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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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如何靠溫度控制做出完美的料理?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/06/21 ・2766字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 Panasonic 委託,泛科學企劃執行。 

炸雞、牛排讓你食指大動,但別人做的總是比較香、比較好吃?別擔心,只要掌握關鍵參數,你也可以做出完美料理!從炸雞到牛排,烹調的關鍵就在於溫度的掌控。讓我們一起揭開這些美食的神秘面紗,了解如何利用科學的方法,做出讓人垂涎三尺的料理。

美味關鍵 1:正確油溫

炸雞是大家喜愛的美食之一,但要做出外酥內嫩的炸雞,關鍵就在於油溫的掌控。炸雞的油溫必須維持在 160 到 180℃ 之間。當你將炸雞放入熱油中,食物的水分會迅速蒸發,形成氣泡,這些氣泡能夠保證你的炸雞外皮酥脆而內部多汁。

水的沸點是 100℃,當麵衣中的水分接觸到 160℃ 的熱油時,會迅速汽化成水蒸氣。這個過程不僅讓麵衣變得酥脆,也能防止內部的雞肉變得乾柴。

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如果油溫過低,麵衣無法迅速變得酥脆,水分和油脂會滲透到食物中,使炸雞變得油膩。而如果油溫過高,水分會迅速蒸發,使麵衣變得過於硬或甚至燒焦。

油炸時,麵衣水分會快速汽化。圖/截取自泛科學 YT 頻道

美味關鍵 2:焦糖化與梅納反應

另一道美味的料理——牛排。無論是煎牛排還是炒菜,高溫烹調都會帶來令人垂涎的香氣,這主要歸功於焦糖化反應和梅納反應。

焦糖化反應是指醣類在高溫下發生的非酵素性褐變反應,這個過程會產生褐色物質和大量的風味分子,讓食物變得更香。而梅納反應則是指醣類與氨基酸在高溫下發生的反應,這個過程會產生複雜的風味分子,使牛排的色澤和香氣更加迷人。

要啟動焦糖化反應和梅納反應的溫度,至少要在 140℃ 以上。如果溫度過低,無法啟動這些反應,食物會顯得平淡無味。

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焦糖畫反應。圖/截取自泛科學 YT 頻道


焦糖化反應與梅納反應。圖/截取自泛科學 YT 頻道

油溫與健康

油溫不僅影響食物的風味,也關係到健康。不能一昧地升高油溫,因為每種油都有其特定的發煙點,即開始冒煙並變質的溫度。當油溫超過發煙點,會產生有害物質,如致癌的甲醛、乙醛等。因此,選擇合適的油並控制油溫,是保證烹調健康的關鍵。

說了這麼多,但是要怎麼控制溫度呢?

各類油品發煙點 。圖/截取自泛科學 YT 頻道

科學的溫度控制

傳統電磁爐將溫度計設在爐面下,透過傳導與熱電阻來測溫,Panasonic 的 IH 調理爐則有光火力感應技術,利用紅外線的 IR Sensor 來測溫,不用再等熱慢慢傳導至爐面下的溫度計,而是用紅外線穿透偵測鍋內的溫度,既快速又精準。

而且因為紅外線可以遠距離量測,如果甩鍋炒菜鍋子離開爐面,也能持續追蹤動態。不會立即斷開功率關掉,只要鍋子放回就會繼續加熱,效率不打折。

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好的溫度感測還要搭配好的溫度控制,才能做出一流的料理。日本製的 Panasonic IH 調理爐,將自家最自豪的 ECONAVI 技術放進了 IH 爐中。有 ECONAVI 的冷氣能完美控制你的室溫,有 ECONAVI 的 IH 調理爐則能為你的料理完美控溫。

有 ECONAVI 的 IH 爐不只省能源、和瓦斯爐相比減少碳排放,更為料理加分。前面說了溫度就是一切的關鍵,但是當我們將食材投到熱鍋中,鍋中的溫度就會瞬間下降,打亂物理與化學反應的節奏,阻止我們為料理施加美味魔法。

所以常常有好的廚師會告訴我們食物要分批下,避免溫度產生太大變化。Panasonic IH 調理爐,只要透過 IR Sensor 一偵測到溫度下降,就能馬上知道有食材被投入並立刻加強火力,讓梅納反應與焦糖化反應能持續發揮變化。而當溫度回到設定溫度,Panasonic IH 調理爐也會馬上將火力轉小,透過電腦 AI 的迅速反應,掌握溫度在最完美區間不劇烈起伏。

不僅保證美味關鍵,更不用擔心油溫超過發煙點而導致油品變質,讓美味變得不健康。

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透過 IR Sensor 精準測溫並提升火力。圖/截取自泛科學 YT 頻道
IH 調理爐完美控溫 。圖/截取自泛科學 YT 頻道

舒適的烹飪環境

最後,IH 爐還有一個大優點。相比於瓦斯爐,因為沒有使用明火,加熱都集中在鍋具。料理過程更安全,同時使用者也不會被火焰的熱氣搞得心煩意亂、汗流浹背,在廚房也能過得很舒適。而且因為熱能集中,浪費的能源也更少。

因為沒有使用明火,料理過程安全又舒適。圖/截取自泛科學 YT 頻道
Panasonic IH調理爐火力精準聚集在鍋內。圖/Panasonic提供

為了更多的功能、更好的效能,我們早已逐步從傳統按鍵手機換成智慧型手機。一樣的,在廚房內,如果你想輕鬆做出好料理,同時讓烹飪的過程舒適愉快又安全。試試改用 Panasonic IH 爐,一起享受智慧廚房的新趨勢吧!👉 https://pse.is/649gm5

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圖形處理單元與人工智慧
賴昭正_96
・2024/06/24 ・6944字 ・閱讀時間約 14 分鐘

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  • 作者/賴昭正|前清大化學系教授、系主任、所長;合創科學月刊

我擔心人工智慧可能會完全取代人類。如果人們能設計電腦病毒,那麼就會有人設計出能夠自我改進和複製的人工智慧。 這將是一種超越人類的新生命形式。

——史蒂芬.霍金(Stephen Hawking) 英國理論物理學家

大約在八十年前,當第一台數位計算機出現時,一些電腦科學家便一直致力於讓機器具有像人類一樣的智慧;但七十年後,還是沒有機器能夠可靠地提供人類程度的語言或影像辨識功能。誰又想到「人工智慧」(Artificial Intelligent,簡稱 AI)的能力最近十年突然起飛,在許多(所有?)領域的測試中擊敗了人類,正在改變各個領域——包括假新聞的製造與散佈——的生態。

圖形處理單元(graphic process unit,簡稱 GPU)是這場「人工智慧」革命中的最大助手。它的興起使得九年前還是個小公司的 Nvidia(英偉達)股票從每股不到 $5,上升到今天(5 月 24 日)每股超過 $1000(註一)的全世界第三大公司,其創辦人(之一)兼首席執行官、出生於台南的黃仁勳(Jenson Huang)也一躍成為全世界排名 20 內的大富豪、台灣家喻戶曉的名人!可是多少人了解圖形處理單元是什麼嗎?到底是時勢造英雄,還是英雄造時勢?

黃仁勳出席2016年台北國際電腦展
Nvidia 的崛起究竟是時勢造英雄,還是英雄造時勢?圖/wikimedia

在回答這問題之前,筆者得先聲明筆者不是學電腦的,因此在這裡所能談的只是與電腦設計細節無關的基本原理。筆者認為將原理轉成實用工具是專家的事,不是我們外行人需要了解的;但作為一位現在的知識分子或公民,了解基本原理則是必備的條件:例如了解「能量不滅定律」就可以不用仔細分析,即可判斷永動機是騙人的;又如現在可攜帶型冷氣機充斥市面上,它們不用往室外排廢熱氣,就可以提供屋內冷氣,讀者買嗎?

CPU 與 GPU

不管是大型電腦或個人電腦都需具有「中央處理單元」(central process unit,簡稱 CPU)。CPU 是電腦的「腦」,其電子電路負責處理所有軟體正確運作所需的所有任務,如算術、邏輯、控制、輸入和輸出操作等等。雖然早期的設計即可以讓一個指令同時做兩、三件不同的工作;但為了簡單化,我們在這裡所談的工作將只是執行算術和邏輯運算的工作(arithmetic and logic unit,簡稱 ALU),如將兩個數加在一起。在這一簡化的定義下,CPU 在任何一個時刻均只能執行一件工作而已。

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在個人電腦剛出現只能用於一般事物的處理時,CPU 均能非常勝任地完成任務。但電腦圖形和動畫的出現帶來了第一批運算密集型工作負載後,CPU 開始顯示心有餘而力不足:例如電玩動畫需要應用程式處理數以萬計的像素(pixel),每個像素都有自己的顏色、光強度、和運動等, 使得 CPU 根本沒辦法在短時間內完成這些工作。於是出現了主機板上之「顯示插卡」來支援補助 CPU。

1999 年,英偉達將其一「具有集成變換、照明、三角形設定/裁剪、和透過應用程式從模型產生二維或三維影像的單晶片處理器」(註二)定位為「世界上第一款 GPU」,「GPU」這一名詞於焉誕生。不像 CPU,GPU 可以在同一個時刻執行許多算術和邏輯運算的工作,快速地完成圖形和動畫的變化。

依序計算和平行計算

一部電腦 CPU 如何計算 7×5+6/3 呢?因每一時刻只能做一件事,所以其步驟為:

  • 計算 7×5;
  • 計算 6/3;
  • 將結果相加。

總共需要 3 個運算時間。但如果我們有兩個 CPU 呢?很多工作便可以同時(平行)進行:

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  • 同時計算 7×5 及 6/3;
  • 將結果相加。

只需要 2 個運算時間,比單獨的 CPU 減少了一個。這看起來好像沒節省多少時間,但如果我們有 16 對 a×b 要相加呢?單獨的 CPU 需要 31 個運算的時間(16 個 × 的運算時間及 15 個 + 的運算時間),而有 16 個小 CPU 的 GPU 則只需要 5 個運算的時間(1 個 × 的運算時間及 4 個 + 的運算時間)!

現在就讓我們來看看為什麼稱 GPU 為「圖形」處理單元。圖一左圖《我愛科學》一書擺斜了,如何將它擺正成右圖呢? 一句話:「將整個圖逆時針方向旋轉 θ 即可」。但因為左圖是由上百萬個像素點(座標 x, y)組成的,所以這句簡單的話可讓 CPU 忙得不亦樂乎了:每一點的座標都必須做如下的轉換

x’ = x cosθ + y sinθ

y’ = -x sinθ+ y cosθ

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即每一點均需要做四個 × 及兩個 + 的運算!如果每一運算需要 10-6 秒,那麼讓《我愛科學》一書做個簡單的角度旋轉,便需要 6 秒,這豈是電動玩具畫面變化所能接受的?

圖形處理的例子

人類的許多發明都是基於需要的關係,因此電腦硬件設計家便開始思考:這些點轉換都是獨立的,為什麼我們不讓它們同時進行(平行運算,parallel processing)呢?於是專門用來處理「圖形」的處理單元出現了——就是我們現在所知的 GPU。如果一個 GPU 可以同時處理 106 運算,那上圖的轉換只需 10-6 秒鐘!

GPU 的興起

GPU 可分成兩種:

  • 整合式圖形「卡」(integrated graphics)是內建於 CPU 中的 GPU,所以不是插卡,它與 CPU 共享系統記憶體,沒有單獨的記憶體組來儲存圖形/視訊,主要用於大部分的個人電腦及筆記型電腦上;早期英特爾(Intel)因為不讓插卡 GPU 侵蝕主機的地盤,在這方面的研發佔領先的地位,約佔 68% 的市場。
  • 獨立顯示卡(discrete graphics)有不與 CPU 共享的自己專用內存;由於與處理器晶片分離,它會消耗更多電量並產生大量熱量;然而,也正是因為有自己的記憶體來源和電源,它可以比整合式顯示卡提供更高的效能。

2007 年,英偉達發布了可以在獨立 GPU 上進行平行處理的軟體層後,科學家發現獨立 GPU 不但能夠快速處理圖形變化,在需要大量計算才能實現特定結果的任務上也非常有效,因此開啟了為計算密集型的實用題目編寫 GPU 程式的領域。如今獨立 GPU 的應用範圍已遠遠超出當初圖形處理,不但擴大到醫學影像和地震成像等之複雜圖像和影片編輯及視覺化,也應用於駕駛、導航、天氣預報、大資料庫分析、機器學習、人工智慧、加密貨幣挖礦、及分子動力學模擬(註三)等其它領域。獨立 GPU 已成為人工智慧生態系統中不可或缺的一部分,正在改變我們的生活方式及許多行業的遊戲規則。英特爾在這方面發展較遲,遠遠落在英偉達(80%)及超微半導體公司(Advance Micro Devices Inc.,19%,註四)之後,大約只有 1% 的市場。

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典型的CPU與GPU架構

事實上現在的中央處理單元也不再是真正的「單元」,而是如圖二可含有多個可以同時處理運算的核心(core)單元。GPU 犧牲大量快取和控制單元以獲得更多的處理核心,因此其核心功能不如 CPU 核心強大,但它們能同時高速執行大量相同的指令,在平行運算中發揮強大作用。現在電腦通常具有 2 到 64 個核心;GPU 則具有上千、甚至上萬的核心。

結論

我們一看到《我愛科學》這本書,不需要一點一點地從左上到右下慢慢掃描,即可瞬間知道它上面有書名、出版社等,也知道它擺斜了。這種「平行運作」的能力不僅限於視覺,它也延伸到其它感官和認知功能。例如筆者在清華大學授課時常犯的一個毛病是:嘴巴在講,腦筋思考已經不知往前跑了多少公里,常常為了追趕而越講越快,將不少學生拋到腦後!這不表示筆者聰明,因為研究人員發現我們的大腦具有同時處理和解釋大量感官輸入的能力。

人工智慧是一種讓電腦或機器能夠模擬人類智慧和解決問題能力的科技,因此必須如人腦一樣能同時並行地處理許多資料。學過矩陣(matrix)的讀者應該知道,如果用矩陣和向量(vector)表達,上面所談到之座標轉換將是非常簡潔的(註五)。而矩陣和向量計算正是機器學習(machine learning)演算法的基礎!也正是獨立圖形處理單元最強大的功能所在!因此我們可以了解為什麼 GPU 會成為人工智慧開發的基石:它們的架構就是充分利用並行處理,來快速執行多個操作,進行訓練電腦或機器以人腦之思考與學習的方式處理資料——稱為「深度學習」(deep learning)。

黃仁勳在 5 月 22 日的發布業績新聞上謂:「下一次工業革命已經開始了:企業界和各國正與英偉達合作,將價值數萬億美元的傳統資料中心轉變為加速運算及新型資料中心——人工智慧工廠——以生產新商品『人工智慧』。人工智慧將為每個產業帶來顯著的生產力提升,幫助企業降低成本和提高能源效率,同時擴大收入機會。」

附錄

人工智慧的實用例子:下面一段是微軟的「copilot」代書、谷歌的「translate」代譯之「one paragraph summary of GPU and AI」。讀完後,讀者是不是認為筆者該退休了?

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GPU(圖形處理單元)和 AI(人工智慧)之間的協同作用徹底改變了高效能運算領域。GPU 具有平行處理能力,特別適合人工智慧和機器學習所需的複雜資料密集運算。這導致了影像和視訊處理等領域的重大進步,使自動駕駛和臉部辨識等技術變得更加高效和可靠。NVIDIA 開發的平行運算平台 CUDA 進一步提高了 GPU 的效率,使開發人員能夠透過將人工智慧問題分解為更小的、可管理的、可同時處理的任務來解決這些問題。這不僅加快了人工智慧研究的步伐,而且使其更具成本效益,因為 GPU 可以在很短的時間內執行與多個 CPU 相同的任務。隨著人工智慧的不斷發展,GPU 的角色可能會變得更加不可或缺,推動各產業的創新和新的可能性。大腦透過神經元網路實現這一目標,這些神經元網路可以獨立但有凝聚力地工作,使我們能夠執行複雜的任務,例如駕駛、導航、觀察交通信號、聽音樂並同時規劃我們的路線。此外,研究表明,與非人類動物相比,人類大腦具有更多平行通路,這表明我們的神經處理具有更高的複雜性。這個複雜的系統證明了我們認知功能的卓越適應性和效率。我們可以一邊和朋友聊天一邊走在街上,一邊聽音樂一邊做飯,或一邊聽講座一邊做筆記。人工智慧是模擬人類腦神經網路的科技,因此必須能同時並行地來處理許多資料。研究人員發現了人腦通訊網路具有一個在獼猴或小鼠中未觀察獨特特徵:透過多個並行路徑傳輸訊息,因此具有令人難以置信的多任務處理能力。

註解

(註一)當讀者看到此篇文章時,其股票已一股換十股,現在每一股約在 $100 左右。

(註二)組裝或升級過個人電腦的讀者或許還記得「英偉達精視 256」(GeForce 256)插卡吧?

(註三)筆者於 1984 年離開清華大學到 IBM 時,就是參加了被認為全世界使用電腦時間最多的量子化學家、IBM「院士(fellow)」Enrico Clementi 的團隊:因為當時英偉達還未有可以在 GPU 上進行平行處理的軟體層,我們只能自己寫軟體將 8 台中型電腦(非 IBM 品牌!)與一大型電腦連接來做平行運算,進行分子動力學模擬等的科學研究。如果晚生 30 年或許就不會那麼辛苦了?

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(註四)補助個人電腦用的 GPU 品牌到 2000 年時只剩下兩大主導廠商:英偉達及 ATI(Array Technology Inc.)。後者是出生於香港之四位中國人於 1985 年在加拿大安大略省成立,2006 年被超微半導體公司收購,品牌於 2010 年被淘汰。超微半導體公司於 2014 年 10 月提升台南出生之蘇姿豐(Lisa Tzwu-Fang Su)博士為執行長後,股票從每股 $4 左右,上升到今天每股超過 $160,其市值已經是英特爾的兩倍,完全擺脫了在後者陰影下求生存的小眾玩家角色,正在挑戰英偉達的 GPU 市場。順便一題:超微半導體公司現任總裁(兼 AI 策略負責人)為出生於台北的彭明博(Victor Peng);與黃仁勳及蘇姿豐一樣,也是小時候就隨父母親移居到美國。

(註五)

延伸閱讀

  • 熱力學與能源利用」,《科學月刊》,1982 年 3 月號;收集於《我愛科學》(華騰文化有限公司,2017 年 12 月出版),轉載於「嘉義市政府全球資訊網」。
  • 網路安全技術與比特幣」,《科學月刊》,2020 年 11 月號;轉載於「善科教育基金會」的《科技大補帖》專欄。
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賴昭正_96
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成功大學化學工程系學士,芝加哥大學化學物理博士。在芝大時與一群留學生合創「科學月刊」。一直想回國貢獻所學,因此畢業後不久即回清大化學系任教。自認平易近人,但教學嚴謹,因此穫有「賴大刀」之惡名!於1982年時當選爲 清大化學系新一代的年青首任系主任兼所長;但壯志難酬,兩年後即辭職到美留浪。晚期曾回台蓋工廠及創業,均應「水土不服」而鎩羽而歸。正式退休後,除了開始又爲科學月刊寫文章外,全職帶小孫女(半歲起);現已成七歲之小孫女的BFF(2015)。首先接觸到泛科學是因爲科學月刊將我的一篇文章「愛因斯坦的最大的錯誤一宇宙論常數」推薦到泛科學重登。

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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

行政院環境保護署毒物及化學物質局_96
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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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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

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。

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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。

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。

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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。

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。