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趨勢快訊
添加真菌到土壤中可能引入入侵種進而威脅生態系統
2022/09/05
許多農業上的操作與土壤息息相關,包括人為向土壤中添加微生物、生物肥料 (biofertilizers)等。細菌和真菌皆可作為生物肥料並應用於土壤中,最常見的使用目的為改善作物的營養狀況,而部分人認為生物肥料相較於化學肥料更具有永續性。 在過去十年間,生產菌根真菌的公司數量劇增,但如今還沒有較簡單的方法可以得知他們販售了什麼、在哪裡使用以及有多少量被釋放到環境中。【延伸閱讀】- 叢枝菌根菌對大豆胞囊線蟲的抑制潛力        目前研究者正針對菌根之生物肥料如何在環境中移動以及其如何影響原生的生態系統進行研究。由於菌根在整個生態系統中扮演重要的角色,因此引入外來菌根真菌可能會對原生菌根菌與整個生態系統帶來意想不到的後果。生物肥料和菌根產品的應用涉及潛在引入入侵種的可能性。這些產品中的微生物為了適應投放的新環境,需與當地土壤原生的微生物競爭並取代它,而這也符合了入侵種的定義。        在生態系統中,菌根菌和其宿主植物形成共生菌根,植物能在網路中的任一處感知狀況,例如,當某處出現食草動物,植物可藉由菌絲接收到警告的化學訊號,並在攻擊發生前增強防禦性的化學物質。此外,當幼苗被遮蔭並需要更多碳時,菌根菌還可以改變樹冠中糖的流動。儘管這些菌根對生態系統至關重要,但目前還沒有關於菌根或生態系統受生物肥料引入而造成影響的研究。然而,此類產品仍繼續在全球市場上發布和銷售,僅少數法規對其加以控管。在加拿大,根據肥料法規,生物肥料被視為土壤添加劑,而此法規主要著重於監督肥料和土壤添加物的安全,重點在於生物肥料對人類和其他動物的毒性,而不是它們作為入侵物種的風險。        更好的作法是將生物肥料和相關菌根產品納入植物保護法的架構下,植物保護法存在的目的是為了保護植物、農業和林業免於植物害蟲傳播的危害。雖然菌根菌並不是害蟲,但它並不是在所有情況下都是有益無害的,在特定的狀況下,這些真菌可導致植物碳流失,進而抑制植物生長。若生物肥料中的微生物取代當地原生真菌,可能會改變植物群落的組成和生產力,對土壤生物多樣性甚至植物多樣性構成威脅。因此,我們需要強化對這類產品的控管,以確保它們不會對生態系統構成威脅。
西班牙使用人工智慧檢測園藝作物中的病蟲害
2022/09/02
西班牙研究人員開發了一種新的應用程式,名為Doctor X Nabat,比以往可以更早檢測園藝作物中的病蟲害。該應用程式開發後,以Android系統提供農民和農業專家在線上使用,網址為https://doctorxub.com/。        使用Doctor X Nabat應用程式的用戶,以 ODK collet 來收集上傳的照片(註:ODK是一個數據收集平台,使用戶能夠離線填寫表格並在連線時將表格數據發送到伺服器,在伺服器上數據可以被查看、下載和操作),系統確定植物受到的影響程度,根據需要的處理提供有效的處理方法。Doctor X Nabat應用程式已在埃及、突尼斯和阿拉伯聯合酋長國的作物中進行了測試,包括番茄、胡椒和黃瓜作物,目前正在研究開發用於地中海地區的其他作物。        根據聯合國糧食及農業組織 (FAO) 的數據,由於疾病和害蟲等生物脅迫造成的作物損失每年在 20% 到 40% 之間波動。此外,非生物脅迫會對作物造成損害,例如乾旱、鹽分或營養缺乏,這些損害破壞了農村生活方式、國民經濟和食品安全。        Doctor X Nabat應用程式是一個為期 2 年的聯合研發成果,為農民提供一種早期發現問題的方法以防止損失,並減少在不需要殺蟲劑時使用殺蟲劑的必要性。Plant Phenomics研究小組首席研究員,西班牙巴塞隆納大學(UB)生物學院進化生物學、生態學和環境科學系的教授Josep Lluís Araus認為:「人工智能為農業提供了許多可能性,其中之一就是建立這樣的應用程式,我們向農民提供這些應用程式,以幫助他們應對損失。」        該系統使用深度學習技術來提高應用程式的速度和效率。Plant Phenomics研究小組成員 Shawn Carlisle Kefauver 認為,深度學習使我們能夠加速應用程式的運行,以便農民在上傳疾病圖像後收到迅速的回應,過程只需要十秒鐘。        所使用的演算法依據 25,000 多張不同疾病、壓力和營養缺乏的照片。使用 Doctor X Nabat 時,用戶會拍攝受影響植物的照片並將照片上傳到應用程式,應用程序會做出精確的診斷,指示顯示疾病或害蟲的概率百分比以及如何對其進行治療,提供歐盟標準認可的植物檢疫處理解決方案。Doctor X Nabat應用程式目前為英文版,正在開發的新版本包括法文和阿拉伯文,其中阿拉伯文版本現在仍處於測試中。為了在地中海地區和發展中國家分享有關該應用程式的訊息, UB、Agrotecnio 和 ICBA 的研究團隊於2022 年將針對農民組織辦理相關的培訓活動。        Doctor X Nabat應用程式由Plant Phenomics 研究小組的成員共同開發,成員來自西班牙巴塞隆納大學(UB)、西班牙萊里達大學附屬 CERCA 中心(Agrotecnio)與位於杜拜的International Centre for Biosaline Agriculture(阿拉伯聯合大公國,ICBA)。【延伸閱讀】- 在人工智慧發展下的農業變革
【增匯】以生態管理取代除草劑,雜草也可幫農民固碳賺錢!
2022/09/01
雜草竟然比森林更會固碳!極端氣候頻繁,2021年COP26中近200國同意《格拉斯哥氣候公約》,並承諾在2050年達到淨零排放,我國也跟上國際腳步,未來淨零轉型政策中,農業是「存碳」的關鍵,現在策略中主要透過森林做固碳,但學者認為,雜草的固碳潛力不容小覷。        上週五(8/19)由中華民國雜草學會主辦的雜草科學研討會,主題即為「淨零碳排與雜草零距離」。中興大學生命科學系終身特聘教授林幸助認為,雜草生命週期短、生長速度快,同樣時間的固碳效率會比森林來得更高。中興大學生命科學系副教授黃盟元實際測試也發現,留有植被的友善香蕉園能吸存的碳,為慣行香蕉園2倍至10倍。學者們認為,倘若雜草的固碳量能夠精算,未來農民除了販售作物,還能多一份碳權收益。【延伸閱讀】- 城市樹木和土壤的碳匯比我們想像的多 全球氣候變遷加劇,農業是淨零策略要角        近期全球高溫乾旱、熱浪頻傳,聯合國IPCC報告顯示,由於大量使用化石燃料、土地利用方式的改變,人為活動造成大氣中二氧化碳濃度劇增,較工業革命前的280ppm,現已上升至超過415ppm,過去十年來全球均溫已經比1850年至1900年時,上升了1.09°C,2040年全球地表升溫將超過1.5°C。        地表升溫將對人類生活和產業帶來衝擊,尤其是仰賴自然的農業。農委會淨零碳排辦公室副執行長劉玉文表示,溫度升高使得極端氣候事件增加,降雨型態改變,水資源不穩定、病蟲害好發,都會造成農民資產的損失,產量和品質波動將使價格震盪更加劇烈,整體而言,氣候變遷將衝擊糧食供應的穩定性。        而要減緩氣候變遷,農業又擔綱要角。台灣2050淨零轉型的12項策略中,其中一項為自然碳匯,而貢獻主力就是農業部門。 雜草長得快,短時間內就能抓住大量的碳        目前農委會訂定的四大淨零策略(減量、增匯、循環、調適)中,增加碳匯的措施鎖定增加森林面積、強化土壤管理以及碳匯相關技術研發,除了森林外,未被表列的雜草,可能會是增加碳匯的新星。        林幸助表示,2019年全台森林碳匯量為2140萬公噸,倘若森林面積增加,預估2050年時可達2250萬公噸,「要再增加不容易,因為能種樹的地方都種了,接下來可能得要借助雜草」。        IPCC資料顯示,溫帶森林每公頃的碳存量為153公噸,溫帶草原則可達到243公噸。林幸助說明,溫帶森林的碳存量有三分之一為地上部樹木,溫帶草原的碳存量則幾乎都在土壤中,這是因為野草的生長速度快而生命週期短,一棵樹長高10公分的時間,野草可能已經生長了好幾個世代,葉片行光合作用過程便是不斷捕捉空氣中的碳,野草死亡後,植株殘體在原地慢慢成為有機質、進入土壤,便能在草原土壤中儲存大量的碳。        農試所作物組前組長、明道大學智慧暨精緻農業學系主任楊純明說明,從淨零排放角度來看,雜草有水土保持和調節微氣候的功能,既能覆蓋地面維持土溫,也能儲存土壤水分,生長過程中行光合作用固定大氣中的二氧化碳,多年生雜草根系還能為土壤儲存有機質,讓土壤微生物保有活性,對於生態系來說是維繫平衡的重要角色。 農業碳權交易未來可見,雜草有望為農民增加收入        固碳不只有助於減少溫室氣體的排放,未來更有機會成為農民實質的收入。劉玉文表示,排碳需求高的產業需要購買碳排放權來增加許可排放量,而農業生產仰賴的自然資源能夠吸存碳,因此未來農業的碳權交易將是趨勢。農委會後續會建立碳權制度,包含環評增量抵換以及溫室氣體抵換,將減碳或是碳匯量進行貨幣價格量化來做交易。        如何把雜草的固碳如何計算、量化成貨幣?國內目前尚無量化公式,林幸助說明,目前締約國多用碳庫差分法,將同一地點、不同時間的土壤、植被、水體或大氣等各類碳的載體,轉為溫室氣體的排放或是移除量。        林幸助曾對全台沿海海草床進行固碳量調查,每三公尺量測一次海草覆蓋度,並採集海草量測乾重計算生物量,水質所含營養鹽以及底土所含有機質均要精算,調查結果顯示全台沿海海草床每年碳吸收量可達 7 萬 5238 公噸,將近 2 萬座大安森林公園的固碳量。連海草都有如此驚人的固碳效力,「我認為雜草的潛力更大」。 學者驗證:友善香蕉園固碳量遠勝慣行,關鍵在雜草        目前已有學者對野草的固碳能力進行研究探路,臺灣大學農藝學系副教授黃文達曾研究過蘆葦對土壤碳庫的影響,結果顯示每公頃蘆葦能讓土壤增加6.1公噸的碳吸存量。中興大學生命科學系副教授黃盟元則比較過慣行及友善耕作的香蕉園的碳吸存量,結果顯示友善耕作的香蕉園能吸存更多碳。        黃盟元的調查數據為:夏季時,慣行香蕉園每平方公尺每月平均吸收118.4公克的碳,友善香蕉園則有1339.3公克;秋季時,慣行香蕉園每平方公尺每月平均吸收352.8公克的碳,友善香蕉園則有872.5公克。        他說明,碳的吸存量會因為年份、季節、不同物種的光合能力、葉面積以及植株分布密度而有所不同,夏秋兩季的差異在於溫度對光合作用及呼吸作用速度的影響,友善耕作的香蕉園之所以能有更多碳吸存,主要歸功於地面植被,也就是雜草的協助。 建議減少耕犁、除草劑用量,讓雜草成為神隊友        未來農園中的雜草若要為固碳盡一份心力,學者認為,政府當務之急是對不同草種進行精密的固碳能力測量計算,而農民則要調整現有的耕作方式。楊純明指出,現代化集約栽培多依賴耕犁和除草劑來防治雜草,長期而言會造成生產力下降,並衍生出環境問題。        楊純明分析,耕犁將使僅存的雜草更加頑強,且耐耕犁、無性繁殖體雜草種類也會增加;除草劑則會讓族群漸漸只留下具有耐抗性的雜草,衍生後果是田裡的雜草越來越難管理、除草劑支出費用提高,農園的生物多樣性也會降低。        楊純明認為,農民應調整思維,減少耕犁以及除草劑的使用,先調查農田中的雜草,轉往生態型雜草管理。例如:選種植生或用植株殘體作為覆蓋物來減緩雜草生長,不投放過多資源,像是以滴灌取代噴灌,真要除草也只在雜草開花結種子前的關鍵時刻才做清除,某些雜草在清除後可作為覆蓋物,減少土壤侵蝕、增加碳捕捉。聰明管理,才能讓雜草從豬隊友變成神隊友,更能為發燒的地球盡一份心力。
在農業中使用人工智慧可能遇到的風險
2022/08/31
研究人員警告,儘管人工智慧 (AI) 具有改善作物管理和農業生產力的潛力,但在部署新的人工智慧技術時存在重大風險因素,而這些風險因素並未被考慮。最近發表在《自然》雜誌上的風險研究的作者也認為,機器學習 (ML) 模型、專家系統和自動機器對農場、農民和糧食安全的影響目前知之甚少,也未得到充分重視,學者們回顧了人工智慧在農業中相互的操作性、安全性、數據的可靠性以及使用機器學習模型優化產量所產生與社會生態有關的風險。        人工智慧可用於農業,透過快速識別植物病害和有效應用農用化學品來改善作物管理和生產力。機器學習可以幫助快速進行植物表型分析、監測農田、評估土壤成分以及預測天氣和產量。然而,劍橋大學生存風險研究中心 (CSER) 研究員 Asaf Tzachor 表示,人工智慧和機器學習設計的部署可能會損害生態系統,並使種植者和農產品供應商遭受事故和網路攻擊。        研究人員指出了一些將人工智慧應用於農業之前必須考慮危害。例如,駭客可以使數據集中毒,並關閉噴霧器、無人機和自動收割機等。農業數據的可靠性和相關性也是一個問題,儘管大多數本土農業系統對當地糧食安全做出了重大貢獻,但在數據中的代表性仍然不足。        在印度安得拉邦,美國微軟公司正與 175 名農民合作,提供農業、土地和肥料諮詢服務,這使 2016 年每公頃的產量增加了 30%,利用認知運算(cognitive computing)技術學習、理解與不同環境之互動並提高生產力。微軟還與印度最大的農用化學品生產商 United Phosphorous (UPL) 合作開發害蟲風險預測應用程式介面(API),該 API 使用人工智慧提前顯示害蟲侵擾的風險。在第一階段,該應用程式為泰倫迦納邦、馬哈拉施特拉邦和中央邦大約 3,000 名土地不足 5 英畝的農民提供了棉花作物的自動語音呼叫系統,根據天氣條件和播種建議提供了有關害蟲風險的訊息。在印度,人工智慧的最大風險之一是讓農民接觸到錯誤訊息,由於邊緣化、網路普及率低和數位程度落差,小農可能無法使用此類先進技術,這將導致商業化農民與自給農民之間的差距擴大。        為了避免網路攻擊的風險,研究人員建議借助白帽駭客來識別安全漏洞,以保護用戶並建立對環境敏感的農業人工智慧系統和服務,同時考慮到未來的社會和生態影響,通過實施全面的風險評估和建立治理協議以避免風險。【延伸閱讀】- 在人工智慧發展下的農業變革
高科大義築團隊打造「芋頭窯」 傳承原住民食農文化
2022/08/18
高雄科技大學營建系、資管系、工設系、文創系,及高雄市中正高工建築科師生,組成教育部USR計畫「安居桃花源.港都山線韌性城鄉營建計畫」執行團隊。今年主題是「永續食農教育」,團隊在茂林國小打造了一座芋頭窯,協助魯凱族傳承原住民食農文化。        高科大營建系5年來持續推動前進偏鄉的義築,服務主題涵蓋了防災、生態,今年跨足到文化層面,為USR計畫注入更多文化傳承的意涵。學校今年邀請高雄市立中正高工建築科師生團隊一同進入原鄉實作,期許能實踐「賦權社區」的理念,與在地基層學校共同打造永續性的公民學堂。        魯凱族「芋頭料理」是原民傳統家常菜,族人輪班監看火候,經過一夜的柴燒烘窯,將芋頭烤乾,除了可以減輕搬運的重量,也便於貯存、攜帶,供長期食用,讓族人變換不同的烹調方法。原民祖先利用傳統技術,在未添加任何化學加工材料下,不僅延長了芋頭保存期限,也讓原民傳統食農文化得以延續。        今年3月起,團隊就展開探勘與討論工作,然後在茂林國小完成芋頭窯施作。高科大安居桃花源計畫的核心精神,是教育應培養大學生具有穩固的理論基礎與專業技能實務應用的能力,再加上軟實力的培養,包括思考、創新、合作、態度及解決問題的能力。學習不僅僅侷限在教室內學習,透過實務經驗啟發,讓學生能夠發揮所長,從專業知識、技能及軟實力,學以致用貢獻原民偏鄉,善盡大學社會責任。【延伸閱讀】- 花蓮南安部落農業有成 縣府規畫推原民有機農業促進區
【增匯】德國推動農業和氣候保護相關措施
2022/08/17
歐洲國家為了應對二氧化碳減排目標,政府紛紛制定相關法案與配套措施,使減排具有法律約束力,如英國、芬蘭、丹麥、德國等。以德國為例,德國於2019年通過並於2021年修訂的《氣候保護法》,目標在2050年前實現碳中和,並對工業、交通、農業等不同行業設立具體減排目標,其中,對於農業與林業在氣候保護上應著重在減少碳排放,同時應更有效地利用資源,提升農業與林業碳儲存潛力。        根據初步估計,德國農業部門2021年溫室氣體的排放量為5,480萬噸二氧化碳當量(CO2e),佔德國總排放量的7.2%,與1990年相比,排放量減少約2,240 萬噸CO2e,預計在2023年,排放量將減少100至200萬噸CO2e。在農業部門2021年溫室氣體排放量中,以甲烷為最大宗(佔56.4%),其次依序為一氧化二氮(佔38.8%)、二氧化碳(佔4.7%)。甲烷對氣候的危害大約是二氧化碳的25倍,一氧化二氮大約是二氧化碳的300倍。        為使農業與林業部門實現2030年的氣候保護目標-在2030年農業溫室氣體排放量與2014年相比需減少1,400至5,600萬噸CO2e,德國聯邦食品及農業部(BMEL)制定十項關於氣候保護的措施,包含:(1)減少氮氣殘留量,提高氮利用效率;(2)加強動物糞便和農業廢棄物的發酵;(3)擴大有機農業經營面積;(4)減少畜牧業溫室氣體排放;(5)提升農業能源效率;(6)促進耕地中的腐植質的堆積;(7)保護永久性草地;(8)保護泥炭地,包括減少對泥炭土的使用;(9)對森林與木材利用進行保護,提倡永續管理;(10)減少食物浪費。        森林、土壤與植被等是儲存二氧化碳的天然碳庫。為了建立一個德國森林土壤的碳儲存量資料庫,德國聯邦與州政府在約1,900個地點採集土壤樣本,並記錄當地地形與土壤特徵。近年受到氣候變遷、極端天氣事件等影響,森林受到嚴重破壞,為了改善森林狀況,BMEL啟動一項計畫,規劃投入15億歐元用於復育林地及改造森林。        另一方面,土壤也是僅次於海洋的第二大碳庫,根據研究機構Thünen關於《土壤狀況調查》報告顯示,德國有超過20億噸的碳儲存在農業土壤中。然而,當草地或泥炭地轉為農業用地時,將導致原先儲存的碳釋放至大氣中,另外,氣溫升高、夏季降水減少以及極端天氣事件頻繁發生也增加德國農業生產之風險,因此建立土壤與腐植質的管理措施越來越重要。為解決上述問題, BMEL與德國聯邦環境、自然保育、核能安全及消費者保護部(BMU)已簽署《保護泥炭土保護協議》,該協議的目標是在2030年將泥炭地溫室氣體排放量每年減少500萬噸CO2e。        除農業之外,食品生產過程中,所使用的土壤、水、能源、燃料與勞動力等資源均與溫室氣體排放量息息相關。因此,消費者行為也會決定農業與食品的溫室氣體排放量。根據研究機構Thünen報告顯示,在德國,每年約有1,200萬噸的食物被浪費(包含生產、加工、批發、零售、餐飲業與家庭消費等食品供應鏈);如果可以將浪費的食物減半,則可以減少溫室氣體排放量約600萬噸CO2e。對此,德國政府在2019年2月制定《減少食物浪費的國家戰略》,目標是在2030年將零售與消費的食物浪費量減半,同時也推出一項名為「丟掉太可惜(Zu gut für die Tonne)」的活動,提高消費者對於食品供應鏈的認知,使其了解食物生產、資源使用與食物浪費所產生的後果,並提供關於避免食物浪費的知識,如:正確儲存食物的技巧、如何利用剩菜剩飯等,讓每個人都可以透過永續飲食為減少溫室氣體排放做出貢獻。【延伸閱讀】- 剩食導致氣候變遷
利用3D光學雷達測量玉米田栽種面積
2022/08/15
美國國家航空暨太空總署(NASA)全球生態系動態調查(GEDI) 使用安裝在國際太空站的光學雷達(lidar)測量來建立地球表面的3D 輪廓,其主要任務是測量樹冠層高度和森林垂直結構,可用於森林相關環境措施的參考資訊,及估算森林和紅樹林中儲存的碳量。由NASA Harvest計畫支持的新研究顯示,這些數據還可用於繪製不同類型作物的種植區域。繪製作物種植地圖對於估算世界主要作物的產量相當重要,但從太空中很難判斷作物類型,因為許多作物在測繪影像有限的垂直解析度中難以區分。        美國史丹佛大學的研究人員提出了使用GEDI數據來區分農場種植的不同類型作物的想法,團隊選擇從玉米開始進行實驗,由於完全成熟的玉米莖平均高度比其他作物高約一公尺,這一差異可以在 GEDI 中檢測到,使其易於與其他較矮的作物區分。研究團隊將來自 GEDI 的光學雷達數據與來自歐洲太空總署 Sentinel-2 衛星的光學影像結合。並在美國愛荷華州、中國吉林省和法國大東部(Grand Est)地區繪製玉米地圖以驗證觀察結果。        結果顯示,他們的演算法正確地將玉米與其他作物區分開來,各地區的準確率在不同月份有些許差異(中國 9 月為 88%,法國 7 月為 85%,美國 8 月為 91%),8月則為表現最佳的月份,量測整體準確率皆超過 83%。僅使用Sentinel-2 數據的模型的總體平均準確度為 64%。未來,研究團隊的目標是繪製世界各地的玉米生產地圖,以了解每年玉米的收成趨勢,並了解主要玉米產區可能的糧食安全問題。【延伸閱讀】- NASA Harvest 探索新的土壤水分監測方法
利用奈米載體噴物改善作物之生長
2022/08/12
現今技術使我們能直接修改基因組並創造基因改造生物 (genetically modified organisms, GMOs) 與基因改造食品。然而,進行植物基因轉殖需要投入較多時間和經費,重要的是此技術仍未獲得民眾廣泛的支持。因此由 Masaki Odahara 領導的 RIKEN CSRS 研究團隊,開發了替代方法以克服以上轉基因食品所面臨的問題。例如,與其改變植物的基因組使其不表現特定基因,不如利用特定的生物活性化合物將其插入植物細胞中來即時抑制特定基因。        然而,生物活性化合物需經由載體穿透植物細胞細胞壁後才能進入植物細胞內,雖然這個概念看似很簡單,但實現它卻是一項挑戰。 Odahara表示,除了要設計出一種將生物活性分子導入植物的方法之外,還必須考慮在實際農業條件下,如何將其應用於栽培作物上,最終研究團隊得出相對容易且可行的方法為透過噴霧的形式將其噴灑並覆蓋整個田區。        已知有許多類型的納米粒子可以穿透植物細胞,研究團隊則聚焦於細胞穿膜肽 (cell-penetrating peptides, CPPs) 的研究,因為CPP可以鎖定植物細胞內的特定結構,例如葉綠體。為了確認何種CPPs最適合用於噴霧,研究團隊利用熒光黃標記天然和合成之 CPPs,將其噴灑在植物葉片上,並於不同時間點觀測葉子中的熒光量,實驗結果發現了幾種天然CPPs能夠滲透到阿拉伯芥以及幾種類型的大豆和番茄之葉子外層,有些甚至更深。        進一步的實驗表明,當質體 DNA 吸附在 CPPs 上時會使此技術效果變得更好,分析指出通過水噴霧將基因帶入細胞後,基因於阿拉伯芥和大豆的葉子中皆能有效表現。研究團隊還發現,在噴霧溶液中加入其他它生物分子和納米結構,可以暫時增加葉片上的孔隙數量,從而提升植物吸收的噴霧量。        目前科技可以通過插入或剔除基因來提高作物產量。在建立了能於葉片中過表現黃色熒光的轉殖植株後,研究團隊便將干擾熒光蛋白表現的 RNA 連接至 CPP 上,並將其噴灑於葉片上,結果如預期所呈現,CPP-RNA複合物能成功靜默黃色熒光基因之表現。此外,研究團隊將鎖定葉綠體之胜肽加入到特定的 CPP-RNA 複合物時,同樣能讓葉綠體內特定基因沉默。        Odahara 表示粒線體和葉綠體調節了植物大部分的代謝活動,通過噴霧將生物活性分子鎖定到特定結構,可以有效地改善作物中與品質相關之性狀,而此技術下一步要面臨的挑戰是如何去提高傳遞系統的效率,讓此系統可用於保護作物免受寄生蟲或其他有害因素影響。【延伸閱讀】- 運用人類肥胖相關基因(FTO)增加糧食作物產量
花蓮豐濱推原民酒莊合法化 輔導部落規畫體驗遊程
2022/08/11
花蓮豐濱鄉阿美族人保存釀酒文化,有2家原民酒莊獲得政府核准生產,讓傳統釀酒能合法化經營,同時鄉公所也輔導部落規畫體驗遊程,邀請旅人造訪東海岸,來趟釀酒小旅行。        每到阿美族豐年祭,自釀糯米酒就成為族人與祖靈連結的重要媒介,婦女採集天然植物、混和多種草藥,將葉子搗碎取汁液,與蓬萊米粉揉合發酵做出酒麴,再與糯米結合就能釀酒。為了傳承釀酒文化,去年原民會補助2千萬多元,在豐濱鄉成立酒釀文化推廣中心。        釀酒、製造酒類及販售需政府核准,豐濱鄉公所表示,在產官學界努力下,成立稻味釀小酒莊及貓公酒莊,其中稻味釀由立委高金素梅、縣議員賴國祥、縣府農業處及環保局協助,獲得財政部國庫署酒製造業設立許可,及同意生產與營運計畫。        豐濱貓公酒莊在6月16日獲得花蓮縣府「農業設施容許使用」及「簡易水保」核定函,於7月19日將建築執照申請書件函送縣府建設處審查,在取得建照後,就會向原民會申請硬體建設經費,讓酒莊得以成形。        鄉長江莉婷表示,鄉公所持續復育酒麴原料植物、傳承傳統釀酒文化,並於港口村、豐濱村成立田間教室,推動用手眼認識植物及文化意涵,並輔導部落小旅遊的體驗行程,讓遊客以認識自然人文為出發點,了解阿美族人與酒的各種生活故事。        江莉婷說,在體驗遊程中,光是植物就藏有學問,像是「大葉田香」是自製酒釀重要角色,過去生長於田間,不同的酒釀師會用毛柿葉、檳榔葉、紅梗九層塔及柚子葉等植物搭配使用,以獨特配方比例呈現不同風味的糯米酒,深切體會祖先智慧。【延伸閱讀】- 花蓮南安部落農業有成 縣府規畫推原民有機農業促進區
智慧土壤傳感器可以減少肥料對環境的破壞
2022/08/10
由於全球人口不斷增長,生產的糧食也越來越多,而化肥在其中扮演了相當重要的角色。化肥被用以促進植物生長,幾乎已成為農業經營中的必要成分,其種類繁多,大多數含有不同比例的三種必需營養素:氮(N)、磷(P)和鉀(K)。不幸的是,氮並沒有完整的被作物利用,事實上,肥料中的氮只有50%被農田中的植物使用。含氮肥料是一把雙面刃—它們是植物生長所必需的,但過量的氮最終會進入大氣和水體,如湖泊、河流、溪流和海洋,對人類和動物造成一系列不利影響。        土壤中的一些微生物可以將氮轉化為其他含氮氣體,稱為溫室氣體 (GHG)。進入大氣的溫室氣體含量增加會導致全球暖化加速,並導致劇烈的氣候變化。此外,一氧化二氮甚至比二氧化碳的影響更大。氮流失對環境來說是一個問題, 如果肥料管理不當,可能會導致水體中含氧量下降,產生藻華、雜草、氨毒性、糞便大腸菌汙染、硝酸鹽、臭味和氣體等,對周圍環境及水中生物產生負面影響。        英國倫敦帝國理工學院的研究人員最近開發了一種低成本的智慧土壤感測器,稱為 chemPEGS,chemPEGS結合了機器學習技術、天氣數據、pH值、施肥時間和土壤導電率測量等各項數據來預測土壤中未來12天的氮含量,使農民可以更準確的預測施肥的最佳時間,在不影響收成的情況下減少用於生產作物的肥料量,並根據作物的具體需求以及希望達到的結果來微調施肥方法。最終目標是讓農民限制他們使用的肥料量,同時生產出最多的農作物,在節省成本的同時亦降低含氮化肥對環境造成的破壞。【延伸閱讀】- 運用數位相機和AI監控土壤濕度並進行智能灌溉
【增匯】達能北美公司提倡的土壤健康計畫獲得了有意義的成果
2022/08/08
跨國食品公司達能(Danone)將再生農業定義為一系列有助於保護土壤、水和生物多樣性以及改善動物福利的耕作方式,並意識到農民為關鍵的角色。這些做法也是為了在2050年實現淨零碳排承諾不可或缺的一部分。       達能的北美分公司於2017年推出了一項為期五年、全面性的土壤健康計畫,以改善土壤中的有機質,進而增加碳吸存並提高產量、減少化學物質使用、恢復生物多樣性並提高土壤保水力以提供酪農場長期的經濟韌性。 計畫執行至第四年的亮點包括: 1. 實施面積大幅增長 該計畫已在美國和加拿大擴大到超過14萬英畝,與第三年相比增加了72%。目前參與此計畫的酪農場為達能北美公司旗下品牌提供牛奶,如:Oikos、Two Good、Horizon Organic…等。 2. 減少溫室氣體的排放,並將碳吸存 到目前為止,土壤健康計畫透過實踐再生土壤健康,減少了近119,000公噸的二氧化碳當量,並吸存31,000多噸的碳。公司將會繼續監測這些做法對於減少溫室氣體排放的影響。 3. 保護並恢復土壤健康 該計畫還防止了337,000噸的土壤受到侵蝕,自計畫執行以來,為合作的農民節省了近330萬美元的成本。此外,參與的農民在51%的土地上種了覆蓋作物,而全國平均僅為4%,他們也在此計畫63%的土地上減少耕作或使用免耕耕作(no-till management)的方式,遠超過全國平均的33%。 4. 促進生物多樣性 農場致力於促進生物多樣性的措施包括:保護超過1,700英畝的草溝(grassed waterways)、緩衝區、森林和濕地。覆蓋作物與作物多樣性是維持土壤健康和生物多樣性重要的方式。達能北美公司與農民合作種植了20多種作物,從大麥、燕麥到苜蓿芽和紅花苜蓿,覆蓋作物佔了一半以上的比例。 5. 保存並保護水資源系統 計畫在第四年時,土壤濕度感測器的使用率增加了55%,透過調查了解並改善用水,協助確保並提高土壤保水能力。       作為再生農業計畫的延伸,達能北美公司與永續性環境顧問(SEC)合作開發了R3™ ROI工具(穩健Robust,彈性Resilient,可靠Reliable)。將網路上的基準化分析和比較工具套用到特定農場,再透過驗證過的數據,提出相應的作法,該工具會提供具有預測投資報酬率的模型,以幫助農民了解再生農業可能對農場產生的潛在財務影響,使農民能做出決策決定優先順序。 使用R3™ ROI工具的農民採用的幾項措施如下: 採用免耕耕作,以最有效的減少土壤擾動並幫助豐富生物多樣性 種植覆蓋作物以改善土壤健康、減緩土壤侵蝕並吸引傳粉媒介 建立緩衝區以防止經認證之有機生產區和非有機區間的汙染       合作業者表示,在農場中我們親眼目睹了土壤在這個世界扮演的重要性,以及再生農業能為我們的後代保留自然資源,期望透過與達能公司的合作,讓我們有機會能夠對農場及糧食系統產生更廣闊的影響。【延伸閱讀】-  最新研究發現土壤孔隙結構與大小是影響土壤碳儲存的主要關鍵
高光譜傳感器可即時了解作物氮狀況
2022/08/03
美國各地的農民常使用氮肥提高作物產量,隨著投入成本和汙染問題增加,農民正尋找方法確定氮肥最佳施用量。近期發表的研究中,為了解玉米作物氮含量,伊利諾大學 (University of Illinois) 研究小組將高光譜傳感器設在飛機上,此研究主要作者Sheng Wang於新聞發布會表示:「田間氮含量檢測費力耗時,透過飛機高光譜傳感技術,每英畝田地可於幾秒鐘內快速掃描,相較衛星圖像相關研究,高光譜傳感技術提供更高的光譜和空間分辨率。」        這架飛機與傳感器在2019年生長季節飛過一個實驗田3次,傳感器能檢測可見光和近紅外光譜中的波長,檢測葉片和冠層氮含量準確度高達85%。Sheng Wang說道:「此研究方法彌補現地量測與衛星之間的空缺,並可為農作物的氮管理提供一種高經濟效益且高精確度的方法。」        作物中的氮及葉綠素含量僅些微改變從地面反射的能量,研究人員使用高光譜傳感器發現整個範圍內檢測到3-5奈米的差異。研究人員Kaiyu Guan說道:「其他機載遙感技術只感測可見光譜和部分近紅外光譜四個光譜帶,與本研究高光譜傳感器差異甚大。」研究人員認為。        Sheng Wang表示:「本研究方法可檢測作物的氮含量,並為從事農業工作者進行農務時程調整,MRTN系統將根據土壤氮肥使用量和季末產量之間的經濟權衡,提供推薦的氮肥施用量。此遙感方法可將植物養分狀態輸入MRTN系統,進而實現即時作物氮管理,將原以生長前季節、土壤為主的施肥建議,轉變為即時診斷植物營養並提供所需氮含量,進而提供農業生態系統的氮利用效率。」        團隊開發用於檢測高光譜傳感器的氮反射率數據的演算法可應用於未來的技術。「NASA與其他商業衛星公司正計畫一項新的衛星高光譜任務,團隊可能為這些任務提供演算法,因為我們已經在飛機高光譜數據中證明其準確性。」 Sheng Wang補充道。最終目標是為衛星配備傳感器,讓農民在生長季節的前期即可了解作物營養狀況,結果將會是提供關於氮肥側施更明智的決策,並最終改善農藝系統的環境永續。【延伸閱讀】- 遙測技術應用於玉米田的氮肥管理
關渡轉作食農基地 免費體驗種菜
2022/07/28
為推廣食農教育體驗,北市產發局協助七星農業推廣中心導入智慧農業控制系統及設備,將關渡轉作食農教育基地,8月10日、11月9日下午也將舉辦4場免費「食農教育體驗活動」,包括智慧農業系統解說、關渡轉作導覽及蔬菜盆栽種植體驗,參加民眾可將親手栽種的菜盆帶回家,活動今天上午9點起開放網路報名,額滿為止。        北市產發局表示,台北市農業隨著都市發展而變遷,現今為都市型農業型態,與其他傳統農業生產縣市迥異,關渡平原對台北都會區有著極為重要的意義,北市府特別協助七星農業推廣中心導入智慧農業控制系統及設備,讓關渡轉作食農教育基地。        北市府表示,食農教育基地內有網室智慧型農作區、露天農作區及露天香草景觀區,除了生產糧食外,還兼具遊憩觀光、食農教育等功能。關渡智慧農作區將栽種高經濟作物,如哈密瓜、黑番茄等;露天農作區栽種辣椒、茄子等蔬菜水果;香草景觀區則有迷迭香、薰衣草等香草作物,將提供學生、親子及銀髮等族群體驗在地食農活動,理解從產地到餐桌的過程,強化在地農業認同,支持在地農業、減少碳足跡。  【延伸閱讀】- 水牛進校園 嘉義大林鎮農會推廣食農教育
生物精煉廠利用玉米秸稈轉製成可再生天然氣
2022/07/26
內華達州生物精煉工廠Verbio 正處於創立初期階段,計畫於未來幾個月內進行擴建,目標是提供足夠的可再生天然氣 (Renewable Natural Gas, RNG) 為5000戶家庭提供熱能,將切碎的玉米秸稈轉化成天然氣,利用厭氧消化方法 (anaerobic digestion) 將玉米秸稈與牲畜糞便中的細菌結合,並放置於八個大型消化器中,此時玉米殘渣會轉化為生物甲烷氣體,即為化石燃料中的天然氣。工廠正另外建造消化器,同時利用玉米生產乙醇。        「秸稈」是作物的地上部 (above-ground) 而非穀物,亦稱為玉米飼料 (corn fodder) 或作物殘留物 (crop residue),愛荷華州立大學推廣服務部田間農業工程師 Kapil Arora表示:「秸稈可依據需求裁切成不同大小,且容易捆綁。」愛荷華州是全美最大玉米產地,每年有超過1300萬英畝的土地和超過20億bushel (約5000萬公噸) 玉米收成。當玉米採收後,秸稈為留在原地分解的部分,秸稈營養豐富,卻也給農民帶來挑戰。Kapil Arora表示:「隨著產量提高,愛荷華州的農民需處理田間剩餘的秸稈,許多人進行耕犁是為了讓秸稈分解及降解,然而這些秸稈須藉由其他方法妥善利用。」Kapil Arora與愛荷華州立大學推廣服務部於生物精煉工廠Verbio創立初期階段即參與規劃,提供技術、主持農民會議並進行研究。        玉米收割後, Verbio工廠員工將剩餘秸稈壓縮綑成易於移動和堆放的方體,農民透過去除約50%玉米秸稈,以進行免耕種植減少耕作需求。秸稈草捆經錘磨機切成較小體積後,放入化糞池中經細菌利用分解後,將產生生物甲烷氣體經洗滌並濃厚成純度為99.9%甲烷氣體,加壓送入Alliant Energy管道,此項計畫使的能源。農民提供資金,設備及服務由Verbio工廠提供,作為可再生能源可為環境帶來正面影響。Verbio公司總裁表示:「此項行動針對大氣中的二氧化碳進行碳降解處理,並提供家庭溫暖熱源。」        愛荷華州立大學工程師 Kapil Arora幫助Verbio公司進行物流研究並與當地農民和民眾接洽,接下來將舉辦農民會議。另協助學生研究人員完成玉米秸稈現地研究。Verbio工廠計畫每年加工約100,000噸玉米秸稈,除了製成天然氣外,過程中的副產物腐植質亦可用做土壤改良劑和有機肥。【延伸閱讀】- 利用榛果殼製造再生能源的發展潛力
開發農業數據技術平台支援作物管理策略
2022/07/25
隨著人口持續增加,全球正面臨糧食不安全的危機,農民、農藝學家、研究人員和農業專家為了尋找解決方法,各領域專家正積極研究、收集大量的數據和專業知識,並須互相共享數據和知識,以應對偌大的挑戰。以色列農學資訊公司Agmatix推出一項突破性的數據技術平台,推動將研究知識及實驗數據化為實際運用的農學創新循環,新技術建立一種新的數據語言,可以讀取和解析整個農業產業數千項常用的數據點,並提供統一、標準化的解決方法,以協助有效管理農藝研究試驗,並於一站式平台將數據資訊轉化為實際行動,此系統可為農民和農業專家提供促進作物產量和品質所需的重要訊息,以做出更佳的作物管理策略。        Agmatix的新技術藉由機器學習及人工智慧將田間試驗和農學實驗數位化,以及對整個產業的數據進行標準化,進一步建立一個全球數據庫,在土壤、地形、灌溉、天氣和作物管理方面提供綜合建議。Agmatix推出的SaaS技術平台授權給世界各地的農業技術專業人士,由五個關鍵模組組成如下:        1. 田間試驗管理平台:該系統對田間試驗進行數位化管理,包括從始到終的數據收集和分析。        2. 試驗和研究數據擷取:系統自動擷取田間試驗和實驗的遺留數據並進行標準化。        3. 數據洞察與預測模型:一種自我分析工具,使用田間試驗和實驗數據的高階機器學習模型。        4. 決策支援系統:對於農學專家,Agmatix Digital Crop Advisor 工具能夠將數據洞悉轉化為實際的決策支援系統。        5. Axiom Open:一個協作和開放的入口,使來自世界各地的農業研究人員和專業人士能夠共享和查詢農學數據,以應對高層級的挑戰。        Agmatix 的技術平台現已完成5萬多次田間試驗及1700萬次農藝測量,並成功分析70 多種不同的作物類型。全球頂尖的研究機構、大學、非政府組織和農業公司以Agmatix 技術建立全球最大、最高品質的標準化數據之數據庫,用以開發機器模型,以預測環境對植物營養的影響,進而實行短中長期計畫。Agmatix技術實踐大數據在農學領域的應用,協助縮短時間軸、減少浪費並提高農業專業人士和農民的盈利能力,而Agmatix 平台能夠開發統計和科學上更強大的農業模型,將有助於改善農業實踐、作物產量、營養品質並促進永續農業。【延伸閱讀】- ABS和ABARES合作開發新的澳洲農業數據整合資料庫
美國麥當勞承諾投入 500 萬美元實施氣候智慧型農業解決方案
2022/07/18
AgMission是由食品與農業研究基金會 (FFAR)、美國農民與牧場聯盟 (USFRA) 和世界農民組織 (WFO) 共同成立的,該組織以減少農業溫室氣體 (GHG) 排放並讓農業部門的溫室氣體排放量達到淨負值為最終目標。為了實現這一目標,AgMission 將農民、牧場主和科學家聚集在一起,共同創建可快速部署的解決方案,以提高農場供應鏈之彈性度及減輕氣候變遷的影響。        AgMission 官員表示,農業研究和數據是該計劃的基礎。雖然這項研究正在擴大,但現階段的工作是需要更廣泛地協作與協調。數據的集成與互操作性對於協調此項研究和加速適應與應用減少溫室氣體排放的氣候智慧解決方案至關重要。另外,實踐氣候智慧解決方案將有助經濟和環境上之永續性,同時亦能減少溫室氣體排放。        食品與農業研究基金會 (FFAR)執行董事Sally Rockey 在新聞稿中表示,”氣候變遷正威脅著環境、糧食安全以及農民與牧場主的生計。很高興麥當勞看到 AgMission的價值並與該機構共同合作開展這一前所未有的舉措: 承諾投入 500 萬美元實施氣候智慧型農業解決方案。讓AgMission可藉由數據的集成與互操作性等來協調農業氣候變遷之影響以及讓務農相關之人員受益。”         麥當勞正在採取行動以達成2050淨零排放目標。麥當勞副總兼北美供應鏈長Marion Gross 在一份新聞稿中表示:“我們正在努力建立一個社區、動物和地球都能茁壯成長的食物系統,並以永續性的方式供給食物給更多的人。”且我們很自豪能夠為 AgMission 及其合作夥伴做出貢獻,以減少溫室氣體排放、提高供應鏈的彈性並實現再生農業。”        雖然農業占美國溫室氣體排放量的 9.9%,佔全球約 24%,但它是唯一具有溫室氣體排放淨負值的潛力行業。 USFRA 首席執行長Erin Fitzgerald在新聞發布會上表示:“土壤和農田吸收的碳已經是一年排放量的 100 倍。農民和牧場主是無法單獨完成,必須用著克服挑戰般的努力來持續進行的。”【延伸閱讀】- 氣候智慧型農業將有助於農民對抗全球氣候變遷之衝擊
咖啡果渣轉生能量飲?減廢又幫農民 一舉兩得
2022/07/14
咖啡產置過程中,農民會從咖啡樹上採收成熟的深色果實,取出種子並進行後續加工做成「咖啡豆」,而剩餘的果皮、果肉被稱為「Cascara」,是西班牙文語單字外皮、殼的意思,這些咖啡果肉被視作咖啡種植過程的副產品,雖然有人會用來泡茶,但大多淪落到廢棄的命運。Riff首席執行官兼聯合創辦人埃佛斯(Paul Evers)注意到一現象,咖啡果肉廢棄場附近的樹木變得奄奄一息,原來這些果肉富含糖、水和營養成份,會破壞土壤中微生物的生態平衡,進而導致作物無法正常生長。        Riff團隊把咖啡果肉獨特的水果風味、天然咖啡因和豐富的營養成分轉化為一款植物性能量飲料「Energy+」,藉此降低食物浪費的問題,並透過採購咖啡果實的副產品,增加咖啡農的第二收入來源。        為了取得第三方認證,Riff贊助俄勒岡州立大學研究團隊,對產品進行生命週期評估與環境衝擊研究。研究指出,每年全球為了製造約25億磅的生咖啡豆,會產生出1000億磅(約453億公斤)的咖啡果肉,其中70%的果肉被直接丟棄,而腐爛的果肉不但損害土地,還會產生大量的甲烷氣體。Riff的成果也獲得非營利組織Carbonfund.org的碳中和認證。        其實「Energy+」並不是市面上第唯一一款咖啡果肉飲料,雀巢也嘗試以廢棄的農業原物料研發新產品,近期在澳洲推出一款用有機咖啡果肉生產的軟性碳酸飲料。聯合國糧農組織(FAO)曾統計,如果糧食浪費是一個國家,每年的碳排放量將高達44億噸。透過將農產品製造過程的廢料轉化為新商機,不只提升農民收入,也為氣候變遷創造出新可能。【延伸閱讀】- 農廢物變黃金 暨大竟用咖啡果皮研發蔗香果茶
澳洲科學家利用人工智慧以協助太空人於太空中種植農作物
2022/07/12
在未來五年內,太空人將運用澳洲科學家所開發之技術來協助他們在太空中種植農作物。由於美國太空總署預計2024年將送人類至月球探索,因此,培養太空人在太空環境中種植可食用作物的能力則是至關重要的下一步。        在進入太空新時代之前,南昆士蘭大學 (USQ) 的科學家們正在開發人工智慧(AI),供太空人在從月球到火星的任務中使用,以種植自己的新鮮糧食。科學家的任務是開發農業技術軟體,該軟體將使用傳感器檢測太空環境中的植物的早期壓力程度。南昆士蘭大學 (USQ) 教授Craig Baillie表示:「使用機器視覺來觀察作物並將觀察結果回饋至太空人了解,以利太空人後續管理作物。」        美國太空總署計劃在月球上建立一個中繼站,作為太空人前往其他行星的基地。在月球上種植蔬菜被視為補給太空人糧食的最佳方法,因為其他技術,如食物 3D 打印技術仍不可行。南昆士蘭大學 (USQ)工程師 Cheryl McCarthy 表示:「為多變的環境編成技術非常重要,我們已經看到了 NASA 所提供的太空植物圖片,從圖片看起來它們仍然像植物,但卻呈蜷縮與無生命力狀態,所以我們需要空間環境資訊來了解栽培環境,因而將對相機進行編程以檢測問題並改善植物生長情形。」       “利用機器視覺實現太空食品安全的早期植物壓力檢測”項目將運行 12 個月,包括在圖文巴建立一個更大的地面實驗室,且與美國太空總署的發射系統規劃行程並行。”團隊成員兼農藝師雅各布·漢帕爾 (Jacob Humpal) 表示,我們想看看是否能像好萊塢男明星馬特戴蒙在電影火星救援上所飾演的角色那樣,在火星上生存。” 期望該系統最終能演變成人工智慧,即月球上的人工智慧園丁,能盡可能地實現自動化,以幫助太空人解決問題及完成工作。”       “機器將會為使用者解決問題,像在螢幕上顯示問題所在,然後使用者可以在螢幕上選取改善方式及實現自動化管理生產線。”不過,機器人園丁永遠不會像人類一樣。Humpal亦表示,”使用人工智慧對機器人進行編程,使其機器人之表現和移動方式有如人類一樣是極度困難的,因此該機器更像是一系列光束或手臂。”【延伸閱讀】- 美國太空總署(NASA)成功於國際太空站內種植出辣椒

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