未來作物的挑戰

未來作物的挑戰

未來作物的挑戰

TWYCC特約作者 董書吟(土壤與作物科學博士生)

人類自1萬年前開始農業活動。我們馴化了許多物種,在經過幾次農業革命後提升耕種的規模及產量。然而農業面臨的挑戰卻不曾停歇。氣候變遷的加劇造成平均氣溫升高,極端天氣的發生愈來愈頻繁,不利於作物生長。世界人口卻仍逐年攀升,預計於2050年達到97億人1在環境資源不變甚至減少的情況下充足且穩定的食物供給是接下來必須克服的課題

我們首先可以做的是提高作物的生物多樣性。多樣性的提升可避免作物因單一威脅而全軍覆沒。目前已知可食用的植物超過20萬種,我們的飲食卻只包含約160種1,其中特別集中在小麥、稻米及玉米3種作物。每日每人所需的熱量中,植物提供了82%,而其中有一半以上來自這3種作物1。如此高度仰賴少數物種的糧食生產方式,將降低生物及環境多樣性,使得農地失去應對突發狀況的能力,譬如旱災、洪災、病蟲害等。此外,生物及環境多樣性的降低將加速物種滅絕,進一步降低生物多樣性,形成惡性循環。

改變飲食習慣,攝取更多樣的作物是一種方法。譬如新加坡的食品科技公司NamZ採用耐旱且營養價值高的班巴拉豆製作泡麵2,3。同時,作物野生近緣種 (crop wild relative)的保育也十分重要。簡單來說,作物野生近緣種是一般作物的野生親戚。他們身上保有許多性狀,可協助改良一般作物。作物野生近緣種的存在如同作物性狀的儲存庫,不僅確保作物的多樣性,還能夠提高農業生產力。

其次,改善原有物種面對氣候變遷的適應能力,是另一個著手的面向。透過耕種方式的調整,例如改變栽培種、種植的時間、肥料的使用以及灌溉方式等,有機會縮小氣候變遷的影響而提高產量4,5。此外,培育能夠適應惡劣環境的栽培種也是學界及業界關注的方向之一。根部的結構及微生物群、光合作用的效率、細胞老化的調節、抗病能力等,都是影響作物對環境適應力的變因5。篩選或培育適當的栽培種,便能有效在條件惡劣的情況下供給糧食。

第三,作物交換crop shifting亦能提升糧食安全(food security)。各種作物所需的自然資源條件不盡相同。一般農業多半在同一片土地上種植固定作物,即便有輪耕機制,也是在固定的兩三種作物之間交替。氣候變遷造成溫度、蒸發散(evapotranspiration)量等的空間分布改變。因此同一片土地最適合種植的作物也隨著這些環境變因而變化。依據氣候條件的實時空間分布調整作物的種植區域,以最佳化農產效益,即為作物交換的核心精神。

根據Rising與Devineni 6的模型,作物交換有機會避免美國5成的農業損失。然而作物交換在實務上面臨一個重大挑戰:頻繁的更換作物對農夫的不友善。農耕技術需要專業知識與經驗累積,要求農民短時間內學會一項陌生作物的耕種方法並量化生產並不實際。若要農民跟著作物移動,除了須適應新環境以外,頻繁搬遷的金錢與氣候成本都頗高。權衡下來,作物交換不一定帶來較高的效益。儘管執行面有許多待突破的困境,作物交換仍有其發展潛質,不失為因應氣候變遷的辦法之一。

民以食為天,食物是生存的基本要素。健全穩固的糧食供給是人類長久以來的課題,如今在氣候變遷與人口不斷成長的威脅下,挑戰更加巨大。環境的變化是動態的,因此一成不變的行為,不論是耕種方式或飲食習慣,都將導致我們缺乏應對突發狀況的彈性。上至生產者,下至消費者都有義務為糧食安全付出努力。未來作物是一個很廣泛的領域,讓我們持續關注相關議題,期待學者與業者發表更多研發成果吧!

參考資料

1.        FAOSTAT. Food and Agriculture Organization of the United Nations. Available at: http://www.fao.org/faostat/en/#home.

2.        NamZ. Case Studies: High-Protein Quick NoodleZ. Available at: https://www.namz.tech/case-studies/#noodlez.

3.        黃敬翔. 全球暖化讓小麥產量減少!新加坡新創公司用「未來作物」製作速食麵. 食力 foodNEXT (2020).

4.        Moore, F. C. &Lobell, D. B. Adaptation potential of European agriculture in response to climate change. Nat. Clim. Chang. 4, 610–614 (2014).

5.        Kissoudis, C., van deWiel, C., Visser, R. &derLinden, C. G. Future-proof crops: challenges and strategies for climate resilience improvement. Curr. Opin. Plant Biol. 30, 47–56 (2016).

6.        Rising, J. &Devineni, N. Crop switching reduces agricultural losses from climate change in the United States by half under RCP 8.5. Nat. Commun. 11, 4991 (2020).