以生命週期評估方法計算農業行為的環境衝擊

以生命週期評估方法計算農業行為的環境衝擊(Using Life Cycle Assessment to Evaluate Environmental Impact of Planting)
國立臺灣大學環境工程學研究所 袁光宇

我們吃的食物種類上百種，每種食物都可以透過不同的種植方式產出、運輸，最後擺上餐桌成為美味佳餚，你曾經想過餐桌上的米飯怎麼來的嗎？你知道每天吃的蔬菜會對全球暖化造成多少影響嗎？不同的種植方式與不同的作物對環境造成的影響也有所不同，要如何計算這些環境衝擊，讓農民在作物或種植方法的選擇上，既能兼顧經濟效益，又能減少環境破壞，也讓我們在選擇環境友善的食物上有更清楚明確的選擇呢？

如本研究群許桓瑜於先前於《生命週期評估》(2013) 文章介紹，生命週期評估方法可用於計算一項產品從生產、製造、運輸到最終處置所有過程中造成多少環境衝擊。透過產品的生命週期評估，將環境衝擊量化成可以比較的數字，使我們可以從數字與圖表，清楚地比對出產品對環境造成的影響程度，如圖一所示。透過一系列的數據收集、運算，得到最後的衝擊結果，進而選擇最好的生產途徑。

圖一、生命週期評估架構。（本文作者袁光宇製，小圖引用自 slidescarnival 網站）

生命週期評估方法主要評估產品在環境面上的影響，當生命週期評估應用於農業時，隨著農地種植的作物不同，該土地所產生的環境效益也會有所不同，本研究群謝佑昀於《生命週期評估中土地資源使用的評估方法》(2013) 文章便揭露此項訊息。但若要綜合考量土地的經濟效益與環境成本，則需要再額外加入經濟轉換指標，才能進行更完整的評估。其實目標就是改良圖一粗框線中的「標準化成可互相比較之數據」，透過運算方法的加強，提升計算環境衝擊的準確度。其中在農業方面，又以土地利用的使用成本在經濟面的影響最為顯著，因此針對土地利用的經濟轉換方法，設有以下函數（公式 1），

$$CF_i=f(ECF_i,XF_i,AC)~~~~~~~~~(1)$$

• Characterization factors, CF：土地利用特徵係數，$/(ha‧year)
• Economic conversion factors, ECF：經濟轉換係數，將土地使用貨幣化的係數
• Exposure factor, XF：暴露係數，對環境影響的比例
• Adaptation capacity, AC：適應能力，環境受到影響的恢復能力
• i：各類別特徵係數，表示各種面向的影響

農地使用包含許多面向，在公式 1 當中，將所有會影響土地使用經濟效益的特徵係數，如經濟轉換係數、暴露係數、適應能力，綜合成一個「土地利用特徵係數—$$CF$$」，再將不同面向的影響集結成「土地利用特徵係數—$$CF_i$$」。而不同面向的影響有其不同的轉換公式，如下：

1. 土壤的肥沃程度 (Biotic production potential, BPP)

$$\displaystyle CF’_{BPP}\left(\frac{\$}{(ha\times year)}\right)$$

$$\displaystyle=CF_{BPP}\left(\frac{(tC\times year)}{ha\times year}\right)\times XF_{BPP}\times ECF_{BPP}\left(\frac{\$}{(tC\times year)}\right)\times AC~~~~~~~~~(2)$$

• CFBPP：每公畝土地之碳含量
• XFBPP：100%
• ECFBPP：每單位碳的農作物產值（透過每個國家的年農作產值 / 總可耕作面積之碳含量計算）

生物生產潛勢 (BPP) 為該土地的生產力，意即土壤的肥沃程度。

2. 土壤補注地下水之能力 (Groundwater recharge potential, GWRP)

$$\displaystyle CF’_{FWRP}\left(\frac{\$}{(ha\times year)}\right)$$

$$\displaystyle=CF_{FWRP}(\frac{mm}{year})\times 10^{-3}(\frac{m}{mm})\times 10^4(\frac{m^2}{ha})\times XF_{FWRP}\times ECF_{FWRP}(\frac{\$}{m^3})\times AC~~~~~~~~~(3)$$

• $$CF_{FWRP}$$：每年地下水之補助高度
• $$XF_{FWRP}$$：該國地下水使用比率
• $$ECF_{FWRP}$$：該國的水費

3. 抵抗土壤流失的能力 (Erosion resistance potential, ERP)

$$\displaystyle CF’_{ERP}\left(\frac{\$}{(ha\times year)}\right)=XF_{ERP}\times ECF_{BPP}(\$)\times AC~~~~~~~~~(4)$$

• $$ECF_{ERP}$$：土壤侵蝕控制成本

4. 土壤之碳吸收能力 (Climate regulation potential, CRP)

$$\displaystyle CF’_{CRP}\left(\frac{\$}{(ha\times year)}\right)$$

$$\displaystyle=CF_{CRP}\left(\frac{tC}{(ha\times year)}\right)\times XF_{CRP}\times 3.67(\frac{tCO_2}{tC})\times ECF_{CRP}(\frac{\$}{tCO_2})\times AC~~~~~~~~~(5)$$

• $$CF_{CRP}$$：每年每公畝土地減少之碳吸收量
• $$ECF_{CRP}$$：碳的社會成本，因土地利用因素而多排放出碳的社會成本

氣候調節潛勢 (CRP) 即為對碳的吸收能力。

上述公式以義大利一荒漠灌木區為例，若要計算其土壤的肥沃程度 (BPP)，設定其環境適應能力 (AC) 為 1.00，暴露係數 ( $$XF_{BPP}$$ 為 100%（暴露範圍為全體），每單位碳的農作物產值 $$(ECF_{BPP})$$ 為 $$68.86\frac{\$}{(tC\times year)}$$，每公畝土地之碳含量 $$(CF_{BPP})$$ 為 $$100\frac{(tC\times year)}{(ha\times year)}$$，則其土地利用特徵係數 $$(CF’_{BPP})$$ 即為：

$$\displaystyle 100\frac{tC\times year}{ha\times year}\times 100\%\times 68.86\frac{\$}{tC\times year}\times 1.00=688.60\frac{\$}{ha\times year}~~~~~~~~~(6)$$

5. 土地占用之機會成本

$$CF=MCI_{kg}\times P_{kg}\times NPV_T~~~~~~~~~(7)$$

• Marginal cost increment, MCI：邊際成本增加（$ / 每公斤作物產值）
• Production, P：年產量（公斤）
• Net present value, NPV：淨現值

透過上述函數的轉換，可以將無形的土地資源量化成貨幣價值，作為農業土地資源使用的經濟價值計算。將經濟層面納入農業生產的環境衝擊考量之中，不但可以更全面的思考環境議題，對農民們在選擇綠色農業時，也將更有說服力，讓環境議題不再總是與經濟、成本相矛盾，使得綠色生活能獲得落實。

參考文獻

1. Cao, V., Margni, M., Favis, B. D., & Deschênes, L. (2015). Aggregated indicator to assess land use impacts in life cycle assessment (LCA) based on the economic value of ecosystem services. Journal of Cleaner Production, 94, 56-66.
2. Beames, A., Broekx, S., Heijungs, R., Lookman, R., Boonen, K., Van Geert, Y., … & Seuntjens, P. (2015). Accounting for land-use efficiency and temporal variations between brownfield remediation alternatives in life-cycle assessment. Journal of Cleaner Production, 101, 109-117.