氣候變遷的衝擊農業生產,如何進行調適,來提高農業對氣候的韌性,已是無法避免的
課題。
提高農業韌性有各種方法(圖),其中的重點在於增進土壤健康以及育成具氣候韌性的品種。增進土壤健康的方法在於採用生態、再生有機農法,而育種則面臨困難,這是因為氣候變遷,包括氣溫與與雨量在各地方、各年度的狀況不一,不容易預測,這兩個因素如何影響病菌、害蟲、與雜草的危害作物,也很難掌握。主流育種的強調遺傳均質,就無法確定種目標,就算目標確定,育成後難免因為氣候環境的迅速變化而無法適用。
面對氣候變遷的「演化」,透過「演化植物育種
Evolutionary plant
breeding」,提高農作物遺傳多樣性是可以嘗試的育種手段。演化植物育種主要是混合若干傳統(優良)品種,形成遺傳多樣性高度的作物族群來種植,透過天然選擇,作為演化族群,每代選種供下一代種植,不斷變化的作物族群可以成為具有氣候韌性,並且持續優良的作物品種。
其實早在1929年,就有育種家察覺遺傳均質的缺點,因此推出增加種子族群遺傳歧異度的方法,就是後來的多系品種與混合品種、合成品種等,犧牲一點點均質性,而達到抵抗逆境的作用。這些方式雖然不是主流,卻也在1950年由美國農藝學者Coit
Suneson提出「演化植物育種」。
主流育種是研究機構或種子公司在自家農場,農藥肥料施用充足的情況下,育成遺傳均質的好品種,把這些商業種子推廣或販售給農家。
所謂遺傳均質,指的是田裡面每株農作物長得一致。這樣的特性很合適近代農業生產方式,因為生長期一致才能夠一天內全部採收,特別是需要機械採收者。一般而言,玉米、高粱、甘藍等異交作物都採用雜交一代育種,農民買到的一代種子遺傳很均質,種下後生長很一致,但所留種子遺傳很混雜,因此農民每年都需要購買一代種子。
自交作物品種的遺傳也很均質,所留種子也一樣,如水稻、小麥、大豆、番茄。不過種子公司為了提高利潤,番茄也推出雜交一代品種,每年賺種子錢。
然而這些商業種子需要在農藥化肥施用充足下,其優良特性才能夠充分表現出來;而其遺傳均質的特性,在遇到環境問題難以克服時,反而容易整個田區損失慘重。這樣的情況在氣候變遷的年代,以及將來農藥化肥價格昂貴時,以及不用農藥化肥的有機耕作上,情況會更加嚴重。
就此,義大利學者Salvatore
Ceccarelli在去年發表兩篇相關論文(圖),一篇是倡議透過演化植物育種來對付氣候變遷的複雜性,另一篇指陳有機農業與演化族群能夠兼具調適與減輕的作用,用以對抗氣候變遷。
Ceccarelli多年來致力於研發、推廣農民的「參與式育種」,分別於2009、2012年出版兩本相關書籍,第一本是《植物育種與農民參與》,第二本是《農民植物育種的技術手冊》。參與式育種可以創造均質性高的品種,也能夠透過演化植物育種,創造出演化中的種子族群。
演化植物育種的程序可以分成三個階段,與主流育種沒有兩樣,即1.
產生變異、2.
選種,找出更優良的遺傳組合、3.
推廣、售出與播種生產。當然內涵上有所不同。
在演化植物育種,產生變異的方式是取多個品種進行各種可能組合的雜交,取各雜交第一年後代,或者第二代的種子,混合成演化式族群,然後送給不同地區的農家種植,這些地區會代表不同逆境,例如缺水區、淹水區、病害嚴重區、害蟲嚴重區、土質惡化區、低溫傷害區….,或者有機農法區等。(在有機育種,各不同逆境的區域都行有機農法。)
農家年復一年的種植下,透過天然選擇以及人為選擇(農人與育種家合作選種,或者農人自行選種),選出演化中的優良族群,或者較為純質的品種。以族群作為種植者大抵上是農民留種自用,而以品種做為種植者常需要透過育種家進行品種的測試。
伊朗永續發展中心在Ceccarelli的協助下,從2008年開始進行大麥的演化植物育種,由乾旱地區國際農業研究中心(ICARDA)取得千多個品種進行,讓農民手上的種子越來越能適應各地方氣候的變遷。其他機構也針對小麥進行演化植物育種,到了2017年,已經有17個省約310名農民種植於400多公頃的農地上。
法國、意大利種植小麥進化族群,證實不僅可以提高產量及其穩定性,還可以增進麵包的香氣和質量。意大利目前也針對對番茄、豆類和櫛瓜等作物上採用進化族群,得到有機環境下優良的播種材料。
歐盟有機規範對於有機種苗的觀點經過若干調整。最早是規定品種一定要具備可區別性、一致性、穩定性,後來鑒於有機農法講求遺傳多樣性,因此在2008年提出「保育品種Conservation
variety」的項目,放寬一致性、穩定性的認定。
歐盟進一步在新的有機規章(2018年)針對有機種子,增納了「異質性有機材料organic
heterogeneous material」,在符合規範的情況下,允許均質性不足的播種材料,雖然不能視為品種,但仍可以生產、販賣、播種(第十三條)。這讓演化族群以及演化植物育種得到發展的動力。https://eur-lex.europa.eu/legal-content/en/ALL/?uri=CELEX:32018R0848
※※
Ceccarelli
的主要著作
1.
S. Ceccarelli et al.
(eds.) 2009 Plant
Breeding and Farmer
Participation, FAO,
Rome.
https://www.researchgate.net/publication/257657293_Plant_Breeding_and_
Farmer_Participation。另見:http://e-seed.agron.ntu.edu.tw/0131/131tech.htm