文╱黃裕銘 英國牛津大學植物科學系博士
《豐年》雜誌先前以水稻、甘藷與玉米為例，刊登「因應氣候變遷作物科學化管理」系列文章，接續內容將整理果樹相關栽培管理活動，減緩氣候變遷衝擊的潛能，以番石榴（芭樂）為主要案例，說明果樹的碳吸存、固碳及碳匯貢獻，以及如何選擇最適的栽培管理。除番石榴本身的固碳潛力，使用適當的草種施行草生栽培、敷設於田間，有助於土壤健康，也對增益SOC（soil organic carbon，土壤有機碳）有幫助。
番石榴（Psidium guajava）為桃金孃科番石榴屬，是原生於中南美洲亞熱帶、熱帶地區的作物，也是臺灣四季皆常見的水果，全臺栽培面積約8,000公頃，主要產地包括高雄、臺南與彰化，占全臺面積超過七成。
目前已有許多研究指出番石榴栽培對土壤、碳匯的影響。例如Naik等人（2021）於2006～2014年間在熱帶半潮溼地區種植番石榴苗，並於2016年12月分別採集2、4、6、8及10年果樹各6棵，估算番石榴樹的生物質及碳截存，發現2到10年樹齡番石榴總乾生物質介於每公頃0.54～9.26公噸。所觀測樹的不同部位乾生物質量以枝條最高，根最低。總碳吸存量為每公頃0.27～4.19公噸，2年生及10年生番石榴園二氧化碳截存量為每公頃0.76及11.54公噸。
根據Singh等人（2024）在南印度Vindhyan半乾旱地區的旱田及水田研究評估7種農業生態系，包括番石榴AHS❶、芒果AHS、純番石榴果園、純芒果果園、純鵝莓果園、邊緣種植柚木（teak boundary plantation, TBP）及一年生作物系統（annual cropping system, ACS）的生物質累積、碳存、經濟效益。結果顯示純番石榴系統每年每公頃的碳截存達2.11噸，且減少二氧化碳7.76噸，速率高於其他系統，每年每公頃可以產生碳權129.76美元，增加農民收益。
Singh等人因此建議該地區農民應該採取果樹為主的系統，可以兼顧減緩氣候變遷並使生活穩定，並指出果樹為主的農業系統每年碳吸存量可達每公頃2.11公噸。樹為主的多年生系統對碳的固存為一年生作物系統的5倍以上，且可以經由碳權使收入增加7%。
地球表土有機碳量是大氣圈3倍 搭配適當田間管理可貢獻全球碳存
果園和一般作物的固碳、碳吸存（carbon sequestration）及碳匯潛力，均受到田間實作影響，包括耕犁／不耕犁、覆蓋作物、修枝殘體保留／焚燒、施用化肥／有機肥等，這些實作影響了土壤孔隙、土壤碳匯、微生物族群等性質，以及養分、儲水、土壤穩定性、地上多樣性等相關功能。
根據Batjes（1996）估計，地球表土上層2公尺深度的SOC總量約達2,400拍克碳（PgC）❷，是大氣圈中碳含量的3倍（Paustian et al., 2016），因此提高SOC，可以提供大量全球碳匯。
果樹栽培也能有類似貢獻，例如Kassahun等人（2015）研究可做為氣泡飲料的水果，其果樹殘體平均約每公頃2.1公噸碳，其二氧化碳截存量約每公頃9.44公噸，也具有提高土壤SOC的潛能，需要適當管理。
土壤健康與作物栽培互相影響。Gugino等人（2007）認為健康高品質的土壤特性包括好的土壤耕犁、足夠深度、足夠但非過量施肥、有少量的植物病蟲害族群、良好土壤排水、大族群的有益微生物、低草壓力、無毒害作物的化學物或毒物、恢復退化或不利的土壤條件等。
土壤團粒及沖蝕性、土壤存水量、灌溉水使用、植物營養、生物多樣性、養分儲存及吸收農藥汙染物等方面與SOC高低息息相關。不同深度（例如0～25、0～50及0～75公分）土壤的SOC截存和土壤黏粒高低關係密切（Somasundaram et al., 2017）。土壤提高植物養分、降低SOC存量，但是其有效性和SOC有強的相關性（Elbasiouny et al., 2022）。
留意耕犁、用藥維持土壤健康 豐富生物多樣性讓作物更強壯
耕作時需留意田間實作對土壤的影響。耕犁造成土壤構造劣化及犁底層產生硬層，導致降低整體水的入滲速率，引起逕流水造成土壤沖蝕（Palese et al.,2014）。集水區平均每年存水容量損失約0.02～2%，所以需要改善耕作實作以降低底泥沉降，提高集水區的生態服務能力，例如提供飲用水及灌溉水。
Cerdan等人（2010）估算，歐洲耕作田裸露土壤平均被雨水沖蝕量約每公頃20公噸，以春作作物、果園及冬作作物為主的土地，約每公頃3.5公噸，葡萄園損失量第2高達17公噸。耕犁可能使土壤流失高達每公頃38.8公噸，而可忍受的土壤沖蝕量為每年每公頃1.5公噸（Verheijen et al., 2009），顯示人為的活動可能造成土壤嚴重流失。
土壤流失等於流失養分，如此農民可能需要花費更多肥料費用。Quinton等人（2010）估算，每年全球農田土壤流失約3.5×1010公噸，導致約8×107公噸的碳經水的沖蝕流失到河流系統，而受風蝕運輸的土塵約每年每公頃56公噸（Pimentel et al., 2006）。不過，當地面有枯枝落葉及植被時，可以降低強降雨時的逕流與沖蝕，減少土壤及礦物養分的流失。
Montanaro等人（2012）研究經由包括覆蓋作物取代耕作法的桃樹果園，經過7年其地上部累積枯枝落葉每公頃9.5公噸，而耕犁田只有約0.6公噸。Keesstra等人（2016）曾以地中海地區60座杏果園進行3種土地管理實作分析，包含耕犁、殺草劑、植被覆蓋，結果土壤流失最高的是施用殺草劑處理，達每小時每公頃906公斤，是覆蓋作物處理（22公斤）的40倍，耕犁處理則有515公斤。
田間管理方式也影響土壤生物多樣性。Paoletti等人（1998）調查72座果園（種植葡萄、桃、蘋果及奇異果）雨季每月耕犁處理比覆蓋作物田降低20～42%的蚯蚓。耕犁抑制蚯蚓的生長可能更嚴重降低90%，且化學除草劑對蚯蚓的族群的抑制有過渡期，可能抑制達98%，往後可能有可適應殺草劑的蚯蚓生長（Lardo et al., 2012, 2015）。蚯蚓族群的生長受殺草劑影響的因子可能包括SOC減少（Schreck et al., 2012）。
Atkinson與Wilson（1980）指出，根的生長及發展受許多因子影響，包括土壤微生物、氧氣、土溫、有效水分與養分及實做管理。其中，大量活微生物族群是保持根健康降低害物壓力的重要因素，非病原微生物可以和病原競爭養分水分等資源，並直接攻擊病原。
Gianinazzi等人（2010）則指出菌根菌（arbuscular mycorrhiza, AM）對農業生態的貢獻，包括營養及非營養活性，促進土壤穩定性、提高礦物養分及水分吸收、減緩非生物逆境影響、提高抗旱、鹽分、重金屬及汙染物的影響。
草生栽培可提高土壤有機碳 兼具增加水果產量品質潛力
根據Rey等人（2023）比對分析58篇果園雜草研究文章數據中508筆資料結果，顯示果園雜草對水果產量及品質有正面效應，其效應來自雜草對果園土壤性質的影響，長期草生栽培能讓土壤較健康及產量穩定。經由經濟分析結果顯示，種植草果園經濟效益比清園果園高出1.36～2.08%，有雜草的果園和清耕園比較，平均可提高水果產量20.7%，蘋果及柑橘產量分別提高15.6%及30.9%。果園草生栽培5～10年可以讓水果產量提高30.5%。豆科雜草和禾本科雜草提高水果產量分別為27.2%及10.3%。
果園雜草利用主要有兩種，包括直接將新鮮草翻入土壤，或等雜草自然死亡後敷蓋土壤表面，敷蓋有條狀敷蓋及全園敷蓋。Singh等人（2017）指出，無論草的利用方式，果園草生栽培皆可以提高作物產量及改善土壤生態環境，這項正面效應也讓許多開發中國家果園進行草生栽培。
草生栽培也可提高SOC，主要影響因子是草齡及土壤黏粒含量。Xiang等人（2022）研究果園草生栽培表土0～30公分比清園土壤的SOC差異，分析139篇文章中342對觀測值，發現草生栽培果園土壤SOC含量比清園平均高出21.47%。
成長落葉果樹果園（≥5年）種植雜草超過12個月就能有效提高SOC，特別是有適當雨量（年平均雨量≥400mm）及溫度（年平均溫≥10℃），且SOC小於15gkg-1、pH值低於6.5的酸性土壤。
綜合各方研究，覆蓋果園的雜草以兩種機制提高SOC，包括草根分泌物或根的衰敗及草地上部新鮮有機殘體直接進入土壤（Vicente-Vicente et al., 2017；Haruna et al., 2020），以及有機化合物改善土壤物理性、促進土壤團粒的形成及穩定化，進而改善土壤構造及SOC存留（Li et al., 2021; Zheng et al., 2021）。另外，覆蓋雜草搭配施用肥料，也有助於提升SOC（Paustian et al., 2016；Zheng et al., 2020；Bechara et al., 2018）
多數研究確認用草敷蓋可顯著提高水果可溶性固體物、糖分、維生素C含量（Abouziena et al., 2008；Chen et al., 2014；Wu, 2019）及降低水果酸度（Muscas et al., 2017；Xi et al., 2011）。有些研究指出豆科草可顯著改善水果品質，禾本科草對水果品質改善不顯著（Fang, 2020），但也有研究指出，水果品質的改善也許和草無關（Mercenaro et al., 2014）。
果園種植草可以提高土壤有機質（soil organic matters，SOM）、增進水的入滲作用，並降低土壤沖蝕及蒸發作用。提高土壤有效性養分全氮、有效性磷及有效性鉀，保持土壤氮含量（Verzeaux et al., 2016）。也可以提升土壤酵素的活性，或植物多醣體（如纖維素及半纖維素）的水解(Zheng et al.,2018)。植草系統也顯著影響土壤微生物族群結構，包括微生物多樣性（Qian et al., 2015）及微生物功能，如碳相關新陳代謝的活性。
雜草種類、敷蓋量左右栽培成效 留意品種間相生相剋確保養分吸收
選擇種植或敷蓋雜草時，需留意雜草種類，才能發揮提高SOC或提高作物產量、品質等效益。例如Cui等人（2015）指出，番石榴園種植百喜草和柱花草2年半和清耕，對SOC沒有顯著效應。
白灰毛豆（Tephrosia candida）具高生物質產量及相當量的養分。Ali等人（2024）從2019～2022年，在沒有灌溉水的番石榴果園進行長期試驗，發現白灰毛豆是番石榴果園最好的敷蓋作物體。這項研究以4座果園為對象，每年8月分別在每株果樹基部敷蓋0、1、2及3公斤白灰毛豆植體。第3年結果顯示，敷蓋3公斤植體能提高樹幹的圍長、果實產量、單果重、葉比表面積、總葉綠素、葉片大量及微量養分，是可增加土壤肥力及碳截存的方法。
Wei等人（2021）研究柱花草（Stylosanthes guianensis (Aubl.) Sw.）對亞熱帶南部磚紅土番石榴園土壤呼吸作用作為反應土壤品質及養分性質指標的影響。研究清園、自然雜草、柱花草Ubon、柱花草Reyan對番石榴園土壤二氧化碳通量的影響。結果顯示果園呼吸作用以種柱花草Reyan最高，柱花草Ubon次之，接著是自然雜草，清園最低。
Wei等人（2022）用低養分土壤（低磷、硫、鈣、鎂、錳及硼）研究豆科和草混合生長對葉部從土壤吸取養分效應。田間資料顯示豆科和草一起生長可提高產量及較高關鍵養分吸收量。埃及三葉草（Trifolium alexandrinum）和禾本科草雜種，可提高埃及三葉草磷、鉀及硫濃度，但會降低鈣濃度。豆科和草雜種可提高對土壤養分（特別是磷、鋅、錳及鉬）吸收效益。草和豆科雜種對草本身只有鉀、硫及鋅濃度有顯著提高。但是本土草和外來豆科雜種則降低草養分。較肥沃土壤的埃及三葉草葉片，鉀、錳、銅及硼濃度較高，鈣則較低。
