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趨勢快訊
當土地再也種不出作物...過量的化肥正在殺死土壤 下一步我們如何「救土」?
2025/01/09
「當年工業革命,有沒有人想到現在要花那麼多錢救大氣?同理,化學肥料大量用,是不是也有一天要救土?」談到台灣因過度施用化學肥料,造成地力(指土壤的肥沃程度及生產能力)年年下降的現況,中興大學土壤環境科學系教授楊秋忠語重心長的說道。農業部於2022年立下2040農業永續淨零目標,其中「減少化學肥料使用」、「增進土壤碳匯」與「增加土壤有機質」等護土行動,皆包含在行動主軸細項當中。然而,根據財團法人農業科技研究院的研究,台灣的化肥施用雖然有減少趨勢,但若以最常見的氮肥來看,台灣2020年每公頃氮肥施用量為180.55公斤,相較韓國的131.53公斤、日本的84.49公斤,仍遠高於鄰國,同時磷肥、鉀肥施用量也是三國中最高。化肥過量造成土壤受損早就不是新聞,世界各國都已著手補救。而當視角回到台灣,「救土」雖然也已開始進行,但相較國際來說,仍不夠快。「全世界現在的極端氣候,是因為空氣汙染造成的;那我們現在要問——未來什麼時候會輪到土壤?」楊秋忠說。 化學肥料的背後原理 是餵飽土壤 還是毒害土壤?   要了解不當使用化肥如何傷害土壤,就必須先拆解化肥背後的原理。農作物要長得好,除了一般人熟知的陽光、空氣與水,承載作物的土壤及其中的化學元素,也是重要的影響因素之一,而化學肥料當中含有氮、磷、鉀等植物生長的必要養分,透過適度施用化肥,可以快速補充土壤中缺少的元素。然而,如果化肥被過量的施用,多餘的養分便會刺激土壤中的微生物,開始大量分解土壤中的「有機質」。有機質具有多種功能,不僅能保水、維持土壤結構及儲存養分,更是儲碳、增進土壤碳匯的要角之一。而作為決定土地「地力」的關鍵,有機質一旦被大量分解、含量過低,土壤便會開始硬化結塊、喪失保肥力,同時也破壞了「土壤碳庫」。「土壤生病也意味著作物生病」,農作長期生存在不健康環境,最後就會導致食物品質降低的結果。「如果他看到農作長得比人家小,就會拿更多化肥去灑,但這其實是一個惡性循環。」楊秋忠提到,常會有老農夫問他,為什麼化肥越施越沒用?是化肥做工不好嗎?他就會以胃腸問題來和農民們比喻說明,「就像你胃腸不好,吃的東西就沒辦法好好吸收,土壤已經條件不好了,又一直施肥料,當然會效果不明顯,土壤消化不了,植物也吸收不起來」。 化肥成癮的背後真相 台灣農地肥害的歷史軌跡   除了化肥傷害土壤,台灣農地還有哪些受損的原因?楊秋忠說明,其實農地會受傷,主要可分為兩個主要原因:台灣島本身的「氣候因子」,以及過度施肥的「人為因子」。以氣候因子來看,台灣多雨的特點使養分與表土容易被沖刷流失,高溫也會使有機質被加速分解,然而,於氣候方面,人類無法進行太多干預,過度使用化肥及農藥的「人為因子」才是影響關鍵。攤開台灣的化肥使用歷史,1970年代因人口飛漲,政府開始大力宣傳肥效快速的化學肥料及農藥妙用,再加上2008年國際化肥原料價格大漲、發生「搶肥危機」,政府便核定了「肥料價格調整及穩定供需因應方案」,開始補助化肥漲幅價差。自2008年至2017年,政府已補助超過250億元、700萬公噸的化學肥料。2017年後,農委會才開始推動補助轉型,停止補貼化肥,並將經費轉移至友善環境資材補助。然而,雖然有機質肥料獲得了政府的補助及宣傳,根據財團法人農業科技研究院《肥料產業政策與競爭法規範之研究》,2022年我國肥料總施用量約為81.87萬公噸,其中化學肥料施用量為77.74萬公噸,有機質肥料卻仍只有4.14萬公噸,如此的差距,也昭示了化肥減量仍有一段路要走。而觀念方面,長達近十年的化肥補助,也讓農民養成了「化肥萬靈丹」的錯誤想法,一時難以說變就變,「年輕的農民會去查書就還好,年紀比較大的,光靠上課、推廣其實很難改變,有些農人到現在還是抱有化肥『越多越好』的想法。」楊秋忠無奈的說。 化學肥料、有機質肥料、微生物肥料該用哪一種?「適合」與「適量」是使用竅門   然而,雖然不當使用化肥會對土壤造成危害,但楊秋忠表示,這也不代表農民就應該「停止」使用化肥,「農民應依據作物及生長期對肥料『功能的需求』,來決定使用化肥的種類。」事實上,除了化學肥料之外,還有「有機質肥料」及「微生物肥料」兩種肥料存在,且三者都有不同的適合使用時機。「有機質肥料」如其名,內含有機質,可增進土壤地力、使土壤回復鬆軟。但相對化肥,它的效用較緩和,不如化肥見效快,且體積大、生產堆肥耗時耗工的特點,也使它的施用成本較高;而「微生物肥料」則內含多種可促進植物生長的微生物,可幫助植物固氮及吸收營養,但同時,微生物肥料也有易受環境影響功效的缺點,需配合化肥及有機質肥料施用,才能發揮最大效果。針對三種肥料,楊秋忠說明,其實只要不過度使用,都不會對土壤造成傷害,甚至如果配合得宜,還能發揮更強的功效。例如農民耕作前,為了養好土壤,適合以有機質肥料當作「基肥」,為作物提供初期養分;而當作物進入生長期,便可開始使用化學肥料作為「追肥」,在不同狀況即時調整土壤中的元素。最後,適用性廣的微生物肥料,則可在任何耕作期都作為輔助來施用。 政府、企業、民眾皆可救土 「踏出第一步」才是行動關鍵   其實,除了從農民角度出發,改變化肥的使用習慣外,社會的三個層面:政府、企業、民眾,也都各有方法,可以直接或間接支持台灣的農地土壤改善行動。以政府面來說,雖然政府持續請農業改良場人員到各地推廣「合理化施肥」概念,鼓勵農民依據農作、土壤條件的不同,作為肥料施用量及施用方法的依據,但這些不具約束力的課程,面對嚴重的土壤危機,其實效果十分有限,「政府訂定法律才是最有效的方法,由上而下、有法源依據,這樣才有辦法。」楊秋忠說。楊秋忠提到,日本於1984年就提出了首部以「維持農田地力、確保農業永續經營」為目標的法律《地力增進法》,從土壤調查、制定地力增進對策,到土壤改良資材的管理,都是由上而下系統性的規範,而台灣在土壤品質管理上,卻只單單依靠《土壤及地下水污染整治法》來管理,不僅未將土壤與水劃分開來,在規範上也不如《地力增進法》明確,政府應正視危機,並向鄰國學習。而從企業、民眾面來看,楊秋忠建議企業可運用自身的資金影響力,參與有機質肥料、微生物肥料的製造,或者投資土壤碳匯相關的農業工程;而民眾則可多購買有機農業的農產品,支持「儘量少用化學肥料和化學農藥」的種植方式,讓農民對採取有機農法、減少化肥使用上更有信心。「土壤」作為支撐起萬物的基石,值得更多的關注。「很多事情已經有了技術,可是無論我們科學家寫多少東西、發表多少、呼籲了多少,不採用也是沒辦法。」楊秋忠說。農地健康對國家的影響深遠,雖然台灣土壤受損的問題已經十分嚴重,但國際間能借鑑、參考的方案其實也不少。正如楊秋忠所說,「救土」或「不救土」,很多時候,或許也不是缺少方法學,只是「做」與「不做」的一念之差而已。 【延伸閱讀】-日本研究應用嗜熱菌的無化學肥料和無化學農法 - 以永續農業為導向的「堆肥-土壤-植物互動系統」
機器視覺技術革新農業除草方式,大幅降低除草劑使用量
2025/01/08
美國阿肯色大學(University of Arkansas)近期發布一項有關減少除草劑使用的相關研究-利用機器視覺技術進行精準除草,藉由這項發明可顯著減少除草劑的使用量,最高可超過六成。 為了驗證這項實驗研究結果,研究團隊在阿肯色州和密西西比州進行兩年的田間實驗,比較定向噴霧和傳統施藥方式在大豆田間的應用效果。根據研究顯示,採用定向噴霧技術後,約可減少28.4%至62.4%的除草劑使用量。這項技術優勢不僅可減少除草劑使用量,更為農民在降低農業生產成本、提高利潤、提升大豆健康及維持農田生態系統平衡上帶來龐大的效益,有助於農業種植的永續發展。 在全球迫切重視永續發展的時代,這項研究成果為農業生產提供一個更精準與環保的選擇,有利於當前的農業生產管理,且在該技術進一步推廣和應用後,農民可採用更智慧化的除草方式,推動農業生產朝向更環保、更具經濟效益的方向邁進,為農業生產與環境保護創造雙贏局面。 【延伸閱讀】-使用除草劑嘉磷塞會降低土壤中的生物多樣性
開發感測器檢測植物內部的pH值變化,方便農民提早發現植物缺水危機
2025/01/07
隨著氣候變遷、成本上升和土地空間不足等農業挑戰不斷產生,對作物生產和產量造成了不良影響,其中乾旱或缺水是一種壓力源,會影響植物的關鍵代謝路徑,並減少葉子、莖及根系生長情形,導致產量降低,隨時間不斷延長,最終使植物變色、枯萎甚至死亡。農民往往無法於早期即時診斷症狀,採取主動措施因應,造成巨大的經濟損失。新加坡-麻省理工學院科研中心(Singapore-MIT Alliance for Research and Technology,SMART)為此於近期發布一項創新發現-可即時檢測植物乾旱壓力的一體化感測器,該設備本身透過將共價有機架構(COF)感測器整合在絲素蛋白(Silk fibroin, SF)微針內,可在植物體內進行pH值的即時監測。其優點為可提前48小時發現植物的乾旱壓力,遠早於傳統檢測方法發現明顯症狀的時間,為農民提供了寶貴的預警時間,提早做出因應措施。   這項突破性技術的核心在於COF感測器的特殊設計,以往感測器無法與生物組織相互作用,而COF是有機分子或聚合物組成的網路,其中碳原子與氫、氧或氮等元素結合,排列成規則的晶體狀結構,且會根據不同的pH值改變顏色。由此便可透過植物木質部組織中pH值變化檢測早期乾旱脅迫壓力。此外,這項技術可僅使用智慧型手機的相機,就可對植物組織中的pH值進行3D繪圖,相較於速度較慢且具破壞性的傳統方法而言,該技術有效幫助農民在不斷變化的環境與氣候條件下改良作物生產模式,並提升產量。 這項技術對未來將COF感測器應用於植物中進行COF-SF 微針斷層化學成像等奠定了基礎,相關技術未來可應用於檢測更廣泛的生物物質,如:植物激素與其他代謝物質,為農業智慧科技檢測應用提供更多可能性,提高農業產能,為農業科技研究帶來革命性的進展。【延伸閱讀】-新型感測器可改善昆蟲監測和作物管理
臺灣茶品種鑑定最佳利器-茶葉DNA指紋鑑定技術
2025/01/06
茶葉是臺灣重要的經濟作物,年產量約為1.4萬公噸,年產值約為300億元新台幣。茶葉屬於嗜好類農產品,相當重視品質,而茶葉品種直接影響茶葉的香氣與滋味 品質,也反應至售價上。不管是市面上販售的商用茶(罐裝茶飲及手搖飲)或是精品茶(比賽茶或品牌茶),多數商品均註明其品種,如青心烏龍茶、金萱茶或四季春茶等,足見品種的重要性。然而有少數業者,以低價品種茶混充高價品種,影響茶葉銷售市場的秩序。   為穩定國內茶葉市場,並維護臺灣茶利益的目標,茶及飲料作物改良場已開發「茶葉DNA指紋鑑定技術」,本技術與警政署法醫鑑識及業界常用的親子鑑定採用相同技術原理(螢光SSR或STR分子鑑定技術)。本技術共開發四個套組(含有12組多型性分子標誌),每個套組利用多重PCR技術(Multiplex PCR),一次可同時分析3組分子標誌,可分析本場已建立的144個臺灣茶品種(系)資料庫,具有精確且分析成本低的優點。本技術的鑑別能力已經過國際SCI期刊(JOURNAL OF FOOD AND DRUG ANALYSIS 2023;31:446-457)刊登,其多重配對率(Combined match probability, CPM)為5.34e-14,多重鑑別力(Combined power of discrimination, CPD)為0.99999999999995。本技術除可分析茶苗或鮮葉外,最重要的可分析臺灣八大特色茶類(包括臺灣綠茶、條形包種茶、高山烏龍茶、凍頂烏龍茶、鐵觀音茶、紅烏龍茶、東方美人茶及臺灣紅茶)或商用成品茶類,可服務茶農、茶商、飲料及食品業者等,應用面包括:具品種權品種之侵權鑑定、茶苗與茶樹品種鑑定及純度鑑定、商用茶原料是否混摻國外品種茶樣之把關依據、精品成品茶品種鑑定及混合品種鑑定等。另本場自110年起,利用相關技術分析,承接由行政院食安辦、衛福部食藥署、法務部調查局、地方法院及各地優良茶比賽主辦單位或農糧署產地溯源等抽檢樣品等,鑑定結果可作為輔助茶葉產地鑑別之佐證或是優良茶比賽之參賽茶樣品種的純正性確認等,可有效保障消費者與茶農、業者權益。目前本技術已通過農業部智審會審議,茶及飲料作物改良場已刊登技轉公告,歡迎具備檢驗能力業者洽詢【延伸閱讀】-茶葉產業的多元創新-從旅遊到文創
氣候變遷下,一種小番茄可能解開耐鹽的秘密
2025/01/03
氣候變遷及灌溉、農業管理不當等因素導致土壤鹽化,對農業來說是一項挑戰,因此耐鹽育種對於維持糧食穩定性尤為重要。而來自秘魯沙漠的醋栗番茄(Solanum pimpinellifolium, currant tomato)可能掌握著耐鹽的關鍵。   沙烏地阿拉伯阿布杜拉國王大學(King Abdullah University of Science and Technology, KAUST)的研究人員將2,700 多個醋栗番茄苗種植於溫室及露天田區,給予2週鹽份逆境,詳細測量相關外表性狀如生長速率、鈉離子累積以及葉片的水分蒸散速率。最終發現5個耐鹽的品系,較耐鹽的植株皆具有稱生長旺盛、發育迅速的特性;此外,溫室及露天關於的耐鹽指標略有差異,前者為蒸散量、後者則是生長速率。主流觀點認為耐鹽的植物能夠避免過量吸收鹽類,但試驗結果恰好相反,研究人員推測耐鹽植株能將鹽分更均勻地分佈在植株上,進而分散影響。   團隊接著藉由基因定序與全基因組關聯性分析(Genome-wide association study, GWAS),找到3個與耐鹽高度相關的基因座位於的1條染色體上,分別包含8、7、4個SNPs(Single-Nucleotide Polymorphism, 單核甘酸多型性),發現這3個基因座在前人研究中,分別與三磷酸腺苷(Adenosine triphosphate, ATP)合成、抗病誘導蛋白質生合成及葉片萎凋相關,關於耐鹽的相關機制仍需要進一步探討。有了這些耐鹽品系及分子標誌,可使耐鹽育種更精準、有效率,並達到農業的永續性。【延伸閱讀】-奈米感測器將能應用於檢測區分植物激素激勃素(gibberellin)
南市學校百餘場食農體驗 友善環境愛護鄉土做比說多
2025/01/02
台南市教育局今年擴大推廣食農教育,與農業局合辦「學校食農教育體驗課程活動計畫」,共辦理134場次活動,藉由校內外的參訪、實作等多元課程與,體驗生產過程與辛勞,以及和飲食及環境生態的關聯性,強化食農教育與友善環境的概念。學生體驗撈捕蝦與採摘水果,滿心歡喜中看到學習成果。 安南區安佃國小1個多月來帶領學生校外食農場域參訪,包含至七股區體驗撈捕活蝦,藉此認識漁民的日常辛勞,並參訪篤加聚落,深入了解漁業永續養殖的過程與付出;以及以安南區重要的在地產業洋香瓜為主題,邀請農民許凰誥到校,講解洋香瓜從種植到採收的各個環節,並帶領學生前往洋香瓜園區參與種植與採摘作業,親身體驗農民從播種至收成的辛勞與喜悅。   「這是我第一次親手觸摸活蝦和採摘水果,感到獲益良多,也很有成就感。」安佃國小學生陳雨桐分享自己的收穫。校長蔡孜怡表示,學生透過實地走訪踏查與紀錄,認識家鄉產業,更培養珍惜食物的態度與愛護鄉土的情感,未來學校將持續規畫相關課程,引導更多學童深入認識地方特色,強化與土地的連結,為在地文化扎根。 教育局長鄭新輝指出,除了食農教育體驗育樂營之外,每年補助超過60校發展校園空地經營自給農園,鼓勵學校串聯各區農會、青農等外部資源規劃校本特色課程;此次台南400計畫結合農業局盤點推薦的40處各地區特色場域,拓展食農遊學地圖、並將課程向下延伸至幼兒園,讓南市學校食農教育的發展加深、加廣。共有85校辦理134場次活動,4700名學生參加,扎根食農教育。【延伸閱讀】-為孩子們開的課 名為「食農教育」
培育可對抗植物病害的螞蟻,應用於生物防治,減少農藥使用
2024/12/31
全世界每年花費大量金錢購買農藥防治植物病害,但這些不僅會對環境造成傷害,也會影響人體健康。而螞蟻不僅是森林中的築巢高手,更有可能是有機農業的未來之星,研究發現它不僅可對抗多種如造成蘋果樹落葉等植物病害,還可透過捕食如冬蛾幼蟲等害蟲保護果樹。丹麥奧胡斯大學(Aarhus University)的研究人員近期以此啟動「AntFarm」研究計畫,對螞蟻產生的抗生素物質抱有相當大的期待,希望可藉此評估培育螞蟻進行生物防治的可能性。螞蟻在大族群中生活非常緊密,疾病傳播速度相當快,因此螞蟻在演化中形成愛乾淨的習性,它在群落中有自己遠離巢穴的糞堆,也有自己的垃圾收集器,部分物種甚至可清除巢穴中的廢棄物並倒入溪流中。除此之外,螞蟻是唯一在身上腺體可分泌出抗生素物質的動物,此行為可視為螞蟻穩定內部的一種防禦機制。   透過簡單的實驗,研究人員發現,如果螞蟻在培養基上行走,可有效阻止蘋果的腐爛菌在培養基上生長。研究人員而後設法分離共生在螞蟻腳上的五種微生物,發現其中兩種可以對抗蘋果腐爛病和蘋果黑星病,另一種則可對抗灰黴菌與鐮刀菌,都對蘋果生產具有重大經濟影響。螞蟻對各種疾病及對害蟲的有效作用,使牠們成為生物防治的新興候選者。未來,該計畫預計於兩年內評估其經濟應用性,對利用螞蟻進行生物防治抱有相當大的期望,研究人員也在研究是否可以此應用於人類疾病對抗上。這項研究提供許多對生物防治的新思路,減少農業損害,發展更環保與健康的農業生產未來。【延伸閱讀】-運用螞蟻費洛蒙來誘捕害蟲減少殺蟲劑於作物的噴灑
建置自動化3D電腦模型,提供農場主人客觀了解牛隻行為的途徑
2024/12/30
乳牛是現代畜牧業重要生產來源,其健康狀況常直接影響乳製品產量與品質,通常乳牛每天需休息10小時或更長時間,因此需要乾燥、清潔且舒適的地方以供乳牛躺下、休息,所以農場工作人員時常會以肉眼觀察乳牛於牛舍內的休息情形是否有異常情形,作為動物福利管理。瑞典農業科學大學(Swedish University of Agricultural Sciences)發布一套最新智慧自動監測乳牛變換姿勢的系統。研究團隊運用七台24小時不間斷紀錄的攝影機觀察一群荷蘭牛與瑞典紅牛,結合先進的3D姿勢計算軟體,建立卷積神經網絡,將收集到的數據與影片中的靜態圖像進行比對,由此精確計算出乳牛在牛舍內的3D活動地圖。整體結果與人類觀察情形相比,在識別乳牛從臥姿到站立上,靈敏度超過88%,表示結果相當可信,準確度高且誤差小,可提供觀察乳牛行為的客觀標準數據,避免因人類主觀觀察耗時且有過大的誤差,且降低人力成本,提高整體管理效率。   這項新系統技術可提供24小時不間斷的監測,並且證明3D計算技術在提供乳牛行為數據上可提供可靠的潛力,為農場主人與研究人員提供更多現代管理應用科技,可做出即時且可靠的決策參考,完善牧場管理與動物福利措施。【延伸閱讀】-鼓勵農民採用智慧農業新技術的三大建議
利用生物工程轉殖的酵母菌,協助量產中草藥
2024/12/29
中草藥產品具有許多有益的健康效果,但通常難以大規模量產。Artepillin C具有抗菌、抗炎、抗氧化和抗癌作用,自然界中僅少數菊科植物含有此化合物,需要借助合成生物學協助量產。欲量產首先需要了解植物中Artepillin C生合成的分子機制,近期日本京都大學研究團隊找出生合成之關鍵酵素,並與神戶大學合作,將關鍵酵素基因轉殖至酵母菌Komagataella phaffii中,這種酵母菌相較於比啤酒酵母(brewer's yeast)更適合量產化合物,因為其更高的生長密度且不會生成酒精抑制細胞生長。研究人員表示,由於製成過程中Artepillin C傾向累積在細酵母菌胞內而非釋出到培養基中,需要非常高密度的酵母菌才能達到預期產量,而藉由生物技術將限制高密度生長的相關突變基因移除得以解決該問題。最終,該團隊研發的製程技術使Artepillin C產量增加10倍,相關文獻發表於ACS Synthetic Biology。   未來,研究團隊將繼續研究如何優化製程效率,目前有兩個方向,一是透過修飾相關酵素基因或提升前驅物含量以增進生合成效率,或者修飾轉運蛋白的基因,在前驅物不會被共同運輸的前提下,使更多產物能運出細胞、進入養液中。相信這項技術,未來也能應用在其他化合物的製程上。【延伸閱讀】-澳洲生技公司以酵母菌開發生物燃料
藉由人工生物炭移除農業灌溉系統中過剩的磷並循環再利用
2024/12/28
人工排水造成暗管排水系統(tile-drainage)中非點源污染的可溶性反應性磷酸根(non-point dissolved reactive phosphorus , DRP)流失,導致水質汙染或藻華(algal blooms )等問題。近年來,生物炭因可用於固碳、促進灌溉、提升土壤肥力甚至過濾塑膠微粒而備受歡迎,美國伊利諾大學(University of Illinois)的研究人員將兩種廢棄物木屑及用於淨化水質後產生的的石灰石鈣(lime sludge),在高溫、低氧的環境下裂解製成生物炭,經試驗證實此種生物炭能吸附受汙染水源中的DRP,但仍需進一步大規模的田間試驗。   研究團隊另外在9.71公頃田區進行試驗,分別在兩個季節進行,用以確認是否會受到降雨量的影響,研究人員將生物炭置於暗管排水系統管道出口附近,以顆粒大小分別為2-3 cm、小於1 cm的2種生物炭進行試驗。研究結果顯示,生物炭確實能有效吸附過量的DRP,而顆粒大小對於吸附能力影響最大,顆粒越小吸附能力越快也越有效率,與實驗室內的結果相符,大顆粒僅能擷取3-5.2毫克重的物質、吸附磷的效率為1.3%-12%,而小顆粒能吸附27.2-30.4毫克的物質使吸附效率達38%-41%,此外,流速、磷酸跟濃度皆會影響,相關文獻發表於Water Research。   研究評估了生物炭製造的成本每公噸約413美元,遠低於其他生物炭的製造成本,且最終這些廢棄的生物炭可作為土壤改良劑回歸農地,有助於農業的永續性。本次田間試驗讓生物炭走出實驗室內的試驗階段,期望未來能優化生物碳的應用、推行至城市及農業灌溉系統中,協助水質的淨化與管理。【延伸閱讀】-【增匯】從陸地上的藻華捕獲碳
微生物肥料及藻類萃取之植物生物刺激素的應用,有效增進番茄產量及品質
2024/12/27
隨著氣候變遷加劇,對於環境友善、更有效率的作物生產方式的追求以及逐漸劣化的土壤健康問題,使得促進植物生長微生物(Plant growth promoting microbes, PGPMs)相關研究逐漸興起,PGPMs能夠提高作物各項表現及增加其對逆境的耐受性如乾旱,然而,目前實際應用仍然有限。   義大利費拉拉大學(University of Ferrara) 研究團隊表示利用微生物製成的生物性肥料及藻類萃取的植物生物刺激素(algae-based biostimulants, Biost),使有機番茄產量及品質顯著提升。試驗在定植時施用PGPMs、並分別在定植後15、30天葉施Biost,結果顯示對於各項生理指標如地上部乾重、根系乾重、葉面積等皆有提升,PGPMs能促進根系發育使植株吸收更多養分、在移植初期讓植株快速回復、減輕逆境造成的影響,Biost在低劑量下也能有效促進植物生長、增加對逆境耐受性;對於果實及產量的影響,PGPMs可促進果重及糖分含量增加、Biost則有益於成色及茄紅素的生合成,兩者同時施用對產量有顯著提升的效果,相關研究發表在Journal of the Science of Food and Agriculture上。   研究人員表示,PGPMs、植物生物刺激素取得容易,提供人們環境友善、更具永續性的栽培方法,未來團隊將持續探索兩種刺激素在逆境下的應用性以及與其他環境友善的栽培管理方式如生物炭、不整地栽培(no-till farming)等結合應用。【延伸閱讀】-植物生長促進細菌能增加植株耐鹽性
精準防治 生物農藥暨生物天敵查詢平台今上線
2024/12/26
為促進友善農業發展,農業部農業藥物試驗所正式推出「生物農藥暨生物天敵防治查詢平台」,該平台整合智慧查詢功能,讓農民快速搜尋並選擇適合的生物農藥及生物天敵資材,業者也能透過平台建置販售通路,並結合Google地圖導航,幫助農民快速找到最近的資材販售地點,便於就近購買。農藥所技術服務組助理研究員沈盟倪表示,該平台整合歷年來政府公告的生物農藥資訊,包括微生物製劑、生化製劑和天然素材,如蘇力菌、費洛蒙等19種,共登記59項產品的生物農藥,農民可透過平台查詢,了解每種資材對應的防治對象與使用方法,並依需求選擇最合適的防治資材。此外,平台還提供9種常見的生物天敵查詢,介紹各類捕食性或寄生性天敵與其防治害物的關係,例如寄生蜂、瓢蟲、食蟲椿、草蛉等。   沈盟倪說,該平台目前蒐錄多達901種使用方法,涵蓋各類主要農作物的防治需求,提供農民多元的選擇,其中蔬菜類使用方法最多,計590種(占66%)。另根據平台防治害物的分布,442種(占49%)專門用於蟲害防治,414種(占46%)針對病害,農民可以靈活運用不同的生物農藥,並搭配生物天敵進行綜合防治,不僅有助解決病蟲害防治問題,也鼓勵他們採用多樣化的防治方式,從而提升整體防治效果,維護農業生態平衡。沈盟倪進一步表示,該平台也支持生物農藥及生物天敵業者的參與,業者可透過平台申請帳號,提供設定產品介紹、上架時間,以及建置販售地點等,有助於加強業者與農民的互動,促進生物防治資材的推廣與應用,未來將持續擴展平台功能,並進一步支持農業永續發展。【延伸閱讀】-蘇力菌所產生的化合物可成為有效殺蟲劑的潛力
南極細菌有望成為對抗香蕉黃葉病的微生物製劑
2024/12/25
香蕉是全球最重要的農作物之一,厄瓜多為主要出口國,佔全球市場的25%,主要品種為Cavendish。然而,該國正面臨香蕉黃葉病的問題,黃葉病由尖孢鐮刀菌Fusarium oxysporum f. sp. cubense造成,以TR 4(Tropical Race 4)生理小種危害最嚴重,病菌損害維管束,嚴重則導致植株死亡,且病原可殘留在土壤中數十年難以根治,儘管厄瓜多致力於各種防檢疫措施及監測,最好的長期解決方案仍是作物改良及綜合病害管理雙管齊下。   厄瓜多濱海高等技術學院(Escuela Superior Politécnica del Litoral)研究人員從南極細菌(Antarctic bacteria)中尋求解方,評估了21種放線菌(actinomycete )菌株的抗真菌活性,結果顯示 41.18% 菌株具有抑制尖孢鐮刀菌生長的能力,其中又以兩菌株表現突出,Streptomyces polyrhachis (K6) 和 Streptomyces fildesensis (E7)。這些菌株表現出強大的抗真菌活性,IC50 值(半抑制濃度)分別為 614.12 AU/mL 和 280.83 AU/mL,顯示它們作為尖孢鐮刀菌治劑的潛力。含有高濃度南極細菌生合成的化合物養液,將尖孢鐮刀菌放入其中培養,以AlamarBlue試劑測試,發現尖孢鐮刀菌活力顯著降低,此外,化合物在室溫下仍保持結構穩定、無須特殊儲藏條件,非常適合用於熱帶環境,相關研究發表於Biotechnology Reports期刊。   本篇研究帶來減輕香蕉黃葉病的契機,未來將持續開發相關微生物製劑,期望更有效的防治並減少對農藥的依賴,使生產者和環境受益。【延伸閱讀】-永續農業的植物保健產品研發與應用
AI協助繪製超出預期精準度的加州植物地圖
2024/12/24
氣候變遷及人類的開發使植被的棲地不停變化,人們卻無法及時了解,然而,隨著遙測技術的進步,提供解析度更高、更新更頻繁的全球地面資訊,再結合公民科學家收集的數據,科學家們能夠監測即時的地景變化,確定哪些區域植被豐富、哪些需要特別保育。iNaturalist是加州大學伯克利分校(University of California, Berkeley)開發的一個應用程式,讓人們能夠隨時隨地上傳動植物照,利用這些數據與高解析度遙測衛星或飛機影像進行相關性分析,藉由AI深度學習開發了新的模型Deepbiosphere,可用於預測整個加州2221個植物物種分佈及變化如砍伐森林或森林大火後植被狀況,相關技術也被應用於檢測巴西的植物生物多樣性模式。   利用iNaturalist數據對進行Deepbiosphere測試,此模型在識別物種的準確率達 89%,遠優於先前其他模型的27%;此外,以詳細植物地圖對模型進行測試,Deepbiosphere成功預測北加州紅杉國家公園中紅杉的位置,準確率達到81.4%,並準確捕捉2013 年優勝美地國家公園Rim Fire火災造成的嚴重程度。研究人員表示,隨著氣候變遷,植物生長區域正在往較涼爽的地區移動,未來是否演化以適應環境變遷,需要更多的觀測。 此研究強調結合公共觀測、公民科學的數據與深度學習相關技術的重要性,期待能夠建立監測即時全球生物多樣性變化的自動化系統,相關文獻發表於Proceedings of the National Academy of Sciences期刊上。【延伸閱讀】-使用深度學習檢測豬隻行為預估養殖方案
以蕈菇生產  維生素D2之技術
2024/12/23
產業發展現況   維生素D是一群脂溶性維生素,可以幫助維持骨骼與免疫系統的健康。它有兩種主要來源:一是皮膚照射太陽紫外線自行合成,二是從食物中攝取。常見的維生素D形式,有植物性來源的維生素D及動物性來源的維生素D。動物性來源包含富含油脂的魚類、雞蛋、紅肉、肝臟等:植物性來源包括日光照射過的野生菇或紫外光照射處理的蕈菇。隨著消費者對食品營養的重視不斷提高,增加菇類中維生素D含量成為一個受到關注的議題。透過人工紫外線或類太陽光(脈衝光)處理蕈菇,可以將蕈菇中的麥角固醇轉化成維生素D。這項技術已在歐美被廣泛應用於蕈菇的輕加工生產,以提高蕈菇的營養價值。   技術内容及特色   現行的蕈菇生產模式是種植在室内環境,生長過程不會照射到陽光,無法自然生成維生素D。「以蕈菇生產維生素D;之技術」主要包括紫外線光源選用(圖1)、照光時間調控、安全照射環境及蕈菇品種的選定等。本技術利用特定光源照射賈菇,使其產生維生素D2,結果顯示,蕈菇經過光照處理,其維生素D2含量會顯著提升至1,100 IU-4,800 IU/100g鮮重:儲藏試驗結果顯示,在5-7C儲存2週,蕈菇中的維生素D2含量無顯著變化。因此,將照光處理過的蕈菇添加到我們的飲食中,可以輕松達到每日「膳食營養建議攝取(DRIS)」所建議的400-600IU。     本技術篩選轉換效率高的蕈菇為原料,結合適當的萃取設備及可食用油脂,利用油萃技術生產規格化的維生素D2液體素材。主要成分為維生素D:1,000-1,500IU/mL及機能性成分麥角固醇(ergosterol),如圖2所示。維生素D2液體素材在室溫儲存12個月,其指標成分變化低於20%。 技術產生的效益   蕈菇為低熱量的天然營養食材,紫外光處理可以增加蕈菇中維生素D2的含量,為消費者提供補足維生素D的來源。儘管維生素D3的吸收效率可能較維生素D,高,但對不從動物來源獲取營養的素食者和特殊飲食需求的人而言,維生素D;賈菇是補充維生素D的理想來源,而維生素D2液體素材則可以使更多人能夠輕鬆、精准地獲得足夠的維生素D。       本技術可延伸開發維生素D蕈菇應用產品,包括蕈菇維生素D滴劑(圖3),維生素D蕈菇粉及維生素D璽菇醬。本項產業聯結鷹菇生產業者、賈菇維生素D轉换基地、食品加工業及消費市場的創意應用,如蕈菇維生素D咖啡(圖4)。不僅滿足消費者對維生素D的需求,也促進了整個產業的發展。【延伸閱讀】-富含維生素E的棕櫚油可改善小鼠的認知功能
油棕產業藉改變栽培管理模式及生物質再利用以增加永續性
2024/12/22
印尼為世界上最大的棕櫚油生產國,自2000 年以來產地增加了1000萬公頃,取代原本橡膠、水稻等作物,且約三分之一的新油棕園建立在新開墾的脆弱泥炭地上,使生物多樣性降低、土地乾涸及二氧化碳排放量增加,因此印尼政府於2019宣布禁止為了油棕及木材而砍伐森林的政策。   研究顯示,油棕每年每公頃應可生產3噸油,其產油效率遠超過大豆和油菜等,且所需的農藥及肥料更少,然而,目前生產效率低,每單位的產量僅為理論值的一半,且生物質未得到充分利用,油只佔油棕生物量20%,其餘80%仍待開發利用。因此,研究單位和政府合作,致力於改善印尼油棕的永續性及經濟效益。荷蘭的瓦赫寧恩大學(Wageningen University)、范. 霍爾拉倫史坦應用科學大學(Van Hall Larenstein University of Applied. Sciences)與印尼茂物農業大學(IPB)、國立蘭邦曼谷拉特大學 (Lambung Mangkurat University)合作的永續棕櫚計畫(SustainPalm programme)則透過與農民、公司和研究機構進行小規模實驗,使用不同的技術和開發新的商業模式來縮小產量差距並節省土地利用。   試驗結果顯示,藉由修剪、肥培、雜草管理的精進,可使試驗地產量提高35%。研究人員表示,間作是減輕油棕產業對環境影響的好方法,定植初期,油棕仍在生長中、無法生產,此時可與玉米、西瓜等作物間作;或提高油棕種植密度、留出間作條帶,與辣椒、可可、香蕉等間作,除了增加空間利用效率,同時能提高農民收益。此外,若引入畜牧業,讓牛隻進入油棕園吃草,可節省除草劑使用以提高生物多樣性,並促進畜牧業的發展。 油棕園每25年需要更新一次植株,如何有效運用殘餘的生物質也是重要課題。目前,研究團隊正在測試如何使煉油廠排放的廢水與果串一起發酵,將產生的沼氣提供油廠能源,並將殘餘沼渣做為肥料以改善土壤有機質與肥力。此外,研究估計顯示,1公頃的老油棕樹中儲存多達5公噸澱粉,若轉化為糖,可大幅降低對進口的依賴,或者將木材作為建築或家具材料,可有效的固碳。藉由上述的方法,在政策禁令下,協助印尼油棕農企業及小農們提升生產效率及土地的永續性。【延伸閱讀】-亞馬遜河流域退化的泥炭地是被忽視的碳源
新的溫室塗料有助於光照不足地區延長生長季
2024/12/21
英國因氣候及緯度使作物生長季節相對較短,大多蔬果皆仰賴歐洲進口,這些蔬果多種植於人工照明的溫室中,造成大量電力消耗。光合作用是植物藉由光將轉換成二氧化碳及水轉換為醣類的過程,並非所有波長的光都能被轉換,以紅光轉換效率最佳、綠光最低,而陽光為全光譜,因此部分波長並未被有效利用。   巴斯大學(University of Bath)和劍橋大學(University of Cambridge)研究團隊與商業合作夥伴 Lambda Agri 合作,開發了一種含有銪離子的聚氧鈦酸鹽(Eu3+-containing polyoxotitanates)溫室噴漆塗料,新塗料可吸收UV光並將80-90%轉換為紅光使光合作用效率增加,提高植物可利用的紅光比例,進而延長作物產期及提高產量,以羅勒為例,在處理後的溫室中產量增加了9%,相關文獻發表於Advanced Materials Technologies,目前該技術已申請專利,期望近期能商業化以供農民使用。   此外,研究人員表示,相較於美國使用銦作為塗料,新塗料的成本更低且可回收,藉由化學流動反應器(Chemical flow reactor)可快速量產。透過基礎分子科學,期望未來能應用在英國、北歐等生長條件不佳的地區,穩定沙拉用蔬菜及水果的供應並減少生產成本,達到穩定糧食供應,同時減少能源消耗的效益,有助於減緩全球暖化。【延伸閱讀】-解釋地球神秘的紅光
探討野草莓之遺傳因子,促進抗寒草莓育種
2024/12/20
過去,作物育種主要集中在提高生產力上,而犧牲了對環境的韌性,近年來因氣候變遷加劇之故,導致許多農作物生長面臨危機,而野生植物品種通常較馴化栽培之植物品種具有更強之韌性。因此,野生植物及其基因韌性因子對農業來說變得越來越重要。德國卡爾斯魯爾理工學院(Karlsruhe Institute of Technology)的研究團隊破解了野草莓(Fragaria vesca)對寒冷的反應,有助於培育出更具逆境韌性的草莓,並將研究結果發表於《植物實驗學期刊》(Journal of Experimental Botany)。   團隊參考了德國作物野生親緣物種基因庫,以進行野草莓抗寒基因之研究。研究人員辨識了抗寒及冷敏感的野草莓基因型,這對基因型在寒冷逆境之耐受性上存在差異,這使得他們能夠了解與抗寒性相關的生理學、生物化學、分子及代謝過程。某些寒冷調節基因在抗寒基因型中表現得更為明顯,這些基因促使蛋白質的產生,這些蛋白質作為植物細胞的自我防凍劑,保護細胞膜免受凍害。另一方面,也有一些差異是由寒冷逆境引起的,這一物理訊號轉化為化學訊號並傳遞到細胞核。目前研究已經確定在這個寒冷訊息級聯反應中重要的基因,這些基因確保了強韌的野草莓能成功對低溫逆境做出反應。   這項研究的發現對農業具有重要價值。未來,不需要基因工程就可以使用傳統的雜交育種迅速選擇合適的植物個體,培育出能具有更多抗凍蛋白的草莓。【延伸閱讀】-「基因編輯」屬於基改作物嗎?看各國法規如何影響基因編輯產品的未來

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