- 通過(guò)使原生有益生物煥發(fā)生機(jī),激活有益生物控制病蟲害和雜草的能力,同時(shí)增強(qiáng)作物抵抗非生物脅迫(如高溫、干旱和氣候變化影響)的能力,生物制品將使農(nóng)業(yè)發(fā)生革命性的變化。

- 廣泛應(yīng)用生物制品將使所有利益相關(guān)方從中受益：消費(fèi)者將能夠享用到更多以可持續(xù)方式種植的食物,農(nóng)民將利用更好的生產(chǎn)方式并獲得新的收入來(lái)源,而行業(yè)將擁有可持續(xù)的新型生物制品渠道。

1. 引言

幾十年來(lái),不恰當(dāng)?shù)霓r(nóng)業(yè)實(shí)踐和化學(xué)農(nóng)藥的使用已耗盡了天然有益生物的存量。有益生物是有利于作物生長(zhǎng)的生物,包括昆蟲、微生物和植物。有益生物可防治害蟲,協(xié)助授粉,有助于提高作物的恢復(fù)能力并保持土壤健康。

生物制品屬一類農(nóng)用產(chǎn)品,包括生物農(nóng)藥、生物肥料和生物刺激素,均源自動(dòng)物、植物、細(xì)菌或礦物等天然材料。

生物制品中,生物農(nóng)藥產(chǎn)品的應(yīng)用最為廣泛。生物農(nóng)藥在促進(jìn)有益生物重新煥發(fā)活力方面潛力最大,為進(jìn)一步利用其他生物制品奠定基礎(chǔ)。根據(jù)美國(guó)環(huán)保署的定義,生物農(nóng)藥包括可控制有害生物的天然物質(zhì)和微生物,以及由轉(zhuǎn)基因植物所產(chǎn)生的殺生物質(zhì)。

生物制品不僅對(duì)有益生物無(wú)害,還能激發(fā)有益生物自身保護(hù)作物的能力,是未來(lái)可持續(xù)農(nóng)業(yè)的工具。廣泛使用生物農(nóng)藥替代化學(xué)農(nóng)藥將促進(jìn)農(nóng)業(yè)地區(qū)有益生物的健康和多樣性。

2. 生物農(nóng)藥的益處

與化學(xué)農(nóng)藥相比,生物農(nóng)藥有許多優(yōu)勢(shì)。對(duì)農(nóng)民來(lái)說(shuō),生物農(nóng)藥具有吸引力,因?yàn)檫@種農(nóng)藥有利于有害生物綜合防治(IPM),并能保護(hù)有益生物,包括授粉生物。生物農(nóng)藥還是抗性管理的重要工具,有利于靈活安排勞動(dòng)力和收獲時(shí)機(jī),而且毒性很低。對(duì)消費(fèi)者來(lái)說(shuō),生物農(nóng)藥可減少殘留問(wèn)題帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn),滿足公眾對(duì)改善生態(tài)足跡的需求,并減少有毒化學(xué)農(nóng)藥的使用。對(duì)農(nóng)業(yè)來(lái)說(shuō),與新的化學(xué)植保有效成分相比,生物農(nóng)藥的開發(fā)和登記成本更低,速度更快。此外,生物農(nóng)藥的面世為該行業(yè)提供了取代部分現(xiàn)有化學(xué)植保產(chǎn)品的潛在渠道。這部分化學(xué)農(nóng)藥由于抗性問(wèn)題,或因?qū)＠狡谑沟梅菍＠究梢詮?fù)制并以較低的價(jià)格銷售產(chǎn)品,因而不再具有競(jìng)爭(zhēng)力。生物農(nóng)藥也是一種工具,可以帶領(lǐng)其他生物制品進(jìn)入更多的現(xiàn)有市場(chǎng)(如有機(jī)農(nóng)業(yè))和更大的潛在市場(chǎng),這些市場(chǎng)將因使用生物制品(如生物肥料、生物刺激素、微生物群系、益生菌、接種劑、有機(jī)肥料和綠肥)而獲得增長(zhǎng)。

生物農(nóng)藥的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是其多功能性和潛力,蘇云金桿菌(Bt)就是一個(gè)很好的例證。研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)對(duì)鱗翅目、鞘翅目和雙翅目害蟲具有活性的Bt品種。還有一些Bt品種能夠抑制病害,并作為內(nèi)生菌,促進(jìn)作物生長(zhǎng)。使用Bt進(jìn)行基因工程改造的抗蟲作物種植面積已超過(guò)10億英畝。盡管Bt的研究歷時(shí)20-30年才取得進(jìn)展,但開發(fā)過(guò)程中獲得的進(jìn)步將使其他微生物的研究在短短幾年內(nèi)就能取得類似的進(jìn)展。

3. 生物農(nóng)藥面臨的挑戰(zhàn)

既然生物農(nóng)藥有如此多的益處,為什么這些產(chǎn)品的市場(chǎng)份額仍未超過(guò)化學(xué)農(nóng)藥？盡管近年取得了進(jìn)展,生物農(nóng)藥仍然面臨著幾個(gè)重大挑戰(zhàn),包括功效較差以及缺乏合適的應(yīng)用技術(shù)。

功效不如化學(xué)品,但在迅速提高 

生物農(nóng)藥功效較差的部分原因,是有效成分本身功效差,另外也是由于產(chǎn)品推出時(shí)的使用建議并非最理想,以及缺乏認(rèn)知。

一款全新生物農(nóng)藥產(chǎn)品的試驗(yàn)研發(fā)預(yù)算通常不到化學(xué)產(chǎn)品5000萬(wàn)美元預(yù)算的10%。因此,各企業(yè)對(duì)生物制品的了解不太詳細(xì),導(dǎo)致產(chǎn)品上市時(shí)的使用建議不夠準(zhǔn)確,效果下降。此外,生物農(nóng)藥的試驗(yàn)往往是有缺陷的：產(chǎn)品最初是在無(wú)菌土壤、小型植株,以及有害生物負(fù)荷非常高的人工系統(tǒng)中進(jìn)行試驗(yàn)。為了正確評(píng)估生物農(nóng)藥的全部潛力,試驗(yàn)必須反映真實(shí)環(huán)境條件對(duì)靶標(biāo)作物的影響。有些生物農(nóng)藥最終取得了巨大的商業(yè)成功,而不恰當(dāng)?shù)脑囼?yàn)方法正是導(dǎo)致一些大型農(nóng)業(yè)公司最初忽視這些生物農(nóng)藥出色控制特性的一個(gè)主要原因。

由于長(zhǎng)期存在功效方面的問(wèn)題,生物農(nóng)藥最初只在小眾市場(chǎng)上被采用。而當(dāng)今生物農(nóng)藥正越來(lái)越多的被人們所接受,這在很大程度上是由于“組學(xué)”技術(shù)的出現(xiàn)。正因如此,生物農(nóng)藥變得更加有效,也更加實(shí)惠。而成本效益好的工業(yè)規(guī)模發(fā)酵工藝的發(fā)展,進(jìn)一步推動(dòng)了這一進(jìn)步。生物農(nóng)藥制劑技術(shù)的進(jìn)步也助推著生物農(nóng)藥功效的提升。

缺乏適合生物農(nóng)藥的應(yīng)用技術(shù)

在施用葉面植保產(chǎn)品時(shí),只有一小部分噴灑的藥劑到達(dá)靶標(biāo)(如蟲害或病害),大部分噴灑的產(chǎn)品(超過(guò)98%)被浪費(fèi)。僅推出一種新型生物制品往往是不切實(shí)際的,這會(huì)導(dǎo)致單位面積作物上必須使用大量高成本的產(chǎn)品。因此,應(yīng)用創(chuàng)新技術(shù)對(duì)推廣生物制品至關(guān)重要。這些創(chuàng)新可能是葉面噴灑或種子處理等方式的進(jìn)步,也可能是對(duì)作物進(jìn)行基因改造(該技術(shù)有待公眾接受)。

4. 生物制品的市場(chǎng)超過(guò)2400億美元

生物農(nóng)藥的市場(chǎng)正在蓬勃發(fā)展。兩項(xiàng)不同的研究顯示,2018年這一市場(chǎng)的估值為31億美元,到2025年將達(dá)100億美元。生物農(nóng)藥的市場(chǎng)份額將超過(guò)化學(xué)農(nóng)藥的市場(chǎng)份額,但這種增長(zhǎng)的時(shí)間框架尚不明確。生物農(nóng)藥也是引入其他生物制品的工具,如生物肥料、接種劑、益生菌和生物刺激素。因此,生物制品不僅有可能通過(guò)生物農(nóng)藥取代化學(xué)農(nóng)藥(市場(chǎng)規(guī)模超過(guò)600億美元),而且還可以補(bǔ)充或取代化肥,減輕非生物脅迫(如氣候變化帶來(lái)的霜凍、干旱和高溫),提高作物產(chǎn)量。因此,生物制品將與綠肥和源自生物質(zhì)廢料的有機(jī)肥一起,與化學(xué)農(nóng)藥和化肥爭(zhēng)奪2400億美元的市場(chǎng)。

5. 生物制品利用大自然力量的機(jī)會(huì)

大自然在保持植物和農(nóng)作物的健康方面發(fā)揮著巨大的作用。有益節(jié)肢動(dòng)物在蟲害防治中的重要作用眾所周知,近年來(lái),學(xué)術(shù)界發(fā)現(xiàn)了微生物群對(duì)植物的廣泛影響。將土壤微生物群作為一個(gè)整體進(jìn)行管理,將為控制植物病害的爆發(fā)提供更好的解決方案。保護(hù)并利用自然界的微生物群和其他有益生物的功能來(lái)實(shí)現(xiàn)特定目標(biāo),是生物制品有潛力取代化學(xué)農(nóng)藥和化肥的關(guān)鍵。

實(shí)現(xiàn)可持續(xù)和再生農(nóng)業(yè)的大趨勢(shì)

利用IPM實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)更可持續(xù)發(fā)展的行動(dòng)迄今已走過(guò)30多年。目前,市場(chǎng)上出現(xiàn)了再生農(nóng)業(yè)的大趨勢(shì),強(qiáng)調(diào)保護(hù)有益生物和更健康的土壤,所有這些努力都有望提高糧食安全,應(yīng)對(duì)氣候變化,保護(hù)生物多樣性。

這一趨勢(shì)對(duì)有機(jī)農(nóng)業(yè)和傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)都有影響。十多家大型食品公司(如通用磨坊、雀巢、家樂(lè)氏和達(dá)能)正在推廣再生農(nóng)業(yè),籍此以扭轉(zhuǎn)氣候變化趨勢(shì)。農(nóng)業(yè)初創(chuàng)公司Indigo也推出了一項(xiàng)戰(zhàn)略,即利用微生物將1萬(wàn)億噸碳封存到土壤中,這相當(dāng)于自工業(yè)革命以來(lái)釋放到大氣中的碳量。保護(hù)原生有益生物對(duì)實(shí)現(xiàn)這些創(chuàng)新至關(guān)重要。因此,鑒于生物制品在作物保護(hù)方面的特殊性(既可用作肥料,也可用作緩解脅迫的藥劑,且都不會(huì)對(duì)有益生物造成傷害),未來(lái)對(duì)生物制品的需求將會(huì)非常大。

天然原生有益生物：創(chuàng)新的源泉 

由于農(nóng)業(yè)的集約化經(jīng)營(yíng),全球土壤已經(jīng)退化。不恰當(dāng)?shù)耐恋毓芾矸椒?如過(guò)度翻耕)以及化肥和農(nóng)藥的使用,減少了環(huán)境中微生物的數(shù)量和多樣性。再生農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中,在農(nóng)場(chǎng)內(nèi)和周圍采用的種植方式可提升有益生物(如節(jié)肢動(dòng)物和微生物群)的數(shù)量和重要性。

該行業(yè)面臨著開發(fā)生物制品,使農(nóng)業(yè)發(fā)生革命性變化的重大機(jī)遇。為此,生物制品行業(yè)需要使原生有益生物煥發(fā)生機(jī),激發(fā)有益生物自身控制病蟲害和雜草的功能,同時(shí)增強(qiáng)作物抵抗非生物脅迫(如高溫、干旱和氣候變化影響)的能力。

對(duì)有益生物健康的關(guān)注將成為一種范式轉(zhuǎn)變,即從使用一種生物農(nóng)藥對(duì)特定作物的一種蟲害進(jìn)行傳統(tǒng)的生物控制,轉(zhuǎn)變?yōu)檎显幸嫔?如各種微生物的集合體)的作用來(lái)控制有害生物。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、數(shù)字農(nóng)業(yè)和綜合系統(tǒng)方法的進(jìn)步,將使我們從利用原生有益生物的能力隨著“組學(xué)”技術(shù)的發(fā)展而更加高效。這場(chǎng)生物制品革命的關(guān)鍵,是這些新產(chǎn)品整合到農(nóng)業(yè)實(shí)踐相關(guān)知識(shí)的提高。今天,農(nóng)民在了解如何創(chuàng)造健康的土壤以及培養(yǎng)原生有益生物方面走在了科學(xué)的前面。科學(xué)不僅需要迎頭趕上,還需要從有經(jīng)驗(yàn)的農(nóng)民那里吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。

生物制品的重要作用

生物制品的功效將因其對(duì)保護(hù)生物多樣性和保護(hù)有益生物的貢獻(xiàn)而得到加強(qiáng)。鑒于生物制品在作物保護(hù)方面的特殊性(既可用作肥料,也可用作緩解脅迫的藥劑,且都不會(huì)對(duì)有益生物造成傷害),未來(lái)對(duì)生物制品的需求將會(huì)非常大。管理方法需要得到調(diào)整,以發(fā)揮生物制品與原生有益生物(如微生物、節(jié)肢動(dòng)物和授粉生物)的協(xié)同效果(如有害生物防治和作物生長(zhǎng))。廣泛采用生物制品所產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)將使其產(chǎn)生遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出傳統(tǒng)技術(shù)所能取得的效果。

6. 行業(yè)和投資者認(rèn)識(shí)到生物制品的革命性機(jī)會(huì)

目前作物保護(hù)市場(chǎng)的價(jià)值約為600億美元,與之相比,2400億美元的生物制品市場(chǎng)對(duì)行業(yè)來(lái)說(shuō)是一個(gè)更大的機(jī)會(huì)。風(fēng)險(xiǎn)投資已通過(guò)投資生物制品,給投資者帶來(lái)了數(shù)十億美元的回報(bào)。成功的企業(yè)包括AgraQuest、Becker Underwood和Pasteuria Bioscience。成功的初創(chuàng)企業(yè)包括Indigo、AgBiome、Benson Hill Biosystems等許多公司。對(duì)新型生物制品的大量需求有助于改善土壤健康,實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,提高糧食安全,應(yīng)對(duì)氣候變化,保護(hù)生物多樣性。

生物制品的發(fā)展將為投資者創(chuàng)造巨大的機(jī)會(huì)。例如,與拜耳和其他大型農(nóng)化公司結(jié)成聯(lián)盟的諾維信公司,聲稱其微生物產(chǎn)品可以補(bǔ)充或取代農(nóng)化品和化肥。

除生物制品本身的發(fā)展外,生物制品的成功還取決于適合生物制品的靶向應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展。在應(yīng)用技術(shù)方面,Bee Vectoring Technologies公司(BVT)已開發(fā)出一種有針對(duì)性的應(yīng)用解決方案,解決了阻礙生物制品廣泛采用的葉面施用問(wèn)題。BVT的方法是利用蜜蜂的自然活動(dòng)將生物制品直接輸送到作物上,效率極高,只需使用葉面噴灑產(chǎn)品的一小部分(2%)就能達(dá)到全面處理的效果。BVT的技術(shù)使得原本對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)來(lái)說(shuō)成本高昂的創(chuàng)新型生物制品(例如藥物源生物制品)的應(yīng)用變得經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。

最成功的企業(yè)將預(yù)見(jiàn)再生農(nóng)業(yè)的大趨勢(shì),并積極開發(fā)所需的生物制品和相應(yīng)的服務(wù)。主要農(nóng)化企業(yè)由于專注于現(xiàn)有技術(shù)(化學(xué)和生物技術(shù)),在預(yù)測(cè)革命性趨勢(shì)方面能力有限。此外,這些企業(yè)厭惡風(fēng)險(xiǎn),其管理結(jié)構(gòu)(如建立共識(shí))限制了其投資潛在利潤(rùn)豐厚但尚未證實(shí)的領(lǐng)域。因此,最有價(jià)值的發(fā)明可能來(lái)自于主要農(nóng)化企業(yè)之外。除了在風(fēng)險(xiǎn)投資基金中有限的現(xiàn)有投資外,一旦技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)被消除,主要的農(nóng)化企業(yè)就會(huì)通過(guò)高額的溢價(jià)收購(gòu)建立他們的產(chǎn)品組合,以參與生物制品的革命。

7. 結(jié)論

生物制品將取代很大一部分化學(xué)植保產(chǎn)品和肥料,其市場(chǎng)總價(jià)值超過(guò)2400億美元。生物制品可控制蟲害、病害和雜草,并直接用作作物肥料,且不傷害有益生物,這反過(guò)來(lái)又增強(qiáng)了生物制品的功能。生物制品的廣泛使用將激發(fā)原生有益種群煥發(fā)生機(jī),從而控制病蟲害,增強(qiáng)作物抵抗生物和非生物作物脅迫(如氣候變化帶來(lái)的高溫、干旱等)的能力,同時(shí)促進(jìn)作物健康,提高產(chǎn)量,進(jìn)而使農(nóng)業(yè)發(fā)生革命性的變化。

每個(gè)層面的利益相關(guān)方都將從這場(chǎng)革命中受益。消費(fèi)者將會(huì)確信他們的食物是以安全和可持續(xù)的方式種植的；農(nóng)民將獲得開展再生農(nóng)業(yè)的新產(chǎn)品,并從可持續(xù)服務(wù)(如將碳封存作為應(yīng)對(duì)氣候變化的一種手段)中獲得新的收入來(lái)源；而行業(yè)將迎來(lái)一個(gè)巨大的新市場(chǎng),這一市場(chǎng)將保證未來(lái)生物制品可持續(xù)的渠道,而不僅僅是彌補(bǔ)由于化學(xué)品使用量下降而造成的收入損失。