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參與DHI計畫可減少碳足跡？
新竹分所 李素珍 張菊犁
一、何謂「碳足跡」？
「碳足跡（carbon
footprint）」是指一個人活動或使用一個產品或裝置在其整個生命週期中所釋放的溫室氣體總量。每個人在日常活動包括食、衣、住、行中直接或間接都釋放溫室氣體，這個概念以「足跡」為喻，說明我們每個人都在大氣層不斷增多的溫室氣體中留下了自己的痕跡，用以衡量人類活動對環境的影響。
二、何謂溫室氣體？及其主要來源
大氣中主要的溫室氣體包括：水蒸氣、臭氧、二氧化碳、氧化亞氮、甲烷、氫氟氯碳化物、全氟碳化物及六氟化硫等。1997年「京都議定書」就規範締約國以個別國家或共同的方式控制人為排放之6種溫室氣體，包括二氧化碳、氧化亞氮、甲烷、氫氟碳化物、全氟碳化物及六氟化硫等，以期減少溫室效應對全球環境所造成的影響。6種溫室氣體中，二氧化碳含量最高，若以二氧化碳增溫效應作為基準，甲烷的增溫效應為二氧化碳的23倍，而氧化亞氮、氫氟碳化物、全氟碳化物及六氟化硫等4類溫室氣體造成的增溫效應為二氧化碳的上百倍到上萬倍（表1）。因目前全球仍大量使用煤、石油、天然氣等化石燃料，大氣中的二氧化碳量正以每年約60億噸增加中，由於二氧化碳含量較多，對全球升溫的貢獻百分比佔55
%，而甲烷佔15 %（表1），因此，目前溫室氣體減量措施以降低大氣中二氧化碳量為優先考量，而各項人類活動產出的溫室氣體種類如表2所示。
三、減碳首重大氣中二氧化碳量外，仍需重視甲烷量
甲烷是溫室氣體之ㄧ，可遺留在大氣中9-15年，甲烷吸熱的能力為同體積二氧化碳的23倍，近幾年世界各國有關飼養動物所產生之甲烷是否導致溫室氣體增多的效應多次被攤開討論，甚至有些團體鼓勵人們「少吃肉」。
大氣中甲烷量自1984年開始上升至1994年稍緩和，而1994年至1999年又持續上升，1999年至2004趨平穩（圖1）。1999年以前全世界反芻動物數目為每年增加915萬頭，自1999年以後反芻動物數目為每年增加1,696萬頭，1979年至1999年大氣中甲烷量每年上升10.8
ppb，而1999年以後每年僅上升0.3
ppb，發現1999年以後當反芻動物數目每年持續上升但大氣中甲烷量卻趨於平穩，認為反芻動物數目與大氣中甲烷量並無直接相關，應另有其他原因導致大氣中甲烷量上升，大氣之甲烷量可能包括農業及工業活動的結果，譬如：畜牧、種水稻、開礦、開發天然氣、大舉燃燒森林及牧草地等，農業活動中有機體發酵與化學物質在缺氧情況下分解時都會產生甲烷，譬如：濕地、稻田、動物（如牛）的消化過程所產生的甲烷各佔大氣中甲烷量22.0、21.0及15.3
%，其他項目所產生的甲烷都在10 % 以內（表3）（International Atomic Energy Agency,
2003）。張添晉（2000）研究台灣掩埋場垃圾經過一段時間的掩埋之後，有機物進行厭氧性分解產生廢氣，此混合性氣體中含有甲烷、二氧化碳、少量硫化氫及微量氣體，其中甲烷約佔50∼60％、二氧化碳約佔30∼40％、硫化氫約0.4∼1.8％。
四、何謂DHI計畫？
「DHI」為畜產界耳熟能詳的專有名詞，DHI為Dairy Herd
Improvement的簡稱，早期中文翻譯為「乳牛群性能改良」，近年國內乳業專家認為「乳牛群經營效率改進」更貼切。簡言之，DHI計畫為每月一次檢測個別牛之乳質，包括乳脂肪、乳蛋白質、乳糖、無脂固形物、總固形物、檸檬酸、乳尿素氮與體細胞數等，與現場記錄個別牛乳量、育種及繁殖性能等資料，供乳牛群飼養管理、乳房炎預防及育種選拔等為提升乳牛群經營效率之利器，為世界各乳業發達國家最重要的乳業計畫之一。
DHI計畫在臺灣已實施超過40年，而行政院農業委員會畜產試驗所新竹分所藉快速檢測儀器執行乳質檢測也有36年之久，主要由「DHI輔導員」現場採取乳樣及記錄育種與繁殖性能相關資料，「乳質檢驗員」檢測乳質，「電腦資料處理員」彙整乳質檢測資料、乳量、育種及繁殖性能等資料為報表，提供酪農改善飼養管理、乳房炎預防及育種選拔等，對國內乳牛飼養、育種、經營效率之改進與生乳品質之提昇助益甚大。
五、美國與臺灣DHI計畫成果簡介（以美國資料為主做比較）
美國農業部（USDA）之Mr. Helmar Rabild自1905年即開始籌組乳牛群性能改良（Dairy
Herd Improvement, DHI）計畫，美國DHI計畫分年挑戰重點為：1905-1959年著重乳產量、乳牛登錄及遺傳改進，1960-2010年除重視乳牛遺傳改進外，重視乳牛繁殖性能及乳房炎改善，2011年開始重視各項資源的利用及乳牛生產對全球環境影響（表4）。美國2000年、2005年、2010年參加DHI計畫乳牛頭數各佔全美泌乳牛頭數46.1、45.6、46.9
%，而臺灣2000年、2005年、2010年參加DHI計畫乳牛頭數各佔臺灣泌乳牛頭數22.0、39.0、27.7 %（表5）。2006年時全美國泌乳牛頭數910萬頭，參加DHI計畫之頭數為460萬頭，未參加DHI計畫之頭數為450萬頭，結果：全美國每頭泌乳牛年平均乳產量為9,048公斤，而參加DHI計畫及未參加DHI計畫之每頭泌乳牛年平均乳產量分別為10,101及7,989公斤，參加DHI計畫者在乳產量的獲利平均比未參加DHI計畫者高26%。臺灣2006年泌乳牛頭數52,313頭，參加DHI計畫之頭數為19,057頭，未參加DHI計畫之頭數為33,256頭，結果：全臺灣每頭泌乳牛年平均乳產量為6,180公斤，參加DHI計畫每頭泌乳牛年平均乳產量為7,461公斤。影響泌乳牛乳量多寡的因素眾多，譬如：乳牛品種、遺傳、營養、氣候、生理、年齡、泌乳期等，故無法將臺灣泌乳牛乳產量與美國泌乳牛比較，然而參加DHI計畫者年平均乳量在臺灣與美國都比較高是有其優勢。
美國DHI計畫泌乳牛年平均體細胞數於2000-2003年平均介於31.1-32.2萬/ mL，2004年以後都低於30萬/ mL，且逐年下降至2009年的23.3萬/
mL；臺灣2000年體細胞數平均52.3萬/ mL，2001-2003年平均介於40.6-42.1萬/ mL，2004-2009年介於30.5-35.7萬/
mL，有逐年下降的趨勢（表6）。臺灣自1999年起將體細胞數納入生乳計價項目，而DHI計畫為檢測個別牛之乳質，因此，參加DHI計畫的酪農很容易掌握高體細胞數之牛隻進而改善，故DHI計畫之體細胞數有逐年下降趨勢。
六、DHI牛群可有效減緩大氣中甲烷量
飼糧成分在牛隻瘤胃內被分解的過程中會產生氫、CO2
及甲酸等，所產生的氫有賴瘤胃中的「甲烷生成菌」還原為甲烷，才得以維持瘤胃醱酵順利進行，瘤胃內甲烷的生成不僅增加了溫室效應，同時也是一種能量的浪費，降低乳牛的生產效率。許多有關瘤胃內甲烷生成量的研究，荷蘭泌乳牛每天可產生419-560公升的甲烷（Holter
and Young, 1992；Kinsman et al., 1995；Kirchgessner et al., 1991；Sechen et al.,
1989），荷蘭乾乳牛每天產生245公升的甲烷（Holter and Young, 1992）。Leng（1991）估計反芻動物年產甲烷量65到85 Tg（1
Tg＝1百萬公噸），佔全球甲烷總產量的12到15%，IPCC（1992）估計每年地球所產生的甲烷總量為480 Tg，Gibbs and
Johnson（1994）則估算全世界13億頭牛隻年產甲烷量約為58 Tg，佔農業生產來源的35%。2008年美國環境保護署（Environmental
Protection Agency）統計，動物腸內發酵及所排糞便發酵所產生的甲烷佔32.8 %。
Moe and Tyrrell（1979）由碳水化合物的採食量來估算乳牛瘤胃內甲烷產量，其公式為甲烷（Mcal/d）＝
0.814＋0.122×非結構性碳水化合物（kg/d）＋0.415×半纖維素（kg/d）＋0.633×纖維素（kg/d）。美國北卡羅來納大學Phillip（2008）認為DHI計畫之牛群可有效減緩大氣中甲烷的生成，甲烷的生成和泌乳牛乾物質採食量（Dry
matter intake, DMI）有關，而乾物質採食量又和脂肪校正乳量（Fat corrected milk, FCM）及乳牛體重有關。美國National
Research
Council（2001）資料顯示：DMI（kg/d）＝（0.37×FCM＋0.097×體重0.75），而Ellis（2007）資料顯示：甲烷（MJ/d）＝3.23＋﹝0.81×DMI（kg/d）﹞。依Ellis（2007）之公式計算美國參加DHI計畫及未參加DHI計畫之泌乳牛相對甲烷生成量（表7），1997年至2001年間維持在82
%以內，2002年開始上升，至2005年達高峰86.15 %，2006年稍下降為85.01 %。有此差異的原因為：(1)為達每單位乳生產量，參加DHI計畫者比未參加DHI計畫者所需之泌乳牛頭數比較少，(2)參加DHI計畫者比未參加DHI計畫者所需之維持費用及乾物質採食量比較少，(3)參加DHI計畫者比未參加DHI計畫者在乳房炎、遺傳、繁殖、飼餵等作業所耗費之時間比較少，(4)美國DHI計畫擁有1,200位現場技術人員、實驗室分析人員及行政人員等，每人每天減產甲烷3,500
MJ，等於每年減產486噸二氧化碳（Philip, 2008）。而Capper et
al.（2009）研究報告，美國2007年每十億乳量（kg）的碳足跡僅為1944年同乳量的37 %，美國乳牛因遺傳、營養及飼養管理等改善可減少43
%甲烷的排放量。另，參加DHI計畫者與未參加DHI計畫者比較，單位乳量生產效率高可減少飼料、礦物燃料使用，而降低氨（ammonia）及甲烷產生量（Place
and Mitloehner, 2010）。
七、結語
科學家已證實大氣中二氧化碳濃度增加是造成溫室效應加劇的主要原因，導致全球普遍發生氣候異常、天災頻繁的現象。每個人都有自己的「碳足跡」，耗能愈多「碳足跡」愈大，地球暖化就更嚴重。減少「碳足跡」可從個人改變生活習慣做起，以節約能源行動來減碳，避免地球暖化效應加劇。而人類為了乳類及肉類供應而飼養反芻動物，常被垢病為造成溫室效應的原凶，依前述乳牛參加DHI計畫的飼養方式下可有效降低瘤胃中甲烷的生成量，進而減少大氣中甲烷量。國內已著手建立「牛乳生產的碳足跡」，希望除經由個人節能減碳外，所飼養的乳牛也能節能減碳，因此，鼓勵酪農參與DHI計畫，將可對減緩全球的溫室效應貢獻一份心力。
八、主要參考文獻
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