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未來農耕面對生態困境，智慧農業是解決方針？

農業，是相當早期的文明，當人類可以在一地點定居、不用隨著山牧季移時，穩定的糧食來源成了奠定社會發展的基石，加速工業世代的更迭，更有甚者，工業發明還能促成農業邁向現代化。

然而，爆炸式進展的文明為社會留下諸多問題，如土地破壞、環境污染增加、天然資源逐年遞耗以及糧食生產人力負擔加重等，如今，人們不僅要思考未來糧食供給安全的問題，還要替現有環境提出修復方案。對於隨之而來的工業與資訊混合革命，人類是否能重新思考生存發展方向，為環境與生命建構永續的生活方針？

從生物學家布勞格（Norman Ernest Borlaug）改良出具抗病能力、產出高的小麥以來，常規的農業呈化約式；意即在機械的發明與石化工業合成誕生後，土地操作方式邁向大規模單一化。這種以最小養分定律（minimumlaw）供應植物生長所需的無機礦物，或以大量藥劑控制雜草、病蟲害、儲存等問題的方式，是為綠色革命（Green Revolution），並替代由化學及工業控制培養生命物質的方法。前兩次的綠色革命也許使糧食產量提升，但從未考慮污染留下的外部化成本，使耕種環境面臨風險。

目前，第三次綠色革命目前正隱隱作動，我國政府也正積極投入智慧農業（Smart farming）4.0發展計畫，以數位科技輔助糧食智慧化生產定調。回顧過去幾十年間國際上被提起的糧食生產提案──農業生態學（agroecology）、可持續性農業（sustainable agriculture）、精準農業（precision agriculture）、氣候智能型農業（climate-smart agriculture）、循環農業（ecological recycling agriculture）以及碳匯農業（carbon Farming）等，在概念上互有重疊或分歧的意見，唯一不變的是，必須將整體自然環境納入生產考量。農業轉型過程中將引入更多資訊及生物科技，新的發明是否能加入環境的設計思維並師法自然，創造共享、平衡及永續的循環進而減少污染與重複使用的問題，將會是關鍵的議題。只要能運用新的知識與適切的工具，或許仍能以科學與智慧重構、實踐更有機的環境與生活。

奠定智慧農業的根基

談農業資料數位化 ——

人類的執行計畫過程，是由感官接收來自外在訊息（sense），經大腦儲存、組織、思考（think），接著會做出決定並加以行動（act）。智慧農業的核心依賴大量資料來源，才能綜合分析並作出決策，因此將農業科學資料數位化成了首要優先的工作。以下筆者以自身經驗，提出幾項農業數據工具供讀者了解。

基礎環境數據:

陽光、空氣、水與土壤

針對各地區植物生長過程中的陽光、空氣、水與土壤等環境資訊進行蒐集，所得的巨量環境數據資料將有益為不同的農作物安排合適的環境。

以陽光為例，光合作用為植物生長的重要機制，原生在不同緯度之植物，有其適合的光周期範圍；透過儀器捕捉陽光的日射量、紫外線等資訊，可初步判定來自不同國家的作物可能適合的種植月份。

與空氣有關的測定與分析主要包括溫濕度、大氣壓力、風速、風向、氧氣、二氧化碳與空氣品質等類別。像溫度對栽培作物影響就很大，植物有其適合生長溫度，超過低溫或高溫極限時會造成生長障礙，不同生長期也有不同的最適生長溫度，甚至日夜溫度差距也會間接影響食用的風味；空氣濕度與通風性會影響植株及土壤水分的蒸散，或造成悶熱、悶濕問題，進而引發病蟲害；風力較強處容易使植株受損，可適當調節防護，減低栽培風險；溫室內則應注意二氧化碳消耗，戶外應注意附近是否有空氣污染，影響作物生長與健康。

植物體內重要組成物質──水，則參與了植物有機物質合成與生理代謝，並可促進養分吸收及傳輸，此外水還能調節植物熱量以維持溫度或避免曬傷；從物理的角度來看，水能使植株維持一定膨壓並具有彈性，能夠抵抗物理影響。水分的多寡對植物的影響也不容小覷，倘若水分過多，如連日降雨及田間積水，容易造成根部缺氧並開始腐爛；水分太少則無法供應植物所需，進而使其凋萎。另外，由於植物會直接吸收水分，如有污染，將嚴重危害健康，故應推動灌溉水源水質監測。

土壤科學就相當複雜的，其內含有機物質及無機礦物，也有土壤裡的生態圈，通常在特性上會以物理及化學性質來觀測。在田間能夠直接量測的有土壤溫度、土壤含水率、土壤酸鹼值（pH）與土壤電導度（EC）等，種植前可將土壤採樣送至農業改良場等研究單位進行檢測分析，瞭解其營養成分是否過多或缺乏，並注意有無重金屬污染。此連結（https://bit.ly/2HxHFcF）為桃園區農業改良場之作物營養診斷分析程序，可看到有關土壤、堆肥、葉片及灌溉水採樣與檢送分析的過程。

從耕作到販售都派得上用場的資料庫

除了外在環境的調整外，從作物本身到販售的這一條鏈結，也能透過資料庫的使用將效益最大化。

作物資料庫標記植物從種子階段、生長過程、遺傳學、逆境條件、植株型態、生態特性以及營養需求等訊息，為智慧農業最基礎卻也最重要的工作。關於田間各種益、害蟲與植物間的生態條件與好發環境，可在潛伏期及徵兆出現時運用病蟲害資料庫提早警覺，改善田區物理特性，加強作物抵抗力並營造有益生態；若需採取防治措施，則優先採取非農藥防治，或以科學方式分析，精確用藥。市場行情資料庫則記錄農產品銷售價格及消費者消費喜好，藉以分析、調配市場品項供需，避免生產過剩並維持價格穩定。

遙測技術、地理資訊與田間生態記錄 

為長期監測、觀察空間上土地的使用變化，人們運用遙測（remote sensing）技術搭配地理資訊系統檢視農地可能遭遇的問題，其亦可於災後也可快速評估受損情形。

目前，遙測技術分為空載（airborne）及星載（spaceborne），空載部分使用飛機、直昇機、輕型無人飛行載具（unmanned aerial vehicle, UAV）與高空氣球，星載部分即為衛星；衛星影像的解析度日前到達50公分；無人飛行載具依飛行高度，解析度將可達10公分以下。在地面上，由農友協助執行的田間記錄可作為每一塊田地的生命履歷──長期累積的田間記錄記載人為及自然發生的事件，藉由事件可推演土地變化之過程；短期田間記錄為農作物的生產追溯，提供消費者安心的食材來源。

農業也有維基百科?

除了上述幾項量測與資訊作業外，農業科研和技術研發人員亦需擴充領域知識。農業線上辭典庫應囊括農業各學科，並依詞彙功能加以分組標記，以圖文內容解釋各學科體系中之名詞表達、科普原理、技術操作及歷史文化等釋義，以供入門農業生產經營者查詢、學習。

感測讓農業更「感性」

發揮農業科研價值

上述資料採集，可粗略分為「人工觀測記錄」與「裝置自動記錄」。過去，農友可能會在家門外掛設溫溼度計，以便出門前觀看，並在一天忙碌後以日曆或筆記本記下農務作業進度；而現代，許多「數位農民」帶著行動裝置下田，以影像觀察作物生長健康狀態及田間生態調查，並使用手機行事曆進行工作排程，或以試算表計算每季收益。

在資通訊設備的輔助下，高空中有氣象衛星觀測天氣變化，亦有資源衛星監測土地及水資源利用狀況；而地面上的農業物聯網（Internet of Things, IoT）裝置漸漸部署到田間，將農田裡的環境資訊上傳到雲端系統儲存，農友在巡田管理上會更加即時、便利，也可以更細部觀察田間微氣候差異。不論透過人聯網（Internet of People, IoP）還是物聯網，皆提升了人機互動的頻率，網際網路的發達使資訊流通更快速，訊息服務開始成為未來的商業模式。

各項感測器與農業大數據的逐步盛行，是否能為農業帶來新的契機？以下帶讀者看看國內外各項實例。

農業氣象站

首先介紹我國政府的農業氣象站與農業氣象記錄，如圖一所示。農業氣象站的設立雖年過50載，但在內容上，無論是分布數量上還是資訊提供皆有大幅成長，截至2016年止，農業觀測站數量從過去的15座來到現今的41座。

設置在農業區的一級氣象站，彌補了一般非農業區自動站的不足，其所觀測的項目包括平均∕最高∕最低氣溫、露點溫度、相對濕度、降雨量、平均風速、瞬間最大風速與風向、最多風向、日射∕照量、蒸發量與氣壓等多個項目，除了能可更精確地反應耕地氣候狀況，研究人員依此可提供天氣資訊、病蟲害預警、作物豐歉預估或品種試驗等，農友可加入各區域農業改良場之行動網頁（圖二）或訂閱LINE即時推播通知（圖三），更智慧化的提早規畫農事，降低氣候不穩定的風險。（目前，各農業改良場服務區域如表一所示。）