害蟲防治

在靜謐的深夜菜園裡,一閃一閃的紅色雷射光劃破黑暗,你似乎看到有小小的物體在雷射光發射後,墜落在地上。走近一看,原來是一隻隻肥大的飛蛾,躺在地上,一動也不動。這是一款日本正在研發的雷射殺蟲系統,它在不用農藥的情況下,制止貪吃的害蟲,救下人類的糧食。

糧食不足、農藥公害——人類需要新一代除蟲技術

根據聯合國糧食及農業組織的《2021 年全球糧食危機報告》顯示,2020 年世界約有 7.68 億人口陷入飢餓,全球面臨重度糧食不安全的人數,達到過去 5 年最多。自 2017 年報告首次發布以來,重度糧食不安全問題一直加劇。

日經新聞》報導,全球的糧食生產有 16% 損失於害蟲,而農藥因為害蟲的抗藥性增加,逐漸失去效果,同時還造成公害。

根據台灣大學農業化學系王一雄介紹,農藥公害有 3 類:第 1 類是作業人員及鄰近人畜引起中毒;第 2 類其他生物如蜻蜓、螢火蟲、蝴蝶、蚯蚓、天敵及魚類中毒,破壞生態系統;第 3 類是農藥在環境中擴散、蓄積、殘留及生物濃縮等。為讓人類、生物與地球環境越來越健康乾淨,減用農藥為上策。

要在減少農藥公害的前提下增產糧食,我們需要一種環境友善的新滅蟲方式。

在農地上演星際大戰——用雷射擊斃飛蛾!

日經新聞》報導,在日本農研機構總部(National Agriculture and Food Research Organization, NARO)領導害蟲防治的松村正哉博士(Dr. Masaya Matsumura),正研發一款環境友善、永續耕種的殺蟲方式——雷射攻擊系統。

該研究目前列出的 2 種可能害蟲目標,台灣農夫也非常熟悉,牠們是斜紋夜盜蛾(Spodoptera litura),以及秋行軍蟲(Fall armyworm)。

斜紋夜盜蛾的幼蟲愛吃很多東西,舉凡大部分瓜類、豆類、菜類、水果都會有牠的蹤跡。斜紋夜盜蛾的成蟲會產卵於葉子背面或較不易被日曬之處,卵成塊,每一卵塊最多可達 1500 粒,孵化後幼蟲四散,開始吃植物的葉子或較嫩部位,在一植株上有時可發現 6 到 10 隻幼蟲。

台灣菜田被斜紋夜盜蟲襲擊:

令台灣農夫聞之色變的秋行軍蟲原產於美洲,2016 年擴散至非洲,2018 年到亞洲,2019 年傳至中國與台灣。秋行軍蟲會影響 353 種植物,在台灣主要危害玉米、水稻、高梁、棉花、葫蘆科、茄科等。牠的繁殖力非常強,雌蛾每次產卵 100 到 200 顆,一生可產 1500 到 2000 顆卵。

2021 年秋行軍蟲成蟲在台灣的分佈:

台灣秋行軍蟲的疫情現況。圖片來源:行政院農委會動植物防疫檢疫局

秋行軍蟲長這樣:

害蟲長大後的蛾會飛,雷射系統如何追蹤?

雷射殺蟲的技術在世界上並不新鮮,日本這個系統的先進之處,在於用相機拍下昆蟲數張照片,以此決定將牠們擊落的位置。這個過程只會花 0.03 秒,但對於要射下移動的昆蟲來說,反應仍嫌過慢。

為了要克服這問題,研究者找出一個方法,可以預測飛蟲的飛行路徑。研究團隊將相機架設 2 個以上的鏡頭,也另設 1 個分離的影像感應器,以模擬雙眼觀看的視野。

蟲害

雷射殺蟲系統如何預測飛蛾飛行路徑。圖片來源:naro

飛蛾在 0.03 秒內可以飛行 6 到 9 公分。待偵測到牠的動作後,系統會預測即時的飛行路線,精準度在 1.4 公分以內,而一隻飛蛾的體長則為 2 到 3 公分,因此雷射光束擊中飛蛾的機率很高。

目前的模擬推測 1 束雷射在 1 分鐘內將可以掃除 3 百隻害蟲。該系統尚未進入實作階段,研究團隊會在今年測試,未來也可能搭配無人機,以提高效率。計畫於 2025 年商業化該產品。

雷射殺蟲系統模擬如何殺蟲:

雷射攻擊害蟲的技術,台灣也有

2019 年台灣的交通大學(現為陽明交通大學)光電學院教授陳顯禎在《科儀新知》發表一項雷射狙擊害蟲的研究文章〈精準雷射蟲害控制〉,該研究同樣為了減少農藥使用,結合單眼立體視覺、快速雷射掃描與智慧影像辨識等技術,開發出一套雷射病蟲害防治儀。

2020 年陳顯禎教授接受《微笑台灣》訪問,介紹他團隊研發的田間無人電動車,該電動車搭載的就是智慧光電雷射。

有別於上述日本的雷射直接擊落飛蛾,陳顯禎的雷射針對的是毛蟲;但也不是將之擊斃,而是用雷射「弄瞎蟲眼、劃傷觸角」,如此毛蟲看不見、聞不到,就會無法辨識葉片,停止進食而餓死。

若雷射過強,可能會傷害作物,也會耗太多能源。陳顯禎團隊的雷射系統可以調控功率,既不傷害作物,又可以用少少能量,達到阻止害蟲的目的。陳顯禎表示,照射 1 隻蟲身的雷射能量,可以用來破壞 100 隻蟲的眼睛與觸角。

要替代人工噴農藥、施肥、除草等的田間機器人,一台要價 50 萬元,一般農民恐難負擔;但是陳顯禎團隊的這台田間無人電動車成本僅 20 萬元,與人工噴藥除蟲相比,可省下 3 分之 1 的人力成本。

藉由科學家的研發,環境友善、高科技的除蟲方式已經逐漸走入田野,幫助農夫減少農害,創造更多機會緩解飢荒。未來你若在田野間看到一閃一閃的雷射光,別太驚慌,也許那是雷射無人電動車正在執行它的工作!

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參考資料

Nikkei2021 年全球糧食危機報告科儀新知微笑台灣行政院農委會

(首圖來源:翻攝自 naro)