2020年09月26日
首頁 豐年雜誌 農業技術 來自土壤,回歸土壤 有機質循環的最後一棒

來自土壤,回歸土壤 有機質循環的最後一棒

文/楊秋忠 中央研究院生命科學組院士

「慢一點」回到無機物質才是有機廢棄物的最佳處理方式。

「有機質」(organic matter)是地球上最珍貴的資產,它來自初級生產者(primary producer)經光合作用及各種代謝作用,將二氧化碳及氮、磷、鉀、鈣、鎂及其他微量元素轉換成合成生命體的有機物質,而動物及許多生物是有機質的消費者(consumer),最後經由分解者(decomposer)——細菌及真菌微生物的功能,將有機質分解成無機物質,回歸到大自然。這就是自然界無機物質及有機質的大循環,其中包含重要的碳循環、氮循環、磷循環、硫循環等。

臺灣長期忽略的有機廢棄物,攸關環保與農業發展

所有的生物都會死亡,死亡後便會形成「有機殘質」(organic residue),而「有機殘質」經再利用後,或是生物排泄,就會產生「有機廢棄物」(organic waste)。有機廢棄物是可生物降解的有機質,它們來自植物、動物或微生物,一般可供製作成有機質肥料或土壤改良劑,也可分解為簡單有機小分子或聚合成有機大分子,最後成為如二氧化碳、氮氣、氫氣、硝酸態氮、磷酸、礦物質等無機物。大氣中二氧化碳「是影響現今氣候變遷的溫室氣體之一,對全球升溫的貢獻最高,占約55%。為減少二氧化碳釋出量,政策上應從能源、製造、運輸方面著手減碳,並配合推動調適及減緩的方法,但要達成目標還是有相當大的困難及挑戰。因此,需要正確選擇有機廢棄物處理的最後一棒,才能有效減少二氧化碳的釋出量。

(資料來源/中國報告大廳http://big5.chinabgao.com/freereport/77261.html)

臺灣有機廢棄物產量每年約有2,000多萬公噸,其中農業廢棄物每年約600多萬公噸。以2018年綠色國民所得帳統計資料計算,一般廢棄物只有約2.4%製成堆肥,農業廢棄物約有49%製成堆肥,表示大部分的有機廢棄物未能妥善處理及再利用。依據中國的報導,歐美國家的肥料結構中,有機肥料的地位舉足輕重,在美國,有機肥料占施肥總量46%,在英國占57%,在澳洲占55%,日本更是高達76%,中國有機肥料占化學肥料使用量的20%。2018年行政院農業委員會(簡稱農委會)統計資料計算,臺灣有機質肥料施用量占化學肥料使用量約4%,並有逐年減少的情形,顯示有機質肥料的施用及有機廢棄物再利用長期被忽略,成長的空間很大。其中又以環保和農業受影響甚大,詳述如下:

一、環保問題

有機廢棄物處理不當會導致許多問題,例如引發土壤和水域汙染、水域優養化、發出臭味,以及溫室氣體(二氧化碳、氧化亞氮、甲烷等)排放,連帶影響人類居住品質及健康,尤其是工業及民生的有機廢棄物,例如春天施肥期,農民大量施用未經腐熟處理的生雞糞,使得許多鄉村深受蒼蠅騷擾,環保單位至今仍無法解決此問題。

有效利用有機廢棄物是政府及產業共同的責任,產業應將有機廢棄物處理費要算在生產成本中並妥善處理,政府環保單位有監督責任,然而當今汙染環境事件儼然變成常態。

二、農業問題

根據農委會農試所調查,臺灣有機質含量低於2%以下的農田約占耕地面65%,顯示臺灣土壤地力劣化,保水及保肥能力差。臺灣因雨量大,農田淋洗嚴重,作物吸收大量養分及不當施用過量化學酸性肥料,加上氣候高溫,導致土壤有機質分解加速,土壤酸鹼緩衝能力消退,最終造成土壤嚴重酸化。經調查,1967至1994年之間,土壤pH值降低0.4~0.7,土壤酸化會不利有效成分作用,影響作物生長。

有機廢棄物若未妥善處理,將會直接影響環境和土壤健康。圖為馬來西亞油棕榨油後的廢棄物果串。(攝影/郭琇真)

甘蔗經過多重壓榨機壓榨、浸漬,使甘蔗汁完全榨乾後,會產生殘留物質蔗渣。(圖片提供/台灣糖業股份有限公司)

快一點?慢一點?有機廢棄物再利用的選擇題

上述有機質再利用的方式雖然很多,但有一個問題值得重視:有機廢棄物的最佳處理方式,是要選擇「快一點」回到無機物質的處理,或要「慢一點」回到無機物質的處理?

常見有機廢棄物「快一點」回到無機物質的處理方式中,以焚燒及掩埋是最浪費資源的方式,其次是用在醱酵生產甲烷(沼氣)、氫氣當熱源及發電。甲烷燃燒會加速有機碳形成二氧化碳到大氣之中;液態厭氧醱酵雖然有獲取能源的優點,但處理過程會將許多有機質養分流失到水域中,而非回到土壤。土壤少了養分回填導致劣化,也引起其中的作物生長不良,等於植物固定二氧化碳合成有機質的能力衰退,形成土壤劣化。

此外,廚餘當作豬飼料是農村古早的利用方式,但前提是廚餘要盡快吃完不隔夜,而現今環保收集的廚餘大多是家庭已發臭的廚餘,甚至有爛水果、塑膠袋等在內,經打碎及加熱後當飼料,即可見豬糞中含塑膠碎片,對豬隻而言不安全。若廚餘採用傳統微生物堆肥法處理,因廚餘含有大量水分,容易腐敗產生臭味、滋生蒼蠅及引來老鼠。

「慢一點」回到無機物質才是有機廢棄物的最佳處理方式。因為有機質是植物將二氧化碳固定下來的寶貴有機碳,不應該加速讓碳回到大氣中,何況大氣中二氧化碳已過量,並引起全球暖化及氣候變遷。土壤有機質含量是「土壤地力及肥沃度」的指標,土壤有機質會優化土壤的化學性質、物理性質和生物性質,比如土壤的保水能力、陽離子交換能力、團粒穩定性和酸化緩衝能力,以及活化土壤微生物及增加土壤微生物的多樣性,也對土壤養分的有效性、通透及耕犁的運作具有許多明顯的正面影響,又是提供作物的養分及養分循環的重要因素,尤其是氮、磷、硫和其他微量養分。因此,有機質循環再利用的最後一棒處理的最佳目標即是「來自土壤,回到土壤」。有機廢棄物做成有機肥或土壤改良劑,不但將有機質「慢一點」回到無機物質,養分回到土壤可改善土壤性質,增加作物生產力及健康、減少病蟲害,還可取代耗能生產的化學肥料,而減少土壤退化,一舉數得,達成永續農業的目標。

黑水虻可消化農業廢棄物,使得近年來越來越多人投入黑水虻飼育。(攝影/陳彥尹)

有機廢棄物的管理策略及方法

為何臺灣一般廢棄物只有約2.4%製成堆肥?為何其中的有機廢棄物未能妥善處理再利用?是因為環保及農業單位長期忽略有機廢棄物處理的技術面、法規面及政策面的基礎建設所致。目前部分可再利用的農業廢棄物,受限於《廢棄物清理法》而阻礙其資源化途徑,需要檢討現行法規及推動各項管理措施,並走向資源化回田。另外,需解決有機廢棄物收集及回收管道不足等問題,以免讓農業生產的剩餘資材變成汙染環境的源頭。

有效的有機廢棄物管理策略及方法應依據其特性來解決,有機廢棄物的特性及再利用方式與一般廢棄物(如塑膠、金屬物等)大不相同,需訂定「有機廢棄物再利用發展條例」及「有機廢棄物再利用獎勵辦法」,一條鞭從產出、收集、處理、利用方面及法規解決,才是治本之道。說明如下:

一、有機廢棄物的產出:有機廢棄物要從源頭與一般廢棄物分開,以登記及填報類別、數量(以月為單位),在每個地區才能盤點及有效整合利用。在法規政策面要鼓勵業者有減量機廢棄物及自行處理,以減少有機廢棄物運輸及汙染。

二、有機廢棄物的收集:從有機廢棄物產出到處理場的運輸過程都需要訂定管理辦法,防止諸如環境汙染等問題。法規政策面要鼓勵有機廢棄物收集業的發展及基礎建設。

三、有機廢棄物的處理:應捨棄過往效率不佳且產生臭味及汙染的微生物堆肥法,建議改採TTT酵素堆肥技術,可在三小時內完成腐熟作用,過程無臭、無汙水產生、無二次汙染,能個別或混合處理所有的有機廢棄物,製成有機肥。在法規政策面要鼓勵有機廢棄物處理業的發展及基礎建設。

四、有機廢棄物的有機肥產品及利用:有機廢棄物所生產的有機質肥料或土壤改良產品,需要進行品質管制,以防止諸如重金屬及持久性有機汙染物等的不利影響,以確保農業永續環境的發展。在法規政策面要鼓勵使用有機廢棄物所生產的優質有機肥或土壤改良產品。

豬糞尿收集後,經厭氧醱酵產生的沼氣(甲烷)可做為能源利用。(攝影/陳彥尹)

 

更多文章請見《豐年雜誌》2020年8月號

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