專欄 | 綠色情報員:飯碗裏的甲烷(上)少了水稻 減排能成氣候嗎?

2024.01.11
專欄 | 綠色情報員:飯碗裏的甲烷(上)少了水稻 減排能成氣候嗎? 中國是全球最大的水稻生產國,也是最大的甲烷排放國,水稻田的甲烷減排問題備受關注。
路透社資料圖片

歲末,稻穀豐收入倉,四川資陽市的水稻田進入冬閒期,田間的風景從“稻菽千重浪”搖身爲“澄靜水鏡”,一畦畦稻田注水養地,這是中國西南地區水稻田的常年淹水農法,陣陣谷香背後有着科學家憂心的甲烷味道。

中國是全球最大的水稻生產國和稻米消費國,科學家接二連三投入水稻田的甲烷研究,西南地區的水稻田雖然只佔全國稻田面積的12%,全國稻田甲烷排放總量的45%卻集中在這一帶,而且冬季休耕期也持續釋出甲烷。

 

中國缺席甲烷承諾

放眼甲烷排行榜,中國的排放量也名列世界第一,剛落幕的聯合國氣候峯會COP28在全球決議中納入“2030年前減少甲烷排放”,會議主席賈比爾(Sultan Al Jaber)強調,這是COP史上首次在決議文提到甲烷與減量。由歐盟和美國發起的《全球甲烷承諾》,倡議到2030年將全球甲烷排放量從2020年水平減少至少30%,目前已有150多個國家簽署,迄今中國遲遲未加入行列。

中國缺席《全球甲烷承諾》,除了卡在煤炭能源困局外,水稻田也是棘手的難題。臺灣大學農藝學系名譽教授郭華仁指出,水稻田是農業碳排的重要項目,稻田甲烷的排放受到諸多因素影響,各地的狀況也不一樣,所以要研發出一套通用的方法比較困難,縱然目前稻田的乾溼管理法被視爲較有效的方法,但是農民接納和採用仍需一段時間,因爲違反多年來稻農的栽培習慣,加上需要精準的管理技術,操作不當的話可能減產,水稻田的甲烷減排面臨許多挑戰。

剛落幕的聯合國氣候峯會COP28首次將甲烷減排納入全球決議中。(路透社)
剛落幕的聯合國氣候峯會COP28首次將甲烷減排納入全球決議中。(路透社)

國際能源署(IEA)估計,2022年全球甲烷排放量爲35,580萬噸,中國甲烷排放量爲5,570萬噸,佔全球總量的15.6%。進一步檢視中國水稻田貢獻的甲烷量,聯合國糧農組織(FAO)的數據顯示,中國稻田甲烷排放約佔全球稻田甲烷排放的21.9%,飯碗裏的甲烷減排行動不能因噎廢食。

臺灣大學生物環境系統工程學系助理教授蕭友晉表示,不僅是COP28將甲烷排放列入應對全球暖化的重點,聯合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)也表明,在人爲製造的溫室氣體中,甲烷是第二大溫室氣體,而且由於本身的化學性質關係,甲烷接收地表輻射、反射太陽能的熱轉換效率很強,每單位當量是二氧化碳的2530倍,兩者加乘之後,整體溫室效應的影響更加顯著。

 

水稻田暗藏甲烷庫

事實上,亞洲是全球最大的米倉,水稻種植面積在全球佔比高達9成。郭華仁說,從全球範圍來看,水稻田排放的甲烷量,約佔人爲排放甲烷總量的12%,對比其他農業活動,牛、羊等牲畜飼養則約佔了15%。蕭友晉指出,甲烷的排放源在自然環境和人爲活動各佔一半,人爲活動中又有一半來自於農業,如果考量農業也是與環境相關的場域,整體甲烷在環境系統中排放大概佔了7075%,這樣的量主要是來自環境的特性,造就有些微生物在厭氧條件下產生甲烷。

相較其他作物,水稻是農地裏的甲烷排放大戶,蕭友晉解釋,一般來說,土壤、植物根系有許多微生物生長在其中,森林、草地、公園綠地等土壤環境有很多孔隙,所以會有氧氣存在,微生物很單純的進行呼吸作用,消耗氧氣、排放二氧化碳,不過,水稻田是標準的厭氧環境,因爲水稻田在種植過程中會湛水,阻擋了空氣中的氧氣傳輸至土壤裏面,一些微生物會透過厭氧呼吸作用,分解環境中的有機物質,然後產生甲烷,水稻田在長期淹水的情況下,正好爲這一類厭氧生物營造了大量產生的環境。

水稻田無可避免成了厭氧生物的繁殖溫牀,郭華仁說明,“這些甲烷會從水面釋放到空氣中,也會透過水稻根部吸收甲烷,然後傳到葉片,經由葉片排出來。”

水稻田長期注水,爲甲烷形成提供有利的條件。(路透社)
水稻田長期注水,爲甲烷形成提供有利的條件。(路透社)
 

全球暖化催化甲烷

水稻田的甲烷產生潛力牽涉複雜的因子,環境中的土壤溫度、水分和有機質都會影響甲烷釋放量。蕭友晉說,甲烷的排放來自於土壤中肉眼看不到的微生物,隨着溫度上升,微生物的活性跟着提升,甲烷排放量也愈多,另外,如果環境中的有機物質愈多,自然而然讓這些生物族羣量更多,甲烷的生成量也會增加。

去年底,聯合國環境規劃署(UNEP)發佈《2023年排放差距報告》,2022年全球溫室氣體排放量創下574億噸二氧化碳當量的新紀錄,比 2021年增加了1.2%,依據目前的排放趨勢,本世紀末全球氣溫將上升2.52.9°C我們看到平均氣溫一年比一年高,溫度升高,甲烷釋放量也就隨着上升。郭華仁提醒,暖化也讓暴雨等極端天氣愈加頻發,雨水一多,水稻田浸滿水的時間也會拉長,也會讓甲烷釋放增加。

水稻品種和農法也是關鍵因子。郭華仁指出,最近研究顯示品種是一個重要因素,不同水稻品種釋放出的甲烷程度不一樣;從農業操作角度來看,假設讓水稻田不要經常淹水,拉長水田排干時間,增加土壤含氧量,甲烷釋放量也會少一點,另外,假設氮素化學肥料施用太多,有機質增加當然也會提高甲烷的釋放量。

以有機和慣行農法的水稻田而言,甲烷排放量也可能存在差異,郭華仁認爲,相較慣行農業大量使用化學肥料提高生產力,有機水稻田是有機會讓甲烷生成減少,不過,如果額外施放的有機肥料太多的話,實際上也會有較多的甲烷排放量,所以合理化施肥很重要。

隨着全球升溫加劇,水稻田的甲烷釋出也添上隱憂。(路透社)
隨着全球升溫加劇,水稻田的甲烷釋出也添上隱憂。(路透社)
 

氮肥養出溫室氣體

亞洲的水稻田常有過度施肥或長期使用農藥情形,中國稻農也普遍存在過量施肥,稻田氮肥用量遠高於世界平均水平。國際研究陸續發現,過量和不合理施肥,不僅無法增加稻米產量,也會影響微生物羣落的相互作用和甲烷排放量。

蕭友晉指出,目前亞洲地區水稻田絕大多數使用化學肥料,這些化學肥料主要是大量的氮素,包括尿素、硝酸鹽類等,氮肥在田間會逐漸分解爲氨氮、硝酸鹽,當環境中加入大量的氮,自然而然會讓碳氮比降低,連帶影響農地環境裏面的物種族羣結構,彼此的交換作用也會出現一些變化。

一般常把生成甲烷的微生物泛稱爲“產甲烷菌”,而會分解甲烷的微生物叫做“嗜甲烷菌”。蕭友晉曾研究過量施肥對農地環境的影響,在某些氮濃度增加的環境之下,高效能的Type I嗜甲烷菌會轉換成低效能的Type II嗜甲烷菌,雖然表面上土壤表層都有嗜甲烷菌,不過,在微生物族羣結構的轉變過程中,“喫甲烷”的能力卻被削弱了。

“當然這中間還涉及溫度、含水量等彼此之間的交互作用,具體來講,過量施肥的影響程度,在不同地方會有不同差異。”蕭友晉說明,“不過,改變碳氮比這件事情,是目前科學家認爲會影響嗜甲烷菌族羣的重要因子。”

不只是甲烷,蕭友晉提醒,其實過量施肥會影響水稻田的脫氮作用,脫氮作用會造成大量的氧化亞氮排放,這反而是考量整體的淨零碳排或是溫室氣體減排要正視的問題。郭華仁指出,農民施用氮素肥料,當水稻沒有辦法完全吸收分解時,會以氧化亞氮的型態釋放到空氣中,氧化亞氮的溫室氣體效應是二氧化碳的300倍。

亞洲農田往往過量施肥,微生物羣的交互作用和甲烷排放量都會受到影響。(路透社)
亞洲農田往往過量施肥,微生物羣的交互作用和甲烷排放量都會受到影響。(路透社)

中國專家也提出,中國是目前全球最大的氮肥生產國和出口國,不過,中國大部分氮磷鉀肥的溫室氣體排放係數普遍爲歐美平均水平的2倍左右,因此利用國外係數來估計國內的溫室氣體排放量,將嚴重低估化肥施用的影響。

“農業生產排放的溫室氣體主要有氧化亞氮、二氧化碳和甲烷,水稻田產生了大約8%的農業溫室氣體排放。”郭華仁說,“其實農藥和化學肥料的製作過程也會產生二氧化碳,水稻田的農業機械可能使用柴油,同樣會排出二氧化碳,這些都會造成農業生產的溫室氣體排放。”

有人這麼打比方,如果把稻米生產當作一個國家的話,稻米的溫室氣體排放量超過加拿大、法國和英國。邁向淨零之路,減排策略少了水稻使力,或許還不成氣候了。

撰稿、製作和主持:麥小田 責編:陳美華

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