國立台東大學資訊管理學系 環境經濟資訊管理碩士在職專班
碩士論文
探討『火龍果』水足跡之研究
─ 以台東地區為例
The study on dragon fruits’ water footprint -take Taitung for example
謝 政 融 撰
CHENG-JUNG HSIEH
指導教授：謝昆霖 博士 楊義清 博士
中 華 民 國 一 0 四年 六 月
誌謝辭
本文得以完成首先要感謝恩師謝昆霖教授及楊義清教授兩年來細心的 指導，在撰寫論文過程中，碰到的許多問題都不厭其煩為我解惑並給予方 向，並分享許多實務上的經驗以及未來的人生方向，使我受益良多，在此 獻上最高的敬意與謝枕。同時也感謝牧心智能發展中心所提供討論會議的 場所與行政上的資源，謹致謝意。
感謝口試委員 林志朋教授與黃俊元教授在繁忙之虞能夠給予指正及 提供寶貴的意見，僅此敬以無限謝意。在學期間，也非常感謝王文清老 師、羅炳和老師、林育珊老師、廖國良老師、黃恊弘老師、辛信興老師、
陳宜檉老師及謝明哲導師在學識上熱心的教導與鼓勵。
感謝與我同甘共苦的晨毓、明哲，還有研究所的同學杜孫大哥、環 慈、彥米及聖杰能夠參與討論，不定時的鼓勵我，讓我提起精神發奮向 上，也讓我感受到了溫暖。最後感謝我的爸爸、媽媽、姊姊、親愛的老婆 庭均及女兒佳恩、佳穎，感謝他們多年來陪伴我成長，給我最大的支持、
鼓勵、關心、溫暖與依靠，讓我順利的完成論文。
i
摘要
由於近年來經濟、人口成長帶動用水需求快速增加，加上自然環境的 破壞與氣候變遷等因素，使得水資源供給問題日趨惡化，旱災或強降雨情 形也趨於明顯，資料顯示可利用的淡水資源已逐漸稀少，近期發展出來的 水足跡是淡水資源使用的一種指標，可衡量消費者或生產者對淡水資源的 直接和間接使用，水足跡包括綠色水足跡、藍色水足跡及灰色水足跡。綠 色水足跡為土壤中雨水的用量，藍色水足跡為地面水和地下水之使用量，
灰色水足跡指將廢污水稀釋至符合周邊水質標準所需的淡水水量。
本研究主要是針對台東地區某農場火龍果進行水足跡衡量，在研究方 法上，主要依據文獻資料、研究區域實察、實際訪談法及利用 CROPWAT 灌溉計畫管理模式做為計算方式，輸入氣象資料參考蒸發散量、有效雨 量、作物生長階段資料及土壤有效水分，利用及農戶每月實際用水量，進 行作物需水量的計算等資料進行估算，探討火龍果種植流程中的水足跡相 關問題，並建議政府在推動水足跡概念時，若能同時採取獎勵和輔導措 施，促進節水和水再生利用相關產業的發展，提升用水效率和促進水利產 業發展之雙重政策效果。
關鍵詞：水足跡、火龍果
Abstract
Recent years the need of water increases with the growth of economy and population, environmental disruption and climate change, water supply issue has become deteriorating day by day. Droughts and Heavy rainfalls are trend to be distinct, the data shows that the available water has gradually decreased, the water footprint, which is recently developed, is the index used in fresh water measuring, it enables the measure of the direct and indirect use of fresh water of producers and the customers. The water footprints includes green water
footprint, blue water footprint, and grey water footprint.
The green water footprints are the consumption of rain water in dirt, the blue water footprints are the consumption of surface water and groundwater, the grey water footprints are the consumption of fresh water for diluting polluted water to qualified standard.
The main idea of this study is focused on the water footprint measure of dragon fruit in a certain farm in Taitung. For the research methods, depends on documents, actual investigation of area, actual interview and calculate with CROPWAT, enter the weather data and consult the evapotranspiration, effective rainfall, crops growth phase data, and the effective water in dirt. Calculate the need of water of crops and etc. with the actual water use of farmers monthly, discuss the relevant issues of water footprints during the growth of dragon fruit, and recommend the government to carry out the idea of water footprint,
meanwhile, adopt rewarding and guiding measures, to improve the development of water recycling and relevant industry and water using effect.
Key words：water footprint、pitaya
ii
目錄
摘要 ... i
Abstract ... ii
圖次 ... iii
表次 ... iv
第一章 前言 ... 1
第一節 研究動機 ... 1
第二節 研究目的 ... 4
第三節 研究流程 ... 7
第二章 文獻探討... 8
第一節 地理環境與火龍果栽種條件 ... 8
第二節 水資源、生態足跡與碳足跡相關研究 ... 14
第三節 水足跡相關研究 ... 18
第三章 研究方法... 24
第一節 區域介紹與研究範圍 ... 24
第二節 火龍果之水足跡定義 ... 25
第三節 CROPWAT 模式計算 ... 28
第四章 結果與討論... 33
第一節 火龍果之原料水足跡 ... 34
第二節 火龍果之綠色水足跡 ... 38
第三節 火龍果之藍色水足跡及灰色水足跡 ... 43
第四節 火龍果之水足跡計算結果 ... 51
第五章 結論與建議... 53
第一節 結論 ... 53
第二節 建議 ... 54
iii
圖次
圖 1.1 地 球 上 各 種 水 的 比 例 ... 3
圖 1.2 研究流程圖 ... 7
圖 2.1 火 龍 果 傳 播 路 徑 及 引 種 情 形 示 意 圖 ... 9
圖 2.2 火 龍 果 可 分 布 區 域 概 念 圖 ... 9
圖 2.3 火 龍 果 相 關 圖 片 ... 10
圖 2.4 各 國 水 足 跡 直 方 圖 ... 19
圖 2.5 水 足 跡 組 成 架 構 ... 23
圖 3.1 研究對象之空間基地 ... 25
圖 3.2 作物種植之水平衡 ... 26
圖 3.3 CROPWAT 8.0 版的輸入資料視窗示意圖 ... 30
圖 3.4 作物蒸發散量輸入介面示意圖 ... 30
圖 3.5 有效雨量輸入介面示意圖 ... 31
圖 3.6 CROPWAT 8.0 灌溉管理模式流程圖... 32
圖 4.1 農場設備情形 ... 34
圖 4.2 設置示意圖 ... 34
圖 4.3 台肥 43 號包裝示意圖 ... 36
圖 4.4 台東氣象觀測站 ... 39
圖 4.5 生產期間與田間管理情形 ... 40
圖 4.6 種系發生學演化關係 ... 41
圖 4.7 CROPWAT 計算結果 ... 43
圖 4.8 噴灑系統設置情形 ... 45
圖 4.9 噴灑系統設置情形 ... 46
iv
表次
表 1.1 主 要 水 果 農 場 價 格 ... 6
表 2.1 台東縣氣象站月平均氣溫統計表 ... 11
表 2.2 火 龍 果 產 期 調 節 圖 ... 12
表 2.3 國 際 虛 擬 水 相 關 研 究 發 展 ... 17
表 2.4 各 國 水 足 跡 直 方 圖 ... 19
表 2.5 台 灣 地 區 各 標 的 目 標 年 用 水 情 形 ... 20
表 4.1 台東縣氣象站基本資料 ... 39
表 4.2 103 年台東氣象站氣象資料 ... 42
表 4.3 CROPWAT 模式之 TOMATO 的參數 ... 42
表 4.4 用水之電費計算及使用水量 ... 45
表 4.5 保護生活環境相關環境基準 ... 48
表 4.6 地面水體及水質標準 ... 49
表 4.7 估算火龍果種植過程中所耗用之各式水足跡 ... 51
1
第一章 前言
第一節 研究動機
古諺云：「十年樹木，百年樹人」，環境教育為全民教育之一環，亦為 國家百年大計，著眼於我國未來 100 年之環境教育目標，並期望能傳達邁 向永續發展目標及綠色經濟的營造與綠色生活型態，可讓地球萬物生生地 延續至下一個世紀，不論是民間團體、學校、社區、一般國民及政府本身 等都能夠認同其重要性，也常能看到許多實際作為並具成效。但由於環境 議題範圍十分廣泛，且過去政府及民間無論人力、經費、設施或相關資源 之投入環境教育工作，均明顯不足，無法全面深化，有待更完善的法規與 制度予以規範，以利於達成國民、學校、社區、民間團體、企業與政府本 身，依照其不同屬性結合相應之環境保護事務，全面深化環境意識並主動 採取直接的環保行動。另一方面，為因應全球暖化、氣候變遷、生物特性 與生態環境破壞、能源與糧食短缺等問題，極需建立以「環境」為主軸之 教育法案，方能有效提升全民的環境素養，產生保護環境行動，以達永續 發展（行政院環保署，2010）。
聯合國及其他國際組織自 1970 年以來世界性的水資源相對人類需求 的狀況，主要的危機來源是可用水的匱乏以及水體污染。地球的淡水資 源有限，主要出現在蓄水層、表面流和大氣層中。海水有時被誤認為是 可用水，但其實由於將鹹水轉化為飲用水需要巨大的能量，所以世界上 只有極少部分淡水是來自海水淡化。到了 2025 年，三分二的世界人口將 得不到安全飲用水和基本衛生服務，建設污水處理廠和減少使用地下水 卻不是解決問題的方法。污水處理廠需要大量資金，加上額外水源很難 追上急增的人口，即使能成功建成污水處理廠，巨大的運作費用和員工
2
所需的技能也是考慮因素之一。而減少使用地下水在政治上並不受歡 迎，嚴重影響農民的生計，若落實會令農作物收成減少，不能提供足夠 食糧給國民。
從實際層面來看，發展中國家可嘗試利用簡單的污水處理或化糞設施，
以及分析改善污水設施的設計，從而減低對飲用水和生態系統的影響。已 發展國家能分享符合成本效益的污水處理和水文運輸模式等技術。個人層 面上，已發展國家的人應自我反省，減少水的浪費，珍惜保貴的淡水資源。
所有國家可增加對生態系統的保護，尤其是濕地和河岸地區。這些措施不 但能保存生物群(biota)，也能促進大自然的水循環，令水體更適合人類使 用。
水資源關係到社會經濟持續發展和國民生活品質提升，對人類社會 來說有著不可替代的重要性。隨著經濟的發展，對於民生用水的平均需 求亦將隨之增高，人口成長對於糧食與水資源的需求日增外。二十世紀 末，虛擬水的概念成為解決缺水國家和地區水資源安全問題提供了一種 途徑，因此計算水足跡成了水資源問題及農業研究問題的熱門題材，並 配合水質保護政策之持續推動與落實，水資源才得以永續發展。
地球上的水分布於各個角落，包含：海洋、河川、湖泊、地底岩層 以及大氣之中約有 14 億立方公里。淡水大約有 3,500 萬立方公里，約占 所有水量的 2.5%。惟其中只有 0.3%的淡水存在於河川與湖泊中。然可供 應人類與生態使用的淡水僅約 20 萬立方公里，不到全部淡水的 1%，如 圖 1.1 在全球氣候變遷日益嚴重下，所衍生的異常氣候衝擊，發生降雨事 件的強弱及次數不確定性增加，造成全球面臨水源水質與水量調整運用 及供水保護挑戰，令水資源管理上大幅增加其困難度。
3
圖 1.1 地 球 上 各 種 水 的 比 例
（ 圖 片 來 源 ： 人 禾 環 境 發 展 基 金 會 ， h t t p : / / w w w. e e f t . o rg. t w / a r t / 4 / 2 0 1 0 1 0 2 9 ）
在台灣，就全球降雨量分布來看，降雨量的年平均高達約 2,500 公 釐，是世界平均值的 2.6 倍，每人平均可用水量僅世界均值之 1/6，被聯 合國劃定為水資源貧乏地區。台灣受到海洋版塊與大陸版塊擠壓而成，
形成高山與平原特殊地理位置，大部份型態為颱風暴雨居多，造成降雨 量分配不均，約有 80％的降雨集中於 5 至 10 月之豐水期，而且根據中央 氣象局統計資料，近 30 年來台灣大豪雨日數(日雨量大於 200mm)明顯增 多，降水強度亦顯著增強，因此讓水資源開發與利用相當困難，加上地 狹人口稠密及工商產業發達，每人每年平均分配可用之雨水量甚少。換 言之，台灣是降雨豐沛的缺水地區。
4
第二節 研究目的
1993 年倫敦國王學院的 Allan 教授提出「虛擬水（virtual water）」的 概念，將其定義為用於生產國際貿易產品所使用的水資源(Allan，1999)。
水資源使用訊息的揭露是未來必須進行的工作，2002 年由 Hoekstra 與 Chapagain 提出「水足跡」(water footprint)概念，儼然成為近年來國際上 蔚為風潮的水資源衡量指標，其標示與衡量受到相當重視。然而水足跡 簡單來說，就是代表著某一個特定商品在製造過程中消耗地球水資源的 程度。他的計算是由綠色水足跡（green water footprint）、藍色水足跡
（blue water footprint）、及灰色水足跡（gray water footprint）三者加總而 得(Chapagain and Hoekstra，2004；Chapagain and Hoekstra，2008)；其 中，綠色水足跡代表商品生產過程中產生的蒸散量，藍色水足跡代表消 耗地表水或地下淡水量，灰色水足跡則指稀釋生產中製造汙染至標準水 質所需要的用水量。由於水足跡可用來表示消費和生產商品過程中所需 的水資源量和水污染的影響程度，有別於傳統水利單位以生活用水、農 業用水及工業用水的標的來區分水資源的分類，能令民眾暸解使用或購 買及服務消費過程中各製程階段所消耗水資源總量，亦有助於企業大至 國家，判別水資源需求、評估水資源對其依著度，更甚其營運相關的水 污染排放對環境的影響等等，並可針對運用水足跡估算結果來擬定營運 方針減少水資源浪費，提升使用效率。
台灣農業的經濟果樹栽培包含溫帶、副熱帶、熱帶的果樹，但有 53
﹪水果產量集中 5~8 月間；水果產量集中現象，使得夏季水果供需失 調，價格波動頗大。台灣水果外銷產業的發展情形，從過去至目前受到 國內外的經濟情勢的演變影響而有著不同的變化，成熟的農業研發科
5
技、農產品採收後處理及運銷技術日新月異、吉園圃及安全農業的推 動、與中國大陸簽訂 ECFA 等，而國外方面主要有成立 WTO 組織加速農 產品貿易自由化、多國性水果產銷企業強勢競銷、中國大陸農產品的掘 起、國際海、空運航線便捷、對生產履歷及安全追溯的重視、日本宣佈 對殘留農藥的正面表列為檢驗標準、我政府有關單位積極對外協商水果 出口檢疫條件及排除非關稅障礙等，而努力擴展有外銷潛力的水果，在 出口受限而國內市場有限下，農人將農作物推陳出新以創造經營利潤；
根據行政院農業委員會農糧署統計資料顯示，火龍果價格由 98 年每公斤 35.47 元，99 年每公斤 41.86 元至 103 年每公斤 69.65 元，本年累計平均 較上年同期增加 13.43%，較香蕉同期增加 8.81%，鳳梨(17 號)-3.97%，
有大幅的增長(如表 1.1)，火龍果即是台灣地區引種栽培的新興作物，並 在近年來成為外銷市場的新寵兒。
6
表 1.1 主 要 水 果 農 場 價 格
( 研 究 者 自 行 整 理 ： 重 繪 自 行 政 院 農 委 會 統 計 2 0 1 4 )
本研究嘗試瞭解火龍果種植流程中的水足跡相關問題：
1.探討應用於火龍果種植時之各式水足跡的定義；
2.利用上述定義進行火龍果水足跡試算；
3.以研究結果來探究火龍果種植過程中水足跡估算之可行性。
單位：元/公斤 Unit：N.T.$/kg
香蕉 鳳梨 鳳梨 椪柑 桶柑 火龍果
(內銷) (開英種) (17號)
Bananas
(Domestic )
Pineapple s (Cayen)
Pineapple
(No.17) Ponkans Tankan Cactus Pear
25.07 14.61 16.62 22.81 23.39 35.47 13.34 15.99 18.95 26.67 36.91 41.86 16.29 18.15 19.21 21.28 36.45 50.52 21.93 18.48 21.30 24.35 29.91 56.65 25.67 15.90 22.03 35.13 31.97 61.40 26.84 17.53 21.57 35.62 44.96 69.65
-60.43 40.54 8.08 2.41 - -2.71
8.81 10.21 -3.97 -1.93 40.62 13.43 101年
102年 103年
註：鳳梨92年6月(含)前查價品種為四號鳳梨 。 資料來源：行政院農業委員會農糧署 。
主要水果農場價格
Farm Prices of Major Fruits
年 (月) 別 Year (Month)
當月較上年同期增減(%)
Current Month vs. the Same Period of 2013 (%)
本年累計平均較上年同期增減(%)
Jan.-Current Month vs. the Same Period of 2013 (%)
98年 99年 100年
7
第三節 研究流程 本 研 究 流 程 如 圖 1.2 所 示 ：
圖 1.2 研究流程圖
研究動機與目的
文獻蒐集與整理
火龍果生產水足跡估算
結果與討論
結論與建議 火龍果生產
的藍色 水足跡 火龍果生產
的綠色 水足跡
火龍果生產 的灰色 水足跡
8
第二章 文獻探討
本章內容主要是探討有關火龍果引種傳播過程及水資源之理論與相 關研究，生態足跡與碳足跡，並對水足跡之起源加以說明，探討人類對 自然資源的需求，同時喚起各界對環境的重視。
第一節 地理環境與火龍果栽種條件
火龍果原產熱帶美洲雨林，目前分布於中美洲及南美洲北部、西印 度群島，中南美洲火龍果一般名稱：pitaya、pitahaya、pitajaya、pitaya roja；依據糞化石(coprolites)證據指出，遠在 9,000 年前仙人掌果實已為 人類的食物(Nobel，1994)；19 世紀末期（約 1885 年之後），越南淪為法 國殖民地時，火龍果傳至越南種植，越南俗稱 Dragon fruit、Dragon pearl fruit、thanh long (Mizrahi et al. 1997)；生產地沿 Nga Trang 至 Ho Chi MingCity 海岸一帶，現為亞洲火龍果主要出口國家；台灣野生狀態三角 柱仙人掌為 1645 年由荷蘭人所引進台灣及澎湖；在 1953 年蔡氏又從波 多黎各引進三角柱仙人掌栽培(顏昌瑞、張鳳如，1996)；1983 年台中大 里市果農陳塗砂引進自交親和性會結果的品種，1989 年屏東科技大學農 園系顏昌瑞教授投入研究選育優良品種。此期間亦有園藝業者由越南引 入品種栽培，如嘉義縣竹崎鄉果農賴文化於 1993 年由越南引進火龍果種 苗，將這些種苗雜交培植出枝苗後，再以高接枝方式，使之兩年後長出 果實。1996 年在越南經商的東石鄉蔡國榮先生，引進道地越南種的紅、
綠皮火龍果苗木，1998 年王群光醫師更由中美洲引進原種紅肉及黃仙蜜 果（一般稱“黃龍果”），依所蒐集資料整理火龍果在世界傳播及引種情 形，如圖 2.1，若依氣候條件，歸納出火龍果較適生長環境，世界火龍果 區可分布區域(陳瑞彬，2003)，如圖 2.2。
9
圖 2.1 火 龍 果 傳 播 路 徑 及 引 種 情 形 示 意 圖
( 摘 錄 自 陳 瑞 彬 ， 2 0 0 3 ，「 彰 化 地 區 火 龍 果 產 銷 及 栽 培 擴 散 研 究 」 )
圖 2.2 火 龍 果 可 分 布 區 域 概 念 圖
( 摘 錄 自 陳 瑞 彬 ， 2 0 0 3 ，「 彰 化 地 區 火 龍 果 產 銷 及 栽 培 擴 散 研 究 」 )
10
火龍果為仙人掌科量天尺屬(學名 Hylocereus undatus)，又名龍骨花、
三角柱、三棱箭、三棱劍、劍花、七星劍花、霸王鞭、霸王花、假曇 花，其果實被稱為紅龍果、火龍果、仙人掌果，分布在澳大利亞、台 灣、夏威夷以及中國大陸的海南、福建、廣東等地，生長於海拔 3 米至 300 米的地區，一般逸生，以氣根攀緣於樹榦、岩石或牆壁上，生長於高 溫多濕環境的植物，雖能耐旱，但經濟栽培需適度灌溉，使花芽容易突 破成長點順利生長，栽培過程中除東方果蠅外，少有病菌蟲害，農藥使 用可降至最低。為多年生攀爬性仙人掌（trailing cacti），火龍果外型，如 圖 2.3。火龍果具有耐旱、耐貧瘠土壤、病蟲害少之特性，且生性強健，
每公頃產量可達 12600-16600 公斤(行政院農委會，2002 )。
圖 2.3 火 龍 果 相 關 圖 片 ( 台 東 縣 境 內 火 龍 果 栽 種 實 境 )
台東縣濱臨太平洋，受海洋性氣候影響海風強勁，沿海平均風速約 為 3m/sec，離島、蘭嶼島年平均風速甚至高達 9m/sec。台東縣平均溫度 約為攝氏 23 度；由於日照強烈、蒸發量較高，因此空氣較為乾燥，目前 中央氣象局新屬氣象站於台東境內的有成功、台東、大武及蘭嶼等測 站，以下依所得之 30 年（1981~2013）平均氣象資料作進一步的分析：
表 2.1 為台東縣氣象站月平均氣溫統計，由於黑潮與山脈排列深刻影響本
11
地氣溫，使得平均溫度較西部高約 0.5℃左右，且平原地帶較高山丘陵區 為高。以各測站而言：成功站年均溫為 23.8℃、台東站年均溫為
24.5℃、大武站年均溫為 24.9℃、至於蘭嶼站因有海洋調解溫度稍低，年 均溫 22.7℃，為栽種火龍果相當適合之區域。
表 2.1 台東縣氣象站月平均氣溫統計表
地名 一月 二月 三月 四月 五月 六月 七月 八月 九月 十月 十一月 十二月 平均 大武 20.3 20.9 22.6 24.7 26.5 28.0 28.6 28.2 27.2 26.0 24.0 21.3 24.9 成功 18.9 19.4 21.0 23.2 25.3 27.1 28.1 27.9 26.8 25.2 22.7 20.0 23.8 蘭嶼 18.5 19.0 20.5 22.4 24.3 25.7 26.3 26.1 25.2 23.8 21.7 19.4 22.7 台東 19.5 20.0 21.8 24.1 26.2 27.8 28.9 28.7 27.5 25.7 23.3 20.5 24.5
統計日期：102 年 10 月止。 數據來源：中央氣象局。
台灣栽培的火龍果可分三大類：常見紅皮白肉及紅皮紅肉之火龍 果、黃皮白肉之黃龍果、刺梨（張鳳如、顏昌瑞，1997）; 台灣火龍果品 種極多，大致可區分為早期引進之本地種、近來引進之越南種、中美洲 紅肉種及私人育成之紅肉與白肉雜交品種，在自然條件下，原則上以三 月開始施肥，五月長出花苞：如果發現花苞數量太多，就要進行疏花的 動作，把花苞數量控制在適當的量，以免太多花苞結果，造成果樹營養 成分不堪負荷，進而造成果實長不大又不甜；到了七、八月至十一月進 入果實採收期：七、八月時因為日照長，陽光充足，所以果實較甜，到 了十月、十一月，果實成熟的時間拉長而且果實的甜度較差，甚至沒有 果實了。有果實的這五個月(七月到十一月)，每天都必須採收果實，也要 隨時進行疏果的動作，摘除過多的火龍果，摘除下來的未成熟果實就放
12
在土地上任其腐爛，成為母株最天然的養分來源，剩下十二月到二月要 逕行修剪老枝，除草等工作，期程如表 2.2 所示。
表 2.2火 龍 果 產 期 調 節 圖
綜觀國內火龍果研究之論文，根據台灣碩博士論文網於 2001 年
~2013 年以關鍵字“火龍果”進行搜尋共計有 10 篇論文，顯示國內針對相 關的議題還有更多研究的空間，如表 2.3。
月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
修剪 施肥 開花 結果 採收
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表 2.3 台灣碩博士論文網中關鍵字“火龍果”搜尋結果
序號 論文 學校科系 研究生
1 台灣火龍果胞囊線蟲之發生、鑑定及
生態學研究 中興大學植物病理學系 詹修語
2
創業家精神與經營績效關聯性之研究
－以彰化木屋咖啡館自然栽種火龍果 為例
朝陽科技大學企業管理系碩
士班 林綠蓉
3 火龍果狀之碳錫複合式鋰電池陽極材 料之研究
國立台灣科技大學化學工程
系 黃正良
4 酚類化合物對火龍果果皮色素穩定性
及抗氧化力之影響 屏東科技大學食品科學系 蕭叔勉
5 添加物對火龍果果皮色素萃取液的顏
色及抗氧化力之影響 屏東科技大學食品科學系 蕭增宜
6 紅肉火龍果及其果醬抗氧化力之探討 靜宜大學食品營養研究所 林惠娟
7
脈衝電場與傳統加熱處理對紅肉火龍 果和仙人掌果果汁之微生物、色素及 其品質之比較研究
東海大學食品科學系 郭雅芳
8 彰化地區火龍果產銷及栽培擴散研究 彰化師範大學地理學系在職
進修專班 陳瑞彬
9 兩種紅肉火龍果(Hylocereusspp.)加
工特性之比較 國立中興大學食品科學系 謝麗敏
10 紅肉火龍果(Hylocereuspolyrhizus)
甜菜苷色素定性與安定性之研究 東海大學食品科學系 林怡君
14
第二節 水資源、生態足跡與碳足跡相關研究
自 1993 年 Allan 教授正式提出虛擬水概念後，有關虛擬水的相關研 究也陸續被提出，主要探討如何以虛擬水交易的概念達到水資源富裕的 國家與水資源匱乏的國家之間的平衡，虛擬水的計算方法與各國間虛擬 水交易的相關研究也逐漸被重視，而為了能夠較準確的估算各國的用水 量與國與國之間的虛擬水交易量，儼然成為水資源安全的主要議題
（Dietzenbacher，2007）。
水資源的利用，對人類農牧漁業、經濟發展、能源獲得、生活健康 以及生態環境的穩定等，均有巨大的影響與關連性。因此，落實水資源 教育，將愛護水資源的理念與信念深植民心，進而將愛護水資源化為行 為，才能達到水資源的永續經營。地球運轉的現象中，環境影響人類的 文化發展，也影響環境的生態演替。然從現代環境論者的觀點，無論從
「環境決定論」或「環境或然論」，水資源為具有提供人類潛在使用價值 的水體(徐美玲等，2013)。唯有透過教育改變個人的態度與行為，從根本 上改造人類，使每個人都能擁有適切的環境素養和正確的環境行為，才 能讓人類、生態與地球和諧共處 (王鑫，1994)。環境對於人類文化的形 成及處境，都有著顯著的影響(廖本瑞，1996)。水在循環過程中為人類及 動植物所利用，就是水資源(歐陽嶠暉，2004)。聯合國教科文組織為水資 源下的定義為：「在一地區對於可確認的需求能長期提供質佳量穩的水 源」。此外，前經濟部水資源局制定之「現階段水資源政策綱領」則將水 資源定義：「為確保地面水與地下水之質與量，維護自然生態環境，促進 水資源之永續經營與利用，以提昇國民生活與環境品質，並增進社會與
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經濟持續發展」。由此可知，水在生活和農、工業生產上都是不可缺少的 自然資源 (姜文來等，2005)。
生態足跡分析於 1994 年由加拿大學者 Rees 與 Wackernagel 發展出 來，在轉化容受力分析「人之於地」概念為生態足跡分析的「地之於 人」概念後，並且將其轉換成自然界在維持這些流通上相對提供的陸地
／水域面積，生態足跡分析逐漸變成一個可測度的衡量工具。生態足跡 的概念很簡單，但涵蓋層面卻相當廣泛，它說明各種經濟體要產生功能 所需要的能源與物質之流通；這個同時具有分析性及教育性的技術不僅 可用來評估目前人類活動的永續性。
由於每一種物質消費與廢棄物產量皆需某特定土地或水域面積加以 涵養，若我們將經濟體比喻為「工業新陳代謝」，因此加總某特定地區人 口消費或處理廢棄物所需的土地面積，即代表了這些人口產生的負荷；
換句話說，完整的生態足跡分析包含直接使用的土地面積與所有物質與 能源消費的間接影響，這不僅包括製造可再生資源及維生服務所需的自 然資本面積，更包括由於污染、輻射等因素造成生物性生產力喪失的生 態土地面積，亦即利用能量轉換的過程，亦可將不可再生資源的使用包 含在內。然而值得一提的是，足跡的計算方式乃採用列舉式，建立在有 限的消費項目及消耗的流量統計上，然而，這些足跡並不是一片連續的 土地；由於國際貿易的關係，人們使用的土地與水域面積分散在全球各 個角落，這些需要很多研究來決定其確定的位置。
碳足跡為衡量因直接或間接活動及產品整體生命週期累積總溫室氣 體排放。這包含個人活動、團體、政府、企業、組織、製程及行業等。
而直接排放量(內部)及間接排放量(外部、上下游)都需納入計算。進一步 說明如何避免重複計算都須說明完整(Wiedmann and Minx，2007)。應用
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在國家層級時，碳足跡須納入家庭、政府及其他最後需求(如資本投資)，
也和國家貿易隱含排放量相關。其一詞來自生態足跡概念(Wackernagel 與 Ress，1995)，但其無表示面積之意。溫室氣體計算的單位換算為質量 單位(公斤、噸)，與區域面積單位(公頃、平方公尺)無直接關係。因在轉 換土地面積都必須加以假設，這之間都會造成碳足跡估算的不確定性增 加(Galli，2012)。碳足跡 Wiedmann and Minx(2007)定義為:用於人類生產 與消費活動中，所產生的氣體排放對氣候變遷的影響。
2002 年 12 月在荷蘭的 Delft 舉辦了首次關於虛擬水貿易的國際專家 會議，此次會議主要在於對於虛擬水研究的相關科學知識交流，並討論 未來有關虛擬水研究的相關議程。2003 年 3 月在日本舉辦了第三屆世界 水論壇會議，在會議上並針對虛擬水交易相關問題安排討論，兩次的國 際會議也肯定了虛擬水交易在解決全球水資源安全方面的作用(王克強 等，2007；柳文華等，2005)。
2003 年 4 月世界水論壇組織了虛擬水交易與地緣政治學的會議，會 議目的在於繼續論壇未完成的討論，加強對虛擬水交易的影響、潛能等 不同觀點的探討。2006 年 3 月第四次水資源論壇在墨西哥舉行，會議的 主題是阿拉伯的區的虛擬水，此會議的目的在於積極推動論壇各方的參 與，確定當地面臨的水資源管理問題與在地方上推動虛擬水、實施虛擬 水概念的挑戰，在會議中重申了水資源的重要性以及為達到水資源綜合 管理而達成的協議，並強調在地方上推動的重要性(王克強等，2007)。詳 細水資源相關研究發展階段如表 2.3。
全球水足跡年總和為 7,450 兆立方公尺，其中農產品消費相關之水足 跡佔 85.8％，工業產品消費相關之水足跡佔 9.6％，家庭用水消費相關之 水足跡佔 4.6％。而作物及其產品、家畜及其產品、工業產品等三類水足
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跡年總和為 1,625 兆立方公尺，其中作物及其產品水足跡為 987 兆立方公 尺，佔 61％；工業產品水足跡為 362 兆立方公尺，佔 22％，家畜及其產 品水足跡為 276 兆立方公尺，佔 17％（張尊國，2009）。
表 2.4 國 際 虛 擬 水 相 關 研 究 發 展 (摘 錄 自 王 克 強 等 ， 2007)
發展階段 主要活動及研究進展 發展特點
萌芽階段 (1993 年以前)
以色列提出物化水的概念 Allan 提出嵌入水的概念
虛擬水概念尚未 提出，啟發後續 的發展。
初步發展階段
Allan 提出虛擬水的概念 Allan 提出虛擬水戰略的概念 第二次世界水論壇在荷蘭舉行 Haddadin 對外生水進行研究
McCalla 研究水、糧食、交易結合體 實證研究局限於中東地區
初步研究，但成 果有限；奠定基 礎，意義重大。
快速發展階段 (2002 年以後)
Hoekstra 提出水足跡的概念
第一次虛擬水交易國際專家會議舉行 第三次世界水論壇會議在日本舉行 世界水論壇組織線上會議
Hoekstra 等人研究荷蘭茶、咖啡的虛擬 水
Hoekstra 等人研究國家水足跡的計算 史丹佛大學建立兩個相關工作站 德國發展學會建立虛擬水交易工作站 Hoekstra 等人研究國際間貿易的水節約 第四次世界水論壇在墨西哥舉行
ISOE 建立虛擬水交易工作站 世界水資源周探討虛擬水理論 實證研究範圍不斷擴大
廣泛的社會關 注，國際活動頻 繁，學術成果豐 富，研究範圍、
深度都獲得較大 的進展。
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第三節 水足跡相關研究
由荷蘭 Twente 大學所經營的網站提供消費者計算他們日常消費，包 含食品雜貨、衣服、文具的水足跡多寡；譬如生產一個重 100 公克的蘋 果需消耗水 70 公升，生產一杯 250 毫升的茶需消耗水 35 公升，生產一 杯 125 毫升的咖啡需消耗水 140 公升，生產一杯 200 毫升的蘋果汁需消 耗水 190 公升，一杯 200 毫升柳橙汁消耗水 170 公升；而生產米、小麥 和肉類在資料顯示上所需要消耗的水更多了，一公斤玉米需消耗 900 水 公升，一公斤大麥需消耗水 1,300 公升，一公斤的米需要消耗水 3,000 公 升，一公斤雞肉需消耗 3,900 公升的水，但一公斤牛肉卻需要高達水 16,000 公升。生產一片白麵包需消耗水 40 公升，生產一杯 250 毫升啤酒 需消耗水 75 公升，生產一杯 125 毫升的葡萄酒需消耗水 120 公升，生產 一公升牛奶需消耗水 1,000 公升，生產一個漢堡需消耗水 2,400 公升，生 產一件棉製 T 恤需消耗水 4,100 公升，一雙皮鞋(牛皮製) 需消耗水 8,000 公升（Chapagain and Hoekstra，2004）。
協助虛擬水計算的學者們同時也運用了國際的資源來計算不同國家 的水足跡，1997 年至 2001 年，全球每人每年水足跡平均（簡稱人均水足 跡）為 1,240 立方公尺，美國以每人每年平均 2,500 立方公尺的耗水量成 為最大的水消費國，而義大利排名第二，平均每人每年消耗水 2,332 立方 公尺；泰國排名第三，平均每人每年消耗水約 2,250 立方公尺；奈及利亞 排名第四，平均每人每年消耗水約 2,000 立方公尺；日本的水足跡每人每 年平均是 1,150 立方公尺；中國每人每年消耗水平均 702 立方公尺為最 低，如圖 2.4。另由圖 2.4，顯示世界各國之水足跡以農產品消費相關之 水足跡所佔比例最高，工業產品消費相關之水足跡次之，家庭用水消費 相關之水足跡最低。（Chapagain and Hoekstra，2004）。
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圖 2.4 各 國 水 足 跡 直 方 圖 (1997 -2001 年 )
（ 摘 錄 自 H oe ks t r a & C h a p a ga i n ， 2 0 0 4 ）
台灣 2008 至 2012 年，每年總用水量平均約 180 億噸（若以水足跡 的概念，加上虛擬水則數據會更高），其中農業用水平均佔 73％，民生用 水平均約佔 18％，工業用水平均約佔 9％，如表 2.4（經濟部水利署，
2012）。三者的比例顯示，國人之民生用水超過工業用水，與圖 2.4 所 示，世界各國用水趨勢比較，國人之民生用水的確過高。台灣年平均降 雨量達 2,510 公釐是世界平均值的 2.6 倍，然而每人平均可用水量卻僅世 界平均值的六分之一，在全球缺水國家中排名第 18 位，被聯合國列為水 資源貧乏地區。
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
China India Japan Pakistan Indonesia Brazil Mexico Russia Nigeria Thailand Italy USA
Water footprint (m3 /cap/yr)
Domestic water consumption Industrial goods Agricultural goods
Global average water footprint
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表 2.5 台灣地區各標的目標年用水情形
單 位 ： 百 萬 立 方 公 尺
項目
97 年 98 年 99 年 100 年 101 年
用水量 % 用水量 % 用水量 % 用水量 % 用水量 %
農業用水 12,960.12 72.09 13,170.23 72.83 12,239.23 71.58 13,434.65 73.75 12,513.78 72.33
生活用水 3,350.14 18.63 3,362.39 18.59 3,256.24 19.04 3,230.58 17.73 3,176.88 18.36
工業用水 1,667.54 9.28 1,551.35 8.58 1,602.82 9.37 1,551.82 8.52 1,609.89 9.31
合計 17,977.80 100.00 18,083.97 100.00 17,098.29 100.00 18,217.05 100.00 17,300.55 100.00
人口(千人) 23,037.03 23,119.68 21,162.12 21,439.96 21,439.96
(研究者自行整理，數據來源：經濟部水利署 2014 )
2002 年 Hoekstra 提出了「水足跡」的概念，水足跡網絡（Water Footprint Network）組織於 2009 年完成了第一版的「水足跡手冊」（Water Footprint Manual），並於 2011 年公布更新版本「水足跡評估手冊」（The Water Footprint Assessment Manual）提供水足跡估算方法 (周嫦娥、李繼 宇，2009)。水足跡的大小除了反映出水資源的消耗與依賴，也是具有地 理區位之用水量指標，可以用以衡量水資源對環境、社區、產業，在現 在及未來所產生的風險。
新興的水資源衡量指標，因為其探討的標的與評價的時空尺度不 同，造成所採用的估算方法略有差異，並隨著時間不斷在修正與更新。
Hoekstra 與 Hung (2003)將虛擬水資源的概念衍生提出水足跡一詞，水足 跡是比照生態足跡的概念而提出來的，係用以評斷一個國家或地區對水 資源依賴程度的指標，在各項產品製程中所耗用的水資源被定義為耗用 水量(consumptive water use 簡稱 CWU)，耗用水量的概念與水足跡的分 類在概念上是相同，依其類別可區分為綠色、藍色及灰色耗用水量。依
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據算得的各式耗用水量 CWU，再除以產品重量 Y 可得各式水足跡 WF，
依據上述定義說明組成分為綠色水足跡(植物生長之有效雨量)、藍色水足 跡(地表水與地下水)以及灰色水足跡(稀釋或淨化受污染水源)共三種顏色 的水資源。用水量又可依水源特性將計算方法分成下列三種，其組成如 圖 2.4 所示：
一、綠色水足跡
綠水是指雨水降到地面後入滲並儲存在土壤含水層中，再由植被以蒸發 散的形式所利用的土壤水分，綠水可說是農作物和森林生長過程中被吸 收的有效雨量。
本研究中火龍果綠色水足跡之估計算法係參考水足跡手冊,取有效雨量及 作物需水量(又稱作物蒸發散量)兩者中較小值計算之，計算方法如下所 示：
𝑊𝐹Irrigationgreen = min(ETc,tot,Peff,tot)×A
Y × 10 (2-1)
(2-1)式中為𝑊𝐹Irrigationgreen 為火龍果綠色水足跡(m3/ton)、 ETc,tot為期作作物 蒸發散量(mm/period)、 Peff,tot為期作有效雨量(mm/period)、Y為作物產量 (ton)。 A為作物種植面積(ha)。在國內外文獻中，在計算作物蒸發散量時 多以 CROPWAT 模式做為計算工具，本研究將會採用 CROPWAT 模式 8.0 版計算作物蒸發散量。
二、藍色水足跡
藍水泛指為人類活動所取用之地表水或地下水，亦是一種消耗性使用指 標(consumptive water use)。作物生長期間消耗的藍色水足跡通常以灌溉用 水量計算之，其他如水面蒸發量、田間滲漏量與輸水損失均屬無法避免 之損失。惟滲漏量及回歸水部分可能補注地下水或再次被利用，係屬於 非消耗性用水。蒸散能量雖然明顯屬於消耗性用水，但目前仍無較為有
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效的計算方法，故相關研究多以忽略不計方式帶過[張元馨，2011；姚佩 萱等，2013]。本研究之灌溉用水量係採用該農戶之實際灌溉用水量，未 扣除滲漏量及回歸水量，計算方式如下式所示。
𝑊𝐹Irrigationblue = IRY (2-2)
(2-2)式中𝑊𝐹Irrigationblue 為火龍果藍色水足跡(m3/tot)、IR為期作物灌溉用水量 (m3)、 Y為作物產量(ton)。計算藍色水足跡時，灌溉用水量資料即是以期 作別為單位。
三、灰色水足跡
灰水則是指作物生長或產品製造過程中淡水資源受污染程度的指標，亦 即吸收或淨化生產過程中產生的污染負荷，並使污染物濃度符合承受水 體現有環境水質標準所需的水量。早期是以稀釋時所需的水量來解釋灰 色水足跡(Postel ef al., 1996；Chapagain et al.,2006)。但水足跡手冊
(Hoekstra et al.,2009)認為此一解釋會造成誤解為僅需要稀釋污染物，而不 是盡量減少污染排放量。因此水足跡手冊將灰水足跡定義為生產過程排 放水中污染物對水環境的汙染指標 ,灰水足跡越大,意味對水環境的汙染 越嚴重。當排放水中含有兩種以上的污染物時，一般是以對環境影響最 大的污染物來做計算，但也可以針對污染物計算其灰色水足跡。雖然在 火龍果種植過程中，會施用氮、磷、鉀等肥料、農藥或除草劑等化學合 成產品。作物施肥首重氮素的補充，氮素亦居肥料三要素之首，是以本 研究延續早先研究者以氮肥為計算灰色水足跡之計算標的，計算方式如 下式所示。
𝑊𝐹Irrigationgray = α×AR×A
Y(Cmax−Cnat)× 1000 (2-3)
(2-3)式中𝑊𝐹Irrigationgray 為灰色水足跡(m3/tot)、α為淋洗係數(leaching factor，
%)、AR為單位面積氮肥施用量(kg/ha)、A為作物種植面積(ha) 、 Y為作物
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產量(ton)。Cmax為水體最大可承受濃度(mg/L)，通常是以水質管制標準表 示, Cnat則為承受水的自然背景濃度(mg/L)，自然背景濃度是指未受到人 類活動干擾時水體本身濃度，若排放物質為環境中不會出現的人造物質 或自然背景濃度未知時則假設為零。
圖 2.5 水 足 跡 組 成 架 構
( 摘錄自 Water Footprint Manual，2009，2011。)
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第三章 研究方法
第一節 區域介紹與研究範圍
根據台東縣政府農業處統計資料顯示，台東縣火龍果種植面積達到 五十四公頃(台東縣政府農業處農情統計資料，2013)，包括池上、長濱、
台東、卑南、太麻里等鄉鎮市都有農友投入其栽種。因環境因素、氣候 資料取得考量，樣本僅侷限在台東市個案，其地理位置為台東市新園段 砂壤土地區，面積為 1 甲 4 分，依據地形圖來看，現址位於花東縱谷之 間，東側臨四格山，西側則臨中央山脈。嚴格來說，該種植地區呈現平 坦易排水之地形，屬於平原地帶。雖東側緊鄰山脈，但因離河川沖刷的 流域有一段距離，因此在颱風暴雨季節較不容易淹水(台東縣政府，
1985 )。該地點位於台東沖積扇三角洲平原地帶，主要由三個沖積扇合力 形成，待河流出山谷後，會其沖刷物自谷口向低處堆積，而形成扇狀地 形面，因此沖積扇的沖積物大多來自中央山脈的板岩山地，而這些是由 頁岩及砂岩變質而成；換而言之，該地帶即有雲母片岩、石墨片岩、綠 泥片岩等等的沖積岩，腐爛後組成了結晶片岩土壤與結晶石灰岩，即板 岩系土壤；山脈則為砂岩、頁岩腐爛後組成的土壤，在當中也有安山岩 系的土壤混合在其中。由此可知，此為一富含多樣土質、土壤之區域，
地質土壤混合多變，在土地利用上會顯得密度較高，也因土壤豐厚的關 係，在當地也大多作為種植與耕作之用途，其空間分布位置，如圖 3.1。
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圖 3.1 研究對象之空間基地 (座標為 22.762101 N, 121.084534 E)
第二節 火龍果之水足跡定義
由於本研究將考慮火龍果種植所消耗的水資源，因此以水足跡作為 評量水資源消耗的指標。若將可收成之火龍果視為農產的產品，則火龍 果的整個過程可被視為產品的生命週期來探討。火龍果種植的步驟則是 火龍果的製程在每個步驟中算得單一製成水足跡，再將每個步驟所對應 的製程水足跡加總便可算出火龍果的產品水足跡。
Mekonnen 與 Hoekstra（2010）檢視肉牛、乳牛、毛猪、綿羊、山羊、
肉雞、蛋雞和馬共八種農場動物之水足跡。將動物畜養水足跡區分為間接 水足跡（來自於飼料）與直接水足跡（飼養期間的飲用水和消耗之服務水）， 而以下式來計算水足跡：
WF[a,c,s]=𝑊𝐹
feed[a,c,s]+𝑊𝐹drink[a,c,s]+𝑊𝐹serv[a,c,s] （3-1）其中， 𝑊𝐹feed[a,c,s]、𝑊𝐹drink[a,c,s]、𝑊𝐹serv[a,c,s]分別為農場動物 a 於國 家 c，以生產系統 s 所使用的飼料、飲用和服務之水耗用量。服務水係為 清潔農舍、清洗動物和其他為維護其生長環境（如降溫）所必須之用水。
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由相關文獻可知，畜養動物水足跡的估算多偏重於前端供應鏈(飼料) 水足跡之估算說明,卻多未詳細說明畜養過程中的直接用水量。作物水足跡 的表示方式可為𝑚3
/yr/animal ，或以種植該作物至收成期間衡量，即
𝑚3/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，種植作物之水足跡的估算 多重視於前端供應鏈(灌溉)水足跡之估算說明,卻多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一次較為完整的 檢視與試算。以火龍果為例，種植直接耗用的水主要為「灌溉」和「清洗等服務 性用水」。種植的用水來自地下水、地面水、自來水及貯存雨水。假設是 作業場，則該農地作物種植之水平衡圖可以圖 3.2 表示。因此沿用（3- 1）式作為火龍果產品水足跡定義。
𝑊𝐹Pitaya = 𝑊𝐹Materials + 𝑊𝐹Irrigation + 𝑊𝐹Service （3-2）
從產品製造的角度來看 𝑊𝐹Materials 可視為上游原物料所產生的水 足跡即設備用水； 𝑊𝐹Materials 則是單純為產品產過程所添加入或耗用的
地下水
農場
（火龍果種植）
地面水 自來水
清洗等服務
性用水 廢水處理
放流 雨水利用
圖 3.2 作物種植之水平衡
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水足跡，𝑊𝐹Service在本文是定義為「清洗等服務性用水」，亦可理解為產 品製造期間(或製程後)為了恢復製造廠域所提供勞務時之水資源消耗情 形。上述三者都可個別可再區分出綠水、藍水及灰水水足跡，共計可分 成九項，依序定義為：
一、原料水足跡 𝑊𝐹Materials (間接水足跡)可分為 ：
1. 𝑊𝐹Materialsgreen (原料用綠色水足跡)：用於建設農場所需原料如整地、鐵架 搭設、施肥、雜草抑制蓆鋪設及運輸等過程中，每單位重量原料所利用 的綠水量。
2. 𝑊𝐹Materialsblue (原料用藍色水足跡)：用於建設農場所需原料如整地、鐵架 搭設、施肥、雜草抑制蓆鋪設及運輸等過程中，每單位重量原料所利用 的藍水量。
3.𝑊𝐹Materialsgray (原料用灰色水足跡)：用於建設農場所需原料如整地、鐵架
搭設、施肥、雜草抑制蓆鋪設及運輸等過程中，每單位重量原料所利用 的灰水量。灰水則指作物生長過程中淡水資源受污染程度的指標，因此 各種為淨化污染物濃度達到承受水體現有環境水質標準讓其吸收或淨化 生產過程中所產生的污染負荷而所需用的水量稱為灰水。
二、灌溉用水𝑊𝐹Irrigation (直接水足跡)可分為：
1. 𝑊𝐹Irrigationgreen (灌溉用綠色水足跡)：為種植火龍果所供應灌溉用之綠水 量。
2. 𝑊𝐹Irrigationblue (灌溉用藍色水足跡)：為種植火龍果火龍果所供應灌溉用 之藍水量，來源可能來自地下水、地面水、自來水及貯存雨水等。
3. 𝑊𝐹Irrigationgray (灌溉用灰色水足跡)：為種植火龍果所供應灌溉用之灰水 量。
三、清洗等服務性用水𝑊𝐹Service(直接水足跡)可分為：
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1. 𝑊𝐹Servicegreen (清洗等服務性用水綠色水足跡)：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綠水 量。
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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開始
灌溉管理基本資料輸入
農業氣象資料 1. 最高、最低溫度 2. 風速
3. 日照時數 4. 相對濕度 5. 降雨量
土壤資料 1. 土壤質地 2. 土壤有效水分 3. 入滲率
4. 起始土壤水分 作物資料
1. 生長日數 2. 作物係數 3. 根系深度 4. 產量係數
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
輸入各種作物的耕種面積、耕種日期和收穫日 耕種型態
推估作物生長期間每旬之相關資料，包括：(1)作物係數 (2)葉面積指數 (3)作物蒸發散量 (4)滲漏量 (5)有效雨 量 (6)作物灌溉需水量
灌溉需求
計算實際作物灌溉需求資料，包括：(1)灌溉次 數、時間、水深 (2)土壤水分消耗 (3)實際蒸發 散量 (4)滲漏量 (5)灌溉深度 (6)作物產量
灌溉制度
1. 自訂灌溉次數、時間、水深皆
2. 達到土壤有效水分百分比時灌溉(%RAM) 3. 每階段固定時間間隔灌溉
4. 蒸發散量或作物產量減少時灌溉 5. 不灌溉，全依賴降雨
圖 3.6 CROPWAT 8.0 灌溉管理模式流程圖 (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
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壤有機質的補充應於開園整地時即充分施用低氮粗質的有機質 肥料，建設初期養地期間及 11 月下旬～12 月採收修剪後進行 全園撒施。基肥施用後，樹冠下畦面利用雜草抑制蓆鋪設作為 覆蓋，以確保所施用基肥的物理性及化學性功能。
2、追肥：以土壤有機液肥澆灌為主要追肥方式，果實成長期間利用土壤 有機液肥澆灌，可同時一併提供充足的土壤水分，以利果實的 肥大發育。至於追肥頻率應由枝條形態變化來認定，於果實成 長期間若有枝條逐漸呈現乾扁形態，即意謂追肥量不足，會加 強追肥量或追肥施用頻率，以維持枝幹強壯。
個案負責人表示(訪談紀錄 1031016，2014)其農場以牛糞堆肥、雞屎 肥及少許廚餘果皮等製成堆肥，每植株基肥使用量約為半畚箕堆肥(約 4kg)，再加入台肥 43 號(約 100g)進行土壤及肥料培力等管理，圖 4.3 中 即為台肥 43 號。果實成長期間的追肥則 7-10 天施以一次，其中以堆肥為 主。由於上述堆肥屬於動物之排泄物，動物的排泄物並不被視為是一種 產品或商品，因此本研究中將該項原料的水足跡視為零。但基肥中的台 肥 43 號是台肥公司所生產之產品，所以台肥 43 號的水足跡必須被計入 考慮。因台肥公司並沒有提供該項肥料水足跡，本研究中只得將肥料製 程所產生的綠色耗水量設為F1g、藍色耗水量設為F1b、灰色耗水量設為 F1y，上述耗水量總和設為F1=(F1g + F1b + F1y)。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,fertilizers = (F1g+F1b+FY 1y)×Mi = 𝐹1×MY i (4-1) 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。
