JA全農（全国農業協同組合連合会，中譯：日本全國農業協同組合聯合會）於今（2020）年6月1日起，打造農業經營管理系統Z-GIS，提供使用者資訊共享、集中管理等功能。而Z-GIS是一種以地理資訊系統（Geographic Information System, GIS）概念為出發點的新形態農業智能管理系統，能夠結合線上地圖以及Excel的功能，透過輸入栽植作物之品項、品種、生產管理過程等資料，共同管理地理資訊與應用栽植數據。 　　不同於其他農業經營管理系統，Z-GIS新增群組資訊共享與親子管理兩種功能，藉由生產者於雲端分享農業經營資訊，不論是契作栽培管理、農作事務外包的申請與管理等可提高作業化效率，都能透過申請進行流程設定。 　　關於群組資訊共享功能，使用者可在雲端輸入資訊並且設定是否想要與其他用戶共享檔案資源。實際的應用層面以案例作為說明，倘若生產者A在系統上設定可共享今年的栽植計畫，其他用戶就可掌握該區域的農耕情況並進行生產產量的預測判斷；若生產單位能夠在眾多使用者同意之下使用此功能，即可針對產出日期、產量進行適切的出貨計畫。 　　此外，親子管理的功能則是由管理者（親）設定想要連結的使用者（子），經使用者的同意後，管理者即可彙整使用者的資訊；同時，管理者可設定相關格式建立工作表，並且將工作表提供給使用者並請他們輸入相關資訊與數據，管理者即可應用所蒐集的數據進行集中管理，像是需要掌握某個作物的生產總量，就可以藉此項親子管理功能進行生產狀況的控管。【延伸閱讀】DAS提供新的農業分析平台，幫助農場迎向未來挑戰 　　因JA契作的農戶持續增加中，除了能在預定出貨前將農產品整備完畢，也需要將出貨計畫傳遞給加工業者，而現下JA會員多以傳真的方式告知JA，若能妥善運用Z-GIS農業經營管理系統，JA即可自系統中獲取預定出貨數量、預定交貨日期等資料，可快速、確實地掌握出貨速度，並能同步與客戶進行合作計畫聯繫。 　　除了提高外包委託案件的管理效率，JA也可透過此系統將土壤感測器的診斷結果提供給JA會員，對於農業經營管理上進行有效判斷，或抑是JA能夠進行農地管理登記資料彙整，提供JA會員商業合作案的機會。Z-GIS的使用介面具有Excel風格，可自行設定自己想要掌握的資訊也是其中的特點，未來更是期許JA全農可以全面應用Z-GIS農業經營管理系統，讓日本各地的農民、農地邁向更好的永續經營面向。

一座超現代的垂直農場矗立在沙漠裡，證明杜拜決心發動一場「綠色革命」，以克服對進口糧食的依賴。 　　法新社和印度「經濟時報」（Economic Times）報導，巴迪亞（Al-Badia）市場花園農場培育的多種蔬菜作物，種植在一層一層的垂直架上，除了得仔細控制光照和灌溉，90%的用水也可回收再利用。 　　農場負責人加瑪爾（Basel Jammal）說：「這是沙漠中的綠色革命。」他說：「給予每株作物所需的光線、濕度、溫度和水分，宛如入住五星級飯店的貴客般。」 　　COVID-19疫情大流行，中斷全球供應鏈，讓各界重新將注意力放在阿拉伯聯合大公國的糧食安全上。 　　阿聯富藏石油得天獨厚，但可耕地鮮少，夏季乾燥酷熱。這在數十年前還不是問題，當時貝杜因人（Bedouins）散居各處。然而，自1970年代以來，開採石油帶來的財富，吸引萬外籍人士湧入阿聯。 　　杜拜如今擁有超過330萬來自200個國家的外籍人士，相當依賴成本高昂的海水淡化技術取得飲用水，對食物的需求也隨之增長且變得多樣化。杜拜與組成阿聯的另外6個酋長國一樣，極度仰賴進口，根據官方統計，進口食物占糧食需求的90%。進口商品從世界各地運抵杜拜機場和最先進的港口，超市庫存充足、應有盡有，更甚西方各國首都。【延伸閱讀】採用智慧化氣耕栽培的垂直農業技術 　　然而，鄰國伊朗經常揚言開戰，處於這個地緣政治緊張、衝突一觸即發的地區，長期的糧食安全糧食安全和自給自足是杜拜的重要目標。 　　加瑪爾說，在他的模範農場，一切皆由電腦控制，這是「未來的選擇」趨勢。他說：「我們不想再仰賴進口，而是希望全年都能在本地生產糧食，毋須擔心氣候變化、降雨或乾旱。」 　　另一位獨立農夫班納（Abdellatif al-Banna）也參與了這類創新行動，他利用不需使用土壤的水耕法，在溫室種植鳳梨，並透過網路平台販售。在天氣較涼爽的月份，班納還會在位於阿維爾（Al-Awir）的農場裡試種水果、蔬菜甚至小麥，生產足以養活家人的穀物。 　　在距離杜拜海岸線和耀眼摩天大樓不遠處，有幾家農場在裝有空調的棚屋中飼養乳牛，有助向本地市場供應乳製品。此外，還有多個養殖鮭魚的巨大水箱，這些水箱皆由控制室控制，不受外頭灼熱高溫影響。 　　杜拜糧食安全委員會主席布謝哈布（OmarBouchehab）說，這類農場通常是私人企業，但受到阿聯當局積極鼓勵。他說，當局已經啟動一項計畫，在2021年前將國內農產量提高15%，並促進農業技術的使用。

肉類一直以來是人們獲取蛋白質的主要來源，隨著人們經濟的提升，對於肉品的需求也不斷增長。同時，近年來消費者對替代性蛋白質的意識和興趣逐步增加，替代性蛋白質的來源包括植物性蛋白質（大豆和豌豆等）、新動物來源（昆蟲）、生物研發技術（人造肉）和黴菌蛋白質（真菌）。在較富裕的國家尤其關注這點，主因是他們追求更健康的生活、關心動物福利和環境友善等，最後一點，反芻動物(牛和羊)產出與植物性蛋白質等同量時，其與植物蛋白質生成二氧化碳量相比高了30倍。相關研發業者對於替代性蛋白質正推出新技術和新成分，希望在不斷增長的市場中保有領先的地位。而消費者則傾向找尋令人垂涎的新開發蛋白質，且業者也努力行銷提高人們對替代性蛋白質的意識。 　　儘管全球以肉品為蛋白質的需求總量持續增加，但是偏好的轉變將使肉品在未來10年的增長率下降一半。美國2018年植物性食品（最大的替代性蛋白質來源)的銷售額增長了17%，且預估將替代性蛋白質作為食材會持續成長。雖然替性蛋白質目前市占率僅一小部分（22億美元，肉品為17,000億美元），但是創新發明將無所不在。根據市場研究數據Mintel，2007年至2016年間，替代性蛋白質產品從2%增加到5%，且透過線上調查顯示消費者對替代性蛋白質產品與飲食皆有興趣。因此，以下介紹四種替代性蛋白質的特色與創新的趨勢，並提出肉類蛋白質的發展方向。 豌豆蛋白質 　　由於大豆蛋白的投入成本較低，供應更為穩定，因此以素食漢堡等主流產品的生產商可能會使用大豆蛋白。雖然豌豆蛋白質產品面臨某些挑戰，但仍有望在短期和中期主導替代性蛋白質市場。過去幾年中，因加工技術不足導致豌豆蛋白質供應有限，然而，高端產品仍可能會利用豌豆蛋白質來滿足消費者的期望，且該產品經聲稱健康的吹捧，售價相對昂貴。【推薦閱讀】面對即將來臨的蛋白質危機，究竟是藻類還是昆蟲能救贖？ 人造肉 　　實驗室培養的肉類旨在模仿動物的肌肉組織，且具有相同的蛋白結構與味道。相關產業已從各種渠道獲得多個資助來源。即使人造肉產業需要克服重大的挑戰，包括開發永生細胞株和回收血液成份的困難，但解決這兩項問題皆有助於降低成本，因此，人造肉在未來仍將處在有利的位置。科學家自2013年就開始著手研究這種蛋白質，當時首次公開實驗室培育的漢堡肉成果。在過去9年中，人造肉的價格有顯下降的趨勢，首批人造肉的價格為325,200美元，隨後在2015年降至11美元左右，並預估之後的價格將會降至每磅2.3至4.5美元。 昆蟲和黴菌蛋白質 　　蟋蟀是最常作為食用昆蟲及優良蛋白質的來源，它們一直是亞洲、拉丁美洲和非洲部分地區的主要糧食。一些製造商將蟋蟀研磨成粉，然而從麵粉和蟋蟀中提取出蛋白質的工藝成本很高，進而導致無法量產，同時，某些食品製造業者正探索蚱蜢是否可作為一種可食用蛋白質來源，且相關研究發現許多昆蟲蛋白質可能適合作為動物飼料。同時，黴菌蛋白質是典型地由整體、未加工和絲狀真菌生物質組成，當這種蛋白質與雞蛋混合後，其可作為質地與肉品相似的商業產品。自1980年以來，透過生物原料發酵產物的概念一直存在，雖然消極的看法使消費者對該替代蛋白質的興趣降低，但黴菌蛋白質仍為歐洲主要的替代性肉品來源，且在美國市場也逐步增長中。 　　現今，因消費者對動性蛋白質的認知較其他替代性蛋白質深，因此動物性蛋白質仍將主導整個市場。然而，在餐桌上，可從消費者對蛋白質關注的變化來證明以其它成分為基底製成的產品仍占有一席之地。 【世界之永續發展系列報導推薦導讀】 世界之永續發展(1/4)–農業在減少排放溫室氣體處於中心地位 世界之永續發展(2/4)–使用人工智慧對抗糧食浪費 世界之永續發展(3/4)–透過先進的分析技術使漁業永續發展並從中獲利

現今大約三分之一的糧食尚未被食用就已經造成浪費，另外，在20年間，農業產生的甲烷排放量使環境溫度提升的能力是汽車二氧化碳排放量造成溫度升高的86倍。因此，新興人工智慧（AI）的應用正是將農場、加工、物流到消費的價值鏈中，為特殊「設計」的糧食浪費創造出新機會。事實上，農業循環經濟已在歷史中慢慢紮根，其旨在減少浪費與汙染，並使產品、原料及在升自然系統能永續使用，然而，由於農業循環經濟中，來自於有限資源的消耗與其成長的步調不同，因此AI可以加速農業循環經濟克服這樣的過渡期。在下列三個要素中，AI具有潛力啟動農業循環經濟，同時可為全球相關人員帶來一千億美元的價值。 有效的耕作方式 　　AI透過資訊分析辨識到最佳再生農業的新方法，從而幫助農民避免進行昂貴且費時的田間試驗。舉例來說：CiBO Technologies使用數據分析、統計模組和AI來模擬不同條件下的田間試驗和農業生態系統。全球的利益相關者可藉由這項技術來探索可能的結果且實際上不造成環境破壞或犧牲產量的風險，使其能夠學習並改善盈利能力和增加永續發展。將AI演算法與機器人技術結合，可進一步實現自動化並提高控制耕作過程的能力，如AI可被用做分析作物圖片（如：草莓）以幫助農民決定收成時間。此外，收割的工作也能透過自動機器人完成。這樣的方式可減少田間食物的浪費，且能夠藉由改善供應鏈中的訊息並最大化儲存環境及保鮮設備的使用效率，進而更準確的預測產量。 減少糧食浪費 　　AI演算法利用來自相機、X光、雷射和近紅外光譜所產生的圖像和數據來幫助食品加工過程中的分類。這項技術可將不同產品自動進行分類，如紅蘿蔔和馬鈴薯依據最佳使用用途、尺寸、形狀和品質來進行揀選，因此可降低因人工篩選而導致耗時、工資昂貴且不準確的問題。一些公司，如Wasteless利用AI溯源及動態定價的功能幫助超市和其他零售商在有效期限內出售食品。在一些機構和餐廳中，它們使用新工具來獲取、追蹤和分類糧食浪費的數據。而且，該演算法可以預測出銷售量，從而使餐廳、零售商和其他酒店等能夠更有效地將供需連結起來。【延伸閱讀】人工智慧可以幫助養活世界嗎？ 重新利用不可食用的營養 　　即使所有剩餘的糧食都有重新分配，然而其仍持續產生大量不可食用的副產品。因此，需探討這些有機材料是否具有重新利用的價值，如麻省理工學院的感官城市實驗室和Alm實驗室正研究開發出他們的Underworlds原型智能污水處理平台，該平台利用AI結合了物理基礎設施和生化檢測技術來說明並探詢人類污水中的病原體，最終這些知識可協助將汙水重新利用於再生食品系統中。 　　AI在農業及再生糧食系統中的過度期扮演重要的角色，它可以改變糧食的種植、收成、分配與享用方式。隨著越來越多的數據來源可作參考，加上演算能力的提升，因此，AI能夠更有效的幫助糧食供需的分配、改善供應鏈的效率並抑制過量生產、庫存過多和浪費等問題。   【世界之永續發展系列報導推薦導讀】 世界之永續發展(1/4)–農業在減少排放溫室氣體處於中心地位 世界之永續發展(3/4)–透過先進的分析技術使漁業永續發展並從中獲利 世界之永續發展(4/4)–對蛋白質永續提供的需求

自1960年爆發的技術革命（綠色革命）使農業產量提高，促使經濟的改善。自那時以來，因收入的提高推動了全球蛋白質需求的提升，同時也產生了新挑戰，如農業溫室氣體的排放量增加（佔全球排放量1/5以上，其中一半以上來自畜牧業），除非積極解決這項問題，不然隨著人口的增加，到2050年時，這些排放量可能增加15至20%。另外，從糧食浪費到過度捕撈皆威脅著糧食是否能永續供應。COVID-19疫情使這些問題引起人們的關注，該疾病打亂了供應鏈與需求端，反常地增加來自農場與農田所生產糧食的浪費。由於對糧食的需求增長且欲抵禦氣候變遷的影響，因此需改變我們的飲食、了解我們浪費了多少和明白我們如何良好的耕種及運用土地。 　　隨著農業逐漸重新站穩腳跟，相關人員應向前邁進以保護糧食供應鏈免受因氣候變遷帶來的潛在破壞性影響。儘管尚未有明確的方法來消除農業碳排放，但食品工業和更廣闊的農業市場已掀起一股轉型的風潮。從歷史來看，農業革命與其他創新公司已出現交叉點，並在各領域建立進一步的發展，如人類健康、化學、先進工程、軟體和先進分析技術等領域。跨領域的機會預示著下一波創新將瞄準在透過改善食品加工的效率以減少農業碳排放。因此，創新和先進的技術可再次為糧食安全與永續生產做出極大的貢獻，如數位科技和生物科技可改善反芻動物的健康，同時也能提供甲烷排放量較低的動物以滿足世界對蛋白質的需求。另外，基因工程可輔助甲烷排放量較低動物的育種，同時，人工智慧與感測器可幫助食品加工商更好地分類並減少浪費糧食，而其他智能技術可識別不可食用的副產品並進行處理。數據和先進的分析技術也可提供更好的海洋監控與管理，以防止過度捕撈的狀況，同時協助船員可精準的搜尋目標魚類，使船員工作效率提升。雖然農業是個傳統產業，但是其仍需相應的技術來進行永續供給並提供的寶貴的經驗。 　　儘管減少碳排放的成本各不相同，但隨著市場不斷的發展，2050年時，碳排放量可望減少20至25%。下列將介紹企業採取重要的三大成本降低方法或成本中立措施，然而擴大解決這些問題仍需對其進行投資、技術創新和行為改變，尤以針對世界各地的農民。【延伸閱讀】引水從事滴灌農業生產恐將產生大量溫室氣體 零排放農機設備 　　將傳統農機設備轉換成零排放的同類設備，如拖拉機、收割機和乾燥機，其屬單一的措施來最大程度的減少碳排放。這樣的轉換使每噸二氧化碳當量節省229美元，並改變全球價值1,390億美元的農業設備產業。然而，不幸的是目前零排放農機設備在市場上很少，目前也僅將此概念進行驗證的試驗階段。機械製造商於2030年才可能將這些新型農機設備（以電池電源驅動）與傳統農機設備（以內燃機驅動）達到總成本間的差異平衡，這如同早期投資電動汽車一樣，電動農業的投資者已準備在先發的優勢中受益。AGCO's Fendt、Rigitrac和Escorts' Farmtrac皆展示了新型電動拖拉機型號，且John Deere已具有電池驅動和有線電動拖拉機的原型機，若電動農機設備於2030年僅占市場10%，即意味著具有130億美元的商機。現階段因電池容量與充電速度為採用電動農機設備的障礙，不過，其與電動車相比，農機設備的電池重量問題較少。另外，電池價格若迅速降低（僅占拖拉機零件成本40%）將有助於增加使用電動農機設備的意願。 動物健康監控 　　經研究指出，為了盡可能控制全球平均溫度上升1.5度，故而需減少人類對於動物蛋白質的需求。在農業部分，其主要協助改善糞便管理並提供使用較少資源且更健康的動物，動物透過腸道良好的發酵來降低碳排放量來滿足世界對動物性蛋白質的需求。這樣的手法預估在2050年之前可減少超過4億噸二氧化碳當量的排放（每噸將節省5美元），並產生可改善農業生產的經濟效益。 　　新興的生物技術及計算能力，如基因定序和人工智慧可協助農民利用現有和新增的數據來演算並能在早期偵測到疾病。舉例來說，Moocall（與Vodafone合作的愛爾蘭公司）將動物尾巴裝上手掌般大小的感測器，藉此提醒農民乳牛產犢的時間並期望降低80%與出生併發症相關的乳牛死亡率。在北美有第三大乳牛數量(在巴西與中國之後)，其提升了整群乳牛8%的產乳量。然而，事實上實施這些技術的成本很高，且農民尚未充分了解或接受，此外，因地區和物種的不同，動物面臨到健康的挑戰也不同，所以無法有完善的解決方法。因此，需投入創新的商業模式和商業投資以克服這些障礙，如全球技術公司Fujitsu已開發出利用演算法為基礎的「網聯乳牛」的服務，使牛奶生產的收益增加。目前期望未來幾年將有更多的商業投資，持續使這些多樣化應用及新技術的成本降低，其包含新疫苗接種和先進的診斷方式。 產溫室氣體的動物育種 　　新的育種方法：基因遺傳篩選法可幫助動物遏制腸內發酵，到2050年無需成本且具潛力減少500萬公噸二氧化碳當量。如今，改善甲烷產出效率的育種已使甲烷產量具有20%的變化。隨著對動物蛋白質需求的增長將持續推動這項技術的發展（2018年產值為42億美元），因此以溫室氣體為重點的新型育種計畫將可能繼續執行。儘管基因育種仍在起步階段，政府與業界皆積極投入這項計畫，2019年11月，由紐西蘭農業部門和紐西蘭政府所資助的財團來啟動一項「全球首創遺傳學計畫」，以培育出甲烷產量較少的羊隻。即使有了這項計畫，整個行業若要全面推動仍需有相應的獎勵機制：減少甲烷排放可獲得補助等。此外，為了大規模實施解決方案，需要額外投資在基因篩選能力上，藉以解決多數遺傳計畫中育種專一性的不成熟和缺乏問題。新興育種方法，如使用CRISPR-Cas9，該技術是從細菌中所發現的免疫統，其可使基因組編輯工具產生前所未有的大進步。透過 Cas9 蛋白結合pre-crRNA 就可使RNase III 進一步形成成熟的 crRNA ，使得 Cas9/ tracrRNA:crRNA 複合體可以去辨識與切割互補的 DNA 。由於這類型的 CRISPR 系統具簡易性與方便性，降低研發者進入的「門檻」並提供更多專一性，因此於 2013 年被開發並廣泛應用在各種不同物種的基因剔除研究上。     　　在滿足世界糧食需求的同時，需要一個新的農業生態系統減輕農業溫室氣體的排放。在短期內，減少碳排放很大程度取決於當今的技術與機會，但仍然需要下一項技術來增進，如基因編輯、新型飼料添加劑和有氧水稻。從汽車行業到製藥行業對於養活地球村皆扮演著重要角色。 【世界之永續發展系列報導推薦導讀】 世界之永續發展(2/4)–使用人工智慧對抗糧食浪費 世界之永續發展(3/4)–透過先進的分析技術使漁業永續發展並從中獲利 世界之永續發展(4/4)–對蛋白質永續提供的需求

CropScope是農業ICT系統平台，可提供客戶農業管理諮詢服務，包含數種AI技術，可應用各式感測器進行數據蒐集，例如：衛星圖像、無人機 (UAV)所拍攝的航空照片，以及用於測量土壤環境的感測器等，對於番茄的生長情況與土壤樣態提供客戶視覺化的服務，而平台使用者可從衛星圖像發現作物的成長偏差與異常處，也能藉此進行土壤含水量之確認。而番茄初級加工品的製造商可以使用CropScope與番茄生產者進行連結並且支援經營管理。 　　自2019年在葡萄牙一處示範農場所進行的CropScope相關實驗中發現，氮肥的投入量比起一般投入量減少了約20%左右，番茄每公頃產量約為127噸，相當於該國農民平均產量的1.3倍。此外，CropScope平台的服務範圍，不是只限縮在製造商的自家農場，像是與製造商合作的契約農場，本計畫同時設計了「農場管理情報站」。透過情報站的資訊整合，自家農場與契約農場的番茄生長狀況，都能夠有效地集中管理。除了掌握番茄的生長狀況之外，還可作為客觀數據提供參考，並對收穫作業的調整做最佳安排。 　　CropScope的農業管理諮詢服務，是透過讓AI深度學習具豐富經驗的生產者所具備的專業知識，再以收集數據為基礎，藉此指導平台使用者如何適時、適量地進行撒水與施肥，因此，即使個別農民的種植技術程度不一，但只要經由平台的服務與指導，都可以擁有穩定的生產量、同時簡化施肥作業，達到降低種植成本的效果。【延伸閱讀】袋栽菇類製包技術回顧與智慧化發展初探 　　隨著加工番茄的需求增加，番茄的產量勢必需要持續增加，同時也期許能夠達成降低環境負擔等難題，NEC公司希望能夠加快農業數位化的腳步，能夠具有彈性地面對氣候變遷的挑戰，以及社會對於食品安全的需求，實現永續農業的願景。未來，NEC也將在國內發展農業支援的新事業計畫，並選定日本國內幾個地區進行CropScope示範作業。

由美國德州農工大學農業生命研究院（Texas A&M AgriLife Research）的生物物理學家和植物育種者們所進行的一項研究發現，可以透過生物物理技術拉曼光譜分析法（Raman spectroscopy，是利用輻射與被物質散射所產生的光譜，來確定樣品的化學結構，並藉由測量分子振動來鑑定化合物）來加快冗長的作物育種過程，培育出優質、高產量的花生。 　　科學家證明了拉曼光譜分析法可以快速掃描花生中的油酸含量，油酸是一種單元不飽和脂肪酸，存在於動植物體內，化學式為C18H34O2，其英文名稱「oleic acid」源自於「橄欖」（Olive）一詞，一般認為可以延長花生的保存期限，對心臟健康有益處。另外，他們也利用該方法來確定植物對線蟲的抗性，花生根瘤線蟲是世界重要線蟲病害之一，主要危害的是花生地下根、果實及果柄，它在幼蟲時會侵入植株，形成綠豆大小的根結，花生被線蟲的感染後會出現營養不良、葉片萎黃、花期延遲、莢果變少且小等情形，嚴重影響花生產量和質量。根據研究員的說法，使用拉曼光譜分析法比起傳統篩檢花生有益性狀的方式更加快速、便宜，相對來說也更方便。透過掃描花生葉片能分辨出具抗線蟲能力或易感染的植株，其準確度約為75％，而花生種子的掃描可以區分出高油酸含量的品種，準確度高達82%，不但可以在篩選過程中節省許多時間，還能從特定花生上獲得大量訊息，其應用可能性無可限量。【延伸閱讀】結合噬菌體與智慧型手機用以檢測食品汙染 　　拉曼光譜分析法在生物化學中很普遍，但在農民和植物育種者的世界中卻鮮為人知，其攜帶方便、價格低廉、準確快速等特點，有望使農業數位化更進一步。該計畫的研究資金是來自農業生命研究院（AgriLife Research）和該州的大學研究計劃（Governor's University Research Initiative，GURI）所資助，此外，德州花生生產委員會（Texas Peanut Producers Board）和美國西南花生脫殼協會（Southwestern Peanut Shellers Association，SPSA）也為研究小組提供了購買手持式拉曼光譜儀的資金。

西瓜蔓割病(Fusarium wilt of watermelon)是影響西瓜生長最大的真菌病害之一，它是一種土壤傳播型病害，切開患病植株維管束可見褐化病徵，會造成植株凋萎死亡，可經由種子帶菌或土壤中殘存的孢子發芽侵入植株根莖組織，而其厚膜孢子可在土壤中殘存數年，對西瓜產量造成極大的損失並影響經濟活動，是令全世界種植者困擾的嚴重問題。美國東南部的西瓜種植者在過去會使用溴甲烷(methyl bromide)這種有機化合物來控制疾病，但是由於會消耗臭氧層等環境問題，這不再是一種合適的選擇。目前市面上可購得兩種殺菌劑，但關於Prothioconazole 和 Pydiflumetofen這兩種化學物質對抗西瓜蔓割病疫情的相關資訊還不多。 　　來自美國北卡羅萊納州立大學的植物病理學家試圖運用七種不同施用流程來確定這兩種殺菌劑對抗西瓜蔓割病的功效。結果顯示，不論使用量或使用方式為何，Pydiflumetofen和Prothioconazole均能有效控制病情散播，從事這項研究的科學家表示，根據我們的實驗結果，兩種殺菌劑在減少西瓜蔓割病的發生同樣有效，而Pydiflumetofen似乎在病情嚴重時能更有效地維持西瓜產量，這為pydiflumetofen做為另一種防治手段提供了相關證據，也能減少西瓜在施用單一殺菌劑後產生抗性的可能。儘管只有一年的產量實驗數據，但在未經殺菌劑處理的對照組土地上種植的西瓜藤沒有結出可供銷售的果實，就凸顯了控制這種疾病的重要和迫切性。【延伸閱讀】生物防治劑可保護大豆免於猝死症候群 　　在這項研究發表之前，引起西瓜蔓割病的Fusarium oxysporum f. sp. Niveum 真菌對pydiflumetofen的敏感性從未被討論過，而這些知識將有助於將來抗菌劑抗性發生時管理策略的制定。有關此研究更多的詳細資訊，請參見《Plant Health Progress期刊》中發表的文章。

隨著有機蔬菜市場的崛起，日本愛媛縣大洲市的樂天農企業為樂天集團的子公司，其主要任務為擴大有機蔬菜栽種面積與銷售業務，除了助於休耕地復甦，也期盼新農民的加入，而樂天農企業的農場據點分別於：愛媛縣的大洲市以及伊予市、廣島縣神石高原町等地，總耕地面積合計約莫15公頃，已擴增四倍耕作面積。 　　樂天農企業已於靜岡縣的伊豆國市設立生菜工廠，強化網路銷售的定期供應能力、在愛媛縣也加設置青花椰菜和白花椰菜的冷凍工廠，未來樂天農企業將開拓靜岡縣約50公頃的休耕地，做為農場經營業務。 　　樂天農企業農場從生菜葉菜類，到胡蘿蔔根莖類，甚至水果，高達一百多種類蔬果，也根據消費者需求，提供每週一次或每月兩次，宅配自家農場所栽種的有機蔬菜和生菜到府服務，目前多以東京的消費族群為主。為了拓展東京的銷售通路，樂天農企業也持續進行農場擴大計畫，不僅在靜岡縣御殿場市承租37公頃休耕地，同時在伊豆市與伊豆的國市也有13公頃的農地已全面栽植，規劃後續取得JAS有機認證。 　　樂天農企業將拓展業務的標的據點訂在靜岡縣，預計將雇用100名員工，除了可控制大消費地就近的運輸成本之餘，靜岡縣的氣候條件也與愛媛縣相似，栽培技術可進行兩地移植。此外，也選定位於伊豆國市的一間廢棄工廠，改裝為專門生產生鮮蔬菜工廠。農場內也有有機耕種的蔬果，但因不施用農藥，作物外觀容易受到蟲蛀或是外觀外型不佳，難以以蔬果生鮮品的型態進行販售，故採用加工的方式為有機農產品找出新的販售樣態，同樣加入蔬果宅配的商品，進而滿足客群更多面向的需求。【延伸閱讀】歐盟新任農業專員發言欲促進有機農業 　　依據日本農林水產省所統整資料顯示，日本國內休耕地於2015年為42萬公頃。其2017年有機食品市場規模約為1,850億日圓，相較於2009年增加四成，即使如此，日本人有機蔬果的消費額仍不到美國的一成，由於日本消費者重視商品陳列，對於品項不齊全的有機蔬菜並未留下深刻印象，況且有機蔬菜也不如一般的蔬果能在JA農協進行販售，這也是有機蔬果市場版圖難以擴張的原由之一。 　　然而樂天農企業想要擴展有機市場的主因，係受到東京有群重視健康的女性族群關注，因此想以這塊潛力客群切入市場。此外，樂天農企業僱用休耕地的有機蔬菜農場的新農民作為員工，並確保穩定的收入來支持這些新農民，作為他們未來獨立前的後盾，主張讓樂天農企業全力成為「培育新農戶的企業」，讓有意從事就農這條路能更順暢。樂天農企業希望未來在愛媛縣和廣島縣能夠每年增加數十公頃的農地，並且建設新式蔬果工廠。

在整個英國與歐洲中，白菜莖跳蚤甲蟲（CSFB）是油菜主要的害蟲，特別在冬天時造成的危害甚大，其會造成葉片產生如同射擊孔洞般的創傷，進而導致作物歉收。由於菸鹼類藥物對蜜蜂有害，因此歐洲禁止使用菸鹼類藥物處理過的種子來種植開花作物，這項禁令的制訂是因研究發現一些系統性農藥會使授粉者數量降低，2019年則進一步立法禁止包含其他廣效性農藥的使用，然而這卻導致甲蟲成為英國(特別是在東安格利亞和周邊城市)的主要害蟲。根據2014年的數據顯示，作物的損失高達2,300萬英鎊，也就是全國冬季油菜約有3.5%的作物面積受到CSFB的侵害。研究預估在2020與2021年最佳的產值也僅為126萬噸，比去年同期下降48.9萬噸，這使英國油菜種植前景受到質疑，過去已有研究使用五種寄生蜂針對CSFB進行生物防治，但結果發現其防治成效有限，且也因被禁農藥的使用，造成生物防治在經濟方面具非必要性。 　　在一項科學試驗中，科學家偶然發現某一寄生黃蜂可以為種植者提供一種無化學害蟲防治方法。研究人員正在測試CSFB對油菜的攝食偏好時，他們發現寄生黃蜂莫名出現在CSFB的群落，即使將甲蟲置於盆栽油菜的微孔袋中，寄生黃蜂也會出現。John Innes Centre的Rachel Wells博士表示雖然寄生黃蜂的出現使他們的研究受到影響，但這卻是另一種新契機。它提供寄生黃蜂作為栽種油菜和蕓薹屬蔬菜的可行性生物防治方法，即可作為一部分防治甲蟲侵害的綜合管理辦法。然而，在英國自然歷史博物館和瑞典自然歷史博物館的基因定序結果表明該寄生黃蜂(Microctonus brassicae )僅在2008年首次報導，至今仍未進一步鑑定，屬於一種尚未完全明瞭的物種。【延伸閱讀】部分農藥比起花蜜更容易吸引蜜蜂 　　因此，研究人員積極探索寄生黃蜂的生物特性，並首次發表了CSFB成蟲受到寄生的相關研究，該文獻發表於<Entomologia Experimentalis et Applicata.>期刊。根據研究發現在控制試驗的條件下，黃蜂的數量足以導致CSFB群落崩解。當黃蜂幼蟲從甲蟲消化道出現時，甲蟲將會不育並死亡。黃蜂從卵到成蟲的生命周期僅43.5天，即表示經由人為控制可繁殖更多代。這項研究提出了利用寄生黃蜂和其他遺傳性質相似的寄生蜂物種作為生物防治的商業手段，以保護油菜免受蟲害，此外，黃蜂的寄生率超過44%，即表示黃蜂具正面影響田間狀態的潛力。因此，Rothamsted Research則欲進一步研究整個英國黃蜂與寄生蟲數量，並認為進行農田佈局以利生物防治，如: 保護邊行(conservation headlands)與草畦(beetle banks)。

很少有園藝家認為在溫室中可以整年種植黃瓜與甜椒於岩棉上，而不排放任何廢水，但是，位於Bleiswijk的瓦赫寧恩溫室園藝研究所表明其四年期的研究計畫展現出全年種植黃瓜和甜椒的可能性，且也不會排放任何廢水。園藝家通常使用含有氮與磷酸鹽等營養物的溶液澆灌植物，並再將水回收利用。然而，由於荷蘭西部地表與地下水鹽度的關係使鹽分會在水中積聚，因此，大多數的園藝家會在3至4個月後倒掉這些水。 　　Erik van Os研究員表明倒掉這些水並非必須的，首先園藝家必須確保他們能夠收集到足夠的雨水以作為灌溉植物的無鈉水。其次，用於清洗過濾器的沖洗水可以重複使用而非倒掉。第三，他們可以重複使用沖洗水於新的基質（植物的人工生長床）。第四，基質中的水應及時釋放，否則排水系統的水將溢出，造成大量水分流失。另外，廢水中除了含有肥料外，也含有農藥，僅管園藝家經常採用生物害蟲防治的方法，但有時還是需要使用化學製劑，如對抗真菌疾病—露菌病和灰黴病。因此，自2018年以來，這些園藝家在法律上有義務淨化廢水，多數人安裝淨化設備以去除95至99%的化學試劑。而這四項措施除了可使園藝家能夠使用相同的水栽種作物一整年，且這項研究符合荷蘭法律的要求，該法律的宗旨為減少灌溉用水排放於地表的水中，並且到2027年時，將全面禁止傾倒含有氮和磷酸鹽的廢水並100%剔除化學試劑的殘留。【延伸閱讀】以植物修復機制淨化含農藥殘留之水質 　　Erik van Os表示目前要完全回收再利用水資源試是不太可能達到，以往，園藝家每年於每公頃的溫室中要傾到約1立方公尺的水，若使用研究所提出的措施，在轉換種植的農作物時，園藝家共僅需排放10至20立方公尺的水，即減少了100立方公尺的水，此外，這些水也可用來清洗溫室，現今已有種植甜椒與非洲菊農民這麼做了，他們完全停止傾倒灌溉廢水，同時他們也不需額外的淨化設備，即可節省25,000歐元。

考慮當前全球氣候變化、人口增長、城市化以及人類對自然資源的過度開發和污染，糧食生產對地球而言是相當大的壓力，威脅生態系統永續的同時也不利於社會穩定。有關未來的糧食生產，將魚類和蔬菜聯合養殖的魚菜共生系統目前是一個備受爭議的話題。這個想法是否能實踐相當值得探討，然而，目前現有的專業魚菜共生系統的經濟可行性分析數據卻相當有限。 　　德國萊布尼茨淡水生態與內陸漁業研究所(IGB)的研究人員最近發表了一份關於魚和蔬菜大規模生產設施的獲利能力分析報告，結果顯示如果按照良好的農業規範並在適當的條件下生產，魚菜共生系統的使用可能兼具環境和成本優勢。科學家們分析的地點是位於德國沃倫（穆里茨）的Mueritzfischer，這家佔地540平方米的工廠採用聯合循環系統生產魚類和蔬菜，研究人員透過一年的實際生產數據進行了研究分析，儘管在研究階段沒有獲利，但它累積的大量數據使研究人員能夠設想出兩種可能實際發生的生產情景。 　　其中一種顯示，如果設施生產規模夠大，魚菜共生的生產模式是有利可圖的，為此科學家們開發出具有經濟關鍵指標意義的模型範例，讓他們能夠計算不同設施規模的生產數據，所開發的範例是基於兩個循環系統組成，魚類和植物在不同系統中生產，智慧軟體和感測器會進行持續性的量測，並在有需要時將兩部分系統相互聯結，以便在充分利用協同作用的同時仍可以為兩個生長設施創造最佳生長條件。【延伸閱讀】字母要以「Mineral」 糧食生產計畫 對抗糧食危機 　　研究人員認為，德國的魚菜共生系統在商業上主要的障礙是高昂的投資和運營成本，包含魚飼料、勞動力和能源等，同時他們也指出企業必須在水產養殖和園藝方面都具有相當的專業知識。此外，根據報導指出利潤比率有很大程度是取決於市場環境和生產風險，這些東西在某些情況下很難預測。該研究的主要作者認為，儘管存在著風險，但此系統仍具有巨大的商業潛力。以城市空間舉例，目前估計有辦法獲利的模型範例大約覆蓋2,000平方米的空間，這意味著在空間稀少且相對昂貴的城市或城市近郊地區，也有機會出現專業的生產系統。若是城市的魚菜共生系統能以這種規模獲利，這種糧食生產模式會隨著全世界城市化的發展變得越來越重要。

在園藝中，昆蟲作為蛋白質來源或控制害蟲已越來越普及。Shuwen Xia博士提出我們是否可像飼養牛一樣繁殖昆蟲？如果我們想對付溫室中蚜蟲的侵擾，我們該如何選擇或製造昆蟲來迅速控制不良的侵擾呢？此外，若我們希望蜜蜂不再對蜜蜂的寄生蟲—瓦蟎(Varroa destructor  mite)感到如此敏感，我們能繁殖抗瓦蟎的蜜蜂嗎？這些想法皆表示昆蟲的繁殖仍處於起步階段。Shuwen Xia博士因此進行了初步的研究，她在寄生蜂（Nasonia vitripennis ）測試了幾種繁殖技術，選擇Nasonia 的原因是由於以有許多關於此寄生蜂的遺傳資訊，因此使其適合作為測試繁殖技術的模式生物。該寄生蜂在藍瓶蒼蠅中產卵，因此也可用於生物害蟲防治。【延伸閱讀】利用寄生蜂對椿象蟲害進行生物防治作業將有助於減少農藥用量 　　遺傳學實驗室的研究員Bart Pannebakker表示飼養昆蟲是件不容易的事，首先，Nasonia 非常小，只有幾毫米長而已。若要從牛身上獲取DNA，只需採集血液樣本，而要從如此小的昆蟲獲得DNA則必須使用到整隻昆蟲，但就無法利用該個體進行繁殖。其次，它們繁殖速度很快，以至於必須在分析DNA前盡量早點決定使用哪隻昆蟲來繁殖。第三，目前尚無用於快速比較昆蟲的DNA晶片，現今仍必須大量消耗人力在定序儀中分別測定每種昆蟲的DNA。因此，Xia的研究方向不專注於複雜的昆蟲表徵，其只針對顯而易見的特徵—Nasonia 的翅膀大小。他比較了幾種不同的繁殖途徑，其中最簡單的是以質量做篩選手法。在繁殖出1,000隻的昆蟲中，挑選出最大翅膀的樣本，接著再利用這些樣本繼續繁殖後代，並再次挑選出最大翅膀的樣本。對許多昆蟲而言，這似乎是最明顯的繁殖手法。另外，經由比較一家族中約30隻昆蟲，得以篩選出變異種。Xia也測試了最先進的育種試驗方法—基因篩選。在篩選過程中，需掃描昆蟲整個基因組，並根據昆蟲有用的遺傳特徵為其賦予育種價值。此項技術在家畜育種中是非常成功的技術，特別是對於動物中難以測量的特徵。因此，利用該技術可從昆蟲中篩選出特定特徵，如蛋白質表現量或繁殖能力，而較早的育種技術則無法滿足此項需求。Xia也製作出育種流程圖，並表示其可提供昆蟲育種人員在不同的育種目標下使用何種方法，在多數情況下可使用質量篩選手法，而在特定情況下使用基因篩選相對較佳。 　　Pannebakker表示這對於正在開發生物害蟲防治方法或用於牲畜和魚類飼料之繁殖昆蟲的公司是有用的資訊，但這項技術實際的應用仍需與瓦赫寧恩畜牧研究所共同努力開發。

氨對於製造植物肥料非常重要，主要是因植物肥料可進一步養活世界約70%的人。在工業製氨中，通常是利用哈布二氏法（Haber-Bosch）工藝生產而來，該工藝由甲烷首先與蒸汽反應生成氫氣，氫氣接著與氮氣反應產生氨。然而，這項工藝的問題是隨著溫度升高，產率即降低。為了持續獲得良好的產率，需使用更多的能量以增加反應槽中的壓力，此外，鐵基催化劑需在350°C以上才有效，為維持如此的高溫也需很多能量，而產率僅為30-40%。目前，人們通常使用化石燃料來生產大量能量，以至於排放大量二氧化碳於大氣中，因此人們進一步開發許多再生資源的替代方案，如風能，但這些替代方案未能被證實具有可持續性。為了增加氨產率同時減少對環境的危害，該反應必須在低溫下進行。為此，需要有能夠在低溫下進行反應的催化劑。目前為止，這種特殊的催化劑對科學家仍遙不可及，一般常規的催化劑即使在高溫下表現出高催化性能，但在100-200 °C時會失去將氮氣與氫氣催化成氨的活性。有據於此，由東京工業大學的Michikazu Hara博士領導的科學家利用常見的脫水劑：氫化鈣及氟化物的結合來開發出改良催化劑，該催化劑的活化能只有20 kJmol-1，僅為使用現有技術所需能量的50%，並可在50°C下促進氨的合成，這為低耗能製氨並減少溫室氣體排放開啟了大門，相關研究發表於《自然》期刊中。【延伸閱讀】二氧化鈦之研發成果可望運用在肥料生產方面 　　該催化劑包含CaFH的固溶體（溶質原子溶入溶劑晶格中而仍保持溶劑類型的合金相），其表面沉積釕（Ru）納米顆粒。由於在常見的脫水劑—氫化鈣中添家氟化物可使反應在低溫與低壓下完成，因此科學家進一步進行光譜與計算分析，其發現一種可能的機制，催化劑則是透過該機制促進氨的產生。這個反應機制是因氟化鈣鍵結較氫化鈣強，因此氟化鈣鍵的存在會削弱氫化鈣鍵，而Ru能夠從催化劑晶體中提取出氫原子並將電子留在原位，氫原子接著以氫氣的形式從Ru奈米粒子中進行脫附作用。滯留在晶體中的電子與氟之間產生的排斥力降低了這些電子釋放的能量障壁，從而給予這些材料較高的供電子能力，這些釋放的電子會攻擊氮氣間的鍵結，促使氨的產生。 　　這項製氨的新方法不但少了能源需求，從而降低化石燃料的使用以減少二氧化碳排放量，同時也闡明哈布二氏法可持續性的可能性，為農業食品生產的下一場革命打開了大門。

位於美國馬里蘭州貝爾茨維爾農業研究局（Agricultural Research Service, ARS）的入侵昆蟲生物控制和行為實驗室（Invasive Insect Biocontrol and Behavior Laboratory, IIBBL），使命是尋找具有成本效益並且可持續控制蟲害的方法，減輕農民對合成殺蟲劑的依賴，亦或是尋找替代殺蟲劑來源供有機種植者使用。 　　一位退休的ARS微生物學家在2003年從馬里蘭州中北部卡托克汀山區搜集的腐爛鐵杉樹葉中鑑定出了第一株具殺蟲特性的色桿菌菌種，名為“C. subtsugae ”（Chromobacterium subtsugae的縮寫，和紫色色桿菌Chromobacterium violaceum 同屬）。由該細菌製造的化合物能夠減緩易感害蟲的生長或直接殺死它們，這些化合物的混和物能讓一些已對市售常用殺蟲劑產生抗性的農業害蟲如科羅拉多州金花蟲、玉米根蟲、小菜蛾、粉蝨等，產生不同程度的毒性。在控制蟲害方面取得了相當大的成功，並獲得一家商業公司的上市許可，以Grandevo商品名來販售。【延伸閱讀】野生型酵母菌具有可作為殺真菌劑之潛力 　　在馬里蘭州和維吉尼亞州的波托馬克河和詹姆斯河下游的潮汐沼澤地有著各式各樣的水生與陸生生物，包含藍蟹、加州鱸魚、淡水龜、白尾鹿和水鳥等沼澤居民。IIBBL的研究員們在同一個沼澤生態系中發現了一種新的細菌，並從沼澤水和沈積物中搜集樣本，用遺傳定序技術確定為新物種後，將其命名為Chromobacterium phragmitis 。科學家們渴望了解發現的C. phragmitis 是否與C. subtsugae 一樣具有相同抗蟲化合物「配方」，便在昆蟲飼養實驗中測試了四株不同的C. phragmitis 菌株對銀蚊夜蛾、玉米種子蛆蟲、擬穀盜蟲和其他害蟲的致死性，其中一株標記為IIBBL 113-1的細菌對銀蚊夜蛾幼蟲、成年擬穀盜蟲、玉米種子蛆蟲和小菜蛾具有最大的殺傷力。銀蚊夜蛾是一種食葉性毛蟲，不論是對一般花園品種還是商業作物來說都是一大威脅，其在攝入含有細菌化合物的人工飼料後特別脆弱，攝食三天後開始死亡，在六天後會達成100％的死亡率。研究人員表示接下來將進行的實驗，包含研究C. phragmitis 細菌對害蟲具有毒性的原因，並確定可能受影響的非目標昆蟲，這些訊息對該細菌作為生物殺蟲劑於商業應用上來說十分重要。