淺談歐洲的土壤協議-邁向永續發展的健康土壤

    淺談歐洲的土壤協議-邁向永續發展的健康土壤

    臺歐盟科研專欄

    李易純博士後研究員(自然平台)

    陳欣珏博士後研究員(工程平台)

    2022年3月27日

    壹、前言

    土壤是農業基礎,而健康的土壤是食物系統的基礎,幾乎是所有糧食作物賴以生長的介質。健康土壤生產出健康農作物,而這些農作物再滋養人類和動物,形成養分循環;土壤的健康狀況和糧食的品質與數量是直接相關的,因此,想要收穫健康的食物,便需要先有健康的土壤,也唯有這樣,才可以達成歐盟2050年養活全球100億人的目標。

    聯合國將2014年訂為「家庭農業年」,鼓勵小規模農業生產模式,將家庭和農業的核心價值互相連結;2015年「國際土壤年」,重申健康土壤能為人們帶來健康生活;2016「國際豆類年」,呼籲各國審視各式豆類對農業經濟、土壤環境與人類營養的重要性。從上述三年的目標宗旨,不難發現其目的皆在強調保障傳統糧食作物、維護自然資源及增進均衡飲食,更期望能為生態環境帶來正面效應,進而因應氣候變遷所帶來的危機。土壤在這之中更是扮演關鍵角色,不僅解決農糧問題、調節氣候變遷、維護生態多樣性,更是達成社會環境永續發展的重要根基。

    土壤永續利用是世界長期關注的議題之一,2013年第六十八屆聯合國大會決議聲明中,訂定 12 月 5 日為「國際土壤日」,並宣布 2015年為「國際土壤年」(International Year of Soils),以提高人們對土壤在糧食安全和基本生態系統功能的認識和了解。歐盟於2014年提案訂立土壤指令(Soils Directive),但因成員國支持度不足,該指令最終遭撤回,至此歐盟仍缺乏土壤永續利用的相關準則及規範,各國間丈量及監測土壤環境的方式也沒有統一的標準[1]。歐洲議會在2018年又再提出討論,希望透過土壤保護與土壤永續利用改善糧食安全問題。近年來因為全球暖化造成的氣候變異,自然環境與氣候的保育議題越來越被重視,土壤永續經營管理的概念也漸趨成熟,而歐盟提出的永續糧食政策更是與土壤的永續管理息息相關,因此土壤永續經營管理已成為歐盟各國未來政策制定的方向之一。

    圖一、聯合國宣布2015年為「國際土壤年」

    貳、歐洲的土壤協議

    歐盟在2022年1月19日所舉辦的Mission info days提出了「歐洲的土壤協議(Soil Deal for Europe)」,並承諾投入三億兩千萬歐元在土壤復育與氣候韌性的議題上,該協議包括了八個具體目標;1. 減少土地沙漠化(desertification);2. 保存和增加土壤的「有機碳儲存(organic carbon stocks)」;3. 無淨餘的土壤密封(no net soil sealing);4. 增加城市土壤再利用與減少土壤污染,提升土壤修復能力;5. 防止土壤侵蝕(soil erosion);6. 改善土壤結構,提高土壤生物群和作物的棲地品質;7. 減少歐盟在土壤上的全球足跡(global footprint);8. 提高歐盟會員國的社會「土壤素養(soil literacy)」。為了落實歐洲的土壤協議,必須採取提升土壤健康的諸多行動,以下就著提升土壤的生物多樣性、碳儲存,以及提升人民社會土壤素養三個面向加以闡述。

    圖二、2022年歐盟執委會提出「歐洲土壤協議」

    一、土壤的生物多樣性

    1912年諾貝爾醫學獎的得主卡內爾(Alexis Carrel)曾經說過:「土壤中的礦物質對植物、動物及人體細胞等新陳代謝影響甚大,若是空氣、水、食物與礦物質不協調就會產生疾病」[2];健康的土壤是一個活性且動態的生態系統,富含各種有機體,他們扮演著將死亡、腐敗的物質及礦物質轉換成植物所需的養分。理想的土壤中,固體佔50%,空氣和水分各佔25%。固體中礦物部分佔45%,餘下5%的有機質中,各種活動的生物有機質佔一成;根系有機質佔一成;已經轉化為穩定的高分子的「死的」有機質佔八成左右[3]。而健康的土壤中,除了粉末化的岩石外,最重要的是當中需要含有豐富的有機質,以及幫助植物根部將有機質轉化為植物能吸收的營養元素(礦物質)的有益微生物。土壤有機質(soil organic matter, SOM)是源自於生物分解形成的含碳有機物,可作為作物生長的營養來源。美國耶魯大學森林與環境學院(School of Forestry & Environmental Studies)的研究指出,高土壤有機質含量,對於提升作物產量有著顯著的效益,也可減少人工氮肥的使用;研究中發現,土壤中土壤有機質的比例若在0.1-2%之間,則土壤有機質的多寡變成了作物產量多寡的重要關鍵;但土壤有機質的比例若超過2%,則所能提升的產量便有限;而當土壤有機質含量增加時,土壤能利用的氮肥量便有下降的趨勢。這項結果說明,提升土壤中的有機質,除了增加作物產量外,同時也能減少對氮肥施用的依賴,進而減少對環境造成的負擔[4]。

    圖三、健康的土壤是一個活性且動態的生態系統

    (圖片來源:USDA National Agroforestry Center illustration)

    二、土壤的碳儲存

    土壤密封(soil sealing)與土壤結構也與綠色協議(Green Deal)的最終目標,2050年達到零碳排,有著很大的影響。密西根州立大學在2019年的研究發現,有別於以往學界所認為影響土壤碳儲存能力的關鍵,並非由土壤顆粒聚集的型式(cluster of soil particles)所造成,而是在於土壤顆粒間生成的孔隙大小及結構。研究也發現具有生物多樣性高的作物系統,通常伴隨較複雜的根系及微生物相,並生成較多適合碳儲存的孔隙,意即多種植物組成的作物系統通常也代表著地表下可儲存較多的碳[5]。而土壤密封卻大大的破壞了土壤的健康與碳存量,在天然的土地上鋪了柏油,也就隔絕了地底生物生存所必需的空氣和水,除了扼殺了土壤的生物多樣性以外,也阻斷了碳儲存的管道。歐洲科學院諮詢委員會(European Academies’ Science Advisory Council, EASAC)在2018年9月發表了「歐洲永續土壤的機會(Opportunities for soil sustainability in Europe)」報告,報告中指出,土壤碳含量是大氣的2-3倍,而瀝青封路或建造地上建物等土壤密封的舉動將使土壤永久無法再使用。若土壤密封的速度日漸增加,而歐盟對農作物的需求量不減的情況下,將需要歐盟以外的地區生產農產品,其他地區為滿足歐盟地區的農產品需求,將開墾林地作為農地,形成惡性循環同時導致全球暖化。

    圖四、土壤的壓實度(soil compaction)會影響到土壤的水滲透率與排水率[6]

    三、社會土壤素養

    土壤的保育觀念在近幾年因為永續糧食的議題才慢慢成形,大家慢慢瞭解到,要達到永續糧食的目標,土壤的健康與管理才是根本解決之道;因此歐盟在歐洲土壤協議中提出了「土壤素養」的概念,提高土壤素養意味著提高歐盟公民(包括利益相關者和政策制定者)對土壤之社會作用與價值的認識,而內化最直接的方式則是將土壤健康的知識應該深植於學校中,促進公民對土壤和土地相關問題的參與,並且從業者和利益相關者也可以獲得適當的資訊和培訓,提高技能以實踐永續性的土地管理策略。歐盟在提升社會土壤素養的目標中,規劃在2030年之前成立100間「燈塔農場(lighthouse living lab)」。

    「燈塔農場」一詞源自於「農業知識與創新體系」(agricultural knowledge and innovation system,簡稱AKIS)的概念。在AKIS概念中,農民從過去被動接受知識的角色轉換為主動創造知識。AKIS是一種參與式學習,強調學習者主動參與(engage)學習的過程。AKIS符合建構論的觀點,認為知識並非由認知個體被動地接受而來,而是由其主動建構而成的[7]。因此,燈塔農場作為知識共享的場域,研究人員與農夫的角色不再是傳統的「專業科學家」與「外行農民」,「專業科學家」將研發出來的技術與耕作方法,以技術轉移的方式傳遞給「外行農民」應用於種植當中。在燈塔農場中,「研究人員」(研究農業的人)、「糧食種植者」(從事農業的人),以及「糧食社運者」(提倡改變糧食系統的人)組成認知共同體,互利互惠的創造知識。燈塔農場破除了學校與社區之間的藩籬,將研究從學術象牙塔轉移到農民手中,為兩者之間建立橋樑,縮小「思考」與「實踐」之間的差距(think-do gap)。更重要的是,燈塔模式並非僅將知識停留在研究人員、農民、以及社運者之間,而是三者共同成為知識的傳播者,他們可以將合作工作的成果分享給社區居民、學校,或者自己的家中。簡而言之,燈塔彷彿是一盞燈,協助公民提升他們的土壤素養。

    圖五、燈塔農場:搭建橋樑以縮小「思考-行動差距」[8]

    燈塔農場的地點可以是家裡後院的實驗花園、種植植物的校園,或者大型農場。作為示範農場,燈塔農場所種植的作物並非是為著符合市場需求的單一作物,而是強調農作物與生態環境之間的交互作用。燈塔農場所設計的農業系統改善土壤品質,使生態系統朝向永續性發展。因此,燈塔農場促進土壤健康,使其達到歐洲土壤協議的八大具體目標。印尼的複雜水稻即為燈塔農場的其中一個例子[9]。在這樣的複雜水稻系統(Complex rice systems, CRSs)中,水稻與魚、滿江紅和鴨的養殖相結合,固氮植物滿江紅可為水稻植物提供營養,為動物提供飼料,並為土壤和水面提供遮蓋物以抑制雜草,因而不須使用化學肥料來種植水稻,同時提高水稻產量和農場生產力。

    圖六、印尼的複雜水稻系統 [10]

    瑞士農民和研究員Ernst Gotsch在巴西所建立的「趨合農業」(syntropic agriculture)[11] 亦為燈塔農場的另一個例子。這個農業生態系的目標是將農場轉換成森林生態系。因此,Gotsch種植可以儲存水和加速蒸散作用的植物。他透過加強剪枝來增加土壤的生物量,增加土壤有機碳的儲存。另外,在這個生態系中,全年都必須有綠色植物,包括:雜草與樹木,它們可以幫助保護和培育不太健康的物種,並迅速產生大量有機物來覆蓋和重建土壤。在Gotsch的努力下,這片土地已從貧瘠的退化土壤恢復到可以媲美亞馬遜森林的生物多樣性。誠如Gotsch所說:「我們可以成為資源的創造者,而不是剝削者。」

    圖七、Götsch農場的鳥瞰圖 [12]

    「燈塔擴展模型」是在不同燈塔農場間建立交織網絡,使農民、相關利益者、產業,以及政策制定者得以藉此網絡系統,共享農業生態教材,促進有價值的共享學習。燈塔網絡在國際交流上運用網路互動科技,使研究人員可以透過點擊全息圖上燈塔農場的地圖,參觀不同農場,藉此獲得該農場土壤酸度、景觀考古學、畜牧業排放到河川之磷酸鹽…等資訊。借助全息圖,來自世界各地的參與者可以共同經營一塊土地,創造具有永續性潛力的農場。

    圖八、燈塔農場 — 全息圖 [13]

    燈塔作為學習者參與示範農場實踐的公民空間,得以跨越大學和社區之間的傳統界線,使研究人員與農民之間建立夥伴關係,增強各樣規模的土壤健康、養分循環和生物多樣性。燈塔擴展網絡是個充滿活力的人脈網絡,使農民、美食家和學者可以平等的走在一起,這種參與式的學習過程,有助於促進公民的土壤素養,改善土壤健康,達成土壤協議的具體目標。

    參、結語

    台灣以農立國,農業為台灣的命脈與根本,政府對於農業的發展與轉型一直十分重視,精緻農業、智慧農業、科技農業等研究與應用已經慢慢開花結果;然而對於孕育作物的土壤,卻一直尚未有明確的管理與規範。近年來由於新興國家經濟快速發展,造成全球糧食需求增加,且全球性氣候異常致使地區性的糧食生產呈現不穩,造成糧食大國之出口量銳減。在疫情及極端氣候衝擊之下,各國囤糧風再起,糧食危機的風險日趨升高;根據行政院農委會的統計,台灣的糧食自給率[14]從2018年的34.6%到了2020年下降到31.7%。想要提高農業生產,達到糧食自給自足,除了用科學或工業的方法增加農產量以外,更應該審慎思考如何將土壤與農地妥善規劃與復育,提升土壤的生物多樣性以防止土壤侵蝕或退化。另外,健康土壤亦在因應氣候變遷中扮演重要角色。透過提升土壤的碳儲存,可以有效減緩溫室氣體增加,以實現《歐盟氣候法》2050年碳氣候中和的目標。最後,落實土壤協議的根本之道在於提升人民的社會土壤素養,燈塔農場創造了現實生活中的戶外教室與實驗室,作為一盞燈,照亮邁向健康土壤的道路。

     

    註解:

    [1] https://agritech-foresight.atri.org.tw/article/contents/1589

    [2] https://e-info.org.tw/node/21478

    [3] https://kknews.cc/zh-tw/agriculture/3nv842o.html

    [4] Oldfield, E. E., Bradford, M. A., and Wood, S. A.: Global meta-analysis of the relationship between soil organic matter and crop yields, SOIL, 5, 15–32, https://doi.org/10.5194/soil-5-15-2019, 2019.

    [5] https://www.canr.msu.edu/news/soil-pore-structure-key-to-carbon-storage

    [6] 圖片來源:https://www.forigo.it/en/news/soil-compaction-how-to-avoid-it-how-to-solve-it

    [7] Steffe, L. P., & Gale, J. E. (Eds.). (1995). Constructivism in education. Abingdon, England: Routledge.

    [8] https://www.wur.nl/en/Research-Results/Chair-groups/Plant-Sciences/Farming-Systems-Ecology-Group/Lighthouse-project.htm

    [9] https://www.lighthousefarmnetwork.com/lighthouse-farms/indonesian-farm

    [10] 圖片來源:https://www.wur.nl/en/news-wur/Show/WUR-helps-design-uniquely-productive-complex-rice-system-in-Indonesia.htm

    [11] 巴西趨合農業網址:https://agendagotsch.com/en/

    [12] 文章來源:https://believe.earth/en/ernst-gotsch-the-creator-of-the-real-green-revolution/

    [13] 圖片來源:https://www.wur.nl/en/newsarticle/Royal-couple-visits-WUR-Lighthouse-farm-in-Ireland-via-hologram.htm

    [14] 糧食自給率是指一個國家的糧食供給中自產糧食在消費中的比例。用公式表示為:自給率=(S/D)×100%。其中,S為國內新增產量,D為國內總消費,即國內消費+淨進口。糧食進出口是影響糧食自給率的重要因素,在通常情況下,淨進口數量大,自給率就較低,反之,自給率就較高。原文截自:https://kknews.cc/agriculture/lzrajve.html

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