風 速，定性觀測項目為現在天氣、過去天氣、雲狀、雲的移動方向、雲 量、雲底高度、能見度、地面狀態或特殊現象等，如表 4.1。
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圖 4.4 台東氣象觀測站
資料來源:http://cwb.gov.tw/V7/eservice/docs/overview/organ/stations/46766/index.htm
表 4.1 台東縣氣象站基本資料
測站名稱 站號：46766 站名英譯：TAITUNG (縮寫：TTN ) 測站種類：三等氣象 站
測站位置 東經 121°08'48"
北緯 22°45'15"
海拔高度：8.99 公尺 氣壓計海拔高度：9.7 公尺
建站日期：
1901.01.01
定量觀測項目 溫度、濕度、氣壓、氣壓趨勢特性、氣壓變量、極端溫度、降水量、風向風 速、
定性觀測項目 現在天氣、過去天氣、雲狀、雲的移動方向、雲量、雲底高度、能見度、地 面狀態、特殊現象
資料統計次數 (01L)-(24L)計 24 次
資料來源:http://cwb.gov.tw/V7/eservice/docs/overview/organ/stations/46766/index.htm
CROPWAT 模式計算需要有與作物各階段生長天數相應的作物係數，
火龍果植株栽後 12-14 個月會在一年當中陸續開花，但主要產果期為 4～
11 月。花謝後 30-40 天果實便會成熟，單果重 500-1000g，栽植後第 2 年 每柱產果 20 個以上。個案負責人表示(訪談紀錄 1040210，2015)農場已 進入第 3 年種植 6000 株，單產可達每公頃 5~6 萬斤，生產期間與田間管
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理情形如圖 4.5。本研究所需火龍果作物係數因在農業研究資料尋無相關 資料，只能參考相近的物種作為參考依據，經查發現生物分類法中石竹 目是核心真雙子葉植物的演化支之一，和它關係最親近的旁系群是菊類 植物，資料中顯示蕃茄為屬菊類植物，而火龍果屬石竹目植物，
CROPWAT 模式資料中，有提供蕃茄的作物係數，本研究猜測蕃茄與火 龍果生長特質與期程相似，因此引用其係數代入 CROPWAT 模式加以進 行。雖知計算後之結果可能有些不準確，但也只能期待農政單位再投入 資源進行研究，以取得火龍果作物係數，種系發生學演化關係如圖 4.6。
圖 4.5 生產期間與田間管理情形
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圖 4.6 種系發生學演化關係
資料來源：維基百科http://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E7%9F%B3%E7%AB%B9%E7%9B%AE (註：石竹目是核心真雙子葉植物的演化支之一，和關係最親近的旁系群是菊類植物)
各生長階段係參照 CROPWAT 模式中蕃茄作物資料進行試算，其係 以生長在標準環境下(土壤為半濕潤狀態、高 2 公尺風速約 2 m/s、最低相 對濕度約 45%、管理良好的環境) 的作物依不同生長階段求得。在諸多 經驗公式中各有其地區適用性，依火龍果生產期間的最低氣溫、最高氣 溫、相對溼度、風速及日照時數等資料輸入 CROPWAT 模式，計算作物 蒸發散量、有效雨量以及灌溉需水量，並分析在期間內對作物的用水情 形。作物生長輸入資料包含：作物係數、作物生長天數、土壤之滲透係 數以及種植面積等，ET0計算結果如表 4.2，CROPWAT 模式蕃茄的參數 如表 4.3，CROPWAT 計算結果如圖 4.7。
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引用 CROPWAT TOMATO 模式進行計算
先算得火龍果生產期程中的作物蒸發散量ETc,tot
ETc,tot = ∑ Kc × ET0 = 695.1( mm/dec) (4-5) 及有效雨量Peff,tot
Peff,tot = 457.5(mm)。 (4-6) 根據(2-4)式，故灌溉用之綠色水足跡𝑊𝐹Irrigationgreen 如下
𝑊𝐹Irrigationgreen =min(ETc,totY,Peff,tot)×A× 10 = 457.5×13.530 × 10 = 2058.75(m3/ton) 。 (4-7)
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圖 4.7 CROPWAT 計算結果
第三節 火龍果之藍色水足跡及灰色水足跡
關於灌溉用藍色水足跡部份，負責人表示(訪談紀錄 1031016，2014) 該農場是以抽取地下水的方式來進行灌溉用水主要是以抽取地下水的方 式來進行使用。個案農場用電抽取地下水，故可以農場所提供每月用電 費計算耗用水量。水比重𝑑值1000(𝑘𝑔 𝑚⁄ 3)，流量 Q 的單位為𝑚3⁄𝑠𝑒𝑐， 抽水揚程 H 為20 米（𝑚）， 抽水機系數μ為 75。則抽水機功率 P(忽略抽 水機效率，沒安全系數、發動機效率)為
p =𝑑×𝑄×𝐻𝜇 。 (4-8)
個案抽水機功率為 10 馬力，每小時可抽的水量為135 𝑚3⁄ 。此抽ℎ𝑟
個案抽水機功率為 10 馬力，每小時可抽的水量為135 𝑚3⁄ 。此抽ℎ𝑟