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議題背景：

碳匯指的是二氧化碳儲存量大於排放量的地方，也會將這些地方稱為碳儲存庫，例如海洋、森林、濕地等等，土壤更是陸地上最大的碳匯，可以長期的將碳固定在土壤之中。透過土壤固碳、採用低碳農法減少二氧化碳重新排放到空氣中，也是目前政府積極推動農業減碳的重要方向。台灣科技媒體中心邀請專家解釋關於土壤固碳的重要概念：

2022年08月26日

台灣大學農業化學系教授    許正一

Q1. 土壤是怎麼減碳與儲碳？不同的土壤、跟不同的用途對於土壤的減碳及儲碳能力有差別嗎？

土壤儲碳的方式，是將大氣中的二氧化碳，轉為固體儲存在土壤中。土壤中的碳又可分為有機型態的碳與無機型態的碳，有機碳來自生命體，主要來源是枯枝落葉、根的殘留物與分泌物，其次為動物、微生物的殘骸與排洩物等，這些含有碳的殘留物儲存在土壤中就稱為有機碳。無機碳是因大氣中的二氧化碳在土壤中成為碳酸根，再與鈣、鎂、鈉等陽離子沉澱成而為碳酸鹽，主要是碳酸鈣，少量碳酸鎂或碳酸鈉，不過遇水容易淋洗而流失。

有機碳普遍存在各類型的土壤中，但碳酸鈣等無機碳主要集中在降雨量低於蒸發散量的乾燥地區。臺灣地區潮濕多雨，土壤中儲存的碳，絕大數是有機碳，唯有西部近海平原的鹼性土壤，才會有碳酸鈣存在。因此當我們在臺灣就土壤的減碳與儲碳議題來說，應該圍繞在有機碳的型態。 

土壤的有機碳循環，是有機體吸收二氧化碳，所以會減少大氣中的二氧化碳，而有機體死亡或殘骸仍會保留碳，進入土壤就成為有機碳。但有機碳會參與許多生物化學反應，其中微生物會分解有機碳獲取能量，並從中涉取養分，例如氮、磷、鉀與其他微量元素。這是一個微生物的呼吸作用過程，因此這個過程所產生的二氧化碳就會回到大氣中。但換個角度來看，有機碳分解時所釋出的養分可提供植物生長，所以農民施用有機質肥料，可提高作物的產量與品質。

不過，碳的生物化學反應涉及到土壤的許多性質，例如pH值、粒徑分布大小、礦物特性與養分狀態等，這不僅控制了有機碳的分解，也會將有機碳重新聚合成為穩定的巨大分子，例如腐植質，它可以長期保留在土壤中長達百年以上，所以我們可以說土壤具有儲碳的功能。換言之，土壤會排碳，也會減碳與儲碳，而這彼此之間的消長，便與土壤類別與用途有關。

就來源來說，增加植被、擴大根系的發展，或是添加有機物質，都可以增加土壤有機碳，同時，不同的管理措施也會影響碳進出土壤。粘質地或排水不良的土壤，通氣性較差，微生物呼吸作用所產生的二氧化碳較少，因此有機碳含量會較高。保持土壤團粒構造，可使有機碳被包覆而免於被分解。根據以上原則，即可了解浸水的水稻田或其他濕地土壤，能保有較多的有機碳；傳統的耕犛方式因為頻繁的破壞土壤團粒，就會加速有機碳的分解。土壤缺乏植被，不僅有機碳含量低，甚至在降雨發生時，易因逕流或沖蝕而流失了土壤有機碳。

Q2. 有機友善的農業耕作相對於慣行農業，對達成淨零排碳、增加碳匯有幫助嗎？不同農法怎麼影響土壤的儲碳或是排碳？

有機農業因為在操作上不使用農藥與化學肥料，僅以有機肥料為供給土壤與作物養分的來源，所以有機碳會比慣行農業的土壤要高。但是若考慮整個生態體系的淨碳收支，有機農業在某種條件下，碳排量會比慣行農業高[1]，原因是有機農業僅是為了強調不使用農藥與化學肥料。

至於友善耕作，也是基於環境與資源永續的有機農業操作，因此也可增加土壤有機碳。有機與有善農業的唯一差別僅在於，為了保障消費者的權益，前者是需要第三方認證後才能販售的產品。如果目標是為了儲碳，則應採行低碳農法（或稱再生農法，regenerative farming），這是一種有機農業的操作模式，除了原本有機農業注重生態平衡，不施用化學肥料與農藥外，也以減少耕犛、提高生物多樣性、施用堆肥或生物碳與覆蓋表土等措施，在不影響作物產量與品質下，達到提高土壤的健康（soil health）以及碳存量（C stock）。同時持續的減少外部資源（指原本不屬於土壤中的資源，例如肥料、農藥）的投入，最終以維持高的生物多樣性、土壤生產力、改善水的循環及極大化生態系統服務價值（ecosystem service）為目標[2]。因此在考量農業減碳策略時，需要綜合性的考量，一如稻田浸水，可抑至有機碳的分解，但較易生成甲烷，因此若能使用再生農法生產能源作物（例如：水稻、狼尾草），增加土壤固碳能力，並將能源作物轉制為生物炭或其他生質燃料，使農業生產過程的固碳效應大於排放，才能落實淨零碳排的策略。（2022/08/31修正）

參考文獻：

[1] Smith, L. G., et. al. (2019). “The greenhouse gas impacts of converting food production in England and Wales to organic methods.” Nature Communications. 

[2] Guo, L. B. and Gifford, R. M. (2002). “Soil carbon stocks and land use change: a meta analysis.” Global Change Biology 8(4): 345-360.