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臺灣在 2022 年的溫室氣體總排放量約 285.97 百萬公噸二氧化碳，以 21.83 百萬公噸二氧化碳的碳匯相抵後，淨排放量為 264.13 百萬公噸二氧化碳，而欲達成 2050 淨零排放的目標之一—負碳，仰賴於非電力能源去碳化，以負技術 (碳捕捉封存 (carbon capture and storage, CCS)、碳捕捉封存再利用 (carbon capture, utilization and storage, CCUS) 等) 與自然碳匯兩大面向為主( 環境部氣候公民對話平臺網站 )(圖 1)。
當地貌形態發生變動時，原本儲存於土壤中的碳存轉變為碳排放源，其中崩塌地的自然碳匯樣貌是如何變動的呢？本期電子報將簡單介紹溫室氣體二氧化碳在不同生態系統中的計算方式，及依照學者量測結果估算產生崩塌時，碳匯轉變為碳源的損失。
目前計算溫室氣體的方式有二：由上而下 (top-down) 與由下而上 (bottom-up)，前者透過測量特定溫室氣體的大氣濃度並利用傳輸模型 (transport model) 推估其在全球尺度下的排放源多寡；後者透過溫室氣體排放清冊 (emission inventory)(圖 2) 或以生物地球化學循環建立的模型估計一定時間內特定排放源的排放量 (Yong et al., 2024)。
造成溫室效應的三種主要的人為溫室氣體分別為二氧化碳 (CO2)、甲烷 (CH4) 及 一氧化二氮 (N2O)(圖 3)。二氧化碳排放量的計算通常採用由下而上的方式，不過許多工業區實際監測所得的溫室氣體排放量，通常較排放清冊計算的排放量來得高，可能因排放清冊公式中排放係數 (emission factor) (參見環境部的定義) 設定上的差異，或點源 (point source) (參見環境部的定義) 與車載排放量 (on-road emission) 的增加所導致，因此由上而下的計算方式 (如 NOAA WP3 研究飛機) 便用來檢視排放清冊的準確度 (Long et al., 2022)。
依據氣候變遷因應法第 3 條，排放源 (carbon source) 定義是指直接或間接排放溫室氣體至大氣中之單元或程序；碳匯 (carbon sink) 為將二氧化碳或其他溫室氣體自排放源或大氣中持續移除後，吸收或儲存之樹木、森林、土壤、海洋、地層、設施或場所。而依據儲存位置不同，自然碳匯分別被稱為 綠碳 (green carbon)、藍碳 (blue carbon) 及 黃碳 (yellow carbon)，主要的碳吸存 (carbon sequestration) 碳庫為森林、海洋及土壤。
自然碳匯在不同生態系統中有相異的計算方式，其中，綠碳也就是森林碳匯，可分為生物量 (biomass)(包含地上與地下部、死有機質 (dead organic matter, DOM)(包含枯死木與枯落物) 及土壤 3 個部分，其中生物量的部分常用聯合國政府間氣候變化委員會 (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC) 指南中的公式進行計算：
Ctotal＝ Σ { Vt × BCEF × D × (1+R) × CF }
Ctotal 為單株或單位面積森林之碳貯存變化量 (ton C y-1)，Vt 為林齡為 t 時的林木材積 (m3 ha-1)，BCEF 為 Vt 轉換為地上部生物量的擴展係數，D 為木材密度，R 為根莖比，CF 為乾物質碳含量比例 (詹與林，2024)。
由於森林的碳吸存能力受林分結構的影響很大，Pugh 等人 (2019) 利用全球森林林齡資料庫 (global forest age database, GFAD) 由上而下的方式進行碳匯估算，發現林齡大於 140年 的老齡林 (old-growth forest)(0.85 Pg y-1) 與再生林 (regrowth forest) 林分 (1.30 Pg y-1) 的碳吸存率相差 1.5 倍。因此，碳匯的計算上，由下而上與由上而下的計算方式常相互輔佐。
臺灣藍碳碳匯生態系主要為紅樹林、海草床及鹽沼，年碳吸存能力 (carbon sequestration capacity) 分別為 11,183、80,619 及 3,661 公噸，總碳庫存 (carbon stock) 為 342,004 公噸。藍碳透過地上與地下部生物量及土壤碳埋藏 (soil carbon burial) 發揮碳匯功能 (圖 4)，計算植物與土壤碳庫 (carbon pool) 中的有機碳量，並掌握植物淨生產量與土壤呼吸通量 (如圖 5) 以獲得碳吸存量，進一步了解各生態系的碳匯 (Lin et al., 2023)
土壤碳匯被稱為黃碳，土壤的有機碳 (soil organic carbon, SOC) 儲存量估算考慮到土壤密度、土壤含石率、土層深度等因子：
SOC = Ci x D x ( 1- S / 100 ) x d x 100
Ci 為第 i 層土壤有機碳濃度 (%)，D 為土壤密度 (g cm-3)，S 為土壤含石率 (%)，d 為土壤層深度 (m)，100 為將 SOC 單位調整為 ton C ha-1 的轉換係數 (林，2017)。
由全球碳的循環統計來看，海洋碳通量 (carbon flux)(碳輸入與輸出間平衡的結果) 是最高的 (圖 6)(Kuwae & Crooks, 2021)，臺灣的自然碳匯中亦為藍碳最高，1,185 公頃的東沙海草床 (藍碳) 一年可吸收約 718 公噸的碳 (東沙環礁海草生態相調查，2018)，而紅樹林、海草床及濕地面積共約 6,325 公頃，估計至 2030 年時，碳匯量可達每年 34 萬公噸 (臺灣 2050 淨零轉型「自然碳匯」關鍵戰略行動計畫，2023)；綠碳方面，我國森林總面積 219.7 萬公頃，總碳儲存量為 7.5 億公噸，即每公頃碳存量 341 公噸；而臺灣代表性農地 (黃碳) 每公頃的表土有機碳含量約 28-38 公噸 (蔡，2024)。
臺灣位於活躍的造山帶，地形陡峻且地質脆弱，加上常有颱風與豪雨侵襲而易發生崩塌災害，光是 2024 年的新生崩塌面積便有 3,424.37 公頃 (農村水保署初步統計資料)，而說到崩塌對全球暖化的影響，通常是聯想到邊坡植被破壞、地表裸露導致損失綠碳碳匯，但崩塌亦會加速母岩風化與成土作用 (pedogenesis)，進而影響黃碳碳匯。
考量到不同地形與土壤類型之土壤碳儲存量會有所差異，杜與黃 (2022) 分析宜蘭、濁水溪至旗山等 108 個森林土壤調查樣點所得資料，發現表土 (0 -30 公分) 平均碳含量為 60.20 Mg ha-1，底土 (30 - 50 公分) 平均碳含量為 18.08 Mg ha-1；楊等人 (2024) 的研究中則發現高山地區 (海拔 > 1,000 公尺) 的森林表土平均有機碳儲量為 11.2 Mg ha-1、底土有機碳儲量為 5.26 Mg ha-1，坡地地區 (海拔 100 - 1,000 公尺) 的森林表土平均有機碳儲量為 5.86 Mg ha-1、底土有機碳儲量為 5.23 Mg ha-1。
以 2024 年濁水溪流域內新生崩塌面積 240.35 公頃為例，其地表變動導致碳匯損失，套疊國土利用現況調查成果圖，發現崩塌幾乎都位於坡地 (圖 7)，以楊等人 (2024) 的研究結果估算，濁水溪流域因 2024 年的新生崩塌造成綠碳的損失外，亦損失了 2,665.48 噸黃碳。
Schomakers 等人 (2017) 指出，曾文水庫上游集水區崩塌地之表土有機碳的變化，其累積率在 41 年後約每年每公頃達 2 噸，僅達未崩塌地表土有機碳的六成。由此可知，若是發生大規模崩塌，崩塌深度達 10 公尺以上，將會造成更大量的碳匯損失。
Chu & Liu (2021) 參考臺灣環境部 2019 年國家溫室氣體排放清冊報告與農業部林保署的 2017 年林業統計資料，若將無植被的崩塌地碳儲存量視為 0 ton ha-1，則改變土地利用型態對碳排的影響以林地轉變為崩塌地的碳排放量最高 (其中以竹林為最，天然闊葉林次之)，而若是農地轉為人工林可增加碳匯，將人工林轉為農地則會增加碳排放量 (圖 8)。因此，未來可朝獎勵崩塌地植林措施，或限制崩塌地區的農地發展，以維持碳匯並促進土地所有人透過碳交易獲得額外收入。
依據法國於聯合國氣候變化綱要公約第 21 次締約國大會中提出「千分之四倡議」(4 per mille Soils for Food Security and Climate)，認為全球每年土壤增加 0.4% 有機物質含量，便可抵銷人類活動排放的溫室氣體量，且 Schomakers 等人 (2017) 的研究發現，崩塌發生後待植被密集覆蓋，有機碳累積速率將大幅提高，可見土壤碳匯的重要性。
面對氣候變遷，土砂災害頻繁的情形下，崩塌的發生使得地表形態劇變，嚴重影響土壤的碳匯功能，係以農村水保署近年來極積導入工程減碳，並提高固碳策略，透過「水土保持工程淨零排放方針」努力達成碳中和目標，其中包含建立工程碳排的估算方法：若工程材料已知碳排係數 (如鋼筋) 則採碳排係數法；若工項碳排係數未知則採經費推估法。
國內碳費將於 2026 年開始收費，各界依據溫室氣體減量及管理法中的「 溫室氣體排放額度抵換專案 」，或以溫室氣體自願減量專案管理辦法中的「 自願減量專案」 ，達成溫室氣體減量績效以取得減量額度，即俗稱的「碳權」。由於颱風及地震的影響頻繁，導致山區易發生崩塌或土砂災害，未來或許可將碳權納入水土保持防砂設施減碳策略的研擬，建立增匯量轉換碳權方法，並極積創新減碳技術、低碳材料開發、提升碳匯技術等，將有助於未來崩塌地的永續經營並促進永續減碳，達到水土保持工程碳中和的目標。
1. 杜清澤、黃菊美。2022。森林土壤碳庫調查。林業研究專訊。29(2): 30-33。
2. 林幸助、陳冠宇。2023。臺灣紅樹林碳匯測量標準作業程序。海委會委託案：藍碳碳匯盤查方法學。
3. 林苡涵。2017。臺灣農地廢耕造林對土壤有機碳儲存量及形態劃分的影響。國立臺灣大學森林環境暨資源學研究所碩士論文。臺北市。取自https://hdl.handle.net/11296/q3537k。
4. 海洋國家公園管理處委託研究計畫成果報告。2018。東沙環礁海草生態相調查。
5. 詹為巽、林俊成。2024。森林樹木碳匯計算方法概述。林業研究專訊。31(2): 11-14。
6. 楊博鈞、楊心如、劉滄棽、張翊庭、許健輝。2024。利用數位土壤繪圖預測濁水溪流域土壤有機碳儲量。台灣農業研究。73(2): 135-151。
7. 臺灣2050淨零轉型「自然碳匯」關鍵戰略行動計畫(核訂本)。2023。行政院農業委員會。取自 https://ncsd.ndc.gov.tw/Fore/nsdn/about0/Work9。
8. 蔡正賢。2024。農地土壤自然碳匯管理技術。苗栗區農業專訊。105: 1-3。
9. Chu, M. Y., & Liu, W. Y. (2021) Assessing the opportunity cost of carbon stock caused by land-use changes in Taiwan. Land. 10(11): 1240.
10. Kuwae, T., & Crooks, S. (2021) Linking climate change mitigation and adaptation through coastal green-gray infrastructure: a perspective. Coastal Engineering Journal. 63(3): 188–199.
11. Lin, H. J., Chen, K. Y., Kao, Y. C., Lin, W. J., Lin, C. W., & Ho, C. W. (2023) Assessing coastal blue carbon sinks in Taiwan. Marine Research of the National Academy of Marine Research. 3(2): 1-17.
12. Long, Y., Ayyoob, S., Huang, L., & Chen, J. (2022) Urban carbon accounting: An overview. Urban Climate. 44:101195.
13. Pugh, T. A. M, Lindeskog, M., Smith, B., Poulter, B., Arneth, A., Haverd, V., & Calle, L. (2019) Role of forest regrowth in global carbon sink dynamics. Proceedings of the National Academy of Sciences. 116(10): 4382-4387.
14. Schomakers, J., Jien, S. H., Lee, T. Y., Huang, J. C., Hseu, Z. Y., Lin, Z. L., Lee, L. C., Hein, T., Mentler, A., Zehetner, F. (2019) Soil and biomass carbon reaccumulation after landslide disturbances. Geomorphology. 288: 164-174.
15. Yong, Z. J., Lin, W. J., Lin, C.W., & Lin, H. J. (2024) Tidal influence on carbon dioxide and methane fluxes from tree stems and soils in mangrove forests. EGUsphere [preprint]. 21, 5247-5260.
16. Vallero, D. (2014) Chapter 29 - Air Pollutant Emissions. Fundamentals of Air Pollution (Fifth Edition). Academic Press: 787-827.
