土壤碳匯潛力高 改善土地管理農業有韌性:「不整地」讓農地好起來 池上米減肥作淨零

位於將軍巷埔里的玉米田。

位於將軍巷埔里的玉米田。

撰文/游昇俯 攝影/吳尚鴻

土壤是地球陸地生態系統最大的自然碳匯,適當的農業土地管理,不僅可減少肥料及人工成本,生產更有利潤,也能減少碳排,累積有機質,進而增加土壤碳匯。

臺南北門農友劉榮文操作不整地栽培,讓作物與雜草共生,即使還沒有賺到碳權,他生產的硬質玉米更具氣候韌性、產量穩定。宜蘭二期休耕綠肥改種「滿江紅」、臺東池上以「點肥」農機深層施肥,可減少水稻田的甲烷排放及施肥量。

臺南市北門、將軍等沿海地區是「風頭水尾」的旱作區,農民多種硬質玉米、紅蔥頭、胡麻、大豆等耐旱作物。玉米9月間種植,經過半年生長期,隔年3月可收成,但農友劉榮文位於將軍巷埔里的田區,操作「不整地栽培」,去年因等待不整地農機到位,晚了一個多月種植,得到4月中旬才能收成。

3月上旬,劉榮文來到田裡,手上拿著鄰田慣行栽培一大一小的硬質玉米展示,「明豐3號」正常果穗長15至20公分,但缺乏水分的玉米只有一半大小;他說,收穫機的採收機構要依玉米穗軸粗細調整寬窄,通常照正常尺寸穗軸調整、不會特地調小,小支的玉米最終會被鉸掉,就是產量的損失。

劉榮文回頭比劃不整地田區硬質玉米說,玉米愈晚種,乾季水分愈少,這片6分地10月中才種,但不整地田間會留雜草及上期作植株殘餘,土壤有覆蓋可以將水分保持住,玉米不會有大有小,「你看,遮穗頭(果穗)攏齊齊(tsiâutsiâu,勻稱)」。

硬質玉米「明豐3號」正常果穗有15~20公分大小
硬質玉米「明豐3號」正常果穗有15~20公分大小
紅蔥頭是北門、將軍「旱作區」的重要作物。
紅蔥頭是北門、將軍「旱作區」的重要作物。

減少土壤擾動減碳排 玉米、大豆不怕與雜草共生

不整地栽培是國際常見低碳農業管理技術之一,包括不翻耕鬆土,只在田地上切出播種溝,直接將種子丟入播種溝的「免耕」;減少耕犁面積、條耕的「保育耕犁」;以及減少耕犁深度及土壤翻攪的「少耕」等不同作法。透過減少耕犁對土壤的擾動,既能維持農業生產,還有助提升土壤碳匯。

土壤是地球陸域生態系統最大的自然碳匯,增加土壤碳匯被視為降低氣候變遷最有潛力的方式。自然環境中,動植物等有機體死亡、代謝會形成土壤有機質,有機質一部分經微生物「礦化」釋出養分、產生成二氧化碳排放,一部分則會「腐植化」形成難以分解的腐植質,可將碳長時間存於土壤中。

然而農業普遍施行的耕犁操作會造成土壤有機質分解形成碳排,與劉榮文合作試驗不整地栽培的農業部農業試驗所助理研究員江志峯指出,根據國際研究,一次耕犁大約會減少土壤30%有機質,臺灣有乾季也有雨季,這種乾溼交替情況下,土壤有機質礦化分解速度會更快。

作物、雜草植株殘餘留田間,成為最好的土壤覆蓋物。
作物、雜草植株殘餘留田間,成為最好的土壤覆蓋物。

因此江志峯導入不整地栽培技術,開發「玉米―水稻―大豆」三期水旱輪作制度,利用乾季的一期種植玉米,5月梅雨來臨後的雨季種水稻,9月再種大豆。江志峯說,玉米成長需氮量大,大豆能增加土壤氮肥,正好供一期作玉米使用。

玉米生長速度快,免耕只要搭配使用萌前除草劑抑制雜草,讓玉米發芽「贏在起跑點」,雜草就難與玉米競爭日照;但大豆發芽要10天,便須條耕避免雜草干擾,搭配使用機械圓盤犁不翻土淺耕,斷雜草的根,拉開生長時間差,大豆也可以與雜草共存。水稻採直播淺耕,搭配乾溼交替灌溉(AWD),還可減少甲烷等碳排。

江志峯指出,只要讓玉米生長「贏在起跑點」,就不用怕雜草競爭。
江志峯指出,只要讓玉米生長「贏在起跑點」,就不用怕雜草競爭。
3月上旬,適期栽種的硬質玉米已在採收。
3月上旬,適期栽種的硬質玉米已在採收。

土壤有機質累積緩慢 增匯從增加田間生物質著手

農業生產可以透過不同的土地管理方式,減少碳排放、增加土壤碳匯,在農業部送交環境部審查、今年3月7日公告的「改進農業土地管理方法學」草案中,即包括減少耕犁、減少化肥施用、施用有機肥、水稻乾溼交替灌溉、經濟作物輪作等操作方式,均可適用此方法學申請溫室氣體自願減量專案。

農業部2022年宣示提早於2040年達成淨零排放目標,希望進一步將農業生產造成的623萬公噸二氧化碳當量(CO2e)碳排抵銷掉,規畫增加森林、土壤及海洋碳匯約1,000萬公噸二氧化碳當量,其中以透過農業土地管理方式的調整、增加土壤碳匯為主,目標增匯600萬公噸。

但是臺灣位於亞熱帶、熱帶氣候環境,溫溼度高導致土壤微生物活躍,土壤有機質累積相形困難。撰寫農業土地管理方法學的農試所研究員陳琦玲指出,因不同的氣候、土壤及作物生物質(biomass)分解速率不同,因此引用農業土地管理方法學計算免耕(不整地)栽培增匯額度,需以直接量測土壤有機碳變化為準;土壤有機質累積確實很緩慢,因此國外免耕自願減量專案都是以上萬公頃規模的農地在操作。

根據國際研究文獻,以國土主要位於熱帶、氣候溼潤的巴西為例,在砂質及黏質土壤栽培大豆及玉米等作物,免耕栽培操作可增加土壤額外碳儲量每年每公頃約0.41正負0.06公噸二氧化碳當量,相較森林樹木每年可增匯8至10公噸,土壤增匯顯得很不容易。

江志峯說,土壤有機質主要來源是作物、雜草的地上部及地下部等生物質,增加土壤碳匯起碼要從提高田間生物質著手,根據試驗,三期水旱輪作制度相較全年兩期稻作,田間生物質大約多出每公頃4公噸。

不整地栽培硬質玉米採收後,行列間依舊留著茂盛的雜草。圖為先採收的郭炳洪田地。
不整地栽培硬質玉米採收後,行列間依舊留著茂盛的雜草。圖為先採收的郭炳洪田地。

用雜草讓土地好起來 不整地省工、再賺碳權

在學甲區溪洲子寮栽培硬質玉米的郭炳洪與好友劉榮文有志一同操作不整地栽培,3月上旬正值採收,收穫完畢的不整地田區明顯比慣行的鄰田多了一層綠意,玉米行列間的雜草依舊茂盛。

農田裡留著雜草不整理,在傳統農村是疏於管理、懶惰的象徵,農民也怕雜草搶作物養分,不整地栽培因此難以推廣。江志峯說,其實只要讓作物生長比雜草快一步,光合作用能力強,作物就不必怕雜草搶養分;反而留草後田中有機質多,土壤團粒結構發達,可以保水、保肥,幫助作物更具適應極端氣候的韌性。

「不整地產量跟慣行差不多,但若遇到歹年冬,不整地的產量更好」,劉榮文呼應江志峯說法指出,北門、將軍、學甲是鹽鹼地,以前是無法種作的,所以才要靠不整地改善土質,「(慣行)愛媠、愛光(乾淨)、愛無草;毋過不整地愛草,草是寶,愛用草予這塊地好起來。」

劉榮文說,「不整地愛草、草是寶,愛用草予這塊地好起來。」
劉榮文說,「不整地愛草、草是寶,愛用草予這塊地好起來。」
劉榮文說,「若遇到歹年冬,不整地的產量更好。」
劉榮文說,「若遇到歹年冬,不整地的產量更好。」

但他也不禁感到不平,田中留草,有時會被認定「疏於管理」,無法申領到政府的轉作獎勵金;遇到天災,慣行作物倒一片,不整地的作物沒倒、還有收成,反而無法獲得現金救助。

劉榮文是替約400位「小地主」代耕的「大專業農」,早年國內推動休耕政策,無田可做,他曾受新加坡業者聘僱至柬埔寨教導農耕,業者小面積嘗試不整地栽培,劉榮文就發現作物發育得比慣行好,返臺後即自行嘗試操作多年。

慣行玉米種植前要翻土,田中植株打進土裡醱酵分解還要等待一個月,不整地栽培可節省打田及等待的成本,劉榮文說,「不整地種的時候足省工,費用差有夠多」。未來若執行自願減量專案,以不整地提高土壤碳匯,還可能獲得碳權收益,「有另外一筆錢,對農民來說當然愛呀!」他說。

深層施肥減少化肥碳排 池上好米也要淨零

根據2023年版《國家溫室氣體排放清冊報告》,農業碳排放以「農業土壤」施用化學肥料產生氧化亞氮占36.37%最大宗,其次為畜禽糞尿處理27.78%、畜禽腸胃發酵18.36%,以及水稻種植所產生的甲烷占16.62%。施用化學肥料及水稻湛水栽培均會造成龐大碳排放。

臺東池上是國內重要稻米產區,「池上米」已是高價精品食米代名詞,稻穀收購價格全臺最高,也使得當地全年兩期水稻,幾無休耕或轉作。傳統水稻栽培施肥採灑施方式,肥料落在地表、水稻利用效率差,過量用肥又會造成碳排。

農業部臺東區農業改良場2009年起即自日本引進「點肥」農機,推廣深層施肥,在插秧時同步將肥料打入秧苗下方、地下6至10公分深度做基肥,可提升肥分利用效率。臺東農改場副研究員張繼中表示,慣行水稻生長期間需要追肥兩次,深層施肥可免追肥,使用緩釋肥、肥效長達100天,視水稻生長狀況,穗肥也可能減用,產量還能比慣行栽培稍多。

農試所新購置的不整地專用農機。(圖片提供/農業試驗所)
農試所新購置的不整地專用農機。(圖片提供/農業試驗所)

以2023年一期作為例,深層施肥乾穀產量每公頃1萬970臺斤,比慣行田區多出485臺斤;深層施肥還可減用複合肥每公頃55.7公斤,大約減少碳排每公頃745公斤二氧化碳當量。張繼中指出,深層施肥省肥、省工,池上慣行稻作栽培面積約1,600公頃,推廣多年已有近半面積採用;他期望推廣全鄉,未來進而執行減量專案取得碳權,讓池上有機會成為全國第一個淨零鄉鎮。

已操作深層施肥5、6年,現年71歲的池上老農張義春說,現在農民年紀都大,「點肥」可節省勞力,肥分夠就不必追肥,在池上接受度很高;他年紀已大,不太懂「碳匯」、「碳權」等概念,但若政府要推動「點肥」減碳,相信大家都會配合。

研究人員量測水稻田溫室氣體排放量。(圖片提供/花蓮區農業改良場)
研究人員量測水稻田溫室氣體排放量。(圖片提供/花蓮區農業改良場)

二期休耕改種滿江紅作綠肥 碳排減量效益驚人

宜蘭也是國內重要水稻產區,但因二期作期間東北季風帶來長時間陰雨,日照不足又低溫,不適合作物栽培,宜蘭是國內少見二期作休耕的縣市。農民多在一期作收穫後,種植綠肥田菁,並趁田菁植株幼嫩便打入田中作肥,湛水休耕;9月氣溫尚高,在浸水的厭氧環境下,甲烷菌便會將土壤有機質大量分解成甲烷排放。甲烷是第二大溫室氣體,暖化潛勢是二氧化碳25倍。

土壤要增加碳匯很困難,但水田大量的碳排卻相對有很高的減量潛力。農業部花蓮區農業改良場開發以水生蕨類植物「滿江紅」作為綠肥替代田菁種植,以水田栽培滿江紅,農曆年前再打入田中作肥,此時氣溫低、少有甲烷排放,且土壤肥分可更有效供來年一期作利用,減少一半化肥用量,根據花蓮場2022年監測,栽培滿江紅可減少碳排每公頃23至30公噸,有顯著的減量效果。

宜蘭將綠肥田菁翻耕入田後湛水休耕,會產生大量甲烷排放。(圖片提供/花蓮區農業改良場)
宜蘭將綠肥田菁翻耕入田後湛水休耕,會產生大量甲烷排放。(圖片提供/花蓮區農業改良場)

「確實袂䆀(bē-bái、不錯)」,與花蓮農改場合作試驗的宜蘭五結農友簡萬登大讚,滿江紅不長雜草又有肥,不像種田菁不肥、雜草長得多,「生蟲,菌又攏來」;參與試驗後,他自己的田區也種起滿江紅,農友也想跟進。簡萬登說,福壽螺會吃滿江紅,滿江紅只有種植前要防治福壽螺需費心,參與試驗,花蓮場有補助整田、防治成本,但即使未來成本自己出,種滿江紅「嘛會合(合算)」、「卡贏」種田菁。

影響水田甲烷排放因素複雜,花蓮農改場2023年試驗減量數據僅得每公頃8公噸,但若以宜蘭種田菁作綠肥休耕面積9,166公頃計算,未來即使只推廣10%面積改種滿江紅,全縣也有7,332.8公噸二氧化碳當量減量效益。花蓮場助理研究員張琇妍指出,因執行減量專案透過田間監測驗證的成本很高,她將持續累積試驗數據,替種植滿江紅作綠肥建立本土排放係數,方便未來執行減量專案引用計算。

「滿江紅」生長快速,但需注意福壽螺危害。(圖片提供/花蓮區農業改良場)
「滿江紅」生長快速,但需注意福壽螺危害。(圖片提供/花蓮區農業改良場)