努力小農》讓光合作用來減碳 古老的炭面對勇敢新世界

努力小農

在新冠肺炎疫情下,很多人都忘了,萬物相生相剋,億萬年的演化形成了共生,人類和細菌、病毒也是共生的,如果以細胞數量來計算,我們的身體有90%的細菌,只有10%是人類,越來越多的科學證據顯示,我們腸胃道的細菌決定我們想吃什麼,甚至我們的思想、行為,從整體角度來看,是微生物主宰了地球。

各種包裝精美的「益生菌」,從養樂多到希臘優格,琳瑯滿目,展示驚人天文數字般的活菌數,透過了精美的廣告、包裝,包圍著我們。

佛教中的大千世界,正可以反映在農地和土壤中。綠色革命60年來,人類毫不猶豫的拿起二次世界大戰發明的坦克車、飛機、大礮、毒氣,以及原子彈等武器,刀劍變犁頭,變成大規模毀滅性武器,殺向大地,把森林改變成良田,再用坦克履帶耕耘機翻地,飛機撒藥施以大量的農藥、化肥,造成土地中的微生物滅絕,或是加速突變,地球生態大規模改變。

植物殘餘的有機質,如果殼、稻殼、枝幹,在無氧環境中經高溫裂解成炭,名為「生物碳」,植物的有機質被裂解氣化,留下炭化的細胞壁、維管束、纖維束和碳物質,構成多孔結構,是相當穩定的碳分子結構,其本身不會被分解成為養分,但提供微生物和有機質作用的空間,宛如催化劑,促進生物化學反應,把動植物在土壤中的殘餘轉化為腐植質。簡言之,生物炭的加入,是給微生物房子,讓它們可以穩定的活動、營養、代謝、繁殖。

微生物生態的好壞,決定了土壤的好壞,這幾乎是定律了。

無機土壤種不出有機農產品

近兩年走訪很多小農,大家暢談有機農業,但是我問他們土壤中的有機質的情況如何?很少能接得上話的,因為我們看不到重要的「伙伴/敵人」-- 細菌,就以為細菌不存在。今天我們必須要重視微生物,把微生物當成和我們共生的伙伴,而不是敵人。

很多人「崇尚」有機耕作,有機的KPI(關鍵績效指標)不應該是那張認證證書,而是土壤中的有機質、腐植質長期增長,才是真的「有機」。

真有機不是靠撒有機肥,而是土壤中的微生物生態,植物吸收的二氧化碳,有40%從根部代謝進入土壤,如果有適當的微生物,就會形成有機質,再轉化成腐植質,如果微生物生態不佳,在台灣半年這些有機質就會流失。

植物吸收二氧化碳,轉變成土壤有機質,不只是「有機耕種」,更是把二氧化碳封存到土壤中,變成有機質的碳封存。 聯合國減碳抵換工具「清潔機制發展CDM」的方法學中,引用大量文獻論證了植物光和作用產生、根部分泌的有機質與動植物的殘餘 ,和土地微生物、蚯蚓等自然作用,是是農業、森林減碳工具,被歸類為自然方法(Nature Based)的土地利用和土地利用變更與林業(Land Use, Land_Use Change and Forestry, LULUCF)的碳封存(carbon sequestration),可以有效的減少空氣中的二氧化碳。

這與一般的工業、綠電減碳,或是人工碳補捉與儲存(carbon capture and storage,CCS)方法不同,它是自然作用,幾乎不需外部的化石能源或燃料供應,減碳效果明確,道德倫理上的風險、爭議也較小。

讓光合作用完成亙古的減碳使命

我們如果在一個花盆中種一棵植物,植物不斷長大,花盆與土加上植物的重量會不斷增加,一般而言,植物光合作用,吸收二氧化碳,轉化成葡萄糖,加上土壤的水、礦物質等,再轉化成氨基酸、蛋白質、油脂等生質,構成植物體,如果植物吸收了100公斤的二氧化碳,30公斤會成為土上的植物體,包括莖、葉、枝幹、果實,30公斤會在土中的根部,還有40公斤則經過代謝,從根系會進入土壤中,這些植物代謝產物就是有機質。

這些植物根部代謝到土壤中的有機質佔了40%,十分重要,如果和土壤中的微生物作用,再加上蚯蚓、昆蟲的健康土壤生態,大部份有機質會變成腐植質,有利於植物營養吸收,讓植物更健康、長得更好。

但是現代的農業使用化肥、農藥,早已使得土壤中的微生物不復存在,這就像我們腸胃道沒有細菌,就無法正常消化、代謝食物,不健康,容易生病。所以我們必須恢復土壤健康完整的生態,才能將土壤中的有機物質轉化為長期的腐植質,否則有機物非常容易被水沖走。

農業金木水土,別少了火

台灣地處熱帶、亞熱帶,就算施有機肥,半年後這些有機質大多流失,無法保存,即使是有機農地也是如此,因為缺乏了土壤健康的生態系統。

在自然界中,除了光合作用、水、空氣、二氧化碳、土壤中的有機質、腐植質、礦物質…等營養成分是必須的外,很多人都忽略了「火」的重要性。在天然的情況下,火山爆發會帶來大量的火山灰,有養分,也有多孔隙的「浮石」,孔隙可以作為細菌的「家」,促進細菌與植物共生。

此外,森林或草原也會有大火,產生草木灰,大火下悶燒的部分,也會產生生物炭,生物炭也是具有多孔隙的特性,有人研究發現1公克生物炭的孔隙可以達到1千平方公尺,約2個半的籃球場的面積,比我們的肺泡總面積100平方公尺還大10倍,我們小腸絨毛總面積大約也是100平方公尺,而肺泡、絨毛確保了我們有效的利用空氣中的氧氣,以及通過腸道的養分。

浮石、生物炭都是自然界增加土壤表面積的法寶,這些含有驚人表面積的孔隙物質,像是微生物的房子、城市,創造出廣袤茂盛的生界的基礎。即使是火山爆發,森林大火之後,草木雖然毀於一旦,但是又會以驚人的速度恢復,林木甚至比原來更茂密。

1988年美國黃石國家公園大火,損害面積達3,231平方公里,約台灣的十分之一,但在5年後,我走訪黃石公園,幾乎看不到大火的痕跡,只能讚歎大自然自我復育的能力。當時國家公園的朋友說明,很多大樹燒掉後,種子和小樹苗有機會接觸到陽光,再加上大火後的土地養分增加,給予新的生命茁壯的機會。

電子顯微鏡放大450倍(CR – 木炭,CS – 椰子殼),170倍(OP – 橘子皮),330倍(PO – 棕櫚果實纖維),1000倍(SB – 甘蔗渣)和200×(WH – 布袋蓮)的放大倍率掃描生物炭樣品。(圖片來源/截取自自然雜誌科學報告

五行相生相剋,木生火、火生土、土生金、金生水、水生木,這是自然生態循環的現象,火是快速的氧化,火的結果是產生鹼性的灰,和熱裂解的生物炭,成就了土壤,土壤中的養分、礦物質(金)和水共濟,就生了木。日本的農業進步,也注重環保,但是令人驚訝的是,至今日本農民仍舊火燒秸秆(稻草、稻殼)。日本政府沒有禁止,雖然會造成空氣污染,而利弊分析後,利大於弊。

火耕一度被當成野蠻不文明的象徵,但是適度的火耕,竟是永續農業的基礎,上一篇「生物炭  古老又創新且富爭議的東西」提到亞馬遜黑土(Terra Preta)的發現,與學術研究,讓生物炭變成了減碳新貴。

關於生物炭的科學研究論文2005年只有1篇,2019年已發表3209篇,美國加州政府在2016年設立生物炭研究委員會,2017年加州食品與農業部要求生物炭產品依規定登記,2020年徵求健康土壤的生物炭管理建議。

看來生物炭這個古老的農法,到今天的科技還是在瞎子摸象,的確,面對全球氣候變遷,人類面對的是下一個勇敢新世界。

我們也越來越清晰看到,植物、光合作用,微生物生態建構的健康土壤,加上生物炭作為介質,順應自然環境的耕作模式,將會是未來不可或缺的減碳工具。