調適百寶箱 / 參考案例

德國-豆科輪作對土壤生物固氮之影響

案例類型:結構和物理性選項

主要課題:土壤退化影響農耕

核心內容:調整栽種方式

案例性質:學術科研

氣候評估:無氣候變遷風險評估

  彙整:劉雨蓁

  點閱:551

說明簡報
關鍵字
輪作糧食作物永續發展

問題與目標

由於歐洲的可耕地主要種植穀類作物,然而連續種植榖類作物導致土壤地力降低,因此需要建立新的耕種方式以維持土壤可永續利用。


採取的改善作為

德國 (Brandenburg) 將種植榖類作物的可耕地與飼料 (forage) 用土地分別與豆科作物進行輪作,並分析比較不同土壤類型下之作物生產行為 (crop production activities, CPA) ,對生物固氮作用 (biological N fixation, BNF) 、環境與經濟等不同指標的影響。


成效

在德國5種土壤類型(壤土-壤質砂土)中,土壤類型2-4佔全國可耕地面積之86%,其中穀類的農場 (arable farms) 主要種植於土壤類型1-3中;而土壤類型4和5的土壤肥力和水分利用率皆低,因此能種植的作物種類較少。除了土壤類型4和5外,所有可耕地的豆科輪作皆是以冬油菜為第一期作物;而與豆科作物輪作的飼料用土地則是以青貯玉米為第一期作物(土壤類型5除外)(表1)。

結果顯示,在土壤類型1和2中,與豆科輪作能有相對高的產量與環境效益,卻會降低毛利率。尤其在土壤類型1中,與豆科輪作會降低32%毛利率與14%的N2O排放;而在土壤類型2-5中,與豆科輪作會降低15%毛利率與18%的N2O排放(圖1)。

由於豆科的生物固氮作用會增加土壤中的氮源,與豆科輪作的栽培制度可以減少額外的氮肥投入;此外,與豆科輪作提高作物對氮素的利用,將所輸入的氮素來源更有效地轉換為產量(圖2),其中以在飼料土地上的豆科輪作有最高的氮素轉換率。

表1 德國不同土壤類型之作物栽培模式分析(來源:參考文獻)

 

圖1 有無豆科作物輪作於不同土壤類型下毛利率與N2O排放之分析(圖片來源:參考文獻)

 

圖2 可耕地與飼料地栽培對氮素投入(礦物肥、有機肥、種子)與氮素產出(收穫)之分析(A: 可耕作穀類;B:飼料作物)(圖片來源:參考文獻)

 

名詞解釋

氣候變遷風險評估:  使用有效的評估工具來了解氣候變遷對各個領域的中長期衝擊,並提出相對應的調適策略與行動,以減低氣候變遷帶來的風險。

案例類型:

   結構和物理性選項- 工程技術或是現有構造物的強化、綜合技術研發

   社會性選項- 社區災害知識的學習與交流、警戒資訊的研發與運用

   制度性選項- 經濟、政策與法律層面的制度建立 


參考文獻

Reckling, M., Hecker, J.M., Bergkvist, G., Watson, C.A., Zaner, P., Schläfke, N., Stoddard, F.L., Eory, V., Topp, C.F.E., Maire, J., & Bachinger, J.  (2016). A cropping system assessment framework—evaluating effects of introducing legumes into crop rotations. European Journal of Agronomy. 76, 186-197.


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