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表現多種抗蟲毒素的轉殖作物就可以萬無一失嗎?

葉綠舒
・2013/04/02 ・1089字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 549 ・八年級

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棉鈴蟲(Helicoverpa zea)

人類與害蟲的戰爭永無休止,但目前看來人類要取得勝利並沒有這麼容易。

棉鈴蟲(Helicoverpa zea )是危害農作物的幾種主要害蟲之一,幼蟲期的牠胃口奇佳,可以危害玉米、棉花、蕃茄等作物。自從發現了蘇力菌(Bacillus thuringiensis)以及它的的結晶蛋白的殺蟲效果之後(1),目前人類已經成功的將結晶蛋白的基因植入植物中。

這些轉殖作物在1996年第一次正式大量栽種,但很快地,棉鈴蟲便發展出了抗藥性。

於是科學家們便發展出新的轉殖作物。這種新的轉殖作物同時帶有兩個不同的結晶蛋白;理論上,如果其中一種結晶蛋白無法殺死害蟲,另一種也會發生功效。

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但是,亞利桑納大學的昆蟲學家們卻發現:已經對單一結晶蛋白有抗藥性的棉鈴蟲,對於另一種結晶蛋白也會有不同程度的抗藥性。相較於不具抗藥性的棉鈴蟲,具有抗藥性的棉鈴蟲在帶有兩個不同結晶蛋白的轉殖玉米上的存活率要高得多(2)。

而且,當研究團隊試驗其他七種不同的害蟲時,他們也觀察到交叉抗藥性的存在。交叉抗藥性可使這些害蟲更快發展出對抗新藥的武器,也會使得我們苦心孤詣發明出來的殺蟲良方很快就失去功效。

更麻煩的是,研究團隊發現抗結晶蛋白的基因是顯性遺傳,這使得抗藥基因可以很容易透過交配在下一代就發揮功效。

大部分的基因突變都是隱性遺傳,由於隱性遺傳在交配後的第一代(F1)不具有性狀,因此突變基因要延續下去並不容易;需要有兩個突變的物種交配之後,第一代裡面會有25%的機率才會表現出突變基因具有的性狀。但是顯性遺傳會使交配後的第一代至少一半具有抗藥性。這也使得「refuge」的使用更重要。

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「refuge」是什麼呢?原來農夫在種植具有抗蟲基因的轉殖作物時,會留下一部份農地種植不帶有抗蟲基因的農作物;這些農作物可以讓不具有抗藥基因的害蟲持續存活,也可以延緩具有抗藥能力的害蟲出現的時間。

但由於過去美國環保署(EPA)對於結晶蛋白(Bt toxin)的前景太過樂觀,因此也沒有特別要求種植抗蟲轉殖作物的農民要留下一定的面積作為「refuge」。

或許這也間接造成抗藥性棉鈴蟲的大量出現?不論如何,亞利桑納州的研究團隊發現,對於抗結晶蛋白的棉鈴蟲,只留下十分之一的田地作為「refuge」是不夠的,至少要留下三成到四成的田地來作為「refuge」,才有可能延緩具有抗藥性的棉鈴蟲的全面反撲。

不過,依據本文(3)裡面的資料,目前美國種植轉殖玉米約佔全體玉米產量的90%;所以要如何達到30-40%呢?看情形棉鈴蟲的全面反撲只是早晚的事了,唉!

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參考資料:

  1. Bacillus thuringiensis. 2013. Wikipedia.
  2. Multi-toxin biotech crops not silver bullets, scientists warn
  3. T. Brévaulta, S. Heuberger, M. Zhang, C. Ellers-Kirk, X. Ni, L. Masson, X. Li, B. E. Tabashnik, and Y. Carrière 2013. Potentialshortfall of pyramided transgenic cotton for insect resistance management. Proc. Natl. Acad. Sci. USA.
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葉綠舒
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做人一定要讀書(主動學習),將來才會有出息。

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從奈米微塵到化學氣體, HEPA 與活性碳如何聯手打造純淨空氣?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/04/17 ・4433字 ・閱讀時間約 9 分鐘

本文由 Amway 委託,泛科學企劃執行。

很多人可能沒想到,無論是家用的空氣清淨機,還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠,它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩,而是一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網
在半導體產業的無塵室中,「乾淨」的定義極其殘酷:一粒肉眼看不見的灰塵,就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢 / 圖片來源:envato

到底怎樣才算是「乾淨」?這不是什麼靈魂拷問,而是一個價值上億的商業命題。

在半導體產業的無塵室中,「乾淨」的定義極其殘酷:一粒肉眼看不見的灰塵,就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢。空氣品質的好壞,甚至能成為台積電(TSMC)決定是否在當地設廠的關鍵性指標。回到你的家中,雖然不需要生產精密晶片,但我們呼吸系統中的肺泡同樣精密,卻長期暴露在充滿 PM2.5、病毒以及各種揮發性氣體的環境中。為了守護健康,你可能還要付費購買「乾淨的空氣」來用。

因此,空氣議題早已超越單純的環保範疇,成為同時影響國家經濟與個人健康的重要問題。

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很多人可能沒想到,無論是家用的空氣清淨機,還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠,它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩,而是同一件看起來平凡無奇的東西:一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網。但你真的相信,就憑這層厚度不到幾公分的板子,能擋住那些足以毀滅精密晶片、滲透人體細胞的「奈米級刺客」嗎?

這片大家都聽過的 HEPA 濾網,裡面到底是什麼?

首先,我們必須打破一個直覺上的誤解:HEPA 濾網(High Efficiency Particulate Air filter)在本質上其實並不是一張「網」。

細懸浮微粒 PM2.5,是指粒徑在 2.5 微米以下的污染物,它們能穿過呼吸道直達肺泡,並穿過血管引發全身性發炎。但這只是基本,在工廠與汽車尾氣中,還存在粒徑僅有 1 微米的 PM1,甚至是小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」(UFP,即 PM0.1)。 UFP 不僅能輕易進入血液,甚至能繞過血腦屏障(BBB),進入大腦與胎盤,其破壞力十分可怕。

如果 HEPA 濾網像水槽濾網或麵粉篩一樣,單靠孔目大小來「過濾」粒子,那麼為了攔截奈米微粒,濾網的孔目只能無限縮小到幾乎不透氣的程度。更別說在台積電或 Intel 的製程工程師眼裡,一般人認為的「乾淨」,在工程師眼裡簡直像沙塵暴一樣。對於線寬僅有 2 奈米3 奈米(相當於頭髮直徑萬分之一)的晶片而言,空氣中一顆微小的塵埃,就是一顆足以毀滅世界的隕石。

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因此,傳統的過濾思維並非治本之道,我們需要的是原理截然不同的過濾方案。這套技術的雛形,最早可追溯至二戰時期的「曼哈頓計畫」。

HEPA 的前身,誕生於曼哈頓計畫!

1940 年代,製造濃縮鈾是發展原子彈的關鍵。然而,若將排氣直接排向大氣,會導致致命的放射性微粒擴散。負責解決這問題的是 1932 年諾貝爾化學獎得主歐文·朗繆爾(Irving Langmuir),他是薄膜和表面吸附現象的專家。他開發了「絕對過濾器」(Absolute Filter),其內部並非有孔的篩網,而是石綿纖維。

有趣的來了,如果把過濾器放到顯微鏡下,你會發現纖維之間的空隙,其實比某些被攔截的粒子還要大。那為什麼粒子穿不過去呢?這是因為在奈米尺度下,物理規則與宏觀世界完全不同。極微小的粒子在空氣中飛行時,並非走直線,而是會受到空氣分子撞擊,而產生「布朗運動」(Brownian Motion),像個醉漢一樣東倒西歪。

當粒子通過由緻密纖維構成的混亂迷宮時,布朗運動會迫使它們不斷轉彎、移動,最終撞擊到帶有靜電的纖維上。這時,靜電的吸附力會讓纖維就像蜘蛛網般死死黏住微粒。那些狂亂移動的奈米刺客,就這樣被永久禁錮迷宮中。

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現在最常見的 HEPA 材料,是硼矽酸鹽玻璃纖維。

現代 HEPA 濾網最常見的核心材料為硼矽酸鹽玻璃纖維。這些玻璃纖維的直徑通常介於 0.5 至 2 微米之間,它們在濾網內隨機交織,像是一座茂密「黑森林」。微粒進入這片森林後,並非僅僅面對一層薄紙,而是得穿越一個具有厚度且排列混亂的纖維層,微粒極有可能在布朗運動的影響下撞擊並黏附在某根玻璃絲上。

除此之外,HEPA 濾網在外觀上還有一個極具辨識度的特徵,那就是像手風琴般的摺紙結構。濾材會被反覆摺疊、摺成手風琴的形狀,中間則用鋁箔或特殊的防潮紙進行結構支撐,目的是增加表面積。這不僅為了捕獲更多微粒,而是要「降低過濾風速」。這聽起來可能有點反直覺:過濾不是越快越好嗎?

其實,這與物理學中的流速控制有關。想像一條水管,如果你捏住出口,水流會變得湍急;若將出口放開並擴大,雖然總出水量不變,但出水處的流速會變得緩慢。對於 HEPA 濾網而言,當表面積越大,單位面積所需承載的空氣量就越少,空氣穿透濾網的速度也就越低。

低流速代表微粒停留在濾網內的時間也更久,增加被捕捉的機會。此外,越大的表面積也為 HEPA 濾網帶來了高「容塵量」,延長了使用壽命,這正是它能夠稱霸空氣清淨領域多年的主因。

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然而,即便都叫做 HEPA 高效率空氣微粒子過濾網 (High Efficiency Particulate Air filter),但每個 HEPA 的成分與結構還是會不一樣。例如 安麗逸新空氣清淨機 SKY ,其標榜「可過濾粒徑最小至 0.0024 微米」的污染物,去除率高達 99.99%。

0.0024 微米是什麼概念?塵蟎、花粉、皮屑或黴菌孢子,大小約在 2 至 200 微米;細懸浮微粒  PM2.5 大小約 2.5 微米,細菌也大概這麼大。最小的其實是粒徑小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」,大多數的病毒(如流感、新冠病毒)都落在此區間。對安麗逸新 的HEPA濾網來說,基本上通通都是可被攔截的榜上名單。

在過敏防護上,它更獲得英國過敏協會(Allergy UK)認證,能有效處理 19 大類、102 種過敏原,濾除空氣中超過 300 種氣態與固態污染物。

同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室,就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷,就是「硼 (Boron)」 / 圖片授權:Shutterstock

然而,同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室,就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷,就是「硼 (Boron)」。

在半導體製程中,硼是常見的 P 型摻雜物,用來精準改變矽晶圓的電性。如果濾網有任何微小的破損、老化或化學侵蝕,進而釋放出極微量的硼離子,就可能直接污染晶圓,改變其導電特性,導致晶片報廢。

此外,無塵室要求的是比 HEPA 更極致的 ULPA(超低穿透率空氣濾網) 等級的潔淨度。ULPA 的標準通常要求對 0.12 微米 的粒子達到 99.999% 甚至 99.9999% 的超高攔截率。在奈米級的競爭中,任何多穿透的一顆微塵,都代表著一筆不小的經濟損失。

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為了解決「硼」的問題並追求極限的過濾效率,材料學家搬出了塑膠界的王者,PTFE 也鐵氟龍。鐵氟龍不僅耐酸鹼、耐腐蝕,還能透過拉伸製成直徑僅 0.05 至 0.1 微米 的極細纖維,其細度遠勝玻璃纖維。雖然 PTFE 耐化學腐蝕,但它既昂貴且物理上也很脆弱,安裝時若不小心稍微觸碰,數萬元的濾網就可能報銷。因此,你只會在晶圓廠而非一般家庭環境看到它。

即便如此,在空氣濾淨系統中,還有一樣是無塵室和你家空氣清淨器上面都有的另一張濾網,就是活性碳濾網。

活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附?

好不容易將微塵擋在門外時,危機卻還沒有解除。因為空氣中還隱藏著另一類更難纏的大魔王:AMC(氣態分子污染物)

HEPA 或 ULPA 這類物理濾網雖然能攔截固體微粒,但面對氣態分子時,就像是用網球拍想撈起水一樣徒勞。這些氣態分子如同「幽靈」一般,能輕易穿過物理濾網的縫隙,其中包括氮氧化物、二氧化硫,以及來自人體的氨氣與各種揮發性有機物(VOCs)。

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為了對付這些幽靈,我們必須在物理防線之外,加裝一道「化學濾網」。

這道防線的核心就是我們熟知的活性碳。但這與烤肉用的木炭不同,這裡使用的是經過特殊改造的「浸漬處理(Impregnation)」活性碳。材料科學家會根據敵人的不同性質,在活性碳上添加不同的化學藥劑:

  • 酸鹼中和:對付氮氧化物、二氧化硫等酸性氣體,會在活性碳上添加碳酸鉀、氫氧化鉀等鹼性藥劑,透過酸鹼中和反應將有害氣體轉化為固體鹽類。反之,如果添加了磷酸、檸檬酸等酸性藥劑,就能中和空氣中的氨氣等鹼類。
  • 物理吸附與凡德瓦力:對於最麻煩的有機揮發物(VOCs,如甲醛、甲苯),因為它們不具酸鹼性,科學家會精密調控活性碳的孔徑大小,利用龐大的「比表面積」與分子間的吸引力(凡德瓦力),像海綿吸水般將特定的有機分子牢牢鎖在孔隙中。
活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附? / 圖片來源:Amway

空氣濾淨的終極邏輯:物理與化學防線的雙重合圍

在晶圓廠這種對空氣品質斤斤計較的極端環境,活性碳的運用並非「亂槍打鳥」,而是一場極其精密的對戰策略。

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工程師會根據不同製程區域的空氣分析報告,像玩 RPG 遊戲時根據怪物屬性更換裝備一樣——「打火屬性怪要穿防火裝,打冰屬性則換上防寒裝」。在最關鍵的黃光微影區(Photolithography),晶圓最怕的是人體呼出的氨氣,此時便會配置經過酸性藥劑處理的活性碳進行精準中和;而在蝕刻區(Etching),若偵測到酸性廢氣,則會改用鹼性配方的濾網。這種「對症下藥」的客製化邏輯,是確保晶片良率的唯一準則。

而在你的家中,雖然我們無法像晶圓廠那樣天天進行空氣成分分析,但你的肺部同樣需要這種等級的保護。安麗逸新空氣清淨機 SKY 的設計邏輯,正是將這種工業級的精密防護帶入家庭。它不僅擁有前述的高規 HEPA 濾網,更搭載了獲得美國專利的活性碳氣味濾網。

關於活性碳,科學界有個關鍵指標:「比表面積(Specific Surface Area)」。活性碳的孔隙越多、表面積越大,其吸附能力就越強。逸新氣味濾網選用高品質椰殼製成的活性碳,並經過高溫與蒸氣的特殊活化處理,打造出多孔且極致高密度的結構。

這片濾網內的活性碳配重達 1,020 克,但其展開後的總吸附表面積竟然高達 1,260,000 平方公尺——這是一個令人難以想像的數字,相當於 10.5 個台北大巨蛋 的面積。這種超高的比表面積,是市面上常見濾網的百倍之多。更重要的是,它還添加了雙重觸媒技術,能特別針對甲醛、戴奧辛、臭氧以及各種細微的異味分子進行捕捉。這道專利塗層防線,能將你從裝潢家具散發的有機揮發氣體,或是路邊繁忙車流的廢氣中拯救出來,成為全家人的專屬空氣守護者。

總結來說,無論是造價百億的半導體無塵室,還是守護家人的空氣清淨機,其背後的科學邏輯如出一轍:「物理濾網攔截微粒,化學濾網捕捉氣體」。只有當這兩道防線同時運作,空氣才稱得上是真正的「乾淨」。

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蟲蟲危機!氣溫上升加速害蟲蠶食農作物——《圖解全球碳年鑑》
商業周刊
・2022/10/03 ・3771字 ・閱讀時間約 7 分鐘

目前全世界的農田,因為病蟲害而損失 10% 至 15% 的農作物。

氣候和農業害蟲

昆蟲的生理機能對溫度的改變敏感,溫度上升 10°C 會使其新陳代謝率加倍,溫度突然上升會加速昆蟲的食物消耗、成長和移動。

昆蟲的生理機能對溫度的改變敏感,溫度上升 10°C 會使其新陳代謝率加倍,溫度突然上升會加速昆蟲的食物消耗、成長和移動。圖/Pixabay

最近一份《科學雜誌》(Science)的研究,證實溫度提高 2°C 可能使大量農作物遭到昆蟲啃食,在歐洲和北美洲,小麥和高粱的蛋白質成分顯著下降,西歐則是有近 75% 的小麥作物遭到蟲害。

溫度上升會改變害蟲的整體數量,結果造成:

  • 世代更替的頻率增加。
  • 地理區域擴大。
  • 昆蟲散播的植物病。
  • 更可能捱過冬天。
  • 昆蟲和其掠食者不再同步。
  • 植物的成長和昆蟲不同步。

氣候與農業疾病

真菌影響糧食作物, 而且通常在 20-30° C 時成長旺盛,氣候變遷使全球溫度上升,沿赤道區也將會發生真菌疾病的改變。

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愛爾蘭馬鈴薯歉收是真菌疾病造成,被稱為「立枯病」,進而傳染當地的農作物。這些疾病在遠離赤道的地區極可能再度出現,影響地區的糧食安全。

20 億人的缺糧危機

地球上有超過 20 億人受到缺糧的威脅,或是缺乏安全營養的食物,大氣中二氧化碳濃度升高使溫度升高、洪水氾濫以及陸地和土壤劣化,於是農作物產出的營養價值和品質以及家畜的生產力下降。

地球上有超過 20 億人受到缺糧的威脅,或是缺乏安全營養的食物。圖/Pixabay

策略與國際研究中心(The Center for Strategic & International Studies, CSIS)表示,溫度中數每上升攝氏 1 度,和農作物產出下降 10% 之間有關連性,熱浪可能造成農作物的全面歉收,至於土地管理不良、森林砍伐以及牲畜過度放牧而破壞草地,則加重了氣候相關的影響,也增加糧食系統的整體威脅。

溫度中數每上升攝氏 1 度,和農作物產出下降 10% 之間有關。圖/商業週刊

食物匱乏將持續惡化,導致更多饑荒和營養不良,此外農作物和家畜大規模遠離養分耗盡或無法使用的土壤也將更為常見。

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陸地和土壤劣化的問題

陸地和土壤失去支持生命的物理性、化學性或生物特質,稱為劣化。相較工業革命和大規模農耕之前的狀態,如今地球上超過 75% 的土地養分殆盡,科學家預期 2050 年以前, 可能到達 90%。

世界各地,每年有相當半個歐盟(418 萬平方公尺)的土地變得較不具生產力與耐受力,而以非洲和亞洲受創最重。

岩石和土壤崩解後,被風和雨沖刷侵蝕而使陸地劣化,這個過程是自然發生的,但極端天氣事件使它更加嚴重。

岩石和土壤崩解後,被風和雨沖刷侵蝕而使陸地劣化,這個過程是自然發生的,但極端天氣事件使它更加嚴重。圖/Pixabay

隨著海岸地區的海平面上升, 鄰近一帶的陸地被海水淹沒,剩下的陸地會因為鹽分和汙染物增加而變得不堪使用。

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土壤劣化也透過以下發生:

  • 農業活動
  • 動物吃草
  • 森林砍伐
  • 都市化程度升高

如今,32 億人經歷某種程度陸地劣化的效應,導致糧食供應減少,且往往伴隨遷徙的增加。

土壤的重要性

在我們腳下的棕色塵土,裡頭至少包含所有全球生物多樣性的四分之一,而且對提供乾淨的水是不可或缺,1 茶匙裡的土壤有數十億微生物,據估計,土壤中所含的碳,比大氣多了 3 倍。

95% 的全球食物供應仰賴土壤,來養活大部分的生物。氣候暖化達 2°C 將使土壤中超過 2,300 億公噸的二氧化碳外洩,可能使地球突然陷入不可逆的氣候變遷中。

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其他面臨的問題

每一分鐘有大約 30 座足球場的土壤,因為以下原因而侵蝕或退化:

  • 農業化學物質
  • 森林砍伐
  • 過度放牧

殺蟲劑的使用

二次世界大戰後,大型的化學公司鎖定食品業來擴充市場,在接下來的 50 年間,美國的殺蟲劑使用量增加 10 倍,但農作物的損失近乎翻倍,殺蟲劑毒死微生物,而這些微生物為世界各地數億公畝土地帶來健康土壤,例如土壤中的蚯蚓被噴灑殺蟲劑後,只生長到正常重量的一半,生殖力也遠不及未被殺蟲劑噴灑的蚯蚓。

二次世界大戰後,美國的殺蟲劑使用量增加 10 倍。圖/Pixabay

風力

陸上風力渦輪(onshore wind turbine)需要發電半年,來抵銷建設它所用掉的能源,但在此之後,在它使用年限 24 年間,生產出 100% 無碳的電力。

大規模太陽能

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印度的巴德拉太陽能公園(Bhadla Solar Park)是全世界最大的太陽能農場(solar farm),創造出 2,245 百萬瓦(MW)的電,超過許多燒炭或核能電廠。它位在沙漠,太陽能板是由機器人清理,而這些機器人的運作不需要用到水。

主要農作物產量下降

根據聯合國農糧組織(United Nations Food and Agriculture Organization, FAO),2020 年有高達 8.11億人飽受飢餓之苦,約占全人類的 10%。

隨著全球的平均溫度上升,乾旱和洪水發生的頻率可能降低糧食供應,而更嚴重的天然災害和活躍的病蟲害也將進一步減少農作物產出,目前有針對氣候變遷對糧食產出做出整體預測,全球最重要的農作物玉米,預估將減少高達 24% 產量,第二重要的小麥,在升溫 1.5° C 的情況下減少 14%,在升溫 2° C 的情況下減少 37%,大豆的收成量在升溫 2° C 下則可能掉落 10-12%。

目前世界可以藉由向不受影響的地區採購,來因應特定地域的乾旱或農作物歉收,美國、巴西、阿根廷和烏克蘭這 4 個最大的玉米出口國,占了出口的 87%,過去這些國家因為地理位置相距遙遠,不會同時出現農作物歉收的情形,如今這些地區的產出,會在升溫 2° C 下減少 8 至 18%,在升溫 4° C 下,下降 19 至 47%。在升溫 2° C 下,4 大農作區同時歉收的風險是 7%,溫度上升到 4° C 時,風險飆高到 86%。

我們的人是在追求「富足」而不是「永續」,

對我而言,「永續」意謂維持國家資源在得以維生的線上,

直到這些資源最終消失,或工業已經受夠而離開。

追求「富足」是確保你的孫子不需要像你那麼努力工作,

確保當我們把這園子留給他們時,他們將擁有所需的一切。

⸺喬.馬丁(Joe Martin),獨木舟雕刻大師

一個起司漢堡的碳足跡,等於 9 個鷹嘴豆餅(falafei)加上口袋餅,或是 6 份炸魚和薯條(fish and chips)。

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糧價也因此飆高

糧價由供需的改變決定,雖然需求大致穩定,但供給可能變動。旱災和水災降低農作物的生產力和農田的產出,威脅食物的供應而導致價格上升,行銷和包裝成本的改變也會。

貿易也是主要因素,英國有大約 40% 的食物(香蕉、茶、咖啡、奶油、羊肉等)要靠進口,大部分國家的食物供應也仰賴貿易,美國的食物來自加拿大、墨西哥等國家,船運的汽油和貨櫃成本也占糧食成本的一部分。

糧價高漲會因為氣候變遷而惡化,2021 年的平均糧食價格是近 50 年來最高,巴西的乾旱、洪水和霜害,使咖啡價格上漲 30%,消費者只能眼巴巴看著咖啡的價格節節高升。

糧價高漲會因為氣候變遷而惡化,2021 年的平均糧食價格是近 50 年來最高,巴西的乾旱、洪水和霜害,使咖啡價格上漲 30%。圖/Pixabay

俄羅斯、美國和加拿大⸺杜蘭小麥最大供應國⸺的乾旱,導致杜蘭小麥減產,麵包和麵條漲價已經讓消費者有感,以番茄為主的蔬果價格,也因為佛羅里達和加州氣候變遷問題而節節高升。

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世界曾經目睹幾次糧價飆高,1973 年,全球石油危機和乾旱造成糧價上漲,2008 年,石油價格上漲、澳洲乾旱以及美國決定種玉米來生產燃料而不是食用用途,因此推高動物飼料的價格而導致糧食價格膨脹,2021 年,糧價飆高的情形類似 1973 年,只是這次極端天氣扮演較顯著的角色。

糧價上漲影響各種收入的人,只是方式不同。糧價直接威脅低收入戶的糧食供應導致飢荒,至於較高收入家庭,則是較不健康的飲食和肥胖增加。

到2030 年以前,10 種主要農作物當中,9 種的生長速度將遲緩或開始放緩。至少部分來自氣候變遷,平均價格將看到顯著上升。圖/商業週刊

到 2030 年以前,10 種主要農作物當中,9 種的生長速度將遲緩或開始放緩。至少部分來自氣候變遷,平均價格將看到顯著上升。

——本文摘自《圖解全球碳年鑑:一本揭露所有關於碳的真相,並即時改變之書》,2022 年 9 月,商業周刊,未經同意請勿轉載。

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今年最火紅的昆蟲議題:台灣準備好阻止秋行軍蟲的奇幻旅程了嗎?
科學月刊_96
・2019/08/12 ・2739字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 569 ・九年級

莊汶博/臺灣大學農藝系助理教授

今 (2019) 年全臺最火紅的昆蟲議題,絕對非秋行軍蟲 (fall armyworm, FAW) 莫屬了!這個近期飄洋過海來臺灣的外來種,為何會重要到被全民「通緝」?牠的出現,又會對本土農業實務與管理帶來什麼巨大的挑戰?

蟲蟲危機哪裡來?

秋行軍蟲,又名草地貪夜蛾 (Spodoptera frugiperda) ,原分布於美洲大陸,於 2016 年突然入侵非洲奈及利亞,且 2 年內在非洲造成重大的經濟危害,隨後於 2018 年入侵印度。此外,秋行軍蟲除了今年 1 月在中國雲南現身,臺灣苗栗的飛牛牧場也於今年 6 月初發現第一例入侵案件,不到一個月,經全民通報與形態確認後發現破百個案例,現今連日本鹿兒島都能發現秋行軍蟲的蹤跡。

玉米植株上的秋行軍蟲幼蟲。圖/莊汶博攝影

秋行軍蟲的名聲之所以這麼響亮,是因為其幼蟲的寄主範圍廣且主要危害玉米、水稻及十字花科等農藝園藝主要作物,且植物受損的狀況相對其他害蟲來說嚴重許多,這隻蟲幼蟲的危害程度之大,令人感到驚訝。

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以玉米為例,在玉米上看到的危害大都會發生在玉米輪生期,秋行軍蟲的幼蟲偏好輪生期的未展開葉,並可從未展開葉一路往下吃到植物頂端的分生組織,造成玉米的產量損失。也因為如此,田間通常可透過玉米危害狀及昆蟲糞便量的觀察,來判斷秋行軍蟲危害的可能性。

為何秋行軍蟲喜好這部份的葉片?首先,輪生期未展開葉的木質素尚未建構完成,因此幼蟲攝食這部份的葉片比較容易消化且可相對得到較多的營養;而輪生期未展開葉的濕度夠,幼蟲躲在這裡比較不會因為溫度太高或是太陽直射造成水分喪失;最後,幼蟲躲在輪生期的未展開葉裡,可以躲避天敵的攻擊。

什麼!原來秋行軍蟲還有分種類喔!

在美洲,秋行軍蟲大多都出現在玉米田,然而該蟲有少部分族群在水稻及小型禾本科植物被發現,進而得知秋行軍蟲有 2 個品系,分別為玉米品系 (corn strain) 及水稻品系 (rice strain) 。

令人頭痛地,這兩品系無法利用外型來區分,目前可辨別的方法,主要是針對品系間的遺傳差異,以分子鑑定來做區分。此外,這兩品系的取食行為及成蟲交尾時間也明顯不同。

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然而,現今臺灣的通報案例雖皆在玉米田區發現,但分子鑑定的結果大多為水稻品系,僅有苗栗縣飛牛牧場鑑定結果為玉米品系,相當不尋常。不過,其實品系的不同,並不代表在玉米上取食的一定是玉米品系,反之亦然,牠們只是對寄主植物的喜好程度不同而已。

尤其這一波隨著西南氣流飛往臺灣的秋行軍蟲族群,可能為非洲或是亞洲入侵的少數特殊族群,已經無法利用原本美洲族群的相關研究來判斷其行為。

現今臺灣的通報案例皆在玉米田區發現。圖/PublicDomainPictures@Pixabay

我們與秋行軍蟲的距離

根據研究,利用分子鑑定發現,在非洲危害玉米的秋行軍蟲大多為水稻品系,這表示在非洲的族群對於寄主植物的偏好性已經跟在美洲族群不太一樣。這些灘頭堡的族群可能已改變其取食行為,因此臺灣的相關研究學者需了解這些族群的特性,例如取食行為等。

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現階段,大多數的研究都支持遷飛族群主要的寄主植物為玉米,在臺灣也是發現一樣的危害狀況。然而,需要思考的是,倘若當玉米採收後,在田間無玉米植株的狀況下,秋行軍蟲雌蛾會在哪些植物上產卵、替代植物或作物可能會受到哪些危害。

由於秋行軍蟲入侵非洲的時間為 2016 年,也代表著在短短 3 年內,已從非洲入侵到亞洲甚至東北亞,變成全球化的入侵物種,速度超乎眾人想像,也使得聯合國糧農組織 (Food and Agriculture Organization, FAO) 將此蟲列為全球預警的重要農業害蟲。

接下來,秋行軍蟲是否可以在入侵地區繁衍下一代,便成了重要的議題。在臺灣,已知該蟲的遷飛族群成功在此產出下一代的卵,也知道該子代已成功利用寄主植物(玉米)成長並化蛹,更有田間證據表示該族群已成功羽化成蛾。這些新羽化的族群是否能在臺灣建立起族群,為現在學者及政府單位觀察的重點。

草地貪夜蛾成蟲,是夜蛾科夜盜蛾屬的一種蛾。圖/維基百科

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此外,倘若秋行軍蟲能在臺灣立足,它的長距離遷徙行為是否會造成在監測管理上的困難?倘若無法立足,在中國的族群是否會如同在北美的遷飛方式(每年從南方遷飛至北方)隨著西南氣流飛抵臺灣?若真如此,臺灣政府部門可能要有相關的配套措施。

現代問題需要現代手段,秋行軍蟲也需要防治手段

殷鑑入侵臺灣的秋行軍蟲為水稻品系,而水稻為臺灣最大的種植面積作物,其是否會受到秋行軍蟲的危害,格外受到重視。

目前為止,臺灣還尚未在水稻上發現秋行軍蟲,筆者也詢問過國際水稻研究院的昆蟲專家相關問題,得到的回應是目前他們也在仔細觀察全世界的水稻是否會受影響,但目前為止並沒有發現這樣的現象。

農業界對於秋行軍蟲的危害有 2 種不同的看法。一方專家認為,秋行軍蟲跟一般廣食性害蟲一樣,可利用現今的害蟲防治管理。

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另一方專家則認為,由於秋行軍蟲的寄主植物範圍遠大於現今在臺灣危害的害蟲,再加上其為新興入侵害蟲且有報導指出,秋行軍蟲對部份農藥具有抗藥性,故對於秋行軍蟲的入侵,需有比較謹慎並積極的管理策略。

臺灣還尚未在水稻上發現秋行軍蟲。圖/Crop Science

筆者認為,秋行軍蟲是否可能在臺灣立足尚待觀察,然而對於這種新興入侵昆蟲的可能危害,需要比較謹慎地看待,理由有幾點如下:

第一,輪作制度的優點之一,便是利用種植不同類的作物使田間病蟲的危害無法延續下去;倘若秋行軍蟲能在臺灣立足且其寄主範圍仍跟美洲族群相似,那臺灣現今的輪作制度將受到挑戰。第二,雖然臺灣現今有休耕補助,然而,雜草或綠肥作物可能也會成為秋行軍蟲的寄主植物,故休耕政策可能也需要有討論的必要。

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最後,則是有機農業及學校單位食農場域的管理方式──秋行軍蟲在臺灣是否會有天敵尚未了解,但筆者相信一些寄主範圍較廣的天敵昆蟲應該有機會作為防治的方法。

不過,這些天敵及現階段的生物防治資材,如蘇力菌、黑殭菌等,是否能有效管理秋行軍蟲的危害,仍有待觀察。

未雨綢繆總是好,秋行軍蟲別再跑

以上所提出的問題不盡然皆會發生,將有待政府相關單位及大專院校相關老師去做進一步的探討及研究。根據臺灣的防檢疫能力及田間管理能力,筆者相信,秋行軍蟲的危害可能不會像非洲或其他亞洲鄰國這樣的嚴重,然而仍需針對秋行軍蟲有一套害物整合管理 (Integrated Pest Management, IPM) 策略來因應其可能造成的危害。


本文摘自《科學月刊 08 月號/2019 第 596 期:仿物種智慧》科學月刊社出版

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科學月刊_96
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