探討農作物之水足跡估算

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

探討農作物之水足跡估算

─ 以卑南鄉嫩薑為例

Discussion crop water footprint of estimating

─ In Case Beinan Township ginger

蔣明哲 撰 Ming-Zhe Jiang

指導教授：謝昆霖 博士

楊義清 博士

誌 謝

碩 專生活 即將隨著 口試與 論文結束 而邁向 終止。還 記得當 初 剛進入 東大的我，一路走 來，除 了憑靠 著堅毅與 努力，很 幸 運 地得到 許多老師 的指導 及同學的 幫助，使我能 夠順 利走到 這 裡 。

論 文研究 過程是非 常辛苦 的，然而 當論文 完成時， 心中的 成 就 感 及 喜 悅 感 是 無 法 形 容 的 。 在 這 將 近 兩 年 的 研 究 過 程 裡 ， 經 過教授 指導，閱 讀各專 家學者的 論文、文 獻及書 籍。以及 蒐 集 資 料 彙 整 、 系 統 使 用 等 相 關 資 料 ， 終 於 能 將 成 果 具 體 呈 現 。

首 先感謝 指導教授 楊義清 教授，從 題目的 擬定建議 到整篇 文 章架構，都給予 學生相 當多的指 導。甚 至文章的 修改及 語句 的 更正，更 是不吝 指正及 建議。尤 其每一 次的討論，皆能令 學 生 增長見 聞；挫折 中有鼓 勵，得意 中給警 惕，亦師 亦友，使學 生 能順利 地將這份 論文完 成。

再 者要感 謝參與口 試的評 審 林志朋 委員與 黃俊元委 員，

在 口試過 程中，承 蒙委員 以專業指 導學生。將論文 中不足 部份 提 出建議 與修正方 向，巨 細靡遺， 都讓學 生受益良 多。

感 謝團隊 的全體同 學，政 融、晨毓 、環慈 以及玉成 。有大 家 的建議 與鼓勵，讓我有 不同面向 的思考 模式，才 能將論 文順 利 完成。尤其要 感謝 政融及 晨毓，若非 有您們 不辭辛勞 的幫助，

這 論文的 架構，仍 處於不 穩定的階 段，著 實感謝。

最 後，僅 以此論文 獻給我 的家人， 若非有 家人的支 撐及鼓 勵 ，實無 法做到無 後顧之 憂的完成 學業。

明 哲 謹誌 2015.06.30

中文摘要

水資源近年成為國際上爭相探討的衡量指標，標示與衡量受到相當關注。

依生產消費過程中所耗用的水資源類型分為綠色水足跡（green water footprint）、藍色水足跡（blue water footprint）及灰色水足跡（gray water footprint）等三類水足跡。為達到有效的水資源利用，本研究以嫩 薑為研究標的，探討水足跡定義及試算各式水足跡，並檢視其可行性。

本研究以卑南鄉個案農地為研究設定範圍，估算種植期間所耗用的用水 量，計算產品的水足跡。經由本研究提出的定義及估算所得出的結果是可行 性的，可做為提供水資源管理者之參考。

關鍵字:水足跡，CROPWAT

Abstract

Water resource becomes an international and popular measuring index in recent years.Labels and measure are more attention. Depending on the type of water consumed in the production process of consumption, it classified into three kinds, the green water footprint (green water footprint), the blue water footprint (blue water footprint) and gray water footprint (gray water footprint). In order to achieve effectively using water resource, we find the ginger to be a studying subject to defined water footprint and calculate all kinds of water footprint and view its feasibility.

In this study, we use the agricultural land in the Beinan rural to be a study object. We estimated amount of water consumed during the cultivation, and calculated the water footprint of products. The definition and the estimating results from this study is feasible and it can be used as a reference for the managers of water resource.

Keywords: Water footprint, CROPWAT

目錄

第 一章 前 言 ... 6

第 一節 研 究動機 ... 6

第 二節 研 究目的 ... 8

第 三節 研 究流程 ... 11

第 二章 文 獻探討 ... 12

第 一節 地 理環境介 紹 ... 12

第 二節 虛 擬水及水 足跡衡 量方式 ... 13

第 三節 薑 的種植過 程與相 關研究 ... 22

第 三章 嫩 薑水足跡 估算 ... 26

第 一節 研 究材料與 區域介 紹 ... 26

第 二節 嫩 薑水足跡 定義 ... 27

第 三節 CROPWAT 系 統介 紹 ... 31

第 四章 嫩 薑水足 跡計算 ... 34

第 一節 嫩 薑之原料 水足跡 ... 34

第 二節 嫩 薑之灌溉 用水 ... 37

第 三節 嫩 薑種植與 清洗等 服務性用 的藍色 與灰色水 足跡 .. 40

第 四節 嫩 薑之水足 跡計算 結果 ... 46

第 五章 結 論與討論 ... 48

第 一節 結 論 ... 48

第 二節 討 論 ... 49

參 考文獻 ... 50

圖目錄

圖 1.1 全球 水分布... 7

圖 1.2 研究 流程圖... 11

圖 2.1 水足 跡組成 架構 ... 15

圖 2.2 嫩薑 圖片示 意 ... 24

圖 3.1 台東 縣嫩薑 種植分 布 ... 26

圖 3.2 研究 位置圖... 27

圖 3.3 作物 種植之 水平衡... 29

圖 3.4 綠、 藍水及 灰水示 意圖 ... 30

圖 3.5 CROPWAT 系 統流程 圖 ... 31

圖 3.6 CROPWAT 8.0 版 本介 面示意 ... 32

圖 3.7 作物 蒸發散 量輸入 介面示意 圖 ... 33

圖 3.8 有效 雨量輸 入介面 示意圖... 33

圖 4.1 現場 耕種情 形 ... 36

圖 4.2 種系 發生學 演化關 係 ... 38

圖 4.3 CROPWAT 中 大麥作 物係數與 各階段 生長天數 ... 39

圖 4.4 CROPWAT 計 算結果... 40

圖 4.5 計算 嫩薑種 植過程 中所耗用 水量... 46

表目錄

表 2.1 台東 縣氣象 站 2014 年平 均氣 溫統計 表 ... 12

表 2.2 台東 縣氣象 站 2014 年平 均降 雨量統 計表 ... 13

表 2.3 台灣 地區各 標的目 標年用水 情形... 16

表 2.4 台灣 嫩薑栽 種與收 穫日期一 覽表... 23

表 2.5 有關 薑的相 關研究 分類統計 ... 25

表 4.1 使用 之原物 料 ... 35

表 4.2 103 年 台東氣 象站氣 象資料 ... 38

表 4.3 灌 溉用水 電費 及使用 水量 ... 41

表 4.4 保 護生活 環境 相關環 境基準 ... 44

表 4.5 地面 水體及 水質標 準 ... 45

第一章 前言

第一節 研究動機

淡 水資源 現為最珍 貴的資 源，世界 氣象組 織於 1996 年 初 指 出：缺 水是全世 界城市 面臨的首 要課題 ，預估至 2050 年 全 球 有 46％ 的城市人 口將面 臨缺水。 而聯合 國早於 55/196 號 決 議 案 (聯 合國， 2000)中宣 布 2003 年 為國際 淡水年， 無非是 為 了 喚起國 際社會大 眾對水 資源的關 注。不 可否認，水 是地球 生 物 賴以維 生及社會 經濟發 展的重要 資源之 一。人 口增 加及工 商、

農 業的發 展，大 量使 用水資 源且河川 水體承 受各種廢 污水排 入，

使 水體水 質持續惡 化，對 於人民生 活環境 與健康影 響甚鉅 。 以 全球水 分布來看 ，地球 上淡水資 源僅有

3%(http://ga.water.usgs.gov/edu/waterdistribution.html， 2013)。

淡 水又主 要以冰川 和深層 地下水的 形態存 在，而 人類 可利用 的 淡 水僅佔 世 界 總 淡 水 的 0.3%。 再 加 上 全 球 氣 候 變 遷 日 益 嚴 重 ， 發 生降雨 事件的強 弱及次 數於時間 或空間 分布上，都 愈趨複 雜 且 不確定 性增加。造成全 球水源的 水質與 水量，對 於保護 及調 整 運用供 水面臨挑 戰，也 令管理增 加困難 度。虛擬 水概念 成為 解 決缺水 國家和地 區水資 源安全問 題的途 徑，因 此計 算水足 跡 成 了水資 源及農業 研究問 題的熱門 題材，其現有 全球 水分布 如 圖 1.1。

圖 1. 1 全球水分布

(摘 錄 自

http://ga.water.usgs.gov/edu/waterdistribution.html.)

在 面臨全 球水資源 短缺的 趨勢下， 水資源 訊息已成 為未來 必 須進行 的工作。水 足跡 (water footprint)成為 資源消耗 的衡量 指 標，其組 成有綠色 水足跡 (green footprint)、藍 色水足 跡 (blue footprint)及 灰色水 足跡 (gray footprint)(Hoekstra&Hung，2002)。

其 中藍水 與綠水是 衡量水 資源消耗 與利用，灰水 則是 評估人 類 對 水環境 造成污染 的情況。水足 跡除 可衡量 人類使用 水的情 形，

更 可探討 農業生產 時土壤 水分的利 用，與 生產過 程中 排放污 水 對 環境的 衝擊。因此 相較之 下水足跡 更能真 實描述人 類對水 的 需 求與使 用，透過 水足跡 的運用可 更深層 明瞭水的 來源及 去 向 。

水 足跡有 助於鑑別 水資源 需求、評 估依賴 情形及水 污染排 放 對環境 影響，並 針對水 足跡估算 結果擬 定策略、提升使 用效 率 及達到 利用最佳 化。妥 善運用可 有效改 善水資源 短缺、分配 不 均等問 題。就全 球降雨 量分佈來 看，台 灣降雨量 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(中 央氣象 局， 2014)。 台灣 受到板塊 擠壓形 成

特 殊地理 位置，大部 份型態 為颱風居 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。且據 統計 資料 (中 央 氣象局 ， 2014)， 近 30 年來台 灣豪 大雨日 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 。

第二節 研究目的

有 鑑於此，水資 源使 用訊息 的揭露是 未來必 須進行的 工作。

2002 年 由 Hoekstra 及 Hung 提 出「水 足跡 」的 概念，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 (Hoekstra&Hung， 2002)。水足 跡的組 成「綠色 水」是 指 所 使用與 蒸發之雨 水，「 藍色水 」是 指所使 用與蒸發 之地表 或 地 下水，將生產 排放 之污水 稀釋至承 受水體 環境水質 標準以 上 所 需之水 量則為「 灰色水 」。其 中， 綠色水 加上藍色 水代表 從 自 然環境 中拮取水 資源之 衝擊；而灰 色水則 代表排放 水污染 自 然 水體之 衝擊。亦 即，水 足跡代表 了對水 資源耗用 及污染 衝擊 之 整體指 標。

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 污染水資 源的影 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 所耗用 水 資 源總量。亦有助 於企業 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，以達水 資源利 用最 佳化，盡一份 社會 責任。

而 台灣地 區嫩薑栽 培分佈 頗廣，根據 統計資 料顯示 (行 政院 農 業委員 會， 1997)， 民國 86 年 全台 栽培面 積共 1,598 公 頃。

總 產量 32,086 公噸，其中 嫩薑生 產以 宜蘭、南投縣 為主，老薑 栽 培則以 新竹、南 投、高 雄、台東 、花蓮 縣居多。

薑 是廚房 必備的辛 香料之 一，除了 烹飪中 可用來提 味或去 腥，更是居 家必備 的天然 好物。其 辛辣程 度由高至 低則為：老 薑、粉薑、嫩薑。薑 的用 途很廣，像 是烹 調雞鴨魚 肉時加 入薑 片 可 除 腥 味 增 加 香 氣 ， 吃 螃 蟹 時 以 薑 絲 加 醋 蘸 食 味 道 更 鮮 美 。 薑 也常研 磨成汁做 為沾料 使用，其中 以肉質 細緻的粉 薑最為 合 適。嫩薑 可以做 為醃 漬泡菜 的食材或 壽司、海鮮料 理等 的佐料。

至 於燒酒 雞、薑母 鴨等，皆 用老薑 料理。更 由於本 身含有 的成 分，讓薑 還有許多 神奇的 妙招。像 是天氣 冷來杯薑 茶可溫 暖身 體 外，其 他如搭 車前 喝點薑 汁或吃點 薑可防 止暈車產 生的噁 心 感 。老薑 加點硫磺 可以去 除汗斑等 生活妙 招。

薑 在產值 上也有不 斐的價 格，因此 常引來 覬覦。曾 有報導 指 出，台 東曾發生 過老薑 零售市場 一台斤 逾兩百元，一公 斤超 過 六百元。嫩 薑行情 也二、三十 元不等；致 使薑價 居高不 下 (聯 合 報， 2014)。 而隔 年統計 ，薑價已 達到每 台斤二百 元至三 百 元。老薑 甚至引來 宵小看 中薑的經 濟價值 高偷挖轉 賣牟利，造 成 不少薑 農受害 (自 由時報，2015)。薑除了 在食用上 有不可 取 代 性外，在醫學抗 癌相關 研究中也 有提及 薑的內含 成分，可提 煉 作為醫 學療效之 用。鑑 於薑已 成為 國內所 關心的重 要民生 課 題，因此 薑在生 產種 植上的 水資源耗 用也將 成為不容 忽視的 議 題。農作物 製程所 造成的 氮、磷排 放廢水，若未妥 善處理 勢必

造 成水污 染。

有 鑑於此 ，本研究 將嘗試 從水足跡 衡量方 式研究分 析嫩薑 耕 作的用 水情況， 解答下 列問題 :

1. 檢 視嫩薑 種植期程 ，並探 討水足跡 之定義 ; 2. 應 用前項 定義進行 嫩薑生 長之水足 跡試算 ;

3. 以 研究結 果來探究 嫩薑種 植過程中 水足跡 估算之可 行性。

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 前言

文獻探討

嫩薑水足跡估算

灰色水足跡 綠色水足跡 藍色水足跡

嫩薑水足跡計算

結論與討論

第二章 文獻探討

第一節 地理環境介紹

西 倚平均 2,500 m 高 的中央 山脈中段 主稜與 花蓮縣為 鄰；西 邊 與 高雄縣 、屏東縣 隔著中 央山脈主 稜為界 。全縣面 積 3,515 平 方 公里， 佔台灣面 積之 9.78%。幅員 之廣， 僅次於花 蓮縣與 南 投 縣，居 全台第三 位 (維 基百科 ，2014)。

℃

若 以月均 溫 22 ^oC 以 上為夏 季，則皆 有 8 至 9 個月份 屬夏季 範 圍 (中央 氣象局 ，2014)。

表 2. 1 台東縣氣象站 2014 年平均氣溫統計表 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 19.8 20.1 21.2 24.1 27.1 28.6 29.8 29.1 28.6 26.3 24.4 20.3 25 成

功 18.4 18.5 19.6 22.7 25.3 27.6 29.2 28.4 28.0 25.3 23.2 18.5 23.7 台

東 19.1 19.3 20.8 23.9 26.8 28.7 30.4 29.7 29.3 26.2 23.9 19.0 24.7

(研究者自行整理，資料來源：中央氣象局。)

央 氣象局 ， 2014)， 如表 2.2。

表 2. 2 台東縣氣象站 2014 年平均降雨量統計表

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 合計 大

武

成

功

台

東

(研究者自行整理，資料來源：中央氣象局。)

第二節 虛擬水及水足跡衡量方式

自 1999 年 Allan 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 與交易的 相關研 究也逐漸 被重視 (Allan，1999)。而為 了 能夠較 準確估算 各國的 用水量與 國與國 之間的虛 擬水交 易 量 ，儼然 成為各國 間最主 要的議題 。

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。而隔 年 3 月 在日本舉 辦了第 三屆世界 水論壇 會 議，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)。 2005 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。隔 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 地 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 ;並 強調在 地方上推 動的重 要性 (王克 強等 2007)。

水足 跡為繼生 態足跡 及碳足跡 的議題 (Carbon Footprint) 後，另一 項氣候 變遷 風險管 理指標。虛 擬水 (virtual water)是 在 90 年 代初 期由 Allan 提 出，虛 擬水資 源 不 僅 包含生產 某項產 品 所 隱含的 直接用水，用水 計算必 須加 入生產 某項產品 之中間 投 入 所隱含 的水量（ 文獻上 稱為間接 用水）。若考 慮直 接用水 和 間 接用水 所隱含的 水資源 則整個原 物料供 應鏈及生 產過程 中 的 用水都 必須被考 量。2002 年 Hoekstra 及 Chapagain 提 出「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 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 及 Hung (2002)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。其 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 分成上述 三種，其組成 框架 如圖 2.1。

(研究者重繪，資料來源：Hoekstra et al,2009)

圖 2. 1 水足跡組成架構

在 Chapagain 與 Hoekstra(2004)統 計 1997-2001 年個 貿易 國 農產品、畜牧品 及工業 產品國際 貿易虛 擬水流量 時，曾 提及 台 灣是農 產品相關 之虛擬 水進口國。依據 國外研究 指出，台灣 每 年農產 品貿易進 口量為 113.8 億， 顯示台 灣隨著農 產品貿 易 進 口，大 量引進虛 擬水量 (張元 馨等 ， 2010)。 Chapagain 與 Hoekstra(2007)，也 提醒 農 產品於國 際貿易 中耗用大 量水資 源，

且 涉及其 他面向 (如 土地、勞 工等 )。可 想而知 不久將 來，提升 自 給率將 與生產外 銷產品 發生水資 源使用 衝突。

西班 牙對水足 跡概念 相當重視，該國 學者 Aldaya 等 (2010) 則 是 以 水 足 跡 為 工 具 進 行 水 文 與 農 業 生 產 經 濟 兩 個 面 向 分 析 。 顯 示水足 跡分析可 提供一 個透明制 度，找 出潛在 最佳 替代產 品，

實 現有效 配置。我 國在農 業水足跡 方面，張尊國 (2009)於 國內

農 工研討 會上率先 完整介 紹水足跡 概念，並試算台 灣一、二期 農 業稻作 生產的藍 、綠水 足跡 ;有助 釐清台 灣水資源 實際使 用 情 況。陳 彥錡 (2011)則 建立 可供企業 應用的 水足跡評 估方法 ， 並 以矽晶 太陽能電 池廠商 為例，提出 企業可 自行結合 國家經 濟 投 入產出 表等評估 該企業 水足跡。

％，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 ，如圖 2.6 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，台 灣地區用 水情形 如表 2.3 所 示。

表 2. 3 台灣地區各標的目標年用水情形

單 位 ： 百 萬 立 方 公 尺

項目 99 年 100 年 101 年

用水量 % 用水量 % 用水量 % 農業用水 12,239.23 71.58 13,434.65 73.75 12,513.78 72.33 生活用水 3,256.24 19.04 3,230.58 17.73 3,176.88 18.36 工業用水 1,602.82 9.37 1,551.82 8.52 1,609.89 9.31

合計 17,098.29 100 18,217.05 100 17,300.55 100 人口(千人) 21,162.12 21,439.96 21,439.96

(研究者自行整理，資料來源：經濟部水利署 )

灰 水是指 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

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 污染指標，灰水 足跡越大，意味 對水 環 境的污 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 然在嫩 薑種 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 。

WFzingiber,gray =_Y(C^α×AR×A

max−C_mat)× 1000 (2-1₎ 式 中WFzingiber,gray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為作物產量(ton)。C_max為 水體 最大可 承受濃度 (mg/L)，通 常是以 水質管 制標準表 示 , C_mat則 為承受 水的 自然 背 景濃度 (mg/L)， 這裡則 假設為零 。

以 下將式 (1)中 主要 參數略 介紹。

A. 淋 洗係數

作 物生長 過程中施 用氮肥 部分會被 植物所 吸收，部分 經由 氨 氮揮發 或經脫氮 轉為氣 態氮逸散 至空中，部分會留 存土 壤。若 超過農 田所能 涵容程 度，氮肥會 透過淋 洗滲漏及 地 表 逕流等 途徑，對地 下水和 地面水體 造成影 響，造成飲 用 水 劣化。因此 在計算 農業灰 色水足跡 時會用 淋洗係數，其

係 數大小 受土壤因 子和施 肥方式有 所差異 。

國 外學者 計算灰色 水足跡 時採用淋 洗係數 略有差異，由於 淋 洗係數 受各田區 土壤因 子、施肥方 式影響 而使得每 塊田 淋 洗係數 均不相同，因此本 研究參考 國外研 究使用 10%作 為 採用之 淋洗係數 。

B. 氮 肥施用 量

作 物施肥 首重氮素 補充，本 研究以氮 肥為計 算嫩薑灰 色水 足 跡之計 算標的。市 售肥料 一般可分 為有機 肥料與化 學肥 料 兩大類，為 求快速 方便，薑生 產通常 還是以 施用化學 肥 料 為主。而農 民常使 實際施 肥量大於 作物施 肥推薦量，施 用 量偏離 推薦量比 大於 50%，尤以氮 肥與鉀 肥超用情 形較 嚴 重，因 此本研究 之灰色 水足跡應 有低估 之情形。

C. 水 質管制 標準

對 作物生 長而言，氮 素是重 要元素之 一，但氮素 供給量 太 多 對植物 生長也會 造成不 利影響。而 氮素對 環境污染 亦日 益 受到重 視，包括水 體優氧 化，生態平 衡問題 等。氮素測 定 是判定 水質好壞 之重要 依據。國內 與農業 生產相關 的水 質 標準有 地面水體 及水質 標準 (行政 院環境 保護署，1998)、

地 下水污 染管制標 準 (行 政院環 境保 護署，2011)及飲 用水 水 質標準 (行政 院環 境保護 署，1996)。由於 本研究 鎖定 氮 肥 為計算 薑的灰色 水足跡 之計算標 的，因此 本研究計 算薑 的 水足跡 所使用的 水質管 制標準，係 採用國 內環保署 公布 之 地下水 污染管制 標準及 飲用水水 質標準 中對硝酸 鹽氮 之 管制值 為 10mg/L(以 氮計 )。

綠 水是指 雨水降到 地面後 滲入並儲 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 嫩薑綠 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 ：

WFzingiber，green = ^{min�ETc,tot}_Y^{,Peff,tot�×A}× 10 (2-2) 式 中為WFzingiber,green為 嫩薑綠色 水足跡 (m³/ton)、 ET_c,tot為 期作 作 物蒸發 散量 (mm/period)、 P_eff,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)。種植面積係指於 田 間種植 稻株且實 施管理 的區域，這 個區域 是不包含 田埂的 面 積。在國 內外文 獻中，計算 作物蒸 發散 量時多 以 CROPWAT 系 統 做為計 算工具， 本研究 將會採用 CROPWAT 系 統 8.0 版 計算 作 物蒸發 散量、有 效雨量 。

以 下將作 物蒸發散 量、有 效雨量計 算方式 分別略介 紹 A. 作 物需水 量

作 物需水 量亦稱作 物蒸發 散量 (evapotranspiration)，其 定 義為在 土壤水分 供給不 虞匱乏情 形下，作物生 長期 間 內 所需蒸 散與附近 土壤或 水田水面 蒸發水 分之總和。影 響 作物需 水量因子 甚為複 雜，主 要受 氣象因 素影響，亦 受 土壤性 質、作物種 類、生長 階段、耕 作方法 及區域等 因 素影響 而有所差 異。

作 物需水 量計算迄 今已有 許多方法，大致 可分為 直接 測 定 法與間 接測定法 ，本研 究係以 1994 年國 際灌溉 排水

Drainage,ICID)所公 布之 Penman-Monteith 法 (Allen et al.,1994)作為 估算作 物生長 過程中作 物蒸發 散量之依 據。此方 法以草 類及 苜蓿作 蒸發散試 驗，是 目前國 際上 公 認最常 被採用的 估算方 法。可分 為下列 三個步驟 1. 計 算參考 作物蒸發 散量

2. 決 定作物 係數 3. 計 算作物 蒸發散量 B. 有 效雨量

有 效雨量 之定義依 據不同 觀點而有 不同涵 義。以 農業 灌 溉 管點而 言，天 然降 水降在 作物生長 季節能 為作物生 長 所 利用，進而可 減少 自水庫 或埤塘引 水灌溉 之部分稱 為 有 效雨量，即可 供給 部分或 全部之作 物耗水 量。影 響水 田 薑有效 雨量之因 素甚多 ，例如 :薑 之用水 量、田間 滲 漏 量、降 雨量、田 埂有效 高度、管 溉水源 、灌 溉 方 法 、 灌 溉管理 等 (曹 以松 ， 1973)。

由 國內外 水族機相 關文獻 可發現， 計算有 效雨量多 以 CROPWAT 作 為 計算 工具。有效 雨量在 CROPWAT 中 有 四 種估算 方式，包 括 :固 定比例 法(fixed percentage option)、經 驗公式法 (empirical formula option)、美 國 農 業 部土壤 保持法 (USBR soil conservation service option) 及 不考慮 有效雨量 。

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。影響 灌溉 用水量 主

要 因子包 括整地用 水量、作 物蒸散 量、有效 雨量、田 間滲漏 量 與 灌溉管 理操作等。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 為有效的 計算方 法，故相 關研究 多以 忽 略不計 之方式帶 過 (張 元馨， 2011； 姚佩 萱等， 2013)。

水 足跡手 冊有提到 ，計算 作物藍色 水足跡 除農田實 際灌溉 用 水量外 ，應包含 儲水設 施 (如 :水 庫、蓄 水池或埤 塘 )及 輸水 過 程中水 資源蒸發 部分。然此部分 資料難 以蒐集，因此目 前估 算 作物藍 色水足跡 文獻中 尚未看到 儲水設 施，及 輸水 過程中 水 資 源蒸發 量之估算，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 。

WFzingiber,blue＝ ^IR

Y (2-3)

式 中_WFzingiber,blue為嫩 薑藍色水 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。

本 研究計 算藍色水 足跡時 ，灌溉用 水量資 料即是以 期作別 為 單位，與計算綠 色水足 跡之作物 蒸發散 量、有效 雨量以 月為 單 位 ;再 作一連 續計 算累積 得作物蒸 發散總 量、有效 雨量總 量 之 方式不 同。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 水量的 分類與水 足跡的 分類在概 念上是 相同的，依 其類別 可 區 分為綠 色、藍色 及灰色 耗水量， 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。

第三節 薑的種植過程與相關研究

薑 （

Zingiber officinale

近 年來由 於農村勞 力缺乏，薑之栽 培面積 逐漸減少。薑在 臺灣 種 植期間 為每年 12-3 月，臺 東多 在 1-3 月 種植。因此採 收期由 南 至北，海拔由低 到高，生產期正 好錯開，利於產 期調節。其 種 植方式、生育時 間及用 途不同，臺灣薑 的生產可 分成四 種生 產 模式：嫩薑、粉薑、老薑、種薑 生產 模式 (臺中區 農情 月刊，

蔡 與蕭， 2013)。

適 合嫩薑 生長季節 長達七 個月以上，到冬 季時進入 休眠，到隔 年 春 天 才 又 重 新 萌 芽 。 一 般 而 言 ， 嫩 薑 從 栽 種 到 收 穫 為 一 期 ， 生 長期為 四個月，取母薑 栽種後至 7 月或 8 月收穫。秋分 後生 長 較 差 ， 進 入 冬 季 後 採 收 便 不 宜 食 用 。 受 氣 溫 日 照 時 數影 響 ， 種 植與收 穫日期略 有延遲，本研 究參 考蔡與 蕭 (2013)種 植時 間

， 如表 2.4 所示 :

表 2. 4 台灣嫩薑栽種與收穫日期一覽表 期作別

品名 一期作

栽種 收穫

嫩薑 1 月-3 月 5 月-8 月

粉薑 1 月-3 月 8 月-11 月

老薑 2 月-4 月 11 月-隔年

種薑 - 12 月

(資料來源: 蔡與蕭，2013)

薑 在臺灣 產區具地 域性， 產區集中 於南投 縣名間鄉 與埔里 鎮 生產，為全台 生產 之冠。老薑則 是信 義鄉等 高海拔地 區較多，

其 餘地區 僅零星栽 培。薑 以無性繁 殖為主，可種植 之品種 選擇 少 ，生產 亦面臨一 些技術 性瓶頸， 分別如 下所述 (臺 中區農 情 月 刊，蔡 與蕭， 2013)，嫩薑種植情形如圖 2.2:

1. 薑 腐爛問 題 :主 要為 軟腐病 所造成之 腐爛， 由田間存 留病菌 或 是薑種 傳播居多 ，以連 作薑田發 生機率 最高。

2. 根 部線蟲 為害 :根瘤 線蟲傳 播途徑由 種薑或 土壤中帶 蟲卵所 導 致，薑 根莖部 位經 線蟲的 侵害後，會 產生不 規則隆起、根 瘤 及地上 莖葉黃化 等症狀 。

3. 嫩 薑貯藏 不易 :薑在 採收後 都會以高 壓水噴 洗方式， 將嫩薑 清 洗乾淨，此方 式容 易沖傷 表皮，致使 病菌侵 入，增 加腐 爛 機 會。

4. 產 期調節 不易 :目前 薑在催 芽技術上 並無一 套完整的 標準流 程 。

(研究者自行整理，資料來源: https://tw.images.search.yahoo.com/)

圖 2.2 嫩薑圖片示意

薑 田 採 收 多 以 人 工 方 式 進 行 ， 因 為 薑 田 整 地之 方 式 特 殊 ， 且 並無機 械化設備 可以代 替。人 工培 土及採 收皆必須 利用人 力 挖 掘，故 薑的產 業對 人力成 本之依存 度高。且生產 面臨 瓶頸下，

農 民投資 風險極高 ，致使 競爭力不 斷下降 。

探 討 國內相關 之研究 論文，以 碩博士 論文網中 (2001-2013 年 ) 使用 “薑”為 關鍵字 尋得 309 篇 論文，其中 水足 跡為研 究 方 向者 0 篇；於 國家 圖書館 臺灣期刊 論文索 引系統使 用“薑 ”

為 關鍵字 尋得 503 篇 論文，水足 跡為 研究方 向者 0 篇，因此 研 究 者認為 此議題覺 得有加 以研究之 必要。

表 2.5 有關薑的相關研究分類統計

類別 數量

醫學抗癌 176 篇

細胞活化 102 篇

農業種植 19 篇

休閒事業 12 篇

水足跡 0 篇

(資料來源：研究者自行整理。)

第三章 嫩薑水足跡估算

第一節 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

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

系統中計算得到

資料來源:重繪自 Molar and Lambi,2006

圖 3. 5 CROPWAT 系統流程圖 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/ET0,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. 有效水份 3. 入滲率 4. 初始土攘

水份

作物型態 (Crop Pattern) 1. 耕種面積 2. 耕種日期 3. 收穫面積

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. 推估作物生長期間尋別相關資料

(1)作物係數(2)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. 擬定灌溉策略用水量

(1)實際用水量(2)有效雨量(3)灌溉用水量

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

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 水足跡

及用量 項目

綠色水 足跡

藍色水 足跡

灰色水 足跡

用量(單位:公噸)

富耕一號(肥料) X₁^g X₁^b X₁^y 𝐦𝐦_𝟏𝟏 = 𝟎𝟎. 𝟖𝟖 農 福 好 (肥料) X₂^g X₂^b X₂^y 𝐦𝐦_𝟐𝟐 = 𝟎𝟎. 𝟏𝟏𝟏𝟏𝟓𝟓 加 保 扶 (農藥) X₃^g X₃^b X₃^y 𝐦𝐦_𝟑𝟑 = 𝟎𝟎. 𝟎𝟎𝟏𝟏𝟎𝟎𝟖𝟖

(研究者自行整理)

經訪 談個案 (個 案訪談 1031119，民國 103 年 )得知 於翻土 過程 中 使用富 耕一號， 經個案 協助詢問 後該公 司表示無 法提供 富耕一 號所需相關資訊。故本研究將農藥所產生的綠色水足跡假設為X₁^g、 藍 色水足 跡假設為X₁^b、 灰色 水足跡假 設為X₁^y， 種植株數 約 4,000 株 與富耕 一號使用 共計 0.8(公 噸 )， 計算過 程如下所 示。

WFBaseFertilizer = ^0.8x_Y¹ (4-2)

計 算結果 如下所示

WFBaseFertilizer = ^0.8x₂₀¹ = 0.04x₁ (4-3)

追 肥部分 使用農福 好共計 115(公 斤 )，種植株 數不變。同上所 述，

因 農福好 的製造公 司無法 提供資訊 。故本 研究將農 藥所產 生的綠 色 水足跡 假設為X₂^g、藍 色水足 跡假設為X₂^b、灰 色水 足跡 假設 為X₂^y， 追 肥使用 量為0.115(公噸)，計算過程如下所示：

WFChemicalFertilizers =^0.115x_Y ² ， (4-4)

追 肥部分 計算結果 如下所 示：

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

月 份

最低 氣溫 (^oc) TMin

最高 氣溫 (^oc) TMax

相對 溼度

RH (%)

風速 (m/s)

WS

日照時數 (hr) SunShine

有效 雨量

Eff rain (mm)

ETO

Evapo transpiration 3 月 14.8 33.1 75 1.7 3.9 33 3.57 4 月 18 30.6 76 1.5 5.8 32.7 3.92 5 月 20 37.6 77 1.5 17.4 85.1 7.67 6 月 22.6 35.4 79 1.6 13.1 150.4 6.43 7 月 24.8 36.8 74 1.9 18.2 143.1 8.21 8 月 24.8 35.2 75 1.3 18.9 111.6 7.95

(研究者自行整理，資料來源：中央氣象局。)

在 農業研 究資料中 ，尋無 嫩薑生產 期間所 需的相關 資料。 僅 能 猜測與 CROPWAT 中 ，較 為親近之 旁系群 的大麥 (Hordeum vulgare)作 物資 料 進 行計算。由於大麥 與嫩薑 在種系發 生學演 化關 係 中，同 屬鴨跖草 類植物 (Commelinids)， 其演 化關係 如圖 4.2 所 示 。

(研究者擷取資料來源:維基百科) 圖 4.2 種系發生學演化關係

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) 上 述得知 抽水機每 秒可抽 的流量 q=0.833(𝑚𝑚³⁄𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠

)

CWUGroundWater,blue = 967.4 × 0.0208 × 50 = 1006(𝑚𝑚³/ℎ𝑟𝑟) (4-16) 表 4.3 灌溉用水電費及使用水量

(研究者自行整理)

經 個案訪 談得知 (個 案訪談 1031119，民 國 103 年 )加保 扶買回 時為 粒 劑，施 藥量為 0.27(公 升 )需加 水稀釋 方能進 行噴灑， 其稀釋 倍 數 約為 100 倍 。則計 算稀釋 用水為

0.00027(m³)×100(倍)=0.027(m³) (4-17) 以 引入之 山泉水做 為稀釋 用，故耗 水量計 算結果為

CWUpesticide,blue = 0.027(m³) (4-18)

依 上所述 ，其農藥 稀釋之 藍色水足 跡為

WFpesticide,blue =^0.027₂₀ = 0.00135(𝑚𝑚³/𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡) (4-19) 清 洗部分 則以噴灑 農藥後 所使用的 器具為 主。每月 需噴灑 農藥 2 次 。農藥 噴灑後， 需清洗 農藥噴灑 器具。 而每次清 洗器具 用水為 10 公 升，經 換 算 後 為 0.01(m³)，從 種植至 收成為期 6 個月 共噴灑

103 年 電費(元) 抽水時數

3 月 1727 431.7

5 月 228 120.8

7 月 853 312.5

9 月 410 102.4

合計 - 967.4

12 次 ，故 清洗等服 務性用 耗水量 為

CWUservice,blue = 0.01 × 12 = 0.12(𝑚𝑚³) (4-20)

依 上述計 算清洗等 服務性 藍色水足 跡，計 算結果如 下所示

WFservice,blue = ^0.12₂₀ = 0.006(𝑚𝑚³/𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡) (4-21) 統 計 6 個 月抽水量 算出結 果為 1006 (𝑚𝑚³/ℎ𝑟𝑟)，因引用山泉水內有 用 於稀釋 農藥 0.027(m³)及 清洗 農藥噴 灑器具1.2(𝑚𝑚³)，IR 為灌溉用 水 量，其 計算結果 如下所 示

IR = 1006 − 0.027 − 0.12 = 1005.853(𝑚𝑚³/𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡) (4-22) 計 算方式 如 (2-3)所 示。

WFirrigate,blue =^IR_Y (4-23)

故 計算期 作的藍色 水足跡 為

WFirrigate,blue =^1005.853₂₀ = 50.293(𝑚𝑚³/𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡) (4-24) 訪 談提及 薑於採收 後，僅 以拍打方 式抖落 粉塵。並 未有清 洗之情 狀 。故本 研究無需 計算清 洗嫩薑之 水足跡 。

完 成上述 藍色水足 跡之計 算後，本 研究再 繼續進行 灰色水 足 跡 之計算 ，計算方 式如 (2-1)所 示。

WFirrigate,gray = _Y(C ^L

max−C_nat) (4-25)

公 式中 Y為作物產量(ton)。C_max為水 體最 大可承 受濃度 (mg/L)，

通 常是以 水質管制 標準表 示。 C_nat則為 承受水 的自然背 景濃度 (mg/L)，背 景值假設 為 0。L 為 種植期 間因施 肥或使用 農藥所 產生 的 灰水。 而富耕一 號施肥 使用量約 為 0.8 公 噸， 其中 只有氮 肥約 2.5%為成 分最高 值，若 依地面 水體分類 及水質 標準 (行政 院環境 保 護 署， 2014)可 得知 ，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)，則計算方式如下所示

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

陸域地面水體（河川、湖泊）

分

級

基準值

氫離子 濃度 指數 (PH)

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

－ － －

(研究者自行整理，資料來源:地面水體分類及水質標準)

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 。

表 4.5 地面水體及水質標準

水質項目 基準值(單位:毫克/公升)

農藥

有機磷劑（巴拉松、大利松、達 馬松、亞素靈、一品松、陶斯松）

及氨基甲酸鹽（滅必蝨、加保 扶、納乃得）之總量

0.1

安特靈 0.0002

靈丹 0.004

毒殺芬 0.005

安殺番 0.003

飛佈達及其衍生物 (Heptachlor, Heptachlor

epoxide)

0.001 滴滴涕及其衍生物

(DDT,DDD,DDE) 0.001

阿特靈、地特靈 0.003

五氯酚及其鹽類 0.005

除草劑（丁基拉草、巴拉刈） 0.1

(研究者自行整理，資料來源:地面水體分類及水質標準) 備 註 ：

1 . 保 護 人 體 健 康 相 關 環 境 基 準 係 以 對 人 體 具 有 累 積 性 危 害 之 物 質 ， 具 體 標 示 其 基 準 值 。

2 . 基 準 值 以 最 大 容 許 量 表 示 。 3 . 全 部 公 共 水 域 一 律 適 用 。

4 . 其 他 有 害 水 質 之 農 藥 ， 其 容 許 量 由 中 央 主 管 機 關 增 訂 公 告 之 。

於 資料彙 整中發現 其有關 約束農藥 造成之 水污染情 形，相 關 法規標 準尚有欠 缺嚴謹。雖能利 用大自 然原水進 行稀釋，其 所 造成之 傷害非短 期得以 修復。仍待 政府機 關予以重 視並列 管 相 關法條 ，以期降 低資源 的水影響 。

第四節 嫩薑之水足跡計算結果

本研 究依前章 的九項 水足跡定 義，將 水足跡分 類後，如圖 4.5 所示 。

綠色水足跡 藍色水足跡 灰色水足跡

原料水足跡

WF_stuff A B C

灌溉水足跡

WF_iffigate D E F

清洗等服務 性用水足跡 WF_service

X G H

(研究者自行整理)

圖 4.5 計算嫩薑種植過程中所耗用水量

依 (4-9)式 所述 原料水 足跡(A) + (B) + (C) = WFstuff，定 義 所 得結果 為

WF_stuff＝0.04x₁＋0.00575x₂＋0.00054x₃， (4-31) 各 項原料 水足跡需 考慮到 上游廠商 的製程，均必 須從 上游廠 商 取 得。

本研 究以取得 氣象及 作物係數 等數據 ，再利用 CROPWAT 計 算及依 (4-14)式， 計算出 生產的綠 色水足 跡 (D)為

(D) = WFirrigate,green＝88.24(𝑚𝑚³/𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡)。

上述 表格中 (E)與 (G)係 以引用山 泉水的 方式來進 行灌溉 及 清洗，本研究 將灌 溉及清 洗用水足 跡之總 和歸類為 生產藍 色

水 足跡WFproduce,blue，依 (4-24)式 計算結 果為灌溉 藍色水 足跡 (E)

清 洗等服 務性用藍 色水足 跡 (G)，依 (4-21)式 計算結果 為 (G) = WFservice,blue = 0.006(𝑚𝑚³/𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡)，

綜 上所述 ，用於個案生產的藍色水足跡(4-20)+(4-21)為

WFproduce,blue = 50.299(𝑚𝑚³/𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡)， (4-32) 而 上述所 需資料，可裝設 水表或水 量計取 得，以利 計算出 灌溉 水 足跡。

本研 究之灌溉 灰色水 足跡由上 述 (4-29)定 義，計 算結果 如 下 所示

(F) = WFIrrigate,gray = 0.0237(𝑚𝑚³/𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡)，

清 洗等服 務性灰色 水足跡 依 (4-30)式 定義， 計算結果 為 (H) = WFservice,gray = 1200𝜌𝜌 (m³/ton)，

綜 上所述 ，用於個 案生產 灰色水足 跡 (4-29)+(4-30)為

WFproduce,gray = 0.0237(𝑚𝑚³/𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡) + 1200ρ(m³/ton)， (4-33) 因 取得資 料及成分 有類似 之處，而成 分分析 需經由檢 測後方 可 得 到數據 ，以利計 算生產 灰色水足 跡。

第五章 結論與討論

本研 究依前章 根據所 建立九項 水足跡，分類 出原 料水足 跡、

灌 溉水足 跡及清洗 等服務 性用水足 跡，並 以綠水、藍 水及灰 水 足 跡進行 計算，提 出結論 與討論。

第一節 結論

1. 本 研究以 前章所定 義的九 項水足跡 公式作 為個案製 程中 的 水足跡 衡量指標，依屬性 相同再歸 類成四 大類。分別 是 由 個案提 供現有資 訊進行 計算的原 物料水 足跡 (4-9)式。引 用 CROPWAT 運 算 灌溉綠 色水足跡 (4-14)式 及用電度 數推 估 的生產 藍色水足 跡 (4-24)式 。與製 程產生 的污水需 計算 生 產灰色 水足跡 (4-33)式 ，依 此作為 估算嫩 薑水足跡 定 義 。

2. 原 物料的 綠色、藍色 及灰色 水足跡的 估算如 原物料水 足跡 WF_stuff(4-31)式。種植過程 的灌溉 綠色水足 跡WFIrrigate,green

可 從 (4-14)式 算出。 種植過 程中生產 藍色水 足跡

WFproduace,blue如 (4-32)式 所示。灰 色水足 跡包含製 造過程

中 水 的 消 耗 和 污 染 ， 有 稀 釋 肥 料及 農 藥 用 水 及 清 洗 用 水 ， 故 生產灰 色水足跡WFproduace,gray(4-33)式 所示。上 述結果 在 有效的 取得所數 據後， 便可試算 出水足 跡。

3. 由 上述 (4-31)、 (4-32)及 (4-33)式 得知 ，若能 取得上游 廠 提 供製程 耗用水量 數據、取 得氣象及 作物係 數、裝設水 表 或 水量計 取得各類 污水濃 度𝜌𝜌值檢測的數據，便可計算出水 足 跡。所 以本研究 所提出 的水足跡 定義是 可行性的 。本研 究取得嫩薑種植過程中水足跡的估算模組，若能取得上游原物料水足

出水足跡，這模組可作為依據提供水足跡管理單位參考制定相關管理 辦法。

第二節 討論

1. 水 足跡為 水資源消 耗指標，藉 由了解 水足跡 可得知水 資源耗 用 總量及 對環境造 成的污 染。相關單 位可針 對水足跡 進行評 估 用水風險，進而探討政策管理方針。並建議於調度分配時，

結 合產業、人 口、等 態環境 等因子進 行綜合 評估，方便 清楚 台 東縣各 項產業水 資源使 用情形。

2. 水 足跡估 算最缺乏 的為資 料完整性。而 類似薑 這類具 有經濟 價 值的植 物，未必皆 與該植 種相同，為 一年一 期作。尚有 許 多 經濟作 物為多年 生植物，尚 待後續 學者進 行資料修 正及整 理 ，以利 針對環境 衝擊提 出準確性 評估。

3. 相 關單位 於推動水 足跡概 念的同時 ，應設 立明 確 法 規 約 束 。 因 農民於 栽種期間 並未知 曉有排放 標準等 法源。可藉 由宣導 或 輔導等 方式，使其 明瞭於 期作種植 至採收 後，如若涉 有排 放 廢水時，能注 意到 是否違 反相關法 規而受 罰，以降低 對環 境 造成的 損害。

4. 可 從民生 物資進行 水足跡 建立，使大 眾察覺 自身消費 行為對 水 及環境 皆會造成 衝擊。然為求 公正 及全面 性，應將農 作物 種 植與其 他工商產 品水足 跡一併量 化，待所有 水足跡 加總後 ， 更 能凸顯 台東縣水 資源耗 用嚴重之 潛在問 題。

5. 最 後，期 望能藉 由本 次的研 究，使 相關 研究者 瞭解。水足 跡 不 應做單 一的判斷 指標，需 規劃建置 相關資 料庫，供往 後相 關 水足跡 研究能進 行更深 入探討。依 此資料 庫來提供 給相關 單 位進行 調配規劃 ，以俾 正視未來 水資源 耗用的問 題。

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