一、研究區域
本研究以台灣地區傳統慣行農法施作之水稻田為主，台灣地區包 含本島及圍繞本島的島嶼。台灣島呈現紡錘狀外形，長軸南北走向，
長約三百八十五公里，東西最大寬度為一百四十三公里，全島面積約 為三萬六千公里。受新生代造山運動影響地勢崎嶇，中央山脈是台灣 本島的脊樑山脈，也是台灣島東西兩斜面間的主要分水嶺，同時將本 島分為東西兩部分，西斜面寬度約為東斜面的兩倍，因此造成自中央 山脈東下的河川短急。西斜面則自高聳的主要山嶺進入較低的麓山帶 後，再往西降為廣大的上升台地。西部麓山帶以西的廣大濱海平原緊 位在台灣海峽的東緣，南北長約二百四十公里，東西寬約四十五公里。
中央山脈東面為海岸山脈，與中央山脈間隔以一條狹長的裂谷稱為東 台灣裂谷（地理上稱為花東縱谷），此裂谷長約一百五十公里平均寬度 小於五公里（何，1997）。
根據中央氣象局 1971-2000 間統計資料顯示，台灣的氣候長年如 夏，年平均降雨量約為兩千五百公釐，年平均溫度約在攝氏 20 至 25 度之間。冬季時的東北季風、夏季時的西南季風以及六月至十一月的 颱風，為全島帶來豐沛的降雨。冬季溫暖、夏季炎熱、雨量多為台灣 氣候的三大特色。
並依據 93 農業統計年報資料，整理台灣地區各縣市稻米耕作面積 如圖 3-1，依圖中整理資料得出台灣地區主要稻米產區為分布於西部平 原、花東縱谷、以及位於東北部之蘭陽平原等地。
圖 3-1 台灣地區稻米產區分布圖
二、研究方法
本研究將利用「能值分析」此一生態能量評估方法進行水田經濟活動 之能量流動。同時與採用另外兩種經濟評估方法所計算出來之水稻田價值 作比較，以了解由能量觀點出發之評估方式與市場經濟價格為分析依據的 評估方法之間之歧異度。
（一）能值分析
本研究將採用生態能量評估方法，又稱之為「能值分析」進行水稻 田的能量流動估算。這個方法的特色，是將自然生態系統與人類系統 同樣置於一個系統中思考。在計算上，主要考慮的是能量的流動，在 系統生態學的理論基礎下，對於人類與自然共同永續發展之目的，可 以形成一個整體發展的架構。
（二）能值分析步驟 1.建立系統圖
在進行能值分析之前，必須先找出欲研究系統的主要元件，並 以系統生態學之圖像語言繪製系統圖。圖 3-2 為一般水田生態系的 系統圖。
圖 3-2 一般水田生態系的系統圖
以此圖為例，在一般耕作方式的水田生態系統中，最大的長方 形框架代表本系統範圍，左邊代表的是自然資源的投入，包括有太 陽、降水、風；上方代表的是系統外的投入，包含有灌溉、肥料、
農業機具、勞務投入等；系統內則有稻田扮演生產者的角色、土壤 負責儲存養分及水分、人類為主要消費者、銀行負責經濟面的流 動。箭頭代表能量流動方向，一般的表示方法為左進右出，彼此間 依真實情況或有交互作用、或有交會。人類經濟系統的貨幣流動則 用虛線表示。最後系統間所有元件間之作用都必定伴隨熱的耗散，
此部分用較細的黑線及箭頭表示。
2.建立能值分析表
根據系統圖，計算各項因子輸入之能值。參考 Odum(1996)環
境會計帳之方法，進行能值分析的步驟概述如下：
(1) 列出其主要能量來源，包括輸入之可更新資源(陽光、
風、雨等)不可更新資源(土壤、動力等)、貨物及勞務(器 材、人工等)。
(2) 計算各資源之流動量：能量以焦耳為單位；物品以質量 單位表示（公克、公斤）；勞務以貨幣單位表示（NT$）。
(3) 將各資源轉換為共同之能值單位，以表示其在總體經濟 價值中之角色。
以本研究中的台北縣市水田能量流動計算為例加以說明。計算 出之能值分析表及計算方式如下列：
在可更新資源部分，從系統圖的整理中可以歸納出有太 陽、風、降水及灌溉水化學能等部份。分別收集並整理宜蘭地 區 2004 年之相關資料，計算方式參考 Odum（1996）年編製 之環境會計帳一書。
（1） 太陽能：因各地日照時數不同，計算方式為參考中央氣 象局日照時數統計數據以及每分鐘單位面積上累積之太 陽能（太陽常數）。
（1）
（2） 風力：風能的計算方式和台灣平均風速、空氣密度、阻 能量= (太陽常數)(面積)
= （1.96cal/cm2/min）（1614.3*60 min/yr）
（4.187 J/cal）（1E+8 cm2）
= 7.95E+13 J
抗係數及摩擦係數有關。
（3）降水化學能：系統中水平衡是一連串的熱量平衡的過程，
而如此過程不會是完全的功能轉換，而會有熱的耗散發生
（亦即 entropy）。要描述如此的狀態轉換過程需計算其自 由能函數，在此我們採用的是 Gibbs free number 計算降水 所具有的化學能（Odum, 1996）。
降水化學能= (降雨量)(單位面積)(水密度)(Gibbs free number)
= （2829.8 mm/yr）（1E-3 m/mm）（10000 m2）
（1E+6 g/m3）（4.94 J/g）
= 1.40E+11 J
（4）灌溉水化學能：計算原理同降水化學能，將降雨量改成 灌溉深度加以計算。
灌溉水化學能= (灌溉深度)(單位面積)(水密度)(Gibbs free number)
= （3.73 m）（10000 m2）（1E+6 g/m3）（4.94 J/g）
= 1.84E+11 J
系統外投入部分針對肥料、種苗、各類藥品及農具農舍分 別計算，主要資料來源為 2004 農業統計年報及 93 年稻穀生產 統計。此部份均以價格作為計算基準，計算方式為一、二期稻 穀生產成本與兩期耕作之面積進行加權計算，其中面積部分因
風之動能= (空氣密度)(阻抗係數)(風速÷摩擦效應係數) 3(單位面積)
= (1.3kg/ m3)(1.0E-3)(4.8 m/s3) 3)(3.14E+7s/y)
= 2.09E+11 J
部分地區並非兩期均耕作，因此全年度收穫總面積以兩期中之
之能換率為何，將總能值產出除以總稻穀生產能量，得出本系 統中之稻穀能換率為 1.01E+05 sej/j。
欲了解系統中各項資源流動之貨幣價格單位，也就是將其 換算成台灣總體經濟價值之計算方法為，該項太陽能值除以 2004 年之能值貨幣比（EMNT$ ratio）。以灌溉水化學能為例，
其太陽能值使用為 7.57E+15 sej，則其轉換成能值新台幣
（EMNT$）等於 7.57E+15 除以 30000000000 等於 2.52E+05 EMNT$。
表 3-1 能量流動計算示例－以 2004 台北縣市水稻田系統為例
資源類別項目 資源流動量 太陽能換率 太陽能值 總體經濟價值 (單位/年) (sej/unit) ( sej/Y) ( 2004 NT$)
可更新資源
1 太陽；J 7.95E+13 1 7.95E+13 2.65E+03 2 風；J 2.09E+11 623 1.30E+14 4.34E+03 3 降水化學能；J 1.40E+11 15444 2.16E+15 7.20E+04 4 灌溉水化學能；J 1.84E+11 41068 7.57E+15 2.52E+05
系統外之資源投入
5 肥料；NT$ 8.01E+03 3.00E+10 2.40E+14 8.01E+03 6 種苗；NT$ 9.18E+03 3.00E+10 2.75E+14 9.18E+03 7 各類藥品；NT$ 7.42E+03 3.00E+10 2.23E+14 7.42E+03 8 農具農舍；NT$ 1.40E+03 3.00E+10 4.20E+13 1.40E+03
勞務
9 勞力；NT$ 8.72E+04 3.00E+10 2.62E+15 8.72E+04 能值產出
10 總能值產出 1.10E+16 4.44E+05
稻穀生產量與能換率
11 稻穀; kg 6.47E+03 1.70E+12
稻穀; J 1.08E+11 1.01E+05
3.分析各項輸入因子的能值指標
在應用能值分析方法分析能量流動後，我們通常會先製作能量 流動三臂圖（three-arm diagram）以了解能量流動所代表的意義，
如圖 3-4，（Comar, 2000），這包含環境投入 I、系統外投入 F、系 統輸出 Y；其中 I 包括可更新 R 及不可更新資源 N、F 包含系統外 投入資源 M 及勞務投入 S。而為進一步評量此系統之能量運用方 式，我們將能量流動間的關係建立成能值指標（Odum, 1996）。
圖 3-3 能量流動三臂圖示例--巴西的蔬菜種植系統（Comar,2000）。
為了解水田系統的能量流動及能值使用情形，在參考並整理 Odum（1996）、Brown et al（1996）、Comar（2000）、黃 (2001)、
蘭等（2002）及 Juan（2005）等人之研究之後，將利用以下指標 進行評估，藉以了解水田系統與自然環境與人類經濟活動投入間的 關係。說明如下：
巴西的蔬菜種植 系統
環境投入 I 2,318.39
系統外投入 F 6370.75
能量流動單位:E13 sej/ha/year
8689.14 能值產出 Y
表 3-2 本研究所使用之生態能值指標估算與意義
能值指標 計算方式 代表意義
Emergy Yield Ratio（EYR）
能值產出比 Y/F 系統外投入對能值收獲的貢獻
Emergy Investment Ratio（EIR）
能值投資比 F/I 系統外投入與環境投入之比率
Environmental Loading Ratio
（ELR）環境負載比 （F+N）/R 投入資源中不可更新及系統外投
入占可更新資源的比率 Emergy Sustainability Index（ESI）
能值永續指標 EYR/ELR
表達能值永續使用程度之指標，
數值越大表示對再生資源的需求 比例較高，較具永續性
Investment Ratios（數種投資比）:
Service/Free resources Service/Resources
S/R S/(R+M)
勞務投入和可更新資源間比例 勞務投入佔總資源投入比例
Emergy Yield Ratio（EYR）能值產出比，指的是由在此系統中，
每單位經濟系統所投入的能值可以換得的產出能值。此指標通常大 於 1。當系統使用越多的本地免費的自然資源時，此指標越高。當 系統以經濟系統投入的資源為主時，此指標越接近 1。（Odum, 1996；黃，2004）。
Emergy Investment Ratio（EIR）能值投資比代表的意義是經濟 活動的能值回饋到輸入能值的外在環境之比率。估算方式為投入能 值（包括進口及內部不可再生能值）除以可更新資源之能值使用 量。開發程度越高的系統有越多的能值投資比（施，1991；李，1996）。
Environmental Loading Ratio（ELR）環境負載比用以評估系統 的環境壓力。評估方式為不可更新資源及系統外投入能值總量除以 可更新資源能值投入之能值。ELR 值越大代表系統對環境產生的 壓力越大，因為其需要越多的經濟投入才能維持其系統運作。（蘭 等，2002；Brown et al, 1996）
Emergy Sustainability Index（ESI） 能值永續指標乃是美國生 態學家 Brown. M. T.和義大利生態學家 Ulgiati. S 在研究並整合 Odum H. T.所提出之數種能值指標後所提出的評估系統是否具永 續性之指標。其評估方法為能值產出比除以環境負載比。其數值越 大代表該系統對來自自然系統中可更新資源的需求越高，其永續性 越高（蘭等，2002）。
其他關於能值投入之結構分析，也就是所謂的 Investment Ratios 投 資 比 中 ， 我 們 採 用 以 下 兩 種 比 率 ： 一 是 Service/Free resources，另一項為 Service/Resources。此兩種比率說明在該系統 中勞務投入之重要性（Juan,2005）。