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>

人類現今的便利生活倚靠於大量能源的使用，自工業時代以來主要以燃燒石化燃料產生能量為主；然而石化燃料並非取之不盡，因此各國政府也積極找尋其他的能源轉化方式，包含核能發電、太陽能發電、水力發電、風力發電、潮汐發電、地熱發電與生物燃料等。生物燃料是指由生物質所製成的燃料，能夠取代汽油或柴油的使用，且通常不需特別改變現行使用的引擎構造。而農業是少數能自行生產生物燃料的產業之一，以自然界中廣泛存在的纖維素作為原料，經由化學或生物轉化成醇類以供燃燒利用，除了可循環使用環境中的含碳資源，燃燒後所排出的氣體也較為乾淨，有效減少農業廢棄物與空氣汙染。【延伸閱讀】葡萄牙利用100％的食用油作為大眾運輸燃料 　　轉化纖維素的目標產物多半為生質乙醇與丁醇，丁醇與乙醇相比下具有更多使用優勢，包含低揮發性、低機器腐蝕性、高熱值且與汽油的混和比更高，但目前將纖維素生物質轉化為生質丁醇的技術成本較高，且丁醇對生物毒性較高，不易由微生物直接轉換得到，故複雜的處理步驟與昂貴的化學轉化成本一直是生質丁醇無法普及的原因。新加坡大學(National University of Singapore)土木與環境工程學系(the Department of Civil and Environmental Engineering)於養殖蘑菇的堆肥中分離出細菌Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum strain TG57，能夠幫助纖維素和木聚醣(xylose)直接轉化為丁醇。研究團隊不但在TG57細菌基因組中發現了butanol dehydrogenase (Bdh)、endocellulase、cellobiohydrolase的相關序列，也發現活躍的外泌系統能不斷促使丁醇向外排出，減少丁醇積聚於細胞中而引發生物毒性，本次研究測試可產生丁醇1.93g /L，產率為0.20 g/g。 　　由於TG57是經由在蘑菇堆肥中長達兩年的遺傳轉變中選擇而得，不需再經人為改變菌體基因，是一種具有潛力的丁醇生產微生物，能夠縮短纖維素前期轉化的時間，研究團隊未來將持續研究TG57的轉化表現，並設計相關的分子標記以提高生物丁醇的產率及產量。  　　相關研究發表於<Science Advanced>

甜度、口感、質地、顏色、尺寸、品種、栽種者、栽種地、生長環境是否優良、如何催熟、運輸時間以及營養價值多少等，究竟怎樣的番茄才是消費者想要的?一篇公開在農業未來(Future of Agriculture)網站的評論文章中，作者提出了未來農業區塊鏈(Blockchain)可能的雛形。過去科學家們叫針對農產品本身進行改良，透過強化作物的遺傳特性以符合鮮食、烹調或加工需求；若農產品的生產能夠配合大數據及區域經濟模式之應用，將能為農業帶來新一波革命。 　　文章中以番茄為例，農夫可以透過不同感測器對作物生長狀況(如溫度、濕度、光照等)進行監測，資料輸入至雲端後能成為每一顆番茄的生產履歷；而餐館、零售商或蔬果供應商則將消費者採買數據連結到番茄種植數據庫，使農夫更能準確依品種、條件等市場需求種植，平衡供需關係。美國新創公司Ripe.io就是透過這樣的服務，收集特定種植者的生產數據，並分享訊息給餐館或消費者。 　　雖然一般的交換資訊只存在於訊息雙方，並不需要用到區塊鏈規模，但面對多方消費者及多方供應商的情況，區塊鏈應用優勢就會浮現，搭配自動化感測器將數據隨時上傳到雲端，也能減少生產者不斷紀錄的麻煩。 　　此外，作者於另一評論提到區塊鏈在農業的五個潛在角色： (1) 提高食品安全：提高供應鏈透明度，間接淘汰條件不良之供應商，也可以在發生食品安全事件時快速查明問題來源。 (2) 建立可追溯性：不論消費者於何處購買商品，均能了解商品來源與加工運輸過程，防止仿冒產品充斥市面。 (3) 降低交易成本：透過區塊鏈資訊的幫助，創建更透明和高效率的供應鏈，集中原來散落四方的貿易能量。 (4) 開放新市場：資訊透明化之後，就不需要額外評估各方的可信度和執行能力，也不需要中間人和額外的保證金，直接建立信任和責任制，有效打開陌生市場。 (5) 便利後勤調控：農產品的保質期通常很短，透過建立在區塊鏈上智慧物流系統，就能提供更有效率的運輸與分配貨品。【延伸閱讀】世界自然基金會推出區塊鏈平台-OpenSC以增進供應鏈透明度 　　然而，距離區塊鏈真正應用於農業區域經濟還有一段路要走，不僅需討論農場內部的優化流程及數據處理責任，還要取得明確的監管共識；此外，系統整合也需要花費的人力與物力，因此需要再經過更多的評估，審慎進行為宜。

過去30年來，英國境內蜜蜂及其授粉花種的生物多樣性雙雙銳減，除了過度使用農藥而損害蜂群健康外，商業化大量種植單一作物可能也是蜂群數量原因之一。過往研究認為，蜜蜂具有將新鮮食物帶回巢中儲存與使用的特性，所以蜜源植物上所攜帶之微生物也會隨著花蜜與花粉一併進入蜂巢與蜜蜂體內；例如雙歧桿菌和乳酸桿菌等有益微生物能減緩蜂花粉(bee bread)腐敗，若是蜜源植物多樣性不足，則可能造成蜜蜂無法獲得足夠的有益微生物，進而影響蜂群健康與當地適應力。 　　地理位置、氣候環境與土地利用變化始終影響著當地的生物多樣性，而微生物則扮演著穩定與調控生態系的角色，因此一地的微生物相變化會影響當地其他大型中生物對環境的適應性或耐受性。本次英國蘭開斯特大學(Lancaster University)的環境中心(Lancaster Environment Centre)與生態水文中心(Centre for Ecology and Hydrology)針對蜂花粉(bee bread)中的微生物相進行研究。蜂花粉是蜜蜂採蜜時帶回的花粉團，在蜂巢內儲藏和發酵後的產物，所含的化學成分與微生物相會因蜜源不同而有所變化。研究人員從英格蘭西北部29個蜂巢中採集472個蜂花粉樣本，利用變性梯度凝膠電泳(denaturing gradient gel electrophoresis)與 Illumina MiSeq DNA進行核酸定序，發現位於城市附近蜂巢取得的樣本顯現出較低的生物多樣性。由於蜂花粉為蜜蜂重要的營養源，故內部的微生物相與營養成分會直接影響蜂群健康，因此作者認為當地植物組成與蜜蜂的環境適應性具有間接關聯性。【延伸閱讀】研究發現植物所散發的特定化學防禦訊號可誘發斜紋夜蛾的免疫反應 　　相關研究發表於<Ecology and Evolution>

阿茲海默症(Alzheimer's disease)又稱失智症，為一種發病進程緩慢的持續性神經性功能障礙，可能因遺傳或其他特殊情況，使得人體內amyloid 前驅物蛋白質發生錯誤摺疊，變成不溶性的β-amyloid；而這些錯誤摺疊的蛋白則無法被身體順利排除，隨著堆積量越多，疾病進程也愈發嚴重。至2013年為止，失智症影響了500萬美國人，預計到2050年將增加至1400萬人。 　　部分科學家認為，微量金屬元素參與人體中重要的生理代謝，而這些元素的失衡可能潛在性導致慢性疾病發生。過去談到銅與失智症間的關係時，學界出現意見分歧，一派學者認為銅會干擾大腦的血腦屏障，使得大腦無法順利排出澱粉蛋白質；而另一派學者則認為過低的銅會使得β-amyloid堆積增加。 　　甜菜鹼（betaine）是一種生物鹼，具有良好的去污能力，早期常用來做成天然的清潔產品。甜菜鹼廣泛存在於多種生物體內，包含水果、甲殼類動物及人體等，是參與新陳代謝的中間產物。早期的研究顯示，甜菜根汁能夠改善大腦的氧氣含量，而甜菜鹼更可以改善由鋁引發的記憶退化，因此美國南佛羅里達大學(University of South Florida)化學系針對甜菜鹼進行相關研究，測試甜菜鹼是否可以阻止銅對蛋白質的影響，進而減少對神經元的傷害。作者使用3,5 di-tert-butylcatechol與分光光度法測量氧化反應，發現甜菜鹼可以減少90%由銅導致的蛋白質氧化，進而推測可能減少蛋白質的錯誤摺疊性與堆積，減少神經損傷。【延伸閱讀】富含維生素E的棕櫚油可改善小鼠的認知功能 　　相關研究展示於洛杉磯舉辦的第255屆美國化學學會全國會議

除了方便人為操縱的自動化機械以外，機器人開發也是現今智慧化農業中炙手可熱的項目。機器人能夠全自動或搭配人員採半自動執行，幫助節省勞力與時間，還能搭配大量數據收集與整合，幫助使用人員進行資訊歸納與提供有利情報。 　　由美國伊利諾大學(University of Illinois at Urbana-Champaign)團隊開發的TerraSentia crop phenotyping robot於3月14日在2018年能源創新高峰會的技術展示會上亮相，機器人能夠在作物之間自動行進，使用各式感測器與攝影機進行偵測，並將數據即時傳送至操作人員的手機或電腦，只要搭配相應的應用程序就能使操縱機器人。 　　研究人員表示，TerraSentia是一種具學習能力的機器人，透過良好的機器學習演算法，就能夠先教導機器人辨識常見的作物疾病與性狀測量，如植物高度、葉面積和族群量。經過多次學習後所收集的資訊會越趨正確，而自動化數據收集和分析能夠協助了解不同品種作物之間對環境條件所產生的反應，幫助農民改善育種和栽種條件。【延伸閱讀】透明且如鰻魚般柔軟的水下機器人 　　一般認為，高度智慧化的機械裝置通常因體型笨重，較適合大面積且單一化栽培之區域。然而TerraSentia結構較為輕便，重約10公斤，寬約33公分，方便運送到田間，也容易於植株間行進，可同時掌握操作上的精確度與高效率。此種機器人不但在美國具有使用潛力，在巴西、印度等農業發展中國家亦是如此；由於這些地區通常面臨更加惡劣或多變的氣候環境，因此由機器人幫助掌控個別植株的遺傳特殊性更有助於農民管理和挑選適合的植株，也能夠排除人為辨認上的主觀認定與差異性。 　　美國能源部高級研究計畫局的TERRA(Transportation Energy Resources from Renewable Agriculture)計畫為開發TerraSentia提供了310萬美元的資金。今年春季，幾家主要種子公司、研究機構與海外合作者將針對TerraSentia進行現場測試，預計三年內能夠提供給農民使用，其中部分型號的成本低於5,000美元。

身兼可可育種者與可可品質國際顧問，來自法國農業研究發展國際合作中心（CIRAD）的研究員Albertus Eskes博士，發明新的發酵技術「TropMix」能在製程中保留可可豆的天然水果香味。 　　世界可可市場將可可豆歸類為兩大類：fine or flavor beans (優質或具有香味的可可豆) 與bulk or ordinary beans (散裝或平價可可豆)，兩者差別在於可可豆本身帶有的香氣。優質可可豆多來自於單一生產的來源地(single-origin beans)，因此比平價可可豆更能表現出果酸味、花香味甚至是堅果味等特殊香氣。此外決定可可豆的風味因素除了來源，發酵、乾燥或烘焙等加工過程也會改變原有口感。 　　加工過程中，發酵(fermentation)是製作巧克力的第一步驟，由成熟的可可果肉與可可豆同時發酵，能將可可豆內的多酚(polyphenols)、碳水化合物、胺基酸等分子，利用微生物進行微發酵，將其轉換為巧克力各種風味的前驅物(precursor)，同時也去除可可豆本身強烈的酸味與苦澀味。然而此步驟若過度發酵，會讓耗氧微生物將已經發酵剛好的風味破壞，因此即使是優質的可可豆，也會失去其本身優勢。此項新技術TropMix能協助將平價可可豆或在加工中被破壞風味的可可豆轉變為優質可可豆；另外也允許在加工過程中添加香料來提升一般可可豆的口感，例如秘魯Chuncho品種，其可生產出約有64種口味像是仿香蕉、玫瑰、葡萄或芒果等諸多風味的巧克力。【延伸閱讀】生產過程更符合永續性的甜味劑 　　近年來，此項方法已被許多巧克力廠商應用於高品質可可豆之小量生產，而Eskes博士表示未來將持續研究TropMix技術，希望能將其應用於更大型的生產過程中。同時，也教導消費者優質的可可豆並非都來自於單一生產地，平價的可可豆也可以生產出優秀的巧克力。

土壤鹽鹼化(soil salinization)常發生過度灌溉及排水不良之地區，因土壤中的鹽分隨著水分由毛細作用帶到土壤表層並堆積，造成土表鹽分過高，進而影響植物生理反應及產量。近年來隨著世界各國重視糧食安全議題，土壤鹽鹼化問題也逐漸浮上檯面，目前全球約有20%灌溉地區的鹽分過高。 　　水稻(Oryza sativa)是世界上主要糧食作物之一，對土壤鹽分較為敏感，若種植於高鹽度土壤中會導致產量嚴重下降。為了供應穩定糧食給快速增長的人口，開發水稻耐旱與耐鹽的相關特性顯得非常重要。而中國長沙湖南大學確認水稻中的STRK1(salt tolerance receptor-like cytoplasmic kinase 1)基因表現與改善水稻在高鹽度土壤中的產量相關。【延伸閱讀】最新研究發現數個可提升高粱產量的關鍵基因 　　在高鹽度環境下，STRK1基因表現量較高的水稻生長狀況較對照組佳，且產量也較高，顯示STRK1可能與水稻的耐鹽特性息息相關。一般的高鹽環境會刺激細胞產生大量的過氧化氫(H2O2)，影響植物正常的生理活性，使得葉片縮小、黃化、捲曲、植株矮化甚至於萎凋等情形，使得產量受到影響。而STRK1基因轉譯所產生的蛋白質會經由磷酸化作用活化細胞膜上的CatC(Catalase)蛋白質，促使其將過氧化氫分解，減少過氧化氫累積對細胞的毒害。相關發現可做為未來水稻育種時挑選的標靶基因之一，且幫助鹽分較高的土地維持一定的糧食產量。 　　相關研究發表於<The Plant Cell>

日本的Okunota Winery酒廠利用資訊管理技術、感測器技術與網際網路的結合，減少葡萄酒產業的農藥使用。總裁Nakamura Masakazu相信改善田間微生物環境有助於生產優質葡萄酒，因此自1998年開始葡萄種植以來，公司致力於保護土壤中的環境，透過將葡萄藤靠近在一起，迫使植根深根，並且使用不施肥、減少耕作的方法，將雜草留在田中以豐富微生物的生態環境。2010年Nakamura將部分農場借給富士通的員工，該公司建議將天氣感測器系統使用於田間，此系統以10分鐘的間隔自動收集並儲存有關溫度、濕度、日照和其他環境數據；因此Nakamura產生把這些數據用於監控葡萄酒生產過程的想法。 　　種植葡萄的過程中，需要使用殺真菌劑以減少葡萄真菌病害的發生；但以往農民無法確切掌握疾病大量爆發的時機，需要連續噴灑較高劑量的農藥以減少病原族群量。其實真菌在孢子發芽階段最為脆弱，透過數據收集與整理，施藥期間就可集中於少數幾天，濃度也能降低；因為農藥對環境的影響縮小，使得田間微生物更為活躍，收成後製作成葡萄酒的風味也更佳。 　　此外，由於葡萄酒是從葡萄汁釀造，80％的味道取決於水果的質量，因此自然環境的變化也成為造就葡萄酒風味的主要因素之一。日本也持續生產具有鮮明地方特色的葡萄酒，目前全國擁有超過250家酒廠，隨著用於種植葡萄的土地面積不斷擴大，開發商也逐漸投入為特定海拔、溫度和土壤的土地提供理想的葡萄品種。 　　長野縣東部千曲河(Chikuma)流域的農民也開始使用IT (Information Technology)管理田間，許多新葡萄酒廠和農民在Ueda、Tomi和其他地區等10個地點設置感測器，每小時測量6次溫度、濕度、日照和降水量，農民則輸入葡萄的各生長階段和蟲害控制記錄，研究人員再收集成熟的葡萄分析成分，並對所有數據進行分析，找出生長預測與最佳收穫時間。【延伸閱讀】以大數據解決全球植物問題之時機已成熟 　　為了使農民更易於自行輸入成長記錄，系統正在進行介面調整與測試，希望最後能讓農民在田間單手使用。Chikuma酒谷數據中心的研究員Kameyama Naoki解釋，此計畫是收集建立品質標準的數據，以便統一葡萄酒品質，推出具地區特色的品牌。收集數據也能作為教學工具，促使農民們分享、交換經驗，有助於地區的發展與繁榮。

隨著科技演變，農業生產不再是單靠傳統的經驗傳承進行，隨著各項感測器的發明，前人所留下的古老智慧都將轉變為一條條可靠的資訊，搭配電腦運算與統計就能幫助農民進行科學化的管理，即時了解環境狀況以便實施改善方法，維持良好的產品品質。另一方面，自動化的感測器技術會加強天氣與土地等各種數據的收集，透過物聯網技術與應用程式開發，幫助相關農產業了解如何量化與精確化培養條件，就能降低生產技術門檻與研究時間。 　　日本軟銀集團旗下的公司PS Solutions於2015年開發了一款帶有人工智慧功能的小型農業感測器e-Kakashi。目前有大約300台e-Kakashi正在田間使用，這款感測器的外形美觀且安裝方便，不僅能記錄關於空氣和地面溫度、日照和累積溫度的數據，還能告訴農民這些數據的含義：例如，它會發送一條消息，指出日常溫度的累計總量已達到稻米準備收穫的程度。 　　e-Kakashi最大的優勢在於將專家分析的數據與豐富的農民經驗結合，透過多部感測器能找出區域內的環境差異，非常適合運用在葡萄園管理。e-Kakashi已在長野的葡萄園使用，用來幫助統一葡萄品質以釀造葡萄酒之用；此外，經由感測器收集當地風土環境的大數據，也有助於建立葡萄酒的品牌特性。【延伸閱讀】鑲嵌在葉片中的碳奈米管可檢測植物受傷時產生的化學訊號 　　目前處理大數據的挑戰在於分析、儲存、隱私加密、可視化、資訊共享以及關鍵字搜尋的精準度，如何適切地使用這些資訊並準確預測成果或是進行風險評估，是未來需要持續努力的目標。

光學遙測技術發展已久，舉凡氣象資訊、災害勘查、環境調查等均可見其蹤跡。近年來也逐漸將此類技術運用於農業生態的探討，例如通過飛機、衛星或於高處測量不同波長的光線反射量，再將其轉換成標準化植被指數(Normalized Difference Vegetation Index，NDVI)，就可計算出某區域植物的生長狀況；其中，太陽誘導螢光(Sun-induced fluorescence，SIF)的相關技術具有相當大的應用潛力。植物利用光合作用將光能轉化為碳水化合物，但吸收的光能有1-2%會轉變成螢光，因其與植物光合作用強度具有相關性，因此收集數據可輔助監測光合作用變化與植株生產力，且觀察期間並不影響植物的生長環境。【延伸閱讀】整合衛星和社會經濟數據以改善氣候變化政策 　　SIF技術能用以計算植物的總初級生產量（Gross primary production, GPP），雖然目前已知兩者關係會受到吸收光合效率(absorbed photosynthetically active radiation, APAR)及光利用效率(light use efficiency，LUE)影響，但SIF與LUE的關係至今尚未明瞭，因此美國伊利諾大學(University of Illinois)於大豆田中設置了FluoSpec2，可用於長時間收集田中的SIF及GPP數據，配合觀察作物的生長各階段，提供第一個生長連續性的大豆SIF紀錄，促進人類理解農作物生理和SIF之間的關係。 　　SIF技術可以將傳統的勞力觀察轉化為自動化紀錄，區域尺度的SIF數據能夠幫助改良作物產量預測模型，現在美國各地已陸續設置SIF感測器網路，幫助用於自動化評估農田和其他自然生態系統；而相關的參數仍持續經由各項研究修正，未來也可連結作物的生理特性與關鍵基因之關係。

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>