岁末，稻谷丰收入仓，四川资阳市的水稻田进入冬闲期，田间的风景从“稻菽千重浪”摇身为“澄静水镜”，一畦畦稻田注水养地，这是中国西南地区水稻田的常年淹水农法，阵阵谷香背后有着科学家忧心的甲烷味道。
中国是全球最大的水稻生产国和稻米消费国，科学家接二连三投入水稻田的甲烷研究，西南地区的水稻田虽然只占全国稻田面积的12%，全国稻田甲烷排放总量的45%却集中在这一带，而且冬季休耕期也持续释出甲烷。
中国缺席甲烷承诺
放眼甲烷排行榜，中国的排放量也名列世界第一，刚落幕的联合国气候峰会COP28在全球决议中纳入“2030年前减少甲烷排放”，会议主席贾比尔（Sultan Al Jaber）强调，这是COP史上首次在决议文提到甲烷与减量。由欧盟和美国发起的《全球甲烷承诺》，倡议到2030年将全球甲烷排放量从2020年水平减少至少30%，目前已有150多个国家签署，迄今中国迟迟未加入行列。
中国缺席《全球甲烷承诺》，除了卡在煤炭能源困局外，水稻田也是棘手的难题。台湾大学农艺学系名誉教授郭华仁指出，水稻田是农业碳排的重要项目，稻田甲烷的排放受到诸多因素影响，各地的状况也不一样，所以要研发出一套通用的方法比较困难，纵然目前稻田的干湿管理法被视为较有效的方法，但是农民接纳和采用仍需一段时间，因为违反多年来稻农的栽培习惯，加上需要精准的管理技术，操作不当的话可能减产，水稻田的甲烷减排面临许多挑战。
国际能源署（IEA）估计，2022年全球甲烷排放量为35,580万吨，中国甲烷排放量为5,570万吨，占全球总量的15.6%。进一步检视中国水稻田贡献的甲烷量，联合国粮农组织（FAO）的数据显示，中国稻田甲烷排放约占全球稻田甲烷排放的21.9%，饭碗里的甲烷减排行动不能因噎废食。
台湾大学生物环境系统工程学系助理教授萧友晋表示，不仅是COP28将甲烷排放列入应对全球暖化的重点，联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）也表明，在人为制造的温室气体中，甲烷是第二大温室气体，而且由于本身的化学性质关系，甲烷接收地表辐射、反射太阳能的热转换效率很强，每单位当量是二氧化碳的25至30倍，两者加乘之后，整体温室效应的影响更加显著。
水稻田暗藏甲烷库
事实上，亚洲是全球最大的米仓，水稻种植面积在全球占比高达9成。郭华仁说，从全球范围来看，水稻田排放的甲烷量，约占人为排放甲烷总量的12%，对比其他农业活动，牛、羊等牲畜饲养则约占了15%。萧友晋指出，甲烷的排放源在自然环境和人为活动各占一半，人为活动中又有一半来自于农业，如果考量农业也是与环境相关的场域，整体甲烷在环境系统中排放大概占了70至75%，这样的量主要是来自环境的特性，造就有些微生物在厌氧条件下产生甲烷。
相较其他作物，水稻是农地里的甲烷排放大户，萧友晋解释，一般来说，土壤、植物根系有许多微生物生长在其中，森林、草地、公园绿地等土壤环境有很多孔隙，所以会有氧气存在，微生物很单纯的进行呼吸作用，消耗氧气、排放二氧化碳，不过，水稻田是标准的厌氧环境，因为水稻田在种植过程中会湛水，阻挡了空气中的氧气传输至土壤里面，一些微生物会透过厌氧呼吸作用，分解环境中的有机物质，然后产生甲烷，水稻田在长期淹水的情况下，正好为这一类厌氧生物营造了大量产生的环境。
水稻田无可避免成了厌氧生物的繁殖温床，郭华仁说明，“这些甲烷会从水面释放到空气中，也会透过水稻根部吸收甲烷，然后传到叶片，经由叶片排出来。”
全球暖化催化甲烷
水稻田的甲烷产生潜力牵涉复杂的因子，环境中的土壤温度、水分和有机质都会影响甲烷释放量。萧友晋说，甲烷的排放来自于土壤中肉眼看不到的微生物，随着温度上升，微生物的活性跟着提升，甲烷排放量也愈多，另外，如果环境中的有机物质愈多，自然而然让这些生物族群量更多，甲烷的生成量也会增加。
去年底，联合国环境规划署（UNEP）发布《2023年排放差距报告》，2022年全球温室气体排放量创下574亿吨二氧化碳当量的新纪录，比 2021年增加了1.2%，依据目前的排放趋势，本世纪末全球气温将上升2.5至2.9°C。“我们看到平均气温一年比一年高，温度升高，甲烷释放量也就随着上升。”郭华仁提醒，暖化也让暴雨等极端天气愈加频发，“雨水一多，水稻田浸满水的时间也会拉长，也会让甲烷释放增加。”
水稻品种和农法也是关键因子。郭华仁指出，最近研究显示品种是一个重要因素，不同水稻品种释放出的甲烷程度不一样；从农业操作角度来看，假设让水稻田不要经常淹水，拉长水田排干时间，增加土壤含氧量，甲烷释放量也会少一点，另外，假设氮素化学肥料施用太多，有机质增加当然也会提高甲烷的释放量。
以有机和惯行农法的水稻田而言，甲烷排放量也可能存在差异，郭华仁认为，相较惯行农业大量使用化学肥料提高生产力，有机水稻田是有机会让甲烷生成减少，不过，如果额外施放的有机肥料太多的话，实际上也会有较多的甲烷排放量，所以合理化施肥很重要。
氮肥养出温室气体
亚洲的水稻田常有过度施肥或长期使用农药情形，中国稻农也普遍存在过量施肥，稻田氮肥用量远高于世界平均水平。国际研究陆续发现，过量和不合理施肥，不仅无法增加稻米产量，也会影响微生物群落的相互作用和甲烷排放量。
萧友晋指出，目前亚洲地区水稻田绝大多数使用化学肥料，这些化学肥料主要是大量的氮素，包括尿素、硝酸盐类等，氮肥在田间会逐渐分解为氨氮、硝酸盐，当环境中加入大量的氮，自然而然会让碳氮比降低，连带影响农地环境里面的物种族群结构，彼此的交换作用也会出现一些变化。
一般常把生成甲烷的微生物泛称为“产甲烷菌”，而会分解甲烷的微生物叫做“嗜甲烷菌”。萧友晋曾研究过量施肥对农地环境的影响，在某些氮浓度增加的环境之下，高效能的Type I嗜甲烷菌会转换成低效能的Type II嗜甲烷菌，虽然表面上土壤表层都有嗜甲烷菌，不过，在微生物族群结构的转变过程中，“吃甲烷”的能力却被削弱了。
“当然这中间还涉及温度、含水量等彼此之间的交互作用，具体来讲，过量施肥的影响程度，在不同地方会有不同差异。”萧友晋说明，“不过，改变碳氮比这件事情，是目前科学家认为会影响嗜甲烷菌族群的重要因子。”
不只是甲烷，萧友晋提醒，其实过量施肥会影响水稻田的脱氮作用，脱氮作用会造成大量的氧化亚氮排放，这反而是考量整体的净零碳排或是温室气体减排要正视的问题。郭华仁指出，农民施用氮素肥料，当水稻没有办法完全吸收分解时，会以氧化亚氮的型态释放到空气中，氧化亚氮的温室气体效应是二氧化碳的300倍。
中国专家也提出，中国是目前全球最大的氮肥生产国和出口国，不过，中国大部分氮磷钾肥的温室气体排放系数普遍为欧美平均水平的2倍左右，因此利用国外系数来估计国内的温室气体排放量，将严重低估化肥施用的影响。
“农业生产排放的温室气体主要有氧化亚氮、二氧化碳和甲烷，水稻田产生了大约8%的农业温室气体排放。”郭华仁说，“其实农药和化学肥料的制作过程也会产生二氧化碳，水稻田的农业机械可能使用柴油，同样会排出二氧化碳，这些都会造成农业生产的温室气体排放。”
有人这么打比方，如果把稻米生产当作一个国家的话，稻米的温室气体排放量超过加拿大、法国和英国。迈向净零之路，减排策略少了水稻使力，或许还不成气候了。
撰稿、制作和主持：麦小田 责编：陈美华