94年6月（第156期）
森林資源碳吸存資料庫建置初步成果
林務局 張彬 管立豪 李姿瑩
壹、前言
溫室氣體的大量排放增強溫室效應，造成「全球溫暖化」（Global Warming）現象，為減少溫室氣體的排放量，各國普遍認為需制定具有法律約束的議定書以達成共識。因此在1997年的第三次氣候變化綱要公約締約國大會（COP3）中，討論通過「京都議定書」來制定各國溫室氣體排放的減量目標。規範締約國家應以個別或共同方式，確保於2008年至2012年時，承諾將人為排放之溫室氣體排放總量，控制在該國家以1990年的減少排放水準，平均再削減5.2％，並採行差異性削減目標。
地球的碳元素可由環境進入生物體內，再釋回環境中，此一過程稱為碳循環。環境中能夠為生物利用的碳，主要指大氣中的二氧化碳。大氣二氧化碳可因植物的光合作用而固定於植物體內，形成有機碳，再由食物鏈傳遞進入動物體內，同時海洋亦能貯存大量的二氧化碳。生物體內的碳可藉由呼吸作用及分解者之分解再形成二氧化碳，回歸於大氣，形成碳的循環。全球每年約有70億公噸的碳經人類活動而排入大氣中。而匯(sink)是指物質歸結之所，自然界的碳被固定在海洋、土壤、岩石與生物體中，這些都是碳匯。各種碳匯儲存或固定碳的能力於估計上有很大出入。一般認為海洋、土壤與森林是地球上主要的碳匯，海洋每年可沉積20億噸的碳，森林每年可淨吸收約5億噸的碳。因此，森林在碳吸存的功能上扮演不可忽視的重要角色，而台灣同樣是國際社會的一份子，在二氧化碳的減量上也不能置身其外。
由於以往在推測台灣森林資源的碳吸存量時，因缺乏完整的林地面積與林木資源資料，造成推估上的不確定性過大。因此，本計畫希望能夠充分掌握森林資源的基礎資訊，藉以建立以事業區為單元之地景尺度的森林資源資料庫與模式庫，進而建構出完整的森林資源碳吸存量調查模式，以及推估年度增加之碳吸存量，透過整合式資料庫管理系統，最後作為森林資源對於碳吸存貢獻評估之依據。
貳、資料庫建置執行構想
因森林資源種類繁多，實無法一一完整評估其碳吸存，故本工作將以建立標準調查作業方法為主，配合國內現有樣區資料，建立模式化的分析流程，及與建立資料整合平台，讓計畫能採取「滾動式成長」方式（圖1），逐步擴大至林務局、林試所及學校等林業各相關單位，讓大家能依標準作業方法，共同進行野外資料收集，並將調查資料納入整合資料庫建檔，讓資料庫內容能更為充實。
圖1 滾動式成長概念圖
希望能透過調查前的標準化調查作業與調查後的資料整合窗口，讓計畫成果能夠成為整合國內調查方法與資料庫的完整資料收集、儲存與分析的資料庫系統，以便結合林業界各方力量，確實完成未來林業經營的重要基礎資料庫。
參、資料庫建置工作項目
森林資源資料庫主要目的在於建立以事業區為單元之地景尺度的森林資源碳吸存調查模式，以及推估年度增加碳吸存，納入整合式資料庫管理系統，做為森林資源對於碳吸存貢獻評估之依據。在森林資源碳吸存的估算方面，由於森林資源係隨著時間而有所變動的，不但林地面積有增減，即使是森林資源本身亦會因生長或枯死而有所變化，因此，如何建立良好的動態估算模式，也是本資料庫建置的主要工作。以下僅將工作項目條列於下：
一、整理與分析既有林木蓄積調查與生長文獻與永久樣區資料
為接續以往研究之成果，將收集整理既有林木蓄積調查與生長文獻，依樹種將其分門別類予以歸納。
二、建立林木蓄積及生長量、生物量調查及碳吸存檢測的標準調查作業流程
為求日後資料能夠有效地整合，必須建立地面調查作業的標準流程，以便日後不同調查團隊皆可依照共同的調查方法進行調查。在林分蓄積量的推估上將採用單木模式，推估單位面積的材積量，估算林分的蓄積量。林木材積生長方面，可透過樹幹解析與生長錐法，建立林木生長資訊。至於生物量調查方面，林木幹部、葉部及根部、灌叢、草本、枯枝落葉的生物量調查，均需建立標準作業規範，以期林地上所有的生物量調查，均有作業準則可資依循。生物量換算成碳吸存，則需進行成分分析，求算其碳轉換係數。此部分亦需完整的取樣及分析步驟規範，做為未來不同單位分析資料整合之基礎。
三、規劃大面積蓄積量、生物量調查的取樣設計，並進行實地測試
於大面積蓄積量、生物量調查規劃方面，可先針對特定樹種或林型可依其林齡、林況與林地分布狀況，進行分層取樣。其分層依據計有：林齡、林況與林地等3種項目。其操作均可在GIS資料庫中進行，其說明如附表1pdf DOCX。
依上述分層依據進行分層取樣設計，選擇適當的林分做為地面樣區設置的林分。
四、發展以單木蓄積量、生物量為基礎的森林林木碳吸存估算模式
將針對森林資源碳吸存的調查技術、動態變化模式與資料庫管理等方面，發展完整的作業體系，其估算流程如圖2所示。
圖2 林木碳吸存估算流程圖
五、建構以單木蓄積生長為基礎的林木資源碳吸存動態變化模式
森林資源模式庫的森林資源可簡化成林木資源與林地資源兩部份，林木資源碳吸存估算係以單木模式為標準，針對不同樹種地上部與地下部建立其材積、生物量、生長量與碳吸存之單木模式，做為推算林分碳吸存之用。此外，為推算林木資源隨時間變動的情形，需要建立森林動態變化的推算模式。
六、完成林地碳吸存估算模式，以為推估林地總碳吸存之基礎
林地碳吸存的估算，主要透過林地土壤採樣及分析，來推算土壤碳吸存。首先將建立土壤採樣方法的作業規範，讓野外調查人員可以統一其野外土壤採樣方式，再配合野外調查時採取適當土壤樣本，送至特定的土壤分析實驗室，分析其碳吸存，作為未來推算應用。
七、建立整合式GIS資料庫管理系統，作為跨機關資料整合平台
本計畫預計建立一個整合式資料庫，其內容（如圖3）主要有：基本GIS資料庫、影像資料庫、文獻資料庫與林木調查資料庫等四大部分：
圖3 整合式資料庫架構圖
(一)基本GIS資料庫
於GIS資料庫中可分為環境資料庫、林班基本圖及天然植群資料庫等三部分，主要提供林地及林相空間分佈的資訊。
(二)影像資料庫
主要為來自農林航空測量所製作的1/5000正射航照為底圖，可作為林相判釋及變化之參考依據。此外未來亦可納入衛星影像，可作為推估蓄積量或生物量之資料。
(三)文獻資料庫
此資料庫係將過去台灣已有蓄積及生長調查相關的參考文獻，經整理數化後，將放置於文獻資料庫，透過適當的分類組織及分析，讓我們可以透過計畫窗口網站，提供給外界使用。
(四)林木調查資料庫
林木調查資料庫主要係將目前各相關單位已有的永久樣區或調查樣區資料納入，如此將可完整地保存以往調查成果。此外，透過本資料庫可以輕易地比較不同地區不同時期的樣區資料，可以分析出同一樹種在不同地區，生長階段生長是否有差異。最後透過本資料庫也可以掌握出樣區內樣本隨時間變化之情形，可以快速地分析初期生長變化。
另外，資料庫部分亦將利用計畫窗口網站為對外介面，不同的人員經由不同授權的程度，可以連結至網站輸入或下載所需資料。當然透過不同的分析模式，可以提供資料庫完整的分析功能，進行有系統的資料分析。此外，當整理分析文獻資料時，將可整理與分析以往的文獻，完成某種程度的之事萃取程式，所以可以將此部分知識納入林業知識庫的一環，充實林業知識庫。
八、落實技術轉移及教育訓練，作為未來第四次森林資源調查整合之基礎
森林資源資訊的收集是一個龐雜的且費時的工作，所以一定需要整合大眾的力量方可有所成。目前林業經營管理單位正積極籌畫第四次森林資源調查，其中林木資源調查部分幾已全部涵蓋於本計畫內容。因此，從某個程度而言，本計畫可視為第四森林資源調查林木資源調查先驅調查。所以一開始設立各種調查的作業規範，其目的就在於調查技術的統一，讓日後林木資源調查能有一個可資依循的基準。
肆、目前成果
由於本資料庫建置目前僅第一年，但成果豐富，在此先以碳吸存資料庫管理系統為例做介紹：
一、系統架構規劃
(一)使用者介面
本計畫系統建置目標除了提供森林資源相關資料的查詢之外，並且希望提供適當的輸入介面，讓林務局、林試所以及各大專院校樣區資料及相關調查資料進行彙整，以提供各項模式的推估及運算的來源資料。
(二)應用程式架構
本系統應用程式架構分為兩部份：
- 以SuperGIS Desktop軟體為介面，採用Client-Server架構：「資料分析系統」。
- 以網頁瀏灠器為介面，採用N-Tier架構：「網際網路查詢系統」。
整體造林資訊系統應用程式即結合上述兩種架構，將系統建置於林務局。
二、整合式資料庫建置
為因應本計畫之需求，並配合系統各項功能需求，本計畫資料庫建置劃分為： (一)GIS圖籍資料庫(二)影像資料庫(三)文獻資料庫(四)林木調查資料庫，四大部份，資料庫架構圖及所包含的資料如下圖及後各節所述。
圖4資料庫架構圖
(一)GIS資料庫
本資料庫主要設計為儲存系統建置時所需的空間資料圖層，規劃分為三個部份：環境資料庫、造林地資料庫及天然植群資料庫。
(二)影像資料庫
本資料庫主要功能為記錄造林相關的像片基本圖，涵蓋的範圍應以全部台灣地區的資料為準。
(三)文獻資料庫
本資料庫的建置目的在儲存過去台灣已有蓄積及生長調查相關的參考文獻，經過適當的整理，透過網際網路查詢系統提供給使用者進行相關的查詢應用。
(四)林木調查資料庫
本資料主要是儲存永久樣區及調查樣區的資料，以不同單位(如林務局、林試所、大專院校）之業務執行為導向，設計相對應之資料表格，以供本系統連結與資料儲存使用，相關資料會與樣區圖層進行連結，以提供查詢。
三、網際網路查詢系統建置
(一)功能需求分析
網際網路查詢系統為本計畫主要的工作項目之一。本期工作以資料庫的架構設計與相關調查資料輸入作業流程確定為主，另外亦提供查詢介面，供使用者查詢相關文獻及研究調查的推估成果。
(二)系統功能設計
- 系統維護管理
本功能模組的使用對象為系統管理員。
- 調查資料輸入管理
本功能模組包括樣區「資料管理」、「樣木資料管理」及「表單維護與列印」等功能，主要在提供本計畫所建置之整合式資料庫的管理介面，由林務局、林試所或大專院校等具有權限的使用者，更新填報相關的調查資料。
- 圖文查詢
本功能模組主要是提供GIS的顯示介面，讓使用者以網頁方式查詢相關空間圖層資料，另外一般使用者亦可利用此功能查詢相關參考文獻。
- 資料分析功能
本功能模組主要是提供使用者查詢資料分析系統所推估之相關成果。
四、管理系統開發成果
基於前述的整個資料庫架構的規劃，經訂定規格書委外製作碳吸存管理系統，樣區、樣木資料管理及資料分析部分均屬於林木調查資料庫的部分，文獻資料庫則透過連結去開啟文獻的管理畫面，至於GIS影像資料庫，則均透過連結去啟動。
透過此單一窗口將可整合不同的資料庫，本年度主要著重於林木調查資料庫之發展。
伍、結論
森林資源資碳吸存存量計算，是一個龐雜的且費時的工作，需要整合大眾的力量方可有所成。本工作在規劃之初即以資料整合應用為主要的考慮重點，經一年實際執行之成果，證實在實際的運作上確實可行，因此未來將在既有的計畫成果上，繼續朝向落實工作目標的方向前進，希望未來能有一個具體可資運用的森林資源資料庫，提供森林資源資碳吸存存量計算所需的資訊。