玉米栽培之有效施肥減少土壤一氧化二氮釋出

　　農業生產是一氧化二氮釋放的最大來源，包括土壤施用化學肥料和家畜禽糞便腐熟的堆肥，尤其一氧化二氮的最大排放量通常來自潮濕的土壤。因此，遵循肥料養分管理的4R（正確的來源、正確的比例、正確的時間和正確的地點）有助於提高作物對氮的吸收，並減少氮肥因淋溶、逕流或氣體（包括一氧化二氮和氨）而損失。根據多年的作物產量數據，設定切合實際的產量目標，合理化施肥是有效管理氮肥的第一步。在植物生長旺盛時，盡可能多施用氮，可提高作物吸收率達最大值。在生長季前或在作物種植初期施用的氮肥(基肥)很容易流失，因此可供植物吸收的氮非常少，生長初期施用氮，通常意味著需要更大的施用量來彌補土壤損失的氮。藉由氮肥分次施用，在作物需氮量高的季節追施氮肥，是提高氮肥利用效率及減少一氧化二氮排放的有效方式。對於像玉米這樣的高莖作物，可能無法在生長中期氮肥需求量最高的時候施肥，因此在田間施肥機械操作許可的條件下，以追肥的方式(在植株的側邊施肥)補充初期氮肥的流失，確實可以減緩土壤中氮的流失及增加植株對氮素的利用效率。

　　使用增效肥料（Enhanced Efficiency Fertilizers, EEF）也可以減少一氧化二氮在某些情況下的排放。這些肥料可延遲肥料的氮轉化為硝酸鹽（最容易損失的氮形式），直到植物對氮的需求更高時才釋出。增效肥料的使用需要更多的研究才可廣泛應用於作物種植系統中。通常在一年生作物種植之前施用堆肥當作基肥是可行的，如何提高堆肥施肥系統中的氮利用效率則相當具有挑戰性，目前尚無法如化學肥料達到促進植物快速生長的目標。在種植前施用適量的堆肥作為基肥，然後在作物生長需要時利用滴灌車進行追肥，可以提高植株對氮肥的利用效率。預先進行硝酸鹽測試與評估（Pre-Sidedress Nitrate Tests, PSNT），可以預測土壤中的氮是否足以達到產量目標。此外，還可以利用堆肥的氮含量、施用率、天氣數據和其他資訊，估計可否釋放足夠的氮供作物生長所需及評估施用追肥的經濟效益。

　　作物生長需要氮肥，沒有消除土壤一氧化二氮釋出的萬靈丹。然而，使用土壤與植物的養分管理工具可以使植物對氮的吸收率達最大量，以避免過量氮肥轉化為一氧化二氮。在保持作物產量和增加利潤的同時，透過提高氮肥利用效率及以追肥方式施氮肥，是降低生產成本與減少土壤一氧化二氮釋出的好方法。

▲圖 1.  2019 年美國農業溫室氣體排放源分析。統計圖引用參考文獻 (1) 進行重繪。

糞肥覆蓋進行厭氧發酵及應用甲烷轉換器減少甲烷釋出

　　當糞肥保持液態且其內細菌消耗掉溶解的氧氣後進行厭氧發酵，甲烷就會從糞肥中釋放出來。在較大規模的操作中，可利用甲烷轉換器先捕獲甲烷並用來發電或供熱。在小規模的操作下，可以利用塑膠布覆蓋方式收集甲烷並進行燃燒發電。利用塑膠布覆蓋糞肥有幾個好處，包括氣味控制、防水以及避免甲烷釋出。由於甲烷燃燒產生的二氧化碳比甲烷本身的暖化效應要低得多，因此可利用甲烷轉換器燃燒發電，減緩溫室氣體暖化的影響。

減少反芻動物腸道甲烷排放的策略

　　美國農業產生之溫室氣體近30%來自牛、綿羊和山羊腸道發酵產生的甲烷。減少溫室氣體最具成本效益和最簡單的方法之一是改變這些反芻動物的飼料。新的研究指出，從反芻動物的飼料和家畜禽遺傳育種方向改進，可以大量降低家畜禽甲烷的釋放，目前已產生重大成效。

　　在乳牛和其他反芻動物中，細菌、原蟲和真菌在瘤胃（反芻動物的第一個胃）中構成了一個複雜的生態系統或微生物菌落。這種微生物菌落通常將難以消化的植物成分轉化為短鏈脂肪酸、蛋白質、脂質和其他成分如甲烷。當反芻動物進行咀嚼和反芻過程時，甲烷會以噯氣的形式逸出。產生的甲烷量取決於瘤胃生物菌落的構成和進入瘤胃的飼料。飼料或飼料添加劑可以透過兩種方式影響甲烷的產生。第一種是改變瘤胃中各菌相的相對數量，主要減少產甲烷細菌的數量，並增加非產甲烷細菌。第二種是干擾甲烷細菌產生甲烷的內部化學反應。ClaudiaArndt等人回顧了文獻並研議了各種飼料管理和飼料添加劑配方，提出一項新研究主要為3-NOP（3-硝基氧丙醇）和海藻(4)在飼料的應用。3-NOP是一種人造有機化合物，可抑制產生甲烷的酶。在巴西，它已被批准用為飼料添加劑，名稱為“Bovaer”。植物油、3-NOP和其他添加劑已被證明可以減少甲烷排放，同時保持動物健康和維持肉類或牛奶品質。

　　有些研究人員則專注於瘤胃微生物菌群本身的變化，研究目標是阻止產生甲烷的細菌生長。蘇格蘭鄉村大學的RainerRoehe博士是動物遺傳學和微生物教授，他的研究小組著眼於瘤胃微生物菌群的組成如何影響飼料效率和甲烷排放。應用微生物菌群的遺傳分析可以準確預測動物甲烷排放量。越來越多的證據表明，利用動物育種的策略可以改變瘤胃的微生物菌群。Roehe團隊的M.Martínez-Álvaro發現以微生物菌群組成作為乳牛育種目標，每代可減少7%至17%的甲烷排放量，表示未來利用具有低甲烷排放的乳牛群，對減緩甲烷排放的貢獻指日可待。

結語

　　農業耕作與畜禽生產產生溫室氣體排放量最大的分別是一氧化二氮和甲烷。溫室氣體排放的來源主要為農業土壤管理、畜禽腸道發酵及畜禽糞肥。將氮肥的施用延緩到作物快速生長期再進行追肥的施用，可提高施肥效率增加植物對氮的有效吸收，並減少氮肥轉化為一氧化二氮的氣體釋出。另方面採用某些增效肥料也可以減緩一氧化二氮的釋出。在保持作物產量和增加利潤的同時，透過提高氮肥利用效率來減少施氮量，是降低生產成本與減少土壤一氧化二氮釋出的好方法。另方面，覆蓋糞肥進行厭氧發酵及應用甲烷轉化器捕獲甲烷並用它來發電或供熱，也是減緩甲烷排放的重要一環。減少反芻動物腸道甲烷排放的策略，包括改變反芻動物的飼料使瘤胃產生甲烷的菌群數量降低，或使用添加劑如3-硝基氧丙醇抑制甲烷菌生成甲烷。此外，應用動物育種方式，以微生物菌群組成作為乳牛育種目標，選育低甲烷排放的牛群以減緩乳牛群的甲烷排放，亦是可行的策略之一(1)。