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農用生物製劑之優勢與創新案例

劉涵芳/ 發布日期:2023/06/07/ 瀏覽次數:217

一、市場趨勢
在永續農業的趨勢下,國際間政府亦推動農用生物製劑的使用與發展。例如:印度政府推行第七季五年農業計畫,提供農民財務補貼以擴大當地生物肥料生產;歐盟提供促進蟲害管理和農藥減量的措施,將傳統農業系統的關注焦點往生物製劑方案移動。根據Frost & Sullivan 的推估,全球農業生物製劑市場於2021年為108.8億美元,預計至2030年將達 252.5億美元,複合年增長率為9.8%。其中,拉丁美洲的新興市場,亞太地區的中國、印度、東南亞國家等地區,因政府推動減少碳排放和食品監管等政策,補貼農民或獎勵措施,將提高生物製劑使用意願。另外,政治情勢和原物料上漲亦對生物製劑市場產生影響。生物製劑和肥料時常搭配使用,而俄羅斯為全球最大肥料生產國,戰爭造成肥料供應短缺,進而影響相關生物製劑的使用。但另一方面,原物料上漲使得化學肥料價格提升,則驅使農民以生物製劑取代化學肥料。

 

二、生物製劑之優缺點
生物製劑依功能,可以大略分成植物疫病防治的農藥,以及調節植物生長的肥料與刺激素:

(一) 生物農藥(Biopesticide)
蟲害防治的殺蟲、除蟲、驅蟲劑,減少雜草的除草劑,預防藻類真菌寄生的除藻劑、抗菌劑等等,皆屬於此範圍。生物農藥的來源,包括不以人工化學方法合成之天然物,例如香茅油、大蒜或茶樹萃取物、橙油或菊脂、曼陀螺或檸檬草等等;以動植物自身分泌出的化學分子萃取物或合成物,例如昆蟲費洛蒙;以及微生物為基底的配方,例如蘇力菌、黑殭菌、枯草桿菌、木黴菌等等。

生物農藥跟化學農藥的差距,在於生物農藥對生態環境的影響較小,適合預防性施用,立即性成效差,但通常無藥劑殘留,提高後續產品安全性,且對目標病蟲害具專一性,有機會藉由生命週期達到長效作用;但相對的,化學農藥的效果顯著,環境溫溼度或紫外線一般不影響其保存和效力,且不須針對個別病蟲害挑選適用的劑型,製作與施用的技術門檻低,成本也相對較低。

(二) 生物肥料(Biofertilizer)
肥料的功能是提供植物生長必需的營養元素,包含主要的氮磷鉀元素和次要鈣鎂硫元素等,而三成至五成的作物產量增加要歸功於肥料的施用,是農耕者不可或缺的產品。化學合成肥料大多由無機化合物和礦物提煉製成,任意混用可能產生化學反應降低肥效,過度施用則可能造成肥害。廣義的生物肥料包含有機物再製如動物糞便、泥漿、海草等經過發酵腐熟後使用,或是微生物和相關代謝物,如休眠孢子、細菌、真菌、藻類等,能直接或間接提高土壤營養物質,增進植物養分吸收與生長,例如豆科作物之根瘤菌能將游離氮轉換成可利用氮化物,瓜類菌根菌協助植物根系伸展,非洲菊溶磷菌促進土壤中有效磷肥的比例等等。

生物肥料發酵管控或種源培養的技術要求較高,限制了大量生產和使用普及率,尤其微生物劑型品質有賴相關單位把關,例如菌數和活性的測量、儲存的穩定性等等,加上微生物適應施用環境之溫溼度、土壤特性、地區微量元素和雜質干擾等變數,在量產和推廣上仍有許多挑戰。

(三) 生物刺激素(Biostimulant)
植物用生物刺激素屬於相對新穎的概念,2012年於法國舉辦的「第一屆國際生物刺激素應用會議」是重要的里程碑,生物刺激素的來源可以是海藻提取物、蛋白質水解物、腐殖質、幾丁質、微生物或是無機元素例如矽,產品特性為可以調節植物生長和增強逆境抗性,但不直接供應植物營養元素,亦不用直接作用於植物疫病防禦。然而其作用原理牽涉許多協同作用,對機制的驗證不夠完整,商品亦經常包含多種成分的混合物,故雖然生物刺激素和農藥及肥料得以區分,產品於近年有逐步增加的趨勢,但在定義和管理規範上仍不夠明確。

 

 

三、技術創新案例

生物製劑的來源上,微生物為主的劑型以及結合廢料循環功能的產品是目前研發趨勢,而攜帶和運送技術的革新,則有助於各類劑型在配套施用時的表現和應用。以下列舉相關創新案例:

(一) Bee Vectoring Technologies 致力於永續農業和昆蟲管理,該企業對授粉蜜蜂的瞭解與研究,使其開發出特殊蜜蜂飼育槽,讓蜜蜂攜帶生物製劑施用於植物的獨特方法。旗下由植物共生真菌基底篩選開發出的病害防治劑BVT-CR7,有助於提高植物環境韌性和營養吸收,且對防治真菌病害例如葡萄孢菌尤其有效,施用時間可以持續到採收之日,保護效果甚至可延長後續產品保質期。

(二) Provivi 開發的昆蟲費洛蒙Pherogen™,利用干擾雄蟲找到雌蟲的原理,降低昆蟲繁殖與族群數量達到昆蟲防治,劑型設計上不須高負重噴灑機器,尤其女性農民使用相對容易,製造上使用專利的生物催化和低成本原料,改善昆蟲費洛蒙的高成本問題,成功將產品應用在大量生產的作物,例如肯亞玉米田的秋行軍蟲防治。

(三) Earnest Earth 專注於土壤肥料研發。將農廢料例如牛糞、破碎木頭、泥炭蘚等與炭源混合,運用專利135度高溫的空氣堆肥技術,或是專利蚯蚓飼育槽,將廢料轉換成環境友善的生物肥料。基於對土壤的研究,該企業也正在尋找和開發微生物菌落肥料。

(四) New Leaf Symbotics 對粉紅色素兼性甲基菌(Pink Pigmented Facultative Methylotrophs,PPFMs)有深入研究,PPFMs使用植物代謝副產物甲醇作為能量來源,具備良好植物共生關係。該企業篩選特殊菌株開發生物刺激素產品Terrasym,內含活菌株,可使用於犁溝、種子浸泡或葉面噴灑,強化植物生長與韌性。

 

四、結語

在政府的鼓勵措施下,相關廠商也看好整體市場發展,因此,願意投入高研發能量以獲得高潛力的產品,對產品科學原理的宣傳增加,同時銷售策略結合多個產品,為使用者提供作物完整生命週期的建議和產品。然而,市場發展仍具挑戰,其中包括:生物製劑的註冊要求相對繁瑣,例如歐洲對含有微生物之生物製劑的新活性成分要求嚴格,缺乏跨地區的監管框架與協調,難以快速進入市場。其次,生物製劑的功效雖然正在提升,但仍不及化學製劑,在量產壓力下,低成本作物面臨成本增加和施用挑戰,降低使用生物製劑的意願。此外,生物製劑的效果與儲存易受環境影響,難以維持功效一致性與製劑穩定性,即使越來越多企業關注新配方和解決方案的研發,例如奈米技術和釋放系統,但相關投資仍舊不足且相對緩慢。

 

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