111 年 國立臺灣大學植物醫學碩士學位學程《植物保護學》

此題主要在探討台灣政府推動化學農藥減半政策的策略與方法。核心觀念在於理解化學農藥減半的政策目標，以及達成此目標所需要的多面向措施。

政府推動化學農藥十年減半政策，旨在減少對環境與人體的潛在危害，並促進永續農業發展。要達成此目標，可以從以下幾個層面進行規劃與推動：

1. 法規與政策工具：

   • 訂定明確的減量目標與時程： 除了總量減半，更應針對不同類型的農藥、作物或病蟲害訂定階段性目標。
   • 農藥管理與核准制度： 嚴格審核新農藥的登記，優先核准對環境與人體影響較小、效果顯著的產品。對於高風險、低效率的農藥，應逐步禁用或限制使用。
   • 獎勵與補助機制： 鼓勵農民採用友善環境的防治方法，例如提供有機質肥料、生物防治資材、智慧化監測設備的補助。對達成減量目標的農民給予獎勵。
   • 禁用或限制高風險農藥： 針對對環境生態、人體健康有嚴重疑慮的農藥，應加速其禁用或限制使用，並輔導農民轉型。

2. 技術推廣與輔導：

   • 推廣整合性病蟲害管理 (IPM)： IPM 強調以生態學原理為基礎，結合多種防治手段，優先採用非化學防治方法，僅在必要時才使用化學農藥，且需謹慎選擇。
   • 發展與推廣友善耕作技術： 包括生物防治（天敵、微生物製劑）、物理防治（誘捕、電圍網）、栽培管理（輪作、抗病品種選育）等。
   • 建立病蟲害預警系統： 利用氣象、監測數據，預測病蟲害發生的機率與強度，讓農民能及時、精準地用藥，避免預防性或過量施藥。

此題主要在考察學生對近年來台灣重要入侵性害蟲的認識，以及對其生物學特性、危害表現與防治重要性的理解。需要具備對植物保護領域時事以及基礎蟲害知識的掌握。

以下列舉五種近年來在台灣較受關注的入侵性或區域性重要害蟲，並依題意說明：

1. 埃及斑蚊 ( Aedes aegypti )

   • 俗名： 埃及斑蚊
   • 學名： Aedes aegypti
   • 分類地位： 雙翅目 (Diptera)，蚊科 (Culicidae)。
   • 危害徵狀： 埃及斑蚊本身不直接危害植物，而是重要的病媒蚊。其幼蟲（孑孓）孳生於積水容器中，成蚊則吸食人血，是傳播登革熱、黃熱病、茲卡病毒等嚴重傳染病的媒介。
   • 重要性： 由於其傳播登革熱的能力，對公共衛生及人類健康造成極大的威脅。近年來，隨著氣候變遷及全球化，其活動範圍與傳播風險日益增加，政府持續進行監測與防治。

2. 亞洲菜潛蠅 ( Liriomyza sativae )

   • 俗名： 亞洲菜潛蠅、潛葉蠅
   • 學名： Liriomyza sativae (過去常與 Liriomyza trifolii 混淆，近年來確認在台灣主要為 L. sativae)
   • 分類地位： 雙翅目 (Diptera)，潛蠅科 (Agromyzidae)。
   • 危害徵狀： 幼蟲在植物葉片組織內鑽蛀，形成彎曲的白色或黃色隧道（潛道），影響植物光合作用，降低觀賞價值或商品價值。嚴重時葉片枯黃脫落，導致植株生長衰弱，甚至死亡。可危害多種蔬菜（如番茄、瓜類、豆類、葉菜類）及觀賞植物。
   • 重要性： 在許多蔬菜產區造成嚴重的經濟損失，且其抗藥性問題也較為複雜，防治困難，是重要的農業害蟲。

3. 斜紋夜盜蟲 ( Spodoptera litura )

   • 俗名： 斜紋夜盜蟲、黑帶夜盜蟲
   • 學名： Spodoptera litura
   • 分類地位： 鱗翅目 (Lepidoptera)，夜蛾科 (Noctuidae)。
   • 危害徵狀： 幼蟲為雜食性，危害廣泛，可取食數十種植物的葉片、花、果實及幼嫩莖。初齡幼蟲群集取食葉肉，形成「窗格」，後期幼蟲分散，食量大增，常將葉片食成網狀或啃食至僅剩葉脈。嚴重時可將植株啃食殆盡。對蔬菜（如甘藍、番茄、辣椒）、豆類、花生、菸草等均有嚴重危害。

此題主要考察學生對傳統保護性殺菌劑「波爾多液」的了解，包括其作用原理以及實際應用上的時機。

波爾多液 (Bordeaux mixture) 是一種歷史悠久的無機銅劑殺菌劑，由硫酸銅 (copper sulfate) 和熟石灰 (calcium hydroxide) 以特定比例混合而成，通常比例為 1:1:100（硫酸銅:熟石灰:水）。

作用機制：
波爾多液屬於保護性殺菌劑，其作用機制主要有以下幾點：

1. 銅離子的毒性： 波爾多液在水中會緩慢釋放出銅離子 ($Cu^{2+}$)。這些銅離子具有強烈的毒性，能與病原真菌的細胞膜上的酵素結合，干擾其代謝作用，尤其是呼吸作用中的酵素系統（如脫氫酶），導致細胞膜滲透性改變，蛋白質變性，進而殺死或抑制真菌孢子萌發與生長。
2. 離子滲透作用： 銅離子能穿透真菌的細胞壁和細胞膜，進入細胞內部，破壞細胞的正常生理功能。
3. 抑制酵素活性： 銅離子會與細胞內的許多重要酵素（如羧化酶、氧化酶等）的硫氫基 (-SH) 結合，使其失去活性，阻礙真菌的正常代謝。
4. 形成物理屏障： 噴灑在植物表面的波爾多液乾燥後，會在植物表面形成一層藍綠色的保護膜，這層膜可以物理性地阻礙病原菌孢子附著、萌發和侵入植物組織。

田間使用時機：
波爾多液作為保護性殺菌劑，其使用時機的關鍵在於預防，而非治療。

此題包含兩個部分，第一部分要求說明稻熱病的傳播方式與適合發病的環境條件；第二部分則著重於稻熱病的整合性防治管理策略，包含具體措施、理由及注意事項。這需要對稻熱病這個重大病害有全面性的認識。

一、稻熱病 (Rice blast) 的傳播與發病環境

• 傳播方式 (Dissemination)：
  稻熱病主要由病原真菌 Magnaporthe oryzae ( seu P. oryzae ) 引起。其傳播方式如下：

  1. 病原菌的孢子 (conidia)： 稻熱病菌主要的傳播是藉由其無性孢子（分生孢子，conidia）進行。這些分生孢子是單細胞、梨形或紡錘形的結構，可以透過風力、雨水飛濺、農機具、帶菌的種苗或稻草等媒介進行遠距離或近距離的傳播。
  2. 菌絲體 (mycelium) 或菌核 (sclerotia)： 在某些情況下，病原菌的菌絲體或菌核也可能殘存在種子、稻草或土壤中，成為初次感染源。然而，相較於孢子傳播，這不是主要的傳播途徑。
  3. 種子傳播： 帶有病原菌的種子是另一重要的傳播媒介，尤其是在長距離的運輸中。

• 適合發病的環境條件 (Favorable environmental conditions)：
  稻熱病的發生與流行與氣候條件密切相關，以下是適合其發病的環境條件：

  1. 高濕度與降雨： 孢子萌發和侵入需要高濕度（相對濕度 90% 以上）和水膜。降雨或露水是提供水膜的關鍵。
  2. 溫暖的氣溫： 最適合的氣溫範圍大約是 20°C 至 30°C。在此溫度範圍內，病原菌的生長、孢子形成、萌發及侵入速度都較快。
  3. 氣流與風： 風有助於孢子的散播，尤其是在稻田間或從遠處傳播過來。
  4. 植株的營養狀態： 氮肥施用過多、過晚，會使稻株組織幼嫩，對病原菌的侵入有利。反之，氮肥不足則會使植株生長衰弱，抗病力下降。
  5. 品種抗性： 使用對當時流行的病原菌生理小種（physiologic race）不具抗性的品種，是發病的重要條件。

二、稻熱病的整合性防治管理 (Integrated Disease Management, IDM)

整合性防治管理 (IDM) 強調結合多種防治方法，以達到最經濟、最有效且對環境衝擊最小的防治目標。針對稻熱病，IDM 策略包括：

1. 抗病品種的選用 (Resistant Variety Selection)：

   • 理由： 這是最經濟、最環保且最根本的防治方法。選擇對當地主要流行病原菌生理小種具有高度抗性的品種，可以從根本上減少發病機會，降低對化學農藥的依賴。
   • 注意事項： 稻熱病原菌的生理小種會不斷演變，導致原有的抗病品種喪失抗性。因此，需要持續監測病原菌的變異，並引進或培育新的抗病品種，實施品種輪換或混用，以延緩抗性喪失。

2. 健康種苗的生產與處理 (Healthy Seed Production and Treatment)：

   • 理由： 種子帶菌是重要的初次感染源。確保使用的種子是無病或低病，可以減少田間的初期病原菌基數。
   • 注意事項： 採用種子消毒（如藥劑處理、溫湯處理）可以殺死種子表面的病原菌。選擇信譽良好的種苗來源。

此題考察學生對木瓜輪點病（Papaya ringspot virus, PRSV）的認識，包含其病原、傳播途徑，以及整合性防治管理策略。這是台灣農業上一個非常重要的病毒病。

一、木瓜輪點病 (Papaya ringspot virus, PRSV) 的病原與傳播

• 病原 (Pathogen)：
  木瓜輪點病是由木瓜輪點病毒 (Papaya ringspot virus, PRSV) 所引起。PRSV 屬於馬鈴薯 $Y$ 病毒屬 ( Potyvirus )，是馬鈴薯 $Y$ 病毒科 (Potyviridae) 的成員。這是一種單股正鏈 RNA 病毒。

• 傳播方式 (Transmission)：
  PRSV 的傳播主要透過以下兩種途徑：

  1. 維管束傳播 (Vascular transmission)： 病毒在植株體內透過韌皮部進行傳播，導致整株感染。
  2. 媒介昆蟲傳播 (Insect transmission)： 這是病毒在田間擴散的主要方式。PRSV 是非持續性傳播 (non-persistently transmitted) 病毒，意味著媒介昆蟲（主要是蚜蟲）在吸食帶毒植株的汁液後，可以在其口器中短時間維持病毒的感染力，隨後立即能感染健康的植株。
     • 主要媒介： 蚜蟲 (aphids) 是最主要的傳播媒介。台灣常見的蚜蟲種類，如桃蚜 (Myzus persicae)、棉蚜 (Aphis gossypii)、稻育管蚜 (Rhopalosiphum padi) 等，都可能傳播 PRSV。
     • 傳播效率： 蚜蟲在尋找寄主時，會反覆試吸，若吸食到帶毒植株，即使短暫接觸，也有可能將病毒傳播出去。
  3. 人為傳播 (Human transmission)：
     • 工具傳播： 農事操作（如修剪、嫁接、採收）時，若使用的剪刀、刀具等工具沾染到病毒，在接觸健康植株時，也會將病毒傳播開來。
     • 種苗傳播： 病毒感染的種苗是引入病毒到無病區或建立新植園的重要來源。

二、木瓜輪點病的整合性防治管理 (Integrated Disease Management, IDM)

木瓜輪點病由於其傳播快速且無有效的化學治療藥劑，因此整合性防治管理至關重要，其核心在於預防病毒的引入與限制其在田間的擴散。

1. 健康種苗的取得與種植 (Use of Healthy Planting Materials)：

   • 理由： 種苗傳播是病毒引入新植園或無病區最主要的方式。使用無病毒的健康種苗是防治的第一道防線。
   • 注意事項：
     • 應向信譽良好的種苗繁殖場購買，或自行進行種苗的病毒檢測（如 ELISA, RT-PCR）。
     • 若自行育苗，需從健康的母株採種或扦插，並注意育苗環境的隔離，避免蚜蟲接觸。
     • 目前已有透過組織培養等技術生產無病毒種苗的方法。

2. 移除帶毒植株 (Rouging / Removal of Infected Plants)：

   • 理由： 帶毒植株是田間病毒的放大器和傳播源。及時移除並銷毀帶毒植株，可以有效降低田間的病毒基數，減少蚜蟲的感染機會。
   • 注意事項：
     • 需定期（如每週或每兩週）巡視田園，仔細觀察並辨識帶毒植株（出現輪紋、黃化、矮化等症狀）。
     • 發現帶毒植株後，應立即拔除並妥善處理（如深埋或焚燒），避免病毒殘留或被蚜蟲再次感染。

此題主要探討土壤有機質 (Soil organic matter, SOM) 的定義、其對土壤性質及作物產量的影響，以及增加土壤有機質含量的其他方法。這是一個關於土壤肥力與永續農業的重要議題。

一、何謂土壤有機質？ (What is Soil Organic Matter?)

土壤有機質是指存在於土壤中的各種有機物質的總稱。它主要來源於動植物殘體（如落葉、落果、動物屍體、糞便等）在微生物作用下分解、轉化而成的產物。土壤有機質的組成非常複雜，大致可分為兩大類：

1. 未分解或半分解的有機物： 如植物殘根、落葉、動物糞便等，這些物質仍可辨識其原始形態。
2. 腐殖質 (Humus)： 這是經過微生物分解、轉化後形成的、結構複雜、顏色較深、相對穩定的有機物質。腐殖質是土壤有機質中最重要、含量最多的部分，它對土壤的物理、化學和生物性質有決定性的影響。

二、土壤有機質對土壤性質的影響及其對作物產量的作用 (Effects of SOM on Soil Properties and Crop Yield)

土壤有機質對土壤性質有全方位的影響，進而影響作物產量：

1. 改善土壤結構 (Improve Soil Structure)：

   • 影響： 有機質有助於土壤顆粒形成團聚體（aggregation）。腐殖質中的某些成分（如腐殖酸）能像「膠水」一樣，將土壤的礦物顆粒黏結在一起，形成穩定、大小適中的土壤團聚體。
   • 對作物產量的影響： 良好的土壤結構增加了土壤的孔隙度（macro- and micropores），改善了通氣性（aeration）和透水性（water infiltration），有利於根系生長、呼吸，並減少土壤壓實。這能促進養分和水分的有效吸收，提高作物產量。

2. 增強保水保肥能力 (Enhance Water and Nutrient Retention)：

   • 影響：
     • 保水性： 有機質的質地疏鬆，具有很強的吸水性，其吸水量可達自身重量的數倍甚至數十倍。它能像海綿一樣儲存水分，並緩慢釋放給植物。
     • 保肥性（陽離子交換量 CEC）： 腐殖質具有很高的陽離子交換量 (CEC)。它帶有負電荷的表面，可以吸附並交換土壤溶液中的陽離子養分（如 $K^+$, $Ca^{2+}$, $Mg^{2+}$, $NH_4^+$ 等），防止這些養分隨水分淋失，並在需要時釋放給植物吸收。
   • 對作物產量的影響： 良好的保水性可以緩解旱季的乾旱壓力，確保作物穩定生長；增強的保肥性則能減少養分流失，提高養分利用率，為作物提供充足的養分，促進生長，提高產量。

3. 提供養分 (Nutrient Supply)：

   • 影響： 土壤有機質在微生物的作用下，會不斷分解（礦化），將其中儲存的有機態氮 (N)、磷 (P)、硫 (S) 等轉化為植物可吸收的無機態養分（如 $NO_3^-$, $NH_4^+$, $PO_4^{3-}$, $SO_4^{2-}$ 等）。
   • 對作物產量的影響： 這是土壤作為養分來源的重要途徑，尤其對氮肥的供應尤為關鍵。有機質的持續分解能為作物提供緩慢、穩定的養分，滿足作物生長需求，尤其對於有機農業或減少化學肥料施用量非常重要。

4. 調節土壤 pH 值 (Buffer Soil pH)：

   • 影響： 腐殖質具有緩衝能力，可以抵抗土壤 pH 值的劇烈變化。它能與酸或鹼反應，減緩 pH 的變動。
   • 對作物產量的影響： 穩定的土壤 pH 值有利於大多數作物生長，並影響土壤中養分的溶解度和有效性。過酸或過鹼的土壤會抑制養分吸收，甚至產生毒害。

5. 促進土壤生物活性 (Promote Soil Biological Activity)：

   • 影響： 土壤有機質是土壤微生物（細菌、真菌、放線菌等）和土壤動物（蚯蚓、螨蟲等）的主要能量來源和棲息地。

此題旨在考察學生對「李比希最低量定律」及其應用，特別是與「李比希木桶」概念的關聯。這是一個關於植物營養與作物產量關係的基本原理。

李比希最低量定律 (Liebig's Law of the Minimum)

李比希最低量定律是由德國化學家 Justus von Liebig 在 19 世紀提出的，是關於植物生長與養分關係的基本定律。該定律指出：

「植物的生長和發育，其產量或生長速率，並非取決於總養分的最大量，而是受制於那一種必需元素，其含量相對最少者。」

換句話說，在所有植物生長必需的礦質元素中，當某一種元素的供應量達到其植物生長所需的最低閾值時，該元素的供應量就成為限制作物產量（或生長速率）的「瓶頸」。即使其他所有必需元素的供應量都非常充足，只要這個「最低量」的元素供應不足，作物的產量就無法進一步提高。

李比希木桶 (Liebig's Barrel)

為了形象化地解釋這個定律，Dr. Dobenecks（或有文獻歸功於 Liebig 本人）用一個木桶來比喻。這個木桶由不同高度的木板組成，每一塊木板代表一種必需的礦質養分。

• 木桶的容量 (Capacity of the barrel)： 代表作物可能達到的最大產量。
• 每一塊木板的高度 (Height of each stave)： 代表土壤中某一種必需養分的供應量。
• 最低的木板 (The shortest stave)： 代表含量最少的那個必需養分，也就是「限制因子 (limiting factor)」。