研 究材料與 區域介 紹

由於，嫩薑 栽培 技術逐 漸精進成 熟且台 東極適合 嫩薑成 長，

迄 今種植 面積已達 350 公 頃 (農 業處 農情統 計資料，2013)，主 要 產區集 中於鹿野、延平、卑 南、金 峰等鄉 鎮市都有 農友投 入 其 栽種，如 圖 3.1 所 示，年產 量突破 21,000 公 噸，可 謂是台 東 縣 內嫩薑 主要產區 。

(資料來源:研究者彙整)

圖 3. 1 台東縣嫩薑種植分布

因 大範圍 資料取得 困難之 考量，樣本 僅侷限 在卑南鄉 個案。

本 農戶種 植嫩薑面 積為 4 分地，對 於研究 結果的推 論，可 能會 稍 有影響。研究 者預 計親自 拜訪該農 戶，清 楚解釋 本研 究目的、

並 取得研 究資料， 其空間 分布位置 ，如圖 3.2。

(座標位置:22.860473N,121.086905E)

圖 3.2 研究位置圖 第二節 嫩薑水足跡定義

嫩 薑 生產期為 每年 1-3 月或更 早種植，需經 過三 次以上 覆 土 栽 培 ， 芽 體 生 長 至 第 三 次 分 蘗 時 採 收 。 採 收 為 同 年 5-8 月 ， 生 育期約 4 個月。嫩 薑貯藏 期短，因 需求量 大，早 植及設 施栽 培 為嫩薑 生產調節 所採行 之方法。由 於冬季 溫度影響，每年 12 月 至 3 月 仍為嫩薑 生產的 空窗期 (臺 中區農 情月刊， 蔡與蕭 ， 2013)。 因種植 及採 收後皆 需耗用大 量水量 ，故本研 究將針 對 嫩 薑種植 所消耗的 水資源，以水 足跡 作為評 量水資源 的消耗 指 標。嫩薑 種植的步 驟可於 每個製程 算得單 一製程水 足跡，再將

Mekonnen 與 Hoekstra（ 2010）檢 視作物 水足跡，將 水足跡 分 為間接 水足跡（來 自設備）與直 接水足 跡（種植 期間的 灌溉 水 和消耗 之服務水 ），以 下列式 來計 算水足 跡：

WF[a, c, s] = WF_feed[a, c, s] + WF_drink[a, c, s] + WF_serv[a, c, s] (3-1) 其 中 ，WF_feed[a, c, s]、WFdrink[a, c, s]、WFserv[a, c, s]分別為作 物 a 於國 家 c，以生 產系統 s 所使用 的肥料、灌溉 和服 務之水 耗 用量。服務水係 為清潔 設備、清 洗器具 和其他為 維護所 必須 之 用水。作物 水足跡 的表示 方式可為 (𝑚𝑚³/yr/animal)，或 以種植 該 作物至 收成期間 衡量，即 (𝑚𝑚³/animal)。該作物 收成後被 消費，

故 計算其 種植期間 的水足 跡，可 視其 提供最 終產品的 產品來 分 配 水足跡 及估算水 足跡。

由 相 關文獻可 知，種 植作物 之水 足跡未 詳細說明 種植過 程 中 的直接 用水量，故 本研究 將針對種 植水足 跡的估算 進行較 為 完 整的檢 視與推估。在本 研究中，嫩 薑種植 直接耗用 的水主 要 為 「原料 」和「灌 溉用水 」 ;種 植用 水來自 地下水、 地面水 、 自 來水、貯 存雨水 及回收 水。假設 於作業 場操作，則 該農地 作 物 種植之 水平衡圖 可以圖 3.3 表 示。因 此沿 用（3-1）式作為 嫩 薑 水足跡 定義。

WFzingiber = WFstuff+ WFirrigate + WFservice （ 3-2）

圖 3. 3 作物種植之水平衡

從 圖 3.3 的 角度 來看，_WFstuff可視 為原物 料所 產生的 水足跡 (即 原料 )；_WFirrigate則是為 生產過 程所添加 入或耗 用的水足 跡 (即 灌溉 用水 )，_WFservice在本 文中定 義為「清洗 等服務 性用水 」，

亦 可理解 產品製造 期間 (或製程 後)為 了恢 復製造 廠域 所提供 勞 務時水 資源消耗 的情形。上述三 者皆個 別可區分 出綠水、藍 水 與灰水 水足跡共 計九項 ，定義則 如圖 3.4 所示 ：

地面水 自來水

雨水利用

農場

（嫩薑種植）

清洗

等 服務性 用水

廢水處理 放流

地下水

圖 3. 4 綠、藍水及灰水示意圖 原料WF_stuff

綠色水足跡

greenWF_stuff 藍色水足跡

blueWF_stuff 灰色水足跡

greyWF_stuff

清洗等服務性 用水WF_service

綠色水足跡

greenWF_service 藍色水足跡

blueWF_service 灰色水足跡

greyWF_service

灌溉WF_irrigate

綠色水足跡

greenWF_irrigate 藍色水足跡

blueWF_irrigate 灰色水足跡

greyWF_irrigate

第三節 CROPWAT 系統介紹

CROPWAT 係 FAO 自 1990 年 發展的 灌溉管 理模式 (Allen et al.1998; FAO, 2009)。主要 是計算 作物 需水量 及灌溉需 水量，協助 管 理者擬 訂灌溉計 畫。僅 輸入灌溉 參數 (如生長 、氣 象、土 壤等 ) 資 料，即 可計算參 考作物 蒸發散量 、有效 雨量等。 管理者 依計畫 實 際需要 訂定作物 制度計 算區域內 月、日 灌溉用水 量。於 合理範 圍 更改作 物制度以 估算用 水量，係屬 決策支 援系統 (陳 献章，2006)。

CROPWAT 估 算 流 程 如 圖 3.5。

由 國內外 水足跡文 獻可知 ，研究學 者多以 CROPWAT 系 統作 為 計算工 具，本研究 亦採最 新 CROPWAT 8.0 版 本，輸入 介面如 圖 3.6 所 示。

圖 3. 6 CROPWAT 8.0 版本介面示意

系統 應輸入相 關農業 氣象資料 ，包括 :(1)最高 、最低 溫度 (^oC)(2)平 均風速 (m/s)(3)日 照 (hr/day)(4)相對 溼度 (%)(5)降 雨

量 (mm)。 輸入介面 如圖 3.7 所示 。

圖 3.7 作物蒸發散量輸入介面示意圖

而 本 研究 以美國 農業部 土壤保持 法來估 算有效雨 量，在

CROPWAT8.0 是以 月為計 算單位， 若以降 雨量P(mm/month)進行 估 算有效 雨量P_eff (mm/month)， 則系統 操作如 圖 3.8 所 示

圖 3.8 有效雨量輸入介面示意圖

第四章 嫩薑水足跡計算

本章依 前章定 義的水 足跡項目 進行探 討。在進 行訪談 個案過 程 (個案 訪談 1031119，民 國 103 年)， 瞭解 薑的生 長情 形。個 案 於 103 年 嫩薑產量 為

Y = 20(公噸) (4-1)

種 植面積 A 為前章 第一節 所述之 4 分 地 (約 0.4 公頃 )。

第一節 嫩薑之原料水足跡

訪談 個案時得 知 (個 案訪談 1031119，民國 103 年 )，在 種植方 法 上多採 需做較深 畦隴。 種植株距 為 5-10(cm)， 並於 每分地 種植 約 800-100(kg)。農 地所使 用的 1 英 吋水管 共計 7 根，離 地高度 約 3-4 公 尺的噴 嘴共計 23 座 。馬達 使用 為 1/2HP， 在種植 初期農 地 所 需原料 耗材為以 挖掘機 進行農地 整地。 經由訪談 個案後 得知，

施 肥可分 為基肥與 追肥。 基肥為播 種前施 入土壤中 的肥料 ，追肥 則 為生長 期程中所 需追施 的肥料。 現場種 植情形如 圖 4.1 所 示 嫩薑 種植之施 肥量目 前並無標 準，個 案表示在 基肥採 用富耕 一 號約 800(kg)做基 肥翻入 土壤中。 並於追 肥時採用 農福好 約 115(kg)作 為管 理之 用。第一 次追肥於 種植後 50 天 施肥，第二次 追 肥 於種植 後 70 天施 肥，第 三次追肥 於種植 後 90 天施 用。

經訪 談個案後 得知 (個案訪 談 1031119，民 國 103 年 )，因 施肥 及 噴灑農 藥會隨種 植過程 受到影響 而有所 增減，其數 據不易 取得。

故 將農地 有使用到 的部分 -肥料 及農 藥，以未 知數帶入。並進行 整 理 所有產 生的綠水 、藍水 與灰水水 足跡， 如表 4.1 所 示。

表 4.1 使用之原物料

WFChemicalFertilizers =^0.115x₂₀ ² = 0.00575x₂。 (4-5)

農 藥選擇 殺蟲劑方 面為加 保扶。使 用方法 為開挖溝 條施肥 後，立 即 覆土， 覆土後加 保扶則 殘留於土 壤中。 經訪談得 知加保 扶為農 會 產品， 因產品仍 需計算 其水足跡 ，所以 必須納入 考慮水 足跡。

因 農會無 法提供本 研究水 足跡資訊 ，故本 研究將農 藥所產 生的綠 色 水足跡 假設為X₃^g、藍 色水足 跡假設為X₃^b、灰 色水 足跡 假設 為X₃^y， 個 案表示 每公頃施 藥量為 0.27(公 升 )，換算 後取得 0.00027(m³)，

經 稀釋後 施藥量乘 上面積 則取得 0.0108(m3)計 算過程 如下所 示 ：

WF_Pesticide = ^0.0108x_Y ³ (4-6)

計 算結果 如下所示 ：

WF_Pesticide = ^0.0108x₂₀ ³ = 0.00054x₃ (4-7)

綜 上所述，將 (4-3)、(4-5)與 (4-7)式 加總後 則為原物 料水足 跡，

如 下述定 義。

WF_stuff = WFBaseFertilizer+ WFChemicalFertilizers + WF_Pesticide (4-8) 以 上 述 定 義 進 行 計 算 ， 計 算 結 果 為

WF_stuff = 0.04x₁＋0.00575x₂＋0.00054x₃ (4-9)

圖 4.1 現場耕種情形

第二節 嫩薑之灌溉用水

本研 究以 CROPWAT 操 作 條 件分 為兩階 段操作。 第一階 段係 參 照氣象 參數 (溫度、風速、濕度等)、作物生 長參數 (種 植期程 、 作 物高度 、根莖深 度 )與 耕地土 壤參 數 (土 壤滲透 率)及 其他 參數 (如 有效 雨量 )，以 取得作 物生長期 的蒸發 散量、作 物需水 量與灌 溉 需求量 。蒸發散 量可充 分表現作 物生長 過程中， 對水資 源的需 求 。第二 階段比較 蒸發散 量與有效 雨量， 取其最小 值為作 物需水 量 。本研 究是將累 積蒸發 散量與耕 地面積 除以每公 頃產量 ，做為 灌 溉用綠 色水足跡 計算。

嫩薑 生產期為 103 年 3 月 16 日 開始種 植至 8 月 27 日 採收。

依 嫩薑種 植期間的 最低氣 溫 (TMin)、 最高氣 溫 (TMax)、 相對溼 度 (RH)、風 速 (WS)、日 照時數 (SunShine)等 資料 輸入 CROPWAT，

如 表 4.2。用 以計算 作物蒸 發散量、有 效雨量 以及灌溉 需水量，並 分 析在適 期內對作 物的用 水情形。 資料收 集包含： 作物係 數、生 長 天數、 土壤滲透 係數及 種植面積 。

表 4.2 103 年台東氣象站氣象資料

CROPWAT 之 係 數與 各階段 生長天數 如圖 4.3 所示 。

(研究者擷取自 CROPWAT- Hordeum vulgare 進行計算)

圖 4.3 CROPWAT 中大麥作物係數與各階段生長天數 本研 究以期作 的蒸發 散量 (ET_c,tot)跟 有效雨 量 (P_eff,tot)作為 計 算 。各項 氣象參數 可在中 央氣象局 官網 (中央氣 象局 ，

http://www.cwb.gov.tw/V7/index.htm)取 得並 作為依 據 ， 進行作 物 蒸 發散量（ Reference Evapotranspiration，ET₀）計算。由於 針對 嫩 薑 作物係 數的相關 研究不 多，故引用 CROPWAT 中 同 目植物 -大麥 產 期生長 係數，由 CROPWAT 帶 入 係數並 以每十日 進行計 算後加 總 。蒸發 散量計算 方式如 下式所示 。

ET_c,tot = ∑ K_c × ET₀ (4-10)

經 由 CROPWAT 加 總後得 到蒸發散 量為

ET_c,tot = 750.8(𝑚𝑚𝑚𝑚) (4-11)

另 外有效 雨量為

P_eff,tot = 441.2(𝑚𝑚𝑚𝑚) (4-12)

依 前章所 述公式進 行計算 綠色水足 跡，且 以公式中

min�ETc,tot, P_eff,tot�之最小值 441.2(mm)計算，計算方式如下式所示。

WFirrigate,green =^{min�ETc,tot}_Y^{,Peff,tot�×A}× 10 (4-13) 所 算出的 綠色水足 跡為

WFirrigate,green＝441.2(𝑚𝑚𝑚𝑚)×0.4�公 頃 � 20(𝑚𝑚³/𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡) × 10

＝88.24(𝑚𝑚³/𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡) (4-14) CROPWAT 計 算蒸 發散量 與有效雨 量，如 圖 4.4 所 示。

(研究者擷取自 CROPWAT。)

圖 4.4 CROPWAT 計算結果

第三節 嫩薑種植與清洗等服務性用的藍色與灰色水足跡 灌 溉用藍 色水足跡 部份， 個案是以 引入山 泉水的方 式來進 行 灌 溉。因 個案並無 裝設自 來水錶， 故無法 取得用水 量。而 現場勘 查 水管口 徑為 1 英 吋，馬 達為 1/2 馬 力 (HP)並 進行抽 水，並 備有 10 噸 之水 塔用以儲 水，以供 應農地 灌溉使 用。僅能 利用個 案提供 每 月用電 費進行計 算，如 表 4.3 所 示 。假設r為水比重1000；q 為 流 量 (𝑚𝑚³⁄𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠)；抽水 揚程 h 為 4(公尺 )，系 數µ為 75，P 為抽水機

P= ^r×q×h_μ (4-15)

12 次 ，故 清洗等服 務性用 耗水量 為

WFirrigate,gray = _Y(C ^L

max−C_nat) (4-25)

WFBaseFertilizer,gray =_20(0.1−0)^0.8×2.5% = 0.01(𝑚𝑚³/𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡) (4-26) 而農 福好於追 肥的過 程中使用 量為 0.115 公噸， 其中鉀 肥成 分 最高值 約為 50%。 因鉀肥 未有相關 法規加 以約束標 準值， 另考 慮 次高值 氮肥 20%進 行計算 。同上述 計算方 式可求得

WFChemicalFertilizers,gray = ^0.115×20%_20(0.1−0) = 0.0115(𝑚𝑚³/𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡) (4-27) 加保 扶施藥量 為面積 乘上農藥 噴灑量 ，計算過 程則為 0.4(公 頃 )×0.027(𝑚𝑚³)=0.0108(𝑚𝑚³/𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡)。其中胺基酸鹽成分為 41%，水體 最 大可承 受濃度C_max為 0.1(𝑚𝑚𝑚𝑚/𝐿𝐿)、自然背景濃度C_nat0(𝑚𝑚𝑚𝑚/𝐿𝐿)。故 嫩 薑農藥 使用的灰 色水足 跡，如下 式所示 。

WFPesticide,gray =^0.0108×41%_20(0.1−0) = 0.0022(𝑚𝑚³/𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡) (4-28) 個案 在清潔及 復原場 地、器具 等耗用 水來自於 山泉水 。引用 山 泉水除 了用在灌 溉上， 便是清洗 農藥噴 灑器。其 計算方 法與 (4-18)式 類似，故 以該式 進行計算 以求得 結果，將 上述加 總後計 算 灌溉用 灰色水足 跡為

WFirrigate,gray = 0.01 + 0.0115 + 0.0022 = 0.0237(𝑚𝑚³/𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡) (4-29) 而農藥 噴灑器 清洗上 使用 120(𝑚𝑚³/𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡)。清洗後污水濃度為𝜌𝜌，故 清 洗等服 務性灰色 水足跡 計算結果 如下所 示

WFservice,gray = 1200ρ(𝑚𝑚³/𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡) (4-30)

另針 對法規相 關規定 進行蒐集 整理， 依據地面 水體分 類及水 質 標準 (行政院 環境 保護署 ， 2014)。 整理結 果如表 4.4、 表 4.5。

表 4.4 保護生活環境相關環境基準

表 4.5 地面水體及水質標準

第四節 嫩薑之水足跡計算結果

清 洗等服 務性用藍 色水足 跡 (G)，依 (4-21)式 計算結果 為

清 洗等服 務性用藍 色水足 跡 (G)，依 (4-21)式 計算結果 為

在文檔中 探討農作物之水足跡估算 (頁 30-0)