专栏 | 绿色情报员:饭碗里的甲烷(上)少了水稻 减排能成气候吗?

2024.01.11
专栏 | 绿色情报员:饭碗里的甲烷(上)少了水稻 减排能成气候吗? 中国是全球最大的水稻生产国,也是最大的甲烷排放国,水稻田的甲烷减排问题备受关注。
路透社资料图片

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。

刚落幕的联合国气候峰会COP28首次将甲烷减排纳入全球决议中。(路透社)
刚落幕的联合国气候峰会COP28首次将甲烷减排纳入全球决议中。(路透社)

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2530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7075%,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。”

水稻田长期注水,为甲烷形成提供有利的条件。(路透社)
水稻田长期注水,为甲烷形成提供有利的条件。(路透社)
 

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2.52.9°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。

随着全球升温加剧,水稻田的甲烷释出也添上隐忧。(路透社)
随着全球升温加剧,水稻田的甲烷释出也添上隐忧。(路透社)
 

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。

亚洲农田往往过量施肥,微生物群的交互作用和甲烷排放量都会受到影响。(路透社)
亚洲农田往往过量施肥,微生物群的交互作用和甲烷排放量都会受到影响。(路透社)

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

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