什麼是生物刺激素？
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植物生物刺激素是施用於種子、植株或根圈時，能刺激自然過程，從而改善養分吸收與利用效率、非生物逆境耐受性，以及作物品質和產量的物質或微生物。1,5它們的用途並不是像肥料那樣供給植物養分。5主要類型包括腐植物質、海藻萃取物、蛋白質水解物、幾丁聚醣、矽，以及有益細菌和真菌。1
生物刺激素如何定義？
這個定義已爭論多年，已發表的定義差異很大。2,4多數定義試圖將生物刺激素與一側的肥料、另一側的農藥和生物防治資材區分開來；但由於有些產品同時具有生物刺激素和生物防治資材的作用，區分並不容易。1
在美國，2018 年的 Farm Bill 首次提出法定描述：一種施用於種子、植株或根圈時，能刺激自然過程，以增進或有益於養分吸收、養分效率、非生物逆境耐受性，或作物品質和產量的物質或微生物。1,5在歐盟，Regulation (EU) 2019/1009 將植物生物刺激素定義為一種肥料產品，它能刺激植物營養過程，且與其養分含量無關，唯一目的是改善養分利用效率、非生物逆境耐受性、品質性狀，或土壤或根圈中受限養分的有效性。2一篇廣受引用的學術回顧則提出第三種框架：一種生物來源的配方產品，透過其成分組合的湧現特性提升植物生產力，而不僅僅依靠已知的養分、植物生長調節劑或保護性化合物。4
| 資料來源 | 核心概念 | 排除或強調的內容 |
|---|---|---|
| 2018 年 Farm Bill（美國） | 刺激種子、植株或根圈中自然過程的物質或微生物 | 對養分吸收與效率、非生物逆境耐受性、品質和產量的影響 |
| Regulation (EU) 2019/1009 | 刺激植物營養過程的肥料產品 | 作用與產品的養分含量無關 |
| Yakhin 等人，2017 年回顧 | 生物來源的配方產品 | 效益不僅來自養分、生長調節劑或保護性化合物 |
生物刺激素的主要類型有哪些？
最常見的成分是腐植物質、海藻萃取物、有益細菌和有益真菌；其他產品含有幾丁聚醣、蛋白質水解物或矽等無機化合物。1酸類資材占市場最大份額，其次是海藻類資材。1研究人員將它們分為非微生物和微生物生物刺激素；歐盟法規則將叢枝菌根菌，以及 Rhizobium、Azotobacter 和 Azospirillum 屬的固氮細菌列為微生物生物刺激素。2
| 類別 | 內容 | 報告的效果 |
|---|---|---|
| 腐植酸與黃腐酸 | 來自泥炭、風化褐煤、堆肥或蚯蚓堆肥的有機質成分 | 改善土壤性質、根部養分吸收和側根生長 |
| 海藻萃取物 | 多為褐藻，例如 Ascophyllum、Fucus 和 Laminaria | 促進生長的多醣、誘發防禦反應、保水 |
| 蛋白質水解物 | 來自植物或動物蛋白質的胜肽和胺基酸 | 發芽、生長和品質，尤其在逆境下 |
| 幾丁聚醣 | 來自真菌、昆蟲和甲殼類的脫乙醯幾丁質 | 誘導植物防禦反應 |
| 矽 | 以矽酸形式被吸收的無機元素 | 非生物逆境耐受性、葉片更強健 |
| 有益細菌 | Bacillus、Rhizobium、Pseudomonas、Azospirillum 等 | 固氮、鐵載體、植物荷爾蒙 |
| 有益真菌 | 叢枝菌根菌和 Trichoderma | 擴大根系範圍、磷和水分吸收、根部分枝 |
生物刺激素在植物中如何作用？
報告的效果包括提高生產力、更能耐受病害和其他逆境、改善水分和養分的吸收與利用效率、改善根系結構和側根生長，以及誘導性系統抗性。1生物刺激素可改變植物的初級和次級代謝。2其科學基礎已有充分記載，但確切機制並非總是清楚。1因此，一篇回顧主張研究應著重於功效證明和廣義的作用機制，而不是要求單一明確的作用機制。4
各類別的作用方式不同。腐植物質透過其聚陰離子特性發揮作用，提高土壤的陽離子交換容量，並與根部細胞膜上的轉運蛋白交互作用。1海藻多醣可占萃取物乾重的百分之30至40，能促進生長並誘發防禦反應。1叢枝菌根菌能將根系延伸至養分耗竭區之外，改善磷和水分吸收；促進植物生長的細菌則能固氮、產生螯合鐵的鐵載體，並製造生長素和細胞分裂素等荷爾蒙。1
生物刺激素等於肥料嗎？
不等於。生物刺激素可促進更高的水分和養分利用效率，但其用途並非提供具營養意義的肥料效益。5有幾項定義直接說明這一點：歐盟定義要求其作用與養分含量無關，2017 年的回顧則排除僅來自已知必需養分的效益。2,4以生物刺激素肥料名義銷售的產品通常結合了兩者，生物刺激素也有多種配方，包括與肥料混合的產品。1
法規管理取決於宣稱內容。截至 2019 年，美國的生物刺激素在州層級被歸類為肥料、土壤接種劑或土壤改良劑管理。1聯邦農藥法並未定義這個名詞，但根據 EPA 2020 年的指引草案，產品標示若稱其透過生理作用加速或延緩植物生長或成熟，或以其他方式改變植物行為，即屬於植物調節劑，並受 Federal Insecticide, Fungicide, and Rodenticide Act 規範。5改善養分吸收、養分利用效率或非生物逆境耐受性等宣稱，一般視為非農藥性質。5
生物刺激素在農業上真的有效嗎？
田間數據顯示通常有效，但差異很大。3一項 2022 年的統合分析納入 180 項研究和 1,087 組露天田間配對比較，發現非微生物生物刺激素平均增產百分之17.9，範圍從亞磷酸鹽的百分之8.6到辣木葉萃取物的百分之30.8。3腐植酸和黃腐酸、蛋白質水解物、海藻萃取物及幾丁聚醣居中，為百分之14.8至17.1。3土壤施用的增幅大於葉面施用或種子處理，而在乾旱氣候、蔬菜作物，以及有機質低、鹽化、砂質、養分貧瘠或 pH 偏離中性的土壤中，反應最強。3
作者提醒，發表偏誤可能使這個平均值高估了商業使用的實際成效，並指出非商業產品的表現優於商業產品。3另一項針對微生物接種劑的統合分析發現，產量增幅在乾燥氣候為百分之20.0、熱帶氣候為百分之14.9、海洋性氣候為百分之10.0、大陸性氣候為百分之8.5，其中菌根菌在有機質低且 pH 接近中性的土壤中表現最佳。6農業推廣專家補充，正面效果大多來自受控的實驗室或溫室條件及特定作物，其中行栽作物和穀類的研究最廣泛。1
| 研究與組別 | 平均產量變化 | 效果最佳的條件 |
|---|---|---|
| 非微生物生物刺激素，所有類別（2022） | +17.9% | 乾旱氣候、蔬菜、貧瘠或鹽化土壤 |
| 海藻、腐植質、蛋白質水解物和幾丁聚醣產品（2022） | +14.8% 至 +17.1% | 位於類別範圍的中段 |
| 亞磷酸鹽（2022） | +8.6% | 資料集最小，共三項研究 |
| 乾燥氣候中的微生物接種劑（2018） | +20.0% | 乾燥和熱帶氣候 |
| 大陸性氣候中的微生物接種劑（2018） | +8.5% | 各氣候組中反應最低 |
農友應如何選擇和使用生物刺激素？
讓產品對應問題。田間試驗中，在條件不理想時效益最大，尤其是水分有限時，因此在逆境、土壤貧瘠或有機質低而限制作物的情況下，生物刺激素最有可能顯現產量反應。3不同作物的反應不同，產品配方（常混合多種生物刺激素類型或添加養分）、管理方式和環境都會改變結果。1
購買前請閱讀成分表並確認與您的管理方式是否相容，並在大範圍使用前先小規模試用。1活體產品需要留意：菌根菌對耕犁、裸地休耕期，以及高量肥料和殺菌劑都很敏感。1用量和時機請遵循產品標示，並依上述法規區別解讀標示上的宣稱。5
重點摘要
- 生物刺激素刺激植物的自然過程，以改善養分吸收與效率、逆境耐受性，以及品質和產量。
- 它們不是肥料：其效益並非來自所含的養分。
- 主要類型包括腐植物質、海藻萃取物、蛋白質水解物、幾丁聚醣、矽，以及有益細菌和真菌。
- 田間統合分析顯示，各類別平均增產約百分之9至31，在乾旱、貧瘠土壤和蔬菜中增幅最大。
- 結果因作物、產品和條件而異，因此請先小規模試用，並遵循產品標示。
參考文獻
- Plant Biostimulants: Definition and Overview of Categories and Effects (HS1330)
- Editorial: Biostimulants in Agriculture
- A Meta-Analysis of Biostimulant Yield Effectiveness in Field Trials
- Biostimulants in Plant Science: A Global Perspective
- Draft Guidance for Plant Regulator Products and Claims, Including Plant Biostimulants
- Improving Crop Yield and Nutrient Use Efficiency via Biofertilization: A Global Meta-analysis