根據政府間氣候變化專門委員會(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)於 2018 年的報告指出,在2050年內地球升溫將突破1.5°C。若要控制升溫在1.5°C以內,需在2050年前使全球二氧化碳淨排放量達到零,並顯著減少其他溫室氣體(包括甲烷和一氧化二氮)的排放。
目前來自農業、林業與變更土地利用下產生的全球溫室氣體(Greenhouse Gas, GHG)佔總排放量27%,僅略低於工業(如圖一),若不積極解決,隨著人口成長與糧食需求增加,GHG排放將隨之增加。然而,目前政策鮮少聚焦於此,在巴黎協議下僅38%的國家自定貢獻(Nationally Determined Contributions, NDC)涵蓋到農業溫室氣體排放。
除此之外,由於農業還需考慮生物多樣性、糧食安全與農村生計等複雜因素,因此,在執行面上極具挑戰。麥肯錫的報告評估25項具有減排潛力的農業措施,使用邊際減排成本曲線 (Marginal Abatement Cost Curve, MACC)評估各項目的經濟可行性,本文摘錄減少GHG排放量最佳的10項措施,且其成本大多與目前的方法持平或甚至更低(如圖二)。
邊際減排成本曲線 (Marginal Abatement Cost Curve, MACC) 呈現不同項目的排放量與機會成本,橫軸為溫室氣體排放減量(基準情境碳排放量–發展情境碳排放量),縱軸為減排成本投入(發展情境成本投入–基準情境成本投入),所有的溫室氣體皆折算為CO2當量。該圖以2015年為基準, 20年全球暖化潛力值計算 (20-year GWP values) (根據IPCC出版的Climate Change 2014 Synthesis Report)。當減排成本為負值時,則表示該減量措施具成本有效性,此圖根據成本有效性,越右邊的區塊越具成本有效性。以下以溫室氣體排放減量程度排序,在圖二中以中文一至十排列,簡述如下:
一、零排放農機設備
利用零排放能源(例如電池電源)取代以石化燃料與內燃機為基礎的農機設備,目前市場上已完成概念驗證與原型機,但尚未正式商業化。農機設備周轉緩慢亦是當前阻礙之一。但預計到 2050 年,隨著投資增加、製造成本下降、以及相關法規修訂,將會加速零排放農機設備的採用。
二、以 GHG 為重點的基因改良和育種
估計至2050 年針對反芻動物腸道發酵的基因改良和育種計畫能使總體排放量降低5%以上,如每頭乳牛的甲烷排放量可從53公斤降低至約42公斤。目前的障礙是缺乏市場付費機制、尚未建立甲烷減排信用制度、遺傳學計畫不成熟、以及缺乏品種特異性。由於當前基因編輯技術越來越成熟,能有效降低基因改良研究之門檻並加速創新。
三、改善水稻施肥方法
例如使用含硫酸鹽的肥料(硫酸銨)與改良劑(石膏)等,競爭掉土壤中生產甲烷的細菌,在生產過程中可減少約 40% 的排放量。然而,由於這類肥料與提升產量無直接關係,目前僅占全球種植面積約 1%,若能透過補貼、收取甲烷排放費、或將含硫酸鹽肥料添加到標準肥料中,將可提升使用率。
四、動物健康的監測與疾病預防
以更少、更健康的動物滿足世界蛋白質需求,且健康的動物降低腸內發酵的甲烷釋放量與管理成本。若要擴大實施,可增加對如非洲豬瘟等新興疾病的疫苗供應;對於東南亞等資源不足的地區,可朝擴大分銷、諮詢、獸醫網絡與促進公共衛生等方面進行。
五、改良動物飼料組合
高脂含量的飼料有助於效抑制牲畜腸內發酵時產生的甲烷,研究顯示飼料中每增加乾重1%的脂肪,可減少約4%的甲烷。一般可添加種子(例如油菜籽或亞麻子)、植物油(向日葵,油菜籽,棕櫚,椰子)或特殊產品(脂肪補充劑)等。由於改良動物飼料與獲利能力尚無相關性,以及飼料受限於各地當地原物料供應的影響,農民較難獨自改變。為此,飼料生產商、分銷商與營養諮詢網絡所提供的產品創新、行銷策略與技術支持將成為擴大採用的關鍵。
六、改良動物飼料添加劑
尚未商業化的新型飼料添加劑預計可降低排放達 30%,例如添加丙酸酯前體(Propionate Precursors) 可抑制瘤胃中甲烷的產生,並具廣泛的適用性。隨著全球畜牧業朝密閉式餵食轉變,將增加動物飼料添加劑的使用,擴大其減排潛力。
七、稻田水資源管理
目前全球最廣泛使用的水田灌溉法是連續驅水系統(Continuous Flooding Systems),若改為乾濕交替(Alternative Wetting and Drying)、單季排水(Single Season Drainage)等方法可大幅降低水田系統的甲烷排放。雖然這些替代方法會增加一氧化二氮的排放,但相比於其減少的GHG含量,仍是瑕不掩瑜。
限制因素包括現有的灌溉付款和融資計畫與用水量無直接關聯、區域降雨模式不同(過多的降雨影響乾濕交替循環)和不同田間特性須制訂因地制宜的方案。未來,水資源缺乏與政策改為使用者付費機制的趨勢下,將不斷擴大稻田水資源管理的改變。目前,中國與東南亞已有多達 40% 的農民已採用乾濕交替的水資源管理。
八、動畜牧糞尿資源化,擴大厭氧發酵系統使用
通過厭氧發酵系統(Anaerobic Digesters)蒐集和使用甲烷可以顯著減少畜牧糞尿系統的溫室氣體排放。目前厭氧發酵系統主要用於控制氣味和病原體,但未來具有產生天然氣和電力的潛力。
資本密集型的發酵池類型包括完全混合式、活塞流動式以及覆蓋式潟湖發酵池,主要用於歐洲與北美的大型集約養殖場。而小型發酵池雖減排潛力較低(約50%,而資本密集型系統則為85%),但因成本便宜,適合低收入地區與中型家庭農場。
九、提升消化率的飼料穀物加工法
透過減少穀物粒徑、增加微生物接觸飼料基質、減少能量消耗與增加整體進食量等方法,提高大型反芻動物澱粉消化率,進而減少 GHG 排放。然而,資金與原料供應等因素將限制中低收入地區的減排潛力,因此投入物提供者、貸款與公共融資計畫可在消除前述阻礙方面發揮重要的作用。
十、旱直播 (dry direct seeding) 稻米栽培
主流水稻種植系統會先獨立培育水稻幼苗,再將幼苗移植到淹水的稻田中。反之,旱直播法將種子直接播種到乾稻田。旱直播法將稻田淹水的時間減少一個月,從而限制產生甲烷的微生物活動,使每公頃減少約45%的排放量。此外,由於減少移植和灌溉管理所需的勞動力,可以大幅節省成本,若搭配上其他增量技術,例如使土地平整、最佳水稻品種、精確的水管理和除草劑等將可使影響力擴大。
應對氣候變遷的同時養活世界絕非易事,而且不會主動發生,從消費者、農民、供應鏈、投資者和監管機構之間必須合作產生共識,以推動整體農業生產方式的改變,朝著低於1.5°C的目標共同努力。