【護土固碳02】與氣候變遷搏鬥 臺版不整地農耕尋找解方

新竹容易缺水,青農吳建良試驗臺版「不整地栽培」,希望找到氣候變遷下農業的未來。(攝影/王志元)

新竹容易缺水,青農吳建良試驗臺版「不整地栽培」,希望找到氣候變遷下農業的未來。(攝影/王志元)

撰文:游昇俯

去年迄今臺灣面臨逾半世紀以來最嚴重乾旱,今年春雨降雨量創下75年來新低,梅雨更是遲遲不來,大範圍持續性降雨直到5月下旬後才出現,氣候變遷對農業造成嚴重衝擊。

新竹地區是臺灣最容易面臨乾旱威脅的地方之一,歷年乾旱嚴重導致停灌休耕,9次中新竹就有7次上榜。「沒有水要怎麼耕作?」今年45歲的吳建良於2009年金融海嘯遇上無薪假,辭職返鄉務農,2015年遭遇十年大旱停灌,讓他驚覺氣候變遷的威力,因此決心找尋可以不受缺水威脅的耕作方式。

「我不要當第一批倒下的氣候變遷災民!」吳建良說,「具一定規模的大農有面對環境逆境的基本盤,氣候變遷下,先倒下的一定是小農,因此農耕方式必須改變,且非改不可,只有當作物不需灌溉也能自然存活,農業才有出路。」

靠土壤保水  青農試驗臺版不整地栽培

除草、翻土、整地、播種、施肥、收成,是一般農場耕作例行工作,新竹新豐鄉吳建良的農地,三年前引進國外「覆蓋作物滾壓機」及「免耕播種機」等設備,省去除草和翻土整地,實驗美國羅岱爾研究所(Rodale Institute)再生有機農業,以種植覆蓋作物來抑制雜草的「不整地(免耕)栽培」(no-till farming)。

土壤具有保水性,吳建良認為不整地栽培可將土壤保水能力提升到最大,幫助作物克服乾旱逆境。(攝影/王志元)

土壤具有保水性,吳建良認為不整地栽培可將土壤保水能力提升到最大,幫助作物克服乾旱逆境。(攝影/王志元)

不整地栽培在一期作中先種植黑麥等覆蓋作物,長到一定高度時,再用「滾壓機」輾壓作為天然抑草蓆,之後才開始種植主要作物。覆蓋作物下的土壤可避免雜草生長及土壤水分蒸發,輾壓後的殘株則作為補充土壤有機質的來源。

吳建良指出,免耕農法重點在於因應氣候變遷下的碳封存效益。犁田翻耕會破壞土壤構造,並且會讓深層土壤大量接觸空氣,促進土壤微生物活化、繁殖,促使微生物大量分解土壤中的有機質,有機質中的碳便在微生物分解下形成二氧化碳,重新逸散回大氣中。

有機質愈多的土壤團粒構造愈發達,但是農業整地耕犁卻會加速土壤有機質分解,尤其臺灣高溫多雨,有機質分解更快,不整地栽培模式,可將人為對土壤的擾動降到最低,保護土壤。

農耕條件不同  不整地栽培關卡多

不整地栽培模式,美國等溫帶國家一年一期作,種完覆蓋作物後再種主要作物,操作簡單;但臺灣農地一年最多可做三期,如何安排覆蓋作物與主要作物栽種時機,以及找出適地適種的覆蓋作物等課題,正考驗著吳建良。

想將溫帶國家的不整地栽培移植臺灣,吳建良從國內本已種植的綠肥作物中,試驗找尋適合的「覆蓋作物」。(圖片提供/吳建良)

想將溫帶國家的不整地栽培移植臺灣,吳建良從國內本已種植的綠肥作物中,試驗找尋適合的「覆蓋作物」。(圖片提供/吳建良)

他以綠肥作物實驗,例如適合冬季栽培的小麥、三葉草、油菜花、蕎麥,夏天適合栽培的田菁、綠肥大豆等,目前只有三葉草、油菜花比較適合做為覆蓋作物。

吳建良說,桃園、新竹附近土壤,屬於紅土、黃土,黏質性的土壤,他拿出多年前土壤檢驗報告說,「我的有機質很差,不到2%」。雖然數字低,但他不擔心,因為他深信透過長期間友善土壤,有機質終會提高。

用土壤固碳  為氣候變遷找答案

植物吸收空氣中的二氧化碳,經過光合作用排出氧氣、形成碳水化合物,碳就成為植株及根系的一部分,隨植株凋落與生理代謝回歸地底,成為土壤有機質一部份。土壤有機質約含有58%的碳,當有機質進一步分解形成腐植質,需要數百年才能分解,碳被長時間留在土中,因此土壤正是陸地系統中最大的碳匯(carbon sink)。

法國曾在2015年聯合國「氣候變遷綱要公約」(UNFCCC-COP)締約國大會(COP21)提出「千分之四倡議」(4 Per 1000 Initiative: Soils for Food Security and Climate),認為利用土壤固碳,全球每年提高土壤有機碳含量4‰,將可抵消人類活動所增加的二氧化碳排放,且有益土壤健康,有助提升農作產量、維護糧食安全。

生物炭可用作中和土壤酸性,增加土壤保水力、通氣性的土壤改良劑,但對土壤是否全然無害仍存有疑慮。(圖片來源/豐年社資料庫)

提高土壤有機碳含量,是現正提倡的農業固碳法,因此使用生物炭作為土壤改良劑也受到重視。(圖片來源/豐年社資料庫)

有機質是土壤養分最重要的來源,有機質含量高,對土壤的物理、化學性質及微生物生態都好。臺灣大學農藝學系名譽教授郭華仁表示,臺灣可以有機質含量作為測定土壤品質的一個指標,應該讓照顧好土壤成為對地綠色環境給付獎勵的一種可能性。

增加土壤有機質  用生物炭來固碳

臺灣許多農業操作方式也有助增加土壤中的碳含量,例如有機耕作使用有機質肥料,施用禽畜糞肥、綠肥,果園草生栽培、平地造林及施用生物炭(biochar)等。農委會農業試驗所是千分之四倡議聯盟創始會員,曾估算這些方式在未來25年中可能增加土壤有機碳的潛能,總計平均每年可增加920萬公噸有機碳。

農業操作增加有機碳

 

生物炭是有機物經過高溫熱裂解(pyrolysis)形成的炭化固體,一般人熟知的木炭即是。因生物炭主要呈鹼性、具多孔性結構,可用作中和酸性土壤,增加土壤保水力、通氣性的土壤改良劑。

農試所研究員陳琦玲表示,臺灣位於亞熱帶及熱帶間,有機質容易分解,耕犁進土的有機質一個期作後大約70%會分解,兩個期作後則有90%分解掉;但生物炭穩定度高,增加碳匯潛力高。製程需要使用燃料能源,但其碳排占不到其碳匯5%。

不過,生物炭也有不少疑慮,郭華仁認為,農業廢棄物經堆肥,可以讓其中的氮被作物利用,但製成生物炭卻讓氮白白浪費掉,相當可惜,且其製程還要耗能。臺大農業化學系教授許正一也指出,製作生物炭在不完全燃燒情況下可能產生多環芳香烴(PAHs),部分PAHs是致癌物質,可能隨著生物炭施用土壤,再進入水體,造成汙染問題。

他質疑,土壤投入生物炭短期間有好處,但生物炭有其容積,殘留物長期留在土壤中可能有什麼壞處需要長時間才知道,土壤資源有限,貿然大量推廣生物炭,當之後發現問題時,土壤資源恐已要不回來。


【小辭典】

土壤有機質(soil organic matter)

土壤有機質是土壤中的有機物的總稱,包括生物殘骸、分泌物、活體生物、生物活動衍生有機物等。土壤有機質有助改善土壤物理及化學性質,幫助土壤形成團粒結構,讓各種礦物的砂石聚合成肥沃的土壤,並可維持土壤中的溫度、鹽度、養分濃度、酸鹼值穩定,有機質高通氣性、透水性也更好。土壤有機質含量高對作物產量提升有正面效益,因此普遍被視為土壤肥力的指標。

團粒構造(granular structure, aggregated structure)

土壤是由各種礦物岩石風化所形成顆粒大小不同的砂粒、坋粒、黏粒組成,經由土壤中的腐植質、植物根圈分泌物及土壤微生物分泌物,可將土壤礦物砂聚合膠結成微小的「團粒」,小的團粒會再彼此膠結成大團粒。土壤有良好的團粒構造可像海綿一樣鎖住水分,讓多餘的水分下滲,團粒孔隙也有助空氣流通,並且,穩定的團粒構造可減緩有機質氧化消耗速度,讓土壤養分緩慢釋放,更加保肥。

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