在田間，農藥主要用於控制農業害蟲、雜草等繁殖，減少農作物被侵害的程度，維持農民收益，但在環境中殘留的農藥可能對生態和人類健康造成嚴重威脅。目前已有許多研究案例顯示農藥在水、土壤、沉積物和水生生物中廣泛存在，長期累積後會逐漸威脅當地的生物多樣性，除了減少藥劑使用，也需要開發方便且迅速的方式監控環境當中的農藥量，才能增進環境永續性。 　　在技術開發方面，螢光奈米材料於光學標記具有相當大的應用潛力，而碳量子點（Carbon Quantum Dots, CQD）屬於尺寸小於十奈米的碳粒，相比於金屬材料量子點，具有良好的水溶性、低細胞毒性、光穩定性和低成本等優點，是近年來被廣泛研究的一種新穎材料。印度Institute of Advanced Study in Science & Technology的研究人員利用入侵植物—布袋蓮(water hyacinth)生產碳奈米顆粒，經過洗滌、乾燥、去除葉綠素、浸泡磷酸等步驟，於攝氏150度下加熱使其碳化後，製成小於10奈米的碳量子點Carbon-based quantum dots (CQDs)，能夠在紫外線下發出綠色螢光。隨後，研究人員利用這種碳量子點進行測試，發現其可以精確感測到低濃度(2.9μM)的丙草胺(pretilachlor，或稱普拉草)，這是一種水稻田間專用的除草劑，顯示此材料具有良好的選擇性和敏感性。【延伸閱讀】研究顯示種植覆蓋作物將有助於降低農民對除草劑之依賴 　　丙草胺可通過抑制細胞分裂以延緩雜草生長，雖然對於人毒性較低，但若不慎吸入過多或過量食用，則仍有中毒疑慮，透過高敏感度的檢測方式，能夠幫助消費者把關食的健康。而布袋蓮是容易取得與低成本的材料，開發新的利用方式也能創造更多的附加價值，同時促進環境保護。相關研究發表於<Heliyon>。

近年來，勞動力成本上漲所帶來的挑戰引導農業機械朝向高效率與高精確度發展，如何利用減少操作人手與降低人員所面臨的危險，是許多農機具公司的開發方向。然而，在果園當中，植物的本體或樹冠層常是機器作業的重大阻礙，也容易遮擋通訊設備的訊號，故開發在園中採精細動作的自動化機械系統較為困難。 　　現在，Dave Crinklaw開發了全球無人噴霧系統（Global Unmanned Spray System，GUSS），這是一款100%無人駕駛的自動噴霧機器，因外型較矮，可以從樹枝下方穿過，避免撞擊樹上的果實或枝葉導致損壞，能夠在杏仁、核桃、開心果和柑橘園中應用。除了利用GPS定位外，還使用雷達、陀螺儀、碰撞感應保險桿等促進田間移動時的順暢，而Tree-See技術則能確保機器發現縫隙時關閉32個噴嘴，配置的攝影機能將GUSS行走時的影像呈現給遠端的操作人員，除了避免現場操作的風險，操作人員還可在發生問題時停下機器，或是操縱機器越過障礙物。【延伸閱讀】研究指出以機器代替人工採收蘋果是符合經濟效益的做法 　　機器由康明斯6.7 L引擎提供173馬力的動力，為四輪驅動， 90加侖的大型油箱可確保機器運作達14個小時。另外，GUSS的操作由附近控制站處理，控制站中可以顯示所有GUSS的即時影像、儲液罐的液體高度、位置、噴灑速率、速度和方向等數據，1個操作人員可以同時監控8部GUSS，並設定移動邊界，一旦機器移動到預設邊界外就會自動關閉，以便於管理。 　　自2018年世界農業博覽會首次亮相以來，GUSS已經噴灑過20,000英畝的土地，更獲得CES 2020創新獎，顯現出行動數據對於農業精準化控制機器的貢獻與技術發展。

智慧農業之目標為提升農作物生產值，並高度應用串聯各種資訊的IoT(物聯網)與無人機作為技術後盾。在這方面，提供草莓與番茄園藝設施栽培資材的誠和公司，不僅應用大數據提升產量，也建構可視化系統，以盡可能降低農業經營所產生的風險。 　　誠和公司研發部部長大出祐陸指著溫室內的一條藍色塑膠管線：「這裡流著高濃度(約8,000PPM)的二氧化碳」。其設計為直接穿過溫室種植的番茄葉陰影處，就近從植物旁釋放出二氧化碳，讓植物有效吸收。此外，溫室內二氧化碳濃度約有700至800PPM，約為空氣中的兩倍之多。 　　誠和公司為日本農林水產省全國69區「推動智慧農業示範驗證」中擔負其中一個要角，其主要目標應用數據，提升番茄溫室栽培10%產量，20%的銷售單價，同時降低農民10%勞動時間，與10%的生產成本。 　　將平常測量的溫室內的日照、溫度、二氧化碳濃度數據進行雲端管理，必要時再進行澆水與農藥噴灑。二氧化碳濃度高的環境下，番茄也會較快早熟。 　　擁有詳細的生長資訊可估算產量，以及預測出最佳收穫時間，再結合預測市場動向系統，可掌握市場價格動態，有利於高價時出貨。【延伸閱讀】氣象數據支持水稻、小麥、大豆栽培管理支援系統 　　此外，溫室作業員會配戴含特殊程式的手錶，詳實記錄每天作業所需花費的時間外，可以適當管理作業時間，有效掌握每個作業人員工作效率，並可提供高產值的人員配置。 　　大出部長表示：「對於年輕世代的農業經營者來說，重要並不只是每單位面積的產量多寡，能否穩定商品價格，掌握經營風險，持續農業經營才是根本要素。」 　　此項驗證計畫期限至2020年底，爾後由誠和公司自主經營。未來能否以二氧化碳供給裝置與感測器等相關農業設施硬體銷售，加上所蒐數據至雲端應用，提供農業穩定經營服務項目將拭目以待。 　　此外，2019年10月召開「期中審查會議」，集結69個地區的示範驗證計畫。國立研究開發法人農業暨食品產業技術綜合研究機構(農研機構)的師級研究員礒崎真英論述：「一般國家型計劃為獨立進行，具體內容通常須等整體計畫結案後的成果報告才能得知。而這次則是在研究階段讓彼此瞭解具體研究內容，有利於互相切磋、進步的機會。」 　　期盼藉由物聯網與自動化技術之應用，克服農業人力不足與生產力低下等困境，身兼農業技術開發之重責大任的農業機構更是責無旁貸。

細菌性植物病害每年危害許多作物，造成農民的經濟損失，而病原檢測能幫助進行地區性的病害管理，用以觀察當地病原的危害程度與防堵跨域感染，也能幫助農民觀察土壤或水是否已受到汙染，避免在帶有病原的土中耕作或使用帶有病原的水灌溉。最常使用的檢測技術包含酵素免疫分析法(Enzyme-linked immunosorbent assay，ELISA)與聚合酶連鎖反應(Polymerase chain reaction，PCR)，其中PCR因具有高敏感度、高特異性與試劑取得容易等優點，使得採用基因體比對的分析方式越來越普及，使用者也能透過各種方式設計相關的引子(primer)序列。由於病原的基因會透過遺傳不斷變化，引子設計後的專一性關乎其能否於田間實際利用。 　　現在美國科羅拉多州立大學 (Colorado State University)開發出Uniqprimer，這是一款協助設計引子的線上工具，可通過Galaxy網站取得。研究人員透過病原細菌Dickeya dianthicola的基因進行引子設計與工具測試，這種細菌的寄主種類相當廣泛，且會造成馬鈴薯的莖變黑、塊莖腐爛或植株枯萎等病徵，2015年的大爆發導致美國損失超過4,000萬美元。並進一步於加州、科羅拉多州、佛羅里達州、密西根州、密蘇里州、新墨西哥州、紐約州、北卡羅來納州、德州和威斯康星州取得52個馬鈴薯莖、14個塊莖、9個組織培養樣品和41個灌溉的樣品進行測試，總共在41個樣品中偵測出D. dianthicola，具有良好的檢測效果。經由互聯網連接，任何人都可以使用Uniqprimer，儘管作業速度可能會隨著數據資料輸入和RiceGalaxy上同時使用的用戶數量而有所不同。相關研究發表於<Plant disease>。【延伸閱讀】新型可攜式DNA定序裝置可廣泛偵測早期小麥相關疾病

主題1：病蟲害防治 《研發同等藥劑效果之稻種溫湯消毒》 　　由東京農工大學、富山縣、佐竹株式會社、秋田縣立大學與信州大學共同研發種子消毒技術。此項技術發現預先乾燥水稻種子，可強化水稻高抗耐溫性。透過比平常高5℃的條件下溫湯消毒，仍可維持發芽能力，甚至具有發揮抗水稻徒長病、稲熱病、幼苗立枯病、水稻白葉枯病之化學合成農藥之同等效果。 　　其研究成果顯示，此項技術有效於抗藥性之病菌，同時可減少農藥的使用，有助於友善環境。 主題2：智慧農業 《輕鬆可得！配水管理系統—ICT自動化管理大幅降低勞力與費用》 　　農研機構利用ICT技術，研發供水路到水田的最佳農業配水管理系統。此項配水管理系統可因應所需的水量，讓水泵出力最佳化，省去人員管理作業程序，達到節省勞力之效益，同時可降低電費等管理費用，以及降低水資源浪費問題。 主題3：病蟲害防治 《蝙蝠的超音波防止飛蛾侵入，達成草莓溫室九成防治效果》 　　由農研機構、東北學院大學和JRCS公司(Just Right Customer Solution)利用飛蛾討厭蝙蝠所發出的超音波的特質，研發出模擬蝙蝠人工超音波驅離飛蛾之裝置。 　　此裝置針對草莓溫室側窗所設計。超音波功能主要利用飛蛾日沒前到清晨這段出沒時間開啟，大幅降低溫室類飛蛾侵入，成功抑制九成以上的蛾類飛蛾產卵，並有效控制農藥使用量，達到有效病蟲害蟲管理。 主題4：智慧農業 《利用AI人工智慧技術可提前預測三週後果菜類生產量，強化栽培環境改善與穩定交易，有助於農民所得提升》 　　高知縣、富士通、Nextremer公司研發可由智慧手機資訊共享的「高知縣園藝品生產預測系統」。此系統將所累積的出貨數據上傳至雲端系統，並加上果菜類每日出貨量、品質與部會內產出成果，預測之後的出貨量。藉此提升農業經營現場生產指導，改善栽培環境，以及促進大量預先銷售模式之建立，進而提升農民所得。【延伸閱讀】2019日本農業十大研究成果排行 主題5：動物衛生 《牛隻白血病的新抗病方法，有效成功抗病毒，應用於牛的疑難雜症疾病》 　　北海道大學研究小組針對有效疫苗，以及目前尚無有效治療的牛隻白血病成功研發出新型抗病方法。此項研發可抑制免疫細胞的內分泌物質和抑制其誘導的蛋白質功能的各種藥物 (前列腺素E2抑制劑以及免疫檢查點抑制劑)，可減少牛隻白血病毒感染。除此，未來包含牛隻白血病在內，可應用於其他牛隻疾病。 主題6：病蟲害防治 《利用電力或超音波消滅福壽螺，無須使用任何藥劑驅除侵略水田外來物種》 　　國立佐世保工業高等專門學校發現侵略水田外來物種福壽螺對於電力會產生靜電反應。利用這種性質，在水田周邊設置電力裝置吸引大量福壽螺靠近捕捉，並在短時間內用超音波功能消滅捕捉的福壽螺。此項技術，無須使用任何藥劑可有效驅除福壽螺。 主題7：動物健康 《盡早發現牛乳房炎新型診斷方法。利用小型NMR早期檢測黃色葡萄球桿菌乳房炎》 　　國立研究開發法人理化學研究所與農研機構發現利用核磁共振(NMR)檢測牛的乳汁，可早期發現乳房炎新型診斷方法。其診斷方法發現留意乳汁所含有微粒子的表面積，感染黃色葡萄球桿菌的乳腺炎乳汁的比表面積數值較少。所呈現數值可即時反應此項症狀，能早期控制早期治療。 主題8：智慧農業 《輕巧低價專為中型養豬農家所設計的自動洗豬舍機器人，免除辛苦清潔作業亦能節省人力》 　　農研機構、中嶋製作所與香川大學等研究團隊，針對中型養豬農家所設計的自動化洗豬舍機器人。此機台輕巧可因應日本狹窄的豬舍通道，且無須太多花費即可清潔豬舍。由於豬舍環境嚴峻人工清潔向來辛苦且非常需要耗費時間。而自動化清潔機器人正好可幫忙負擔這部分工作，相較於人工清潔亦可降低30%勞動時間，同時徹底洗淨消毒，降低疾病風險。 主題9：新育種技術 《發現水稻高耐病性與促進植株花朵變大的BSR2，研發水稻紋枯病新防治法》 　　由農研機構、國立研究開發法人理化學研究所、岡山縣農林綜合研究中心生物科學研究所發現讓水稻重要病害之一的紋枯病，以及可讓促進植株花朵變大的遺傳因子BSR2。未來持續研究BSR2紋枯病的結構，研發新防治方法。此外，利用此項遺傳因子，進而研發出可高度抗病害的大型花朵。 主題10：智慧農業 《利用AI人工智慧，研發從人工到自動化茶葉採摘機》 　　由鹿兒島縣、松元機工公司、日本計器鹿兒島製作所研發可自動化採摘茶葉的「無人茶葉採摘機」。目前此機台已接受訂單開始販售。此機台利用AI人工智慧確認茶樹的位置，自動化且高精準度進行自動化採摘作業，亦可自動行駛至隔壁茶田。此項研發不僅大幅節省人力，在降雨等各種惡劣氣候下仍可作業，除了增加工作效能之外，同時可減輕事故風險，提升農作業安全。

地球資源有限，而人口仍在持續增加，在短短二十年內，人口將由目前的77億上升至97億，屆時土地的使用競爭將更加劇烈，其他用途會不斷壓縮現有的農地空間，故必須盡快改變現有的農業生產模式，才有可能避免未來營養不良的問題。同時，氣候變遷也正在影響著現在的環境，而美國有8.4%的溫室氣體排放來自於農業活動，基於環境永續之考量，農業經營需要採取降低溫室氣體排放的方式。 　　過去十年中，垂直農業(vertical farming)發展蓬勃，因可充分利用垂直空間，比起一般單層的耕作方式更能提升土地利用效率，水資源的和化學藥劑的使用也減少許多，透過這些方式可減輕農業對環境的影響。另外，在城市地區附近建立垂直農業，產品運輸的距離就能縮短許多，間接減少運輸過程中二氧化碳的排放。然而，部分觀點認為維持垂直農業所提供的人工環境需消耗大量能源，並不屬於生態友善農業的一部分，這也是許多相關公司致力突破的技術障礙，以更高效率的資源利用提升實行垂直農業的優勢。【推薦閱讀】類似樂高積木般可組裝的垂直耕作系統 　　AeroFarms具有專利氣耕種植系統(aeroponics)，在可完全控制作物生長環境的人工系統中進行耕作，依照目標作物所需空間訂製結構高度，並提供霧化的水和養分供植物吸收，其用水量比田間耕種少95％，比水培少40％。而且，此系統還採用LED燈為不同目標植物提供精確的光照強度和波長，促使能源利用效率最大化。另通過遠端監控，科學家在每次收穫時可以掌握超過130,000個數據，用以精進預測分析的正確性，盡量縮小耕作風險。這樣的智慧化系統使作物種植時間比傳統田間縮短一半，且每平方英尺的生產力比起一般田間商業農場更高。 　　結合機器學習、機器視覺以及物聯網協助收集傳感器數據等多種技術，AeroFarms至今已成功種植超過5億株植物，300多個品種。目前正與有影響力的市場領導者（例如Dell Technologies）合作，以提升自動化和數據分析方面的能力，希望能更進一步促進植物的健康狀況與產量。

活性氧物質（Reactive oxygen species，ROS）是生物進行有氧代謝過程中所產生的副產物，包括超氧化物、過氧化物、自由基等，因其存在未配對的自由電子，故十分活躍且不穩定。一般健康細胞中含有少量ROS，若累積過多則容易對細胞和基因結構造成損壞，可能導致癌症或神經退化性疾病的發生，例如阿茲海默症。 　　在研究ROS的各種技術中，由於螢光探針具有高靈敏度、呈像即時、操作簡單、高選擇性等優點，搭配螢光顯微鏡已成為細胞呈像中必不可少的技術。英國巴斯大學（University of Bath）則開發了一類新的螢光探針，稱為AzuFluor，來自於真菌Lactarius indigo中發現的一種亮藍色化學物質-Azulene，而Azulene衍生物也早已用於螢光增敏劑、淬滅劑和光電開關等，目前正在測試其在雙光子顯微鏡的應用性。【延伸閱讀】即時監測肉品品質的透明貼片 　　AzuFluor分子較小，具有良好的細胞穿透性、光穩定性、無細胞毒性，當AzuFluor與ROS接觸時會發出螢光，研究人員就能藉由螢光偵測到極為少量的ROS。 大多數螢光探針只能吸收1個光子，而AzuFluor能吸收2個光子，表示可以使用兩個較低能量的光子產生相同強度的螢光，且使用較低能量的短波長紅外光可以穿透組織而不損害細胞，未來在細胞生物學與製藥產業當中具有應用潛力，幫助科學家在顯微鏡下觀察細胞的變化。 　　目前此技術已可在大鼠組織中有效應用，研究人員希望將來可以開發這一系列的螢光物質作為可用於人體的探針，相關研究發表於<Journal of the American Chemical Society>。

水土流失、山崩、海平面上升以及極端天氣等因素可能土石滑動，減弱部分基礎建設的地基結構，為了保持其結構完整性，必須採取穩定或強化地基工程。現有的解決方式通常是使用水泥、石灰或工業樹脂作為材料，且所添加使用的微塑膠和有毒物質可能汙染地下水及土壤。因此，基於對環境友善的原則，部分研究人員將希望寄託於生物礦化工法（Microbial-induced calcium carbonate precipitation，MICP）。 　　Medusoil是法國洛桑聯邦理工學院（法語：École polytechnique fédérale de Lausanne，縮寫EPFL）的衍生公司，使用微生物誘導方解石(calcite，即碳酸鈣，化學式CaCO3)結晶生成，這是沉積岩的主要成分，能作為土壤的粘合劑，迅速硬化土壤。【延伸閱讀】粘菌和貽貝如何成為建築的未來 　　因Sporosarcina Pasteurii能產生大量的尿素酶，過往文獻中已有許多使用S. Pasteurii在土壤中進行生物礦化的經驗。而Medusoil團隊使用冷凍乾燥後的S. Pasteurii，當尿素酶與尿素分子結合時，尿素酶可催化尿素水解，產生碳酸根離子，可與鈣形成碳酸鈣晶體，進而與土壤中的其他細小沙粒黏合。此種由尿素酶催化的反應與自然情況相比快1,000倍，最終產品可以在幾天甚至幾小時內完成。 　　Medusoil團隊於2018年在沃州的懸崖進行測試，因風和雨水侵蝕造成懸崖結構不穩定，在這些測試過程中，團隊能夠將目標區域的土壤固結，進而提高了土壤的穩定性。此外，公司還建立了批次生產土壤穩定劑的設施，以及可在建築工地應用的移動式注射裝置，目前已準備好擴大生產規模，隨著材料調整，未來還可以擴展到其他建設方面的需求。相關研究發表於<Scientific Reports>。

樹薯(cassava, Manihot esculenta，又稱木薯)原產於熱帶地區，屬大戟科(Euphorbiaceae)根莖作物，其根部可食用，常被製成樹薯粉，可提供大量的碳水化合物及熱量，是許多地區的主要農糧作物。傳統研究樹薯根部的做法，多刨除其根部周邊覆土，將組織取出後加以研究，然而此種做法將會造成組織壞死，甚至是植株個體死亡，增加品種選育及品系保存方面的難度。 　　為了在不干擾樹薯生長的前提下，方便持續觀察其個體生活史與組織發育情況，並應用在品種選育方面，哥倫比亞國際熱帶農業中心(原文：Centro Internacional de Agricultura Tropical，英譯：International Center for Tropical Agriculture，簡稱CIAT)與英國諾丁漢大學(University of Nottingham)所組成的研究團隊便致力發展以氣耕(aeroponics)為主的栽培技術，試圖透過低設施成本且不傷害作物生長設施研發，觀察樹薯根部的發育情況，揭開樹薯根部在土壤底下不為人知的祕密。【延伸閱讀】採用智慧化氣耕栽培的垂直農業技術 　　研究團隊在研究中一共發展出3套以低成本建置的氣耕系統，分別是半氣耕系統(semi-aeroponic system)、噴霧型氣耕系統(aeroponic mist system)及滴灌型氣耕系統(dripponics System)。透過上述低成本建置的氣耕系統，可方便樹薯育種者以在不傷害植物組織的前提下，觀察樹薯貯藏根(storage root)的組織發育情況，便於育種者選育出喜愛的栽培特徵。在研究團隊的實際研究測試下，認為噴霧型氣耕系統可即時觀察樹薯根部錯縱複雜的發育情況，該氣耕系統同樣也提供根部組織足量的氧氣促進其生長。除此之外，研究團隊也透過氣耕系統，研究將植物生長素(auxin)在根部發育初期所扮演的角色及影響，可藉由表徵性狀的變化，找出可能參與樹薯根部發育生長的調控基因，為遺傳改良(genetic improvement)、永續集約農業(sustainable intensification)、加速作物生長等多方研究帶來重要的參考依據。 　　研究團隊避免以刨根鏟除覆土(shovelomics)，在不傷害樹薯的前提下，觀察作物以氣耕環控(controlled environment)栽培的生長狀況，並以此做為加速育種的栽培手段。 　　該研究由英國生物技術暨生物科學研究委員會(Biotechnology and Biological Sciences Research Council，簡稱BBSRC)、國際熱帶農業中心、諾丁漢大學等單位資助。詳細研發成果已發表在<Plant Methods>

(一)越貼近生活，越是充斥創新的無限可能 　　創新研發商品一轉眼已充斥在我們身邊，新技術的誕生已掀起生產者與消費者間革命性轉變。過去我們根深蒂固地認為：馬鈴薯的芽有毒或是害蟲，所以必須剔除乾淨。而為了突破這項問題，大阪大學的村中俊哉教授利用基因編輯技術，研發「代謝轉換」先端技術，不僅馬鈴薯毒分降低了，也讓調理人更加輕鬆。 　　此外，龍谷大學的伏木亨教授研發一種製冰淇淋的新方法，而此種方法可使得冰淇淋熱量從一份150卡路里降至80卡路里，且依舊美味，其秘訣為「脂肪酸」，一般冰淇淋的卡路里降低後口味也會變調，但因為添加脂肪酸後，使得低卡路里的冰淇淋也能美味依舊。 　　另一項創新的契機，是在有著蕎麥聖地之稱的長野縣，其中最有名的是使用「長野S8」品種的蕎麥所製成的信州翡翠蕎麥生麵條。雖然長野S8可加工為翡翠色的蕎麥麵，具有相當高的人氣，但是此品種的蕎麥容易倒伏，導致栽植農戶不易收割。對於此項蕎麥品種栽植的不便性，信州大學的松島憲一副教授率領研發團隊，研發出「桔梗11號」，具有與長野S8一樣香氣與色澤，但是植株較為矮小、不易倒伏，栽植農戶的收割便利性大幅增加。 　　番茄農戶的栽植過程中，常為了番茄甜度與產果量之間的問題來回拉鋸，筑波大學的江面浩教授為解決番茄甜度與產果量間的問題，進而研究番茄生理，不料卻誤打誤撞地研發出具有機能性GABA成分的番茄，可抗血脂上升，被稱為「GABA水果黃金」。 　　上述研究的分享案例，由日本農林水產省的「農林水產業暨食品產業科學技術研究推動計畫」，以及日本內閣府綜合科學技術與創新會議的研究資金挹注下，開展了實用性的案例產生。 　　農林水產技術會議事務局的別所智博局長表示：隨著全球國際食品市場迅速發展，日本正在關注全球食品市場與消費者多樣性需求動態，並與跨領域產業相結合，共同開發技術，並加速其實用化，使得日本農業與食品業未來將是具有莫大潛力產業。 (二)友善環境新契機，酵素分解塑膠材料更容易 　　日本農林水產省「農林水產業暨食品產業科學技術研究推動計畫」推動環境友善的項目，大幅改善農事生產作業與農產品的安全性。 　　田間巡視時，是否發現田間會覆蓋大量的黑色或銀色的塑膠膜，這些塑膠膜稱為「多功能塑膠膜」或「多功能塑膠布」，其功效可使地面上溫度升高，長時間維持土壤養分，並抑制雜草與病蟲害的發生。這些塑膠膜在作物採收前益處眾多，但採收後卻變成田間麻煩製造者。 　　塑膠膜的主要素材為聚乙烯(polyethylene，簡稱PE)或是生物可分解塑膠，PE製的塑膠膜在田間使用完畢後，會當作工業廢料進行回收，另外處理；而生物可分解塑膠為環保塑料，可於田間土壤中自動分解。 　　農業環境變動研究中心與再生循環的北本宏子主任提及：「我們需要的是在作物栽植過程中不易破損、採收後可在土壤中自動分解的塑膠膜。但實際使用的經驗，田間環境與土壤條件的不同，使得塑膠膜分解的速度不一，進而使得許多農戶認為塑膠膜分解效果不如預期、難以使用。若有穩定且可快速分解生物性塑膠膜的方法，可解決田間的環境問題。」 　　計畫推動中，最受到眾人注目的研究是可分解生物性塑膠膜的酵素。 　　起初，研究人員試圖從土壤中的微生物發現可分解生物性塑膠膜的酵素，但未有所收穫。因此，北本宏子轉而研究植物微生物的研究，終於找出可分解生物性塑膠膜的酵素，並研發出可大量生產該種酵素的方法。 　　該酵素名為antarctica，源自於1960年日本科學家在南極湖的泥巴中發現因此命名，同種的酵素大多存於水稻中，正巧塑膠膜在日本的水稻田中廣泛地被運用。 　　實際運用上，是將antarctica培養液噴灑在塑膠膜上，實驗階段中發現與未使用培養液相比，能夠更快速分解塑膠片。這項技術已被應證實用化，接著面臨的挑戰則是事業化發展，即使找出可加速生物性塑膠膜的酵素，但生物性塑膠膜的使用率只佔了5%，市場規模尚有開發空間。 　　為此，北本宏子表示：「雖然大家知曉生物分解塑膠的益處，但價格方面仍不易入手，但若將處理費等整體成本一起納入，甚至有可能比PE製的塑膠膜便宜，相當具有商業化潛力。希望能與酵素一起讓更多農戶實際體會這項技術的便利性。」【延伸閱讀】2019日本農業十大研究成果排行 (三)天敵儲存袋，有效防治蔬菜害蟲 　　「天敵儲存袋」是由日本中央農業研究中心、民間企業、縣市研究推廣機關花費三年時間研發而成，尺寸與紅包袋一樣大，已於2017年春天上市。 　　「天敵儲存袋」懸掛在小黃瓜、茄子、草莓等樹枝或莖的下方，可驅除所引起的蜘蛛、薊馬、粉蝨等微小病蟲害，產出賣相良好的作物。實際上「天敵儲存袋」，添加了蜘蛛、薊馬的天敵捕植蟎科，等同於放了捕植蟎科的巢一樣。 　　此項技術是農戶為了因應不使用化學農藥的消費端需求，在農事上以不使用農藥為主所研發。然而，設施栽培蔬菜容易有蜘蛛、薊馬等害蟲，再加上農藥害蟲效力很低，抗藥性極高。 　　捕植蟎被當作生物防治上效果顯著，其飼養方法並不困難，被拿來做為蟲害防治的商品販售，但由於捕植蟎容易受到環境變化影響，不容易定著於設施，反而導致成本提高。 　　因此，「天敵儲存袋」的發明人下田武志研究員將思考面向轉為：「如何更容易穩定取得且低成本地運用捕植蟎？」，並將過去研發的相關產品進行優、劣勢的特性盤點，進而完成天敵儲存袋的改良。 　　天敵儲存袋的外包裝是耐水性的封袋，裡面有100隻的捕植螨與飼料、儲存水以及可供成蟲產卵的貼膜。下田武志提及：「天敵儲存袋可使得捕植螨在穩定溫度的環境中產卵，並保護其不受到灑水與噴灑農藥的影響，可完全隱蔽繁殖，使得捕植螨充分發揮作用。」 　　天敵儲存袋已經於日本市面上販售，目前仍持續進行使用情境、使用時機、如何使用等資訊蒐集，並進行全國性的數據交叉比對與驗證，試圖創建更完整的使用說明手冊。 　　下田武志認為：「這項研發技術無論任何種植地和農產品都能使用。雖然目前皆以蔬菜設施栽培為主，但也能應用於玫瑰和菊花等花卉，甚至果樹皆適用。」 　　我們每天的生活脫離不了農業。創新的基礎研究正支撐農業生產活動發展，最關鍵莫過於新創技術如何實際應用。因此，更須促進各項知識累積應用，克服此項課題，並將其成果更密切落實於社會。

植物在面對環境壓力時會產生相應的生理變化，顏色或形狀會與一般情況下的植物不同，或是釋放出揮發性有機化合物(volatile organic compound，VOC)，例如遭遇乾旱或動物啃咬時，且這些VOC會影響附近植物，提升附近植物的抗性。然而，目前尚未有相關研究探討植物主動發出能在空氣中傳播的聲音能力，此次以色列特拉維夫大學(Tel Aviv University)就針對植物發出的聲音進行探討，或許可幫助人們更了解植物所處環境的潛在資訊。【延伸閱讀】導入新科技對漁業發展帶來的利弊得失 　　研究團隊建構了一個錄音系統，利用煙草（Nicotiana tabacum）和番茄（Solanum lycopersicum）作為觀察對象，並透過麥克風收取頻率為20-150 kHz的超聲波，探究在經歷乾旱、剪切等逆境下和對照組發出的聲音差異。研究發現，番茄和煙草在乾旱時發出聲音的次數分別為每小時35次和11次，剪切時每小時發出聲音的次數分別為25次和15次；而相反地，所有對照組植物發出聲音的次數都是每小時少於1次。 　　此次研究利用距離為4英吋(10公分)麥克風收到了65 dBSPL(dB of sound pressure level)的超聲波，還開發了機器學習模型，能夠依據植物發出的聲音區分其所處的不同狀態。這些結果證明了研究植物聲學的潛力，動物、人類甚至是其他植物，都可能利用植物發出的聲音交流環境資訊，這樣的交流形式可能在生態學和演化中扮演重要作用，並提供在農業當中監測植物的應用潛力，相關研究發表於< bioRxiv>。

香蕉是在全世界相當受歡迎的熱帶水果，但在採收後就需全株砍除，讓其他吸芽繼續生長或重新種植。對於香蕉種植產業而言，可產生經濟價值的水果僅占12%，剩下來的有機質副產物則在收穫後遭到丟棄。澳洲新南威爾士大學(The University of New South Wales，又稱UNSW Sydney)的研究人員則開發一種新方法，可以將香蕉園的副產物轉化為可生物降解且可回收利用的包裝材料。【延伸閱讀】從水產加工廢水中回收養分新技術 　　研究人員利用雪梨皇家植物園種植的香蕉假莖作為原料，假莖中大約有90%是水分，因此乾燥後的固形物會只剩下約10%，將其切碎並乾燥後研磨成粉末，再經過鹼性溶液處理後萃取纖維素，經過處理後的材料可形成類似於烘焙紙的薄膜。此外，經過測試，薄膜放在土壤中六個月後可被分解，且對細胞無毒，未來或許可依據用途製作成不同厚度，例如購物袋或承裝食物的托盤；而實驗室也針對此材料對其進行三次循環利用，而不會改變其屬性。 　　由於纖維素是構成植物細胞壁的成分之一，基本上可以從任何植物中取得，而香蕉屬於一年生植物，每年都會產出大量的有機副產物，若是能充分利用這些奈米纖維素作為食品包裝材料，將更能幫助產業永續發展，且符合資源循環利用的目標。而包裝公司若是了解材料容易取得的程度，或許將更願意嘗試這種材料。現階段團隊真正想要的是尋找適合的合作夥伴，幫助研究如何擴大生產規模及降低生產價格。

全球暖化持續影響下，桃子將無法順利結成果實 並非夏季酷暑的緣由，而是冬天的寒冷氣候過短 　　2018年7月中旬，日本茨城縣筑波市的農業暨食品產業技術綜合研究機構(簡稱農研機構)的果園盛產桃子，卻不是準備出貨至市場販售。 　　由多名農研機構研究員評比數個經育種後的「候補新品種桃子」之口感、肉質、含糖量等，再由全國的農業試驗改良場選出試驗栽培的提案品種。意謂著從「第一次審核」研究員評估，到各地的農業試驗改良場決定採用「符合當地」的「第二次審核」，通過後即可進行新品種申請。 　　為取得新品種認定，須符合三大要件：區別性、均一性、穩定性。然而農研機構更重視新品種果樹的「優秀性」——不論在口味或是果實大小，抑或是多產等特質，要能為農業永續經營角度思考，具有「亮點」特性。 　　農研機構耗費22年育種出的桃子新品種「櫻姬」，即便在暖冬也可以也能結出可口的果實，完全能因應強勢的全球暖化來臨。 　　研發出「櫻姬」桃子品種的八重垣英明為農研機構果樹茶葉研究部門核果類育種主任，他認為：「相較於全球暖化，最主要問題在於無法確保產地的低溫可以維持多久。」根據全球研究人員推測西元2100年前後日本平均溫約上升攝氏2度，以此數據農研機構推估西元2100年桃子產區的低溫時間，和歌山縣約689小時，香川縣約719小時，熊本縣847小時，不管位於哪個產地都未滿1,000小時，也意謂著目前栽植的桃子品種，在未來都無法順利生長。 　　八重垣英明主任認為：「由於未來可預測得到全球將面臨暖化，因此開發好吃且能抗全球暖化的新品種，不僅能為農業經營帶來永續性效益，同時作為糧食穩定供給也是不可或缺」。 　　因此，八重垣主任將巴西耐熱品種的「珊瑚桃」與日本產的桃子，經科學試驗育種出早生種的「櫻姬」品種，即使面臨低溫時間較短也能結成果實，也可栽植在日本西南部較暖的產區；且「櫻姬」的水果肉質、口感也較符合日本消費者之需求。 　　農研機構除了「櫻姬」之外，也育種出可抗全球暖化，高溫也容易著色的蘋果新品種「Red Minori」、無須顧慮著色的黃綠品系的麝香葡萄、暖冬也可順利長出花芽的梨子「凜夏」等品種，農研機構的農園，已為了因應全球暖化而全面備戰。 政府制定氣候變遷計畫，科學洞見與國際合作抗全球暖化 　　日本政府於2018年6月頒訂「氣候變遷因應法」，針對各領域制定「氣候變遷因應計畫」並進行評估。 　　氣候變遷對於農林水產業造成多面向影響，相對的也因為農業生產過程造成溫室氣體排放並加速地球暖化原因。根據政府間氣候變化專門委員會（Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC）的第五次評估報告，農業土地排放造成溫室氣體排放占了全球四分之一。 　　日本官方數據統計，2016年度日本溫室排放廢氣量約4%由農林水產業排放出，家畜排泄物與水稻種植就佔了日本國內農業溫室廢氣排放量50%。 　　為此，日本農林水產省訂定兩項應對全球暖化的基本政策措施：(一) 降低溫室氣體排放的「緩和對策」；(二)對抗全球暖化的「因應對策」。 　　農林水產省大臣秘書處政策課環境政策室主任中川一郎提及：「緩和對策可預期效益，開發農地土壤的二氧化碳排放與吸收之技術，同時拓展國際之間合作的可能性。」 　　堆肥或稻草等有機物混入土壤後，其中含有的碳會被微生物分解，一部分釋放到大氣中，另一部分會長期保存土壤中。根據數據統計，與農田不使用堆肥相較，全國的水稻田投入堆肥時，最多可儲存220萬噸碳。日本環境省成立研究小組，研究「生物木炭」之碳儲存，並行碳減量之研究。 　　此外，由於日本擁有減少、吸收農田土壤碳存儲等溫室氣體排放之計算與評估的出色技術，也期盼能將此技術應用在同為水稻種植地區的亞洲地區，並向聯合國糧食及農業組織（FAO）申請國際合作研究資金，也於日本農林水產省的預算中申請研究施行的經費。 　　此外，日本的農民與農企業為取得J-Credits認證，逐漸改為使用生物燃料做為替代能源，以降低溫室氣體排放量。J-Credits認證被認定為製造業的溫室氣體排放交易量，但統計至2018年6月，農林水產業的計畫在J-Credits認證登錄佔了22%，碳減少排放量預計有8%，日後農林水產省將會特別針對此措施作為努力方向。 　　對抗全球暖化另有一項「因應對策」，從前文提及的各項農產品新品種開發為主，雖然是未來所面臨的問題，但中川一郎認為：「必須建構公正、公平可存儲的育種全球多樣植物遺傳資源環境。」 　　日本為促進全球植物遺傳性資源相互利用，於2013年簽署《糧農植物遺傳資源國際公約》(International Treaty on Plant Genetic Resources for Food and Agriculture，簡稱ITPGR)。 　　中川一郎表示：「ITPGR作為國際間植物遺傳資源相互利用與存取系統，對於抗暖化新品種的開開給予相當的助力。同時，並藉由ITPGR產生商業利益行為之時，所產生利益一部分將藉由FAO組織回饋於開發中國家。因此，積極運用全球遺傳性資源，也幫助日本面臨暖化問題，以及遺傳性資源保全之外，並同時能支援開發中國家等，建構雙贏模式是相當重要」 紅色警報已響起「正是現在！這非未來才須面臨」 　　全球暖化對於作物的影響，農研機構果樹茶葉研究部門的杉浦俊彦早已投入全球暖化的相關研究。2006年杉浦俊彦發表大規模調查結果，並向大眾提出全球暖化議題之呼籲。【延伸閱讀】糧食和農業的未來—趨勢與挑戰 　　杉浦俊彦提及：「在2000年，果樹受全球暖化影響的問題已經相當顯著，若就此放任，未來農戶將面臨無法追趕上農作物品項轉換，進而造成農產業結構問題。」 　　2006年的大規模產業調查，組織了米、小麥、豆類、芋頭、草莓、果樹等類別之專家小組，根據此次調查，稻米未熟成的發生率上升、而果樹類的蘋果與葡萄有轉色不良的情況、因氣溫升高進而擴大農地受病蟲害侵襲的範疇。 　　稻米未熟成的發生情境，大約在水稻抽穗後20左右的平均日溫落在攝氏26至27度以上，經過試算推估，相較於1990年至2065年稻米收成率減少25%、至2100年約減少41%。 　　杉浦俊彦表示：「除了稻米的產量減少，在環境模擬推算中，溫州蜜柑的原產地到2060年會變成高溫地區、蘋果的栽植地區將北遷至北海道。」 　　未來將進行農業產區實地訪查與情境模擬分析，制定作物栽植計畫，期盼農業達成永續經營。 　　「由於情境模擬分析與目前農業的生產模式大相徑庭，如何說明此項研究結果是件不容易的事情。」這也容易影響個人聲譽，若不加以修飾直言：「這個地方已經不適合栽植蘋果，接下來應該種植芒果。」會造成農民的疑惑，更甚至引起反彈聲浪。 　　為表慎重，在研究過程中仔細檢查有無任何矛盾的資訊，並將環境模擬推估的結果反覆進行交叉檢證，並進行實地田野訪查，再將嚴謹的科學驗證的研究結果公諸於世，儘管大眾的褒貶不一，但若不進行未來農地與全球暖化做研究並提出因應措施，日本的農業恐怕無法永續經營。 　　杉浦俊彦進一步表示：「不僅止於農民，一般民眾也知道全球暖化的問題，但卻未產生想去解決暖化的動機。在2000年開始投入此項議題的我認為，這不是未來才須面對的，而是現在就要開始應戰了。」 　　對於每年播種或是植苗的農作物(例如：蔬菜、水稻)，若開發出可應變全球暖化的品種，相對的容易進行品種替換；然而果樹的生長週期需要好幾年的時間，相較於水稻及蔬菜，改變果樹品種並非易事， 這就是果樹需要面對的改變與挑戰。 　　面對全球暖化，還有更多的未知需要面對。

黃豆是亞洲飲食中的一種主要食材，數百年來一直被用來製作豆腐、味噌湯和豆漿。但現在，這種受歡迎的豆類也可製成保鮮膜的替代品，或許有助於解決地球的塑膠危機。 　　新加坡南洋理工大學的食品學教授威廉．陳(William Chen)發明了可生物分解的食品包裝。製成這種包裝的原料纖維素，是從黃豆產品製造商產生的廢棄物提煉而成。 　　陳教授解釋說，將黃豆壓碎榨出的汁液可用來製作豆腐和豆漿，剩下的豆渣通常會倒掉。陳教授把這些糊狀的殘渣拿來發酵，由微生物吞噬養分，留下了纖維素(一種纖維)。 　　以纖維素製成的塑膠包裝材料已在市面上使用多年，但陳教授說，既有的產品大多是由木材或玉米製成，而且這些作物是專為此目的而種植。相形之下，他開發出的包裝材料是由廢棄物製成，不會與供食用的作物爭奪土地，並且更具永續性。 　　陳教授的技術有助於立即解決兩個問題：減少塑膠產量和垃圾掩埋場中食物垃圾的數量。 他說：「在新加坡，我們每年產生的廚餘能填滿1.5萬個奧林匹克規格的游泳池。」他並表示，由於豆類產品在新加坡非常受歡迎，因此每天至少會產生30噸黃豆殘渣。 　　新加坡豆類飲料製造商 F&N已和陳教授的實驗室合作，並從其工廠直接供應豆渣。陳教授說，該公司正在執行一項可行性研究，以評估這種食品包裝能否在商業上與傳統塑膠包裝競爭。 　　生物塑膠的生產成本通常比石化塑膠貴，但陳教授說，以大豆製成的包裝幾乎不需任何成本，因為原料不用錢。他並表示，商業規模的生產將涉及額外的費用，例如存儲和品管，但「我們還沒有計算出這些費用」。 　　黃豆並不是教授製成生物塑膠的唯一天然產品。他還研發了一種方法，可將榴槤富含纖維素的果殼轉化為保鮮膜。 他說，儘管這種水果有受爭議的氣味，但新加坡人每年仍消耗1,200萬個榴槤，因此有大量的廢棄果殼供應。

在生物循環經濟(circular bio-economies)的提倡下，重新再利用工業化發酵生產產生的副產物，將原本的生物廢棄物賦予其他用途，將是未來農業推動的方向之一。以美國田納西大學(University of Tennessee)為首的研究團隊發展以發酵後剩餘的副產物轉化成施用於農田土壤的作物肥料。 　　研究團隊將工業化生產1,3-丙二醇(1,3-propanediol)過程中所產生的微生物發酵副產物重新再利用，開發具農業用途的肥料。研究團隊所使用的微生物生質廢渣(spent microbial biomass，簡稱SMB)經加熱去活(heat-inactivated)處理後，重新製成土壤有機肥料。為證實該發酵副產物具有再製成為農用肥料的潛力，同時也為了應證其所含營養成分的有效性，研究團隊遂以玉米(Zea mays L. var. indentata)種植進行田間試驗，將目標栽培作物施以微生物生質廢渣與傳統農用化肥，分別進行施肥管理作業，過程為時一年。在這一年的試驗期間，研究團隊也運用渦度相關法(eddy covariance)測量二氧化碳在地表土壤與週邊環境間的通量，比較不同肥料處理下的碳排放多寡。 　　研究團隊藉由上述的田間試驗發現，玉米總產量與微生物生質廢渣的施用呈現正相關，在兩次微生物生質廢渣的處理下，土壤有機碳(soil organic carbon，SOC)的總量較施肥前提升45%，而傳統農用化肥則僅增加11%。計算二氧化碳排放量後則發現，微生物生質廢渣的二氧化碳排放量為794公克/平方公尺•年(g CO2•m-2•yr-1)，傳統農用化肥的二氧化碳排放量則為274公克/平方公尺•年，雖然微生物生質廢渣做為肥料會產生較多的二氧化碳排放，但研究團隊認為多餘的二氧化碳可經在植物快速的光合作用下轉換成植物的生物質，同時也增加作物產量。 　　研究團隊藉由該研究，評估將微生物生質廢渣轉換為土壤肥料的經濟效益，並證實在改良土壤性質的同時也不忘提供環境保育及農業發展多元兼顧的農業永續經營策略。【延伸閱讀】二氧化鈦之研發成果可望運用在肥料生產方面 　　該研究由杜邦泰特利樂生物產品有限公司(DuPont Tate & Lyle Bio Products LLC)、美國國家海洋暨大氣總署(National Oceanic and Atmospheric Administration，簡稱NOAA)等單位協助，相關研究成果已發表在<Agrosystems, Geosciences & Environment>。