台東地區新興農作物之水足跡研究 -以咖啡為例

I

國立臺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

台東地區新興農作物之水足跡研究 -以咖啡為例

The study on emerging crops’ water footprint in Taitung- take coffee for example

洪晨毓 撰 CHEN-YU HONG

指導教授：謝昆霖 博士 楊義清 博士

中 華 民 國 一 0 四年 六 月

II

III

IV

謝 誌

自就讀碩士起至論文撰寫完成，感謝在這個過程當中支持及幫助過我的 人，感謝你們，謝謝大家。

V

摘 要

水資源是全球人類賴以生存和發展的重要基石，所以水資源管理的機制 而言目前全球各國已視為刻不容緩急需解決的重要課題。水足跡是用以衡量 水資源應用的一種指標，就產品製程中之綠色水足跡、藍色水足跡及灰色水 足跡作為計算標的，以計算出該產品的總水足跡。

近來年由於外來的飲品充斥整個大環境，咖啡飲料相關產製飲品近年來 更是有明顯成長的趨勢，本研究主要是以咖啡產業對於水資源應用上的相關 敍述及探討，採個案訪談的方式進行研究。經本研究以水足跡的定義代入後，

試算所得結果發現水足跡概念用於咖啡種植是可行的，未來並可於作為相關 研究及水資源管理的參考依據。

關鍵字：水足跡、咖啡

VI

Abstract

Water is an important foundation for human existence and development, the water management mechanism has been seen as an important issue which has to be solved imperatively without delay. The water footprint is an index used to measure water. Using the green water footprint、blue water footprint and grey water footprint as indication to calculate the total water footprint of the product.

Recent years because of the foreign drinks flood the environment, coffee-relevant product have obvious growing trend. This study is mainly about the relevant description and discussion of the water application of coffee industry, research by adopting individual case interview.

According to this study substituting the definition of water footprint, the result shows that the application of the idea of water footprint on coffee planting is feasible, and applies to relevant research and water

management as reference.

Keywords：water footprint、coffee

I

目錄

第一章 緖論... 1

第一節 研究緣起... 1

第二節 研究目的... 3

第三節 研究流程... 7

第二章 文獻回顧... 8

第一節 咖啡的歷史起源... 8

第二節 地理環境與咖啡的栽培條件... 14

第三節 生態足跡、碳足跡與水足跡之相關研究... 17

第三章 研究方法... 22

第一節 研究範圍... 22

第二節 CROPWAT 模式... 24

第三節 咖啡原豆種植水足跡估算... 26

第四章 咖啡原豆水足跡的計算... 29

第一節 咖啡原豆之原料水足跡 WFMaterials (間接水足跡) ... 29

第二節 咖啡原豆之綠色水足跡... 33

第三節 咖啡原豆之藍色水足跡及灰色水足跡... 37

第四節 咖啡原豆之水足跡計算討論... 42

第五章 結論與建議... 44

第一節 結論... 44

第二節 建議... 45

參考文獻... 46

II

表目錄

表 1.1 93-102 年全國不含酒精飲品總生產量... 4

表 1.2 93-102 年全國不含酒精飲品總銷售量... 5

表 1.3 咖啡作物 102 年與 93 年同期比較... 6

表 2.1 各國咖啡生產名稱... 11

表 2.2 93-102 台東地區咖啡種植面積統計... 15

表 4.1 台東縣氣象站基本資料... 34

表 4.2 103 年台東氣象站氣象資料... 35

表 4.3 牛糞尿中之有機負荷量（成牛）... 39

表 4.4 保護生活環境相關環境基準... 40

表 4.5 咖啡原豆種植過程中各式水足跡... 42

III

圖目錄

圖 1.1 世界水源分布圖圖片摘錄自(http://highscope.ch.ntu.edu.tw)... 2

圖 1.2 水足跡組成架構(Hoekstra et al.,2009)... 3

圖 1.3 研究流程圖... 7

圖 2.1 咖啡原生種... 10

圖 2.2 93-102 台東地區咖啡種植面積曲線圖... 15

圖 2.3 93-102 台東地區咖啡收成曲線圖... 16

圖 3.1 研究地點之空間分布... 23

圖 3.2 咖啡生長期程圖 研宄者自行繪製... 24

圖 3.3 CROPWAT 模式估算流程圖... 25

圖 3.4 CROPWAT 介面示意圖... 26

圖 4.1 咖啡苗培育情形... 30

圖 4.2 黑紗網覆蓋情形... 30

圖 4.3 咖啡苗成長情形... 31

圖 4.4 咖啡樹開花情形... 31

圖 4.5 咖啡樹結果情形... 32

圖 4.6 咖啡樹種植情形... 32

圖 4.7 咖啡及蕃茄屬性示意圖... 36

圖 4 8 CROPWAT 8.0 輸出示意圖... 36

圖 4.9 卑南上圳灌溉區域圖... 37

圖 4.10 台東農田水利會卑南上圳示意圖... 38

圖 4.11 農場使用之牛糞堆肥... 39

1

第一章 緖論

第一節 研究緣起

你喝水了嗎？讓我們來思考一下這個簡單的問題。就以每天開始的早餐 而言，或許你會認為沒有喝水！對，因為你喝的不會是純水而是茶或咖啡…

等等經加工過後的飲品，但就技術上來說，飲品當中不是都含有水嗎？就算 如此！以一杯咖啡為例，你可能會說一杯咖啡裡水的含量相當的少，但你相 信嗎？你所喝的一杯 125 毫升的咖啡裡它竟需要 140 公升的水，你一定會感 到荒謬但這並非是無稽之談，其實主要是意指隱藏在那杯咖啡裡的「虛擬水」， 自栽種、生產、包裝及運送所需的水量，也就是所謂「虛擬水」成本的一個 簡單例子。

水資源是全球人類賴以生存和發展的重要基石，現今全球人口不斷的增 長，社會與經濟也快速的發展，相對的所需的各類用水也持續的不斷增加，

水資源的供需問題也逐漸的受到關注，而如何有效的解決供需不足的矛盾，

就水資源管理的機制而言目前全球各國已視為刻不容緩急需解決的重要課 題。據國際水資源管理協會研究指出，至 2050 年全世界將有近 14 億人口嚴 重缺水，於乾旱地區亦有約近 10 億人將極度缺水，將無足夠的水資源可供 灌溉之用，亦難以維持每人年平圴所需的糧食產量。若為因應滿足 2025 年 前所需的水資源，就必需進行大規模的水利工程開發，如此大型態的開發對 於環境的涵容能力有可能造成嚴重的損害。

近年來全球氣候劇烈變化及溫室效應的影響，所造成的災害無論是強度 及其發生的頻率不斷的創新高，進而對於水資源的供應面而言即產生相當大 的衝擊與挑戰，水資源的重要性及應用性不僅僅悠關國家經濟、社會產能以 及人民生存的要件，可謂是國家安全相當重要性的指標。

2

圖 1.1 世界水源分布圖圖片摘錄自 (http://highscope.ch.ntu.edu.tw)

台灣地區年平均降雨量約為 2,500 毫米，降雨的區域性與時間分佈十分 的不均，經常造成水資源於使用與調配上的問題，進而影響到農作物的品質 及產能，台灣地區於水資源的應用上一向以農業用水居最大宗，約佔年總用 水量的 7 成；生活用水居次，約佔 2 成；工業用水最少，約佔 1 成，(經濟 部水利署 http://www.wra.gov.tw/)。由於台灣地區地理位置相當特殊，導 致降雨分佈不均。全年度降雨量約有 80%集中於 5 至 10 月的豐水期，且以颱 風期間降雨居多，據統計(中央氣象局 http://www.cwb.gov.tw/)自 1984 至

3

2013 年底止大豪雨 (大於 200mm) 發生日數，有逐漸增加的趨勢，降雨強度 也亦逐年明顯增強，對於水資源的儲存與利用更顯困難，另礙於地理條件及 人口分佈不均等等問題，使年平均用水量分配之額度相對減少。

第二節 研究目的

水資源的應用及妥善管理於未來是勢在必行的，2002 年 Hoekstra 及 Chapagain 教授提出了「水足跡」的新興概念(Chapagain and Hoekstra,2002)，

水足跡概念的起由是比照生態足跡的概念所延伸出，意指單一國家或是區域 內於一定的時間，所購買之產品或服務，其自無到有的過程中所消耗的水資 源用量。近年來於國際間也成為另一水資源使用及衡量的重指標。

水足跡大致上可分為以下類別(Hoekstra et al.,2009):

1.綠色水足跡:意指所使用與蒸發之土壤含水。

2.藍色水足跡:意指所使用與蒸發之地表水或地下水。

3.灰色水足跡:意指生產排放之污水稀釋至承受水體符合水質標準之所需水 量。

圖 1. 2 水足跡組成架構(Hoekstra et al.,2009)

消費者或生產者水足跡 跡

綠 色 水 足 跡 綠 色 水 足 跡

藍 色 水 足 跡 藍 色 水 足 跡

灰 色 水 足 跡 灰 色 水 足 跡

+

水 資 源 消 耗 觀 點 水 污 染 觀 點

直接用水量 間接用水量

傳統取水量

非消耗性 水資源使用量

4

近來年由於外來的飲品充斥整個大環境，咖啡飲料相關產製飲品近年來 更是有明顯成長的趨勢，根據統計 93 年至 102 年間其生產量及銷售量皆有 明顯的往上成長，如表 1.1 及表 1.2 所示:

表 1.1 93-102 年全國不含酒精飲品總生產量

項目別 生產量

果蔬汁 (千公升)

碳酸飲料 (千公升)

礦泉水 (千公升)

運動飲料 (千公升)

咖啡飲料 (千公升)

茶類飲料 (千公升)

其他飲料 (千元) 93 年 349,837 383,264 366,675 126,546 110,516 722,917 4,531,522 94 年 330,914 383,796 398,819 107,477 133,634 807,672 5,260,869 95 年 307,959 344,789 378,564 97,483 152,508 854,030 5,198,736 96 年 313,039 301,882 420,323 96,441 168,550 914,073 5,090,673 97 年 360,888 282,172 408,775 107,519 168,260 1,022,034 4,269,976 98 年 378,463 307,521 435,200 111,526 164,115 987,423 4,376,527 99 年 343,008 293,238 424,328 124,619 172,307 1,117,611 5,039,699 100 年 271,801 306,073 442,428 106,329 186,081 1,160,516 5,404,094 101 年 281,158 288,609 417,443 113,989 183,456 1,208,774 5,466,137

102 年 282,511 276,353 470,630 125,083 185,411 1,147,023 5,604,547

研究者自行繪製，數據來源經濟部統計處

http://www.moea.gov.tw/MNS/dos/home/Home.aspx

而此風潮也悄悄的進入了台灣的後山淨土“台東”，台東縣位於台灣之東南 隅，地理位置上處北迴歸線以南，東面臨太平洋，西背中央山脈，北接花蓮，

西南與高雄、屏東兩縣市毗鄰，全縣總轄區面積 3,515 平方公里，地勢自西 向東傾斜成為南北長而東西窄之地形，海岸線南北長 183 公里，南北兩端之 跨距長達 166 公里，約台灣總長度 2/5，佔台灣總面積 9.78%。

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表 1.2 93-102 年全國不含酒精飲品總銷售量

項目別 內銷量

果蔬汁 (千公升)

碳酸飲料 (千公升)

礦泉水 (千公升)

運動飲料 (千公升)

咖啡飲料 (千公升)

茶類飲料 (千公升)

其他飲料 (千元) 93 年 312,108 401,167 349,650 137,659 98,715 562,788 4,769,336 94 年 332,026 391,783 372,305 85,820 121,938 839,268 5,459,408 95 年 302,000 358,412 398,770 84,872 141,800 861,727 5,284,220 96 年 282,676 311,725 487,733 84,042 156,772 914,690 5,210,221 97 年 340,779 281,050 463,498 90,267 152,197 1,021,124 4,434,660 98 年 367,735 297,461 488,462 80,986 149,800 966,751 4,511,515 99 年 311,548 289,587 468,986 88,069 153,992 1,079,342 5,220,963 100 年 249,580 303,123 485,791 76,792 162,291 1,134,431 5,735,701 101 年 263,442 291,185 459,343 83,673 158,955 1,185,714 5,766,944

102 年 264,554 273,808 517,807 94,231 159,488 1,140,603 5,896,619

研究者自行繪製，數據來源經濟部統計處

http://www.moea.gov.tw/MNS/dos/home/Home.aspx

是台灣最狹長的縣份，主要經濟來源為農業及觀光產業，農業種植部份主要 以水稻、釋迦、檳榔、荖葉、荖花...等等，而咖啡的產出根據行政院農 業委員會農糧署統計(行政院農業委員會農糧署 ，2014)，台東地區咖啡種植 始於 2004 年起，耕作面積為 0.35 公頃，約佔台東縣農作物種植面積之 0.00017%，至 2013 年止耕作面積已達 153.48 公頃，約佔農作物種植面積 0.928%產量高達 157842 公斤，產量不斷向上攀升，儼然也成為台東縣新興 農作物，因此以作物所需之基本要素“水”來作一探討，如下表 1.3：

6

表 1.3 咖啡作物 102 年與 93 年同期比較

種 類 ： 長 期 作 物

作物：

337.

咖啡

縣市：全部

縣市別

102 年全年作 093 年全年作 增減情形

種植面 積

收穫面

積 收量 種植面

積 收穫

面積 收量 種植面積 收穫面積 收量

(公頃) (公頃) (公斤) (公頃) (公

頃) (公斤) 實數 百分比 實數 百分比 實數 百分比 新北市 10.87 4.95 1,299 0.7 0 0 10.17 1453% 4.95 100% 1,299 100%

宜蘭縣 12.32 10.85 9,367 0 0 0 12.32 100% 10.85 100% 9,367 100%

桃園縣 1.41 1.21 430 0.2 0.2 160 1.21 605% 1.01 505% 270 169%

新竹縣 7.74 7.74 9,007 0.08 0.08 48 7.66 9575% 7.66 9575% 8,959 18665%

苗栗縣 5.63 5.63 6,318 0 0 0 5.63 100% 5.63 100% 6,318 100%

台中市 32.01 28.91 21,451 0.02 0.02 11 31.99 159950% 28.89 144450% 21,440 194909%

彰化縣 10.57 10.57 4,915 0.15 0.15 60 10.42 6947% 10.42 6947% 4,855 8092%

南投縣 118.63 118.63 115,955 29.97 27.35 30,532 88.66 296% 91.28 334% 85,423 280%

雲林縣 50.65 50.23 54,690 63.64 56.44 67,372 -12.99 -20% -6.21 -11% -12,682 -19%

嘉義縣 123.83 123.83 130,163 57.9 4 4,300 65.93 114% 119.83 2996% 125,863 2927%

台南市 59.48 59.23 70,229 48.67 4.42 5,290 10.81 22% 54.81 1240% 64,939 1228%

高雄市 51.05 50.4 52,084 1 0 0 50.05 5005% 50.4 100% 52,084 100%

屏東縣 210.23 202.33 198,327 10.65 0 0 199.58 1874% 202.33 100% 198,327 100%

台東縣 153.48 142.11 157,842 0.35 0 0 153.13 43751% 142.11 100% 157,842 100%

花蓮縣 65.08 60.13 41,975 0 0 0 65.08 100% 60.13 100% 41,975 100%

嘉義市 0.4 0.4 48 0 0 0 0.4 100% 0.4 100% 48 100%

台北市 0.03 0.03 23 0 0 0 0.03 100% 0.03 100% 23 100%

合

計 913.41 877.18 874,123 213.33 92.66 107,773 700.08 328% 784.52 847% 766,350 711%

研究者自行繪製，數據來源行政院農業委員會農糧署農業統計年報 ， 2014

本研究嘗試瞭解咖啡原豆生產的水足跡相關問題：

1.種植咖啡原豆期間的水足跡定義；

2.應用上述定義進行水足跡試算；

3.由試算結果以檢視咖啡原豆種植過程中水足跡估算之可行性。

7

第三節 研究流程 本研究流程如圖 1.3 所示：

圖 1.3 研究流程圖 研究動機與目的

文獻蒐集與整理

咖啡原豆生產水足跡估

綠色水足跡

藍色水足跡 灰色水足跡

結論與建議 結果與討論

8

第二章 文獻回顧

由於全球人口數不斷持續增加且社會經濟發展熱絡，在可利用的資源開 發上，供需的急迫性促使自然環境資源快速的耗竭當中，對自然環境的危害 及影響也日趨嚴重。全球各地學者因此提出相關自然環境的衡量指標，例如 生態足跡(ecological footprint)、碳足跡(carbon footprint)、水足跡，

用以探討及研究全球人類因生存的需求，對於自然環境資源的取得，其過程 當中對整個自然環境所造成的危害及影響為何，並藉此喚起各國對於自然環 境資源的重視。本章內容主要是以咖啡產業對於水資源應用上的相關敍述及 探討，並針對水足跡概念部份代入咖啡種植產業藉以瞭解其對於水資源應用 上的需求為何。

第一節 咖啡的歷史起源

據說是一千多年以前一位牧羊人發現羊吃了一種植物後，變得非常興奮 活潑，進而發現了咖啡。也有說法是由於一場野火，燒燬了一片咖啡林，燒 烤咖啡的香味引起周圍居民注意。人們最初咀嚼這種植物果實來提神，後來 烘烤磨碎摻入麵粉做成麵包，做為勇士的食物，提高作戰的勇氣。不過這些 傳說故事都缺乏歷史文件佐證，只出現於後世的旅遊傳記中，因此無從考證 咖啡起源的真正原因。

直到 11 世紀左右，人們才開始用水煮咖啡做為飲料。13 世紀時，衣索 比亞軍隊入侵葉門，將咖啡帶到了阿拉伯世界。因為伊斯蘭教義禁止教徒飲 酒，有的宗教界人士認為這種飲料刺激神經，違反教義，曾一度禁止並關閉 咖啡店，但埃及蘇丹認為咖啡不違反教義，因而解禁，咖啡飲料迅速在阿拉 伯地區流行開來。咖啡 Coffee 這個詞，就是來源於阿拉伯語 qahwa，意思是

「植物飲料」，後來傳到土耳其，成為歐洲語言中這個詞的來源。咖啡種植、

9

製作的方法也被阿拉伯人不斷地改進而逐漸完善。

但在西元 15 世紀以前，咖啡長期被阿拉伯世界所壟斷，僅在回教國家 間流傳；當時主要被使用在醫學和宗教上，回教醫生和僧侶們承認咖啡具有 提神、醒腦、健胃、強身、止血等功效；15 世紀初開始有文獻記載咖啡的使 用方式，並且在此時期融入宗教儀式中，同時也出現在民間做為日常飲品。

因回教世界嚴禁飲酒，因此咖啡成為當時很重要的社交飲品。直到 16、17 世紀，透過威尼斯商人和海上霸權荷蘭人的買賣輾轉將咖啡傳入歐洲，很快 地，這種充滿東方神秘色彩、口感馥郁香氣迷魅的黑色飲料受到貴族仕紳階 級的爭相競逐，咖啡的身價也跟著水漲船高，甚至產生了「黑色金子」的稱 號，當時的貴族流行在特殊日子互送咖啡豆以示盡情狂歡，或是給久未謀面 的親友，有財入袋、祝賀順遂之意，同時也是身分地位象徵。而「黑色金子」

在接下來風起雲湧的大航海時代，藉由海運的傳播，全世界都被納入了咖啡 的生產和消費版圖中。以下介紹咖啡豆的種類及產地：

市面上的咖啡豆主要為阿拉比卡（Coffee Arabica）與羅布斯塔（Coffee Robusta）還有賴比瑞亞（Coffee Liberica）三個原種，如圖 2.1。其中果 實較小的咖啡豆主要用於一般飲用，而果實較大的咖啡豆主要用於即溶咖 啡。

咖啡豆的產地市場上流通的咖啡豆多半以其產地來區分。以下列 舉出部份主要產過及其著名的咖啡：

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阿拉比卡咖啡

羅布斯塔咖啡

賴比瑞亞咖啡 圖 2.1 咖啡原生種

資料來源: http://zh.wikipedia.org/維基百科

11

表 2.1 各國咖啡生產名稱 拉丁美洲國家

國家名 稱

品牌名稱

巴西 聖多斯（Santos）、巴伊亞（Bahia）、塞拉度（Cerrado）、

摩吉安納（Mogiana）

墨西哥 科阿特佩（Coatepec），華圖司科（Huatusco），奧里薩瓦

（ Orizaba ）、 馬 拉 戈 希 皮 （ Maragogype ）、 塔 潘 楚 拉

（Tapanchula）、維斯特拉（Huixtla）、普盧馬科伊斯特 派克（Pluma Coixtepec）、利基丹巴爾（Liquidambar MS）

巴拿馬 博克特（Boquet）、博爾坎巴魯咖啡（Cafe Volcan Baru）

秘魯 昌查馬約（Chanchamayo）、庫斯科（Cuzco 或 Cusco）、諾 特（Norte）、普諾（Puno）

多明尼加共和國：巴拉奧納（Barahona）

薩 爾 瓦 多

匹普爾（Pipil）、帕克馬拉（Pacamara）

波 多 黎 各

尤科特選（Yauco Selecto）、大拉雷斯尤科咖啡（Grand Lares Yauco）

哥 倫 比 亞

阿曼尼亞（Armenia Supremo）、那林諾（Narino）、麥德 林（Medellín）

瓜 地 馬 拉

安地瓜（Antigua）、韋韋特南戈（Huehuetenango）、阿蒂 特蘭湖（Lago Atitlán）、科萬（Cobán）、弗賴哈內斯

（Frijanes）、聖馬科斯省（San Marcos）

哥 斯 大 黎 加 ： 多 塔 （ Dota ）、 印 地 （ Indio ）、 塔 拉 珠

（Tarrazu）、三河區（Tres Rios）,拉米尼塔（La Minita) 古巴 琥爵（Cubita）圖爾基諾（Turquino）

牙買加 藍山（Blue Mountain）

厄瓜多 加拉帕戈斯（Galápagos）、希甘特（Gigante）

委 內 瑞 拉

蒙蒂貝洛（Montebello）、米拉馬爾（Miramar）、格拉尼 哈（Granija）、阿拉格拉尼哈（Ala Granija）

尼 加 拉 瓜

西諾特加（Jinotega）、新塞哥維亞（Nuevo Segovia）

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非洲國家 剛 果 民 主 共 和 國

機無（Kivu）、依圖瑞（Ituri）

盧安達 機無（Kivu）

肯亞 肯亞 AA、肯亞奧雷蒂莊園（Kenya AA Oreti Estate）

烏干達 埃爾貢（Elgon）、布吉蘇（Bugisu）、魯文佐裡（Ruwensori）

尚比亞 卡薩馬（Kasama）、納孔德（Nakonde）、伊索卡（Isoka）

坦 尚 尼 亞

吉力馬札羅（Kilimanjaro）

喀麥隆 巴米累克（Bamileke）和巴蒙（Bamoun）

蒲隆地 恩戈齊（Ngozi）

安哥拉 安布里什（Ambriz）、安巴利姆（Amborm）、新裡東杜（Novo Redondo）

辛巴威 奇平加（Chipinge）

莫 三 比 克

馬尼卡（Manica）

衣 索 比 亞

耶 加 雪 菲 （ Yirgacheffe ）、 哈 拉 （ Harrar ）、 季 馬

（Djimmah）、西達摩（Sidamo）、拉卡姆蒂（Lekempti）

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中東和南亞國家

葉門 摩卡沙那尼（Mocha Sanani）、瑪塔利（Mattari）

印度 馬拉巴（Malabar）、卡納塔克（Karnataka）、特利切裡

（Tellichery）

越南 鼬鼠咖啡（Weasel Coffee）

印尼 爪哇（Java）、曼特寧（Mandheling）、安科拉（Ankola）、

麝香貓咖啡（Kopi Luwak）

東亞和太平洋諸島 中 國 大

陸

海南咖啡、雲南咖啡

台灣 古坑咖啡、舞鶴咖啡、茶亭咖啡、國姓咖啡 夏威夷 可那（Kona）

東帝汶 Maubbessee

資料來源：（http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%92%96%E5%95%A1- 維基百科）

14

第二節 地理環境與咖啡的栽培條件

台東縣位於台灣東南方，面積 3,515.2526 平方公里，僅次於花蓮縣、

南投縣，為台灣第三大縣，東臨太平洋（菲律賓海），南面和西面與屏東縣、

高雄市以中央山脈為界，北面則以布拉桑克山、崙天山、海岸山脈等為界山 與花蓮縣相鄰。全縣海岸線長達 176 公里，是全台灣海岸線最長的縣份。

台東縣大致可分為中央山脈、花東縱谷平原、卑南溪三角洲、海岸山脈 及泰源盆地等地理區。主要河川有卑南溪、知本溪、利嘉溪、金崙溪、太麻 里溪、馬武窟溪等。其中卑南溪是台東縣境內的最大河川，發源於中央山脈 的卑南主山東側，主流全長約有 84.35 公里，流經台東縣的 7 個鄉鎮市，流 域面積達 1,603 平方公里，是台東灌溉用水的最主要來源。主要的灌溉水圳 有長濱大圳、池上圳、關山大圳、鹿野大圳、鹿寮圳、卑南大圳、知本圳。

其中以卑南大圳最大，關山大圳次之。

就現今咖啡市場的需求而言，根據台灣區果蔬汁公會與汽水公會的統計，

在一年近 400 億元的飲料市場中，咖啡是過去十年來銷售量唯一以超過兩位 數字成長的飲料，顯示國人對咖啡的接受程度不斷的提昇。

台東地區咖啡產業自 2004 年起始有農民開始種植，至 2013 年種植面積 不斷的增加，如表 2.2 及圖 2.2~圖 2.3 所示：

咖啡樹因生長特質的關係，咖啡栽培的地區受到地理環境的侷限。主要 是受到溫度的限制，較為寒冷的地區咖啡樹容易遭受到霜害而導致果樹凍死。

因此，位於緯度偏北或偏南的地區都不適合栽種。

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表 2.2 93-102 台東地區咖啡種植面積統計

期作：

全年作 作物：咖啡 縣市:台東縣

年度 種植面積 收穫面積 每公頃收量 收量

公頃 公頃 公斤 公斤

93 0.35 0 0 0

94 4.05 0.94 2,450 2,303

95 26.48 8.57 1,745 14,954

96 44.14 43.09 1,320 56,899

97 39.74 35.79 1,217 43,565

98 53.68 41.08 1,225 50,314

99 106.34 94.18 1,097 103,304

100 128.46 119.24 1,156 137,824

101 154.51 140.4 1,044 146,589

102 153.48 142.11 1,111 157,842

研究者自行繪製，數據來源行政院農業委員會農糧署 http://www.afa.gov.tw/GrainStatistics_index.aspx

圖 2.2 93-102 台東地區咖啡種植面積曲線圖 研究者自行繪製，數據來源行政院農業委員會農糧署 http://www.afa.gov.tw/GrainStatistics_index.aspx

0.35 4.05

26.48

44.14 39.74 53.68

106.34

128.46

154.51 153.48

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

93 94 95 96 97 98 99 100 101 102

種植面積 -公頃

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圖 2.3 93-102 台東地區咖啡收成曲線圖 研究者自行繪製，數據來源行政院農業委員會農糧署 http://www.afa.gov.tw/GrainStatistics_index.aspx (一)氣候

咖啡的栽培主要是受到溫度的限制，因為咖啡樹很容易受到霜害，種植區域 以熱帶地區為宜，生育期間咖啡樹喜好溫暖，成熟與收穫則宜比較乾燥天氣。

一般適應 16℃∼28℃之間的溫度，持續 30℃以上的高溫會造成光合作用降低 及樹葉的傷害，咖啡樹栽培適合涼爽通風有樹蔭或防風樹的環境。咖啡栽培 適合的年降雨量在 1500∼2500 毫米間，但是降雨量一時過多或長久乾旱對咖 啡樹的生育均有妨礙。

(二) 地形與海拔高度

在熱帶地區栽種咖啡樹要特別注意海拔高度，越接近赤道越能在愈高海 拔的山地栽種，如在海拔 2,500 公尺的高地也能種植。高海拔地區栽培出的 咖啡豆品質較低海拔的佳，是因在高海拔種植時地形的因素，早晚溫差大及 易起晨霧，可以緩和熱帶地區的強烈日照，讓咖啡樹果實有時間充分發育成 熟。

(三) 日照

咖啡樹栽培對日照的要求並不高，太強的陽光直射對咖啡樹的生長會有

0 2,303 14,954

56,899

43,565 50,314

103,304

137,824 146,589 157,842

0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 140000 160000 180000

93 94 95 96 97 98 99 100 101 102

收量- 公斤

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不利的影響，目前咖啡生產國有雜交培育出能耐受強日照的咖啡品種，但是 在品質上沒有比利用遮蔭方式栽培的咖啡好，國際上某些生產國以大面積砍 伐樹木的方式，擴大咖啡種植面積與增加生產量，造成嚴重的生態問題，國 際上已有保育人士在推動咖啡於蔭式栽培的樹蔭咖啡，以減少咖啡栽培對生 態環境的影響。

(四) 土壤

咖啡栽培對土壤要求不苛求，但是栽培土質以富含有機質肥沃壤土及火 山岩土壤為最適宜，黏質壤土如心土混有砂礫排水良好生長亦佳，在乾燥地 區栽種咖啡樹，除灌溉水須充足外，土壤應具有良好保水性，平坦地區必須 注意排水。咖啡樹栽培土壤酸鹼值適合pH5.2∼6.2間，一般控制在pH5.0∼7.0 間較好，咖啡樹栽培的土壤以微偏酸適宜，但過度偏酸的土壤栽培易罹患病 害，如咖啡褐根病。栽培土壤養分過低需要適當的施用肥料，進行肥培管理。

(張淑芬等人，2006)

第三節 生態足跡、碳足跡與水足跡之相關研究

生態足跡的基本概念乃是將人類對自然環境的各種各種消費轉換成共 通的土地與水域面積，生態足跡愈大表示人類活動對生態的影響愈大，亦即 愈不永續。生態足跡是一種綜合永續指標，具有易於瞭解和便於進行決策運 用的優點，因此，不僅成為重要的永續性衡量工具，許多學者更以生態足跡 為基礎，提出各種延伸應用架構。（周嫦娥等人，2011）

碳足跡(carbon footprint)則可被定義為與一項活動或產品的整個生 命週期過程所直接與間接產生的二氧化碳排放量。相較於一般大家瞭解的溫 室氣體排放量，碳足跡的差異之處在於其是從消費者端出發，破除所謂「有 煙囪才有污染」的觀念。企業及產業溫室氣體的排放，一般是指製造部分相 關的排放，但碳足跡排放尚須包含產品原物料的開採與製造、產品本身的製

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造與組裝，一直到產品使用時產生的排放、產品廢棄或回收時所產生的排放 量。（行政院環保署,2013）

1999 年由英國倫敦大學 Allan 教授提出虛擬水一詞(Allen et al.,1999)，旨在說明各種消費性產品及糧食在製造、生產和運輸儲存過程 中所消耗的水資源，並擴展工商業產品或農業商品從種植、生產最後到達消 費者的手中，在過程上所需要消耗的間接與直接水資源量，透過產品的買賣，

隱藏在背後該產品製程所需之水資源量同時也無形的被交易。水資源短缺的 國家和區域透過進口水密集型產品來達到紓解當地水資源壓力，並可重新檢 驗自身的水資源政策。

荷蘭學者 Hoekstra 與 Hung（2002）將虛擬水的概念發展為水足跡，其 定義為任何已知人口在一定時間內消耗的所有產品和服務所需耗用水資源 量，可加以衍生為生產與消費過程中直接或間接用水量的總和，而探討的角 度可以為產品、個人、社區或企業體，甚至是以國家為單元。水足跡大小除 了反映出對於水資源的消耗與依賴度，也是具有地理區位意義之用水量指標

（張尊國，2010），可用以衡量水資源對環境、社區、產業，在現在乃至未 來所會產生的風險。

水足跡定義則為需水量除以產量，後期依水源特性發展為綠色水足跡 (Chapagain and Hoekstra，2004)、藍色水足跡與灰色水足跡(Chapagain and Hoekstra，2008)，三種水足跡加總後，即為總水足跡。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) (Vickers,2001)，耗用水量的分類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。依據算得的各式耗用水量 CWU，

再除以產品重量 Y 便可得出各式水足跡 WF。

綠水是指降到地面的雨水滲入且蓄存在土壤含水層中，以蒸發散的形式 由植被所利用的土壤水分，而產品綠水量是原料作物和森林生長過程中被吸

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收的有效雨量（張元馨，2011）。根據水足跡手冊（Hoekstra et al， 2011）， 作物生長期間消耗的綠水量計算概念如式（2-1）所示：

𝑊𝐹_{𝑝𝑟𝑜𝑐}^{(𝑔𝑟𝑒𝑒𝑛)} = 𝐺𝑟𝑒𝑒𝑛𝑊𝑎𝑡𝑒𝑟 𝐸𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 + 𝐺𝑟𝑒𝑒𝑛𝑊𝑎𝑡𝑒𝑟𝐼𝑛𝑐𝑜𝑟𝑝𝑜𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 (2-1)

（2-1）式中𝑊𝐹_{𝑝𝑟𝑜𝑐}^{(𝑔𝑟𝑒𝑒𝑛)}為製程綠水量（m³），𝐺𝑟𝑒𝑒𝑛𝑊𝑎𝑡𝑒𝑟 𝐸𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛為產生長 過程中透過作物蒸發散的有效雨量（m³），𝐺𝑟𝑒𝑒𝑛𝑊𝑎𝑡𝑒𝑟𝐼𝑛𝑐𝑜𝑟𝑝𝑜𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛為蓄存於 產品中之水量（m³）。𝐺𝑟𝑒𝑒𝑛𝑊𝑎𝑡𝑒𝑟 𝐸𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛係指作物的蒸發散量及有效的雨 量之參數計算所得。

藍水泛指為人類活動所取用之地表水或地下水，也是一種消耗性使用指 標。消耗性使用水資源包含水蒸發至大氣中短期內無法被人類使用、成為產 品之一部分蓄存於產品中或水資源使用後未在估算期距內回到估算邊界內，

其中，蒸發是藍水計算中最主要的項目（張元馨,2011）。根據水足跡手冊

（Hoekstra et al., 2011），產品製造消耗的藍水量計算如式（2-2）所示：

𝑊𝐹_{𝑝𝑟𝑜𝑐}^{(𝑏𝑙𝑢𝑒)} = 𝐵𝑙𝑢𝑒𝑊𝑎𝑡𝑒𝑟𝐸𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 + 𝐵𝑙𝑢𝑒𝑊𝑎𝑡𝑒𝑟𝐼𝑛𝑐𝑜𝑟𝑝𝑜𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛+

𝐿𝑜𝑠𝑡 𝑅𝑒𝑡𝑢𝑟𝑛 𝐹𝑙𝑜𝑤 (2-2)

（2-2）式中𝑊𝐹_{𝑝𝑟𝑜𝑐}^{(𝑏𝑙𝑢𝑒)}製程藍水量（m³），𝐵𝑙𝑢𝑒𝑊𝑎𝑡𝑒𝑟𝐸𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 為藍水蒸 發量（m³），𝐵𝑙𝑢𝑒𝑊𝑎𝑡𝑒𝑟𝐼𝑛𝑐𝑜𝑟𝑝𝑜𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 為蓄存於產品中水量（m³），

𝐿𝑜𝑠𝑡 𝑅𝑒𝑡𝑢𝑟𝑛 𝐹𝑙𝑜𝑤為水資源使用後未在估算期距內回到估算邊界內的水量

（m³）。

灰水則是指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（張元馨，2011）。根據水足跡手冊（Hoekstra et al., 2011）， 作物生長期間的灰水量計算概念如式（2-3）所示：

𝑊𝐹_{𝑝𝑟𝑜𝑐}^{(𝑔𝑟𝑒𝑦)} = ^𝐿

𝐶_𝑚𝑎𝑥−𝐶_𝑛𝑎𝑡 (2-3) 式中𝑊𝐹_{𝑝𝑟𝑜𝑐}^{(𝑔𝑟𝑒𝑦)}為製程灰水量（m³），L 為污染物負荷（g），

C

_max為水體最大 可承受濃度（g/m³），一般以水質管制標準表示，

C

_nat則為承受水體的自然背

20

景濃度（g/m³），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𝐶_𝑛𝑎𝑡

=0

。

計算灰色水足跡時須考量水質的管制標準，根據所承受之不同的水體，

其水質的管制標準也不同，自然背景濃度亦會有差異，至所計算出的灰色水 足跡也會不相同。一般常見的水質標準有飲用水水質標準、流放水標準、地 下水水質標準等。

(一) 咖啡原豆綠色水足跡

在本研究中咖啡原豆種植之綠色水足跡是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，計算方式如式(2-4)所示：

𝑊𝐹_{𝑐𝑜𝑓𝑓𝑒𝑒}^{(𝑔𝑟𝑒𝑒𝑛)} = ^{𝑚𝑖𝑛(𝐸𝑇𝑐,𝑡𝑜𝑡}_𝑌^{,𝑃𝑒𝑓𝑓,𝑡𝑜𝑡)×𝐴}× 10 (2-4) 式中𝑊𝐹_{𝑐𝑜𝑓𝑓𝑒𝑒}^{(𝑔𝑟𝑒𝑒𝑛)}為咖啡原豆種植綠色水足跡(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)，

A

為作物種植面積(ha)，

Y

為作物產量(ton)。

根據國內外文獻可發現，水足跡相關研究在計算參考作物蒸發散量時多 以CROPWAT 模式做為計算工具，因此本研究係以作物需水量法亦使用CROPWAT 模式8.0 版計算參考作物蒸發散量。

(二) 咖啡原豆藍色水足跡

本研究咖啡原豆種植之灌溉用水量係採用農業用水量統計報告(行政院 水利署，2004-2013)台東地區水利會之灌溉用水量，並據此估算藍色水足跡，

計算方式如式(2-5)所示：

𝑊𝐹_{𝑐𝑜𝑓𝑓𝑒𝑒}^{(𝑏𝑙𝑢𝑒)} = ^𝐼𝑅_𝑌 (2-5) 式中𝑊𝐹_{𝑐𝑜𝑓𝑓𝑒𝑒}^{(𝑏𝑙𝑢𝑒)}為咖啡原豆種植藍色水足跡(m3/ton)，

IR

為灌溉用水量(m³)，

Y

為作物產量(ton)。

(三)、咖啡原豆灰色水足跡

21

咖啡原豆種植生長過程中為使作物生產量能快速增加，一般會施用氮、

磷、鉀等肥料、農藥及除草劑等化學合成產品，以提高產量與增加利潤，各 種污染物都有其淨化所需水量，為避免重複計算，用於作物生產的灰色水足 跡僅需計算使各種污染物符合其水質標準之最大水量。考慮到資料的可獲得 性和代表性，本研究鎖定氮肥為計算咖啡灰色水足跡之計算標的，計算方式 如式(2-6)：

𝑊𝐹_{𝑐𝑜𝑓𝑓𝑒𝑒}^{(𝑔𝑟𝑒𝑦)} =_𝑌(𝐶^{𝛼×𝐴𝑅×𝐴}

𝑚𝑎𝑥−𝐶_𝑚𝑎𝑡)× 1000 (2-6) 式中𝑊𝐹_{𝑐𝑜𝑓𝑓𝑒𝑒}^{(𝑔𝑟𝑒𝑦)}為咖啡原豆種植灰色水足跡(m³

/ton)

α

為淋洗係數(leaching factor, %)

AR

為單位面積的氮肥施用量(kg/ha)

A

為作物種植面積(ha)

Y

為作物產量(ton)

Cmax 為水體最大可承受濃度(mg/L)

本研究以水質管制標準表示，Cmat 為承受水體的自然背景濃度(mg/L)，本 研究假設為零。

(四)、總水足跡

綜合前述綠色、藍色及灰色水足跡之計算方式，加總得本研究咖啡原豆 種植水足跡計算式如式(2-7)：

𝑊𝐹 = 𝑊𝐹_{𝑐𝑜𝑓𝑓𝑒𝑒}^{(𝑔𝑟𝑒𝑒𝑛)} + 𝑊𝐹_{𝑐𝑜𝑓𝑓𝑒𝑒}^{(𝑏𝑙𝑢𝑒)} + 𝑊𝐹_{𝑐𝑜𝑓𝑓𝑒𝑒}^{(𝑔𝑟𝑒𝑦)} (2-7)

22

第三章 研究方法

第一節 研究範圍

據行政院農業委員會農糧署農業統計全臺咖啡種植面積至102年底己達 877.18公頃，台東地區種植面積142.11公頃。本研究係因其種植面積過大對 於相關地理環境資料及氣候資料的取得較為不易，故本研究採個案研究方式，

以台東縣卑南鄉初鹿村咖啡種植面積佔地約4000平方公尺的農戶進行研究。

其地理位置空間分佈依地圖觀察，位於花東緃谷之間，東側為海岸山脈，西 側為中央山脈。此一平坦之農地為片岩母質沖積土，土色棕或稍暗黃棕，深 度自12公分至30公分左右，一般在20公分以下，質地大部份為壤土，頗大面 積為礫質土壤，一部分為坋質壤土或砂質壤土。位於低或較高台地，大抵為 老扇形地或老河床地，因表土下部為砂礫層，滲透性尤佳(台灣省農業試驗 所,1979)。研究個案所在地如圖3.1所示：

本農戶種植咖啡期程己達8年，其果樹品種為阿拉比卡咖啡豆，屬一長 期穩定收成之園區，目前已達到盛果期階段，以咖啡種植來說一年播種二次，

每年秋季10-12月和春季2-4月為播種期，播種後約5-9周發芽；咖啡除了外 形長得像豆子，發芽的樣子也很像，但一般豆子發芽是長出單株豆苗，咖啡 豆則是長出兩株幼苗，幼苗各長出兩片葉左右攤開，以中間為基點往上生 長；1-2 年後開始開花結果，果實充分成熟後即可採收(農業試驗所，2011)，

咖啡生長過程大致上來說可分為下列 3 個階段，如圖 3.2 所示：

一、種植期：咖啡樹從育苗到收成大約需要 3 至 4 年的時間;4 到 7 年是 咖啡樹質量最好的黃金時期(盛果期)，而其經濟效益大約 可維持 30 年，是熱帶性植物中十分具經濟價值的農作物。

幼苗→幼樹 (盆栽)→幼樹 (移植園圃)→成樹 (咖啡園)

23

圖 3. 1 研究地點之空間分布

二、成長期：當咖啡移植成樹後，約一年的時間就會開花咖啡花是白色，

單體。有五葉花瓣，會流露出淡淡類似茉莉花香。花期大 多在春天(2~3 月)。，不過，若氣候的不穩定，有時候花 期會延誤。

咖啡樹發芽→咖啡樹開花→咖啡豆結果 (青色)

三、採收期：咖啡花不需媒介。可以自行授粉，所以它的所開的花，幾 乎都能成為咖啡豆。以本農戶來說園區內的咖啡豆每年採 收期成為9~12月，初結成的咖啡豆會呈現綠色圓形的豆子，

漸漸地再由黃色轉為紅色，當豆子成為紅色時，就代表咖 啡豆成熟了，即可採收烘焙。

咖啡豆成熟 (紅色)→採收咖啡豆→進入烘焙成品的咖啡豆 (黑色)

24

圖 3. 2 咖啡生長期程圖 研宄者自行繪製

第二節 CROPWAT 模式

CROPWAT 係由 FAO 自 1990 年所發展出的一套灌溉管理模式（Allen et al.,1998；FAO,2009），CROPWAT 模型目的主要是協助農業氣象學者、農學家、

灌溉工程師計算蒸發散量和作物用水量的工具，作為灌溉規劃和管理的根據。

模式中輸入灌溉管理參數包括作物生長資料、農業氣象資料與土壤資料等，

可用來計算參考作物蒸發散量、作物需水量、有效雨量、灌溉需水量等，管 理者依灌溉計劃之實際需要訂定作物制度來計算計劃區域內日、旬、月別的 農業灌溉用水量，於合理、可接受範圍內可更改作物制度來估算農業用水量，

係一種決策支援系統（陳献章，2006）所有計算過程中使用到的方法，系以 FAO 灌溉和排水系列 No.56「作物蒸散量-作物需水量計算指引」（Allen et al.,1998）和 No.33「產量與水的影響」（Doorenbos and Kassam,1986）為 基礎，CROPWAT 估算流程如圖 3.3 所示：

國內外水足跡相關文獻可以發現，研究虛擬水和水足跡的專家學者多以 CROPWAT 模式作為計算工具（Bulsink et al.,2009；Chapadain et al.,2006；

Chapadain and Hoekstra,2011；Mekonnen and Hoekstra,2010；詹與徐，

2009），水足跡手冊（Hoekstra et al.,2009）亦推薦以 CROPWAT 模式來計

月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

修剪

施肥

開花

結果

採收

25

算作物的藍色水足跡與綠色水足跡，本研究係採用最新 CROPWAT8.0 版本，

如圖 3.4。

模式中計算得到

圖 3.3 CROPWAT 模式估算流程圖 資料來源:自行繪製

輸入灌溉管理基本資料

作物生長資料

（Crop）

1. 生長日數 2. 作物係數 3. 根深

4. 作物產量係數

農業氣象資料

（Climate/ET｡,Rain）

1. 最高、最低溫度 2. 降雨量

3. 風速 4. 日照時數 5. 相對溼度

土壤資料

（Soil）

1. 土壤質地 2. 土壤有效水分 3. 入滲率

4. 初始土壤水分

作物型態

（Crop Pattern）

1. 作物係數 2. 根深

3. 作物產量係數

1. 淨輻射量

2. 參考作物蒸發散量 3. 有效雨量

作物需水量（CWR）

1. 推估作物生長期間旬別相關資料：

(1)作物係數、(2)作物蒸發散量、(3)有效雨量、(4)灌 溉需水量、(5)入滲量

作物灌溉計畫(Schedule) 2. 擬定灌溉策咯之灌溉用水量：

(1)作物實際用水量、(2)有效雨量、 (3)灌溉用水量

26

圖 3.4 CROPWAT 介面示意圖

CROPWAT 模式於水足跡估算中主要用來估算作物需水量及有效雨量此兩項參 數，這兩項是計算藍色及綠色水足跡所需的基本資料，其中作物需水量為作 物生長期間內所需蒸散與附近土壤或水田面蒸發水分之總和，並不包含灌溉 管理操作之整地用水量、其他水蒸發量、田間滲漏量與輸水損失等用水量。

第三節 咖啡原豆種植水足跡估算

研究主要為計算台東地區咖啡原豆生產個案的水足跡，亦由咖啡原豆生 長過程中直接用水及間接用水量，農作物水足跡早期定義為作物所需的水量 除以產量，後又依水源特性發展為綠色水跡 (Chapagain 及 Hoekstra,2004)

、藍色水足跡與灰色水足跡則是灌溉用水及肥料施用所涉及之水污染稀釋量 (Hoekstra and Chapagain,2008)，以三種水足跡加總即為作物之總水足跡。

本研究就原料、灌溉及清洗等服務性用水，其三大用水過程，各分別以 綠色水足跡、藍色水足跡、灰色水足跡進行估算計共有 9 大面向，待計算出 結果後再進行整合估算。

一、原料水足跡 WF_Materials (間接水足跡)可分為 ：

各 項 條 件 輸 入

27

1. WF_Materials^(green) (原料用綠色水足跡)：

用於建設農場所需原料如整地、鐵架搭設及運輸等過程中，每單位重量 原料所利用的綠水量。

2. WF _Materials^(blue) (原料用藍色水足跡)：

用於建設農場所需原料如整地、鐵架搭設及運輸等過程中，每單位重量 原料所利用的藍水量。

3.WF _Materials^(grey) (原料用灰色水足跡)：

用於建設農場所需原料如整地、鐵架搭設及運輸等過程中，每單位重量 原料所利用的灰水量。

二、灌溉用水WF_Irrigation (直接水足跡)可分為：

1. WF_Irrigation^(green) (灌溉用綠色水足跡)：

為種植咖啡樹所供應灌溉用之綠水量。

2. WF_Irrigation^(blue) (灌溉用藍色水足跡)：

為種植咖啡樹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. WF_Irrigation^(grey) (灌溉用灰色水足跡)：

為種植咖啡樹所供應灌溉用之灰水量。

三、清洗等服務性用水WF_service(直接水足跡)可分為：

1. WF_service^(green) (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. WF_service^(blue) (清洗等服務性用水藍色水足跡)：

28

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. WF_service^(grey) (清洗等服務性用水灰色水足跡)：

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灰水量。

29

第四章 咖啡原豆水足跡的計算

本研究針對於水足跡概念應用於咖啡種植，以咖啡栽培農戶為個案對象，

進行個案研究。

第一節 咖啡原豆之原料水足跡

𝐖𝐅

_{𝐌𝐚𝐭𝐞𝐫𝐢𝐚𝐥𝐬} (間接水足跡) 經實際訪談個案後，得知咖啡種植由幼苗期開始需先以育苗袋進行播種 育苗，通常 6-8 週才會開始發芽(如圖 4.1)。培育過程中為避免太陽直接照 射，常以黑紗網覆蓋保護(如圖 4.2)。培育 1-2 年後，幼苗長至 4-5 對真葉 時，才可移株至田野間種植(如圖 4.3)。移株後約 2-4 年時間開始開花、結 果，約第6年進入盛果期(如圖 4.4-5)。目前所種植的面積為4000平方公尺，

種植株數為 1000 株。種植距離約為 2.0-2.3

m

(如圖 4.6)，所以每 1000 平方 公尺平均種植 250 株，年產量：

Y

= 4 公噸(ton)。

於訪談個案後得知(訪談紀錄 1030827，2014)，咖啡原豆在個案所種植 的移株後肥料的施用通常一年施用兩次。在上一個生產期程咖啡原豆果實採 收後施用第一次肥料作為基肥之用，期程在每年 12 用至翌年 1 月進行，施 用量約佔全年肥料施用的三分之二。第二次施肥則於 5 月至 6 月進行，於咖 啡樹剛結果初期後，施用第二次肥料作為追肥之用。本研究訪談個案得知(訪 談紀錄 1030827，2014)，園區管理主要以近似有機無毒的概念進行咖啡樹的 栽培，所施用肥料的種類單以牛糞堆肥為主要施用品項，未使用化學肥料進 行果樹的栽培。施肥過程中第一次用量單株約 5Kg，第二次追肥時使用量則 約 1-2

Kg

的牛糞堆肥。

30

圖 4.1 咖啡苗培育情形

圖 4.2 黑紗網覆蓋情形

31

圖 4.3 咖啡苗成長情形

圖 4.4 咖啡樹開花情形

32

圖 4.5 咖啡樹結果情形

圖 4.6 咖啡樹種植情形

33

個案在農場初期建設時，相關硬體設備的原料耗水量部份 (如機具整地、灌 溉管線埋設..等等)。皆無需考慮計入，僅就牛糞堆肥施用部份進行說明，

牛糞堆肥製作過程中，原料來源是以牛隻飼養過程時所產生的排泄物來進行 堆肥處理，處理過程中加工特性以脫水及發酵為主並無耗用水資源，因此本 節所探討的原料綠色水足跡、原料藍色水足跡及原料灰色水足跡的部份均不 需予以計算，故原料總水足跡則為：

𝑊𝐹

_{𝑀𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙𝑠}

=0

。 (4-1)

第二節 咖啡原豆之綠色水足跡

本節灌溉用綠色水足跡的計算，依前章所述以 CROPWAT 模型作為計算工 具。針對咖啡原豆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 耗水量。

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 01 月 01 日建站，

地點位於台東市大同路 106 號，主要監測項目為溫度、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…等等，滿足 CROPWAT 模 型中所需各項氣象參數的資料來源。台東氣象站地理環境簡述，如表 4.1。

34

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

資料來源：http://cwb.gov.tw/V7/eservice/docs/overview/organ/

stations/46766/index.htm

本個案的咖啡原豆生產期程為 103 年 01 月 01 日至 12 月 31 日，個案種 植咖啡期程己達 8 年，屬一長期穩定收成之園區，目前已達到盛果期(果樹 生命週期中大量結果的時期)階段。咖啡開花期為每年 2-3 月以後陸續開花，

採果期於每年 9-12 月進行採果。CROPWAT 模式中所需輸入之咖啡原豆作物參 數係計有:作物係數、作物生長天數、土壤滲透係數及個案種植面積。由於 CROPWAT 模式所建置之作物資料庫中並無咖啡原豆相關係數可供參考，並搜 尋相關農業研究亦無咖啡原豆的資料，故本研究只得引用 CROPWAT 模式中與 咖啡原豆相同屬菊類植物(asterids)的蕃茄(Solanum lycopersicum)進行試 算，兩種植物的分類如圖 4.7 所示。

依據台東氣象站 103 年度各月最低氣溫、最高氣溫、相對溼度、風速、

日照時數..等等相關氣象參數、作物參數、土壤參數、及其他參數一同輸入 CROPWAT 模式進行計算。台東氣象站 103 年度氣象參數及𝐸𝑇₀計算結果如表，

4.2 所示。所採用的係數及各階段生長天數，如圖 4.8 所示。

先算得咖啡原豆生產期程中的作物蒸發散量𝐸𝑇_{𝑐,𝑡𝑜𝑡}

𝐸𝑇_{𝑐,𝑡𝑜𝑡} = ∑ 𝐾_𝑐× 𝐸𝑇₀ = 927.7(𝑚𝑚 𝑑𝑒𝑐⁄ )。 (4-2) 及有效雨量𝑃_{𝑒𝑓𝑓,𝑡𝑜𝑡}

35

𝑃_{𝑒𝑓𝑓,𝑡𝑜𝑡} = 573.1(𝑚𝑚)。 (4-3) 根據(2-4)式故灌溉用之綠色水足跡𝑊𝐹_{𝑐𝑜𝑓𝑓𝑒𝑒}^{𝑔𝑟𝑒𝑒𝑛}如下

𝑊𝐹_{𝐼𝑟𝑟𝑖𝑔𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛}^{(𝑔𝑟𝑒𝑒𝑛)} =57.31( m³⁄

ton

)。 (4-4) 表 4.2 103 年台東氣象站氣象資料

月份 最低氣溫 (℃)

最高氣溫 (℃)

相對溼度 (%)RH

雨量 (mm)

風速 (m/s)

日照時數 (hr) Et

0

1 月

12.2 26.1 65 9 2.2 9.1 3.46

2 月

12.4 26.9 76 65.9 1.7 4.2 2.73

3 月

14.8 33.1 75 35 1.7 3.9 3.57

4 月

18 30.6 76 34.6 1.5 5.8 3.92

5 月

20 37.6 77 101.6 1.5 17.4 7.67

6 月

22.6 35.4 79 254.5 1.6 13.1 6.43

7 月

24.8 36.8 74 221.9 1.9 18.2 8.21

8 月

24.8 35.2 75 145.5 1.3 18.9 7.95

9 月

24 33.8 75 261.5 1.7 16.5 6.8

10 月

19.8 31.8 69 16.2 2.2 13.4 5.35

11 月

19.3 30.2 71 29.7 1.9 9.2 3.85

12 月

13.4 26 69 18.8 2.2 2.8 2.74

資料來源：中央氣象局台東氣象站

36

科學分類

咖啡

C.arabica

咖啡

C.arabica

界： 植物界 Plantae 門： 被子植物門 Angiosperms

(未分級)真雙子葉植物 Eudicots

綱： 被子植物綱 Angiosperma

(未分級)菊類植物 Asterids 目： 龍膽目 Gentianales 科： 茜草科 Rubiaceae 屬： 咖啡屬 Coffea 種： 阿拉比卡 Arabica

界： 植物界 Plantae 門： 被子植物門 Angiosperms

(未分級)真雙子葉植物 Eudicots

綱： 被子植物綱 Angiosperma

(未分級)菊類植物 Asterids 目： 龍膽目 Gentianales 科： 茜草科 Rubiaceae 屬： 咖啡屬 Coffea 種： 阿拉比卡 Arabica 圖 4.7 咖啡及蕃茄屬性示意圖

資料來源：維基百科 http://zh.wikipedia.org/wiki

圖 4 8 CROPWAT 8.0 輸出示意圖

37

第三節 咖啡原豆之藍色水足跡及灰色水足跡

訪談個案得知，其灌溉水源以台東縣農田水利會引自卑南上圳之溪水為 主要灌溉來源，如圖 4.9-10，並無其它用水來源。本節灌溉用藍色耗水量部 份為個案以R =4 英吋之 PVC 管導入農場進行澆灌。管內平均流速𝑉 =1(

m/s

)，

每次澆灌時間T =1 個小時，1 週平均灌溉 3 次則灌溉用耗水量如下

𝑄 = (𝜋𝑅²) × 𝑉𝑇 = 116.64(m³⁄ )。 (4-5)

h

其中

Q

為流量(m³⁄ )、

h R

為水管內徑、

V

為流速(m h⁄ )、

T

為澆灌時間。計 算結果得到每次灌溉用水量為116.64(m³⁄ )故年總灌溉水用量h

𝐼𝑅 = 116.64( m

³

⁄ ) 次 ×3 ( 次 週 ⁄ ) ×4 ( 週 月 ⁄ ) ×12 ( 月 年 ⁄ )

=16796.16(𝑚

³

⁄ ) 年

(4-6) 則灌溉用藍色水足跡計算結果為，根據(2-5)式

𝑊𝐹_{𝐼𝑟𝑟𝑖𝑔𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛}^{(𝑏𝑙𝑢𝑒)} = ^𝐵_𝑌¹ =^{16796.16(𝑚}_{4(𝑡𝑜𝑛)} ³⁾ = 4199.04(𝑚³⁄𝑡𝑜𝑛)。 (4-7)

圖 4.9 卑南上圳灌溉區域圖 資料來源：台東農田水利會

http://www.ttia.gov.tw/page4_beinan.php

卑南上圳進水口

個案農場

38

圖 4.10 台東農田水利會卑南上圳示意圖

本研究個案以牛糞堆肥為種植咖啡原豆主要營養來源，就農場所種植株 數計算，牛糞堆肥年總使用量為

1000 株× 7kg ＝ 7000kg(包含追肥使用，如圖

4.11)。以下針對牛糞堆肥作一說明，目前在台灣地區牛隻飼養型態，乳牛 主要為圈養肉牛則以放牧式為主，每頭成牛（如以體重

600kg

為例）每日排 出糞尿量糞約30 公斤，尿約20 公斤佔牛隻體重的9.4~7.0%(龍沙平，2010)。

所含污染源量包括BOD(生化需氧量)、COD(化學需氧量)、SS(總懸浮固體物)、

總氮、總磷等濃度及有機負荷量如表 4.3 所示，絕大部份在牛糞中，尿則僅 含少量而已。牛糞的碳氮比，約 15－25 不等，比稻草堆積完熟堆肥之碳氮 比還低，其有機質是由低級脂肪醱及醣類組成，是微生物生活所必需的能源

（碳源）及營養源（氮源）。

因此牛糞堆肥施用過程中肥料排放至土壤時，經稀釋後排放至水體之污 水量，需依照《水污染防治法》第六條第一項規定所訂定之《地面水體分類 及水質標準》中的第三條『陸域、海域地面水體分類係依水體特質規範其適 用性質及其相關環境基準，非為限制水體之用途；其相關環境基準關係保護

39

人體健康及保護生活環境，分別規定保護生活環境相關基準及地面水體及水 質標準(如表 4.4)相關放流水標準規定』，是以計算灰色水足跡時需將承受 水體水質管制標準列入考慮。

圖 4.11 農場使用之牛糞堆肥 表 4.3 牛糞尿中之有機負荷量（成牛）

類別

排出量

BOD SS COD Mn T-N T-P

濃度 負荷量 濃度 負荷量 濃度 負荷量 濃度 負荷量 濃度 負荷量

（kg/日） (mg/l) (g/日) (mg/l) (g/日) (mg/l) (g/日) (％) (g/日) (％) (g/日)

糞 尿 混合

30 10 40

24,000 4,000 20,000

720 40 760

12,000 5,000 60,000

36,000 50 36,050

12,000 3,000 10,000

370 30 400

0.42 0.56

－

126 56 182

0,15 0.004

－

45.0 0.4 45.4

資料來源：

http://www.angrin.tlri.gov.tw/cow/dhi43/dhi43P33.htm

40

表 4.4 保護生活環境相關環境基準

分

級

基 準 值

氫 離 子

濃 度

指 數

( P H )

溶 氧 量 (DO) ( 毫 克 / 公 升 )

生 化 需 氧 量 (BOD) ( 毫 克 / 公

升 )

懸 浮 固 體 (SS) ( 毫 克 / 公

升 )

大 腸 桿 菌 群 (CFU/100ML)

氨 氮

(NH³-N) ( 毫 克 / 公 升 )

總 磷

(TP) ( 毫 克 / 公

升 )

甲 6.5-8.5 6.5 以上 1 以下 25 以下 50 個以下 0.1 以下 0.02 以下 乙 6.0-9.0 5.5 以上 2 以下 25 以下 5,000 個以下 0.3 以下 0.05 以下 丙 6.0-9.0 4.5 以上 4 以下 40 以下 10,000 個以

下 0.3 以下 －

丁 6.0-9.0 3 以上 － 100 以下 － － －

戊 6.0-9.0 2 以上 － 無漂浮物

且無油污 － － －

備註：保護生活環境相關環境基準，各項基準值單位如下：

1.氫離子濃度指數：無單位。

2.大腸桿菌群：每 100 亳升水樣在濾膜上所產生之菌落數。

3.其餘：亳克/公升。

本節灌溉用灰色耗水量，延續早先研究者以氮肥為計算灰色耗水量之計 算標的，根據(2-3)式計算灰色水足跡如下

𝑊𝐹_{𝐼𝑟𝑟𝑖𝑔𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛}^{(𝑔𝑟𝑒𝑦)} = _𝑌(𝐶 ^𝐿

𝑚𝑎𝑥−𝐶_𝑛𝑎𝑡) 。 (4-8) 其中C_max為水體最大可承受濃度(

mg/L

) ，𝐶_𝑛𝑎𝑡則為承受水的自然背景濃度 (

mg/L

)。(4-5)式中污染物負荷 L 為

𝐿 = 𝐶𝑊𝑈^{(𝑏𝑙𝑢𝑒)}× 𝜌。 (4-9)

CWU^{(𝑏𝑙𝑢𝑒)}為藍色耗用水量、ρ為肥料(牛糞)溶出的濃度。因此算得其值為

𝑊𝐹_{𝐼𝑟𝑟𝑖𝑔𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛}^{(𝑔𝑟𝑒𝑦)} = ^{16796.16×𝜌}

4×25 = 167.9616 × 𝜌(𝑚³⁄𝑡𝑜𝑛)。 (4-10)

41

清洗等服務性水足跡的耗用水來源係由清潔場地、清洗耕作器具、施肥 器具、清洗噴灑農藥器具和其他為維護其生長環境..等必需之用水。個案農 場用水來源僅有引流自台東農田水利會卑南上圳之灌溉用水，無其它用水來 源咖啡生長期程中，園區除了灌溉及除草以外並無其它農具使用。因此，就 本節清洗等服務性水足跡部份不需要予以計算故

𝑊𝐹_{𝑠𝑒𝑟𝑣𝑖𝑐𝑒} = 0 (4-11)