水田蓄水对植生环境之冲击分析-生物环境系统工程学系.PDFVIP

水田蓄水對植生環境之衝擊分析 國立台灣大學生物環境系統工程學系 副教授 研究助理 吳富春 沈易徵 摘要 本研究重點在於水田休耕與蓄洪後植生環境之改變 ，分別考慮水田休耕後未蓄水及蓄水兩種情 況 ，並探討牛踏層對入滲之影響 。模擬結果顯示水田區之牛踏層實為影響水田入滲量之重要機制 ，牛 踏層使得土壤水入滲至此即產生阻力 ，在土壤肥沃度方面 ，土壤水之流動亦明顯主導土壤氮含量之變 化 。因此蓄水與否對於休耕田區之影響有著一定之衝擊 ，蓄水不僅造成本身田區之衝擊 ，也相對地對 於周圍環境造成影響 。 一 、緒論 水稻田除了生產性之功能外 ，尚存在生態上及生活上之機能 ，如調蓄洪水 、補注地 下水增加水資源及降低洪峰流量等 。而這些功能對於植生環境之影響 ，則須加以探討 。 而且在水田耕作之情況下因為長期的施肥可維持土壤肥沃度 ，但水田休耕蓄洪可能造成 土壤養分之流失 ，使植生環境改變 ，而土壤水入滲可能會造成土壤溫度的改變 ，本研究 乃針對這些問題加以探討 。 本研究重點在於水田休耕與蓄洪後植生環境之改變 ，分別考慮水田休耕後未蓄水及 蓄水兩種情況 ，針對土壤中水份 、養份與溫度三個與植物生長環境息息相關之項目 ，討 論蓄水對水田區及鄰近區域植生環境所造成之影響 。 為分析水田區及鄰近區域之土壤-植生環境在水田休耕後種種情況下所受到之衝擊 影響 ，本研究擬發展一植生環境演算模組 ，包括三部分 ： (1) 土壤水模式(土壤含水量及水壓勢能分佈) (2) 土壤氮模式(土壤水含氮量之變化) (3) 土壤溫度模式(土壤溫度之變化) 利用上述演算模式計算土壤含水量 、含氮量與溫度之變化 ，並分析水田休耕蓄水對植生 環境之衝擊 。 二 、案例探討 1 2.1 模擬條件 本研究利用植生環境模式模擬水稻田在休耕後之各種情況 ，比較水田區及周圍地區 之土壤植生環境在下列情況下之差異 。 案例一 ：水田休耕後 ，未蓄水 。 案例二 ：水田休耕後 ，蓄水 。 案例三 ：水田休耕後 ，蓄水並破壞牛踏層 。 本研究之二維模擬區域如圖(1)所示 ，寬 80m ，深 1.2m ，而蓄水田寬度為 40m ，蓄 水深固定為 0.2m ，模擬區域之底層設一負壓使其接近田間含水量 ，以符合土壤水重力排 水特性 。 土壤水模式起始條件乃根據水田之實測負壓分布[3]去計算模擬區域內之平均負壓 值 ，利用此一負壓求出起始之含水量 ，設為 0.46( cm3 / cm3 ) ，而土壤中孔隙率為 0.49( cm3 / cm3 )[2] ，故起始含水量為接近飽和之含水量 。 土壤氮模式則假設土壤中起始氮含量為C0 ，假如有蓄水時 ，蓄水之濃度為 0 ，則是 入滲之濃度為 0 。而土壤層之起始溫度為表層 30 C 至底層 10C 呈線性變化 ，上層水溫 度即為表層溫度 30 C 。 本研究採用彰化農田水利會社頭工作站試驗田區之實測土壤特性[3] ，試驗田土壤大 致可分成四層 ，實驗田區之牛踏層約在 20-30 公分處 ，牛踏層上方土壤屬於泥濘之田區 ， 導水係數為 1.72cm / day ，而牛踏層之導水係數明顯偏低 ，僅有 0.055 cm / day ，牛踏層 下方 10cm則為 0.92 cm / day ，而在牛踏層下方 30cm 之飽和導水係數介為 1.6-1.9cm / day 之間 。本研究參照試驗田區之實測負壓及含水量資料[3] ，決定土壤水模式之土壤特性參 數n 及a 。土壤溫度模式中熱導率及比熱容積之參數乃是利用水 、空氣 、土壤三者個別 之熱導率及比熱容積[1]加權平均而得 。 三 、結果與討論 3.1 案例一 ：水田休耕未蓄水 本案