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2019-08-01共生、整合與循環─新農業仿生學 596 期

Author 作者 方煒/臺灣大學生物機電工程學系教授。
農業(agriculture),中文一詞解析是產業,英文則是文化。其實,農業的價值遠超過產業與文化,不只包含生產與生活,更涉及生存。由於環境變遷,讓人們也逐漸意識到任何物種的滅絕都可能造成生態改變,進而影響全人類。所以,從過去天生萬物以養人的自我(ego)心態轉為了解人類只是生態中一環,需與環境和生態(eco)共存的心態。

廣義的農業包括農、林、漁和畜牧。農業離不開大地和環境,生物環境包括各種生物與微生物等,非生物環境則包括空氣、陽光、水、土壤和岩石等。然而,由於人口暴漲加上人類長期掠奪環境資源以利生產,導致空氣不再清新、淡水不再純淨、農田遭受汙染、海平面上升和極端氣候頻繁發生等不利農業發展。

傳統的露天栽培、養殖或需廣大土地、大量水資源消耗的放牧等所造成大量汙染和低生產效率皆不利農業發展。此外,生活條件的提升,也讓人們對於動物性蛋白質的需求升高,導致森林被砍伐成牧場、近海設置箱網、沼澤地與海邊被開發成魚塭,使生態遭到破壞。

仿生農業概念形成

有鑑於此,人們便反思,是否可使用最少資源、帶來最少汙染,卻生產出高品質、產量的農漁牧產品?於是,環境控制下的農漁牧業與生態農業或稱為農業循環經濟的系統應運而生,以此概念形成的仿生農業設計也逐漸取代傳統農業。

環境控制下的農漁牧業

以農業為例,由露天田地到可環控的網室、溫室,再進展至全人工光型的植物工廠,是科技進步的歷程。硬體的設置與栽培成本均會提高,但是,可控制的環境因子項目也會增加,生產風險與不利因素也能大幅降低,提升產品品質。此外,產程的可規劃性也能使全年量產穩定,不再有農忙、農閒或菜土、菜金等大幅起落。

以水產養殖為例,由露天魚塭或海邊箱網到室內魚塭、循環水養殖,最終發展成室內集約式循環水養殖。不只減少病蟲害或感染鳥類病菌的風險,更能減少鹽度波動,大幅降低養殖風險。另外,水溫控管也是另一重要議題,在臺灣,適合養蝦的季節為夏天,冬天則因水溫過低不利養殖。若能在溫室內飼養,借助陽光帶來熱量於冬季便能成功養殖;溫室中的循環水系統也能降低用水量,減少抽取地下水帶來危害。

而以畜牧業為例,牛隻飼養由放牧式變成室內開放繫留式,進展至密閉環控式;雞隻飼養也由放牧式至開放型室內籠飼、平飼,再進展為密閉環控式,將能大幅降低風險,提高產能。不僅如此,近年來科學家也開始思索,植物性蛋白質或許能替代動物性蛋白質。於是,歐美各國相繼投入研發,亞洲國家則持續發展素食產業。近期更有另一股浪潮,提出另一個更環保的動物性蛋白質──昆蟲。於是,麵包蟲、蟋蟀與黑水虻等昆蟲成為研究新寵,但距離人類食用昆蟲,還有不少的挑戰。......【更多內容請閱讀科學月刊第596期】