作物病害快速诊断及田间病害分布诊断技术.doc

作物病害快速診斷及田間病害分佈診斷技術- 兼談植物健康管理與植物醫師制度孫 岩 章國立台灣大學植物醫學研究中心首屆主任、 植物醫師國立台灣大學植微系教授、中華民國環境保護學會理事長、花蓮縣無毒農業輔導計畫主持人、行政院環保署公害糾紛裁決委員一、 作物疾病之快速與正確的診斷 由於台灣位處亞熱帶，四季如春的氣候讓農作物的病蟲草害進展非常快速，一般農民都知道：如果慢了一週或十天才發現疫病蟲害，或慢了一週或十天才防治，那些呈對數生長的病菌、蚜蟲、紅蜘蛛、夜蛾等，早已將作物吃得面目全非。所以快速且正確的診斷、快速且有效的處方與防治其實是影響該批作物成與敗最大的關鍵所在。這診斷與防治的時機問題其實是農政單位及一般大眾最不易了解而輕忽的問題。換言之，農民及農企業常需和時間賽跑，一旦發現拓展迅速的病或蟲，就得趕快尋求診斷、尋求處方、立即施藥處理。如果慢半拍，對不起，老天就不給你這口飯吃了。但誰會快速且正確的診斷、快速且有效的處方與防治？答案是：不是農民自己！也非農藥店販售農藥的老闆！因為正確的診斷是極為專業的學問，很像人類生病和寵物生病一樣，植物的疫病蟲害有千種以上，若無受過六年訓練的專業植物醫師，恐無法做到快速且正確的診斷。而現行在台灣農藥店販售農藥的老闆最多只受過兩週的訓練，當然無法做到快速且正確的診斷。由於農作物常見者約 200種，如每一種之疫病蟲害以10種計，則一位植物一師就要學會2000種疫病蟲害的診斷。這和一位人醫或獸醫所需要學會的知識量體來比是有過之而無不及。所以要做到快速且正確的診斷有時連念植物病理學或昆蟲學的大學教授們，也都覺得很困難，更何況是沒學過植物病理或昆蟲學的農民或農企業負責人。也因此，有很多農民或農企業負責人都採取不管有無病蟲，一律每週或每十天洗藥一次之策略。但這就像人們還沒感冒就定期吃藥一樣是荒謬、錯誤與浪費的，是對作物、對農友、對未來的消費者都輸得三輸，相反地，如果能由植物醫師配合執行快速且正確的診斷、快速且有效的處方與防治、整合防治管理之策略（Integrated Pest Management，簡稱IPM），則農藥使用量會最少、最省錢、對未來的消費者最有利，即是一種三贏。成與敗，相差就在一線之間。由於一般所謂的農作物計包括六類植物或作物，即包括糧食及特用作物、蔬菜、果樹、花卉、樹木或森林、草坪等，而這些都會有病、蟲、草、藥、營養、逆境等六類病因，需要對每一疫病蟲害再各給予整合之診斷、無毒防治處方、及成效評估、經營管理建議等。所以整個植物醫學的知識架構乃如下圖所示：六類作物糧食及特用作物蔬菜果樹花卉、樹木或森林草坪 六類病因病害蟲害草害藥害營養逆境 三大作業診斷處方經營管理植物醫學的作業對象及知識架構關係圖上述植物醫學及植物醫師三大作業之首，即為病因診斷。因為一般常見之作物有六大類，約200種，若每一種作物有10種重要的病害或蟲害，則一位植物醫師就需對200 10 = 2000種之疫病蟲害培養出熟練之診斷能力。再從植物病原學或植物病因學的角度去觀察，則已最常造成植物生病或損害的共有下列八類微生物、病因及動物等：1. 真菌2. 細菌3. 病毒4. 線蟲5. 菌質6. 非傳染性因子7. 各種昆蟲8. 蝸牛、鼠類、蟎類等其他動物又所謂的診斷學，其實不是只有一種目的或等級，相反地，就像人類疾病有千百種診斷方法及等級一般，植物疫病蟲害的診斷可依其需求、目的、精確度、尺度等而分成下列（表一）的各大類。這說明這是一高度科際整合之知識領域，也因此植物醫師及植物醫學生必需從全面去整合了解、不斷地練習，才能逐步達到具有八成診斷能力之基本程度或功力，也才能充當主治級的植物醫師。表一、植物醫學診斷作業的分類依尺度的分類依精確度或品質的分類依目的分類1.宏觀診斷：依據田間分佈型、發生期、流行方式等進行者1.初步診斷：只依據田間分佈、病徵等進行者初步診斷1. 新病蟲害的診斷與研究：應依柯霍氏準則四條文進行者2.巨觀診斷： 依據植株受害部位、分佈型、對稱性、病兆、病徵等進行者2.確定診斷：已確定病因、確定其因果關係者診斷2. 初始病徵調查及診斷：每年對最早出現的初始病徵進行調查及診斷3.微觀診斷：依據顯微解剖、胞器病變、病原觀察、呈色反應等進行者3.快速診斷：依據較為快速之診斷科技所進行者診斷，如快速鏡檢、膠金抗體診斷等3. 健康檢查診斷：依合約對特定區域或農戶的作物進行健康檢查及診斷4.分子診斷：依據抗體、基因、生化反應等進行者，如膠金抗體診斷4. 死因診斷：對已枯死的植物進行死因調查及診斷。5. 損害量診斷：對作物受害損害量進行調查、評估及計量6. 進出口檢疫診斷：對進出口農作產品等進行檢疫級者調查及診斷7. 流行病學調查及診斷：對觀察期間出現者特定病害進行調查及診斷8. 藥害調查及診斷：對用藥後出現者特定藥害進行調查及診斷植醫診斷學所依據以判定因果關係者，首為人體病理學在 1850年代歷經啟蒙而逐漸成熟的柯霍氏準則，該法則是一整合的邏輯法則，也是一切診斷學、病因學、病原學的基礎，在植物醫學上它也佔同樣的地位，故將它摘述如下：一、 可疑病原必出現於每一寄主病株體內。二、 可疑病原必可從病株寄主分離並可純種培養。三、 已純種培養的可疑病原接種入健康植株必能再生該特定疾病。四、 人工接種發病的病株必可再分離培養出該病原。 當一位植物醫師面對各種疫病蟲害，都能依據上述的柯霍氏準則，建立放諸四海而皆準的因果關係，並能熟練這些診斷之學識及技術，對農民提問的重要疫病蟲害問題擁有超過80%之診斷能力，則對農民或農企業的農作物急診病蟲問題，必能熟練地加以快速診治，作物才可獲得最佳之照護，產量及品質乃能獲得保障，估計其增加的收益可能為3 成到8成，這是農民、政府與植物醫師的另一種三贏，而植物醫學的經濟附加價值自也由此而衍生。雖然植物疫病蟲害的診斷理論上很複雜，但因每一鄉鎮的作物種類相對是較少的，有些是以一鄉一特產之作物為主，而每一作物每一時期的疫病蟲害也都是屈指可數，所以一位植物醫師在田間或診所，最常進行的診斷仍是下列的三大項：(1)宏觀性診斷：即從整個田間去診斷，如稻熱病、露菌病、香蕉萎凋病等呈散生型，空氣污染如臭氧（菸草氣候斑）、 PAN（萵苣亮銅斑、銀白斑、亮光斑）、氟化物（香蕉緣枯病）等則造成全面均勻性的分佈，但病毒病如極嚴重亦可呈全面均勻性的分佈。 (2)巨觀性診斷：從個別植株去診斷，如露菌病、葉斑病、昆蟲危害等皆有其在葉面上的巨觀病徵，其分佈亦呈散生型，即以葉脈中肋兩邊相比為不對稱型。但空氣污染如臭氧（菸草氣候斑）、 PAN（萵苣亮銅斑、銀白斑、亮光斑）、氟化物（香蕉緣枯病）等，從葉脈中肋兩邊比較皆為對稱型。(3) 微觀性診斷：即在顯微鏡或解剖顯微鏡下，對病原生物或微小昆蟲直接觀察、比對、鑑定者，另外在顯微鏡下對病變細胞或組織去染色、診斷，亦可發現其病原、病態解剖、病變組織分佈、病因等。二、 環境性病害及營養性異常之診斷 由於國內目前有關植物醫學的相關學系或研究所，主要分為植物病理學及昆蟲學，但這兩大領域科系都沒有專設非傳染性疫病蟲害的教師或講座，所以特別將此些環境因子或營養因子異常導致之逆境或病變列述如下:(一) 光線不足或過量: 光線為植物製造生質(Biomass)所必須，在不足的情況下會有營養不良生長不良徒長甚至逐漸枯死的情形發生。而光線的過量則會間接因溫度過高造成葉片灼傷， 一般叫做日灼(Sun scald) ，其診斷一般可從其發生部位恰在受光最強的部位加以研判。(二) 溫度過低或過高: 植物生長生殖皆需有適當的溫度範圍，低溫常會導致冷害 (Chilling injury)或甚至在零度以下造成凍害(Freezing injury)。此在作物採收後的人工貯藏期間更常見發生，而其診斷多可從急性的水浸狀壞疽加以研判。至於高溫所造成的傷害一般多與日灼有關。(三) 缺水性傷害: 一般旱害常導致萎凋、葉片下垂，後期則有類似鹽害的病徵，此乃十分容易以肉眼辨識的傷害。(四) 缺氧或浸水性傷害: 植物根系的發展最怕缺氧的逆境,尤其鬚根根系甚易因窒息而呈壞疽。一般植物若置於純氮而無氧的環境中24-48小時，即會發生缺氧傷害,唯眝藏性組織是屬例外。缺氧或浸水的病徵一般有葉片萎凋、根系壞疽、中央組織褐變、水銹 (Edema)等，嚴重者則會全株枯死。(五) 營養缺乏或過量: 較常見者有下列諸項：1. 缺鎂: 因鎂為葉綠體葉綠素最重要的金屬元素，又因其甚易移轉，故缺鎂時病徵多從老葉開始，呈葉尖、 葉緣之脈間黃萎。2. 缺硼: 因影響糖的移動及鈣的利用,故植株呈矮化、生長點畸形或壞疽，中央組織(如肉質果實、塊根、塊莖)壞疽、褐變、畸形等。3. 缺鈣: 因屬細胞壁果膠質的主要成份，故缺鈣者幼葉扭曲變形、邊緣壞疽，頂芽亦呈壞疽或枯死，幼果末端亦可能發生變疽，如典型之番茄尻腐病 (Blossom end rot) 。4. 缺鐵: 因屬合成葉緣素的酵素成份，缺乏時幼葉嚴重黃化，唯若噴以鐵劑，又會恢復，此乃診斷上一大特點。5. 缺錳: 因錳為呼吸作用與光合作用多種酵素的成份，缺錳者幼葉常呈輕微黃化，有時呈網紋狀。 6. 缺鋅: 因鋅屬生長素合成酵素的成份，又屬糖代謝氧化酵素的成份，故缺鋅者葉片變小，節間短，葉呈簇生，葉緣葉尖黃化或白化，嚴重者枝梢枯死。7. 缺鉀: 鉀為生化反應重要的催化劑，故缺鉀者植株矮小，莖部變細，葉片亦變小，老葉常呈尖枯緣枯，其病徵似旱害鹽害及氟化物中毒者。 8. 缺磷: 磷為DNARNAADPATPNADNADP的主要成份，缺磷者植株矮小，葉色常由綠變藍綠或紫色，老葉緣枯，結果不良。9. 缺氮: 缺氮者全株生長不良黃化，老葉易枯死。 以上元素之缺乏症在診斷上常須行組織化學分析，但亦可從其初發部位病徵分佈等加以初步的鑑別。(六) 酸鹼度異常: 一般植物的生長皆有其適當之pH值，在酸土中植物常間接導致缺磷、缺鈣等症狀。而在鹼土中，則因土壤團塊之破壞而令植物生長不良。此一pH值之診斷因可用簡易之儀器測知，故診斷上十分容易，問題的解決也不難。(七) 藥害問題: 此些問題發生頻度可能隨著農用藥劑使用的增加而與日俱增， 而其複雜度也日益增高。但一般宜從施藥史加以調查分析，若農民或健康管理者能於平時保持用藥紀錄，並於施藥中保留一小部份做為對照組，或行初步測試試驗，則皆十分有助於追蹤調查藥害發生的真象。相反地，如果農民不詳實告知所有曾經使用過的肥料、生長激素及農藥等，則植物醫師必然無法猜到真正的病因，也因此就無法有效進行診治。(八) 耕作不當造成的異常: 如由栽培季節不當、栽培方法不當、嫁接導致品質變化、缺乏授粉樹導致不稔、碰上雨期導致結果不良等，皆可從種種紀錄或觀測資料加以研判。(九) 遺傳性病變: 對於幼苗及多年生果樹影響較大。但此些突變枝、突變苗多有其發生的概率，且屬非傳染性，其分佈皆屬局部性，故在診斷上一般並不困難。(十) 環境污染為害：主要有對植物有害的空氣污染物，如下列:1. 二氧化硫(SO2): 多自燃料中的硫氧化而來，為強的還原劑，比重為空氣的2.2倍。2. 氟化物(HF，SiF4， H2SiF6): 係自原料中氟化物氣化而成氟化氫等氣體，例如冰晶石(Cryolite, NaAlF6) 螢石(Fluorspar，CaF2) 氟磷灰石及土壤中的氟化物皆為氟化氫主要來源。3. 氯氣(Cl2): 主要來自工業或氯氣貯槽，其比重為空氣2.4倍。4. 氮氧化物(NONO2N2O5N2O等，總稱NOX): 其中NO為無色氣體毒性較低，NO2為紅棕色劇毒氣體，一般來自燃料中的氮，但亦可來自空氣中的氮，經高溫引擎而產生。5. 氯化氫(HCl): 即為鹽酸氣體，主要來自工業及含氯產品的焚燒。6. 氨氣(NH3): 主要來自肥料廠及冷凍工廠等，另有微量來自天然界。7. 水泥飛灰(Cement dust): 為帶鹼性的水泥顆粒，遇水會凝結成水泥殼。8. 臭氧(O3): 是光化學煙霧的主要成員，乃因大氣中氮氧化物及碳氫化物在陽化催化下經複雜反應而產生，一般十分活潑，極易與受體作用，故大氣中的濃度是其生成量減去消耗量後的殘留者，在白天其濃度才會累積至致害程度，在晚上則多消耗殆盡。9. 過氧硝酸醯酯(CH3COO2NO2=PAN,C2H5COO2NO2=PPN): 包括過氧硝酸乙醯酯(Peroxyacetyl nitrate，即PAN)與過氧硝酸丙醯酯(Peroxypropionyl nitrate 即PPN)等，亦屬光化學煙霧的重要成員，早年以美國洛杉磯地區濃度最高，目前則在台灣四大都會區皆常有達對植物有害的濃度， 即在台北、台中、 高雄、 嘉義的之市區及郊區， 皆常可見植物受害的病徵。 PAN 主要為碳氫化物及氮氧化物經複雜光化反應而產生。10. 硫化氫(H2S): 為工業污染或自然界沼澤地區， 厭氧發酵地區、下水道系統所產生。另外亦可自火山口排出。11. 乙烯及丙烯等(C2H4， C3H6): 為植物之荷爾蒙，但在石化工廠是最重要的產品與原料。過多的乙烯或丙烯會使植物提早成熟、落葉、落果。12. 黑煙微粒等(Particulates); 主要為燃燒不完全所產生的黑色微粒或其他粒狀污染物。13. 酸雨酸霧及酸微滴(Acid rain、 acid fog and acid mist):酸雨是二氧化硫、氮氧化物及氯化氫在大氣中變成稀硫酸稀硝酸及稀鹽酸所組成，一般pH值在3.8至5.6之間 。酸霧則是指酸微滴構成霧狀者，尤其是在山頂所接觸的酸性雲海。酸微滴則是指各種工業製成排出的強酸微滴，如硫酸微滴。三、 快速且正確的診斷需要植物醫師之專業服務 無毒有機農業需要有類似植物醫師及畜產專家的輔導，才可能在發生疫病蟲害時進行快速、正確的診斷及處方。否則因為台灣地區疫病蟲害的快速與猖獗，常讓農民損失慘重，甚至於血本無歸。對於全台灣309鄉鎮市，總數約 80萬戶的農民及農企業，政府責無旁貸地應該協助各鄉鎮市的農民及農企業（以平均估計，每鄉鎮約為2500戶）達成健康管理、提高品質、符合安全的無毒農業、三贏目標。若欲達此三贏目標，則最正確、最有效率的途徑乃是建立一鄉鎮一植醫的制度，就像台灣早期各鄉鎮皆有公設的獸醫師一樣。如果政府部門如只一味地要求農民及農企業遵守農藥法規，卻不幫忙設置植物醫生，則在農作可能大量受害的緊急情況下，農民及農企業也就只能聽農藥店的話：多用一些藥，至少其中一個有效就夠本了，此多用藥的成本固然增加一些，但反正是一次工，而農民及農企業都知道：病蟲草的控制可是輕忽不得，慢了一週，一定會後悔。雖然台灣地區有七個農業改良場，包括花蓮農業改良場，其內皆有作物環境課及病蟲害專家的編制，但因目前的成員仍為植物病理學或昆蟲學系的畢業生，其過往接受過的訓練仍為病蟲分立、不含非傳染性疫病蟲害，所以目前仍非屬於具有80%診治能力的植物醫生，其對疫病蟲害問題的全科整合、快速處方仍屬不足。何況以作物環境課3-4位技術人員之編制，主要工作仍為研究與推廣，服務地點集中一處，當然無法滿足全縣13鄉鎮市、分散各地數萬農民及農企業、隨時皆屬緊急、在診斷、處方、藥效評估上的需求。遺憾的是，至目前唯止，我國尚無正式植醫之制度，全台灣在過去只有一位取得日本樹醫執照之植醫在營業，若按正規制度，則我國之植醫當然應由植物病理、植物醫學科班畢業出身之植醫人員，加上臨床實習，確實擁有診治能力者始能擔當此一專門職業。但國內設有植病、植醫之大學，包括台大、中興、屏科大等，往年卻都只專注於基礎科學之研究，數十年來一直忽略整合植醫的效益與社會需求、未了解農民及農企業對此有極高度之需求、也未曾以整合全科的課程培養出具診治能力之植醫。結果是大部份的大學畢業生，約只具有二成之診治能力，無法勝任植物醫生之工作。研究所碩博士班之畢業生又都過於狹隘的鑽研，往往數年內只研究非常狹窄的某一微生物、某一生化、某一技術，極度缺乏田間宏觀診斷、巨觀診斷、處方等經驗與能力，即與臨床的專業知識漸行漸遠，畢業後診治能力並未增加，對農民最迫切需要之診斷、處方、成效管理等皆幫不上忙。相信這一環節的缺失，正是植保、植醫學界這麼多年來最大的遺憾所在。而台灣八十萬農民，面對百般複雜、快速又猖獗的病、蟲、草、藥、營養、逆境等問題時，多無貴人相助