工業革命後的人類活動需要燃燒大量的石化燃料，雖然短期內可產生大量的能量以供社會進步與工商業活動發展；但這些石化燃料同時也是早期固定並儲存在地球上的碳，短時間內大量的碳排放已使得全球暖化逐漸嚴重，全球溫度提高會導致現有之生態系統改變，對人類造成不良後果。因此近年來各界極力推行生物能源碳捕集與封存(Bioenergy Carbon Capture and Storage，BECCS)的概念，以期有效減少大氣中的二氧化碳。 　　美國康乃爾大學(Cornell University)與英國Cinglas合作，提出了一個BECCS系統，此系統中包含一個121公頃的藻類培養設施與一個2,680公頃的桉樹森林。其中桉樹可作為生物質燃料，進行熱電聯產（combined heat and power，CHP）；而藻類與大豆相比，每公頃可產生27倍的蛋白質，除了具固碳作用外也可收集脫水後利用。研究中評估了生產總成本、用水量、生物量、營養素與碳吸收量、產生電力與環境影響等，與種植大豆相比，此系統除了可產生與大豆相同的蛋白質以外，還能額外產生61.5TJ的能量且每年封存29,600噸二氧化碳，因此可視為是一種具潛力的二氧化碳的負排放系統。【延伸閱讀】紅樹林藍碳估算新方法 　　然而，BECCS系統所座落的環境會影響系統運作時的效率和營運成本，且藻類後續的應用領域也會影響其銷售價格，因此此研究中所探討的成本計算只能作為一時參考，但也提供我們設置固碳系統的嶄新想法。

大氣、海洋和陸地是地球上的三大碳儲存庫，工業革命發生前，人類活動所製造的二氧化碳穩定地在此三大儲存庫中循環；但工業革命後，人類對能源的需求逐漸提升，短時間內大量燃燒石化燃料後產生的二氧化碳除了造成溫室效應外，也會透過碳循環進入海洋，造成海洋酸化(Ocean Acidification)，使得動物碳酸鈣外殼、骨骼與珊瑚礁的融解速度大於製造速度，除了不利其生長，更會影響現今海中食物網的穩定性。 　　先前瑞典的研究顯示，在人工模擬環境Mesocosm中，隨著海水酸性增加，大西洋鯡魚（Clupea harengus）的幼苗生存率會隨之提升。而德國基爾亥姆霍茲海洋研究中心（GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel）則針對酸化環境中浮游生物(食物量)的變化，間接觀察二氧化碳對鯡魚的存活性影響。該系統將鯡魚幼苗暴露於高二氧化碳環境（研究者預測本世紀末將達到760 μatm pCO2）長達113天，結果發現魚苗存活率顯著提高了19±2％，經過浮游生物的族群分析，認為可能因酸性環境導致浮游生物增加，使得鯡魚等高級消費者間接受惠；且鯡魚的產卵環境主要靠近海底，比起在海水表面產卵的鱈魚更具有存活優勢。【延伸閱讀】海洋酸化將會影響魚類嗅覺 　　除了酸鹼值變動，海洋溫度也是影響物種遷徙的因素，由於冷水溶解的二氧化碳較多，因此海中的二氧化碳能透過溫鹽環流帶到底層海水儲存。若海洋環境未來持續改變，則區域性海域的生物結構可能因其環境適應性不同而發生變化。 　　相關研究發表於<Nature Ecology & Evolution>

擁有潔淨水源是人類生活的最低保障之一，然而隨著人類活動與工業汙染的增加，造成可用水已逐漸匱乏。地球上的淡水資源有限，主要包含在地底蓄水層、地表逕流和大氣層中，以及少量的海水淡化而得。居住於汙染地區的人們可能因為不乾淨的水源而感染疾病，或是為搶奪珍貴的淡水資源而造成國際關係的緊張。此外，由於全球氣候變遷漸趨明顯，使得極端天氣出現的頻率越來越高，在嚴重的天然災害發生後可能會發生無法預測的缺水情況，因此尋找穩定供應乾淨水源的方式便顯得十分重要。 　　地球上約有98%的海水水體，若是能找出適當的海水淡化方式，將對於人類未來生活有莫大助益。目前海水淡化方式主要為薄膜法及蒸發法兩大類，薄膜法是利用各式纖維薄膜隔絕海水中的鹽分，從而過濾出淡水以供人類使用；蒸發法主要是利用太陽能或其他能量來源加熱海水，蒸發出的水氣收集並凝結後就成為人類可使用的淡水。【延伸閱讀】新型微生物菌株A6可幫助處理水污染 　　考量到現今使用技術的轉化成本與能量耗損，海水淡化一直無法完全普及到現在的人類生活。美國德州大學奧斯汀分校(The University of Texas at Austin) 材料科學與機械工程系利用聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，PVA)和聚吡咯(polypyrrole，PPy)開發出一種混和水凝膠，同時具有可吸收太陽能的半導體性質和親水性質，這種水凝膠可幫助人們直接利用環境中的太陽能進行海水蒸發與淡化。經過室外測試，每天的蒸餾水產量高達18-23公升/平方公尺，且此種水凝膠能夠依據現有的海水淡化系統的需求進行改造。 　　研究人員採用死海中的水進行實驗，死海水體通過水凝膠後成功減少鹽度至美國環境保護署和世界衛生組織認定的飲用水標準，此技術目前已進行專利申請，未來也朝向商業化目標而努力，以應付全世界對淡水水體的需求。 　　相關研究發表於<Nature Nanotechnology>

過去數百年來，工業革命帶動人類生活與科技的快速發展，開採與使用的石化能源也導致溫室氣體大量排放，使得全球氣候變遷逐漸加速，而再生性極低的石化能源也正逐漸枯竭中。為解決此一困境，各國政府與科學家正努力尋找減少溫室氣體排放與氣候變化的方法，其中一種令人矚目的方向是生物燃料的開發。 　　近年來，利用玉米或大豆所生產的生物燃料已成為機器動力或燃料的來源之一，這種以糧食作物為原料轉化的「第一代生物燃料」在種植此類作物時會壓縮其糧食用途，因此部分地區則利用非糧食作物或廢棄物的纖維素為原料進行轉化，是為「第二代生物燃料」。其中美國科羅拉多州立大學(Colorado State University，CSU)則開發柳枝稷(switchgrass)作為新的原料。柳枝稷是北美洲原生的多年生草本植物，具有容易繁殖、草梗粗壯、根系深、環境適應性強等特點；相較於種植玉米，柳枝稷所花費肥料與灌溉成本更少，故具有做為生物燃料的絕佳潛力。 　　研究團隊利用一種稱為「DayCent」的生態系統建模工具進行模擬，此系統可通過追蹤農業系統中的氣候狀況、土壤因子、植披覆蓋等因素推測碳循環與氮循環之狀況，幫助科學家評估某地區生產某植物的可行性。透過DayCent模擬堪薩斯州西南部商業化種植柳枝稷的狀況，並量化相關燃料生產成本和溫室氣體排放量，顯示種植柳枝稷進行生產會比美國再生燃料之標準少22 g CO2 e MJ−1。【延伸閱讀】新型技術以3D虛擬模型建構禾本科花朵結構 　　綜上所述，柳枝稷非常適合做為第二代生物燃料來源，且生產所製造的碳足跡更低。此外，以前對纖維素生物燃料的碳足跡研究集中在生產農場和製造工廠之間的距離；然而經CSU分析發現，生產植物的地點和生產方式對於碳足跡計算也是極為重要的部分。相關研究發表於<Nature Energy>

全球農業目前面臨著人口爆炸和氣候變化帶來的巨大挑戰，全球暖化嚴重影響乾燥地區可耕作用地之數量，為了滿足糧食供需，提高糧食安全，因此尋找促進作物生長與生產的方法刻不容緩。國際生物農業中心(International Center for Biosaline Agriculture，ICBA)、阿拉伯阿布都拉國王科技大學(King Abdullah University of Science and Technology，KAUST)、荷蘭瓦赫寧恩大學(Wageningen University)與德國聯邦種植植物研究中心(Julius Kühn-Institut，JKI)提出了「Darwin21」計畫，旨在調查沙漠微生物及乾燥地區重建永續農業系統的應用。 　　作物需要更強的抗逆境能力，育種技術與基因工程雖可解決此一需求，但也耗費大量時間；若是可以現有之微生物直接或間接輔助植物生長，則更能節省時間和成本。存在植物根圈附近的微生物能夠影響土壤性質與植物健康，故DARWIN21計畫的其中一個項目為探索沙漠微生物多樣性，期望能在高溫、高鹽或缺水條件下仍然存活的先鋒植物找出提升其存活率的根圈微生物，並調查其在沙漠及其邊緣地區改善農業永續性的潛力，藉此重建當地農業。 　　由Heribert Hirt教授所帶領的團隊就針對了SA187細菌進行研究，此細菌從一種稱為「木藍(Indigofera argentea)」的沙漠植物根留中分離；經過全基因組定序，目前已發現其具多種促進植物於逆境中生長的基因。此外，受到SA187細菌處理的阿拉伯芥(Arabidopsis thaliana)幼苗於逆境中的生長較未處理組更佳，顯示細菌可調節其酵素分泌以幫助植物健康生長。而該團隊將SA187細菌的基因組進行分析，發現它可能屬於腸桿菌科(Enterobacteriaceae family)內的新屬，此結果尚待進一步調查，才能準確描述其分類地位。【延伸閱讀】研究可抵抗多重逆境環境之關鍵基因 　　該團隊還開發了此細菌的應用性，現在正創建一家非營利性公司，向世界各地的貧困農民推廣SA187，於播種前塗在植物種子上，希望能夠增加農民收成，以改善其農業生產與生活。

在農業與盆栽園藝中，泥炭苔(Peat moss)常被作為無土栽培的重要介質；因其有層層薄壁細胞，能將水分與空氣容納於其中，具良好吸濕性，並可吸附養份，幫助植物固著與平衡生長環境而被廣為使用。 　　泥炭苔主要由高緯度寒冷地區之苔蘚類(Moss)植物經長時間腐化所沉積形成，且大部份發生的地點位於沼澤中。由於沼澤泥炭累積過程緩慢，每年深度不超過一毫米，故其被視為不可再生的自然資源。此外有專家指出，在泥炭苔的開採過程或是作為混合介質使用於盆栽種植時，容易造成二氧化碳釋放於大氣中，增強溫室效應，因此為了維護自然環境，現已有許多高緯度國家不再開採。 　　在最近的一項研究中，美國伊利諾大學厄巴納大學-香檳分校的作物科學系助理教授Andrew Margenot與選用選伐林(Selective logging)中的軟木(Softwood)製成生物炭，替代泥炭苔進行萬壽菊盆栽種植研究。生物炭類似於木炭，藉由有機質廢棄物如玉米桿、風傾草(Switchgrass)、稻桿等，於無氧環境下經過熱裂解(Pyrolysis)過程所製成，其性質會因原料和熱裂解溫度而異；且生物炭分解非常緩慢，因此有助於將碳封存於土壤中，減緩大氣中二氧化碳濃度。【延伸閱讀】研究人員將澱粉和纖維素結合在一起以開發出可水解塑膠 　　研究團隊指出生物炭其酸鹼值(pH)可高達10.9，對於植物生長較為困難，發芽初期容易造成缺氮、矮化或葉綠素減少等徵狀。但根據實驗結果，種植於溫室中的萬壽菊仍能完成生命週期至開花結果，且萬壽菊外觀性狀未受影響；最後測得盆栽混和介質之酸鹼值也被中和，其推論是由於植物根部與盆栽內混合介質進行自然過程的離子交換所造成。 　　雖然以生物炭作為泥炭苔的替代介質，有理論負面影響，但在萬壽菊實驗發現效果良好，因此仍有潛力應用於其他商業化盆栽植物之種植與研究，以間接幫助大氣中溫室氣體濃度減少，維護自然環境。 　　相關研究發表於 Industrial Crops & Products

全球氣候變遷正在以許多方式影響海洋生態，包含海水溫度上升、海平面上升、海水酸化、洋流改變等，已經逐漸改變海洋中的生物多樣性及生態習性，進而擴散到整個食物網的結構。 　　澳大利亞阿德雷德大學(University of Adelaide)使用了mesocosm進行生態系統模擬，每個系統存有1,800公升的水，內部的礁石、海藻、魚類及其他生物盡量模仿真實生態系統配置，配合機器調整內部潮汐與日夜狀態，進行為期五個月的微型氣候變動與觀察，探討內部生態系與食物網的變化情形。 　　一般健康的食物網中具有種類豐富的生物，具有穩定數量的生產者、消費者與分解者，且能量可以在其中不斷循環。但透過環境模擬，研究小組發現，由於氣候變化對海洋環境的影響，使得位於生產者層級的藍綠藻大量繁殖，雖然食物網底層的生產者大量增加，但能量卻更難傳送到高級消費者；進而導致高級消費者死亡形成的碎削減少，分解者食物來源減少，不斷循環後食物網穩定性降低。此外，部分藻類具有毒性，快速繁殖也會造成局部區域的水生動物缺氧或死亡。【延伸閱讀】提高區域生物多樣性能確保市郊農民在極端氣候中穩定獲益 　　因此作者Hadayet Ullah推論，氣候變遷所引起的海洋暖化和酸化會將複雜的海洋食物網導向簡單、生產力較低的草食生態系統，不利於肉食動物生存。另外，簡化的生態系統經過環境劇烈變動後復原力較弱，應注意其連鎖效應是否將威脅到全球漁業。 　　相關研究發表於PLOS Biology

在植物生長期間，環境因子會影響植物的生理狀況，遇到影響生長或改變生理特性的逆境時，生物體會產生相應的反應以適應環境，而逆境來源主要可區分為病原造成的生物性壓力與環境(如乾旱、高鹽、高溫)導致的非生物性壓力，若持續時間越長所對植株造成的傷害越大。目前已知當植物受到非生物性逆境影響時，會產生一種由糖解或其他代謝反應產生的methylglyoxal信號分子，其在細胞內累積達一定量則具有毒性，會抑制細胞增殖與破壞粒線體原有功能，並可能降低植株抗逆境之效果。 　　以往研究大多僅確認某些基因是否能夠對應生理上多種非生物性抵抗壓力之研究，但在此次透過印度國家生物科學中心(National Centre of Biological Sciences；NCBS)和印度科學研究所(Indian Institute of Science；IISc)的合作研究下，發現了一個影響控制植物對生物和非生物壓力反應的關鍵基因- Heat shock protein 31(Hsp31)。Hsp31是廣泛存在於生物中的基因，保守性高且具有methylglyoxalase之功能，能轉換有毒之methylglyoxal成無毒D-lactate，同時減緩氧化壓力所造成的細胞凋亡影響，可通過單一基因的表達就有可能在植物體中對各種不同緊迫壓力下產生一定程度的抗性。【延伸閱讀】發現牛隻腸胃道微生物相組成與甲烷排放間的關聯將是農業永續利用的關鍵之一 　　現階段該項研究計畫仍處於菸草植物階段，並證實在菸草中的Hsp31大量表現確實可抑制酵母菌細胞內的methylglyoxal並進行解毒，將可幫助植株抵抗多種生物性與非生物性的逆境，與影響粒線體中的逆境相關基因表現，此項新的發現未來也許可用來開發能抵抗高溫、乾旱或易感病等具多重抗性品種，對於耐逆境品種之選育亟具有發展潛力。

現今市場上充斥許多的一次性商品與包裝材料，由於其中所含的塑膠材質不易分解而容易造成海洋環境汙染，因此生產可分解的環保材質以取代塑膠製品刻不容緩。其中英國的艾倫˙麥克阿瑟基金會(Ellen MacArthur Foundation) 與OpenIDEO合作，舉辦比賽以鼓勵替代塑膠的創新產品設計。 　　因印尼存在全球第二大的海洋塑膠問題，再加上印尼是由海島組成的國家，海洋資源豐富，一公頃海洋一年可生產40噸海藻(乾重)，在培養過程中可吸收20.7噸的二氧化碳，減緩溫室效應。而海藻容易取得且含有豐富的多醣，故印尼公司Evoware開發出一種新的海藻包裝產品，該材料經過乾燥擠壓，製造過程不須添加其他化學產品，外層光滑內部粗糙，能夠保存至少兩年，可應用於茶、泡麵、穀片等乾燥食品的包裝，隨著倒入的溫熱液體而溶解，或是用於包裝肥皂、衛生紙等，之後可以生物降解的方式回歸土地。【延伸閱讀】研究團隊處理全球廢棄物時發展出循環經濟的連結 　　然而此種新興材料目前的生產價格比傳統塑膠製品昂貴，離真正取代一次性塑膠商品仍有一段距離，目前仍在進行改良與測試，以期可用於半液體及液體食材，並降低製造成本以達到普及化使用。雖然創新的綠色設計提供塑膠製品的替代方案，但少數企業家無法順利推動使用轉型，需要倚靠大企業、投資者與政府承諾以推行環保材料與塑膠減量（Reduction）、重複使用（Reuse）與回收（Recycle）的塑膠循環經濟合作，以達成環境友善的終極目標。

國際糧食政策研究所（IFPRI）最近的一份報告顯示，在目前氣候急遽變化之情況下，將使得2050年前全球糧食生產以每十年2％的速度下降，同時世界人口將成長至97億人，未來人們將會因為糧食生產供應量之降低使得價格上漲以及氣候影響運輸、倉儲和加工之限制造成食物獲取困難等因素，而被迫減少糧食、蔬果和肉製品之攝取。 　　來自世界銀行的評估模型也顯示未來2030到2040年間，將會由於高溫、乾旱和乾燥之氣候影響，而會有40％至80％用於種植主要糧食作物之農田喪失，同時在2014年的哈佛大學研究報告中亦證實，大氣中二氧化碳濃度的提高會降低小麥，大米，豌豆和大豆等主要糧食作物中鋅、鐵、和蛋白質含量之營養價值，而這些營養成分的缺乏將會使人體遭受重大的健康危害。 　　此外藉由氣候模擬之研究報告亦指出，在2050年時熱壓力將會使非洲東部和中部種植豆類的面積減少高達50％，因此現今有一種稱為生物強化(biofortification)的新技術亦隨之發展，其主要是用以增強糧食作物中營養成分之含量，並用來因應減緩這些氣候變化趨勢的一項重要工具，透過選育耐熱性可到30攝氏度的優良豆類品系，協助育種者開發更具有生產力之營養改良豆類。【延伸閱讀】在海底種菜不是夢 　　同時也建立了一個氣候智慧型育種模式，提供一個具有可重複再現性的測試環境，並對於這些具有高營養價值與耐受性強的不同作物進行耐疾病、抗病蟲害、耐旱及耐熱之試驗，藉由不同育種技術之發展使得這些育種作物更能因應未來之極端氣候。

為因應全球暖化與國際間能源價格不斷攀升，找到永續性替代能源和降低全球二氧化碳排放為目前的當務之急。其中溫室氣體主要來自於農業活動所仰賴的農業機械的燃料燃燒，而這些進口的燃料通常比較昂貴且對農民負擔較高。為此南澳洲當地業者採取幾項措施，期望可以降地農民生產成本與減少碳足跡。【延伸閱讀】太陽能農場排放的二氧化碳量比燃煤電廠更少 (一)利用生物燃料-芥菜種子發電的拖拉機 　　農業耕作過程中，農民需要大量燃料得以操作農業機械，但由於燃料價格高，而且容易受到市場價格的波動、供應短缺以及需大量仰賴進口等因素影響，為解決上述問題，南澳洲有一間公司開發了一台利用芥菜種子產生生物燃料的機器，該公司利用當地芥菜種子轉化成生物燃料，作為社區發展燃料計畫項目之一，以協助當地農業製造更多燃料。 　　聯合創始人兼工程經理摩根•亨特（Morgan Hunter）表示因為受到當時氣油價格居高不下的影響，為了降低當地農民負擔才開啟了這項生物燃料計畫，由於芥菜作物容易種植，每年只需要150mm的雨量，即使在旱地耕作也沒問題。而每公頃所收穫的芥菜種子可獲取300-350升的燃料。其也提到透過這類油料作物所製成的生物燃料，其品質與效率不輸給一般燃料。 　　另外，在製造生物燃料的過程中，亦可將油籽提取過程中所產生的副產品進行加工，作為生物製品進行銷售，所獲取的利潤可投資到當地社區的學校和醫院，已建構社區循環體制。未來期盼這個社區燃料發展計畫不僅限於在南澳洲推動而是能遍及整個國家。 (二)、以稻桿作為能源來源 　　澳大利亞的採礦業者對於未來能源需求的規劃，目前正開始進行其他替代能源的測試與規劃，其中以稻稈為主要發展對象。 　　一家當地公司計劃在約克半島附近的Ardrossan附近開發一個15MW的生物質發電廠，其原料來源將來自於作物。該公司指出目前許多採礦業者都在農業地區，為避免土地利益衝突與降低電力成本投入，考慮將與當地農民進行生物質能源的合作，以達到雙贏模式。其透過收購農作物，進行生質能源發電，一方面提供農民多元收入，另一方面也降低礦業電力能源成本，也間接增加當地經濟與商業活動。 　　而該公司所採用的這套生質能源發電系統是基於已經在歐洲運作的成功模組，每年僅需萬噸稻稈就能產生足夠電力。後續也指出，如果電力足夠，亦可提供與周遭社區使用。

紅樹林在因應氣候變遷扮演著至關重要的作用，除了有助於減緩二氧化碳之排放、更能促使沿海區域免受到極端氣候影響，同時提升水產種類多樣性保護效果50%。 　　緬甸為了恢復因林木過度砍筏及農業土地與水產養殖迅速開發而逐漸減少的紅樹林，過去五年藉由與世界國際基金會(Worldview International Foundation)合作，在伊洛瓦底河域進行了約750公頃的270萬顆紅樹林復育作業，且在這次與英國BioCarbon Engineering公司的合作，則利用其最新的技術藉由無人飛行器進行約250公頃面積之紅樹林復育。 　　其操作方式必須在種植前先利用無人飛行器進行土地勘查，蒐集地形與土壤狀況等資料數據，並將蒐集之數據進行分析後，以確認種植樹種與位置，最後將包覆生長營養所需的種子莢以足夠的力量射入目標區域的土壤中，其精準度更勝於舊有的空中播種技術。【延伸閱讀】農業製造商推出有效載重可達200公斤的無人機 　　這項創新技術具有比傳統人工快十倍的種植速度、且種植後存活率高以及所需成本只需人工一半等優勢，目前緬甸在一天內可同時出動六台無人飛行器進行10萬顆種子之種植，並視當地情況以及種植需求逐步進行調整，同時雇用當地居民來進行種子收集與種植以及種植後數木的管理與監測。

向日葵為全球前五大油籽作物之一，能適應各種種植環境條件，同時在主要作物中，向日葵可利用最少的栽種成本投入，並維持有一定之生產產量，同時栽種過程中具有節約水資源等優勢。但一直以來研究者不容易完成向日葵基因組鑑定，原因來自於向日葵基因組有別於其他植物，它是由高度相似的相關序列所組成的。【延伸閱讀】全基因組定序揭開蘋果起源演化之旅 　　因此法國農業研究院(INRA)的研究團隊自2016年6月與國際向日葵基因協會聯盟共同合作研究(The International sunflower genome consortium)，致力於從這些複雜且大量基因中闡明向日葵基因體差異，從中設法確定特殊表達的基因，掌握開花時間，並透過瞭解這些基因組有助於加快向日葵之育種。 　　經由一年的時間，該研究團隊已經深入分析上百組與調控開花相關之基因組，並精確掌握關鍵基因組，這些初步研究成果同時亦於2017年5月發表於自然(Nature)網站，期望能利用遺傳多樣性有助於向日葵之抗逆境和產油量，以因應全球面臨氣候變遷之挑戰。

根據康乃爾大學發表之期刊《地球未來》中研究報告指出海洋微藻對於全球氣候暖化降緩、生物能源、糧食安全等方面均占有非常重要之角色。 　　在氣候降緩方面，《聯合國氣候變化框架公約》在第21屆締約國大會(COP21)，通過最新的國際氣候協議，明確指出未來將以全球平均氣溫上升幅度小於1.5度為目標，雖然此一目標在短期內較難實現，但為達成此目標，各國研究人員仍積極研擬不同之解決方案，而在眾多配套措施中，研究人員認為可利用微藻養殖以作為減少二氧化碳排放解決方案之一，並減緩大氣溫室氣體濃度。 　　在生物能源利用方面，根據最新一期的《21世紀地球工程、海洋微藻和氣候穩定》報告中指出，科學家利用新鮮生長的大量微藻，並去除大部分水分後提取其中之油脂以作為生物燃料之原料，且海洋微藻所產出的生物燃料，不僅可提供航空物流業所需之液態燃料外，同時還可減少化石燃料使用，此外微藻之生長速度快於陸生植物，在不到十分之一的土地面積即可產生同等數量的生物能源作物。 　　在糧食安全方面，海洋微藻不需要額外透過農耕地與淡水養殖，因此在墨西哥、北非、中東和澳大利亞等乾旱，亞熱帶地區均適合作為養殖微藻之大量生產地，且在生產完生物燃料後其剩餘的脫脂生物質也由於富含蛋白質與營養豐富的副產物，更可作為家畜飼養之動物飼料以及用於鮭魚和蝦等水產養殖飼料，即使未來世界人口增長，也可從糧食生產土地中將數百萬英畝的雜糧種植土地更換作為糧食耕地使用。【延伸閱讀】今日的農作物品種選育，需因應未來不確定的氣候提前做準備 　　因此，微藻不管在全球氣候變遷所面臨糧食安全議題，以及生物能源方面均具有相當重要影響力，期望未來十年能藉由持續在微藻養殖或應用技術之資源投入與重要研究開發，除了能達到氣候穩定之目標外，同時解決能源與糧食安全等諸多挑戰。

英國科學家研究發現，全球暖化造成南極洲冰層融化，過去50年來植物陸續出現，銀白大地也隨之轉綠！此外，為因應世界末日可能帶來糧荒而在北極設立的「全球種子庫」，近來因氣溫不斷飆高，導致用來提供種子安全保護的永凍層融化。 英國劍橋等大學的研究人員發表於《當代生物學》（Current Biology）期刊的研究報告指出，科學家在橫跨640公里的區域發現，當地苔蘚過去半世紀來急遽增生。科學家在南極的象島、阿德利島和綠島等3個島取得5種苔蘚芯，也就是地下鑽取的柱狀樣本，發現顯示生物活動明顯增加的「變化點」的證據。研究共同作者、英國艾克斯特大學的艾姆斯伯里說，科學家過去只在南極半島的極南單一地區發現此一現象，但如今整個半島的苔蘚對氣候變遷都有反應。 燃燒化石燃料產生溫室氣體困住熱能，極區暖化比地球其他地方都快。北極暖化最快，但南極也不遑多讓，自1950年代以來，年均溫每10年上升約攝氏0.5度。 另據英國《電訊報》報導，為因應世界末日可能帶來糧荒情形而在北極設立、被稱作種子「諾亞方舟」的「全球種子庫」，近來因氣溫不斷飆高導致用來提供種子安全保護的永凍層融化，積水更已湧入位於挪威斯瓦爾巴群島一座山下的種子庫隧道入口並結凍。挪威官員亞希姆說：「大量的水進入隧道入口，然後凍結成冰，因此當你進去時就像見到一個冰川。雖然現在積水還沒淹到種子庫，但已引發外界擔憂。」他說：「它本該在沒有人類幫助情況下運作，但我們現在每天24小時照顧著種子庫。」 全球種子庫在2008年啟用，是座位於山下100公尺深的水泥碉堡，而此冷凍裝置被設計成儲藏全球300萬已知植物物種種子的安全場所。專家說，在行星撞擊或核子戰爭之類全球性災難發生後，種子庫將提供重要的遺傳資源。

本文摘錄自聯合國糧食及農業組織(FAO)-2016年糧食及農業狀況報告一書 一、漁業及水產養殖 　　氣候變化、氣候變異和極端天氣事件給海洋和淡水環境中捕撈漁業和水產養殖業的可持續發展帶來威脅（表1）。熱帶、不發達和貧困地區的小規模漁業面對氣候變化影響尤為脆弱（Porter等，2014）。漁業和水產養殖系統可能會受到諸多因素的影響，包括水溫升高、缺氧、海平面上升和PH值下降、當前海洋生產率格局的變化、洪澇、乾旱，以及暴雨和其他極端天氣事件頻率和強度的增加。 　　很多魚類已經在向兩極方向遷移。基於環境條件、生境類型和浮游植物初級生產變化預期建立的模型表明，全球潛在海洋漁獲量將會出現大規模的重新分配，高緯度海域平均增加30%至70%，熱帶海域降幅可達40%（Cheung等，2010）。內陸漁業和水產養殖產量也受到多種因素威脅，包括降雨和水資源管理模式改變，淡水資源壓力加劇，以及極端天氣事件發生的頻率和強度增加（Brander，2007；Porter等，2014）。 　　珊瑚礁系統生活著四分之一的海洋物種，也將因為溫度升高和海洋酸化的雙重壓力而面臨更大的風險。2002到2003年，海面溫度波動已造成吉里巴斯鳳凰島周邊大量珊瑚白化和死亡，導致珊瑚覆蓋率減少約60%（Alling等，2007；Obura和Mangubhai，2011）。2015年10月，美國國家海洋和大氣管理局宣佈了第三次全球性珊瑚礁白化事件；前兩次分別發生在1998年和2010年。這些氣候變化造成的全球性衝擊加之厄爾尼諾現象等事件給全球範圍內珊瑚礁帶來了規模最大、最為普遍的威脅（美國國家海洋和大氣管理局，2015）。 二、林業 　　氣候變化和氣候變異給森林提供的諸多重要產品和環境服務帶來威脅（表2），包括清潔可靠的供水，防止土地滑坡、土壤侵蝕和土地退化，提供或加強水生和陸生動物的生境，提供各類家庭自用或出售用的木材和非木材產品，以及創造就業。【延伸閱讀】世界的糧倉可靠性之變動 　　近期研究表明，溫度升高和降雨變化帶來的高溫脅迫、乾旱脅迫和病蟲害暴發正在推高各類森林系統的樹木死亡率（Allen等2010）。很多針葉林地區都經歷過變暖導致乾旱所造成的生物質生產率下降（Williams等，2013）。變暖和乾旱，加之生產率下滑，昆蟲破壞及與之相關的樹木死亡，火災出現的風險就會更（Settele等，2014）。 　　在過去一段時間，溫帶森林的總體趨勢是生長速度加快，主要得益于生長季節延長、空氣中二氧化碳和氮素濃度升高，以及森林管理（Ciais等，2008）。模型預測結果表明，大部分樹種的潛在氣候空間將會轉移到更高緯度和海拔地區，且移動速度快于自然遷移。 　　對熱帶林而言，一個主要不確定性是二氧化碳對光合作用及蒸騰作用直接影響的後果。潮濕熱帶林中很多樹種都非常脆弱，易因乾旱和火災死亡。另外有證據表明，在包括亞馬遜森林在內的很多森林中，受到土地用途變化和乾旱的共同影響，森林火災發生頻率和強度都在不斷加劇。氣候變化、森林砍伐、碎片化、火災和人為壓力幾乎將所有乾燥熱帶林置於替代或退化的風險之中（Miles等，2006）。在東南亞，厄爾尼諾現象導致的乾旱頻發造成不同年份間森林火災變異性加劇，從而增加健康風險，加劇生物多樣型和生態系統服務的損失（Marlier等，2013）。

本文摘錄自聯合國糧食及農業組織(FAO)-2016年糧食及農業狀況報告一書 一、作物 　　氣候變化對主要作物產量的影響可能是研究最多的糧食安全問題。自Rosenzweig和Parry（1994）圍繞氣候變化對全球糧食供應潛在影響開展了全球性評估之後，對於產量影響的觀察和預測研究持續了20多年；其他一些重要研究包括Parry、Rosenzweig和Livermore（2005）、Cline（2007）、世界銀（2010），以及Rosenzweig等（2014）。多數研究局限於主要作物，而氣候變化對很多其他重要作物的影響目前所知較少。 　　過去數年氣候發展趨勢對作物單產的影響在全球很多區域已經體現得非常直觀（Porter等，2014），不利影響總體多於有利影響。有證據表明，氣候變化已經給小麥和玉米單產造成不利影響。廣泛引用的測算結果為，相對於氣候穩定條件下單產，1980到2008年間全球小麥單產下降5.5%，玉米單產下降3.8%（Lobell等、Schlenker和Costa-Roberts，2011）。 　　未來氣候變化對作物單產的準確影響很難預測，這要取決於很多因素。這些因素包括：溫度、降雨模式、大氣中二氧化碳濃度升高等物理因素；農業生態系統發生變化（例如因傳粉者喪失和病蟲害發生率增加）；人類體系的適應性反應。“二氧化碳施肥”、農民的回應措施、市場條件和政策等。在作物生長最佳溫度範圍內，溫度變化的影響通常容易理解，但超出最佳溫度範圍後的影響則較難預知。近期研究結果表明對流層臭氧濃度升高已對單產帶來破壞性影響；據測算，2000年大豆、麥和玉米單產分別損失8.5%到14%，3.9%到15%，以及2.2%到5.5%（Porter等2014）。氣候變化對生態系統功能的一些其他可能影響如作物與有害生物的平衡，以及對授粉者的影響— 很難評估，在作物單產預測模型中通常也不予考慮。 　　一定範圍內的氣候變化可對作物同時產生有利和不利影響。實際上，溫度和大氣中二氧化碳濃度升高可能對於某些地區的某些作物是有利因素。如在最佳溫度條件下，二氧化碳濃度的升高會提高小麥和大豆單產。儘管由於採用的情景、模型和時間跨度都不一樣，對於未來單產的預測結果也有所差別，但主要預期變化方向卻是一致的：熱帶地區作物單產受到的不利影響大於高緯度地區，且隨著溫度升高，不利影響會更為嚴重（Porter等，2014）。 　　更為重要的是，IPPC《第五次評估報告》提供新證據表明，在已經面臨糧食不安全挑戰的地區，作物單產預計將進一步下滑。該報告對21世紀氣候變化導致作物單產的變化進行了預測（圖1）。所使用的資料包括了Challinor等2014年開展的91項研究及1,722項作物單產變化測算結果。這些研究採用的時間跨度、作物種類、作物和氣候模型以及排放水準各不相同。有些研究考慮了適應措施的影響，有些則沒有。研究規模和地區範圍也不盡相同，有些測算著眼於地區，其他則為國家、區域或全球層面。 圖1：氣候變化導致的世界範圍內作物單產變化預測 　　儘管這些研究差異顯著，但其長期預測結果都清晰表明不利影響將為主流。這些預測表明，從中期來看，2030年之前，對作物產生的有利和不利影響在全球層面上可以相互抵消；其後隨著氣候變化加劇，不利影響將會逐步增加。相關資料還表明，21世紀後半段氣候變化對玉米、小麥和稻米單產的預期影響對於熱帶地區比溫帶地區更為不利。但在很多溫帶地區，作物單產也有可能下滑（Porter等，2014和Challinor等，2014）。 　　糧農組織為本報告而對這些資料開展的深入分析表明，發展中國家和發達國家的受影響模式迥然不同。在發展中國家，對於作物單產影響的多數測算結果為不利影響，預測時間越遠，不利影響就越大（圖2）。與發展中國家相比，針對發達國家的測算結果顯示潛在的有利變化的比例要高得多（圖3）。註1 圖2：氣候變化導致的發展中區域作物單產變化預測 圖3：氣候變化導致的發達區域作物單產變化預測 　　近期一項運用農業模型比較與改進專案（AgMIP）以及部門間模型比較專案框架而開展的綜合研究就氣候變化對作物單產影響給出了其他的測算結果。這些結果都表明，與不發生氣候變化的世界相比，如不採取氣候變化減緩措施，則將產生劇烈的長期影響。註2 　　在高排放氣候情景中，2100年對單產的影響為：玉米單產降低20到45%，小麥降低5%到50%，稻米降低20%到30% ，大豆降低30%到60%（Rosenzweig等，2013）。假設二氧化碳施肥的效果完全實現，氣候變化對作物單產的影響就會有所減少，具體為玉米降低10%到35%，小麥變為提高5%到降低15%，稻米降低5%到20%，大豆降低0%到30%。如果明確考慮氮獲取面臨的局限，則二氧化碳施肥對作物產生的有利影響就將有所削弱，氣候變化帶來的不利影響將會擴大（Müller和Elliott，2015）。 二、畜牧 　　氣候變化會以多種方式影響畜牧生產，包括直接影響和間接影響（表1）。最重要的影響體現在動物生產率、動物健康和生物多樣性、飼料供應品質與數量以及草場載畜能力等方面。降雨量波動加劇會導致飲用水短缺，畜牧病蟲害多發，及其分佈和傳播的變化。另外還會影響草場的品種構成、草場單產以及牧草品質。 表1：氣候變化對各區域的若干潛在影響-種植業和畜牧業 　　溫度升高會給動物帶來高溫脅迫，產生一系列不利影響：飼料攝入量和生產率下降，繁殖率下降，死亡率提高。高溫脅迫還會削弱動物對病原體、寄生蟲和蟲媒的抗性（Thornton等，2009；Niang等，2014）。多個脅迫因數嚴重影響動物生產、繁殖和免疫狀況。印度研究發現，氣候相關脅迫的組合，例如過熱且營養物攝入量減少，均會嚴重影響綿羊的生理應對機制（Sejian等，2012）。 　　在牛、豬和雞等密集養殖場所，可通過溫度調節，使氣溫升高產生的影響減少（Thornton等，2009），但需有適當牛棚、豬舍、雞舍及能源。然而，南部非洲廣袤的草原預計將變得更為乾燥，這會加劇水資源短缺的問題；到2050年，波札那鑽井泵水的成本將增加23%。在近東，半乾旱草原地區的牧草品質下滑、土壤侵蝕和水資源短缺問題極有可能加劇（Turral、Burke和Faurès，2011）。 　　氣候變化對動物健康的影響也有據可查，特別是蟲媒病問題，因為溫度升高有利於蟲媒和病原體在冬季存活。在歐洲，全球變暖可能會增加羊蜱在秋冬季節的活動，加劇蜱媒病的風險（Gray等，2009）。東非暴發的裂谷熱就與因厄爾尼諾-南方震盪引起的降雨增多和洪澇災害不無關聯（Lancelot、de La Rocque和Chevalier，2008；Rosenthal，2009；Porter等，2014）。【延伸閱讀】氣候、農業和糧食安全：深入研究三者之間係（3/3）   註1：在分析採用的資料集中，針對發展中國家開展的測算數量多於發達國家。發展中區域中測算研究數量最多的是撒哈拉以南非洲，其次為東亞和太平洋，以及南亞。面向拉丁美洲及加勒比、北非及西亞等地開展的測算比例要小很多。從作物來看，開展測算最多的是玉米或小麥單產，隨後為稻米和大豆。在多數國家組別中，面向2090-2109年的預測數量都非常有限；此類預測針對發達國家的只有5個，發展中國家16個；所有針對這16個發展中國家的預測均涉及撒哈拉以南非洲，且都表明作物單產將下降10%以上。但這些結果僅來自於兩個研究。 註2：農業模型比較和改善專案框架將氣候、作物、畜牧與經濟聯繫到一起，提供了農場到區域範圍的分析，並包含了多項附加氣候敏感性測試和氣候變化情景的模擬實驗。得益於農業模型比較和改善專案的規範，不確定性範圍已經縮窄，對於建模結果差異和氣候變化對糧食安全影響預測差異的原因也有了更好的認識。

本文摘錄自聯合國糧食及農業組織(FAO)-2016年糧食及農業狀況報告一書 　　本文內容將具體著眼於氣候變化、農業與糧食安全的聯繫，討論了氣候變化對農業部門的生物物理影響，以及這些影響如何轉化成社會經濟影響，進而影響糧食安全和營養。本章還分析了農業部門溫室氣體排放和吸收對氣候變化的影響，反映出農業既要通過建設抵禦能力適應氣候變化，也要努力推動氣候變化減緩。 一、從氣候到人的連鎖影響 　　氣候變化專門委員會《第五次評估報告》肯定了之前幾份報告關於全球氣候發展狀況、預期變化（如氣溫升高、降雨多變以及極端天氣事件）和全球變暖重要生物物理影響（如海平面升高、海洋酸化、冰川規模縮小、生態系統退化、火災風險增加、害蟲增加）的主要發現。報告更加清晰地描述了降雨量的潛在變化情況，同時，得益於建模和資料收集工作的改進，也開展了更為準確的中期預測。因此，氣候變化的連鎖影響現在可沿著證據鏈從物理氣候追溯到中間系統再到人類（Kirtman等，2014）。 　　氣候變化對展開農業活動的條件具有深遠影響。在世界各區域，植物、動物和生態系統都已經適應了當前的氣候條件。若當前條件發生改變，對植物、動物和生態系統產生的影響很難準確預測。一些研究專門分析了預期變化將對農業生態系統造成的生物物理影響（表1）。具體影響體現為產量降低、產量波動性增加、適種作物改變，以及農業生物多樣性和生態服務的損失。氣候變化對農業的大部分影響預期為不利影響，但也並非全部如此。所有的農業部門作物、畜牧、漁業和林業都會受到不同方式的影響。  表1：氣候變化對農業的影響概述 　　氣候變化對農業部門的影響在全球很多地區已經顯現，未來數年至數十年還將繼續擴大。大量證據表明此種影響主要為不利影響，很多農業系統生產率下降，部分動植物品種消失。這些變化直接影響農業生產，也會帶來社會經濟後果，進而影響到糧食安全（圖1）。此種影響將通過不同管道傳導，會影響到糧食安全的所有四個維度：獲取、可供量、利用和穩定性。在傳導鏈條的各個階段，影響的嚴重程度將取決於衝擊本身以及面臨脅迫的系統或人群的脆弱性（糧農組織，2016a）。 圖1：影響路徑：從氣候變化到糧食安全 二、對農業的影響 　　氣候變化對農業部門的影響多種多樣，每個區域的情況都不一樣。例如，氣候變化會造成溫度升高、降雨變異性增加，降低季節性天氣模式的可預測性，增加洪澇、颶風和龍捲風等嚴重天氣事件發生的頻率和強度。預計部分區域將長期面臨乾旱和缺水的挑戰。冰川和一些主要山脈的積雪大規模融化，特別是在亞洲。這將影響水流的流量和時間，最終會減少下游的灌溉水可用量。溫度升高會導致病蟲害暴發的地點和發病率產生變化。即便是很小幅度的變暖都會導致低緯度區域的產量下降。 　　例如厄爾尼諾-南方震盪現象(即聖嬰現象)則是因為熱帶太平洋區域表面溫度升高所致，約每兩到七年出現一次，每次持續6到24個月。其影響包括世界範圍內降雨量、熱帶氣旋、乾旱、森林大火、洪澇以及其他極端天氣事件驟增次，並對全球範圍內的作物和畜牧生產以及農業生計都造成了破壞，威脅著6,000萬人的糧食安全和營養（糧農組織，2016b）。【延伸閱讀】氣候、農業和糧食安全：深入研究三者之間係（2/3） 　　由於極端天氣事件對農業影響顯著，在一項糧農組織研究結果也顯示，2003年到2013年發展中國家氣候相關災害經濟影響中有25%左右在農業上；若僅考慮乾旱論，其比例則高達84%（糧農組織，2015）（圖2）。 圖2：2003-2013年中到大規模各類氣候災害導致的作物和畜牧產量損失