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97年2月(第188期)

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全球環境與農業面臨之挑戰


國家實驗研究院科技政策研究與資訊中心 莊純琪․高秋芳
台灣大學植物科學研究所 蔡嘉寅

摘要

  本文主要蒐集與整理有關探討本世紀全球環境變遷對農業所造成的影響的資訊,包括環境惡化、天然資源減少、人口增加與糧食短缺等,期望這些各方看法的資訊能引導大家共同思考台灣農業發展的因應對策。環境的惡化主因是溫室效應惡化造成全球暖化,導致海平面上升、作物蟲害與人類傳染性疾病加劇、乾旱與沙漠化等現象,這些問題主要癥結在於二氧化碳排放速度加快,使環境的惡化加劇。今年(2007) G8領袖會議已有初步共識,同意2012年「京都議定書」到期之後,繼續努力使二氧化碳減量,並且到2050年能達到一定的減量成果。另外一個環境惡化主要原因則是污染問題。除了工業污染是大家所熟悉之外,與人類生活息息相關的農業也造成了環境的惡化,尤其以農藥與氮肥為主。目前生物性農藥的開發已可明顯的降低農藥的使用,但仍是未來繼續努力的方向。氮則由於是作物生產的必要元素,無法不使用,因此,未來則有待知識性的管理,以達增產並減少污染的目的。在天然資源的減少方面,目前最為迫切的是石油短缺問題。因此,各國競相加速開發再生能源的動力,其中生質酒精也是重要的一項,但生質酒精主要原料之一來自玉米,恐將加深糧食供應的困境,確實不是一個容易解決的問題。在漁產捕獲量方面,遠洋漁產有減量的趨勢,而台灣具有雄厚養殖的技術與經驗,目前正積極開發口服疫苗,預測未來,將對全球養殖業有重要的貢獻。在人口增加與糧食短缺的問題方面,全球人口預測到2050年將突破90億,以最近15年來糧食產量一直無法突破19億公噸,如人口再增加50%,產量無法提高的話,屆時飢荒人口將大量增加。因此多攝取植物性蛋白質以取代動物性蛋白質,加強生物技術的開發與應用來增加產量,重視基改作物的公眾教育以加速民眾的瞭解並改善排斥的態度等,都是減緩糧食短缺問題可考量的方式。

壹、前言

  本世紀全球面對幾項關鍵問題,包括環境惡化、天然資源減少、人口增加與糧食不足等,其牽涉到的層面相當廣泛,本文蒐集與整理這些問題對農業生產影響的各方看法,期望這些資訊能引導大家共同思考台灣農業發展的因應策略。聯合國「跨政府氣候變化專家小組」(Intergovernmental Panel on Climate Change/United Nations, IPCC/UN)在氣候變遷的報告中提出警告,人類正以地球無法承受的速度消耗自然資源與破壞環境,若再不及時做出重大補救,到本世紀中,地球生態體系將受到重大浩劫。顯然的,由於經濟的發展與人類的活動,大量排放二氧化碳(CO2)等氣體,造成温室效應加劇,導致全球氣溫快速上升,也就是說到本世紀末,可能出現極端的酷熱、乾旱、海平面上升及蟲害與人類傳染性疾病增加等現象(IPCC, 2007)。加以耕地面積減少,水資源匱乏影響作物生產,而且漁產捕獲量亦日漸減少等現象,對農業發展影響甚大。又因人口不斷的增加,造成糧食供需失衡,使得人類生存面臨嚴重威脅。

貳、與農業相關之全球關注議題及因應對策

一、環境的惡化

  (一)溫室效應惡化與全球暖化

  探討全球氣候變遷已成為目前環境研究的一個最重要課題,根據聯合國跨政府氣候變化專家小組全球氣候變化資料的系統分析,1980年代中期以後全球氣候暖化已經是一個毋庸置疑的事實。探究原因,主要是18世紀中期開始的工業革命,它改變了人類的舊有農業生活習慣,帶動了經濟發展,人類的生活品質也因此有了提升,相對不幸的,也因而導致大氣中二氧化碳濃度快速增加,而彰顯大氣溫室效應。雖然二氧化碳濃度增加有助於C3型作物進行光合作用,但如濃度繼續上升,則形成的温室效應造成地球暖化現象,無可避免的將導致海平面上升,蟲害加劇影響作物生產,傳染性疾病(如:腦炎、登革熱、黃熱病等)及乾旱發生率激增等現象,也進而改變生態環境資源的平衡,造成土壤貧瘠,改變了植物、農作物的分布與生長力,導致糧食、水資源、漁獲量等供應不平衡問題。前述的這些現象如未能快速加以改善,在未來可能因此陸續引發國際之間的經濟與各種社會問題。

  地球表面由大氣層所包圍,就像溫室的玻璃,具有防止地面溫度、濕度散失的功能,使地面溫度不會下降太快,地表年平均溫度因此能保持 15℃左右,此現象稱為「溫室效應」。若無溫室效應,來自太陽的熱量會很快由地球表面釋放出去,夜間地球的溫度也將大幅下降至-16℃~-18℃之間,而變成相當的冷。因此,適度的溫室效應可適合地球生物存活,使人類可以適應四季的交替。但過度的溫室效應,則會使地表温度變高,因而影響了地球的生態系統,導致生物與人類面臨適應困難的危機。而探討其主要的原因則是人為污染氣體所造成的,其中以二氧化碳最為嚴重,其次是氯氟碳化物(CFCs),再來依序為甲烷(CH4)、一氧化二氮(N2O)及臭氧(O3),這些污染物主要是燃燒化石燃料(例如:煤、石油)所產生的(環保署,2006)。由於人類大量使用化石燃料,加以人類過度砍伐林木,影響了森林利用二氧化碳的這道防禦功能,使溫室效應日漸嚴重。依據國際能源總署(International Energy Agency, IEA)於世界能源展望(World Energy Outlook, 2004)報告指出,到2030年,傳統化石燃料仍是主要能源。而預估全球二氧化碳排放量於2002到2030年之間,每年將以大約1.7%的速度增加,預計到2030年將達到382億公噸,其間共增加62%(見表1pdf / odt)。由於二氧化碳及其他污染氣體的大量增加,聯合國跨政府氣候變化專家小組的第四次評估報告指出,自1750年以來,大氣中二氧化碳、甲烷和一氧化二氮等溫室氣體濃度的增高,主要是人類活動的結果。目前地球產生溫室效應的氣體比過去一萬年中任何一段時期都高,大氣中二氧化碳的含量比工業革命前高約35%。報告中預測,到2100年大氣中的二氧化碳濃度可能由目前的370ppm增加到700ppm,氣溫將很可能增加2℃~4.5℃(IPCC, 2007)。因此,温度升高導致農業生產的不穩定性增加,主要農作物如水稻、小麥和玉米的產量可能下降,糧食安全將受到嚴重影響。

  1. 海平面上升:在溫室效應氣體急速增加之後,地球上的溫度也開始上升,冰川因融解範圍縮小,根據海水温度和冰川的觀察分析,估計近百年由於海水溫度上升,造成海平面上升量已達約2~6公分。根據衛星影像的遙測資料顯示,格陵蘭的Jakobshavn Isbræ冰川從1990年以每年6.7公里的速度在移動,到2003年已經增加到每年為12.6公里,足足增加了將近一倍之多。 Jakobshavn Isbræ冰川的移動速度從1980年代到1990年代初期都還相當穩定,一直到1992年開始,冰川的移動就加快到每年將近10公里的速度,然後就漸漸加速到今天的情形。就在Jakobshavn Isbræ冰川加速移動的同時,冰川也從1990年代初期之前的增厚轉變為減薄,據估計,融化的冰川每年足以提高全球海平面0.06公釐左右(Joughin, I., W、Abdalati, M、Fahnestock, 2004)。至今,整個格陵蘭冰雪融化已經使全球海平面上升了約2.5公分。全球冰川體積平衡的變化,對地球液態水量變化有著決定性作用。如果南極及其他地區冰川全部融化,地球上絕大部分人類將失去立足之地。因此,温度上升的問題,使得原本在極地的冰山開始融解,同時海水也因為過熱而開始膨脹,在這兩種因素相互影響之下,海平面開始上漲,一些原本高度在海平面附近的海島、河口平原及濱海平原將遭到海水淹沒。根據跨政府氣候變化專家小組2007年報告中也再次警告,此現象如未獲改善,全球變暖後將使得北極的冰川在本世紀末融化消失,阿爾卑斯山冰河融化,屆時整個荷蘭會被淹沒,孟加拉國將消失無踪,全球三分之一居住在海邊的居民將面臨生存的威脅。報告中也指出,若温度繼續上升,到2100年,海平面將上升到1公尺之多(IPCC, 2007)。因此,海平面的上升,也將使得農業耕地淹沒,造成無地可種植與生產作物的困境,加上沿海地區海水鹽量增加,造成土壤受鹽漬,除了損失大量耕地之外,也不利於農作物的生長與收成,對糧食的供給將造成嚴重的衝擊。

     

  2. 作物蟲害與人類傳染性疾病加劇:世界衛生組織(World Health Organization, WHO)指出,氣候的異常變化,因溫度上升導致病媒增加,使得蚊子的生存空間擴大。最主要以蚊子為媒介的傳染病,如瘧疾、登革熱、黃熱病及絲蟲病等,將會急遽增加,相對的受其威脅的人口也會大幅的提高。其中,登革熱已經成為近幾十年在非洲、美洲、地中海東部、東南亞和西太平洋地區100多個國家的地方流行病,其中以東南亞和西太平洋地區受到的影響最為嚴重。據估計,全球每年可能有5,000萬登革熱感染病例發生,如果未來大氣中的二氧化碳濃度增加一倍時,全球將有超過24億人口面臨經由蚊蟲所傳染的各種疾病之威脅。而與農業相關的蟲害問題,也因氣候的變遷,干擾其生態系統的平衡。温度升高導致害蟲繁殖數增加,發生的區域擴大,危害時間延長,因此造成農作物受危害的程度難以預估。以目前而言,如不使用農藥,農作物遭受蟲害的損失估計達30%左右。以印度為例,農作物如不使用農藥的話,光是因蟲害所導致主要作物產量損失,如玉米25%、稻米25%、高粱和小米35%、小麥5%,總收成損失量達4,150萬公噸(Dhaliwal and Arora, 1996)。可見蟲害對作物收成量的影響有多大,對印度這人口眾多的開發中國家,在糧食供需安全上,勢必造成嚴重的衝擊。種種現象顯示,我們不能輕忽環境與生態的每個脈動,因為它與農業的生產安全及永續發展息息相關。

     

  3. 乾旱與沙漠化:近半個世紀以來,氣候異常和人類活動等因素造成的乾 旱情況加劇。主要原因乃是人類過度耕種、濫砍濫伐森林和放牧,使土地變得貧瘠,水土流失,以及植物的蓄水作用喪失,長期的缺乏水源,温度又不斷的上升,造成了土地變成乾地,植物可利用的水變少,導致地下水量減低;又加上土壤受侵蝕引起土地劣化,因而加速了土地的荒漠化。根據聯合國2006年公布的數字,全球暖化導致全球41%的乾旱地區土地不斷荒漠化,全球荒漠面積逐漸擴大中。目前,全球有110多個國家,共10億多人受到荒漠化威脅,其中1.35億人面臨流離失所的危險,全球每年因土地荒漠化造成的經濟損失達420億美元。以中國為例,沙漠化土地加上原有沙漠面積,荒漠化土地總共達262萬平方公里,占國土總面積的27.3%,相當於14個廣東省(趙志林、田翠琴,2005)。因此,中國可說是世界上受沙漠化和乾旱危害與威脅最嚴重的國家之一。最近20年來,美國也幾次遭遇乾旱危機,對美國整體經濟所造成的損失屢創歷史新高,2002年的乾旱損失超越1988年所寫下400億美元的紀錄。乾旱正持續惡化中,使得美國農作物的生產受到嚴重的衝擊,更已衍生出空氣污染加劇及電力成本劇增的問題。乾旱對美國整體經濟造成的損失至今尚難估計。若以地區上所受到經濟與社會面的損失而言,從北達科塔州到德州,以及從密西西比河到落磯山脈這一帶的大平原地區的情況,將遠較其他地區嚴重。據推估,光是南達科塔州的損失就已高達18億美元,相當於該州所有經濟產出的8%(大紀元網,2002)。而美國又是農作物的生產大國,影響所及可見一斑。

  經由上述情況得知,不論是温室效應加劇、海平面上升、作物蟲害與人類疾病或是乾旱問題,首應是二氧化碳過度的排放。聯合國所簽訂「氣候變化綱要公約」(Framework Convention on Climate Change)和制定「京都議定書」(Kyoto Protocol),目的就是要積極有效的來控制二氧化碳排放量的問題。京都議定書的制定將迫使各國重視這個問題,台灣雖非簽署國,但也不能置身度外,身為地球村成員之一,為善盡環境保護責任與追求永續發展,我們應積極回應並推動各項有害氣體排放的減量措施。聯合國在1992年通過的氣候變化綱要公約就是期望全世界共同努力抑制溫室氣體的排放,目標為「將大氣中溫室氣體的濃度,穩定在防止氣候系統受到危險的人為干擾水準上」。1997年氣候變化綱要公約第3次締約國大會中通過的京都議定書,明訂針對六種溫室氣體進行削減,包括二氧化碳、甲烷、一氧化二氮、氫氟碳化物(HFCs)、全氟碳化物(PFCs)及六氟化硫(SF6),其中以氫氟碳化物、全氟碳化物及六氟化硫造成溫室效應的力道最強,但二氧化碳由於含量最多,對全球升溫的影響百分比高達約55%。因此,今年(2007)G8領袖會議達成共識,同意2012年京都議定書到期之後繼續努力使二氧化碳的減量在2050年能達到一定的成果。顯然的,二氧化碳的減量工作勢在必行,並將成為全球運動。除了二氧化碳減量之外,停止雨林的砍伐也是必要的。雨林除了會吸收二氧化碳之外,也同時產生氧氣,所以一方面除了要阻止現有森林的破壞,另一方面亦得有計畫的造林,大量栽種植物,以發揮其淨化大氣的功能。以台灣本身而言,現階段應積極降低能源的使用量及提高能源的使用效率,並研究開發潔淨無污染的能源,如太陽能、地熱、風力、水力及氫燃料等。這些新能源的使用,一方面可避免二氧化碳的產生,又能充分的利用資源。另外,應優先進行高耗能、高污染產業二氧化碳排放的削減工作並進行產業發展的評估,加強產業升級及積極鼓勵業者發展低耗能、低污染的產業。

  (二)環境污染

  隨著工業與經濟持續的發展,人口的增加,人類頻繁的活動等,造成環境與水資源污染日益嚴重。除了工業污染是大家所熟悉之外,與人類生活息息相關的農業也造成了環境的惡化。農作物生產對於環境的污染主要來自農藥及肥料的使用。在農藥方面,為了減輕病蟲害及雜草對於農作物生產的影響,全球農藥的使用量年年增加。近年而言,即使是在對環境的重視下,改善仍然有限,全球的農藥總使用量自1999年的138萬公噸增加至2005年的149萬公噸(見表2 pdf / odt)。台灣由於地處熱帶、亞熱帶,農藥的使用自然是難以避免,雖然大家對環保的重視有助於減輕農藥的使用,但是近10年來每年的用量以有效成分計算,仍然維持在1萬公噸上下,平均國人每人每年分配量超過0.4公斤,嚴重影響人體的健康與環境的圬染。另外,在肥料方面,其對於環境的污染主要是由於氮肥的使用。氮肥不論是尿素(Urea)或硫胺(Ammonium Sulfate),在土壤中由於硝化作用(Nitrification),在短時間內氨態氮(NH4+-N)就會轉化為硝酸態氮(NO-3-N)。而硝酸態氮因負離子不易被土壤中的有機物所吸附,很容易由於雨水的淋洗而污染地下水。部分硝酸態氮在某些情況下又會轉變為亞硝酸鹽(NO2-)或亞硝基胺(Nitrosoamine),這些化合物都被認為具有致癌性。但是由於氮肥是作物生產非常重要的元素,為了糧食的增產,全世界在氮肥的總使用量上,無可避免的也是呈現上揚的趨勢,從1960年約1,000萬公噸到2005年已經提高到約9,000萬公噸(Food and Agriculture Organization, FAO)。而未來人口不斷的增加已經是事實,因此,糧食需求量也相對的需要提高。為了因應此問題,農業生產者必須提高單位面積產量,以及要應付生產環境所衍生的各類病蟲害,施用肥料與農藥來增加作物產量,已經是無法避免的方式之一,因此,未來全球農藥與肥料的使用量預期將持續增加。

  經由上述的情況得知,使用農藥所造成環境的污染顯然是一個相當嚴重的問題,尤其因氣候暖化加快,各種蟲害也增多,為解決困擾,農藥的使用量也就日漸增加。我們都知道美國是農業生產大國,相對的農藥的使用量也是全球最高的,為了解決農藥所造成的污染問題,美國積極推廣種植基改作物(如大豆、玉米、棉花、油菜等),2006年這些基改作物的生產面積共達5,460萬公頃,占全球基改作物面積的53%(International Service for the Acquisition of Agri-biotech Applications, ISAAA)。基改作物具有抗害蟲或耐除草劑的基因,可以減少化學農藥的使用量,且可因降低施用農藥的頻率及複雜度,使耕作手續簡化,進而增加產量,降低污染。實施幾年來,農藥使用量,特別是殺蟲劑與除草劑的消耗量已在下降中,可見效果相當好(見表3 pdf / odt)。另外,未來在減少污染需求下,生物性農藥的開發工作將會更為積極,而對環境友善的農藥(例如:藥性半衰期較短的殺蟲劑)之開發工作也將更受到重視,這兩項工作對於減輕農藥對環境的衝擊都將扮演重要的角色。在氮肥方面,由於氮是作物生產的三要素之一,無法避免使用,因此加強知識性的管理,以合理化肥料提高生產效率增加產量,亦可降低氮肥的使用以減輕硝酸態氮的污染。以美國玉米的生產為例,其氮肥使用量在1980年代早期達到最高?,之後開始下降,最近這20年來,基本上都維持在500萬公噸左右,但是玉米的產量仍然持續增加(見表4 pdf / odt)。由經驗可知,知識性管理中最重要的一項功能是可進一步觀測品種的特性,也就是得以「依品種特性施肥」的方式來控制施肥的量與時機,或者決定是否加入硝化抑制劑,以減輕氮肥的流失。以玉米P3732、B73×Mo17及B73×LH38這3個品種來看,其生長期吸收氮肥之特性就相當不同。P3732在開花前就已吸收了植株整個生長期所需氮量的80%,其餘的20%是由開花到種子成熟的期間才吸收的。反之,B73×LH38到開花時才吸收了45%的氮,其餘55%的氮都是在開花之後才吸收的(Tsai et al., 1991)。由於硝化作用的關係,土壤中的氮肥在開花之時早已轉化為硝酸態氮,如在開花之前來不及被植物吸收利用,硝酸態氮將經由淋洗而污染地下水。一般在美國而言,種植前所施放的氮肥大約只有45~50%能被植物吸收利用,由此可以瞭解,作物生產污染環境的嚴重性。因此,如能依品種吸收氮肥的在需要時給予適量的施用或使用硝化作用的抑制劑,均可減少硝酸態氮對環境的污染,且能提高氮肥的生產效率,進而增加產量。台灣方面,作物之生產如何避免或降低農藥殘留是消費者最關心的事,也是農委會的安全農業政策下重要的一環。相對於其他國家,台灣農藥的使用量相當高,當然就有減量的空間。其因應之道,首先應該加強農藥的安全管理,進一步積極發展農業的服務業,如此不僅可以給予農民技術輔導,進行「適時、適藥、適量」的噴撒工作,亦可保證消費者的安全。在氮肥方面,雖然施用適量的無機氮肥無可避免,但可積極推廣有機肥,並設計相關配套措施,鼓勵農民使用,如此,不僅可以減輕硝酸態氮的污染,亦可增加土壤的復育(台灣不少農田有機質已低於1%)。另外,對於不同作物品種利用氮的能力也應明確掌握,以便適時施肥,避免資源的浪費及對環境造成不必要的影響。在耕地面積狹小又面臨降低成本和減少環境污染的多重壓力下,基改作物也是台灣農業發展的選項之一,利用天敵學統合防治亦是。此外,應致力於建立與發展基改作物的檢驗方法,配合法規管制,提供科學驗證,把基改作物對消費者的安全性及生態環境的衝擊降至最低,並推廣基改作物的公眾教育來改變民眾的排斥態度,如此不但可以維護台灣生態環境的生物安全性、多樣性,還可以為台灣農業帶來另一種選擇,又可兼顧永續經營。

二、天然資源的減少

  (一)能源短缺

  能源為促進國家經濟發展與改善人類生活所必需,更是左右國家永續發展的關鍵因素之一,但是能源也造成空氣污染、全球氣候暖化,甚至於影響糧食供應等問題,因而對民生與人類的健康和生活的環境造成影響。近年來,全球能源消耗量不斷的升高,供給不敷需求。據預測,在未來20年內仍將以平均每年2%的速度在提高中,而以目前的開採技術來推測,人類賴以維生的主要四大天然資源,石油、煤、天然氣、核能的蘊藏量可維持的時間,分別為 41年、164年、67年、85年(BP, 2006;URANIUM, 2006)。因此,本世紀中期即將可能出現石油枯竭的現象,如果無法獲得改善,恐將掀起重大能源危機。從1999年1月每桶石油價格約13美元,2006年7 月飆漲到約74美元(U.S、Department of Energy),在供不應求及消耗量持續增加的情況下,未來國際油價還會不斷的創歷史新高。國際能源總署2007年已提出預測,未來五來内國際油價可能攀升到每桶100美元。因此如何以永續發展的方式滿足不斷增加的能源需求,是一項極大的挑戰。為解決能源短缺的問題,各個國家也紛紛針對太陽能、風能、地熱能源、生質能源和水資源等替代性能源的開發和應用進行評估,以減低因能源短缺對經濟發展造成的重大影響。其中,以開發生質能源恐將引發糧食短缺,影響糧食供需的安全最為棘手。因為生質能源如乙醇的開發,其主要原料之一為玉米,如利用它來發展替代性能源,將造成玉米短缺而導致主食及家畜禽飼料不足,刺激民生物品漲價,全球糧食市場恐將陷入混亂。美國2005年所訂的能源政策法(U.S、Energy Policy Act of 2005)規定2006年汽車的燃料汽油必須添加3% 的酒精,到2007年則需增加到3.71%。由於此政策的實施,加速了美國生質酒精工廠的設立,2006年全美共有106家工廠使用5,300萬公噸的玉米為原料,2007年則預計再成立30家工廠,玉米使用量將高達8,900萬公噸,占全球穀類作物產量的5%左右。這一變化不僅使在期貨市場相對穩定的玉米價格(大約0.1美元/公斤),在2006年底一度飆漲到0.17美元/公斤(Corn Mini, TFC Commodity Chart), 2007年已明顯的影響到民生物資的價格。因此,未來糧食的供應在生質能源的競爭下,其難度可想而知。

  台灣並無開發自主能源的能力,大多的能源仰賴進口,能源依存度逐年提高,2004年高達98%(經濟部能源局,2004)。農產品已成為生質能源轉換過程的重要原材料,造成全球的糧食供需失調,庫存下降,糧源出現巨大缺口,如處理不當,將成為飢餓、戰爭等人類浩劫的根源。而台灣的石油與飼料都依靠進口,雙重的影響考驗著我們。

  (二)水產養殖與海洋漁獲量

  聯合國糧農組織(Food and Agriculture Organization, FAO)對全球17個主要海洋漁場漁獲量分析結果顯示,捕獲量有日漸減少的現象。為了補救海洋漁產的減產,養殖受到高度的重視,依據聯合國糧農組織統計,預測到2040年水產養殖需求量會增加到兩倍。目前全世界約有3,500萬人從事捕魚和水產養殖,更有超過10億人口依賴魚、貝類作為蛋白質主要來源。但是75%海洋都已經因過度捕撈,加以缺少復育工作,使得海洋漁業瀕臨困境。事實上,全球的沿海水域不僅是水產的重要來源,更是深海魚種繁衍後代的主要棲息地,因此,保護沿海水域生態體系的健全發展,正是近海與遠洋漁業永續發展的重要關鍵。這些問題如不改善,首當其衝的當然是影響到民生問題。因為蛋白質是人類賴以維生的主要基礎來源之一,加上人們日益講求健康,水產魚類富含高優質蛋白質、維生素D與不飽合脂肪酸,相較於食用動物性蛋白質(豬、牛、羊、雞肉)容易引發高血脂、高膽固醇與高血壓而造成心血管疾病,為維持健康的身體,人類的營養取得來源勢必會做調整。另外,家畜禽賴以維生的飼料之主要原料玉米,也因被轉移用以開發生質能源,將有可能出現供不應求的現象。也就是說,能源短缺影響農作物供應鏈的重新配置,未來恐怕造成能源與人類及家畜禽互相爭取糧食的窘境。種種原因的趨動下,水產魚類勢必將成為未來人類蛋白質營養主要來源之一。因此,預計其重要性與日俱增,未來成長潛力一定會相當驚人。台灣擁有豐富的養殖及捕撈經驗,但由於地下水及魚病等問題嚴重影響養殖,且漁村人口逐年下降,加以污染問題、地層下陷、海洋資源短缺及國際糾紛日益嚴重,漁業盛況不再;所以,如何積極參與國際合作、解決糾紛問題、關心海洋生態、加強復育工作與養殖科技化,為台灣水產業開出一條康莊大道,是我們當前必須重視的課題。

  (三)水資源

  聯合國在彙集全球1,500位專家意見的2006年「全球國際水域評估」 (Global International Waters Assessment , GIWA)報告指出,因為人口快速成長、工業發展、環境非永續的消耗模式,以及污染等因素,使得可用水資源的供應受到箝制。目前全球約有7億人的生活面臨缺水的窘境,而到2025年之前,預測這數字會上升到30億。水的供需落差越來越大,威脅著經濟和社會的發展及環境的永續。且由於氣候變遷造成全球氣候暖化現象,使得發生乾旱的機率大為增加,加上人類對水資源的消耗量也倍數增加,水資源已嚴重威脅到人類維生的基本條件。近年來,人類的一些自身活動也加劇水資源的供需失衡,除了人口大量增加,導致有限的水資源越來越短缺之外,森林被人類破壞,以及人類活動造成大量污染,使可用的水資源減少,加上嚴重用水浪費,都是造成水資源短缺的原因。以中國為例,經濟的快速發展,造成北京這幾年來嚴重缺水,目前北京已經是資源型嚴重缺水地區。從1999年以來,北京連續遭遇乾旱,又加上這幾年每年的降雨量日漸減少,因此,只能依賴開鑿地下水來維持;但地下水的儲備顯然不是無限的,理想情況下,北京地下水位應是4~8公尺左右,但由於長期抽用而無法回補,北京地下水位現已經深達18公尺左右(李憲法、李安峰,2004)。由此可知,中國經濟的快速發展也隨之面臨嚴重的水資源缺乏的威脅。未來由於人口的快速成長,糧食增產勢在必行,但是增產得需要更多的水資源來灌溉作物。以穀類作物為例,每生產1公斤就需要1,000公斤的灌溉用水(Paul Polak, 2005)可見農作物對水的需求量之高。一旦農業用水缺乏,連帶著影響到作物的收成與產量,更甚者將引發糧食的供需安全。

  由上述情況得知,在天然資源問題方面,短期内以能源短缺最為棘手,所以各國競相開發再生能源是個正確的方向,其中以生質能源廣受注目。生質能是太陽能的轉換,可以永續經營,因此站在尋找替代性能源的立場是合理的選擇,但是這也將影響到糧食供需平衡,因此,相對而言,的確不是一個容易解決的問題。生質能則以生質酒精發展最為快速,目前最大的出產國是巴西,全國約有320家工廠,2005年共製造了168億公升生質酒精,占全球的三分之一。美國關於這方面的工作也是急起直追,布希政府在政策宣誓發展生質酒精,以期10年之內減少20%的汽油消費量,之後農、工業界也都能積極配合。加上,美國能源部也於今年(2007年)6月提供3億7,500萬美元的資金建立3個新的生物能源研究中心(每個中心每年另外再給予2,500萬美元的營運費用),由此可看出,美國展現發展生質能源的決心。我國行政院也於去年(2006)成立一個由副院長領軍的跨部會工作小組,正積極規劃台灣發展能源科技的政策,其中推動生質酒精也是重要的一項工作。

  除了能源之外,另一項重要的天然資源是漁產。由於世界人口正持續的增加,而農業的可耕作面積亦可能逐漸萎縮,人類所仰賴的蛋白質來自農耕與畜產也將日漸減少。地球總面積的70%是海洋,但遠洋捕撈量有日漸下降現象,所以發展養殖業勢在必行。根據Aquaculture Production Trends Analysis之資料,魚類在2000年提供全球人類動物蛋白質來源的15.9%;以亞洲地區最倚賴魚類所提供的蛋白質,占動物蛋白質來源的23.3%;開發中國家比已開發國家更倚賴魚類作為動物蛋白質的來源,前者占18.8%,後者僅占12%(Albert J、Tacon, 2003)。展望未來,漁產將是人類動物性蛋白質的主要來源,加以魚飼料對肉的轉換率遠比其他畜產有效率,其比率為牛肉7:1、豬肉4:1、雞肉2:1、魚1:1,因此,水產養殖必將成為未來的明星產業。而為解決海洋捕撈不足的問題,大西洋鮭魚(Atlantic salmon)的養殖就是一個很好的例子,30年前由無到目前全球產量達140萬公噸。台灣水產養殖技術向來領先國際,這方面的發展前景很值得期待。但台灣水產養殖的關鍵性問題之一是抗病性,在這方面的研究已有相當好的成果,目前相關的抗病基因已陸續被篩選出來,未來應可發展口服疫苗並可與飼料產業結合,發展成為亞太地區健康魚苗的供應中心。另外,口服疫苗的好處除了方便處理魚苗之外,又可與GMO的疑慮區隔。在養殖方面,台灣雖不宜進行内陸養殖,而近海的箱網養殖又受到污染和颱風的影響,能夠發展的空間有限;但是以台灣的技術優勢,應可考慮國際合作,進行大規模國外近海的箱網養殖,以發展國際市場。要發展台灣成為亞太地區健康魚苗中心,這一願景的前提是如何加速水產養殖研發成果的商品化,但不幸的是,台灣學界與產業界的合作模式一向不理想,因此建議可由政府協助建構一個商品化平台,使上、中、下游的工作得以有效整合,讓台灣養殖的技術發展得以生根並揚名國際。詳細的策略請參考「台灣農業生技產業發展策略規劃報告書」(國研院科技政策中心,2006)。

三、人口增加與糧食短缺問題

  (一)人口增加

  全球人口在1950年時,還不到30億,2000年時人口增加到60億,50年內增加了一倍。美國人口統計局2006年預測, 2050年時人口將增至約92億左右,這個數據代表未來40年,世界人口將增加目前全球總人口的近一半左右,成長速度之驚人,另人擔憂。依人口成長的分布來看,在過去的50年,越是在沒有能力負擔新增人口的地區,人口增長就越快,新興國家(包括中國、印度、巴西等)人口總數已占全球一半以上。據估計,到2050年非洲的人口也將由現在約9億成長到18億人口,成長近一倍,此現象所造成的隱憂將對全球社會與經濟成長造成重大的影響。

  地球的資源有限,人口如此快速增加,對資源、環境和社會造成越來越大的壓力。地球有限的資源不僅要滿足新增人口的物質消耗,還要滿足整個人類物質生活水準提高的需要。為了養活世界上越來越多的人口,人類不得不加大對自然資源的開發與利用,因此將造成這些寶貴的資源快速減少,同時廢棄物也因此隨之增加。據聯合國的估計,目前全球已有60%的生態系統受到了嚴重威脅,11億人得不到安全的飲用水,26億人缺乏基本的衛生條件。假若世界人口繼續這樣增長下去,地球將會不堪負荷。又隨著醫藥科技的發達,人類壽命逐漸延長,加以人口不斷增加,如何應付糧食供應問題,使人類免於飢餓,已成為全球各界亟需思考與解決的棘手問題。依據美國農業部(United States Department of Agriculture, USDA)對全世界作物總收成量統計的資料顯示,作物的總收成量在近幾年已達瓶頸,最近10年來穀類作物產量大致維持在18億到19億公噸之間(見表5 pdf / odt)。加上美國政府宣布,中西部所產的玉米將大量用在發展生質能源,此政策實施,造成糧食供應鏈的重新配置,因而產生排擠效應,更加劇了對於糧食供應的安全問題。未來如果糧食無法再增產,而人口以如此快的速度成長,加以目前全球約已有15%的人口處於饑餓狀況,屆時饑餓人口的數量將更驚人,所產生的問題連帶著對整個國際政治、經濟秩序與國際安全勢必造成重大的影響。

  (二)糧食短缺

  聯合國糧農組織最新發布的農作物前景展望及糧食情勢報告中,指出全世界依舊有39國家面臨糧食危機。而全球人口的急速攀升,預估2050年人口將突破90億,因此未來40年間全球對於穀物的需求,將以每年約1.2~1.4%的速率成長(Rosegrant et al., 2001; Bruinsma, 2003)。人口增加最快速的亞洲地區,糧食需求量不言可喻。國際稻米研究所的顧問Dr、Gurdev Singh Khush 表示,全球目前約有30億人以米食為主,到了2030年米食人口將增至40億,其中70%的米食人口在亞洲。由於全球90%的稻米產自亞洲,現有的產量正好供應目前人口的需求,但是亞洲人口每年的成長率為1.6%~1.7%,如何在有限的耕地上增加稻米產量,便成為許多國家的難題(Dolly Aglay, 2005)。我們都知道,糧食生產主要關鍵因素,包含氣候、水資源、生產面積、肥料與農藥。以生產面積來說,全球穀類生產收穫面積最近這20年來大致維持在7億6千萬到7億8千萬公頃左右(U.S、Bureau of Mines)。農地增減雖多少有所變化,但是增加的大都是邊緣地而減少的反而可能是良田,譬如:中國1990年後,為了加快工業化與城市現代化的腳步,農業用地大量的轉移到工業用途與公共設施上,因此耕地的資源受到土地開發利用的經濟競爭,保守推估光在1990~1994年間,就減少耕地面積150萬公頃,嚴重影響到糧食安全。又中國蒙古土地沙漠化情形日漸惡化,也影響到農作物的生產與收成,加以農作物的生長又仰賴大量的水,因此如何因應水資源貧乏的狀況,都是大問題。還有因全球的氣候暖化,使得乾旱現象的發生率更是急速增加,美國以往平均大約每20年發生一次旱災,跨政府氣候變化專家小組預測當温度上升3℃,每兩年就會發生一次旱災。而農作物因大量的施用肥料與農藥,造成水土資源的日漸惡化,為了保護環境,未來的使用量勢必會遭受到某種程度的限制。例如:美國内布拉斯加州1980年左右生產玉米的農地每公頃平均氮肥使用量達185公斤(純氮含量),由於州民對於硝酸態氮污染環境的關切,訂定各種規範,鼓勵減少氮肥的使用量,目前已減至140公斤。又根據聯合國糧農組織的統計資料顯示,全球氮肥的使用量從1960年約1,000萬公噸直線上升到1988年約8,000萬公噸達到最高?,之後就有趨緩的現象,到2005年約9,000萬公噸。因此,要依靠使用肥料來增加產量的做法,成

  果將有限。再加上石油短缺的問題,造成各國全都在尋找自主能源的策略,來降低對石油的依存度,其中以穀類作物用來開發生質酒精,以發展替代性能源的生產趨勢將無可避免,如此對於全球糧食的供應更是雪上加霜。隨著開發中國家快速發展和人口增長,耕地資源的稀少性日益突顯出來,耕地資源持續減少和人口持續增長的反向變化,更是使得人均耕地資源占有量持續下降,而造成糧食生產的自然資源基礎減弱,導致降低糧食的有效供給能力,預測未來糧食短缺將不可避免。

  由上述情況得知,最近這10年來全球穀類作物的產量一直無法突破19億公噸(見表5),即使增加氮肥的使用量,效果也有限。未來由於農地的轉移用途,加上氣候變遷的各種不利條件,要大量提高產量來養活增加的人口不是件容易的事,更不用說還有人畜爭食及生質酒精原料的問題。因此,思考一個解決的方案是改變人類飲食習慣,少攝取動物性蛋白質。根據美國農業部調查統計資料顯示,目前美國平均每人每年穀類作物的消費量是800公斤(包含動物的飼料),台灣400公斤,中國300公斤,印度200公斤,全球人口平均是300公斤(以全球產量18億5千萬公噸,63億人口計算)。到2050年全球人口增加到92億時,如每人仍按300公斤計算,糧食需求量則為28億公噸,因此缺糧將達10億公噸。如大家都向印度人看齊(每人每年消耗量200公斤),那麼目前的產量尚可維持現狀。即使人類願意改變飲食習慣,還是得設法改變植物性蛋白質的品質(因植物性蛋白質目前仍缺少人體的必要氨基酸)。另外一個可行方案是加強基改作物的公眾教育來幫助民眾瞭解以改善排斥態度,並加速生物技術的開發與應用,儘快改變作物的一些重要特性,尋求產量瓶頸的突破。以往認為不易改變的性狀,如加強禾本科作物之固氮能力用以減少氮肥的使用,或改變水稻由光合作用之C3型轉變為C4型來增加固碳能力以增加產量,或是改變作物氮的利用效率,這些重要的生產性狀都可應用生物技術的研發較有可能得到成果。事實上,生物技術的發展從1996年開始採用基改作物生產,短短10年生產面積己經快速成長到目前約1億公頃,加上生物性農藥的開發也使得化學農藥的使用量持續減少中,其初步成果有目共睹。可見未來持續利用生物技術來提高作物的生產效率相當具有潛力。所以只要大家有交集與共識,或許可以有志者事竟成。當然台灣無法獨立完成這些事,但是做為地球村的一份子,還是應該扮演好自己的角色,至少可以為台灣農業的競爭力盡一份心意。

  台灣目前雖然没有糧食短缺的問題,但是除了稻米之外,雜糧可說是完全依賴進口。而且農業也面臨了一些瓶頸問題,譬如農村勞動力快速老化,從事作物生產的農民平均年齡已超過61歲,土地昂貴形成小農制,依賴密集的勞力導致生產效率低而成本高的困境。因此,政策上已不再生產屬於用地型的大宗雜糧作物,而水稻部分,一方面由於是主食,另方面則是它對環境生態及水資源的涵養均有其正面的重要性,加以台灣是全球水稻的研究重鎮之一,如果放棄稻米生產不僅影響到糧食的安全,其研發人才與經驗等資源也將很快的消失,對全球將近半數以稻米為主食的人口將非常不利。因此,面臨未來全球糧食的不足,台灣更應未雨綢繆,針對灌溉系統的完整性,至少規劃20萬公頃良田以確保生產力,並且政策上給予長期生產水稻的支持,應可為糧食短缺貢獻些許力量。

  除糧食作物外,在園藝作物方面,特別是屬於高價的花卉,應積極横向整合台灣的優勢產業(如機電、材料、資訊技術等),以發展自動化及環控的生產體系,生產可以週年供應外銷的均質產品,並加速研發保鮮及儲運技術,使農業生產也得以工業化,以提供年輕人加入農業行列的誘因。在蔬菜及水果等園藝作物方面,則應加強農藥殘留的檢驗與認證工作,以保障消費者的健康,達到安全農業的目標。在畜牧業方面,則應加強推動疫病防疫及藥物殘留檢測,在内需市場提供生鮮及冷藏肉品,以便區隔進口的冷凍產品。在漁業方面,除了積極開發水產用之口服疫苗外,並應發展具有生態調整及節水功能之高效率養殖技術,以朝科技型之養殖產業發展。詳細的策略請參考「台灣農業策略規劃報告書」(行政院農委會,2003)。

參、結論

  隨著全球人口不斷增加與不當的土地資源開發及能源使用,造成臭氧層破壞及地球加速暖化,進入21世紀後,人口、糧食、能源及水資源等問題將日趨嚴重;所以地球環境保護已成為當今全球關注的重要議題。聯合國等國際組織也極力推動相關國際公約,並積極呼籲全球重視此議題及投入研究工作。因此,維持地球長期生態平衡又能兼顧人類發展需要的「永續發展」策略,已經成為當前世界思潮的主流。如何因應環境及生態保護對競爭力的影響,是國家必須面對的新挑戰。而農業的發展又與環境及民生有著密切的關係,加上人口不斷的增加及石油價格不斷的創新高,穀物(如玉米)用來提煉天然能源(如酒精)已是個明顯的趨勢,因此將產生糧食供應排擠的現象。由此可知,環境所造成不可抗拒的影響將是牽動著未來農業發展的重要關鍵因素,尤其對作物的生產影響甚大,連帶著引發糧食安全問題。如何在此嚴峻的考驗下,找出屬於台灣可發展的利基與因應之道,是當務之急,因此建議在短程上可成立一研究團隊,並邀集相關單位與專家共同來思考全球環境變遷之台灣農業發展因應對策;在長程上可積極推動農業科技前瞻計畫,應用系統性方法以展望科學、技術、經濟、環境與社會的長期發展,為台灣的農業發展開闢出一條康莊大道。

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