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2021/11/29 臺灣氣候變遷推估資訊與調適知識平台電子報054期 951 點閱人次
封面故事

氣候變遷下提高農業水資源使用效率之旱田直播理論與實測

 

作者:劉雨蓁  國家災害防救科技中心 專案佐理研究員
徐永衡  國家災害防救科技中心 專案助理研究員
姚銘輝 行政院農委會農業試驗所  研究員

 

水稻為臺灣最主要糧食作物,其產量也是農業生產及糧食安全之重要指標。氣候變遷可能造成溫度的變化與降雨型態改變,進而影響水稻栽培環境,並對水稻產量與品質造成影響。面對氣候變遷下環境的改變以及用水的不足,如何有效提高農業水資源效率並能順應逆境,實為水稻栽培的重大挑戰。

水稻插秧種植為臺灣目前慣行種植方式,插秧前7至9天進行灌水,使田面維持平坦,待田間尚有餘水0.5至1公分左右,土表稍硬時插秧。插秧後7天內保持3至5公分的水位,幼穗形成期和抽穗開花期須保持5至10公分的深水栽培,其他時間皆以3至5公分的水位灌溉為原則[1]。除了慣行插秧栽培外,還可利用直播的方式種植。直播 (direct seeding) 為不經過育苗、插秧的過程,直接將種子播種在田地中的種植方式,大農制度國家的水稻栽培多採用此種方式。過去在臺灣沿海缺水地區,農民就曾使用此種栽培方法,但由於當時雜草防除、鳥害及田間栽培技術未能完全克服,產量低且不穩定,直播方式未能普及。近期因為氣候因素[2]影響,再加上農業用水調配與休耕政策問題,為提高用水效率與探討用水逆境下之水稻栽種方式,各試驗改良場所開始進行水稻直播栽培試驗研究。

臺灣三大用水對象中,農業用水約佔總用水量的70%,其供水來源有70%來自河川水及地表水、17%來自地下水、13.9%由水庫提供。農業用水中,90%用於各種作物灌溉用水,因此總用水量中,約63%是用於農業灌溉用水[3]。在臺灣,目前一期作常受到停灌影響,過去10年雖達到停灌標準次數不多,但每次皆有大面積農地受到影響,其餘年份亦常有限水措施,導致農民在一期作前期常受灌溉水不足影響。而根據IPCC提出代表溫室氣體高度排放的RCP8.5氣候變遷情境模擬結果顯示,未來每年最大連續不降雨日數將會增加約6% [4],推測未來枯水期間水稻一期作灌溉用水衝擊更加嚴重。

為瞭解旱田直播是否可因應氣候變遷衝擊,作為未來缺水風險提高時的解方之一,本研究將探討搭配旱田直播的耕作策略,並以實地試驗探討旱田直播的用水效益,說明如下。

搭配旱田直播之耕種制度

為測試科學研究成果如何落實到能解決實際問題的層面,本研究與諸多利害關係者及專家學者討論後,擇定新竹新豐鄉水稻代耕業者進行深入訪談。當地水稻為主要產業,但主要耕種田區位於灌溉系統末端,一期作秧苗期常因枯水期供水不足而影響灌溉。根據多次討論,條列出目前適合操作之策略,先以「減少前期灌溉用水」為目標。另為配合政府政策轉作及配合調整後隔年度一期作之直播時間,二期作調整改種青割玉米,測試以田區全年度之栽培制度調適,提供因應氣候與環境改變下可操作的不同選項 (圖1)。

 

圖1、栽培制度比較示意圖

與在地利害關係人訪談後,發現過去已曾嘗試改變栽培品種和旱田直播方式,但考量市場偏好、品種適應等因素,仍傾向維持種植的品種。旱田直播方式配合提早播種,可節省育苗期花費的大量短期人力,應可更符合在地實際需求,團隊透過①於田間架設氣象儀器,②蒐集量測土壤、溫度等環境資料,③針對不同指標分析,來評估與量化此方式的實際效益。

旱田直播田間試驗

本研究以插秧水稻作為對照組,於新竹縣新豐鄉各種植1公頃進行產量比較試驗。試驗結果顯示,直播水稻於一期作較插秧水稻減產7.5%,整體與插秧水稻產量差異不大 (表一)。若進一步比較兩種耕種方式,當中較明顯的差異,為直播水稻可減少前期一個月的育苗時間以及前期的栽培管理,此差異對於因應突發氣象事件與政府休耕政策的公告期程,較能擁有更具彈性的決策反應時間。直播水稻可節省前期的勞力支出外,播種後以降雨為主要水源,取代大部分灌水,因此在整田期每公頃約可省下485公噸的用水量。但以收益來看,目前插秧水稻仍高於直播水稻,因此「逐步改善田間栽培管理,進而增加直播水稻產量,提升至收益不變」為首要目標。

表1、田區採用慣行插秧法與旱田直播法之比較

 

單位:公頃

慣行插秧

旱田直播

種植前準備

約1個月育苗作業

3-5天種子前處理

整地次數

3 次

2 次

田間用水管理

續灌,配合各生育時期維持田間固定水位高度

前期至三葉齡期間主要仰賴雨水,後期依照慣行方式

整田期用水量

485 噸

0 噸

產量

7105.5 公斤

6573.5 公斤

生長日數

132天

187天

結論與建議

本研究透過利害關係人訪談,瞭解水稻旱田直播在克服技術上的困境後,並搭配二期作栽種青割玉米之栽培制度,節水效益與耐旱特性可作為因應氣候變遷之調適選項。再透過實地田間試驗,瞭解實際用水效益,可讓理論更接近實際。

透過田間試驗結果發現,一期作採用水稻旱田直播可降低前期用水之依賴,而提早種植則可避開颱風季節和生育期高溫造成水稻品質劣化問題。但未來氣候變遷雨季時間是否會改變或1月的極端寒潮事件是否會增加,皆為此案例較不確定的氣象因素,未來仍需進一步的科學研究。

現行國內主要稉稻品種仍較適應育苗的栽培制度,因此在直播後,萌芽環境的掌握是特別需要注意的。此外,雜草問題管理的最佳化,可參考農業改良場專家所建議之除草劑種類與施用管理時間,才可順利控制雜草問題。雖然目前大部分國家種植水稻方式以直播為主,而臺灣水稻育苗產業整體已發展成一成熟體系,水稻產業種植方式以育苗插秧為主,導致會有固定種植時間等問題,因此後續仍需考慮既有產業所遭遇之可能衝擊。

本研究已與農委會各區農業改良場針對未來氣候變遷下可能實行的水稻調適策略進行討論,希望提供農民作為未來應對不同情境的選項。如臺中區改良場於中部地區進行旱田直播的適用性測試,結果發現除了可減少人力之外,也可減少農業資材使用,節省整體栽培成本 (圖2);而桃園區改良場也後續針對建議品種、栽培方式及水分管理等進行更細節的輔導協助。

本研究為期兩年之水稻旱田直播案例操作過程,相關案例文字紀實與語音記錄,均放置於「氣候變遷整合服務平台」的調適百寶箱,以提供各界與相關研究參考。

 

圖2、臺中區農業改良場召開水稻直播栽培技術觀摩會 (照片來源:本研究拍攝)

 

參考文獻

[1] 吳永培、廖大經、周思儀,2020:優質水稻栽培管理技術,行政院農業委員會農業試驗所技術服務季刊。121,1-3。

[2] 許志聖,2012:水稻直播栽培的探討,台中區農業改良場一0一年專題討論專集。

[3] 中研院永續科學研究計畫,2019:臺灣氣候變遷乾旱風險評估與調適,臺灣乾旱研究:變遷、水資源衝擊、風險認知與溝通(2016-2018)計畫。

[4] 國家災害防救科技中心,2019:臺灣氣候變遷關鍵指標圖集。

延伸閱讀

TCCIP調適百寶箱>調適領域>農業調適示範https://tccip.ncdr.nat.gov.tw/ark_01_af_demo_b.aspx

 

 
知識小櫥窗
Q : 臺灣水稻栽培是否有其他針對水資源因應的灌溉策略呢?

臺灣水稻栽培技術有針對提高有效水的利用,減少無效水的損失,作為水資源因應的灌溉策略。目前已有許多水稻節水栽培技術發表,其中常被提到的方式為國際水稻研究中心 (International Rice Research Institute, IRRI) 所發展的水稻的乾溼交替 (alternate-wetting-drying, AWD) 灌溉方式。

AWD是在水稻插秧兩週之後開始進行管理,在土壤含有足夠供作物基本生長需求的水量下,利用田間水位觀測管判斷田間土壤水位,當土壤含水量低於土壤表面15公分時進行灌水,在水耗盡前將水淹至3至5公分,除抽穗開花期外,重複交替此步驟,利用監測水管內水位高低來決定灌水的時機。

參考資料:

楊純明,2010:因應氣候變遷水資源短缺情境下之水稻田灌溉策略-論通氣式及乾濕交替式水稻栽培策略,作物、環境與生物資訊。7,212-220。

Q : 水稻種植方式

依栽種方式可概分為慣行插秧、旱田直播和水田直播方法。水稻栽培方式比較 (整理自吳等,2019)

栽種方式

慣行插秧

水田直播

旱田直播

種植

將稻種進行種子預處理,育苗至3葉齡後插秧

整地後灌水,在土壤水分飽和而田間無積水時進行直播

整地後直接在乾燥或土壤水分低於田間容水量的土壤進行直播

水分利用

依水稻各時期需求進行3-10公分不等的灌溉水管理

播種完後淹水,等稻冒芽1-2公分,再把水放掉,待3葉齡後恢復慣行管理

播種完後淹水,等稻冒芽1-2公分,再把水放掉,待3葉齡後恢復慣行管理

優點

雜草管理較容易

育苗中心普遍

節省秧苗期成本

節省勞力支出

不須育苗時間

節省秧苗期成本

節省勞力支出

不須育苗時間

種植前期較節約水資源

缺點

秧苗及插秧作業等費用支出

前期勞力需求高

種子萌芽率較差

雜草管理不易

野鳥與病蟲害

種子萌芽率較差

雜草管理不易

野鳥與病蟲害

 

參考資料:吳以健、楊嘉凌,2019:應用鐵粉披衣稻種的水稻湛水直播之研究,臺中區農業改良場研究彙報。第142期,頁77-88。

Q : 水分管理

指改良場可能會針對水稻各生育時期的灌溉時機和灌溉量進行建議。

TCCIP最新消息
「未來氣候大解密:IPCC氣候變遷第六次評估報告-TCCIP專家講座」

為讓關心氣候變遷的國人更深入瞭解IPCC氣候變遷第六次評估報告, TCCIP計畫團隊於今(110)年11月19日於科技部二樓會議室13辦理「未來氣候大解密:IPCC氣候變遷第六次評估報告-TCCIP專家講座」,以深入淺出的方式,為各界呈現第六次評估報告物理與基礎科學報告的完整內容,並導引至臺灣的氣候變遷評析結果與國際趨勢對應,以提供國內產官學研參考。

本次活動實體與線上同步進行,合計參與人數約400人;向隅者可於YouTube回放直播內容。講者的簡報內容已上傳活動網頁,有興趣者亦可自行下載。惟,本次簡報內容係依據8月9日發布之版本,後續將依IPCC第六次評估報告物理與基礎科學報告- AR6 Climate Change 2021: The Physical Science Basis 正式書面報告內容進行調整。

YouTube直播連結、簡報下載,詳活動網頁:https://tccip.ncdr.nat.gov.tw/au_04_one.aspx?aid=20211101173301

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