by 張煜權, 2012
摘要
為因應水資源與耕地日益短缺的情形，本文透過稻作強化栽培體系之回顧及其對水資源影響之探討，分析如何在不影響稻作產量與品質的前提下，提升農業水資源使用效率，達成穩定糧食供應與水資源效率化應用的雙重目標。未來在積極面希望確保農民權益，減少休耕對農業生產體的傷害；在消極面則配合農民擴大農地經營規模的趨勢，降低國內農糧生產成本，增加國際市場競爭力；就國土永續的立場，則在減緩農業地區因水源不穩定而超抽地下水所造成地層下陷及鹽鹼地的發生。
ㄧ、前言
自從綠色革命以來，各國專家學者不論在理論上或實際實驗中，均有相當好的成果與成功的案例，雖然在不同階段對世界稻作生產有很大的影響，但就整體生產而言，似乎還有很多國家或地區的稻作生產情況並未獲得全面性的改善，這也就興起世界各國對區域稻作栽培體系強化的重視。目前許多國家的水稻生產面臨水資源缺乏及農耕地減少的問題，如何在這樣惡劣的情形下使每年約545百萬公噸的水稻產量增加到700百萬公噸，以滿足2025年額外增加的65億米食人口需求，將是一大挑戰。
二、台灣的稻作用水管理
台灣稻作栽培以灌溉稻系統(Irrigated Rice Eco System)為主，傳統稻作用水管理在1895年以前由於地廣人稀，水源充足，故採用較粗放的越田灌溉(Plot-to-Plot)，並無任何管理可言。到了二次大戰期間，灌溉水源開始不穩定，雖然連續灌溉仍為主流，但是到了1925年開始在主要河川採用區域分水措施(分水協定)，可謂大輪灌的開始。但在當時由於田間灌溉仍屬農民自行管理，水稻栽培幾乎在全生育期間皆採維持5公分淹水的續灌方式，即所謂的「淹腳目」(徐玉標，1966)。1950年代人口增加，用水糾紛日益頻繁，農復會周禮先生與台大金城教授開始倡導田間的小區輪流灌溉，直至1954年間發生嚴重乾旱，始由政府成立輪灌督導小組，建立了現今各水利會慣用的輪流灌溉制度。該制度維持了大系統之上游系統為輪流灌溉，小系統之末端系統為續灌，亦即”維持大輪灌，取消小輪灌”的管理方式，藉此提高灌溉效率、節約灌溉用水並可節省灌溉成本。台灣稻作技術發展到了1960至1980年代是ㄧ個重要的轉淚點，糧食的增產從擴大耕地面積轉為提升單位面積產量。圖一顯示1961至2004年期間世界主要稻作地區的單位面積平均產量紀錄，世界平均值由1960年代每公頃2.10噸增加到2004年的每公頃3.91噸。其中主要產米國家如臺灣、中國、日本及南韓在1980年代以後單位面積產量已經發揮相當高的潛能。而當時台灣農民所採用的用水管理，即為FAO理論所追求的合理灌溉(Sound Water Management) (Brouwer，1989)，農民根據不同生育期進行適當的淺水、乾田及濕潤等交替應用的複雜管理方式(汪呈因，1974)。1970年代末期，國內稻米生產過剩，改善農村生活取代糧食增產成為農業發展的首要目標，農民透過農業機械化追求更高的利潤及更省工的方式，因此現行稻作栽培管理除了考慮不同生育期需求外，尚加入了農事的操作及調適區域氣候、水文、土壤及社經條件等考量，即所謂的最佳田間管理(Best Management Practice)。台灣稻作平均單位面積產量大約是世界平均值的1.5倍，追求單位面積產量的提升也許不是我們目前面對水資源及耕地日益短缺的唯一選擇。本文透過稻作強化栽培體系之回顧其對水資源影響之探討，正是希望揭露出我們未來追求友善環境的糧農生產方式及共同承擔世界追求永續發展的責任。
三、稻作強化栽培體系
據估計全球到了2025年將有15至20萬公頃的灌溉稻會遭遇不同程度的缺水(Tuong and Bouman, 2001)，而缺水最直接的影響就是農民會抽用地下水補充灌溉不足，在沒有合理的管制下很容易造成區域地下水位下降，進而對土地形成長久性的傷害。一般對應缺水最直接的想法就是希望農民採用節水技術(Water Saving Technology)，然而對農民自身而言，節水必須是在預期可取得水源下，有適當的儲存空間且具有將水留到下次使用、做為其他用途或減少灌溉成本等目的，方能誘發節水的動機。所以在區域發生缺水時，農民只在乎自己是否可以得到足夠的水量，水管理者並沒有足夠的誘因要求農民採用節水措施，因而造成節水技術在田間推動的困難。灌溉主要在確保稻作能得到作物正常生長所需之水量，其餘包括田面蒸發量、土壤滲漏量、田埂側滲及溢流量與輸配損水等都是應該設法避免發生的水量。因此除了推動田間節水技術外，增加田間蓄存空間及適當的田間管理均能有效提升水資源應用效率。例如在農地準備階段維護田間水路、翻籬耕作土壤、提升整地精準度及維護田埂等，均有助於減少輸漏水及滲漏損失；在稻作栽種階段則可以利用養田及錯開期距的方式，降低渠道尖峰用水量，並且縮短養田、整田及插秧間隔的時間，避免土壤無謂的蒸發及滲漏量；至於在作物生長階段則需教育農民採用淺水深管理，降低田面水壓所造成的滲漏水損失，利用間斷灌溉減少水暴露在大氣中的機會，避免田面蒸發量。而目前國際盛行的稻作強化系統(System of Rice Intensification, SRI)正是應用了上述原理使SRI不但提升灌溉稻整體的生產力，更促成了日本提出解決飢餓、貧困及水不足等問題的稻作革命(Yamaji等，2011)。 SRI係法國神父Henri de Laulanie在1983年所提出田間稻作栽培的方法，該方法源自於Laulanie神父在1960年至1983年間於馬達加斯加協助農民改善稻作栽培的方法，產量可較當地慣行農法增加50%至100%，而用水量可節省25%到50%。但因當時缺乏理論基礎而被相關研究者詬病。ㄧ直到1993年Laulanie神父根據日本Katayama教授的稻作分蘗與根系研究，才提出SRI的理論基礎(Uphoff，1999)，包括乳苗單株移植以充分利用分蘖優勢；透過乾濕交替用水管理挖掘根系生長潛力及疏植插秧以發揮大穗優勢。同年美國Uphoff 教授在「環境與農業」的一系列調查中，認為SRI是一種友善環境的作法(Environment Friendly)，透過SRI可以找到農業生產與環境保育的平衡點，因此開始積極推廣，並加入有機農業的想法。目前在各國實施的經驗裡，SRI大致可分為Loranie神父在1983提出的基本SRI及Uphoff教授在2009所提出的有機SRI兩種，其中基本SRI原則包括插秧採用發芽後一周左右的乳苗；間隔約25cm；使用1支苗進行插秧；抽穗期之前不湛水，採用間斷灌溉。至於有機SRI原則則為採用小苗插秧(或直播)；插秧時避免傷到秧苗的根；插秧時拉開苗的間距；全生育期不湛水；增加土壤通氣性；增加土壤有機質。對農民而言，採用SRI的好處包括少株稀植減少稻種用量；減少秧苗準備的空間；乳苗移植，可縮短秧田時間；乾濕交替灌溉(Alternative Wet and Dry, AWD)，可以省水省電；乾濕灌溉、中耕等通氣性措施，改善水田生態環境，防止早衰，減輕倒伏和稻熱病；減少化肥，增施有機肥，增肥地力；減少化肥、農藥，提高回歸水品質；提高稻米品質，綠色優質化；增加農友改善稻作技術的動力。由於SRI原則不只可應用在灌溉稻上，農民也嘗試將這些原則應用到其他作物體系，包括陸稻、看天田(Rain-fed Rice)、小麥、甘蔗、高粱、玉米、豆科、茄子、洋蔥、胡蘿蔔、芥菜及番茄等作物，因此又稱為作物強化體系(System of Crop Intensification, SCI)，農民可透過SCI的實施使作物生產環境改善，產量增加。然而由於慣行農法(Conventional practice, CP)往往是農民依據當地氣候、水文及土壤特性所調適出來的作法，因此對農民而言，CP往往較SRI合理及容易接受。McDonald等人就從馬達加斯加等十個國家收集了將近40筆的SRI資料，再與當地慣行農法的結果進行比較，並沒得到SRI在產量上有明顯的優勢。紀錄中包括馬達加斯加實施SRI所增加的產量並沒有超過22%，如果扣除馬達加斯加的紀錄，SRI甚至是減產的，總計在35筆的SRI紀錄中，有24筆SRI的產量記錄比當地慣行農法減少11%以上。McDonald等人並警告在未開發國家以外的地區推廣SRI必須特別注意，SRI事實上並未改變稻作生理上的生產潛能(McDonald et al, 2006)。另外，根據Moser與Barett在未開發國家(如馬達加斯加)對SRI所作的調查，由於實施SRI需耗費相當的人力與耗費推廣作業來改變農民現有作業方式，因此並不建議採用SRI (Moser and Barett, 2003)。以減少田間水量投入的觀點來看，稻作在灌溉技術上可採用的有漫灌、續灌、濕潤灌溉、乾濕交替灌溉、溝灌、滑灌及噴灌等選擇。雖然後者能減少水量的投入，但相對的所需花費的勞力成本也會增加。如前述，農民比較關心的是如何省工及使產量增加，因此這也造成SRI在推動初期往往會遭遇到很多困難，但在實際執行之後，由於SRI可以使植株壯大、穗粒數增加與飽滿結穗，因此有很多農民在嘗試SRI之後，會轉為積極支持SRI的使用，進而使田間的水量可以大量的節省。
四、台灣實施SRI的經驗
田間(On Farm)的節水必須能紓緩區域系統(Off Farm)的用水壓力方能提升水資源的有效利用。就區域系統而言，水量一但進入到灌溉系統就必須在短時間內送達田間以減少輸漏水損失。在水量不足時，水管理者(農田水利會)大多喜歡採用輪流灌溉，藉此集中大流量延長供水期距，對田間而言就形成了間斷的供水，即間斷灌溉，例如滑灌(Flush Irrigation)、乾濕交替灌溉(AWD)、濕潤灌溉(SSC)及間斷淹水(ASNS)等。理論上水稻田土壤水分不得低於田間容水量，而當土壤水分到達1/2有效水份以下時，稻作就會減產。上述間斷灌溉除滑灌是採用後者為灌溉的起點外，其餘的都是採用前者，而後三者最大的差異就是一次的灌溉水深。由於節水並非農民的主要考量，因此一次灌溉水深實際上除考慮土壤性質及作物蒸發散量外，最主要還是會因整地技術、田面坡度及降雨量的條件而有所差異。表一顯示部份灌溉稻系統之灌溉水深，表中大致可歸納出在具有精確整地水準的大農體系(如美國及澳洲)，除非在田間坡度不足會採用較大的灌溉水深來推動漫地流外，一般水深並不需要太高。至於整地水準不高的小農體系中，高水深可提升灌溉的均勻度，尤其位處於季風帶的小農，採用較大水深有利於對應極端的降雨條件。至於低水深則意謂著整地及灌溉作業量的增加，因此除非是在極端缺水條件下利用低水深減少田面蒸發散及滲漏損失外，否則灌溉水深鮮少低於2公分以下，這也就是過去SRI所採用的AWD灌溉方式較少被農民所採用的原因。有鑑於台灣因水源的不足(如地下水位下降及水庫淤積)、水質劣化(如化學污染及鹽化)、灌溉系統功能障礙及其他用水標的競爭所造成的缺水情況越來越頻繁，因此農委會農田水利處於2009年著手推動「強化水稻用水栽培體系可行性評估及其對水資源之影響計畫」(農委會，2011)，希望藉由SRI的推動提升稻作栽培的水資源效益，而農民在執行SRI之後亦能努力改進整地技術，奠定擴大農業經營面積的基礎，並鼓勵農民從事友善環境的耕作方式。該計劃首先針對台灣北、中及南部的水資源條件及慣行農法進行調查；其次考量甘俊二教授於1997年提出水田及水庫的概念(Paddy Field Dam)的概念，分析稻作深水密植的優缺點(Chang et al 2001、Chang et al 2007)；最後透過日本SRI主席Yamaji教授及美國SRI主席Uphoff教授收集SRI的作法，並將CP、深水密植及SRI三者進行田間試驗及推廣比較。計劃結果建議臺灣稻作強化體系應發展出水田蓄水及稻作耐旱兩者並重的用水管理。在實際執行時，考量農田水利會以明渠輸水的方式，農田水利會執行系統(off farm)配水應以大流量及長時間的輪灌供水期距為操作原則，盡量減少輸配水損失，以供應田間農民執行全生育期間斷灌溉為目標。至於輪區以下的田間(on farm)配水，則不論是深水密植或SRI，均應配合農塘的設置或田間管路化進行，包括一期作配合缺水型態執行SRI淺水管理(節省25%以上的田間灌溉用水量，水生產力為CP的3至6倍)，二期作配合雨季執行深水密植高水深管理(可增加16%~28%有效雨量)。上述配水管理之改變，在水利會尚未調整水源灌溉計劃前，執行SRI所節省的田間灌溉用水量及深水密植所增加的有效雨量，均應透過末端尾水回收體系，增加下游灌區之輔助水源水量，藉此穩定農業地區的灌溉水源，減緩地層下陷及鹽鹼地發生的機率，提升區域水資源應用之效率化。唯目前國際間推廣SRI成功的地區，大部分是以機械化程度不高或缺乏田間灌溉設施的小田坵園藝型稻作栽培為主，例如印尼及柬埔寨的坵塊面積為0.025公頃，農民較易於田間實施灌溉水深不及2公分的精密用水管理方式，考量我國目前農地重劃0.25公頃的坵塊面積大小及未來擴大農地經營面積以適應大型農機具的趨勢，一期作推廣國際SRI用水管理必須優先考量如何在大面積經營體系中提升農民整地的水準及克服灌溉均勻度的問題。根據日本SRI研究團隊在台灣考察結果發現，台灣有部分未重劃區域內，農民在長邊200公尺以上(現有重劃坵塊長邊的兩倍)的農地上成功種植水稻，相當值得台灣、日本及韓國在推廣大面積執行國際SRI用水管理之參考。此外，現行保價收購政策主要在有效管理稻米產量並照顧弱勢農民，使農業能永續發展，然而過去農民在缺乏正確的認識下，均以大量的秧苗、肥料、農藥及水量來追求總產量的提高，藉此提高收入。唯這種「高投入，高產出」的生產方式相當耗用自然資源，未來則應透過正確觀念的宣導，使農民接受SRI少苗、少肥、少藥及少水的田間管理習慣，以期建立稻作強化體系追求「低投入，高產出」(Less water, More rice)的目標。
五、結語
近年來各地區缺水日益頻繁，在產業價值的考量下，區域常需犧牲末端灌溉減少灌溉面積以支援各標的用水。然而長期停灌休耕不僅使耕地面積減少及農村勞力外移，同時亦會影響原有水田生態公益功能(ecosystem services)，例如農地長期不湛水，雜草容易孳生，造成鄰近農地及復耕後農民必須要使用更多的除草劑，形成造成環境的殘留(Mortimer and Hill 1999)；而農地呈現乾田狀態亦容易使害蟲滋生，農藥濫用，農村環境品質下降等；此外亦會形成社會的不公平，所謂「風頭水尾，民性強悍」就是這個道理。維持農地耕作與灌溉行為不但有助雜草的防制與土壤鹽分的淋洗，對於下游地區亦有減洪的效果。事實上當缺水發生時，提高每單位水生產力(water productivity)應比確保單位面積產量(land productivity)更為重要，因此從健全農業生產體系、維護農村環境生態、追求社會公平及提升灌溉生產力的角度，採用全面減供灌溉的節水措施應較停灌休耕為宜。就水源效率化應用的觀點，SRI所採用的AWD用水管理與日本深水密植栽培正是符合這樣的想法。未來區域面對缺水時，首先應以確保灌區所有農民的灌溉權益為前提，其次透過田間SRI的推廣使田間有效雨量提升及系統供灌期距拉長，最後再透過末端尾水回收體系保障末端灌區農民用水，藉此提升灌溉稻系統的水生產力，並達成灌溉所追求社會福祉的公平性。
參考文獻
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