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南非號召非洲撒哈拉沙漠以南十國調查土壤 推動農業發展

南非於2016年下半年號召撒哈拉沙漠以南國家,啟動土壤生物多樣性調查計畫(Mapping the incredible biodiversity in Africa’s soils),將紀錄土壤中的微生物特性,以協助解決飢荒及食物供應危機,為非洲國家開發自有土壤研究能力,並催生新產業。     
     
普利托利亞大學微生物生態學及基因學研究中心(Centre for Microbial Ecology and Genomics, University of Pretoria)主任Dr. Don Crowan是這項調查研究計畫的主持人,這是首次在撒哈拉沙漠以南辦理的最大型土壤調查計畫,計畫期限為三年。計畫財源來自美國國際開發總署(USAID),參與國家包括:南非、波札那(Botswana)、納米比亞、辛巴威、莫三比克、尚比亞(Zambia)、衣索比亞、象牙海岸、奈及利亞、肯亞。將依氣候、人口分佈、地理特徵擇選1000個採集樣本的區域,以攫取最多樣化的樣本。研究人員必須紀錄每個採集點的資料,包括氣溫及高度,並拍攝挖掘地區的照片,再把樣本隨資料送至南非主辦單位實驗室,各國須負責採集自己的樣本。研究人員將觀察紀錄土壤中細菌的基因染色體(DNA),找尋新的微生物種,並判別其對土壤、農作物健康及植物成長的影響,氣候變遷下的回復能力。
這項計畫能夠成功啟動,是因為學者普遍認為土壤中的微生物對生態及農業具有重大影響力。南非身為撒哈拉以南國家之首,已有研究土壤的長期歷史。但多以研究土壤中的化學成份為主,對於微生物則較少涉入,在面臨氣候變遷的年代,微生物的變化及其對植物的作用已愈來愈顯其重要性。     
     
有些生長在植物根部的細菌及菌類微生物有助於植物生長。土壤中的微生物愈多樣化,愈能因應氣候變遷,並維持土壤養份及支持植物生長。美國科羅拉多大學的微生物生態學家Dr. Noah Fierer表示土壤中的微生物種類、數量、延伸至寄宿植物上的微生物之差異性,有很大部分都還未被發現。在2014年一項研究紐約中央公園的土壤微生物成份,結果顯示有很多微生物從未經科學家發現。對於撒哈拉以南的土壤微生物資訊更是缺乏。     
     
撒哈拉以南的非洲區域有65%的農業土壤已養份耗竭,造成飢荒及食物短缺,土壤通常太貧瘠,傳統肥料不足以補充提升養分,許多小型農戶無法取得新開發出的高產出種子。因此,專家建議非洲採行全面性及整體性的土壤及土地管理策略,以回復土壤本身的生命力,自然涵養養份,供給穀物生長,其中,土壤微生物為關鍵角色。     
     
泛非洲土壤微生物的計畫為開發非洲的重要起點,學者呼籲非洲國家提高農業研發經費占GDP的比率,非洲聯盟(African Union)建議各國政府支出研發經費應占農業GDP的1%,但是整個撒哈拉以南該項指標的平均比率已有2006年的0.59%降至2011年的0.51%。需要更多資金投入培養非洲機構的研究能力,每個非洲區域需要具備自有研發能力,需要有足夠的設備及人力觀察大量的細菌樣本,並識別及分析結果。已開發國家的經驗顯示當能力提升時,研究結果會更可靠。     
     
透過研究土壤微生物而開發出協助植物生長的案例,如「生物農業聯盟」(The BioAg Alliance)旗下Monsanto 及 Novozymes兩家公司開發出的幾項產品,包括微生物包膜用於玉米及小麥種子使植物更能利用土壤中的氮及其他天然養份而增進生長;另外Bayer農作物科學公司已開發出細菌種子治療用於改善黃豆的根部生長,使植物能抵抗蟲害,並增加15%的成長率,許多大學實驗室也在積極研究開發有價植的微生物產品。      
     
位於美國阿拉巴馬州的奧本大學(Auburn University)已經成功運用土壤微生物促成玉米及棉花植物的成長,並可抵抗蟲害及水壓,但這種研究通常需要大量的投資,要建構完整竹旳實驗室需要花費從30萬美元至100萬美元的成本,甚至更多。就連Monsanto及Novozymes這樣的公司也是需要合作才足以辦理土壤微生物研究。     
     
既然需要這樣龐大的投資,非洲需要有決心的夥伴及各國公立大學、公司及開發機構的緊密合作,基金會也扮演重要的角色,像Bill & Melinda Gates基金會在2016年就曾捐贈研究土壤微生物,以期控制在去年危害蕃薯造成撒哈拉以南60%-80%農作損失的象鼻蟲。
非洲實驗室的合作研究將無疑會得到許多新發現、專利、執照,這反而可以激勵新創公司甚至是新興產業的形成,更有益於促使非洲及全球農業向前推進。     

未來的食物,尤其在非洲,有賴今日對土壤危機的處理,這項工作是去瞭解全非洲土壤中所有的生物,並運用這些知識支援非洲農業發展。
研究團隊必須要克服撥款、法令等障礙,對於無法排除障礙之地點,則將放棄。這個階段的研究重點是在調查細菌,下一階段預計針對真菌(Fungi)研究。這個階段是後續研究的基礎,主持人表示儘管資源不足無法協助參與國家建立先進的實驗室,但是可以協助培訓人員,並期望這計畫能訓練出更多非洲科學家執行微生物研究分析。     
     

更新日期 : 2017/02/21