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105年7月(第289期)

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由國際蔬果嫁接研習會了解之嫁接技術發展動態

蔡宛恬 1
註 1 :亞太糧食肥料技術中心農業專家

壹、前言

  亞太糧食肥料技術中心( FFTC )為協助亞太區域間各國透過應用嫁接技術以提高作物產量與品質,並提升種苗產業競爭力,與行政院農業委員會臺南區農業改良場於 2016 年 5 月 17-19 日合辦「 2016 年國際蔬果嫁接研習會」。

  蔬菜嫁接技術是把蔬菜的幼芽嫁接於其他蔬菜的根砧上,藉由「根砧」的優良生長勢或對當地環境的適應力,使嫁接其上的「蔬菜幼芽」發揮所長。在農地面積小及土地集約利用頻率高的亞太地區國家,由於不能進行適宜之輪作或休耕,蔬菜作物之某些病害或生理障礙因而產生。嫁接技術的運用得以減少生物性(病蟲害)及非生物性(溫溼度、土壤鹽度)之危害,減少殺蟲藥劑的使用及促進幼芽生長勢或養分之吸收與利用。目前嫁接技術在葫蘆科與茄科蔬菜上應用很廣,但在根砧的選擇與嫁接自動化仍有許多研究的需求。面對氣候變遷及全球市場開放的衝擊,未來亞太區域間各國該如何透過應用嫁接技術以提高產量與品質,並提升種苗產業競爭力,是值得深入探討的議題。

貳、研習會內容

  本研習會有來自亞太地區印尼、日本、韓國、馬來西亞、菲律賓、泰國、越南及我國共 8 個國家計 13 位專家發表論文及演講,全程共計 51 人與會,一同針對各國實際運用嫁接技術的心得與相關產業發展的現況進行學術交流、研討及經驗分享。各國專家發表重點如下:

一、綜述全球蔬菜嫁接技術應用及經濟效益 (註釋 1 )

  目前許多國家致力於發展能配合生產葫蘆科及茄科作物的根砧,而農友種苗公司在 1990 年代晚期已開發出多種可增加產量及減緩土壤病菌及線蟲危害的優良根砧。 2013 年的全球市場報告指出,歐洲(義大利、希臘和西班牙)、亞洲(日本、韓國、台灣、中國及部分中東國家)及非洲(摩納哥及突尼西亞)分別占葫蘆科嫁接作物市場的 50% 、 25% 及 25% ;此外,歐洲及亞洲皆分別占茄科嫁接作物市場的 40% 、非洲及北美洲(墨西哥)皆分別佔約 10% 。進入國際市場的首要條件便是根砧種子價格,因此,無論是葫蘆科或茄科嫁接根砧,在歐洲市場皆受到相當重視。根據農糧署的資料,臺灣有 18,500 公頃使用葫蘆科根砧,其中 54% 嫁接西瓜、 27% 香瓜、 11% 黃瓜、 8% 苦瓜,另有 5,000 公頃番茄使用嫁接根砧。

  臺灣亦面臨土壤病菌及線蟲的威脅,為因應蔬菜嫁接苗需求增加,近十年手工嫁接育苗場數量大增,主要用來生產西瓜及番茄苗。臺灣的蔬菜嫁接苗需求高峰為每年的 7-9 月,為避免嫁接苗移植時程受任何因素延遲,著實考驗各苗場管理者的智慧,也凸顯未來將缺乏熟稔嫁接技術人員的趨勢。運用自動嫁接機取代人力可能成為解決缺乏嫁接技術人員的方法,然而目前自動化嫁接機械造價仍過高,且受限於機械無法配合不同長寬尺寸的根砧或嫁接幼芽、不同嫁接苗配合的耗材不一、及和育苗場空間有限等因素,現今嫁接機械使用僅停留在研究評估階段,尚未有實際採用的案例。

目前農民已意識到使用嫁接苗可以抗病蟲害的好處,將每年 2 次耕翻土壤的費用轉移到連作嫁接苗以提高收入。在自動化嫁接機尚未普遍之前,育苗場因應種苗供應需求可採取以下作為:( 1 )於至少一年前預先告知種子公司需求量;( 2 )保障技術人員全年工作而非短聘;( 3 )苗場間聯盟互信合作非常重要,時能互助消化訂單。

二、日本茄科蔬菜嫁接現況 (註釋 2 )

  根據日本農研機構( NARO )轄下蔬菜花卉研究所( NIVFS )調查顯示,日本蔬菜嫁接技術普遍使用於生產西瓜、黃瓜、茄子、番茄、香瓜及甜椒,嫁接苗佔該作物種苗種植面積的比例分別為 93.9% 、 92.6% 、 79.0% 、 57.7% 、 32.0% 及 13.8% 。過去,日本農民皆自行栽培使用種苗及嫁接種苗,但現今大約半數農民已透過供應商取得種苗及嫁接苗,以黃瓜為例,農民透過供應商取得的種苗由 1990 年的 9.7% 增加到 1998 年的 31.6% 再增加至 2009 年的 62.2% ;透過供應商取得的嫁接苗則由 1998 年的 32.3% 增加到 2009 年的 64.8% ,其他諸如西瓜、香瓜、番茄、茄子等種苗及嫁接苗也都有相同的趨勢。嫁接苗供應商育苗的目的是為了選育抗病、抗蟲、或綜效抗病與抗蟲的根砧。由於新型的黃萎病及線蟲已對過去選育的抗病蟲害根砧產生抗性,選育新一代的抗病蟲根砧實為當務之急。嫁接甜椒是新興的作物,目前日本也已開發出可抗病蟲害的根砧。

  嫁接是費工與耗時的產業,日本為了減緩時間與人力成本,自 1980 年起便致力於研發半自動與全自動的嫁接機。 Umeyako Co. Ltd 首臺商業化嫁接機 Tsugi-Taro 於 1991 年正式進入市場,但因工作效率不佳以致嫁接成功準確率過低而被市場淘汰, 1993 年 Iseki & Co. Ltd. 的半自動化嫁接機 Tsugi-Nae-Komachi 問世,這台三人操作的機型可達每小時 550-800 株嫁接番茄或茄子苗的效率;然而同時期的單人操作嫁接機效率為 180-200 株苗且成功率為 99% ,兩者相比之下仍顯嫁接機的效率不及人力。日本也有研發全自動高效率嫁接機,每小時可達 1,000-1,200 株,然而造價過高無法推廣。近期,嫁接苗商引進荷蘭 ISOGraft 1200 嫁接機,嫁接效率每小時可達 1,000 株,成功率 95% 。即便如此,嫁接機器人的使用率仍低。為因應農業缺工的問題,嫁接機器人仍必須繼續研究及改進。

三、韓國蔬菜移植產業與嫁接技術現狀 (註釋 3 )

  韓國於 1927 年首度引進西瓜嫁接生產技術,嫁接西瓜苗於 1950 年起開始普及,應用嫁接技術取得產期調整及不同品種的葫蘆科作物則始於 1976 年,蔬菜移植與嫁接產業更於近年快速發展,自 2010 年起以每年 9% 的速率上升,至 2013 年時市場經濟價值已達 2.4 億美元;專業育苗場的數量由 50 家增加至 2013 年的 292 家,育苗面積由 1997 年的 20 公頃增加到現在的 195 公頃,有 76.6% 的育苗場使用設施栽培的模式,平均栽培面積約為 0.67 公頃。

  根據 2011 年的調查報告顯示,韓國蔬菜嫁接技術普遍使用在生產西瓜、黃瓜、香瓜、番茄、茄子及南瓜,生產嫁接苗佔該作物種苗生產的比例分別為 94% 、 75% 、 69% 、 46% 、 43% 及 38% ,作物使用嫁接苗的比例分別為 99% 、 89% 、 9% 、 69% 、 41% 及 22% 。

  韓國人工嫁接苗效率每小時可達 1,000 株。韓國自行研發雙人操作嫁接機效率可達每小時 600-900 株,嫁接成功率超過 95% 。近來韓國致力於發展 ge21 推廣人工育苗室,透過調控育苗室的溫溼度、光週期、光波及亮度等達到最佳復育效果;此外,也積極向育苗場推廣使用嫁接機械。

四、韓國瓜果類蔬菜嫁接產業與研究概況 (註釋 4 )

  韓國自 1990 年起開始大量使用設施栽培蔬菜,蔬菜苗的產業(耕地面積及栽植苗)於近 15 年間呈線性成長,由 1991 年的 0 公頃、 0 種苗商成長至 2015 年的 150 公頃、 272 個種苗商。整個種苗市場價值在 2013 年約 2.4 億美金,相較 2010 年成長了 30% ,其中有一半的種苗市場是嫁接苗。由於農業人口老化及缺工,根據韓國農業經濟研究院( KREI )調查顯示, 91% 受訪農民為節省勞工支出成本而選擇向苗商購買種苗;另外相較於 2014 年,因為連續栽培所引發的病蟲害盛行,使得嫁接苗的使用需求大增,目前有 30% 農民有意願向苗商購買種苗,以上兩點皆可預見韓國種苗產業在未來幾年還將持續擴增與發展。韓國未來發展嫁接苗產業的主要目標包括:加強對土壤病害的抗性、對抗非生物性的壓力、促進生長勢、提高產量、提升品質等;另外亦增設研究專案,探討嫁接後種苗癒合室的環境控制(人造光線、溫溼度、光度、日夜比等);近期尚有一個西瓜根砧育種計畫,欲開發能增加果實中的機能性營養素的根砧。

  韓國蔬菜種苗產業面臨的難題是缺乏制度及相關法案的管控,以致生產出劣質種苗,造成農民的損失。種苗衝突事件由 2010 年的 19 件增加至 2013 年的 23 件。相關衝突起因及此例,包括:病蟲害 20% 、種苗生長不佳 26% 、種子病毒 19% 、種子混染 12% 、種苗生長不一 9% 等。有鑑於此,韓國農部於 2014 年已向議會提出“種苗產業合法化”,但目前仍未有進展。韓國的農村振興廳( RDA )與種苗移植研究協會近期積極討論,並將於 2016 年發展透過資訊通訊技術( ICT )操作的種苗生產系統。

五、應用嫁接技術於印尼蔬菜與水果產業 註釋 5 )

  印尼的嫁接技術是透過 2010-2014 年世界蔬菜中心( AVRDC )、美國國際開發總署( USAID )、印尼 Udayana 大學、印尼蔬菜研究所( IVEGRI )及國際航空運輸協會( IAIAT )合作計畫而引進印尼的 Bedugul Bali 。然而截至 2013 年,進度僅有一家 Ketut Santika 公司使用番茄嫁接技術替 FRESHGROW 公司生產番茄。印尼農部 2015-2019 計畫極力推廣生產柑橘,規劃利用嫁接技術生產柑橘 6 千公頃,粗估約有 240 萬株柑橘種苗需求。

六、運用嫁接技術因應泰國蔬果生物及非生物性威脅 (註釋 6 )

  氣候變遷下泰國面臨嚴重的乾旱問題,尤以乾旱導致海水鹽分汙染土壤及地下水後間接影響蔬果的生長,此外,土壤病蟲害盛行,嚴重影響蔬果的生產。泰國使用蔬果嫁接苗的產業並不盛行,但為因應威脅蔬果生物及非生物性的威脅,泰國農業大學致力於應用與開發耐鹽、抗旱、防蟲害的根砧。目前泰方執行的蔬果選育計畫,發展方向為提高南瓜產量、胡蘿蔔素含量與抗病能力、並利用分子標記和型態特徵選育優良種原。目前已選育出 24 種耐鹽度 5g/l (其中兩種可耐鹽達 7.5g/l )及 1 種耐鹽度 11g/l 的茄科根砧。

七、菲律賓蔬果嫁接技術及商業化 (註釋 7 )

  菲律賓自 1998 年透過 AVRDC 計畫習得蔬果嫁接技術,主要用來調整蔬果產季及對抗土壤病蟲害。菲律賓嫁接技術主要應用在黃瓜、苦瓜、茄子及甜椒的生產;成本效益分析 2015 年度這四種蔬果的淨收益顯示,每 1,000 平方公尺嫁接作物收入分別是非嫁接黃瓜、苦瓜、茄子和甜椒的 2.26 、 4.4 、 2.87 、及 2.68 倍。因為運用嫁接技術所獲得的實質成效卓越,菲律賓政府與研究單位積極支持並期望能提供農民更平價且優質的嫁接苗。目前菲方仍處於向農民推廣使用嫁接苗以獲得更高收入的階段,離商業化尚有一段距離。

八、馬來西亞蔬菜嫁接的現狀 (註釋 8 )

  馬來西亞是食物進口國,因此並無蔬果嫁接相關的產業,僅有少數研究。馬來西亞農部資料顯示, 2013 年平均每人蔬菜消費量 57.3 公斤,其中向中國大陸、印度、美國、泰國及澳洲進口合計 79.6 萬美元的蔬菜。 2014 年蔬菜種植面積 7.146 萬公頃,產量 1.452 百萬公噸。嫁接技術雖已廣泛運用於各國農業,馬來西亞的蔬菜栽培卻完全沒有使用到嫁接。馬來西亞嫁接技術僅運用於榴蓮、菠蘿蜜、大菠蘿及部分芒果。

九、越南嫁接番茄:由 0 到 7 千公頃 (註釋 9 )

  細菌萎凋病造成番茄植株的死亡,是越南重要的番茄病害, 2002-2004 年間,透過 AVRDC 的協助及越南南方農業研究所與果樹蔬菜研究所的努力,已成功種植嫁接抗病根砧( AVRDC HW7996 )的番茄並 100% 控制細菌萎凋病。自 2004 年起,嫁接技術與嫁接苗開始推廣於當地農民; 2007 年起, Lam Dong 地區 100% 的番茄農皆使用嫁接番茄苗,當時年種植面積約 3,500-4,000 公頃;調查顯示, 2016 年嫁接番茄種植面積已達 7,000 公頃。根據 AVRDC 在 2012 年調查資料顯示,農民販售嫁接番茄的總收入為 31,300 美金 / 公頃,明顯高於非嫁接的 11,534 美金 / 公頃;依平均收益 13,138 美金 / 公頃,平均生產支出 6,617 美金 / 公頃,及估計種植面積 6,388 公頃 (僅估算 Lam Dong 地區)來算,種植嫁接番茄的淨收益相較於無嫁接番茄高出 4,170 萬美金 / 公頃。

  越南 Lam Dong 地區 80% 的育苗場,已使用自動化機械來調配土壤基質、噴藥、施肥、播種、及運輸種苗,以取代人力,但嫁接的工作較精細仍由人工處理。一般而言, 5 千平方米的苗場需要 1.2 台種子機、 1.5 台卡車、及 10-15 名嫁接員工;每名嫁接工人效率 150-200 株 / 小時,嫁接成功率 98-100% ;每月可生產 40 萬株嫁接苗(每年約 3 至 4 百萬株);年收入 2 萬 4 千美元。

  越南先透過 AVRDC 的指導,讓當地的研究員習得嫁接、嫁接後癒合及癒合後移植技術,再透過研究員依照當地氣候及環境進行調整與改良後,推廣並指導當地農民使用。因為成效顯彰,有名研究員(本研討會講員)於 2005 年獲頒越南國家科學研究最高榮譽一等獎盃及證書。

十、臺灣嫁接蔬菜育苗產業及機械化發展現狀 (註釋 10 )

  臺灣目前嫁接苗主要仰賴人工生產,為提高生產效率及減緩嫁接人員的工作量,現正投入開發研究相關機械設備。目前全球有 8 個國家投入嫁接機械的開發,市場上也已有 15 款商品化的機型。對育苗場而言,機械的價格、嫁接的成功率、工作效率及產業規模是考量選用嫁接機械的重點;此外,提供統一規格的根砧與嫁接苗供嫁接機械使用、嫁接後癒合及馴化也很重要。每年臺灣估計生產 4,200 萬株的嫁接苗,其中西瓜 2,000 萬株、番茄 2,000 萬株、黃瓜 150 萬株和苦瓜 100 萬株。以臺灣番茄嫁接苗生產開銷比率為例,材料佔 78% 、人工 13% 、損耗 5% 、其他 3% 、土地 1% 。細分材料開銷,其中嫁接幼芽佔 58% 、其他材料 20% 、根砧 11% 、電費 5% 等。臺灣宜蘭大學與農委會臺南區農業改良場合作研發的單人操作套管式蔬果種苗嫁接機 TSIPS ,嫁接速度平均每小時可達 200-250 株,成功率 92-97% ,且嫁接苗的癒合成功率為 90-96% 。未來學研單位將會繼續研討根砧與嫁接幼苗的關係,研發適用於臺灣嫁接產業的嫁接機及選育有耐抗性的番茄根砧。

十一、 臺灣蔬果嫁接機械系統的研發狀況 (註釋 11 )

  適用茄科及葫蘆科等作物之嫁接機及嫁接後的種苗癒合室之研究狀況,分享 3 項:( 1 )西瓜頂插法嫁接機實驗,其所使用之接穗苗莖在種子發芽期間會先透過植物燈光照法(溫室、 6 天、日 / 夜溫度 30/28 ℃)藉以獲得下胚軸短壯,且直立度佳之接穗,以提供機械嫁接使用;此循環式瓜類種苗嫁接機,需 2 個工人操作,分別負責根砧(扁蒲)與接穗(西瓜)之供苗及嫁接完成後,將嫁接苗置回穴盤中,試驗結果每小時可生產嫁接苗 480 株,平均存活率介為 95% ,對照人工嫁接作業之存活率 95.5% ,沒有明顯差異;( 2 )番茄套管式嫁接機適用於根砧及接穗苗莖粗差異不大之蔬果種苗,使用橡膠軟管(價格低廉、容易取得、規格齊全及嫁接苗傷口保水性佳)作為嫁接材料,利用橡膠軟管本身具有彈性及擴張性,將根砧與接穗之接合處套住固持。套管式嫁接機每小時可完成 327 株嫁接苗,與熟練之人工作業速率相差不多,平均存活率為 95.5% ;( 3 )研製蔬菜嫁接苗癒合養生裝置,提供嫁接苗一個良好的癒合環境,藉此提升嫁接苗品質,並可節省大量的管理人力。本癒合養生裝置使用 5 公分厚之冷藏庫板組合而成,大小為 352x180x210 ㎝,以使用穴盤為 72 格來計算,每次約可同時進行 5,760 株苗的癒合管理,結果顯示實驗組存活率為 97.5% ,略高於傳統栽培(對照組)的 95.7% ,每千株苗三天癒合之電費成本約 8.9 元。

十二、在濕熱季節生產嫁接番茄 (註釋 12 )

  在濕熱季節生產嫁接番茄會面臨結果率降低(溫度高於 30 ℃)、裂果(土壤水分過量)、落葉性病害(葉片潮濕)、土壤傳播性病害(高溫高濕)等狀況。 AVRDC 由眾多番茄及茄子根砧中篩選得番茄 Hawaii 7996 及茄子 EG203 兩個抗青枯病的根砧,雖然兩者對細菌性病害無抗性,研究顯示細菌性病害僅影響到嫁接的接點之下; EG203 的優勢尚有其高度耐淹水的特性,值得善加利用。研究顯示,嫁接番茄 FMTT22 品種於番茄或茄子砧木其最高番茄產量皆比對照組高出兩倍,但嫁接番茄的產量與口味也會因嫁接根砧不同而有所變異;雖然投入嫁接苗生產的成本很高,尤其是在人工嫁接部分,但其產品販售後的實質收入也高於投入成本,確有獲利。相關抗生物性及非生物性壓力的育種及根砧篩選與嫁接果實質與量的研究,仍有必要持續進行。

十三、嫁接技術提高番茄耐鹽性 (註釋 13 )

  土壤的鹽害是影響食品安全的重要非生物因子之一,全球計有超過 6% 的土地面積受到鹽類的影響。美國農部( USDA )定義土壤飽和水電導度( ECe )大於等於 4 dS/m 即稱之為土讓鹽化。一般栽培番茄的耐鹽範圍介於 2.3-2.5 dS/m 之間,鹽度超過此數值會明顯影響產果數量、重量及總產值。 AVRDC 評估 7 種根砧與兩種番茄(農友玉女及 AVRDC FMTT1728 )接穗苗於鹽化土壤( ECe : 3.55-5.39 dS/m )的生長表現:( 1 )嫁接後的番茄苗第一次開花時間較無嫁接的對照組慢;( 2 )嫁接後的 AVRDC FMTT1728 產果數量明顯低於對照組,而農友玉女則明顯增產;( 3 )嫁接後的 FMTT1728 產果重量明顯低於對照組,而農友玉女則不受影響;( 4 )種植於鹽化土壤的嫁接番茄苗生產的果實糖度( o Brix )明顯高於種植於無鹽化的土壤;( 5 )鹽化土壤顯著降低果實的酸鹼值( pH )且加深農友玉女果實的顏色(多紅色 / 少黃色)。目前研究顯示,耐鹽根砧對嫁接苗生產的果實產量無顯著的影響,尚須更進一步的研討嫁接不同基因型的根砧與嫁接幼苗在不同的鹽度、不同的種植時間長度等因子下的生長情形。

  AVRDC 的蔬菜基因庫擁有 4.5 萬件種原,為全球最大之蔬菜種原中心,每年供應 29 萬件種子給 180 個國家,其中茄科(茄子)種原 3,727 件,茄科(番茄) 8,566 件、辣椒 8,263 件、南瓜 1,116 件。 AVRDC 網站還提供嫁接相關技術的教學影片,可供大眾學習使用。

參、結語

  本研習會專家討論結果,一致認定根砧研究是未來蔬菜嫁接產業的重點,優良根砧的選育必須持續進行,建議透過國際合作篩選適當種原及分享根砧材料,並做在地適應性、產量、產值及品質測試。 AVRDC 擁有全球最大之蔬菜種原中心及許多農業專家, FFTC 所辦理的國際研習會、研討會、訓練班及其建構的農業技術資料庫,皆是提供相關研究資訊與國際交流合作的重要單位及資源,應善加利用。

另為因應各國面臨農業缺工的窘境,日本、韓國與臺灣皆積極發展與推動嫁接自動化、智慧設備、環控設施,以輔助現有人力,並期許研發出可替代人工提高苗株生產效能、確保成長一致性、提高嫁接存活率、擴大生產範圍的自動化系統。

肆、參考文獻

  本次研討會的 13 篇論文及相對應的演講簡報,皆可透過網路連結到 FFTC 的研討會網址註冊會員後,免費下載閱讀: http : //www.fftc.agnet.org/activities.php?func=view&id=20160113155600 ,應可提供各學研單位擬訂今後研究重點並作為農政單位輔導嫁接種苗產業升級的參考。

註釋

註釋 1 : Tao Ming WANG, Technical Application and Economic Benefits of Global Vegetable Grafting: An Overview
註釋 2 : Hiroshi MATSUNAGA, Present State of the Grafting of Solanaceae Vegetables in Japan
註釋 3 : Tae Cheol SEO, Status of Vegetable Transplant Industry and Grafting Technology in Korea
註釋 4 : Se Woong AN, Technical, Business Issues and Challenges of Fruit-Vegetables (Cucurbitaceae and Solanaceae) Grafting in Korea
註釋 5 : Mizu ISTIANTO, Development of Grafting Technology to Support Fruit and Vegetable Business in Indonesia
註釋 6 : Surapong DUMRONGKITTIKULE, Next Generation of Vegetable Grafting Utilization under Biotic and Abiotic Stress for Vegetable Production in Thailand
註釋 7 : Niña R. ROSALES, Technical, Business Issues and Challenges of Fruit-Vegetable (Cucurbitaceae and Solanaceae) Grafting in the Philippines
註釋 8 : Farahzety ABDUL MUTALIB, Current Status and Future Prospects of Vegetable Grafting in Malaysia
註釋 9 : Quang Vinh NGO, Grafted Tomato in Viet Nam from 0 to 7,000 ha/year
註釋 10 : Hsueh Shih LIN, Current Situation of Grafted Vegetable Seedling Industry and Its Development of Mechanization in Taiwan
註釋 11 : Yi Chich CHIU, Development of Grafting Robotic Systems for Fruit Vegetable Seedlings
註釋 12 : Jaw Fen WANG, Grafting Tomatoes for Production in the Hot-Wet Season
註釋 13 : Wuu Yang CHEN, Grafting Tomatoes to Overcome Salt Stress


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