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微生物與有機農業
貼出者為 slayers 於Monday, July 23 @ 10:38:49 CST

   作者:
  王議鋒 臺鹽實業股份有限公司 戴瑞衡 臺鹽實業股份有限公司 張靖明 臺鹽實業股份有限公司
   所謂有機農業,就是在農作物生產過程中,不使用化學農藥及化學肥料。這個概念很簡單,但事實上,農作物的產值在「有機生產」與「化學農藥及化學肥料」兩者之間所衍生的問題是相當錯綜複雜的。因為在現階段若不使用農藥,農業上的病蟲害就無法有效地控制;若不使用肥料,則必須面臨收穫量降低的問題。如果想魚與熊掌兼得,微生物會是最重要的一把鑰匙。
  在一個豐富的生態系內,植物的地下根莖穿雜在土壤中,動物活動孔道也橫亙其中,裡面充滿了各式各樣的動物排泄物及動、植物遺骸等有機物質。這些殘骸分解後的有機物質,提供土壤中各種小動物及微生物社群賴以生存的養分及能量。而有機物質多孔洞又多縫隙的結構就像一棟棟的大樓一樣,提供土壤微生物生存依附的空間,同時也吸附、涵養及儲放了各種養分。植物由光合作用轉化而來的能量,則持續地由地上帶入土壤中,土壤鬆軟且肥沃使生活在其中的物種互相制衡,保持一種動態的平衡。
  但是,化學農藥及肥料的使用改變了這個平衡。農藥可以有效地減少病蟲害,因此大量且泛濫地使用;化學肥料因為速效性,能讓作物的收成變佳,在大量使用後,短期內就可顯著增加農產品的產量。但在兩者大量使用下,因為農藥全面性的滅殺作用,地下小動物漸漸不見了,微生物消失了,有機質因長期損耗無法獲得補充下,也消失了。
  有機質的多孔隙及多空間結構的大樓崩解以後,微生物再也找不到棲身的所在地,養分和肥分也藏不住了。最後,整片田地只剩下土壤顆粒、結塊不能利用的肥料,以及橫亙其中的作物根部。
  在這個時候,土壤變成了一個荒涼的小鎮。保肥力低、酸性化以及硬化造成生產力的下降,土壤裡只剩下作物的根部可以提供能量。線蟲因為沒有其他的天敵,所以肆無忌憚地危害作物根部。病原菌則在具抗藥性後,因為沒有其他的制衡微生物,開始大量繁殖。美麗的田園最後變成了病蟲害的樂土! 在面臨地力降低及病蟲害肆虐的情形下,要得到和以前同樣高的產量,就要投入更多的農藥來控制病蟲害,投入更多的肥料來補足流失的肥料。這樣一來,反而造成土壤更進一步的惡化。因此,必須投入愈來愈多的化學肥料及農藥,砸更多的錢去毒殺土地,最後使得土地失去生產力,久久不能回復,只能任由受傷的土地荒廢,雜草覆蓋。等到幾十年、幾百年以後,再緩慢地建立土壤中的生態環境,由自然的力量回復土地的生產力。
  現代農業如何才能從這一個惡性循環中解脫呢?這就要靠微生物了!讓微生物重新回到被農藥及過量肥料影響的土壤中,逐次取代農藥的角色,減少農藥的使用,增加有機肥料的利用效率。施灑微生物製劑,加上供給土地充足的有機質,讓有機物質提供微生物棲身的所在地,保存土壤中的養分,讓有益微生物充滿作物的生長環境,使有害微生物不易靠近、傷害作物。
  這些有益的微生物除了幫助作物抵抗病原菌及病蟲害外,更可以分解土壤中有礙作物生長的物質,使作物有高生產力,減少化學農藥及肥料的過度使用,能夠讓土地健康,讓作物健康無殘留藥物毒害,讓我們對農產品的食用更加安心。
  在實際進行把微生物製劑導入土地的計畫中,一些微生物的特點讓成功的希望大增。微生物具有快速繁殖的特性,只要有發酵槽,在幾天的時間內,端視發酵槽的容量有多大,就可以生產出高達數以噸計的微生物。不僅生產的時間短,而且產品可以規格化。只要選擇適當的微生物菌種,就可以逐次取代現在化學農藥的施灑,而且因為它的天然特性,不會對環境產生危害。
  在現代的有機農業中,微生物菌種不僅可以直接進入土壤,做為土壤改革的先鋒部隊,部分菌種的代謝產物更是即時治療病害的良好成分。但是,以目前的技術而言,微生物製劑還有需要突破的瓶頸。首先,對抗病害的菌種不足,現有的微生物製劑只對部分病害有防治的作用,仍需尋找新的抗病害菌種或代謝產物。其次,因為微生物是活體,保存不易,而且施灑後的長效性不容易維持。不過隨著科技的進步,這些問題可望得到進一步的解決。以下介紹一般常使用在農業上的微生物。
  內生菌根菌:叢枝內生菌根菌有一百四十餘種,它們是存在於土壤內的真菌,和植物共生後會產生為數眾多的分生菌絲。這些菌絲除了幫助水分的吸收外,還會分泌酵素,幫助磷、氮、鉀、鐵、錳及鎂等養分的吸收。菌根菌的菌絲相當細小,最大的根外菌絲也只有 25 微米,遠小於植物的根(大約 0.1 ~ 3 毫米之間),因此當植物和菌根菌形成共生關係時,菌根菌的分生菌絲就形成細緻綿密的網路。
  因為菌絲細小,有較高的機動性,可快速地建立,也會快速地崩毀。因此當土壤中某一區塊的養分吸收完後,菌根菌的分生菌絲可以很快地在其他的區塊形成菌絲,對於不容易隨逕流移動的養分,菌根菌的輔助吸收特別有效。其中,又以磷肥的效果最為顯著。
  接種菌根菌的另一個好處是,共生植物對其他病原菌會有較高的抵抗力。因為菌根菌是一種土壤真菌,所以植物和菌根菌共生以後,植物根部會啟動抵抗機制,例如細胞壁增強增厚、木質素累積、植物根部的水楊酸及酚類化合物的含量增高等。這樣一來,病原菌不僅難以入侵植物體,而且在侵入時會遭遇植物強烈的抵抗。因此,植物宿主和菌根菌共生,可以更有效地抵抗土壤中的病菌及病原真菌的入侵。
  溶磷菌:溶磷菌泛指一群能溶解被固定住的磷肥的微生物。磷非常容易與土壤中,像是鈣、鐵、鋁、鎂等的正離子結合,變成磷酸鈣、磷酸鐵、磷酸鋁等,以不容易溶解在水中的化學型態存在。它的擴散係數比較低,大約是氮的二千分之一。因此常見到的現象是,雖然已經大量地施灑磷肥,卻因為磷肥被固定住了,以至於植物吸收不到。
  藉由溶磷菌繁殖時所分泌的有機酸,溶解已經被固定的磷肥,使得植物根部有較高的機會吸收利用這些原本甚少有機會被利用的磷肥,有效提高磷肥的利用率,可以降低磷肥的使用量。
  枯草桿菌:枯草桿菌的外圍細胞壁能產生厚膜,可耐高溫及各種逆境的衝擊,而且生長速率快,是目前市面上較常見的微生物製劑。在農業方面,主要運用在防治植物病害及促進植物生長上,除了對病毒的病害以外,有許多防治成功的報告。它的作用機制包括了競生、抗生、抑制潛隱性的病害、誘導植物產生抗病性、促進植物生長等。
  它的施用方式大多是預防性的施用,少有治療性的用法,而且需要配合作物栽培方法來斟酌用量。如果能與有機肥料混合施用,一方面提供營養給有益菌種,另一方面對植物也有益處,較可發揮多重功效。
  放射線菌:大部分的植物病原真菌的細胞壁及線蟲的卵殼,都是由幾丁質與醣脂類化合物所構成的。幾丁質的成分是聚乙醯葡萄糖胺,不溶於水、酸、鹼液及有機溶液中,含有 6.89% 的氮素,分解後產生的葡萄糖及氨氣,可以供給植物利用。自然界中,可以分解幾丁質的有真菌、細菌、放射線菌等微生物,其中又以放射線菌最普遍。
  放射線菌分解幾丁質後,可以破壞病原真菌的細胞壁,造成病原菌死亡;也可以分解線蟲卵殼,使線蟲卵無法孵化,降低線蟲族群密度。在分解的同時,也會產生大量的二次代謝物,在這些代謝物中,包含多種可以抑制及毒殺病原菌的抗生物質,對病害的防治具有雙重效果。
  蘇力菌:蘇力菌是昆蟲病原菌。當昆蟲吃下蘇力菌後,經過昆蟲的鹼性腸道時,會被分解而產生毒素,使得昆蟲的腸被穿孔而停止攝食,達到殺蟲的效果。蘇力菌主要用來防治鱗翅目的害蟲,不同的菌株對不同的害蟲有高度的專一性。但因為人類及哺乳動物的消化道中有強烈的胃酸,可以破壞它的結構,所以蘇力菌不會對人及哺乳動物產生有害的影響。
  蟲生真菌:常用於害蟲生物防治上的真菌,主要有白殭菌、綠殭菌、黑殭菌、蟲黴菌、赤座黴菌等。這些蟲生真菌的孢子接觸到蟲體後,發芽生長並侵入蟲體寄生,破壞蟲體的組織器官,最後導致蟲體死亡。對人畜及其他非蟲生真菌的寄主安全性高,不過在施用時,很容易受到環境的影響,在高濕度的陰天或雨後施用,效果較佳。
  固氮菌:是一群能固定空氣中氮氣的細菌、放射線菌、藻類等。因為植物需要的養分以氮肥占最大量,所以氮肥的量很容易在自然界中形成一個作物生長的控制因子。因此利用固氮菌可以把空氣中的氮有效地導入土壤中,讓土壤更肥沃。
  健康的土壤是為了培養健康的作物。在海峽對岸的中國大陸,每年約有五千人直接死於農藥中毒。除此以外,因為過度使用農藥,更出現人必須當蜜蜂用的窘境。因為果園裡的農藥用得太多了,以致在開花期間,連蜜蜂都無法在果園裡生存,也無法四處飛行採蜜替果樹授粉。為了讓果樹能夠授粉結果,人不得不擔任蜜蜂的工作,拿著毛筆一株一株地為花朵授粉,果樹才能結果,才有收成。在臺灣,根據農委會的統計,2004 年農藥的使用量高達 9,703 公噸,這個可觀的數量對人類及環境的潛在毒害相當大。
  舉凡是人就要吃東西,但是歷史上卻不乏吃出病的例子。日本在 60 年代出現的痛痛病,就是因為農產品及水源中的重金屬鎘含量太高,日積月累下造成身體難以回復的病痛。在越戰期間,美軍在越南噴灑大量的生化武器「橙劑」和其他的落葉劑,在長期食用受污染的水源及作物的狀況下,到今天仍然約有五百萬的越南人深受其害,這些年來更產生超過 15 萬的畸形兒。
  在《寂靜的春天》一書中,描述濫用化學製品的藥劑後,春天失去了蟲鳴鳥叫的景象而令人毛骨悚然。其實這僅是人們能感受到的表象而已,原本活躍且豐富的土壤世界,在遭受農藥及化學物質的洗禮後,早就是一個寂靜死亡地帶。因為它們無法為自己哀鳴,長久以來一直被人們遺忘,等到發現土地死亡後,往往需要幾十年、幾百年的光陰,讓土地靜養回復生命力。
  然而土地的生命力或能回復,但是位於食物鏈最頂端的人類,在停用了高效能有機殺蟲劑的滴滴涕(DDT,二氯雙苯三氯乙烷)的幾十年後,體內還是可以檢測到滴滴涕的殘留,仍然還在苦嘗當年所種的毒果! 或許您覺得這些太遙遠,各種農產品含有過量有害人體的化學物質的報導,卻時有所聞。在 2005 年 9 月,中秋茶葉禮盒中的茶葉被檢測出殘留的「硫敵克」農藥,菸酒公司的製酒葡萄被檢測出二硫代胺基甲酸類及加保扶,兩項農藥的殘留量超過容許標準值。其他諸如含孔雀石綠的石斑魚、病死豬、戴奧辛鴨蛋等,都是實實在在地圍繞在我們周遭生活中。
  「吃得安全、吃得健康」是現代人的夢想,於是強調無毒安全的有機農業應運而生。到民國 96 年 1 月為止,已經有 4 個民間團體通過農委會的審查可以進行有機農業驗證。這 4 家驗證機構分別是「財團法人國際美育自然生態基金會」(MOA)、「財團法人慈心有機農業發展基金會」(TOAF)、「臺灣省有機農業生產協會」(TOPA)、以及「臺灣寶島有機農業發展協會」(FOA)。
  臺灣有機農業的種植面積,近年來也有顯著的成長,在 9 年內擴大了 7 倍,種植面積約占耕地的千分之一點五。但是和國外相較,規模仍十分有限。對飲食及食物安全最注重的歐洲,目前的有機農地種植面積約達到了 5%,歐盟更預計在 2010 年達到 10% 的目標。有機農業的發展不只在臺灣流行,更是一種全球性的潮流及行動。
  但是這一個生活的夢想,仍有十分遙遠的路要走,因為病害尚無法控制,且有機作物的產量無法提升。有機農業比起一般農產品背負更高的成本壓力,表現出來的是有機農業產品的售價幾乎是一般農產品的兩倍。另一個更嚴重的問題來自於信心層面,誰能保證這一些農產品是真正的有機農產品呢? 農產品身分證 除了販售時貼上的一片「有機」貼紙外,我們需要更好的安全選擇,讓農產品的證明澈底透明。依據農委會的網站資料,一張屬於農產品的身分證是指具有產銷履歷的農產品,也就是說從農產品的生產、處理、加工、流通、販賣等各階段的資訊,都是有紀錄可追蹤和可追溯的,訴求的是安心與安全的食品。這樣的舉動讓消費者從簡單的末端「消費」行為,一躍成為「參與者」,可以直接對其中不合理的生產流程提出異議,匯集民眾的力量對農產品的產製加以監控。
  但是目前農作物的生長需要使用農藥及肥料,沒有它們產量就無法提升,有機農業仍然是奢侈品。而且在誘人的價格差異下,勢必不能免除非有機農產品魚目混珠的情形。因此,當務之急就是讓微生物能有效地在有機農業上扮演重要角色,漸次取代化學農藥及化學肥料的使用,讓有機作物大量生產,產品價格得以降低,而普及至一般家庭,使每個人都能吃得安全、吃得健康!

轉載自 國科會-科普知識 網站