邁向碳中和
邁向碳中和 2022 / 08 / 26 13311

地球氣候變遷議題刻不容緩。為了避免氣候災難,全球多國宣示在2050年前,達到溫室氣體淨零排放的目標。慈心25年來推動有機、友善農業,關心大地與環境,面對此議題更是責無旁貸,慈心在去年(2021)加入致力於土壤碳匯的「千分之四倡議聯盟」,在友善農業的基礎上,投入減碳、匯碳的倡導與實踐。

為了讓大眾更加認識農業碳匯,慈心基金會特別與台灣科技媒體中心合作,邀請專家為我們解答相關問題,推出<農業碳匯 專家怎麼說 >系列,期待與更多人一同關心、了解。

首先,土壤是怎麼固碳的?農業操作與溫室氣體排放的關係又是如何?以下是台灣大學農業化學系 許正一教授的回答:

 

 

 

Q1. 土壤是怎麼減碳與儲碳?不同的土壤、跟不同的用途對於土壤的減碳及儲碳能力有差別嗎?

土壤儲碳的方式,是將大氣中的二氧化碳,轉為固體儲存在土壤中。土壤中的碳又可分為有機型態的碳與無機型態的碳,有機碳來自生命體,主要來源是枯枝落葉、根的殘留物與分泌物,其次為動物、微生物的殘骸與排洩物等,這些含有碳的殘留物儲存在土壤中就稱為有機碳。無機碳是因大氣中的二氧化碳在土壤中成為碳酸根,再與鈣、鎂、鈉等陽離子沉澱成而為碳酸鹽,主要是碳酸鈣,少量碳酸鎂或碳酸鈉,不過遇水容易淋洗而流失。

有機碳普遍存在各類型的土壤中,但碳酸鈣等無機碳主要集中在降雨量低於蒸發散量的乾燥地區。臺灣地區潮濕多雨,土壤中儲存的碳,絕大數是有機碳,唯有西部近海平原的鹼性土壤,才會有碳酸鈣存在。因此當我們在臺灣就土壤的減碳與儲碳議題來說,應該圍繞在有機碳的型態。

有機碳來自生命體,主要來源是枯枝落葉、根的殘留物與分泌物,其次為動物、微生物的殘骸與排洩物等,這些含有碳的殘留物儲存在土壤中就稱為有機碳。(圖片來源 / unsplash)

 

土壤的有機碳循環,是有機體吸收二氧化碳,所以會減少大氣中的二氧化碳,而有機體死亡或殘骸仍會保留碳,進入土壤就成為有機碳。但有機碳會參與許多生物化學反應,其中微生物會分解有機碳獲取能量,並從中涉取養分,例如氮、磷、鉀與其他微量元素。這是一個微生物的呼吸作用過程,因此這個過程所產生的二氧化碳就會回到大氣中。但換個角度來看,有機碳分解時所釋出的養分可提供植物生長,所以農民施用有機質肥料,可提高作物的產量與品質。

不過,碳的生物化學反應涉及到土壤的許多性質,例如pH值、粒徑分布大小、礦物特性與養分狀態等,這不僅控制了有機碳的分解,也會將有機碳重新聚合成為穩定的巨大分子,例如腐植質,它可以長期保留在土壤中長達百年以上,所以我們可以說土壤具有儲碳的功能。換言之,土壤會排碳,也會減碳與儲碳,而這彼此之間的消長,便與土壤類別與用途有關。

就來源來說,增加植被、擴大根系的發展,或是添加有機物質,都可以增加土壤有機碳,同時,不同的管理措施也會影響碳進出土壤。粘質地或排水不良的土壤,通氣性較差,微生物呼吸作用所產生的二氧化碳較少,因此有機碳含量會較高。保持土壤團粒構造,可使有機碳被包覆而免於被分解。根據以上原則,即可了解浸水的水稻田或其他濕地土壤,能保有較多的有機碳;傳統的耕犛方式因為頻繁的破壞土壤團粒,就會加速有機碳的分解。土壤缺乏植被,不僅有機碳含量低,甚至在降雨發生時,易因逕流或沖蝕而流失了土壤有機碳。

浸水的水稻田或其他濕地土壤,能保有較多的有機碳。

 

Q2. 有機友善的農業耕作相對於慣行農業,對達成淨零排碳、增加碳匯有幫助嗎?不同農法怎麼影響土壤的儲碳或是排碳?

有機農業因為在操作上不使用農藥與化學肥料,僅以有機肥料為供給土壤與作物養分的來源,所以有機碳會比慣行農業的土壤要高。但是若考慮整個生態體系的淨碳收支,有機農業在某種條件下,碳排量會比慣行農業高[1],原因是有機農業僅是為了強調不使用農藥與化學肥料。

至於友善耕作,也是基於環境與資源永續的有機農業操作,因此也可增加土壤有機碳。有機與友善農業的唯一差別僅在於,為了保障消費者的權益,前者是需要第三方認證後才能販售的產品。如果目標是為了儲碳,則應採行低碳農法(或稱再生農法,regenerative farming),這是一種有機農業的操作模式,除了原本有機農業注重生態平衡,不施用化學肥料與農藥外,也以減少耕犛、提高生物多樣性、施用堆肥或生物碳與覆蓋表土等措施,在不影響作物產量與品質下,達到提高土壤的健康(soil health)以及碳存量(C stock)。同時持續的減少外部資源(指原本不屬於土壤中的資源,例如肥料、農藥)的投入,最終以維持高的生物多樣性、土壤生產力、改善水的循環及極大化生態系統服務價值(ecosystem service)為目標[2]。因此在考量農業減碳策略時,需要綜合性的考量,一如稻田浸水,可抑至有機碳的分解,但較易生成甲烷,因此若能使用再生農法生產能源作物(例如:水稻、狼尾草),增加土壤固碳能力,並將能源作物轉制為生物炭或其他生質燃料,可使農業生產過程的固碳效應大於排放,才能落實淨零碳排的策略。

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參考資料:
[1] Smith, L. G., et. al. (2019). “The greenhouse gas impacts of converting food production in England and Wales to organic methods.” Nature Communications.

[2] Guo, L. B. and Gifford, R. M. (2002). “Soil carbon stocks and land use change: a meta analysis.” Global Change Biology 8(4): 345-360.

在有機農業的操作模式下,也可以減少耕犛、提高生物多樣性、施用堆肥或生物碳與覆蓋表土等不影響產量與品質下,達到提高土壤的健康及碳存量。