COP26》大規模農業讓地球付出沉重代價,新穀物「中間偃麥草」有望減緩全球暖化

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全球暖化造成的影響持續衝擊世界各國,許多專家正竭盡全力希望能減緩暖化速度。約20年前,美國科學家就開始實驗種植野生穀物「中間偃麥草」,這種多年生穀物潛力巨大,不僅能保護土壤,減少對肥料的需求,還能減少碳排放,《華盛頓郵報》寫道,支持者認為多年生的「中間偃麥草」可能成為地球氣候危機的其中一個解決辦法。

一般經濟作物的缺點

上一個冰河時代結束時,人們發現在中東、中國、墨西哥的肥沃河谷種植作物更能容易養活自己,小麥、稻米、玉米這3種一年生植物成為人類飲食及人類文明的基礎。

人們不再需要四處遊蕩尋找食物,他們定居下來,建造城市,好幾代人的精心培育改善了作物口味,提升了產量,而越來越強的肥料讓農地的產量更高,人口也激增了。

大多數經濟作物是一年生植物,只能收穫一次,每年必須重新播種。如果人們要以工業規模種植這些糧食,通常需要耗費大量的水、肥料、能源,這導致農業成為碳及其他污染物的主要來源。

地球已經為這種耕作方式付出代價。科學家說,翻地會危害地球的土壤,讓土壤的保水能力變差,導致養分與其他顆粒流入河中、湖泊、海洋,還會將碳釋放到大氣中,讓全球暖化惡化。

現代農業是碳密集型(carbon intensive),如果將機械與糧食運輸的燃料、牲畜產生的甲烷、生態系統轉變為農田時釋放的碳納入考量,農業約占人類每年暖化排放量的四分之一。

研究表明,目前世界土壤侵蝕的速度比新土壤形成的速度快100倍,估計33%的土壤嚴重退化,其種植作物的能力受到損害。此外,雖然單作栽培(monoculture,大片土地都種植單一作物)的策略帶來更高的產量,但也讓土壤承受更大的壓力,並增加了植物死於病蟲害的風險。

美國堪薩斯州(Kansas)非營利組織「土地研究所」(Land Institute)研究人員說,人類解決這些問題的方法造成了其他問題:肥料可以對抗土壤退化,但它會污染水道,並產生溫室氣體「一氧化二氮」(nitrous oxide),殺蟲劑可能會減少昆蟲的威脅,但會破壞其他重要物種。

培育緣起

40多年前,美國科學家傑克森(Wes Jackson)認為,數千年前,當人類依靠小麥及稻米等作物生存時,就走錯了路。他設想了一種截然不同的耕作方式,並在堪薩斯州成立「土地研究所」來實現夢想。

堪薩斯州是美國重要的小麥生產州,該州每年損失約1.9 億噸肥沃的表層土。氣候變遷導致堪薩斯州的夏天變得更炎熱乾燥,但也讓暴雨更加強烈,而堪薩斯州的農民是很可能因為全球暖化而失去作物的其中一群人。

土地研究所認為人們應該從多年生植物獲取主食,20年前,土地研究所的植物育種家德翰(Lee DeHaan)開始培育及馴化野生穀物「中間偃麥草」(Kernza),這種穀物原先來自歐洲及亞洲的大草原,後來傳入北美洲後成為牛飼料。

中間偃麥草(Jpukabeals@Wikipedia/CC BY-SA 4.0)
中間偃麥草(Jpukabeals@Wikipedia/CC BY-SA 4.0)

中間偃麥草(Jpukabeals@Wikipedia/CC BY-SA 4.0)

中間偃麥草成熟時,德翰與同事選擇1千株最好的植株進一步培植。科學家驚訝的是,初期的收成很成功,新一批植物有更強壯的莖與更大的種子。

德翰說作物馴化通常需要數百年甚至數千年的時間,但全球暖化惡化快速,科學家沒有那麼多時間因此,他借助基因定序、人工智慧、先進的超級電腦等現代科技,當他確定與他尋找的性狀(trait)相關的遺傳標記,就不需要等待植物完全成熟,可直接挑選最好的植物培育。

經過20 年、11次循環,土地研究所馴化了中間偃麥草,其種子比野生原種的種子大了2至3倍,理想情況下,它能提供約等於傳統小麥30%的產量,土地研究所稱這種植物為「Kernza」,這個單字結合了「禾實」(kernel)與「堪薩斯州」(Kansas)。

德翰說中間偃麥草讓他著迷,「我認為這為人類解決糧食問題,為農民解決環境問題及財務安全問題」。土地研究所所長史特羅爾(Rachel Stroer)說:「我們希望創造藉由自然來衡量成功的農業系統來養活人類。」

中間偃麥草的優點

中間偃麥草是多年生植物,可年復一年地提供穀物。它長達3公尺左右的根能深入土壤,防止土壤侵蝕。中間偃麥草還能將碳儲存在土壤中,協助減少溫室氣體,土地研究所的研究表明,中間偃麥草種植的前4年,一英畝的中間偃麥草將從空氣中吸收約6.5噸二氧化碳。

中間偃麥草能長出很長的根(Dehaan@Wikipedia/CC BY 3.0)
中間偃麥草能長出很長的根(Dehaan@Wikipedia/CC BY 3.0)

中間偃麥草能長出很長的根(Dehaan@Wikipedia/CC BY 3.0)

中間偃麥草還能與其他作物一起種植以減少對肥料的需求,藉此減少肥料對水的污染,改善水質。它還能為野生動物提供棲息地,而且在乾旱環境下通常生長良好。

農業是環境惡化的其中一個原因,支持者說中間偃麥草可以模仿自然生態系統的運作方式,將農業變成地球最大危機的解決辦法。

然而,農民與植物育種者仍面臨挑戰。中間偃麥草的產量往往會在栽種2年後減少,這限制了農民持續種植這種作物的時間,但美國明尼蘇達大學(University of Minnesota)農藝與植物遺傳學系教授韋斯(Don Wyse)認為,隨著科學家開發新品種的中間偃麥草,產量下滑的問題將獲得解決。

農民:希望留下更健康的世界給下一代

堪薩斯州農業聯盟「永續穀物」(Sustain-a-Grain)由農夫與買家組成,這個組織致力將土地研究所多年生植物混養願景轉變為市場銷路,這意味著農夫得了解如何混種中間偃麥草與其他植物,創造出多元作物的土地。

《華盛頓郵報》(Washington Post)訪問「永續穀物」聯盟共同創辦人考夫曼(Brandon Kaufman),他是堪薩斯州第四代農民,在自己的農地上做實驗,混種不同農作物,這讓他很難用機器收割,每平方英尺的作物利潤也較低,父親對這項實驗持懷疑態度。

然而,考夫曼說多年生作物的混養有利可圖。他指出,中間偃麥草與紫花苜蓿一起生長,紫花苜蓿具有土壤固氮能力,而牛隻吃苜蓿時,會將排泄物散佈在田地上,並將老去的植物踩在地上,這意味著考夫曼不必購買化學肥料或花時間施肥,而且瓢蟲與鳥類以農作物害蟲為食,從而減少農夫對殺蟲劑的需求。

考夫曼有4個孩子,他希望有一天他們能在這片土地上謀生。如果他種植中間偃麥草的實驗成功,他不僅將為孩子留下更健康的農場,也將為他們留下更健康的世界。

中間偃麥草的滋味

研究人員說中間偃麥草具有甜味及堅果味,可用於烘焙與啤酒等,美國食品公司「通用磨坊」(General Mills)打算不久後在美國連鎖的「全食生鮮超市」(Whole Foods)販售中間偃麥草的穀物產品。

《華盛頓郵報》邀請麵包師史達斯(Jenny Starrs)使用中間偃麥草製作麵包,史達斯說中間偃麥草製作的麵粉具有的麩質蛋白較少,這讓麵包比較難成形,而這種麵粉也有較多的穀皮,但這未必是壞事,因為穀皮富含纖維、蛋白質、其他養分。

中間偃麥草製成的麵粉烤成的麵包

目前,中間偃麥草的相關產品都很昂貴,例如中間偃麥草的麵粉每磅成本超過11美元(約新台幣308元),而普通麵粉每磅的成本不到1美元。

中間偃麥草製作的麵包出爐後,史達斯品嚐後說道:「它的質地就像黑麥,但更有彈性一些,而且它像是有一絲草味或辛辣味,很美味。」

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