臺灣農業為高度依賴氣候環境變化的產業。 但近年來因氣候變遷所造成的極端天氣，對於農產品不論是產量或是價格都影響甚鉅。 農委會邀請農民、氣象專家、產業代表等，共同討論，並提出應變與具體作法 ！   直播的影片這邊看  PART 1  →→→ 請按我 直播的影片這邊看  PART 2  →→→ 請按我     【 與會來賓 】 行政院農業委員會 陳吉仲 主委 國立臺灣大學農學院 盧虎生 院長 行政院農業委員會科技處 王仕賢處長 屏東 朱正富 農友 屏東 黃進文 農友 桃園 吳成富 農友 天氣風險管理開發股份有限公司 彭啟明 總經理 農業試驗所 陳駿季 所長 逢甲大學 楊明憲 教授 農友種苗公司 張佳惠 經理 雲林 林春生 農友 壽米屋公司 陳肇浩 總經理 台江生技公司 顏榮宏 總經理 臺灣福昌集團 楊    杰 總經理

植物在面臨環境變化的過程中，演化出許多機制以適應自然界的變化。近日由英國伯明罕大學(Universities of Birmingham)與諾丁漢大學(University of Nottingham)共同的研究發現，陸生開花植物具有一套感知及記憶環境狀態的能力。 　　在植物演化的過程中，發展出一套與記憶相關的基因進行調控，以對抗極端的環境狀況與逆境。舉例而言，許多植物會記住一段寒冷的冬日，以確保開花時間是在溫暖的春天而非寒冷的冬天，其中參與調控蛋白群，被稱作PRC2 (polycomb repressive complex 2)。過去的研究已知，在寒冷的情況下，這群蛋白會匯聚形成PRC2複合物，並將植物由營養生長模式轉為繁殖開花模式，待天氣稍微回暖時，植株就能在春天綻放花朵，繁衍後代，而這種經低溫誘導將植物變成繁殖模式的現象，稱作春化作用(vernalization)。最新的研究發現，或許有其他基因與蛋白參與調控。 　　在最新的研究中提到，研究團隊發現在阿拉伯芥(Arabidopsis thaliana)的PRC2複合物中有個核心蛋白稱作VRN2 (vernalization 2)，研究團隊發現VRN2在較溫暖、氧氣含量充足的環境下會被分解失活；而當面臨淹水、含氧量低等逆境時，VRN2結構會開始穩定且逐漸累積，顯示VRN2與環境含氧量有關。在另一方面，研究也證實VRN2會在低溫逆境的情況下累積，使得PRC2複合物在溫度回暖時便能啟動開花程序，這樣的過程與植物面臨淹水缺氧逆境時的機制極為相似，證實VRN2在春化作用時的重要性。 　　春化處理在農業應用上十分重要，許多臺灣重要的作物如龍眼或荔枝等果樹，皆需經一定時間的低溫誘導後方能開花結果。在現今面臨全球氣候變遷與極端氣候下，暖冬常造成花芽分化率偏低，影響果樹結實率。該研究成果提供植物逆境調控基因之基礎研究，或許能應用在品種選育與作物經營管理方面。【延伸閱讀】STRK1基因促進鹽鹼土中的水稻生長和產量 　　該研究獲得歐洲研究委員會(European Research Council)與英國生物技術暨生物科學研究委員會(Biotechnological and Biological Sciences Research council)的研究經費資助，該研究成果已發表在<Nature Communications>。

蜜蜂(bees, Apidae)為許多開花植物授粉，在農業應用上甚廣，例如花季時，果農多與蜂農合作，利用人為飼養的蜂群協助果樹授粉，蜂農可利用採收後的花蜜，發展特殊果香的蜂蜜商品。近年來由於農藥施用不當，加上氣候急遽變遷等因素，導致人工養殖與野生蜂群皆大量銳減，不但影響倚賴蜜蜂傳粉的作物，也使得許多野生蜜蜂物種面臨絕種的危機。有鑑於此，英國蘭卡斯特大學(Lancaster University)的研究人員設法找出蜜蜂拜訪開花植物的關鍵因素，最終發現有計畫的植樹可能是其中有效的保育策略。 　　研究人員發現，由於大型喬木或灌木樹籬(hedgerow)相較於矮小的草本植物開花數量較高，因此可提供相較多的花蜜，蜂群可在小範圍、短時間內採集大量的花蜜，減少覓食找蜜的時間，並降低因覓食所耗損的能量；另外，高大的喬木可做為指引蜜蜂採蜜與指引回巢的導航標的物；更重要的是，喬木與灌木供蜜蜂築巢、度冬、躲避颳風、下雨等功能，可作為蜜蜂棲息與躲避天災的場所。由此可見，樹木對蜜蜂的存亡扮演關鍵性角色，突顯植樹的重要性，為因應樹木與灌木在英國的覆蓋率在500年間快速減少，研究人員建議將來可運用人工智慧與機器學習運算，結合地景生態學，運用網絡運算方法規劃蜜蜂最佳的訪蜜途徑，並在不影響人們生活的情況下，以經濟效益高且管理方便的地區為植樹主要地點，除提供蜜蜂棲息與覓食的景觀環境，同時也讓透過蜜蜂傳粉的植物成功授粉、繁衍後代。【延伸閱讀】世界上最古老的茶葉拍賣會走向數位化 　　該研究提供有效的保育策略，並建議透過人工智慧、機器學系找出蜜蜂可能拜訪的最佳路徑，協助人們景觀方面的規劃。相關研究成果已發表在<Agriculture, Ecosystems and Environment>。

經濟發展的背後有賴於能源穩定供應，包含火力等方式在內的電力生產方式成為發電選項之一，但以燃燒化石燃料為發電基礎的火力電廠，每年溫室氣體的排放量相當可觀。近日舉辦為期10多日的聯合國氣候大會，也針對全球氣候變遷議題進行討論，其中也重新討論巴黎協議中降低溫室氣體排放的目標。在當務之急，發展減少二氧化碳排放(簡稱減碳或減排)成為各國研究團隊首要解決的目標。 　　加拿大滑鐵盧大學(University of Waterloo)的研究團隊，近期發明俗稱碳粉(Carbon powder)，一種可用於吸附二氧化碳的碳奈米球(carbon nanospheres)，可吸附大氣中的二氧化碳氣體分子，改善溫室效應帶來的衝擊。研究團隊透過熱處理萃取植物中的碳元素，經處理後使碳粒子形成富含多孔隙表面的奈米級碳粒(粒徑<0.7奈米)，多孔隙表面就形成吸附二氧化碳的結構。 　　由於生產碳粉的材料多元，且原料與產物皆為環境友善的物質，因此研究團隊的產品若能以較符合經濟、環保效益的製造過程，將對現今各國所關注的減碳議題提供正面的幫助。【延伸閱讀】蔗渣回收變菇包 杏鮑菇產量增二、三成 　　研究團隊現階段已提出新穎且便於製作碳粉的生產方法，解決長期以來開發製造上的困境，該作法也能經客製化調整碳粉粒徑大小與碳粒純度後，應用於吸附二氧化碳以外的用途。例如可將客製化的碳粒應用在水質淨化與能源儲存方面的研究，這些都在未來具發展潛力。 　　滑鐵盧大學研究團隊的這項研究或許能應用在當前農業廢棄物處理的方法上，將臺灣農業廢棄物成為具有價值的農業資材。詳細研究成果已發表在<Carbon>。

發動機燃油為原油精煉後的產物，也是現今大多數汽機車使用的燃料之一。原油屬於非再生能源，終將有開採完的一天，因此其他能源的開發或再生能源的研究是刻不容緩的議題。美國伊利諾大學(University of Illinois)與美國麻州大學(University of University of Massachusetts)的研發團隊將濕生物性廢棄物(wet biological waste)變成可添加在柴油中的再生性資源，使能源研究邁進一步。 　　部分生物性廢棄物來自食品加工處理及動物飼養生產過程，由於未經處理的生物性廢棄物含水量高，因此在脫水乾燥的過程中會耗費大量的能源，不符合經濟效益。研究團隊利用現有的水熱液化(hydrothermal liquefaction, HTL)技術，以生物性廢棄物中的水作為反應媒介，將非脂質生物廢棄物轉化為可用之生質原油。此外，研究人員在生質原油分餾的過程中加入酯化反應，將生質原油提煉，提煉後的生質燃料可以10-20%的比例混入柴油，作為燃油使用。【延伸閱讀】科學家找出微藻生合成生質燃料前驅物的關鍵蛋白 　　添加生質燃料的柴油，在能源使用效率與排放組成上均與純柴油的性質相仿，可望在不久的將來應用在消費市場上。生質柴油的開發將有助於解決如豬隻排泄物、等農業廢棄物，及處理食品製造過程中產生的廢棄物，並減少燃燒化石燃料造成的碳排問題。 　　該研究成果已發表在<Nature Sustainability>。

在全球氣候變遷下，各地出現長時間乾旱及強降雨等極端氣候的頻率增加，嚴重衝擊農糧及經濟作物的產量。除了透過研究抗逆境的物種外，因應氣候變遷而發展新的作物經營管理方法，將是對抗氣候變遷衝擊、維持農糧生產的方法之一。國際熱帶農業研究中心(International Center for Tropical Agriculture，簡稱CIAT)與西澳大學(University of Western Australia)共同研究發現，現階段以氣候智慧型農業(climate-smart agriculture，簡稱CSA)方式經營下的農業生產，將具提升農業產值的潛力。 　　氣候智慧型農業乃為解決氣候變遷造成農業生產方面之衝擊，而在農業經營管理上做出之調整與建議，氣候智慧型農業法主要包含三項目標： 　　　　(1)永續提升糧食生產力穩定糧食安全； 　　　　(2)提升農糧體系對氣候變遷之調適力及回復力； 　　　　(3)降低溫室氣體在農糧生產過程中之排放。 　　國際熱帶農業研究中心研究非洲、亞洲及拉丁美洲等地推行氣候智慧型農業法之成果，這些農業生產都位於熱帶地區且受到氣候變遷的衝擊。該研究以成本效益分析(cost-benefit analysis，簡稱CBA)發現，若遵守氣候智慧型農業原則，發展適地適種的方法，將可視種植作物種類與適當的栽培管理方式，在短時間便可獲得較佳的收入，然而大部分的調查卻呈現相反的結果。研究顯示，雖然氣候智慧型農業具有解決工業化農業所衍伸的問題，例如：減少大量化學肥料施用改以其他有機肥施用以改善土壤肥力問題，間接減少農業資材的投入與碳排等，但在大部分的案例中，許多地區仍未採用氣候智慧型農業的作業方法，這可能與當地農民不熟悉新型態的農作法、農民勞力限制及無足夠資金投入等原因，因而造成氣候智慧型農業法並未被農民採納。研究發現，除亞洲越南地區外，中美洲尼加拉瓜與非洲烏干達地區所推行之氣候智慧型農業法尚未有明顯的效益，這顯示氣候智慧型農業的推廣仍有成長的空間。氣候智慧型農業的推廣若能結合傳統農業生產、生活及生態三大功能，將能有效調適與減緩全球氣候變遷帶來的衝擊，融入在地農業生活，減緩地球暖化，最終必能達到預期之社會經濟效益。【延伸閱讀】人工智慧秒測豬隻重量技術 　　氣候智慧型農業作為國際農業研究諮商組織(Consultative Group on International Agricultural Research，簡稱CGIAR)與國際熱帶農業研究中心共同推廣與研究的目標，其研究成果可做為各國政府擬定相關農業政策與推動時重要的參考依據。該研究由國際農業研究諮商組織、國際農業發展基金(International Fund for Agricultural Development，簡稱IFAD)提供研究經費上的協助，相關研究成果已發表在<PLOS ONE>。

乾旱與缺水，將嚴重衝擊主要糧食作物生產，面臨氣候異常之際，除了糧食收穫量隨之變化外，對市場價格也產生不小的波動，嚴重危害農民生計。各國政府一旦面臨區域性或全球性糧食危機，將直接或間接導致糧食安全問題，為此勢必將面臨農業政策方面的調整。在擬定農業政策時，各國政府多半參考歷年各個農業區糧食生產情況，將歷年收穫數據、農民實際收穫經驗搭配市場機制，制定一套符合現況的農業政策。除此之外，運用模式模擬(model simulation)的方法，預測特定農作物於將來短期內或長期間的產量變化，並提供必要之災害預防建議，亦是各個政策擬定者決策參考的依據及手段。然而既有的模式模擬結果並無法解釋許多農業地區在年間產量的變化。一旦無法準確的預測年度間產量變化，勢必將影響市場糧食價格，農糧政策決策者對於糧食進出口的態度也會有所保留。美國芝加哥大學計算機科學系(Department of Computer Science, University of Chicago)與德國波茨坦氣候衝擊研究所(Potsdam Institute for Climate. Impact Research)的研究團隊藉由改良現有的模式模擬方法，使模擬的結果更貼近實際觀測值，反映出全球氣候變遷下，農作物產量的變化。 　　有別於以往純粹以各地氣候數據預估當地農產量的方法，研究團隊試著額外考量作物在不同地區的收穫次數、農民種植與收穫季節，尤其考量作物品種、生長季節等資訊進行校正。研究團隊發現，模型經校正後具有較好的解釋力(explanatory power)，研究也同時發現，降雨量及灌溉設施是決定糧食是否盛產的關鍵。改良後的模型已證實能用於預測大部分國家的糧食生產，但仍有少數國家的實際產量無法經預測結果解釋，顯示氣候可能僅是影響糧食產量的關鍵因素之一，其他因素包含田間管理模式、施肥管理、輪作模式、國家社經條件等，皆為影響農糧產量多寡的可能原因。研究藉由改良模擬參數，使模型預測更接近實際收穫量，這使模擬預估結果更可信。未來研究仍需得到更多作物區的收穫資訊，以改進模型。【延伸閱讀】探討輪作如何幫助防治作物病蟲害的模型 　　該研究由萊布尼茲學會競爭型計畫(framework of the Leibniz Competition)及美國國家科學基金會健全氣候暨能源政策決策計畫(Robust Decision-making on Climate and Energy Policy)經費資助，相關科研成果已於今年11月發表在<Science Advances>。

在全球暖化的影響下，物種隨著氣溫逐年暖化，產生分布上的變化，原生物棲地由低海拔及低緯度地區逐漸轉移至高海拔及高緯度地區。除氣溫造成棲地分布變化外，人為活動干擾下，造成的棲地破碎化(habitat fragmentation)，將破壞原有族群的分布；嚴重開墾下將永久造成棲地喪失(habitat loss)，物種將因此面臨滅絕的風險。為保護遺傳多樣性、物種多樣性及生態性多樣性在內的生物多樣性，各國政府陸續設立各式國家公園或自然保留區，以臺灣為例，我國依主管機關轄下區域及用途，依不同法源設立6種自然生態保護區，包括國家公園、國家自然公園、自然保留區、野生動物保護區、野生動物重要棲息環境及自然保護區，藉以減緩人為活動對保護區物種造成之衝擊。  　　自然保護區的劃設，除減少人為直接影響外，赫爾辛基大學芬蘭自然史博物館(Finnish Museum of Natural History, University of Helsinki)的研究團隊經過長期觀察下，發現當全球面臨氣候變遷的衝擊時，自然保護區的劃設對於保護區境內鳥類物種多樣性帶來正面的影響，達到物種保育之目的。研究團隊自1970年代起至近年，統計保護區內及保護區外的鳥類物種豐富度(species abundance，即同種鳥類之個體數)，並將鳥類分成北方種與南方物種兩群進行長年觀察。研究結果發現，北方物種在全球暖化的衝擊下，保護區內的物種豐富度在幾年後，仍舊高於保護區外，且北方物種的分布南界與1970年代相同，並無明顯受全球暖化的影響；而對南方物種而言，北方保護區提供部分原本棲息在保護區外的南方物種北遷的機會，成為南方物種目前的新棲地。這項以鳥類為研究對象的結果顯示，保護區得以維持南北兩群物種的豐富度，北方物種不受人類活動及氣候變遷之衝擊，南方物種也得以在緯度較高的保護區內拓殖新棲地。【延伸閱讀】海洋暖化將影響美加地區捕撈漁業 　　臺灣是生物多樣性高且擁有許多特有種的地區，許多野生動物棲息在農委會林務局掌管的自然保護區中或內政部營建署轄下的國家公園內，主管機關如何對區內有效經營管理，將是維持臺灣生物多樣性、自然環境永續經營的重要關鍵。該研究的發現，能做為將來保護區劃設或重劃的參考依據之一。 　　該研究由赫爾辛基大學芬蘭自然史博物館、芬蘭自然及獵物管理信託(Nature and Game Management Trust Finland)與芬蘭國家公園森林管理局(Metsähallitus, National Parks Finland)共同合作，相關研究成果發表於著名的生態學期刊<Global Change Biology>。

由於世界人口增加、耕地面積減少、氣候變遷加劇與自然資源有限等原因，向外太空發展農業似乎是一種可行的想法；然而，植物已在地球上經過長期演化，早已適應地球的特殊環境。太空中的重力特性和土壤營養皆與地球上有所不同，欲發展農業則需透過科技技術尋求解決之道。 　　菌根是一種真菌與植物互利共生的構造，真菌的菌絲比植物的根更細，可幫助植物吸收水分與礦物質，而植物則可供給真菌所需的醣類和脂質，在營養缺乏的環境中，這樣的構造更能幫助植株生長與促進健康。獨腳金內酯(strigolactone, SL)是一種常見的植物激素，在調節植物根與芽之萌發與刺激菌根中菌絲生長具有重要角色。瑞士蘇黎世大學(Universität Zürich)則利用此一特性，測試真菌Rhizophagus irregularis在模擬微重力環境下，於茄科模式植物—矮牽牛(Petunia hybrid)產生的菌根化現象。 　　由於真菌體內具有重力感受器，因此微重力條件對菌絲發育具有負面影響。而SL生合成和運輸會受到營養缺乏的條件誘導，而植物中的PDR1基因能夠改變的SL運輸效率。透過模擬得知，在微重力環境下，PDR1基因過度表現的矮牽牛仍然可生成較多的菌根。顯示藉由調控基因表現而誘導植物激素產生，並進一步引導菌根生成，或許有利於茄科植物在太空站或其他星球上生長；未來進行植物太空研究時，或可選擇生成較多SL的植物培養與耕作。【延伸閱讀】農桿菌之應用協助人們了解植物繁衍背後之遺傳機制  　　相關研究發表於< Nature Microgravity >

我國水產養殖轉型發展新契機 國立臺灣海洋大學水產養殖系  周信佑教授 壹、國際漁業情勢與未來隱憂 　　全球變遷是暖化、氣候變遷、海洋酸化、人為活動等作用的合成效應，其對人類生活甚至生存的影響，是近年全球科學研究最重要課題之一；而海洋擁有豐富且廣大的生物資源，長期以來做為人類的「第二糧倉」，除了提供一般人日常食用，全球更有約十億人口仰賴海洋生物，作為主要或唯一的蛋白質來源。然而海洋資源也受到氣候變遷、過度捕撈和海域污染等因素，漁獲量逐年減少並可能已經降至極限值。再加上石化能源的日漸短缺，農地因過度開發而流失等等問題，聯合國跨政府氣候變化專家小組提出警告，在2080年之前可能將會有數百萬計的人面臨糧食短缺的困境。 　　水產養殖漁業已被公認為海洋資源枯竭後可取代捕撈漁業的重要趨勢產業，是本世紀發展最快的食品生產行業之一。根據聯合國糧食及農業組織 (Food and Agriculture Organization of the United Nations，FAO) 年報， 2012年水產養殖產量已達6,660萬頓，為人類提供近一半的食用魚品。由於野生魚類捕撈產量持平，同時全球新興中產階級需求大幅上升，預計到2030年，水產養殖產量將占全世界食用魚供應量達62%。中國海洋大學麥康森院士在國際高峰論壇上呼籲「一畝海水十畝田」，請各國重視海洋以及水產養殖的潛力，因為未來水產生物科技的開發與應用，將成為21世紀解決人類動物性蛋白需求的重要方法，永續的水產養殖產業將為全球糧食安全和經濟增長做出持久貢獻。 貳、國內特色 　　臺灣為海島型國家，位處熱帶與溫帶交接之亞熱帶地區，加上特有的地形、水深、海流與水溫等多樣化的生態環境，使得週邊海域具有豐富多樣的魚類資源。在產官學的努力下，成就了臺灣水產養殖產業長年的榮景，從早期的草蝦王國到現今的石斑王國，臺灣的養殖技術始終具有國際領先的地位，不僅在農業發展上扮演重要之角色，更對經濟發展有卓著貢獻。面對全球變遷的嚴苛挑戰，必須先建立糧食供應風險分擔及減輕的機制，實行的策略可由水資源安全、分子育種、養殖技術、疾病防治與發展農業新科技等方向著手。同時善用海洋生物技術，轉化逆境為動力，優化單位產量、改善臺灣土地資源利用效率，努力邁向永續新農業經營的目標。 參、科技發展方向建議 一、水資源安全 　　水是生物體的重要組成也是地球生物賴以生存的重要成分之一，其對於人類生存與經濟活動扮演舉足輕重的角色。淡水除了維持人類身體機能所需外，也是提升生活品質以及促進農業經濟發展的要素，因此水資源為所有國家之必需品，其對經濟發展的影響與重要性和石油不相上下。雖然水資源佔據地球表面71%，但無法直接被人類使用的海水占了97.5%，只有約2.5%是以淡水形式存在。而這2.5%的淡水，分別又有1.72%存在於冰川、冰帽及高山的雪中，約0.76%存在於地下水中，確實被人類所利用的水資源含量不高。然而隨著全球人口的增加，未來水資源匱乏的問題只會更加嚴重。以2015年聯合國世界水資源開發報告表示，預估至2030年全球用水需求量將超過總供應量40%，這表示將會有29億人 (約48個國家) 會處於 「水資源缺乏」 (Water-Scarce，年人均用水1000至1700 m3) 或「水資源緊張」 (Water-Stressed，年人均用水少於1000 m3) 的國家。 　　以臺灣而言，即便降雨非常豐沛，但降雨時間及空間上的分配極度不均，降雨時間多集中於5−10月，豐水期和枯水期能保存之水量差異極為懸殊；再則是降雨地點多集中於山區，河流因地形特性大多短淺，無法大量蓄積水源。而過去所興建之水庫，也因為淤積嚴重而導致蓄水量大減；再加上全球氣候變遷，在近十年內臺灣曾多次面臨到嚴重的缺水問題。實際上，臺灣已經名列為全球第 18 的缺水地區。 　　因此，不論是解決臺灣切身的問題，或是迎合世界產業趨勢，水資源相關議題，包括海水淡化技術中除鹽、多功能裝置等都是未來重要的研究方向。Chavez-Crooker等針對智利北邊、靠近全球最乾旱的阿塔卡馬沙漠的海水淡化廠技術做了完整的概述並探討對環境的影響。經濟部水利署及臺灣自來水公司已經規劃在台南興建臺灣本島的首座海淡廠，如何降低對當地環境與資源的影響，將是再創未來水資源經濟發展契機的重要考量。 二、分子技術輔助育種 　　位於北歐的挪威，為維持鮭魚養殖產業發展的基礎與榮景，該國政府從產業根本問題切入，積極投入海水養殖鮭魚的育種研究，尤其是大西洋鮭魚品種改良已將近有40年歷史，是家喻戶曉的成功例子，除大力支持多項基礎研究與產學合作外，亦有系統性產業應用與企業化推廣，促使該項產業成為挪威三大產業之一。 　　大西洋鮭魚品種改良是運用大規模的家系選拔，長期且有系統地進行遺傳育種改良，不僅可避免養殖過程中經濟性狀所產生的近親衰退現象，反而因多世代遺傳改良而提升養殖效益，經過5-6個世代的選拔改良，主要的重要經濟性狀已超過野生種大西洋鮭魚，養殖時程從改良前的4年減至2年以內，大幅降低一半的養殖成本，並將整套技術輸出至南美洲智利及其他國家使用，目前已應用於鯉魚、吳郭魚及白蝦等養殖品種的改良，著名例子包括：Genetically-Improved Carp (Krasnodar carp, Ropsha carp)、Genetically Improved Farmed Tilapia (GIFT)、GenoMar Supreme Tilapia™ (GST)、Shrimp Improvement Systems (SIS)等改良品種。不但為國家帶來大量的外匯收入，更創造許多的工作機會。 　　相較於過去著重在經驗傳承的臺灣水產養殖業，借鏡挪威的成功經驗，未來應該從科學研究的角度，建立適合我國養殖漁業的關鍵技術。實行的策略可由養殖技術、育種、疾病防治、藻類應用等方向著手。特別是結合傳統選拔育種方法與現代分子生物技術所開發之標記輔助選育 (marker-assisted selection, MAS)平台，將古典遺傳的選拔育種，透過科學與系統化的分子生物與選育管理雙重策略，來培育生長快速、抗病力佳、抗逆性強、飼料效率高，以及具體型、肉質、口感、風味、色彩、圖樣等各種優質品質的高經濟價值新穎性品種，實為提升水產養殖品質、產量以及效益之主要關鍵因素，是現階段學術研究與產業合作之重點發展方向，未來除達成較精準且有效率的科學選育外，亦會成為全球養殖產業追求永續革命性發展之必然趨勢。 三、無抗養殖 　　由於氣候變遷、過度捕撈和海洋汙染，漁業資源逐漸枯竭，轉而依賴水產養殖供應。聯合國糧食及農業組織 (FAO) 年報預估，2030年水產養殖魚類將占全世界食用魚的62%，成為全球糧食和經濟增長的支柱。氣候變遷不僅改變了養殖環境，更影響了水產生物的生理恆定，以致養殖生物對於病原體的抗病力下降，導致大規模疫病的爆發，成為水產養殖產業發展的重大瓶頸。 　　然而抗生素或化學藥劑的不當使用，不僅無法有效控制疾病，長期使用所引發的環境污染、細菌抗藥性和藥劑殘留等問題，更是水產養殖業發展的一大隱憂。因此結合免疫學、病毒學、分子生物學、水產養殖學、生物資訊等新知識、新技術，由基因調控及功能研究為起點，開發水產生物之無抗 (抗生素) 養殖新策略，也是未來的重要課題。近年來具產業潛力的研究方向包括： 　　1.免疫激活物 (immunostimulant)： 　　泛指具提升動物先天性免疫反應的物質，包括：來自細菌的脂多醣 (lipopolysaccharide)、肽聚醣 (peptidoglycan)、凝結多醣 (curdlan)；萃取自蕈、菌類的krestin、lentinan、schizophyllan、scleroglucan；酵母的葡聚醣 (β-glucan)；海藻的昆布多醣 (laminarin)、藻酸鹽 (alginate)、鹿角菜膠 (carrageenan)、褐藻醣膠 (fucoidan)等。 　　2.益生菌種開發： 　　益生菌可用於改善、養殖環境、淨化水質與疾病控制，將數種不同菌種組成之複合益生菌可應用於水產養殖水質處理以及開發生物飼料，以此技術取代化學藥劑處理而符合養殖漁業永續經營的原則。 　　3.新型生技疫苗 (Novel vaccines from biotechnology)： 　　疫苗是指可使生物體產生「特異性」免疫的生物製劑，透過預防接種使接受方獲得免疫力，因此是對抗各種傳染性疾病的有力武器。「預防勝於治療」，雖然水產疫苗的功效已獲得大眾認可，但在亞洲魚藥市場的發展，實際上困難重重；除了養殖業者的免疫預防觀念薄弱外，水產疫苗的生產成本與使用上的人力成本，也都影響著疫苗的推廣與產業應用。可喜的是，1970年以來遺傳工程、DNA重組等基因工程技術快速發展，透過現代分子生物技術突破傳統疫苗生產瓶頸，包括：取代生產成本高、產量低的活細胞病毒增殖系統；減毒病毒時有的突變問題等，所開發的新型生技疫苗 (DNA疫苗、次單位疫苗、多價混合疫苗及動物用疫苗佐劑等) 和口服傳遞系統，不僅價廉、效高又安全。相關的革命性研究將引領水產疫苗產業有突破性發展，進而達到水產養殖產業永續經營的目標。 　　4.其他創新對策： 　　人類多種病毒性疾病的藥物開發是利用阻斷病毒與寄主細胞受體的結合來達成防治目的，以魚類為例，mannose receptor (MR)、toll-like receptors (TLRs)、glucosaminyl 3-O-sulfotransferase-3 (3-OST-3) isoform和GHSC70等細胞膜上的分子已經被證實是某些特定細菌和病毒的受體分子。了解這些病原體的受體後，可以使用一些分子「卡住」病原體與受體的結合位置，當病原體失去細胞屏障後，就可能被生物的免疫作用消除。此外最近也有一些研究利用RNA干擾 (RNAi)、致弱衛星RNA等技術干擾病原體的基因運作來對抗疾病。 　　由於水產用藥的法規相當嚴謹，加上世人環保意識抬頭，近年來國際間已嚴格限制使用抗生素與化學藥劑，將來必須選擇安全和對的方法，才能真正發展無抗養殖的精緻農業。 四、智慧化管理 　　為實現水產養殖產業的永續經營，創新養殖科技應結合資訊與通信科技 (Information and Communication Technology，簡稱ICT) 以及物聯網科技，發展智能監控管理系統與精準化養殖生產技術，由現場系統化設施的建置、水質的管理維護、養殖動物疾病的預警及控制等目標著手，藉由提升水產養殖產業的生產力，為未來的產業升級奠定基礎。可發展的智能科技包括：綠能智慧型農漁業設施、智能循環水系統、感知器科技 (包括水流、水位、溫度調節、溶氧、pH、氨氮、亞硝酸鹽、自動投餌機、生物體長測量系統等)、物聯網與智慧雲端平台系統、遠距疾病診斷系統、生長表現分析系統與水產生物科技產品等，相關的網路監控系統不僅可以進行有效的健康管理，並可即時為養殖期間的各種問題提出解決方案。透過「生態、健康、循環、集約」的養殖型式，在提升產品質與量的同時，朝「環境友善」的方向努力，應用智慧化的新興科技提升臺灣水產養殖產業的生產力與國際競爭力，產業的永續發展便可水到渠成。 肆、瞻仰未來 　　臺灣在水產科技產業具有強大潛能與優勢，在新品種開發、種苗培育、繁殖與生產、養殖管理技術、飼料生產、漁產加工及行銷系統等策略，皆已發展完整之水產養殖產業技術，在國際市場上占重要一席之地。同時也從原本的養殖和捕撈者，轉變成為種苗生產、養殖管理、品種改良技術的供應者，並積極朝向基因轉殖水產生物產品功能與商業價值發展。臺灣水產養殖興盛，於養殖科技方面，一直維持高度的競爭優勢，但全球變遷對周邊海洋環境造成不同程度的影響，衝擊我國漁業，也威脅著水產養殖產業的後續發展。在邁入二十一世紀的未來，糧食供需、資源保育以及面對國際嚴峻的競爭與挑戰，都必須事先擬訂對策與應變措施，以保護國內相關產業、生態環境及人畜食品的安全。臺灣以海洋立國，未來的發展與海洋密切相關，為兼顧生產、生活及生態均衡的三生農業之發展，政府必須長期支持海洋科技的發展。強化海洋科技研究不僅能提升臺灣海洋相關研究的國際知名度、增加水產養殖產能、改良漁獲品質，提高產品的附加價值，增加經濟產值，最重要的是，透過維護海洋資源永續發展，才能真正邁向「海洋興國」的目標。

植物可通過土壤中的養分和水分維持生命，故預測土壤中水分動態變化對農業或水資源管理具有重要意義。然而，利用電腦模型預測土壤濕度是一項具有挑戰性的任務，需要考量土壤質地、植被、氣候(包含日照、風、溫度、降水等)、地形等資訊，且模型開發、應用和分析方法也至關重要。大多數常見的水文模型都是根據回溯性資料(retrospective dataset)進行校正，且不考量氣候變化，進而假設降雨與徑流的固定關係；這樣的模型應用時會加深估計土壤濕度變化的不確定性，並產生較大的誤差。 　　美國國家航空暨太空總署於數前年發射GPM(Global Precipitation Measurement)和SMAP(Soil Moisture Active Passive, SMAP)衛星，可幫助進行全球性的降水觀察，通過良好的模型預測，能夠幫助增進農業效率。而韓國慶北大學(Kyungpook National University)與美國德克薩斯州A&M大學(Texas A&M University)合作，通過結合隨機隱馬爾可夫模型(Hidden Markov Model, HMM)與遺傳演算法(genetic algorithm, GA)，提出了一種新型演算法，可幫助校正不同時空下的衛星數據與驗證其他水文科學研究。【延伸閱讀】農業先進大國荷蘭將邁向新的挑戰—應用宇宙衛星預測作物生產 　　GA屬於一種進化演算法，而HMM則幫助調整模型所需的輸入參數，使預測結果更加符合實際情形。此演算法在美國愛荷華州和伊利諾州進行測試，與過去文獻提出的SWAP(Soil-Water-Atmosphere-Plant)-GA方法相比，更提高預測的準確性。 　　此研究為隨機模型的首次應用，並開拓了使用衛星數據預測土壤水分動態變化的方法。雖在預測每日水分變化仍具有技術上的侷限性，但可進行較大空間與時間尺度的土壤溼度預測，並根據氣候變化進行調整，且只需使用現有氣象站的降水數據；不但簡化了參數輸入與模型結構，更縮小了預測的錯誤性。可協助氣候變遷影響下，未來的農業及水資源管理效率提升。

傳統火力發電廠藉燃燒煤、石油等化石燃料發電，過程中會產生二氧化碳等造成暖化的溫室氣體，長期下來逐漸使得全球氣候變遷越加明顯，故許多國家擬訂能源政策時常將碳中和視為最終目標，也就是使得碳排放(carbon emission)與碳吸存(carbon capture and storage, CCS或bio-sequestration)達到穩定平衡。 　　在減少碳排放的同時，為了滿足人類生活對於能源的需求，可再生能源成為未來使用的能源導向。美國密西根理工大學(Michigan Technological University)則比較了燃煤電廠與太陽能農場的溫室氣體排放與土地轉化效率，發現美國境內燃煤電廠的總碳排放量需在89%的國土面積滿足平均覆蓋森林率時才有辦法抵銷；而太陽能農場所產生的碳排放則較燃煤電廠少5倍，顯示太陽光伏技術(solar photovoltaic technology)是一種更有效率的土地利用方式。 　　作者Joshua Pearce博士表示：此種計算方式並無計入效率較高的黑色矽晶圓(black silicon)太陽能電池、在太陽能板之間加裝鏡子以增加吸收率或在兩裝置間種植農作物以達農電共生的模式增加土地利用率等方法。作者希望透過此次發表，呼籲應將資源運用於提高太陽能板轉換效率及太陽能農場的經營模式規劃，而非一昧用於火力發電廠大量排放溫室氣體後的碳吸存技術。【延伸閱讀】來自葉綠素f的新型光合作用系統 　　相關研究發表於<Scientific Reports>

水稻(Oryza sativa)是人們賴以維生的糧食作物之一，估計每公斤稻米需要使用到2,500公升的水，屬於水資源密集型的產業，而目前全球近半以上的稻米作物來自雨養農業系統；然而氣候變遷已逐漸改變現有的種植環境，極端乾旱和高溫的出現將會更加頻繁，因此消耗大量水資源的水稻將不符未來所需。 　　水稻如同大多數的植物一般，使用氣孔調節二氧化碳進入與釋放蒸散作用的水氣，另一方面也可調節植株溫度。在水份不足時，氣孔會關閉以減緩水分流失，低密度氣孔的水稻保水效果更好，在必要時也存有較多的水可供植株降溫。 　　英國雪菲爾大學(University of Sheffield)則藉由基因工程開發出一種高產水稻品種-IR64，透過水稻表皮形成因子OsEPF1基因的過度表達，能夠產生較少的氣孔，用水量僅占一般品種60%，對於未來的高溫和乾旱氣候具有更強的耐受性。此外，在大氣二氧化碳濃度升高的情況下，基因工程水稻在乾旱與高溫(40℃)中的存活時間更長，且產量更高。【延伸閱讀】保護區之劃設有助於減緩生物面臨氣候變遷之衝擊 　　此項低氣孔密度植物的研究或許能更加推進後續氣候變化對於農作物和糧食安全的發展，相關研究為P3 (Plant Production and Protection)與菲律賓國際水稻研究所(International Rice Research Institute)合作進行，發表在<New Phytologist>。

氣候變遷衝擊原有的生態環境，是人類未來面臨最大的關鍵挑戰之一。為了調節大氣中溫室氣體的含量，減緩氣候變遷進程，人們逐漸重視森林及海洋生態提供之碳捕捉與碳封存服務。其中位於熱帶與亞熱帶河口潮間帶附近，由水生木本植物組成的紅樹林(Mangrove)屬於「藍碳」的一種，因其豐富的生物多樣性，比起一般陸生森林的儲碳能力更高。 　　過去研究人員提供了各種推估紅樹林儲存藍碳的方法，但卻忽略了潮汐和河流對沿海的影響，因此降低了全球預測的準確性。而現在路易斯安那州立大學(Louisiana State University)海洋學和海岸科學系使用了地貌框架(ecogeomorphology framework)和CES (coastal environmental settings)，針對世界各地紅樹林儲存的藍碳含量進行了更準確的估算，發現在加勒比和佛羅里達地區的石灰岩海岸的藍碳被低估了50%，且沿岸三角洲的藍碳被高估了86%，並為57個缺乏藍碳數據的國家提供了新的計算數據，有利於政府與土地開發者於事先規劃紅樹林附近的土地利用，並提升紅樹林提供的環境價值。【延伸閱讀】康乃爾大學科學家發現能對抗氣候變遷的新菌種 　　此項工作由美國國家科學基金會的Coastal SEES計畫、Earth Surface Dynamics、Louisiana Sea Grant College Program和National Council for Scientific and Technological Development(CAPES / CNPq)資助，該研究報告發表在美國生態學會的<Frontiers in Ecology and the Environment>。

美國的農業型態多為大規模、粗放式農業，高度機械化作業與單一化種植有利於農民管理與補足勞動力，但這樣的作業方式面臨病蟲害威脅時也容易造成巨大損失。隨著全球氣候變遷現象越加明顯，農民需要更加良好的風險預測與管理能力，才能維持每一季農產產量與品質。 　　美國的Ceres Imaging公司在小型無人機上搭載高分辨率的航拍設備與感測器，能夠經由低空拍攝以取得作物葉綠素含量、植株數量計算、樹冠層溫度等資訊，並經由分析計算，協助管理者了解植物蒸散作用狀況與需水量；此外，該系統也結合GPS(Global Positioning System)定位，透過電腦或其他智慧型裝置可提示異常狀況所出現於田間的確切位置。其優勢在於提前發現肉眼無法觀察到的狀況，避免潛在性的作物病蟲害持續擴大，使農民可快速對症下藥或進行其他處理，減少後續品質或產量之損失。 　　目前此項技術已使用在許多農場，成效良好。例如澳洲Century Orchards的杏仁園依靠此技術找出缺水與需要修剪的高度生長區域，經過調整灌溉系統後提升了20倍的投資報酬率；而位於加州的Terranova Ranch則利用其搭配的IOS應用程式比較植株健康狀況的差異，並用於評估不同區塊的收穫時間，每英畝增加約25萬噸的產量；另外此技術也幫助Evergreen FS提早發現玉米與大豆田間的Cercospora屬真菌病害，針對其精準施藥比起傳統施藥法高出了6倍的投資報酬率。【延伸閱讀】印度農業科技公司如何幫助應對氣候風險 　　 Ceres Imaging使得農民不必購買重型設備，也無須在農地安裝各式硬體裝置，即可定期得到作物生長狀況的精確報告，提升了管理便利性與農民接受度，或許此類技術也將成為未來智慧農業趨勢之一。

海洋覆蓋了約70%的地表，具有調節地球氣候功能，也吸收了四分之一因人類活動所排放的二氧化碳，幫助緩衝溫室氣體排放後的衍生效應；而大氣中的二氧化碳可微溶於水形成碳酸，因此當海洋吸收的二氧化碳越多，酸化程度也越發明顯。然而，在過去兩百年間海洋酸度增加了43％，逐漸影響海洋生態系統，包含珊瑚白化、魚類發育異常、甲殼類動物骨骼脆弱等現象；預計到西元2100年時，海洋酸度可能比現在高2.5倍。 　　為了探討海洋酸化對魚類所造成的影響，英國艾克斯特大學（University of Exeter）與葡萄牙阿爾加維大學（University of Algarve）合作，研究歐洲鱸魚（Dicentrarchus labrax）於酸性環境下所感應到氨基酸時的電生理活動與基因表現量變化。結果發現酸性環境會影響嗅球中的神經細胞突觸傳導，進而降低嗅覺的靈敏度，使其對某些氣味的反應改變，不易辨識出食物或掠食者的確切位置，但只要將魚類放回原有環境兩小時就可使此現象恢復。【延伸閱讀】放下草蝦王國的口號，面對臺灣蝦類養殖產業的未來 　　由於嗅覺是魚類的重要感官之一，許多海洋魚類依靠嗅覺尋找食物、配偶或感受周圍環境，若溫室氣體排放與海洋酸化依舊持續，預計到本世紀末海洋鱸魚嗅覺的靈敏度可能只剩現在的一半，使其生存與繁殖更加困難。相關文章發表於<Nature Climate Change>

北美大陸棚(North American continental shelf)具有豐富的海洋生態，是全球最具高生產力的魚場之一。近年來受到全球氣溫上升之影響，海洋暖化可能導致物種棲息地產生變化，因此羅格斯大學(Rutgers University)針對美國與加拿大沿岸大陸棚的底拖網捕撈生物狀況進行長期調查，包含303個太平洋沿岸物種及383個大西洋沿岸物種，其中有硬骨魚、軟骨魚、甲殼類動物、頭足類生物、棘皮動物、其他無脊椎動物與一種海龜，並利用電腦模擬在16種氣候預測模型中，未來(2081-2100)年這些物種的遷徙距離與遷移方向。 　　結果顯示，海洋暖化會使得原本處在溫帶的物種逐漸北移，而西海岸的溫度變化梯度比東海岸低得多，因此就長期而言，該地區的物種分布相對穩定。研究人員指出，受暖化影響最嚴重的物種是太平洋石斑魚，大西洋鱈魚和黑海鱸魚，由於物種遷徙距離較遠，使得捕撈漁業需要耗費更多時間和航運成本。而16個氣候預測模型中針對高碳排放的模擬結果顯示，物種棲息地變化較低碳排放結果高出兩到三倍。【延伸閱讀】研究發現氣溫將影響微生物碳排放的多寡 　　此研究強調全球暖化程度對本世紀末海洋生物資源變化幅度的重要性，海洋物種對溫度變化的反應非常敏感，因此溫度呈小幅度上升就可能對預測結果產生重大影響；相關研究結果也可以提供風險管理機關作為參考，預先考量未來區域間的資源分配與轉移。 　　該研究由美國國家海洋與大氣管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration，NOAA)和皮尤慈善信託基金會(Pew Charitable Trusts)贊助，結果發表於<PLOS ONE>。

全球人口數量至今仍在持續增加，據聯合國統計，至西元2050年時全球人口預計將超過90億，屆時糧食需求將增加六成以上。然而目前儘管耕作方式不斷改進，但農作物產量增加速度並無法跟上糧食需求的增長。此外，氣候變遷、環境汙染、土地與水資源耗損等因素也持續威脅著糧食安全，因此發展改變食物生產的突破性技術刻不容緩。 　　未來預計80%的人將聚集於城市地區，如何在空間、資源與能源的限制下應付高密度人口的糧食所需是學者專家們正在努力研究的方向，「垂直農業」的出現提供未來糧食生產的新方向。垂直農業藉由精準的偵測與環控技術，創造適合作物生長的理想環境，屏除天然氣候的不確定因素與病蟲害侵擾之風險，日本、荷蘭、新加坡與美國等地均已出現相關的商業化工廠；預計至2024年，垂直農場市場將到達130億美元。【延伸閱讀】能偵測土壤水分多寡的作物灌溉感測器將能達到省水之效 　　除了營養、需水量、溫溼度控制外，二氧化碳濃度也是影響作物生長與光合作用速率重要的影響因素，適當的濃度可以幫助節省作物用水量與增進生長速度。英國Edinburgh Sensors公司推出了氣體感測器-GasBoxNG，此儀器使用NIDR (non-dispersive infrared) gas sensors進行偵測，當紅外光通過含有二氧化碳的空氣管時，部分光線會被吸收，而機器可以光線通過差異推算二氧化碳濃度。使用在垂直農場中可即時監測二氧化碳濃度，並搭配自動化控制系統持續維持適合作物生長的二氧化碳濃度。另外，此儀器也能應用於厭氧發酵時的通氣量監測與植物生理狀態觀察，並將資訊傳輸於電腦或智慧型平板中。