畜牧養殖業是產生大量溫室氣體的主要產業之一。據研究統計，畜牧業產生的排泄物約占10-15%的農業溫室氣體排放，相當於排放約630萬公噸的二氧化碳(二氧化碳當量，CO2-eq)到大氣中。養豬所產生的排泄廢水是主要的源頭之一，若能妥善地處理畜牧廢水，必將能有效地減少溫室氣體的排放。日本農研機構(原文：国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構；英文：National Agriculture and Food Research Organization，單位縮寫：NARO)所開發的新一代廢污水處理系統，可望較原本減少約80%的廢水排放。 　　研究團隊在新一代的污水處理系統中，加入新開發的碳纖維反應器(原文：炭素繊維リアクター，英文：carbon fiber reactor)，有別於傳統的活性污泥法，研究團隊在待處理的污水中加入碳纖維做為微生物附著的材料以形成生物膜，藉由生物膜上的硝化菌將含氮(NH4+、NO3-等)污水以生物反應的過程，將含氮物質自水中去除，最終得到氮氣排放至大氣中。研究團隊自2015年開始發展這套廢水處理設施，同時以約6,000頭豬隻的小規模養殖場中做為示範豬場進行試驗。該試驗證實可減少溫室氣體之一的一氧化二氮約80%的排放量。研究團隊推論，若這項設施推廣至日本全國，預估可減少相當於60萬公噸的二氧化碳(CO2-eq)排放。【延伸閱讀】德國BioEcoSIM處理動物糞肥之商業化技術 　　日本農研機構預計增加示範豬場的數量，希望能藉此改善污水處理設施並降低製造成本，普及到日本全國，最終推廣至周邊從事養豬產業的國家中。 　　該研究受日本農林水產省(Ministry of Agriculture, Forestry and Fisheries，簡稱MAFF)所資助，處理設施的詳細結構已發表在<Energies>。

碳排放是造成全球暖化的主因之一，除了增加行光合作用固定大氣二氧化碳的植物的做法外，鮮少人意識到地表下的土壤結構及組成同為減緩全球暖化的重要關鍵。美國密西根州立大學(Michigan State University)的最新研究發現，由不同物種所構成的作物系統(cropping system)將會影響地表下土壤顆粒孔隙生成的大小，進而改變土壤碳儲存的能力。 　　密西根州立大學的研究團隊將農地依作物類型及用途分成5大作物系統，再利用X射線微斷層掃描技術(X-ray micro-tomography)判斷土壤顆粒之間的孔隙大小與結構，並以微酵素圖譜(micro-scale enzyme mapping)檢測不同孔隙大小所含的微生物酵素活性。在歷時長達9年的研究後，研究團隊找出在生物與環境交互作用下，影響碳物質循環的重要證據。研究團隊發現，有別於以往學界所認為影響土壤碳儲存能力的關鍵，並非由土壤顆粒聚集的型式(cluster of soil particles)所造成，而是在於土壤顆粒間生成的孔隙大小及結構。 　　除此之外，研究也發現具有生物多樣性高的作物系統，通常伴隨較複雜的根系及微生物相，並生成較多適合碳儲存的孔隙。即多種植物組成的作物系統通常也意味著地表下可儲存較多的碳。研究團隊推論，這樣的原因是因不同大小孔隙會影響土壤微生物的生長及活性，透過微酵素圖譜分析其中的酵素活性可以發現，土壤顆粒間孔隙介於30-150微米是微生物生長的良好微環境，在這樣的情況下可檢測到較高的生物酵素活性。 　　簡而言之，未來農業經營若希望朝向增加土壤碳含量的目標前進，可先從增加地表植物的多樣性開始。研究團隊也建議可藉由作物育種的方式，培育出具特定特徵的根系品種，種植後藉此增加土壤內的碳含量。【延伸閱讀】新型螢光生物感測器可以檢測水和土壤樣本中的嘉磷塞除草劑 　　該研究可望改變人們以往的認知，透過長年的研究闡述生物多樣性與土壤碳儲存能力之間的關聯性及重要性，並進而應用在對抗全球暖化等全球議題上。 　　該研究由美國國家科學基金會(National Science Foundation)、美國能源部(U.S. Department of Energy)等單位資助，相關研究成果已發表在<Nature Communications>。

歷年的氣候資訊紛紛表明，全球極端氣候(climate extreme)發生的頻率及強度均有上升的趨勢。除了各地天災不斷，造成人員傷亡及財產損失外，另一個受衝擊的對象則為靠天吃飯的農業。雖然多數人都知曉極端氣候對農事生產造成的衝擊，然而鮮少有研究討論可能受影響之區域、災損規模等潛勢分析及預測。有鑑於此，日本農研機構(原文：国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構；英文：National Agriculture and Food Research Organization，單位縮寫：NARO)的研究團隊便深入分析乾旱指數(drought index)與農糧收穫資料，並首度將完整的分析結果公開發表。【延伸閱讀】智慧隨機模型可預測氣候變化下的土壤水分 　　為釐清近年實際由於氣候乾旱而導致的農產損失，研究團隊鎖定1983-2009年間的歷史氣候資料及作物生產數據，分別將玉米、水稻、大豆、小麥等常見作物的收穫量與乾旱指數、年降雨等氣候數據進行線性回歸及相關的統計分析。分析結果顯示，乾旱約影響全球當今75%的小麥生產面積、82%的玉米生產面積、62%的水稻生產面積、91%的大豆生產面積，並造成不同程度的衝擊，進而影響其收穫量與經濟方面的損失。據統計，平均每次乾旱事件所影響的收穫損失分別為：小麥8%、玉米7%、大豆7%、水稻3%；估計共造成1,660億美元的經濟損失。 　　研究團隊的這項分析有助於釐清由乾旱所造成的農產量損失及經濟損失，藉由過去的災損評估，預測全球在未來可能受極端氣候的衝擊程度，以達鑑往知來之效。此研究亦可做為國際援助策略規劃及因應極端氣候方案的參考依據。 　　該研究由日本環境省及鳥取大學(Tottori University)提供部分研究經費，詳細研究成果及受極端氣候影響之農業生產地區請參閱已發表在<Journal of Applied Meteorology and Climatology>的期刊原文。

全木收穫(又譯全木採運；原文：whole-tree harvesting，同full-tree harvesting，簡稱WTH)為森林採收的作業模式之一，指砍伐及移除包含樹幹、樹枝、樹葉或針葉等有關林地地上部分。另一種作業方式為幹部收穫(stem-only harvest，簡稱SOH)，指在伐採作業中僅收穫樹幹部分，將樹幹以外未利用之樹皮、樹葉等採運殘材(logging residue，又稱slash)留置於原作業林場。傳統林業經營多半認為將殘材留在林場，可提供土壤保護、養分循環、野生動物棲息等功能，為後續重新造林提供養分。然而美國密西根理工大學(Michigan Technological University)的最新研究顯示，不論是何種收穫方式，皆不影響林分產量(stand productivity)。 　　研究團隊以常見的人工林樹種—楊樹(aspen，Populus spp.)，其收穫情況作為指標之一，觀察過去40年間，歷經不同收穫方式、不同林分(stand)的土壤肥力與伐採作業後重新造林的成效。經研究團隊前些年的研究成果與近期發現，研究團隊得以推翻了長久以來美國中西部地區約定俗成的作業方式，認為遺留在林場的殘材未必能適時地轉換為土壤養分並反映在造林的成果上。研究團隊推測，這可能是因實際作業上，全木收穫仍會在現場遺留近64%的殘材，故並字面上傳統的意義。這同樣也表示，不論採取何種作業方式，照既有的輪伐(rotation)週期，仍可永續經營林場並維持森林永續生產及穩定收穫，同時保護既有的森林資源。【延伸閱讀】最新研究發現專食性魚種較易受氣候變遷的影響而引發受脅危機 　　研究團隊認為，永續經營人工林的生產可被視為一種可再生能源(renewable resource)，使用林木作為能源可同時避免開採及使用化石燃料所造成的額外碳排，藉此減緩氣候變遷的影響並且逐步取代燃煤與天然氣電廠。 　　該研究由非營利機構NCASI (National Council for Air and Stream Improvement)提供研究經費，相關研究成果已發表在<Forest Ecology and Management>。

質體構築(plasmid construction)是微生物遺傳工程(genetic engineering)的應用之一，該項分生技術已廣泛應用在生醫、農糧、生科等領域。構築質體表現系統，可使微生物表現出目標基因的蛋白質或遺傳性狀，達到高效生產或基因過量表現(overexpression)等多種研究用途。新加坡國立大學(National University of Singapore)與新加坡—麻省理工學院研究技術聯盟(The Singapore-MIT Alliance for Research and Technology，簡稱SMART)所組成的跨域研究團隊發展出一套全新的構築方法，稱為近無痕質體構築法(near-scarless plasmid construction)，希望能藉此運用在新加坡特殊的精準農業(agriculture precision)及都市農業(urban farming)領域。 　　近無痕質體構築法可較傳統質體構築法來得快速、便宜、準確。由於傳統的做法需經常重新備料，加上材料使用效率低且無法重複應用在其他質體構築的研究中，往往造成時間、材料及金錢的浪費。近無痕質體構築法採用鳥嘌呤/胸腺嘧啶(Guanine/Thymine，簡稱GT)的DNA組裝技術，可重複使用DNA遺傳材料，大幅地降低分生材料的浪費及節省大量的時間。藉由新的構築法，該項技術可較傳統的構築法提高50%的準確度，達到近90%的準確度。 　　近無痕質體構築法可應用在提高微生物發酵，藉此應用在製作肥料、營養元素及非化學合成農藥等方面，可為近年新加坡致力發展的都市農業提供更為環保、農業永續的農業生物資材。【延伸閱讀】都市農業在美國紐約都會區推行之現況及挑戰 　　該研究由SMART跨域研究小組(SMART Interdisciplinary Research Group)、DiSTAP (Disruptive & Sustainable Technologies for Agricultural Precision)等機構計畫性資助，相關分子生物技術已發表在<Nature Communications>。

植物生理性狀可作為預測農產量及反映溫室效應程度的指標，選擇測使用何種作物生理指數作為模型參數，並適時地修正模型中的生理參數，將會影響模式模擬預測的準確性。美國伊利諾大學(University of Illinois)的研究團隊便在既有的模型基礎上，加入新發現的植物重要生理參數，藉此提升現有模型預測的準確性。 　　研究團隊在去年發表的研究中指出，植物體內的某種特殊蛋白質會使氣孔呈現部分關閉的狀態，這項新發現可使植物體在光合作用速率不變的情況下，同時減少水分自氣孔散逸，避免植物體面臨缺水的危機。由於氣孔影響氣體交換、光合作用效率等重要生理反應，因此了解光照與氣孔間的關聯性，並將最新的研究成果運用在建構新的植物生理模型，將有助於用更精確地預估作物產量。藉由加入氣孔生理參數的嶄新模型，更全方位的考量土壤水分、大氣二氧化碳濃度、氣溫等參數，給予更準確的生理預測。除此之外，藉由了解植物體與周邊環境之間的氣體交換模型，研究團隊也能藉此模型進一步模擬出最新的氣體交換速率，以評估現在及將來可能的氣候形態。【延伸閱讀】使用數學預測畜牧生產對環境的影響 　　透過電腦模擬的結果，研究團隊同樣能將此成果運用在作物育種方面，以電腦模擬取代傳統世代育種的耗時作法，快速找出耐旱品系進行培育，以因應全球氣候近年快速暖化的趨勢。 　　該研究已初步指出，新模型較舊模型來的精確。研究團隊希望接著將模型應用在不同作物及不同氣候產地，以驗證新模型的準確性。 　　該研究由比爾及梅琳達·蓋茲基金會(Bill & Melinda Gates Foundation)、糧食與農業研究基金會(Foundation for Food and Agriculture Research)及英國際發展部(Department for International Development)等單位資助，相關研究成果已發表在<Photosynthesis Research>。

據統計，世界僅約3%的水可供人們飲用，在其中約70%的淡水用於農業。由於淡水資源有限，因此如何在不影響農業生產的情況下，發展一套管理水資源的灌溉體系，將是值得思考的學問。美國康乃爾大學(Cornell University)與中國清華大學的研究團隊於近期共同發展一套智慧灌溉模型(smart irrigation model)，在透過資料的蒐集及模型計算，可精確地計算出灌溉水量，避免不必要的水資源浪費。 　　智慧灌溉模型的概念是藉由結合植物生理、土壤肥力、氣象預報等數據進行模式模擬的預測，再將預測結果做為決定是否灌溉及灌溉水量多寡的決策依據。該研究項目首先運用先前團隊所開發的植物生理感測器，偵測作物當下是否處於缺水狀態，接著考量歷史氣候數據並以機器學習(machine learning)技術預測近期可能的氣候資訊，同時也計算自作物葉表及土壤表面逸散的總水量。透過一連串數據蒐集與分析預測後，才做為灌溉與否的決策依據，藉此達到省水的效果。 　　據研究團隊評估，若完善運用此套智慧灌溉模型，可望較傳統灌溉作業節省約40%的水量。目前該智慧灌溉模型已實際運用在美國紐約州少數果園，對象是對水分需求敏感的植物：如葡萄及蘋果等經濟作物。這些經濟作物大多種在美國乾燥的環境中，這也突顯精準農業及智慧灌溉的重要性。【延伸閱讀】Umitron擴大早期資金並開始水產養殖保險數據服務 　　研究團隊希望未來能依據不同作物的生理特性，即時調整灌溉模型的參數，以智慧灌溉逐步取代人為決策，建立即時自動化精準灌溉農業，避免因環境乾旱所造成的農業損失。 　　該研究由康乃爾大學數位農業倡議(Cornell Initiative for Digital Agriculture)所資助，詳細研究成果已發表在<IEEE Transactions on Control Systems Technology>。

隨著衛星遙測技術的發展，人們發現相較於都市周邊地區，因人口密度高的都會區具有大量人工建築、機具排熱等因素，導致呈現中心熱周邊冷的溫度分布，由於在圖上貌似島嶼般的突出，因此被人們稱作都市熱島(urban heat island，簡稱UHI)，該現象稱作都市熱島效應(urban heat island effect)。目前各大都市均面臨類似的問題，除了人為活動外，發生極端炎熱的天數頻率持續增加中，這也使得人們越來越重視這方面的議題，也由於都市熱島效應的發生常與高環境污染、人體不健康等現象有關，因此人們正積極尋找有效緩解都市熱島的方法。在一項由波特蘭市政府委託美國波特蘭州立大學(Portland State University)的環境調查研究結果指出，在都市中多種樹及善用反光材料將有助於減緩都市熱島效應。 　　研究團隊比較了在綠化程度不同的區域及使用不同種綠化設施的條件下，模擬在不同區域中種樹、屋頂綠化及安裝反光設備後的降溫效果。經模式模擬發現，綠屋頂可達到局部降溫的效果，然而屋頂綠化的降溫效果是否能擴及至周邊區域，將有待更進一步的研究。研究團隊也發現，綠屋頂除了在建物降溫表現突出外，同時也擁有滯留強降雨、控制污染源與提供野生動物棲息地等環境功能。 　　研究團隊除了製作互動式地圖(interactive map)，提供有關土地利用大小、污染等級、植被程度等調查數據外，更為波特蘭市政府、都市計畫規劃者提出建議，呼籲應以自然為本(nature-based solutions，簡稱NBS)的方法解決人為與極端氣候造成的炎熱現象，提供更具調適力與韌性的因應方案，共同打造理想的城市光景。【延伸閱讀】影響日本有機農業推行的結構性因素 　　該研究經費由美國森林局(United States Forest Service)相關計畫支應，相關研究成果及建議已發表在<Atmosphere>。

畜產養殖業是排放溫室氣體的主要產業之一。飼養的牛、羊等反芻牲畜，在消化纖維素的過程會產生大量的甲烷氣，排放到大氣的甲烷將影響全球溫室氣體組成，並進而加速全球暖化。由於反芻動物主要倚賴生活在腸胃道的共生菌初分解胃中的食草。為此，了解腸胃道中的微生物相(或稱腸胃道菌相(叢)，microbiota)組成，將有助於達到改善動物健康、減少甲烷排放並提高乳產量等目的。由英國亞伯丁大學(University of Aberdeen)、以色列本古里安大學(Ben-Gurion University of the Negev)等多國組成的研究團隊便著手調查牛隻的腸胃道菌相組成，並研究其與甲烷氣排放間的關聯性。 　　研究團隊選用乳牛(dairy cow)作為研究對象，分別調查遍布在歐洲4個國家共1,000多頭個體，針對其腸胃道微生物相的遺傳組成進行分析，並在初步獲得個體腸胃道微生物基因組(microbiome)資訊後，探索其與個體若干生理指數、甲烷排放量等關聯性。藉由遺傳度(heritability)的分析發現，構成乳牛瘤胃(rumen)的主要微生物相(core microbiome)與乳牛基因體之間呈現高度關聯，顯示藉遺傳獲得的腸道微生物有能力影響個體各種生理代謝行為，這些均反映在包含泌乳量、甲烷排放量、腸胃道代謝物等生理性狀上。研究可進一步利用已知的腸胃道主要微生物相組成，以機器學習的演算法預測個體生理性狀特徵。研究團隊推論，若能改變腸胃道微生物相組成，便能減緩甲烷排放，抑或因此增加攝食效率以提升個體產乳量。【延伸閱讀】香港中文大學者發現植物自噬體有助提高農作物品質 　　該研究為畜牧產業提供一個減少牛隻排放甲烷氣的方法，這對減緩全球暖化將有其正面影響。此外，釐清腸胃道主要微生物相與個體間的遺傳關係，也能在乳牛育種選拔上提供實用的參考數據。 　　該研究受歐盟展望2020創新研究計畫(European Union’s Horizon 2020 research and innovation program)、歐盟第七期科研架構計畫(EU FP7 project)中的RuminOmics項目的經費資助。相關研究成果已發表在<Science Advances>。

極端氣候(或譯極端天氣，extreme weather或稱weather extreme)除了對全球農產經濟造成衝擊，使得許多糧食作物無法栽培、農民無法穩定收穫及獲益外，現有的生物多樣性(biodiversity)在這樣的衝擊下，許多物種可能因無法適應短時間內氣候急速變化而從此滅絕。為此，如何發展調適與減緩的策略，以因應極端氣候帶來的衝擊與幫助農民度過日漸嚴重的極端氣候，將是許多研究所關注的重點。由加拿大英屬哥倫比亞大學(University of British Columbia)、瑞士蘇黎世聯邦理工學院(ETH Zurich)及瑞士日內瓦大學(University of Geneva)所組成的跨國研究團隊希望能藉由了解生物多樣性高低與當地農民收入的多寡，幫助農民度過極端氣候的衝擊。 　　研究團隊統計來自拉丁美洲、亞洲、非洲等位於熱帶地區的23個國家，共記錄7,566戶農家，希望能釐清熱帶地區的生物多樣性與在地農業間的關聯性。除藉由每三個月一次的長期調查，掌握農民每季固定的收益外，同時也結合地理資訊系統編輯過的座標化(Geocoding)資訊，整合當地植物物種數量，以表示區域生物多樣性。最後再整合當地農作物種植、生長、收穫等期間的氣象資訊，進行模式模擬分析。 　　研究發現，當地若保有較高的生物多樣性，越能減少由極端氣候(例如乾旱缺水)帶來的經濟衝擊，有效地減少農民收入方面的損失。研究估算指出，若區域內有半數物種滅絕，則由極端氣候帶來的農民收入損失將增加一倍；反之若能維持原有的生物多樣性，將能為將衝擊減緩至趨近零。簡言之，若熱帶地區的生物多樣性越高，例如農地周邊擁有林相相對豐富、保育管理佳的森林地，則當地農民在遭遇極端氣候衝擊時，能減少獲益損失，減緩農民因收入減少帶來的經濟衝擊。【延伸閱讀】日本農業創新趨勢，新果樹品種對抗全球暖化 　　該研究有別於先前計算地區生物能(又稱生質能，biomass)變化進行的研究調查，而是直接計算與轉換成農民實際的收益，以提供較直覺的數據。除此之外，研究也提供重要的保育方針，即除了保育農地外，應連同考量將周邊森林、生態用地一併規劃為保育管理的區域，方能獲得更全面的保育及經濟效益。 　　該研究受部分德國科學基金會(German Science Foundation)的經費資助，詳細研究成果已發表在<Journal of the Association of Environmental and Resource Economists>。

氣候變遷改變海洋生態，大型魚生存首當其衝。英國科學家指出，隨著全球暖化導致海水溫度升高而讓海水氧氣減少，包括鱈魚等大型魚類生存條件將更加嚴苛，甚至出現滅絕危機。 　　據《英國獨立報》報導，普利茅斯大學科學家指出，隨著海水溫度上升導致氧氣減少，包括黑線鱈與鱈魚等民眾將長食用的較大型海洋物種可能會面臨滅絕或體積縮水等危機，這次以南極洲甲殼類動物進行分析的研究結果，也支持較大型海洋生物最易受氣候變遷衝擊的理論。 　　研究人員史派瑟指出，「過去50年，海洋中的氧氣已經減少2~5%，已經影響到生物運作的能力。除非生物適應，否則許多較大的海洋無脊椎動物不是得承受縮小，就是面臨滅絕的命運，這也將對其所屬的生態系統產生深遠的負面影響。」 　　這次研究也發現，當氧氣程度降低時，與較小的海洋動物相比，較大的物種會出現呼吸缺陷。不過，該研究也發現生命演化創新的證據，例如生物會因此發展可提高血液攜氧能力的色素適應環境的變化。 　　據《都市日報》報導，英國南極調查局學家莫瑞表示，「了解這些影響不僅有助於我們預測兩極地區海洋生物多樣性的命運，而且還教育我們關於決定物種生存的機制。」 　　過去的研究曾指出，因為海水變化，等到2050年魚類體積會縮水4分之1。

高隧道式設施(high tunnel)逐漸成為栽培高單價農園藝作物，例如洋香瓜、玉女小番茄等生產上賴以使用的農業資材。高隧道式設施相較於人們認知的溫室(greenhouse)而言，高隧道式設施僅在設備外層鋪上若干溫室使用的塑膠資材，少了額外主動式加熱、冷卻等恆溫控制系統。利用這樣的建築結構，可避免如強風、豪雨、冰雹、雪霜與乾旱等極端氣候現象造成的作物災損。此外，其優勢在於可拉長作物的產季、提高精品作物的生產量、延長貨架壽命(shelf life)等，以滿足廣大的高端消費市場。 　　雖然生產高單價作物為農民帶來相對較高的生產報酬，然而農民也必須事先投入較高的設備建置成本及事後營運所付出的開銷，因此並非人人都適合從事高隧道式設施的搭建。有鑑於越來越多小農投資搭建高隧道式設施藉以因應新興消費族群，完整的研究將有助於農民對高隧道設施的建設有更全面的了解。由美國印第安那大學(Indiana University)與普渡大學(Purdue University)等專家學者共同組成的研究團隊，分別對農民進行個案研究訪查，調查內容主要是利用問卷調查的形式，訪問具有高隧道式設施的20名農民，並詢問在生產經營高價作物上所面臨的挑戰與相對優勢。 　　由個案訪查所匯集的結果發現，農民經營成敗的關鍵在於栽種作物種類多寡、栽培時機點與市場間的供需模式及人力資源的分配等。栽種於高隧道式設施中的作物往往在生長週期、作物生長季、施肥等條件中，有別於露天環境下種植的作物，因此栽培過程中的經驗摸索便顯得十分重要。另一個可能的因素在於摸索不同的經營管理方式，由於高隧道式設施中往往種植多種高單價作物，加上集約式的經營模式下，使得在進行土壤肥力管理時受到挑戰。其他可能的原因可能歸咎於產品定價過高等其他市場因素。【延伸閱讀】發展混農林業以兼顧農業需求與維持鳥類物種多樣性 　　雖然上述諸多挑戰均顯示，並非人人都有辦法管理高隧道式設施，然而因應全球極端氣候的環境衝擊及市場環境快速變化的腳步下，高隧道式設施仍具未來發展的潛力與商機。 　　該研究由美國農業部(US Department of Agriculture)、印第安那州農業廳(Indiana State Department of Agriculture)等機構資助，更詳細的調查結果已發表在<HortTechnology>。

日本農林水產省農林水產會議事務局根據過去一年間由民間、大學、國公立試驗研究機關及獨立行政法人等所有研究機構內的研究成果為基礎之新聞紀錄，依內容並考慮社會的關心度等方向，經由28個農業相關報章雜誌社所組成的農業技術團體，票選出的10大研究成果。各研究技術成果摘要如下： 一、 農村 　　塘壩災害支援系統的開發 　　－地震或豪雨時、將塘壩的損壞危險度以通訊方式公告－ 　　國立研究開發法人農業・食品産業技術綜合研究機構（簡稱「農研機構」）、會在地震或豪雨發生時，將塘壩的損壞危險度以三階段來預測，並將即時預測之情報通過網路向防災相關人員公告。 　　同時建立能將已受災損之塘壩狀況向防災機關分享之平台來共享災害即時情報。藉由這個系統的開發，希望可以在塘壩災損時協助擬定緊急對策以減少更多傷害、同時亦期待其在防災跟災後復原的支援上發揮功用。 二、 稻作 　　培育出能一年多收且耐病蟲害、不易伏倒之適合飼料開發用的水稻新品種「みなちから」 　　－期望能達成關東地區以西地方之飼料用米的穩定生產－ 　　農研機構培育出了可以在關東以西之地域栽培、一年能多收且不易倒株、具高防病蟲能力之水稻新品種「みなちから」。 　　期望未來可以加強在較溫暖地區的飼料用米之穩定生產及普及栽種。 三、 智慧農業 　　蔬菜用的高精準度局部施肥機具開發 　　－達成高精準度的肥料施放、高肥料利用率、快速施肥作業！－ 　　農研機構與上田農機公司、TAISHO公司共同開發具高速且能具高精準度之局部施肥機具。開發機與目前市售機相比能提升兩成之作業效能及控制施肥量之誤差到3%以下。期望能藉由此開發機提升田間施肥的作業效率並降低施肥不均的情況。 四、 園藝 　　僅用熱能去除草莓苗之病蟲害 　　－蒸熱處理防蟲裝置的小型應用化與使用手冊製作－ 　　農研機構與FTH公司、福岡/佐賀/熊本縣共同開發防治草莓苗之二斑葉蟎與白粉病等病蟲害之蒸熱處理防蟲裝置的小型化和節電化。預計該技術的引入將根據生產條件（如業務規模和共同使用的存在與否）而加速。 五、 智慧農業 　　開發能對應機械化拖拉機之雙向犁自動反轉裝置 　　－藉由犁耕的無人化達成大面積農作的有效省力化－ 　　帶廣畜產大學與YANMAR公司共同開發能對應機械化拖拉機之雙向犁自動反轉裝置。已經過田間試驗確認能在無人情況下穩定的進行準確度高的連續作業。藉由本裝置的開發可期達成大規模耕作之機械化拖拉機的普及與犁耕業省力化的目標。 六、 畜產 　　藉由回收未使用之生物質資源生產美國水虻作為水畜產飼料 　　大阪府立環境農林水產綜合研究所與愛媛大學、香川大學、國際農林水產業研究中心共同研究再利用廚餘等生物質廢棄物來生產美國水虻幼蟲以作為養殖魚或家畜的飼料之技術。希望藉由廚餘的再利用化為解決食物流失問題有所貢獻。 七、 新型育種技術　 　　開發創新的植物基因編輯技術，可用於各種不需經組織培養的作物 　　鐘淵化學工業股份有限公司與農研機構合作，開發在植物莖頂的生長點上直接打入DNA之基因編輯技術「Implanter particle bombardment（iPB）法」。這種方法不需要組織培養，因此可以應用於包括小麥在內的各種作物。應能有效加速品種改良之製程。 八、 新型育種技術　 　　溫州蜜柑基因組解析 　　－加速品種改良－ 　　農研機構與國立遺傳學研究所共同研究解讀出溫州蜜柑的全基因序列。根據這個結果特定出影響柑橘顏色與結果性之基因共91個。本成果希望藉由這個發現來提升柑橘產品的生產性與品質，更進一步加速品種改良之製程。 九、 病蟲害防治　 　　延緩抵抗性害蟲出現之殺蟲劑的使用策略 　　－複複數劑型的「世代内施用」與「世代間交互施用」之比較－ 　　農研機構與瑞典于默奧大學、美國明尼蘇達大學共同合作，通過模擬澄清證實在一代中同時施用不同的殺蟲劑，在很多情況下對於抵抗性害蟲的管理更具效果。本成果期待能藉由和抵抗性害蟲的初期檢出技術結合，對抗藥性害蟲的傷害抑制有所貢獻。【延伸閱讀】日本農業發展強化研究課題 十、 新型育種技術　 　　完成小麥的基因序列解讀 　　－奠定新品種開發的基礎－  　　農研機構與京都大學隸屬之國際財團完成了小麥基因組的鹼基排列解讀。小麥中21個染色體上各基因的位置都已辨明、找到決定小麥各式性狀共10萬個以上的基因。預計利用這個結果來篩選分離有用基因和DNA標記的開發以加速新品種的繁殖。

研究構面一：產地與經營能力強化 　　1-1 實現寒冷地區建立大範圍高效能稻田耕作系統之技術體系建立 　　　　1. 建立寒冷地區大範圍高效能稻田耕作系統之技術體系 　　　　2. 建立寒冷地區廣域栽培場用之超省力稻田輪作營運系統 　　　　3. 建立寒冷地區大範圍稻田耕作系統可導入之業務加工用露天蔬菜生產體系 　　　　4. 建立寒冷地區高營養飼料生產與家畜排泄物於農地回收利用之耕畜複合技術體系 　　　　5. 建立適用於寒冷地區南部之偏濕氣候與土壤條件之高效能稻田輪作體系 　　1-2 實現溫暖地區建立技術集約型之高收益稻田耕作系統之技術體系 　　　　1. 建立溫暖地區泛用化之稻田基礎以用於先進型複合稻田農營技術體系構成 　　　　2. 建立溫暖地區之高收益稻田農營系統所需技術體系 　　　　3. 建立以稻田飼料為基礎之節省勞力資源循環型的酪農用飼料生產、製備、物流和飼養技術系統 　　　　4. 背景式技術評估方法和就業型大型企業管理技術的開發 　　1-3 建立寒地大範圍農地耕作及酪農飼料自給再利用系統之技術支援體系 　　　　1. 投入ICT智慧農業系統以強化寒地大範圍農地輪作之生產基礎 　　　　2. 建立酪農飼料自給再利用系統之技術支援體系 　　1-4 建立山腰地帶之持續型農務系統之技術支援體系 　　　　1. 建立山腰地帶之廣域稻田農耕系統之技術支援體系 　　　　2. 建立山腰地帶省力之高收益果樹生產系統之技術支援體系 　　　　3. 建立山腰地帶之高收益園藝栽培系統之技術支援體系 　　　　4. 建立能將新型作物保護管理技術應用於有機栽培體系之技術支援體系 　　1-5 建立溫暖地區高收益農地耕作與肉牛飼料自給生產系統之技術支援體系 　　　　1. 建立溫暖地區高收益農地耕作系統之技術支援體系 　　　　2. 建立溫暖地區之地域區分型大規模肉牛繁殖系統 　　　　3. 建立活動地方飼料資源之黑毛和牛中小型規模生產系統之技術支援體系 　　1-6 開發農業暨農業設施之自動化/機械化等革新生產技術 　　　　1. 開發應用機械化技術、ICT等創新農業生產技術 　　　　2. 開發適用土地利用型先進農耕系統之機械與裝置開發 　　　　3. 開發適用於對應地區特性之園藝、畜產等具高效率且能輔助安定生產之農業機具與裝置的開發 　　　　4. 開發提升農務安全與降低環境負荷之農業機具、裝置，並建立評估與測試方法之修正 　　1-7 建立提高生產性之畜產地強化生產系統 　　　　1. 建立年循環親子牛放牧為基礎之低成本牛之生產體系 　　　　2. 開發提高家畜生涯生產性之育種技術之育種手法與有用基因情報的解讀及活用技術 　　　　3. 開發促進家畜高效率之繁殖管理技術與高品質生殖細胞及受精卵的生產、保存技術 　　　　4. 開發能將國產飼料資源最大化利用之豬雞精準營養控制的新型養殖技術 　　　　5. 開發日本適用之省力且能精準飼養管理之酪農及肉牛生產系統 　　　　6. 開發家畜生產過程中產生之臭氣、水汙染物質之處理技術及飼育環境改善技術 研究構面二：實現強化農業與新創產業 　　2-1 改進提升作物產量及品質與提升農產品韌性之前導品種育成及基因育種技術 　　　　1. 根據客戶的實際需求，培育具有加工能力和廣域適應性的小麥品種 　　　　2. 根據客戶的實際需求，培育具有加工能力和廣域適應性的大麥品種 　　　　3. 根據消費者的實際需求培育穩定可在廣闊的地區種植的高產大豆品種 　　　　4. 培育具強病蟲害抵抗性且能安定生產之高收益馬鈴薯 　　　　5. 開發用於強化貧困地區農業之多樣化農作物之培育暨利用技術 　　　　6. 培育支撐國產飼料基礎之高品質一年多收之飼料用作物品種 　　　　7. 尋找新基因用於開發次世代作物和開發新的育種材料 　　　　8. 開發促進次世代作物發展的育種技術 　　　　9. 農業生物資源Genebank業務 　　2-2 研發以辨明農業生物機能為基礎之提高生產性與產業利用的技術 　　　　1. 解析能提升農業生物之生產性或產生有用物質的基因機能 　　　　2. 開發能活用改良之基因組置換或基因編輯技術的新型有用作物或昆蟲素材製作技術 　　　　3. 藉由基因組編輯、基因置換等基礎技術來解析動物機能 　　　　4. 利用基因改良作物和蠶生產有用物質之實際應用技術的開發 　　　　5. 開發新型功能性絲綢材料和衍生自絲蛋白等生物材之新功能性材料和其應用技術的開發 研究構面三：確保農產品與食物的高附加價值與安全 　　3-1 提升果樹與茶業生產力及附加價值之技術的開發 　　　　1. 提升柑橘類作物生產力及附加價值技術的開發 　　　　2. 提升蘋果類作物生產力及附加價值技術的開發 　　　　3. 提升日本梨、栗子、核果類作物生產力及附加價值技術的開發 　　　　4. 提升葡萄、柿子類作物生產力及附加價值技術的開發 　　　　5. 開發活用遺傳資訊及基因情報之果樹育種基礎的技術 　　　　6. 提升茶業需求及生產力之新品種與栽培加工技術、評級技術的開發 　　3-2 開發高利潤的蔬菜和花卉生產技術 　　　　1. 因應加工或業務用需求之露天蔬菜的安定生產技術開發 　　　　2. 改進優質穩定的設施蔬菜高產技術，大型設施高效率及高收益生產示範 　　　　3. 支援高收益蔬菜生產之品種培育與基礎技術之開發 　　　　4. 應用基因育種技術之新型花卉研發 　　　　5. 為主要花卉開發優質穩定的生產和質量控制技術 　　3-3 開發食品營養與健康機能性利用技術疫或是次世代加工與流通技術 　　　　1. 各年齡層之健康維護或提升用之農產品營養與健康機能性的解析與食品開發 　　　　2. 建構新感官功能評價方法及其在營養保健功能食品開發中的應用 　　　　3. 開發高效的農產品先進加工技術，確保高品質和穩定性 　　　　4. 加工、儲存和分配技術的系統化，以保持高質量的食品 　　　　5. 開發分析、測量和評估技術，以確保食品的高質量和穩定性 　　3-4 確保從產地到餐桌的農產品與食品之安全性及信賴性技術開發 　　　　1. 開發在農產品生產階段降低砷和鎘風險之技術 　　　　2. 開發在食品加工和分銷階段降低風險和可靠性保證之技術 　　3-5 家畜疾病診斷與預防技術之開發 　　　　1. 闡明病毒感染的致病機制及開發疾病診斷與控制技術 　　　　2. 闡明細菌和寄生蟲感染的致病機制及開發疾病診斷和控制技術 　　　　3. 改良監測和控制重要國際傳染病之技術 　　　　4. 通過釐清家畜疾病的現況，開發疾病控制和疾病監測技術 　　　　5. 通過改良家畜重要疾病的流行病學分析和監測技術，建立動物疾病控制技術 　　　　6. 開發飼料等家畜飼養環境的安全保障技術 　　3-6 開發提升植物檢疫之病蟲害風險管理技術 　　　　1. 改良植物保護技術，促進農產品出口，實現糧食之持續穩定供應 　　　　2. 提升日本高風險害蟲發生之管理技術改良和精確度 　　　　3. 開發抗藥性害蟲的早期診斷和預防技術【延伸閱讀】歐盟提出最新《2019-2030歐盟地區農業市場及收入展望報告》 研究構面四：環境問題解決與地區資源的應用 　　4-1 開發因應氣候變遷等環境變化及保全生物多樣性之研究 　　　　1. 制定氣候變化影響於農業的高精度預測和評估方法 　　　　2. 開發能夠靈活應對氣候變化的栽培管理支持技術 　　　　3. 發展全球暖化減緩技術並最大限度地應用於農業生產 　　　　4. 評估氣候變化等環境變化對農業生態系統中生物多樣性和生態系統服務的影響 　　　　5. 開發環境變化監測和累積、分析和傳播環境基礎訊息之技術 　　4-2 開發農產業生產基礎之機能維護提升、強化、地區資源管理及放射性物質對策之技術 　　　　1. 為大規模高利潤農業開發農業生產基礎設施改良技術 　　　　2. 強化農村地區並開發防災減災技術設施的維護管理技術 　　　　3. 開發管理暨利用地區資源的改良技術，以應對農村地區結構和環境的變化 　　　　4. 考慮到農村環境，通過減少損害、捕獲、環境管理等發展綜合性鳥類損害防治對策 　　　　5. 核災影響地區恢復耕作之對策技術開發 　　4-3 開發為持續型農業做出貢獻之作物保護、土壤管理及地區資源利用技術 　　　　1. 在釐清昆蟲機能和生物之間相互作用的分子基礎上，開發創新的害蟲防治技術 　　　　2. 開發結合物理和生物土壤消毒及作物抗性之疾病和線蟲損害控制技術  　　　　3. 通過有害生物信息回報機制和利用原生天敵來開發難根除病蟲害管理技術 　　　　4. 為外來種雜草和具除草劑抗性雜草等新型難控防治雜草開發綜合管理技術 　　　　5. 在簡單診斷土壤理化性質和評估有機物質及生物功能的基礎上，開發具持續性之土壤管理技術 　　　　6. 通過層級式使用農業廢棄物以建立區域資源循環系統 　　　　7. 引入新的農業生產方式制定環境保護效果之評價指標

香蕉葉斑病(Pseudocercospora fijiensis，Black leaf streak Disease；舊學名：Mycosphaerella fijiensis)是由子囊菌門(Ascomycete)的真菌感染香蕉葉片，導致香蕉葉部病變的一種疾病。該病最早源自於1963年首先在南太平洋島國斐濟發現，隨後擴展至菲律賓、臺灣、澳洲等亞太地區，後則逐漸擴及至中南美洲及加勒比海、非洲等區域。由於該病不但直接影響蕉株葉片生長，更嚴重影響蕉果發育，導致產量銳減，進而影響長期倚賴香蕉作為主要出口農產品的國家，使之在防疫檢疫方面與經濟上受到衝擊。該病在先前許多研究中皆證實，由於該菌的孢子會藉由雨水與風等媒介進行傳播，並在適當的溫度條件下快速感染其宿主。這樣的傳播型態顯示病原盛行率與溫、濕度間呈現一定程度的關聯性，這使得全球氣候變遷的研究在防治香蕉葉斑病上顯得十分重要。 　　英國艾希特大學(University of Exeter)的研究團隊以香蕉葉斑病在過去60年感染、傳播等疾病數據，配合歷年重新分析的氣候環境資料庫數據，並結合電腦模式模擬進行運算，希望能釐清氣候過去的變化與疾病擴散間的關聯性。該研究模型顯示，香蕉葉斑病在過去60年間有逐漸擴散的趨勢。研究發現過去60多年間，在氣候變遷的影響下，氣溫會逐漸提升，轉變成適合孢子萌發及感染的溫度、濕度。根據模式模擬的推估顯示，在拉丁美洲及加勒比海等地的香蕉種植區，因樹冠層濕度(canopy wetness)及氣溫提升的情況下，增加了香蕉葉斑病生長與感染的機會，這導致香蕉葉斑病的感染率與1960年代開始相比增加了44.2%。在這樣的模式下同樣也發現，種植在乾燥氣候區的香蕉隨環境乾燥程度提高而降低其受感染的風險。該研究指出，除了全球貿易會大規模散布植物病蟲害外，全球氣候變遷在某些病原的傳播上亦成功扮演重要推手。【延伸閱讀】研究揭示全球極端氣候將影響區域性頂級葡萄酒的釀酒品質 　　艾希特大學的研究團隊根據歷年氣候數據與推估的微氣候資訊，並結合傳染病的分布模式所進行相關的研究，將幫助人們更了解香蕉葉斑病在全球氣候變遷下的傳播模式，也藉此研究微環境對病原傳播與生長所造成的影響。 　　該研究由歐洲聯盟委員會(European Commission)與英國全球糧食安全計畫(UK Global Food Security Programme)等單位資助，相關研究成果已發表在<Philosophical Transactions of the Royal Society B>。

面臨全球暖化的挑戰下，節能減碳成了上自政府下自民間的全民運動，包括農業在內的所有產業，均從事標榜符合環保法規且低碳足跡的生產作為。農業上，會造成碳排之處多半在肥料、農藥等製劑的生產及運輸過程或是來自作物的呼吸作用與農地的土壤呼吸(soil CO2 efflux)，以及農機具在操作中所產生的碳排放。除此之外，加拿大英屬哥倫比亞大學(University of British Columbia，簡稱UBC)的最新研究發現，除上述農業活動會造成大量碳排放外，引用湖水進行農業灌溉過程中恐會產生為數不低的二氧化碳排放量。 　　某些地區耕作的水源引自農作區鄰近湖泊或其支流，相較之下是屬於較經濟的農業生產方式。由於大氣中有許多的二氧化碳氣體是以碳酸氫根的無機分子形式溶解在水體(例如：海洋、湖泊、河水等)中，因此湖泊中其實蘊藏著大量溶解自大氣的二氧化碳分子。英屬哥倫比亞大學的研究團隊即發現，在引用湖水灌溉的過程中會將原先一部份溶解於水體中的碳酸氫根釋放到大氣中，研究團隊在加拿大歐肯納根湖(Okanagan Lake)周邊地區進行研究，研究分別在將湖泊水與去離子水作為灌溉水源進行研究，並監控土壤表面與大氣中二氧化碳濃度的變化。研究最終證實引用湖水灌溉過程中會將碳酸根離子轉換為二氧化碳的形式釋放至大氣中，這占土壤呼吸總量的9-15%。據研究統計，引自歐肯納根湖從事的灌溉作業每年約莫會產生45,000公斤由碳酸氫根轉變成的二氧化碳，由此可知此地區使用湖水灌溉所貢獻的二氧化碳排放量相當驚人。【延伸閱讀】研究人員探索海洋微生物對於影響氣候的作用 　　該研究有別於以往人們所關注的土壤有機碳(soil organic carbon，簡稱SOC)與大氣二氧化碳間的關係，英屬哥倫比亞大學的研究重點主要放在無機碳的轉移過程，並透過農業灌溉的實際作業，闡述其所產生的二氧化碳變化與探討所帶來的全球暖化問題。 　　該研究由加拿大農業溫室氣體計畫(Agricultural Greenhouse Gases Program)提供經費方面的協助，相關成果已發表在<Geoderma>。

為因應全球氣候變遷所帶來的衝擊，包含農糧領域在內的科學家正積極找出減緩(mitigation)與調適(adaptation)等策略，以此降低因氣候變遷形成的糧食短缺等問題，然而除了透過科學家們自身的努力外，主流學界也提倡應結合公民科學家(citizen scientist)的研究力量與匯集第一線的研究成果，提升科學理論的完備性並實際驗證其可行性。 　　公民科學(citizen science)是指公眾參與的科學研究，對象包含非職業科學家及業餘愛好者，這在生態學及環境科學領域中皆有大量的研究成員，而以農糧生產方面的研究為例，從事的公民科學家職業多為農民，在業餘時觀察並記錄作物生長的狀況及生長期間氣候的變化，最後將這些數據提供給科學家進行後續分析之用。一項由國際生物多樣性組織(Bioversity International)所進行的研究顯示，公民科學家(即一般農民)在研究上扮演舉足輕重的角色。 　　研究中提到參與計畫的農民皆可隨機獲得種源庫中3個不同品系的同種作物，不同品系則代表其可能存在不同的抵抗逆境、病蟲害等性狀或存在生長上的差異。參與的農民僅需提供試驗場域並記錄生長的相關數據，最後將數據紀錄結果供專業人士進行分析。研究按不同的栽種季及不同的農業氣候區(agroclimatic zone)進行分類，現階段已在尼加拉瓜、衣索比亞與印度的合作區中，分別獲得842處菜豆、1,090處杜蘭小麥與10,477處普通小麥的產量數據，科學家們將這些數據分別結合當地農業氣候與土壤肥力資訊進行關聯性分析。結合農民提供的最新的數據也發現到，農民試驗的結果有許多與現行的栽培建議相左，這也顯示公民科學在氣候調適農業中扮演的重要性。【延伸閱讀】監控水下聲音以監測河流健康 　　雖然傳統的試驗研究可將新品系成功應用在實驗室或溫室等小規模尺度，然而能否實際大規模的應用在田間及被農民所接受，則是接下來所要面臨的挑戰。而經農民驗證的研究成果，能有效的對既有的栽植作法進行改善，提升糧食的產能。 　　研究成果證實公民科學在農糧領域的必要性，也顯示農民最終能獲得產值方面的提升。相關研究已發表在<Proceedings of the National Academy of Sciences>。

Digital Agriculture Services (DAS)與澳洲聯邦科學與工業研究組織(Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation, CSRIO)合作，推出Rural Intelligence Platform™，這是第一個在澳洲任何地方進行全面性評估和監測農村土地的平台，利用可靠數據來源提供的生產力、水資源取得、產量、土地利用、作物類型、降雨、乾旱影響等資訊。 　　DAS估計，澳洲每年有約1,250億美元的農業經濟決策是建立在不可靠或不完整的數據上，平台提供的準確資訊有助於農民、企業、政策制定者等在正確的數據背景下進行良好的投資選擇，提升風險應對能力。平台改進了CSIRO開發的一系列技術，並納入最新的衛星圖像、數位土壤資訊、氣候資訊等及其他州政府或聯邦政府提供的公共數據，並利用機器學習演算法進行分析。此外，數據庫中涵蓋了3.71億公頃的農業用地及可追溯至10年前的銷售記錄，並採用人工智慧自動評估，準確率高達90％。【延伸閱讀】濕度監控對改善家禽健康和福利至關重要 　　在面對人口持續增加和氣候變遷的壓力下，預估亞太地區的數位農業市場到2028年將達到100-250億美元。自2017年與CSIRO合作成立以來，已從澳洲上市的農企業Ruralco和其他投資者獲得425萬美元的資金，目前DAS已與部分公司展開密切合作，測試Rural Intelligence Platform™。