翻滾吧！森林 從降雨到崩塌

梁偉立助理教授

由行政院農業委員會林務局指導，臺大森林環境暨資源學系、實驗林管理處共同主辦，自3月28日至5月10日於臺大農業陳列館2樓推出「臺灣的森林、林業及林學教育展」，展覽內容包括臺灣森林之美、森林生態系功能、森林利用及相關產業、臺灣林業發展等之介紹，並重點呈現森林系及實驗林在林學教育及研究方面努力的成效。

為了讓民眾有機會聽到森林重要主題的最新知識，並能與專家面對面進行溝通與對話，於4月14日至5月5日連續四個週六下午，假臺大農業陳列館3樓舉辦4場演講，其中4月21日(第2場)邀請到是森林環境暨資源學系的梁偉立助理教授，演講題目為「”翻滾吧！森林 ”～從降雨到崩塌」。梁老師近幾年的研究主要著重在砂防學(水土保持)、坡面水文學、土壤物理學上的相關課題，特別對土壤水移動過程與植生、土砂災害發生間的關係有著相當大的興趣。梁老師認為因豪雨而引起的坡地土砂崩壞現象是水文學以及土壤力學的複合問題。為了闡明坡地土砂崩壞的發生機制，不能單靠降雨或地表資料，土壤水分舉動以及坡地崩壞動態的資訊是不可或缺，如何得到崩壞發生時的土壤水分舉動以及坡地崩壞動態相關資料，是當今坡地崩壞研究者所致力的課題。

看不見的事物常讓人充滿著好奇及不解，如同地表下水的移動、樹木根系的樣態，除非有神奇的透視能力或者超人般的挖掘體力，否則難探其一二。一開始梁老師請大家思考2個問題：「(1)你對森林的認知、印象或定義是什麼？(2)森林真的能抑制土砂災害嗎？」森林在水土保持上所謂的公益功能，一般的認知是森林具有涵養水源的功能，有抑制洪水、乾旱的功能及具有抑制土砂災害的功能。所以今日的演講主題就以「森林的水源涵養功能」、「淺層崩塌抑制功能」、「崩塌抑制功能界限」等三方面為主。

先從「森林的水源涵養功能」談起，樹木對水文循環的影響有降雨分配、滲透及蒸散作用。森林中的降雨分配過程是在林地中的降雨，一部分被樹冠及下層植生所截留，剩下來的部分以穿透水及樹幹流的形式到達地面，因此森林地表的雨水空間分佈極為不均一。森林中雨水的滲透過程則受到植物根系以及動物的影響，森林土壤的表土層中常發現巨大空隙的存在，在許多的既往研究中，土壤水常會經由這些巨大孔隙快速地往深層移動，形成管狀流。臺灣年平均降雨量大約2500mm，但由地表蒸發及葉片蒸散的數量約佔一半，就蒸散的角度而言，森林的消失應會使逕流量增加。耳熟能詳地，許多人都有聽過「森林的水源涵養功能」，但是否有想過植物如同動物一般需要水分，為何有水源涵養的功能呢？其主要原因在於森林土壤的保水及透水特性。森林土壤是具有高孔隙的媒介，如同海綿蛋糕或是洗碗用的海綿一樣，有著「保濕能力」或稱為「buffer effect」，在這樣一個緩衝的作用下，可減緩土壤水的流失量與速度，因此才稱為森林具有緩和洪水及乾旱的功能。

長久以來「森林的抑制崩塌功能」也備受期待，梁老師先介紹了淺層崩塌與深層崩塌兩種型態的分別，他主張以機制面來進行分類，若崩塌範圍沒有切入岩層稱為淺層崩塌，若崩塌範圍已切入岩層則稱為深層崩塌，淺層崩塌或深層崩塌與崩塌深度是無關。淺層崩塌可能發生在降雨強度高的那個時間點上，對同一場降雨而言，深層崩塌則常發生在降雨結束後幾天，水位已蓄積到土層中之較脆弱處。在臺灣，常見土砂移動的現象有「地滑」及「土石流」，如廬山溫泉的地滑現象，它是山體的一部分受到地下水等等的影響，緩慢移動(如：每月移動1公分)的現象，與崩塌比較起來，地滑一般發生在坡度較緩的坡面，土砂移動的規模較大，滑動面的深度較深，地面上建物受到的干擾或破壞較小。土石流則為土砂、礫石伴隨流體流動的現象，條件為坡度、土砂和水，形成原因可能是豪雨、融雪或儲水池的崩壞而來，溪流中的土砂有大量水分的供給，或是堰塞湖的潰堤。

相當多的研究探討森林在崩塌抑制上的公益功能，主要來自於樹木根系補強土壤的抗剪力，若是根系深入岩層龜裂或大孔隙中且與岩層緊密結合時，效益就更大，就像可以用叉子叉起蛋糕或水果一般，因此才有「根系具有有穩固土壤功能」的說法。雖然樹木根系在崩塌抑制上的正面效益備受期待，但對於幼齡林或是淺根系的樹種來說，根系的生長最多只達到1～2公尺深左右，一般也難達到基岩面甚至侵入岩層，也就是說根系的抑制崩塌效果只侷限於淺層土壤中。再者，幹流有透過根系快速滲透到土壤深層的特性，並因此導致基岩面上局部飽和帶的形成。基岩面上飽和帶的形成不僅影響逕流或是地下水涵養，同時也是預測坡地淺層崩塌時間地點的重要情報。所以嚴格來說，森林的崩塌抑制效益多意指淺層崩塌，對於深層崩塌或是大規模的地滑，甚至破壞面比根系生長範圍還深或還廣的淺層崩塌而言，根系並無明顯的抑制作用。梁老師還特別在演講過程中播放了幾段難得的攝錄影片，包括發生於國外之淺層崩塌，日本NHK對臺灣小林村發生深層崩塌的模擬動畫，於日本拍攝到的地滑及土石流現象----等，每一段所珍貴蒐錄到影片都讓人印象深刻。

梁老師在演講最後特別提出呼籲，不論是水源涵養還是崩塌抑制，森林的土水保持功能是有其界限，若能定性、定量地評估「森林、水、土」間的交互機制，將會是釐清森林在水土資源保育功能界限上的重要關鍵。位於環太平洋地區的國家，每年因為豪雨而產生的土砂災害屢見不顯，導致莫大的生命財產損失，因此如何提高其發生時刻、地點的預測精度，是刻不容緩的課題，其直接影響到警戒或疏散發佈時機的判斷。特別是在臺灣，森林坡地不但是國土面積中相當大的部分，也是土砂災害多發的地區，如何釐清土砂災害發生機制，並特定潛在危險地區、制訂土砂災害危險地圖，更是國土規劃上不可忽略的一環。(文：農業陳列館黃昭連技士)