一、永續農業的實踐

聯合國2015年啟動17項永續發展目標（Sustainable Development Goals，SDGs），其中第2項包含確保糧食安全，促進永續農業（Sustainable agriculture），維護生態與改善土地品質。為實踐該永續發展目標，各國政府提出相關政策，例如美國環境保護署（EPA）實踐生物技術監管體系的現代化，並鼓勵植物摻入保護劑（Plant-incorporated Protectants，PIP）開發；歐洲的綠色協議和歐盟農藥永續使用指令（SUD），建立包括農藥統計、農藥殘留和植物保護產品的法規；巴西農業部(The Ministry of Agriculture, Livestock and Food Supply (MAPA))發起國家生物農業計畫(全名National Program for Biobased Agricultural Inputs ，又稱作 Bio-input Program)，鼓勵國內生物製劑和永續農業產品的使用，促成95種生物或有機農藥的註冊；非洲的奈及利亞，在2019簽署國家肥料質量管控法，對肥料製造、進口、銷售提供改進方向；中國綠色農業五管齊下政策推動有機肥料取代化學肥料，同時提高土壤碳保存量等。

永續農業依據各國法律或協會有定義上的差異，但基本宗旨皆為使用較不汙染環境、較不影響生態、且能提供健康安全農產品之生產方式。實際執行方法如有害生物整合性管理（Integrated Pest Management，IPM）或有機農法，以下就不同面向進行敘述：

(1) 病蟲害防治：栽培抗病蟲之作物品種，利用天敵或微生物取代化學農藥，或以套袋、捕蟲燈、誘殺板等物理方式減少害蟲。
(2) 肥料與添加劑：以各式有機質取代化學肥料，此法可避免河川湖泊等水系統累積化學藥劑或優養化，減少水源汙染，同時減少部分化學肥料的揮發性物質造成空氣汙染。
(3) 廢棄物再利用：農作物之殘渣、稻穀、葉梗等廢棄物的產量以公噸為單位計算，將這些廢棄物經發酵等處理方式可轉換成有機質，做為肥料再利用於田間，可改良土壤性質，並提供新作物所需之氮磷鉀等元素。
(4) 耕作制度改良：連續種植同種植作物的方法，因作物吸收養分相似，長期下來造成土壤中特定養分快速流失，導致增加肥料的使用，若能使用混作、輪作或間作的方式穿插不同植作物，例如於主要農作物休耕期間栽種豆科植物，可以改善土壤養分結構，亦有機會改善因雨水沖刷造成的土壤沖蝕與同種病蟲害發生機率。

而農業所使用的藥劑亦開始追求永續環境的目標，包括農藥肥料應用技術和種子包覆材料改良，以及生物原理為基底的生物製劑開發。

二、環境保護原則下的製劑改良方向

(1) 農藥：根據聯合國農糧組織的統計，每年因病蟲害而產生的農業損失接近四成，而農藥造成的環境危害或殘留也產生許多安全疑慮，故改良關鍵落在提升農藥的效力和安全性。
(2) 肥料：製造和使用所產生的溫室氣體約占總溫室氣體排放量的2.5%，營養不足或過度施肥的土壤皆無法養成健康的作物，且過度施肥會造成土壤酸化鹽化或水系統汙染等肥害，故改良關鍵為掌握肥料效能。
(3) 種子封裝(包覆)：作物種子的優劣，影響後續栽種成果的質量和數量，對永續農業至關重要。種子封裝可以增加種子保存穩定性和萌芽前對病菌害蟲的抵抗力，但封裝層改變種子接觸氣體、水分和壓力的程度和頻率，也會影響萌芽能力。由於封裝技術牽涉層面廣泛，本文僅舉例基本的封裝材料改良。

三、農業用製劑改良案例

(1) 植物摻入保護劑PIP
通過摻入轉基因生物，使植物在自身組織內產生抗蟲物質，害蟲食用植物或該物質後可能衰弱染病、影響繁殖或死亡，達到抑制害蟲的目的。最廣泛使用的轉基因菌種是蘇力菌，部分昆蟲卻開始對蘇力菌基轉植物產生抗藥性，科學家於是開發替代菌種如產鹼菌（alcaligenes strains）。此外，將干擾RNA（RNAi）放入轉基因生物以在植物中表達，可以產生害蟲專一性的殺蟲效果，但相關製劑的成本高不利大量施用，如何透過技術降低成本是廠商的趨勢，例如美國RNAissance Ag研發的雙股RNA技術。

(2) 高效能肥料
以氮肥舉例，高效能氮肥可分成兩種：1.緩釋型（Slow-release fertilizers，SRFs），配方的氮化物溶解度低，如ureaformaldahyde（UF）和methylene urea (MU)，需要透過微生物降解來釋放植物可利用的有效氮，微生物活性、水氣、溫度、酸鹼值會影響效果，但最終氮釋放率變化大，約20~85%。2.控釋型（Controlled-release fertilizers，CRFs），例如藉由包覆在氮化物外圍的聚合物或硫礦物塗層，以溫度調節有效氮的釋放，塗層厚度跟成分是影響效果的關鍵，最終氮釋放率可達100%。

(3) 廢水中元素提取再利用
民生或農業廢水中，可以回收並提取氮、磷、鎂等元素，進一步加工製成肥料。在廢水處理中，針對可再利用元素之提取的技術上，例如：加拿大Ostara的Pearl®和WASSTRIP®技術提取氮磷鎂、荷蘭Paques Technology B.V.的微生物菌ANAMMOX®技術提取氮。以上兩個技術案例其可再利用元素之回收率皆高於九成。

(4) 奈米技術應用
結合奈米材料或將配方化合物奈米化可有效達成提升藥劑穩定性、增加目標害蟲涉入量、降低施用頻率或劑量等，例如使用奈米化的中孔氧化矽（Mesoporous silica nanoparticles）結合殺蟲藥阿巴汀(avermectin)的配方，可以防止藥劑過早釋放和減少活性成分降解，降低藥劑非專一毒性與提升殺蟲效果。肥料上則可達到特定條件誘導釋放、強化肥料持久力或與植物的親和力，例如奈米級的羧基纖維素（Carboxyl Cellulose）肥料和鐵離子螯合，在酸性環境會瓦解奈米結構，可藉由酸鹼值控制有效元素的釋放；或以奈米氧化矽混合材料包覆在尿素表面，降低表面孔隙大小，延長有效元素釋放的持久性。

不過，奈米材料的潛力和擴大應用，也引起科學家對其安全性的關注，例如奈米銀具有良好殺菌消毒能力，但對水中生物或人體是否也具有毒性。故農用製劑的奈米技術應用，尤其農藥製劑，更應謹慎評估。

(5) 種子封裝材料改良
以往大量使用的石化衍生材料，在種植過程中會產生塑膠微粒，汙染土壤甚至後續收成。包覆材料從無機物改良成有機物，例如樹膠、纖維素纖維、殼聚醣、澱粉等，或添加微生物的混合材料，例如混合Paraburkholderia phytofirmans菌種的封存材料，可以改善小麥種子的抗旱能力；混合根瘤菌的封存材料則可以提升大豆生長與產量。