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引用:郭華仁 2013 農業生物多樣性與農業永續經營。台大種子研究室http://seed.agron.ntu.edu.tw/publication/201305.pdf
 
農業生物多樣性與農業永續經營
郭華仁 (國立台灣大學農藝學系) 2013-05-18    回目錄

 

 

三、綠色革命與生物多樣性

世界人口因農業的普及而逐漸增加,由三千年前的約兩千萬人慢慢地爬升到兩百年前的約十億人。從1800年之後,人口開始暴增,約100年間(1927)增加了十億人;再過來十億人的增加只花了33年(1960),此後平均每14年就增加十億人。根據聯合國人口基金會的統計,全球在2011年10月31日達到70億的新高峰,而預期到了2046年全球將有九十億人。很顯然,馬爾薩斯1798年人口論(糧食算數級數的增長趕不及人口幾何級數的增加)的預言並未於兩百年後實現;最大的原因在於近代科學的跨足農業生產,高度提升農業生產力。諸如1800年代的罐頭及冷凍船運的發明逐漸將農產品推入世界貿易體系;1838年聯合收穫機的出現象徵大農制的崛起;德國植物學者Julius von Sachs 在1842用水耕法研究出九種無機元素乃是植物生長之所必需,為化學肥料施用奠基 。孟德爾遺傳學定律在1900年重新被發現,提供植物育種的科學基礎;而1960年代的綠色革命創造了高產品種,可說是繼農業機械、化學肥料與化學農藥之後,慣行農業的第四大支柱。

1. 化肥農藥與農業生物多樣性

石油農業讓世界糧食增產在1960到1995的三十五年間增加了將近兩倍,而其所本是耕地面積、灌溉、磷肥與氮肥的各增加1.1、1.68、3.48與6.87倍。然而糧食的增產幾乎已達到極限;耕地面積與灌溉系統的難以有效增加固不待言,化學肥料的施用有其邊際效應,用量再增加其增產的效果也不彰。然而,化學肥料的使用可說是造成地球環境惡化的原因之一;環境的惡化間接降低生物多樣性,其中尤以化學氮肥為甚。

化學氮肥施到土壤大大地改變土中微生物相;特別是具固氮能力者會被降低,與作物具共生的菌根菌族群受到抑制(Fitter et al., 2011);但是其他菌種則因為氮肥的提供而迅速繁殖,因而分解土壤有機質以利生長,造成土中有機質的大量消失(Mulvaney et al., 2009)。有機質分解後,土壤保持有機氮的能力喪失,大量的氮素不是被細菌轉化成氧化亞氮而揮發到空中,就是以硝酸態氮的型態滲到地下水,造成人體與環境的傷害。

氧化亞氮吸到人體會導致,氣喘與其他呼吸道疾病,在空中會形成溫室氣體,其效應是二氧化碳的296倍,不但造成全球暖化而衝擊地球生物相,在空氣中與水氣結合形成酸性物質,而以酸雨的型態下降,也會改變湖泊與河流的酸鹼度,影響魚類的生存。滲到土中則會影響作物的吸收鈣、錳、與鉀,更會溶出鋁,抑制作物根的生長。氧化亞氮飛到大氣層上方,還會破壞臭氧層,增加人類罹患皮膚癌。

地下水中的硝酸態氮作為飲用水,會導致人類的疾病,包括藍嬰症、生殖問題與癌症等。硝酸態氮也造成水域藻類大量繁殖,藻類的分解導致缺氧,水質的優養化使得生物難以生存其中,而成為死域 (dead zone)。嚴重者如美國墨西哥灣曾有21756 km2淪為死域的紀錄;而其致因為遠從美國中西部農業區沿著密西西比河而來過多的肥料。根據Diaz and Rosenberg (2008)的統計,全球近海死域有記載者已超過400處,總面積大於245,000 km2,可能是海域生物多樣性的主要殺手;我國西部沿海魚獲量的劇減,也應該與肥料的過度施用,或者大型畜養場污水的排放,導致海水缺氧有密切的關係?

農藥的使用雖然短暫解決農作物受損的問題,然而由於所噴施的農藥絕大部分由非目標生物承受,因此帶來世紀性浩劫。早在1962年《寂靜的春天》一書就披露美國鳥類受到農藥的影響;根據美國Fish and Wildlife Service的調查,被農藥殺死的鳥類每年就約有7200萬隻(Fimrite, 2011)。英國農地在1979到1999期間,因為農藥消滅了植物與無脊椎動物,有10種鳥的族群因缺乏食物而減少了1000萬隻;而歐洲整體因農藥的使用而導致116種鳥類族群面臨滅絕的危機(Kerbs et al., 1999)。農藥會抑制蚯蚓的生長與繁殖,因而影響土壤生態;而吃到累積有農藥的蚯蚓與昆蟲的鳥類也受到影響(Yasmin & D’Souza, 2010)。

殺蟲劑也是蜂群崩潰症候群(Colony Collapse Disorder)的元兇。農藥施用導致蜜蜂族群消失五分之一,作物授粉減少,美國農民因而損失每年高達2億美元(Miller, 2004)。試驗證明新類尼古丁殺蟲劑會降低蜜蜂體重,導致蜂后族群的降低(Whitehorn et al., 2012),這可以解釋為何歐盟在2013年宣布禁用賽速安、益達胺與可尼丁這三類的農藥。

2. 作物單一化與農業生物多樣性

綠色革命乃是農業企業化的推手;除了農藥化肥以外,綠色革命另一個特色是農地面積的擴大與作物的單一化(Monoculture),在廣大的農田種植連續種植單一作物以及單一品種,透過農藥化肥的使用,減少農場的操作,期以最低的勞力獲取最大的產量,並且生產品質較為一致的農產品,以符合機械化產銷體系。

單一作物的企業化大農制系統雖然在近代創造出前所未有的生產力,但是作物單一化也發生了嚴重的後遺症,包括作物病蟲的迅速擴張。馬鈴薯的原產地南美洲有豐富的種原,早期引進歐洲者僅是其中一個基因型。十九世紀愛爾蘭爆發馬鈴薯晚疫病引起大饑荒,可以歸咎於廣大面積的馬鈴薯的基因型太過一致,無法抑制病菌的蔓延。美國玉米帶在1970遭受玉米葉斑病的侵襲,產量減少15%,玉米價格上揚20%,總損失達二億美元,也可以歸因於當時的玉米品種雖多,但是70%來自同一個自交系,基因太過狹窄所致。

烏干達在1998年檢測出小麥稈蚽f病菌(Puccinia graminis tritici)的特定品系Ug99,不多久此小麥病害就迅速擴張到東非、南非與中東,更已向亞洲蔓延。由於綠色革命後小麥品種遺傳歧異度大為降低,因此約九成的全球小麥品種都對此病菌無抵抗力,是現今全球小麥生產的威脅(Singh et al., 2011)。水稻是與小麥同列綠色革命奇蹟的兩大作物之一,其栽培經驗或許可以作為借鏡。在單一品系栽培的水稻田改用多個品種種在同一塊田,結果水稻病害發生率降低了94%,不但增產了89%,還大幅度減少農藥的用量(Zhu et al., 2000)。

純林相的方式造林,雖然產量可能較高,砍伐也很省事,但是會面臨單一化物種的同樣問題,就是更容易受到病蟲害或惡劣環境的侵襲(Richardson, 2000)。就生物多樣性的觀點,純林提供野生生物的棲地相當少,同時砍伐也會劇烈改變棲地環境,而機械砍伐也會造成土壤硬化,嚴重影響土中生物。

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