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馬唐屬的雜草(Crabgrass)如何霸佔土地

葉綠舒
・2013/06/27 ・874字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 444 ・四年級

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馬唐屬的雜草,俗稱crabgrass(來源:維基百科)

馬唐屬(Digitaria)的雜草(見上圖)大家都不陌生,在草地、農田裡面都很容易可以看到它們。他們長得快、而且因為是C4代謝所以特別不怕熱,根系又很深,任何地方只要有了它,若不趕緊除去,很快就會長得到處都是。

有些人認為這類的雜草能夠佔據草地、農田是因為它把其他植物生存的空間奪走了,讓其他植物不能進行光合作用;最近發表的研究成果發現,事情並沒有我們想得那麼單純。

研究團隊發現,馬唐屬的雜草,他們的根部會分泌三種化學物質:veratric acid, maltol, and (−)-loliolide(1)。這三種化學物質會抑制土壤中的細菌與真菌生長,改變土壤的菌相,造成小麥、玉米、大豆的生長受到抑制。當這些農作物的生長變慢了(其中玉米也是C4植物),馬唐屬的雜草便可以趁勢取而代之,成為農田裡的主要植物。

植物之間像這樣經由根部分泌有害物質來抑制其他的植物生長,進而使自己得以好整以暇地取得大部分的資源的行為,稱為allelopathy。

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不過,筆者第一次讀到allelopathy倒不是在專業的書中,而是在飛狐外傳裡面;金庸在飛狐外傳裡創造了一種具有非常強勢的allelopathy的植物:血矮栗。根據書中所說,「只要有這麼一棵樹長著,周圍數十步內寸草不生,蟲蟻絕跡,一看便知。」這一看就知道是allelopathy,只是這樣的植物太也可怕了。

相對來說,馬唐屬的雜草倒是還好,他分泌的毒素只會毒害細菌與真菌,造成農作物長得不好。為什麼細菌跟真菌會與農作物的生長有關呢?

因為植物的根部在土壤中會與細菌、真菌形成共生的關係,細菌會跟根部產生的黏液形成一層稱為mucilage的構造,它可以保護植物的根部不受到其他有害細菌與真菌的侵襲;而共生的真菌(稱為mycorrhizae)則可以幫助植物的根部吸取更多的礦物質,使植物長得更好。所以,如果這些細菌跟真菌不再有辦法跟植物共生,不管是因為農藥或是附近長了馬唐屬的雜草等等,都會影響到植物的生長。

所以,下次看到馬唐屬的雜草出現在家裡的草地時,順手拔除可能是最好的辦法。

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參考文獻:

1. Bin Zhou, Chui-Hua Kong, Yong-Hua Li, Peng Wang, and Xiao-Hua Xu. 2013. Crabgrass(Digitaria sanguinalis) Allelochemicals That Interfere with Crop Growth and theSoil Microbial Community. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 61 (22): 5310 DOI: 10.1021/jf401605g
2. Crabgrass’ secret: The despised weed makes herbicide to kill neighboring plants

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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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不是不會髒,而是更難沾:耐污馬桶的表面科學
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/09/22 ・3364字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文與 Panasonic 合作,泛科學撰文 

●以下科學研究內容作為知識分享,不直接與Panasonic A La Uno全自動洗淨馬桶產品功能連結

在做家務的痛苦排行榜上,「刷馬桶」絕對名列前茅。明明天天都在沖水,但過不了幾天,馬桶內壁邊角總會浮現黃黃的水垢、角落發黑的霉斑,甚至是那些刷掉又長出來的粉紅色污垢(黏質沙雷氏菌)。

許多市售衛浴設備常標榜「神奇抗污」或「永久不沾」,讓人誤以為安裝後便能永保潔淨。然而從材料科學的角度來看,世上並無能使污垢憑空消失的魔法。所謂「耐污」的實質機制,並非打造完全不沾染髒污的材質,而是調整表面的物理與化學屬性,使水垢和微生物難以強力附著。一旦降低了污垢與內壁之間的附著力,透過日常水流沖刷,便能輕易地將髒污帶走。

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為什麼污垢「黏不住」? 

要搞懂為什麼某些特殊表面能做到「耐污」,我們得先像偵探一樣,拆解馬桶裡的髒污究竟是怎麼「抓緊」材料表面的。馬桶內壁的污垢主要有兩大難纏的元兇:

  1. 水垢與礦物沉積*1:我們日常使用的自來水中含有鈣、鎂等金屬離子。當水滴在表面經歷反覆的濕潤與蒸發乾燥循環時,這些離子會逐漸結晶析出,變成硬度極高、緊緊「卡」在微觀縫隙裡的礦物質水垢。
  2. 生物膜與有機物*2:包含尿液中的無機鹽、油脂殘留,以及細菌入侵後分泌出像超強膠水一般的聚合物,所組成的黏滑防禦大本營。
關鍵不是沖水,而是「這些污垢如何抓住表面」

這兩大類污垢想要在材料上「落腳」,前提是它們必須能在表面找到足夠的附著點與黏合力。那麼,材料科學家是如何讓這些髒污「站不穩」的呢?答案就藏在「表面能(Surface Energy)」與「濕潤性(Wettability)」這兩個核心概念中。

當我們把水滴在某個表面上時,水滴會聚成一顆圓滾滾的水珠,還是迅速攤平開來?這取決於表面的特性:

  • 疏水路線(Hydrophobic)*1:具備低表面能的疏水表面,能顯著減少水分子或污染物與表面之間的極性作用力與氫鍵。水滴在這種表面上會因為表面張力而收縮成水珠,當水珠滾動滑落時,就能順便把表面的灰塵與礦物質顆粒帶走,這就是著名的「自清潔效應」。
  • 親水路線(Hydrophilic / Superhydrophilic)*2:相反地,極度親水的超親水表面則會強烈地吸引水分子,在材料最外層形成一層薄薄的「水化層(Hydration Layer)」。這層水化層就像是實體的液體盾牌,讓油污、蛋白質或細菌無法直接接觸到材料基底,只能漂浮在水膜上方。

如果要用攀岩來比喻:傳統粗糙的表面就像是有許多凹槽的攀岩牆,髒污就像攀岩者,需要找到落腳點並用力撐住才能攀附;而我們做的是抽掉把手點,或是在把手上塗上潤滑油,讓髒污找不到施力點,自然難以停留。

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材料科學的核心:想辦法讓污垢「抓不住」

不給細菌「握手」的機會

解決了水垢,下一個更棘手的對手是「細菌」。

馬桶內壁那些黑黑粉粉、摸起來滑滑的污垢,在微生物學中被稱為「生物膜(Biofilm)」。細菌並不是孤立生長的,當單顆細菌落在表面後,如果覺得環境舒適,它就會開始分泌胞外聚合物(EPS),這是一種天然的超強膠水。細菌們用這種膠水把自己與同伴緊緊黏在一起,並築起堅固的防禦堡壘,這時一般的沖水就很難把它們沖洗乾淨了。

根據《Nature Communications》與《Microsystems & Nanoengineering》的學術期刊研究指出,要阻止生物膜形成,除了化學上的抗菌,材料的「表面微幾何結構」扮演了至關重要的角色。

材料科學領域中有一個著名的「附著點理論(Attachment Point Theory)」:

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  1. 粗糙與微孔洞表面:如果材料表面存在許多微小的裂縫、氣孔或微米級凹洞,細菌(體積通常約 1 到 3 微米)就會興高采烈地鑽進這些小凹槽裡。這些凹槽不僅提供了極佳的機械咬合支點,還能幫細菌擋掉水流的沖刷。
  2. 極致平滑與微結構表面:相反地,如果材料表面做到極致平滑,完全沒有微米級的缺陷;或者反過來設計出尺寸遠小於細菌的奈米結構,細菌的足跡構造(如鞭毛或纖毛)就無法在表面找到穩固的「接觸附著點(Contact Points)」。

當細菌發現自己在這個表面上連「手都握不緊」、隨時會被水流吹走時,它就無法順利定殖並分泌膠水築巢。此外,現代衛浴結構在設計時,也越來越強調「一體成形」與「無接縫工藝」。消除接縫與死角,等於直接拔除了細菌與水垢最喜歡的避風港。

阻止細菌、生物膜找不到「落腳點」

當材料、結構與流體科技組隊聯防 

了解了材料化學與微觀幾何,我們就能勾勒出一座現代耐污馬桶的完整防禦體系:【材料層(低附著力)】+【結構層(無縫平滑)】+【動態流體層(泡沫與水流剪切力)】= 高效清潔!

以市面上備受矚目的 Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶為例,就是將材料科學、結構工程與流體力學發揮到極致的典型代表:

1. 材料層:有機玻璃系新素材

A La Uno 全自動洗淨馬桶採新開發的「有機玻璃系新素材」(以壓克力高分子為基礎研發的衛浴專用材料,這類高分子成形技術亦被廣泛運用於大型水族館高壓觀景窗與飛機機艙罩)。這種材料表面具備極佳的疏水性與耐水垢特性,水滴不易長時間攤平停留;材質堅固、不易破裂,耐刮、不易造成細小傷痕。通過實驗測試,這種素材配合泡沫洗淨,在沖洗後能有效沖刷掉高達 99.99% 的大腸桿菌,從源頭阻斷細菌定殖。

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2. 結構層:無接縫工藝與三重防濺防護

在宏觀結構上,A La Uno 全自動洗淨馬桶採用無水箱沖水與便器、溫水洗淨便座一體成型設計,減少傳統水箱與座體之間的結構層次及接縫,並搭配可動迴轉式排水系統完成沖洗。更貼心的是其「三重防護」設計:

  • 泡沫防護:在水面上製造一層充沛的泡沫緩衝層,有效抑制男性站立小便時的尿液與污水飛濺;
  • 外圍防護:馬桶邊界特別設計了高約 3mm 的水檔,防止液體延著外壁滴落至地板;
  • 測漏防護:便座與馬桶本體採用不外露的防護設計,避免液體從縫隙飛濺滲漏。
Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶

3. 動態流體層:雙效泡沫洗淨、漩渦水流與 nanoe™ X

當污垢降落在馬桶內壁時,A La Uno全自動洗淨馬桶 的動態流體科技便接手進行徹底打掃。其「雙效泡沫洗淨」會先釋放直徑約 5mm 的「毫米泡沫」包裹並帶走大塊髒污,再透過直徑約 60微米的「微米泡沫」深入微觀縫隙,徹底溶解殘餘的油脂與細微污垢。接著,配合高度清潔力的「漩渦型強力水流」,利用旋轉產生的流體剪切力,一口氣將附著力已被削弱的污垢剝離並沖走。此外,Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶還搭襯了 nanoe™ X 健康科技,釋放氫氧離子有效抑制異味與髒污,維持空氣與內壁的良好衛生狀態。

科技讓生活變輕鬆,但物理法則依然誠實

從材料化學的低表面能設計,到微觀幾何的附著點控制,再到流體力學的水流沖刷,一座現代抗污馬桶的演進,縮影了人類如何運用基礎科學來解決日常生活痛點的智慧。

我們習慣將衛生清潔想像成一場與細菌髒污的硬碰硬死鬥。然而,A La Uno全自動洗淨馬桶 等現代衛浴技術的突破,展示了材料科學的另一種聰明思維:不靠強酸強鹼硬打,而是透過物理與化學邏輯,將「污垢固著」的機率降到最低。

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當材料科學與現代衛浴技術結合,刷馬桶不再是一件令人頭痛的辛苦瑣事。透過這些前沿科技的加持,我們得以從繁重的家務勞動中解放,享受更加乾淨、舒適且有品質的日常生活。

*1 參考論文:A metallic anti-biofouling surface with a hierarchical topography containing nanostructures on curved micro-riblets

*2 參考論文:Brushing up functional materials

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認識「除草劑」的風險與非農地環境雜草管理
行政院環境保護署毒物及化學物質局_96
・2019/12/02 ・4081字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 550 ・八年級

本文由行政院環境保護署毒物及化學物質局之推動化學物質綠色生活知識教育平臺計畫企劃,泛科學執行

  • 文/林宇軒

這些年,除草劑躍上新聞版面的時候,形象往往都相當負面。像是新聞報導中偶見有人誤食用劇毒且沒有解藥的除草劑「巴拉刈」;或是農藥大廠孟山都的專利除草劑「嘉磷塞」,因為沒有警告消費者健康風險,在美國被許多民眾控告而且被判敗訴。

你可能很疑惑,這些歸類為「除草劑」的農藥到底是何方神聖?這篇文章就要跟大家一起來認識除草劑可能的風險,以及我們又該怎麼減少接觸,來保護自己。

除草劑的任務:消除令人頭痛的「雜草」

在農業生產過程中,會影響收成的生物,其實大多可以找到對應的農藥來處理。農藥根據處理的問題,可以分成好多類,而使用最多的是以下三大類:除草劑專門處理雜草;殺菌劑專門處理微生物;而殺蟲劑則是專門處理害蟲。

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除草劑是農業生產過程中需求最大的一類農藥。對農友們來說,要處理雜草很不容易,一方面雜草常常都生命力強健,可以耐受高鹽、高低溫、淹水、貧瘠等各種惡劣的環境,種子產量多,又常可以在土壤中休眠很久之後才發芽。

因此就算割草了,因為根系還在,那些草類也很容易重新長回來;即使累一點,將雜草連根拔起,從其他地方還是會飄來源源不絕的種子,防不勝防。

只要雜草出現在自家園子裡,如果不妥善處理,有時候不只是影響農作收成,還可能讓農夫在收割時要花額外的力氣,去剔除一起收割下來的雜草,農夫們因此對那些在自家農田、果園搶養分的雜草恨得牙癢癢。

無止盡蔓生的雜草會干擾作物成長,是農業生產的大敵。圖/Pixnio

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因應雜草春風吹又生的除草劑

正因為雜草「春風吹又生」的特性,除草劑也成為農夫們不能不求助的幫手。除草劑的種類多樣,不過共通點是藉由干擾雜草正常生理運作,來達到殺死雜草的效果。

除草劑可以根據除草的效果,分成選擇性除草劑和非選擇性除草劑兩類。有名的選擇性除草劑如 2,4-D(2,4-二氯苯氧乙酸),低濃度可以當作植物生長調節劑,高濃度可以殺死雙子葉植物,只留下單子葉植物;而非選擇性除草劑就是可以將所有的雜草全部殺死,例如文章開頭提到的巴拉刈和嘉磷塞就是屬於這類,不過如果作物和雜草物種太接近,這類除草劑也可能影響作物,所以常需要把種植和噴灑的時間錯開,或者是改種具有抗藥性的基改作物。

這些高效率除雜草的化學物質,有很多種類可以選擇,而且使用方便,只要簡單稀釋,再噴灑到園子裡長雜草的地方,幾天後雜草們就會枯黃死去,比起割草、拔草還要累半天,簡單省事許多。

也正因為除草劑太厲害了,所以也被用在很多農地以外的地方,只要不希望長滿雜草的地方就有可能使用除草劑,來維持環境的整齊感,像是道路兩旁、公園、住宅區、校園、水溝、魚塭等地方,甚至是清明掃墓前,除草公司選擇使用除草劑來清理墓園也時有所聞。

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因為可以省下大量的人力,各種農藥產品被廣泛使用。圖/Pixbay

除草劑的爭議與科學研究

除草劑可以說是處理雜草問題最有經濟效益的方式,也因此需求量極高。根據《上下游》的調查統計,2016 年全臺農藥銷售量有 47% 是由除草劑貢獻,幾乎是農藥銷售量的一半,而用量最高的前幾名都是非選擇性除草劑,如巴拉刈和嘉磷塞。但儘管除草劑好用,近年來卻有越來越多的報告指出,這些熱門除草劑可能對人體健康有負面影響。

首先,近年來常出現在新聞畫面的除草劑莫過於巴拉刈。這種除草劑在農業上其實相當好用,除了成本低、效率高,在環境中分解迅速,不會有殘留污染的問題。然而巴拉刈只要發生誤食就會嚴重傷害身體無法挽回,至今巴拉刈沒有任何的解藥可以拯救。因此禁用巴拉刈漸漸成為世界趨勢。農委會也已經在 2018 年 2 月停止進口,預計在 2020 年 2 月起全面禁用巴拉刈。

巴拉刈雖然除草效果很好,但是一旦誤食會對人體造成無可挽回的重傷害。圖/Flickr

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而另一個充滿爭議的除草劑則是嘉磷塞,是孟山都的專利農藥,由於有效又便宜,自 1974 年上市至今,已經是全世界用量最大的除草劑。嘉磷塞的急毒性低,不太會有急性中毒的問題;近年則有研究指出,長期暴露可能使動物發育不完全,以及可能提高惡性淋巴癌的風險。因而在 2015 年,國際癌症研究中心(International Agency for Research on Cancer, IARC)將嘉磷塞從「2B 類致癌物」升級為「2A 類致癌物」。也就是說嘉磷塞在動物實驗上有充分致癌證據,但對人類致癌的證據有限。但聯合國糧農組織與世界衛生組織共同組成的農藥殘留專家委員會(Joint Meeting on Pesticide Residues, JMPR)和歐盟食品安全局,則認為嘉磷塞沒有致癌風險。

嘉磷塞的危害尚無定論,不過從 2016 年開始,美國有上萬民眾紛紛對孟山都提起告訴,認為嘉磷塞要為他們罹癌負責,而孟山都並未揭露健康風險資訊。截至目前為止,雖然有部分案件孟山都敗訴,但仍有許多案件持續上訴中,尚未定案。

該如何減少除草劑的使用?環保署「非農地之環境雜草管理指引」

農業生產過程中少不了除草劑的使用,如果完全不使用除草劑,可能會大大影響許多作物的產量。大家也許會對除草劑有些擔心,不過政府有在把關農產品的農藥殘留劑量,只要在購買時認明「有機農產品標章」「TAP 產銷履歷農產品」,就可以減少暴露除草劑的風險。

有鑑於農田之外許多公私場所、公園、道路、社區等環境也會使用除草劑以維持環境整潔,環保署集合各部會與專家意見研訂「非農地之環境雜草管理指引」,已於 107 年 6 月 29 日提供中央各部會、直轄市政府、縣市地方政府參考。環保署化學局協助地方政府有效管理非農地環境雜草,降低除草劑的使用風險。目前主要分為「法制面」與「執行面」兩個部分,提供環境雜草管理指引及非農地環境雜草管理自治條例草案,供各級政府參考,目前臺北市、高雄市、宜蘭縣已訂定轄內的除草劑管理自治條例。雲林縣也已公告禁用除草劑之適用對象及區域,桃園市已制定草案並預告,花蓮縣、苗栗縣、屏東縣亦著手研擬草案。

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如臺北市即於 105 年 8 月 31 日公布施行「臺北市除草劑管理自治條例」,辦理查核、督導、申報、追蹤環境用藥及除草劑產品售出後之流向,避免濫用、誤用影響環境生態或人體健康。

荒野保護協會於 107 年 10 月於新竹高中舉辦「非農地禁用除草劑」相關講座,傳達正確的除草劑使用觀念給社會大眾。圖/環保署化學局提供。

除此之外,環保署化學局執行面上並持續編列預算推廣非農地環境雜草管理,107 年輔助共計有基隆市政府、桃園市政府、新竹市政府、臺中市政府、雲林縣政府、臺南市政府、花蓮縣政府及臺東縣政府等 8 個縣市政府及 2 個非營利組織(Non-Governmental Organization, NGO)提出辦理相關宣導;108 年共輔助 11 縣市及 3 個非營利組織相關之專案計畫。輔助各地方政府舉辦許多宣導說明會,向各地方政府承辦人員、各社區發展協會和居民、清潔隊隊員、病媒防治業者和環境用藥業者,介紹除草劑的危害和雜草適合的管理使用方式。如荒野保護協會舉辦的「108 年非農地禁用除草劑演講暨採食野草應用班推廣計畫」,由環保署化學局指導,在各縣市舉行多場「非農地禁用除草劑」巡迴演講,讓民眾認識以管理取代除草劑的觀念,減少對除草劑的依賴。

這些宣導活動,希望透過提供有效管理雜草的策略,推廣綜合環境雜草管理代替除草劑使用,來減少除草劑的整體使用量。具體的作法例如:在雜草開花前就要除草,以機械、人力,甚至放牧動物除草。或者是利用不同覆蓋程度的草皮,來蓋住土壤表層,避免雜草種子生根等積極作為。雖然說推動非農地環境雜草不使用除草劑改用人工除草,有可能增加非農地環境之除草的成本,但是這些措施,能進一步減少大眾暴露於除草劑的風險,降低環境污染,及維護環境生態,達成綠色化學滅毒目標。

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最後,還是不免俗要說,使用農藥必定有利有弊。如何好好的管理農藥農用、控制使用量,避免健康風險的同時,又能夠兼顧農業經濟效益,是我們應該好好關注的事。

本文由行政院環境保護署毒物及化學物質局之推動化學物質綠色生活知識教育平臺計畫企劃,泛科學執行

參考資料

  1. 認識雜草篇 – 台大農藝系雜草管理研究室
  2. 除草劑篇 – 台大農藝系雜草管理研究室
  3. 【找回草生力! 除草劑濫用傷土系列報導】 – 上下游
  4. 常用除草劑之特性與應用 – 農委會農業藥物毒物試驗所
  5. 嘉磷塞-食品藥物專區-衛福部食藥署
  6. 不是說會致癌嗎,為什麼台灣要開放嘉磷塞的農藥殘留容許量? – 食力
  7. 嘉磷塞致癌風險報告曝光!孟山都施壓四年破功,年年春黑洞終露曙光 – 上下游
  8. 除草劑嘉磷塞是否致癌?歐盟看法不同 – 上下游
  9. Evaluation of the impact of glyphosate and its residues in feed on animal health – EFSA
  10. Toxicological Profile for Glyphosate – 美國毒物與疾病註冊局(ATSDR)
  11. 環保署毒物及化學物質局 107 年度環境雜草管理成果整理
  12. 環保署毒物及化學物質局 108 年度非農地雜草管理教育推廣活動 – 講師培訓暨學校、社區巡迴說明會計畫書

延伸閱讀

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行政院環境保護署毒物及化學物質局_96
52 篇文章 ・ 10 位粉絲
行政院環境保護署毒物及化學物質局,落實毒物及化學物質之源頭管理及勾稽查核,從源頭預防管控食安風險,追蹤有害化學物質,維護國民健康。 網站:https://www.tcsb.gov.tw/

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化學物質這~麼多,要怎樣才可能成為合格的農藥呢?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2019/07/01 ・2756字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 541 ・八年級

  • 文/呂宏耘

前一篇我們提到政府很努力地明訂標準,幫民眾把關,那麼究竟一個合格的農藥,是怎麼研發出來,又經過多少的嚴格檢視呢?

人類發展農業至今日,在市面上飽受汙名化的農藥,其實是各種農產品的守護者,站在第一線和害蟲們對抗著。防治的範圍從微生物、寄生蟲到雜草或野鼠等不一而足,倘若失去農藥這個田間管理工具,在很多情況下我們恐怕連見到農產品的機會都沒有。談到農業發展時,農藥的使用與演變是很重要的環節,農藥研發也走向更嚴格的管制。

然而,究竟怎樣的農藥才算是品學兼優、安分守己的好農藥呢?農藥開發又需要跨過哪些門檻呢?

農藥開發又需要跨過哪些門檻呢?圖/pixabay

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怎樣才能成為合格的好農藥?

農藥可以分為兩大類別:化學農藥和生物性農藥,而現行化學農藥的比例又較生物性農藥高出許多。在化學物質的世界,「藥」與「毒」往往僅有一線之隔。現今的農業發展,對於農藥會有怎麼樣的要求與考驗呢?怎樣才能成為合格的「好」農藥呢?

第一要點:農藥本分的功能效率

要做為農藥使用,最重要的是有效率的完成任務。說起農藥,大家想到的功能無外乎除蟲、除草等功能。實際上,農藥的功能還包括殺線蟲、植物生長調節、除螺等功能。(參考:我國農藥管理及其展望)

第二要點:良好的專一性

一個合格的好農藥,理想狀況是要能夠專一的完成任務,不會造成多餘的損傷。專一性高的農藥不會危及鳥類、人畜或其他非目標生物,對生態環境相較安全。為了盡量做到專一性,現行的化學農藥中,就有許多產品是針對某些植物效用較強的「選擇性除草劑」。另外有些生物農藥也具備專一性,例如「蘇力菌」這種細菌產生的孢子含有特定的毒素可以殺死蝶蛾類幼蟲,卻不會殺死蜜蜂,更不會對哺乳類動物造成影響。

第三要點:適當的代謝速度

農田多為開放的環境,農藥在這樣的環境中,會因外力被分解或擴散;隨著不同的環境,能持續維持功能的時間也會隨之變化。

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除了功效及專一性之外,是否能夠在環境中代謝亦是重要考量。如果農藥無法在環境中自行降解,將會影響到附近的生態。但代謝速度也不是越快越好。試想家裡的殺蟲劑如果兩天就失效,對於使用者來說必須經常性的補噴,會有多惱人!而農藥也是如此。因此,我們在田間使用農藥,是希望農藥的代謝速率「剛剛好」最好。

一種好農藥的誕生:康胖(compound)進京趕考記

每種化學物質屬性大不相同,要達到功能有專一性又代謝得剛剛好,如此的高標準,宛如讓社會新鮮人找一份錢多事少離家近、睡覺睡到自然醒的工作:就算單一項目能夠達標,要全數交集那可不容易啊!

農藥的開發從實驗室到田間應用相當艱難如同進京趕考一般,所有的康胖們(康胖:compound)需通過層層關卡考驗,才有機會脫穎而出。

每種農藥的研發,都需要經過層層關卡才能篩選出來。圖/pixabay

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第一關:實驗室內初步篩選的「鄉試」階段

若將農藥的汰選流程比喻為科舉考試,那麼第一關的鄉試便是實驗室裡最初步的試驗和挑選。

首先在實驗室初步測試,觀察康胖們對於目標功能的效果。此外,還需要康胖的毒理資訊,諸如水生毒性或環境毒性、致癌性、急性或慢性的毒理試驗等等。

而在第一關的「鄉試」究竟有多少康胖前來應試呢?答案十分驚人,研發初期為了找到潛力的新成分,通常會篩選超過十萬種化合物;而最後通過鄉試的秀才可能只有十來個,錄取率甚至比麻省理工還低。

第二關:田野中的實地實驗「會試」階段

通過實驗室測試的「秀才」康胖,會進到溫網室、露天農田進行第二部分的試驗。在溫網室及農田中,有更多的環境因素影響著實驗,包括日照長度、紫外線、溫濕度等。因此科學家必須擬定田間施作的程序,並且密切觀察對於生態有沒有危害。

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除此之外,在這個階段研究人員也會持續改良劑型,找出每種康胖最適合的使用方式:對於這種化合物,使用粉劑還是水溶液比較適合?如果做成噴霧會不會達到更好的防蟲除草效果?如果要製作長效的藥劑是否要使用微膠囊技術?這些考量將會最佳化農藥使用的效率,同時也為將來商品化做準備。

第三關:官方審核許可的「殿試」階段

但康胖要成為農藥,最後一關「官方許可」還等在後頭!

以台灣來說,主管機關是行政院農委會,把關著康胖能否通過審核。要得到官方的許可,必須先準備充足的審核文件,包括農藥物理性、化學性試驗報告及品質管制資料、毒理資料、國內外田間試驗資料、使用方法及注意事項等資料。確認符合法規要求,對人體不會有毒性、對生態不會有影響,且所有檢驗及文件都符合資格,整個流程才算圓滿完成。另外,拿到了官方許可的農藥,還需要完成量產的製程規劃。工廠量產使用的反應槽和實驗室裡的燒杯攪拌棒是完全不同的事,該如何安排製藥工廠設廠的地點及人力?如何確保反應槽和燒杯調製出來的是相同的產品?又如何保證產品線符合政府規章?這些也都是一個農藥真正上市之前需要通過的考驗。

其實農藥開發就如同人類用藥一樣,需要大量的經費以及時間。都說文人十年寒窗,其實農藥從實驗室到商品架上平均需要十年以上,花費則至少需要 2.8 億美金,箇中的研究人員甚至比文人更辛勞啊!

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使用農藥,也須對症下藥:植物醫師制度

正確用藥本身就是種專業。圖/pixabay

就如同前面所提及的,每一種農藥都需要經過田野試驗找出最合適的使用方式,許多調整細節相當複雜,也因此,正確用藥本身就是種專業。過往農藥的使用較缺乏專業化的分工,但近年來,行政院農委會推出了「植物醫生」的制度,相繼在台灣大學、中興大學、嘉義大學、屏東科技大學等校成立植物教學醫院和施行植物醫學的學程。

人生病需要看醫生,植物也是。植物醫生的角色,會到田間評估是否有對症下藥,施予農藥同時兼顧防蟲及食安。透過專業診治而達成精準用藥。未來植物醫師制度的推行,希望能夠推廣更多正確診斷及正確施藥的觀念,才能讓每種農藥發揮最大的效用。讓我們不用顧忌著農藥的陰影,可以更放心享用豐美蔬果。

本文由作物永續協會及泛科學合作企劃執行

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參考資料:

  1. 王一雄,農藥污染對作物的影響《植物重要防疫檢疫病害診斷鑑定技術研習會專刊(三)》
  2. 農藥登記審查流程及審查標準

延伸閱讀:

過了這個數就超標啦!農藥最大殘留容許量是怎麼來的?超標就會中毒嗎?

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