寧靜的台灣稻作革命(上)-低投入高產出的強化稻作系統

by 張煜權，2015

為因應世界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，說明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。

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。

全球人口快速增加，預計到2025年，全球糧食將會不足，然而在此之前，將會有很多地區已經因糧食分配不均而挨餓。臺灣自加入WTO之後，面臨農產品開放進口壓力，傳統農業經營型態全面轉型，隨著國人飲食習慣的改變與水稻產量過剩，農村勞力日益減少，小農制度的架構開始受到挑戰，大農代耕及小農的有機農業開始呈兩極化的發展，水稻田的經營管理進入了新的里程碑。其次加上近期全球氣候異常，稻作生產環境日趨惡化，台灣與其他東亞國家一樣面臨氣候變遷與全球化雙重暴露的影響，水田用水管理的方式會影響到區域糧食安全的脆弱性及調適能力。因此臺灣稻作經營如何在降雨兩極化及耕地日益減少的情形下，面對全球稻作市場的未來需求與競爭，將是未來我國水稻經營發展的重點。

與強化水稻用水栽培體系一詞較有相關者為國際上最近常被提起之水稻強化系統(The System of Rice Intensification，SRI)。SRI係由法國人Fr. Henride Laulanie, S. J於1983根據1960年至1983年間於馬達加斯加協助農民改善稻作栽培的經驗所提出的方法，該方法可讓當地稻作產量較慣行農法增加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。

根據設立於美國康乃爾大學SRI國際組織統計45個實施過SRI的地區經驗顯示(http://sri.ciifad.cornell.edu/index.html)，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，印度及衣索比亞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(Sathiyavani, Kumaran and Nallasamy，2012)。

台灣各地區缺水日益頻繁，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。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應比確保單位面積產量更為重要，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。

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。由於田間農民往往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。

臺灣傳統水稻田間管理，在1895年以前由於地廣人稀，水源充足，故採用較粗放的越田連續灌溉，並無任何管理可言。到了二次大戰期間，當時日本大量開發臺灣的森林及水源地，並努力增加稻作與甘蔗生產，使得灌溉水源日益不穩定，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，加上田間灌溉設施不足，是故經常發生農民用水紛爭，影響產量及社會治安甚鉅。當時的農民的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」，將水稻在抽穗前或後之日數，以10天為一個生育階段來區分，在不同生育期中，皆維持5公分的灌溉水深。

然而在水源缺乏地區，水稻栽培期內，往往無法全期進行湛水灌溉，僅能在水稻最需要水分之時期，予以施灌。李金道(1965)乃根據日本農林省研究結果，認為孕穗期前為避免土壤過度還原，應實施乾田排水，至於其他生育期則應視稻作生育狀況而有不同的淹水深。張學錕(1967)提出，灌溉得宜與否，關係稻之生育與收量至大，故將水稻生育期分為插秧期、分蘗期、幼穗形成期、孕穗期、抽穗開花期及成熟期，就各生育期進行不同水深之灌溉方式。汪呈因(1974)提出，在溫帶日本及熱帶印度研究結果，水稻生長期間可分為插秧期、分蘗期、開花期及成熟期，灌溉水量總以淺薄為妥善，即需水期最盛時期，亦不可超過6公分以上。目前ㄧ般農民田間用水管理是以結穗為界，結穗前田面維持約5至8公分的湛水，結穗後則除了5至8公分的湛水外，並增加乾田排水日數。至於在較為缺水地區則於插秧後6天內不淹水，使幼苗壯大，6天後則維持田面淹水狀態避免雜草生長，待分蘗至田面已無法生出雜草時，則採用濕潤灌溉，直至收割前一個星期始放乾田面，可以說台灣目前農民慣行農法(Conventional Practice，CP)所採用的用水管理已符合FAO理論所追求的合理灌溉(Sound Water Management, SWM)。

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)。

茲比較有機SRI原則與台灣慣行農法的差異，如表一。

表一  SRI與CP之比較

項目		SRI	CP	分析
移植株齡		人工插秧，發芽後8至12天移植	機械插秧，發芽後10~21天移植	同為ㄧ心兩葉，惟SRI在溫度較高的地區，秧苗發展較快，因此秧苗移植天數較短。CP機插可減少人力。
每穴株數		1株	2~3株(現有農民5~11株)	SRI有較佳的植株空間，CP每穴種植1~2株並不影響其產量，但為防止死亡，仍以每穴2~3株為宜，可避免單株發育不良的風險。
穴距		植株應有適宜間距，建議在25公分以上	株距17~21公分，行距30公分	SRI根系應有適當空間，避免植株根系競爭土壤養分，CP可以考慮增加株距。
除草		中耕除草	除草劑 機械除草	CP減少人力，除草效果也比SRI好。
肥料		堆肥	有機肥或鴨稻等	CP減少人力，也較SRI安全衛生。
田間用水管裡	抽穗前	乾濕交替之間斷灌溉(AWD) (約2公分)	缺水:間斷灌溉 平時:續灌，地表上維持微量的冠水層(約5~6公分)	CP可抑制雜草生長，減少SRI除草勞力。
	孕穗前週	乾濕交替之間斷灌溉(AWD) (約2公分)	排水	CP需促進根系發展，減少無效分蘗。SRI土壤已有良好的通氣性不需要排水
	孕穗期	續灌，地表上維持較高的冠水層(約5公分)	缺水:間斷灌溉 平時:續灌，地表上維持微量的冠水層(約5~10公分)	主要在維持土壤飽和狀態，考量整地情形，SRI面積小可以較低水深(2~5公分)，CP面積大需較高水深(5~10公分)
	孕穗後		採用間斷灌溉(約5~10公分)	SRI人工收割不需要考慮土壤承載力，CP增加田間土壤承載力以利機械收割

張煜權，2013

首先在移植株齡方面，不論是SRI及CP均主張秧苗發展到ㄧ心兩葉時即必須移植。SRI建議在8至12天時會發展到一心兩葉，而採人工插秧可避免植株根系受損(Thakur et al 2010, Mishra and Salokhe 2011)。至於臺灣的CP則建議在21天時移植保證同時開花及結穗，大於21天開花與結穗期會延後其超齡天數之一半，小於21天時，其開花提早約提早日數之一半，採用機械插秧節省人力。分析其原因主要因為目前SRI之推廣均在溫度較高的地區，秧苗發展較快，因此秧苗移植天數較短，再加上當地勞力成本較低，故可以利用人力插秧避免植株根系受損。至於每穴株數，SRI每穴1株有較佳的植株空間，CP每穴則種植2~3株，CP主要的原因為試驗結果顯示，1至2株並不影響其產量，但為防止死亡，仍以每穴2-3株為宜，可避免單株發育不良的風險。在穴距方面，SRI認為植株應有適宜間距，建議在25公分以上，避免植株根系競爭土壤養分(Lin et al 2009,Zhao et al 2011)，在CP的部分則認為株距17公分及行距30公分時有最佳之機械操作能量與水稻產量。在雜草防治部分，SRI與CP均有進行中耕除草作業， 其中SRI主要為利用豐年車進行除草翻籬，近年來有於日本水田中耕除草機的推廣，也有許多SRI農民開始使用中耕除草機；CP在非有機的部份則慣用農藥，有機的部份除沿用早期中耕除草機外，亦有配合鴨稻系統(duck-rice system)及藻類等覆蓋物除草，不但節省勞力，除草效果也較人力中耕機具為佳。至於在施肥作業方面，臺灣有機肥的製作均已達到量化生產的規模，有機肥的價格也已經降低到農民可以接受的程度，生產過程遠較SRI的農民自行堆肥方式來的衛生安全，成分容易控制且所需勞力較低。在田間用水管部分，SRI在抽穗前採乾濕交替之間斷灌溉，維持土壤通氣性，使根系完全伸長(Zhao et al, 2011; Thakur et al, 2010; Uphoff, 2009)；孕穗期之後採續灌，地表上維持較高的冠水層(水深約5公分)，避免稻株缺水減產(Ceesay et al 2006, Satyanarayana et al 2007,Uphoff and Randriamiharisoa 2002)。至於CP的部分，為防治雜草生長，減少除草作業成本，抽穗前採續灌使地表上維持微量的冠水層(水深約2~5公分)；進入孕穗期前ㄧ週，為促進稻作根系伸長，避免土壤過度還原，減少無效分蘗，因此需要排乾田面，進行曬田；孕穗期採續灌，地表上維持微量的冠水層(水深約5~10公分)；孕穗期後採用間斷灌溉(水深約5~10公分)，逐漸排除田面土壤水分以增加地表承載力，以便於收穫期時農作機械之運行(甘俊二，1968，甘俊二、游輝榮、董世旻，1971)。

然而水田猶如水淺而面積廣的平地水庫，對區域具有消洪減洪的功能。有鑑於此，甘俊二及鄭俊澤(1995)由日本引進深水密植栽培(Deepwater Management Practice，DMP)的概念，次年由鄭俊澤與張煜權(1996)於高雄中壇工作站進行超量灌溉試驗，該試驗期間發現稻作深水栽培除了對稻作生長有幫助外，對增加有效雨量、補助地下水量及與抑制水田地區下游地區洪峰流量亦有相當大的貢獻(Chang et al 2002)。唯目前台灣稻作主要為低地淺水稻作(lowland rice)，對於淹水的忍受程度有限。爲探討水稻受淹水所造成的損害，施嘉昌(1976)曾進行在水稻各生長期浸水的試驗研究，浸水高度為當時植株生長高度之40%、70%及100%等三種。最後在產量比較上三種浸水高度以100%株高時損害最大，40%與70%之間產量相差不大。該試驗過程中，曾提出生育期適當的淹水組合，甚至可以有較高產量的情形，若以株高換算，最大灌溉水深可達40公分。2004年由農委會於雲林水利會灌區試驗深水栽培對6種不同品種的稻作之影響，確立了深水栽培在臺灣的用水管理方式(Chang et al 2007)。該用水管理方式與日本最大的不同是農民在抽穗期前仍無法接受隨生育期調整水深的觀念，故現行深水栽培主要是在稻作進入抽穗期之後，隨稻作株高調整淹水深，最高可到達25公分(農委會，2005)。未來若能於降雨期間結合水稻深水栽培的方式，鼓勵農民將降雨蓄於田間，將可期待發揮水田如平地水庫的功能。

近期台灣因水源的不足(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。

該計畫首先針對台灣北、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。

計畫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。

世界目前已有48個國家有實施SRI的成功經驗，2011年台灣列入第45個SRI國家。相對於綠色革命以化學農藥、肥料、水及基因技術等高投入高產出(high input, more rice)的做法，世界銀行近年來積極推廣稻作革命技術SRI(http://info.worldbank.org/etools/docs/library/245848/)，主要希望希望將作物生產的過程回歸到水、土壤及作物的合理利用，以低投入高產出(Achieving More with Less: A new way of rice cultivation)的觀點與大自然和諧相處，使農民能從事友善環境的耕作方式。為能使世界銀行所推動的稻作革命在台灣生根，國際醫療器材集團繁葵集團(Caremed Supply Inc.)於2013年成立甘泉研究群，由企業家劉清繁先生與劉宗軒先生率領團隊，結合台灣原SRI相關試驗研究人員於原試驗場地繼續SRI之研究，以期發展出適合於台灣環境的Taiwan SRI。期間研究團隊與美國康乃爾大學Uphoff T. Norman教授(SRI主席)及日本東京大學Eiji Yamaji教授(日本SRI主席)成立共同合作關係，並於「2014年水田及水環境國際研討會（PAWEES）」中，將2013年試驗成果由臺、美、日學者共同發表Taiwan SRI準則。同年，財團法人台北市七星農田水利研究發展基金會與社團法人台灣農業工程學會合作成立「都會型農田水利會灌區成立SRI稻米產銷專區之研究」計畫，計畫中將應用甘泉團隊所建立的Taiwan SRI準則於七星農田水利會灌區試作，該構想贏得繁葵集團劉清繁總裁之認同讚賞，願意全數收購採用Taiwan SRI準則且經檢驗合格之稻米。合作同意書業於103年10月23日假經濟部水利署由七星基金會董事長周師文、農業工程學會理事長楊偉甫及繁葵集團總裁劉清繁共同簽署完成。

農工學會楊理事長表示，政策之推動除政府公部門外，結合民間團體及企業界力量已蔚為趨勢，此一合作模式，將有助於帶動其他民間團體及企業仿效跟進。基金會周董事長亦認為此一經營模式，可有效改善目前轄區耕作因代耕求速、大量使用肥料致土壤酸化的現象。繁葵集團劉清繁總裁則指出企業如有能力，應有責任回饋社會，以政府保證價格與農民契作，除可協助農民改善生活外，亦可提供企業員工無毒良質米。

前臺大農工系教授甘俊二則以十三年前擔任七星基金會董事長期間，與日本財團法人河川整備中心簽訂合作備忘錄，成功促進臺、日雙邊水利技術交流至今為例，說明臺灣稻作栽培技術深獲美、日兩國認同，希望藉由Taiwan SRI之示範經驗，未來推廣於已開發國家；此一結合政府、民間團體與企業之經營管理合作模式，達到農民收益提高、消費者安心、政府政策落實及環境保育因應氣候變遷等四贏之綜合效益。