人為活動導致全球碳元素循環失衡，因此生態系統永續之道是碳中和。依據聯合國氣候變化綱要公約之規定，須以國家為單位計算溫室氣體總排放量和總吸存量，並將所有資訊揭露於國家通訊。保育具有碳匯功能的生態系統已為一般民眾廣為接受的最佳選項，因為可立即發揮功能，效益成本高，且可發揮預警原則同時保育生物多樣性。沿海濕地是地球上效率最高的碳匯系統，然而周邊人為活動與土地利用型態卻會影響區域碳收支。目前國內對於沿海區域碳收支缺乏量化數據，碳匯功能缺乏脆弱度模擬與科學分析，法制進展少，對國際氣候變遷法制的應變也不足，亦未能發展相關法制與法體系，作為管理的法律依據。西海岸為臺灣地區人口稠密精華區，本計畫擬藉由建構區域碳收支模式，評估生態服務經濟價值，並進行脆弱度科學模擬分析，從經濟與法制面著手檢討管理機制，以減排碳、強化碳匯功能與生物多樣性為目標，發展沿海區域氣候變遷調適標準作業程序。

我們將以國際級國家重要濕地七股為研究區域，第一年實地測量各種自然生態系統的碳吸存及各種人為活動與地貌的碳排放量，盤點人類活動碳足跡，建構區域碳收支模式，量化生態系統服務價值，並彙整分析國際氣候變遷法制中碳權及碳匯等法規，討論國際間相關財務支援的介入方式與模式；第二年分析影響碳收支模式的自然因素與人為活動，建構區域碳收支動態模式，同時比較國際與國內法規差異，分析認養濕地作為自願減碳機制的可行性與法律，以及透過支付與市場機制進行利益回饋之方式；第三年藉由所建構區域碳收支動態模式進行脆弱度模擬分析(例如海平面上升、氣溫上升、暴雨洪水與極端氣候等)，配合該分析制定管理優先順序，並比較國內外法制之差異，研擬沿海濕地調適氣候變遷之標準作業程序，並針對該程序制定溼地調適之相關法律，來因應減緩氣候變遷的衝擊。

研究成果

人為活動導致全球碳元素循環失衡，因此生態系統需要以碳中和為永續之道，而保育具有碳匯功能的生態系統已為一般民眾廣為接受的最佳選項。沿海濕地是地球上效率最高的碳匯系統，然而周邊人為活動與土地利用型態改變，正衝擊其生態系服務功能。目前國內對於沿海區域碳收支缺乏量化數據、脆弱度分析與價值評估，在法制上進展侷限。本計畫從自然、經濟與法律面，檢討保育管理機制，以強化生態系碳匯功能與服務價值為目標，發展海岸地區氣候變遷調適策略。本計畫整合前幾年七股濕地的碳收支研究後，顯示七股濕地CO2及CH4排放量雖有地域、日夜與季節上的不同，但整體而言，無論是魚塭、鹽田或是潟湖，皆為碳匯的系統，而非過去研究所指出為CH4排放源。而為鼓勵濕地擁有者從事濕地生態系統功能保育，建議建立濕地給付制度以提供經濟誘因，根據計算，七股海岸濕地每名遊客應付之總遊程碳稅為0.48至0.80美元。值得注意的是，七股地區遊客旅遊排碳量比例最高者為交通運輸，在低碳旅遊的規劃完善下，遊客利用的意願高，但台灣國內旅遊之遊客排放1 kg-CO2所創造的經濟效益遠不及其他國家，這些資料皆可以作為未來發展觀光產業時，評估觀光效益與環境影響之用。此外，為提供104年2月2日實施之濕地保育法中，針對評估濕地生態價值與濕地風險管理的具體規範，建議以本研究碳收支為例，應朝向依濕地類型，建立分別適用計算方法之方向整合。再者，我國於104年5月已經通過「溫室氣體減量與管理法」，有鑒於濕地可以提供有效固碳的效果，將可以在未來與實施國內溫室氣體減量的要求下，提供減量與抵換(offset)的功能，協助國內大型溫室氣體排放源，並增加濕地保育所需財源的來源，與濕地保育的意願。 

森林集水區是孕育生物多樣性的搖籃，更是地球上可以代謝因為人類工業化及經濟活動所產生的溫室氣體的重要土地單元。在全世界普遍受溫室效應困擾及多元物種失衡的當下，森林集水區的功能更益發顯得重要。但是，近年來，由於極端降雨頻頻發生，加以偶發的大規模地震，導致不僅坡地災害的發生頻率年復一年，而且災害的規模更是愈來愈劇，森林集水區多層次植被覆蓋所擁有的保水保土的功能因而逐漸遭受到破壞，裸露的地表也逐漸擴大。此外，由於近年來在生態旅遊風潮的帶動下，有些森林集水區，還必需應付假日湧現的人潮。不過，如前所述，森林集水區在適應氣候環境變異的情況下，其原有之功能已略顯失衡，是否還能承受得起人類活動的干擾，則是一個值得評估的課題。再者，如果森林集水區功能的喪失仍在一定的可承受的限度範圍內，那麼思考以何種方法來恢復森林集水區既有的功能乃是當務之急，以避免外在的干擾一旦超出其限度而造成地形演變上不可逆的後果。綜上所言，本計畫之研究包含二個重點：其一為天然災害或人類活動影響造成森林集水區溫室氣體及綠環境變異之量測及評估；其二為評估以低碳鋼材構築開放式防砂壩，以兼具防災復育及減低對環境的衝擊。有關第一項研究重點，本研究計畫分以天然災害及人類活動的影響分別探討。首先，在天然災害方面，通常上游集水區為土砂災害發生較為頻繁之地區，因此本計畫擬針對野溪源頭地區作為溫室氣體量測及評估之主要標的，並探討相關之坡地災害復育工法對減碳的效益；另外本計畫亦以多期遙測影像建立以生物多樣性指標、綠化量指標及常態化植生差異指數等指標進行森林集水區維繫多元物種平衡及調節溫室效應功能的長期追蹤，以期能夠在森林集水區環境變異發生之初期即能採取有效之防治對策，以免錯失治理之先機。其次，在人類活動影響方面，本計畫分別就交通運輸、住宿及休閒遊憩等三方面探討遊客對森林集水區所造成溫室氣體變化的影響，並綜合天災害及人類活動雙重面向，以完整評估研究區域的碳匯及碳源之收支狀況。至於第二項研究重點方面，防砂壩一直以來都是森林集水區內用來抑制土砂災害擴大的重要工法，不過傳統的防砂壩由於使用混凝土材料，造成大量的碳排放及施工期間噪音的污染，一直受到垢病，而且雖然近年來開放型防砂壩(如梳子壩)可以減少對溪流河性及魚類生態上的衝擊，不過以台灣山地土砂生產的驚人速度，一座壩的壽命僅維持短短數載，隨著防砂壩的逐漸淤滿，河溪型態及生態平衡的改變也在靜默中發生。因此，本計畫希望一改傳統防砂壩的缺點，研究以低碳之鋼材料在上游土石來源區修築開放式防砂壩，使其不但達到防災之效果，更符合生態、低碳以及避免河道因人為介入而造成快速演變。

研究成果

本研究探討惠蓀林場內人工堰塞壩溢頂破壞時之資料分析、並與室內堰塞壩溢頂潰決試驗進行比較；其利用CCD影像記錄現地人工堰塞壩潰決過程，再利用影像判釋技術進行質點影像測速，判釋水流入流流速、流向及壩體潰決時之流速，且在堰塞壩上游面擷取水樣並分析上游來砂濃度；同時，透過裝設非極化電極量測現地電位差變化情形進行量測，探討電位差變化情形與崩塌之關聯性，以預警坡地災害之發生。此外，研究中亦使用無人載具飛行器 (Unmanned Aerial Vehicle, UAV)，配合預設之地面控制點定點飛行拍照後，以演算法快速及成本低地重構出三維場景模型，進而用於分析壩堤穩定度及農業環境相關地形地物之辨識。

壩溢結果顯示，當縮短壩體間距時，上游潰決水流造成下游湖體水位迅速抬升，縮短堰塞湖蓄水歷程及管湧作用影響時間，使下游堰塞壩不易產生管湧現象，而發生溢頂潰決；不同壩體間距的潰決水流對下游河床變化影響程度亦不相同。三維場景模型應用結果顯示，雙尺度轉換三維模型精度大為提升，且壩體穩定度呈現不穩定狀態；該UAV結合三維場景模型技術更被應用於海上蚵田之位置與數量判釋及農業瓜田辨識，並得到良好辨識度。最後，由Hilbert Huang Transform與Empirical Mode Decomposition試驗發現，該技術可利用特定頻率預測崩塌事件與坡地土石滑動的發生，而特定頻率會因為加速度規設置的位置有些許上的差異，且頻譜值大小會隨著崩塌規模有所差異。以上試驗與技術，有助於預測坡地土石滑動與崩塌狀況，以提早做出其因應措施，減少災害損傷。

本子計畫延續先端產業暨精密製程研究中心在LED的磊晶、製程及封裝的開發有突出的研究成果，開發出植物工廠專用的LED模組。在LED磊晶的部分，使用計畫團隊所研製一種可以取代傳統LED的透明導電層(ITO,氧化銦鍚)的材料即氧化鋅鎵(GZO),因為它材料取得較傳統ITO容易且便宜，且穿透率可達90%以上，電阻率可以比傳統ITO還低，應用於LED 基本結構P-GaN時做成LED元件時可以達到較低的順向電壓，LED的發光效率應該會提昇，研究團隊使用有機金屬化學氣相沉積系統(MOCVD)成長具有高穿透率透明導電層的LED，並且提供特定波長的LED製作，有助於植物培養所需特定波長光源的研究。在LED實際應用於植物方面，本計畫將使用一些取自牛樟芝的根、莖或葉器官運用扦插苗技術來繁植牛樟芝(肝病藥草)，另外也選用白蓮茭花(抗癌藥草)，研究不同波長的LED模組對於這些植物(藥草)對人體傷口癒合程度，及LED在何種光源的波長可以促進植物的二氧化碳吸收程度或者在何種LED的光源波長可以增加氧的排放量，當然也可以研究在植物的各個不同部位的吸收能力與光源有何種關係，並且使用室內人造的光合作用環境，証明光的能源是否能比室外天然的光源能源消耗的多與寡，進行高可靠度的室內植物工廠開發。

研究成果

本計畫主要開發固態照明光源應用於農作物生長的研究開發；一直以來，農作物多栽種於天然的環境下，產生光合作用使其成長，然而天然生長環境的光合作用與使用固態照明光源生長環境的光合作用是不同的。以農作物成長於固態照明光源環境而言，使用的光源之發光波長及發光強度會直接影響農作物的生長速率，因此對於本計畫所使用的固態照明光源，其元件壽命與可靠度的要求必須慎重挑選。而關於固態光源的開發，本實驗室已研究多年，而技術也不斷的追求創新與突破，近幾年固態照明光源也開始朝向深紫外光發展，因此為了符合這個趨勢，我們也開始朝向使用新穎的透明導電膜材料取代傳統的氧化銦鍚透明導電膜，並運用於藍光LED上，未來更發展運用於UV LED上面(發展Ga2O3寬能隙材料製作UV LED可以利用於滅菌功能)， 並且期望可以達到良好的出光率，在運用方面，我們選定這些 LED運用於植物生長的主題來研究。

在LED光源實作部份，我們選用比氧化銦鍚(ITO)具有更高之穿透率及導電性較好的氧化鋅鎵(GZO)材料作為透明導電層，根據實驗結果GZO經由快速熱退火後，會與p-GaN產生較佳的歐姆接觸特性，且其穿透率可達到90%以上，應用於取代傳統的ITO透明導電層時，可以使LED元件的順向導通電壓(Vf)降低，亮度也相對地提升，從而達到節能減碳的目的。而在實際LED應用面上，我們使用幾種不同LED固態光源模組並選用種植芥藍菜來做實驗，發現芥藍菜在WW(暖白光) LED燈的照射下其成長高度是16 cm，是所有模組中最好的，其次則是照射紅光。

此外，於植物燈與病原菌研究方面，將培養皿距離固態光源5cm，培養皿內為植物病原菌(草莓灰黴病菌Botrytis cinerea)，我們將草莓灰黴病菌嘗試在不同LED光源照射下紀錄並算出它的抑制率，發現藍光能有效抑制草莓灰黴病菌的成長。最後嘗試將LED燈源應用於控制藥用植物成長及使用不同LED光源來照射芥藍菜並比較其成長速度。

本計劃是由不同生態系的角度，研究當碳元素以腐植物質或有機質的形態存在於土壤中時其對於整體的碳蓄存量所做之貢獻，並深入探討不同種類的有機質與土壤中常見的金屬離子如鐵與鋁對於土壤環境中之碳蓄存的影響程度。土壤無疑的是地表上最重要的碳蓄存場所之一，土壤中碳元素的轉化與保存不僅對於土壤肥力的影響極鉅，更有可能在環境生態之碳循環系統中扮演著重要的角色。但是臺灣目前對於不同生態系之碳蓄存機制，以及如何提升碳蓄存效能之研究甚為缺乏，尤其是土壤之相關研究領域，尚未見各生態體系中之多價金屬離子及礦物與碳蓄存之關聯性研究，同時也缺乏有效提升土壤對碳蓄存技術之開發。因此，本計畫擬針對海岸濕地與森林集水區等不同區域之土壤，瞭解其中的多價金屬離子的種類與比例，除了進行礦物與腐植物質之結構特性研究外，並進一步瞭解這些區域中鐵/鋁離子或其它多價數離子與研究區礦物間的交互作用，對於可溶性有機分子的催化與反應機理的影響，同時探討如何增進該區域中碳的蓄存。

研究成果

表面燃燒產生的熱會傳遞至表土中，會塑造出一個炭化的環境進而改變土壤的組成，如無機礦物及有機質結構，也會影響可溶性有機碳(DOM)的釋出，這些土壤組成受熱的改變，亦會影響本身在土壤之中的多價金屬(Fe)，不同Fe/C比下導致形成的有機金屬沉澱物(DOM/Fe)，影響其在炭化土壤系統中遷移及宿命。本研究將採集台灣北部陽明山及中部彰化快官地區的土壤，並萃取此土壤中之腐植酸，且利用高溫爐進行100~600度炭化，炭化後之樣品以總有機碳分析儀(TOC)觀察其可溶性有機碳的釋出隨炭化溫度的改變，最後則探討DOM與Fe所形成的有機金屬沉澱物在酸性環境下(pH 3-6)其結構的變化。陽明山土壤以200度炭化時，其可溶性有機碳(DOC)溶出可達25 mg L-1，但DOC之溶出在低或高於此溫度均會降低，而彰化快官土壤DOC的釋出量則隨著炭化溫度增高而減少，此結果與陽明山及彰化快官抽出之腐植酸，經炭化處理下DOC的溶出有相同的趨勢，故推測在低溫(<200度)炭化陽明山土壤中，DOC之低濃度可能導因於豐富的無定型鐵鋁氧化物將DOC吸附住而抑制其釋出於溶液中。DOM與Fe(III)的沉澱試驗中，陽明山地區土壤由於本身含有高量的Fe，導致有機碳含氧官能基被Fe所錯合而C沉澱量比彰化低區低，在pH 6則有最高的C及Fe沉澱量，然而彰化地區則是pH 3有最高的C及Fe沉澱量。XRD及線性疊加擬合(Linear combination fitting)技術結果顯示陽明山地區在pH 3主要是針鐵礦的結構，然而pH值上升至6，則以水合鐵礦為主；彰化地區在pH 3及4.5時以無定形結構為主，然而pH值上升至6，則開始出現水合鐵礦，其無定形結構以有機酸鐵為主，未來亦將針對不同炭化溫度的熱處理下，其釋出的DOM與Fe(III)所形成的有機金屬沉澱物其結構的變化。