- 通過使原生有益生物煥發生機,激活有益生物控制病蟲害和雜草的能力,同時增強作物抵抗非生物脅迫(如高溫、干旱和氣候變化影響)的能力,生物制品將使農業發生革命性的變化。

- 廣泛應用生物制品將使所有利益相關方從中受益：消費者將能夠享用到更多以可持續方式種植的食物,農民將利用更好的生產方式并獲得新的收入來源,而行業將擁有可持續的新型生物制品渠道。

1. 引言

幾十年來,不恰當的農業實踐和化學農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的生物,包括昆蟲、微生物和植物。有益生物可防治害蟲,協助授粉,有助于提高作物的恢復能力并保持土壤健康。

生物制品屬一類農用產品,包括生物農藥、生物肥料和生物刺激素,均源自動物、植物、細菌或礦物等天然材料。

生物制品中,生物農藥產品的應用最為廣泛。生物農藥在促進有益生物重新煥發活力方面潛力最大,為進一步利用其他生物制品奠定基礎。根據美國環保署的定義,生物農藥包括可控制有害生物的天然物質和微生物,以及由轉基因植物所產生的殺生物質。

生物制品不僅對有益生物無害,還能激發有益生物自身保護作物的能力,是未來可持續農業的工具。廣泛使用生物農藥替代化學農藥將促進農業地區有益生物的健康和多樣性。

2. 生物農藥的益處

與化學農藥相比,生物農藥有許多優勢。對農民來說,生物農藥具有吸引力,因為這種農藥有利于有害生物綜合防治(IPM),并能保護有益生物,包括授粉生物。生物農藥還是抗性管理的重要工具,有利于靈活安排勞動力和收獲時機,而且毒性很低。對消費者來說,生物農藥可減少殘留問題帶來的風險,滿足公眾對改善生態足跡的需求,并減少有毒化學農藥的使用。對農業來說,與新的化學植保有效成分相比,生物農藥的開發和登記成本更低,速度更快。此外,生物農藥的面世為該行業提供了取代部分現有化學植保產品的潛在渠道。這部分化學農藥由于抗性問題,或因專利到期使得非專利公司可以復制并以較低的價格銷售產品,因而不再具有競爭力。生物農藥也是一種工具,可以帶領其他生物制品進入更多的現有市場(如有機農業)和更大的潛在市場,這些市場將因使用生物制品(如生物肥料、生物刺激素、微生物群系、益生菌、接種劑、有機肥料和綠肥)而獲得增長。

生物農藥的另一個優勢是其多功能性和潛力,蘇云金桿菌(Bt)就是一個很好的例證。研究人員已經發現對鱗翅目、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,并作為內生菌,促進作物生長。使用Bt進行基因工程改造的抗蟲作物種植面積已超過10億英畝。盡管Bt的研究歷時20-30年才取得進展,但開發過程中獲得的進步將使其他微生物的研究在短短幾年內就能取得類似的進展。

3. 生物農藥面臨的挑戰

既然生物農藥有如此多的益處,為什么這些產品的市場份額仍未超過化學農藥？盡管近年取得了進展,生物農藥仍然面臨著幾個重大挑戰,包括功效較差以及缺乏合適的應用技術。

功效不如化學品,但在迅速提高 

生物農藥功效較差的部分原因,是有效成分本身功效差,另外也是由于產品推出時的使用建議并非最理想,以及缺乏認知。

一款全新生物農藥產品的試驗研發預算通常不到化學產品5000萬美元預算的10%。因此,各企業對生物制品的了解不太詳細,導致產品上市時的使用建議不夠準確,效果下降。此外,生物農藥的試驗往往是有缺陷的：產品最初是在無菌土壤、小型植株,以及有害生物負荷非常高的人工系統中進行試驗。為了正確評估生物農藥的全部潛力,試驗必須反映真實環境條件對靶標作物的影響。有些生物農藥最終取得了巨大的商業成功,而不恰當的試驗方法正是導致一些大型農業公司最初忽視這些生物農藥出色控制特性的一個主要原因。

由于長期存在功效方面的問題,生物農藥最初只在小眾市場上被采用。而當今生物農藥正越來越多的被人們所接受,這在很大程度上是由于“組學”技術的出現。正因如此,生物農藥變得更加有效,也更加實惠。而成本效益好的工業規模發酵工藝的發展,進一步推動了這一進步。生物農藥制劑技術的進步也助推著生物農藥功效的提升。

缺乏適合生物農藥的應用技術

在施用葉面植保產品時,只有一小部分噴灑的藥劑到達靶標(如蟲害或病害),大部分噴灑的產品(超過98%)被浪費。僅推出一種新型生物制品往往是不切實際的,這會導致單位面積作物上必須使用大量高成本的產品。因此,應用創新技術對推廣生物制品至關重要。這些創新可能是葉面噴灑或種子處理等方式的進步,也可能是對作物進行基因改造(該技術有待公眾接受)。

4. 生物制品的市場超過2400億美元

生物農藥的市場正在蓬勃發展。兩項不同的研究顯示,2018年這一市場的估值為31億美元,到2025年將達100億美元。生物農藥的市場份額將超過化學農藥的市場份額,但這種增長的時間框架尚不明確。生物農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生物農藥取代化學農藥(市場規模超過600億美元),而且還可以補充或取代化肥,減輕非生物脅迫(如氣候變化帶來的霜凍、干旱和高溫),提高作物產量。因此,生物制品將與綠肥和源自生物質廢料的有機肥一起,與化學農藥和化肥爭奪2400億美元的市場。

5. 生物制品利用大自然力量的機會

大自然在保持植物和農作物的健康方面發揮著巨大的作用。有益節肢動物在蟲害防治中的重要作用眾所周知,近年來,學術界發現了微生物群對植物的廣泛影響。將土壤微生物群作為一個整體進行管理,將為控制植物病害的爆發提供更好的解決方案。保護并利用自然界的微生物群和其他有益生物的功能來實現特定目標,是生物制品有潛力取代化學農藥和化肥的關鍵。

實現可持續和再生農業的大趨勢

利用IPM實現農業更可持續發展的行動迄今已走過30多年。目前,市場上出現了再生農業的大趨勢,強調保護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,應對氣候變化,保護生物多樣性。

這一趨勢對有機農業和傳統農業都有影響。十多家大型食品公司(如通用磨坊、雀巢、家樂氏和達能)正在推廣再生農業,籍此以扭轉氣候變化趨勢。農業初創公司Indigo也推出了一項戰略,即利用微生物將1萬億噸碳封存到土壤中,這相當于自工業革命以來釋放到大氣中的碳量。保護原生有益生物對實現這些創新至關重要。因此,鑒于生物制品在作物保護方面的特殊性(既可用作肥料,也可用作緩解脅迫的藥劑,且都不會對有益生物造成傷害),未來對生物制品的需求將會非常大。

天然原生有益生物：創新的源泉 

由于農業的集約化經營,全球土壤已經退化。不恰當的土地管理方法(如過度翻耕)以及化肥和農藥的使用,減少了環境中微生物的數量和多樣性。再生農業系統中,在農場內和周圍采用的種植方式可提升有益生物(如節肢動物和微生物群)的數量和重要性。

該行業面臨著開發生物制品,使農業發生革命性變化的重大機遇。為此,生物制品行業需要使原生有益生物煥發生機,激發有益生物自身控制病蟲害和雜草的功能,同時增強作物抵抗非生物脅迫(如高溫、干旱和氣候變化影響)的能力。

對有益生物健康的關注將成為一種范式轉變,即從使用一種生物農藥對特定作物的一種蟲害進行傳統的生物控制,轉變為整合原生有益生物(如各種微生物的集合體)的作用來控制有害生物。精準農業、數字農業和綜合系統方法的進步,將使我們從利用原生有益生物的能力隨著“組學”技術的發展而更加高效。這場生物制品革命的關鍵,是這些新產品整合到農業實踐相關知識的提高。今天,農民在了解如何創造健康的土壤以及培養原生有益生物方面走在了科學的前面。科學不僅需要迎頭趕上,還需要從有經驗的農民那里吸取經驗教訓。

生物制品的重要作用

生物制品的功效將因其對保護生物多樣性和保護有益生物的貢獻而得到加強。鑒于生物制品在作物保護方面的特殊性(既可用作肥料,也可用作緩解脅迫的藥劑,且都不會對有益生物造成傷害),未來對生物制品的需求將會非常大。管理方法需要得到調整,以發揮生物制品與原生有益生物(如微生物、節肢動物和授粉生物)的協同效果(如有害生物防治和作物生長)。廣泛采用生物制品所產生的協同效應將使其產生遠遠超出傳統技術所能取得的效果。

6. 行業和投資者認識到生物制品的革命性機會

目前作物保護市場的價值約為600億美元,與之相比,2400億美元的生物制品市場對行業來說是一個更大的機會。風險投資已通過投資生物制品,給投資者帶來了數十億美元的回報。成功的企業包括AgraQuest、Becker Underwood和Pasteuria Bioscience。成功的初創企業包括Indigo、AgBiome、Benson Hill Biosystems等許多公司。對新型生物制品的大量需求有助于改善土壤健康,實現農業的可持續發展,提高糧食安全,應對氣候變化,保護生物多樣性。

生物制品的發展將為投資者創造巨大的機會。例如,與拜耳和其他大型農化公司結成聯盟的諾維信公司,聲稱其微生物產品可以補充或取代農化品和化肥。

除生物制品本身的發展外,生物制品的成功還取決于適合生物制品的靶向應用技術的發展。在應用技術方面,Bee Vectoring Technologies公司(BVT)已開發出一種有針對性的應用解決方案,解決了阻礙生物制品廣泛采用的葉面施用問題。BVT的方法是利用蜜蜂的自然活動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品的一小部分(2%)就能達到全面處理的效果。BVT的技術使得原本對農業生產來說成本高昂的創新型生物制品(例如藥物源生物制品)的應用變得經濟實惠。

最成功的企業將預見再生農業的大趨勢,并積極開發所需的生物制品和相應的服務。主要農化企業由于專注于現有技術(化學和生物技術),在預測革命性趨勢方面能力有限。此外,這些企業厭惡風險,其管理結構(如建立共識)限制了其投資潛在利潤豐厚但尚未證實的領域。因此,最有價值的發明可能來自于主要農化企業之外。除了在風險投資基金中有限的現有投資外,一旦技術風險被消除,主要的農化企業就會通過高額的溢價收購建立他們的產品組合,以參與生物制品的革命。

7. 結論

生物制品將取代很大一部分化學植保產品和肥料,其市場總價值超過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,這反過來又增強了生物制品的功能。生物制品的廣泛使用將激發原生有益種群煥發生機,從而控制病蟲害,增強作物抵抗生物和非生物作物脅迫(如氣候變化帶來的高溫、干旱等)的能力,同時促進作物健康,提高產量,進而使農業發生革命性的變化。

每個層面的利益相關方都將從這場革命中受益。消費者將會確信他們的食物是以安全和可持續的方式種植的；農民將獲得開展再生農業的新產品,并從可持續服務(如將碳封存作為應對氣候變化的一種手段)中獲得新的收入來源；而行業將迎來一個巨大的新市場,這一市場將保證未來生物制品可持續的渠道,而不僅僅是彌補由于化學品使用量下降而造成的收入損失。