花改場--滿江紅取代田菁作為宜蘭休耕綠肥之減碳效益評估--02 - 農業知識入口網

前言

宜蘭一期作水稻種植面積約為 11,000 ha，二期作生育後期因東北季風帶來長期陰雨天氣，使得日照量不足和氣溫下降，導致稻穀產量降低。若一年中選擇最佳氣候條件下，只栽培一期水稻，不僅可避免第二期作水稻生育環境不良所造成之損失，且可利用休耕農田轉作綠肥，增加土壤肥力，以提升隔年一期作水稻產量 (李祿豐，1999)。目前宜蘭休耕基線操作模式為，每年七月底水稻收穫後種植田菁，待八至九月將田菁翻耕入田，並立即湛水至隔年一期作水稻預備種植時期。甲烷產生途徑主要為有機質在厭氧條件下經由還原作用所生成(Le Mer and Roger, 2001, Humphreys et al., 2019)；氧化亞氮生成機制包含好氧及厭氧之過程，經由好氧之硝化作用產生硝酸根，而硝酸根在厭氧條件下會進行脫氮作用產生氧化亞氮，若脫氮作用持續進行，則會生成氮氣(Losada et al., 2007)。因此，預期田菁翻耕入田後立即湛水，提供大量有機質及氮源進入厭氧土壤，將造成大量溫室氣體排放。因應全球暖化及氣候變遷，國際上為回復自然系統平衡，在 2021 年 3 月許多國家宣示推動淨零排放政策，未來各國將設立相關碳關稅，藉由貿易外交手段影響其他國家加強氣候治理強度，促使各國朝 2050 淨零排放邁進(經濟部產發局，2025)。為順應國際趨勢，臺灣也宣示在 2050 年達到淨零排放，故如何研發農業低碳排放栽培管理模式，有效降低碳排放極為重要。

  滿江紅為水生蕨類植物，因其具有水生和生長迅速等特性，並且可與藍綠藻共生而具有固氮能力，常被作為水田之綠肥作物。滿江紅可增加氮的回收率，而改善土壤肥力(Lauren, 1994)，且滿江紅漂浮於水面可有效減少使用尿素所造成之氨揮失(Vlek et al., 1996)，進而提升氮肥利用效率。研究也指出，施用滿江紅可以減少甲烷及氧化亞氮排放(Ma et al., 2012, Xu et al., 2017, Malyan et al., 2021)。施用滿江紅降低甲烷排放之機制有二，其一為滿江紅及藍綠藻於水田中行光合作用而泌氧，使水中可溶性氧濃度增加，進而使土壤氧化還原電位提高，減少有機質還原為甲烷或將生成之甲烷氧化，而降低水田甲烷排放(Ali et al., 2015)，且水中可溶性氧濃度增加、土壤氧化還原電位提高，也可能提高甲烷氧化菌活性 (Kimani, et al., 2018)；其二為滿江紅漂浮於水面作為氣體由厭氧之土壤逸散至大氣之屏障，而阻擋甲烷排放至大氣 (van der Steen et al., 2003)。而施用滿江紅降低氧化亞氮排放主要之機制為，因施用滿江紅可以減少氮肥使用，而降低氧化亞氮排放(Xu et al., 2017, Kimani et al., 2018, Malyan et al., 2019)。然而，也有研究提出，施用滿江紅會增加甲烷及氧化亞氮排放，主要因為死亡之滿江紅被分解，而作為有機質及進行硝化作用及脫氮作用之來源，使甲烷及氧化亞氮排放量提(Chen et al., 1997, Adhya et al., 2000, Ying et al., 2000)。但與其他綠肥作物 (田菁)相比，滿江紅產生甲烷與產量之比值為最低(Adhya et al., 2000)，顯示以滿江紅作為綠肥最具減碳效益。

  因此，本研究目的為，評估以滿江紅取代田菁作為休耕綠肥並於隔年一期稻作減施氮肥之減碳效益，並且調查不同休耕綠肥對隔年一期稻作產量及品質之影響，以維持糧食生產。