2022年秋天，一座地處中國西南的小山村展開了一場特別的有獎競賽。 這裡正在探索一種與氣候變遷息息相關的水稻種植模式，而有獎競賽正與此相關——這種可以減少稻田甲烷排放的新模式和傳統模式的產量分別是多少。
村民們把自己的答案寫在白色的紙片上，投進了兩個分別標有「新型」和「常規」的紅色盒子裡。 投票結束後，現場測量的結果很快出爐：新模式產量增加了大約20%。
發生在小山村裡的這一幕是中國民間探索稻田甲烷減排的一個縮影，呼應著中美兩國2021年在《聯合國氣候變遷框架公約》第26次締約方會議氣候大會（COP26）上發佈的強化氣候行動的聯合宣言。 中國在這份宣言中承諾，將在COP27前制訂一份全面、有力度的甲烷國家行動計劃，並爭取在21世紀20年代取得控制和減少甲烷排放的顯著效果。
截至目前，該計劃的全文尚未公佈，不過在2022年11月埃及夏姆錫克COP27的氣候大會上，中國氣候變遷事務特使解振華表示，中國已經編製完嚴格控制和減少甲烷排放的國家戰略計劃，將從能源與天然氣、農業、垃圾處理三個領域減少和控制甲烷排放。
作為一種增溫潛勢遠高於二氧化碳的溫室氣體，甲烷對於氣候變遷的影響已經不容忽視。 聯合國政府間氣候變遷專門委員會的數據顯示，在20年的時間尺度內，甲烷的全球增溫潛勢是二氧化碳的86倍。 國際能源署指出，甲烷貢獻了工業革命後全球升溫的30%。
不過由於甲烷在大氣中留存時間大約為10年，因此削減甲烷排放可以快速減少其對全球變暖的貢獻，為人類遏制全球氣溫升至災難水準贏得已經所剩無幾的時間。
中國是全球最大的甲烷排放國，約佔全球甲烷排放的14.3%。 而與其他主要工業國的情況有所不同的是，大面積的淹水稻田是中國不可忽視的甲烷排放來源，其佔中國甲烷排放量的比例達16%。 如何減少稻田甲烷排放，也因此成為了中國減控甲烷的焦點之一。
過去一年裡，中國政府部門推出了政策指引，新的耕作方式以及應用物聯網、雲端計算等新興技術的農田管理，也在中國多地的稻田裡展開試驗；而改革開放後，中國城市經濟的飛速發展，對傳統小農經濟的衝擊也在持續且深刻地改變著中國水稻種植的版圖和模式。
在政策規劃、民間實踐和市場經濟的推動下，甲烷減排正在中國數千萬畝的稻田中悄然發生。
稻田何以成為甲烷排放大戶
作為地球上最為古老的生物之一，甲烷菌廣泛分佈於自然界的各種厭氧環境中，比如湖底的淤泥、動物的腸道以及淹水的稻田。
當人類馴化了水稻這種原本可以生長在旱地裡的植物，並且發現可以利用淹水種植的方式排除掉水稻生長期間大部分的雜草競爭後，這種種植模式數千年來基本沒有太大的變化。
淹水將空氣和土壤隔絕開來，創造了一個完美的厭氧環境，同時水稻根系分泌的有機物，也為甲烷菌提供了豐富的營養來源，於是這種適應了沒有氧氣遠古地球環境的古老微生物，以不同於絕大部分地球生物的能量利用方式，從有機物獲取能量的同時，將其還原為甲烷。
中國是地球上最早種植水稻的國家，同時也是水稻產量最大的國家。 國家統計局的數據顯示，2021年中國稻穀種植面積大約3000萬公頃，總產量達2.1億噸。 而根據2018年發表在《中國生態農業學報》上的一篇論文的數據，65%的中國人以水稻為主食，中國的水稻種植面積約佔全球水稻總種植面積的20%，產量約佔全球水稻產量的29%。
規模龐大的稻田產生的甲烷，因此構成了中國農業甲烷排放最主要的來源之一。 根據中國政府2018年發佈的《中華人民共和國氣候變化第二次兩年更新報告》，2014年中國共排放甲烷5529.2萬噸，來自農業活動的排放達到2224.5萬噸甲烷，其中水稻種植排放的甲烷為891.1萬噸，占農業活動排放的40.1%。 不僅如此，有研究指出中國的稻田甲烷排放約佔全球稻田甲烷排放量的29.2%。
稻田減排：控水是關鍵
2022年6月30日，農業農村部和國家發展改革委聯合發佈了《農業農村減排固碳實施方案》。 在這份方案中，稻田甲烷減排行動被列為十個重大行動之首，提出要「因地制宜推廣稻田節水灌溉技術，提高水資源利用效率，減少甲烷生成」。
解決稻田甲烷排放問題，目前最為成熟的方法就是改變傳統的淹水耕作模式。 由於甲烷菌只能存活在持續穩定的厭氧環境中，因此讓稻田土壤定期排乾並暴露於空氣，將顯著減少甲烷排放。
水稻集約化系統（The System of Rice Intensification， SRI）種植模式就是利用這一原理，在減少稻田耗水的同時，通過淺灌、間歇性灌溉等方法，為稻田土壤創造通氣條件，從而抑制甲烷菌活動，降低甲烷排放。 有研究表明，該方法可以減少22～64%的稻田甲烷排放。
目前，SRI耕作法已經廣泛應用於亞洲、非洲和拉丁美洲，在保護環境的同時，還提升了水稻產量，增加了農民的收入。
不過，對於一支正在中國西南地區推廣稻田甲烷減排種植方法的團隊來說，SRI並不適用於當地農村的實際情況。「我們之所以沒有推這個方法，是因為發現什麼時候淹水，什麼時候不淹水，對農戶來講特別的困惑。 我們現在專案在西南山地做，是因為他們還有全年淹水的水田（冬水田），這是當地農民長久以來的農事操作。 所以雖然冬天田裡啥也不種，但是排放依然在。」該團隊的成員在接受中外對話採訪時說，由於西南農村各家各戶的農田往往連在一起，收水放水對農民來說是一件挺複雜的事情，因為會影響到別人。
為了適應當地已經實踐了千百年的水稻種植習慣，該團隊選擇了另一種由中國科學家摸索出來的方法——起壟種植。
所謂的「壟」，是用犁在平整好的田地裡開挖之後形成的長條形土堆，而起壟種植就是將作物種植在壟上的一種耕作方式。 起壟之後，壟和壟之間較為低窪的部分被稱為壟溝，在壟溝裡進行灌溉，也即溝灌（furrow flooding）。
「溝灌有幾個顯著的好處，首先是它的甲烷減排量更大，因為幾乎80%的土面都暴露在空氣中，而且淹水的地方不長水稻，中科院南京土壤所做的測算是能達到60~80%的甲烷減排。 其次，這是一種更容易的水位管理方式，因為溝灌可以常年保持溝裡面有水，不用做太多的水位管理，對當地農民來說省去了很多麻煩。」上述團隊成員解釋說。
除了該團隊正在實踐推廣的起壟種植法外，在中國東部的浙江省嘉善縣西塘鎮，中國水稻研究所和阿里雲構建的智慧種植系統正被應用於當地的一個400畝低碳智慧農田示範專案。
據《每日經濟新聞》報導，該方案基於中國水稻研究所提出的水稻生長模型，利用阿里雲的雲端計算、物聯網等數字技術，可以聯動精準灌排、無人農機等農機設施以及水、氣、土在線自動檢測體系，實現更加精準的田間管理。 例如，示範農田的田埂間安裝了專門的水位感應儀，可以即時感應水位高低，聯動灌排系統自動灌水或排水。
根據中國水稻研究所的測算，採用了新技術的智慧農田灌溉用水減少了30～50%，甲烷排放較傳統模式減少了30%以上。
在農村推廣的挑戰
改革開放之後，中國經歷了近40年的經濟高速增長期。 快速的城市化和工業化創造了大量的就業機會，吸納了數以億計的農村勞動力進城工作。 在人口稠密的南方地區，由於人均耕地面積太小，種水稻的經濟回報遠遠低於打工的回報，願意留在農村種糧的人正變得越來越少。
而這也給正在西南地區推廣起壟種植的團隊帶來了新的困擾：「現在去村子裡跟村民聊種水稻的技術，根本沒有人願意理你。 我們面臨的最大一個問題是，村民對我們想要去推廣新方法的抵觸，本質上是對於種水稻的抵觸。」
不能只和村民談怎麼種水稻，提高農田的整體經濟回報才是關鍵。
儘管前文所述的試驗結果證明起壟種植不僅能夠減少甲烷排放，還能增加糧食產量，但是微薄的產值變化並不足以激勵農民從工廠回歸農田並改變舊有的種植模式。
「參與這個計畫後，我才發現最大的問題是農村沒有人了，以及大家都不種米了。」 一位不願具名的團隊成員說，「種水稻是特別辛苦的事，水稻種出來後也賣不上什麼錢，一畝地1年2季賺600塊錢，我為什麼不打工要幹這個？ 雖然我們的種法更加地穩產甚至能夠一定程度地增產，但是對農民來說，從賺600塊錢變成賺800塊錢的意義是什麼？ 像湖南某些地方的雙季稻補貼已經達到了一畝地600塊錢，等於把產值翻了一番，都沒有人願意幹，廣東那麼近，誰不去打工呢？」
該團隊意識到，想要在南方農村推廣稻田甲烷減排種植方法，不能只和村民談怎麼種水稻，提高農田的整體經濟回報才是關鍵。 他們的想法是探索更具經濟效益的後茬作物。
「我們現在看種完水稻之後，透過後茬作物在一定程度上解決土壤固氮的問題，同時透過免耕覆蓋的方法增加土壤有機質，從而提高土壤肥力，這樣可以在第二年削減需要的氮肥量，在增收的同時減少未來的農資投入。 我們正在試驗幾種不同的後茬方案，包括免耕覆蓋種蠶豆，然後看哪一種會有比較好的經濟效益。」上述團隊成員說。
規模化可能帶來的減排潛力
與南方水稻種植日益萎縮的狀況形成對比的是，人均耕地面積更廣、農業機械化程度更高的東北，尤其是擁有大片肥沃黑土地的黑龍江，正在成為中國水稻種植新的中心。 國家統計局的數據顯示，2021年黑龍江的稻穀產量為全國最高，達到2914萬噸，比排名第二的湖南高出230萬噸。
中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所的劉國珍和李正國等人，曾在《近30年中國水稻種植區域與產量時空變化分析》中寫道，自上世紀80年代初以來，東南沿海的廣東、福建和浙江等地區的水稻種植面積出現縮減態勢，而增加主要出現在東北地區的吉林和黑龍江等省，結果就是，中國水稻種植重心向東北方向遷移了約230公里， 產量重心向東北遷移了約320公里。
根據國家統計局的數據，2015年到2021年，湖南省的水稻產量從2757萬噸下降到了2683萬噸。 同期，黑龍江的水稻產量則從2721萬噸增加到了2914萬噸。
伴隨著水稻種植重心的北移，水稻種植方式也在發生變化。 據《新華網》報導，黑龍江從2004年開始研究水稻節水控制灌溉技術（即「旱種」），與常規灌溉相比，可節水30%-40%，增產5%-10%。 2012年，水稻旱種面積達到407萬畝。 到了2018年，旱種面積達到3000萬畝，超過全省水稻灌溉面積的一半，8年時間翻了7倍有餘。
旱種之所以能在黑龍江大面積鋪開，除了政府大力推廣之外，另一個值得關注的因素就是其能顯著降低種植成本。 黑龍江虎林市一名有著400畝稻田的農戶曾在接受《中新網》採訪時稱，相比於插秧種植每畝地大約500多元的成本，採用旱地直播的方式更加省工、省時、省力，而且節水增效，每畝地的成本只有300多元。
當旱種在黑龍江被快速推廣的同時，甲烷減排也隨之悄然發生。 有研究顯示，正在黑龍江推廣的水稻旱種技術能使甲烷減排30%以上。
值得注意的是，儘管水稻種植重心正在向東北移動，南方以水田為主的省份目前仍然是中國水稻最為主要的產地。 根據國家統計局的數據，2021年排名前十的水稻產區中，除了黑龍江和吉林兩個省份位於東北，其他都是南方省份。 這8個南方省份的水稻產量合計13831萬噸，約佔去年全國水稻總產量的65%。
而且由於每個省都有保障耕地面積和糧食產量的任務，水稻重心完全北移在接下來這個對減緩氣候變遷至關重要的十年裡，大概不會發生，在南方的水稻主產區推廣低碳稻作技術，依然有很大的空間和潛力。
因此，在中國常住人口城鎮化率已經達到65%的背景下，結合黑龍江的旱種推廣經驗，一個值得思考的問題是，是否應當通過促進土地流轉實現水稻種植的規模化，提升種糧的經濟回報，從而更好地帶動低碳稻作技術的推廣。
倘若土地流轉更加暢通，即使旱種每畝土地只能增加200塊的收入，在達到一定規模之後（比如像黑龍江虎林的農戶一樣擁有400畝稻田），仍然能夠產生可觀的經濟效益（每年種一季的經濟回報增加8萬元，如果再加上政府補貼就更可觀了），農民從工廠迴流土地且主動採用新的種植模式的意願可能也會更強。
一個與之類似的例子是控制化肥的過度使用。 一項由中國農業大學、浙江大學和弗吉尼亞大學合作完成的有關減少中國農田化肥施用量的研究顯示，增加農田規模可以顯著減少單位面積農田的化肥施用量。
研究人員指出，小農經營（平均面積小於0.5公頃）往往意味著低機械水準和高體力投入，這阻礙了基於科學知識的精準施肥技術的使用和管理；而且由於小農主可以通過在城市打工賺取收入，對於農田的經濟依賴比大農場（平均面積大於30公頃）的職業農民更低，因此大農場對於化肥價格的波動以及減少化肥的使用更為敏感。 由於中國有98%的農田都屬於小農田，研究人員建議政策制定者更多地關注土地流轉制度的建設，而不只是提高施肥技術。
「農場規模是一個很重要的因素，因為中國其實還是小農經濟為主，而採用更好的減量技術——無論是對於化肥還是甲烷——都是有成本的，所以小農使用新技術的動力沒有那麼強。 如果把農場面積擴大，就能夠形成規模效應，降低使用新技術的成本，而通過土地流轉和土地託管制度，更容易形成規模效應。」長期研究中國氣候變遷問題的綠色創新發展中心（iGDP）專案總監陳美安說。
※ 本文轉載自中外對話〈稻田甲烷減排：中國水稻種植正在發生的變化〉
