文／吳以健 行政院農業委員會臺中區農業改良場作物改良課助理研究員
陳裕星 行政院農業委員會臺中區農業改良場副研究員兼作物改良課課長
圖片提供／行政院農業委員會臺中區農業改良場
農業是人類產業中，受到氣候影響最大者，氣候左右農業生產的豐歉與品質優劣。然而，由於氣候變遷的影響，栽培環境越來越不穩定，導致農作物時常受到異常氣象傷害，例如高溫、低溫、淹水、乾旱等。依氣候學者預測，未來極端氣象發生的機會將更為頻繁，且臺灣位處亞熱帶，乃許多學者指出氣候變遷高風險的地區。
因此，如何針對日益嚴峻的天災，擬定因應策略，強化作物生產韌性，成為目前農作物生產的重要課題。臺灣農作物種類繁多，其中水稻是臺灣栽培面積最大者，同時也是臺灣最重要的糧食來源，影響國家安全與農民生計，本文將以水稻為主，探討氣候變遷下水稻栽培的衝擊與因應策略。
從颱風、強降雨、寒流 到回不去的增溫趨勢
根據統計資料，臺灣每年平均農業損失高達新臺幣100億元。造成臺灣農業損失的自然災害有許多種類，其中最為顯著者非颱風莫屬，約占總農業損失80%，其他包括豪雨、乾旱、寒流等，亦有明顯影響。臺灣為海島地形，四面環海，加上位處低緯度地區，易受到颱風侵襲，且在全球暖化趨勢下，上升的溫度將使水氣的動能增加，更促進颱風的強度，導致更嚴重的損害。
颱風是臺灣最嚴重的自然災害，主要藉由強風與強降雨造成農業損傷，強風除了直接造成農作物破損、落果、斷折或傾倒，同時也破壞農業設施，例如支架的倒塌或溫網室的損壞。強降雨則引起農田的淹水，農作物浸泡在水中的時間過久，將導致植株窒息壞死，以致腐爛死亡。除了強風與強降雨之外，颱風過境後，背風側常有焚風發生，焚風的高溫與乾燥，亦造成作物的熱逆境與水分逆境，嚴重者更可能導致作物缺水而死亡。
一、溫度逆境
在過去一個世紀以來，由於溫室氣體增加，暖化的趨勢顯著，而夜晚溫度的上升更較白天溫度更為明顯，國際稻米研究中心（IRRI）發現水稻的單株穀粒數目與單位面積產量，皆隨著每日平均溫度與夜晚溫度的上升而下降，預估日均溫每上升1℃，產量將降低7%，而夜溫影響更大，夜溫每上升1℃，產量將降低10%。原因推測為夜晚稻株主要行呼吸作用，以消耗養分取得能量，而高溫促進呼吸作用，導致養分累積量降低，減少產量。而且在高溫下，雖然水稻穀粒充實較早、充實速度也較快，但最終充實重量反而低於較涼爽溫度生長者。
也由於充實速度過快，將造成稻米的品質劣化，例如稻米的不良外觀品質——心腹白就是由於快速充實，使養分供應不及所致。臺灣水稻品種多屬稉稻品種，但由於稉稻品種屬於溫帶品種，因此高溫對產量和品質的衝擊，在稉稻品種更明顯高於源自熱帶地區的秈稻品種。
氣候變遷不只帶來持續性的增溫，同時也可能有更高機會的極端天氣，例如寒流。一般一期稻作插秧時間為1～3月，秧苗的存活溫度約為10～15℃，此時期若遭遇強烈寒流，將導致秧苗受到寒害而損傷，甚至死亡。例如2016年1月臺灣受到霸王級寒流侵襲，平地皆面臨連續10℃以下的嚴重低溫，造成大片秧苗期的水稻死亡，重挫一期稻作生產。
二、水分逆境
水分是作物生長所必需，但水分過量或缺乏，仍會對作物產生傷害。氣候變遷與全球暖化之下，降雨多寡受到極大影響，以2021年來說，5月以前遭逢56年以來最嚴重的旱象，造成超過新臺幣8億元的農業損失，但6月與8月則在無颱風或輕度颱風的天候下，發生極強烈降雨，是農民難以因應的巨大轉變。
降雨時間過久，果樹可能發生落果或裂果的傷害，水稻則有植株倒伏或稻穀穗上發芽的可能。此外，亦間接增加稻熱病與白葉枯病等病害，以及福壽螺危害的風險。若短時間內發生強降雨，除許多作物因淹水而窒息死亡外，相對耐淹的水稻，亦可能因全株滅頂而受損。
另一方面，若長時間未降雨，在水分缺乏之下，作物的光合作用效率低落，養分累積受阻，導致生長緩慢甚至乾枯死亡，若缺水逆境正值作物的水分敏感時期，將帶來更嚴重且不可逆的傷害。例如水稻抽穗期或穀粒充實期的水分供應不足，導致稻穀無法正常授粉，最後形成只有稻殼而沒有米粒的「空包彈」。
因應溫度、水分逆境 應採水旱輪作與間歇灌溉
聯合國跨政府氣候變遷專門委員會（IPCC）最新評估報告指出，在暖化的趨勢下，若未節制目前的溫室氣體排放，本世紀末將增溫4.4℃，對照前述的產量衝擊研究，預測將帶來27.5%的產量減損，且增溫同時將導致旱象發生機會提升至原有的4倍以上，即使可達到2050年溫室氣體淨零排放的目標，仍會有1.5℃的升溫，並倍增原有的旱象風險。
有鑑於未來旱象風險的日益上升，水稻作為臺灣栽培面積最大，同時也是灌溉需水量最顯著的作物，勢必需要加以因應，以降低缺水對栽培的衝擊，並設法節約水資源，以提高農業抗旱韌性。本文研擬的水稻栽培因應策略如下：
一、育種
目前臺灣水稻品種多屬稉稻品種，原產溫帶地區的稉稻品種對高溫的耐受性較低，相較之下，源於熱帶地區的秈稻品種對高溫的抵抗性較高，可將稉稻品種與秈稻品種雜交，將秈稻耐高溫特性融入稉稻品種，在其中選育高溫下仍具優良產量與品質者，以因應暖化趨勢與市場需求。
另外，水稻生育期間湛水時間長，因應水資源的不穩定，若能縮短栽培時間，應可減少灌溉的用水量。現行水稻品種中，越光、台南16號、台農71號等均屬於早熟品種，雖可供節水目標使用，但早熟品種的產量，常較中晚熟品種低，仍應有收益的考量。
另一方面，臺灣早期與國外有部分屬陸稻或旱稻品種，較能適應水分不足的環境，未來可作為育種的親本選擇，以提高現行品種的耐旱性，降低灌溉水的需求。
二、改變栽培期或水旱輪作
面對可能發生的暖化或旱象，傳統水稻栽培為兩期作系統，其中一期稻作栽培期為1～3月至6～7月，栽培後期的穀粒充實期往往面對全年最炎熱的6～7月高溫，建議可提前插秧或延後插秧，使穀粒充實期改至5月或8～9月，以避開高溫尖峰。
另一方面，若以延後插秧方式，慣行一期稻作常遭遇春雨不足導致的水資源短缺，而延後插秧則可充分利用夏季的豐沛降雨，再將原有的兩期稻栽培系統改為水旱輪作系統，一期作進行延後插秧，收穫後接續種植雜糧作物如小麥、大豆等旱田作物，以降低水資源的依賴，更可提高國產雜糧自給率與降低作物病蟲草害的風險。
三、間歇灌溉與智慧灌溉
慣行的水稻栽培多以長時間湛水灌溉，然而，依IRRI的研究成果，以間歇灌溉方式，可在維持產量的前提下，減少灌溉水的使用。經臺灣本地的試驗，田間灌溉至水深5公分後，讓田水自然消退，直到土壤表面無水但呈溼潤狀態，再行灌溉至水深5公分，以此反覆，經計算，每期作採間歇灌溉，可較長時湛水灌溉節省約20～30%的灌溉用水，更可降低灌溉次數，節約人力與時間。
再者， 近年已有智慧灌溉系統問世，可使用手機App直接遠端監看田間水位與操作田間電動水閥或水門，大幅降低灌溉管理的人力，使省水措施更有效率。
氣候變遷的趨勢越來越顯著，除了暖化的高溫環境，更間接造成淹水、乾旱或其他極端氣象頻率的增加，皆直接衝擊農業的生產。臺灣的農業屬於集約型栽培，天災造成的衝擊較大陸型粗放栽培更為顯著，藉由育種、栽培制度、灌溉方式等的改進，將可強化農作物面對異常天候的韌性。
未來，氣候變遷的影響仍在持續，需要氣候學家、農業專家、栽培生產者與其他相關產業，共同合作與努力。
更多文章請見《豐年雜誌》2022年1月號
