中國農業的隱形氣候炸彈:甲烷排放 | 環境資訊中心

中國農業的隱形氣候炸彈:甲烷排放

2021年01月27日
文:李悠(第六聲特稿組環境記者)、宋楷文(自由撰稿人)
長期以來,農業一直是一個被忽視的溫室氣體來源。如今,中國升級了氣候承諾,而研究人員正在探索減排方法。

清晨,山東省菏澤市銀香偉業農場的乳牛正在接受擠奶。圖片來源:李悠/第六聲

山東省菏澤市市郊的一座乳牛場,賈鵬每天一早醒來,就會把一套設備運到的牛棚裡。他將這個金屬外殼的機器固定在圍欄外側,然後等待乳牛歸來。

乳牛早上擠完奶後,就會回到這個有著高高的屋頂的牛棚裡。然後,有些會去打瞌睡,有些則會被賈鵬備好的飼料吸引,把頭鑽到裝置裡。當這些乳牛吃草時,這套氣體通量定量設備就會對這些動物打嗝和呼氣釋放出的甲烷量進行測定。

賈鵬所在的研究小組希望解決一個經常被忽視的氣候難題:如何處理食物生產過程中產生的大量溫室氣體。


儘管中國在過去幾十年快速發展,但是農業排放量始終保持穩定,然而相對其他行業占比依舊很高。圖片製作:劉暢、李悠/第六聲

中國是全球最大的農業溫室氣體排放國,2014年(最新官方資料)排放總量達到8.3億噸二氧化碳當量,相當於中國所有汽車、飛機和船隻的碳足跡總和。中國的農業溫室氣體排放中,超過四分之一來自乳牛、山羊和綿羊等草食類反芻動物。

和許多國家一樣,目前為止中國應對氣候變化的行動主要集中在能源和工業領域:比如補貼可再生能源、限制煤炭消耗和控制工業排放。農業排放受到的關注則要少得多。

隨著中國重申其對《巴黎協定》承諾,中國國家主席習近平在去年9月宣佈中國二氧化碳排放將在2030年之前達到峰值,並在2060年之前實現碳中和,農場的溫室氣體排放可能會受到更加嚴格的審視。

從全球來看,在導致人為造成的全球變暖的溫室氣體排放中,農業排放占十分之一。農業也是甲烷、氧化亞氮(一氧化二氮)等二氧化碳之外的其他溫室氣體的最大來源,這兩種氣體捕獲熱量的能力分別比二氧化碳高25倍和300倍。

由於習近平的碳中和承諾據信也涵蓋了這些非二氧化碳氣體,因此搞清如何減少乳牛腸道排氣和其他降低農業碳足跡的辦法必定會得到國家的重視。

山東這家乳牛場的研究人員希望通過改變乳牛的飲食結構來減少腸道氣體排放。五個月的時間裡,他們一直在調整飼料成分,添加膳食補充劑,並優化飼料生產工藝,希望能夠有助於乳牛的消化。

專案負責人、中國農業科學院飼料研究所教授刁其玉表示:「甲烷排放量與飲食中的能量損失有關。提高飼料利用率、改善機體代謝能夠減少甲烷產生。」

找到合適的飼料不僅有助於應對氣候變化,還可以幫助中國的養殖場提高肉奶產量。作為乳牛消化副產品的甲烷是效率低下的一種表現——乳牛的能量攝取中估計有多達12%以溫室氣體排泄的形式損失掉。

「甲烷本身就是一種能源浪費,還會污染大氣」,刁其玉說。

正是因為看到了農場能效提升的前景,銀香偉業集團副總裁田忠紅決定與刁其玉合作。他說:「我對氣候變化、冰蓋融化或海平面上升沒有太大的感覺。但我相信廢物也有其價值。排放到空氣中的甲烷可能會有一些用處,這就是為什麼我對他們的研究感興趣。」

研究人員之所以將重點放在乳牛場,是因為這個行業比中國其他畜牧行業標準化程度更高。參與本次研究的董利鋒副教授表示,2007年乳製品行業爆發重大食品安全醜聞之後,中國政府許多法規出爐,使得這個行業更適合發展這項實驗。

董利鋒補充道,肉牛養殖場數量眾多,對氣候的威脅更大。但是,它們的規模一般較小,養殖方式也不夠標準化,因此難以進行測量。整體來看,中國是世界第四大養牛國,乳牛存欄量高達8900萬頭。


董利鋒(左)和賈鵬在監測氣體通量定量設備資料。圖片來源:李悠/第六聲

減少稻田排放

農業的氣候足跡不僅來自動物。中國是全球最大的水稻生產國,2018年產量高達2.09億噸。水稻是在灌有淺水的稻田上種植的。土壤淹水程度越高,微生物分解的有機物就越多,並釋放出甲烷。但是如果水太少,產量就會受到影響。

在上海郊區,上海農業科學院生態環境保護研究所周勝教授帶領的團隊正在研究稻田的排放問題。

2020年11月初第六聲參觀他們的實驗田時,研究人員正在安裝一個透明的立方體,立方體下方的土壤在上個月水稻收割後就已被排乾水分。這個設備收集稻田裡的空氣並將樣品密封在與立方體相連的小袋中,進而對甲烷排放量進行測量。

周勝說:「農田可能發生各種變化,所以需要全年的監測和研究。」研究人員將對空氣樣本進行分析,並為評估農業溫室氣體排放的電腦模型收集資料。


周勝在上海一塊被排乾水分的稻田裡安裝了一套甲烷排放量監測設備。圖片來源:李悠/第六聲

過去十年,周勝研究了幾種控制稻田甲烷排放的方法。他估計,對稻田的灌溉時間和水位進行細緻管理可以減少10%-20%的甲烷排放。此外,他還在研究一種將秸稈(中國農村地區通常將其焚燒或丟棄)轉化為生物炭的技術。這種類似木炭的物質能夠以穩定的形式儲存碳,也可用於改善田地的土壤品質並提高產量。

此外,周勝目前還與上海的另外一個研究團隊合作培育一種很有前景的新的節水抗旱稻。周勝說,這種稻灌溉用水少,因此可減少多達90%的甲烷排放。

目前,這種新的水稻品種正在安徽和江西等華東省份推廣。周勝認為,它可以為全國各地的農場提供一個綠色的解決方案。研究人員目前正在努力提高新水稻品種的品質和單產。

然而,說服農民採用減排技術也是一項挑戰。周勝之所以看好這種新水稻品種,是因為對農民來說,種植這個新品種並不需要投入很多額外的田間管理成本。

周勝說:「農民不可能精確控制水位,而引入自動化系統的成本太高。如果技術太先進,成本和維護就會成為問題。但是如果過於簡單,則可能效果不佳。」


這種新型實驗水稻不需要在灌水稻田中生長,因此產生的甲烷少得多。圖片來源:李悠/第六聲

糧食安全仍然是重中之重

儘管中國科學家正在做出這些努力,但中國政府似乎並沒有將減少農業的氣候影響作為優先事項——它尚未為農業設定排放目標。糧食安全仍然是頭等大事。

中國農業科學院研究員、中國農業溫室氣體排放頂級專家之一的李玉娥說:「最重要的是每個人都能吃飽飯。如果(減排措施)導致糧食減產,那就不會被看做是真正的解決方案。」

專家認識到,要在全國範圍內實施任何一種新的減排技術還有很長的路要走。許多問題仍未解決,包括如何在農村地區推廣新解決方案、如何付諸實施、如何使其具有成本效益以及由誰來支付等等。

南京師範大學土壤學教授蔡祖聰表示:「農業減排的經濟收益是一個主要問題,相關研究很多,但是問題主要還是出在應用環節。到底誰來支付費用?畢竟農民只有在有效益的情況下才會參與。」

另一個問題是,許多農村地區缺少勞動力。農業溫室氣體減排需要精准管理,但許多中國農民在冬天會讓稻田休耕,然後進城打工。結果,農田只能被浸泡在水中並釋放出大量甲烷。

但是,牛津大學馬丁學院和納菲爾德人口衛生系食物系統研究員和詹姆斯·馬丁學者邁克爾·克拉克(Michael Clark)認為,人類無法承受拒絕減排的後果。他說,如果現在不解決氣候變化,未來幾十年「我們將無法種植我們想要的農作物,因為氣候已經不再適合它們生長了。」

去年11月克拉克在《科學》雜誌發表的一篇與他人聯合撰寫的論文中指出,即使其他所有領域的溫室氣體排放量立即歸零,全球農業碳足跡也足以阻礙《巴黎協定》將全球升溫控制在1.5°C以內的目標實現。

他說:「我認為我們亟需立即開始思考如何改變食物系統。就像那個關於種樹的諺語——最好的時候是20年前,次佳的時候是今天。」


銀香偉業乳牛養殖基地的乳牛在擠完奶後回到牛棚。圖片來源:李悠/第六聲

除了呼籲立即採取行動,克拉克與文章合作者還提出了幾種減排策略。他們甚至預測,在最佳情境下,這些策略甚至可以帶來負排放,使農業吸收的二氧化碳高於其當量氣體的排放量。

克拉克說:「我們基本上需要動用所有的現成知識,而且可能還得做更多。」他指出,2005年至2015年在中國進行的大規模田間試驗表明,根據作物種類不同,改進後的耕作方法能夠減少超過五分之一的溫室氣體排放。

中國在遏制氮肥過度使用等問題上已經取得了一些進展。目前,中國的化肥消耗量占全球總量的30%,因為中國農民傾向於大量使用化肥來提高農作物產量。但是肥料流失會影響水質,還會導致土壤微生物排放氧化亞氮,這種氣體占中國農業二氧化碳排放量的34%。

作為巴黎氣候談判的一部分,中國政府確實在2015年提交的國家自主貢獻方案中承諾控制稻田甲烷和農田氧化亞氮排放。儘管在控制甲烷排放方面並無多大進展,但自那年以來,中國的化肥使用量和施用強度都在下降

周勝希望習近平的氣候承諾能為減少農業排放的努力帶來新的動力。他說:「我對未來仍然保持樂觀。」

農業碳交易?

研究人員認為,碳交易(污染企業通過支付其他地方的減排費用來抵消其排放)系統可以成為加快推廣有效農業減排技術的一條途徑。當然,這些技術必須得到官方認可,成為可交易的碳減排額度。

但是,問題在於如何將中國的農場整合到碳交易系統中。工業領域的排放集中且易於追蹤,而農業溫室氣體來源則是分散的、從大片土地散發出來的。稻田的排放尤其如此,因為稻農大多是小型農戶,他們的耕種面積總計近30萬平方公里,約為法國面積的一半。

周勝建議,在碳交易系統可以嘗試讓縣政府而不是單個農戶承擔減排責任。這樣一來,分配減排責任就會容易得多。

目前,中國的排放權交易計畫僅涵蓋電力行業。經過中國碳抵消機制即「國內溫室氣體自願減排專案」認證的農業減排專案能產生信用額度以自願抵消碳排放。


銀香偉業集團飼養的小牛。圖片來源:李悠/第六聲

研究人員還希望中國能為農業減排專案提供更多資金。迄今為止,中國在這一領域的一些專案已經得到了《京都議定書》下的清潔發展機制的支持。該機制允許發達國家通過支持發展中國家的減排專案來抵消自身排放。但是,由於目前的承諾期已於2020年結束,這一計畫的未來還不確定。

董利鋒說:「農業排放是一個被忽視的領域,人們認為工業部門是(溫室氣體的)主要來源,所以農業排放缺乏標準和目標,研究專案很難獲得資金。」

在山東的這家乳牛場裡,賈鵬依舊專注於手頭的工作。五個月的時間裡,他收集了牛圈中150頭乳牛的資料,還有120頭乳牛的資料有待收集。