科學家怎麼判斷基因編輯的食品安全？ 財團法人食品工業發展研究所　林奐妤　研究員 摘要 　　基因編輯食品，是一種利用基因編輯技術作為生物育種或優化的工具，透過精準的技術改變基因體DNA序列，使生物產生新的性狀，以這些新穎特性生物衍生的食品則為基因編輯食品。利用基因編輯系統，可加速對生物的精準基因工程，改良生物特性，使生物更有利於在食品領域之應用。然而，基因編輯食品是否安全，如何確保基因編輯食品對人體健康的安全，更是大家所關注的焦點。近年來，許多國家陸續訂出基因編輯食品明確的管理方向，以終產品為導向的管理模式，只要終產品不含有外源基因，則可視為傳統食品，不以基因改造食品方式管理。這不僅加速基因編輯食品的應用性，更能透過創新來幫助農民應對氣候變遷的挑戰，提高永續性，保護生物多樣性。今年10月2日食品安全會報，行政院院長表示，「我國對於基因改造食品已有完整管理機制，然而隨著世界各國在農產品與食品領域持續進行研究發展，並陸續出現新興基因編輯技術，請衛福部在確保食品安全前提下，審慎評估相關管理方式，並積極研議納入監管。」將來，基因編輯食品在政府的管理下進行安全性評估，建立相關管理制度，不僅能確保基因編輯食品的安全性，更能降低民眾對基因編輯食品的疑慮，讓民眾吃得安心、吃得健康。 食品安全 　　食品安全是一門以科學為基礎的學科，也是一個防止含有可能危害人體健康物質進入食品鏈的流程，更是一個為了確保食品安全食用的行動。為了確保食品安全，科學家透過微生物學、毒理學、化學、流行病學、生物學、遺傳學等各種學科的研究，提供了食品安全危害及其風險的證據，而政府管理機構則建立了政策、標準、規範等方法來管理可能發生的危害風險。我們無法將市場上所有的食品進行全面性的檢查，確認所有的食品都沒有任何危害，我們能做的是運用科學的方法，預測食品安全危害的嚴重性，並在食品鏈的各種加工環節、各種階段採取預防及控制措施，以降低食品安全問題發生的可能性。 基因編輯食品 　　基因編輯食品，是一種利用基因編輯技術作為植物育種的工具，透過精準的技術改變基因體DNA序列，使植物產生新的性狀，以這些新穎特性植物衍生的食品則為基因編輯食品。DNA序列改變是件很可怕的事嗎? 從科學家的角度看「DNA改變一點也不可怕」，是件非常稀鬆平常的事情。當細胞在複製的時候，可能會出現錯誤導致DNA序列發生改變；當細胞暴露在某些環境中，可能是紫外線輻射、可能是某些化學物質，都可能引起DNA發生變化，改變DNA序列。在自然界中，有許多因為基因發生突變而改變顏色的例子，就如高麗菜有綠色和紫色，葡萄柚有白肉和紅肉，都是自然界中普遍存在的現象，然而改變是隨機的，不可控的。基因編輯技術造成的DNA改變，是人為刻意的改變，經過長期累積的科學研究，科學家們知道哪些基因是調控哪些性狀，因此科學家們可以精準調控出果實的顏色、風味及成熟度等，也提高了產品本身的價值及應用性。 釐清基因編輯技術之歸屬 　　基因編輯技術是基因工程技術之一，除了近年來最火紅的常間群聚短廻文重複序列核酸酶(CRISPR-Cas)技術外，還包含巨核酸酶(MN)技術、鋅指核酸酶(ZFN)技術、類轉錄激活效應因子核酸酶(TALEN)技術及寡核苷酸定點突變(ODM)技術等。基因改造技術也屬於基因工程技術，從科學的角度認為「基因編輯技術不完全等於基因改造技術」，當然這兩種技術的相同之處在於都需要使用到分子生物技術，也都會發生基因重組的現象，更可以作為植物育種的工具，造成植物性狀的改變。這兩種技術的主要不同在於，基因改造技術是隨機的插入一段外源基因而改變生物性狀，而基因編輯技術是精準的調控目標基因而改變生物性狀的。 從管理層面看基因編輯食品 　　從管理層面來看，各個國家已擁有完整的基因改造食品風險管理制度，而後因技術進步而逐漸發展出新興的基因編輯食品，也因此，許多國家都在現有的管理體制下去管理基因編輯食品之風險。然而，基因編輯技術的操作手法具有多種方式，使得基因編輯食品可能不含有外源基因，可能在研發過程中有使用外源基因但最終產品已去除外源基因，也有可能使用基因編輯技術但中產品仍有外源基因的。因此，許多國家在管理基因編輯食品時，都建立了諮詢程序，請研發業者提供研發過程方法，管理機構以終產品是否帶有外源基因進行判斷納入基因改造食品列管，或是為一般傳統食品而不加以管制(圖一)。 圖一、新興生技食品管理制度多以終產品是否帶有外源基因判斷納入基因改造食品列管 生技食品安全著重於是否含有外源基因 　　基因改造食品的安全評估主要是針對外源基因進行評估，包含外源基因的來源、功能、表現量、嵌入位置、穩定性、新表現出的蛋白質特性、毒性、致敏性等，絕大多數的科學評估都是基於外源基因而進行的。也因此，各國在管理基因編輯食品時，大多都是以終產品是否帶有外源基因作為判斷是否為基因改造食品的依據，在評估安全性時，除了確認不會產生新過敏原或增加已知毒素外，主要就是要確認終產品不殘留外源基因。 各國對基因編輯食品之安全性評估 （一）美國 美國食品藥物管理局對於不確定產品是否有食品安全風險採自願性「上市前諮詢」之管理程序，將評估 確認不含已知對人體健康有影響之過敏原或毒性 確認食品中潛在有害成分含量是否增加 食品營養價值是否顯著改變而引起安全疑慮 改變食品用途 引入外源基因 此外，對於安全疑慮較低的基因編輯植物採自願性「上市前會議」之管理程序，主要是針對 不會導致毒素或過敏原含量增加 不涉及引入新的外源基因之植物產品 上市前會議報告內容須包含描述作為食品之新品種的安全特性；說明新品種的特徵，是否具有上市前諮詢；說明新品種食品如何確保安全性且合乎規範。 （二）加拿大 加拿大衛生部對於基因編輯食品之安全性評估，包含 不會以引入或增加與已知與人類健康相關的過敏原或毒素的相似性的內生性蛋白質 不會使已知的內生性過敏原、毒素或抗營養素的含量提高至超出植物物種中的歷史記錄範圍 不會對關鍵營養成分或代謝產生影響 沒有故意改變植物的食品用途 在最終植物產品中沒有產生外來DNA （三）日本 日本消費者廳對基因編輯食品評估流程分為兩個階段，「上市前諮詢」及「上市前申報」，皆提交6項審查資料，包括 基因編輯食品的品名、種類、概要 使用基因編輯技術的方法及編輯內容 確認不殘留外源基因之資料 確認DNA變化不會對人體健康產生不利影響，如產生新過敏原或增加已知毒素 編輯是否影響目標代謝系統以改變特定成分 預計上市時間 （四）中國 中國農業農村部對於基因編輯植物，評估內容涵蓋分子特性、環境安全、食用安全，在分子特性評估須 確認基因編輯後目標基因的序列分析 載體序列殘留的情形 脫靶效應 在食用安全評估須進行 關鍵成分分析 膳食曝露量評估 當有特定蛋白質表現量顯著增加，須提供表現量分析、已知毒性蛋白、抗營養物質及致敏性胺基酸序列相似性分析 當有產生新表現蛋白質，須提供表現量分析、已知毒性蛋白、抗營養物質及過敏原胺基酸序列相似性分析，新表現蛋白質之毒理學試驗 若上述可能增加食品安全風險，則須提供大鼠90天餵食試驗 （五）新加坡 新加坡對於基因編輯食品或飼料的判定主要無引入外源DNA，在提交上市前通知的資訊檢查表須提供 研發者資訊 基因編輯作物基本資料 基因編輯作物詳細資訊包括其他國家的核准/通知情形及科學性食品安全分析結果 基因編輯過程及驗證資訊，包括基因編輯過程，目標基因、位置、序列、功能，基因編輯作物之描述，編輯之基因序列或全基因體定序，基因編輯作物之終產品中完整移除外源DNA之證明，基因編輯作物之終產品性狀，基因編輯作物中編輯基因體之穩定性 　　比較各國基因編輯食品安全評估內容(表一)，上述5個國家都須確認不含外源基因，或沒有載體序列殘留在終產品中，除新加坡外，也都需要確認沒有已知毒性物質、過敏原等物質，並確認不會對關鍵營養成分或代謝產生影響。中國與其他幾個國家的差異最大，主要是中國的基因編輯食品，涵蓋了使用基因編輯技術且含有外源基因的產品，在其他國家都以基因改造食品進行管理，因此中國的基因編輯食品會有大量的安全評估項目，包含特定蛋白質之毒理試驗及90天大鼠試驗。 表一、比較各國基因編輯食品安全評估內容   美國 加拿大 日本 中國 新加坡 不含外源基因 ○ ○ ○ ○ ○ 無已知毒性物質(序列分析) ○ ○ ○ ○*   無已知過敏原(序列分析) ○ ○ ○ ○*   改變營養 / 代謝 ○ ○   ○*   潛在有害含量 ○ ○   ○*   基因編輯過程 ○       ○ 目標序列分析       ○ ○ 內生性過敏原分析   ○       改變食品用途   ○       脫靶效應       ○   關鍵成分分析       ○   膳食暴露量       ○   特定蛋白質毒理試驗       ○**   90天大白鼠試驗       ○***   *當有特定蛋白質表現量顯著增加時須提供 **當有產生新表現蛋白質須提供 ***當有增加食品安全風險之疑慮時須提供 基因改造、基因編輯各國用詞大不同 　　在研究各國基因編輯安全評估時，發現每個國家對於基因造及基因編輯的用詞略有不同(表二)，我國稱基因改造，但在其他國家有稱基因改造，也有稱生物工程、基因工程、遺傳子重組、轉基因等，此外，我國稱基因編輯，其他國家稱基因編輯或基因體編輯。然而，在進行風險溝通時，我國使用基因改造和基因編輯，最容易讓民眾認為兩者是一樣的，大家都著重在基因兩個字，而非是改造或編輯。可是從安全評估的角度，這兩者有極大的差異。基因改造因為帶有外源基因，所以在食品安全評估時更重視外源基因及其轉譯後新表現蛋白質之安全風險。 表二、各國對於基因改造及基因編輯用詞比較 國家 / 地區 GM GE 我國 基因改造 基因編輯 美國 Bioengineered Genome Editing 加拿大 Genetically Modified GeneEditing 歐盟 Genetically Modified Genome Editing 日本 遺伝子組換え ゲノム編集 中國 轉基因 基因編輯 新加坡 Genetically Modified Genome Editing   小結 　　基因編輯食品透過精準的技術改變基因體DNA序列，使生物產生出新的特性。目前已成功在水稻、玉米、番茄、高粱、香蕉等植物上精準調控產生新的特性，國際已有多項基因編輯產品上市，如高油酸黃豆，高GABA番茄、不易褐變香蕉、去辛辣味之生菜等。不含有外源基因的基因編輯食品，其實與自然傳統雜交而獲得的產品無法區分，因此在國際管理上，多以終產品不殘留有外源基因作為安全評估的標準。從產品的外觀、農藝的特性、基因型的表現，皆無法區分基因編輯食品及傳統食品的狀況下，食品的安全性也是無法區分的。 參考文獻： FDA. 2024. 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植物醫學觀念與植物醫師教育體制的發展 國立臺灣大學昆蟲學系　蕭旭峰　教授 前言 　　植物醫師（植物診療師）制度倡議多年後，《植物診療師法》終於在2024 年7 月15 日三讀通過立法，並於同年8 月7 日由總統頒布施行，正式開啟了臺灣農業照護體制的新紀元，臺灣也正式成為全球第一個具有植物醫師專法的國家。未來經過考試、獲得證照的植物診療師將可以執行植物診斷治療與相關簽證工作。其實我國在多年前就已開始植物醫學高等教育體制的建立，全國目前已有4 所具備農業教育研究功能的大學設有植物醫學相關系所。而農委會動植物防疫檢疫局（農業部動植物防疫檢疫署前身）也早於2008 年即開始著手推動植物醫師制度，並設定包括法制作業、專區實作與教育推廣等三大推動策略。然而，大眾對於植物醫學與植物醫師的概念依舊相當模糊，多少也造成制度推行的困難，因此本文特就全球植物醫學及植物醫師等相關概念及植物醫學教育的發展來論述，期望從歷史到現況的發展脈絡找到足以借鏡的地方。 植物醫學是一個新創的觀念嗎？從植物保護到植物醫學觀念之演變 　　第二次世界大戰後，所有農業相關學理的發展就非常注重改善農業生產質與量的問題，國際組織並已開始普遍使用「植物保護」一詞，相關學問的發展就已經具備了有害生物相關（pest-related）學科，如植病、昆蟲、線蟲、雜草等與作物相關（plant-related)）學科，如農藝、園藝、森林及土壤等。因此嚴格來說，關於植物醫學的概念，其實早在各分科領域中發展了數百年之久。而當代植物醫學觀念的演進，其實就是一種更全方位的考量及跨領域整合的發展趨勢。 　　至於植物醫學這個名稱的出現，最早可追溯至1913 年由法國醫生Henri Leclerc 所提出，後來「植物醫學」（phytomedicine）由德國科學家Braun 於1956 年重新加以定義。1952 年Schimitschek 則最早提出「植物健康」（Plant Health）的概念，之後許多科學家也對植物健康的概念進行了更多的探索。1971 年德國植物病理學家Grossmann 把植物醫學的內容分為病因、受害植物和植物保護三個層次。1996年北京農業大學管致和教授指出，植物醫學作為與人類醫學、獸醫學並列的三大醫學之一，其發展的動力是社會需要、學科間相互滲透、對植物健康本質的更加深入的認識。他認為除醫療行為外，還有治療前預防保健及治療後健康照護。因此定義植物醫學著重植物本體的瞭解，系統性方式追求植物健康，並開發跨領域植物治療及照護技術。而此時學界多開始以「PlantMedicine」稱呼之。 　　中國西南大學丁偉教授（2000）認為植物醫學是「保護植物的健康和預防、緩解和治療植物疾病的科學和技術」，而傳統的植物保護僅僅涉及有害生物相關的某些內容，如病害、蟲害等。美國佛羅里達大學Agrios 教授（2001）認為植物醫學是一個應用與問題解決導向的學科，而植物醫師就是藉由學習鑑定影響植物健康所有生物與非生物因子，同時提供在管理或防治上的建議來解決植物健康上的問題。佛羅里達大學McGovern 教授（2011）也曾定義植物醫學為「以對作物最大化收益及對環境最小化傷害」為其中心思維，充分揭示農業生產不應建立在破壞環境之上的重要觀念。 　　臺大植醫學程吳文哲及楊景程教授（2012）認為傳統植物保護多專注於單一領域（如蟲害或病害），已無法涵蓋全面性的農作物健康議題，因此藉由跨領域科際整合的植物醫學體系就成為新興的替代方案，同時也能發揮整合性有害生物管理（Integrated Pest Management,IPM）的精神。青島農業大學劉同先教授（2019）也認為過去植物保護工作者把植物病蟲草害作為研究和防治的對象，而忽略植物遭受非生物因素的影響及抗逆、耐逆、補償、變異等自身應對生物與非生物侵襲的功能。隨著科學技術的發展及人類對植物及生態環境的進一步認識，人們對保護植物的認識也進一步提高。他認為植物醫學可分為保健醫學、預防醫學、臨床與康復醫學等。同時強烈建議在中國應盡早設置植物醫學學科，成立植物醫學專業，培養植物醫生，為國家糧食安全、生態安全與食品安全培養更多優秀人才。 　　此外，丁偉及姚學文教授（2022）在「論植物醫生」一文中論述了植物醫師的概念、職責及其特殊性，提及植物醫師的基本特徵、地位和作用，比較了植物醫師與人醫及獸醫的區別，並分析植物醫師與植物保護工作者的區別，全科植物醫師和專科植物醫師的功能，並系統性闡釋植物醫師的培養模式和發展方向。已故臺大昆蟲學系名譽教授朱耀沂及臺大植微系洪挺軒教授（2012）形容植物醫師為超級小兒科兼法醫專家，就如同醫師在面對無法表達病情的孩童及單從危害狀抽絲剝繭找出病因加以診治來說明植物醫師在田間所面臨的狀況。 　　因此，植物醫學嚴格來說並不是一個新創的觀念，而歷史的發展過程中，從植物保護到植物醫學及植物醫師的觀念演變，我們可以找到一些啟發：一、過去植物保護所涵蓋的內容確有其不足與盲點；二、由過去保護的概念必須逐漸轉向為照護的作為；三、目前的全球趨勢，在農業生產上應更重視環境的保護，需有更周全的考量並強調預防的觀念；四、我們應摒棄以害物為主的框架，逐步轉向以作物為本的思維；五、所有的農業研究與開發，必須由單一領域各自為政的狀態，邁向跨領域的協調與整合。 近代關於植物醫學與植物醫師的倡議 　　植物醫學的發展其實是經過了長久歷史的發展，美國農業科學家George Washington Carver（1864—1943） 推廣棉花輪作方式，避免地力耗竭，被推為20 世紀初期最偉大的黑人科學家之一。他早年努力推動美國南方的有機農業，青年時期潛心研究草藥、天然殺蟲劑及天然肥料創造農作收益，在十多歲時就被稱為「植物醫生」（Plant Doctor）。1911年康乃爾大學H. H. Whetzel 曾預言「我們應該可以訓練並派出一個實務植物病理學專家的精良部，且在單純的經濟考量上⋯⋯由農民直接負擔費用⋯⋯」，這可能是近代關於「植物醫師」職業的最早想定。Cynthia Westcott（1898—1983）是最早以私人診所從事植物健康工作的先驅，她在紐約都會地區，提供對植物診斷和管理諮詢服務。她也常態性於「紐約時報」（New York Times）及「家庭與花園雜誌」（Home & Garden Magazine）撰寫專欄文章，同時著有「Plant DiseaseHandbook」、「The Gardener’s BugBook」、「The Plant Doctor」及「PlantDoctoring is Fun」等專書。由於她的努力與高知名度，使得她成為被大眾認知的第一位「植物醫師」原型。 　　美國植物病理學者Robert S. Cox（1919—1999）致力於解決美國佛羅里達蔬菜與病害問題。1957 年在佛羅里達大學研究中心短暫工作後，Cox 成為該州第一位獨立作物顧問，並積極參與幫助番茄農民制定針對真菌和細菌性疾病的管理方法。在美國植物病理學會的會議上，他呼籲支持並承認作物諮詢是一種職業。在他所著「The AgriculturalConsultant」一書中，提倡植物保護方面的跨學科培訓，後來影響了美國許多大學並開始採用。 　　Earle S. Raun（1924—2009） 是在美國農業部工作了20 年的昆蟲學家，曾在內布拉斯加大學工作了8 年，首先擔任內布拉斯加大學昆蟲學系主任，然後擔任內布拉斯加州合作推廣中心副主任。1974年，Raun 成為美國中西部第一位獨立作物顧問。但更重要的是，他成為了全國獨立作物顧問聯盟（NAICC）的創始成員和首任主席。Raun 是植物健康跨學科培訓的堅定支持者，在美國一些地區建立植物醫師系統，包括隨後在佛羅里達大學和內布拉斯加大學林肯分校建立的項目。JohnL. Capinera 後來成為佛羅里達大學昆蟲和線蟲學系的系主任，也是建立植物醫學項目的關鍵人物之一，他也是受到Raun在該主題發表的演講所影響。 　　J. Artie Browning（1923—2013）也是早年植物醫學的重要支持者之一，他在愛荷華州立大學擔任研究員和教師28 年，並在德州農工大學擔任植物病理學和微生物學系主任9 年。他結合了穀類作物抗病育種理論和實務工作，主要是針對燕麥銹病（Puccinia coronate Corda, 1837）的管理，他對向農民提供有效和可持續技術的培訓充滿了熱情，也認為這種模式是必要的變革。和Raun 一樣，他也是植物醫生項目建立的早期熱心支持者，包括貢獻後來在佛羅里達大學和內布拉斯加大學開發植醫學程的項目上。在1982 年美國植物病理學會年會的主席講話中，他建議該學會與其姊妹農業科學一起建立植物醫師項目。正如他後來在論文《一名植物病理學家的成長乃通過有害生物綜合管理來實現植物整體健康：實現遺傳產量潛能的關鍵》中所述，「植物醫生為達成可實現的產量並養活飢餓的世界帶來了希望。植物健康運動有可能給世界農業帶來自綠色革命以來最大的變革，而 D.P.H./M（植物健康／醫學學位）將成為農業最重要的學位項目」。此外，有更多的學者陸續都投入推廣植物醫學工作，提供農民或市民植物健康相關諮詢服務，為植物醫學發展奠定了良好基礎。 國際社會的覺醒 　　2018 年12 月， 聯合國大會通過了一項決議，宣布2020 年為國際植物健康年（International Year of Plant Health），旨於「保護植物，保障生活」提升全球對於「保護植物健康」的意識，進而遠離飢餓及貧窮、保護環境及促進經濟發展。為此，於2021 年7 月由聯合國國際植物保護公約（IPPC）與聯合國糧農組織（FAO）共同舉辦之「國際植物健康年」前夕，國際植保公約秘書處特別出版《氣候變遷對植物有害生物影響科學評論》報告，強調增溫對昆蟲、病原體及雜草等，對於糧食生產與植物健康之有害生物風險影響，建議各國積極開展國際合作，制定統一的植物保護策略，幫助有效實施應對氣候變遷下的有害生物風險管理措施。上述國際植保公約秘書處報告，雖然還沒辦法大尺度量化氣候變遷更進一步造成之糧食減損衝擊；但實際情況只會更糟更失控，且傷害到那些最缺乏資源進行病蟲害防治之開發中國家糧食安全與生計。為了積極呼籲各國重視這個議題，延續「2020 國際植物健康年」決議，2022 年4 月國際植物保護公約秘書處正式宣布，聯合國決定每年的5月12 日為「國際植物健康日（IDPH）」，更有系統的推動因應氣候變遷與植物健康工作。2023 年國際植物健康日活動手冊中在《健康植物，健康星球》下更以科普繪本的方式介紹了植物醫學及植物醫師的重要性。　 世界各國植物醫學教育與植物醫師體制之發展 歐洲 　　歐洲的德國霍恩海姆大學（University of Hohenheim） 早在1939 年就成立了植物醫學研究所（Institute of Phytomedicine），是世界上最早設置植物醫學專業的大學。此後，奧地利的博庫大學（University of Natural Resources and Life Science（BOKU）, Austria）也設有植物醫學碩士學位（Master Programme Phytomedicine），賽爾維亞的諾維薩德大學也設有植物醫學與環境保護系（Department of Phytomedicine and Environmental Protection, University of Novi Sad, Serbia），提供大學部及研究所學位。 美國 　　美國的佛羅里達大學（University of Florida）2000 年起參照「醫學對人類（medicine to human）」、「獸醫學對動物（veterinary medicine to animals）」與「植物醫學對植物（plant medicine to plants）」的模式， 率先設立植物醫師（Doctor of Plant Medicine, DPM） 專業學位， 相當於「人醫 (doctor）」與「獸醫（veterinarian）」；屬於學士後學程，需獲得生物學、農學等大學部或碩士學位的畢業生才有入學資格，並從1999年開始招收學生。此後，內布拉斯加大學林肯分校（University of Nebraska at Lincoln）招收植物醫學碩士和植物健康醫師（Doctor of Plant Health, DPH），DPH 學位與其他健康從業者學位（例如MD 或DVM）相當。該項目需要100 個研究所學分外加實習才能畢業。目標是植物健康醫師（DPH）畢業生（植物醫生）將擁有來自所有主要植物相關學科的廣泛而深入的跨學科核心知識，使他們能夠解決影響植物生長和生產的所有生物和非生物植物健康挑戰。另外，俄亥俄州立大學（Ohio State University）提供植物健康管理碩士（Master in Plant Health Management, MPHM）學位，是一個專業科學碩士課程，整合植物健康管理職業的學術和專業培訓，吸收希望發展植物健康專業知識以促進進步或職業轉變的學生和專業人士。而喬治亞大學（University of Georgia）提供大學部學生綜合植物健康管理跨學科認證課程（Certificate in Plant Health Management）， 在綜合有害生物管理的三個主要領域，包括昆蟲學、植物病理學和雜草科學，提供廣泛的教育機會。研究所方面提供植物保護和害物管理碩士（Master of Plant Protection and Pest Management, MPPPM） 學位，是昆蟲學、作物和土壤科學以及植物病理學系間的非論文專業碩士學位課程。 中國 　　中國關於植物醫學觀念的推廣，最早為已故北京農業大學昆蟲學家管致和教授（1923—1995）倡導，主要的推手為青島農業大學的劉同先教授與西南農業大學的丁偉教授。中國在植物醫學的推廣教育上首推《植物醫學》期刊上的發表言論。1952 年起中國各高等學校院系才出現以植物保護為名之院系，目前至少有62 所高等學校設有「植物保護」學科和本、專科專業．但2021 年於《植物醫生》期刊集結來自全中國65 位各大專院校植物保護專業學者教授聯名發表標題為「論植物醫學學科與專業的建設」一文中提出：無論從專業名稱或專業理念上來看，「植物保護」已遠遠不能滿足新農業發展的需求，因此呼籲在原有的植物保護基礎上，逐步發展植物醫學領域專業，完善植物醫學人才的培育體系。青島農業大學已於2017年6 月正式將原植物保護系擴充設立植物醫學學院，下設有植物病理學系、昆蟲學系及農藥學系等專業。其餘中國大專院校中的多個植物保護學院也可能於近期逐步發展更名為植物醫學學院。青島農業大學植物醫學學院是中國高等院校設立的第一個植物醫學學院。發展創新農作物、果蔬病蟲草害防控理論和技術，致力於農作物、果蔬健康防護，為糧食安全、農產品安全和生態安全提供技術，成為科技創新重地、政府決策諮詢智庫、應用創新型高層次植物醫生培養基地。 韓國 　　韓國是目前全世界在植物醫學高等教育發展最完整的國家之一，目前有4 所國立大學招收大學部的植物醫學學生。安東國立大學（Andong National University）植物醫學系具備設計完整的植物醫學教育系統，是該省唯一的植物醫學（植物病理學和昆蟲學）相關學科，提供學生準備植物保護技師考試所需的所有科目課程，方便學生畢業後取得技師資格。慶尚國立大學（Gyeongsang National University）2015 年正式更名成立植物醫學系（Department of Plant Medicine），具大學部及研究所課程。該系的畢業生活躍於包括農村發展行政研究員、農業服務人員、農業相關研究所研究員、農業行政機關公務員、學校教師、種子、化肥、農藥相關企業、高爾夫球場、農業合作社、農畜產品檢疫所。檢驗所、植物檢疫所等各領域。忠北國立大學（Chunbuk National University）植物醫學系前身為1979 年成立的農業生物學系，2004 年更名為植物醫學系。為了保護健康的綠色自然，植物醫學系專門從事面向未來的植物處理研究，並研究和教授與農業和環境有關的生物學。1992 年忠北國立大學成立植物醫院，是韓國大學第一所開設的專門從事植物醫療處理的機構。透過植物醫院，學生不僅有機會練習，還可以協助為患病植物做各種治療和診斷。順天國立大學（Sunchon National University）2005年首次出現使用植物醫學名稱於生命環境科學部（植物醫學專業及生物環境專業），2008 年又更名為園藝植物醫學部（植物醫學專業及園藝學專業）。強調植物醫學科是培養照顧綠色生命的植物醫生的地方，提供有關威脅植物體健康的病原體和害蟲的基本知識和掌握對植物體造成各種疾病和害蟲的診斷、預防和治療的實用知識。畢業學生可以取得韓國相關技師資格，如植物保護技師、種子技師、有機農業技師、農業化學技師、農林土壤評價管理技師、設施園藝技師、文化遺產修理工程師（植物保護）等。 　　韓國同時也是全世界在植物醫院建置上最為蓬勃發展的國家，目前在韓國樹木醫院協會登錄的大學附設醫院計有：國立森林科學學院樹醫院、首爾大學植物醫院、江原大學樹木診斷中心、忠南大學樹木診斷中心、忠北大學樹木診斷中心、全北大學樹木診斷中心、慶北大學樹木診斷中心、安東大學植物綜合醫院、慶尚大學樹木診斷中心等9 處。韓國樹醫制度較作物診斷的植醫制度發展要來得早及完善，韓國的立法中，在森林保護法第21 章已正式定名為「樹木醫師」（Tree Doctor），立法中詳細規定了樹木醫師的取得資格及執業範圍，此法已從2018 年正式公告施行。除樹木醫師證照之外，韓國也早已有植物保護技師考試，主管單位為農村振興廳。韓國植物保護技師國家考試主要考試內容包括植物保護學理論與實務，同時兼顧農藥管理與植物防疫法規等內容。 日本 　　日本法政大學2008 年誕生了生命科學部、生物功能學科（植物醫科學專修），2012 年首屆植醫學生畢業，同時在研究生院生命功能學專業開設植物醫科學領域。2014 年4 月法政大學擴充發展成應用植物學科（植物醫科學專修），並於同年成立植物醫科學中心。除了植物醫科學、微生物學、植物病理學、應用昆蟲學等植物保護相關的實踐領域之外，還充實了基因科學等生物科學和資訊科學的先進技術領域，此外，透過融入食品、環境政策學等社會科學領域，推進以培養年輕技術人員為目標的教育研究，開展「保護植物健康」的綜合科學，法政大學是日本目前唯一設有大學部植醫專修教育的私立大學。 　　東京大學（University of Tokyo）植物醫科研究是由難波成任教授所創，難波教授是日本植物醫學與植物醫師制度的主要推手，主編「植物醫科學」重要著作，同時研究室也與日本植物醫學會共同發行「iPlant」期刊，並創立「日本植物醫科協會」負責日本植物醫師之資格認證與審查。難波教授同時也是最早發起由臺、日、韓三國共組國際植醫論壇的發起人。研究室主要開發植物病害診斷、治療和預防的先進臨床技術、開發「Plant Doctor」教育計畫、構建支持臨床技術的專家系統、植物醫生培訓、專家再教育、教育工作者培訓、構建網絡以建立植物醫院及通過生產過程信息和病理結果圖表增強食品追溯系統。三重大學（Mie  University）生命功能學科「植物醫科學專修」培養大學部與碩士級植物醫生，植物醫學實驗室研究植物病害及其病原體、植物和植物寄生蟲等不同生物之間的相互作用等。日本目前的植物醫師產生制度是經日本「技術士」國家考試第二試通過之後，由政府授權「日本植物醫科學協會」認證後取得「植物醫師」資格，類似於我國人醫的專科醫師制度，由各專科醫學會辦理考試、發證及換證等事項。 臺灣 　　臺大植醫中心於2006 年創設「植物醫學研究中心」，中心設置宗旨為整合臺大生農學院植物醫學相關單位之人力，加強有關作物健康管理、綜合診斷、整合性防治、經濟效益管理等之研究、教學與服務。同時促進國內外植物醫學人才之交流，推動並參與國內與國際植物醫師人才之培訓。臺大植醫中心並於2011 年向教育部申請通過設立「植物醫學碩士學位學程」，開始招收碩士班學生。學程的發展方向與重點包括加強植物健康管理之科技與教學、發展樹病醫療科技、發展分子檢測技術、加強臨床植物醫學與農藥之研究與教學、加強植物疫病蟲害流行病之研究與應用、發展有機及安全農業、推動植物醫學之國際交流與互惠，及發展農產品之檢疫科技。 　　在大學部教育方面，屏東科技大學率先於2008 年成立植物醫學系，其前身為植物保護系。植物醫學系每年招收大學部60多名，之後也開始招收碩士班。以培育植物醫師與植物健康管理人才、植物醫學研究人才、植物醫學資源開發與應用人才為三個目標。嘉義大學於2012 年設立植物醫學系，前身為嘉義大學植物保護系，並於2018 年獲准成立植物醫學系碩士班。嘉大植醫系以培育優秀植物病蟲害診斷及植物醫學科技人才為目標，除研究基礎植物醫學課程外，以結合雲嘉南區各項作物、蔬菜花卉、果樹及森林經濟產業特點，致力於培養學生田間植物疫病蟲害與營養診治的實務經驗、植物檢疫與疫情監控之研究，以及強化安全使用農藥及非農藥資材防治疫病蟲草害之能力，達到植物健康管理與增進國民健康為目標。中興大學則於2015 年成立植物醫學暨安全農業碩士學位學程，並於2022 年新設植物保健學位學程，以作物營養與健康管理、作物病蟲草害及營養障礙診斷與健康管理、防疫相關技術與實務應用、檢疫相關技術與實務開發、農藥藥理與專業處方應用、安全農業與生態永續經營、植物醫師的養成與在職訓練、植物醫學與安全農業之國際交流與合作等為發展重點。臺灣的４所大學並於2018 年同時設立了配合植物醫師養成教育的「植物教學醫院」作為學生參與植物醫療實務工作的實習場域。 　　除了在學界推行的植物醫學教育之外，許多跨國組織，也曾積極投入植物醫師的計畫，如聯合國糧農組織（FAO）的「植物醫師」（Plant Doctor）計畫，協助太平洋國家的斐濟、索羅門群島及東加等國推行植物醫師制度。起源於英國，會員國超過49 國，已超過100 年歷史的跨國組織「國際應用生物科學中心（CABI）」，2001 年起協同2 個英國知名的農業研究機構Rothamsted Research 及FERA Science 推行全球植物診所計畫（Global Plant Clinic, GPC），針對開發中國家提供植物健康服務為非洲、亞洲和拉丁美洲的80 多個植物健康診所提供支持。診所提供涵蓋所有植物問題類型的診斷服務，已為80 多個國家使用，協助保持對作物疾病的警覺，同時還培訓植物病理學家並與其他部門合作，定期獲得技術支援與建議的機會以提供持久的植物健康服務。CABI 也於2010 年初在全世界會員國中進行一個名為「Plantwise “Plant Doctor”Program」的大型計畫，協助各國建立植物醫師制度，幫助各國農民生產更多高品質農產品。 結語 　　截至目前為止，植物醫學與植物醫師的理論與觀念發展歷史至少已超過了110 年以上，綜觀世界各國在教育體系上的積極拓展與開發，可以想見其未來的發展趨勢與榮景。在全球化的趨勢下，我國實不應再自絕於潮流之外。臺灣在植物醫學的開發與推動上嚴格來講並不落後於其他先進國家太多。近年來包括學界、政府及民間開始意識到推動植物醫師制度的重要性，也已有積極的推動成效。 在此也願意以以下幾點建議與先進共同勉勵之： 我國的植醫教育體制多為植物保護相關系所轉型而來且歷史尚短，應更積極做全面化的轉型，除應尋求更為整合的教學內容，融入領域更為多元的學術專業，以全面解決植物健康問題為目標之外，更應把以往以有害生物為中心的思考模式，轉變為以植物為中心的思考重心，如此方能跳脫過往植物保護領域相對狹窄視野，脫胎換骨為全面的植物健康照護思維。 從法制與政策面積極創造植醫就業及參與空間，對於我國許多現行的農事操作模式，應該做更為全面的檢討與改進，從法規及政策面上做出調整。將農業生產從過去的以量的增加為主要思考提升為質的提升。現行的許多栽培管理應以法規導入專業，落實科學管理制度。例如在產銷履歷、有機耕作技術、農產品檢驗認證等系統導入植醫制度。 應更積極的以科普方式推廣植物醫學及植物醫師理念，教育農民及一般民眾植物醫學的真實意義與作用，正確認知農藥使用、有害生物整合管理IPM或作物整合管理ICM等的實際效能，避免產生不必要的誤解與恐慌，進而作為植醫制度在推動上的堅強後盾。 加速建置國家級植物醫學研究中心，在現有植物防檢疫體系下加強包括有害生物診斷鑑定、疫情快速反應及風險分析等功能，同時強化地方政府植物防檢疫功能與人力，結合國內學界、政府單位及民間力量共同為我國植物健康構建更為完善的體系。

基因編輯家畜禽產業化之進展 財團法人農業科技研究院動物科技研究所動物科技組  杜清富  正研究員(退休) 基因轉殖、基因回殖及基因編輯 　　細胞在分裂前須先將基因體DNA由一套複製成兩套，再等分到兩個子細胞。DNA複製時兩股同時進行，不過因兩股DNA是互補而複製有方向性(由5’端到3’端)，致使一股模板複製時可連續進行，另一股則須倒序且片段式進行，再不斷進行修補及接黏；此外，DNA雙螺旋結構在複製時也需不斷解構(斷鏈)/重接；因此DNA在複製時發生序列錯誤或突變是自然現象，此時細胞以各種機制(如甲基化)辨識新舊股DNA，舊股DNA(甲基化較多)是原始模板，因此修補時會將新股的錯誤，依舊股DNA碼將新股錯誤之DNA碼進行修補。雖然如此，每/各代間DNA組(或基因體)，仍有序列改變為單核酸變異/多態型(single nucleotide polymorphism, SNP)及突變，甚至有DNA片段缺損、插入或倒置，此種改變在體細胞不會遺傳到後代。但是，事實上在生殖細胞配子形成過程之減數分裂，卻有非常多親源染色體間互換現象，使子代基因體多樣化，以產生個體差異，以及適應環境改變之演化壓力，且此等改變會遺傳至後代，增加適應環境之機會。 　　基因轉殖(transgenesis，Tg)及基因回殖(cisgenesis，Cg)即使用各種載體，分別將不同物種(Tg)或相同物種(Cg)之基因，於前述細胞DNA複製時，逢機接至不連續複製股，造成一套或甚至兩套染色體具有Tg或Cg之外源基因，因外源基因為逢機接到不特定位置，致使有時外源基因無法表現，或該位置為重要功能基因位點，以致產生嚴重性突變，喪失重要功能，甚至在純合子時產生致死現象，有時外源基因表現過量，超出正常生理範圍產生異常現象。因此在獲得Tg或Cg之個體須如一般育種流程，再進行評估及選拔，以培育組合成有價值的品系。 　　基因編輯(gene editing, GE)為使用核酸或與蛋白質(酵素或酶)的工具(圖1)，由特定核酸引導該蛋白質在特定位置切斷雙股DNA，此現象一如誘發突變，基因體需立即進行修補缺損處，產生非同質末端連接(non-homologous end joining, NHEJ)，不過此NHEJ並非只直接黏接，亦造成細胞本身DNA序列插入及刪除(insertion and deletion, Indel)或DNA片段倒置等現象，此等現象完全無外源DNA模板加入，GE誘變產生的物種歸類為第一類定點核酸酶(site-directed nuclease-1，SDN-1)之產物。 　　不過，在進行GE時也可以額外加入外源DNA模板，使DNA在進行修復時產生同質重組反應(homologous recombination, HR)將外源DNA模板整合在斷點兩側，此GE/HR產生物種，依其模板來源區分，如為原物種之DNA序列，僅修改少數核酸碼或完整基因序列，則此類產物歸類為SDN-2物種；如DNA模板為不同物種之完整基因序列則所獲得者，則屬於SDN-3物種。 　　 圖1. 應用在畜產動物之基因編輯技術及培育種畜禽規範分類。 　　　目前在GE物種之國際規範已越趨一致，將SDN-1歸類為非基因改造生物(genetically modified organism, GMO)，SDN-3則為GMO物種，在SDN-2則仍有各國/區域不同考慮做不同歸類，如修改長短或核酸數做不同歸類(參考表1及表2)。 表1. 應用精準生物科技(基因編輯)在農業發展之全球規範(分類)依據 分類定義之問題 類別間之區分 淨體子* 能否經由傳統或經由誘發突變而獲得? 是 是 是 否 是 核酸模板? 無 短 長 是 NA "外源"DNA(合成或轉殖基因) 無 無 無 有 NA *Null segregant；NA = not all. (Wray-Cahen et al., 2024. Front Genome Ed. 6:1467080.) 表2. 應用精準生物科技(基因編輯)在農業(動物)發展之全球(主要國家)規範做法 國家 政策 類別間之區分 淨體子 定案 阿根廷 Resolution 21/2021 NGMO NGMO LnGMO GMO NGMO 是 巴西 Normative Resolution 16 NGMO LnGMO LnGMO GMO NGMO 是 哥倫比亞 Resolution No.22991 NGMO NGMO LnGMO GMO NGMO 是 美國 無GMO法,生技產品依據現有法律,以動物新藥法**規範意圖改變基因體(IGA)之動物 GFI# 187A / B IGA個別評估，依SDN類之差異 NGMO 是 日本 農林水產省-動物產品 NGMO NGMO LGMO GMO NGMO 是 澳洲 Gene Act 2000 NGMO NGMO GMO GMO NGMO 是 紐西蘭 Hazardous Substances and New Organisms Act, 1996 GMO NGMO GMO GMO NGMO   新法擬訂中 NGMO NGMO GMO GMO NGMO 以色列   NGMO NGMO NGMO GMO NGMO   英國 Genetic Technology (Precision Breeding) Act 2023 NGMO NGMO NGMO GMO NGMO 是 歐盟 僅植物 NGMO NGMO NGMO GMO NGMO   * 承上表1，NGMO = not GMO, LnGMO = Likely not GMO, LGMO = Likely GMO; ** FDA主管Animal Drug Laws, IGA= Intentional Genomic Alterations, GFI = Guidance for industry. 註：增修自Wray-Cahen et al., 2024. Front Genome Ed. 6:1467080；美國GFI 187B於2025年5月定案；英國Genetic Technology (Precision Breeding) Act 2023，適用於動植物，2025起於英格蘭、蘇格蘭及威爾斯實施。 　　不過，在蛋雞之研發，涉及半數孵化之雛雞為雄性，無法繼續飼養產蛋而需犧牲淘汰，因此學者將藍色或紅色螢光基因，藉由GE技術標植在Z染色體上(以下以Z’區別)，在母種雞性染色體WZ’之Z’攜帶螢光基因，公種雞為一般ZZ未攜帶螢光基因，因此配種後種蛋，雌性為WZ種蛋，雄性為ZZ’種蛋。在攜帶藍色螢光種蛋孵化時以藍光持續照射，在孵化第9天該蛋內胚就會死亡無法孵化，可以避免淘汰雛雞需性別判斷技術及人道爭議；在攜帶紅色螢光之種蛋進孵化器前，經由照蛋即可挑出攜帶螢光基因之雄性種蛋，即至少半數種蛋(屬雄性)，完全不用進入孵化器，可節省半數孵化電能，亦無殺生之人道議題。 　　此種攜帶螢光基因之母種雞屬於GMO，不過藉由性染體在性別傳承差異，可做到在雌性種蛋(WZ)及其孵化F1子代為所有染色體完全未攜帶外源基因之淨體子(null segregates；基因體已清淨無外源轉殖基因)，則此等F1後裔完全屬於傳統雞隻，非GMO物種，如此，全球每年可達70億個雄性種蛋可以直接淘汰不用孵蛋，其省下能源非常可觀。 達產業化之基因編輯家畜 　　在畜產動物，GE無角牛之冷凍精液最早於2016年為巴西及阿根廷核准上市，不過美國FDA於2019年審查時，因所使用乳牛體細胞於進行GE/Cg時，在將安格斯肉牛無角DNA序列植入乳牛細胞時，同時使用抗生素耐受基因做為篩選標記，造成所產製兩頭無角複製牛攜帶外源抗生素耐受基因，因而審定該牛隻屬於GMO，因此前述巴西及阿根廷立即撤銷其上市核准；此案仍持續進行各項評估及嚴謹審查，主要因出生自然無角，在乳業牛隻管理不僅免掉去角工作與管理人員工作風險，以及不用化學劑破壞角生成細胞達去角，將更符合動物福祉。     面對氣候暖化，高溫不利牛隻乳肉生產，將泌乳素接受體(prolactin receptor, PR)進行剔除，使牛隻體毛變短利於散熱達生適應熱氣候，在畜群中有PR自然突變牛隻，此案例不論肉牛或乳牛，自2020年起先後有阿根廷(2020年)、巴西(2021年/乳牛及2023年/肉牛)，以及美國(2022年)核准及視為一般育種牛隻。 　　在GE豬隻方面，於美國有少數白人被蜱蟲或璧蝨叮咬過，對α-半乳糖(α-gal)產生過敏，甚至在吃豬肉時也對豬肉中α-gal產生過敏反應，因此，原作為異種器官移植避免超急性排斥反應之半乳糖轉移酶基因剔除豬，因無α-gal被命名為「GalSafe」豬肉，不會產生過敏，FDA在2020年核准此等豬肉上市進入食物架上販售，但是要求必須清楚標示無α-gal，以維護消費者可以正確選到不含α-gal隻豬肉。     另外，在養豬產業有神祕病毒之稱的豬生殖道與呼吸道綜合症病毒(porcine reproductive and respiratory syndrome virus, PRRSV)，因病毒好感染免疫系統重要之吞噬細胞，豬群感染後，生長肥育豬隻容易產生高燒、厭食及呼吸道疾病症狀，降低生長效率甚至具高死亡率，懷孕母豬則容易流產、早產、生出木乃伊化或死亡及虛弱仔豬，對養豬產業造成非常大經濟損失。由於此病毒變異快及感染細胞免疫系途徑，因此目前使用已開發的疫苗功效不佳；在2016年起開始應用GE技術將PRRSV感染之接受體之CD163中接合區域刪除或整個基因剔除，均證實可完全抗PRRSV感染，此豬種分別在2023、2024及2025年通過哥倫比亞、巴西及美國審核可進入食物供應鏈。 　　由於氣候變遷氣溫升高，降低畜產動物生產效率及增加疾病感染威脅，諸多研究如火如荼進行，諸如抗流感雞隻，抗傳統豬瘟、非洲豬瘟、豬流行性下痢、流感病毒及日本腦炎病毒之豬隻，抗熱緊迫白體毛乳牛及耐下痢病毒牛等等。在最普遍案例之肌肉生長抑制素(myostatin)基因剔除在豬隻研發最多，牛及肉雞亦有研發，惟此案在自然突變雙肌肉牛已有長久歷史記錄，卻因犢牛有難產及其他各種缺陷，並未能由育種培育成為主要牛群，在GE豬亦發現有生理缺陷，相關研發仍需進行審慎評估，確認是否具產業價值。     此外，豬隻在將飼料能量轉換成ATP時，因粒線體中阻斷蛋白-1 (uncoupling protein-1, UCP-1)基因演化突變刪除第3-5表現子(exon)，無法阻斷ATP形成以產生體熱，致無法在寒冷環境保溫，使野生母豬築巢和商業養豬需點燈進行仔豬保溫，有學者將小鼠UCP-1基因修補豬隻突變基因，使能量可以轉化成熱能，提高仔豬體溫減少保溫所需電能，減少養豬產業仔豬保溫電能消耗之優點，不過，以飼料能量使用效率觀點，是否合算則須再評估。 有性生殖與基因重組看基因編輯 　　美國學者Wray-Cahen 等人(2022)提到GE不是萬靈丹，但是面對氣候變遷的影響，對於動物農業永續性及韌性提供機會，可改善動物健康、動物福祉及生產效率，達改善人類動物性蛋白質營養。在一項1000頭公牛基因體研究(Hayes et al., 2019)，顯示不同品種牛隻之基因體天然存在8,400萬SNP和250 萬個DNA Indels，顯示有性生殖存在基因重組(或編輯)現象，可呼應前述GE如在無外源基因植入之SDN-1類基因編輯，是一種自然現象，在應用GE精準育種，應可視為傳統育種技術，所產製之家畜禽，可歸屬於一般育種技術所培育之動物。 參考文獻： 杜清富。2023。精準育種科技之應用及發展-精準育種之基因編輯技術在家畜育種之應用。中興大學精準農業教學推動中心執行教育部「精準健康產業跨領域人才培育計畫」精準農業領域專書。第四章第一節pp.342-359。(ISBN: 978-986-96453-6-2)。 Hayes BJ, Daetwyler HD. 2019. 1000 bull genomes project to map simple and complex genetic traits in cattle: applications and outcomes. Wray-Cahen D, Bodnar A, Rexroad III C. Siewerd F, Kovich D. 2022. Advancing genome editing to improve the sustainability and resiliency of animal agriculture. CABI Agri Biosci. 3:21. Wray-Cahen D, Hallerman E, Tizard M. 2024. Global regulatory policies for animal biotechnology: overview, opportunities and challenges. Front Genome Ed. 6:1467080.

整合智慧精準高效 開啟數位育種新局 財團法人農業科技研究院產業發展中心產業分析組 陳南宏、邱星媛、蘇柏如 農業科技司 錢岳 前言 　　面對全球氣候變遷加劇、糧食安全風險升高、農業勞動力高齡化及耕地資源受限等議題，傳統農作物與經濟動物育種模式正面臨諸多挑戰，包括育種周期長、效率低及應變能力不足。在環境快速變遷與市場日趨多元需求下，如何整合新興數位技術與工具協助進行兼具高產量、優良品質與逆境適應力之新品種選育，已成為農業永續發展之重要課題。 一、全球農業政策積極布局，數位育種引領農業創新 　　為提升育種效率與應變能力，數位育種已成為全球農業轉型之關鍵角色，各國政府紛紛將其納入農業創新政策與研究布局中，發展具高度精準性與效率之育種工具，加速重要作物及經濟動物之新品種改良開發，更強調跨資料整合、平台建構及產業落地之綜合應用。以下簡介美國、歐盟與日本近年於數位育種領域政策與實踐概況。 美國基因體育種戰略：從資料整合到精準選育跨域創新藍圖 　　自2018年起，美國農業部（USDA）推動「國家研究計畫」（USDA-ARS National Program），以提升作物與經濟動物之生產效率與遺傳資源應用，促進農業體系永續性與氣候韌性。透過整合遺傳資源保存、基因體學、代謝體學與分子育種等資料整合，加速優良性狀開發、監測及品種多樣性建立，並推動資料標準化與共享平台，強化遺傳多樣性以促進研究整合與應用。 　　《USDA Science Blueprint 2020 – 2025》進一步提出跨領域整合與科技導向之育種願景。在作物領域，整合基因圖譜、微生物與環境交互模組，應用光譜、感測影像與自動化等高通量表型技術，建立規模化性狀量測機制；同時依循FAIR原則建構數位資料庫，導入人工智慧與機器學習進行性狀預測與決策支援。在動物領域，則導入高通量資料平台，與體學等資料整合，建立複雜性狀預測模型，以提升繁殖力、抗病性與氣候適應能力等目標，因應未來挑戰。 歐盟育種創新布局：跨體學資料整合驅動永續農業與科技轉型 　　歐盟自2018年起，推動多項物種之前瞻計畫，聚焦於基因體註釋與表觀遺傳學應用，結合跨體學與機器學習技術，發展實用性狀預測模型以強化育種決策效能。同時為整合跨物種與跨領域之大數據資源，於2023年啟動EuroFAANG計畫，作為基因型至表型（Genotype-to- Phenotype, G2P）研究之核心樞紐，統籌並標準化各項基因體與表型體資料，促進資料共享與平台互通。此計畫致力於建構開放、科學嚴謹且具永續導向之育種體系，進一步提升歐洲在全球育種研究與國際協作中之影響力。 　　近年更積極推動植物與經濟動物育種創新，強調遺傳資源在氣候調適、糧食安全與永續農業轉型中扮演關鍵角色。為因應遺傳多樣性流失風險，歐盟透過「從農場到餐桌」（Farm to Fork）與「2030生物多樣性策略」等政策，倡議地方遺傳資源與傳統品種之保育與活化，並在2021至2027年之Horizon Europe科研框架下推動逾60 項相關計畫，內容涵蓋氣候韌性作物、有機與地區性育種、豆科作物創新，以及地方品種之經濟與生態價值等領域。 日本「綠色糧食系統戰略」：以數位育種串聯農業全鏈轉型 　　日本農林水產省於《糧食・農業・農村政策白皮書》中提出「綠色糧食系統戰略」，目標於2050年前實現農業淨零排放；透過減少化學農藥與肥料、擴大有機農業與環境友善農業轉型。為加速育種科技創新，啟動「加速綠色品種開發項目」，整合產學研資源，推動農業價值鏈從品種選育、田間管理到加工與消費之全面整合，打造數位育種平台。 　　技術層面以基因體選拔為核心，透過基因型、性狀資料分析以及預測模型，在育種初期即能辨識目標性狀提升育種效率；導入數位感測與高速影像技術，進行非破壞性、即時之表型與生長特徵監測，亦能同步監測根系發育與溫室氣體排放，實現育種與環境監測整合。     　決策支援方面，結合人工智慧建構資料整合平台，具備資料倉儲、查詢與模擬功能，透過歷史資料輔助選拔與配種決策，有效節省人力與時間成本。為克服多物種資料整合挑戰，日本亦推動跨作物資訊平台，使資料得以結構化整合與應用，拓展育種策略至全產業鏈，實現技術與制度創新共進，推動農業永續發展。  　　綜觀美國、歐盟與日本育種發展，各國皆將數位育種視為強化農業體系之重要手段，並依據自身農業條件與需求，發展出全球育種多元且分工互補之發展格局。 各國育種政策與研究重點一覽表 項目 美國 歐盟 日本 因應目標 氣候韌性提生產量 氣候韌性 糧食安全 環境友善 氣候韌性 環境友善 淨零碳排 研究重點方向 跨體學關聯分析研究 高通量表型性狀感測技術 資料管理系統與整合平台 應用機器學習於性狀預測輔助 跨體學資料解析研究 功能性基因體與環境交感研究 高通量表型性狀預測與模型 多物種資料整合與共享機制 基因體與性狀選拔研究應用 非破壞性數位表型感測技術 作物育種數位資訊整合平台 育種決策支援系統 研究領域 農糧、畜產 農糧、畜產、漁業 農糧 　 二、核心關鍵技術三軸並進，強化我國農漁畜育種動能 　　為因應全球農業永續發展挑戰，農業部自114年推動「重要作物及經濟動物數位育種技術實用化計畫」，導入數位科技強化我國育種能量。計畫聚焦農、漁、畜三大領域，選定甘藷、番茄、蝴蝶蘭、白蝦、種豬、種鴨、毛豆、硬質玉米、甜瓜、白菜、水稻、臺灣鯛、紅羽土雞共 13個具代表性經濟物種，進行基因體與表型之體學研究，強化關聯性分析與重要性狀特徵選拔，並藉由整合跨體學數據、歷史選拔資料及環境條件等，建構數位育種平台，提升育種資訊應用與世代經驗傳承，故以「體學資料整合」、「表型調查元件開發」及「育種決策模型驗證與經驗傳承」3大模組為核心（如上圖），透過跨域智慧科技應用協助縮短育種時程並提高成功率，以引領我國育種產業邁向高精準與高效率之願景。  數位育種3大核心技術與研究重點 體學資料整合與應用 　　整合基因體、轉錄體與代謝體等資料，建構標準化跨體學平台，加速多物種性狀關聯分析與潛力材料篩選，結合高通量數據，提升育種效率並降低成本。以種鴨為例，為提升飼料效率相關性狀之選拔與準確性，針對消化器官及肝臟進行基因體、轉錄體與蛋白質體等研究，辨識關鍵候選基因，並透過標準化格式架構與API設計，建構跨體學分 析平台，有助於快速檢索相關商業性狀指標，加速種鴨產業的數位育種與精準管理。 表型調查元件開發與建立 　　為突破傳統育種調查人力限制與誤差問題，計畫開發多尺度影像感測與自動化量測工具，應用於多物種性狀調查，快速取得生長、健康與產量等資料，提升效率並降低表型分析門檻。以硬質玉米為例，運用國家植物表型體分析系統與自動化影像辨識技術，開發可連續且非破壞性掃描之表型性狀調查模式，進行玉米雜交品種於缺氮與缺水雙逆境下根系資訊收集，高效收集大量性狀影像與數據進行基因體關聯分析，同時透過機器深度學習模型，協助篩選植物性狀與耐逆境表現，降低人力成本與數據判讀時間，以提供耐逆境品種選拔之數位育種核心工具。 育種決策模型之驗證與經驗傳承 　　透過大數據資料與機器學習等演算法，建構性狀預測、環境表現預測與歷史選拔等綜合分析模式，導入科學化輔助決策，使選拔過程更具預測性與可重複性，並有助於培養新一代育種專業人才。以水稻為例，整合歷年水稻區域試驗之數據資料，並結合臺灣氣候歷史氣象資訊，運用多環境穩定性分析方法進行解析，針對目標品種之品質與產量性狀，建立多年期不同環境下性狀表現之選育模式，並導入機器學習演算法建構重要性狀選拔模型，建立品種與環境交感作用之性狀表現預測，提升優良品系選拔效率與精準度，以作為水稻選拔決策與經驗傳承之數位育種工具。 三、挑戰與展望：從「選得快」到「育得對」，接軌國際邁向未來 　　數位科技正重塑全球育種研發格局，臺灣亦積極投入其中。然而實務上面臨數據格式不一、育種流程未全面標準化、跨平台數據整合複雜及跨域專業人才供應不足等問題，均為技術落地應用帶來挑戰。 加速高通量與自動化應用落地： 　　導入高通量感測與自動化調查設備，建構具實用價值的應用示範場域，強化現地驗證與技術擴散，提升數位技術實作可行性。 推動橫向系統整合： 　　整合基因體、表型體、環境數據與決策模型，建立資料互通與流程串接機制，促進從「資料收集」向「智慧決策」轉化，加速育種資訊鏈效能。 積極對接國際平台與標準： 　　參照美國USDA與歐盟EuroFAANG等案例，導入資料標準化規範與共享機制，強化臺灣數位育種成果之國際能見度與合作潛力。 建構跨域人才培育體系： 　　建立涵蓋生物科技、資訊工程與育種實務複合式人才培育機制，培養具備數位工具操作與資料解讀能力之次世代育種人才，厚植產業升級基礎。 　　未來，臺灣數位育種將朝向「本土應用彈性」與「國際對接能力」雙軌並進策略，提升研究成果轉化為產業應用效率，推動智慧化、資料共享與具國際競爭力之育種產業，以加速因應氣候變遷與糧食安全挑戰，為我國農業注入創新動能並邁向高效永續新局面。

讓數位生根迎向農業AI新契機 農業科技研究院產業發展中心產業分析組 洪子淵、賴威延丶張明弦 農業科技司黃明雅、楊承叡 前言 　　近年來，人工智慧(Al)已由尖端技術逐步走入大眾視野，成為全球關注核心議題與引領未來發展之關鍵驅動力。然而，真正觸發這波AI浪潮的並非始於技術本身，早在2017年Google發表的Transformer語言模型，雖被視為深度學習領域的重要里程碑，卻未能立刻引發社會大眾的廣泛關注，直至2022年底OpenAI推出具備高度對話能力的 ChatGPT 3.5才真正點燃全球科技社群熱議，引爆人工智慧應用的新時代，也同步催化各產業加速投入AI驅動數位轉型與創新革命。 　　這一波生成式AI的技術突破，不僅重新驅動了產業革命齒輪，更深層地重塑各行各業的生產流程、服務模式與價值創造體系，當然農業領域也不例外，迎向一場關鍵的數位轉型契機。從產能預測、精準施藥、病蟲害智能管理，到風險預警與決策輔助，AI正逐步滲透農業的各項作業流程，重塑嶄新營運模式與技術生態。此趨勢亦反映於市場規模之快速擴張，根據Mordor Intelligence產業報告指出，全球農業AI市場規模預計將於2025年達到25.5億美元，並在2030年成長至70.5億美元，年複合成長率(CAGR)高達22.55%,此一數據顯示農業AI不僅具備高度應用潛力，更正快速發展為下一個引領農業升級的重要產業動能。   技術驅動-展開農業AI升級新圖譜 　　人工智慧技術之精準導入與創新應用，已成為推動農業轉型發展之關鍵引擎，整體而言，AI系統之建構可區分為 3大層次：硬體基礎層、模型開發層與技術應用層，然而，就目前農業領域而言，對於前兩者仍相對陌生，不僅技術門檻高，投入成本亦相當可觀，因此，推動農業AI的初期策略，宜以「技術應用層」為切入點，逐步累積農業資料與經驗，再延伸至專屬模型的之訓練與優化，形塑完整的農業AI生態體系。目前已有多項成熟且具農業落地潛力之AI技術，以下精選5項應用面向，作為推動農業M賦能的核心策略方向： 一、檢索增強生成(RAG) 　　RAG系統結合檢索與生成模型，可即時從農業知識庫中調取相關資訊並生成對應回答，提供具情境理解力的農業諮詢服務。農民僅需以自然語言提問，即可快速獲得作物管理、病蟲害防治、氣候風險短資訊取得時間，亦有效降低生產現場的資訊落差與決策延遲。 二、專家混合模型(MoE) 　　MoE模型可依任務類型動態調用不同專業子模型，實現高效率的資源分配與精準分析，面對病蟲害辨識丶產量預測、土壤管理與市場分析等複雜的農業場景，MoE可提升預測精度與推論速度，實現高度專業化的農業智慧決策輔助，協助經營者做出更有效率的管理判斷。 三、多模態AI 　　多模態AI透過影像、文本與感測數據的整合分析，提供農業場域複雜的需求與判讀能力，從無人機影像、土壤感測資訊與歷史氣候資料的交叉分析，多模態系統可即時偵測作物異常、預測病蟲害發生熱區，並提供視覺化決策建議，有效提升農業場域管理的全面性與即時性。 四、通用人工智慧(AGI, Artificial General Intelligence) 　　AGI擁有跨場域的功用推理與自學能力，未來可望應用於農場管理、資源調配、農產加工到市場行銷等多元場景，具備高度適應性與自主性。AGI可根據未見過的情境自主推演應對策略，協助農業系統面對氣候異變、政策變動與突發事件，實現更高層次的智慧農業治理。 五、知識蒸餾技術 　　知識蒸餾技術可將大型AI模型的知識濃縮至輕量模型，使其更適用於邊緣運算與農業現場部署，在不顯著犧牲性能的情況下，實現AI模型的快速反應與低功耗運行，特別適合農業現場對於即時性、穩定性與低成本的技術需求，加速尖端AI技術的在地化落地與大規模普及。 　　為了更直觀呈現上述所列舉之AI技術於農業多元應用場景中的潛力與適配性，依據各項其核心特性與擅長任務，繪製AI技術於農業應用場景之適用性熱力矩陣圖。     技術驅動-展開農業AI升級新圖譜 　　農業AI技術的真實價值，不僅體現在技術本身，更關鍵的是需透過具體應用場景深化與落地，才能有效解決產業痛點並發揮實質效益，列舉三大農業典型的應用場景做為AI導入的應用方向： 一、農業知識模組應用於生產現場 　　農業生產現場時常面臨田間資訊龐雜、即時管理難度高的挑戰，農民需要快速獲得病蟲害辨識、防治方法與氣候變遷因應等知識，同時即時判斷作物生長狀況與潛在風險，以提升作物品質和產量，相當依賴人力與經驗進行判讀。針對這些需求，採用檢索增強生成 (RAG)與多模態AI等前瞻技術，整合感測器蒐集的田間數據、無人機與衛星影像，以及歷史農業生產管理資料，不僅能即時回應農民現場提問，還能主動分析影像、土壤與氣象資訊，自動提醒農民採取適合的管理措施，協助降低病蟲害風險，實現知識與管理的精準落地。 二、決策支援系統優化農業管理效率 　　農業銷售與經營者在日常管理中，往往需即時整合氣候變化、作物產量、市場行情等大量異質資訊，快速做出精準決策，以因應天氣異常、價格波動等高變動風險挑戰，然而，受限於現場人力資源有限與資訊來源分散，難以有效整合多元資料，導致決策效率與準確度受限。為解決上述管理與決策痛點，可導入專家混合模型(MoE)技術，動態整合多源數據並依實際場景選擇最適合的預測模型，精準掌握多元的訊號，提供即時且具前瞻性的決策建議。冏時，結合知識蒸餾技術將複雜模型濃縮轉化為輕量化版本，使AI模型更適合部署於農業現場，滿足即時性、可靠性與資源友善的應用需求。透過此系統架構，可定期自動產出作物生長分析、市場行情走勢與風險因應策略建議報告，不僅大幅減輕人力負擔與判斷誤差，亦全面提升農業經營的決策效率。 三、AI助理提供政策服務與資源媒合 　　農業經營者在經營過程中，期望能透過各種政策補助、培訓機會與技術資源來減輕負擔，但面對龐雜的政策資訊與繁瑣申請流程，往往難以即時獲取最適合自身需求的支援，資源媒合效率不彰。為解決這一問題，可建構AI驅動的對話式服務系統，串聯農業部現有政策資料庫，讓農民能以自然語言即時查詢政策資訊並獲得資源推薦。透過RAG與通用人工智慧(AGI)等前瞻技術，讓 AI助理可依據農民具體需求，主動推薦最佳補助、培訓或技術方案，未來再結合多模態AI的靈活分析能力，還能精準推播與農民經營相關的新訊息，大幅縮短取得政策與資源支援的時間，全面提升農政服務的效率與可及性。 四、政策引路，打造AI世代的數位根系 　　我國已掌握此波農業轉型契機，積極推動人工智慧於農業領域應用，並延續過往農業跨領域政策所累積之推動能量。自100年智慧農業初步展開，逐步導入物聯網(loT)、數據分析與感測技術等，奠定自動化生產基礎能量，在此基礎上，進一步以農業數位轉型之產業化推動為核心，強化農企業者之數整合、流通與共享機制，並建置「雲市集農業館」服務平台，有效降低農民導入數位工具的技術門檻，目前透過雲市集農業館所提供的SaaS服務，已累績超過4千案以上農民參與，數位涵蓋率已遍及全國89％鄉鎮區域，顯示數位普及成效顯著。透過智慧農業技術的持續導入，以及雲世代數位工具的廣泛應用，我國農業已逐步建構出穩健紮實的「數未根系」，不僅提升產業體質與應變韌性，也為下一階段AI賦能農業之全面發展，奠定堅實而深厚基礎。為整合農業多元化樣態與複雜需求，農業部規劃建構以「一站式AI服務平台」為核心的系統架構，全面導入生成式與判別式AI模型，並應用檢索增強生成技術(Retrieval-Augmented Generation, RAG)'發展病蟲害智能辨識與精準防疫預警模組，此平台將整合作物生長管理資訊、產銷流通資料與氣象風險訊號，提供具情境脈絡的客製化防治建議與即時決策輔助服務。平台將建構三大功能支柱，分別為：「農民田間防治智慧服務」、「大空間植物防疫預警體系」及「農民生產作業紀錄資訊庫」，三位一體串聯運作，形成具高度彈性與擴充性的AI解決方案，全面革新傳統農業營運模式，快速推動AI技術在農業場域的落地應用，加速跨領域整合突破，引領臺灣農業邁向智慧化升級之新時代。 邁向農業AI的共生未來　 　　儘管農業AI發展潛力巨大，然其推動過程仍面臨諸多挑戰，包括農業資料呈現高度碎裂且格式不一致、缺乏針對性與高精度的農業專屬AI模組、數位與 AI人才嚴重短缺，以及資料共享法制尚未完備，特別是在隱私保護、資安管理與跨部門資料調用等面向，仍需建立更為明確的規範與配套機制，這些因素皆後續推動農業AI應用的重要門檻與風險考量。然而，即便面對挑戰，農業AI的未來仍極具潛力與戰略價值，為加速農業AI的落地應用與永續發展，未來應聚焦於四大核心推動方向，作為農業數位轉型與智慧升級的行動指引： 一、推動資料整合與共享生態系 　　持續完善農業資 料庫建設與標準化，建構開放且安全的數據共享平台，讓農業數據能跨部門、跨領域順利流通，奠定AI模型訓練與應用的基礎能量。 二、發展農業專屬AI建構 　　農業具有高度專業性與語境特性，須針對我國氣候、作物與產業結構進行在地化AI模型開發，使其理解專業語彙與場域需求，強化實地應用效能，提升本土適應性與操作價值。 三、強化跨域人才與創新鏈結 　　積極培育具備資訊、農業、政策等跨域整合能力之專業人才，建立產官學研協作機制，促進技術驗證、知識轉移與場域落地，提升農業數位整體競爭力。 四、完備法規及數據安全框架　 　　加速推動農業AI相關法規與標準制度建構，強化資料隱私保護與資安治理，建構安全合規的應用環境，有效降低農民對於導入AI技術的疑慮與風險感知。未來4年，將是我國農業AI轉型的關鍵節點，唯有結合產官學研的整合能量、推動跨域人才培育與創新鏈結，才能建立具韌性的農業AI生態系，促成技術與產業的深度融合，更重要的是，AI的導入不應被視為取代農民的工具，而應定位為農業智慧轉型的協力者，協助農民提升經營效率、強化決策精準度與市場競爭力，最終實現人機共融、智慧共生的農業新典範。   參考資料 World Economic Forum. (2024). Agri.DPI . World Economic Forum. Retrieved from https://initiatives. weforum.org/ai4ai/custom-3  World Economic Forum. (2024). Al for Agriculture Innovation (Al4AI). World Economic Forum. Retrieved from https://initiatives.weforum.org/ai4ai/home  Al in Agriculture Market Size & Share Analysis - Growth Trends & Forecasts (2025 - 2030) Source: https://www.mordorintelligence.com/industry-reports/ai-in­agriculture-market  Global Digital Agriculture Market Size, Share, and Trends Analysis Report - Industry Overview and Forecast to 2032 Source: https://www.databridgemarketresearch.com/reports/ global-digital-agriculture-market  農業X Al日本智慧農業應用技術精選範例(2024),農業科技決策資訊平臺。 智慧農業技術及其應用文獻回顧(2024),農業部農業科技專案計畫服務網。 The Application of Retrieval-Augmented Generation in Agriculture (2024)  Ai, & LLMs in Farming. What is Retrieval-Augmented Generation ? (2024) Prompted and edited by Greg Walters, the Cornell University report, RAG vs Fine­tuning: Pipelines, Tradeoffs, and a Case Study on Agriculture

前瞻分析方法學介紹 ：分析與詮釋 農業科技研究院產業發展中心產業分析組 林冠傑、余松諺 　　在當今資訊爆炸的時代，我們每天面對大量數據、多元觀點和複雜問題，豐富的資訊碎片帶來的並非安心感，反而讓人感到無所適從。組織和個人如何從紛雜的資訊中萃取有價值的洞見，辨識真正重要的訊息，並做出明智決策已成為現代社會的關鍵挑戰。無論是政府部門制定長期政策、企業調整營運策略、學術界探索研究方向，還是個人規劃職涯發展，都需要有系統的思考工具來解析複雜情境、評估可能選項，並產生有建設性的行動方案。 　　本文介紹的八種分析與詮釋方法，正是回應這一普遍需求的實用工具箱。這些方法不僅能協助我們梳理資訊，更能啟發思考、挑戰既有認知框架，進而發現問題背後的深層結構和潛在機會。透過掌握這些分析工具，決策者能夠在不確定性日益增加的環境中，建立更有條理的思考過程，避免直覺決策的陷阱，同時保持策略的前瞻性與彈性。 　　本文簡介八種分析與詮釋方法：未來三角分析、因果層次分析、SWOT分析、意義建構、文獻回顧、趨勢外推法、標竿研究法、趨勢分析法。每種方法皆有其目的、步驟和應用時需注意的關鍵事項。透過理解這些方法，研究者和實務工作者能夠更全面地掌握複雜議題，進而做出更為周延的判斷與決策。本文將分別簡介這八種方法的核心概念，期望能為讀者提供一個系統性的分析工具箱，以應對各種研究與決策挑戰。   表一、未來三角分析、 因果層次分析、 SWOT分析 和意義建構的目的與優、缺點 方法 未來三角分析 因果層次分析 SWOT分析 意義建構 目的 透過分析推力、拉力和阻力的交互作用，探索和理解多元可能的未來路徑。 透過四個層面解構議題，揭開表象、深入理解問題根本組成並探索未來願景。 識別組織或策略的內部優劣勢和外部機會威脅，形成潛在戰略計畫的核心。 從經驗中提取洞見、促進學習並創造意義，理解複雜或模糊的事件。 優點 提供清晰框架分析現在趨勢、未來願景與歷史慣性，幫助識別需強化或克服的力量。 層層深入分析有助於從根本上理解複雜議題，促進深度思考和系統性變革。 結構簡單易用，有助於全面考量內部能力和外部環境，為策略規劃提供起點。 匯集多元視角和洞見，有助於探索背後假設和邏輯，形成行動建議及決策指引。 缺點 因素增多時複雜性提高，三角形頂點定義模糊，且主要展示當前狀態而非預測未來。 層次容易混淆，過度強調認知過程，參與者難以跳脫自身觀點理解他人視角。 過於靜態，結果籠統缺乏優先順序，主觀性強，難以用於實際決策。 概念定義模糊、操作流程不明確，側重回顧性分析而忽略前瞻性應用。   表二、文獻回顧、趨勢外推法、標竿研究法和趨勢分析法的目的與優、缺點 方法 文獻回顧 趨勢外推法 標竿研究法 趨勢分析法 目的 系統性爬梳整合既有知識，指引研究方向並提升決策品質。 透過分析歷史數據中的技術變化模式，將這些模式延伸至未來進行預測。 尋找和採用同領域最佳實踐，應用於自身組織以實現卓越績效。 探索全球變革力量對政策領域影響，理解這些力量的動態並探索機會和風險。 優點 根據不同目的採用不同類型和方法學系統性整合。 基於實際數據，提供量化預測，適用於有足夠歷史資料的領域。 提供明確改進方向，促進組織學習，避免重複他人錯誤的嘗試。 創建強大的變革語言，確保政策考慮當前可見的重要變革力量。 缺點 方法學不當可能導致偏見，選擇不合適回顧類型會無法達預期目標。 假設過去模式將延續至未來，難以捕捉突破性變化，新技術預測不可靠。 易流於表面比較而非深入學習，若企業文化不支持變革則效果有限。 趨勢定義常不明確，過於著重掃描監測，難以處理模糊的弱信號。   一、未來三角分析(Futures Triangle) 　　未來三角分析的目的是透過檢視未來願景的吸引力(拉力)、當前趨勢的推動力(推力)和歷史慣性的包袱，幫助我們理解和探索多元可能的未來路徑；操作步驟包括：首先確認議題，接著分析三力。推力如人口結構變化和科技進步，拉力如理想中的未來景象和創新突破，阻力如既有制度和文化傳統，其中推動力與拉力共同促進改變和創新，阻力則提供穩定性和連續性，需要識別哪些力量需要強化或克服。從這三股力量的相互作用中，衍生出五種變革程度：趨近理想未來的激進變化（徹底轉型）、適應性變化（中度調整）、邊際變化（小幅改進），到無變化（維持現狀）和回到想像中理想過去（倒退願望），幫助規劃者掌握塑造未來的各種力量及其相互作用如何創造不同的變革可能性，亦可作為規劃短中長期策略的指引。 　　此法之問題和限制為：首先是隨著因子增多，複雜性提高，三角形的各個頂點會變得模糊，例如全球化同時可以是現在的推力、過去的重量和未來的拉力；其次，需要明確區分這三個頂點的標準，文獻建議將"現在的推力"以定量呈現，"未來的拉力"著重於視覺形象呈現，而"歷史重量"則以定性呈現為佳；第三，在應用過程中對於應該使用哪種未來形象，導致方法從單一三角形擴展為多個三角形；第四，未來三角分析主要用於繪製或表現當前系統的狀態和力量關係，其無法有效考慮新興問題和弱信號。 二、因果層次分析(Causal Layered Analysis) 　　因果層次分析旨在藉由四個層面解構議題，協助揭開表象、深入理解問題的根本組成和潛在敘事，並探索改變的可能性與重新建構未來願景。其操作步驟包括：首先確認議題，識別表象層中的事件、現象、問題和統計數字；接著分析系統原因層，探究社會、經濟、環境、科技等系統因素如何導致表象層問題；然後深入世界觀與隱喻層，探索形塑系統的深層思維模式、價值觀和文化象徵；最後透過深層重構概念來重新建構敘事層，以創造嶄新的未來可能想像。這個方法透過層層深入分析，有助於從根本上理解和轉化複雜議題。 　　因果層次分析(CLA)的主要問題與缺點包括：層次混淆（特別是第三層世界觀與第四層隱喻容易被混淆）；報告順序不當（未能由表層向下深入分析）；過度強調認知過程而忽略實際應用；世界觀盲點（參與者難以跳脫自身觀點理解他人視角）；以及引導者職業性危害（過度解釋或擺出專家姿態）。CLA實施時常見的其他缺點還包括：參與者過度沉浸於數據中而失去洞察力；缺乏對不同立場的真正理解與尊重；以及無法將複雜分析結果轉化為簡潔有力的政策或策略建議。這些問題若不妥善處理，會導致CLA淪為填表格式的表面工作，無法發揮其促進深度思考和系統性變革的潛力。 三、SWOT分析(SWOT Analysis) 　　SWOT分析是一種識別政策、問題或事件相關優勢(Strengths)、劣勢(Weaknesses)、機會(Opportunities)和威脅(Threats)的實用技術，其中優勢和劣勢是反映當前能力的內部因素，而機會和威脅則是需要回應的外部因素。SWOT分析的目的包括識別政策或策略的優先事項、長期可能出現的挑戰和機會、探索如何連接未來與當前情況，以及獲取更清晰的不確定性認識。實施SWOT分析通常透過四個步驟：1)工作坊前的簡報準備，確保參與者熟悉相關資料和工作環境；2)分析內部因素，評估與目標相關的優勢和劣勢，考慮人員、預算、技術、地理等資源因素；3)分析外部因素，識別經濟形勢、新技術、人口統計和社會態度變化、環境變化和政治環境可能帶來的機會和威脅；4)確定相互關係，尋找能幫助把握機會的優勢、可用於減輕威脅的優勢、可能限制機會的劣勢，以及使威脅更具挑戰性的劣勢。這一分析結果可以形成潛在戰略計畫的核心，或作為情景練習的輸入。 　　SWOT分析過於靜態，僅提供特定時間點的快照，無法捕捉動態變化的環境；分析結果往往過於籠統且缺乏優先順序，難以用於實際決策；因主觀性導致分類困難，同一因素可能同時是優勢也是劣勢；缺乏與競爭對手的量化比較；通常僅關注當前而非未來狀況；組織文化可能導致分析資訊不可靠；過度強調單一維度的策略而忽視其他因素；很少在組織層級以下部署，可能導致對所有業務單位採用相同策略的風險。這些限制使SWOT分析只能作為策略規劃的起點，而非完整的分析工具。 四、意義建構(Sensemaking) 　　意義建構的目的是從經驗中提取洞見、促進學習並創造意義，藉此理解和詮釋複雜、模糊或令人困惑的事件。其操作方法首先確認所欲分享之經驗主軸，可利用5W1H為基礎闡述選別的問題和應對方式，從中歸納經驗、建立洞見和互相學習，內容涵蓋參與人士、地點、時間、當下解決方法、思考方式、所需資源及未來改進方法等，並透過共享經驗、分享理解、刺激發想新對策，從不同角度、文化、經濟背景、學經歷、種族、性別等獲得多元視角和洞見，同時探索背後的假設和邏輯，辨識潛在因果關係，總結經驗、結構化方法應用、形成行動建議及建立決策指引。 　　意義建構理論的主要缺點在於其概念定義模糊、缺乏共識，操作流程較不明確。此外，傳統上此方法較側重於回顧性意義建構，而忽略前瞻性應用。同時，該理論也忽視了制度和知識背景的影響，這些問題共同限制了該理論在組織行為、技術整合和策略發展等實際應用領域的有效性。 五、文獻回顧(Literature Review) 　　文獻回顧在學術研究中扮演關鍵角色，它不僅是科學知識累積過程的重要環節，也是面對急速成長的文獻體量時不可或缺的工具。文獻回顧主要有六個步驟：1)明確研究問題和目標；2)搜尋相關文獻；3)篩選納入文獻；4)評估主要研究的品質；5)提取數據；6)分析數據。根據不同目的和方法，文獻回顧可分為多種類型：敘述性回顧、系統性回顧、範圍界定回顧、集合性回顧(包括系統性回顧和元分析)和批判性回顧等。各類型回顧針對不同研究問題，採用不同的方法學嚴謹度和系統性。 　　文獻回顧的主要問題和限制在於方法學上的缺陷和偏見。例如，敘述性回顧缺乏明確的納入標準和系統性方法，可能導致選擇性忽視某些研究而產生偏見性解釋。系統性回顧雖然方法嚴謹，但若執行不當則可能出現方法學缺陷，如搜尋策略不全面、品質評估不嚴謹等，影響其內部效度和臨床決策參考價值。另外，不同類型的回顧適用於不同目的，選擇不當的回顧類型可能無法達到預期目標。因此，在開始文獻回顧專案前，了解研究綜合的目的並選擇最適合的方法學至關重要。 六、趨勢外推法(Trend Extrapolation) 　　趨勢外推法在技術預測領域是一種廣泛使用的定量方法。它的主要目的是透過分析歷史數據中的技術變化模式，然後將這些模式延伸到未來以進行預測。這種方法首先使用曲線擬合來導出最適合給定歷史數據點集的趨勢線或曲線，然後將結果線或曲線外推到未來以生成預測。預測成功在很大程度上取決於選擇合適的擬合曲線類型，如S形曲線、指數增長曲線、時間序列模型等。 　　趨勢外推法的問題和局限性為其假設過去的模式將繼續延續到未來，這在技術創新和市場變化快速的環境中可能不成立。其次，對於較新的技術，可用的歷史數據可能有限，使預測不太可靠。此外，傳統的趨勢外推方法通常無法捕捉到技術發展中的突破性變化或範式轉移。研究表明，不同的趨勢外推方法在不同技術領域的表現各異，沒有一種方法在所有情況下都優於其他方法，這凸顯了選擇適合特定預測背景的方法的重要性。 七、標竿研究(Benchmarking) 　　標竿研究的根本目的是尋找和採用相同領域其他企業或機構之最佳實踐，進而應用於自身組織以實現卓越績效。其執行過程首先需確立明確的研究範圍與目標，接著深入研究現狀並收集相關資料，然後找出潛在的標竿對象並向他們學習，繼而分析自身與最佳實踐間的績效差距，進而制定改進計畫並付諸實施，最後持續監控進度並適時重新校準標準。 　　實施標竿研究時常見的挑戰包括缺乏清晰的方法論指導、相關人員培訓不足、忽視全面的成本效益分析，以及對最佳實踐的理解停留在表面層次。標竿研究若運用不當也存在顯著缺點：當組織僅關注表面比較而非深入學習時，可能導致創新思維不足；若企業文化不支持變革與學習，實施效果將大打折扣；若缺乏高層管理者的支持與承諾，則難以獲得足夠資源推動整個過程。 八、趨勢分析(Trend Analysis) 　　為一種探索全球變革力量對政策領域、策略和決策影響的方法，其透過識別和分析長期的全球性趨勢來幫助理解這些力量的動態並探索它們帶來的機會和風險。這些趨勢常具有長期持續性、多維度影響、變革性本質和可觀察性等特徵。進行趨勢分析的主要步驟包括：首先，利用STEEP等框架、視野掃描和驅動因子分析收集對政策領域有高影響的變革驅動因素，並將它們分組成六個或更少的集群；其次，概念化這些趨勢，描述每個集群的總體變革模式或最重要的底層或交叉驅動因素；第三，將趨勢列表與其他趨勢集進行對比以檢查是否有重要遺漏；最後，分析這些趨勢對焦點政策領域的影響，探討它們單獨或共同如何影響政策領域，評估其重要性和相關性，考慮國家層面的影響，確定風險、機遇和可能的影響，以及考慮如何使政策更具適應性和彈性。這一過程有助於創建強大的變革語言，確保政策考慮到當前可見的最重要的變革力量。 　　趨勢分析的問題在於趨勢之定義常不明確，傳統趨勢分析過於著重掃描和監測，使預測淪為被動反應，缺乏對趨勢驅動和阻礙因素的深入探討。而量化的統計趨勢分析亦不適用於處理模糊的弱信號，因其不夠具體且資訊過少。此外，長期趨勢的量化分析難度高，限制了趨勢分析在策略規劃中的應用價值。 九、結語 　　綜觀這八種分析與詮釋方法，可以看到各方法從不同角度切入複雜問題，提供了多元視角與系統化工具。在知識爆炸的時代，單一方法往往難以全面掌握多變的情勢與挑戰。因此，研究者與決策者應靈活運用這些方法，依據問題特性選擇合適工具或整合多種方法，以彌補單一方法的侷限。透過方法的交叉運用與互補，能更全面地理解問題本質、掌握發展趨勢、預測可能未來，進而制定更具前瞻性與韌性的策略，做出更明智且具前瞻性的決策。   參考資料 Abdullah, N. A. 2023. The Use and Usefulness of The Futures Triangle. World Futures Rev., 15(2-4):133-145. Government Office for Science. 2024. The Futures Toolkit . Gürel, E. and Tat, M. 2017. SWOT Analysis: A Theoretical Review. Uluslararası Sos. Araş. Derg./J. Int. Soc. Res., 10(51):994-1006. Inayatullah, S. 2019. Causal Layered Analysis: A Four-Level Approach to Alternative Futures Relevance and Use in Foresight. Futuribles International. Paris. Inayatullah, S. 2023. The Futures Triangle: Origins and Iterations. World Futures Review, 15(1):1-10. Jarrar, Y. F. and Zairi, M. 2001. Future trends in benchmarking for competitive advantage: A global survey. Total Qual. Manag., 12(7&8):906-912. Knowles, K., Falez, A., Hashmi, F., Permezel, M., Tobal, A., Verma, P., Stanley, D., Young, R.,and Cooper, O. 2024. Policy Fit for the Future. Australia. Kumar, S. C. R. and Praveena, K. B. 2023. SWOT analysis. Int. J. Adv. Res., 11(09):744-748. Mann, R. 2015. Benchmarking Past, Present and Future. Centre for Organisational Excellence Research. New Zealand. Namvar, M., Cybulski, J., Phang, C., Wee, C., and Tan, K. 2018. Simplifying sensemaking: Concept, process, strengths, shortcomings, and ways forward for information systems in contemporary business environments. Australas. J. Inf. Syst., 22:1-10. Paré, G. and Kitsiou, S. 2017. Methods for Literature Reviews. In: Lau, F. and Kuziemsky, C., eds. Handb. eHealth Eval.: Evid.-based Approach [Internet]. Victoria (BC): University of Victoria; Chapter 9. Saghafi, F., Aliahmadi, A., and Mohammad, A. 2009. Trend Mutual Effects Analysis Methodology for Strategy Configuration and Foresight. World Appl. Sci. J., 6(9):1274-1280. Sandberg, J. and Tsoukas, H. 2014. Making sense of the sensemaking perspective: Its constituents, limitations, and opportunities for further development. J. Organiz. Behav., 35:1-19. Schwarz, J. O. 2010. Normality of the future: Trend diagnosis for strategic foresight. Futures, 42(4):313-327. Snyder, H. 2019. Literature review as a research methodology: An overview and guidelines. J. Bus. Res., 104:333-339. Tsai, P.-H., Berleant, D., Segall, R. S., Aboudja, H., Batthula, V. J. R., Duggiirala, S., and Howell, M. 2023. Quantitative technology forecasting: a review of trend extrapolation methods. Int. J. Innov. Technol. Manag., 20(4):2330002. UNDP. 2021. Preparing to run a sensemaking workshop: What is it, why do it, how to prepare for it? [Online].Available at: https://www.uninnovation.network/innovation-toolkit (Accessed: 9 April 2025). UNDP. 2022. UNDP RBAP: Foresight Playbook. New York.

前瞻分析方法學介紹 ：分析與詮釋 農業科技研究院產業發展中心產業分析組 林冠傑、余松諺 　　在當今資訊爆炸的時代，我們每天面對大量數據、多元觀點和複雜問題，豐富的資訊碎片帶來的並非安心感，反而讓人感到無所適從。組織和個人如何從紛雜的資訊中萃取有價值的洞見，辨識真正重要的訊息，並做出明智決策已成為現代社會的關鍵挑戰。無論是政府部門制定長期政策、企業調整營運策略、學術界探索研究方向，還是個人規劃職涯發展，都需要有系統的思考工具來解析複雜情境、評估可能選項，並產生有建設性的行動方案。 　　本文介紹的八種分析與詮釋方法，正是回應這一普遍需求的實用工具箱。這些方法不僅能協助我們梳理資訊，更能啟發思考、挑戰既有認知框架，進而發現問題背後的深層結構和潛在機會。透過掌握這些分析工具，決策者能夠在不確定性日益增加的環境中，建立更有條理的思考過程，避免直覺決策的陷阱，同時保持策略的前瞻性與彈性。 　　本文簡介八種分析與詮釋方法：未來三角分析、因果層次分析、SWOT分析、意義建構、文獻回顧、趨勢外推法、標竿研究法、趨勢分析法。每種方法皆有其目的、步驟和應用時需注意的關鍵事項。透過理解這些方法，研究者和實務工作者能夠更全面地掌握複雜議題，進而做出更為周延的判斷與決策。本文將分別簡介這八種方法的核心概念，期望能為讀者提供一個系統性的分析工具箱，以應對各種研究與決策挑戰。   表一、未來三角分析、 因果層次分析、 SWOT分析 和意義建構的目的與優、缺點 方法 未來三角分析 因果層次分析 SWOT分析 意義建構 目的 透過分析推力、拉力和阻力的交互作用，探索和理解多元可能的未來路徑。 透過四個層面解構議題，揭開表象、深入理解問題根本組成並探索未來願景。 識別組織或策略的內部優劣勢和外部機會威脅，形成潛在戰略計畫的核心。 從經驗中提取洞見、促進學習並創造意義，理解複雜或模糊的事件。 優點 提供清晰框架分析現在趨勢、未來願景與歷史慣性，幫助識別需強化或克服的力量。 層層深入分析有助於從根本上理解複雜議題，促進深度思考和系統性變革。 結構簡單易用，有助於全面考量內部能力和外部環境，為策略規劃提供起點。 匯集多元視角和洞見，有助於探索背後假設和邏輯，形成行動建議及決策指引。 缺點 因素增多時複雜性提高，三角形頂點定義模糊，且主要展示當前狀態而非預測未來。 層次容易混淆，過度強調認知過程，參與者難以跳脫自身觀點理解他人視角。 過於靜態，結果籠統缺乏優先順序，主觀性強，難以用於實際決策。 概念定義模糊、操作流程不明確，側重回顧性分析而忽略前瞻性應用。   表二、文獻回顧、趨勢外推法、標竿研究法和趨勢分析法的目的與優、缺點 方法 文獻回顧 趨勢外推法 標竿研究法 趨勢分析法 目的 系統性爬梳整合既有知識，指引研究方向並提升決策品質。 透過分析歷史數據中的技術變化模式，將這些模式延伸至未來進行預測。 尋找和採用同領域最佳實踐，應用於自身組織以實現卓越績效。 探索全球變革力量對政策領域影響，理解這些力量的動態並探索機會和風險。 優點 根據不同目的採用不同類型和方法學系統性整合。 基於實際數據，提供量化預測，適用於有足夠歷史資料的領域。 提供明確改進方向，促進組織學習，避免重複他人錯誤的嘗試。 創建強大的變革語言，確保政策考慮當前可見的重要變革力量。 缺點 方法學不當可能導致偏見，選擇不合適回顧類型會無法達預期目標。 假設過去模式將延續至未來，難以捕捉突破性變化，新技術預測不可靠。 易流於表面比較而非深入學習，若企業文化不支持變革則效果有限。 趨勢定義常不明確，過於著重掃描監測，難以處理模糊的弱信號。   一、未來三角分析(Futures Triangle) 　　未來三角分析的目的是透過檢視未來願景的吸引力(拉力)、當前趨勢的推動力(推力)和歷史慣性的包袱，幫助我們理解和探索多元可能的未來路徑；操作步驟包括：首先確認議題，接著分析三力。推力如人口結構變化和科技進步，拉力如理想中的未來景象和創新突破，阻力如既有制度和文化傳統，其中推動力與拉力共同促進改變和創新，阻力則提供穩定性和連續性，需要識別哪些力量需要強化或克服。從這三股力量的相互作用中，衍生出五種變革程度：趨近理想未來的激進變化（徹底轉型）、適應性變化（中度調整）、邊際變化（小幅改進），到無變化（維持現狀）和回到想像中理想過去（倒退願望），幫助規劃者掌握塑造未來的各種力量及其相互作用如何創造不同的變革可能性，亦可作為規劃短中長期策略的指引。 　　此法之問題和限制為：首先是隨著因子增多，複雜性提高，三角形的各個頂點會變得模糊，例如全球化同時可以是現在的推力、過去的重量和未來的拉力；其次，需要明確區分這三個頂點的標準，文獻建議將"現在的推力"以定量呈現，"未來的拉力"著重於視覺形象呈現，而"歷史重量"則以定性呈現為佳；第三，在應用過程中對於應該使用哪種未來形象，導致方法從單一三角形擴展為多個三角形；第四，未來三角分析主要用於繪製或表現當前系統的狀態和力量關係，其無法有效考慮新興問題和弱信號。 二、因果層次分析(Causal Layered Analysis) 　　因果層次分析旨在藉由四個層面解構議題，協助揭開表象、深入理解問題的根本組成和潛在敘事，並探索改變的可能性與重新建構未來願景。其操作步驟包括：首先確認議題，識別表象層中的事件、現象、問題和統計數字；接著分析系統原因層，探究社會、經濟、環境、科技等系統因素如何導致表象層問題；然後深入世界觀與隱喻層，探索形塑系統的深層思維模式、價值觀和文化象徵；最後透過深層重構概念來重新建構敘事層，以創造嶄新的未來可能想像。這個方法透過層層深入分析，有助於從根本上理解和轉化複雜議題。 　　因果層次分析(CLA)的主要問題與缺點包括：層次混淆（特別是第三層世界觀與第四層隱喻容易被混淆）；報告順序不當（未能由表層向下深入分析）；過度強調認知過程而忽略實際應用；世界觀盲點（參與者難以跳脫自身觀點理解他人視角）；以及引導者職業性危害（過度解釋或擺出專家姿態）。CLA實施時常見的其他缺點還包括：參與者過度沉浸於數據中而失去洞察力；缺乏對不同立場的真正理解與尊重；以及無法將複雜分析結果轉化為簡潔有力的政策或策略建議。這些問題若不妥善處理，會導致CLA淪為填表格式的表面工作，無法發揮其促進深度思考和系統性變革的潛力。 三、SWOT分析(SWOT Analysis) 　　SWOT分析是一種識別政策、問題或事件相關優勢(Strengths)、劣勢(Weaknesses)、機會(Opportunities)和威脅(Threats)的實用技術，其中優勢和劣勢是反映當前能力的內部因素，而機會和威脅則是需要回應的外部因素。SWOT分析的目的包括識別政策或策略的優先事項、長期可能出現的挑戰和機會、探索如何連接未來與當前情況，以及獲取更清晰的不確定性認識。實施SWOT分析通常透過四個步驟：1)工作坊前的簡報準備，確保參與者熟悉相關資料和工作環境；2)分析內部因素，評估與目標相關的優勢和劣勢，考慮人員、預算、技術、地理等資源因素；3)分析外部因素，識別經濟形勢、新技術、人口統計和社會態度變化、環境變化和政治環境可能帶來的機會和威脅；4)確定相互關係，尋找能幫助把握機會的優勢、可用於減輕威脅的優勢、可能限制機會的劣勢，以及使威脅更具挑戰性的劣勢。這一分析結果可以形成潛在戰略計畫的核心，或作為情景練習的輸入。 　　SWOT分析過於靜態，僅提供特定時間點的快照，無法捕捉動態變化的環境；分析結果往往過於籠統且缺乏優先順序，難以用於實際決策；因主觀性導致分類困難，同一因素可能同時是優勢也是劣勢；缺乏與競爭對手的量化比較；通常僅關注當前而非未來狀況；組織文化可能導致分析資訊不可靠；過度強調單一維度的策略而忽視其他因素；很少在組織層級以下部署，可能導致對所有業務單位採用相同策略的風險。這些限制使SWOT分析只能作為策略規劃的起點，而非完整的分析工具。 四、意義建構(Sensemaking) 　　意義建構的目的是從經驗中提取洞見、促進學習並創造意義，藉此理解和詮釋複雜、模糊或令人困惑的事件。其操作方法首先確認所欲分享之經驗主軸，可利用5W1H為基礎闡述選別的問題和應對方式，從中歸納經驗、建立洞見和互相學習，內容涵蓋參與人士、地點、時間、當下解決方法、思考方式、所需資源及未來改進方法等，並透過共享經驗、分享理解、刺激發想新對策，從不同角度、文化、經濟背景、學經歷、種族、性別等獲得多元視角和洞見，同時探索背後的假設和邏輯，辨識潛在因果關係，總結經驗、結構化方法應用、形成行動建議及建立決策指引。 　　意義建構理論的主要缺點在於其概念定義模糊、缺乏共識，操作流程較不明確。此外，傳統上此方法較側重於回顧性意義建構，而忽略前瞻性應用。同時，該理論也忽視了制度和知識背景的影響，這些問題共同限制了該理論在組織行為、技術整合和策略發展等實際應用領域的有效性。 五、文獻回顧(Literature Review) 　　文獻回顧在學術研究中扮演關鍵角色，它不僅是科學知識累積過程的重要環節，也是面對急速成長的文獻體量時不可或缺的工具。文獻回顧主要有六個步驟：1)明確研究問題和目標；2)搜尋相關文獻；3)篩選納入文獻；4)評估主要研究的品質；5)提取數據；6)分析數據。根據不同目的和方法，文獻回顧可分為多種類型：敘述性回顧、系統性回顧、範圍界定回顧、集合性回顧(包括系統性回顧和元分析)和批判性回顧等。各類型回顧針對不同研究問題，採用不同的方法學嚴謹度和系統性。 　　文獻回顧的主要問題和限制在於方法學上的缺陷和偏見。例如，敘述性回顧缺乏明確的納入標準和系統性方法，可能導致選擇性忽視某些研究而產生偏見性解釋。系統性回顧雖然方法嚴謹，但若執行不當則可能出現方法學缺陷，如搜尋策略不全面、品質評估不嚴謹等，影響其內部效度和臨床決策參考價值。另外，不同類型的回顧適用於不同目的，選擇不當的回顧類型可能無法達到預期目標。因此，在開始文獻回顧專案前，了解研究綜合的目的並選擇最適合的方法學至關重要。 六、趨勢外推法(Trend Extrapolation) 　　趨勢外推法在技術預測領域是一種廣泛使用的定量方法。它的主要目的是透過分析歷史數據中的技術變化模式，然後將這些模式延伸到未來以進行預測。這種方法首先使用曲線擬合來導出最適合給定歷史數據點集的趨勢線或曲線，然後將結果線或曲線外推到未來以生成預測。預測成功在很大程度上取決於選擇合適的擬合曲線類型，如S形曲線、指數增長曲線、時間序列模型等。 　　趨勢外推法的問題和局限性為其假設過去的模式將繼續延續到未來，這在技術創新和市場變化快速的環境中可能不成立。其次，對於較新的技術，可用的歷史數據可能有限，使預測不太可靠。此外，傳統的趨勢外推方法通常無法捕捉到技術發展中的突破性變化或範式轉移。研究表明，不同的趨勢外推方法在不同技術領域的表現各異，沒有一種方法在所有情況下都優於其他方法，這凸顯了選擇適合特定預測背景的方法的重要性。 七、標竿研究(Benchmarking) 　　標竿研究的根本目的是尋找和採用相同領域其他企業或機構之最佳實踐，進而應用於自身組織以實現卓越績效。其執行過程首先需確立明確的研究範圍與目標，接著深入研究現狀並收集相關資料，然後找出潛在的標竿對象並向他們學習，繼而分析自身與最佳實踐間的績效差距，進而制定改進計畫並付諸實施，最後持續監控進度並適時重新校準標準。 　　實施標竿研究時常見的挑戰包括缺乏清晰的方法論指導、相關人員培訓不足、忽視全面的成本效益分析，以及對最佳實踐的理解停留在表面層次。標竿研究若運用不當也存在顯著缺點：當組織僅關注表面比較而非深入學習時，可能導致創新思維不足；若企業文化不支持變革與學習，實施效果將大打折扣；若缺乏高層管理者的支持與承諾，則難以獲得足夠資源推動整個過程。 八、趨勢分析(Trend Analysis) 　　為一種探索全球變革力量對政策領域、策略和決策影響的方法，其透過識別和分析長期的全球性趨勢來幫助理解這些力量的動態並探索它們帶來的機會和風險。這些趨勢常具有長期持續性、多維度影響、變革性本質和可觀察性等特徵。進行趨勢分析的主要步驟包括：首先，利用STEEP等框架、視野掃描和驅動因子分析收集對政策領域有高影響的變革驅動因素，並將它們分組成六個或更少的集群；其次，概念化這些趨勢，描述每個集群的總體變革模式或最重要的底層或交叉驅動因素；第三，將趨勢列表與其他趨勢集進行對比以檢查是否有重要遺漏；最後，分析這些趨勢對焦點政策領域的影響，探討它們單獨或共同如何影響政策領域，評估其重要性和相關性，考慮國家層面的影響，確定風險、機遇和可能的影響，以及考慮如何使政策更具適應性和彈性。這一過程有助於創建強大的變革語言，確保政策考慮到當前可見的最重要的變革力量。 　　趨勢分析的問題在於趨勢之定義常不明確，傳統趨勢分析過於著重掃描和監測，使預測淪為被動反應，缺乏對趨勢驅動和阻礙因素的深入探討。而量化的統計趨勢分析亦不適用於處理模糊的弱信號，因其不夠具體且資訊過少。此外，長期趨勢的量化分析難度高，限制了趨勢分析在策略規劃中的應用價值。 九、結語 　　綜觀這八種分析與詮釋方法，可以看到各方法從不同角度切入複雜問題，提供了多元視角與系統化工具。在知識爆炸的時代，單一方法往往難以全面掌握多變的情勢與挑戰。因此，研究者與決策者應靈活運用這些方法，依據問題特性選擇合適工具或整合多種方法，以彌補單一方法的侷限。透過方法的交叉運用與互補，能更全面地理解問題本質、掌握發展趨勢、預測可能未來，進而制定更具前瞻性與韌性的策略，做出更明智且具前瞻性的決策。   參考資料 Abdullah, N. 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/* 全域字型：微軟正黑體 */ body, p, span, li, th, td, table { font-family: "Microsoft JhengHei", sans-serif !important; } /* 自訂企業級表格 */ table.custom-table { border-collapse: collapse; margin: 0 auto; table-layout: fixed; width: 90%; } table.custom-table th, table.custom-table td { border: 1px solid #333; padding: 8px 12px; word-wrap: break-word; vertical-align: middle; } table.custom-table th { background-color: #E7E6E6; text-align: center; font-weight: bold; } table.custom-table td { text-align: left; } 國際動物保護與福利發展趨勢探討與借鏡 農業科技研究院產業發展中心產業分析組 陳信志、余松諺、梁庭華、林冠傑 一、臺灣動物健康體系現況 　　受到世界經濟快速發展的刺激，全球寵物數量日益增加，在人們生活水準同步提升的同時，尊重且愛護動物的觀念逐漸成為重要之普世價值。而在臺灣，伴隨人口結構和生活型態的改變，及人際關係疏離與情感關係重整、少子化、老年化等因素，同樣有越來越多人飼養寵物做為陪伴，且這些寵物與過往作為養來有特定用途不同，大多視為家庭成員、伴侶，被飼主視如己出，即所謂的伴侶動物（Companion animals，又稱同伴動物）。此也連帶影響著愛護動物的觀念更趨普及，使得政府在1994年便以包含動物福利、健康等世界動物衛生組織所訂定之指導原則與政策為本，制定「動物保護法（以下簡稱動保法）」，成為亞洲較早成立相關法律的國家之一。 　　儘管如此，我國在動物健康維護的相關作為方面，卻是發展相對遲滯。儘管隨著寵物飼養數增加，在寵物健康相關產品及服務需求驅動下逐漸形成龐大的市場，然而寵物與過往畜牧用動物所需之藥品不同，其需求更偏向於癌症、心血管疾病、腎臟病或糖尿病等慢性疾病之治療藥物。然此類藥物除了本身開發歷程困難，加上寵物品種繁雜，使得業者相對無意願投入新藥之開發，導致專供伴侶動物藥物之研發及登記速度遠不如人用藥品，相關臨床藥品研究與數量亦少之又少。在寵物醫療權益與國內開發量能的雙重夾擊下，我國一直到2024年底才公告「人用藥品用於犬貓及非經濟動物之使用管理辦法」，使獸醫師在必要之際使用規定範圍內之人類藥品，但其仍屬於緩不濟急的暫時性手段。另一方面，寵物食品也是近年需求增加快速的品項之一，相關生產與販售行為同樣須受動保法規範，然而過去明確法規約束的僅止於犬貓食品，其餘魚鳥等寵物並不包含在內，為彰顯對於動物健康維護最大限度的重視，相關單位最終於2023年公告「寵物食品管理法」草案，才將管理範圍擴大並進一步完善相關規範。 　　整體而言，臺灣寵物與伴侶動物數量雖逐年增加，且對於動物保護的觀念也跟著提升，但礙於伴侶動物種類繁多，以及相關規定在近年才陸續制定與提出，相較於國際上發展較早及制度較完善的國家在法規與實務面上可能仍有可以加強的地方，因此本報告將借鏡標竿國家，期望能透過了解國際趨勢進一步補強我國寵物健康體系潛在缺口。 二、國際案例 美國 　　美國《動物福利法》在1960年代簽署成立，隨時代進步多次修改並逐漸擴大保護認定範圍，該法中動物泛指動物為，任何有或無生命的狗、貓、非人靈長類動物、豚鼠、倉鼠、兔子或其他恆溫動物，且用於或打算用於研究、教學、測試、實驗、展覽，或是作為寵物等目的者。但不包含為研究目的而飼養之鳥類、大鼠、小鼠；不用於研究目的之馬（該國另制定有《馬匹保護法》進行規範）；以及其他農場動物，例如但不限於用作食物或纖維的家畜或家禽。該法明定在動物對待、照顧、治療甚至運輸行為上的規範，包含住所的環境維護與控制、最低居住空間要求、日常運動計畫，以及完善且透明的獸醫護理行為。 　　此外，美國對於專業獸醫師能力亦極為重視，在從事研究、展覽或是運輸等行為時，皆要求行為個體須維持最低標準的獸醫師介入其中，以確實保障動物的健康權益。除了法規層面外，美國更著重在動物用生技產品的研發，主要著眼於經濟動物的傳染病防治，如豬瘟和禽流感疫苗等，又因其極具重要性被視作國家生物安全防衛的重要手段之一，屬於常態性的研究能量維持，在動物藥品方面，也是不斷推陳出新，接連推動一系列的創新策略，也間接刺激著該國動物及獸醫生技產業的發展。 　　而隨著基因編輯等分子技術的成熟，為食品、農業與健康等領域帶來新的可能性，但也伴隨著許多尚未釐清的潛在風險，因此，為了加速此新興技術應用於生技產品之開發並確保其安全性，同時維護美國消費者與社會大眾的知情權，美國FDA於2018年推動「植物與動物生物科技創新行動計畫」（Plant and Animal Biotechnology Innovation Action Plan），全方位的開展食品藥物生技產業創新布局。而後，為了進一步強化技術之應用，滿足當今社會之對寵物之相關需求，美國FDA獸醫藥品中心CVM在2023年發布「動物與獸醫創新議程」，希望透過創新策略滿足動物、人類和社會的關鍵需求產品。 動物與獸醫創新議程議程概要如下： 開發提高動物適應力和健康的產品，如幫助動物更適應高溫或其他環境壓力。 開發提高食品供應效率的產品，如提高飼料轉換效率並減少廢棄副產品的動物飼料物質。 解決在主要動物物種上造成重大健康負擔但尚未被滿足的獸醫醫療需求產品，如針對癌症、心臟病、慢性腎衰竭和疼痛控制的新治療方法。 解決小眾物種未被滿足需求的產品，如魚類和小反芻動物疾病治療產品。 開發能對人類和動物醫學具有效益且具有新穎作用機制或新技術的產品。 應對日益增加之動物和人類疾病威脅的產品，如可預防、控制和治療非洲豬瘟的產品。 　　透過對動物與獸醫創新議程中對「健康一體」（One Health）的重視，並借重於FDA本身對於各學科知識整合之能力，美國進而確立出四個關鍵目標與相關行動，包含支持具高度優先需求的科技與產品開發、使監管手段與現行社會趨勢相匹配、強化健康一體工作能力以面對未來創新挑戰、鑑別並解決新科技與新興健康威脅間的差距（表一）。 表一、植物與動物生物科技創新行動計畫關鍵目標與對應行動內容 目標 行動 1、支持具高度優先需求的科技與產品開發 實施獸醫創新計畫科學助手（VIP Sci-Assist）。 基因編輯的標準化分子特徵鑑定及評估。 檢測 ACTPs 捐贈者體內病原體。 提升 Precision FDA 與 HPC 平台效能。 推動 VIP Fast-Step 專案來確定 VIP 審查流程中可承諾縮短時間的部分。 制定加速獸醫和動物需求發展計畫，如加速罕見疾病治療和建設腫瘤卓越中心。 繼續投資資料現代化，以重新設計 CVM 關鍵業務流程及其對應之資通訊系統。 2、使監管手段與現行社會趨勢相匹配 建立 CVM 監管現代化工作小組，審查並針對法律和政策變更給予建議，如透過變更法規和指導文件，符合 CVM 基於科學和風險的監管承諾。 與外部利害關係人合作，確定潛在的流程改進可能，包括提高所有 CVM 產品審查效率的方法。 透過實際行為使審核流程更加清晰，包含： 建立食品創新中心，提供一站式服務據點。 在可行的情況下進一步實施基於問題的審查（QBR）流程，以提高提交期望的透明度。 為創新產品開發者提供針對各種 FDA 監管之動物產品類型的客製化模板，以利促使他們提供 CVM 評估安全性和有效性所需的具體數據和資訊。 3、強化健康一體工作能力以面對未來創新挑戰 以融合式科學思維將 FDA 體制內的科學家和監管專家串連起來。 招募、留住並持續培養世界一流的科學技術人才。 制定並實施 FDA 健康一體實踐準則。 4、鑑別並解決新科技與新興健康威脅間的差距 組成創新探索工作小組，在整個中心展開工作並與首席科學家辦公室（OCS）合作，開發和實施各領域的新興技術監測方法，包括可能影響 CVM 監管工作的生物醫藥產品和動物及人類新型食品成分。 對新興技術進行研究，使 CVM 能夠更好地將其工作與這些技術屬性結合。 進行基因編輯技術研究。 進行額外研究以支援各類型 IGA 產品中常見之評估和批准流程所需數據，像是使用不同物種、不同編輯技術或在不同用途別之研究。 進行研究以鑑定對 ACTP 效力至關重要的特徵。 開發並認可支持創新的新替代方法 (NAM)。 開展並實施科學展望路徑。 採用新穎的健康一體手法來應對上市後的合規性挑戰。 鑑別新的方法和手段，確保已經批准之創新產品的整個生命週期安全性和有效性。 利用整個機構的專業知識和計畫來應對新出現的人類、動物和環境健康威脅。 （美國農業部食品藥物管理局獸醫藥品中心；新農業辦公室摘整） 歐盟 　　歐盟動物保護觀念起源於屠宰動物擊暈指令 (74/577/EEC)，開創了減輕屠宰動物痛苦的先河，並在過後陸陸續續的提出各種改善指令，包含確立農場動物基本福利標準的「歐洲保護農場動物公約」(ETS No. 87)、涵蓋所有農場動物的最低保護標準的《農場動物保護指令》(98/58/EC)等，共同構成了全球最嚴格的農場動物福利體系，反映了歐盟從經濟角度向動物福利和道德關懷的轉變。在伴侶動物保護方面，則是起步於規範了寵物繁殖、買賣和福利要求，並限制了割耳、斷尾等美容手術的《歐洲保護寵物動物公約》(ETS No. 125)，隨著歐洲一體化，開始關注寵物跨境移動與健康問題，並一步步完善了相關的體系與納入動物疾病防治體系。 　　除了農場和伴侶動物的具體法規外，歐盟在更根本的基本法層面也確立了動物保護的法律地位，承認動物為「有感知能力的生物」，從根本上改變了動物的法律地位，將其從純粹的財產或商品提升為具有內在價值的生命，以上這些相關法律逐步建立了歐盟對伴侶動物的具體政策框架，形成了多層次的保護體系。 　　除了法律層面外，歐盟亦積極發展科技手段以強化動物保護的實施和監管效果，包含追蹤歐盟寵物流通的 TRACES 電子追蹤系統、監測和追蹤歐盟境內重要傳染性動物疾病而設計的綜合性疾病管理工具的動物疾病資訊系統 (ADIS)、藥物警戒 (Pharmacovigilance) 機制與應用於獸藥科技監管體系的 EudraVigilance Veterinary 系統與監管寵物食品成分的 RASFF (食品和飼料快速預警系統)，確保在藥物與食品獲批並上市後，其安全性和有效性仍受到嚴格監管，保障寵物的健康福祉和藥物安全。 　　歐盟動物保護體系經歷了從農場動物到伴侶動物的演進過程，並在基本法層面確立了動物為「有感知能力的生物」的法律地位。歐盟建立了全球最嚴格的農場動物福利體系。在伴侶動物保護方面，則聚焦於跨境健康和識別管理。但儘管建立一系列政策，卻因各成員國間保護標準不一，導致違法行為猖獗，為此，歐盟於2023年進一步推動《狗貓福利和可追溯性法規》提案，並積極發展科技監管手段，強化動物保護的實施和監管效果。 韓國 　　韓國的動物保護法 (동물보호법) 較我國早一些推行，於1991年因應國際趨勢所制定，以保護與確保動物之生命與安全、促進動物健康為原則，推動健全之飼育文化，培育國民對生命之尊重，邁向人與動物之和諧共存，並在日後不斷經歷修改精進，因應國內外情勢與需求，不但在2018年將動物保護政策之執行寫進韓國憲法當中，亦擴大保護範圍從單全犬擴大至鳥類、爬蟲類乃至兩棲類等具發達神經系統，能感到疼痛之脊椎動物，與推動相關規定與策略，包含動物福利強化計畫、伴侶動物銷售管理強化方案以及伴侶動物產業培育措施（表二），不但強化政府對伴侶動物之管理義務、責任與推動韓國動物友善文化，並進一步針對全球快速成長的寵物市場，傾國家之力，扶植韓國寵物飼料、治療、藥品與保險等產業，搶佔國際寵物版圖。 表二、韓國動物保護/福利相關推動策略內容概述 韓國動物福利強化計畫 願景 加強動物福利，實現人與動物幸福的 One-Welfare (動物保護法納入動物福利強化策略計畫) 目標 建立成熟的動物保護體系，不虐待、不遺棄動物 建立負責任的動物照護文化 策略與任務 加強動物福利，奠定強化基礎 (政策) 以動物福利為中心的法制改革 (認知) 提高社會對動物福利的接受度與意識 (統計數據) 定期調查並建立訊息整合系統 強化發布預防性政策 (照顧) 強化伴侶動物主人的照顧義務 (虐待) 範圍擴大，強化預防發生 (遺棄) 制定開通註冊等預防對策 (狗咬傷事故) 加強猛犬、事故犬的養育、營銷管理 (銷售/實驗/農場) 提高商業用途的管理與透明度 落實動物保護及福利後續措施 (虐待) 強化現場因應、處罰等實效性 (遺棄) 改善收容設施並重振收養 伴侶動物銷售管理強化方案 願景 建立基於動物福利的伴侶動物銷售體系 目標 生產犬動物登記 伴侶動物歷史管理系統 制定與實施規範業務規則，轉換為展覽業務許可制度 策略與任務 伴侶動物產業結構轉型 實施生產犬(母犬、種犬)登記制度 推動生產-銷售-培育各階段的歷史管理 強化網路廣告的合規性 以繁殖為主的產銷轉型研究 (中長期) 杜絕假借以庇護所之非法銷售行為 營利與非營利物理空間的劃分 明訂收容所內禁止商業活動的規定 促進私營動保設施接受遺棄動物 加強經營場所虐待飼養動物罰則與管理 加強老齡/病害動物管理與虐待處罰 擴大安裝閉路電視業務 轉為展覽經營許可制度並明訂管理標準 嚴正打擊非法經營，加強教育輔導 加強中央、地方、組織聯合查核與規劃 擴大對經營者的合規培訓 加強收養諮詢與收養前教育 伴侶動物相關產業培育措施 願景 加強動物福利，實現人與動物幸福的 One-Welfare (動物保護法納入動物福利強化策略計畫) 目標 (市場拓展)國內市場規模 (培育企業)國內價值1000億韓元以上 (加強出口)寵物食品出口 策略與任務 培育四大主力產業 寵物食品：制定特殊化制度及強化生產基礎 寵物保建：緩解診療負擔，提高診療透明與健保 寵物服務：擴充人力及建構服務擴散環境 寵物科技：培育初創企業打造數據生態系統 建構增長基礎設施 創新基地：寵物實證綜合基礎設施建設及營運 創業：加強風險投資及資金支援 研發：核心技術+新領域=擴大研發 海外出口產業化 從市場調查到本土化，強化市場擴張支援 建立出口支援體系及解除出口檢疫 （韓國農業振興廳；新農業辦公室摘整） 日本 　　日本動物保護雖然從1900年代初期就有初步相關法律，但直到1973年才有較為明確的動物保護管理法，將保護動物並禁止虐待與遺棄、普及愛護動物觀點與防止動物受人類危害等明確寫入法律當中，並在之後將「動物保護管理法」改名成「動物愛護管理法」，明確定義「動物愛護之基本」為「將動物的性命是做人命尊重，就算因實驗、取肉等理由需要取動物之性命，亦須考量其生理、生態、習性等，並盡可能不帶給動物苦痛，且懷抱感激與敬畏來進行性命之處理」，並明確規範相關管理責任，即動物之所有人亦或是持有者（包含業者以及飼主等）除需維持動物愛護之基本之外，亦需自主遵守社會之責任，並且確保包含動物叫聲、排泄物等動物行為不造成人命、身體與財產之侵害以及維護周遭生活之環境（表三）。 表三、動物愛護管理法基本方向與內容概述 施政基本方向 內容概述 促進國民對動物的愛護與管理 藉由學校、社區和家庭等教育相關團體，以及和動物保護組織、飼主以及學術研究團隊等合作，透過各種教育與宣傳活動，提升全民對動物愛護與管理的關注和認知理解，以提高自主參與相關活動之意願 推動長期且全面之體制與策略 對於家庭動物、展示動物、實驗動物、產業動物等，推動長期且全面之政策，範圍涵蓋宣傳與知識普及、飼養管理、疾病預防、數量監管和研究調查等領域。 多方合作 促進國家、地方政府、獸醫師協會、業界團體、動物愛護團體、學術機構等之間的合作，推動動物愛護與管理政策之執行。 強化基礎 藉由培訓動物愛護推進員、支持相關團體、完善動物愛護管理設施，以及調查研究等方式，強化政策執行的基礎設施和能力。 （日本農林水產省；新農業辦公室摘譯） 三、總結 　　國際動物保護法的進程上，基本都是從經濟動物逐漸往伴侶動物延伸，甚至逐漸覆蓋到包含野生動物的生存乃至健康醫療權益，除了立法保障健康與生存權益外，包含美國、歐盟與韓國等國家亦會推動伴侶動物產業促進之相關策略，一方面保障國內伴侶動物食品健康與充足的醫療資源，另一方面搶占自己國家乃至國際快速成長的伴侶動物市場與相關研究聲量。 　　回歸臺灣，雖然我國早已跟隨國際趨勢與社會期望，逐漸完善動物保護之法律與成立相關之機構確保法律之執行與監管，甚至在民間已有保險公司推動寵物保險，確保伴侶動物的食品健康與醫療權益。但可惜的是，在動物保護相關法律地位以及對藥品與食品產業之開發支持、監管範圍與成份規範等配套措施上，仍存在優化的空間。再者，長期以來缺乏對於相關研究開發與創新的重視與資源支持，此些認知差距以及不確定性皆對於相關科研發展的潛在進入者造成嚇阻，因而形成研發、市場與行政體系間相互牽制的情況，是亟需要作出改變的癥結點。 　　為此，建議我國公部門及伴侶動物產業相關利害人，未來應更著眼於市場需求的服務及產品缺口，除了持續累積國內開發量能與更新相關規範外，在研發部門更要重視跨領域資源共享、合作的彈性，避免守舊在單一知識領域中，而侷限了任何發展可能。就如其他標竿國家一樣，藉由我國強勢的畜產動物科學、獸醫學及先進資通訊實力，以強帶弱，在擴大自身優勢的同時積極開發伴侶動物新藍海。 四、參考資料 湯夢汎（2013）。近年來臺灣寵物產業發展情形及相關管理措施。農業部農政農情，247期。https://www.moa.gov.tw/ws.php?id=2446815 許桂森（2005）。因應動物保護國際化的變革與作法。農業部農政農情，158期。https://www.moa.gov.tw/ws.php?id=9681 日本文部科學省（2006）。研究機関等における動物実験等の実施に関する基本指針 https://www.mext.go.jp/b_menu/hakusho/nc/06060904.htm 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前瞻分析方法學介紹：環境掃描與情報蒐集 農業科技研究院產業發展中心產業分析組 林冠傑、余松諺 　　在當今快速變化的世界中，無論是企業、政府機構還是研究單位，都面臨著前所未有的複雜性和不確定性。疫情、地緣政治緊張、科技進步和氣候變遷等因素正不斷重塑我們的社會和經濟格局。在這樣的環境下，僅憑直覺或過往經驗已不足以指導決策，需要系統化的情報蒐集方法，不僅是為了應對即時挑戰，更是為了預見未來可能的情境，提前部署資源，把握機遇並規避風險。本文旨在為決策者和研究人員提供實用的情報蒐集工具箱，介紹四種互補的分析方法，協助組織建立更全面的環境感知能力，在動盪環境中保持競爭優勢並實現長期目標。透過掌握這些方法，從被動應對轉為主動擬定對策，打造更具韌性和適應力的長期發展策略。 　　本文探討四種資訊蒐集與初步分析篩選重要因子之方法：驅動因子分析、視野掃描、文獻計量學及外卡事件分析，介紹其目的、步驟與注意事項，幫助使用者識別關鍵趨勢與潛在威脅，制定具韌性的前瞻策略。 表一、驅動因子分析、視野掃描、文獻計量學和外卡事件的目的與優缺點 方法 驅動因子分析 視野掃描 文獻計量學 外卡事件 目的 系統化篩選關鍵趨勢因子，評估影響力與不確定性以確定關注順位。 捕捉環境微弱訊號與早期趨勢，建立預警系統評估潛在風險與機會。 量化分析學術出版物趨勢與影響力，識別重要研究主題與發展方向。 識別難以預測但高影響力事件，協助組織為突發情況準備並擴展決策思維視野。 優點 系統性盤點趨勢，透過矩陣分析聚焦關鍵因素，支援情境分析，轉化為具體行動。 增強組織應對不確定性能力，減少環境變化帶來的驚嚇與提高決策前瞻性。 提供客觀研究評估指標，有助發現新興領域與知識缺口並促進學科交流。 發掘傳統分析忽略的威脅機會，測試政策穩定性並促使跳出慣常思考框架。 缺點 偏重主流趨勢，易忽略新興訊號。評估過程主觀性高。 訊號與噪音難以區分，高度依賴分析者直覺，且成功率不穩定。 資料庫品質問題影響分析可靠性，受限於覆蓋範圍且難以公平比較不同學科。 難以準確預測極端事件，容易引起恐慌且資源不足以應對多種低概率情境。 一、驅動因子分析(Drivers Mapping) 　　驅動因子分析是識別關鍵趨勢因子的系統化工具，透過評估各驅動因子的影響力和不確定性，從而確定最需關注的因素。此方法包含驅動因子蒐集、評估、排序及行動規劃四個主要環節。其價值在於建立共識、促進跨域思考、支持情境分析，並將前瞻分析轉化為實際策略。有效應用需要明確焦點、融合多元觀點及持續監控，以增強組織面對複雜未來的應變能力。 　　在具體實施過程中，蒐集的驅動因子應以中性方式表述，以便建構多種可能情境。常用的分類框架包括STEEP+V（社會、技術、經濟、環境、政治、價值觀）和PESTLE等。評估時多採用影響力與不確定性的2×2矩陣，劃分出四個象限進行探討，個別來說，高影響力且高不確定性的因子需透過情境分析來擬定策略；高影響力但低不確定性的因子可直接規劃對策；低影響力但高不確定性的因子需持續監控；而低影響力且低不確定性的因子則可暫時不處理。 　　驅動因子分析雖具多項優勢，但仍有限制需注意。此方法涉及高度主觀性，尤其在評估因子影響力與不確定性時缺乏統一量化標準，導致難以客觀比較。為減少偏見，應以數據等客觀證據作為佐證並納入多方觀點。儘管有助於理解潛在趨勢，其預測能力有限，應視為探索可能性的工具而非純粹預測工具。對快速變化的因子可能存在數據滯後問題，可透過建立動態監控機制和縮短分析週期來減緩此影響。 　　有效的驅動因子分析需投入大量時間和資源，包括文獻回顧、專家諮詢及研討會等，對資源有限的組織較具挑戰。最重要的是，分析結果必須轉化為具體行動步驟才能產生實際影響，若未能與決策過程有效結合，難以實現其真正價值。 二、視野掃描(Horizon Scanning) 　　視野掃描法旨在捕捉微弱訊號，以利推估發展趨勢並質疑現有框架。其作為預警系統，讓使用者能及早發現環境變化、評估風險與機會，並為戰略提供保障。其核心價值在於增強組織應對不確定性的能力，盡可能減少預料外的驚嚇，使決策更具前瞻性，從而在變化環境中保持競爭優勢並實現長期目標。 　　視野掃描是一個從確立目的、組建團隊到整合決策的系統化過程。一般來說，微弱訊號潛藏於大量資訊中，尚未被廣泛報導，但可能引起重大變革，具有挑戰既定假設和影響趨勢的潛力。收集這些訊號需透過多元管道，像是網路資料、灰色文獻、技術輔助分析工具、專家諮詢、參與式方法及文獻分析等。為系統性分類這些訊號，常用STEEP+V和PESTLE等分析框架，以減少盲點。且分析時亦可運用影響力與不確定性矩陣、趨勢雷達圖等視覺化工具，進行多情境分析以理解未來不確定性，最終將洞見整合至策略制定過程。 　　視野掃描作為前瞻分析工具面臨多重挑戰，包括難以平衡資源投入與有意義訊號發現，受主觀偏見與量化困難影響的可信度問題，以及決策者對不確定性的抗拒等。對此，可採取之改善方法包含建立結構化方法論和篩選機制，像是採用敘事化呈現與視覺化工具，讓決策者參與過程，並組建跨部門掃描團隊，甚至是結合AI分析與持續監測系統以納入更多廣泛觀點及數量之資料。 　　成功實施視野掃描需要多元背景團隊，平衡傳統與新興資訊來源，將結果有效整合入決策流程，並培養持續學習文化。組織應確保前瞻發現能轉化為實際行動，使視野掃描成為持續性而非一次性的組織活動，從而將其從潛在的組織負擔轉變為真正有價值的戰略資產。 三、文獻計量學(Bibliometrics) 　　文獻計量學乃應用數學和統計方法分析學術出版物，其透過統計技術分析各類出版資訊（如書籍、論文和期刊文章等）及其相關數據（摘要、關鍵詞、引用文獻），以量化的方式描述特定研究領域的學術產出趨勢，識別重要期刊、文章、作者與主題。這些分析還能評估個別研究者、機構和國家的學術貢獻與影響力，追蹤學科的發展軌跡，發現新興研究趨勢與知識缺口，促進跨學科合作與知識整合。 　　文獻計量分析是透過五個基本步驟進行，分別是：定義研究範圍、選擇分析技術、收集資料、執行分析及整理報告結果。實務中常用的計量指標包括期刊影響係數(Journal Impact Factor, JIF)、標準化引用影響力指標(Category Normalized Citation Impact, CNCI)、用來同時衡量學者產量與影響力的h指數等。資料可從多種管道獲取，實務上容易操作使用的資料庫包括嚴謹的Web of Science、覆蓋廣泛的Scopus、整合研究生命週期的Dimensions、生物醫學專精的PubMed、開放的OpenAlex，以及臺灣碩博士論文系統等。分析可聚焦於文獻、作者、內容、引用與研究經費來源等類別，並採用多種方法如引用分析、共被引分析、書目耦合、合著分析、期刊計量、學科分布、時間序列、機構表現評估、文字探勘關鍵字等，揭示學術發展脈絡與知識結構。 　　文獻計量分析作為研究評估工具存在多項需留意的缺陷，像是數據品質問題(資料庫錯誤與重複影響分析可靠性，需耗費大量時間清理)、方法論局限(在解釋研究意義時存在主觀性，關注易量化指標而可能忽略品質與原創性)、偏差與脈絡缺失(受數據庫覆蓋範圍、語言偏好及引用行為差異影響，難以完整反映研究價值)、失衡比較(不同學科出版文化差異導致跨領域比較可能不公平)及誤用風險(簡化的評估可能產生誤導性結論影響資源分配)。因此，文獻計量工具應作為全面評估的輔助而非唯一標準，必須與其他方法結合以提供更全面的學術評價。 四、外卡事件(Wild Cards) 　　外卡分析旨在識別和分析難以預測但高影響力的事件，幫助組織為不可預見的突發事件做準備，擴展決策思維視野，提高對不確定性的適應能力，並發現傳統趨勢分析可能忽略的潛在機會或威脅。 　　外卡分析過程包含三個關鍵階段：識別階段（透過腦力激盪、歷史審查、專家意見和情境工作坊探索極端可能性）、影響評估階段（評估概率與影響程度，建立影響矩陣並確定關鍵外卡）以及準備與應對計畫階段（發展情境、建立預警系統、制定應急預案並定期更新）。常見的資訊收集管道有：專業知識（跨領域專家、學術文獻、未來學研究機構）、大眾訊息（趨勢報導、社交媒體、科幻創作）、數據分析（監測系統大數據趨勢）以及組織內部資源（危機管理經驗與研發洞見）。收集而來的資訊則可以進一步採用STEEP/PESTE框架和ISI矩陣（可想像性、主題、影響）進行系統性分類、分析。此方法之應用面向包括作為情境規劃的補充測試政策選擇的穩定性、評估組織應對巨大衝擊的反應能力、促使決策者跳出慣常思考框架的策略對話工具，以及識別系統脆弱性及潛在破壞性事件。 　　然而，外卡分析亦面臨幾項挑戰，像是預測困難性（低機率高影響事件難以準確預測）以及分析侷限（過度關注負面外卡可能引起恐慌、風險難以量化、資源不足應對多種情境、決策者常忽視此類分析）。對此可對應採取之解決方案包括：建立跨領域專家團隊消除盲點、制定影響度與機率的資源優先順序機制、進行應對演練、設置多層級預警系統。並且，組織應同時考量正負面外卡、定期更新外卡清單、融入策略規劃流程、建立彈性資源動員機制，並將外卡分析定位為準備工具而非預測工具，同時確保情境具有合理因果邏輯，維持分析的可信度和實用性。 五、結語 　　上述簡單介紹之情資蒐集工具看似各自有其強大的應用潛力，但這些工具的真正價值還是在於整合應用，針對彼此之短處進行補強，來獲取相對最客觀全面的資料；藉由將定量與定性、短期與長期、確定性與不確定性的分析相結合，構建更具全面性的環境感知系統。然而，有效的前瞻分析非常需要組織文化的支持，包括對於不確定性的坦然接受、對多元觀點的包容，以及將前瞻洞見轉化為實際行動的決心。而透過建立系統化、持續性的前瞻分析機制，將使得組織能夠在變局中保持清晰視野，培養策略靈活性，並逐步構建面對未來挑戰的組織韌性。不僅是適應變化，更能在變革中把握機遇，實現永續發展。因此，總得來說，前瞻分析的最終目標並不是完美預測未來，而是培養組織在任何可能情境下的適應能力，使其在不確定環境中仍能保持方向感並繼續前行。 六、參考資料 Adler, R., Ewing, J., and Taylor, P. 2009. 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越智慧越危險、農業必須重視資安管理 國立中興大學資訊管理學系 陳育毅教授 兼 教育機構資安驗證中心主任 　　2023年，以色列的負責約旦河谷地區水資源管理和污水處理Galil Sewage公司，其灌溉控制系統遭受網路攻擊，一整天無法正常運作，這些控制系統是該地區農田灌溉的重要工具，攻擊導致灌溉系統的癱瘓，由於以色列氣候相對乾燥，農業對灌溉的依賴度很高，系統停擺可能對農作物造成不良影響。 　　雖然這次攻擊的具體來源和細節沒有更多揭露，攻擊者的身份和動機也未得到確認，但2020年也曾發生過類似的攻擊事件，當時根據以色列安全研究公司Security Joes的調查，全球部署的100多個智慧灌溉系統在未更改工廠預設無密碼設定的情況下安裝，以色列境內就有55個灌溉系統曝露在網路上沒有密碼保護，因此容易受到惡意攻擊，攻擊者可能會通過漏洞操控水流閥門，可能會導致淹沒田地。【延伸閱讀】- 適用於小農的混合能源智慧灌溉系統，如何考量地點安排及選擇適合作物 　　以這樣的案例來說，我們可以獲得下列啟示： 關鍵基礎設施的脆弱性：關鍵基礎設施運作的控制系統一旦被攻擊，不僅會對基礎設施本身造成破壞，還會對依賴這些基礎設施的經濟活動產生廣泛影響。 更改預設密碼：許多系統在出廠時都沒有設定密碼或使用預設密碼，因此系統上線前應立即更改密碼，並設定強密碼以防止未經授權的存取​。 定期更新與補丁管理：保持設備韌體和軟體的最新狀態，安裝安全補丁以修復已知漏洞，防止攻擊者利用這些漏洞進行攻擊​。 網路監控與異常偵測：持續監控系統的網路活動，設置異常行為警報系統，以便及時發現潛在的攻擊行為​。   　　2022年，一位專注於揭露農業科技領域安全問題的研究人員Sick Codes，發現農機公司John Deere的APP及網站有多個漏洞，這些漏洞可能會暴露客戶的敏感資料，包含農機設備所有者的姓名、地址、設備識別號碼，這些資訊可能被用來進行非法活動或設備跟蹤，可能會導致身份盜用或非法侵入設備等風險。 　　更進一步，Sick Codes還展示了越獄技術，允許使用者繞過農機設備上的軟體限制，獲得底層作業系統的超級使用者權限，這種漏洞可以幫助農民繞過阻止使用非原廠零件耗材進行維修，如此可以改用更便宜的非原廠維護，但這也帶來了安全上的顧慮，因為繞過軟體限制可能會使農機設備更容易受到惡意攻擊。以這個案例來說，我們可以獲得下列啟示： APP與網站的安全防護：應該定期進行安全檢查和漏洞掃描，確保用戶資料存儲和傳輸的安全。實施嚴格的資料加密技術和多層次的身份驗證機制，有助於減少資料洩露的風險。 農業設備的風險與影響：越獄技術不僅僅是對農業設備的控制，還引發了對設備安全和完整性之疑慮，被破解的設備可能被惡意控制或破壞。 建立應急應變計畫：若發現系統遭到攻擊，應迅速啟動應急應變計畫，通知受影響的用戶並採取措施遏制攻擊行為，同時減少可能的損失。   　　2020年，美國某個農業食品公司遭受OnePercent Group發動的勒索軟體攻擊，這次攻擊從一封含有惡意ZIP壓縮檔附件的釣魚郵件開始，ZIP檔裡面包含一個內含惡意巨集程式的Office文件，該農業食品公司員工開啟文件後觸發惡意巨集程式執行，下載並安裝了IcedID銀行木馬，這個IcedID原本是為了竊取銀行憑證而設計的，但後來被駭客們利用演變為一種多用途的惡意軟體加載器，在此次攻擊事件中暗地裡下載並部署Cobalt Strike這個滲透測試工具，用來建立對受感染系統進行控制，而且這個工具還可以在企業內部網路橫向移動、提升權限，然後在其控制的系統上以Rclone命令將系統上的資料傳到外部雲端，一個月內就將該公司的系統內部資料傳輸高達數TB的資料量，如此進行長達一個月的資料竊取後，才在系統上部署勒索軟體將系統整個加密起來進行勒索。 　　這次事件可以看得到攻擊者的精心策劃，對受害者造成最大化的損害及取得更有利的籌碼，加密影響了數百個文件夾，針對公司運營至關重要的行政系統產生重大影響，再要求支付4000萬美元的贖金，以換取將系統解密還原和不洩露已外洩的資料。這個事件的最後，該公司並沒有支付贖金，因為該公司有完善的系統備份，使用備份版本還原系統至正常運作。以這個案例來說，我們可以獲得下列啟示： 備份系統：擁有健全且隔離的備份系統對於該公司來說至關重要，使其在不屈服於贖金要求的情況下成功恢復運營。 威脅檢測與應對：攻擊者在網路中長時間存在，突顯出實施威脅檢測機制的重要性，以便在重大損害發生之前有機會先找出資安威脅。 員工培訓：這起事件強調了持續對員工進行釣魚郵件識別培訓的重要性，讓他們了解打開未經請求的附件可能帶來的風險。   　　2021年，美國NEW Cooperative農業服務公司遭受駭客攻擊，關閉其Midwest Agronomic Professional Services™ (MAPS)服務，這個服務支援全國 40%糧食生產以及1,100萬頭動物飼料計畫。MAPS為農民提供詳細的土壤數據，根據不同區域的土壤特徵生成精確的土壤地圖，這使得農民能夠更有針對性地進行耕種和施肥。這些土壤圖資幫助農民識別土壤的健康狀況、營養成分以及肥力，成為耕作決策之依據。MAPS系統結合數據分析與衛星技術，為農民提供針對作物管理的建議，例如播種密度、肥料使用和灌溉策略等。這些數據驅動的建議能幫助農民最大限度提高收成，同時減少資源浪費。【延伸閱讀】- 在農業中使用人工智慧可能遇到的風險 　　MAPS利用精準農業技術，通過GPS定位和數據分析，幫助農民根據實際地理特徵和土壤需求進行精確施肥、噴灑農藥和水資源管理，以確保資源的高效利用和農作物的最佳生長環境。MAPS提供實時數據監控功能，幫助農民追蹤農田的環境變化、土壤狀況和作物健康，自動生成報告讓農民能依據數據進行農耕作業。 　　如此以雲端提供多種農業服務，支援提高生產效率、降低運營成本、改善環境永續性，超過8,000個農業生產者會員，遭受攻擊造成影響是相當嚴重的。這次攻擊使用了 BlackMatter這種新型態的勒索軟體即服務(RaaS)，這種由勒索軟體組織提供勒索軟體租用攻擊的商業運營模式，允許外部攻擊者租用勒索軟體工具來對目標發動攻擊，使得沒有技術能力的攻擊者也可以使用這些工具進行勒索，進而大幅增加了勒索攻擊的規模與頻率。以這個案例來說，我們可以獲得下列啟示： 農業關鍵數據的洩露風險： MAPS系統中存儲著農業運作所需的關鍵資訊，包括土壤數據、農田狀況、作物健康以及施肥、灌溉建議等。一旦這些資訊遭到洩露或竊取，攻擊者可能會利用這些資料進行勒索，或公開資訊導致公司商業機密流失。此外，這些資訊的洩露也可能被競爭對手或惡意第三方利用，影響公司市場競爭力。 農產作業中斷風險： MAPS系統負責生成農業生產的關鍵指令，如播種、施肥和灌溉計畫。駭客入侵系統後可能會破壞或加密這些數據，農民無法獲取土壤地圖或作物建議，將無法及時作出正確的耕作決策，這可能導致糧食減產。 供應鏈中斷的風險： MAPS涉及農產品的生產計畫和供應鏈管理。如果系統被攻擊，可能會破壞整個農業供應鏈的正常運作。例如，糧食生產的排程可能會打亂，影響市場供應，並進一步導致食品價格上升。 強化資料保護與加密措施： 應確保系統中的所有敏感資訊均進行強化加密，不僅在儲存時加密，還應確保傳輸過程有充分加密保護。這樣即使遭到竊取，攻擊者也難以利用。 定期進行資安稽核與滲透測試：進行資安稽核以識別並修補可能存在的漏洞，確保系統始終符合最新的資安標準。滲透測試能夠幫助企業模擬網路攻擊，從而提前發現安全問題並加以修正。 備份與災難恢復計劃： 定期對系統進行備份，並建立完善的災難復原計劃。即使遭遇勒索軟體攻擊，企業也能通過備份復原來避免支付贖金，同時確保業務快速恢復。 　　就以上案例來看，我們分別獲得一些啟示，但是要如何更全面落實網路安全評估和風險管理方法呢，或許我們可以從早期由美國農業部(USDA)、國土安全部(DHS)和食品藥品管理局(FDA)等多個機構共同合作制定的「Cybersecurity Assessment and Risk Management Approach」(簡稱CARMA)來建立更佳認知，這個框架從農業面對現代網路安全威脅的需求，隨著數位技術在農業中的普及，如精準農業、物聯網(IoT)技術、以及供應鏈管理系統的數位化，技術面的脆弱性可能帶來重大風險，透過CARMA這樣的網路安全評估和風險管理方法進行更嚴謹的檢視，像是： 農業技術(AgTech)設備：許多現代農業依賴於物聯網設備來監控和管理作物、牲畜、氣候和灌溉系統。這些設備若存在漏洞，可能會導致整個農場的運營癱瘓。 食品供應鏈安全：從田間到餐桌的整個過程都涉及到大量的資訊處理，無論是運輸物流系統還是食品加工設施，供應鏈中的各個節點都有可能遭受網路攻擊。 精準農業：精準農業使用大數據、雲端計算和自動化技術來提高農業產量和效率，需要確保這些數位技術在發揮其作用的同時，不會因網路攻擊而帶來風險。 CARMA框架包括以下幾個主要步驟： (1) 資產識別與評估 　　首先，識別農業系統中的關鍵資產，這包括硬體設備、軟體應用、資料庫、物聯網設備以及與食品供應鏈相關的系統。對這些資產進行風險分類，將最具戰略意義的資產列為優先保護對象。 (2) 威脅識別 　　分析與農業系統相關的潛在威脅來源，包括： 自然威脅：如極端氣候事件可能帶來的數據損失或系統故障。 人為威脅：內部員工的意外錯誤或蓄意行為，外部駭客攻擊、勒索軟體攻擊等。 系統性威脅：供應鏈中的軟體漏洞，或第三方服務供應商的不安全行為。 (3) 漏洞分析 　　使用各種安全工具和方法來識別農業系統中現有的技術漏洞。例如，檢查農業設備與系統是否存在未修補的漏洞、密碼保護機制是否到位、安全設置錯誤、是否有適當的網路隔離技術以保護資訊、員工的安全意識不足等。 (4) 風險評估 　　根據威脅和漏洞進行風險評估，考慮每種風險可能對農業運營和食品供應鏈的影響。這個步驟會針對風險進行定性或定量評估，並根據其嚴重性進行優先排序。 (5) 風險緩解與處理策略 　　根據風險評估結果，制定風險處理計劃。這可能包括： 風險降低：通過加強網路安全措施來減少風險。 風險轉移：購買網路安全保險，或與第三方供應商合作，以分擔風險。 風險接受：對於低風險情況，組織可能選擇接受風險。 風險回避：避免涉及高風險技術或系統的使用。 (6) 持續監控與審查 　　定期進行安全審查和監控，確保網路安全措施隨著新威脅的出現得到更新。持續監控可以及時發現並應對潛在威脅。 (7) 應急應變計劃 　　在發生資安事件後，必須有一個快速應變計畫，包括事件應對流程、恢復業務運行、以及如何通知受影響的利害關係人。設立明確的應急響應流程，以便在危機發生時迅速採取行動。 　　前述CARMA框架聚焦於風險管控，若要更全面落實資安管理，建議可以思考將資安管理融入內部控制制度(Internal Control-Integrated Framework)。企業組織的內部控制有三道防線：第一道防線是各單位就業務範圍承擔各自風險，應對風險特性設計執行有效的內部控制程序；第二道防線包含風險管理、法令遵循或特定專業單位，負責整體風險管理政策訂定、監督整體風險承擔能力及承受風險現況；第三道防線為內部稽核單位，獨立執行稽核業務，查核與評估風險管理及內部控制制度是否有效運作。 　　在農企業內部控制中落實資安管理，可以依循三道防線的框架來加強風險管理，透過下列原則能有效整合資訊安全管理，確保智慧農業的資訊和系統安全。 第一道防線：業務單位的風險承擔與控制 各業務單位如農業生產、物流、銷售等，應依據其業務流程設計相應的資訊安全控制措施。例如，針對智慧農業中的自動化機器和感測器，應建立存取控制機制，確保只有授權人員可以操作和檢視數據。 每個部門應定期檢查其系統和設備的安全漏洞，並快速修復。業務單位的管理者應教育員工基本的資安知識，避免人為錯誤導致安全風險。 第二道防線：風險管理與法規遵循 設立專責的資訊安全管理單位，制定整體農企業的資安政策，確保所有部門遵循統一的標準。該單位還需負責監控整體風險狀況，例如資產的安全性、數據保護和網路威脅防護。 此單位應與法令遵循單位合作，確保企業的資安政策符合當地和國際法規，尤其是在智慧農業涉及跨國數據傳輸的情況下。 第三道防線：內部稽核與評估 內部稽核單位應獨立執行稽核工作，評估企業內部資安管理是否有效。稽核應包括檢查業務部門的資安控制、風險管理單位的政策執行情況，以及對資安事件的回應能力。 此外，稽核單位應定期進行資安測試(如滲透測試)及審核企業對資訊安全風險的應對策略，並確保企業持續改進其內部控制制度。 　　依循「Committee of Sponsoring Organizations of the Treadway Commission」(簡稱COSO)的報告，內部控制的五大組成要素：控制環境、風險評估、控制作業、資訊及溝通、監督作業。將內部控制三道防線以下表來做理解，那三道防線所指的單位就是所謂的控制環境，像是設置資安長、資安專責單位、主管及人員就是為了開始建立資安制度的控制環境，這只是基礎，更重要的是怎樣著手規劃後續的風險評估、控制作業、監督作業等，要有具體的做法才能導引企業將資安融入內部控制制度。 　　像是上市上櫃公司要將資安融入內部控制制度，一定會參考證券櫃檯買賣中心發布的「上市上櫃公司資通安全管控指引」，該指引內容雖有10章但只是簡單的37條，扣掉第1章總則及第10章附則，第2章至第9章才是重點，我們將各章標題列於下表，就會發現幾乎是整個引用《資通安全管理法施行細則》第6條規定公務機關訂定資通安全維護計畫應包括事項。 　　於是，我們可以理解，公務機關從2019年就先行的資安法合規方向是很好的參考標竿，不論是上市上櫃公司，還是開始進入智慧農業時代的農企業，或是提供資訊平台的資服業者，在尚未準備好全面落實資安管理達成國際標準ISO 27001規範要求，先比照公務機關訂定資通安全維護計畫，以及適度參考筆者近期的《資通安全法合規研究與管理實務指引》著作，從高層參與到風險評鑑、委外管理及內控整合等各個方面，找到適合執行的實踐方式。

永續農業的植物保健產品研發與應用 國立中興大學植物病理學系 黃振文 終身特聘教授 國立中興大學循環經濟研究學院植物保健學程 黃姿碧教授 一、前言  　　自1909年哈伯(Fritz Haber)發明人工合成氨的方法，化學肥料的研發及應用開始普及，也大幅提升了糧食的供應量，避免因世界人口急速增加，造成糧食危機。此外，自1940年代開始大量生產成本低廉的化學農藥，也變成農業生產的重要利器。雖然世界糧食產量大幅的提升，但由於長期大量使用化學農藥及化學肥料的負面效應也就逐漸浮現，例如: 大量施用DDT、BHC及含有重金屬之化學藥劑及化學肥料，嚴重傷害自然生態環境的平衡與人畜的健康，同時也造成土壤酸化，導致過量重金屬被植物吸收(楊，2004)；此外，也迫使土壤中多樣性的微生物逐漸單一化，喪失有效遏止病原菌為害植物的能力(Li et al., 2023)，進而降低作物生產力。因此為了維護農業環境資源永續，保護農作物健康，產官學界進行研發與應用友善環境的植物保健產品，已成為國內外栽培管理農作物的重要手段。  　　研製生物製劑產品替代合成的化學肥料及化學農藥，以提升作物的生長與產量，是對抗環境逆境沖擊及保護作物健康的重要方法。我們曾利用稻穀、蔗渣、蚵殼粉、礦灰等農工廢棄物成功調製「SH土壤添加物」，用於改良土壤及防治多種農作物的土媒病害，成效相當卓著。SH土壤添加物的防治原理，除了改善土壤的理化性質外，也大量促進土中的微生物增殖，證明SH土壤添加物誘發產生的微生物，是參與抑制作物土媒病害發生的重要因子。  　　因此我們團隊從2006年開始由台灣各地農田收集土壤與植物樣本，分離拮抗微生物菌種，依序在實驗室、溫室及田間進行測試分析，結果篩選出具有促進作物生長、防治作物病害及提升作物耐受非生物性逆境的多重功效之本土優良拮抗菌菌株，共計有Bacillus mycoides、B. subtilis、B. licheniformis及Streptomyces species等菌株。 　　我們利用工廠等級規模設備，將這些代表性的益生菌進行試量產製作成液態、粉狀及顆粒劑型的產品，除應用在農作物的保健外，並拓展單一微生物菌株製劑應用在畜禽及水產保健與環境污染復育等多種用途。此外，也利用植物病原菌Alternaria spp.菌絲體抽取的蛋白質，成功研發蛋白激活子製劑可以有效誘發植物產生抗病反應。本文主要目的在於分享我們由實驗室研究代表性微生物菌株的特性、功效與機理，拓展開發至商品化之植物保健產品及其於多元產業應用的經驗，以嚮讀者。 二、蕈狀芽孢桿菌(Bacillus mycoides)製劑產品  　　蕈狀芽孢桿菌主要存活於農作物的根系、植體內部及土壤中，是一種本土的農作物保健益生菌，其於培養基上的菌落形態特殊，極易辨認(圖一) (彭及黃，2019)。本產品的菌種發酵配方及發酵製程，經過不斷的修正改良，製作成液劑、粉劑及導入栽培介質與種苗根系的技術均已相當成熟。 　　在實驗室、溫室及田間試驗結果，證明商品化的產品可顯著促進高麗菜、胡瓜、長豇豆、蘿蔔、萵苣、番茄、草莓及水稻等(圖一)作物根系與植株的生育及產量外，尚可有效防治番茄萎凋病、胡瓜與甘藍幼苗猝倒病、番茄與胡瓜白粉病、草莓萎凋病、水稻稻熱病、水稻白葉枯病、青蔥銹病及草莓紅蜘蛛等。西元2015年迄今，蕈狀芽孢桿菌 (BM02) 的技術授權廠商，在台灣各地陸續證明BM產品在田間可以有效防治苦瓜白粉病，咖啡銹病、蔬菜炭疽病及葉斑病，水稻白葉枯病、紋枯病及稻熱病，茄子青枯病、蝴蝶蘭黃葉病等病害的發生(圖二)，並大幅提高農作物的產量(Huang et al. 2022)。 圖一、蕈狀芽孢桿菌BM02的菌落型態及其產品於田間應用可促進水稻、草莓的生長及提升產量與品質。(引用自Huang et al. 2022) 圖二、蕈狀芽孢桿菌BM02產品防治番茄白粉病、蝴蝶蘭黃葉病及茄子青枯病的效果。(引用自Huang et al. 2022)  　　探究B. mycoides BM02防治植物病害的相關機理，發現利用不同培養基培養B. mycoides，其所產生的氣體會抑制立枯絲核菌(Rhizoctonia solani)菌絲生長，其中B. mycoides 生長於含有黃豆粉的培養基，其所產生的氣體最具有抑菌生長的功效。進一步利用氣相層析質譜儀分析B. mycoides產生的氣體，其產生的主要氣體為二硫二甲基(dimethyl disulfide)。利用空氣採樣器 (Gastec model GV-100 gas sampling pump; GASTEC Corporation, Japan)與氨氣檢知管(Color Detector Tube No.3La; GASTEC Corporation, Japan)檢測，發現B. mycoides 亦可產生氨氣。 　　應用電子顯微鏡觀察發現立枯絲核菌菌絲經過B. mycoides 產生二硫二甲基與氨氣處理之後，會使得菌絲尖端出現膨大與畸形的現象；也會使得猝倒病腐黴菌 (Pythium aphanidermatum)原生質凝聚、細胞壁變厚及細胞壁邊緣呈現不規則的情形。此外，二硫二甲基除了會使病原菌菌絲變形或細胞膜破裂外，亦會誘導植物產生抗性，抵抗病原菌的感染，進而達到防治作物病害的功效。 　　應用螢光基因轉殖技術證明B. mycoides 可以內生於植株的維管束及依附於根毛(圖三)。利用次世代定序分析接種過B. mycoides的草莓植體，發現可誘導啟動抗病和開花相關基因之表現，佐證B. mycoides 可以促進草莓提早開花，增加產量與抵抗萎凋病的發生。 圖三、蕈狀芽孢桿菌內生於植物體內，可促進植物生長，並可產生二硫二甲基誘導植株啟動抗病反應。(引用自GASE Newsletter – Taiwan Research Highlight. 2021.5) 三、枯草桿菌(Bacillus subtilis)及地衣芽孢桿菌(Bacillus licheniformis)製劑產品  　　枯草桿菌與地衣芽孢桿菌，它們同歸屬為「枯草桿菌群」，也都具有產生耐受冷熱、乾旱、紫外線等環境逆境的內生孢子的能力，是美國食品藥物管理局 (US Food and Drug Administration)、歐洲食品安全局 (European Food Safety Authority) 及台灣農業部皆認可可作為農業、食品及飼料添加用的安全菌種 (黃及陳，2019)。我們團隊由台灣茶樹、番茄根部土壤、及菱角田中分別分離到本土枯草桿菌151B1菌株、枯草桿菌MCLB2菌株、枯草桿菌WMA1菌株及地衣芽孢桿菌EC34-01菌株，並建立工業化量產製程，以1500公升的微生物發酵量產槽產製之液劑菌量皆可達5×109 cfu/ml；也以噴霧乾燥機系統製備飼料加粉劑，所產製粉劑成品菌量可達5×1010 cfu/g以上。 　　我們開發微生物的生物農藥、生物肥料、生物刺激素及魚與豬飼料添加劑產品 (圖四)，皆已達產品上市規格。在研究室進行研究分析確認它們的作用機理外，也於田間及商業飼養場域進行功效驗證，證實發現此四株菌在植物保健、循環農業、畜禽及水產養殖均具有多元的應用潛力，可拓展應用於多種產業（圖四）。 　　我們團隊開發成功的B. subtilis 151B1液劑，也已經在符合世界經濟合作開發組織優良實驗室操作(Organization for Economic Cooperation and Development Good Laboratory Practice，OECD GLP)規範之毒理實驗室，完成口服及肺急毒性與致病性之安全性評估試驗，證實該液劑的安全性。 圖四、芽孢桿菌製劑產品可應用於植物保健、畜禽養殖及水產養殖之多元產業。 (引用自GASE Newsletter – Taiwan Research Highlight. 2021.5 及第二十屆國家新創獎)。  　　我們研發的芽孢桿菌B. subtilis 151B1、B. subtilis MCLB2、B. subtilis WMA1及B. licheniformis E34-01可研製成生物肥料提供植物生長所需要之營養；依抑菌機理，製成生物農藥用於防治植物病害發生；亦可調製菌種擴培處方作為生物刺激素提升植物於逆境生長之韌性，用於保護農作物健康 (Chiang 2010; Hermanto 2019; Lin 2015; Sung 2020)。【延伸閱讀】- 到2025年化學農藥減量化行動方案  　　此四株芽孢桿菌經實驗室、溫室及田間試驗證實具有促進草莓、白菜、甜椒、百香果及茶樹等多種植物生長，並提升產量與品質效果(Huang et al. 2022)。應用B. subtilis 151B1及B. licheniformis EC34-01於田間茶園應用，可分別提升金萱茶株單位平方公尺面積採收產量達307%及245% 。 　　將B. subtilis 151B1及B. licheniformis EC34-01製劑搭配以農業剩餘物高麗菜下位葉研製的CH100植物健素，應用於設施栽培小黃瓜，試驗結果顯示此兩芽孢桿菌單獨施用或搭配CH100植物健素之處理，皆能顯著提升小黃瓜品質及產量 (Huang et al. 2022)。這四菌株亦具有產生多種分解酵素的能力外，也有溶磷活性與產生吲哚乙酸等能力，可促進植物生長(圖五)；可登記作為溶磷微生物肥料，用於降低化學肥料之使用。 圖五、Bacillus subtilis 151B1具產生蛋白酶、澱粉酶、纖維素酶及脂解酶等多種酵素活性，並具溶磷活性與產生植物生長促進賀爾蒙吲哚乙酸之能力。  　　這四株芽孢桿菌菌株在植物保健皆具有抑制多種植物病原菌生長的功效，可防治多種植物病害，各菌株各有其不同特性及適用作物對象。其中B. subtilis 151B1對真菌、卵菌病原及細菌病原，如:茶及百香果炭疽病、木瓜疫病及番茄青枯病等病原菌均具有拮抗效果，可用於防治百香果炭疽病、百香果頸腐病、瓜類萎凋病、瓜類苗期猝倒病、小黃瓜露菌病與茄科青枯病(Chen et al. 2020; Hseih 2018; Lin 2015)。B . subtilis MCLB2菌株應用於番茄之栽培管理，則可較對照組降低46.7%番茄細菌性青枯病的發生 (Hseih 2018)；B. subtilis WAM1 可應用於防治茄科疫病 (Nurman 2019)；B. licheniformis EC34-01則對白菜炭疽病原Colletotrichum higginsianum PA01、胡瓜炭疽病原Colletotrichum orbiculare COC3及十字花科黑斑病菌Alternaria brassicicola ABA31均具優異拮抗活性，可以使檬果炭疽病之罹病度由 100% 降至 10% ，具有良好防治病害的效果。 　　研究芽孢桿菌防治病害的原理，發現這些微生物製劑都具有多重的防病機制。其中較特別的是B. subtilis 151B1可產生C14, C15 family surfactins及C14, C15 family iturin A等二次代謝產物，抑制病原真菌孢子發芽，誘發病原真菌細胞凋亡，並影響病原真菌之呼吸作用及能量代謝 (圖六) (Chen et al. 2021; Huang et al. 2022)。 　　B . subtilis MCLB2則能夠纏據在植物的葉表及根系形成近似於膜狀的結構，此構造又被稱作是「生物膜」，並可產生抑制病原菌生長的物質，保護植物免於受病原菌的為害 (Hseih 2018)。將 B. licheniformis EC34-01 以 SSM (Soybean meal-Surimi-Molasses) 培養基培養之醱酵液粗萃取液以高效能液相層析 (HPLC) 收集獲得之活性化合物，經鑑定比對後確認可抑制炭疽病原菌之孢子發芽成分為金雀異黃酮素 (genistein; 5, 7, 4’ – trihydroxyisoflavone) (Chiang 2010; Huang et al. 2022)。此外，我們的研究亦證實B. subtilis 151B1及B. licheniformis EC34-01可誘發胡瓜PAL、POX及PR1a等植物防禦相關基因表現 (圖七)。 　　探討B. subtilis 151B1應用於田間百香果栽培對其根圈微生物相影響顯示，施用B. subtilis 151B1後，並不會影響根圈土壤中微生物物種之豐富度及多樣性，反而會改變原棲居微生物物種之組成，降低根圈Rhodanobacteraceae 及 Burkholderiaceae細菌、Fusarium spp.及Penicillium spp.等病原菌叢，增加芽孢桿菌科及乳酸菌科細菌及Trichoderma spp.族群量 (Huang et al. 2022; Huang et al. 2020)。綜合上述結果顯示，B. subtilis 151B1、WMA1、MCLB2菌株及B. licheniformis EC34-01具有防治多種作物病害的功效，可登記作為生物農藥。 圖六、Bacillus subtilis 151B1可影響病原真菌-百香果炭疽病菌之呼吸作用及能量代謝。左，阿爾瑪藍之細胞代謝活性測試 (Alamar Blue assay)；右，粒線體膜潛勢JC-1染色。 圖七、Bacillus subtilis 151B1 (BS) 及Bacillus licheniformis EC34-01 (BL) 具有防治作物病害的功效，並可誘發胡瓜PAL、POX及PR1a等植物防禦 (抗病) 相關基因表現。  　　全球暖化引發的異常天氣發生頻率與日俱增，尤其乾旱及淹水等逆境對作物生產造成嚴重危害，因此我們也嘗試開發可提升作物耐乾旱及淹水等逆境之微生物製劑。研究發現B. licheniformis EC34-01及 B. subtilis WMA1菌株具優異生物膜產生能力，可纏據於作物葉表及根系 (圖四)，且能提升不結球白菜耐乾旱及淹水之能力，使不結球白菜在乾旱9天或淹水6天依然能存活，同時植株生育性狀亦較水或SYB養液對照組佳(圖四)。 　　研究亦證實B. subtilis WMA1菌株可提升不結球白菜對乾旱及淹水逆境之耐受性或可歸因其具有產生ACC deaminase的能力，且可提高不結球白菜植株之抗氧化酵素活性及降低逆境對光系統II造成損傷(Liu, 2023)。此外，我們也發現農業剩餘蔬果渣所調配之SYG培養基可作為促進B. subtilis WMA1生物膜及提升不結球白菜耐逆境能力之佐劑配方。本研究均已分別取得中華明國發明第I815533號及中華明國發明第I818611號專利。  　　台灣每年有超過120萬公噸的農業廢棄物，除稻桿、稻殼、玉米桿、花生殼、大豆藤，還有蔬果廢棄物、菇類栽培介質、禽畜養殖廢棄物等，將此類廢棄物製作成堆肥再生循環利用，為兼具資源循環、環境保護與提升經濟的多贏方向。然而這些農業廢棄物多來自於慣行農法栽種，難免有化學農藥殘留，且廢棄物多為植株外層 (如甘藍外葉)，農藥種類及濃度相對較多且高，我們的檢測資料顯示，由農業廢棄資材所再製之堆肥中仍可檢出微量三賽唑、益達胺等農藥，因此我們評估B. subtilis 151B1及B. licheniformis EC34-01是否具農藥降解效果，結果發現B. subtilis 151B1及B. lcheniformis EC34-01皆具降解殺蟲劑馬拉松及第滅寧之效果；此外，B. subtilis 151B1亦具降解殺菌劑三賽唑效果(Huang et al. 2022) 。【延伸閱讀】- 利用農業廢棄物製造可生物降解的塑料  　　B. subtilis及B. licheniformis為美國、歐盟認定為人類可食用且可添加於飼料之安全菌種，且為台灣農業部公告可供家畜、家禽、水產動物之飼料添加物。我們發現將B. subtilis 151B1加入豬飼料中，分別可以提升豬隻的體重，使肉豬提早3天達到上市之體重，且肉質鮮紅、軟嫩多汁、減少豬糞便臭味來源之硫化氫及硫醇含量、改善豬場環境 (圖四) (Huang et al. 2022)。將B. subtilis 151B1餵食肉雞，亦可提升雞胸肉及腿肉於整體肌肉重之比例，並可提升IgA及IgG等免疫指標，另亦發現餵食B. subtilis 151B1之肉雞墊料中的氨氣含量較低於市面上販售含預防性藥物飼料添加物的組別。且可降低由Clostridium perfringens所造成壞死性腸炎，並讓餵食添加B. subtilis 151B1飼料，在肉雞受C. perfringens感染後之腸道膜，仍維持如健康肉雞之腸道膜完整性 (圖八)。 圖八、添加Bacillus subtilis 151B1及Bacillus licheniformis EC34-01可降低由Clostridium perfringens所造成壞死性腸炎 (左) 及維繫受C. perfringens感染後之腸道完整性 (右)。Control:未接種病原對照組；C：接種C. perfringens (2 × 108 CFU/mL)；BS：餵食B. subtilis151B1；BL：餵食B. licheniformis EC34-01；Kemin：餵食B. subtilis市售商品Kemin CLOSTAT®。  　　將B. subtilis 151B1及B. licheniformis E34-01等益生菌，分別加入虱目魚、吳郭魚及白蝦飼料養殖時，也可增進魚及白蝦肥滿度 (圖四及圖九)、降低魚及白蝦疾病發生率以及改善魚蝦養殖池水質。另外也証實該菌種可增加魚的腸道益菌菌叢，減少腸道弧菌目 (Vibrionales) 病原，並可改善養殖水質，調整養殖水體中藻類餌料的生物相及改變魚腸道菌相等多重水產養殖應用功效 (圖九) (Huang et al. 2022)。 圖九、Bacillus subtilis 151B1 (BS) 及 Bacillus licheniformis EC34-01 (BL) 作為魚飼料添加劑能增進魚的飽滿度，提高取肉率，提升飼料效率，並能有效降低腸道弧菌菌叢及增加養殖水體中藻類餌料。  　　我們所研發芽孢桿菌於農作物、畜禽水產多元應用技術，自2020年起技術授權兩家生技公司。廠商開發出多項可對抗氣候環境變遷之農業栽培管理應用產品，搭配該公司奈米鈣及矽等資材，應用於九層塔、檬果、蓮霧、百香果、甜瓜、草莓、茶葉與柑橘生產，能有效提升作物耐受乾旱與淹水等環境逆境，並可使水稻能抗倒伏(圖十)，亦可提升作物品質、產量與安全，顯著提升農民收益且兼顧環境資源永續。 　　此外，我們也發現技術授權枯草桿菌151B1菌株搭配禽畜糞堆肥，應用於水稻栽培，依黃金標準(Gold Standard for Global Goals)的土壤有機碳框架方法學 (Soil Organic Carbon Framework Methodology) 建議之方法進行採樣，並經土壤有機碳檢測結果顯示，田區經處理含有枯草桿菌151B1菌株之禽畜糞堆肥，除可增加水稻收成產量外，換算每公頃試驗田區下層土壤可增加66.495噸二氧化碳，符合COP21巴黎氣候峰會中所提出之「千分之四倡議」，有效增加土壤固碳效益。【延伸閱讀】- 農田減排、增固碳、增碳匯的科學管理 圖十 、應用Bacillus subtilis MCLB2產品可使水稻抗倒伏，並提升百香果的著果率、品質及產量。 四、稠李鏈黴菌(Streptomyces padanus PMS-702)製劑產品  　　Streptomyces padanus PMS-702是從台灣農田堆肥中分離獲得，經與Acremonium diospyri、Colletotrichum gloeosporioides、Fusarium oxysporum f. sp. conglutinans、F. oxysporum f. sp. niveum、F. oxysporum f. sp. lactucae、F. oxysporum f. sp. raphani、F. proliferatum、Pestalotiopsis eriobotryfolia、Pythium myriotylum、P. aphanideratum、Rhizoctonia solani等11種植物病原真菌進行對峙培養測定，證明PMS-702菌株具有優異的拮抗能力。進一步，取PMS-702再與其他20種植物病原真菌與9種植物病原細菌進行對峙培養測定，結果顯示PMS-702對於各種植物病原真菌具有不同程度的拮抗功效。 　　利用傳統鑑定方法發現PMS-702菌體的細胞壁含L-二氨基庚二酸(L-diaminopimelic acid; L-DAP)，全細胞中不含特殊糖類，屬於Chemotype IC型，是Streptomyces 屬內的一個種。它在ISP2 (International Streptomyces Project Medium 2), ISP3及ISP4培養基上生長及產孢情形良好，在ISP2及ISP4培養基上可以產生黃色色素，但不產生黑色素；其營養菌絲呈灰黃色至橘黃色；氣生菌絲為灰黃褐色或淺灰色。 　　在掃描式電子顯微鏡觀察PMS-702菌株，發現孢子鏈生呈螺旋狀排列，每串孢子數目超過20個，表面平滑。PMS-702菌株可利用的醣類有：D-glucose, D-fructose, D-xylose, D-mannitol, cellulose；可分解starch, casein, 及hypoxanthine。將PMS-702菌株之形態、生理、生化特徵及16S rRNA全長度基因序列分別與S. galbus CCRC12166及S. padanus CCRC12168等菌株的特性比對後，鑑定PMS-702菌株為Streptomyces padanus Baldacci. et al.。  　　為了有效利用Streptomyces padanus PMS-702防治植物病害，需要探討PMS-702菌株與不同營養資材間的親和性，因此我們針對6種不同營養配方比較它們培養PMS-702菌株的效果差異，結果顯示以SMG配方培養PMS-702之生質量最佳。進一步，選香蕉黃葉病菌評估PMS-702在不同配方組合中的抑菌功效，結果顯示SMG配方培養PMS-702經過7天或14天的濾液，對於黃葉病菌孢子的抗生活性最佳，因此選用SMG配方培養PMS-702研製植物保護製劑產品。 　　在實驗室內取植株或切離葉檢定分析法PMS-702植保製劑的防病功效，證實S. padanus PMS-702製劑可以抑制Acremonium lactucum、Colletotrichum gloeosporioides、Peronospora brassicae、Microdochium panattonianum、Phytophthora citrophthora等植物病原菌。隨後在新社種苗繁殖場田間測試PMS-702製劑防治番茄晚疫病 (Phytophthora infestans) 的效果，結果顯示PMS-702製劑確實可以有效防治番茄晚疫病；並可提高番茄的果實產量。技轉合作廠商台灣肥料公司在宜蘭田間試驗，也証實PMS-702可有效防治蔥疫病。  　　PMS-702菌株培養濾液的系列萃取的抽出物對於植物病原真菌亦具有抗菌活性，因此利用分光光度計及薄層色層分析PMS-702的培養濾液，發現其含有多烯類大環內脂（polyene macrolide） 的抑菌物質。S. padanus PMS-702之培養濾液經由矽膠管柱層析（Silica Gel Chromatography）分離，再以不同比例溶劑萃取，分別得到PM-1~PM-4等4個沖提區。進一步，以薄層色層分析與矽膠管柱層析分離純化後，可由此4沖提區分別純化出具有抑菌活性的化合物。利用紫外光吸收光譜、紅外線光譜、核磁共振光譜及質譜儀等之相關圖譜資料分析，將此化合物鑑定為治黴色基素 (Fungichromin)。Fungichromin是PMS-702濾液抑制R. solani的主要抗菌物質。利用掃瞄式電子顯微鏡觀察處理過S. padanus PMS-702培養濾液的立枯絲核菌菌絲，會出現破裂及壞死的現象。這些現象顯示S. padanus分泌的抗生物質fungichromin與R. solani菌絲遭受破壞有著密切的關係(Shih et al., 2003)。  　　此外，我們發現治黴色基素3.07mg/L的劑量可顯著抑制50%以上的水稻紋枯病菌菌絲生長，並可引起菌絲原生質滲漏及抑制病原菌形成侵入墊(infection cusions)的構造。在混有紋枯病菌的稻稈田土中施用0.5 % (v/v) PMS-702發酵液，可加速病原菌死亡及減少病原菌於稻稈中的存活。進一步，研究發現PMS-702發酵液配合0.5 % (w/v)苦茶粕施用後第12天，可使土壤中帶菌稻稈之菌絲完全死亡，施用三週後亦可顯著降低紋枯病菌核發芽率。此外，利用黃豆粉-葡萄糖培養液(SMGC-2)培養S. padanus PMS-702製成SMGC-2發酵液與2 % (w/v)茶皂素溶液以體積一比一混合製成SPT製劑後，在溫室進行水稻紋枯病的防治試驗，結果發現SPT製劑之100倍稀釋液可使水稻紋枯病的罹病度由66.67 %降至24.04 %。 　　這些研究成果證明稠李鏈黴菌PMS-702之發酵液搭配苦茶粕拌入稻田中，可有效降低紋枯病菌於稻稈上存活外，其發酵液混合2 %茶皂素溶液，亦可顯著防治水稻紋枯病的發生 (Yang et al., 2021)。 五、利用基因轉殖技術生產微生物抗病蛋白(又稱: 蛋白激活子製劑)  　　植物的防禦系統可以透過生物和非生物因子誘發產生。我們從植物病原微生物純化獲得的總蛋白質，雖不會抑制真菌的生長，也不會引發受測試植物的過敏反應，但卻可促進植物生長及降低病害發生的嚴重度，這種現象會隨供試蛋白質和不同植物種類而有所差異。  　　我們團隊從植物病原菌Alternaria brassicicola及Sclerotium rolfsii菌絲體中抽取的蛋白質，具有促進甘藍、番茄及甜椒等蔬菜幼苗生長的效果，但對於西瓜及胡瓜幼苗之生長則較無明顯的作用。此外在病害防治方面，則以A. alternata之蛋白質防治甘藍黑斑病及白菜炭疽病的效果最為顯著，至於A. brassicicola 及Colletotrichum higginsianum兩者之蛋白質則具有防治胡瓜白粉病之效果。進一步，測試蛋白質之稀釋液對病原真菌之菌絲生長是否亦具有拮抗作用，結果顯示測試的真菌蛋白質皆不具有抑菌之功效，因此研判真菌總蛋白可以有效防治蔬菜病害的原理可能與其誘導植體的抗病反應有關。  　　評估Alternaria brassicicola (ABA) 及A. alternata (ALA) 真菌蛋白質誘導植物抗病功效，結果顯示甜椒幼苗處理ABA之總蛋白質1000倍稀釋液可降低立枯病發生率達12%，白菜幼苗處理ABA之總蛋白質1000 倍稀釋液亦可顯著降低立枯病發生達60%；白菜葉片處理ABA 及ALA之總蛋白質1000 倍稀釋液分別可減少白菜炭疽病發生達25%與30%；胡瓜葉片處理ABA 及ALA 之總蛋白質1000倍稀釋液則分別減少胡瓜炭疽病發生達60%與52%。上述試驗，皆以總蛋白質稀釋1000 倍施用。進一步測試不同濃度之蛋白質稀釋液對於胡瓜炭疽病發生的影響，結果顯示相同濃度之ABA及ALA蛋白質稀釋液對於減輕胡瓜炭疽病之發生率，以ALA蛋白質稀釋液的效果較佳。 　　因此，進一步將不同濃度之ALA 蛋白質稀釋液處理胡瓜葉片並接種胡瓜炭疽病菌，結果顯示處理2µg/ml 濃度之蛋白質稀釋液的效果最佳，可減少胡瓜炭疽病發生達70%左右。胡瓜葉片處理ALA 蛋白質1000 倍稀釋液(2µg/ mL) 經過0小時及24小時後，分別接種胡瓜炭疽病菌之分生孢子懸浮液(2×104spores/ mL)，結果顯示蛋白質稀釋液於兩種不同時間處理皆可顯著減少病害的發生。測試真菌蛋白質對白菜抗病相關酵素活性的影響，將白菜葉片處理植物病原菌之總蛋白質後接種立枯病菌之菌絲塊，並觀察白菜葉片上病斑擴展的情形，藉以篩選具有生物活性之蛋白質，結果顯示施用A. tenuissima (APR01) 之總蛋白質稀釋液(2µg/ mL) 可有效減緩立枯絲核菌在白菜葉片上擴展，亦可有效降低白菜幼苗立枯病的發生。 　　白菜的葉片處理過植物病原真菌的總蛋白體後，分析白菜的抗病相關酵素如PAL (phenylalanine ammonialyase)與POD (peroxidase)的活性，結果發現處理植物病原真菌的總蛋白質並接種立枯絲核菌(Rhizoctonia solani AG-4 RST-04)的白菜，其PAL及POD等酵素的活性均明顯的增加，顯示植物病原真菌蛋白質中含有可誘導白菜抗病的因子。  　　利用SDS-PAGE (sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis) 電泳分析植物病原真菌的總蛋白質，並以Coomassie Brilliant BlCueR-250 (CBR)染色後，在電泳膠片上可呈現條帶。若將其以50℃熱處理時，即會喪失防病的功效，顯示其活性成分，屬於一種蛋白質。進一步，利用不同的分子篩過濾，發現分子量在10 KDa以下的組成分，不具有防病的功效，推測該有效成分物的分子量大於10 KDa。隨後將該蛋白基因轉殖於大腸桿菌進行大量表現重組蛋白，並評估其誘導胡瓜抗炭疽病的效果，分別將未轉殖之E. coli BL21 (blank)、轉殖pET-28a載體之E. coli BL21(check)、轉殖ALA 片段的ALA-01、轉殖含有APR片段的APR-09 及APR-16 等重組蛋白的粗萃取液(2 μg/mL)，分別噴佈胡瓜葉片上，觀察各蛋白之粗萃液對炭疽病發生的影響。結果發現APR-09 及APR-16 之重組蛋白粗萃液可分別減少胡瓜炭疽病發生達73%與72% (圖十一)。 　　然而，ALA-01之蛋白粗萃液並無法有效地減少胡瓜炭疽病發生，其原因有可能歸因於大腸桿菌細胞內易形成內含體 (inclusion body)，致無法獲得有活性的重組蛋白，亦或是超音波粉碎細胞的條件未能充分地將ALA-01 的重組蛋白釋出或破壞其結構，使其喪失誘導抗病的功能。進一步以SDS-PAGE 分析蛋白質時，透過蛋白質誘導表現試驗，ALA-01 可出現34kDa-42kDa的條帶，若以His-trapTM column純化蛋白粗萃液並濃縮目標蛋白，即可得到純度90%以上的蛋白質；再利用2μg/mL ALA-01及APR-09 蛋白質分別施用於胡瓜葉片上，可誘導胡瓜抗炭疽病的效果分別可達55%及34%。 圖十一、重組蛋白 (APR-09) 之粗萃取液誘導胡瓜抗炭疽病的效果。 六、微生物植物保健產品研發與展望  　　微生物有多元的功能及用途，但微生物製劑產品的研發，常受限於研發人員的專長，而限縮了製劑產品應用領域的開發，以及所開發產品可拓展的市場。另外，也常因為儀器設備的限制，產品研製無法達到產業量產的規模，並建立量產標準流程，使相關技術在移轉後業界仍須自行克服量產及產品應用的瓶頸，而導致研發成果與商品間應用效用的落差及延宕商品化時程。 　　本文以我們跨領域團隊共同合作開發，從實驗室研發到田間試驗及商品化的經驗與讀者分享。「一個人的力量有限，分享才能發揮更大的價值」，大家彼此貢獻自己的專長與經驗，資源及研發成果共享，便能縮短研發時程，讓微生物發揮「一菌多效」，不僅可用於作物健康保健，又能跨足禽畜、水產養殖領域，擴大保護範圍，讓更多產業受益。 　　而研發成果技術移轉產業界後，研發人員亦為技轉業者與產品使用者間重要橋樑，因研發人員了解微生物製劑產品主要機理與應用最適時機及方式，若能與技轉業者持續合作，至田間共同推廣教育使用者，就能讓產品發揮最大效用，加速落實產品在田間之應用。  　　我們所研發的孢桿菌屬益菌（蕈狀芽孢桿菌、枯草桿菌、地衣芽孢桿菌、凝結芽孢桿菌）、稠李鏈黴菌及蛋白激活子植物保健產品，可作為生物農藥、生物肥料及生物刺激素，為糧食生產安全與農業環境永續提供了解決方案。我們並成功將單一微生物菌種，讓它可跨足至植物保健、畜禽產業與水產養殖。  　　應用於作物栽培可提升作物品質及產量，降低病害、乾旱淹水逆境之傷害，減少化學農藥及化學肥料和抗生素的使用，亦可降解堆肥中的農藥殘留，促使農業廢棄物製成的堆肥更安全。添加至豬雞魚蝦飼料中，有助於促進畜禽水產動物生長、減少抗生素使用、增強免疫力與改善飼養場域環境，使能同時兼顧動物、植物和環境健康的防護，開創微生物製劑產品多元產業應用新價值。研發技術成品除於實際產業場域進行功效驗證，亦需進行學理機轉之探討，作為技術專利保護基礎，以使產品能推展至國際市場。 　　相關技術成果已授權廠商量產，落實產業應用，並嘉惠農民助益產業。也期冀所研發之微生物製劑相關技術與應用，能讓這片大地生機再現，資源循環永續。   參考文獻： 彭玉湘、黃振文。2019。蕈狀芽孢桿菌植物保護製劑。環境友善之執醫保健祕籍。黃振文、謝廷芳、謝奉家、羅朝村編著。五南圖書出版公司。45-54頁。ISBN 978-957-7635-51-8 黃姿碧、陳郁璇。2019。枯草桿菌植醫保健產品。環境友善之執醫保健祕籍。黃振文、謝廷芳、謝奉家、羅朝村編著。五南圖書出版公司。55-78頁。ISBN 978-957-7635-51-8 湯佳蓉、張碧芳、張道禾、林盈宏、黃振文。2019。蕈狀芽孢桿菌防治番茄萎凋病之機制分析平台。植醫期刊61(1): 29-38。 楊秋忠。2004。土壤與肥料: 應用的觀念與要領。農世股份有限公司。542頁。ISBN 957-29496-1-6 Chen, J. 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農田減排、增固碳、增碳匯的科學管理 黃裕銘 英國牛津大學博士 國立中興大學土壤環境科學系退休後兼任副教授 摘要  　　不同的母質在不同的氣候區孕育不同的生態，而生態系統又經時間慢慢回饋改變土壤特性。台灣總面積在世界上算很小，然而由兩個板塊的交集及作用讓我們各地的土壤差異性相當大，有極酸化土壤也有含高量石灰質土壤，其土壤中所而有效養分不同，加上多數農民使用肥料未能遵守合理化施肥，有些養分也已經累積到失衡，而引起生理病。例如有農民經鈣質土壤多年過多銨態系統氮肥變成及酸性土壤，有茶園土壤pH已經低於3.0。  　　許多農作物出口大國其肥料施用量不僅考慮天然條件及預期產量，更納入肥料價格以評估最大收益的施肥量。政府已經推廣基本土壤化學性分析農民全免收費，但是，相當重要土壤物理性未重視，加上水旱輪作讓犁底成層硬化使一雨就積水造成根部窒息死亡，讓菜價飛漲，作物產量受影響。 一、前言 　　民以食為天，食物無論是原產品或多級次加工，其原始原料主要來自農田。農田的減排、增固碳及增碳匯以降低碳排減緩地球溫室效應及極端氣候的嚴重性，是息息相關無法切割。要達這三方面的效益，也一定要同時了解作物、土壤環境、肥料特性、環境氣候四方面的資訊，再利用管理技術整合前四方面資訊使達到減排、增固碳及增碳匯的目標。然而要能整合前面四方面資訊就需要持續經費及人力投入解決各方面的問題。 二、玉米及大豆平均產量提升之歷史 1. 比對目前輸出大國及台灣的玉米單位面積產量 　　Smith (2023)檢視世界玉米主要出口國美國、巴西、及阿根廷，此三國世界出國量玉米75%。2023/2024年單位面積產量在美國平均產量10.86公噸/公頃高於全球平均產量(5.88公噸/公頃)83%，阿根廷7.72公噸/公斤高出31%，巴西5.65公噸/公頃低了5%。以前33年的產量資料做趨勢圖，阿根廷、美國、及巴西的年增產量分別為120.5、116.1、及101.0公斤/公頃/年，但是在2014/2015年後增產趨勢緩和下來三國的年增產量相近低於15.7公斤/公頃/年。依農糧署公告資料顯示從民國2002年到2022年21年間，全國玉米平均產量只有從民國2002年到2011年間有7年產量超過5.0 公噸/公頃，其他年份皆低於5.0公噸/公頃，顯示低於世界平均值15%，顯示我們有相當大的成長空間。 2. 美國玉米單位面積產量變動歷史 　　Nielsen (2023)分析美國玉米單位面積產量(USDA-NASS)自1866年至今三個重要階段及其相對應的因素：1. 1866到1936年間農民種植田間自由授粉種子，產量維持相當低平均約1.6 公噸/公頃。2. 1930年代美國採用雙雜交技術使1937-1955間產量逐年提高Y = 0.8 X – 1452.4，R2 = 0.7。3. 1950年代中期開始進一步的品種改良加上抗逆境因子及提高化學肥料及農藥施用、農業機械化、土壤改良及改良作物管理實作，使1956-2022年間玉米產量逐年快速提高Y = 1.8934 X – 3651.01，R2 = 0.9347。2022年單位面積平均產量11.3 公噸/公頃。從2002年到2022年間台灣飼料玉米平均產量介於4.5-5.2公噸/公頃間，只有在2002-2011的10年間有7年超過5.0公噸/公頃。 3. 比對目前輸出大國及台灣的大豆單位面積產量 　　Smith (2023)檢視世界大豆主要出口國美國、巴西、及阿根廷，此三國世界出國量大豆佔89 %。這三個國家的大豆平均產量較相近，由迴歸推估2023/2024的產量巴西、阿根廷、及美國分別為2.96、3.56、及3.36公噸/公頃，每年大豆平均增加產量分別為46.4、19.5、33.6公斤/公頃/年。近10年的增產趨勢和玉米相似，阿根廷和美國近於平原狀況，而巴西是年增量52.5公斤/公頃/年。吳等(2021) 發表統計2019年世界大豆產銷概況資料顯示全世界、美國、巴西、阿根廷、印度、及中國平均產量分別為2.77、3.19、3.18、3.33 、1.19、及1.78公噸/公頃。 4. 美國大豆單位面積產量變動歷史 　　從美國農部國家農業統計中心資料顯示大豆產量1930年以前低於1公噸/公頃，1977年超過2公噸/公頃，2014年超過3公噸/公頃，2023年達3.4公噸/公頃。Irwin and Hubbs (2020)分析美國大豆平均產量1960-2019年間的變化及逐年增產趨勢，其直線迴歸式Y = 0.4346 X + 21.191, R2 = 0.9005。Y表示產量bushels/acre; X表示年。此線性迴歸式涵蓋了90%的變方值。表示每年產量提高29.59 公斤/公頃/年。單位面積產量1960-1965年約1.68公噸/公頃，1980年約2.02公噸/公頃，2015年3.02 公噸/公頃，2023年3.40 公噸/公頃。美國密蘇里州立大學公告美國美國大豆產量前10州中，伊利諾州種植面積最大、產量最多，單位面積產量平均也最高4.37 公噸/公頃。North Dakoda總產量第9大，種植面積第4大，單位面積產量最低只有2.39 公噸/公頃為伊利諾州的54.6%。 吳等(2021)指出目前臺灣大豆品種只要栽培管理良好，平均每公頃可達 2,5∼ 3,0公噸/公頃公斤。但農業統計年報近 10 年國產大豆單位產量明顯較低，2012 年臺灣平均產量每公頃 2.0 公噸，2020 年平均產量每公頃則只有 1.30 公噸。除了氣候變遷天然災害頻傳之外，主要原因是集團化管理不足，未於適當季節播種以及以領取契作獎勵金為目的之粗放栽培。建議在提高品質與產量及建立標準化分級須從建立品種與品質之資料庫、品種改良、及肥培改善研究著手。在建立完整代耕體系及協助倉容與現金流問題以達周年穩定供貨，須從各期作標準耕作模式與適作品種研究著手。 三、土壤有機質對土壤環境因子及作物抗逆境的影響 1. 土壤有機質對土壤有效水含量的影響 　　土壤有效水其意義是植物可以利用的土壤水，以土壤學術語是田間容水量(10-33 kPa)和永久凋萎點(1500 kP)土壤水勢能間的水。有些土壤科學研究證明土壤有機質(SOM)提高土壤田間容水量大於永久凋萎點所提高水量，所以可以提高土壤有效含水量(Hudson 1994, Minasny and McBratney 2018)。土壤有機質的親水性能提高土壤團粒的形成及穩定性，因此增加保留植物可利用水的土壤孔隙度，也強化水的入滲及保留在根圈土壤(Boyle et al 1989, Elliott and Efetha 1999, Franzluebbers 2002)。 　　研究文獻中指出，提高土壤有機質促進土壤團粒化作用及團粒穩定度(Lado et al 2004)降低且提高土壤容重(BD, bulk density)，如此會提高水的入滲及降低土壤沖蝕。Manrique and Jones (1991)研究土壤容重和土壤有機質的相關性：BD = 1.723 – 0.212 x (OC)0.5 -0.0006 x (WC15)2；OC是土壤有機碳(soil organic carbon)，WC15是永久凋萎點土壤水分含量。許多研究發現，土壤有機質提高中到粗質地土壤的土壤有效含水量比細質地土壤高，同時發現黏粒較高土壤需要較高的土壤有機質穩定土壤團粒。 2. 土壤有機質降低乾旱造成的損失 　　許多研究證明農田提高土壤有機質可降低植物因極端溫度造成的產量損失(Bot and Benites 2005, Iizumi and Wagai 2019, Carminati and Javaux 2020)。也有研究顯示土壤有機質對植物有效水分的實際效應不大(modest) (Libohova et al 2018, Minasny and McBratney 2018)。許多研究證明較高土壤有機質地區其長期不同年間產量的變異性較低(Pan et al 2009, Williams et al 2016)。有些田間試驗研究顯示提高土壤有機質的實做可以保護產量(Gaudin et al 2015, Bowles et al 2020)，但是這些不是明確測試有機質的相對效應也沒有提供城鎮或區域規模資訊。 Iizumi and Wagai (2019)指出提升土壤有機碳(SOC)強化土壤肥力及雨水的有效利用提高作物的耐旱及提高產量。他們統計分析全球作物及土壤數據，發現全球超過70%的作物生產區，特別是乾旱區，在表土0-30公分的有機碳提升相對較少量就可以提高作物的抗旱性。以降低現存及耐受上限差距，全球SOC提高4.87 GtC在乾旱年可以提高農民經濟產出約16%。提高這SOC量同時可以降低全球平均增溫0.011 °C。 SOC濃度影響DTgap (溫度偏離值) 是非線性相關，在乾旱地區(降雨量/蒸發散量(P/PET) < 0.45) SOC低的地區其敏感性較高，這種地區SOC從近於零提高到4-9 kg C m-2，就能降低相當量的DTgap。在較潮溼地區SOC對DTgap的減緩較小。在乾旱地區提高SOC降低DTgap的斜率在近4-9 kg C m-2時降率較大。在中等濕潤區(0.45 ≤ P/PET < 1.0)影響趨勢相同但是較不顯著。高有機碳土壤(> 10 kg C m−2) 較少所以在中等濕潤區的表現較不確定。在高濕地區(1.0 ≤ P/PET)，提高SOC不會降低DTgap。 Kane et al. (2021) 研究美國754城鎮從2000-2016年間共12376個城鎮-年資料，其中有5945個城鎮於夏季有乾旱現象，結果顯示在乾旱年，城鎮土壤有機質較高的城鎮玉米產量較高、損失較低、所付乾旱保險利率也較低。在極度乾旱年土壤有機質每提高1%，其產量提高2.2±0.33 t/ha 及減少負債支出36 ± 4.76%。土壤黏粒較高土壤乾旱程度較低，土壤有機質的效應相對較低。土壤有機質提高降低旱害的部分原因可能由於其提高土壤有效水分及提高土壤陽離子交換容量而提高保肥力，可能還有些未了解的因素。 四、作物的特性及需求-以玉米為例說明 　　要能使作物產量達其生產潛能，較必須了解作物的特性，這裡以玉米為例說明對作物生長特性研究及了解的重要性。前面可以看出玉米單位面積產量在不同國家及地區產量差異相當大，這反映其個別地區環境特性及管理是否達科學化管理。 1.品種分類法 　　玉米分類方法有分類學及特殊功能區分(Dickerso, 2003)：分類學分為：(1)馬齒玉米(Dent corn, Zea mays var. indentata)，又稱為田玉米(field corn)，一般作動物飼料用。(2)甜玉米(Sweet corn, Zea mays var. saccharata or Zea mays var. rugosa)，被公認為最好的品系，最多作為鮮食用蔬菜，也最為罐頭或冷凍產品。(3)硬質玉米(Flint corn, Zea mays var. indurata)，又稱為火爆玉米及印度玉米，有多種顏色也作為飼料及做玉米粉。(4)麵粉玉米(Flour, Zea mays var. amylacea)，又稱軟玉米此名來自其主要作為玉米麵粉或玉米澱粉。(5)爆裂型玉米(Popcorn, Zea mays var. everta) 是一種特殊的硬質玉米，玉米粒加熱後爆開，是很普遍的零嘴(Melchor, 2023)。(6)蠟質玉米(waxy corn, Zea mays L. ceratina Kuleh）又稱為糯玉米，学名为中国糯玉米（waxy corn, Zea mays L. ceratina Kuleh）。(7)有稃種 (pod or tunicate corn, Zea mays var tunicata) 其胚也許可能如前述6種胚乳特性，是原始類型的玉米品種，子粒外皮堅硬，橫切面角質胚乳環生外層，有稃型玉米植株多葉，子粒外有稃包住，有時有芒，常自交不孕。特殊功能分類法：高離胺酸玉米High-Lysine Corn、高油玉米High-Oil Corn、藍玉米Blue Corn、裝飾玉米Ornamental Corn、玉米芯玉米Corncob Corns、青割玉米(Forage maize)、及玉米筍(baby corn)等。 2.玉米不同生長階段的生理變化及狀態(Kruger Seeds, 2020) 　　玉米生長週期主要分為三個階段，第一階段是播種後到發芽的VE期。 　　第二階段是營養生長由葉片數可以了解其更詳細的生理變化：(1) V1、V2…、V5，此時植物能有幾片葉及幾穗已定，此時植株20-30公分高，其生長點尚未長出土面上)。(2) V6，生長點長出地面，對氣候冰雹、霜、或風害影響敏感度變大。節根成為主要根系統。V1葉也可能開始黃化及枯死。(3) V7，此時開始快速生長，莖開始抽長，此階段每穗有幾排玉米已經決定，並持續生長到V15/16。(4) V9，此時雄花穗快速生長，但尚未露出。(5) V10，一般較高位葉的穗芽較可以長成可收成穗。養分和乾物質累積快，養分跟水分需要量高。(6) V12，所有葉片皆已完全生長約一半可照到光線，發育支撐根(brace roots)，包穀的玉米粒數，及穗大小已經決定。(7) V16，第一雌穗抽出，最高粒數已固定)。 　　第三階段生殖生長期：(1) VT，植株進入完全成長，雄穗完全可見，再2-3天可見絲抽出。花粉瀑約持續1-2星期。(2) R1，個田的抽絲期是平均50%植株抽絲的日期。抽絲授粉從穗基部開始往尾端進行。到此時期鉀肥已經完全，氮及磷肥吸收快速。(3) R2，絲狀物開始變暗色及乾燥。此時玉米粒形成小泡內涵澄清液體，每顆玉米粒(kernel)有胚胎。玉米粒水含量約85%。(4) R3，玉米粒呈黃色及液體轉為累積澱粉後的乳白色，所以稱乳熟期，此時玉米粒水分含量約80%。(5) R4，澱粉液轉變成像麵團的澱粉物進入麵團期，此時水分含量約50%，上端開始形成凹槽型。(6) R5，玉米粒形成馬齒狀，此時水分含量約55%。玉米穗軸有可能白、粉紅或紅色。做青貯用栽培有時在此階段採收，主要考慮整株玉米植株水分含量。(7) R6，生理成熟期，此時玉米水分含量約30-35%，產能已經確定。 3.生長度日數(GDD，growing degree days)和玉米不同生理生長期的相關性 　　法國科學家de Réaumur於1730年引入生長度日(GDD)概念(Fraisse and Paula-Moraes (2022)引自McMaster and Wilhelm(1997))，當溫度超過基礎溫(base temperature)之後生物才能開始生長，且其生長和每日平均溫減去基礎溫值的日累積量有密切關係。GDD也被用在預估許多植物及動物的生長階段(Cross and Zuber 1972; Gilmore and Rogers 1958; Jarosik et al. 2011; Klepper et al. 1984; McMaster and Smika 1988; Russelle et al. 1984)。GDD觀念也用在作物害物 (pest) 整合管理估算在某些GDD時期有哪些病蟲害可能發生。 　　美國農部希望GDD從有用到可用，因此啟動發展可以精準活用GDD工具(HPRC, 2020)估算其鄉鎮級的GDD累積(採用氣溫)及玉米逐日發展，用在美國主要生產玉米的14個州及地區，所以各地區農民只要輸入播種日期就能掌握玉米的生長階段即可預期何時做施肥、除草、採收、防治蟲害等工作Nilsen (2019)。 4.收穫指數(HI, harvest index) 　　地上部乾物質(DM)產量及HI是評估改善穀類作物產量的兩個重要參數(Donald & Hamblin, 1976)。HI這詞最早由澳洲Donald (1962)提出，是榖粒產量和對生物質產量的比，這也是用以了解作物光合產物分配到可收穫部位的指標(Hay, 1995)。比較美國玉米帶1930年代到1970年雜交玉米的HI幾乎沒變(Meghji et al., 1984 and Crosbie, 1982)。然而這不是表示整個時期HI沒有改善。從1965-1993阿根廷從老的品種及新釋出雜交玉米發現其HI由0.41提高到0.52 (Echarte & Andrade, 2003)。在中國也發現新品種玉米的HI也由老品種0.37提高到0.51 (Hou et al., 2012; Ma et al., 2014)。 　　美國1949-2007間玉米單位產量提高4.21 公噸/公頃，主要是高產玉米及超高產玉米15公噸/公頃(Chen et al., 2012)。Ruiz et al. (2023)採用54個商業雜交品種 (103天及111天成熟的品種)，資料來自1983-2020年間橫跨13環境因子，包括種植密度(現行及歷史上增加速率) 及氮肥處理 (低及有足夠氮肥)，然後從文獻找到新的試驗數據 (n=16) 以提供詳細HI預估基因上的產能。 　　結果顯示在研究的環境及管理處理其HI相似，顯示其HI主要取決於育種。氮肥處理會影響HI，但是種植密度沒差異。試驗資料加上16篇文獻數據，迴歸式統計自1964年以來資料顯示相對提高的HI約0.26 %/年。故算前50年美國玉米帶玉米HI平均提高15%。 5.根/莖葉比值 　　一般植物根深入土壤吸收養分且其和土壤密切接觸，轉化為土壤有機質的比率高於莖葉的組織。Raziel et al. (2020)採用標準化原則於美國愛荷華州3年及多種作物耕作系統於10個位置採集160個土壤土環(0-210 公分深)測定玉米根的生質量。研究結果顯示玉米根量1.2-2.8公噸/公頃，大豆0.86-1.93公噸公頃。其根/莖葉比玉米0.04-0.13，大豆是0.09-0.26。玉米根的生質量比大豆高出27%，長度高出20 %，碳氮比高出35 %。此研究所得根/莖葉比值比文獻值低，可能因計算方法及品種差異產生。 　　此研究採樣時間為植株成熟期而非採收期以降低因作物萎凋期植體的衰敗。根/莖葉比和玉米及大豆根的碳/氮比成正相關。為因應氣候變遷及資源利用效益作物育種朝向強化根的生長(Lynch, 2007; Paustian et al., 2016)。 　　玉米和大豆的栽培種對幾種逆境如寒、熱、旱及低土壤肥力有高耐受性(Bandillo et al., 2017; Manchada et al., 2018)。根的生長，尤其早期吸收水分及營養有助克服逆境因子(Lynch, 2007, 2013)。玉米及大豆根受環境因子影響大，包括土壤型態、質地及管理(Anderson, 1988; Chen and Weil, 2011; Feng et al., 2016; Nichols et al., 2019)、水、養分及氧氣有效性、及微生物活性(Allmaras et al., 1975; Mayaki et al., 1976; Marschner, 1995; Robinson, 2001; Gallais and Coque, 2005; Fageria, 2013; Florio et al., 2014; Fan et al., 2017)、及生長階段影響(Gao et al., 2010; Comas et al., 2013)。 6.玉米養分需要量及不同部位間的分配 　　Bender et al. (2013)提出飼料玉米產量14.43公噸/公頃，養分吸收及隨玉米粒移走養分比率，又稱收穫指數(%)。氮、磷、鉀、鎂、硫、鐵、錳、銅、鋅、及硼全株養分吸收量分別為287、49.4、168、58.2、25.8、1.32、0.57、0.14、0.50、及0.084 公斤/公頃，其玉米粒中養分分別為166、39.1、55.1、16.8、14.6、0.245、0.07、0.042、0.308、及0.021 公斤/公頃。植體殘留養分分別有121、10.2、113、41.4、11.2、1.07、0.50、0.098、0.189 公斤/公頃。在6個生長期分析其葉、莖、生長組織、及玉米粒等4種部位的養分含量，顯示有些養分(氮、鉀、鎂、錳、硼、及鐵)約有2/3養分於營養生長階段吸收。玉米氮的吸收峰在V10-V14階段，每天吸收3.451公斤-氮/公頃/天。在VT-R1期吸收轉化到玉米種子的發育約56 公斤-氮/公頃。 7.種植條件 　　在堪薩斯州4月初播種時氣溫還低，在淺層土壤地溫比較高，可以促進發芽，播種深度約5公分。一般氣溫10-12.8℃時需18-21天冒芽，15.6-18.3℃時8-10天冒芽。不耕犁狀況如果覆蓋植體多，土溫較低發芽率較覆蓋少的較差。此案例的輪作是大豆，如果是玉米及高粱的殘體更多，其狀況可能更明顯，所以需要評估。台灣地區秋播時淺層土壤溫度可能太高，殘體覆蓋可能降低水分蒸發及降低土溫有利發芽。 8.耐鹽性 　　Maas et al. (1983)研究16個栽培種發現玉米發芽期相對耐鹽。有兩個栽培種可成功發芽到土壤水的導電度ECSW到10 dS/m。使用9個玉米品種溫室使用有機泥土壤(organic muck soil)，鹽分越高延遲玉米發芽，在ECSW 9.3 dS/m延遲6天全部發芽。鹽分敏感性幼苗期發芽率高，21天後鹽分對乾物重影響的臨界點為1 dS/m，超過此值，每提高1 dS/m其生長速率降低4.9 %。穗期及成熟期對鹽分較不敏感，其臨界點較高鹽分，但是超過臨界點後提高鹽分每單位影響產量的比率較高。以Bonanza品種(一種甜玉米)其臨界點5.8 dS/m，但是超過起始點的降率是7.7 %；玉米率產量電導度超過5.8 dS/m後產量降率是10.1 %。在雄花抽出期及或玉米率充漿期灌溉水電導度到9 dS/m對產量沒有明顯降低，灌溉水導電度低於9 dS/m產量不變。Saqib and Schubert (2023)於鹽分土地田間試驗測試耐鹽雜交玉米的影響，4個耐鹽品系及鹽分敏感品種種植對照組土壤EC 2.0-2.5 dS/m及鹽分土壤EC 10-12 dS/m。結果顯示對鹽分敏感品種產量顯著降低，其他耐鹽品種對產量沒有影響。最適的種植密度為8萬株/公頃，在提高種植密度產量沒有提高。 　　蔡(2008)採用模擬 11 種鹽分 (0%~3%) 逆境，研究40種作物種子發芽及幼苗生長探討耐鹽性。結果紅莧菜等14種作物屬於對鹽敏感、葉萵苣等8種作物屬於中等敏感、玉米-黑美珍等9種作物屬於中等耐鹽、玉米-雪珍等9種作物屬於耐鹽性強。玉米幼苗耐鹽試驗，以玉米-黑美珍在幼苗耐鹽指數是最高的 83 %為耐鹽性強，玉米-臺南 21 號幼苗耐鹽指數是最低的25 %對鹽敏感。吳(2014)提出玉米種子對鹽分耐受性，台南21號玉米種子對鹽分屬敏感性耐鹽加權指數22。臺南20號玉米種子屬中度敏感其耐鹽加權指數44。玉米-吉珍、玉米雪珍、臺農1號及華珍等四個品種各別耐鹽指數為67、78、78、及100。所得結果，將可作為初擬嚴重地層下陷地區後續產業發展方向之參考。【延伸閱讀】- 植物生長促進細菌能增加植株耐鹽性 9.玉米期待產量 　　玉米產量越高其所需養分及水分就越高，農民可以該農田前5年沒有特殊災害下產量平均值再加上5 %為期待單位面積產量估算其期待產量。期待提高產量也可以經由採用更高產量品種、調整種質密度、或改善灌溉、雜草及耕犁管理。然而所期待產量應該很少能再提高1.35公噸/公頃。廄肥可以改善土壤物理性及提供作物所需大量及微量養分。但是廄肥若施用過多可能帶入雜草、鹽分累積、及某些養分累積過高等問題。 10.土壤pH：最適玉米生長土壤pH範圍6.0-6.8。 五、土壤基本性質的影響 (一)、土壤物理性： 土壤有效土層深度對作物產量的影響 Swan et al. (1987)于1981-1985年間于維斯康辛大學試驗農場採用氮-耕犁-殘體管理模擬模式(NTRM)研究氣候及土壤水存量對玉米生長的影響。結果顯示氣候和土壤保水容量具交感作用。在1983、1984、及1985年玉米產量隨土壤深度增加而增加(到紅土黏粒層)，1981及1982年玉米產量和土壤深度關係小。Barnhisel et al. (2005)研究收集自非主要農田及主要農田研究資料，結果顯示土壤有效深度對作物產量的重要性以玉米最大，然後依序是高粱、大豆、小麥、及苜蓿。土壤壓實對作物產量影響也以玉米最顯著。Rees et al. (2015)研究壓實犁底層上方耕犁層土壤厚度(24、36、及60公分)對土壤溫度及水分狀況及對馬鈴薯(Solanum tuberosum L.)及大麥(Hordeum vulgare L.)產量的影響。結果顯示對土壤溫度無明確差異。對土壤水分狀況的影響表土層厚度淺的處理，土壤水分境況受降雨影響最大，較容易因雨而呈飽和狀況也較容易乾燥。土層最厚(60公分)處理對土壤溫度及水分境況影響的程度足以提高作物產量。中度厚度(36公分)最接近當地土壤化育狀況，對作物產量及減少土壤變異優於淺層(24公分)處理。中程度土壤厚度處理對大麥及馬鈴薯產量和淺層處理比較分別提高20%、及8%，前者達顯著水準後者未達顯著水準。 南伊利諾土壤的硬盤層及因農業操作造成的壓實層往往造成低雨量年玉米欠收。Varsa et al. (1997)于1989-1993年間研究耕犁深度(0、40、60、及90公分)及減少耕犁及不耕犁對土壤物理特性、玉米根發展及玉米產量的影響。結果顯示土壤穿刺阻力及土壤容重以耕犁90 公分深部降低最多，其他耕犁深度處理的差異質較少。耕犁90公分處理其21-100公分長的玉米根有35%深入土層60公分以下，不耕犁處理只有5%的根深入60公分深以下。生長季節雨量分布均勻及較低溫時，根的發展在底土層分布較均勻。深耕處理提高玉米產量，尤其耕犁90公分深處理產量一直是最高。不耕犁處理表土殘留物提高水的保留使其玉米產量高於耕犁40公分深處理。 土壤質地的影響 Tremblay et al. (2012) 研究土壤質地和氣候對氮肥在玉米產量的反應。進行一系列研究分析，在51個研究2006-2009年間北美地較大範圍內的反應，其氮肥不同用量研究中包含相同氮肥用量。結果顯示玉米對氮肥的效益在細質地土壤優於中質地土壤。在雨水豐富且分布均勻下質地間差異較小，玉米熱單位的累積可以增強氮肥的反應。施高氮肥玉米產量在中質地土壤是不施氮肥處理的1.6倍，在細質地土壤可以達2.7倍。在細質地土壤研究氣候因子的影響，在雨量豐富且分布均勻條件下其產量可以達4.5倍。Shahandeh et al. (2011)指出玉米產量和土壤黏粒含量成正相關或負相關受雨量左右。在潮濕氣候沙質土壤的玉米產量高於細質地土壤(Tremblay et al.. 2011)，乾燥氣候在黏質土壤產量較沙質土壤高(Armstrong et al., 2009)。 Valkama et al. (2009) 研究芬蘭橫跨80年的400個試驗結果磷肥用量的肥效反應採用作物群、土壤性質、及栽培地區以解釋其反應的差異性。【延伸閱讀】- 以生物固氮減少對氮肥的依賴 土壤團粒對作物的影響 Emerson and Greenland (1990)提出多數作物要有效率生產的第一需求是能接受雨水或灌溉水，否則不僅浪費水還會造成土壤沖蝕。第二需求是除水生植物(如水稻、筊白筍)外，多數作物都怕土壤浸水，且在田間容水量狀況下土壤團粒還有適度孔隙使所含水分可以移動到達植物根。要滿足上面需求表土土壤需要穩定的土壤團粒在雨滴衝擊時不致崩解造成阻塞土壤孔隙阻礙水及空氣的流通。 Zheng et al. (2023)收集到53個研究含2199對觀察數據經統計分析以做定量分析作物輪作對土壤團粒化及土壤有機碳(SOC)及明瞭適當的氣候、土壤及農藝因子。總體結果顯示作物輪作和單作農田土壤比對，發現大土壤團粒(> 0.25 mm) 提高7-14%，團粒穩定度提高7-9%，所有團粒的SOC提高7-8%。作物輪作提高土壤團粒化及提高SOC主要在年均溫8-15℃、年降雨量600-1000 mm、表土質地為壤土及臨界SOC在10-15 g kg-1、總氮0.75-1.50 g kg-1、及土壤pH在6-8範圍農地。作物輪作提高較高土壤團粒化及SOC往往也具有深耕(sub-soiling)、不耕犁、作物殘體留作農地、廄肥加化肥、氮肥施用量較低且較多輪作循環及較長時間。作物輪作效益發現前作大豆之效益最高。經由變異性分析顯示輪作引發土壤團粒化及SOC提高其解釋度，氣候佔26-35%及土壤佔17-34%。 土壤保水力及入滲速率的重要性 在極端氣候下造成乾旱及強降雨都可能對作物有相當不利的影響，所以土壤質地對土壤保水能力、水分入滲速率和排水性的資訊相當重要。如何使水能進入土層才能降地水土流失及提高整個土壤保持高水量的可能，然而當雨水量超過土層最大田間容水量時，也需要有足夠的排水性才不致造成根系因浸水缺氧而嚴重死傷。  土壤質地對土壤保水容量水入滲速率及可能之限制因子 質地 保水容量 入滲速率 限制因子 粗砂 112mm ≧ 254 mm/hr 乾旱(排水過度) 砂壤土 229 mm 50.8 mm 乾旱(排水過度)，砂壤土下有黏土時排水不良 壤土 279 mm 25.4 mm   黏壤土 305 mm 12.7 mm/hr 排水性不良 黏土 356 mm 1.0 mm/hr 排水性不良 注意：黏壤土及黏土土壤經過適當的地面或底層排水可以有良好產量   (二)、土壤化學性質 土壤化學性特性分析重要性的優先順序 Fernández and Hoeft (2009)評估在伊利諾州農田土壤分析項目的可靠性、應用性、及費用效益0-100，0表示價值低，100表示改化學性質分析應用價值最高。最高是加水測土壤pH (100)往下依序是磷(85)、有機質(75)、鉀(60)、交換性陽離子容量(CEC, 60)、苜蓿田硼(60)、鋅(45)、鈣(40)、鎂(40)、硫(40)、pH > 7.5田測錳(40)、氯化鈣溶液測pH(30)、緩衝pH (30)、pH > 7.5田測鐵(30)、有機質土壤銅(20)、交換性酸 (10)、玉米和大豆田硼(10)、pH < 7.5田測鐵(10)、pH < 7.5田測錳(10)、礦質土壤銅(5)。 土壤pH對養分有效性的影響 土壤pH和土壤所含養分的有效性濃度的影響，1935年Pettinger由Virginia 試驗農場結果畫出含7種必要養分的土壤pH對有效性養分影響圖，Trugo (1946)將其進一步製作含11種養分的圖(b)，此圖最被普遍引用。Lucas (1961)提出有機質土12中養分的關係圖(a)。圖中寬度越寬有效性較高，反之有效性較低。現在越來越多採用含高量有機質的人工介質種植高經濟作物，所以也將有機質土對在不同pH下養分有效性的影響。      土壤有機質提供的養分 一般公認土壤有機質含1公噸的碳(C)同時約含100 公斤-氮、15公斤-磷及15公斤-硫，碳/氮/磷/硫比100:10:1.5:1.5。土壤有機質每年約分解3 %，如此可以評估其對作物提供養分的潛能。假設土壤容重(bulk density)為1.333，15公分深表土土壤其土壤重量為200萬公斤/公頃。一般將SOC轉化為SOM的參數為1.73。所以假設含有2% SOM土壤，每公頃土壤含有SOM 40000公斤/公頃，含SOC 23121公斤/公頃，SOC每年分解693.6公斤/公頃，釋出氮69.4公斤/公頃，釋出磷10.4公斤/公頃，釋出硫10.4公斤/公頃。Kirkby et al. (2011) 提出穩定的SOM其C/N/P/S值100/8.33/2/1.43，Doran ( 2012)值100/10/1/0.25-0.50，Stevenson (1986)提出不含動植物及微生物體的抗性SOM值108/8/1/1。 Tipping et al. (2016)研究全球包括各種生態系統及土類的表土及底土土層土壤有機質C、N、P、及S約2000筆資料，發現非泥炭土壤其N/C、P/C、及S/C比和土壤有機碳(OC)含量(%)極極顯著的負相關(P < 0.001)。結果顯示低OC土壤其SOM的N、P、及S濃度較高。結果也可以歸納養分貧瘠土壤有機質(NPSOM)在簡單的混和模式其N/C、P/C、及S/C比值分別為0.039、0.0011、及0.0054，而養分豐富土壤有機質(NRSOM)之值分別為0.12、0.016、及0.016。換算成C/N/P/S比，NPSOM為100/3.9/.011/0.54，NRSOM為100/12/1.6/1.6。 土壤有效性氮潛力分析 Smith (1966)分析土壤有機質、全氮、0.01 M NaHCO3、0.0712 N H2SO4、厭氣孵育測銨、土壤混沙好氣孵育測銨+硝酸根+亞硝酸根、土壤上下層皆用蛭石好氣孵育測硝酸根氮等方法，結果顯示土壤有機質或土壤全氮相對較無效。土壤樣品幾種抽出方法的有效氮優於孵育釋出的氮。孵育前及孵育後硝酸態氮的預估土壤有效性氮的效果優於銨態氮。3種孵育方法中扣掉起始硝酸態氮濃度嚴重降低氮測值的有效性。Gianello and Bremner (1986)發展兩種可快速精準的化學分析方法評估土壤有機態氮的有效性潛力。 一個是用pH 11.2 的phosphate‐borate 緩衝液蒸硫氨態氮8分鐘。第二個方法是土壤樣品用2M KCl溶液于100 ℃處理4小時後測銨態氮。他們用33巴西土壤研究顯示這兩種方法測值和厭氣及好氣孵育所測土壤有機氮有效性有高相關性。厭氣孵育1星期後測銨態氮；好氣孵育2及12星期後測銨、亞硝酸根、及硝酸根濃度。其他的化學分析方法有酸性過錳酸鉀、鹼性過錳酸鉀、氯化鈣溶液殺菌弧方法及碳酸氫鈉紫外光法。 土壤礦物質及有機質對土壤陽離子交換容量(CEC)的貢獻 土壤CEC來自土壤的永久電荷及變動性電荷(Essington, 2004)。土壤CEC早在1900年代就被認為是土壤很重要的性質之一(Kelley & Brown, 1925; Walker et al., 1931)。土壤CEC的應用面廣，包括測定石灰需要量，評估鋁對植物的毒性，肥料使用量及施用時間或殺草劑的使用(Culman et al., 2019; Goldy, 2011, 2015)。美國北中地區早使用AoAC抽出劑進行取代法及累加法(鉀鈉鈣鎂及交換性酸(H+及Al3+)計算土壤CEC (Chapman, 1965; Nathan & Gelderman, 2015)。土壤陽離子交換容量(CEC , cation exchangeable capacity)就是土壤保護及緩衝土壤鹼基陽離子(K+、Na+、Ca2+、Mg2+)及酸性陽離子(H+及Al3+)功能的位置。CEC大土壤相對比較肥沃，施肥量一次可以較多，反之CEC小土壤一般比較貧瘠且施肥要少量多次。一般砂的CEC非常低約3 cmolC+/kg、黏粒10-200 cmolC+/kg、腐植質250-400 cmolC+/kg。 一般認為砂及砏粒的CEC對土壤CEC貢獻可以忽略，然而Iturri and Buschiazzo (2014)研究阿根廷潘帕斯草原發現其火山灰含有膨脹性礦物Semectite，砏粒中。土壤CEC來自砏粒的貢獻比率在總土壤CEC佔17.5%，在純礦物部分佔32%。Morrás (1995) 發現阿根廷Chaco地區土壤砏粒CEC 8-23 cmolc kg− 1，Peinemann et al. (2000)發現潘帕斯辦乾燥土壤砏粒CEC 6.5 to 7.1 cmolc kg− 1。Thompson et al. (1989)發現美國Mollisols及Alfisols砏粒CEC 2 -29 cmolc kg− 1。  土壤有效性養分的測定及意義 植物需要的必要養分及有益養分，除碳氫氧主要來自二氧化碳和水外其他多數養分主要來自土壤。所以土壤有校養分的有效濃度關係到是否需要施肥及施肥量的決定。 Mehlich (1984)研究M3抽出劑及步驟可以同時測定土壤磷、鉀、鈣、鎂、鈉、銅、鋅及錳有效養分濃度。AoAC方法早就被廣泛用以測定土壤交換性鹼基陽離子鉀、鈉、鈣、及鎂 (Ciesielski et al., 1997; Normandin et al., 1998; Sumner & Miller, 2018)，及土壤CEC (Nathan & Gelderman, 2015)。澳洲Hill lab.更進一步將M3推進到同時可以測定P、K、Ca、Mg、Na、Cu、Zn、Mn、Co、Al、及B。 Michaeson et al. (1987)研究比較M3、Bray-1、及AoAC測定土壤磷、鉀、鈣、鎂相關性。土壤性質影響測值相關性，M3和Bray 1有效性磷濃度迴歸斜率介於1.01-1.88，M3-磷濃度測值高於Bray 1測值，在火山灰土壤高出66 %，在黃土(loess soils)高出12 %。交換性鈣濃度M3-鈣和AoAC-鈣迴歸斜率介於0.95-1.33，前者高出後者17 %。資料顯示兩者相關性的延伸使用需要依土壤分類區分。M3和AoAC交換性鉀濃度的相關性R2值高於0.92，且斜率接近1.0，且捷距很低。所有土壤M3和AoAC交換性鎂濃度相似，雖然各別土類土壤斜率介於0.89-1.21，但是所有土壤兩種抽出劑測值差異性低，且R2值高，不過有一土壤(Knik soil) R2值最低。 Rutter et al. (2022)採308個堪薩斯州土壤比對M3抽出法和醋酸銨(AoAC)：(1)究評估M3抽出法測土壤鹼性陽離子，(2)檢定M3法取代AoAC的土壤pH範圍，及(3)測定用累加陽離子法和取代法測定CEC的相關性。結果顯示：(1)鉀、鎂、及鈉三種鹼基陽離子濃度測值M3和AoAC相關性極高，R2值分別為0.98、0.96、及0.97。然而鈣濃度兩種方法的相關性若，R2值0.78，在高pH土壤M3的測值較高。(2)M3方法估算土壤CEC值也受土壤pH影響，其關鍵土壤pH值為7.3。(3)土壤pH低於7.3的土壤鈣濃度和CEC值M3和AoAC兩種方法的相關性高，R2值0.9。 抽出劑的pH對鹼基陽離子測定也相當重要，特別是抽出劑pH和原土壤pH差異大時有相當大的影響，Ciesielski and Sterckeman (1997)發現抽出過程酸化土壤的作用會高估土壤交換性鈣濃度。Normandin et al. (1998)發現pH調到8.5的AoAC抽出劑鈣測值低於傳統pH調到7.0測值相當大。 Mallarin (1995)在愛荷華州分析240個農民含鈣質土壤，土壤pH介於5.3-8.2，比較Bray-1, 、Olsen、及 M3方法測定土壤有效性磷濃度，另外其研究1989-1994年間48個田間磷肥效應。 M3-P vs B1-P： pH<7.05土壤 M3-P = 3.6 + 0.88 B1-P，R=0.90， pH 7.05-7.45  M3-P = 7.4 + 0.88 B1-P，R=0.67， pH 7.45-8.2 無相關性 Olsen-P vs B1-P： pH<7.05土壤 O-P = 3.5 + 0.42 B1-P，R=0.77， pH 7.05-7.45  O-P = 3.1 + 0.45 B1-P，R=0.62， pH 7.45-8.2 無相關性 O-P vs M3-P： pH<7.05土壤 O-P = 2.1 + 0.47 M3-P，R=0.79， pH 7.05-7.45  O-P = 0.7 + 0.45 B1-P，R=0.67， pH 7.45-8.2   O-P = 1.8 + 0.45 B1-P，R=0.81 所有土壤    O-P = 1.5 + 0.46 B1-P，R=0.76 比較不同磷測定方法的藥劑、藥劑濃度及反應時間   Bray-1 (B1) Mehlich-1 (M1) Mehlich-3 (M3) Olsen (O) HCl 0.025N 0.05 M     NH4F   0.03 N   0.015 M   HNO3     0.013 M   H2SO4   0.0125 M     CH3COOH     0.2 M   NH4N03     0.25 M   EDTA     0.001 M   NaHCO3       0.5 M Soi/Solu 1:10 1:10 1:10 1:20 Time 5 m 5 m 5 m 30 m Upper Limit 100 ppm     50 ppm pH 2.6 1.2 2.5 8.5   ICP分析和鉬藍法比色分析磷濃度的差異性 土壤不同磷抽出劑抽出後傳統上採用比色法測定，近年更多採用ICP測定，愛荷華州土壤用ICP測定有效性磷濃度通常比比色法高出10-15 mg/kg Mallarin (1995)。Adeaonwo et al. (2013) 提出Mehlich 3、CaCl2, 、及水四種抽出液ICP測定和鉬藍法比色測定，結果顯示採用ICP測定比鉬藍法高且達顯著水準，ICP測值比鉬藍法高出30-140%。但是Olsen抽出劑兩種分析方法間差異不顯著，平均差異在1-2%。可能Olsen抽出劑可以將有機磷分解成無機磷而可以經由比色法測出，其他三種方法可能含有有機磷及其他型態磷，如亞磷酸在鉬藍法無法顯色，但是在ICP可以分析各種磷包括有機磷。 六、土壤肥力等級及肥料推薦量 　　作物施肥要科學依據合理施肥，其肥料需要量就須依作物需要量減去土壤肥力供應量，而土壤肥力等級配合作物需要有正確分析方法及田間試驗驗證肥力等級所推薦肥料量是否需要經過修正。歐洲及幾個農業輸出大國如美國、加拿大、巴西、澳大利亞等國家及注重農業生產和環境保護的歐洲各國及日本皆有完整的作物施肥系統，我國也極力推展然而還有相當長的努力空間才能落實。 　　在有解釋的系統中本文主要以美國維斯康辛大學所發展為軸，他們土壤分析和肥料推薦指南從1960年代開始發展，中間多次修改。最新版採用美國農部自然資源保育服務資料庫進行玉米的氮肥最大回饋指南，新的作法確認土壤管理組及土壤產能以做玉米氮肥施用推薦量的考慮因素。此肥料推薦指南已經整合到SnapPlus養分管理規劃軟體(http://snapplus.wisc.edu/)以供農民及其農業科系使用。此軟體系統的建立他們感謝土壤、農藝、及園藝系的資料及早期建立模式。 (一)土壤分析 　　一般土壤分析包括土壤pH、有機質含量、石灰需要量、酸化需要量、有效性磷及交換性鉀。有需要時加測土壤硝酸態氮、銨態氮、鈣、鎂、硫、硼、鐵、錳、銅、鋅、鉬、及氯之有效濃度。質地、交換性鈉、可溶性鹽、全氮、及重金屬(砷、鎘、鉻、鉛、鎳、及硒)。 　　在維斯康辛州土壤分析單位需經其州Department of Agriculture, Trade, and Consumer Protection (WDATCP) 的認證，其報告才做為養分管理計畫或政府相關補助經費的有效性。我國目前免費服務農民土壤、植體、肥料、及水質分析，這是政府的德政之一。 　　各種養分成分分析方法最重要是分析數據應用到肥料推薦上能反映到作物栽培的改善，當然也要看各單位的分析設備。 (二)土壤有效濃度等級 　　土壤有效性養分依濃度高低分為非常低(VL)、低(L)、適當(O)、高(H)、非常高(VH)、及過高(EH)等共6等級，有些單位分及級別較少，也有分級等級更多，近年更以迴歸方程式進行數位化運算。維斯康辛大學(2008)所建立級別意義及肥料推薦原則如下：   有效性養分等級(維斯康辛大學，2008) 級別 說明 施肥有效比率% 非常低VL 需要相當量的肥料才能得到適當產量，需經4-8年使土壤有效性養分建立到適當濃度。對中高產量作物可能需要次量及微量要素 90 低L 肥料施用量要高於作物移除量。次量及微量要素對高產作物可能需要施用，對中及低產作物可能不需要。 60-90 適當O 此範圍對作物生產及環境都市所期望的。施肥量和作物移除量相當就可以。次量及微量要素不太需要。 30-60 高H 施肥量約為作物養分移除量的50%。 5-30 非常高VH 只有鉀肥需要施用。施肥量約為作物養分移除量的25%，使土壤有效性養分濃度能逐漸降到適當範圍。 2-5 過高EH 約2-3年不用施肥，中及細質地土壤施少量的起始肥就可以。 < 2   (三)土壤管理組 　　1. 土壤種類多，但是在施肥管理上可以將土壤分類的土壤在分為管理組，維斯康辛大學將維斯康辛州土壤分成砂質(S)、壤質(L)及有機質土(O)三個管理組。作物種類他們也歸納成維斯康辛州將作物磷鉀需要量分成4群： a. 玉米、大豆、小穀粒(不包括小麥)、牧草、油原作物 b. 苜蓿、青割玉米、小麥、豆類、甜玉米、豌豆及果樹 c. 番茄、甜椒、芸苔屬(高麗菜、大白菜等)、葉菜、根菜、葡萄、及運輸疏菜 d. 馬鈴薯 　　2. 康乃爾大學幫紐約州農業土壤分為5個管理群及第六群包括有機質土、都市土壤、山區土壤及主要岩石地。Clemon大學所執行南卡羅來納州(South Carolina)土壤等級分類(Franklin and Moore, 2002)將南卡羅來納超過200個土系，歸類成4個管理組(1-4)做為養分管理及肥料推薦。另外增加兩個管理組(5及6)作為海灣及有機土壤。  (四)、飼料玉米農業試驗所農化組提供之肥料推薦量 　　氮、磷、鉀三要素是玉米生長時的重要補充養分。磷的需要性與缺磷症在幼株特別顯著，在生育初期幼株所需磷量比成熟的植株要來得多，當土壤能充 分供應幼株所需磷量，則很少發生缺磷症，但若幼株表現嚴重缺磷時，很少有 機會能克服缺磷而正常生長者，並且此症狀將延續至成熟。缺鉀症有時反應在玉米穗上，使穗軸變小變形且先端子實無法生長而成錐形，已形成之籽粒亦成熟不足，澱粉多而蛋白質少。 　　土壤在酸化過程中如施氮肥之酸化，鎂較易流失，致酸性土壤特別在質地較粗的土壤，土壤中置換性鎂量少，易發生缺鎂 症；土壤中置換性鎂量雖多，但鉀含量多時，亦會發生缺鎂，因鉀能抑制鎂之 吸收。土壤缺鎂，視嚴重程度，施用硫酸鎂有時可達25-50%增產效果。缺鋅可 發生於相當範圍的土壤質地及土壤pH 值，但它通常在砂質壤土或石灰質土壤被發現。 1.肥料需求基準：收量6.5噸/公頃之玉米植株三要素吸收量為N、P2O5、K2O各120、45、 100~120公斤/公頃；一般旱田土壤氮肥之利用率為30%、磷肥最低為25%、鉀肥較高可達45%以上。今以佳里鎮營頂里北邊之坋質壤土為例，其有效性磷23 ppm、鉀58 ppm，則肥料三要素每公頃 需求估計如下： (1).氮：(120 (植株吸收量)－65 (土壤、灌溉水及雨水供給量)) ÷ 0.3 (氮肥 利用率) = 180公斤 (2).磷：土壤中磷酐有效供給量 = 23 ppm×2.5×2.29×0.25 (磷利用率) = 33 公斤磷酐需要量=( 45 (植株吸收量)－ 33(土壤有效供給量))÷ 0.25(磷肥利用率) = 50公斤 (3).鉀：土壤中氧化鉀有效供給量= 58ppm×2.5×1.2×0.45 (鉀利用率) = 78 公斤 氧化鉀需要量=(110 (植株吸收量)－ 78 (土壤有效供給量)) ÷ 0.45 (磷肥利用 率) = 70公斤 2.氮素：以玉米收量6.5噸/公頃為基準，各預期產量之氮素推薦量(表一)。一般每公頃施用量為150~200公斤，可視生產潛力調節之。又不整地栽培者因氮肥的 揮失、固定等較多，而土壤氮的礦化供應卻減少，每公頃氮推薦量較整地者需增加20~30公斤。即一般施肥量相當於每公頃硫酸錏720~960公斤，如硝酸錏鈣為750~1,000公斤，如尿素為330~435公斤。原則上各種形態氮素玉米生育都無影響，但幼期玉米較喜銨態氮肥，而稍後期則喜硝態氮肥。一般氮以硫酸錏為佳，因它同時可供應硫元素23%。若 同樣每公頃6.5公噸玉米收量，其所需氮 吸收量120公斤/公頃改由平均組成含氮 0.39％之堆肥供應，則需此堆肥30.8公噸 (相當於尿素261公斤)，再考慮堆肥之利 用率時，實際需要量，當不止此數。 3.磷酐：一般每公頃施用量為50~100公斤，相當於過磷酸鈣280~560公斤，如土壤經預測時，施用量依土壤測定值(Bray-1)推薦如表二 。   表一、飼料玉米各預期產量(公噸/公頃)之氮素推薦量(公斤/公頃) 產量 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 氮肥 125 138 152 166 180 194 208 220 235 250   表二、飼料玉米之磷酐推薦量及氧化鉀推薦量(公斤/公頃) 土壤中有效性磷含量 ( ppm) 磷酐施用量 (公斤/公頃) 土壤中有效性鉀含量 ( ppm) 氧化鉀施用量 (公斤/公頃) < 9 100~150 <50 70-100 9-17 50-100 50-66 35-70 18-32 50 66 0-35 32 0~50     4.氧化鉀：一般每公頃施用量為50~100公斤， 相當於氯化鉀80~170公斤，如土壤經預測時，施用量依土壤測定值(M3)推薦如表二 5.鎂鋅用量 (1-1)鎂—葉面施用：鎂從葉面吸收良好，因此一旦發生缺乏症應儘早葉面 噴施1~2%硫酸鎂溶液，每隔7天一次，連續五~六次。 (1-2)鎂—土壤施用：每公頃施用硫 酸鎂200~400公斤，當基肥施用。在酸性 土壤可用白雲石粉（苦土石灰）1000公 斤/公頃，於種植前20天與表土混合。 2-1)鋅—葉面噴施：於缺鋅症候出 現時迅即噴施0.5~1.5%硫酸鋅液並加相 同濃度的生石灰液，以避免葉片受傷。其濃度依照玉米生育期、噴時之溫度、日照強度等機動調整之。 (2-2)鋅—土壤施用：基肥施用氧化鋅（ZnO含Zn 78%）30~50公斤或硫酸鋅 （ZnSO4．H2O含Zn 35%）80－120公斤/ 公頃，在石灰質土壤宜施用硫酸鋅。 (五)美國康乃爾大學所提出之玉米施肥指引 　　康乃爾大學的作物在培肥料推薦指南雖然已經整合到SnapPlus養分管理規劃軟體(http://snapplus.wisc.edu/)以供農民及其農業科系使用。然而許多農民未必要完整分析資料，且其系統的氣象及土壤資訊和台灣不同。其施肥指引中各表提出的肥料推薦一般適合於玉米經濟生產系統，其概念值得國內發展時參考這系統精神。例如這些表的肥料推薦量是將土壤簡化分為5個管理組。每一群組列出耕作年及豆科殘體回歸農田比率(>或<50%)及施或沒施廄肥等條件。 　　此指引在氮肥的推薦量採入作物栽培歷史及廄肥的使用，應用到伊利諾州土壤氮測定，在過去6年的測試案例有84 %準確性。此測試也納入玉米晚期的玉米莖硝酸根濃度分析以推斷第2年有乳牛廄肥的玉米田是否需要再側施氮肥。他們更和動物飼養計畫(CAFO, concentrated animal feeding operation)納入廄肥農田利用降低化肥又降低環境污染。 註解：如果沒有土壤分析資料及作物栽培歷史，其肥料推薦量採用土壤分析中等值的推薦量。如果沒有使用廄肥歷史資料，推薦量採用低肥力推薦量。 1.條施肥料用量：起始肥料應該含少量氮肥，多數會施磷肥及一些鉀肥。起始肥可以選擇1-4-0、1-3-1、1-3-3、或1-1-1複合肥，依土壤肥力狀況選擇。然而條施起始肥中氮+氧化鉀的量不要超過90-112 公斤/公頃。例如使用392公斤/公頃成分10-20-20複合肥料會傷到玉米幼苗。尿素及磷酸二銨最好也不要做起始肥用以降低傷到幼苗的風險。 2.康乃爾大學所提氮肥使用效益 　　需要盤點田間可能的所有氮源才能給予最經濟的化肥用量。一般農田土壤有機質礦化提供的氮可能有45到90公斤/公頃的氮。如果前期種植大豆或大豆-草土壤可能可以提供112-168公斤/公頃的氮或更多，優良草或草-豆科土壤在第一年可能可以提供84-112 公斤/公頃的氮。因此種植豆科的土壤加上土壤本身肥力其所提供的氮肥近224 公斤/公頃，因此只要施些起始肥(約33公斤-氮/公頃)就足夠玉米的氮需求。 　　此指引在2010及2011年決定以廄肥取代起始肥研究，發現： 1. 當土壤分析氮濃度在低及邊際濃度時施廄肥還要施起始氮肥，除非廄肥用量是所需全氮使用量。 2. 沒有施廄肥農田施用起始肥可以提高玉米產量，除非土壤有效性氮(ISNT, Illinoi soil nitrate test)已經足夠的農田所用起始肥對產量才沒有提升效應。玉米莖後期所測硝酸態氮(CSNT, corn stalk nitrate test)做為下一期作玉米施肥推薦參考，資料顯示當其濃度750-2000 ppm，顯示玉米田施肥量適當。玉米前作是大豆時氮肥可以減少22-34公斤/公頃。玉米種於種過埃及三葉草(clover)者，氮肥可以減少78-134公斤/公頃。 　　為提升氮肥肥效也有使用硝化抑制劑(dicyandiamide (DCD) and nitrapyrin)抑制將銨態氮轉化為亞硝酸的亞硝酸化單孢菌(Nitrosomonas)、抑制尿素水解成氨的尿素酶抑制劑(N-(n-butyl) thiophosphoric triamide NBPT), phenylphosphorodiamidate, thiophosphoryl triamide, and ammonium thiosulfate)、硫及聚合物裹覆的緩效性氮肥(slow or controlled release)。 土壤群I---黏質土壤、細質地土壤位於紐約北部(康乃爾大學) 耕作年 氮肥推薦量，kg/ha 草地 豆科少於50 % 豆科大於50 %   無廄肥 廄肥 無廄肥 廄肥 無廄肥 廄肥 1 11-34 11-34 11-34 11-34 11-34 11-34 2 56-112 11-45 34-90 11-22 22-78 11-34 3 78-123 11-56 67-112 11-45 67-112 11-45 ≧4 90-134 22-67 90-134 22-67 90-134 22-67   土壤群I---黏質土壤、細質地土壤位於紐約北部(康乃爾大學)磷肥(P2O5)及鉀肥(K2O)推薦量，kg/ha 土壤 土壤有效性磷等級 土壤有效性鉀等級 等級 VL L M H VH VL L M H VH 推薦量 78 67 45 22 0 56 45 34 22 0   土壤群II-紐約州中部砏質土壤、中到適中細質地土壤(康乃爾大學) 耕作年 氮肥推薦量，kg/ha 草地 豆科少於50 % 豆科大於50 %   無廄肥 廄肥 無廄肥 廄肥 無廄肥 廄肥 1 11-34 11-34 11-34 11-34 11-34 11-34 2 67-112 11-45 56-101 11-34 45-90 11-34 3 90-134 11-67 78-123 11-56 78-123 11-45 ≧4 101-146 34-78 101-146 34-78 101-146 34-78   土壤群II-紐約州中部砏質土壤、中到適中細質地土壤(康乃爾大學)磷肥(P2O5)及鉀肥(K2O)推薦量，kg/ha 土壤 土壤有效性磷等級 土壤有效性鉀等級 等級 VL L M H VH VL L M H VH 推薦量 78 67 45 22 0 67 67 45 22 0   土壤群III-砏質壤土、適中粗質地土壤(康乃爾大學) 耕作年 氮肥推薦量，kg/ha 草地 豆科少於50 % 豆科大於50 %   無廄肥 廄肥 無廄肥 廄肥 無廄肥 廄肥 1 11-34 11-34 11-34 11-34 11-34 11-34 2 67-112 11-45 56-101 11-34 34-90 11-34 3 90-134 22-67 78-123 11-56 78-123 11-56 ≧4 101-146 34-78 101-146 34-78 101-146 34-78   土壤群III-砏質壤土、適中粗質地土壤(康乃爾大學)磷肥(P2O5)及鉀肥(K2O)推薦量，kg/ha 土壤 土壤有效性磷等級 土壤有效性鉀等級 等級 VL L M H VH VL L M H VH 推薦量 78 67 45 22 0 90 78 56 28 0   土壤群IV---壤質土壤、粗到中質地土壤(康乃爾大學) 耕作年 氮肥推薦量，kg/ha 草地 豆科少於50 % 豆科大於50 %   無廄肥 廄肥 無廄肥 廄肥 無廄肥 廄肥 1 11-34 11-34 11-34 11-34 11-34 11-34 2 67-123 11-56 56-101 11-34 34-90 11-34 3 90-134 22-67 78-134 11-67 78-123 11-56 ≧4 101-146 34-78 101-146 34-78 101-146 34-78   土壤群IV---壤質土壤、粗到中質地土壤(康乃爾大學)磷肥(P2O5)及鉀肥(K2O)推薦量，kg/ha 土壤 土壤有效性磷等級 土壤有效性鉀等級 等級 VL L M H VH VL L M H VH 推薦量 78 67 45 22 0 134 90 56 28 0   土壤群V---砂質地、非常粗質地土壤(康乃爾大學) 耕作年 氮肥推薦量，kg/ha 草地 豆科少於50 % 豆科大於50 %   無廄肥 廄肥 無廄肥 廄肥 無廄肥 廄肥 1 11-34 11-34 11-34 11-34 11-34 11-34 2 45-112 11-45 22-90 11-22 22-78 11-34 3 67-123 11-56 56-112 11-45 56-112 11-45 ≧4 78-134 22-67 78-134 11-67 78-134 11-67     土壤群V---砂質地、非常粗質地土壤(康乃爾大學)磷肥(P2O5)及鉀肥(K2O)推薦量，kg/ha 土壤 土壤有效性磷等級 土壤有效性鉀等級 等級 VL L M H VH VL L M H VH 推薦量 78 67 45 22 0 134 101 67 34 0   3.玉米植株氮狀態 　　由觀察玉米植株狀況以判斷其氮肥用量是否適當。檢視玉米較低位葉片狀況，在玉米R5(馬齒期)如果有3-5葉片已經枯死(或近死)及上部葉片保持中到暗綠色時，表示當年的氮肥用量是適當的。此階段如果枯死葉片少於3片且上位葉顏色保持中暗到暗綠色，則表示當年的氮肥用量偏高，所以往後氮肥用量可以減少22-45 公斤/公頃。如果葉片枯死到或高於穗葉的葉片或整株植株葉片淡綠色及近於穗葉的葉片黃化，這些植株狀況顯示當期作氮肥不足，下期應提高22-45公斤-氮/公頃。玉米氮缺乏其葉片由尖端顯示V型黃化，此現象和乾旱症狀相似，但是乾旱的影響會更嚴重。如果在產期後段(VT-R6)嚴重乾旱，其症狀和前面敘述不同。在乾旱時氮用量要低於一般推薦量。 　　側施氮肥前的土壤硝酸態氮檢測(PSNT, pre-sidedress soil nitrogen test)可以提供有關土壤氮含量是否足夠作物最大經濟產量。此階段在玉米株高15-30公分時測定表土(0-30公分)的硝酸態氮是否足夠當季玉米生長所需。如果PSNT測值≧ 25 ppm，表示土壤有效性氮足夠，如果≦ 21 ppm，需要側施氮肥。如果在21-25 ppm間，表示再施氮有10 %機率產量會提高。【延伸閱讀】- 利用感測器測量土壤裡的硝酸鹽含量 　　前面有提過在玉米生長後段期間可以測玉米莖的硝酸態氮以判讀當期氮肥用量是否充足或不足或過多。青割玉米土壤樣品須於採收前1星期到採收後1天(如果期採後留的莖(stubble)高度 ≥ 36公分。用於測定莖硝酸態氮的部位在離地面15-36公分的部位，需要避免受土壤汙染。土壤肥力均勻農田6.8公頃採15段做一樣品。農田有不同管理或土壤性質不同區，需要分開採樣分析。大於6.8公頃面積的農場須分區採樣。玉米莖硝酸態氮濃度等級：低≦ 250 ppm N、邊際值250-750 ppm N、適當750-2000 ppm N及過量≧ 2000 ppm N。不同測值等級的判讀如下： 低：等級表示缺氮，顯示植株難獲得足夠氮。可能原因有施用量不足、根生長受限、缺水、養分交感作用造成缺乏。採收時枯死葉片可能高到穗葉或高於穗葉及/或整株淡到極淡綠色。 邊際：邊際等級下在某些年加施氮肥可以提高產量，這些年如果沒有加施氮肥，其植株狀況可能跟低等級的植物缺氮症狀。此情況下最好要做CSNT測定。 適當：顯示有效性氮足夠玉米經濟生產。採收時下位葉3-5片葉枯死而上部葉片保持中到暗綠色。 過量：當莖濃度超過2000 ppm N表示氮肥過多，採收時其枯死下位葉少於3片葉，上部葉片保持中到暗綠。如果有施廄肥及/或化學氮肥，顯示所施用量超過當期玉米作物需求。 氮肥監測建議連續幾年較能建立完整的施肥推薦量。 4.調整氮肥用量-將氣候資訊納入玉米氮肥調整 　　玉米氮肥用量隨這地區及生長季節而不同，同一氮肥用量下在某些年適合玉米生長，而某些年會產生氮肥不足現象。這重要原因在於後氣候、土壤、及管理等因素影響。在多春雨年份會造成硝酸態氮流失而需要在側施肥料時提高氮肥用量；然而乾旱年則需要降低氮肥用量。土壤型態不同也需要做不同的調整。 　　電腦模式可以納入許多不同因子影響能力及其交感作用的反應，如此可以以各別農田給予最適當的氮肥推薦量。電腦程式可以納入高解析的每日降雨量及溫度，也納入土壤型態、有機質含量、前作作物、有機肥施入、耕犁方式、種植日期及密度、栽培種、產量潛能等資料。同時氮的流失及水汙染及溫室氣體排放等不良狀況都可以降到最低。此運算模式可以進入Web-based Tools - Cornell CALS(https://cals.cornell.edu/field-crops/about/resources/web-based-tools)進行運算。

應用雲端工具，加速農業數位轉型拓展商機 財團法人農業科技研究院產業發展中心  洪子淵研究員、賴威延研究員 農業部農業科技司  許萌芳技正、湯惟真科長、彭思錦技士、楊承叡科長 壹、前言 　　全球農業生產環境與消費市場正在快速變動，加上網絡普及率提高及疫情影響而形成多元形態的數位消費行為，對於傳統銷售市場也造成了相當大的衝擊與挑戰，且這樣的改變將是永久性的，因此我國農業已不在是單線垂直整合，而是進入了跨領域的新數位合作時代。但由於農漁作物受到生長期、季節性、保存性及運輸性等問題，且病蟲害、極端氣候等環境風險也影響產量與品質，面對諸多變數使得農業數位標準化相較其他產業來得困難，農產業的數位工具不僅更要求彈性與靈活性外，也極須政府資源投入，協助農民打破既有習慣，迎接新型態農作模式。 　　正因數位轉型刻不容緩，農業部於2021年配合政策跨部會共同推動雲世代數位轉型方案，透過「雲世代農業數位轉型計畫」，優先聚焦「養殖漁業」及「外銷潛力作物」2大產業，配合農產業規模與屬性提供多元輔導資源，期望以智慧農業創新研發基礎上，持續應用擴散，應用雲端數位工具，搭配跨域導入數位管銷科技，完善整體農產業鏈達成數位轉型加速成果擴散，完成農業智慧化與數位轉型最後一塊拼圖，創造全新且高價值的農業產銷營運模式。   貳、農業數位化概況與雲端服務優勢 　　我國多年來持續投入智慧農業且已開發多項生產環控技術，奠定了高效的生產基礎與創新研發技術，然而如何與後端之數位管理、資料串接、客戶經營，以及精準銷售等關鍵節點進行有效的對接，有效進行成果擴散落地應用，其中雲端數位工具扮演重要角色。雲端運算大致上可以分為三種雲端服務架構： 基礎設施及服務(Infrastructure as a Service, IaaS)主要提供雲端硬體資源為主，使用者不用煩惱伺服器維運或儲存空間等問題。 平臺即服務(Platform as a Service, PaaS)則包含雲端軟硬體相關資源，使用者不必自建開發工具或作業系統等。 軟體即服務(Software as a Service, SaaS)則是已開發成熟的系統工具，提供使用者只要裝置可以連網，幾乎可以從世界各地存取應用程式。由於SaaS服務的便捷使用特性，省去過往需定點存取資料的煩惱，也可隨著企業成員的增加進行憑證數量擴張，加上資料直接置放於雲端伺服器，不必再行自建伺服器且煩惱資訊安全等問題，因此SaaS服務儼然成為各產業與農產業推動數位轉型重要的關鍵工具。 　　然而我國農業經營者平均年齡約64歲，對於智慧生產或數位服務等新興科技的學習應用相對困難，財團法人農業科技研究院(以下簡稱農科院) 2021年針對國內農民、農民團體及農企業等超過300對象進行調研統計，整體農產業數位化程度則約落於2.8分(滿分為7分)，普遍低於零售、服務或工業等其他產業，但面對整體消費習慣的快速變化，已有64%的農業經營者認為現有銷售模式必須進行數位轉型，不過卻有56%的農業經營者對於數位工具的應用非常不熟悉，有心改變但卻無著力點(圖1)。 圖1. 2021年農產業數位化程度(農科院執行且統計之調研資料)   參、依據農業產銷鏈痛點量身打造輔導策略與資源 　　農業經營者想要順利邁出數位轉型第一步，除了要降低數位工具應用門檻，也必須先瞭解自身農業產銷鏈的關鍵痛點。最常見的數位轉型痛點包含：找不到適合的數位工具與合作夥伴、對於數位轉型過於陌生且員工有所抗拒、預算有限加上不確定投入的效益等，再考量到年齡偏高與學習成本等等因素，往往導致農業經營者開始前就決定放棄。 　　考量到農業產業特性、結構以及轉型迫切性，農業部於2021年起依據不同產業規模與需求，提供相應的資源補助與輔導措施，降低傳統農業邁入數位化階段的門檻，逐步鼓勵農業經營者從接受、慢慢習慣，到例行性使用甚至靈活運用。相關作法包含： 一、建構便捷的數位工具媒合平臺-「雲市集-農業館」 　　多數農業經營者找不到合適的資訊服務業者，對於雲端數位工具的認識或使用感到陌生，因此透過農科院扮演媒合橋樑，嚴選超過100家優良的資訊服務業者，集結約300項較適合農業導入的雲端數位工具。同時將智慧農業執行過程中發展之數位工具，如台灣海博特股份有限公司「病蟲害監測系統」與「微氣候環境監測系統」、國興資訊股份有限公司「動態農聯產銷服務平臺」及寬緯科技股份有限公司「水聚寶水質監測設備與QIoT雲端服務」等，加速農業數位化擴散與應用契機。平臺分為生產管理、辦公室協作、資源整合(Enterprise resource planning, ERP)、資訊安全、雲端POS、進銷存管理、客戶關係(Customer Relationship Management, CRM)及數位行銷等8大類(圖2)，提供農業經營者找到所需快速選購。 圖2. 雲市集農業館8大數位工具類型 二、結合農業部試驗改良場所在地能量全地區即時輔導 　　由於農業經營者遍布全臺各地，對於數位知能也有很大差異，結合農業部各地區試驗改良場所能量，借重其與當地農民的信任度與熟悉度，能快速提供切實的輔導。而各個農業經營者對於數位化熟悉程度與需求差異很大，因此針對農業在數位轉型上更需要依程度與分階段來推行。簡單來說，將紙本資料轉為數據，屬於第一步的數位化階段；而開始將數據進行分析或用於流程改善等，則進入數位優化階段；最後針對目前傳統商業模式進行再造或創新，逐步邁入數位轉型階段(圖3)。 圖3. 農產業者數位化發展階段與應用發展規模推薦圖 對於剛開始邁入數位領域的小微型農產業者，會建議先以數位化與數位優化為目標，並優先選擇生產管理類或數位行銷類的工具，除了可以看到氣候資訊對於生產階段的提醒，也能真實感受到自己農產品在網路電商的銷售進步，使其對數位化更有信心。 對於已具規模且有數位應用經驗的農企業，則會鼓勵以數位優化與數位轉型為目標，在數位工具選擇上則建議導入CRM或ERP等系統，並與生產數據進行整合管理，或依產業特殊性進行客製化的雲端系統開發，讓產、製、儲、銷等各個產業鏈資訊能即時串接，達成高效的管銷營運模式。 三、數位轉型路上陪伴前行之補助資源-推動數位業參及基盤星點計畫 　　輔導過程除了注意農產業者數位程度的落差外，也需注意產業規模的差異，考量不同數位轉型對象之需求落差甚鉅，因此針對不同規模與需求的農產業者也提供了相對應的補助資源(圖4)： 　　雲世代農業數位轉型業界參與計畫：由於中大型農企業者使用市售工業或商業用途的數位工具，無法完全符合農業產銷所需樣態，因此補助農產業者自行開發客製化的數位系統，但需由業者提出轉型目標、數位系統規劃、未來營運模式、聯盟合作機制、預期效益及經費配置等完整的計畫書規劃，藉此加速農企業數位轉型。 　　農業數位基盤星點計畫：主要對象為小微型農民團體或個體戶，由於此部分對於數位轉型較不熟悉或剛起步，建議先以小金額的租賃方式來找到最適合自己的數位工具，因此提供每年最高3萬元的補助費用，並輔導其至「雲市集-農業館」選購所需的數位工具，協助跨出數位化的第一步，也可滿足大部分在數位初期的應用需求。 圖4. 農業數位轉型推動架構   肆、公私協力提升農產業數位程度增進收益 一、數位轉型關鍵指標成效顯著 　　透過各類補助與輔導資源，已協助業者於田間監測、倉儲管理或生鮮電商等產業節點1,045項導入數位工具，並上傳2,195萬筆田間數據或客戶資料至雲端，加速資料處理與分析，並協助小農與農企業上架2,921項農產品數位化販售，縮短產地到消費者距離，累計帶動國內數位銷售額達3.7億元，並創造國際營收達2.49億元，整體帶動農業領域衍生價值則12.4億元，有效促進產業獲利。 二、農產業數位程度提升帶動產業獲利 　　若以業者投入數位轉型前的平均經營狀況做為基線，導入數位工具可有效協助農產經營者提升數位營收占比達15%，相關配合的契作戶薪資亦可成長約3%；在公司營運部份可透過產銷資訊數據化有效減少人力投入並協助公司經營者精準決策，並以此提升效率與減少管銷上的耗損，平均整體參與之業者雲端使用率大幅提升約18%，顯示透過數位工具導入確實能夠達成省工且高效的作業模式。 三、農產業數位人才培育蓄積能量 　　跨域人才之培育，為推動數位轉型成功與否之關鍵，為了加速農業從事人員對於數位概念的養成與培養，建置隨選隨上之「農業數位學堂」(圖5)，依據使用需求，提供課程多元合作方案，網羅產官學研各方師資，通過提供課程影片、線上直播、課程管理、學習時數證明等線上學習平臺，並鼓勵參與專案的農企業增聘或培育數位跨域人才，推動迄今已累計培育農企業數位人才升級共4,351位。 圖5. 農業數位學堂提供多元課程服務 四、農業數位工具落地應用擴散全國 　　於外銷潛力作物以及養殖漁領域，自2021年起迄今，已吸引超過121家資服業者於「雲市集-農業館」提供306項的SaaS數位服務，目前已有全臺涵蓋北中南共1,822家(圖6)小微型的農業經營者選用數位服務，如綵宏花卉、典藏茶園、仁和鮑魚、居希恩等，從星點開始蓄積數位能量。較具規模之農業領頭業者則依自身產銷鏈需求客製數位系統，如外銷潛力作物領域的瓜瓜園、聯利農業科技、陳稼莊、華剛茶葉、台一種苗、雲林新社等企業以及養殖漁領域的天和鮮物、峰漁、雙肩智能、聖鯛等，由領頭企業以不同規模跨域合作導入田間管理、ERP、POS以及CRM等數位工具，作為農業數位轉型的火車頭串聯合作的上下游、契作戶、農場等等，以大帶小形式解決產銷鏈過程中之痛點。綜合而言，不僅將智慧科技落地應用，更期望藉此將數位工具擴散應用至多數農業從業者，加速農產業轉型朝向精準化與系統化管理發展。 圖6. 農業數位轉型應用場域全臺分布概況   伍、沿著成功之路前行-農企業數位轉型4大模式 　　農業數位轉型本就存在各種可能與多元模式，依據過往個案輔導的經驗，農企業由於不同的產業特性與需求，再各關鍵節點導入相對應的數位工具，進而優化內部管理機制或創造新型態之營運模式，綜整相關成功案例大致可歸納出農業數位轉型4大切入點(圖7)，以此供有意投入數位轉型之農企業參考仿效，快速因應市場需求，建立數位養殖體系或完善作物數位商轉模式，進而達到企業數位轉型之目的。相關模式說明如下： 一、一條龍數位串聯：協助企業掌握產業鏈各點資訊並即時調節生產模式，進而精準庫存管理與穩定供銷調節。 二、特規品精準管理：改變現有商模通路模式，針對消費市場喜好需求，強化供需體系數位管理，以提升商品價值。 三、透過消費導向虛實整合：分析消費者喜好，透過線上與線下通路觸角，提升消費體驗與誘因，增加顧客黏著度。 四、資源整合共享：整合小農需求與跨域資源，以數位化資源媒合平臺改變現有農事商模等型態，創造共利新商模。 圖7. 農企業數位轉型4大切入點   陸、擴散數位能量，運用自身優勢找到轉型方向 一、善用前人累積經驗與成果，將單點數位個案擴大至區域性數位發展 1.地方領頭農民親身分享，其推廣效益更高： 　　數位輔導的過程需要與農民多次溝通與引導，當看到一位70多歲種植絲瓜的農民，拿起手機觀看消費者與商品聊天機器人的對話，也藉由線上訂購系統看到自己絲瓜的訂單，代表這位瓜農已成功跨入數位轉型的第一步，而這些輔導過程也都值得了。如何把這樣的數位體驗進行複製與擴散，可以善用已發展成熟的雲端商業數位工具，會更容易入手亦減少使用系統的摸索瓶頸，再透過領頭農民親身分享他們的應用經驗，可加速其影響力與擴散效益。 2.「農業數位學堂」隨時線上學習，提升自我的數位知能 　　不同品牌或不同類型的數位工具應用，雖然可透過「雲市集-農業館」中製作之教學圖片或學習影片等了解使用方式，但無法直接提升數位應用的基礎知能，因此農業部與農科院共同建構「農業數位學堂」平臺。考量到各地區農民有不同的農忙時段，無法參與實體教育學習，在此平臺上也提供24小時免費線上數位課程，邀請產學研專家進行數位基本概念、管理應用、數位產銷策略等相關知識的講授，農民可依照自己的需求選擇數位知能提升、轉型案例分享、數位工具介紹及政府推廣措施等學習課程，來持續提升自身數位化能力與農產業競爭力。 二、農企業的數位轉型並非萬靈丹，對症下藥才是關鍵 　　很多農企業經營者往往往陷入開發了數位工具就可以讓農產長得快、賣得好的迷思，然而正式投入後才發現從導入到效益回收，比想像困難許多，甚至像一雙不合腳的鞋，穿不了也無法前進。建議成功的數位轉型需要注意： 1.確認痛點： 　　只有轉型目標設定清楚後，才能規劃未來需要投入何種資源，需耗費多久時間，以及預期能獲得何種的成效，因此每一個數位工具的投入，都必須先明確掌握要解決的關鍵問題為何。 　　而轉型目標的設定，必需有企業主的全力支持，且能提出未來公司轉型願景與方向，與各級主管共同討論逐步提出執行目標，以及產業鏈中最耗費人力、時間或資源的關鍵痛點，偕同資訊專家逐一檢視各節點導入數位工具的可行性與優劣評估，共同列出優先順序，同時也確保符合最初設定之轉型目標。 2.自我診斷： 　　確認數位轉型目標之後，必需審慎評估企業內部的數位化能力，盤點哪些需求可由內部自行開發或調節，哪些還需要引進外部資訊服務能量，亦應評估此數位升級後，未來是否有足夠能力自行維運。同時亦於自我診斷之過程，發掘自身發展優勢，數位化僅為轉型之手段之一，唯有確保自身優勢且持續精進，方可讓企業永續經營且長久獲利。 　　透過企業內部數位能力的盤點，包含數位人才、數據資料庫、客戶管理、進銷存管理及POS等相關軟硬體設備，並與資訊專家共同評估哪些可簡單的透過資訊串接或設備升級，哪些需求需要重新開發系統，同時也要注意新系統與舊有設備是否通用等。後續維運作業亦為重要且易受忽略之關鍵，具規模之農企業，建議應規劃內部數位人才的培訓，據以提高未來永續經營之可行性。。 3.轉換員工心態： 　　企業主必須轉達數位轉型可帶來的優勢，並協助員工進行相關的訓練，持續增加員工的知能與競爭力。倘員工無法參與且投入數位升級之過程，數位轉型極難成功達成。 　　農產業的員工可能相對傳統且年齡偏高，對於新事物或數位工具接觸少，亦容易排斥學習，應正式讓員工了解公司數位轉型的目標及必要性，包含列出轉型所需執行的工作項目，明確安排每位員工的任務分配，並且提供完善的教育訓練規劃，透過觀念溝通與分享轉型效益，賦予所有員工共同承擔數位轉型之責任，逐步帶領企業達成數位轉型。 　　數位市場的崛起與消費習慣的改變已成不可逆之現況，農業數位轉型雖剛開始跨出第一步，然而不會停止而是需要站穩腳步且加速快跑，農業從業者惟有持續提升自我的數位量能，善用相關輔導資源與應用數位工具，找到屬於自己的數位轉型方程式。也期許單點式成功案例未來將擴大為區域式的數位農業網絡，建構智慧農業生態系，以創新跨域的商業模式開創國內外市場與消費商機。

「園藝治療」是農業也是高齡照顧綠健康產業 綠色療癒力學院 沈瑞琳 院長 景觀碩士/園藝治療相關暢銷書作家/台灣流園藝治療推手/留日景觀設計、東西洋花藝設計教授資格/APATH亞太園藝治療協會認證園藝治療師（HTR)、教師(HTM)/台灣綠色養生學會認證園藝治療教師(HTM) 台灣的園藝治療發展在世界被看見 　　「園藝治療」雖然在台灣推動不到20年的時間，近10年因被接受度高而蓬勃發展，在產官學醫一致認同後，台灣園藝治療的發展快速且普及率高，2020年農業部推動「農村綠色照顧站」，針對農村長輩提供共餐、健康關照，以及園藝療癒的相關活動課程；2022年農村發展及水土保持署，推動「綠色照顧員」培訓計畫，培訓第一線服務社區長輩的承辦單位人員，落實綠色照顧品質優化；衛福部長照2.0體系照服機構、服務據點亦提供園藝療癒活動，作為被照顧者賦能、身體機能活化的服務選項之一，除了公部門的支持與推動，相關領域學界投入、民間社團及業界專家們各展所長，成就了台灣園藝治療的綠色照顧藍圖。 　　台灣園藝治療的發展，也隨著在地各方面主客觀因素，建構了今日樣貌，我在2021年將台灣流園藝治療發展，依照發展時程分成三個階段，2010年是「台灣在地人才培育期」，我們開辦認證課程培訓並認證園藝治療人才；2018年進入園藝治療第二個「跨領域整合發展期」，更多相關專業投入，跨域整合的園藝治療成形；2021年台灣園藝治療進入第三個階段，「園藝治療普及生活期」，即是全齡健康導入綠色照顧的元年（沈瑞琳，2021）。 「園藝治療」不只是農業，是跨領域整合科學 　　「園藝治療」這門跨領域科學，主軸是以「鼓勵人們親近自然或增加園藝活動的參與，有助各面向的健康促進效益」。全球最初的先驅鼻祖是誰呢？其實不可考，根據傳說及文獻記載，古埃及時代御醫為法老王開出「花園中步行」的舒緩處方，19世紀初，精神科醫師Benjamin Rush提出，精神病患在農場進行農耕工作有治療效果的觀點，並廣為推動；20世紀初日本的文學家「宮澤賢治」老師（詩人、童書作家、農業指導家、教育家、作詞家、社會活動家等多重身份），其一部戲劇名即為「植物醫生」，他在農業教育推廣同時，面對來諮詢農務問題的農民、天災人禍所致的農作欠收困境時，除了提供農業知識協助外，並分享自己所洞悉大自然的內省智慧鼓舞人心，被視為日本的園藝治療先驅；美國復健醫學在第二次世界大戰後，將園藝治療用於傷兵的身心靈治癒，讓因戰爭所致的受創身心及社會適應阻礙的軍人，得以重返社會；1948年美國Ruth Mosher Place正式提出園藝治療（Horticultural Therapy）一詞。 守護全齡健康的自然療法，人人都適用 　　全球「園藝治療」發展初期針對復健病患、高齡者、身心障礙者，提供復健處方及活動參與機會，隨著園藝治療的觀點日益寬廣，參與的族群也不再專屬特定， 無論是環境心理學家的研究發現，或是參與者的體驗反饋，親近自然對人產生身體、心理、社交關係活化及教育等正向促進效益，被看見並被需要且持續推動，跨領域合作與資源整合「園藝治療」已不再屬於特定對象的「治療方式」，而是全齡的健康生活與休閒方式之一。 　　2020的免疫學國際期刊，以新冠肺炎大流行和免疫系統為題，探討生物週期、心理健康、睡眠間與免疫間相互關聯性。「失眠」導致神經退化，例如「生活型態」導致睡眠不足、「老化」致使睡眠受到限制、「興奮劑」使用導致睡眠片段化；反之，預防神經退化，則是靠「身體活動」；舉凡運動、戶外活動、園藝活動、各式學習等，都可以使身體活動起來 (Charlotte Madore, Zhuoran Yin, Jeffrey Leibowitz, Oleg Butovsky ,2020）。Taylor（1990）針對運動機能的研究報告中指出「除草一個小時約消費300kacl，相當於中速率的速度走路或騎腳踏車」，另外「用割草機割草一小時約消費500 kacl，相當於打網球的運動量」；衛福部國民健康署也針對國人一般較常進行的運動，提供依照不同體重基準，進行不同運動卡洛里消耗量比較表，其中園藝活動的卡路里消耗值與騎腳踏車、健康操相近，甚至高過瑜伽（衛福部國民健康署-運動消耗卡路里一覽表），園藝相關活動讓身體活動起來、心情愉悅起來，預防腦神經退化也有助睡眠，是全齡健康、闔家適宜的休閒活動選擇。 親近自然不用擔心自己和家人是否有「自然缺失症」 　　我認為「親生命」是人人皆有的內建模式，而「園藝治療就是啟動人與自然連結的本能」（沈瑞琳,2010，2013，2016），在十多年來推動園藝治療的經驗中也發現，特別是成長歷程中，累積越多親近自然的體驗，未來與自然的連結會更加敏銳，也更具共鳴。隨著社會發展的改變，多數孩子在都市叢林中成長，因自小親近自然的比率下降，「五官六感」的覺察度也不如農業社會時的多元，未來的療癒紓壓選項會不會就此少了「自然」這項呢？是我的擔憂。這些年坊間開設一些治療「自然缺失症」孩童的課程，其實只要自小親近自然無須日後的治療，孩子親近自然除了深耕食農教育，對於大小肌肉發展、探索多元智能、強項智能發展、培養協同合作能力、社交關係活化等，也是運動與休閒的一種形式。「園藝治療」不只是農業，更是生命教育、健康教育、人際教育、休閒教育、品格教育、倫理教育，全人教育的起點。（沈瑞琳,2010，2013，2016） 農村或城市的長者需要的園藝治療形式有城鄉差異嗎？ 　　全球面對高齡化與少子化的衝擊，2025年台灣也將邁入超高齡社會，期長者受到更好的照顧，不止衛福部強化長照服務體系，減輕家庭照顧者負擔而努力，農業部、農村發展及水土保持署，也針對65歲以上的農村長輩、社區長輩，建立安心在地老化的服務模組，並整合農村再生、青農返鄉、休閒遊憩區發展等相關資源整合，目前在台灣及外島都見成效，2023年7月底已經輔導167個綠色照顧單位。 　　或許許多人心中會有疑問，這些參與的長輩，多數過去有農務經驗（有些現在還在持續農事中），日常即在自然中的長輩，還需要「園藝治療」的綠色照顧嗎？確實有參與綠照課程的長輩問我：「一輩子都在務農，哪需要再學什麼種花種菜啊！」，其實園藝治療不只是「綠栽培」，還包含很多面向的「綠療癒」可能，所以我給農村綠色照顧的slogan：「農村長輩過去的人生在照顧植物，接下來讓植物來照顧他們」（沈瑞琳，2021)。 農村推動綠色照顧建議： 　　首先解構再建構農村長輩間的關係，綠色照顧課程要先從「班級經營」開始，建立同班長輩間的關係，並創造重新認識彼此的機會，在分組活動設計中學習「協同合作」，透過教案中的「互助」關係，感受「接受幫助」和「幫助他人」，是很自然又溫暖的存在。因年長後，身體機能改變，加上羞於提出協助需求，漸漸的可以做的事受到限制，也是生活日漸無感溫度的進程，因此重新建立鄰里居民關係，「遠親不如近鄰」是推動在地安老的農漁山村的要點，所以在推動農村綠色照顧時，首要釐清服務對象（個別差異點）與需求，作為規劃農村綠色照顧課程的依據，絕對不可當成手工藝培訓班模式進行，而是一種透過「綠陪伴」方式，導入各種學習可能，這種「學習」是透過體驗自然而然的獲得，真正落實「活躍老化」，「新知學習」是長輩們持續做一位有趣的人所需要的養分，對於家人及代間關係都可獲得改善，綠色照顧或高齡照顧服務在「懷舊」以外，需要加入更多新世代元素，才能降低世代隔閡，2020年我帶著學院團隊講師們，進入農村綠色照顧站示範點（第一年全國農漁村僅有31個單位取得示範點計畫），半年的課程中除了綠藝術、綠藝術、綠用品、綠飲食...等，還有綠遊戲的手作童玩—木質手作戰鬥陀螺，長輩們在磨與修中滿是愛，試玩時各個是頑童，假日孫子回來時，成了孫子們的戰鬥陀螺大賽，嬉笑爭吵歡呼聲成了長輩假日最美好的樂章，一句：「阿公阿嬤家好好玩，下禮拜還要回來。」孫子這句話是長輩的幸福解方，每堂的綠色照顧站課程成了長輩們的日常期待，及家人聚會時的話題與盼望。 城市裡的加齡自然療癒建議： 　　寸土寸金的城市中，其實也是可以遇見一抹綠意的，建議居住城市者，可以增加走進戶外的機會，舉凡住家周邊鄰里公園、校園等，都是蘊含綠色療癒力的場域，或者，您提早一站下車，步行散步遇見不一樣的風景；如果體力、時間及交通距離允許，前往自然林等自然景觀豐富的處所，來個療癒「綠旅行」，可以呼朋引伴也可以參加社團活動方式，對於人際關係活化、五官六感覺醒、身體機能活化、學習新知，啟動遠離日常生活的療癒形式（being away)，在加齡的「綠旅行」中，我建議善用「輔具」，例如登山杖、行動椅、輪椅等都可以增加旅程的舒適度，減低體能的負荷，降低休閒參與阻礙，活著就是要動、「健人」就是「腳勤」，是給城市加齡者的建議。「森林療癒」也是多年來的熱門療癒方式，不同於「登山」需要體能和下肢肌耐力的考驗，而是只要到健康森林中，五官六感即可啟動感知接收森林浴中的芬多精、水體旁的負離子、聽見自然音，以及蒼翠寬闊的森林景緻的視覺療癒，但請帶著隨意遇見的自在心，「隨喜接收自然要給我們什麼？而不是想要到自然做什麼？」（綠色療癒力學院沈瑞琳FB，2015)，進入自然環境中可以讓人快速修復疲勞及壓力釋放。    　　2020年國際醫學期刊《刺胳針》（The Lancet ）發表一篇「Dementia prevention, intervention,and care」（失智症的預防、介入與照護）文章中提出，失智症的危險因子，除了遺傳基因外，還分別有中年及高齡後的危險因子，其中的「憂鬱」、「少動」、「孤獨」、「環境空汙」這四項特別引起我關注，這和我多年推動加齡的園藝治療理念不謀而合；園藝治療活動正可促進並提升活動意欲、增加身體的活動、增加植物栽培的機會、增加進入高綠覆率的環境機會，透過「融入～體驗～共鳴～分享」的歷程，引人進入療癒的意境，並獲得社交關係促進等，這些都直接或間接的幫助遠離失智的危險因子。 　　2022年我和研究團隊，在SCI發表了園藝治療介入高齡者的研究，研究發現，參與園藝治療活動後，長者的生活滿意度、心理健康和幸福感的主觀感受皆得到提升，長者的睡眠品質也獲得了改善，且無論失智症的程度如何，他們皆享受於園藝治療活動，本篇論文是第一個發現園藝治療介入後，免疫球蛋白 A、α-澱粉酶和乳鐵蛋白水平顯著增加的研究，這為該領域的研究人員開闢了一條新途徑，唾液免疫相關蛋白質增加，可預防上呼吸道感染疾病。（Jui‐Ling Shen, Bao‐Lien ,Hung & Shih‐Hua Fang， 2022) 　　現今我們身處多元且步調加快的社會，隨之而來即是壓力，壓力激增了亞健康的人口數，這是時代隱憂。或許無法立即改變大環境，但先顧好自己內在的小環境，讓身心靈維持健康狀態，覺察每一天中的美好。退休生活，從散步開始吧！（綠色療癒力學院沈瑞琳FB,2013) 「園藝治療」不是園藝活動，更不是手工藝訓練課，是場可以感受療癒的幸福時光 　　所有的園藝療癒教案與形式都可以複製模組，唯獨「綠陪伴」是從「心」出發的能力，唯有抱持「同理心」、帶著「理解」與「相信」的信念，才能引發參與者的活動意欲、與自然或植物產生共鳴的心理內在感受，達到身心靈的健康促進，成就一場具有治療或療癒力的園藝治療活動，而這樣的活動需要面面俱到，舉凡場地適宜性、溫度舒適度、空氣流通度、環境音是否會干擾、擴音設備的音量與音頻舒適度、播放的背景音樂選擇、活動主題的適宜性（參與者可及能力及材料工具安全性）、參與人數（包含工作人員＋陪伴者，人數與空間總量舒適度考量）、讓陪伴者理解如何陪伴參與、園藝治療助教（HTA)人選的適宜性等，最後，園藝治療師是否做好園藝治療活動帶領的上場準備呢？皆是環環相扣的牽動因素。「園藝治療」是針對參與者量身打造的活動設計，具有療癒或治療的目標，並須由具有園藝治療師的資格者方可帶領，才是園藝治療活動，否則僅能稱為園藝活動。（沈瑞琳，2010，2013，2016） 「園藝治療」是全齡的預防醫學處方之一 　　為清楚看見園藝治療的多樣性，2019~2020年間，我將園藝治療原本的兩大療癒形式「景觀療癒形式」、「活動參與形式」再重新重整細分為，「綠栽培」、「綠陪伴」、「綠藝術」、「綠體驗」、「綠用品」、「綠飲食」、「綠休閒」、「綠遊戲」、「綠旅行」、「綠生活」、「綠場域」、「綠療癒」、「綠健康」、「綠學習」、「綠養生」、「綠導覽」...等，並在2021年出版的新書中發表，讓園藝治療師或居家療癒者，可以透過自己的可及狀況、興趣來選擇適合自己的療癒主題，每個親近自然的機會，都有著不同的健康促進機會與效益(沈瑞琳，2021），以「綠栽培」為例，因為栽培（照顧）植物，有固定的週期，因此「養成每天固定的生活習慣」。例如： 生活介入園藝治療的健康促進效益，以「綠栽培」為例(沈瑞琳，2021） 日光浴、維他命Ｄ的生成、覺醒、睡眠時序調節 。 增加血清素的生成。 創造運動的機會。 走出戶外有助壓力減緩。 時間感知 (季節感知)。 提供參與者對話的機會。 提升上下肢肌耐力。 認知能力提升。 獲得植物成長的生命喜悅與採收樂趣。 其他。 生活介入園藝治療的健康促進效益，以「綠藝術」為例(沈瑞琳，2021） 認知的刺激: 可以做到，但沒在做的事。 活化序列記憶: 沒做過的，感覺我應該可以。 活化學習機能（學習力）。 社交關係提升 :結交新友伴、知識的交流 。 自我展演的舞台 。 情緒的出口、有用感、成就感、滿足感 。 生活環境美質提升。 身體機能活化 。 眼手協調。 .手指間活化。 五官六感的刺激。 上下肢肌耐力訓練。 提升專注力。 創造力（腦部活化）。 環境知覺提升。 其他。 綠陪伴-「用生命照顧生命、用生命呼應生命」 　　透過親近自然與植物的機會，成為彼此的陪伴者，因著「共事」產生共同的話題，讓人與人間的關係，不再是最親近的陌生人，透過「融入～體驗～共鳴～分享」的歷程(沈瑞琳，2010，2013，2016)，一起發現日常小確幸，感受當下簡單而真實的幸福感，「園藝治療」已不再只是療法，是一種「休閒」，也是一種「健康的生活型態」。 　　「園藝治療是治療人？還是治療植物呢？」，是我在推動園藝治療之初，因多數人不認識園藝治療為何，這句話成了我每場演講的開場白，您的答案是什麼呢？我的答案：是大地之母的愛與擁抱，透過園藝治療活動的參與，希望我們再次覺知大自然萬物的可貴，更加重視生態系、友善不同生命體，人必須重新學習與環境及生態共好，才能持續承接大自然的療癒力，持續健康美好的日常。我一直秉持著純粹的初衷，持續推動「自助助人」的園藝治療。 參考文獻： 沈瑞琳(2010)。《綠色療癒力》台灣第一本跨領域園藝治療專書。台北：麥浩斯出版社。 沈瑞琳(2013)。《綠色療癒力》封面改版上市。台北：麥浩斯出版社 沈瑞琳(2016)。《綠色療癒力》封面改版暢銷上市。台北：麥浩斯出版社 沈瑞琳(2021)。《加齡的自然療癒力》全球第一本熟齡的園藝治療專書。台北：聯經出版社。 農業部，綠色照顧站計畫：https://rural.ardswc.gov.tw/best/green-care 農村發展及水土保持局，綠色照顧：https://www.ardswc.gov.tw/Home/Search/?q=農村社區綠色 衛福部國民健康署-運動消耗卡路里一覽表：https://www.hpa.gov.tw/Pages/Detail.aspx?nodeid=571&pid=9738 「綠色療癒力學院沈瑞琳」FB粉絲專頁：https://www.facebook.com/winnie.shen60/?locale=zh_TW Charlotte Madore, Zhuoran Yin, Jeffrey Leibowitz, Oleg Butovsky (2020).Microglia, Lifestyle Stress, and Neurodegeneration,Immunity. Immunity 52(2): 222–240. Eduardo de Sousa Martins E Silva, Ben Hur Vitor Silva Ono, José Carlos Souza.Sleep and immunity in times of COVID-19.Rev Assoc Med Bras 2020; 66:143-147 Gill Livingston , Jonathan Huntley , Andrew Sommerlad , David Ames , Clive Ballard , Sube Banerjee , Carol Brayne , Alistair Burns , Jiska Cohen-Mansfield , Claudia Cooper , Sergi G Costafreda , Amit Dias , Nick Fox , Laura N Gitlin , Robert Howard , Helen C Kales , Mika Kivimäki , Eric B Larson , Adesola Ogunniyi , Vasiliki Orgeta , Karen Ritchie , Kenneth Rockwood , Elizabeth L Sampson , Quincy Samus , Lon S Schneider , Geir Selbæk, Linda Teri , Naaheed Mukadam (2020).Dementia prevention, intervention, and care: 2020 report of the Lancet Commission, Lancet 8;396(10248):413-446. Jui‐Ling Shen, Bao‐Lien ,Hung & Shih‐Hua Fang (2022) .Horticulture therapy affected the mental status, sleep quality, and salivary markers of mucosal immunity in an elderly population，Scientifc Reports 12:10246

2012年CRISPR-Cas9基因編輯技術（genome editing）的出現，讓科學家可以更隨心所欲的編輯基因。基因編輯技術有多種應用可能性，對各種生物產業包含醫學、植物、畜牧、漁業的未來發展都有重大影響。有鑑於基因編輯技術的應用潛力，各國也紛紛制定相關法規。目前臺灣還沒有相關法規制定，因此本文將以植物作物為例，探討傳統育種到基因編輯的變化，討論各國法規的制定如何影響農業經濟發展，並探索未來臺灣法規制定的可能性與潛在影響。 從傳統育種到基因編輯，植物育種技術的演變 　　植物的各種性狀如顏色、產量等，主要由遺傳物質DNA所決定。細胞複製或產生後代的過程中，有一定機率會發生DNA的改變，稱之為突變（mutation）。絕大部分突變都不會有明顯的影響，只有極少部分的突變會造成明顯的性狀改變。傳統的育種方法是人們會選擇特定性狀的植物作為育種材料培育後代，最終可能會成為新的商業品種。舉例來說，如果想要培育出有藍色葉子的觀賞植物，傳統育種就是在自然界中找到因自然突變而有藍色葉片的植株，再反覆雜交培育出穩定且具有觀賞價值的藍葉植物。但是，要靠自然突變得到想要的藍色葉片植株機率實在太低，因此人們也會利用藥劑或放射線等方法增加DNA突變的量，一次處理可以在染色體上創造數百到數千個位置的突變，如果剛好有基因突變能讓葉片變成藍色就留下來育種，這種方法就稱為「誘變育種」。目前許多市面上的水果或觀賞花卉，都是利用誘變育種培育。 　　傳統育種和誘變育種都需要找到特定性狀的植株才有辦法育種，但如果植物本身不存在藍色葉片的突變株，那麼即使以誘變育種也沒有辦法得到藍葉植物。這時，就要借助「基因轉殖」（gene transformation）幫忙。基因轉殖是把外來的一段DNA轉殖到目標生物的染色體中，利用基因轉殖直接獲得目標性狀，而轉殖的成品就被稱為基因改造生物（genetically modified organism, GMO），但過去的技術沒辦法控制轉進去的基因該插在染色體的什麼位置。 　　而基因編輯技術則可以精準改變基因序列的特定位點，理論上不影響基因體的其他部分，且不含有外來DNA。 定點核酸酶技術（site-directed nuclease, SDN）類型的基因編輯，如鋅指核酸酶（zinc finger nucleases, ZFNs）、類轉錄活化因子核酸酶（transcription activator-like effector nucleases, TALENs）、CRISPR-Cas9技術，可以精準地在基因的特定部位做變動，創造出所需的特定突變基因，獲得SDN-1的植物〔註〕。基因編輯後育種所得到的SDN-1植物品系，與傳統育種的成果在遺傳物質上看起來是一樣的。也就是說，如果今天市面上有一顆新品系的藍葉植物，單從基因組成其實無法判斷它是由天然突變產生，還是透過基因編輯培育而成。 〔註〕定點核酸酶切割後依據 DNA 修復的方式，還可區分為SDN-1、SDN-2、SDN-3 等三類，SDN-1 的產物完全不含外源插入的 DNA；SDN-2、SDN-3 的基因編輯仍牽涉外來的遺傳物質模板。本文討論到被認定為非 GMO 的基因編輯植物，以 SDN-1 植物為主。 各國基因編輯相關法規與對農業的影響 　　目前各國對於基因編輯產品適用的法規細節都不太一樣，大部分國家如美國、英國、澳洲、巴西、阿根廷、 日本等國認定SDN-1植物不含外來DNA，基因體的突變情形與自然突變相似，因此不屬於GMO；其中部分國家規定只要在產品上市前提供一些必要的資訊即可；其他國家則要求基因編輯產品需要做個案評估。在前述提到的國家中，基因編輯植物皆不需要進行屬於GMO的評估審查。而歐盟（European Union, EU）與紐西蘭 則將SDN-1產品視為GMO，需要進行GMO相關的評估審查。不過，歐盟理事會（Council of the European Union）後來要求歐盟委員會提交新基因體技術的研究報告，特別是將基因編輯技術視為基因轉殖管理所造成的影響。2021年4月歐盟發布的研究報告指出，基因編輯作物的風險程度與傳統育種相似，使用不同的管理方法可能不合理，而且基因編輯產品對永續農業的發展具有相當的貢獻潛力。因此，歐盟委員會目前正在針對基因編輯植物擬定新的管理辦法。 圖一：植物育種方法與染色體 DNA 突變的關係。（作者提供） 　　法規的認定會如何影響基因編輯技術於植物育種的運用？由於基因編輯技術使用於植物育種的技術與成本門檻並不高，大部分中小型企業就有能力可以進行基因編輯作物的研發。但如果將基因編輯產品視為GMO，就代表產品上市前需要提供和GMO相同的安全性評估資料。過往GMO產品從研發到商業化，平均需400個月的時間以及1.15億美元的研究經費，其中有50％的時間跟38％的經費被用於評估資料的準備與審查。因此當基因編輯產品在法規上被認定屬於GMO時，即使產品研發 前期的技術與成本門檻較低，產品研發完成後仍需花上近200個月及5800萬美元的時間及成本進行GMO的資料跟審查，才能讓產品成功上市。這樣的審核對一般中小型企業而言是個沉重的負擔，這也是為何目前的GMO多半是跨國大企業的產品。 　　根據歐盟種子公司調查，在歐盟尚未決定基因編輯商品的規範時，有八成的歐盟傳統育種公司投入基因編輯技術的開發跟應用。但在2018年歐盟法院判定基因編輯植 物屬於GMO後，有三成公司放棄進行基因編輯育種研究。從阿根廷的案例更可以明顯看出，基因編輯作物是否被視為GMO，對於中小企業的研發意願影響很大。 　　在阿根廷國內的GMO申請案中，只有8％來自國內中小企業，跨國企業則占了90％。而阿根廷認定基因編輯植物不被視為GMO，因此有56％的基因編輯申請案由在地中小企業和公家單位提出，外國企業則僅占41％。顯示法規對基因編輯產品是否屬於GMO的認定，直接影響了國內企業開發產品的花費與時間，也會影響一個國家投入產業的研發能量，甚至可能影響未來農業產品的競爭力與外銷能力。 臺灣的農業優勢與對基因編輯作物的展望 　　臺灣地形高山與丘陵占比非常高，地小人稠且農地不集中，造成機械化困難、人工需求高，使生產成本比外國高，價格無法與國外大規模生產類型的農產品競爭。例 如臺灣有95％大豆來自進口，而全世界的大豆有74％是GMO。臺灣法規尚未開放大規模種植GMO作物，因而造成國內不能生產GMO大豆，卻又向國外進口GMO大 豆的現象。 　　雖然大規模生產農產品有許多限制，但在高價作物方 面，臺灣農業的育種與栽培技術都非常成熟，如需要精緻栽培的蝴蝶蘭、芒果、釋迦等作物皆世界知名，也是 臺灣重要的出口品項。基因編輯可以精準創造類似天然突變性狀的技術，能大幅度縮短育種時間、獲得目標性狀，有效率的改良高單價作物品質、提高競爭力。從世 界各國的專利布局也可以發現，過往GMO產品多半為糧食作物的專利，但目前世界各國的基因編輯專利已經開始大量應用在高單價作物。大部分國家規定SDN-1植 株不屬於GMO，因此可以進行大規模的研究、種植與商品化。如目前日本的GABA番茄或美國的抗褐化蘑菇等高機能性或耐儲運基因編輯產品皆已經上市，相信在 不久後的未來，國際高單價農產品的市場上將會出現很多強勢的基因編輯商品，有可能會對臺灣目前的出口品項造成衝擊。 　　臺灣因為特殊的原因無法加入各種國際關係貿易協定， 農產品外銷狀況受關稅談判結果影響。目前世界上大部分國家規定SDN-1植物不需進行GMO相關審查，臺灣 相關法規狀況也將成為與各國進行國際關係貿易談判的重要影響因子。 　　臺灣目前尚未正式制定基因編輯相關法規，在此建議除了站在科學的基礎上，更需考量國情需求，將國內產業 發展、未來國際競爭力，以及未來國際貿易規畫列入考 慮，才能制定適用而有前瞻性的法規（圖二）。 圖二：基因編輯法規對臺灣農業研發與產業的影響。（作者提供） 新聞來源 朱文深等（2019年7月5日）。國內外基因體工程相關法規掃描與探討。農業科技決策資訊平台。https://reurl.cc/KXv77g AgbioInvestor. (2022 April). Time and Cost to Develop a New GM Trait (A Study on Behalf of Crop Life International). AgbioInvestor. https:// reurl.cc/qZ37yp Buchholzer, M., & Frommer, W. B. (2022). An increasing number of countries regulate genome editing in crops. New Phytologist.

農業經營海洋藍碳應用前景與展望：台灣契機 陳亮妘1、蔡宗佑1、廖竟歆1、鄭鈺筠1、洪慶章2、李澤民1 1國立中山大學海洋生物科技暨資源學系 2國立中山大學海洋科學系 　　二氧化碳 (CO2)、甲烷 (CH4) 和一氧化二氮 (N2O) 是人類活動排放的三種溫室氣體，大幅改變了大氣中的碳濃度，加劇溫室效應，使得太陽溫度進入地球表面後難以排出，造成地表溫度上升，也就是您我常聽見的「全球暖化被認為是導致氣候變遷的主要因素，排放量大的二氧化碳為造成氣候變遷主要因子 (UNFCCC, 2008)。從200多年前工業革命至今，人類過度使用石化燃料與不停地砍伐森林，使溫室氣體不斷在大氣層中累積，導致全球暖化、海平面上升與極端氣候頻繁出現，並同時造成海水酸度增加 (IPCC 2007)。聯合國政府間氣候變化專門委員會 (IPCC) 於2018所發佈的《全球升溫1.5°C特別報告》(Special Report on Global Warming of 1.5°C，SR15; IPCC, 2018) 明確指出，若要達到「巴黎協定」所設定對比工業時代之全球升溫幅度要控制在1.5℃內的目標，全球溫室氣體排放要在2050年達到“淨零排放”，也就是俗稱的碳中和。在全球系統中，海洋碳庫 (~38,000 Gt-C) 是地球上最大的三大活躍碳儲庫之一，分別是陸地碳庫 (1,900 Gt-C) 的20倍及大氣碳庫 (750 Gt-C)的50倍。因此，海洋是發展負排放科技極具潛力的場域，且被視為達成“淨零排放”最符合成本效益的可能途經之一 (National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine, 2019)。 　　海洋吸收了大約25~30%人為活動所排放的二氧化碳，估算1980年代由人為活動每年釋放約7.1 Gt (1 Gt =109 ton) 的碳，存留在大氣中為3.2 Gt，另有2.0 Gt被海洋吸收，北半球約固定0.5 Gt為有機碳。約四分之一的化石燃料排放二氧化碳被海洋吸收，這些被海洋吸收的二氧化碳 (Dissolved inorganic carbon) 會形成碳酸，造成海水的酸度逐漸增加，這就是眾所皆知的海洋酸化。從工業革命至今，全球海洋表水的pH值已下降了0.1，雖然目前海水的酸鹼值還是遠大於7.0以上，但很多的小尺度或實驗室的實驗大多顯示，一些含鈣的海洋微細藻及甲殼類在低pH值的環境中，存活率、生長率及其營養成份也會受到不同程度的影響，衝擊生態系、漁業和水產養殖業。 　　二氧化碳增加大部分是化石燃料燃燒所致，排放量從 1960 年代的每年 109 Mt-CO2增加到 2022 年的每年約 366 Mt-CO2，大氣二氧化碳濃度現在比工業化前水平高出 50%。在 2013 年之前，從未有過連續三年二氧化碳年增加量超過2 ppm記錄。2022 年是二氧化碳濃度連續 11 年增加超過 2 ppm (圖一)。現今大氣二氧化碳濃度與430 萬年前的上新世 (Pliocene epoch) 相當，當時海平面比今天高約 75 英尺，平均溫度比工業化前高出華氏 7度，現在是苔原的北極地區在當時為大片森林所占據。根據美國國家海洋暨大氣局 (NOAA) 觀測，2022 年大氣二氧化碳濃度增加率為歷史最高，全球地表二氧化碳濃度上升了2.13 ppm，達到 417.06 ppm，而且是65 年監測以來增加最高速度。釋放的二氧化碳量預計將增加到 2030 年403 Mt-CO2，2050 年達到 500 Gt--CO2，地球溫度將增加到 2oC (Fawzy et al., 2020)。 圖一、美國國家海洋和大氣局 (NOAA) /地球系統研究實驗室 (The Global Monitoring Division of NOAA/Earth System Research Laboratory) 紀錄全球每月平均二氧化碳濃度變化趨勢圖 (圖片來源：NOAA 全球監測實驗室 https://www.noaa.gov/news-release/greenhouse-gases-continued-to-increase-rapidly-in-2022)。 　　光合作用利用太陽能轉化二氧化碳為有機碳之生物質，環境適合下可以儲存於陸地土壤與濱海海岸底質，及海洋陸棚斜坡及深海底泥，生命週期可達千年，這些封存的碳住要存在於森林、濱海植被、海洋藻類、土壤，分別稱為綠碳、藍碳、及黃碳等自然碳匯 (Carbon sink)。地球最大碳匯的海洋被視為實現碳中和及持續發展支持人類活動之重要場域。 　　藍碳 (Blue Carbon，BC) 由海洋生物捕獲大氣二氧化碳並被封存在海洋環境 (Nellemann and Corcoran, 2009)，包含沿岸藍碳生態系 (Coastal Blue Carbon Ecosystems，BCEs) 及開放海洋藍碳生態系 (Open Ocean Blue Carbon Ecosystems)。沿岸藍碳生態系包含鹽沼 (Salt marsh)、紅樹林 (Mangrove) 和海草床 (Seagrass meadows) 構成濱海碳循環熱點，是地球生物圈最大碳匯之一 (Nellemann et al., 2009; Duarte et al., 2013) (圖二)。 圖二、沿岸藍碳生態系碳捕獲及碳封存過程暨全球藍碳潛在區域及儲碳量 (圖片來源: 美國國家海洋和大氣局 (NOAA https://www.climate.gov/media/14819; https://www.climate.gov/media/14818)。 　　自然界碳儲量積累奠基於二氧化碳吸收固定速率大於含碳有機質 (碎屑和沈積物) 分解和侵蝕速率，具有這種碳封存的生態系或熱點通常三大特點：一、高效率二氧化碳轉化為植物生物質的生產力，二、地上部生物質受水流及潮汐影響而增強沉降及地下部生物質侵蝕減少，加上來自外部來源 (異地) 有機質，聚集在缺氧土壤而有效堆積有機質 (Kennedy et al., 2010; Saintilan et al., 2013)，三、藍碳生態系土壤含氧量低導致分解速率降低，有助於積累和保存海洋有機碳 (Organic Carbon，Corg) (Nellemann et al., 2009; Mcleod et al., 2011; Duarte et al., 2013)。沿岸植被生態系具有封存大量碳能力，被封存的碳可達數百年、甚至千年以上生命週期尺度引起科學家和政策制定者的興趣 (Nellemann et al., 2009; Fourqurean et al., 2012; Duarte et al., 2013)，這些沿岸藍碳生態系分布全球 (圖二)，為對抗氣候變遷之二氧化碳溫室氣體提供一個重要的友善環境自然碳匯方案。 臺灣本島和離島周圍的「藍碳」及減碳效益 　　沿岸藍碳生態系是潮汐鹽沼、海草床和紅樹林，藍碳植被生產力高，死亡的枯枝落葉及根系之植物有機碳埋藏於這些棲地厭氧土壤，減緩有機碳分解，造成巨大碳存量累積於土壤。以深度1公尺土壤之有機碳含量分析，全球沿岸藍碳碳存量能力以紅樹林每公頃386 Mg C，次為潮汐鹽沼每公頃255 Mg C，海草床則約為每公頃108 Mg C。 　　臺灣本島和離島周圍有潮汐鹽沼、海草床和紅樹林「藍碳」，根據中興大學林幸助教授調查臺灣三種藍碳生態系總碳匯能力為每年 95,094.48 Mg C，碳儲存量為 341,344.44 Mg C，海草床所占面積最大，達5456.33公頃，集中於東沙，紅樹林棲地約有680.66 公頃，集中在台灣本島西海岸，具有藍碳功能之潮汐鹽沼佔約188.33公頃，每公頃碳匯蓄積量依次為海草床、紅樹林、及潮汐鹽沼 (圖三)。由於紅樹林棲地底質可深達數公尺，歷史以來累積之碳儲量最高，達181,559.59 Mg C，大於占地最大之海草床的143,784.10 Mg C，潮汐鹽沼累積之碳儲量最低，僅為1600.25 Mg C (圖三)。 圖三、臺灣潮汐鹽沼、海草床和紅樹林藍碳生態系面積、每年碳匯能力、及碳儲量 (資料取自中華民國111年12月國立中興大學林幸助執行海洋委員會海洋保育署委託「臺灣沿海重要碳匯生態系統調查與評估計畫」成果報告)。 一. 潮汐鹽沼 　　全球鹽沼主要分布於溫帶至鄰近極地附近，台灣亦有鹽沼生態系，根據林幸助教授資料指出以「能在潮汐影響區域形成一定族群，提供碳匯能力」為定義所調查之臺灣潮汐鹽沼物種數臺灣潮汐鹽沼的物種以單子葉草本植物的雲林莞草 (Bolboschoenus planiculmis)、蘆葦 (Phragmites australis)、鹽地鼠尾粟 (Sporobolus virginicus) 與外來種的互花米草 (Spartina alterniflora) 為優勢鹽沼物種，儲碳量最高 (圖四)。 圖四、臺灣潮汐鹽沼藍碳生態系物種總數、每年碳匯能力、及碳儲量 (繪圖資料取自中華民國111年12月國立中興大學林幸助執行海洋委員會海洋保育署委託「臺灣沿海重要碳匯生態系統調查與評估計畫」成果報告)。 二. 海草床 　　海草是一種沉水性維管束植物，主要棲地是淺海砂質及泥質沿岸，根據海草抵抗干擾或隨後之恢復能力，通常將海草可分為三種類型：持久性 (Persistent type)、機會性 (Opportunistic type) 或定殖性 (Colonizing type) (Kilminster et al, 2015)。臺灣三大沿岸藍碳生態系面積最大為海草床，主要是東沙島及東沙環礁，臺灣本島西岸、南端恆春半島及離島僅佔不到1%面積，根據中興大學林幸助教授及相關研究團隊資料，臺灣海草物種數有12種，佔全球海草物種數目的1/6，碳匯能力及儲碳量高 (圖五)。 圖五、臺灣海草床藍碳生態系物種總數、每年碳匯能力、及碳儲量 (資料取自中華民國111年12月國立中興大學林幸助執行海洋委員會海洋保育署委託「臺灣沿海重要碳匯生態系統調查與評估計畫」成果報告)。 三. 紅樹林 　　紅樹林為耐鹽木本胎生植物，中興大學林幸助教授調查指出臺灣紅樹林棲地點分布在本島由淡水河口至屏東東港沿岸及離島，面積約681 公頃，臺中大安以北之憂是紅樹林為水筆仔 (Kandelia obovata)，南方主要為海茄苳 (Avicennia marina) (林幸助教授資料) (圖六)。 圖六、臺灣紅樹林藍碳生態系物種總數、每年碳匯能力、及碳儲量 (繪圖資料取自中華民國111年12月國立中興大學林幸助執行海洋委員會海洋保育署委託「臺灣沿海重要碳匯生態系統調查與評估計畫」成果報告)。 沿岸藍碳生態系統對減緩和適應氣候變遷的爭議 　　氣候變遷對碳積累的作用造成衝擊，國際社會及學界對於藍碳存在三個爭議問題，第一個是環境干擾可能造成沿岸藍碳生態系溫室氣體排放，土壤表層可能在環境干擾排放二氧化碳、甲烷及一氧化二氮等溫室氣體，但仍未被大規模驗證。第二個是大型海藻是否可以被認為是藍碳? 必須以海草床、紅樹林和潮汐鹽沼生態系碳封存之科學方法證明。第三個是沿岸藍碳生態系累積碳酸鹽是否受到干擾後反而成為潛在的二氧化碳排放來源。吸引不同領域科學家參與藍碳科學這一項多元化的跨領域議題，對於藍碳成為可以量化及減碳之實質貢獻，才能定論藍碳之地位與碳權之可行性。科研界及政策制定者對藍碳科學及其在減緩氣候變遷的應用的十個懸而未決的問題及疑問，可歸類為十個議題： 一. 氣候變遷及為為活動影響藍碳生態系及其恢復過程的碳積累？ 　　藍碳生態系被認為具有解決氣候變遷的潛力，但是氣候變遷卻已對藍碳生態系及其碳匯懺生負面影響，此一影響取決於其對氣候變遷的暴露程度，包括發生頻率和強度以及生態系統的敏感性和恢復力，目前氣候變遷速度和幅度加劇且不確定性提高，藍碳生態系碳固存率和碳匯穩定性變得不確定，例如海平面變化、海水升溫影響主要佔據潮間帶和淺水環境之藍碳生態系棲地分佈、生產力和土壤垂直增生率，深深受海平面強烈影響，可用於積累沉積物的空間受壓縮，儲存的有機物再礦化導致溫室氣體排放到大氣中 (表一)。氣候變遷引發強烈的颱風風暴、海洋熱浪、二氧化碳升高和淡水可用性的變化也都被認為是影響沿岸藍氮生態系分佈、生產力、群落組成和碳封存的重要因素 (表一)。 表一、氣候變遷對於藍碳生態系碳儲量及碳損失 (引用自Macreadie, P.I., Anton, A., Raven, J.A. et al. The future of Blue Carbon science. Nat Commun 10, 3998 (2019). https://doi.org/10.1038/s41467-019-11693-w)。 Ecosystem Sea level rise Extreme storms Higher temperatures Extra CO2 Altered precipitation Mangrove Landward expansion increases area and C stocks Losses of low intertidal forests and coastal squeeze could reduce C stocks Increasing accommodation space increases C sequestration Canopy damage, reduced recruitment and soil subsidence resulting in losses of C stocks Soil elevation gains due to sediment deposition increasing C stocks and, reducing effects of sea level rise Minimal impacts anticipated, although increased decomposition of soil C possible Poleward spread of mangrove forests at expense of tidal marshes increases C stocks Change in dominant species could influence C sequestration An increase in atmospheric CO2 benefits plant productivity of some species which could alter C stocks Canopy dieback due to drought Losses of C stocks due to remineralization and reduced productivity Increased rainfall may result in increased productivity and C sequestration Tidal Marsh Landward expansion increased area and C stocks Losses of low intertidal marsh and coastal squeeze could reduce C stocks Increasing accommodation space increases C sequestration Loss of marsh area and C stocks Enhanced sedimentation and soil elevation increasing C stocks and, reducing effects of sea level rise Increased temperatures may increase decomposition of soil organic matter, but offset by increased productivity of tidal marsh vegetation Poleward expansion of mangroves will replace tidal marsh and increase C storage Poleward expansion of bioturbators, may decrease soil C stocks An increase in atmospheric CO2 benefits plant productivity of some species which could alter C stocks Reduced above and belowground production due to drought reducing C sequestration Possible losses of C stocks due to remineralization Impact could be greater in areas that already have scarce or variable rainfall Seagrass Loss of deep water seagrass Landward migration in areas where seawater floods the land (into mangrove or tidal marsh ecosystem) Some extreme storms cause the erosion of seagrasses and loss of seagrass C stocks but some seagrass species are resistant to these major events Flood events associated with extreme rainfall may result in mortality, but could also increase sediment accretion and C sequestration Thermal die-offs leading to losses of C stocks Species turnover Colonization of new poleward regions Increased productivity An increase in dissolved inorganic C benefits plant productivity increasing C stocks Ocean acidification leads to loss of seagrass biodiversity, decreasing C stocks Most seagrasses are tolerant of acute low salinity events associated with high rainfall, but some are negatively affected and potential interactions with disease may lead to losses of C stocks Reduced rainfall increases light availability which increases productivity and C sequestration Seaweed Loss of deep water seaweeds Seaweeds are expected to colonise hard substrata that become flooded, increasing C stocks Reduces seaweed cover, but could lead to sequestration of C stocks as detritus sinks Major retraction in kelp forest C stores at non-polar range edges; Expected expansion at polar range edges. Increased biomass and productivity of kelp where water temperatures remain cool enough Little effect overall Regional effects on seaweed flora in areas with high land run off/rivers 1. Bold text indicate potential positive effects on BC stocks, italic text indicates negative effects with roman text indicating where effects could be positive or negative 　　氣候變遷影響因地理位置及地形有很大差異。因地理地形及緯度因素，海平面上升率和地面沉降率對於海平面上升比率、溫度變化率以及強風暴和降雨頻率的變化有差異，因此世界上相關地貌模型足以提供沿岸藍碳生態系對海平面上升的脆弱性以及恢復成功與否的初步評估，但沿岸藍碳生態系及開訪海洋藍碳生碳系暴露於氣候變遷和及對碳儲量的影響資料不完整或缺失，例如颱風或風暴波浪對於沿岸藍碳生態系持久性和恢復補充之影響評估並不多。與藍碳生態系相鄰其他生態系對氣候變化的反應可能會影響藍碳棲地及碳匯，例如珊瑚礁的退化可能會增加潟湖內的波浪高度，導致潟湖內海草或紅樹林的損失，隨著海浪的增加、海平面上升，或由於海洋酸化導致碳酸鹽沉積物減少，可能會降低沿岸藍碳生態系統的能力。 　　此外，沿岸藍碳生態系對氣候變遷的敏感性也可能受到沿海地區人類活動的影響，例如水質惡化可能會增加對海草的影響，而河流築壩造成的沉積物減少、水文變化和海堤的存在可能會對紅樹林和潮汐沼澤中的生物碳種族群產生負面影響。 二. 環境干擾 (Disturbances) 如何影響藍碳埋藏土壤或底質之命運？ 　　透過保護或增強氣候議題相關生態系之貢獻，環境干擾對生物碳生產和儲存的影響已成為一個備受關注的話題。藍碳研究人員開始進一步著手研究解決三個關鍵問題：(1) 擾動因子傳播至土壤剖面深度，(2) 以二氧化碳形式損失的受擾動的碳比例，以及 (3) 受影響土壤深度和其土壤有機碳轉化為二氧化碳之交互作用程度。估計全球沿岸藍碳生態系因干擾造成再礦化 (Re-minimization) 之二氧化碳排放量為 0.45 Pg CO2。一般而言，表層 1 m 土壤再礦化和 100%生物碳100 % 損失之管理措施之指導方針與做法很少，造成沒有適當理論框架及原則估算干擾強度影響植物生物質形成，如清理、過多營養、光照減少、毒性等，或者土壤結構，如侵蝕、挖掘、開墾等。加上干擾的持續時間是干擾對 藍碳再礦化影響的另一個重要預測因素，因為隨著時間的推移，更多的土壤藍碳會暴露在有氧環境而家具案氧化碳釋放。自然和人為干擾改變相互作用與詳細估算必須加以模式化其對有機碳分解過程之影響，例如潮汐鹽沼地下根和根莖的死亡改變了藍碳和相關微生物組合的化學成分，隨後增加分解而減少儲存碳達 90％。將深埋海草生態系的沉積物暴露在氧氣中會觸發古代 BC43微生物分解有機碳。 三. 大型海藻在全球藍碳碳匯的重要性是什麼？ 　　大型海藻具有很高的生產力，佔有全球沿岸植被生態系最大面積，然而只有在相對少數的情況下才被納入藍碳評估。與生長在沉積土壤的被子植物不同，大型藻類通常生長在沒有或只有有限碳埋藏潛力的堅硬或沙質基質上，然而最近分析估計大型海藻分離或死亡藻體及衍生顆粒有機碳經水流運輸到棲息地以外並沉積於海洋峽谷沉積物的全球碳埋藏量為每年高達 14 Tg C，與全球潮汐鹽沼全球碳埋藏量高，每年有153 Tg C 被埋藏在深海沉積物，這些估計說明大型海藻所支持的全球碳埋藏率可能高於海草、潮汐鹽沼和紅樹林的總和。由於這方面研究正在如火如荼展開，如果我們要將大型海藻系統納入藍碳評估，需要更多證據及廣泛以科學證據了解大型海藻碳的命運，並需要擴大到全球大型海藻面積及碳儲量進行更精確的估計。 四. BC 生態系統的全球範圍和時間分佈是怎樣的？ 　　由於全球藍碳分佈實測資料尚少，大空間和時間尺度上擴大藍碳估計和模型變化受到阻礙。全球空間範圍及其時間變化的模式和驅動因素因不同研究方法而有極大差異，土地利用變化、沿海改造和土地開墾及受氣候變遷而有劇烈變化，這些自然原因、沿海人為壓力和氣候變化的綜合影響對於藍碳估算及應用於碳權有極大不確定性，因此，準確估計藍碳生態系分布範圍是評估其對於碳循環貢獻的先決條件，定期修訂這些估計以追踪其範圍和變化需要繪圖、聲學（即側掃聲納和多波束生態探測器）和光學（即航空攝影和衛星圖像）遙感技術與地面實況相結合 （通過水肺潛水或視頻圖像）繪製和監測它們的範圍和隨時間的相對變化。臺灣更需要進行定期之多元化監測以證實藍碳之貢獻及模式建立。 五. 有機和無機碳循環如何影響淨二氧化碳通量？ 　　藍碳生態系有機和無機碳動力學與其可能通過空氣-水氣體交換成為大氣中 二氧化碳淨排放，對於碳酸鹽化學與有機和無機碳總量和通量 (如起源、歸宿、豐度、速率、相互作用) 和空氣-水二氧化碳通量的整體時空動力學的相關性仍有不確定的趨勢，需要詳細研究以描繪藍碳生態系之碳儲存量與變動因子。 六. 如何估算 BC 沉積物中的有機質來源？ 　　沿岸紅樹林、海草和潮汐鹽沼生態系佔據了陸地-海洋界面，並受到來自陸地和海洋來源的有機物質的匯聚輸入以及進出附近生態系統的轉移，量化有機質輸入以及區分有機碳的外來和本地來源仍然是一個挑戰，因此對於未來碳權計算存在重複可能已在相鄰生態系統中計算的碳封存收益的風險，所以需要有新方法量化不同初級生產者對海洋生態系統中沉積有機碳的貢獻，例如穩定同位素的 13C、15N 和 34S已被用於追踪和量化外地和本地有機碳來源及其對碳埋藏的相對貢獻，由於成本低，樣品製備和分析的方法相對簡單，該技術的有效性得到廣泛應用及成功預測。然而有機物質輸入的多樣性會導致有機碳的複雜混合物無法根據來源的同位素分離得到很好的解決，這是不同物種的同位素值可能相似或在同一物種內因微生境、季節、生長周期或組織類型而異，必須通過額外分析具有特定分類來源的單個化合物來改進大量穩定同位素的使用，如木質素、脂質、烷烴和氨基酸等生物標誌物已被證明可用於分離沿海沉積物中的多源輸入。下一世代指紋識別技術正在開發驗證，例如環境 DNA (eDNA) 已被用於描述海洋系統中的群落組成，量化沉積物植物來源的分類學比例的潛力極被全球科研界重視。 七. 哪些因素會影響藍碳埋葬率？ 　　藍碳生態系碳埋藏率比陸地生態系統高一個數量級。碳埋藏率是多種過程的產物，影響這些過程為碳產生量及其埋藏後保存、許多相互作用的生物、生物地球化學和物理因素，以及自然和人為干擾。關於生物因素，目前尚不清楚初級生產者的多樣性和特徵 (例如生化成分、生產力規模和生物量分配) 對於藍碳之詳細影響，動物，如食草動物，如何通過自上而下的過程影響有機碳的生產、積累或保存尚不確定，捕食者也參與海草、沼澤和紅樹林的生物量、持久性和恢復。此外，微生物分解群落的功能多樣性和活性，以及它們如何隨深度和時間變化，才在剛開始起步，將這些影響因子與藍碳埋藏率聯繫起來極為需要。非生物一訴方面，流體動力學會影響有機顆粒捕獲極有機碳沉降速率，例如增加紅樹林的密度會對波衰減產生積極影響，增強細粒物質的積累，從而促進有機碳積累，了解的複雜的植被冠層-水動力相互作用及土壤的厭氧特性 (對有機碳分解和再礦化具有重要調控作用) 是藍碳埋葬估計關鍵因子之一。 八. 藍碳生態系統與大氣之間的溫室氣體淨通量是多少？ 　　藍碳生態系通常是溫室氣體 (二氧化碳、甲烷及一氧化二氮）的重要來源，由於淨通量的不確定性，我們無法構建準確的全球藍碳收支，尤其缺乏關於群落代謝和 CH4 和 N2O 排放量。 九. 我們如何減少藍碳估值的不確定性？ 　　越來越多藍碳估值方面，如圖七之藍碳經濟價值差異。由於計算碳封存和儲存的持久性之不確定性，藍碳值也存在變化。碳估價方法範圍廣泛，包括 社會成本、邊際減排成本和市場價格，也增加了估值估計的不確定性和變化。 圖七、每公頃藍碳生態系統的經濟價值估算 (引用自馬里蘭大學環境科學中心 (ian.umces.edu/symbols/)) 十. 哪些管理措施最能維持和促進藍碳封存？ 　　過去研究改進空間尺度上碳動態估計，但是落實政策製定、管理行動實施和藍碳效益仍處於起步階段。可透過三種管理方法來增強藍碳生態系：保護、恢復和創造。通過立法保護和支持替代生計保護藍碳生態系的範圍和質量，具有避免歷史上封存的碳再礦化的雙重好處，同時也保護未來的封存能力。保護可能包括直接或間接的方法來維持或加強生物地球化學過程，例如沉澱和供水。恢復涉及一系列旨在改善藍碳生態系的生物物理和地球化學過程以及封存能力的活動，例如對砍伐和退化的紅樹林進行被動和/或主動再造林，將水產養殖池塘恢復為紅樹林生態系統的措施，以及恢復乾涸的沿海泥灘水文，許多國家 (例如美國和歐盟) 現已製定“無淨損失”政策並將其應用於濕地生態系統，可以有效創建藍碳生態系以取代那些因開發而失去的生態系統。 藍碳救藍碳契機 　　人為活動嚴重威脅全球沿岸藍碳生態系 (Duarte et al., 2013)，採取保護措施以恢復沿海植被生態系被視為藍碳減少二氧化碳的重要行動 (Wylie et al., 2016)。 　　以紅樹林為例，紅樹林是低緯度地區唯一佔據陸地和海洋邊緣的木本植物，也是海洋生態系統中最具生產力的植物之一，其淨初級生產力平均為每年每公頃11.1 Mg C，並且其樹葉、樹幹和根的生產力幾乎相等。除了紅樹林本身可以進行固碳作用外，附著在它身上的藻類以及上游或沿岸地區的物質沉降都可以幫助固碳，而這些貢獻主要取決於森林的位置以及潮汐強度。此外，紅樹林生態系統規模的碳儲量平均為每公頃956 Mg C，由於紅樹林生長在高鹽、低氧的環境，使它可以高效利用水分和最大化碳儲存在土壤中，這使得雖然紅樹林的生產力和碳分配與熱帶潮濕常綠林和珊瑚礁相當，但其碳儲量更多。儘管紅樹林僅佔全球沿海面積的 0.5%，但它們為沿海沉積物碳儲存貢獻了 10-15% (每年24 Tg C)，並向海洋輸出了 10-11% 的陸源顆粒碳 (Particulate terrestrial carbon)。 　　然而，發展紅樹林藍碳遇到許多困境，許多政府和非政府組織希望通過恢復紅樹林來幫助緩解氣候變化。然而，這種想法可能過於理想化了。首先，紅樹林生長的主要棲息地位於許多發展中國家，因此國家和地方治理、土地所有權和管理，以及環境正義等問題成為了面臨的主要挑戰。其次，全球紅樹林的擴展對於解決全球二氧化碳失衡問題來說意義不大，因為沿海地區面積有限，並且即使全球紅樹林面積擴增到目前的兩倍，固碳量則會增加每年24 Tg C，但和每年的二氧化碳排放量為30.6 Gt-C，又加上森林砍伐造成的潛在探損失估計達每年 90–970 Tg C，其碳固存量仍然微不足道。因此，紅樹林保護項目的短期和中期價值似乎更多地在於恢復紅樹林為熱帶沿海地區及其居民提供的許多其他有價值的生態系統服務。 結語 　　全球乃逐漸重視藍碳，非政府組織以及歐美大企業也都開始積極致力要創造藍碳權，尤其對於化石燃料排放量適中且海岸線廣闊的國家可以發揮極大作用，例如2014 年紅樹林減少了孟加拉國、哥倫比亞和尼日利亞等國家超過 1% 的全國化石燃料排放量。肯亞海洋與漁業中心與蘇格蘭慈善機構 Plan Vivo Foundation 曾攜手肯亞加濟 (Gazi) 臨海村莊的居民一起啟動紅樹林保育計畫，臺灣宜積極由政府及企業結合民間推動類似的保育計畫，達成保育成效，增加碳匯及友善環境。 　　海保署自108年度起陸續盤點我國沿海紅樹林分布地點與面積，目前僅臺灣本島西海岸、澎湖及金門有紅樹林分布，根據調查我國33處紅樹林面積共約680.7公頃，其中最大的紅樹林分布地位於淡水河口 (含挖子尾、竹圍、關渡、社子島及蘆洲)。在此列5個紅樹林保護區供參考：高雄旗津紅樹林保護區、屏東恆春紅毛港紅樹林保護區、桃園觀音海岸濕地、台南曾文水庫濕地、花蓮七星潭紅樹林。 　　然而台灣的自然保留區所實施的保育計畫不一定都能帶來正面效果，甚至可能導致當地生物多樣性逐漸單一化的趨勢，以關渡自然保留區為例。關渡自然保留區於民國75年主要是為了保護水鳥而劃定，但由於多年來淡水河抽砂以及超抽地下水使地層下陷，海水入侵而改變土壤鹽分，導致紅樹林面積逐漸擴大 (最終面積達到總保留區的66%)。由於紅樹林的快速擴張大幅影響原本的生態系 (如蘆葦以及水鳥)，最終關渡自然保留區於民國110年底被廢除。而台灣還有許多地方出現關於紅樹林復育所造成的生態問題，如澎湖青螺濕地、新竹香山濕地等。 　　關於藍碳保育計畫成功的關鍵，有以下三點需要關注： 　　第一點，藍碳生態系復育是否造成生態不平衡的問題勢必為一個重要課題。 　　第二點，法條不完善。由於我國的自然保留區相關法條規定：禁止改變或破壞原有的自然狀態，相關單位屆時才能處理問題。 　　第三點，社區參與不足。臺灣關於相關保育或復育計畫多是出於官方之手，鮮少有官民合作之舉，此舉措雖有助於政策施行速度，但也將其與居民的距離拉開，使得民眾意願未能提高。 　　臺灣週圍64,473平方公里海洋且具有豐富藍碳生態系，健康的藍碳生態系所供給的海洋碳匯，是長期被台灣政府忽略的碳捕捉絕佳機會。目前藍碳生態系沒有被納入國家溫室氣體排放清冊，根據最新的評估臺灣藍碳生態系每年可吸收約940,00公噸二氧化碳，相當於政府承諾的碳匯額外抵銷量1/6。積極保護和復育這些生態系，甚至積極以種植方式，可以增碳匯數倍，提供政府及企業執行氣候行動的絕佳機會及碳權利基，執行友善環境的生物性減碳及碳中和願景。 　　藍碳具有碳封存潛力，臺灣學者及政府以對海草床、紅樹林及潮汐鹽沼生態系之資源有初步資料，需要持續長期觀測及模式建立。大型海藻的藍碳已成為全球亟欲證明的可利用藍碳資源，投入相當多資源，聯合國、歐盟、日本及韓國均積極投入，臺灣宜開始行動，然政府及民間企業對於傳統藍碳及新興大型海藻藍碳之議題及研究基礎及為缺乏大力投入及長期支持。 參考文獻 林幸助 2021. 臺灣沿海重要碳匯生態系統調查與評估計畫」成果報告。中華民國海洋委員會海洋保育署。高雄。 Duarte, C.M., Losada, I.J., Hendriks, I. E., et al. (2013) The role of coastal plant communities for climate change mitigation and adaptation. Nat. Clim. Change 3, 961–968. Fawzy, S., Osman, A.I., Doran, J., et al. (2020) Strategies for mitigation of climate change: a review. Environ. Chem. Lett. 18, 2069–2094. Fourqurean, J. W., Duarte, C. M., Kennedy, H., et al. (2012) Seagrass ecosystems as a globally significant carbon stock. Nat. Geosci. 5, 505–509. Kilminster K, McMahon K, Waycott M, et al. (2015) Unravelling complexity in seagrass systems for management: Australia as a microcosm. Sci. Total Environ. 534, 97-109. Macreadie, P.I., Anton, A., Raven, J.A. et al. (2019) The future of Blue Carbon science. Nat. Commun. 10, 3998. Mcleod, E., Chmura, G. L., Bouillon, S., et al. (2011) A blueprint for blue carbon: toward an improved understanding of the role of vegetated coastal habitats in sequestering CO2. Front. Ecol. Environ. 9, 552–560. Nellemann, C., Corcoran, E., Duarte, C. M., et al. (2009). Blue carbon - the Role of Healthy Oceans in Binding Carbon. Available at: http://hdl.handle.net/20.500.11822/18520 (accessed June 4, 2017). UNFCCC (2008) Kyoto protocol reference manual on accounting of emissions and assigned amount. Wylie, L., Sutton-Grier, A. E., and Moore, A. (2016). Keys to successful blue carbon projects: lessons learned from global case studies. Mar. Policy 65, 76–84.

台灣海洋生物多樣性的現况和挑戰 國立台灣海洋大學海洋生物研究所 邵廣昭 教授 台灣海洋物種多樣性高：他國均值30-400倍        台灣及離島海岸線全長約1,500多公里，由於海流、底質、水溫、深度、地形多變化，造就出珊瑚礁、岩岸、沙岸、礫灘、河口、紅樹林、海草床、藻礁、沼澤（草澤）、沙泥底、潟湖、大洋、熱泉、冷泉及海山等各種不同的海洋生態系，提供各類不同的海洋生物棲息及繁衍，漁業資源亦十分豐富。這些多樣化的棲息地正是形成台灣海洋生物物種多樣性高的主要原因。        根據《台灣物種名錄資料庫》（TaiCOL）的統計，台灣的海洋生物共有1萬4,115種，其中海洋魚類有3,157種，珊瑚588種、海藻約1,407種、蝦蟹約1,489種、海鳥約84種、鯨豚約30種及海龜五種，物種多樣性之高。如果用台灣200海哩專屬經濟海域（EEZ）或陸地面積所占的全球海洋、陸地面積比來計算，則大約是其他國家平均值的30倍及400倍。        這可說是上天留給我們最大的襲產及財富。因為它們所產生的生物多樣性或生態系服務功能和價值，遠遠超過大家的想像。除了具供給面的食用價值之外，還有調節面、文化面、支持面等各種不同面向的價值。譬如文化面的生態旅遊項目中，出海賞鯨或下海賞魚所能創造的商機甚高，也是海洋生物多樣性最為明智的永續利用方式。 1970-1990年間：物種數和豐度消失最多時        台灣沿近海洋生態的長期變遷雖然可用「每況愈下」四個字來形容，但還是會隨著地點和年代而有所不同。        根據我們有限的海域生態長期監測，或官方漁業年報統計資料來看，台灣的海洋生態和漁業資源應該是在過去的30-50年前，也就是1970-1990年間，衰退情況最為嚴重。當時正值經濟起飛，舉國上下都是重經濟輕環保，造成海岸過度開發丶捕撈丶毒電炸魚以及污染等人為破壞，使海洋生物的物種數和豐度（個體數或族群量）大幅下降。        舉「台灣下鱵」（Hyporhamphus taiwanensis）為例，此種全世界僅見於淡水河口的台灣特有種，1908-1969年間有採獲數尾標本，之後就再也採不到了。換言之，推測30-50年前淡水河口的嚴重污染已讓這種魚完全滅絕。 1990年後：保育意識抬頭 劣化趨勢減緩        所幸從1990年代起，在許多學者及保育團體的大聲疾呼下，社會大眾對於海洋保育的意識逐漸抬頭，促使政府開始重視海洋生態保育。譬如，許多海岸開發案需先通過環境影響評估、海洋漁業推出漁船限建制度；政府嚴加取締及防治海洋污染並實施休魚獎勵，推動資源培育、娛樂漁業及輔導漁村轉型等。此外，國內大專院校也成立了海洋生物研究所，而以生態保育為目的的民間團體也紛紛成立，為數不下30個。自此，台灣海洋生態劣化有了明顯減緩的趨勢。        2018年，海洋委員會、國家海洋研究院和海洋保育署正式成立。這些海洋專責部會積極投入海洋保育調查研究、教育宣導及經營管理等工作，使台灣的海洋保育邁入新的里程碑。目前依據《漁業法》及《野生動物保育法》，列入瀕危及保育類的海洋生物種類也增加到55種；根據不同法規，台灣沿近海及離島也劃有46處海洋保護區。 溫水煮青蛙 持續衰退的海洋生態        近20、30年來台灣海洋生態環境劣化速度雖較為緩和，但也因此讓大家忽略生態仍在持續衰退的事實。這就好比溫水煮青蛙，禍到臨頭猶不自知。台灣海洋保育未受大家重視的原因有二：一是大家陶醉於台灣海洋生物物種數的持續增加，卻對許多物種豐度正在大幅減少毫不在意。殊不知物種數累計曲線是只增不減的，因為只要採獲到一個新紀錄種，發表後物種累積數就會增加，但許多消失的海洋物種卻因無法證明它們已經滅絕，而無法自累計數上扣除。        其二是過去海域生態長期監測的資料非常少。目前台灣僅有的海域生態長期資料，多半來自環境影響評估所要求一年四季的調查結果。公部門通常不會讓學者進行超過5-10年以上的長期調查，連台灣已經成立很久的海洋保護區，也沒有針對固定測站去做持續長久的監測。個人因為在研究單位從事魚類分類和生態的調查工作長達40年，累計超過30年以上的長期資料，方得以一窺過去40、50年來台灣海洋生態變遷的狀況和趨勢。        加拿大西部英屬哥倫比亞大學（University of British Columbia）的Daniel Pauly教授於1995年提出「海洋背景值下降」（The Ocean Shifting Baseline），意指海洋生態系一直在緩慢下降，但人們總以為現在看到的生態系狀態是健康的。若只把過去5-10年的海洋生態系狀態當作基線來比較，就會認為衰退的並不嚴重；但若和30-50年前的狀態來比較，就會發現下降的非常嚴重。        而少了十年或20、30年前的背景值與現在的狀態作比較，也就沒有證據或數據用來警告大家海洋劣化的嚴重性。        以下乃就個人從事台灣海洋生態研究調查，推動海洋保育和教育長達45年以上的經驗和心得，提出一些自己的淺見，供大家參考及指正。 一、台灣海洋生態缺乏系統性調查與整理        每一處海域或每一種生態系中，到底有多少物種？數量有多少？他們的生活史及生態習性、時空分佈為何？生態系服務功能和價值又有多少？在缺乏這些背景資料下，當經濟開發和生態保育產生矛盾與衝突，就會有許多各說各話的問題。既便是推動更上位的海域空間規劃，決定不同使用目的（國防丶能源丶交通丶礦產丶漁業丶遊憩或生態保育等）的優先順序時，也會因為缺少生態資料而難以判斷。因此，建議與海洋事務相關政府部門或開發單位應編列更多海洋生態調查研究預算，作為綠色國民所得帳[1]或必要成本支出。 二、研究人力不足，調查資料未能開放及分享        對基礎分類學的不重視，使得分類學人才快速流失，亦是海洋保育的一大危機和挑戰。譬如在全球已知的35個動物門中，因為缺乏分類學家使致TaiCOL資料庫中有一半的動物門都沒有資料。既使有些部會針對某些地區的生物類群，如珊瑚、魚類、甲殼類或是軟體動物等類群進行生態調查及監測，但監測期都不夠長，也沒有固定測站可看出長期變化趨勢。此外，這些珍貴的生態分布原始資料，因為某些部會的本位主義及各種不同藉口，大多不願意對外開放及分享，著實令人遺憾。        因此，建議政府機關要增加海洋保育工作職缺、重視及鼓勵分類學的能力建設，包括恢復國家考試中海洋生物多樣性的學科領域，建立生態技師證照和制度。政府高層應從上到下要求各部會使用公務預算從事生態調查研究計劃結束後，所收集到的原始資料必須數位化與建檔繳交，並建立資料整合及開放分享機制及期程。 三、海洋保育與跨部會整合未能落實管理        過去60年來，破壞台灣海洋生物多樣性的人為因素依序為：過度及非法捕撈、棲地破壞、污染及入侵種。過度捕撈問題需靠限漁解決，但限漁或經濟性水產物種保育是漁業署的權責，非經濟物種保育才歸海保署。然而海洋生態系是一體的，各種生物都因食物鏈或種間交互作用而緊密關聯，很難予以切割。因此未來只有冀望這兩個部會能兄弟爬山各自努力，尤其是希望漁業署能做好經濟性魚類資源的復育工作。        在棲地破壞方面，海洋保護區是最簡單、最經濟、最有效的海洋保育工具，只要能落實管理都能夠很快見到成效。台灣依據各部會不同法令，雖已劃設46處海洋保護區，過去大多未能落實管理和取締，也缺乏長期監測及績效評估。        所幸2020年起，海保署獲得一筆經費得以補助地方縣市政府進行保護區生態監測，也聘請40位海洋保育巡查員在各地從事保育類動物的救援、環境維護以及教育推廣工作。但若想再新設保護區、庇護區或擴大核心區（完全禁漁區）之比例，以達成國際上2030年要求保護區面積達30%的目標仍然十分困難。因此建議行政院應儘速通過及完成《海洋保育法》的立法程序，賦予海洋保育署權責及足夠的資源，加速統籌整合海洋保護區的管理機制。 四、人為活動尚缺適當法規及管理工具        在海洋污染防治方面，海保署已順利承接環保署大部分的業務並正持續努力推動。特別是在海洋廢棄物的調查和教育宣導方面，透過配合民間團體及公民科學家的培訓也得到很好的成果。        在入侵種防治和移除方面，因應貨櫃輪壓艙水管理與養殖漁業所造成外逸問題，交通部及漁業署需進行協商，看應由哪一個部會來負責入侵種調查、防治和移除。譬如近幾年養殖的雜交種龍虎斑已在台灣若干海域造成入侵現象。        此外，我國目前對海洋遊憩、釣魚休閒、船舶航行、原住民狩獵文化等人為活動對海洋生態的影響，仍欠缺適當法規及管理工具，亟待《海洋保育法》通過後，由海保署來推動解決。 五、教育宣導需加強 兼顧生產及生活才能永續        近20年來台灣海洋保育觀念雖有大幅進步，但似乎有走向兩極化的現象。一端是仍有一些人的海洋保育意識不足或是明知故犯。譬如，鼓勵大家到潮間帶夜照、撈捕魚蝦蟹及章魚的電視節目，或是屢見不鮮的違法獵捕保育類海洋動物新聞。        叧一端則是走向極端的環保，也就是無論科學數據是否充足，所做的評斷是否公正客觀，只要是以保育訴求就一定是對的。若是有人發表不同意見，就會遭到抹黑和霸凌。殊不知當環保理念成了一種信仰，又堅持己見、不願溝通和妥協時，不但無法兼顧生態、生活、生產與達成永續目標，對國家和社會也將造成極大損失。        再舉目前國內外正在大力推動的里山、里海倡議為例，其宗旨是要經由人為操作使當地生產力及生物多樣性均能提高，以達永續發展之目的。這就是生物多樣性公約所揭櫫的2050年願景「與大自然和諧共處」。同理，國際上正大力呼籲各國要積極推動海域空間規劃，但所追求的並不是海域獨占或排他使用，而應該追求彼此共存共榮，創造多贏的多目標使用。        設置離岸風機也為一例，其目的除了要達成綠色能源轉型、節能減碳、減少空污之外，風機本身也能發揮人工魚礁及類似海洋保護區的「其他有效區域保育措施[2]」（Other Effective Area-based Conservation Measures，OECM）培育資源的正面功效。三接開發案亦是如此，液化天然氣接收站和工業港外移或外推方案，如果不會影響和破壞到潮間帶的大潭藻礁，應該也是一種可以兼顧經濟發展和生態保育的永續利用方式。 註釋 [1] 「綠色國民所得帳」國際通稱環境與經濟帳（System of Integrated Environmental and Economic Accounting，SEEA），旨在記錄環境資源變化的資訊，包含「環境污染」、「自然資源」及「環境活動」三大主軸，反映經濟發展對各類自然環境及資源的利用程度及衝擊，作為評估國民經濟發展的重要資訊。 [2] 「其他有效區域保育措施」 （Other Effective Area-based Conservation Measures，OECM）：2018年，由《生物多樣性公約》第十四次締約方大會COP14所通過OECM官方定義為：「一個保護區以外的地理區，該區的治理與管理實現了生物多樣性就地保育的長期積極成果，並提供生態系功能與服務，以及文化、精神、社會–經濟與其他在地相關之價值」。

自然解決方案(NBS)影響評估方法簡介        歐盟近年大力推動自然解決方案(Nature Based Solutions, NBS)，透過自然的方法解決有關氣候、水資源、生態環境與城鄉永續發展等各種社會挑戰(societal challenges)，並發布NBS效益評估指南手冊，透過不同指標(indicators)和方法來評估不同類型 NBS的效益和影響。        該手冊第 4章介紹了一套推薦和附加的指標，用於評估 12個社會挑戰領域的NBS效益，因此其詳細的方法學附錄(Appendix of Methods)中介紹了每種指標的定義及詳細內容，並為使用者說明了每種方法在不同情況下的適用性及優缺點。        本篇文章提供該方法學附錄之各指標簡要目錄如下，閱覽者可依據需求進行檢索‧   歐盟NBS方法學-目錄 *可點選綠色標題 閱讀詳細內容 【 氣候復原力 】 1. 建議的氣候復原力指標 2. 氣候復原力的其他指標 【 水管理 】 3. 建議的水資源管理指標 4. 水管理的其他指標 【 自然和氣候的危害 】 5. 自然和氣候災害的建議指標 6. 自然和氣候危害的其他指標 【 綠地管理 】 7. 綠地管理的建議指標 8. 綠地管理其他指標 【 提高生物多樣性 】 9. 提高生物多樣性的建議指標 10. 提高生物多樣性的附加指標 【 空氣品質 】 11. 空氣品質指標推薦 12. 空氣品質的附加指標 【 地方再生 】 13. 地方再生的推薦指標 14. 地方再生的附加指標 【 城市永續轉型知識和社會能力建構 】 15. 城市永續轉型的知識和社會能力建構的建議指標 16. 永續城市轉型的知識和社會能力建構的額外指標 【 參與式規劃和治理 】 17. 規劃和管理參與的建議指標 18. 參與的規劃和管理的附加指標 【 社會正義和社會凝聚力 】 19. 社會正義和社會凝聚力的推薦指標 20. 社會正義和社會凝聚力的附加指標 【 健康和福祉 】 21. 健康和福利的建議指標 22. 其它的健康和福利指標 【 新的經濟機會和綠色工作 】 23. 新的經濟機會和綠色工作的建議指標 24. 新經濟機會和綠色工作的附加指標