農業生產「碳」為觀止？─節電彰化縣篇  

• 作者／賴昭正｜前清大化學系教授、系主任、所長；合創科學月刊

我擔心人工智慧可能會完全取代人類。如果人們能設計電腦病毒，那麼就會有人設計出能夠自我改進和複製的人工智慧。 這將是一種超越人類的新生命形式。

——史蒂芬．霍金（Stephen Hawking）　英國理論物理學家

大約在八十年前，當第一台數位計算機出現時，一些電腦科學家便一直致力於讓機器具有像人類一樣的智慧；但七十年後，還是沒有機器能夠可靠地提供人類程度的語言或影像辨識功能。誰又想到「人工智慧」（Artificial Intelligent，簡稱 AI）的能力最近十年突然起飛，在許多（所有？）領域的測試中擊敗了人類，正在改變各個領域——包括假新聞的製造與散佈——的生態。

圖形處理單元（graphic process unit，簡稱 GPU）是這場「人工智慧」革命中的最大助手。它的興起使得九年前還是個小公司的 Nvidia（英偉達）股票從每股不到 $5，上升到今天（5 月 24 日）每股超過 $1000（註一）的全世界第三大公司，其創辦人（之一）兼首席執行官、出生於台南的黃仁勳（Jenson Huang）也一躍成為全世界排名 20 內的大富豪、台灣家喻戶曉的名人！可是多少人了解圖形處理單元是什麼嗎？到底是時勢造英雄，還是英雄造時勢？

在回答這問題之前，筆者得先聲明筆者不是學電腦的，因此在這裡所能談的只是與電腦設計細節無關的基本原理。筆者認為將原理轉成實用工具是專家的事，不是我們外行人需要了解的；但作為一位現在的知識分子或公民，了解基本原理則是必備的條件：例如了解「能量不滅定律」就可以不用仔細分析，即可判斷永動機是騙人的；又如現在可攜帶型冷氣機充斥市面上，它們不用往室外排廢熱氣，就可以提供屋內冷氣，讀者買嗎？

CPU 與 GPU

不管是大型電腦或個人電腦都需具有「中央處理單元」（central process unit，簡稱 CPU）。CPU 是電腦的「腦」，其電子電路負責處理所有軟體正確運作所需的所有任務，如算術、邏輯、控制、輸入和輸出操作等等。雖然早期的設計即可以讓一個指令同時做兩、三件不同的工作；但為了簡單化，我們在這裡所談的工作將只是執行算術和邏輯運算的工作（arithmetic and logic unit，簡稱 ALU），如將兩個數加在一起。在這一簡化的定義下，CPU 在任何一個時刻均只能執行一件工作而已。

在個人電腦剛出現只能用於一般事物的處理時，CPU 均能非常勝任地完成任務。但電腦圖形和動畫的出現帶來了第一批運算密集型工作負載後，CPU 開始顯示心有餘而力不足：例如電玩動畫需要應用程式處理數以萬計的像素（pixel），每個像素都有自己的顏色、光強度、和運動等, 使得 CPU 根本沒辦法在短時間內完成這些工作。於是出現了主機板上之「顯示插卡」來支援補助 CPU。

1999 年，英偉達將其一「具有集成變換、照明、三角形設定／裁剪、和透過應用程式從模型產生二維或三維影像的單晶片處理器」（註二）定位為「世界上第一款 GPU」，「GPU」這一名詞於焉誕生。不像 CPU，GPU 可以在同一個時刻執行許多算術和邏輯運算的工作，快速地完成圖形和動畫的變化。

依序計算和平行計算

一部電腦 CPU 如何計算 7×5+6/3 呢？因每一時刻只能做一件事，所以其步驟為：

• 計算 7×5；
• 計算 6/3；
• 將結果相加。

總共需要 3 個運算時間。但如果我們有兩個 CPU 呢？很多工作便可以同時（平行）進行：

• 同時計算 7×5 及 6/3；
• 將結果相加。

只需要 2 個運算時間,比單獨的 CPU 減少了一個。這看起來好像沒節省多少時間，但如果我們有 16 對 a×b 要相加呢？單獨的 CPU 需要 31 個運算的時間（16 個 × 的運算時間及 15 個 + 的運算時間），而有 16 個小 CPU 的 GPU 則只需要 5 個運算的時間（1 個 × 的運算時間及 4 個 + 的運算時間）！

現在就讓我們來看看為什麼稱 GPU 為「圖形」處理單元。圖一左圖《我愛科學》一書擺斜了，如何將它擺正成右圖呢？ 一句話：「將整個圖逆時針方向旋轉 θ 即可」。但因為左圖是由上百萬個像素點（座標 x, y）組成的，所以這句簡單的話可讓 CPU 忙得不亦樂乎了：每一點的座標都必須做如下的轉換

x’ = x cosθ + y sinθ

y’ = -x sinθ+ y cosθ

即每一點均需要做四個 × 及兩個 + 的運算！如果每一運算需要 10^-6 秒，那麼讓《我愛科學》一書做個簡單的角度旋轉，便需要 6 秒，這豈是電動玩具畫面變化所能接受的？

人類的許多發明都是基於需要的關係，因此電腦硬件設計家便開始思考：這些點轉換都是獨立的，為什麼我們不讓它們同時進行（平行運算，parallel processing）呢？於是專門用來處理「圖形」的處理單元出現了——就是我們現在所知的 GPU。如果一個 GPU 可以同時處理 10⁶ 運算，那上圖的轉換只需 10^-6 秒鐘！

GPU 的興起

GPU 可分成兩種：

• 整合式圖形「卡」（integrated graphics）是內建於 CPU 中的 GPU，所以不是插卡，它與 CPU 共享系統記憶體，沒有單獨的記憶體組來儲存圖形／視訊，主要用於大部分的個人電腦及筆記型電腦上；早期英特爾（Intel）因為不讓插卡 GPU 侵蝕主機的地盤，在這方面的研發佔領先的地位，約佔 68% 的市場。
• 獨立顯示卡（discrete graphics）有不與 CPU 共享的自己專用內存；由於與處理器晶片分離，它會消耗更多電量並產生大量熱量；然而，也正是因為有自己的記憶體來源和電源，它可以比整合式顯示卡提供更高的效能。

2007 年，英偉達發布了可以在獨立 GPU 上進行平行處理的軟體層後，科學家發現獨立 GPU 不但能夠快速處理圖形變化，在需要大量計算才能實現特定結果的任務上也非常有效，因此開啟了為計算密集型的實用題目編寫 GPU 程式的領域。如今獨立 GPU 的應用範圍已遠遠超出當初圖形處理，不但擴大到醫學影像和地震成像等之複雜圖像和影片編輯及視覺化，也應用於駕駛、導航、天氣預報、大資料庫分析、機器學習、人工智慧、加密貨幣挖礦、及分子動力學模擬（註三）等其它領域。獨立 GPU 已成為人工智慧生態系統中不可或缺的一部分，正在改變我們的生活方式及許多行業的遊戲規則。英特爾在這方面發展較遲，遠遠落在英偉達（80%）及超微半導體公司（Advance Micro Devices Inc.，19%，註四）之後，大約只有 1% 的市場。

事實上現在的中央處理單元也不再是真正的「單元」，而是如圖二可含有多個可以同時處理運算的核心（core）單元。GPU 犧牲大量快取和控制單元以獲得更多的處理核心，因此其核心功能不如 CPU 核心強大，但它們能同時高速執行大量相同的指令，在平行運算中發揮強大作用。現在電腦通常具有 2 到 64 個核心；GPU 則具有上千、甚至上萬的核心。

結論

我們一看到《我愛科學》這本書，不需要一點一點地從左上到右下慢慢掃描,即可瞬間知道它上面有書名、出版社等，也知道它擺斜了。這種「平行運作」的能力不僅限於視覺，它也延伸到其它感官和認知功能。例如筆者在清華大學授課時常犯的一個毛病是：嘴巴在講，腦筋思考已經不知往前跑了多少公里，常常為了追趕而越講越快，將不少學生拋到腦後！這不表示筆者聰明，因為研究人員發現我們的大腦具有同時處理和解釋大量感官輸入的能力。

人工智慧是一種讓電腦或機器能夠模擬人類智慧和解決問題能力的科技，因此必須如人腦一樣能同時並行地處理許多資料。學過矩陣（matrix）的讀者應該知道，如果用矩陣和向量（vector）表達，上面所談到之座標轉換將是非常簡潔的（註五）。而矩陣和向量計算正是機器學習（machine learning）演算法的基礎！也正是獨立圖形處理單元最強大的功能所在！因此我們可以了解為什麼 GPU 會成為人工智慧開發的基石：它們的架構就是充分利用並行處理，來快速執行多個操作，進行訓練電腦或機器以人腦之思考與學習的方式處理資料——稱為「深度學習」（deep learning）。

黃仁勳在 5 月 22 日的發布業績新聞上謂：「下一次工業革命已經開始了：企業界和各國正與英偉達合作，將價值數萬億美元的傳統資料中心轉變為加速運算及新型資料中心——人工智慧工廠——以生產新商品『人工智慧』。人工智慧將為每個產業帶來顯著的生產力提升，幫助企業降低成本和提高能源效率，同時擴大收入機會。」

附錄

人工智慧的實用例子：下面一段是微軟的「copilot」代書、谷歌的「translate」代譯之「one paragraph summary of GPU and AI」。讀完後，讀者是不是認為筆者該退休了？

GPU（圖形處理單元）和 AI（人工智慧）之間的協同作用徹底改變了高效能運算領域。GPU 具有平行處理能力，特別適合人工智慧和機器學習所需的複雜資料密集運算。這導致了影像和視訊處理等領域的重大進步，使自動駕駛和臉部辨識等技術變得更加高效和可靠。NVIDIA 開發的平行運算平台 CUDA 進一步提高了 GPU 的效率，使開發人員能夠透過將人工智慧問題分解為更小的、可管理的、可同時處理的任務來解決這些問題。這不僅加快了人工智慧研究的步伐，而且使其更具成本效益，因為 GPU 可以在很短的時間內執行與多個 CPU 相同的任務。隨著人工智慧的不斷發展，GPU 的角色可能會變得更加不可或缺，推動各產業的創新和新的可能性。大腦透過神經元網路實現這一目標，這些神經元網路可以獨立但有凝聚力地工作，使我們能夠執行複雜的任務，例如駕駛、導航、觀察交通信號、聽音樂並同時規劃我們的路線。此外，研究表明，與非人類動物相比，人類大腦具有更多平行通路，這表明我們的神經處理具有更高的複雜性。這個複雜的系統證明了我們認知功能的卓越適應性和效率。我們可以一邊和朋友聊天一邊走在街上，一邊聽音樂一邊做飯，或一邊聽講座一邊做筆記。人工智慧是模擬人類腦神經網路的科技，因此必須能同時並行地來處理許多資料。研究人員發現了人腦通訊網路具有一個在獼猴或小鼠中未觀察獨特特徵：透過多個並行路徑傳輸訊息,因此具有令人難以置信的多任務處理能力。

註解

（註一）當讀者看到此篇文章時，其股票已一股換十股，現在每一股約在 $100 左右。

（註二）組裝或升級過個人電腦的讀者或許還記得「英偉達精視 256」（GeForce 256）插卡吧?

（註三）筆者於 1984 年離開清華大學到 IBM 時，就是參加了被認為全世界使用電腦時間最多的量子化學家、IBM「院士（fellow）」Enrico Clementi 的團隊：因為當時英偉達還未有可以在 GPU 上進行平行處理的軟體層，我們只能自己寫軟體將 8 台中型電腦（非 IBM 品牌！）與一大型電腦連接來做平行運算，進行分子動力學模擬等的科學研究。如果晚生 30 年或許就不會那麼辛苦了?

（註四）補助個人電腦用的 GPU 品牌到 2000 年時只剩下兩大主導廠商：英偉達及 ATI（Array Technology Inc.）。後者是出生於香港之四位中國人於 1985 年在加拿大安大略省成立，2006 年被超微半導體公司收購，品牌於 2010 年被淘汰。超微半導體公司於 2014 年 10 月提升台南出生之蘇姿豐（Lisa Tzwu-Fang Su）博士為執行長後，股票從每股 $4 左右，上升到今天每股超過 $160，其市值已經是英特爾的兩倍，完全擺脫了在後者陰影下求生存的小眾玩家角色，正在挑戰英偉達的 GPU 市場。順便一題：超微半導體公司現任總裁（兼 AI 策略負責人）為出生於台北的彭明博（Victor Peng）；與黃仁勳及蘇姿豐一樣，也是小時候就隨父母親移居到美國。

（註五）或。

延伸閱讀

• 「熱力學與能源利用」，《科學月刊》，1982 年 3 月號；收集於《我愛科學》（華騰文化有限公司，2017 年 12 月出版），轉載於「嘉義市政府全球資訊網」。
• 「網路安全技術與比特幣」，《科學月刊》，2020 年 11 月號；轉載於「善科教育基金會」的《科技大補帖》專欄。

• 本文轉載自特有生物研究保育中心，《自然保育季刊》第 113 期
• 作者 / 蔡芷怡｜社團法人中華民國野鳥學會環境計畫專員、丁宗蘇｜國立臺灣大學森林環境暨資源學系教授、林佳祈｜國立臺灣大學森林環境暨資源學系碩士生、沈芳伃｜國立臺灣大學森林環境暨資源學系碩士生

夏季來到彰化海岸，迎面而來便是熾熱的陽光和強勁的海風。王功漁港的街道飄出陣陣海鮮的香氣。 芳苑的灘地上，溫厚的黃牛拉著車，踏著悠閒地腳步，載著觀光客到灘地採蚵，而這些黃牛就被暱稱為「海牛」。大朋友小朋友興奮地拿著鏟子和水桶，在漢寶溼地的泥灘中挖掘各色的貝類；同時，招潮蟹揮舞著大螯，彈塗魚扭動著身子，點綴整個畫面。 但您是否有注意過，在灘地上也有一群保護色極佳的小小鳥兒，用多樣形狀的鳥喙，勤懇地捕食泥灘中的貝類、蠕蟲、螃蟹……等生物，牠們是鷸和鴴，靜靜地生存在這片食物豐富的彰化海濱，是我 (本文第一作者，下同) 非常著迷的鳥類類群。

過去許多蚵農和牛一起到泥灘地幫忙運蚵，現在只有在彰化海岸比較容易看到「海牛耕蚵田」 這樣的場景。許多海牛們也轉型為觀光，載著遊客們下海挖蚵、欣賞風景。讀者們有興趣可以來看看可愛的海牛，但是蚵農們年紀越來越大，也希望有後輩能繼承這個文化。

鷸鴴是什麼？

一般賞鳥人說到的鷸鴴鳥類，通常指鴴形目 (Scolopacidae) 下，鷸科(Scolopacidae)、鴴科 (Charadriidae) 、長腳鷸科 (Recurvirostridae) 及蠣鷸科 (Haematopodidae) 等水鳥。這些鳥有比例較長的腳和鳥喙，方便牠們在淺水中涉水覓食。不同的鷸鴴，多樣的鳥喙擺在一起看，就像是一組設備齊全的工具箱，處理不同的底棲生物。東方環頸鴴 (Charadrius alexandrines) 筆直的短喙追逐灘地表面的小蟲；同樣有著強健短喙的翻石鷸 (Arenaria interpres) 就如牠的名字，頂開灘地上的石頭，找尋躲藏其中的小動物。

反嘴鴴 (Recurvirostra avosetta) 用上翹的纖細嘴喙撩動水體，捕捉水中小生物。蠣鴴 (Haematopus ostralegus) 用長而銳利的喙，專挑貝類和螺類，撬開後大快朵頤。中杓鷸 (Numenius phaeopus) 與大杓鷸 (N. arquata) 長而下彎的喙，鑽出泥灘中深層的生物。嘴喙從短到長，有筆直、上翹、下彎的形狀，還有或堅硬或柔軟的質地，全方位處理泥灘地中不同的生物，讓人不得不讚嘆自然的奧妙，透過不同的形狀區隔獵物，也可以避免彼此間的競爭。

鷸鴴大多屬於候鳥，會隨著季節遷徙，臺灣對牠們來說，是一個南來北往的中繼站。在秋冬時期，樸素的灰褐色讓牠們不容易被發現，但進入繁殖期後，會換上亮麗的羽衣 (plumage)。彎嘴濱鷸 (Calidris ferruginea) 換上一身橘紅色的外衣，大濱鷸 (C. tenuirostris) 也以橘紅色調挑染原本灰褐的羽毛。黑腹濱鷸 (C. alpine) 將腹部的羽毛繪成一幅黑色的水墨。太平洋金斑鴴 (Pluvialis fulva) 也打底了黑色的腹面，背側刷上絢麗的金色。入春後 (大約3、4月) 去尋找這些鳥兒，就有機會看到牠們換上精緻美麗的彩羽。

在沿海地帶——鷸鴴的棲地

沿海地區依植物組成可以概分為草澤 (marsh) 和林澤 (swamp)。在臺灣，草澤常見的優勢植物有蘆葦 (Phragmites communis) 或一些禾本科 (Poaceae)、莎草科 (Cyperaceae) 植物，例如以雲林莞草 (Bolboschoenus planiculmis) 為主的高美溼地。林澤則以紅樹林 (mangrove) 為主，如關渡的水筆仔 (Kandelia obovata) 紅樹林；芳苑溼地的海茄苳林 (Avicennia marina)，部分地區有水筆仔混生；四草野生動物保護區以海茄苳為主，散生部分欖李 (Lumnitzera racemosa)。這些沿海植物形成不同的底棲結構，孕育不同的底棲生物相，也影響著鷸鴴棲息與否。彰化的沿海地貌主要為大面積的泥灘地 (mudflat)，部分區域有紅樹林生長 (國家重要濕地保育計畫─彰化海岸永續整體規劃成果報告 2017)。

根據上述報告，芳苑鄉的紅樹林總面積有 22 公頃，其中漢寶溪、後港溪與二林溪之溪口為紅樹林覆蓋度較高的區域。另外，在彰化沿海也有部分草澤，面積最大的草澤在大城溼地，一些分布於線西鄉、漢寶溼地，主要植被為外來種的互花米草 (Spartina alterniflora)。互花米草已經入侵多處的海岸環境，改變了泥灘地的底棲生物相。互花米草的地下根莖深且密，其根系也容易吸附重金屬 (Chen and Ma 2017)，影響底棲生物的生存 (Chen 2007)，許多國家都面臨相同的問題。貧乏的灘地也讓鷸鴴大大降低了造訪的意願，我在 2018 年進行的鳥類調查幾乎沒有在互花米草草澤中觀察到鷸鴴。臺中高美溼地互花米草的擴散情況較嚴重，互花米草生長快速，為了保護原生雲林莞草的生長空間，持續進行著移除的工程。

紅樹林生態系孕育了許多生物，鳥類的物種和數量也相當多。彰化沿海都生長著紅樹林，從小苗、 1 – 3 公尺高零星的植株，到樹高 5 – 7 公尺的茂密紅樹林皆有分布。福寶溼地的吉安水道、芳苑溼地的二林溪口幾乎都是 5 公尺以上的高大海茄苳占據。在彰化，不同的鳥類利用紅樹林的方式有所差異，對麻雀 (Passer montanus) 、白頭翁 (Pycnonotus sinensis)、綠繡眼(Zosterops simplex)等陸棲型鳥類來說，生長茂密的紅樹林就像是一個林地。

臺灣的紅樹林種類不會產生鳥兒愛吃的香甜水果、種子，理論上應該不會有很多鳥棲息；而在西部平地，許多地區都開發為農田、魚塭和建築物，紅樹林就像是另一個庇護所，讓鳥兒在樹上躲藏、休息。海岸農地的區域，也可以觀察到常在農田中覓食的棕扇尾鶯 (Cisticola juncidis)、褐頭鷦鶯 (Prinia inornata)、斑文鳥(Lonchura punctulate) 們飛進紅樹林中休息、高唱。我也在沒有受潮汐影響的紅樹林中找到鳥巢，可以推測這類小型雀形目 (Passeriformes) 鳥類也把紅樹林當作棲所使用。另一類也常在海邊活動的鳥——鷺鷥，對於矮小紅樹林不屑一顧，但生長在海邊高大的紅樹林就像防風林般，是非常適合鷺鷥作為休息處和夜棲的處所 (夜晚鳥兒會群聚休息的區域) 。從觀察這些鳥類中，我們可以知道紅樹林除了是招潮蟹、彈塗魚，以及多種無脊椎動物的重要棲地外，對於陸鳥和鷺鷥來說，是可以代替陸域灌叢和樹林的補償棲地。紅樹林涵養的豐富底棲生物，是提供遠道而來的遷徙性水鳥們吃不盡的食物來源。

彰化泥灘地的重要性

臺灣位在鳥類的東亞澳遷徙線 (East Asian Australasian Flyway, EAAF) 上，此路線由阿拉斯加、西伯利亞的候鳥繁殖地，延伸至澳洲、紐西蘭的度冬地，中間經過東亞、東南亞的各個國家。東亞澳遷徙線上有 492 種遷徙性鳥類，其中 64 種為國際自然保護聯盟瀕危物種紅色名錄 (The IUCN Red List of Threatened Species) 評定的受威脅鳥種 (Lin et al. 2019) 。對於長途飛行的鳥類，臺灣是一個重要的休息站 (stopover site)。大部分的遷徙性鳥類類群為鷸鴴、鷗、鷺鷥、雁鴨等，具有國際性保育地位的水鳥——黑面琵鷺 (Platalea minor) 也屬於此類。因此保留合適的棲地，在全球的水鳥保育上有著重要的地位。

中部海岸在海流和潮汐的影響下，有相當大的潮差，大潮時可以達到 3.5 – 4 公尺 (交通部中央氣象局)，反覆地將海中的營養物質帶到泥灘，彰化又有著中臺灣最大片的天然泥灘地，每年都吸引大量的鷸鴴來此過境與度冬。彰化的水鳥們退潮時在裸露的泥灘地中覓食，漲潮時則會飛至內陸放乾的魚塭休息，或是到農田中覓食。如果想要來看看這些可愛的過客，不妨注意潮汐的時間，也要注意海水的深度，別讓自己困在漲潮時的海中！

位於彰化的大肚溪口、漢寶溼地、芳苑溼地、濁水溪口溼地由國際鳥盟 (Bird Life International) 評定為臺灣的重要野鳥棲地 (Important Bird and Biodiversity Area, IBA)，為臺灣水鳥三大熱點之一(Lin et al. 2020)。IUCN 評定為易危等級 (Vulnerable) 的黑嘴鷗 (Chroicocephalus saundersi) 在此區域穩定度冬，還有許多瀕臨絕種、珍貴稀有鳥類，如黑面琵鷺、琵嘴鷸 (Calidris pygmaea) 也曾在此棲息。不同環境因子交錯影響下，才能造就出如此美麗的野鳥天堂。

彰化泥灘地目前面臨的威脅

大肚溪口原本是中部鳥類多樣性居冠的重要棲地，無論在鳥隻數和鳥種數皆是如此。但是，在 1987 年北岸興建火力發電廠時，可能是築堤防影響了水流方向，使上游的泥沙覆蓋淤積，影響底棲生物生存。大肚溪口曾經是全臺大杓鷸數量最多的區域，2008 年卻發現分布地明顯改變，轉而停留在芳苑地區的泥灘地 (臺灣重要野鳥棲地手冊第二版) 。另一個案例為延宕建設了 20 年的台 61 線王功到芳苑段的道路工程。由於直接貼著海岸線興建道路，截斷了水鳥前往灘地和內陸的路線，因此受到環境保育人士的關切與抗爭。當初若重新規劃路線會造成工程的延遲，為了鳥類更動路線受到當地居民的反對。經過雙方的抗爭與妥協後，決定將道路在福寶溼地至王功段向內陸後退，建造在多為廢棄魚塭及廢棄農田的土地上，並在芳苑溼地段道路架設隔音牆，減少車輛噪音。鷸鴴對於噪音和震動的容忍程度還沒有確切的定論，如此修正是否能減少對鳥類的干擾，還需進一步的評估。

任何一個工程建設的衝擊，對環境來說可能都是無法挽回的。人類做的每一個決策，都應該被仔細評估，而工程結束後的生態監測也是相當重要的。

彰化泥灘地面臨的問題——紅樹林過度生長

紅樹林對於海岸有減緩海岸侵蝕、提供棲地、固碳等功效。但紅樹林長得越多、越大片就越好嗎？ 關渡自然公園內，曾經有許多雁鴨和鷸鴴漫步在這片泥灘平原。園區內設置許多賞鳥牆，可以在不驚嚇動物的情況下，觀察水鳥、招潮蟹與彈塗魚。偶爾會看到園區內的員工—水牛懶懶地在草地上休息，空中偶有黑翅鳶 (Elanus caeruleus) 、黑鳶 (Milvus migrans) 或魚鷹 (Pandion haliaetus) 等猛禽飛過。豐富的溼地景觀與水鳥讓這塊灘地依據《文化資產保存法》 被劃設為自然保留區。但隨著水筆仔擴張，覆蓋了整個溪口，泥灘地漸漸陸化。這些水鳥生活在紅樹林生態系中，而其食物資源 (昆蟲、蟹類、貝類、蠕蟲等無脊椎動物) 卻以生活在泥灘地為主，若泥灘地完全被覆蓋，不利於水鳥們停棲、覓食，也會改變底質結構，使灘地逐漸陸化。

2012 年在淡水河流域的研究已證實，在長滿紅樹林的淡水河流域，以大型機具挖掉紅樹林，製造一塊泥灘地，鷸鴴的數量就有明顯的增加 (Huang et al. 2012)。從關渡的案例可以看出，密度高、覆蓋度高的紅樹林對生物不一定是好的棲地，而彰化也有紅樹林擴張的區域。早年紅樹林都被認為是優良的沿海地景，政府鼓勵栽植，因此彰化沿海也有人為種植的水筆仔、海茄苳。種植的方式是沿著海堤進行條狀栽植，因此紅樹林是以平行海岸的方向擴散。目前覆蓋度最高的灘地位於後港溪口與二林溪口，以海茄苳為主要樹種。後港溪口周圍就是著名的觀光區王功漁港；二林溪口位於芳苑普天宮，現在是大杓鷸在彰化的主要棲地，這兩個區域樹多的地方幾乎沒有鷸鴴利用。2018 年的鳥類調查 (蔡芷怡 2019) 可以看出陸化的紅樹林中，鳥類組成差異甚大，紅樹林覆蓋度高的鳥類以麻雀、白頭翁為主，覆蓋度低及沒有樹的泥灘地，鳥種以鷸鴴為主。

為什麼鷸鴴都選擇在空曠的泥灘地呢？ 目前回顧文獻的其中一個原因，與他們的避敵策略有關 (Dekker and Ydenberg 2004)。鷸鴴的避敵方式通常傾向在空曠的地方，能夠早一步發現掠食者。透過群聚覓食，當其中一隻看到敵人時便會群體驚飛。也有研究指出黑腹濱鷸越靠近海岸線 (沿岸植物生長處) ，被遊隼 (Falco peregrinus) 捕食的機率越高，可以看出跟陸域的鳥喜歡躲在隱蔽處的策略有所不同。第二個原因可能很單純地，這些區域的無脊椎動物豐富度高，自然吸引許多鷸鴴來覓食。

由於彰化的泥灘地範圍非常大，幾塊覆蓋度高的紅樹林尚未覆蓋整個沿海地區的泥灘地，但若有持續大範圍生長，可能就需要專家評估是否影響水鳥的生存。

彰化地區的沿海泥灘地並未列在《濕地保育法》中定義之國家級溼地，但是其溼地之功能、無脊椎動物，以及鳥類的資源都是非常豐富且無法取代的。若企業和政府要利用土地發展工業，以及近期的新興綠能產業─離岸風機與光電板的架設，很大的可能會選擇這塊溼地為目標。希望讀者們能夠共同來重視這塊土地的價值，留給這些水鳥們一個好的庇護所。

• 甘偵蓉／清華大學動力機械工程學系研究學者，前成功大學人類研究倫理審查委員會委員暨執行秘書。

近日臺大公衛團隊與彰化縣衛生局合作的萬人血清抗體檢測計畫，在倫理審查方面引起爭議，關鍵在於雙方的合作關係有待釐清。目前學界常見的合作關係大致分為四種，每種所需遵守的倫審規定有些差異，值得跨團隊合作且需倫理審查者留意。

任何人體的採檢計畫只要涉及研究，就必須符合我國人體研究法第 4 條所定義的「人體研究」，該法條指的是從事取得、調查、分析、運用人體檢體或個人的生物行為、生理、心理、遺傳、醫學等有關資訊的研究。

依據該法第 5 條，這類研究都要申請研究倫理審查，除非符合該條但書，可向倫理審查委員會（Institutional Review Board/Research Ethics Committee, IRB/REC，以下簡稱倫審會）申請核發免審證明，或免送倫審會逕自執行。

此次臺大公衛團隊與彰化縣衛生局合作的萬人血清抗體檢測計畫，在倫理審查方面的爭議，可分為四種可能的狀況加以釐清：

1. 研究計畫以雙方名義提出，計畫書上明列臺大與彰化縣衛生局分別是計畫主持人與共同主持人，雙方原則上共享所有研究資源及成果。
2. 研究計畫以臺大名義提出，但彰化縣衛生局是研究團隊成員，雙方原則上共享所有研究資源及成果。
3. 臺大與彰化縣衛生局各自提出研究，各自執行與負責，但彰化縣衛生局會將所蒐集的受試者檢測結果，以去個人識別化方式提供臺大分析。
4. 由臺大提出研究，內容敘明彰化縣衛生局將執行法定職務得到的採檢資料，去個人識別化後提供臺大分析。

以上四種合作方式，除了第一種外，其餘三種必須依照計畫書或執行方式綜合判斷才能確認合作方式，甚至只能靠研究團隊誠實告知。

倫理審查爭議中四種可能狀況：第一、二種可能關係

此兩種合作關係下的臺大與彰化縣衛生局都屬研究團隊，給採檢者簽署的同意書是屬於研究而非公務用，內容需包含血液採檢到資料分析等。

而兩種關係的差異在於，若是第一種，雙方都需申請倫理審查。但彰化縣政府並沒有設立倫審會，根據人體法第 5 條第 2 項及第 9、10 條規定，雙方可統一委託臺大倫審會審查。而在第二種關係下，只有臺大需提倫審，但需擔保彰化縣衛生局的研究團隊也會遵守規定。

另外，採檢計畫若在此兩種關係下，倫審會不太可能採取「免審查」處理，因為議題敏感，研究對象又是高風險族群，反而會採取最嚴格的「一般審查」處理，亦即書面與會議審兼具。

而此時彰化的採檢工作既然是研究而不是執行公務，就得通過倫審會審查後才能執行，並不能先執行再補審，也不能邊執行邊審，否則研究團隊與受理的倫審會都算違反人體法。

倫理審查爭議中四種可能狀況：第三種可能關係

此關係下的彰化縣衛生局與臺大所需擔保的受試者權益內容不同：彰化需留心受試者被採檢的風險，臺大則因只分析彰化釋出的去識別化資料，需避免研究結果讓彰化地區被汙名化，例如出現社區感染等。

此時既然只有彰化會接觸到受試者，就只有彰化需發放研究同意書，內容得明白告知採檢目的含研究而不只是公務，也得告知採檢結果將在去除個人識別後交給臺大分析，如此才符合個資法第 6、8、9 條有關公務與研究規定、人體法第 14 條知情同意規定。

由於彰化縣衛生局是公務機關，所進行的採檢工作依據傳染病防治法第 7 條可視為執行法定義務，如該機關依據分析結果進一步做公共政策成效評估研究，並不為過。但因為在此關係下的彰化縣衛生局仍算從事人體研究，當然得申請倫審。尤其採檢對象可能包含未成年人等不得免審的易受傷害群體，所以倫審會不能免審處理。

反倒是此關係下的臺大純粹只是分析去識別化資料，執行內容算是符合衛福部公告得免審的「公務機關執行法定義務，自行或委託專業機構進行之公共政策成效評估研究」，因此得向臺大倫審會申請核發免審證明，或免送倫審會而逕自執行。在此狀況下，臺大以研究經費購買檢驗試劑給彰化，可視為雙方的研究合作，經費使用符合研究目的。

倫理審查爭議中四種可能狀況：第四種可能關係

此關係指彰化縣衛生局的採檢工作是依據傳染病防治法第7條執行法定職務，不做研究，只有臺大才做研究，因此就只有臺大必須申請倫審。

此時的臺大如前述第三種關係中的角色，該團隊可向倫審會申請核發免審證明或逕自執行。不過在這種關係下，彰化縣衛生局的採檢便只是純粹的公務行為，完全與臺大的研究工作無關。因此臺大以研究經費採購檢驗試劑給彰化縣衛生局，即是將經費使用於非屬研究的項目。

所以臺大如堅稱與彰化縣衛生局屬於這種合作關係，雖無倫審問題，但得面臨研究經費使用不當，可能有偽造文書及詐欺之嫌。

由檢測計畫的屬性再談到倫理審查

像新冠肺炎這類防疫研究多有時效性，無法如一般研究在事前充分規畫，執行過程需滾動式修正。而這類研究也多屬於人體研究法管制下的計畫，原則上必須通過倫審才能執行，這也意味著研究團隊得將倫審時間列入時效的考慮。

目前倫審在臺灣或許有過度規避風險（risk aversion）的問題，尤其是受試者需承受的風險越高、議題越敏感、執行方式越彈性的研究，倫審會常花費以月計的時間才通過審查，也是極為常見的事，倫審會因此常被研究人員視為畏途。不過任何研究若是以犧牲受試者的權益及違反研究倫理為代價，那再怎麼重要的研究都頓失價值，不只違法，未來投稿期刊也會被拒。

此次爭議事件，臺大與彰化縣衛生局若能事前將雙方的合作關係釐清，並據此申請倫審即無爭議；而負責審查的倫審會及政府主管機關，若事前也能規劃如何協助這類具時效性的研究，那麼願意投入的研究團隊，或許會更主動而非規避倫審。畢竟沒有人希望辛苦獲得的成果被冠上不倫理之名，也沒有倫審會希望被指控延宕研究執行。科學研究與倫審應該相輔相成，而不該站在對立的兩端。

• 感謝宜蘭大學蔡孟利教授、中國醫藥大學黃漢忠助理教授暨中區區域性審查委員會執行秘書給予寶貴修正建議。

延伸閱讀

甘偵蓉，〈從任務偏離到關鍵任務：新冠肺炎期間的研究倫理考量〉，《科技報導》第460期，2020年。

〈本文選自《科學月刊》2020 年 10 月號〉

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