計畫成果專刊 智慧科技於農業生產之應用 智慧新農力
（以計畫主持人機構及計畫編號順序羅列）
國立臺灣大學森林環境暨資源學系暨研究所
國立臺灣大學生物產業機電工程學系暨研究所
國立臺灣大學植物病理與微生物學系暨研究所
國立臺灣大學農藝學系暨研究所
國立臺灣大學園藝暨景觀學系暨研究所
國立臺灣大學動物科學技術學系暨研究所
國立中興大學土壤環境科學系（所）
國立臺灣海洋大學食品科學系
國立臺灣海洋大學水產養殖學系
國立屏東科技大學生物機電工程系
國立屏東科技大學食品科學系
國立屏東科技大學材料工程研究所
國立宜蘭大學食品科學系（所）
國立中興大學生命科學系（所） 國立中興大學動物科學系（所） 國立陽明交通大學電機工程學系（所） 國立陽明交通大學影像與生醫光電研究所 國立中山大學資訊工程學系（所） 國立成功大學生物科技與產業科學系 國立暨南國際大學土木工程學系（所） 國立嘉義大學生物機電工程學系（所）
國立中興大學園藝學系（所） 國立中興大學植物病理學系（所） 國立中興大學分子生物學研究所 國立中興大學基因體暨生物資訊學研究所
國立宜蘭大學生物機電工程學系（所） 國立臺中科技大學智慧產業學院 中央研究院農業生物科技研究中心 中央研究院分子生物研究所 行政院農業委員會農業試驗所農業工程組 行政院農業委員會農業試驗所花卉研究中心 行政院農業委員會農業試驗所農業化學組 行政院農業委員會農業藥物毒物試驗所生物藥劑組 行政院農業委員會臺南區農業改良場作物環境課 財團法人食品工業發展研究所生物資源保存及研究中心 財團法人國家實驗研究院台灣儀器科技研究中心 財團法人農業科技研究院植物科技研究所 財團法人農業科技研究院產業發展中心 感謝所有熱忱參與 107 ～ 110 年度「智慧科技於農業生產之應用」專案計畫之大專院校、學研機構 及政府相關研究單位，在以解決臺灣農產業困境為導向，投入智慧農業科技創造與研發，引領農業生 產環境朝向省時、省力、省工、精緻化及資源再利用之安全且便利的未來發展，促進整體科研競爭力 及產業卓越力，特此深謝。 致 謝 1
2 CONTENTS目錄 BioICT 創新局 進擊農業未來 10 年 讓微生物更給力 為農畜水產增產創價 神奇植物內生菌發威 強大農作物的生長力 跟炭疽病說掰掰 從源頭與非農藥技術根除草莓病害 循環經濟再利用 以有限資源創造最大價值 廢物利用成神器 塑膠支架省錢環保又省工 讓稻米從小頭好壯壯 長得好產量高 豬糞變黃金 不只發電還能賣碳權 搞懂基因編輯 革新現有禽類育種模式 30 年磨一劍 發現領先世界的抗蟲稻米 長肥長大抗寒害 靠飼料就能讓魚兒輕鬆過冬 找出新出路 化腐朽為神奇的「菇腳」 小米育成加速器 智慧科技提升小米競爭力 科技養魚苗 少人力、省空間、高產能 「3D 建模」預警田間風險 幫果農種出好蓮霧 全自駕無人車巡田 雷射除蟲護作物 決勝生產智能化 臺灣文心蘭提前部署 電腦監控配種、飼養 優化臺豬全球競爭力 澆水、噴藥、除草、採收 甜椒機器人全搞定 揭開松露生長之祕 就靠智慧裝置發功 鴨蛋裂痕檢測再進化 高準確又可追蹤溯源 04 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 36 38 40 42 44 46 48 50 序 農業生物科技 （農業生物科技、水資源利用及環境優化技術之開發） 智慧機械／ AIoT （小型農機智慧化及 AI ／ IoT 在農、漁、畜業之應用）
3 作物健檢新利器 讓害蟲、疾病無所遁形 精準飼養出擊 養豬場抑臭減汙有妙方 埔里茭白筍三大環境危機 要靠智慧科技拆彈 訓練 AI 製茶 助臺茶重返全球市場 本土 AI 技術養蛋雞 農民省力、雞也開心、蛋有品質 溫室作物對抗熱障礙 從根溫管理下手 監視蝦子版「楚門的世界」AI 讓養殖效率更好 作物健康超前預警平台 未卜先知水稻的未來 智慧化的溫室栽培 聰明又更富有人性 蟲蟲危機大爆發 各路專家齊聚捍衛果園 透過無抗養殖水產 讓你吃得美味又安心 茶園裡的大夫 從外觀到土壤的全方位診斷 運用大數據分析 牧場狀況透過雲端報你知 農業智慧機具 幫農民巡田呵護作物健康長大 從地面到空中 360 度掌控果樹生產資訊 光電科技結合農業 發展田間智慧機器人 智慧科技打造省工機具 為農民找到省力方式 看得更多也更遠 以新科技精準管理蔬菜生產 鳳梨田間機器人 幫忙催花不喊累 突破貯運、檢疫瓶頸 釋迦出海遠征國際市場 最強保鮮術加持 臺灣水果挺進遠程市場 抗老、緩劣變 科技為截切蔬果延長上架時間 重視自然環保需求 全方位的包材保鮮策略 從森林資源出發 開發環境友善新型態包材 調氣包裝與高壓靜電場 成為蔬果延長鮮度的時光包巾 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80 82 84 86 88 92 94 96 98 100 102 貯運保鮮 （農、漁、畜產品保鮮之應用）
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同的需求。這一番話，清楚解釋人類需求如何牽動農業 型態的變化。 資通訊技術（ICT）、物聯網（IoT）、大數據（Big Data）分析、人工智慧（AI）、影像 AI 等智慧科技， 與農業互相激盪，迸發出來的新火花，正在為臺灣農業 解決難題並創造新的契機。 落實管考 驗證技術應用價值 臺灣農地小又零碎，許多果園、茶園多位於坡地， 必須高度仰賴人力進行田間管理，然而近年在農村高齡
府提倡智慧農業，就是要解決人力問題，提高農業生產 效率。 為此，科技部（註）在 2018 年起，執行為期 4 年 的「智慧科技於農業生產之應用」專案計畫，針對育成 抗逆境品種、有效利用水資源、利用微生物提升作物抗 逆境能力及改善禽畜飼養環境達到環境優化、開發替代 智慧科技支持農業，發展出智能管理、精準生產的現代新樣貌。展望未來，農業又有哪些趨勢與改變， 值得我們期待？ 註： 本書中所提及之「科技部」，配合行政院組織改造，於 2022 年 7 月 27 日起改制為「國家科學及技術委員會」，因計畫執行期 間仍為科技部所屬計畫，故保留原名。 ︱序︱ BioICT創新局 進擊農業未來10年
當人類開始從事農耕，有了更多的食物、養活更多 的人口後，對於農業的要求，從滿足「吃得飽」 的基本條件往上進階到「吃得好」、「吃得安全」、「吃 得健康」。 從「吃得飽」到「吃得好」，農業生產也從勞力密 集轉為技術密集；進入「吃得安全」階段，則是知識密 集；現在大家重視「吃得健康」，農業就必須導入智慧 科技，生產各種安全且有益健康的食材，迎合每個人不
化、出現嚴重缺工的狀況下，上了年紀的阿公、阿嬤成 為農工主力，遇到農忙調用農工支援時，常常一卡車坐 了十多位「千歲團」的農工，遠赴山區採茶、採菜，而 且超載狀況相當嚴重，發生過翻車死傷等意外，所以政
依據消費端的需求進行計畫生產。因此，產與銷都要做 到精準控制，臺灣在這一塊還有很多的發展空間。 隨著新科技不斷出現、跨領域整合蔚為風潮，望向 未來 10 年，BioICT（生技＋資通訊）將是發展重點， 包含農學、醫學在內的生技（Bio）領域，臺灣的人才 水準極高，加上 ICT（資通訊）產業發達，相信能為臺 灣農業翻出全新一頁。
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科技部退場，因此相信在計畫 4 年期滿後，肯定會有推 廣成果。 農業的下一步 瞄準產銷精準控制 臺灣農業獲得好品種，可以對抗氣候變遷、病蟲害 等逆境，加上透過智能科技的管理，讓產量大幅增加後， 接下來就要處理包裝、銷售的問題，發展冷鏈、導入物 聯網技術，不僅要提高農作物貯運後的品質、快速讓消
國家科學及技術委員會生命科學研究發展處處長
人力的自動化農業機械、整合採收、倉儲到物流配送管 理的冷鏈技術、開發新型包裝材質或柵欄技術等面向， 向國內學研界徵求相關應用的研究計畫，並由農科院協 助專案推動相關事務。 科技部每年都會落實管考，而且強調研究團隊一定 要進入農業場域，進行創新技術的驗證。在嚴格管考下， 曾經出現研究團隊因為無法展現技術應用的價值，而被
費者購得最新鮮的產品，還必須精準掌握消費行為，並
「智慧科技於農業生產之應用」計畫 打造農業永續E時代 近年來，隨著氣候趨向極端化，造成作物生長時 序錯亂、病蟲害增加、農作物保鮮與貯運不易 等衝擊，加上從農人口高齡化及農業人力短缺等因 素，使得臺灣農業生產成本增加、糧食供應不穩定， 較難與世界各國競爭。不過，這些影響臺灣農業發 展的變數，都將借助智慧科技之力，可以獲得解決 策略。 科技部於 2018 年推動「智慧科技於農業生產之 應用」計畫，邀集國內的大學及農研機構展開跨域 合作，研發智慧農業創新科技，協助農作栽培及漁、 畜飼養模式，朝向省時、省力、省工、精緻化及資 源再利用方向發展，並進一步吸引年輕人投入農業、 建立安全且便利的農作環境，讓臺灣農業邁向年輕 化、高競爭力，具備征戰全球市場的新動能。 本專刊收錄 45 篇「智慧科技於農業生產之應用」 計畫的精彩成果報導，並分為「農業生物科技」、「智 慧機械／ AIoT」、「貯運保鮮」三大類別，介紹感 測元件、資通訊、物聯網、共通資訊平台（大數據）、 智慧機具、人機輔具等創新技術，為農業帶來智慧 生產、永續經營的新樣貌。 圖 /shutterstock 6
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農業生物科技 （農業生物科技、水資源利用及環境優化技術之開發） ︱農業生物科技︱ 8
研究主軸 計畫名稱 ❶ 抗逆境育種與益生菌應用 ❷ 農業生產管理與環境優化 ❸ 農業廢棄物加值再利用 ◎益菌微生物體於農業之應用 ◎應用植物內生菌之功能性代謝產物研發新型植物抗逆境及生長調節劑 ◎草莓生產之關鍵病害管理 ◎農業事業廢棄物加值利用關鍵技術開發與商品化應用 ◎再生塑膠複材應用於農業設施之研究 ◎發展本土促進植物生長之益生菌以綜合提升水稻之抗病及耐逆境能力 ◎以農業廢棄物與豬糞共消化生產甲烷 ◎利用表現體學與基因編輯技術開發新禽畜品種 ◎利用智慧科技加速抗褐飛蝨水稻抗性解析、品種改良與產業應用 ◎白藜蘆醇誘導長壽基因啟動－吳郭魚抗低溫緊迫的關鍵系統體學研究 ◎菇蕈產業之綠色循環關鍵技術及高值化機能性農用產品開發計畫 ◎利用新興農業科技提升臺灣小米產業 9
︱農業生物科技︱ 10 大家熟知的益生菌，在幫助人類保護腸道外，也能促進農作物、禽畜、魚蝦的生長與抗病。臺灣有一 群微生物、植物、動物、水產領域的農業專家，組起一支跨領域的研究團隊，要為 4 株益菌打造多元 應用、快速產業化的綠金大道。 撰文／莊安華、財團法人農業科技研究院 攝影／汪忠信 讓微生物更給力 為農畜水產增產創價 在農業上，國內學界已找出幫助植物、家畜、家禽、 水產動物生長，或解決土壤農藥殘留的微生物， 得以兼顧糧食安全與環境友善。不過，學界研究微生物 的應用，多出現「單一菌種用於單一領域」，使得應用 無法多元。這類狀況看在中興大學植物病理學系終身特 聘教授黃振文的眼裡，感到憂心，他強調，「微生物的 研究與應用，必須要跨域合作，不分彼此，一起發掘微 生物的潛力。」 跨域合作 加速益菌產業化 黃振文過去長期帶領興大植病系、農藥殘留檢測中 心的專家，收集臺灣各地的土壤與植物樣本，篩選出多 株促進作物生長、抵抗病蟲害、降解農藥殘留的益菌微 中興大學植物病理學系終身特聘教授黃振文（前排左3）整合興大、農科院專家群的專業領域，展開跨領域研究，目前已有2株益菌的應用，與台 茂奈米生化公司董事長林冬霧（前排右2）完成技轉合作。
3 株芽孢桿菌 屬益菌均是美國、歐盟及臺灣農委會公告添加在飼料裡 的安全菌株，其效用不僅都可以促進多種作物成長，抑
制青枯病、炭疽病、露菌病等植物病害，以及降解堆肥
的殘留農藥，還能加入豬、魚的飼料中，幫助豬隻、魚 隻的腸道形成益菌叢 ; 至於稠李鏈黴菌在防治植物病害、 治療魚病上，也有類似的優異表現。
如何將益菌技術轉變成能吸引廠商技轉、快速進入 市場的商品，也是這項研究計畫的研發重點。黃振文解 釋，興大校內設有微生物醱酵教學研發工廠，能先為益
露菌病嚴重危害，連安全用藥都沒法對付病菌，有機栽 培更是抗病無望，後來她使用了台茂技轉的微生物實驗 製劑後，就不再害怕露菌病的侵襲。現在種植的有機九 層塔，長得青翠旺盛也耐儲放，1 公斤裸裝批發價 180 元，為慣行九層塔的 3 ～ 4 倍。她笑說，微生物的力量 加值了九層塔！
自曾祖父時代就在高雄彌陀養殖虱目魚的青年漁民 黃煥升，也參與這項計畫的試驗。他將添加益菌的魚飼 料餵養虱目魚，結果有吃添加益菌飼料的魚，在體重、 體長、可食部位的魚肉厚度、健康狀況、飼料換肉率、 活力等表現，都優於對照組的魚。 農漁民使用微生物製劑的良好回應，讓研究團隊與
11 益菌微生物體於農業之應用 生物。為了能讓微生物發揮「一菌多效」，黃振文團隊 挑出 3 株芽孢桿菌屬益菌（枯草桿菌、地衣芽孢桿菌、 凝結芽孢桿菌）、1 株稠李鏈黴菌，與農業科技研究院 植物科技、動物科技及水產科技研究所共組研究團隊， 展開微生物跨領域的應用研發。 興大植物病理學系教授黃姿碧指出，
菌開發配方、醱酵量產的流程與技術，然後再轉移到農 科院設於屏東農業生物科技園區的微生物醱酵工廠，驗 證工業量產的穩定性。農科院植物所研究員黃文的表 示，技轉廠商需要花時間建立醱酵槽及培訓人才，而農 科院則在廠商尚未建立生產規模之前，可先支援進行菌 種增量、品管，快速讓廠商或業界承接技術。 農漁民讚譽有加 產業化指日可待 目前這項計畫已有初步的技轉成果，由台茂奈米生 化公司技轉其中 2 株益菌的應用。台茂是生產二氧化矽、 碳酸鈣的臺灣化工大廠，近年成立農業事業科技部，也 是興大產學合作的長期夥伴。台茂董事長林冬霧指出， 在極端氣候衝擊下，作物遭遇持續暴雨、持續高溫後， 容易發生病害，農民使用添加微生物的植物保護用製 劑，加強作物的抗病及抗逆境能力，能大幅提高存活率。 微生物發揮的效用，令農民驚豔。在屏東萬丹從事 有機耕作的佳合農產公司負責人黃淑女，種植有機九層 塔，供應全臺三大賣場通路。她說，九層塔在這幾年被
技轉廠商對後續的研發更具信心。接下來，研究團隊將 進行雞隻飼料的研究，繼續為臺灣微生物製劑的多元領 域應用、產業化，打造一條快速道路。 研究團隊使用3株芽孢桿菌屬益菌、1株稠李鏈黴菌，開發製成微生 物製劑與豬隻、魚隻飼料添加劑。 農科院的微生物醱酵工廠，設備與人員齊全，可支援廠商進行量化生 產、快速承接技術。 研究團隊開發多元應用的益菌，能改善魚隻腸道菌相，增進魚隻肥滿 度，並改善魚塭水質。圖上方的虱目魚吃了添加益菌的飼料後，體型 比下方對照組的魚長得還大。
︱農業生物科技︱ 12 要讓農作物快速生長、頭好壯壯，也可不必倚靠基因轉殖、品種改良、噴灑農藥與肥料喔！中興大學 生命科學院的研究團隊，研發出植物內生菌生物刺激素，就像大力丸一樣，給作物增強健康茁壯的驚 人功力。 撰文／莊安華、財團法人農業科技研究院助理研究員 張筑喻 攝影／汪忠信 神奇植物內生菌發威 強大農作物的生長力 由中興大學生命科學系特聘教授黃介辰、食品暨應 用生物科技學系終身特聘教授蔣恩沛、生命科學 系教授黃皓瑄所組成的研究團隊，他們從野地常見的禾 本科植物「培地茅」，篩選出一株「Burkholderia sp. 869T2」的植物內生菌，將其代謝產生的生物刺激素 PQQ （Pyrroloquinoline quinone），噴灑在香蕉苗、蔬菜苗、 蘭花苗上，長出根系發達、高大健康、抗病與抗逆境、開 花數更多的成株，不但縮短種植時間、提升產量與品質， 也能減少農藥、肥料的使用，增加農民收益。 促進植物生長 可望取代基轉 「臺灣農業法規目前還無法界定植物生物刺激素， 因既不屬於農藥，也不是傳統肥料，它的角色有點類似 促進健康的腸道菌跟分泌物，也可以說是幫助植物強筋 健骨的大力丸。」黃介辰提出一個容易理解的比喻，並 指出多數民眾質疑食用基因轉殖作物，會造成人類健康 上的威脅，而植物生物刺激素正好迎合這樣的趨勢，可 望取代基轉。 黃介辰帶領的團隊在科技部「智慧科技於農業生產 之應用」專案計畫，以及農委會「農業科技專案計畫」、 「農業科技產學合作計畫」的支持下，成功開發出「全 方位植物內生菌型生物刺激素」技術，獲得國內生技研 發與創新力表現的最高指標性競賽― 2020 年第 17 屆國 家新創獎的肯定，並在持續努力下，進一步拿到 2021 年第 18 屆國家新創獎的精進續獎。 中興大學生命科學院的研究團隊，是國內植物內生菌領域的第一支先驅部隊。
在 2020 年已經超過 26 億美元，預期 2025 年將成長至 49 億美元。 臺灣植物生物刺激素的產品，目前處於萌芽階段， 尚無規範可循，黃介辰希望將研究團隊已經取得專利的 生長調節劑，結合智慧農業的人工智慧管理決策系統，
13 應用植物內生菌之功能性代謝產物研發新型植物抗逆境及生長調節劑 研究團隊不光是找出培地茅的植物內生菌與 PQQ，也從雲林莞草、蜘蛛蘭中，發現可以有效提高 植物耐鹽、耐旱的內生菌，以及其相關代謝的生物刺激 素，並且將生物刺激素的合成酶，以合成生物學技術接 入枯草桿菌中，做成史上第一株人造植物內生菌，研製 幫助植物成長與抵擋氣候變遷衝擊的生長調節劑，並以 此成果帶領中興大學學生團隊得到國際遺傳機器設計競 賽（iGEM）的金牌肯定。 降低罹病率 減少使用農藥 「對於臺灣推動化學農藥 10 年減半的政策來講， 植物生物刺激素將會是很重要的武器。」黃介辰舉例指 出，香蕉樹平均高度約 230 公分，將 PQQ 施用於香蕉 苗後，植株會長到 260 公分，而且香蕉黃葉病的罹病率 從 25% 降至 3% 左右，展現優異的抗病效果。 另外，在黃介辰的實驗室裡，陳列架上一盆盆用培 養土種植的大白菜苗，長得青翠挺拔。其中，有噴灑培 養植物內生菌上清液的菜苗，與只澆灌清水的對照組相 比，個頭明顯要來得大，而且葉片組織依然保持幼嫩。 植物內生菌的應用，兼顧環境友善與糧食安全，如 何將技術導入栽培現場落地，已是箭在弦上。研究團隊 透過產學合作夥伴豐聯資訊的引薦，到外銷生菜至海外 市場的台灣生菜村，進行生物刺激素施用於結球萵苣的 田間試驗。 豐聯董事長黃裕峰指出，臺灣萵苣生長期為 10 月 至翌年 4 月，在植物內生菌的幫助下，可望提前至 9 月 種植，並將產期拉長至隔年的 5、6 月，另外還能提升 萵苣的重量、葉片緊密等優良品質的表現。 目前，研究團隊也與多家蘭園合作，針對外銷美國 市場的文心蘭盆花，施展植物內生菌生長調節劑的大力 丸效果，希望讓植株能挺過長達 1 個月暗無天日的船運 時間。 結合農業 AI 鏈結淨零碳排、碳權交易 植物生物刺激素的新問世，為全球農業對抗氣候變 遷、糧食危機，帶來不同以往的解決方案，帶起潛力無 窮的商機。黃介辰指出，全球生物刺激素的市場規模，
管理決策系統精準算出節能減碳的數據，作為未來鏈結 淨零碳排、碳稅及碳權交易的應用。」黃介辰強調。看 來植物內生菌、生物刺激素的影響力，不止於農業栽培 內，也將為地球永續注入更多正向力量。 施用植物生物刺激素的大白菜苗（右列），植株高度與葉片，均比對 照組來得高大。 中興大學生命科學系特聘教授黃介辰（左）表示，生物刺激素直接調 控植物體的基因表現而改變其農藝性狀，具有取代基轉作物的潛能。 在中興大學食品暨應用生物科技學系終身特聘教授蔣恩沛的實驗室裡， 研究人員利用碳流追蹤分析，證實植物內生菌代謝物優化細胞的能力。
打包成為一套統包解決方案（turnkey solution）。 「植物生物刺激素能減少農藥、肥料的施用，讓農 業減少大量碳排放。所以我們還有一個夢想，就是藉由
︱農業生物科技︱ 14 草莓是許多國人喜愛的水果之一，每當產季到來，市面上總會掀起一股「草莓熱」，可說是非常具經 濟價值。但其實草莓非常嬌弱，在栽培過程容易受病蟲害侵擾而減產，為了解決草莓農的難題，在科 技部「智慧科技於農業生產之應用」專案計畫支持下，國立臺灣大學與行政院農業委員會苗栗區及桃 園區農業改良場合作，協助農民共創健康草莓育苗及生產模式。 撰文／林郅、財團法人農業科技研究院研究員 陳南宏 攝影／林郅 跟炭疽病說掰掰 從源頭與非農藥技術根除草莓病害 隨著全球暖化加劇，極端氣候與各式病蟲害導致蔬果 農產損失慘重，炭疽病就是草莓的頭號殺手，在 2015 年甚至曾導致臺灣草莓缺苗至少 400 萬株，造成農 民龐大經濟損失。為解決此困境，臺灣大學攜手苗栗區 及桃園區農業改良場，希望建立草莓耐逆境栽培模式， 達到有效降低炭疽病發病率、減少農藥使用並提高產量。 行政院農業委員會苗栗區農業改良場呂秀英場長表 示：「為了達到根除草莓栽培病害目標，研究團隊自三 個執行面向著手：一是建立草莓炭疽病快篩技術；二是 建立草莓炭疽病物理性防治技術；三是透過非農藥方式， 提升草莓自我保護能力。」希望藉由這三道防線，增進 草莓生產產量及產值。 研究團隊為草莓病害防治共同努力，左起依序為行政院農業委員會苗栗區農業改良場生物防治分場鐘珮哲分場長、呂秀英場長、計畫主持人陳昭瑩 教授、鍾嘉綾教授、林乃君教授、桃園區農業改良場羅國偉助理研究員。
改善效率及減少消耗，我們將過往使用的葉部噴霧接
種，改良成噴霧、冠部同時接種，達到節省植株的效
用。」此外，快篩技術也更加精進，僅須利用葉圓片做
測試，就能簡單快速篩檢。
雖然草莓產業長期深受炭疽病侵擾，但始終沒有釐 清是何種病原菌影響最嚴重。經團隊研究發現，好發於 高溫環境的「Colletotrichum siamense」為影響最多， 有了此根基，不僅可對該種進行更深入研究，也能與其
農業改良場生物防治分場鐘珮哲分場長表示：「產業變 化是無法預期，即使品種轉變讓整個方向需重新調整， 卻也因為之前研究奠基，在面對新興病害時能夠更順利 應變。」
在此次研究，有許多與農友合作環節，而透過產業 與學術交流，也創造出更好的成果。臺灣大學農化系林 乃君教授表示：「從實驗室走到產業，才會發現理論與
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建立草莓病害管理模式
摸清炭疽病底細
建立快篩技術是第一步，因草莓繁衍並非透過種 子，是以走莖進行分株繁殖，如何在育苗期就能將受到 炭疽病潛伏感染的植株剔除，是非常重要的第一道防 線。臺灣大學植物病理與微生物學系鍾嘉綾教授表示： 「在測試病原菌接種過程，常需要大量植株試驗，為了
至於在防治層面，研究團隊透過三項技術增強草莓 對炭疽病的抗性：第一是透過物理性防治，發現照射過 UVC（紫外線）的草莓能夠有效降低炭疽病發生率，亦 能降低葉蟎數量，減少蟲害發生；第二是利用內生菌強 化草莓組培苗，提升抗性以及抗高溫特性；第三則以植 物防禦蛋白作為工具，將防禦蛋白製劑與水混合後，澆 灌於草莓上，約 10 天處理一次，能有效降低植株罹病率。 從需求面出發，可說是智慧農業專案的初衷，與產 業接軌更是關鍵。當團隊正緊鑼密鼓進行研究時，許多 大湖草莓農友覺得原種植的品種「豐香」抗病性弱，難
他國家技術交流，防止因全球暖化導致原本好發於亞熱 帶的病原菌擴展至溫帶國家。
以培育，陸續改種「香水」品種，因主流品種改變，也 讓研究團隊發現了新興病害「葉枯病」。農委會苗栗區
應用有一定程度落差，儘管吃了不少苦頭，但也增加了 不少經驗。」 計畫主持人臺灣大學植物病理與微生物學系陳昭瑩 教授說道：「希望能藉此計畫建立病害管理模式，以非 農藥防治方式增強草莓抗性，也期許在未來能夠培育出 抗病耐熱品種，不僅讓臺灣草莓產業脫離炭疽病危害， 也能夠藉此走向國際。」 炭疽病菌透過孢子傳播，若未及時防治，容易讓草莓園損失慘重。 鐘珮哲分場長與農民說明炭疽病防治新技術與措施。 在抗病育種過程中，擁有具抗性的種原是一大重點。因此，結合 苗改場生物防治分場及桃改場新埔工作站，從中整理出約 70 個品 種系，其中同時具有葉部與冠部抗性的品種便是 TYS16109。期望 以此品種作為親本，透過與其他品種雜交，培育出具有抗性又能 生產飽滿果實的草莓品種。 從眾多種原中挑選 雜交培育出抗病草莓 以各式種原進行培育，盼能育出具有炭疽病抗性的草莓。 草莓生產之關鍵病害管理
16 ︱農業生物科技︱ 由農委會農業藥物毒物試驗所、茶業改良場、畜產試驗所新竹分所、高雄區農業改良場、臺中區農業 改良場所組成的團隊，在多年來的研究中，將農業事業廢棄物做更進一步的利用，沼液、雞毛、木黴 菌變身為優質肥料、廢棄金針菇太空包再製化身為貓砂，用最少資源創造最大價值，推動循環經濟， 達到永續經營的目標。 撰文／戚文芬、財團法人農業科技研究院研究員 陳南宏 攝影／戚文芬 循環經濟再利用 以有限資源創造最大價值 走 進位於臺中霧峰的「行政院農業委員會農業藥物 毒物試驗所生物藥劑組」內，研究員兼組長謝奉 家（計畫主持人）連同 6 位研發團隊的共同計畫主持 人，熱烈地討論著關於李悅怡副研究員將菇類剩餘資 材再生製成無敏貓砂一事，且價格是目前市面上同類 型貓砂的一半左右，極具競爭力，大家紛紛驚嘆實在 不容易！ 謝奉家提及，製作出來的成品簡單好用、單價成本 低，才能將循環經濟再利用的價值發揮到最大。像是雞 毛、茶渣、菇類太空廢棄包，乃至於動物糞尿，都是團 隊研究的重要課題。 廢而不棄 重生再創高價值 「屏東的養豬頭數雖然不是全臺最多，但近 3 萬頭 豬一天所產生的汙水就高達數百公噸，非常驚人。」高 雄區農業改良場張耀聰副研究員表示，即使養豬戶按照 政府規定經過 3 階段的處理，但充滿刺激味道的汙水仍 由謝奉家（後右2）所率領的研究團隊，包含曾宥綋（前右1）、張耀聰（前右2）以及洪惠娟、李悅怡、施意敏、邱明賜（後從右依序）等，來自 各單位的專才菁英，大家發揮所長致力於廢棄物研究，以最少資源創造更大價值。
激素 IAA 能力的巨大芽孢桿菌，成功將廢棄的雞毛開發 成具有生物刺激素功能的肥料商品，有效降低對人類、 動植物及環境的傷害，非常實用且安全。 臺中區農業改良場曾宥 綋 助理研究員說明，在研究
利用的肥料、培養土的同時，他們也注意到在植物栽培 過程中，尤其是離土耕作，經濟價值較高的蔬果常常使 用國外進口泥炭土作為基材。謝奉家表示，「這個成本 不低，而且最重要的是，臺灣本身沒有生產。」因此， 在地生產、在地利用也是他們研究中很重要的一環。 在這樣的思維下，畜產試驗所新竹分所施意敏副研 究員發現狼尾草雖然是牛很愛吃的飼料，但牠們卻偏偏
不吃老梗、老莖。在科技部「智慧科技於農業生產之應 用」專案計畫支持下，透過關鍵技術開發，木質化的狼 尾草可以成為菇類太空包中代替木屑最好的成分；另一 方面，洪惠娟副研究員將廢棄的菇類太空廢棄包經過微 生物處理後，取代進口的泥炭土，成為培養文心蘭主要 的基材之一。 善用每一份資源，尤其是農業事業廢棄物的循環再 利用，創造出更多更大的價值，尤其本計畫團隊近兩年
17 農業事業廢棄物加值利用關鍵技術開發與商品化應用 令人不敢領教。這些處理過的汙水再加上難聞的氣體， 稱為「沼液」。張耀聰強調，藉由發酵物質的調整，沼 液的味道會變淡，透過添加物的使用，則變成營養價值 高的液態肥料，不但可以防治病蟲害，還可以提高農作 物產量。 在另一項研究中，透過具有溶解磷和產生植物生長
或缺的纖維分解酵素，但精準添加的比例、數量，在在 都關乎最後做出來的產品成果。茶業改良場邱明賜助理 研究員則是將木黴菌添加在茶渣裡，使之堆肥升級為更 具價值的農業資材。 在地生產、在地利用大幅降低成本 在將沼液、菇類太空廢棄包、茶渣等，轉化為可供
過程中，除了要找出適當的微生物之外，比例的多寡也 很重要。臺中區農業改良場洪惠娟副研究員指出，一如 許多人都知道木黴菌的好處，是堆肥過程中土壤裡不可
已有多項研發成果正進行技術移轉給業者，有效落實研 發成果的商品化與產業化。 藉由發酵物質的調整，氣味難聞的沼液也可成為農民利用度高的液態 肥料。 將廢棄資材轉變為價值較高的培養土，不僅可降低垃圾量，還可創造 更多價值。 以廢棄太空包製成的貓砂，是農業藥物毒物試驗所李悅怡副研究 員多年來的研究成果，同時也深受總統蔡英文矚目。 李悅怡分享，最初因為自己有養貓，每年購買貓砂的費用其實不 少。以成本效益考量，試驗過無數方法後，發現以木屑製成的菇 類太空包最具吸水特性，再加上金針菇太空包所製成的貓砂顏色 較淺，貓主比較能接受。這款環保貓砂不僅生產成本低，對比現 在市面上常使用的礦物砂，還可減少過敏原與粉塵，提升貓咪和 飼主的安全。 廢棄金針菇太空包 再製環保貓砂 李悅怡所開發的貓砂，成本不到同類型貓砂的一半，深獲廠商及 飼主的青睞。
18 ︱農業生物科技︱ 塑膠製品對環境傷害已是大眾熟知問題，在難以禁絕情況下，循環利用或許是最好解方。「以農立校」 的國立屏東科技大學也為此貢獻心力，利用多種廢棄物製成新型再生複材支架，不僅可取代金屬材質 製品，而且更加耐用便利，讓農業與環保一起升級。 撰文／葉文欽、財團法人農業科技研究院助理研究員 張筑喻 攝影／葉文欽 廢物利用成神器 塑膠支架省錢環保又省工 隨 著國人環保意識提升，臺灣廢塑膠容器回收 率約達 8 成，然而再利用效率仍相對有限。 例如：在大型再生基材開發上，由於成品強度不足， 無法像金屬或水泥那樣提供足夠支撐力。屏科大材 料工程研究所李英杰教授團隊便克服這難題，把廢 棄塑膠轉變成可抗強風、耐暴雨的支架，用以搭建 溫室，也可直接當成植物攀爬架。除達到廢棄物減 量，資源再利用目的外，更棒的是耐用、省工、省 錢、施工方式簡易，農戶可 DIY 完成，當真是化腐 朽為神奇。 團隊成員皆為屏科大各領域的菁英，左起為土木工程系蔡孟豪教授、材料工程系李英杰教授，及農園生產系林資哲助理教授，另外還邀請塑膠工業 技術發展中心曾向榮博士一起合作，李英杰教授也特別感謝學校給予空間搭建溫室，讓研究順利進行。
程系蔡孟豪教授說道，整個搭建結構體都經過商用軟體 的設計和精算，這個簡易溫室只是示範，實際使用時溫 室的長寬都可以延伸，只有高度固定不變，應可滿足農 友使用需求。 相較以往金屬支架，再生複材支架不僅可節省 50％ 材料成本，而且重量減輕許多，只要經過簡易指導，一 般農友也能 DIY 搭建，或直接用來當成植物攀爬架。這 樣環保、經濟又便利的新資材，不但已有許多國內青農
19 再生塑膠複材應用於農業設施之研究 香莢蘭的重量較重，攀爬架原本都使用水泥，但現在可穿插 使用再生複材，未來估計可採水泥支架間搭配兩根再生複材 支架的組合型式，大幅降低施作成本。 以往溫室建材主要都是金屬，尤其是鍍鋅鋼管，不 僅價格昂貴，而且在歷經風吹日曬雨淋，鍍鋅鋼管容易 出現腐蝕與生鏽情況，降低溫室使用壽命。此時塑膠素 材反倒有優勢，恰如李英杰教授所言：「溫室支架的重 點不是要負重，而是要耐風、耐用，在這方面塑膠材質
料。把塑膠廢棄物的聚乙烯對苯二甲酸酯（
棄漁具的尼龍及廢棄汽車保險桿的玻璃纖維結合，再委 託財團法人塑膠工業技術發展中心進行再生複材押出成 型之製程研究，完成第一批成品。 也許有人會好奇，多種廢棄材料結合的複材再生製 品，真能比金屬還耐用嗎？研究團隊特別利用研發的再 生複材成品搭建一個 6x10 公尺的簡易溫室，並在其中 栽種多種不同植物，經過一年半以上田間耐候測試與作 物栽培試驗，證實此再生複材合乎溫室建材需求標準， 除可耐得住 11 級的強風，支架本身在長期使用後也幾 乎測量不到變形情況，預計使用壽命可達 10 年以上。 「以往少有土木專家來幫農友設計溫室。」土木工
想要使用，就連前來考察的日本大廠也有興趣，看到如 此輕巧又抗強風的材料，都認定很有發展潛力，希望能 有合作機會。 「除了當溫室支架與植物攀爬架外，這個再生複材 也能取代其他農業領域所需資材。」李教授表示，像是 養豬場裡會產生大量的硫化氫，很容易導致金屬支架生 鏽，就可以改成塑膠，或是栽培木瓜所需的支撐架等， 也都是值得發展新用途，相信未來可以全面推廣到各應 用層面，幫助臺灣農業達成更環保的目標。 可以 DIY 的作物攀爬架 簡易、整齊又堅固 除直接用來搭建溫室，這項新再生複材也是很好的攀爬架。在達順光電 農場種植香莢蘭的林桐榮表示，一般用鋼筋水泥製作的攀爬架雖然穩固， 但是施工至少需要兩人共同施作，還得動用怪手定樁，耗時耗力且難以 精確施工，每根水泥柱高低不一，施工一整天往往也做不好一排架子。 相較使用再生複材可以單人直接施作，一小時就能完成七八根攀爬架， 而且整齊劃一。如果承載重量太大，也可以改用水泥與再生複材穿插組 合，分散重量。 再生複材支架原本想做成圓形管，這樣雖然方便壓製成形，但與之搭 配的現成扣件卻不好找，在多次開會集思廣益後，以田字型創意兼容 兩者之長。 在屏東達順光電農場種植香莢蘭的林桐榮，是新再生複材的首批愛用 者，大量使用於香莢蘭的攀爬架。
比金屬更合適。因此，我才起心動念，用塑膠來取代金 屬。」 耐用、輕盈又環保 新時代的農業資材 這麼好的點子，為什麼國際上沒有先例呢？李教授 指出，塑膠固然耐用，卻有幾點不如金屬：首先是強度 不佳，其次是遇到高溫易軟化，還有在長期日曬後會脆 化碎裂。因此，研究團隊並不是直接使用塑膠當建材， 而是在塑膠材料的耐腐蝕特性上，進階研發再生複合材
PET）、廢
20 ︱農業生物科技︱ 氣溫每上升一度，農作物產量就會減少約 3 ～ 10%，而乾旱、淹水、病蟲害等，也同樣危害著農作 物生產。面對諸多嚴峻考驗，臺灣農業生物科技的研究不容輕忽，透過益生菌的開發，從強化稻米本 身的體質到生長階段，每一步都絲毫不能懈怠。 撰文／戚文芬、財團法人農業科技研究院資深研究員 洪子淵 攝影／戚文芬 圖片提供／余淑美 讓稻米從小頭好壯壯 長得好產量高 中央研究院分子生物研究所特聘研究員暨院士余淑 美以篤定的語氣強調：「人要長得健康，最重要 的就是提升自體免疫力，水稻也是一樣。」近年來，在 全球氣溫不斷升高的同時，缺水亦成了常態，嚴重影響 作物產量。以稻米為主食的臺灣，僅有 32% 的糧食自 主率，糧食減產影響到糧食安全。 余淑美進一步解釋道，「臺灣農業以種植稻米為主 要糧食，其他糧食包括小麥、黃豆、玉米等都是來自於 進口。面對糧食生產壓力，如何讓水稻抗旱、不怕水淹、 耐低溫、具有抗病蟲害的能力，最關鍵的還是要從強化 體質著手，才能讓水稻長得更茁壯。」 從種子開始 自內而外強化體質 「不管是噴灑農藥或是加強肥料的施用，都是從葉 片表面或根部的土壤開始，但這些方法都不是根本的解 決之道。」余淑美表示，除了地區、環境的不同，土壤 酸鹼值和成分也有差異，加上肥料流失、農藥殘留等問 中研院分子生物研究所特聘研究員暨院士余淑美所帶領的團隊，包括中研院植微所賀端華院士、中研院生命科學組楊秋忠院士、沈佛亭教授及植病 系王智立副教授、李敏惠教授等，與農科院植科所林育萱所長、黃文的研究員，經常針對益生菌促進水稻的抗旱、耐淹水、防病蟲害做進一步的探 討及研究。
上，使它們從小就頭好壯壯。而這項研究課題，亦是中 央研究院匯集了中興大學土壤環境科學系、生科中心、 植物病理系以及農業科技研究院植物科技所專家的研究 重點之一。 「有別於先育苗，再將秧苗插在田裡的傳統耕種方
菌，處理與未處理分區種植，對照傳統的耕作方式，稻 苗生長差異對比非常明顯。」張煜承說，連務農幾十年 的父母都為之驚呼，成果斐然。
「從 1947 到 2019 年，臺灣每年平均氣溫變化從 22.7 上升到 24.53 度。乍看溫度沒有升高太多，但根據 國際許多研究顯示，溫度每升高 1 度，農作物產量就會 下降達到 3 ～ 10%。」余淑美強調，雖然未來可能還會 遭遇諸多難題，但強化稻米體質、增加產量，已被他們
21 發展本土促進植物生長之益生菌以綜合提升水稻之抗病及耐逆境能力 中興大學研究生張煜承是田間實驗過程中最重要的成員之一，透 過實際的操作，非常了解水稻的成長過程。 題，都是在種植水稻過程中必須掌握的問題。 「首先，我們從強化水稻本身的體質開始做起。」 余淑美提到，先篩選出有助於水稻生長的益生菌，然後 透過益生菌的大量生產與配方，施用在水稻種子或幼苗
式，新方法是將益生菌處理的種子直接播種在田裡（稱 為水稻直播），雖然省工，但可能很容易被鳥吃了。」 余淑美說，為了避免這樣的問題，必須水淹直播稻穀的 田地，以防鳥類竊食，同時還可預防雜草叢生。 在科技部「智慧科技於農業生產之應用」專案計畫 支持下，透過益生菌使用，可以培養水稻從小就具抗旱、 耐低溫、耐淹水以及防病蟲害的體質。中興大學植物病 理系學生、同時也是從小跟隨家人務農的張煜承，在余 淑美的邀請下，成為此次田間實驗過程中最重要的成員
之一。「在我們彰化老家有塊地就用了老師提供的益生
視為絕不可中斷的重要研究使命。 植物生長益生菌 可有效抗旱、耐淹水及低溫、防病蟲害 根據團隊多年研究顯示，植物生長益生菌（PGPMs）對水稻抗旱、 耐淹水、低溫、防病蟲害等，均具有一定的功效。而在田間試驗中， 直接將益生菌處理的種子播種在田裡，與育苗後再插秧的方式相 較，很多人認為可能會增加水稻的生長時間。「其實不然，最後 整體成長過程都差不多。」余淑美表示，未來在降低成本、益生 菌的配方，以及如何讓農民方便使用且有效，都會再更進一步研 究，讓益生菌產業有更佳的成長空間。 一顆顆去除稻殼，以取得最純淨的穀粒做研究。如此一來，也可減少 表面殘留細菌不必要的干擾。 從種子發芽開始，施用效果最好的益生菌，以栽培強壯的水稻。
22 ︱農業生物科技︱ 利用豬糞發電不是新聞，但把第一次醱酵後剩餘的廢液再加入稻稈、竹節、枯枝等農廢棄物，重新調 整碳氮比例，透過厭氧醱酵菌種讓它們「共消化」，再一次產生甲烷，使甲烷量及產電倍增，同時可 達到廢水減排並解決農業廢棄物問題，「把一份豬糞變成兩份黃金」，就是這研究最特別的地方。 撰文／陳志東、財團法人農業科技研究院資深研究員 洪子淵 攝影／陳志東 豬糞變黃金 不只發電還能賣碳權 為什麼豬糞能發電？主要原理是動物的排泄物中含 有大量有機質，這些物質平常接觸到空氣會飄散 惡臭造成環境汙染與周邊居民抗議，但只要把它們好好 收集起來，放進與外界空氣隔絕的「厭氧槽」並加入適 當醱酵菌種，這時非但沒有臭味飄出，還能逐漸分解並 釋放甲烷、二氧化碳、硫化氫等的混合氣體（沼氣）， 同時醱酵後的消化液還含有氮、磷等營養元素。 國立臺灣大學生物機電工程學系周楚洋副教授說， 這時只要把沼氣收集起來，經過脫硫等程序純化，就可 變成像瓦斯一樣的燃料，燃燒後帶動發電機發電。這樣 計畫目前正與桃園觀音弘智畜牧場共同實驗中。圖中右1為臺灣大學生物機電工程學系周楚洋副教授、右2為劉安琪博士、右3為弘智畜牧場主人 蔡弘智，左1為宇陽能源公司楊景富博士。
23 以農業廢棄物與豬糞共消化生產甲烷 豬糞發電是機電工程，卻也是很細緻的微生物醱酵技術， 必須有很好的參數調控與應變，目前多已透過電腦監控。 的綠色能源不只可以回賣給台電，還能衍生科技公司爭 搶的碳權，把豬糞變黃金創造多重利潤。此外，厭氧醱 酵後也能讓原本惡臭的屎尿廢水變成乾淨的灌溉用水， 產生的固體物還可以做成堆肥，徹底回歸農田。 畜牧屎尿廢棄物驚人 成本與收益需精算
問題在於成本與收益。粗估計算，一頭 100 公斤的豬， 平均每天會產生 1 到 1.5 公斤固體糞便，以及 3 到 3.5 公斤尿液，這些屎尿在豬圈中必須大量清水沖洗保持衛 生，平均一頭豬要耗 20 到 30 公升的清水，亦即一頭 100 公斤的豬平均每天產生的屎尿與廢水約達 25 到 35 公斤。目前臺灣養豬頭數約 550 萬頭，養豬場約 6,500 家，其中規模超過 1 千頭以上約 4 分之 1，總在養頭數 約佔 7 成，其他多是 1,000 頭以下的中小型養豬場，屎 尿汙水一定要處理，但若要讓其發電，各種基礎與周邊 動輒數千萬元起跳，投資發電設備難以回收。 共消化系統 大幅提升發電效能與報酬率 要提升發電設備的投資報酬率，第一是在養豬場較
tw）。 每日發電 1203 度 還能種稻米 這套共消化系統，最關鍵技術在於調整豬糞及農業廢棄物等的碳氮數值變化， 以及精準監測並調控醱酵參數，目前多已電腦控制。以目前實驗中的桃園觀 音弘智畜牧場沼氣發電場為例，合計約 5,400 頭豬隻每天產生 160 公噸糞尿 廢棄物，可以發電 1,203 度，足供 80 個家戶使用，每年減少 3,700 公噸碳 排放量，還能解決 10％農業廢棄物。此外，利用發電後的廢水灌溉稻田並製 成蚯蚓肥不怕乾旱，能生產健康安心的稻米，有效解決畜牧糞尿汙染問題， 真正達到綠色生態循環再利用。 桃園觀音弘智畜牧場主人蔡弘智與其所飼養之黑豬。 進行研究中的「共消化槽」，透過此一醱酵環境，可再度產生甲烷， 讓發電量加倍。
豬糞發電看起來完美，但目前仍未全面普及，主要
集中的地區設置共同處理廠分擔成本，其次就是提高沼 氣產量及發電效率。由周楚洋副教授結合臺大森林系、 中研院生化所、生物多樣性中心，及臺大生物能源研究 中心劉安琪博士研究員等人的「以農業廢棄物與豬糞共 消化生產甲烷」研究，就是讓已經生產過沼氣的豬糞消 化液再利用，讓其再次「共消化」產生甲烷提高發電效 率。 讓豬糞得以連續利用兩次，產生兩倍甲烷，發兩次 電，這些綠電可用每度 5.1 元回賣台電，並取得綠能碳 權賣給科技公司。以 5,000 頭規模豬場估算，如果原本 就有廢水處理設備，改用這套系統，20 年後的內部報 酬率（IRR）可從 3.54 ％提高到 33 ％，原本沒有廢水處 理設備也可讓 IRR 從原本負 14 ％提升到 11.78 ％（可理 解為投資 100 萬，20 年後可回收 111.78 萬。較精準 數字可透過沼氣發電推動網試算：www.biogas.com.
24 ︱農業生物科技︱ 過去傳統育種方式，為人們將具有優良性狀的動植 物挑出，透過一代一代的雜交來進行目標性狀的 選育。傳統育種費時費工，在科技部「智慧科技於農業 生產之應用」專案計畫支持下，如今藉著分子生物學與 基因工程技術的進展，相關的技術也愈趨成熟，「基因 編輯」成為跨時代新技術，為動植物育種加速進程。 相信很多人一定有這樣的疑問：「基因編輯與常聽到 的基因改造，到底有何不同？」國立中興大學生命科學系 陳全木終身特聘教授解釋，基因改造是將其他物種的目標 基因，或稱為「轉基因」，植入受贈物種中，成為能穩定 攜帶轉基因的物種。不過，因畢竟是外來基因，民眾對於 食用後是否會影響健康，依然會產生疑慮。 而「基因編輯」則是不帶外來的轉基因，是透過物 種本身既有的基因進行重組或剪接，達到讓功能喪失或 突出的目的。中興大學生命科學系鄭旭辰助理教授進一 步補充，基因編輯的應用沒有物種上的限制，載體構築 簡單快速，幾天內即可完成，而且失敗率低，目前已成 為學術研究上常用的技術。 基因編輯技術 生產理想商用雞 回到計畫本身，中興大學動物科學系陳志峰教授舉 研究團隊由中興大學生命科學系鄭旭辰助理教授（右2）擔任計畫主持人，結合各領域專家，包括唐品琦教授（右3）、陳全木終身特聘教授（左3）、 陳志峰教授（左2）以及瑞興農業生技公司人員（右1、左1）。 雞肉是臺灣主要食用的肉品種類之一，根據 2020 年統計，國人一年吃掉將近 6 億隻白肉雞，這還不 包含土雞、烏骨雞等其他品種。隨著氣候變遷與全球暖化，熱緊迫與相關疾病也愈發嚴重，因此除了 飼養環境的改變之外，從育種開始改良更是刻不容緩的議題。 撰文／林郅、財團法人農業科技研究院助理研究員 張筑喻 攝影／林郅 搞懂基因編輯 革新現有禽類育種模式
25 利用表現體學與基因編輯技術開發新禽畜品種 出簡單例子：以往要分辨小雞性別，需透過肛門外型來 鑑別，這項獨門絕活大多保留在養雞場內，不易外傳， 但藉著基因編輯技術，可以讓小雞的雛羽毛出現歧異進 而判斷性別。 此外，基因編輯技術也能運用在雞隻育種上，藉由 特定基因的突顯或隱藏，改變雞隻的體型、皮膚顏色、
何的公雞配種後，子代會表現出與公雞相同的樣貌，例 如：顏色、腳脛大小等，可以輕鬆生產出理想的商用雞， 也是業界首創可以客製化打造的商用雞。 建立細胞庫 協助瀕危物種保育 「若能從源頭開始，運用基因編輯技術改變始基生 殖細胞，那會是取代傳統雜交較為快速的配種方法。」 唐品琦教授表示，分離培養雞隻的始基生殖細胞，藉由 基因編輯技術，打造出各式狀態的生殖細胞，再透過細 胞移植產生「嵌合雞」並配種，就能生出帶有基因編輯 的個體。如此一來，就能以較快的方式篩選出期望培育 的雞隻。 延續此種做法，利用生殖腺的再生方式，導入外源 性生殖細胞，並只讓外源性的生殖細胞再生，再將這些 生殖細胞配種，最終的成功率可以達到 50%。相比國外 的作法費時，且只有 2% 的成功率高出了不少。另外， 透過此種技術，也能夠建立全面的宿主系統，作為基因 編輯胚胎的細胞庫，也能協助瀕危物種保育及繁殖。 因此，儘管基因編輯技術已是國際普遍的研究方 向，也於 2020 年得到諾貝爾化學獎，但臺灣始終對於 基因編輯的看法，都停留在過去對「基改」的負面印象 中。並無專門制定適用於「基因編輯」的相關法律，導 致相關技術在臺灣發展相對受到限制。 鄭旭辰助理教授坦言：「生物科技與市場的磨合較 緩慢，不像電子科技可以快速地做出 Demo。以雞隻為 例，一代的繁衍需要 22 周，若沒有延續性的支持，很 多研究其實都胎死腹中。」期盼未來在制度面能夠對相
此項技術能夠帶來許多創新的研究發展。 每一隻雞隻都會經過仔細記錄，以便了解其配種狀態。 國立中興大學生命科學系陳全木終身特聘教授（左3），為學生講解基 因編輯的胚胎注射技術。 基因編輯技術應用在實驗性小鼠上，能夠推進相關研究的發展。 以骨質疏鬆為例，透過基因編輯讓小鼠肝臟內清除自由基有關的 基因喪失功能，在成長過程中這些小鼠會陸續出現骨鬆症狀。如 此一來，這些骨鬆鼠便能成為檢視抗骨鬆胜肽是否有效的動物分 析平台，加速各式胜肽研究的進程。 除了骨質疏鬆之外，其餘胜肽也包含抗高血壓胜肽的功能評估、 乳鐵蛋白的抗病原菌與抗腫瘤的功能評估等。 透過基因編輯應用 加速試驗進展 藉由基因編輯技術，可以開發出一系列的動物模式作為篩選平台， 如各式保健食品開發或新藥物開發的臨床前Lead Compound功能測 試之用。
羽毛顏色等。而與中興大學合作技轉的瑞興農業生技公 司推出「三元雜交配種法」，以種母雞作為核心，與任
關規定放寬，讓民眾對基因編輯有基本的概念，也了解
26 ︱農業生物科技︱ 褐飛蝨專吃稻米，是危害稻作產量的最主要害蟲。 一般稻田如果鬧上了褐飛蝨，產量耗損率約在 2 到 3 成左右，甚至有蝨燒現象。傳統上農民都是依照前 人經驗，定期噴灑 2 到 3 次農藥防治。不過褐飛蝨蟲體 小又喜歡聚集在稻叢基部，不易發現，防治點也難以判 斷，也無量化數據供參考，加上暖化造成繁殖時間變得 更難預測，農民似乎只能加重防治藥劑量或次數，既不 專業也不科學，對農民、民眾與土地的健康也都是危害。 為了對付這個水稻大敵，農試所李長沛副研究員長 年從事野生稻引種工作，將野生稻與精選的臺灣栽培品 種進行種間雜交育種。過去 30 多年，比對了上千個水 稻雜交代後，終於在一個印度野生稻種上找到了合適的 基因，輔以先進的分子育種技術，得以將雜交子代與臺 灣栽培品種重複回交，培育出屬於臺灣的新穎抗蟲水稻 由左至右為屏科大農園生產系王鐘和教授、農試所吳東鴻副研究員、中興生物科技學研究所呂維茗副教授、中興分子生物學研究所陳良築教授、農試 所賴明信研究員、石憲宗組長及李長沛副研究員與屏科大農園生產系林資哲助理教授。 褐飛蝨是水稻的害蟲，雖然肉眼難以察覺，然一旦危害稻田後便會迅速蔓延。除了噴灑農藥外，最好 的方法其實是「天然防蟲」，也就是種植不適合褐飛蝨生長的水稻品種。國立中興大學分子生物學研 究所陳良築教授帶領團隊，與行政院農業委員會農業試驗所李長沛副研究員投注 30 年心力，悉心育 種研發抗褐飛蝨良質香米品系，並深度開發其學術研究與產業應用價值，終於將其命名為「臺農 85 號」水稻，向農民推廣，可望讓水稻產業免於褐飛蝨蟲害。 撰文／葉文欽、財團法人農業科技研究院研究員 陳南宏 攝影／葉文欽 圖片提供／李長沛、賴明信、呂維茗 30年磨一劍 發現領先世界的抗蟲稻米
27 利用智慧科技加速抗褐飛蝨水稻抗性解析、品種改良與產業應用 新品系。適 逢科技部「智慧科技於農業生產之應用」專 案計畫支持，在中興大學、農試所與屏科大不同專長的 9 個研究室，於 2018 年組成了一個研究團隊，共同研 發抗蟲香米品種。 臺農 85 號 天然抗褐飛蝨的好米 臺農 85 號的成功，歷經了多年分子標誌輔助選拔， 將野生稻抗褐飛蝨基因導入原有的臺農 71 號品種中， 既保留早熟、香味、高品質特色，又有抗多種褐飛蝨族 群效果。呂維茗副教授表示，褐飛蝨不喜歡吃臺農 85 號，吃了以後利用率低、繁衍速度慢，比一般稻種的褐 飛蝨傳播速度慢了接近 10 倍。初步估計，臺農 85 號可 以減少 50 ％化學防治成本，避免約 30 ％產量減損，使 25 萬公頃稻作栽培（一、二期合計）受益，估計間接衍 生至少 20 億產值。 傳統上，褐飛蝨喜歡氮肥施用較多的稻田，這正是臺 灣農民普遍的種植習慣，但臺農 85 號並沒有這樣的疑慮， 研究團隊希望可以用這種天然抗蟲的品種來促成有機農業 發展。目前臺灣通過有機驗證之稻田面積約為 3,300 多公 頃，僅占總稻田面積之 2 %。團隊將優質抗蟲香米、有機 栽培法及蟲害智慧監測平台包裝成為一個套組，向有機產 銷班推播，將有利於擴大稻米有機生產面積。 臺農 85 號不僅已經獲得正式命名、開始試產，而 且馬上就獲得農友們熱烈迴響，農試所除了直接與 20 多個農戶直接合作外，也有民間的農事服務業者接洽， 希望在超過上百公頃的稻田裡種植。此外，透過再繼續 雜交，以後臺灣的其他品種也可以擁有這個抗蟲基因， 目前已有包括臺南 11 號、臺農 77 號正在進行研發。 臺農85號獲得正式命名，已啟動後續各種研究與發展計畫，未來可望 在市場上常常看到它的身影。 褐飛蝨體積小，大約跟芝麻差不多，又喜歡聚集在稻桿根部，因此肉 眼並不易察覺。 研究團隊開發了智慧監測與警示系統，利用累積多年的十多萬筆 褐飛蝨資料與照片，在雲端設立平台，農民只要下載 APP ，利 用其中的拍照功能，拍攝自家稻田疑似遭到褐飛蝨蟲害的地方， 系統會自動上傳雲端並以人工智能比對資料庫，接著立即以紅、 黃、綠三種顏色的燈號回傳，告知農民該地區的褐飛蝨蟲害程 度，以此來決定防治需求與手段，簡單明瞭，不像傳統檢測方式 要經過實驗室而產生 7 到 10 天的時間落差，非常符合農民的習 慣與需要。 智慧監測系統 燈號立即回報褐飛蝨危害程度 只要拿著手機對準稻桿的根部拍照，就可以上傳雲端，由智慧監測 與警示系統判斷褐飛蝨蟲害的程度。
28 ︱農業生物科技︱ 隨著海洋天然漁業資源日益枯竭，現在市場上的魚 貨已有大半來自養殖場。氣候變遷，北極震盪、 霸王級寒流等字眼，已是民眾耳熟能詳詞彙。以最常在 新聞中聽到受寒害影響的虱目魚為例，許多養殖戶都是 把虱目魚與文蛤或蝦混養，這類養殖方式的魚池深度都 比較淺，寒流一來池水溫度也容易迅速降溫，導致虱目 魚大量且快速死亡，尤其長到 500 公克以上的大魚死亡 率更高。 於是養殖業者只能選擇養 200 公克以下的小魚，並 趁著秋季多投餵高油脂飼料，讓牠們能平安度過寒冬。 這樣飼養方式下，小魚要等到 7 月後才上市，市場價格 並不好；另一個方法是在寒流來襲時，發現魚隻狀況不 佳，就請盤商馬上收購，但就可能因為搶售潮而造成價 格崩盤，因此，部分業者乾脆在冬季就不養殖虱目魚。 面對難以預測的寒害，以往研究目標都是想方設法 培育耐寒新品種來養殖，但效果並不理想。大約 4 年前， 一群由國立臺灣海洋大學、行政院農業委員會水產試驗 所及中研院組成的跨域研究團隊發現，白藜蘆醇膳食補 團隊由中央研究院細胞與個體生物學研究所曾庸哲助研員(左2)負責生理代謝研究、臺灣海洋大學水產養殖學系張清風終身特聘教授(左3)與吳貫 忠教授(中)負責表觀遺傳研究、水試所王郁峻副研究員(右1)負責研究人工智慧表型體學分析，並與神農生技公司合作研發應用技術。 每次寒流來襲，總會看到養殖漁業損失慘重的新聞，也因為產量減少而魚價高漲，消費者也間接受害。 在臺灣有學者發現，飼料中添加適當劑量的白藜蘆醇膳食補充品，能幫助魚兒抗寒，甚至能改變肝臟 中的脂肪組成，這效果還可以遺傳給下一代，堪稱是養殖漁業的科技福音。 撰文／葉文欽、財團法人農業科技研究院資深研究員 洪子淵 攝影／葉文欽 圖片提供／神農生技 長肥長大抗寒害 靠飼料就能讓魚兒輕鬆過冬
29 白藜蘆醇誘導長壽基因啟動－吳郭魚抗低溫緊迫的關鍵系統體學研究 充品對於魚類抗寒有意想不到奇效。 一般大眾聽到白藜蘆醇，通常想到的是紅酒或健康 食品，白藜蘆醇是紅酒中對人體有益的成分之一，近年 也廣泛應用保健食品中。以往白藜蘆醇的研究，大多在 老鼠等哺乳類上進行，但中研院細胞與個體生物學研究 所曾庸哲助研究員等人發現，將白藜蘆醇膳食補充品以 特殊方式與飼料結合，可能有利於魚類面對緊迫環境刺 激。經過團隊數年研究，不但證實功效，也與民間生技 業者合作，直接把技術運用在養殖產業。 用吃的也能遺傳 啟動魚兒長壽基因 根據團隊研究，在寒流來臨前，以適當劑量餵食虱 目魚 3 天，就能讓處於嚴寒氣候的魚群存活率大幅提 升 70%，以人工智慧系統觀察魚群活動力發現，在低溫 下亦能保持與常溫狀態相同的活動力。換句話說，到了 冬天時養殖業者一樣能養大魚，而且入春後不久就能上 市，大大提升了經濟效益。 許多生物體內有一種神奇機制，某些特定基因於外 在環境改變時也會跟著改變，並且遺傳下一代，這種現 象稱為跨世代「表觀遺傳」。研究團隊發現，白藜蘆醇 會啟動魚類的長壽基因（sirtuin）。以吳郭魚為例，餵 食白藜蘆醇膳食補充品飼料，在嚴寒氣候環境下，存活 率會提高 45%，而其子代即使沒有餵食，存活率也提高 了 25%。更驚人的是，魚兒不僅變得抗寒、更有活力， 其總飽和脂肪酸也上升，可能有助於魚肉更加肥美，連 帶提升市場價值。 「相較以往作法，這個研究成果易於操作，不需 進行基因轉殖，快速有效，未來不只在臺灣，在國際 上也有很大的發展空間。」臺灣海洋大學水產養殖學 系張清風終身特聘教授表示，養殖漁業是世界共同趨 勢，不只是吳郭魚和虱目魚，這個技術將可改善養殖 生產策略與提高國際競爭力，使臺灣水產養殖業在極 端氣候下持續健全發展。 吳郭魚跨世代實驗較易進行，研究團隊一開始便嘗試了多種吳郭魚 研究，結果均顯示投餵白藜蘆醇膳食補充品，能有良好的跨世代遺 傳效果。 虱目魚是臺灣最重要的養殖魚類之一，然而因為許多魚塭深度較淺， 往往受到寒害的影響最大。 雖然已經證實吃了白藜蘆醇有效，但該吃多少、如何添加都是大 學問。研究團隊分別針對「生殖生理的跨世代表觀遺傳」、「養 殖場智慧現代化環境監控與性價比評估」、「營養代謝組成分析」 等主軸探究，並與屏東農業生物科技園區的神農生技公司合作， 已經獲得補充品劑量精準分析與動物反應檢測成果。找到針對不 同魚種的最佳劑量，並進一步搭配自動化飼料生產工廠，生產優 質、穩定的養殖精料配方，造福水產養殖產業。 與環境永續共存的非基改天然生物性策略 白藜蘆醇膳食補充品已經研發成功，將進行養殖現場大規模試驗，由 養殖業者配合原本飼養方式觀察，以驗證現場應用可行性。
30 ︱農業生物科技︱ 臺灣人愛吃菇，每年光是生產菇類太空包就高達 2 億 5,000 萬包，可想而知，採擷後所產生的廢料有 多麼驚人；相反地，如果處理得當，不僅能化腐朽為神奇，將垃圾變身為可用的資材，如肥料、飼料 等，進一步還能創造更大的經濟效益，賦予廢棄物嶄新的「生命」。 撰文／戚文芬、財團法人農業科技研究院助理研究員 張筑喻 攝影／戚文芬 圖片提供／詹馥菱、財團法人食品工業發展研究所 找出新出路 化腐朽為神奇的「菇腳」 面對每年一座座成堆如山，只能做堆肥使用的菇類 廢棄太空包，財團法人食品工業發展研究所生物 資源保存及研究中心謝松源主任表示，其實剩下的太空 包可分為兩部分，一是含木屑的菌糠包，二是只含少量 菌糠的菇腳部分，雖然參雜了不少雜質，但仍殘留許多 具營養素的木屑或菇體。謝松源進一步表示， 即使是堆 肥，也要請專人另外找空間做特殊處理，且至少要放 3 個月以上。 食品工業發展研究所可說是全臺微生物的「資源保 存庫」，蒐羅了全臺最多的微生物，同時也包括許多來 以財團法人食品工業發展研究所生物資源保存及研究中心主任謝松源（左2）為主的研究團隊，包括陳慶源資深研究員、林宛柔研究員及陳彥霖副 主任（依序由左至右），結合東海大學及畜產試驗所研究人員，各自以不同的專業，將菇類廢棄包的剩餘價值發揮到最大，並進一步開發成機能性 農產品。
研究中心的陳彥霖副主任表示，其中菇腳的麥角固醇 （Ergosterol）被太陽照曬後轉換成維生素 D2，是預防 骨質疏鬆症最佳的營養成分。只是如何萃取，並在發酵 過程中讓這些營養素能適得其所發揮所長，就需仰賴微
尤其是用在生性敏感、不容易集中飼養管理的鵝群上， 效果尤其顯著。根據與畜產試驗所彰化種畜繁殖場合作 研究的數據顯示，這種飼料可明顯提高鵝的免疫力和生 產力。相較於其他國家，臺灣養鵝的規模大，因而經濟 效益也會跟著提高。
此外，菌糠可作為微生物製劑。一般農業在土壤病 蟲害防治上，除農藥的施作外，通常使用的是輪作和水 淹的方式，在科技部「智慧科技於農業生產之應用」專 案計畫支持下，研究團隊開發的微生物製劑，透過生物 防治的概念，可有效預防草莓最容易罹患的萎凋病。專 門負責這項研究的林宛柔研究員說道：「和我們合作的 農友因為分區使用微生物製劑，可以明顯看到有使用的 區域，其草莓產量相對較大。」。 其實不管是用在植物病害防治，或是作為飼料，目
31 菇蕈產業之綠色循環關鍵技術及高值化機能性農用產品開發計畫
自國外的菌種。謝松源為了保存這些珍貴的微生物，研 究所內還特地設置零下 180 度的液態氮槽作為保存設 備。至於微生物的用處，各有不同，其實只要運用得當， 便具有化腐朽為神奇的力量。 「就像這些廢棄的太空包，很多都是切下菇體後 剩下的菇腳和菌糠包，營養成分依然豐富，如同含有 高單位蛋白質的蔬菜一樣。」同樣是生物資源保存及
開發新用途 發揮最大經濟效用 菌糠在堆肥處理部分，透過特殊菌種的作用，可有 效降低 46 ～ 54% 左右的氨氣含量。「這非常重要，臭 味是會影響很多人的。」陳慶源資深研究員特別強調。 菇腳則透過一連串的處理流程，粉碎、熱水萃取、固液 分離、減壓濃縮、乾燥粉體化等，最後成為具有機能性 的飼料。 這些經過處理精製而成的飼料，經研究證實非常適
生物的力量了。
合反芻性的動物，或吃植物纖維的鵝使用。謝松源強調，
創造更多綠色經濟，已漸漸成為大家的日常。 菇類的營養價值高，對人體非常有益，殘餘的菌糠包和菇腳仍具有高 營養成分。 食品工業發展研究所設置零下180度的液態氮槽，作為微生物保存之 用。 在培養農用有益微生物的過程，說起來簡單，但每個步驟都必須 非常仔細謹慎。光是進入實驗室中，除了專業配備、穿著外，還 必須經過去除身上帶入多餘灰塵的空間，然後在無菌無塵平台上 進行操作。「這是必須的，要能確保培養出來的菌種是最純淨的， 效率也是最高的，才能讓實驗結果更為精準。」謝松源強調，針 對特殊真菌保存的需求，為了保持它的活性，進一步做研究，還 必須依照它的特性給予載體，絲毫馬虎不得。 步步為營呈現最完美的成果 為培養出最純淨的菌種，很多都需要在實驗室中無塵無菌的平台 作業。
的都在為每年大量產生的廢棄太空包另謀一條新活路。 誠如謝松源所說，處理得好就是環保，化腐朽為神奇，
32 ︱農業生物科技︱ 以國立臺灣大學農藝學系張孟基教授為首的研究團隊，跨領域打造一個能建立基因資料庫、進行基因 編輯、培育優良品種、研究小米粟熱病、開發有益微生物助長小米，同時深入分析小米營養機能成分 的「全功能性小米研發平台」，將智慧科技轉化成小米育成加速器。 撰文／吳丁江、財團法人農業科技研究院助理研究員 張筑喻 攝影／吳丁江 小米育成加速器 智慧科技提升小米競爭力 以白米為首的五穀雜糧，是國人重要主食之一。與 水稻相比，小米是一種耐旱且兼具高營養價值作 物，其生長期短的特性，還可在平時與水稻輪作，提高 禾穀產業整體競爭力。以國立臺灣大學農藝學系張孟基 教授為首的研究團隊，在科技部「智慧科技於農業生產 之應用」專案計畫下，為期 3 年，以 6 個關鍵計畫，運 用智慧科技育成高營養、耐逆境新小米品種。 關鍵 1：核心種原 SNP database 建置 SNP 分子標誌是一種快速基因檢測與篩選法，透過 這項技術，可以大量快速地定序小米品種與分析。身兼 亞蔬－世界蔬菜中心副主任的林彥蓉教授，在研究中建 立約 13,000 筆小米的 SNP 資料庫，並於其中找到 3 個 早熟高產的基因，進而從中選出最適合在氣候變遷下生 長育成的小米品系。 關鍵 2：花穗浸染法開發應用 劇烈氣候變遷，對任何作物種植都是很大挑戰，即 便具有抗旱特性的小米也一樣。同時擔任臺大農業化學 系洪傳揚教授，以小米花穗浸染法進行基因編輯，這種 可將基因編輯工具送進作物，破壞掉不利於種植基因的 生物技術，可以改變小米不耐淹水特性，亦可降低作物 催生小米加速器的夢幻團隊：計畫主持人國立臺灣大學農藝學系張孟基教授(左3)、林彥蓉教授(右3)、林維怡助理教授(左2)、農業化學系洪傳 揚教授(右1)、植物病理與微生物學系沈偉強教授(左1)，以及農業試驗所嘉義農業試驗分所吳永培副研究員(右2)。
怡助理教授透過此次計畫深入探索，如以接種叢枝菌根 菌對小米乾旱逆境耐受性效益的檢測，促進小米根部生 長，藉此找出水分利用效率更佳的種原。 此外，亦完成評估狼尾草分離內生菌的特性及其對 小米幼苗生長效益，發現其有助於小米於高鹽環境下的 生長，並可做為生物肥料的廣泛應用。
33 利用新興農業科技提升臺灣小米產業
關鍵 3：高產誘變品系育成 嘉義農試分所吳永培副研究員在小米研究計畫成立
關鍵 4：粟熱病菌之族群親源分析技術 精研作物病蟲害管理辦法的臺大沈偉強教授指出， 小米發生粟熱病後，約有 10% 產量會成為發病損害。因 此，以水稻稻熱病的研究基礎繼續鑽研小米粟熱病菌， 最後克服發芽及水分管理問題，成功建立粟熱病菌溫室 接種流程，篩選具有抗粟熱病特性的小米品系。 在吳永培副研究員的農試所團隊協助下，進行田間 接種驗證，找出一個具抗病潛力的「南投泰雅族小米品 系」，成為未來可作為抗病育種親本及抗病基因選殖的 重要材料。 關鍵 5：開發有益微生物提升逆境耐受性 有益微生物應用在小米栽培的研究不多，臺大林維
關鍵 6：進一步分析研發機能性成分 針對小米高蛋白、維生素含量高的特性，張孟基教 授於計畫中選出 50 個小米種原進行深入分析。透過分 析可看出包含總花青素、抗氧化、類黃酮含量、清除自 由基能力等代謝產物數據，同時進行不同蛋白質含量測 定，分析出綜合性表現佳、高營養的品系；下一步將繼 續研究小米中如鐵、鋅與少量硒素等珍貴養分，藉此研 發高價值產品。 經過田間接種驗證研究，找出一個具有抗粟熱病潛力的小米品系。 有益微生物經過開發篩選，可有效提升小米生長及乾旱逆境耐受性。 為期 3 年的研究計畫，實際以智慧科技大規模建立資料庫、進行 耐逆境基因編輯，找出早熟、抗病性好、高營養且產量穩定的臺灣 小米品系。未來希望能更進一步擴大小米產銷，除了擴大臺灣東西 部的有機栽培面積之外，同時結合廠商共創品牌、行銷推廣優質小 米，成為水稻臺農 82 號之後另一產官學銷共榮共好的典範。 展望小米育成 擴大產銷 為期3年的研究計畫，將智慧科技轉化成小米育成加速器，成為 一個全功能性的小米研發平台。
從土壤吸收會殘留於人體的鉻，並編輯有助植物生長的 磷元素。
後，即擔任起各子計畫的最大幕後幫手。不但成功培育 超過 200 個種原的小米提供各計畫教授研究，更透過小 米種籽浸入化學突變劑（NAN3 疊氮化鈉）4 個小時後 再發芽與種植的方式，成功誘變找出經濟價值更高的黑 小米品系。未來更計畫強化輔導原住民種植，將優質小 米推廣出去。
智慧機械／AIoT （小型農機智慧化及 AI ／ IoT 在農、漁、畜業之應用） 34
研究主軸 計畫名稱 ◎智慧科技在水產種苗生產系統之應用 ◎網宇實體感測（CPS）3D 立體建模應用於果樹生長監控－以蓮霧果樹為例 ◎具智慧光電之無人地面載具於棗園病蟲害防治與品質監控 ◎智慧科技於提升文心蘭產業效率及專家系統建置之研究 ◎智能化豬隻繁養殖場生產系統之建構 ◎甜椒栽培植保機器人之研製 ◎松露產業發展的最後一哩路－智慧裝置之整合、開發與應用 ◎智慧機械與物聯網監控於禽蛋品質檢測及分析之系統開發 ◎應用智慧科技於作物病蟲害管理 ◎智慧科技於高值化豬隻生產系統之整合應用 ◎應用智慧監控與資源循環技術優化筊白筍生產環境 ◎利用氣味監控建構智能製茶體系之研究 ◎智慧科技於蛋雞飼養與產蛋之應用 ◎牛蕃茄生產熱逆境管理及病害蟲害預警系統開發 ◎底棲性水產養殖之智慧化監測及管理技術 ◎作物智慧型健康預警系統之建立 ◎利用 AI 智慧感知技術建構溫室番茄栽培管理專家系統 ◎坡地果樹智慧農業核心技術之研發與應用 ◎結合智慧科技與冷鏈管理共創無抗養殖之精緻水產 ◎問題土壤專家診斷系統開發 ◎酪農牧場智慧管理系統建置整合與應用 ◎省工 AI 植栽農機及其感知聯網與資料探勘平台技術研發與驗證 ◎自動化影像辨識於農業標的物之研究－以外銷果品產業為例 ◎經濟型無人混合載具於旱作之智慧精準除草－以大豆為例 ◎設施蘆筍智動化省工機具與智能作物生產決策系統 ◎自動化定植穴苗機開發、灌溉控制及光譜影像智能化栽培管理青花菜 ◎智能化鳳梨生產田間作業機械研發與應用 ❶ 環境及作物監測管理系統之開發 ❷ 智慧化農業用機械之改良與開發 ❸ AI 資通訊技術協助農作栽培及漁畜飼養 35
︱智慧機械／ AIoT ︱ 當地球人口持續增加，海洋是未來餵飽人類的重要 糧倉。不過，眼前的海洋魚類資源正迅速枯竭， 以養殖漁業取代捕撈漁業已是國際趨勢。 「現在養殖漁業智慧化著重在體型較大的魚，國 外都有很成熟的技術。尤其是挪威養殖大西洋鮭魚， 發展智慧化或自動化系統，已有相當久的時間。」 成功大學生物科技與產業科學系特聘教授陳宗嶽指 出。 個體微小 智慧養殖難度高 臺灣近年也開始推動智慧養殖漁業，但多將智慧科 技用於水質的監測與預警、養殖場節電，卻鮮少針對 魚、蝦等水產種苗，研發智慧生產系統。這其中到底有 哪些高難度的挑戰？陳宗嶽解釋，國外魚苗智慧生產系 統能夠偵測到的魚卵，必須像鮭魚卵那般大小，然而國 內養殖出口的重點魚種―石斑魚，從魚卵到魚苗、餌料 藉由智慧科技養殖魚、蝦等細微的水產種苗，產能為傳統人工養殖的 5 倍，獲利率則為傳統人工養殖 的 10 倍。究竟是什麼樣的研發內容，向世界再度證明臺灣水產養殖的科技實力？ 撰文／莊安華、財團法人農業科技研究院 攝影／汪忠信 圖片提供／陳宗嶽 科技養魚苗 少人力、省空間、高產能 成功大學生物科技與產業科學系特聘教授陳宗嶽（右1），與來自水產、資訊、機械領域專長的年輕研究人員，熱衷研究水產養殖科技。 36
CP 值高 使用 1 年後回本 發展智慧生產系統，讓水產種苗的養殖更具競爭力。 不過，相關技術與設備的導入花費，會不會昂貴到令養 殖戶遙不可及？陳宗嶽說，整套智慧生產系統設備的成 本，約 500 萬元，一般小型養殖戶透過漁會貸款，也很 容易取得這筆設備費用，而且使用 1 年後即可回本。 魚苗智慧生產系統結合已有的成魚智慧養殖系統， 能做到從魚苗到成魚的完整溯源、產銷履歷，運用
生物（豐年蝦、輪蟲）、穩定水質的藻類，個體都非常
微小，對監測、自動化操作形成高難度。 其實，石斑魚苗相當脆弱，很怕人為干擾；傳統習 慣倒入一大桶餌料、藻類的養殖方式，往往為池水帶來 pH 值、氨氮等擾動的變化，也不利魚苗生長。再者， 傳統的石斑魚養殖屬於勞力密集，如今還要面對漁村勞 動人力短缺、養殖人員老齡化的問題。 上述這些狀況，養殖戶該如何因應？過去曾為石斑
設計替代人力的自動監控傳感器、微型影像監測設備，監 測藻類、餌料生物生產、魚苗水質環境控管，並將所有監 測數據、微細影像資料，傳送至智慧處理平台，進行大數 據分析、機器學習，建立最佳養殖決策模型。 成大的這一套設備，能聯動即時智慧回饋機械系 統，進行精準調控的養殖動作。此外，研究團隊也在藻 類培育上，展開翻轉傳統的革新。他們在藻類生產室的 左側牆下，依序擺放 5 個超過一人高度、總容量 15 公 噸的直立式培藻桶，模擬國內石斑魚苗傳統生產培育藻 類的現場實況。 研究團隊考量傳統培藻設備占用過大的空間，藻類 也容易受到污染，變成醱酵的酸臭水。因此，他們開發 出一株高密度生長的新品種藻類 S1b，生長密度是其他 藻類的 1000 倍，因此就能輕鬆以實驗室使用的 10 公升 血清瓶進行培藻，不僅大幅節省生產廠的空間，更進一 步設計隔絕式的輸送管道，完全避免環境汙染生產系統 內的藻細胞。 自組設備
IoT （物聯網）科技上傳到雲端，並根據市場需求量的預測， 提前調控魚苗生產量，避免發生成魚「量增價跌」的崩 盤情勢。 目前這一套魚苗智慧生產系統可針對不同經濟魚種 的養殖特性，調整魚苗的生產參數、測試邏輯程式，未 來可望與更多國際大型養殖漁業合作、輸出技術，在智 慧養殖產業鏈搶下新的灘頭堡。 智慧科技在水產種苗生產系統之應用 成功大學室內型的石斑魚養殖模場，能減少外在環境的污染，成為水 產魚苗智慧生產系統的研發場域。 系統經過大數據分析、深度學習後，能自動辨識池水中的輪蟲（rotifer） 與豐年蝦（copepods）。 新品種藻類S1b生長密度高，使用實驗室桌上設備即能輕鬆培育。 37
魚苗開發優質養殖系統的陳宗嶽，找來資訊工程、系統 及船舶機電工程學系的教授群，共組水產養殖、資訊、 機械專長的跨域研究團隊，建構水產種苗的智慧生產系 統，並在科技部「智慧科技於農業生產之應用」專案的 支持下，提出微型監測、自動化微量操作的解方。 研究團隊選在成功大學安南校區的石斑魚養殖模場，
︱智慧機械／ AIoT ︱ 炎熱的晴日，一輛車載著 9 架小型無人機，來到南 臺灣某處蓮霧園。不一會兒，9 架無人機一起往 上升至預設的高度後，以雁行隊形往前飛到目標點，接 著下降高度，進入各自的責任區域。這支無人機隊繞著 每棵果樹打轉、攝影，遇到障礙物還會自動閃避，然後 再飛回到原先設定的路徑。 它們的飛航任務並非農業植保用途的噴藥，而是透 過機上加掛的光學攝影設備，進行可見光與高光譜的偵 測，將果樹的樹形、枝葉、花朵、果實、品種、所在區位、 周邊地表等 3D 立體影像與頻譜，同步上傳雲端，分析 果樹的生長狀況、建立 3D 模型，並判讀哪一棵樹缺水、 缺肥或有病蟲害，擬定修枝除葉、灌溉施肥、噴藥防治 等因應策略，通知果農趕快採取處置行動。 收集果樹生長數據 找出高產值樹形 長期研究 CPS（Cyber-Physical Systems，網宇實 體系統）3D 建模、高光譜儀的交通大學電機工程系教 臺灣蓮霧近年面臨樹勢衰弱、果農老化、氣候變遷，致使收成不穩定、栽種面積萎縮。運用 3D 立體 建模，監測果樹的生長，未來將協助蓮霧產業走出瓶頸。 撰文／莊安華、財團法人農業科技研究院 攝影／汪忠信 圖片提供／歐陽盟 「3D建模」預警田間風險 幫果農種出好蓮霧 來自果樹育種、無人機、高光譜技術、定位系統等領域的專家學者，合力投入「CPS 3D立體建模應用於果樹生長監控」的研究計畫。右起為海洋大 學通訊與導航工程學系副教授林修國、逢甲大學航太與系統工程學系副教授陳宗正、農試所鳳山熱帶園藝試驗所副研究員黃基倬、交通大學電機工程 系教授歐陽盟、交通大學博士研究生顏永哲。 38
授歐陽盟，是這支蜂群無人機隊的催生者之一。他將 過去投入高光譜篩檢前期口腔癌的研發能量，延續到 農業領域，聯手研究蓮霧育種與栽培的農試所鳳山熱 帶園藝試驗所副研究員黃基倬、擅長無人機動力與飛 控技術的逢甲大學航太與系統工程學系副教授陳宗正、 專攻全球定位與精密導航系統的海洋大學通訊與導航
工程學系副教授林修國，開發監控果樹生長的 CPS 3D
建模，獲得科技部「智慧科技於農業生產之應用」專
案計畫的支持。
這項計畫為何選擇蓮霧做示範？黃基倬解釋，蓮霧 近年受到果樹衰弱、果農老化、氣候變遷的影響，導致 結果品質不穩定，栽種面積大幅銳減。農業專家已經培 育出栽培管理容易、耐逆境氣候、果形大的新品種，授 權給果農種植，若能搭配
的意願。 此外，考量無人機使用體積小的電池，電力不夠持 久，研究團隊導入 RTK（實時動態技術）的定位系統， 讓無人機不僅可以精準飛行，還能自動返航充電。林修 國強調，團隊已經把無人機的著陸誤差範圍，控制在 10 公分以內，並更進一步研究視覺導航的 SLAM（同步定 位與構圖）技術，讓無人機不用 GPS 定位，也能在室 內（溫網室）飛行順暢。 目前這支機隊每個月前往受測蓮霧園兩趟，執行飛 航作業，已經收集 222 筆果樹不同生長時期的 3D 建模 資料；針對粉紅種、臺農 2 號、泰國、巴掌、臺農 1 號 及臺農 3 號等臺灣蓮霧 6 個主流品種，完成葉、花、果 的部位判斷分析，以及 900 筆不同生育期葉片的高光譜
3D 建模的監測，將可讓新品 種的蓮霧樹，維持標準以上的結果產量與品質，有助日 後拓展海外市場。歐陽盟也指出，透過 3D 建模，長期 監測果樹從苗木到成株的生長過程，能從中找出產值最 高的樹形，或者提早預警、處理樹勢不良的果樹。 無人機如蜂群過境 快速幫專家查訪果園 然而，在建模之前進行的影像數據採集，只仰賴農 業專家調查果園的區域十分有限。所以研究團隊選擇無 人機負責這項工作，並針對在狹窄的果樹間距裡巡航無 礙、近距離快速拍攝果樹的需求，研發機型小、多機齊 飛的蜂群無人機隊。 研究團隊堅持自行設計，利用臺灣電子零組件產業 群聚的優勢、市面現有的樹莓派（Raspberry Pi）模組 化飛控系統、3D 列印技術，開發出 250 釐米（對角線 長度）、升力與載重表現俱佳的雙層反轉螺旋槳等成本 便宜且維修容易的多款國產新機種，希望提高廠商技轉
研發出手持式農產品快篩譜儀，可以直接對準果實的表 面，利用高光譜快速檢測水分與糖度，有助提升果品的 分級效率與價格，而且儀器造價僅是同類型進口貨的 20 分之 1，讓農民人人都買得起。 融合可見光立體影像與多光譜影像的3D建模，能辨識果樹部位、分析 各部位的營養、預估產量。 過去果樹栽培技術的研究，多仰賴人工收集數據，有了輕量化蜂群無 人機後，能自動且快速收集多棵果樹的3D建模資訊，提升農業專家的 研究能量。 蜂群無人機飛行時，難免遭遇強風吹落，造成機架受損。交通大學無 人機設計工程師陳坤向使用3D列印做出替換的機架，讓維修更快速、 容易。 網宇實體感測（CPS）3D 立體建模應用於果樹生長監控－以蓮霧果樹為例 辨識目標 39
資料庫、178 筆葉片遭遇低溫寒害的高光譜資料；成功
︱智慧機械／ AIoT ︱ 夜幕降臨，果園逐漸漆黑，夜蛾毛蟲「見綠就吃」， 對農作物產生重大危害。雖然噴藥能防治夜蛾， 但農民擔心會帶來農藥殘留的風險，或是造成害蟲發生 抗藥性。若改用徒手抓蟲的方式，可以精準去除毛蟲、 落實有機農業，但這會不會太花費人工？如果能有田間 機器人代勞，從早到晚幫農民抓蟲，或許是可行之道。 結合智慧光電除蟲 全球首創 在交通大學光電學院的智慧光電機器人研究中心 裡，就有 3 台由科技部「智慧科技於農業生產之應用」 專案支持發展的田間無人電動車，能走進戶外的泥濘田 間、山坡果園，監控、防治貪吃的夜蛾毛蟲，保護農作 物不遭受蟲害。 「農機電動、智慧、無人化是必然的趨勢，全世界 都有人在做農用無人載具，但是我們中心比較晚起步， 不適合再去做現在很流行的無人機、溫室植保機器人， 所以就挑人家不想做、難做、跟光電 ICT 有關的研究主 題―田間機器人加入智慧光電。」交通大學光電學院教 授陳顯禎強調。 從農機、機器人、ICT 到光電領域，皆是這項研究 的跨領域整合。陳顯禎說明，田間機器人能替代人工， 自動駕駛的農業無人車，已經在歐、美、日本、中國的農田裡，耕耘、整地、收割、採果、噴藥。然 而交通大學不想做一樣的技術，專挑別人不做的高難度主題，研發雷射除蟲的田間無人電動車，打造 新利基市場。 撰文／莊安華、財團法人農業科技研究院 攝影／汪忠信 圖片提供／陳顯禎 全自駕無人車巡田 雷射除蟲護作物 交通大學光電學院教授陳顯禎（右2）強調，農業也能發展高階研究，像結合雷射技術的田間無人電動車，具有未來前瞻性，能吸引臺灣年輕人才挑戰。 40
興趣，像樂活生技公司就在交大光電學院校區附近，向 臺糖承租一塊農田培養高品質的香檳茸，並與交大、深 緣及水有限公司合作經營「AI 光電農業示範區」，種植 鳳梨、棗樹、大豆，作為田間無人電動車的實驗場域。 目前田間無人電動車的多項技術，已經完成技轉。 陳顯禎強調，結合智慧光電的田間無人電動車技術，科 技含量高，但國內傳統農機廠商可能在短時間內無法掌 握，因此研究團隊將自己定位為提供技術服務的角色， 擬出營運計畫，希望透過與無人機、ICT 公司等具備科 技背景的異業，展開技轉合作，快速擴大應用效益。
執行噴藥、施肥、放牧、疏花、採果、除草等工作，但 需要裝設費用昂貴的機器手臂，導致一台要價超過 50 萬元，常令一般農民難以負擔，「我們不想做有機械手
業卻是一項新嘗試。「雷射也可以除蟲、除草、疏花、疏 果，其實歐洲現在開始要把雷射除草引入農業。」陳顯禎 認為，交大發展搭載智慧光電雷射的田間無人電動車時， 在考量電力供應、電池載重等因素後，目標設定在如何以 低耗電能的條件，有效達到前述功能。 「我們無人車巡視果園時，3D 影像辨識系統掃描 果樹的葉片，一旦確認葉子上的毛蟲影像後，立即啟動 雷射打毛蟲頭部的眼睛、觸角，讓它們喪失辨識葉片的 能力。毛蟲在看不見、聞不到綠葉後，就會停止進食、 慢慢餓死。」陳顯禎解釋，雷射照射昆蟲的身體與頭部， 兩者擊發能量相差 100 倍，換句話說，照射 1 隻蟲身的 雷射能量，可以用來破壞 100 隻蟲的眼睛與觸角。 與科技異業合作 加速智慧光電農業應用 交大針對棗園的現場地形，以及農業使用需求，組 裝了智慧除蟲履帶無人車。這台田間無人電動車屬於小 型農機，雖然加入智慧控制、雷射系統，但製造成本並 不昂貴，僅約 20 萬元。如果棗園派這台履帶無人車上 工，與聘請人工噴藥除蟲相比，每年可省下 3 分之 1 的 人力成本。 因此，這項研究計畫引起企業參與發展智慧農業的
智慧除蟲履帶無人車個頭不高，能在山坡果園、泥濘田地，防治蟲害。 交大研發的智慧除草四輪電動車，利用智慧導航與定位技術，行進大 豆田畦間，展開雷射除草工作。 車上的智慧影像辨識系統，找出棲息棗樹葉片的臺灣黃毒蛾 （Porthesia）等夜蛾幼蟲，辨識成功率達到91.2%。 具智慧光電之無人地面載具於棗園病蟲害防治與品質監控 41
臂的機器人，因此就來研發田間無人電動車（就如同 田間機器人）加入雷射光電系統（好像機械手臂的作 用）。」 陳顯禎指出，交大的無人車自駕控制技術，包括影 像感測建構周圍農地 3D 形貌、利用同步定位與地圖建構 （SLAM）技術規劃行走路徑、避障系統、軌跡跟蹤、自 動回站充電等，均與世界同步，「不過我們有一個利基， 就是將智慧光電系統放進無人電動車，這是全球首創。」 光電泛用於工業、國防、醫療、民生等領域，但在農
︱智慧機械／ AIoT ︱ 臺灣的文心蘭產業，全球市占高居第一，但根據農 委會農業試驗所花卉研究中心主任戴廷恩的觀 察，臺灣卻未建構穩定的產量與品質，長久以來也面臨 人力不足的問題。因此，花卉研究中心透過科技部「智 慧科技於農業生產之應用計畫」，攜手農試所農業化學 組、靜宜大學與成功大學，運用智慧科技提升文心蘭產 業效率、建置專家系統。 團隊選擇臺中新社的秉薪蘭園作為研究基地，從檢 測與專家系統的兩大主軸，導入資通訊技術的跨域應 用。在文心蘭切花的檢測方面，由農試所農業化學組利 用高光譜技術、深度學習網路演算法，預測切花的壽命； 靜宜大學則以影像辨識、深度學習，訓練電腦為切花進 行分級。 在專家系統方面，花卉研究中心分析文心蘭盆花全 年度的植體（栽培介質），嘗試建立栽培管理與氣候的 連結；成功大學收集氣象資訊、產量與品質資料，分析 蘭園設施環境影響文心蘭生育的關鍵氣候因子。 看透切花裡外 預測壽命、減少分級錯誤 其中，高光譜檢測是這項文心蘭產業研究最快應用 的項目。農試所農業化學組研究員劉滄棽表示，利用高 即使擁有全球第一的市占表現，臺灣文心蘭產業仍得提前部署生產智能化，增強穩定的產量與品質， 擴大產業規模，打造永續競爭力。 撰文／莊安華、財團法人農業科技研究院 攝影／汪忠信 決勝生產智能化 臺灣文心蘭提前部署 花卉研究中心主任戴廷恩（後排右5），號召農試所、靜宜大學與成功大學的專家學者，組成跨領域的研究團隊，為臺灣文心蘭產業獻力。 42
心蘭切花分級規格有 A、B、C 三級，以花莖長度 90 公 分以上、分叉數 7 叉以上的 A 級，等級最高、價格最好。 過去花農都倚賴熟練分級的工人，將切花放在有長度標 示的分級台上，用肉眼判斷級數。在農村人口老化的現
另一側的網室，則有成功大學測量與空間資訊學系 助理教授郭佩棻布設的 40 個感測器，記錄網室內的溫 度、濕度與日照。她運用空間資訊的分析方法，參考當 地的氣候資料，研究設施內微氣候對文心蘭的影響，建 構文心蘭產量與質量的預測模型。
成大研究生曹勤提及，花農將來可以知道什麼樣的 設施環境，適合文心蘭生長，也能透過環控提高生產效 益。等計畫結束後，預測模型也可以提供給花農、設施 業者、貿易商參考應用。 「未來我們不只是打科技戰，也是比拚市場布局的
光譜技術，以紅外線波段照射花莖分岔處，檢測出花莖
裡的葡萄糖、氨基酸、水分等營養成分，能藉此判斷切 花是否健康。大小可以握在掌心的高光譜檢測儀器，檢 測數據後，會立即將品質預測結果傳輸到花農或貿易商 的手機 APP 裡，方便他們在出貨前，調整市場行銷布 局、物流策略、切花定價。 再來針對文心蘭切花的分級，靜宜大學發展出電腦 影像辨識分級的原型機，希望在未來取代人為分級。文
實下，人力顯得吃緊。所以，電腦影像辨識分級的出現， 可望解決人為判斷錯誤、缺工的問題。 靜宜大學資訊傳播工程學系教授蔡英德指出，文心 蘭切花影像辨識分級所使用的技術原理，與科技業的晶 片、面板檢測系統相同，但影像辨識切花的難度更高， 因為花卉是有生命的個體，即使達到 A 級的長度，有的 枝條開展不足或花苞可能不綻放，就無法入列 A 級，造 成判讀指標不易規格化。因此，團隊需要收集更多的影 像資料，進行數據統計、量化規格與機器學習。目前已 完成分級機的雛形，接下來還要裝上自動化的輸送帶， 安置在分級場域裡，方便花農進行分級與包裝作業。 監控植栽環境 找出最佳預測模型 近年在極端氣候的影響下，無法遮雨的傳統網室， 為文心蘭栽培帶來較高的風險。在秉薪蘭園的溫室裡， 花卉研究中心使用適合溫室栽培的椰纖介質，試種一批 文心蘭，從中收集澆水、介質保水性、植株生長狀況等 資料，準備建立溫室栽培管理的專家系統。
戰略。」秉薪蘭園執行長廖秉鋐指出，臺灣將文心蘭生 產智能化，不僅大幅降低人力、提高選別與分級的精準 度，也帶動生產數量及外銷品質更為穩定，進而能把文 心蘭賣到全球各角落，對產業永續經營至關重要。 農試所農業化學組研究員劉滄棽（右）表示，業者手持可攜式的高光 譜儀，進行快速的文心蘭品質檢測，能預測切花壽命，有助穩固文心 蘭的市場聲譽。 成功大學助理教授郭佩棻的研究團隊，在蘭園網室布設感測器，收集 溫度、濕度與日照的資料，建構文心蘭產量與質量的預測模型。 靜宜大學資訊傳播工程學系教授蔡英德（左）帶領研究生，打造出文 心蘭切花分級的原型機，希望能盡快取代人為分級。 智慧科技於提升文心蘭產業效率及專家系統建置之研究 43
︱智慧機械／ AIoT ︱ 從口蹄疫區除名、成功防堵非洲豬瘟入侵、傳統豬 瘟拔針全面部署，臺灣養豬產業雖然重新取得打 國際盃的資格，但是在離開國際市場逾 20 年的期間， 丹麥、美國、加拿大等養豬大國，早已站穩國際市場地 位，臺豬要如何追趕？ 曾開發家禽智能化畜舍監控系統的宜蘭大學生物機 電工程學系終身特聘教授邱奕志說，丹麥、荷蘭是畜牧 先進大國，發展智慧養豬的經驗，就值得臺灣借鏡。智 慧養豬藉由感測、紅外線、物聯網、大數據分析等前瞻 技術的應用，可以節省管理人力，還能將專家知識經驗 寫入電腦系統，透過 ICT 的運算，形成決策與智慧化控 制，為豬隻生產環境取得均一的條件，有效提升養豬產 業的競爭力。 邱奕志與宜蘭大學動物、資訊工程、機電、生物機 電工程專業領域的教授群，共組研究團隊，在科技部「智 慧科技於農業生產之應用」專案的支持下，幫助國內養 豬戶進行產業升級。計畫主要鎖定智慧養豬的 3 項技 術，包括種母豬發情辨識系統、仔豬受哺乳母豬壓迫的 警示、保育豬（離乳後小豬）的智能化環控豬舍等進行 研發。 全球養豬先進大國透過自動化、智慧化系統，減少管理人工、提高豬隻育成率，打造豬隻飼養量大、 成本相對低等優勢，直驅國際市場。臺豬要提高產業競爭力，也必須從智慧養豬著手。 撰文／莊安華、財團法人農業科技研究院 攝影／汪忠信、莊安華 圖片提供／邱奕志 電腦監控配種、飼養 優化臺豬全球競爭力 宜蘭大學生物機電工程學系終身特聘教授邱奕志（右2）領軍的研究團隊，在智能化畜舍監控系統的研發上，擁有豐富經驗。 44
豬是經濟動物，每位豬農都希望母豬配種受孕成
功、持續生產仔豬。母豬的月經周期為 21 天，如果當
期人工授精失敗的話，豬農必須再支出 21 天的飼料成
本、空間場域去飼養母豬，等待下一次配種時間。因此，
種豬發情配種成功與否，事關養豬費用的開銷。
邱奕志說，過去判斷母豬排卵配種的最佳時間，倚 靠老師傅的經驗，像是牽公豬探視母豬，公豬出現流口
水的興奮反應，或是母豬願意讓飼育人員重壓背部而不 逃走，「但從科技角度來講，判斷母豬發情是要看生理 的性兆。母豬發情時，陰戶（下體）會紅腫，溫度也比
這是臺灣豬舍必須要做出的一系列改善。」邱奕志強調，
團隊研發的智能化環控系統，能遠距監控豬舍裡的環境 因子，一旦發現異常，系統會自動啟動水簾、風扇、保 溫燈等設備，避免豬隻冷熱適應不良，並降低有害氣體 濃度。
此外，研究團隊也借助臺灣 ICT 產業軟硬體的優勢， 設法將環控系統設備價格壓到 50 萬元以內，目前已有 畜舍營造商洽談技轉。「臺灣的養豬設備環境，停留在 機械化階段，希望政府出手鼓勵臺灣智慧農業的本土技 術，推廣給國內養豬戶。養豬戶使用本土技術的智能設 備，也能獲得鼓勵補助金。」邱奕志強調，在臺豬產業 飼養源頭推動智慧化，進行精準有效的生產，才是提高 臺豬品質與產值的關鍵作法。
拍照判斷母豬發情 電腦聞聲警示仔豬有難
身體其他部位高。」 於是，研究團隊利用紅外線熱像儀、手機的可見光 攝影，為母豬的陰戶測溫、拍照，蒐集溫度、外觀的變 化數據，從中找出發情時間的判讀模型，目前這套系統 的發情辨識率達到 75%。 在母豬順利懷孕、生下仔豬後，豬農接著還要擔心 仔豬吸母奶時，母豬一個大翻身，仔豬閃避不及就會被 壓住，導致窒息死亡。為了提高仔豬離乳前的存活率， 研究團隊蒐集仔豬遭受壓迫所發出的尖叫聲，以及一般 吸奶、撒嬌、打架的正常聲音，進行資料分析、抓出特 徵值，運用機器學習、建立聲音模型，發展豬隻聲音辨 識系統。當系統偵測到仔豬受到壓迫的尖叫聲，就會立 即示警，通知飼育人員前往搶救。 豬舍精準環控 小豬健康長大 當仔豬離乳後，必須離開母豬，與其他離乳豬共居， 接受精心照顧。但是臺灣的豬舍多屬於半開放式，無法 維持溫濕度恆定的環境，導致小豬免疫力降低、生長狀 況不佳，而且從豬舍飄出臭味，也常引起附近居民抱怨。
「我們要把半開放式豬舍導引到密閉式，用完全控 制環境的條件，讓豬隻健康成長、臭味不會隨意散溢，
將手機拍攝母豬陰戶的外觀影像，上傳到系統進行分析，即能偵測發 情狀況。 安裝在實驗場域（福昌豬場）母豬分娩舍裡的豬隻聲音辨識系統設備， 能自動偵測仔豬尖叫聲，24小時監測、示警仔豬受壓迫狀況。 極端氣候過熱、過冷的變化，以及豬糞臭味外溢，對半開放式的臺灣 豬舍環境，帶來飼育豬隻的挑戰。 智能化豬隻繁養殖場生產系統之建構 45
︱智慧機械／ AIoT ︱ 未來有一天，在豔陽下辛勤勞動的田間工作，將會 由機器人來做。而農民變成了白領階級，只要待 在冷氣房、坐在電腦前面，操控機器人務農。這樣的農 業想像，是嘉義大學終身特聘教授艾群帶領校內生物機 電工程、資訊管理、植物醫學、園藝系的老師，申請科 技部「智慧科技於農業生產之應用計畫」，投入研發「甜 椒栽培植保機器人」的目標。 影像判讀力強 精準施藥抗病蟲 「臺灣人口老化、少子化，農家人力超過 8 成，落 在 45 ～ 64 歲、65 歲以上的年齡層，年輕人力沒有真 正進入農業，會產生缺工問題。雖然政府開放農業外勞， 但我們認為智慧科技在進步，農業機器人是有可能解決 農業缺工。」艾群強調。 溫網室設施栽培彩色甜椒，經濟價值高，卻面臨 20 多種病蟲害的虎視眈眈。工作不會喊累的機器人，到底 能幫甜椒農哪些忙？「每天一早，機器人會巡邏甜椒的 設施農園，偵測到甜椒缺水，就自動澆水；葉子有病蟲 害，就噴藥防治；園內長出雜草，就去除草；果實成熟了， 就會採收。」艾群描述著甜椒機器人發展成熟後，具有 多工處理澆水、噴藥、除草、採收的強大能耐。 找不到農工，就派機器人務農吧！嘉義大學研發的「甜椒栽培植保機器人」，不僅能幫忙澆水，還能 分辨病蟲害、精準施藥防治，減少農民直接接觸農藥的風險。 撰文／莊安華、財團法人農業科技研究院 攝影／汪忠信、莊安華 澆水、噴藥、除草、採收 甜椒機器人全搞定 嘉義大學研發的甜椒栽培植保機器人原型，已展現病蟲害管理自動化能力。 46
目前嘉大團隊研發的甜椒機器人，已經做到澆水、 噴藥。同時，機器人辨識薊馬、蟎類蟲害的判讀率，分 別為 83.5%、96.7%。機器人上方的鏡頭，掃描甜椒的 葉片、果實，將取得的影像圖檔傳輸到後台，擔任「機 器人大腦」的專家系統進行辨識分析；一旦系統發現葉 片缺水或有病蟲害，裝置清水與農藥輸液的六軸機械手
臂，就會往前精準地朝著葉片的病灶，啟動噴頭進行澆
水、噴藥，噴出的劑量不多也不少，剛好達到補充水份、 去病除蟲的最佳效果。
嘉大團隊仍在收集甜椒生病染疫的影像，交由植醫 所研究生判讀病蟲害、標記文字說明，建立資料正確的 病蟲害辨識影像庫，持續為機器人進行機器學習、發展 專家系統，提高病蟲害的辨識度。病蟲害會影響甜椒的 結果率，通常農民在溫網室裡發現甜椒的病蟲害，並不
2019 年發布農業資訊共享平台（
「我們做甜椒機器人這個題目很困難，因為臺灣之 前沒有做甜椒的農業大數據。」艾群強調，嘉大從零開 始建立甜椒病蟲害的大數據資料庫，希望接下來帶動更 多專家學者一起投入，政府也能投資打造農業大數據的 基礎平台。 機器人除了解決缺工、提高農業生產效率，更蘊含 設備、技術的大商機。美國一家農業自動化新創公司 Blue River，因為開發出影像辨認雜草的智慧型農藥噴 霧機，被全世界最大農機企業 John Deere 以 3.05 億 美元併購。艾群寄望嘉大的甜椒機器人，日後順利技轉 給臺灣廠商後，能促成臺灣精密、機電產業聯手，搶攻
知病害的輕重，「農民習慣全面性噴灑農藥，但往往用 量過多，反而對健康產生危險。」艾群說，機器人自動 偵測到病蟲害，會精準噴藥，不僅降低農民直接接觸農 藥的風險，也減少環境污染。 建立專家系統 做大技術價值 受到全球氣候變遷、國際糧價上漲等影響，各國意 識到糧食安全的重要性，積極提出因應措施。農業大國 積極開發機器人解決方案和精準農業技術，使得農業自 動化、智能化蔚為主流。 艾群認為，農業機器人、精準農業技術的背後，都 需要政府先成立農業大數據的智慧系統平台，把資料結 構進行標準化，再從政府端、企業端收進數據，分析、 形成資料庫後，接著建立知識管理、專家系統，即可進 行人工智慧的決策。例如：日本整合政府與企業之力，
農業機器人的全球市場大餅。 彩色甜椒具高經濟價值，但在生長過程會受到超過20種以上病蟲害的 危害。 為了取得甜椒同一病癥的多視角影像，提供機器人深度學習，嘉義大 學團隊打造取像平台，動用3支攝影鏡頭，一次取得3個視角的影像， 節省2倍的取像時間。 嘉義大學終身特聘教授艾群指出，未來農業有了機器人替代人工作 業後，可以減少臺灣農村老化、少子化的威脅，增加農業生產，促 進經濟繁榮。 甜椒栽培植保機器人之研製 47
在
WAGRI），藉由數 據鏈結、共享，發展數位化、智慧化農業經營管理模式， 提高糧食自給率、增加農產品進入國際市場的競爭力。
︱智慧機械／ AIoT ︱ 宜蘭沒有水庫，必須由蘭陽溪提供民生用水。但上 游用慣行農法種高麗菜，汙染水質蠻嚴重的。」 宜蘭大學食品科學系特聘教授林世斌說，宜蘭縣政府 為了降低高麗菜產業對蘭陽溪環境、生態的衝擊，在 2014 年與宜蘭大學合作「松露試驗栽培計畫」，選定 四季、南山階地平臺（四南平臺）試種松露。 科技監測、解密 有助未來產業複製 曾經成功培育松露的前臺大森林系教授胡弘道，擔 任這項栽培計畫的顧問，他認為四南平臺的冷涼氣候、 菜田排水性良好的礫石質地，以及農民撒石灰解決土壤 酸化造成偏微鹼的 pH 值，符合松露生長的環境條件。 因此，宜蘭大學研究團隊在 2014 ～ 2018 年，購買市 面上的法國、中國松露，將菌絲接種在「宿主樹」青剛 櫟、板栗樹苗的根部，然後移植到四南平臺。 考量全球人工培育松露的成功案例並不多見，而且 缺乏科學資料的佐證，宜蘭大學研究團隊取得科技部 「智慧科技於農業生產之應用」專案的支持，整合感測 器、頻譜分析、網路通訊、雲端儲存、大數據等相關軟 硬體，準備透過智慧科技取得監測數據，分析、拆解松 露的祕密。 臺灣山區曾多次發現零星的原生松露，但未來能否發展松露產業？至今全球對松露的生長，仍有不解 之處，宜蘭大學要用智慧裝置，揭開松露生長的祕密，先拿下產業化的入門票。 撰文／莊安華、財團法人農業科技研究院 攝影／汪忠信 圖片提供／林世斌 揭開松露生長之祕 就靠智慧裝置發功 研究團隊於2020年秋季監測4年樹齡的寄主樹，發現菌根狀況發育良好，入冬後有機會生成塊狀松露。 48
王宜達則利用透地雷達技術、感測溫度與二氧化碳 的儀器，進行影像處理技術的開發，研發一台智慧松露 探勘車（電子豬），只要推著這台車走一趟栽培地，即 能立刻判讀、示警松露的所在位置。這台車還能搭配自 動噴灑系統，在行進間自動噴灑松露孢子液，達到多工 運行、降低人力成本的效益。 四南平臺的松露栽培實驗，引發許多人詢問與關
鑑定，建立土壤微生物、松露塊菌菌種、交配型鑑定平 臺，並找出不同感染型的兩株樹的樹根交會處，標定為 交配熱區。不過，四南平臺有 2 千多株宿主樹，分散種 植在 18 位農民無償提供的 2.6 公頃土地上。 為此，宜蘭大學園藝學系副教授林建堯運用搭載 RTK 定位技術、多光譜影像儀的無人機，定期空拍宿主 樹的多光譜影像，由影像數據分析每一株樹樹葉的葉綠 素、水分含量，快速找出樹勢比較差的宿主樹，同時監 測栽培環境的地貌變化。 地上宿主樹的健康，有無人機觀察；至於要確認地 下松露菌根長得好不好，現階段只能用肉眼判斷才能辦 得到，可是菌根非常脆弱，禁不起挖掘。於是，宜蘭大 學資訊工程學系教授吳庭育研發了一款地底菌根攝影 機，可以克服地底暗黑的環境，並在松露菌根熱區將玻 璃管斜插入地表，配合 APP 從遠端遙控鏡頭，拍下菌 根的發育動態。 此外，吳庭育還設計長駐型與攜帶型的智慧遙測觀 測裝置，全天候監測栽培場域的微氣候變化。長駐型裝 置架設在四南平臺松露基地，攜帶型裝置則是寄到澳
從天空到地底 成長動態全都錄 「松露生活史是最困難的研究！」林世斌解釋， 目前研究發現松露菌可能屬於異型交配，且每一株宿 主樹的樹根有很大的機率只會感染單一型的松露孢子， 因此自己不會長出松露，必須要跟隔壁另一株感染不 同型松露菌的樹根相接（交配），才能形成松露的塊 狀子實體。 因此，必須挖掘取出樹根、土壤等樣品，進行分子
洲、中國合作夥伴的松露原生產地，收集當地氣候資料。 未來這些數據搭配松露成長指標，可分析、確認適合栽 培松露的微氣候條件，或是這些條件對松露風味、品質 的影響性，進一步建立產業模型、形成決策系統。
心。
機具，改種植高經濟價值的松露，穩定部落經濟、保護 水資源與土壤環境。這個松露產業夢，不光是宜蘭大學 研究團隊傾力投入，農民也認真逐夢，期待夢想成真。 宜蘭大學研究團隊追查松露成長、栽培之祕，希望推動發展松露產業， 協助偏鄉造林、水土保持、增加多元農產收穫、發展六級產業。從左 至右為機械與機電工程學系教授王宜達、園藝學系副教授林建堯、食 品科學系特聘教授林世斌、資訊工程學系教授吳庭育。 整合透地雷達、多種環境感測器、太陽能發電等技術的智慧松露探勘 車（電子豬），不僅能找出松露的位置，也可探勘山林環境的微氣候。 智慧遙測觀測設備全天候記錄溫度、濕度、紫外線、風速、海拔高度 等12項環境數據，幫助研究團隊了解松露栽培地的微氣候。 松露產業發展的最後一哩路－智慧裝置之整合、開發與應用 49
2019~2020 年，國際扶輪社 3490 地區全球服務計 畫挹注 12 萬美元，贊助在地農民參加教育訓練、購買
︱智慧機械／ AIoT ︱ 皮蛋是華人餐桌上常吃的加工蛋品，目前的製作方 式是將鴨蛋浸漬強鹼液，使蛋白、蛋黃凝固。如 果蛋殼有裂痕，在浸漬過程中，整個蛋汁從裂縫流出來， 會造成鹼液濃度降低、變質，導致整桶蛋壞掉。所以， 沒有裂痕的鴨蛋，才能做成皮蛋，而挑選合格的鴨蛋， 卻是一門需要經驗養成的功夫。 臺灣本土蛋品消費市場大，但隨著農村老化，工人 愈來愈難找，多數鴨品加工廠想要擴充產量，卻卡在缺 工問題；再加上臺灣蛋廠多為中小型規模，國外蛋品檢 測設備都針對大型用戶開發，價格都在上千萬元、後續 維護成本又高，且無法提供在地即時維修保養，無法符 合國內蛋品加工廠的需求。 現任臺中科技大學資訊工程系教授鄭經偉，過去任 教於中興大學生物產業機電工程學系時，有一回參訪蛋 廠，了解機器檢測的迫切需求後，研發出偵測蛋殼裂痕 的國產自動化設備，技轉給農機廠商銷售。 機械替代人工 使用一年就回本 這套設備的檢測原理，是利用機器的偵測頭敲擊蛋 與豆腐、米粥、地瓜葉都好搭味的皮蛋，由鴨蛋製成，以往每顆蛋都經過工人敲擊檢測裂痕，費工費 時。當臺灣本土蛋品檢測機出現後，不僅提高鴨蛋加工的效率與產量，也將臺灣檢測設備推升到國際 舞台。 撰文／莊安華、財團法人農業科技研究院 攝影／汪忠信 鴨蛋裂痕檢測再進化 高準確又可追蹤溯源 鄭經偉（中）表示，臺灣農民最需要智慧化的農業機械，但在目前國內農機廠與農機人才式微下，相關技術難以發展，希望政府多投入資源支持。 50
殼，由偵測頭內的麥克風收集反射聲波的訊號，判斷蛋 殼是否有裂痕。後來，鄭經偉持續改善設備，提升感測 器探頭的靈敏度及效能，將前一代機型的 56 個敲擊檢 測點，降為 8 個檢測點，解決沾黏蛋殼表面的糞便、泥 土等汙物，所造成的誤判問題後，推出第二代機型。 機器與人工檢測相比，兩者的效率到底差了多少？
鄭經偉提出的數據顯示，以一日 8 小時檢測 5 萬顆蛋為
基準，機器只需要協助進出料的 3 ～ 4 名人員，檢測準 確率近 98%；而人工檢測要派 11.36 名人員上場，檢測
準確率雖達 97%，在工時增加引發聽覺疲勞的狀況下，
異。另外，假使皮蛋發生食安問題，也可以藉由設備的 溯源系統，找到最上游供應鴨蛋的養鴨業者。
考量鴨蛋加工廠多位於鄉間，設備發生故障，很難 在幾個小時或半天內，找到維修技師登門修理，所以研 究團隊開發了遠端監控系統，搭配線上報修系統及簡易 故障排除維修 APP，提供即時的線上協助與服務，從遠 距指導蛋廠業者調整設備的零件。 鄭經偉強調，智慧農機的開發，耗時耗力，國內農 機廠商也缺乏比肩國外的眾多人才、龐大資金，研發工 作終究要回到學界；這次他所帶領的研究團隊，專注智 慧化蛋品檢測設備的研發，再加上政府給予計畫經費的 支持，以極少人力與國外大廠競爭，成功開發出能放眼
用電、維修費用全部回收。 這台檢測設備已經讓蛋廠擺脫勞力密集，但鄭經偉 仍覺得有不足之處，比方說維護食安的溯源系統、機臺 發生故障時要能夠即時示警及排除問題、防止技術被抄 襲等。因此，他邀集光學檢測、物聯網、人工智慧等領 域專長的學者，共組研究團隊，在科技部「智慧科技於 農業生產之應用計畫」的支持下，研發蛋品檢測第三代 機型。 導入智慧科技 讓設備更聰明 針對敲擊功能的優化，團隊成員了解平飼、籠飼兩 種不同飼養方式所產出的蛋殼，因組成成分不同，敲擊 音頻訊號也有所差異，修正 8 個蛋殼裂痕檢測點的敲擊 方式，以及提升音頻感測器訊號接收的靈敏度，降低環 境和設備運轉造成的訊號干擾，讓裂痕分析、判斷更為 精準。 除了解決檢測問題外，研究團隊還為檢測設備導入 大數據分析、溯源管理系統。當機台進行檢測時，能為 每一批入料的鴨蛋，記錄品質數據、建立溯源資料，並
準確度也會隨之下降。在人力成本比較方面，機器檢測 替代人工檢測，每天可省下 1.1 萬元的人力費用；若一 年工作 200 天，則能省下 220 萬元，並將機器的購置、
透過大數據分析，找出不同養鴨業者供應生鴨蛋的差
國際市場的設備，實屬不易，也希望政府持續投入資源， 繼續強化智慧農機的研發能量。 侯金城（左）經營的川明蛋行，引進臺中科技大學資訊工程系教授鄭 經偉（右）研發的蛋品檢測設備，不僅紓解缺工問題，也提高加工產能。 在設備內，磁動式敲擊構造仿造人手敲擊的效果，利用鋁圓柱、矽膠 隔音罩，避免麥克風收音時受外界干擾，並為每顆蛋敲擊8個檢測點。 每顆蛋經過機器檢測、分級後，所有檢測資料都會上傳到雲端的蛋品 溯源資料庫，並進行分析。 智慧機械與物聯網監控於禽蛋品質檢測及分析之系統開發 51
︱智慧機械／ AIoT ︱ 從歷史經驗來看，對抗病蟲害是一條漫漫長路，尤 其在農業人力不足的當下，要靠人防蟲治病，使 作物不受到嚴重傷害，更顯吃力。在科技部「智慧科技 於農業生產之應用」專案計畫中，由臺灣大學生物機電 工程學系特聘教授林達德聯手郭彥甫、林昭宏、吳昭正、 洪哲倫、陳享民、蔡佳欣、黃晉興、李奇峯、陳淑佩、 林筑蘋等，來自臺灣大學、農委會農業試驗所、成功大 學、臺北科技大學等單位的教授與學者，將設施作物的 病蟲害管理科學，結合深度學習、無人機、多光譜、人 工智慧等智慧科技，建立新世代的病蟲害管理技術。 這項研究以設施的瓜科、茄科、外銷切花及有機 蔬菜，作為鑑定、監測重要病蟲害的對象，開發五大 系統，包括高經濟作物檢防疫微型害蟲辨識及監測系 統、有機蔬菜害蟲的移動式載具影像監測與辨識系統、 重要害蟲自動辨識模組及雲端服務平台、利用影像深 度學習系統辨識重要瓜類和茄科病害及建置雲端服務 平台、番茄重要病害光譜與影像辨識預警系統。林達 德指出，這些智慧化系統經過驗證後，大多數的技術 已經進入落地應用階段，為傳統的病蟲害管理領域， 打開一扇新視窗。 在溫網室裡種植作物，一旦出現傳染性高的病蟲害，可能會一發不可收拾，引起比露天栽培更嚴重的 損失。有了智慧科技的幫助，快速、精準地將設施作物感染病蟲害的風險降到最低，絕對能實現！ 撰文／陳志東、莊安華、財團法人農業科技研究院研究員 賴威延 攝影／汪忠信 作物健檢新利器 讓害蟲、疾病無所遁形 臺灣大學生物機電工程學系特聘教授林達德（右2），邀集農委會農業試驗所、臺灣大學、成功大學、臺北科技大學等跨領域專家，運用智慧科技， 發展新世代的整合性病蟲害管理技術。 52
App 裡，比起過去必須 等待專家花費兩周時間，判斷蟲相變化的傳統做法，更
異。所以，研究團隊將原本在醫院中使用的快照式高光 譜儀器，重新設計，並配合深度學習演算法，打造出可 以手持攜帶到農田、快篩番茄重要病害的小型作物健檢 儀器「行動光箱」。 由於醫院使用的高光譜儀器，造價動輒數百萬元， 且極為笨重，但植物疫情的檢測，不像人體需要寬廣的 光譜範圍，因此研究團隊改造儀器，讓成本降到 30 萬 元左右，且易於操作、攜帶方便，有助於日後的推廣及
降低作物損失
辨識更即時、準確
吊掛在番茄溫室的「微型害蟲辨識及監測系統」， 是一個小小的黃色監控盒，裡面配置環境感測器、光照 感測器、影像辨識的攝影機、雲端伺服器。鏡頭前方約 15 公分處架設黏蟲紙，每隔 1 小時或 10 分鐘，不停地 分析黏著於黏蟲紙上的病蟲種類、數量，將「蟲相」變 化訊息，即時傳入農民的手機
跳出訊息，告知作物得了什麼病蟲害、該如何防治。 研究團隊開發這套害蟲、病害自動辨識系統，最困 難的地方在於教會機器辨識病蟲害的類型。例如今天一 個葉片出現黃斑，它有可能是蟲害造成的，也可能是罹 患炭疽病、褐斑病，甚至可能只是缺水枯萎，或沾上泥 巴、灰塵。這些狀況所呈現的模樣極為相似，甚至還會 因為葉片相互遮掩，讓機器更難以正確辨識，需要有足 夠龐大的病蟲害資料庫，提供機器深度學習。 因此，研究團隊為了建構這一套系統，除了連接農 試所的病蟲害資料庫外，還花了 3 年時間，走訪全臺灣 上百家農場，在不同季節、天候與狀況下，蒐集了上萬 張植物病變照片，架構更完整、龐大的病蟲害資料庫。 有了這套系統後，可協助農夫在植物出現病害時，立即 精準掌握原因並對症下藥，從而減少藥物使用，甚至啟 動生物防治機制，無需使用化學農藥。如果有疑問，還 可以透過通訊軟體與聊天機器人溝通，進一步掌握狀況。 行動高光譜檢測儀 提前快篩番茄疫情 植物剛發病的初期，葉片、枝條通常不容易顯現出
商品化。林達德指出，政府近年積極推動「植物醫師」 制度，研究團隊開發的手機辨識病蟲害系統、行動光箱， 未來有機會成為植物醫師的診斷利器，幫助植醫迅速確 認病蟲害，指導農民精準用藥，達到農藥減半、減少農 產品農藥殘留，同時也照顧農民健康、消費者食安。 以往研究人員將植物帶回實驗室檢測病害，現在有了搭載手持快照式 高光譜成像儀的「行動光箱」，能直接進入田間，快速篩檢番茄青枯病、 萎凋病的病源。 拿著手機對準作物的病蟲、葉片病徵拍照，馬上就能得知病情。 溫網室因為空間密閉，出現病蟲害，就會很快地蔓延全場。 應用智慧科技於作物病蟲害管理 53
為快速、準確。 首先，研究人員定位擺放黏蟲紙的位置，然後派出 搭載多光譜攝影機的無人機，飛入網室辨識害蟲的種類 與數量，並利用植披指標（NDVI）的技術，檢視蔬菜 生長狀況。若要查看出現在作物上的害蟲、病害，只要 拿起手機對著小蟲、罹病葉片拍照，App 或 Line 就會
症狀，而農民也無法用肉眼觀察出植株細微變化的差
︱智慧機械／ AIoT ︱ 臺 灣養豬場採集約式養殖，豬糞尿產生的濃烈臭 氣，令人嫌惡，業者在面臨地方抵制、環境壓力 下，不容易完成擴場或新設。研究動物營養的臺灣大學 動物科學技術學系特聘教授丁詩同，找來專精微生物、 飼養管理及廢棄物處理的臺大動科系 8 位教授們，組成 精準智慧科技團隊，在科技部「智慧科技於農業生產之 應用」專案計畫支持下，發展「智慧科技於高值化豬隻 生產系統之整合應用」，從改善豬隻飼料配方、遠端設 備監控豬隻健康，到後續廢棄物處理，研擬完整的解決 方案。 營養不過量 用精油、益生菌助消化 要減少豬糞尿臭味，得先追究豬到底吃什麼飼料？ 丁詩同說，飼料中的蛋白質，會分解成胺基酸，經過腸 內微生物作用後，會產生有腐臭味的氨氣，由於畜牧業 者為了競爭市場，追求豬隻生長快速、瘦肉比例高，會 在飼料中提高蛋白質含量，讓豬隻處在 overnutrition 養豬產生的臭味、廢棄物，一直受人詬病。臺大動科系精準智慧科技團隊發揮動物營養、微生物、飼 養管理及廢棄物處理專長，研擬完整解決方案，洗刷養豬產業臭名。 撰文／莊安華、財團法人農業科技研究院資深研究員 洪子淵 攝影／汪忠信、莊安華 圖片提供／臺大動科系精準智慧科技團隊、林恩仲 精準飼養出擊 養豬場抑臭減汙有妙方 臺灣大學動物科學技術學系特聘教授丁詩同，研究豬隻精準營養，改善豬隻排放臭味。 54
（營養過度）狀態，造成糞尿的氨氣濃度特別高，味道
極臭。
多年倡導「精準營養」觀念的丁詩同與動科系教授 王翰聰，利用體外消化搭配體外發酵的實驗，快速評估
飼料蛋白質、必需胺基酸組成的變化，分析對豬隻帶來
消化及臭味排放的影響。「營養千萬不要過多，適當就
好！我鼓勵豬農降低飼料的蛋白質，多補充必須胺基
酸。研究團隊透過這項研究計畫，已經精準算出蛋白質
搭配必需胺基酸的最佳比例。」他語重心長地說。
再者，研究團隊成員之一的動科系特聘教授陳明
汝，從優化豬隻腸道菌叢或提升消化機能的理論出發，
特地找出維持豬隻腸道健康的精油、益生菌，成功開發 出精準微生物製劑，添加到飼料裡，不僅可以減少腸道 壞菌、增加消化效率，還能提高豬肉品質、加快豬隻生
身形、體溫與叫聲，一旦發現豬隻長期躺著不動、體溫 升高、發出咳嗽，會立即通知管理人員查看問題豬的健 康狀況。 監測系統還會從豬隻身形，計算生長曲線，推估飼 料未來花費、進入肉品市場交易日期。丁詩同進一步解 釋，豬價跟股價一樣，每天波動，有時一頭豬的價格行 情，漲跌差價達到 200~300 元之譜，如果透過生長曲 線、上市時間預估，調整豬隻飼養速度，就能掌握最好 的交易價格。至於豬隻排放糞尿，研發團隊打造一套智 慧化畜牧廢水處理及沼氣生物脫硫設施，解決地面下槽
長，提高業者的獲利。同時，他們也為豬欄的飼料桶， 加上自動秤重、物聯網裝置，取得飼料重量數據，傳回 管理後台，紀錄豬隻採食情形，作為飼料配方調整的決 策參考。 看身形、估上市 掌握最佳交易價格 豬舍若通風不佳、環境溫度太高，會導致豬隻出現 食慾不振、採食量下降、腸道功能受損、免疫反應減弱、 繁殖性能低落等情況。擅長生物資訊學的研究團隊成 員、臺大動科系副教授林恩仲，在合作實驗的養豬場裡， 設計一款搭載室內環境檢測系統的台車，吊掛於豬欄上 方，定時來回移動，蒐集 PM2.5、二氧化碳、氨氣、硫 化氫、溫濕度等環境數據，建立熱緊迫指標。「而且我 們會建議業者，將水簾裝在豬舍的長形牆面，可以比較 快發揮降溫、通風效果。」丁詩同強調。 另外，一般養豬場飼養 2、3 千頭豬，管理人員很 難在第一時間內，發現身體欠安的豬。有鑒於此，研究 團隊為台車裝載影像監測、聲音辨識系統，偵測豬隻的
體難以抽取汙泥、不能定時定量抽除與清淤等問題。 在上述的研究裡，已有多項成果完成技轉。臺大動 科系精準智慧科技團隊希望這一套適合亞熱帶、熱帶國 家智慧養豬的經營模式，未來不僅幫助臺灣豬業升級、 轉型，還能輸出東南亞國家，用飼育技術力打入國際 盃。 聲音監測系統經過機器學習技術，能辨識豬隻咳嗽狀態。 運動式台車定時在豬欄間移動，收集環境的數據資料，跳脫定點靜態 收集的方式。 傳統開放式豬舍，容易對外散發臭味。 智慧科技於高值化豬隻生產系統之整合應用 55
︱智慧機械／ AIoT ︱ 南投埔里因為氣候涼爽、水源乾淨，種植茭白筍的 面積廣達 1800 公頃，包辦了全臺 90% 的產量， 享有「茭白筍王國」的美譽。但是，在地農民長期使用 夜間光照、抽用地下水，以及露天燃燒筍殼，引發影響 環境永續的風險。 茭白筍需要靠黑穗菌的寄生刺激，讓莖部膨大，結 出筍狀嫩莖。黑穗菌最適合的生長溫度為 25 度，如果 筍田水溫高，將會抑制黑穗菌生長，導致不易結筍。因 此，筍農憑著過往經驗，抽取地下水，調節筍田的水溫。 再者，農民為了減少病害、增加土地肥力，在筍田使用 的農藥及化肥，會隨著地下水的灌排水圳流出，影響周 遭土質。 「埔里的茭白筍還有很多問題要解決，像是農民燃 燒採收後剩餘的筍殼，產生 PM2.5（細懸浮微粒）的空 氣污染，以及農村人力老化、不足，都有待克服。」長 期投入優化茭白筍生產環境計畫的暨南國際大學土木系 特聘教授蔡勇斌有感而發地說。 LED 省電少光害 種出美味好筍 從 2017 年起，暨大科技學院組成一支跨校院系領 域團隊，在教育部大學社會責任 USR 計畫的支持下，開 始投入埔里在地永續環境議題，引入低耗能的 LED 燈照 模組，希望取代高壓鈉燈，改善茭白筍光害問題。 茭白筍是南投埔里重要的經濟作物，然而它的種植方式，對環境造成「夜間光害、地下水枯竭、 PM2.5」三大問題，需要倚重智慧科技，為筍農找到農業生產與環境永續的平衡點。 撰文／林媛玉、財團法人農業科技研究院研究員 賴威延 攝影／汪忠信、莊安華 埔里茭白筍三大環境危機 要靠智慧科技拆彈 暨南國際大學研究團隊長期關注埔里茭白筍產業，運用科技，解決種植造成的環境問題。 56
谷汎、電機工程學系教授郭耀文、應用化學系博士邱國 源，以及臺中區農業改良場埔里分場助理研究員藍玄 錦，在取得科技部「智慧科技於農業生產之應用」專案 計畫的補助後，針對筍田 LED 燈照模組、水資源再利用、 農業剩餘資材的循環經濟、智慧監控系統，進行開發與
研究。
在延續 USR 計畫的 LED 燈照模組成果之後，郭明 裕開發設計更精準、光照效能更好的智慧 LED 燈具系 統，並研究、探討最佳光照配置方法，改善筍田中央位 置光照不足的問題。郭明裕表示，經過比對分析發現，
測及蒐集水溫、酸鹼值、溶氧量、導電度等數據，分析出 最適合茭白筍生長的水環境，然後建構「智慧抽水系統」， 幫助農民輕鬆做好田間管理，省時又省力。
負責建構物聯網系統的郭耀文指出，這套系統能夠 根據茭白筍生長的最佳溫度，幫助農友判斷出最適當抽 水時機，決定最適合的抽水量，既能兼顧植株成長，還 能避免超抽地下水。
除了重視水資源之外，研究團隊針對收成後產生大 量的廢棄筍殼，提出循環再利用的研究。研究茭白筍殼 再利用的陳谷汎強調，萃取完豆甾醇後的殘渣，加入黑 糖蜜、水，還能繼續發酵，做成液肥與與生質酒精，或 是放入生物炭爐，燒製生物炭，再撒回筍田，可以改善 土壤的酸鹼值、肥沃度、保水性，以及淨化水質。
在這過程中，他們發現要優化茭白筍生產環境，需
要規劃更嚴謹的研究課題，於是蔡勇斌號召校內各領域 專家，包括應用化學系特聘教授郭明裕、應用材料及光 電工程學系特聘教授蕭桂森、土木工程學系特聘教授陳
茭白筍經過 LED 燈照射後，在生長、產量及產能上，均 與高壓鈉燈相當，但兩者的電費支出卻大相逕庭。以一 分地來計算，LED 燈省下的電費，約為鈉燈的 4 分之 3， 而且日後若能大量推廣 LED 燈，可望在埔里地區創造出 3.5 億元的燈具汰換商機。 值得一提的是，研究團隊找到最適合茭白筍成長的 光照條件，連續光罩達到 4 小時，植株即有明顯的成長 變化；在分析不同光譜對茭白筍生長的影響後，找到最 適合茭白筍生長的紅藍光比例為 6：1，讓原本刺眼的白 光，轉變為柔和的紫紅色，大幅減低光害。目前在國道 6 號埔里段兩旁的茭白筍田，一塊塊與研究團隊合作的 試驗茭白筍田，陸續裝設智慧 LED 燈具，入夜後綻放夢 幻的紫光，預料將成為網美最新的打卡夜景。 抽水操控智慧化 對抗地下水層下降 每到結筍期，農民會大量抽取地下水，灌溉水田，維 持乾淨水質與適合水溫。研究團隊為了找出最適合茭白筍 生長的水環境，在實驗筍田區架設物聯網的監測設備，監
「這些創新研究與應用的成果，需要更多的推廣與 支持。」蔡勇斌指出，研究團隊目前積極向南投縣政府 爭取經費補助，協助筍農更換 LED 燈具，並持續在田間 建立小型水質淨化模組、推動與建立筍殼收集體系，期 許將研究數據化為田間最佳的管理模式，透過資源再利 用，為農業生產與環境找尋平衡與永續之道。 為了讓茭白筍殼獲得妥善處理，暨南國際大學研究團隊利用實驗室資 源，將筍殼變成具有循環價值的資源。 LED燈具省電耐用，最適合茭白筍生長的紫紅光線，不影響生態，也 不刺眼。 埔里農民使用光照調整產期，讓消費者幾乎一年四季吃得到茭白筍。 應用智慧監控與資源循環技術優化筊白筍生產環境 57
︱智慧機械／ AIoT ︱ 時 間拉到 1869 年， 20 多萬斤的臺灣烏龍茶，以 「 Formosa Tea（福爾摩沙茶）」的名號在美國 紐約熱賣，自此開啟臺茶風光外銷的茶金歲月。 1980 年代石油危機造成國際經濟不景氣，使得臺茶外銷大 幅衰退。政府將茶葉轉為內銷，鼓勵茶農自產自銷， 舉辦優良茶比賽，加上國內股市破萬點、國人消費力 大增的推升下，臺茶攻下內銷市場，卻也失去外銷的 全球舞臺。 眼看著越南、肯亞、土耳其、阿根廷等後起之秀， 用產量規模、價格優勢搶進全球市場，遠離茶葉貿易主 戰場 40 年的臺茶，有沒有再次崛起的機會？「我們認 為臺灣茶要回到外銷市場，必須做到品質規格化、價格 合理。」以科學方法研究茶葉多年的農業科技研究院植 物科技研究所研究員陳柏安直言道。 製茶各有技巧 經驗隨人解讀、不易傳承 這些年來，臺茶外銷為何始終不見起色？陳柏安 分析其中原委說，臺茶講究的香氣，仰賴製茶師的嗅 覺，判斷室內萎凋的茶菁，出現「菁味（青草味）散失、 香味（花果香）宜人」，才會進行浪菁（攪拌茶菁）、 炒菁等步驟；但是每位製茶師都有自己的技巧，經驗 傳承不易，即使是同一位師傅，使用同一來源的茶菁， 連續數日做茶，每天判斷氣味結果、作動時機不盡相 同，皆可能導致品質表現不一，難以完成國際買家要 求的規格化。 要讓臺茶重回全球市場，首要建構的競爭力就是 「品質一致」。由於整個製茶流程的關鍵，都與氣味 有關，陳柏安在 10 年前，為了探討茶葉的氣味，使用 100 多年前，臺灣茶外銷歐美，曾經寫下一頁以全球為舞臺的輝煌歷史。如今，失去茶葉重要出口國 地位的臺灣，能不能運用智慧科技，重返製茶外銷的榮光？ 撰文／莊安華、財團法人農業科技研究院資深研究員 洪子淵 攝影／汪忠信 訓練AI製茶 助臺茶重返全球市場 農業科技研究院植物科技研究所研究員陳柏安強調，智能製茶可以讓茶葉品質更穩定，同時也能節省人力。 58
而且為了測試電子鼻做出的茶，能不能達到消費者接受 的品質，陳柏安毫無懸念地直接帶著茶葉，參加石碇區 文山包種茶比賽。「我們總共做了 4 次的茶，都去參賽。
第 1 次得了優等獎，之後陸續拿下三等獎、二等獎，通 通有得名。」陳柏安說。 顯然這一套智能製茶系統，製茶功力穩定，並不輸 給資深製茶師。提供製茶廠空間、茶菁、設備，給研究 團隊使用的上頂製茶廠負責人羅天送，本身製茶數十 年，他誇讚研究團隊用科技做茶，竟然做得比茶農還好，
GC-MS（氣相層析質譜儀）分析浪菁前後的氣味變化。 不過，這項研究最後因為 GC-MS 分析速度慢，無法完 整辨識茶菁氣味的變化，連帶使得負責「品質一致」的 自動化製茶系統，無緣面世。幸好科技快速演進，AI 人 工智慧落地應用，10 年後的陳柏安再次看到啟動這項研 究的一線曙光。 電子鼻檢測更即時 精準嗅探茶味
茶體系。藉由科技部「智慧科技於農業生產之應用」專 案計畫的經費支持，開發臺茶發展外銷導向的大量生產 模式。 電子鼻發展已久，產業應用尚未完全成功，仍有 諸多細節需要處理。陳柏安說，印度做了很多學術研 究，中國申請概念專利，而他與研究團隊則是花了很 多時間，用演算法調整電子鼻，找到判斷氣味比較穩 定的效能。 能感測茶菁的味道氣體，取得不同氣味分子的數據 資料，透過演算法表述氣味，電子鼻果然不負眾望。陳 柏安解釋，研究團隊依據市場希望成茶達成的風味，或 比賽茶偏好的氣味，開始回溯探討，一步步推論出路 徑，做出氣味變化地圖，解構茶組成的風味；緊接著， 他們依此地圖，訓練電子鼻辨識菁味與香味，設定達成 「菁味散失、香味宜人」的理想數值，做為進行下一個 步驟作動時機的參考依據。 智能製茶品質穩定 表現不輸老師傅 研究團隊與石碇茶農合作，使用茶農種植的臺茶 12 號茶菁，依據電子鼻判斷氣味的結果，完成製茶步驟。
由於清華大學成功研發吹氣快篩肺癌的人工智慧電 子鼻，可以快速、精準地監測氣味變化。於是，他邀請 清華大學電子鼻研發團隊教授饒達仁、專攻茶葉製造的 臺灣大學園藝暨景觀系助理教授林書妍，共組研究團 隊，研發監控茶菁氣味的人工智慧電子鼻，建構智能製
電子鼻廠商準備取得授權，甚至另外一位製茶外銷歐盟 的業者，先向這家電子鼻廠商下訂單，打算運用系統設 備，建立歐盟客戶要求的茶葉製程履歷。 逐鹿全球，不光是臺茶必須急起直追，前進中國生 產綠茶的日本也很有企圖心。陳柏安說，未來擁有智 能製茶技術，就能到全球各茶區做出烏龍茶，連日本 都覺得這是製茶產業的重要新 商機，臺灣更應該踩下油 門，加速衝刺。儘管全 球茶葉生產大國持續 擴大產能，當臺灣的 智能製茶設備流通到 全球後，或許就能 掌握茶葉氣味的話語 權，茶的味道由臺灣說 了算！ 當電子鼻判斷出菁味散失、香味宜人的理想狀態，就會發出警訊，提 醒製茶師攪拌茶菁。 甘韻持久的臺灣茶，曾是臺灣賺取外匯的主力。 利用氣味監控建構智能製茶體系之研究 研究團隊使用電子鼻做出來的包種 茶，均在比賽中獲獎。 59
真不簡單。目前這項智能製茶系統已經公告技轉，一家
︱智慧機械／ AIoT ︱ 國內一群跨領域合作的研究人員，打造了一套 AI 飼 養蛋雞、生產雞蛋的新未來，正在進行一場養雞 革命。這群來自於中央研究院、農委會農業試驗所、農 業科技研究院，以及臺灣大學、中興大學、東海大學、 淡江大學、雲林科技大學、國家高速網路與計算中心的 學者專家，整合畜牧、獸醫、微生物、化學、電子、機械、 統計、天然物與植物等技術專長，建構 AI 協助蛋雞產 業的智慧化養殖及生產管理系統。 中央研究院農業生物科技研究中心執行長楊文欽 是這項研究計畫的最早發起人，他認為臺灣每年飼養 4300 萬隻蛋雞、生產 81 億顆蛋，年產值達到 220 億元 新臺幣，加上臺灣人愛吃蛋，雞蛋消費量持續增加，從 經濟產值來看，雞蛋產業非常適合使用智慧科技，提升 競爭力。 雞蛋，是多數臺灣人每天餐桌上不可或缺的食物。在未來，這些由 AI 飼養的蛋雞，將穩定且有效率 地生產。那雞農的工作是什麼？想像著躺在度假勝地的沙灘椅上，拿著平板一邊從遠端管理雞舍、出 貨雞蛋，一邊查看網路銀行的賣蛋收益，將是他們的日常。 撰文／莊安華、財團法人農業科技研究院研究員 陳南宏 攝影／汪忠信 本土AI技術養蛋雞 農民省力、雞也開心、蛋有品質 研究團隊的專家學者攜手跨領域合作，針對我國蛋雞生產需求及產業所面臨的問題，提出智慧科技的有效解方。（右起依序為中研院農業生物科技研 究中心的研究副技師梁佑全、執行長楊文欽，以及東海大學的畜產與生物科技學系教授楊錫坤、特聘教授謝長奇和助理教授鄭淳予） 60
美大廠掌控的溫帶環境大數據，無法在熱帶氣候的臺灣 發揮優點。」梁佑全指出，熱帶環境的高濕度會對蛋雞 飼養帶來飼料發霉、疾病傳播率快、雞隻飲水量下降等 問題，因此需要重新調整設備、系統的適用性。
研究團隊採取「設備使用現成產品、系統由自己研 發」的模式，在東海新雞舍內使用現有的美國 GSI 集團 雞舍設備，再搭配團隊自己開發的 ALPS 生產系統，目 前正在進行 2 千羽蛋雞規模的飼養試驗。梁佑全強調， 由團隊開發的 ALPS，費用並不昂貴，未來將能增加蛋 農導入的意願。 楊文欽也說明， ALPS 不僅幫助國內蛋農，也協助 國內 ICT 產業邁入智慧農業的領域，更讓臺灣設備服
標，這支持著我們的研究繼續往前走。」研究成員之一的 中研院農業生物科技研究中心研究副技師梁佑全以感性的 口吻說，研究團隊期待 ALPS 可以幫助國內蛋農轉型為科 技蛋農，「他們以後只要帶著平板透過網路，趁旅遊的空 檔，確認一下每日蛋價及收入是否入帳即可。」 重視智慧農業發展的東海大學畜產與生物科技學系 教授楊錫坤，依照研究團隊的設計規劃，興建一座嶄新 的 ALPS 雞舍，作為研究計畫的示範場域。從舍內的溫 度、濕度、通風，到飼料與飲水的供應、糞便處理，以 及雞隻的體重、飲水量與糞便狀況，都由 ALPS 的智慧 處理平台下決策命令給自動反饋設備。同時，ALPS 會 依使用者特性，配合該場大數據分析，以機器學習的專 家系統，建立該場域關鍵演算法修正，進行 AI 決策。 操作國外設備很合拍 具備打國際盃雛形 「現在蛋雞飼養已從溫帶國家，移往熱帶國家。歐
掌握雞隻生理、疾病、飼養強項 研發國產化系統 目前臺灣蛋雞場大多以傳統開放方式飼養，經營規 模小，面臨養殖技術落後、機械化低、禽舍效率與防疫 效果不佳、雞蛋藥物殘留、雞糞問題嚴重等瓶頸。在科 技部「智慧科技於農業生產之應用」專案計畫支持下， 研究團隊針對從蛋雞飼養、疾病預防治療、雞糞處理到 雞蛋生產的流程，研發「智慧蛋雞生產系統」。 這套系統的英文縮寫為「ALPS」，與歐洲最高山脈 的阿爾卑斯山同名。「阿爾卑斯山是歐洲登山者的最高指
務廠商，從自動化升級到智慧化 1.0 ，「 ALPS 現在和 國外設備商合作，不管是垂直或水平整合，都能夠做 得來，而且數據都操在我們身上，已經做到打國際盃 的雛形！」 研究團隊希望透過省時、省力、省工、精緻化的飼養模式，開發AI養 殖蛋雞、生產雞蛋的新技術，吸引年輕人力投入。 研究團隊成員之一的東海大學畜產與生物科學系助理教授鄭淳予表示， ALPS選用直覺式資訊介面，讓蛋農更容易操作。 東海大學實習農場的雞舍由ALPS管理，透過環境數據、生物數據的監 測，精準調控雞隻養殖的動作，減少蛋雞疾病、促進蛋雞健康、增加 蛋雞福利。 智慧科技於蛋雞飼養與產蛋之應用 61
︱智慧機械／ AIoT ︱ 在牛番茄缺貨的夏季市場，如果有成本低、效果好 的方法來對抗熱障礙，將能幫助農民獲得更高收 益。由盛中德、黃三光與一群技術頂尖的專家，包括中 興大學園藝學系教授宋妤、電機工程學系特聘教授蔡清 池，以及農委會臺中區農業改良場副研究員戴振洋、屏 東科技大學生物機電工程系助理教授陳韋誠，提出「牛 番茄高溫環境生產管理及病蟲害預警與防治」的研究， 在科技部「智慧科技於農業生產之應用」專案計畫支持 下，一步步地實現。 選拔耐熱品種 因應高溫逆境 盛中德指出，臺灣的牛番茄比較適合在平地設施內 栽培，團隊配合金三角蔬果運銷合作社的農場進行應用 生產，希望能有效降低設施牛番茄的夏季高溫障礙， 同時也針對病蟲害，建立預警系統。目前研究團隊共 篩選出 3 個品種，分別是「TMB-768、金福 993、金福 994」，能在高溫條件下，不會發生長柱頭現象且著果 率高於其他品種，是提供農民栽培的參考。 臺灣夏季炎熱無比，溫室環境不通風、高溫悶熱，對不耐熱的作物帶來生長障礙。有沒有什麼辦法能 激發這些作物的抵抗力，讓它們身處逆境也能健康成長，維持產量與品質？ 撰文／莊安華、財團法人農業科技研究院研究員 陳南宏 攝影／汪忠信 溫室作物對抗熱障礙 從根溫管理下手 中興大學生物產業機電工程學系兼任教授盛中德（左2）與電機工程學系特聘教授蔡清池（左1）、園藝學系副教授黃三光（右2）、農委會臺中區 農業改良場副研究員戴振洋（右1），一起跨領域研發「牛番茄高溫環境生產管理及病蟲害預警與防治」技術。 62
為了強化牛番茄的著果，研究團隊配合牛番茄生長
特性、人工交配或噴灑植物生長調節劑等需求，開發一
台溫室使用的田間機器人，會自動找出花的位置，噴上 植物生長素，提高自花授粉的效率，並配合病蟲害預警 控制系統，進行預防控制策略，降低農損。負責機器人
技術的陳韋誠說，目前他們為機器人開發的硬體設備、 軟體系統，已完成模組化，造價成本約為 30 至 40 萬元， 迎合農民使用農機重視便宜、方便使用的特性。 研究團隊的病蟲害預警控制系統，是利用物聯網 （IoT）技術，蒐集氣候數據資料、土壤感測器所偵測的 數據資料，以及縮時攝影相機的影像資料等，進一步發
延後到 5 月，供應母親節蛋糕市場。」
盛中德強調，研究團隊開發的根溫管理系統，在 經濟負擔不重或具經濟效益的情形下，進行植物生產， 所衍生的經濟效益非常大。而且對有熱逆境生長問題 的短期葉菜或設施栽培的作物，可提供直接明顯的助 益。 隨著氣候劇變、全球暖化，衝擊農業的威脅愈來 愈大，研發對抗熱逆境、降低作物熱障礙的技術，是 一場與老天競速、看不見盡頭的競賽。此時此刻的臺 灣，必須掌握更多前瞻的栽培經驗，成為賽道上的領 先群。
展決策平台。戴振洋表示，預警是防治作物病蟲害的新 觀念，主要是利用即時監測害蟲的族群變化，以及環境 參數與病害發生的相關性，預測病蟲害的發生，並且在 設施環境出現病蟲害大發生之前，先阻斷好發疾病、害 蟲的溫濕度，降低病蟲害入侵。 冰水循環降低根溫 拉長產期、競爭搶市 盛中德說，研究團隊利用植物根部溫度（根溫）管 理，開發夏季使用的冰水循環根溫控制系統，給根部多 吸收一些水分，搭配蒸散作用，排出植物體內的熱，降 低牛番茄的熱障礙，成功提高著果率。 繼牛番茄之後，研究團隊將根溫控制的研究成果， 進一步延伸應用到受到熱障礙影響更嚴重、夏天無法生 長的溫室草莓，與位於臺中清水的沐光農場合作試驗。 沐光的經營者黃文慶說，清水地區氣溫高於苗栗大湖草 莓區，導致生產的草莓上市時間晚於大湖，而且產期結
束得比大湖早，「我與老師一起研究冰水循環根溫控制 系統，看看能不能讓我們的草莓提早上市，同時將產期
5度的冰水在埋入高架床的銅管內，循環流動，為草莓根部降溫。 中興大學園藝學系教授宋妤（右）將根溫控制技術，引入青農黃文慶 經營的沐光農場，進行溫室草莓的試驗。 牛番茄進入夏季栽培時，平地溫室的高溫會導致著果率極低。 牛蕃茄生產熱逆境管理及病害蟲害預警系統開發 63
︱智慧機械／ AIoT ︱ 專攻 IC 技術、系統軟體、軟硬體整合設計的黃英哲， 認為將智慧科技應用於農漁業，可以解決長期困 擾養殖戶的問題。因此，他找來系上教授鄺獻榮、張雲 南，以及海洋科學系教授劉莉蓮，一起申請科技部「智 慧科技於農業生產之應用」專案計畫，展開「底棲性水 產養殖之智慧設備開發、場域實證與系統生態圈整合」 的跨領域研究。 傳統網撈方式 不易掌握蝦群健康 在臺灣，蝦子也是水產養殖的主要物種，養殖戶為 了滿足市場大量的需求，必須採取密集養殖，有時飼料 量或水質控制不當，常常造成蝦病好發、水體汙染，導 致全池蝦群在極短時間內死亡，損失慘重。黃英哲指出， 蝦子養殖最適合導入智慧科技，可以根據監測資訊，有 效地找到合適的管理策略。 過去，國內產官學界為了掌握水產魚群的活動力、 數量與大小變化，已經研發出水下視覺監測的技術與設 備，但是未見為蝦子、文蛤等底棲水產物種，設計效果 好且售價能讓養殖戶接受的監測設備。 於是，中山大學智慧養殖團隊陸續購入 7、8 款市 售的水下攝影機，到養殖池進行實測，發現全部都看不 清楚水底狀況。在「換得失望的觀測」後，團隊將業界 已有的技術，進行轉化、往前推展，除了找廠商開發耐 養殖池水體混濁，看不清楚池底蝦子進食、活動、生長的情形，常讓養殖業者無法優化投餌策略、掌 控蝦子的健康。中山大學智慧養殖團隊研發 AI 水下影像即時監控系統，打造蝦子版「楚門的世界」， 增加蝦子的活存率與收成。 撰文／莊安華、財團法人農業科技研究院研究員 賴威延 攝影／汪忠信 監視蝦子版「楚門的世界」 AI讓養殖效率更好 中山大學資訊工程學系與海洋科學系的師生跨領域合作，組成智慧科技水產養殖團隊，開發強化水下影像與辨識為核心的「人工智慧水下監控養殖系 統」，以及水產養殖智慧管理方法，將AI技術導入高經濟價值的蝦隻養殖上。 64
產蛋的位置、時間等資訊，自動通知農民，以利於精準 採收。 從業界的反映來看，中山大學智慧養殖團隊的研究 成果，算是全球獨步，已經吸引越南、泰國、印尼、印 度的養殖業者跨海聯繫。由此可見，這項研究所帶來的 成果，可以轉換成商機。養殖團隊在中山大學創業育成 中心與教育部「大專校院創新創業教育計畫」的輔導下， 已經邁向新創之路，將進入募資階段，預計在 2022 年 成立公司，希望團隊的研發能量，與水產養殖產業資源 有效連結。
動速度，能推估出池中蝦群的成長及健康趨勢。有了 AI 出馬協助後，前端的影像辨識與分析，整合後端的水質 感測器、自動投餌機、水車、進排水設備，再加上把所 有數據上傳雲端中控台，將傳統養蝦達人的養殖經驗， 進行影像化、數據化，形成管理決策系統，有助於降低 養殖過程中可能發生的風險，並且減少人力、節省用電 與餌料成本，提高養殖效率及產量。 啟動新創募資 成為「水產養殖界的谷歌」 與中山大學智慧養殖團隊合作多年的東港生技研究 中心主任吳豐成表示，傳統水產養殖業正面臨高齡化、 缺工、人力斷層、飼料成本過高等問題，假使能導入智 慧養殖模式，並針對眼前傳統養殖模式所遭遇的問題， 提供因應對策，最終可達到產能提升、調節及計畫性生 產效益。 目前，養殖團隊也幫助產銷履歷達人、養殖鱉外銷 日本市場的女青農謝育諮，追蹤鱉產蛋的正確位置。研 發團隊運用類神經網路的「物件偵測系統」，並搭配「追
即能掌握水產的生長狀況，或察覺某些區域的水質異常 變化，即可從數據找問題、找商機，預先抓到每個產季 的供應鏈與銷售市場，這樣的遠景藉由智慧科技的投 入，已經指日可待。 使用可見光與紅外線技術的水下攝影機，24小時全天候監測池底蝦群、 水質，充分節省人力，提高養殖管理效率。 養殖團隊試用過市售的水下攝影機，發現都不能看清楚池底的蝦子， 於是導入AI技術，開發高解析度的監測設備。 臺灣養殖的蝦子，受到疾病與養殖池水質不良的影響，近年來遭遇產 量銳減之苦。 底棲性水產養殖之智慧化監測及管理技術 65
海水腐蝕、可運作於濁水環境、具全天候攝影功能的水 下攝影機外，也利用演算法，透過智慧科技強化黑暗水 底裡的影像，呈現蝦子的身軀、蝦殼內的腸腺等細節。 影像眼見為憑 做好風險管理 這一台搭載可見光和紅外線技術的攝影機，下方連 著餌料盤，沉入池底後，蝦子就會游過來採食，被鏡頭 錄影監視，成為「楚門秀」的主角。牠們的一舉一動， 都被拍成動態影像，上傳到雲端中控台。黃英哲解釋， 養殖團隊就從雲端中控台取得大量蝦群的水下動態影 像，觀察蝦子的行為、活動力與進食狀態，進行大數據 分析、深度學習。 此外，AI 依據其所辨識蝦子的長度大小、腸腺、游
蹤算法」，然後記錄影像資料，彙整出分析報表，將鱉
黃英哲說，日後團隊若能服務全臺各地的養殖場，
︱智慧機械／ AIoT ︱ 今年因為缺水，政府正在研議是否讓水稻休 耕……」據統計，農業用水占臺灣總用水量 7 成， 其中又以水稻為大宗。「臺灣農業多以小農為主，實在 沒有財力與技術去跟國外那種大資本農業比科技。」朱 彥煒教授認為，這正是學界可以著力之處，只要能利用 新的 AI 與空拍等技術，結合不同領域專家來建立完整 的作物健康管理預警系統，就可以提供農民負擔得起的 科學化栽種決策。 人工智慧技術應用於農業生產是全球趨勢，但能符 合精準栽培管理條件的系統尚在起步。朱彥煒教授以水 稻為目標，挑出最關鍵的幾項種植變因，包括病害、蟲 害及土壤水分，在科技部「智慧科技於農業生產之應用」 專案計畫支持下，整合跨領域專家開發多功能作物管理 的智慧偵測及預警模組。一旦技術成功後，便可延伸應 用於其他重要經濟作物的栽種及管理上。 防微杜漸 用智慧科技事先預警水稻生長問題 以現在科技，分析農作物生長狀況與條件並不困 難，研究團隊讓人印象深刻的關鍵在於「預警」技術， 就是在水稻還沒開始發生病蟲害時，先預報即將發生的 問題，讓農民可以即時用藥。同樣的道理應用在灌溉上， 也能讓水稻減少用水，省下大筆資源與人力。 電腦系統怎麼能知道疾病與害蟲即將到來呢？戴淑 水稻是臺灣最根本的糧食作物，以往農民靠著經驗施肥、用藥與灌溉，導致使用過量且耗費人力。國 立中興大學基因體暨生物資訊學研究所朱彥煒教授以水稻精準簡易的生理指標，設計智慧預警系統， 讓農民預先知道水稻真正需求，即時用水用藥，為水稻「算命」和「改運」。 撰文／葉文欽、財團法人農業科技研究院研究員 陳南宏 攝影／葉文欽 圖片提供／朱彥煒 作物健康超前預警平台 未卜先知水稻的未來 在「智慧科技於農業生產之應用」專案計畫下，中興大學基因體暨生物資訊學研究所朱彥煒教授（中）、昆蟲系戴淑美教授（右1）、植病系陳啟予 教授（右2）、生科中心羅舜芳助理研究員（左1），以及資管系詹永寬終身特聘教授（左2）代表研發團隊受訪。 66
來 AI 在早期資料內容尚少時也能做出有效預判，正如 AlphaGo 的棋譜一樣。 朱彥煒教授補充，隨著資料庫內容增加，不只可判 定哪幾個光譜對疾病、病蟲害有關鍵作用，未來甚至用 一般相片就可轉成高辨識度的光譜，農民直接拍照上傳
作物智慧型健康預警系統之建立 相較於國際現行的預警系統，朱彥煒教 授團隊選擇具有代表性的葉溫、光吸收 反應、葉綠素、株高等植物生理指標建 立作物智慧型健康預警系統。有別於一 般的感測器都是偵測外在環境，這套系 統直接針對作物生理，不僅可做到「提 前預警及精準打擊」，且使用時間與運 算成本均大幅降低。多數儀器臺灣廠商 就可以製作，成本較國外差了數倍，還 能夠輔導在地科技產業，一舉數得。 低成本、高智慧的健康管理預 警系統 美教授表示，作物無論遭遇害蟲或真菌、細菌等微生物 危害，都會有一些外部形態或內部生理狀態（如葉綠素 或水分含量）的改變，這些改變可藉由一些高靈敏、高 解析度的感測器，例如：結合高光譜或多光譜的光譜影 像技術與專家共同分析。 首先，將可能的變因列出，並由詹永寬終身特聘教 授協助以高光譜與多光譜的影像技術辨識農地空拍圖， 一旦發現該農地符合可能的危害特徵，再透過類神經網 路整合，就能夠辨認早期危害。目前害蟲識別系統的預 警率已可高達 92% 以上，其中二化螟更是高達 100%。 在病害方面，李敏惠教授及陳啟予教授表示，這套 系統打破以「今天」之氣象資料來建立病害預測模型的 問題，改以「未來」納入考量，利用天氣站資料結合稻 葉病斑辨識技術，可於 8 天前預測作物病害之發生。以 臺灣水稻最常見、傳播最迅速的稻熱病與白葉枯病為例， 在偵測與鑑別的 AI 系統已達到 7 ～ 8 成的預警準確率。 賀端華院士、余淑美院士及羅舜芳助理研究員也說 道，水稻生理指標是最直接的植物健康數據，水分預警 系統會將熱影像特徵轉為植株「體溫」，在結合水稻株 高、葉綠素等作物生理指標，以此綜合分析出輕度缺水、 中度缺水、不缺水三種情況，再依據需求並配合氣象環 境指標進行澆水決策。 這套智慧系統的強大功能，有不少是仰賴背後的專 家系統，例如：各種病蟲害的相關光譜，屆時用「光 譜指紋」就能知道是哪一種蟲引起的問題，如此一
系統就可辨識病斑，為臺灣農業帶來更大的效益。 利用葉綠素計測量植物葉子的葉綠素含量，可評估水分需求狀態及額 外施用肥料的數量與時間。 利用氣象局架設的氣象 站，經過一系列運算後， 可提供給AI模型預判出 水稻何時會生病。再利 用資料視覺化技術，讓 農民用手機瀏覽器就可 以依黃、紅、紫等顏色 區隔並判斷所在處的病 害預警等級。 67
︱智慧機械／ AIoT ︱ 行政院農業委員會農業試驗所農業工程組計畫主持 人姚銘輝研究員所率領的研究團隊，包含來自大 氣、統計、園藝、病蟲害及資訊工程等各領域的專家， 在 3 年的研發過程中，從光合作用監控、病蟲害調查、 農民溫室操控及氣候變化等，得出一個個龐大且複雜的 數據庫。 在經過完整自動監測、AI 雲端精密運算後，開發的 作物生理、病蟲害監控預警系統及智慧溫室環控系統， 對病蟲害即時監測及最佳防治時機，同時達到減少人力 需求，又有具氣象預報功能的低成本溫室環控特色，對 於國內溫室栽培所面臨的困難，具創新性的突破！特別 是低成本的研發產品，也為農民節省荷包，更具產業推 廣績效。 精準掌控病蟲害 對症除「害」 走進位於臺中農試所裡的溫室栽培場，要先穿過一 道之字形宛如隧道般、以黑網罩得幾乎無法透光的陰暗 空間。「這是為了杜絕不必要進入的蟲子，以免影響研 究成果。」專門負責病蟲害的林鳳琪研究員表示，溫室 番茄是目前許多農民選擇栽培的對象，雖然夏季番茄價 格高，但須面對高溫環境及嚴重病蟲害威脅，其中，影 響最深且危害最大的「粉蝨」，向來始終缺乏一個最佳 的解決方案。 林鳳琪說道，一旦番茄在 8 周成熟期前罹患粉蝨， 就有 7 成以上機率會受病毒危害，最後不僅開花量少，收 成量也會大幅下降。因此，即時觀察粉蝨的數量是本計畫 臺灣許多農民備嘗艱辛，尤其颱風、豪雨、夏日乾旱，以及潮濕多雨所帶來的病蟲害，促使許多農民 考慮「溫室栽培」。然而，不菲的造價，特別是環境控制系統，動輒 40 萬元起跳，既缺乏氣象預報 功能，還需擔心後續維護費用。 現今利用 AI 技術就能幫忙農民解決困擾，還能研發低成本及精準的 產品，讓農民不再害怕「看天吃飯」的日子。 撰文／戚文芬、財團法人農業科技研究院助理研究員 張筑喻 攝影／戚文芬 智慧化的溫室栽培 聰明又更富有人性 行政院農業委員會農業試驗所農業工程組姚銘輝研究員（右1）、林鳳琪研究員（右2）及其研究團隊，專事研究AI智慧感知技術建構溫室番茄栽培 管理專家系統。 68
研究重點之一。藉由黏蟲板搭配影像監測及傳輸系統，每 小時進行蟲數影像判別以確認族群密度，同時利用 AI 深 度學習技術進行預測，判斷最佳施藥時機點，透過早期施 藥控制蟲害爆發，農民不僅可減少農藥施用量及成本，同 時能降低農產品農藥殘留風險，創造雙贏成果。 姚銘輝進一步解釋，過去為了蒐集該區域的粉蝨數 量及變化情形，只能仰賴農民將黏蟲板寄到專業單位確 認。這一來一回至少要花上近一週時間，更遑論光以肉 眼來判定，費時費力。如今藉由專業儀器監測輔助，不 僅大幅提高效率，更能精準掌握。 因應氣候變化 為作物生長做好準備 在科技部「智慧科技於農業生產之應用」專案計畫 支持下，團隊開發智慧化溫室環控系統來面對臺灣多變 的天氣。導入中央氣象局氣象預報資源至溫室，配合 AI 運算技術建立溫室最佳化控制策略，提前進行作物生長 逆境的防範。 「這些智慧化控制策略，目的是為了隨時因應氣候 變化，為農作物的生長做好萬全準備。」姚銘輝表示， 透過不同領域整合，收集作物及氣象資料經由雲端的統 計運算，產生加值化的資訊及決策策略，再運用於實際
環控系統可有效控制豪雨、乾旱，以及病蟲害對溫室番 茄栽培所造成的影響。同時強調是「低成本」及「精準 控制」，利用 AI 智慧感知技術的運用，著實將農業的 溫室栽培往前推進了一大步。 特定光譜感測儀可以監測作物缺水、缺氮（養分）的狀況。 透過智慧化感知監測，可以即時掌握黏蟲板上粉蝨的數量。 利用 AI 智慧感知技術建構溫室番茄栽培管理專家系統 在溫室中藉由 AI 智慧化的導入，最明顯的差別在於可有效降 低農民生產成本及人力投入。透過雲端的資料彙整、運算及自 動產生決策後，「智慧都在空中（雲端）！」姚銘輝笑著說。 陽光來了打開頂棚，豪雨則自動闔上，至於病蟲害的部分，運 用感知監測後，通通都不再是問題了。 所以，以往常見笨重且體積龐大的環控箱，縮小了許多，而且 據姚銘輝估計，一個智慧環控箱成本僅 3 萬元左右，對比一 般的環控箱 40 萬元，價格低廉又親民。溫室栽培因為智慧化 變聰明了，成本也大幅降低，不僅如此，人力也減少更多了。 溫室導入 AI 智慧化 環控箱負責感知監測 研究團隊所開發的智慧型環控箱體積小，價格低廉且非常 親民。 69
溫室栽培場域，彰顯科技研發的績效。 「譬如西北雨即將到來時，我們可以預防性關閉頂 帷幕，避免溫室作物淋溼，加快病蟲害傳播速度。相反 地，也可以控制頂部開窗的角度，讓溫室獲得最大通氣 量以降低夏季高溫，及作物獲得最佳的陽光照射，讓它 們成長得更好。」姚銘輝強調。本團隊所發展出的智慧
︱智慧機械／ AIoT ︱ 2019那年真的很慘，差不多 8 成的荔枝和 龍眼都毀了。」南化區農會的侯明雄 回憶起當時的狀況：「一開始農民也不認識這是什麼， 有的還用手去抓，結果被灼傷的比比皆是。大家不知道 要用什麼藥，等到了解荔枝椿象的特性後，那年的收成 已經完蛋了。不過，我們也是從那時開始跟這些專家合 作，幸好有他們的幫忙，今年收成幾乎回到蟲災前的水 準了。」 當你吃著甜美的荔枝與龍眼，也許不曾注意到，近 幾年的價格有時會忽然飆漲，那往往就是荔枝椿象在作 怪。可別以為只要噴噴農藥就解決了，防治荔枝椿象是 非常消耗人力的工作，偏偏這些果樹大多都是種植在山 坡地上，而臺灣農民又面臨嚴重的老化問題。於是，在 科技部「智慧科技於農業生產之應用」專案計畫的支持 荔枝椿象這個外來種昆蟲，也許多數臺灣人並不熟悉。牠不僅是荔枝、龍眼的大敵，而且還會傷人， 所噴出的臭液具有腐蝕性，連農民也不敢輕易招惹牠們。眼看荔枝椿象在臺灣肆虐越演越烈，農委會 臺南區農業改良場、國立成功大學及國立雲林科技大學不同領域的專家攜手合作，終於研發出既省力 又有效的對付方法。 撰文／葉文欽、財團法人農業科技研究院副研究員 陳俞螢 攝影／葉文欽 圖片提供／陳盈丞 蟲蟲危機大爆發 各路專家齊聚捍衛果園 後排左3為陳靜茹助理教授，左4是臺南區農業改良場作物環境課鍾瑞永課長，也是計畫總主持人。前排右1為南化區農會農事指導員侯明雄，右2 為臺南區農改場作物環境課陳盈丞助理研究員。 70
識技術，除了讓無人機可以直接認出龍眼樹，設計的路 徑規劃功能也解決這項問題。陳靜茹助理教授表示：「在 短時間內建立專家系統，把有限的個案做成最細膩的分 析，快速累積龐大的資料庫，讓現在的 AI 系統能達到 超高的辨識成功率。」 除了無人機外，黃悅民講座教授的研究團隊還開發 了感測器，以太陽能面板直接供電，並具有氣象資料收 集功能，數據傳回後端便可跟無人機的數據比對分析， 對於了解荔枝椿象的習性大有幫助。賴維祥教授說明，
下，多方專家貢獻出手上不同的尖端技術，聚集起來幫 農民們「打怪」的團隊就誕生了。 從平面到立體 精準打擊荔枝椿象 成功大學航太工程系賴維祥教授，長期致力於多旋 翼無人機的設計與發展，加上擁有嵌入式系統和感測相 關技術之整合專業的成功大學工程科學系黃悅民講座教 授，以及近年來參與多項無人機應用整合產學合作的雲
及蟲生真菌防治荔枝椿象的組合解決方案。 臺灣山坡地果園多採用自動化噴藥控制系統，能涵 蓋範圍有限且固定，何況龍眼樹動輒在高度 10 公尺以 上，而荔枝椿象破壞的又是樹枝嫩梢，一般噴藥系統實 在難以解決。透過無人植保機來直接噴灑頂端，結合特 別研發的防治藥劑與 AI 人工智能判讀，直接在空中搜 尋荔枝椿象蹤跡，並針對發現蟲害的對象噴灑，省藥又 環保，目前已證實成效相當良好。 此外，龍眼樹往往散布在果園各處，而且高低大小 不一，所以這種無人機不能像一般機種只看得到二維平 面空間，必須具備立體化空間的辨識能力，還要穿越一 些阻礙物來偵測到荔枝椿象，因此透過多光譜的樹種辨
其中所有的系統都是獨立發展，已經完成數據化、標準 化工作，未來可以提供給民間的農事公司，一起來對抗 荔枝椿象，幫助臺灣農業繼續升級。 研發的無人植保機之幫浦採旋鈕式，透過加裝壓力表計加以控制，此 系統與噴嘴相互搭配，以適當的流量及壓力達到最佳噴灑效果。 荔枝椿象不僅繁殖力驚人，而且極難對付，靠牠太近還有受傷之虞， 目前已經傳遍全臺，危害甚是嚴重。 坡地果樹智慧農業核心技術之研發與應用 臺南農改場與研究團隊致力於開發無害的荔枝椿象防治技術，經 過 2 年研究，目前已成功找到用蟲生真菌來殺死荔枝椿象的方 式。致病力試驗顯示該菌株對荔枝椿象成蟲及若蟲之校正死亡 率分別為 88 ％以及 50 ％，展現該菌株對荔枝椿象的防治潛力。 經液態培養及麩皮介質固態培養，其產孢量可高達 109 spore/ ml。此作法已經通過了溫室與田間實驗，未來可大規模於室外 施用。 真菌殺蟲 利用天然的荔枝椿象剋星保護果樹與環境 蟲生真菌是一種寄生在昆蟲上的生物，可以用對環境無毒的方 式殺死這些宿主，這種菌株名為「淡紫菌」，對荔枝椿象有8 成以上的致死率。 71
林科技大學未來學院 / 智慧辨識產業服務研究中心陳靜 茹助理教授，不同團隊在臺南區農業改良場作物環境課 鍾瑞永課長的牽引下，共同設計出以無人機、有機資材
︱智慧機械／ AIoT ︱ 臺灣人愛吃魚，但餐桌上的魚大多來自近海或遠洋捕 撈，反而本土養殖漁業因負面印象被民眾忽視。熱 愛海洋且長期投入養殖生物疾病防治研究的臺海大研究 團隊，不服「國產不如進口」，與各方專家進行跨領域 結合，將智慧科技應用於水產養殖現場，並將無抗養殖 特色落實至自創品牌－艾普水產生技股份有限公司，生 產優質水產品，讓消費者找回對養殖水產的信心。 開發複合益生菌 增強水產抵抗力 「落實『健康養殖，安心食用』是本計畫核心理念。」 周信佑特聘教授補充：「以六次產業為概念，透過研發、 生產與消費者共同參與，發展一條龍或接龍式的架構，創 造兼具經濟與社會價值的新農業價值鏈。為了落實無抗養 殖，開發非抗生素生物製劑成為一大重點，研究團隊由魚 蝦腸道菌相研究，找到數株能與弧菌、鏈球菌拮抗的乳酸 菌，經實驗證實，未來透過魚類腸道拮抗菌的應用，便能 達到抗病以及提升免疫的效果。 北科大資訊工程系白敦文教授更藉由人工智慧導 入，開發一套智慧型抗原表位預測分析系統，以病毒及 細菌的蛋白質序列交叉比對分析，找出具有抗性的胜肽 片段，進而開發廣效型多胜肽疫苗，成為未來具有潛力 的新技術。 臺海大海洋生物研究所陳歷歷教授表示：「水產品 臺灣海洋資源豐富，擁有種類多元的漁獲，滿足了饕客的味蕾，但你知道臺灣的養殖漁業技術也是獨 步全球嗎？許多國人對養殖漁業存有負面觀感，如今國立臺灣海洋大學水產養殖學系周信佑特聘教授 帶領團隊，要顛覆你對養殖漁業的印象！ 撰文／林郅、財團法人農業科技研究院研究員 陳南宏 攝影／林郅 透過無抗養殖水產 讓你吃得美味又安心 研究團隊從左起分別為高宗佑博士生、陳歷歷教授、顏智英教授、計畫主持人周信佑特聘教授、艾普水產生技周子巧經理、莊育鯉助理教授、艾普水 產生技馬秀傑顧問。 72
深植於心。」建立與推動新六次產業化發展是重要項目， 整合生產、加工與販售三大環節，落實無抗養殖的正向 循環，才能共創產業的「三贏」。
同是海洋文創設計產業學系的莊育鯉助理教授也補 充：「無抗養殖不僅是產品，更是理念，在產業鏈上的 每一位合作夥伴都十分認同且齊心合作，並以此為根基 建立信任且鞏固的金三角關係。」
養殖水產的疾病百百種，可能連養殖戶都不清楚自
方式。 透過品牌建立與包裝 讓學術研究延伸至產業面 從產地到餐桌，運送是關鍵過程，尤其水產品講究新 鮮，冷鏈管理愈發重要。在計畫中，以抑菌欄柵技術防止 水產品變質，進而開發真空油炸水產品，除了能延長保存 期限，提高產品價值，也讓水產品開封即可食用，十分方 便。臺海大品食科學系蕭心怡教授與陳泰源副教授表示： 「開發出的技術可以幫助食品業者克服冷鏈失溫時的品質 安全問題，並防止水產品的損失和浪費。」 臺海大海洋文創設計產業學系主任顏智英教授說 道：「無抗養殖可以改變一般民眾對於養殖水產的印象， 透過創立品牌以及後續的設計、包裝等，讓安心的象徵
的病原體眾多，時常發生投錯藥或劑量太多的問題，日 積月累會導致食物鏈最頂端－人類的危害。」因而開發 口服複合益生菌，盼能讓魚蝦增強抵抗力，減少藥物使 用。研究從白蝦分離出具有抑制蝦急性肝胰腺壞死病的 腸道菌，再搭配魚複合菌作為蝦用口服益生菌。目前產 品正在試驗階段，若開發成功有望打造新型態生態養殖
己是投什麼藥。周信佑特聘教授認為：「不該打模糊仗， 研究團隊應該精準讓漁民了解無抗養殖的理念，並透過 乳酸活菌免費試用，讓漁民可以親身體驗。」因此，艾 普水產生技股份有限公司建立出好口碑，除了打造無抗 養殖的典範，也帶動產業的正向循環。 商品透過設計與包裝，可讓品牌形象深植於心。圖中「金澄午」為午 仔魚條凍，另也有一夜干商品。 研究人員將優格菌以自主專利進行晶球包埋過程，複方的飼料添加物 可依養殖戶需求客製化生產。 結合智慧科技與冷鏈管理共創無抗養殖之精緻水產 由臺海大衍生的新創公司－艾普水產生技，透過魚蝦腸道內的 拮抗乳酸菌，以自主開發且擁有專利的包埋口服製劑技術，打 造出「水產優格－魚健寶」。另外，進一步與養殖業者合作推 廣及輔導，生產多種投餵「魚健寶」的水產品。目前產品包括 「優格健寶蝦」、「金澄午（午仔魚）」、「優生斑（龍虎斑、 龍膽石斑）」等，榮獲 2017 年「未來科技突破獎」、 2019 年「學術創業先鋒獎」及 2021 年「傑出技術轉移貢獻獎」的 肯定。 以專利技術打造優格菌 各式水產抓住消費者的胃 「水產優格－魚健寶」讓魚蝦吃了頭好壯壯，增強抵抗力，減 低疾病爆發的風險。 73
︱智慧機械／ AIoT ︱ 臺灣茶園常只專注使用農藥與肥料來解決低產問 題，忽略土壤含水量和肥力狀態會直接影響茶樹 生長，長期一致性的肥料管理導致土壤酸化和沙漠化， 讓土壤內的養分供應失衡。此外，常有施肥不足的問題， 因農民不知何時施肥、該施什麼肥，凡此種種，都是研 究團隊想要改變的情況，團隊經常在鄉間踏勘，有時還 比農民更熟悉自己的茶園。 「喂，盧大姊嗎？我剛剛才去過妳的茶園，你們的 茶樹餓了喔，上次施肥是什麼時候？」王依蘋博士剛看 完茶園，立刻打電話給農友告知問題，同時對土壤採樣 現場分析，並用空拍機記錄整體情況。申雍教授提及， 農民都很務實且急迫，沒時間等我們在實驗室花一兩個 禮拜給他們答案，所以能夠現場解答的，一定要快點告 訴他們。 改變既定觀念 以實際試驗成果說服農民 農民往往一看到土壤表面乾了就澆水，導致茶樹根 部往橫向而非向下生長，這種淺根的茶樹既不耐旱又缺 少養分，進而演變成過度澆水與施肥的惡性循環。其他 「夏天高溫少雨，您的茶園生長好嗎？」、「茶園枯枝多，收不到茶菁怎麼辦？」這兩個問題問到茶農 心坎裡，起因於乾旱所衍生的土壤特性與植物根系生長間的問題，茶農很難靠經驗與運氣來克服。在國 立中興大學土壤環境科學系申雍教授團隊努力下，藉由科學數據觀察和多元視角，提出問題解方。 撰文／葉文欽、財團法人農業科技研究院資深研究員 洪子淵 攝影／葉文欽 圖片提供／申雍、王依蘋 茶園裡的大夫 從外觀到土壤的全方位診斷 中興大學土壤環境科學系申雍教授（右1）帶領博士後研究員王依蘋（左2）與其他研究助理，負責影像分析、問題解析、專家系統、田間試驗執行 等工作，全方位診斷茶園問題。 74
實驗室裡等上的資料，現在馬上可以交給這些「出診大 夫」，讓農民猶如在醫院裡看 X 光片，直接由醫師告知 診斷結果。 為了讓診斷結果精準，申教授邀請各領域專家，多 方角度評估土壤性狀。尤其是面臨氣候變遷，許多過往 經驗也未必可靠。茶農陳誌堅就表示，種了 13 年以上 的茶葉，過去照以往方式種植，成果卻越來越不理想。 在聽了研究團隊的說明會後主動接受輔導，繼而獲得剪 枝、施肥與灌溉上的建議。 除了盡快幫助農民，計畫還有更遠大的目標，就是 把第一線實績等數據帶到雲端，開發一套「茶園土壤健
土壤有機質是植物生長重要的營養來源，常被視為土壤肥力 指標。傳統測量方式會有重金屬汙染，也無法即時現地測量， 因此研究團隊運用可見光—近紅外光感測器（VIS-NIR）技術 來估算土壤有機質含量，只需 1 分鐘即可獲知結果，而且可 以隨時隨地進行，就近收集不同來源土壤進行反射率測量， 大幅縮短傳統化學分析檢測時間與成本，輔助專家現場做出
量測。 可攜式土壤有機質含量感測器 土壤肥力立即見分曉 像是認定茶樹修剪僅能在冬天執行、新苗栽種比茶樹留 養有效益等，都是團隊積極想要打破的觀念。 農民許震西分享，大家都說不能剪枝，認為茶葉剛 收成後不要施肥，但是聽教授的建議施用後，結果不只 長得比人家好，去年還比別人多收成一次！此外，運用 衛星空拍，自動發簡訊告知灌溉情況，並結合天氣預報 系統，真的很貼心！這樣的實際成果，申教授團隊正努 力反轉農民的觀念。 把實驗器材帶進田裡 打造數位行動實驗室 農民常覺得困惑，為何用一樣的照顧方式，同一片 茶園生長情況卻不一樣？申教授表示，這是因為土壤條 件不同。雖然在實驗室可獲得精確分析結果，但對第一 線農民而言可能緩不濟急。於是團隊盡可能把儀器改成 攜帶式，一看到茶園有病徵就馬上採樣檢驗，直接在茶 園得到數據資料。 在科技部「智慧科技於農業生產之應用」專案計畫 支持下，團隊利用傳統酸鹼值檢測，開發了快速檢測土 壤磷酸根之離子選擇性感測晶片、可攜式總體密度量測 系統、可攜式土壤有機質含量感測器等。這些以往要在
康管理智慧系統」。透過每次解決問題的機會來建立專 家知識庫，未來可以利用 AI 系統直接給農民建議，以 後不僅能造福更多茶農，甚至還可應用到其他農作物 上，讓臺灣智慧農業得以全面升級。 藉由土壤酸鹼值檢測，就可以知道是否有過度施肥情況，並依此建議 農民施肥時機與種類。 利用特別開發的可攜式土壤有機質含量感測器，只要把現場 採樣土壤的光線反射率跟標準樣本對比，馬上可以分析出土 壤中的肥力多寡，告訴農民是否該施肥了。 除了透過演講與上課來吸引有需求的茶農外，團隊也遇到越來越多因 口碑而前來尋求協助的農友，希望以此形成正向的循環。 問題土壤專家診斷系統開發 75
精確土壤診斷。目前已成功開發運用 ASD 的推估 SOM 模式， 後續朝向 NeoSpectra 使用模式前進，目前已能在田間進行
︱智慧機械／ AIoT ︱ 相較於國外，國內酪農產業發展相對緩慢，即使國 外已有先進牧場管理系統，卻不盡然適用於高溫 高濕的臺灣。」國立中興大學動物科學系教授陳洵一表 示，在科技部智慧農業專案支持下，透過本土化的「酪 農牧場智慧管理系統」，將牧場環境與病媒監控、乳牛 行為與生理監控、資訊整合與智能分析等 3 大面向、6 項子計畫，建立全面性牧場管理系統，讓人工智慧監測 環境與牛隻狀況，進而達到降低動物罹病風險、泌乳預 測、繁殖配種等建議，牧場管理者利用遠端系統，即可 透過數據分析隨時應變。 從牧場環境到牛隻生理 透過 AI 數據即時揪出異常 從外在環境著手進行的「牧場生物環境監控子系 統」，透過牧場四周布建的感測元件，收集環境參數， 除供學術應用，也能即時提供牧場管理者，隨時掌握牛 群生產舒適度（THI）及是否達到熱緊迫警示。同時，配 合自動化溫控系統（如灑水、風扇等），更可建造牛群 抗逆境氣候的舒適環境。 「傳染病人工智能監測系統」則是針對動物間常見 牛奶是許多人早晨必備飲品，也因臺灣人的飲食習慣，喜愛將牛奶加入茶飲中增添風味，但關於臺灣 酪農產業你是否了解？過去酪農大多依照經驗看管牛隻，如今透過科技輔助，利用數據分析可以更清 楚地了解牛隻狀況，也將牧場管理變得更加系統化。 撰文／林郅、財團法人農業科技研究院副研究員 陳俞螢 攝影／廖苡安 運用大數據分析 牧場狀況透過雲端報你知 由動物科學系教授陳洵一（中間白衣者）帶領的中興大學團隊都是該領域專家，涵蓋動物科技、資訊、生物學以及牧場實務，打造全面性的智慧牧場 系統。 76
學研究所朱彥瑋教授表示，目前國外團隊大多以「回歸」 的方式來計算，利用 AI 大數據分析作為預測工具的仍 屬少數。 動科系江信毅副教授也說道，此項計畫最大特點就 是結合軟、硬體的整合性研究，並針對實務面需求以大 數據方式分析，因涉及領域多元，每項子計畫的研究速 度較無法同步，因此速度的搭配是計畫中一大挑戰。 農委會畜產試驗所新竹分所陳志毅助理研究員補
「可攜式智慧電化學量測裝置」能協助酪農第一時間判斷牛 隻健康狀態，以往酪農若發現牛隻有異狀，會通知獸醫前來 檢查、取樣，拿到結果時已過了三、五天，錯過即時救治的 時機。透過可攜式裝置，一滴血液就能夠判讀，讓酪農可利 用科技輔助，即時發現狀況並緊急處置。 即時判定牛隻健康，只需一滴血！ 病媒蚊問題提出更迅速監控，透過特殊打造的病媒集蟲 裝置將蚊蟲抓捕，並利用 Yolo 系統以 4K 陣列式網路攝 影機自動辨識，正確率高達 99.08%，對牛隻疾病的防 控能更確實且快速。 牛隻本身行為與生理狀態，也能透過 AI 輔助立即 反應，穿戴式裝備可將牛隻行為進行辨識（如站立、進 食、休息等），若發現牛隻出現異常（如不進食、一直 休息等），便可迅速進行檢測，確認健康狀況。 當疑似出現健康問題，「乳牛健康與生殖指標監控 設備」便派上用場，這台小型可攜式測量設備，只要一 滴牛隻血液或尿液，在 2 小時內就可以知道牛隻健康是 否異常，取代以往需透過獸醫採樣、往返實驗室檢驗的 作 法，讓飼養者對於牛隻的判斷更確實。 智慧牧場結合多項技術 盼公部門整合資源增添能量 利用大數據可以打造更全面的酪農智慧型決策系 統，其中一項為上述提到的「智慧黏蟲紙蚊蟲辨識系 統」，目前已可針對 43 種病媒蚊蟲進行定位識別。資 訊管理學系詹永寬特聘教授進一步指出，這項技術應用 範圍廣大，不僅能運用在農業，也能協助食品業進行蚊 蟲監控。 而智慧決策系統中的「泌乳量預測模組」，能以牧 場環境、牛隻行為與生理數據、天氣預報等資訊預測未 來 3 周的泌乳量，準確率達 92.8%。基因體暨生物資訊
充，牧場環境比想像中惡劣，架設的儀器耗損率很高， 因此花了很多時間在處理儀器裝置問題。最後，動科系 王建鎧助理教授也建議，智慧牧場牽涉領域廣大，公部 門若能整合引進相關資源，讓產業界能量注入，勢必能 加速牧場智慧管理系統的建置與應用。 農委會畜產試驗所新竹分所的牛舍運用大數據，以利於管理。 將牛隻體液滴在晶片上，2小時內就可以判讀牛隻的健康 狀況。 透過牛隻行為分析，便可推測其生理狀況。 酪農牧場智慧管理系統建置整合與應用 77
︱智慧機械／ AIoT ︱ 燦爛陽光下，來自屏科大生物機電工程系、車輛工 程系、資訊管理系以及農園生產系的學生，大家 齊聚校園一隅，對著這 3 年以來的辛苦結晶「兩輪自走 智慧機具」來回奔走著。有人負責測試，有人不停檢查 機器，有人則是專注手機、電腦螢幕上，檢視著各項數 據。張仲良站在一旁，邊注視邊解釋道，「其實這些設 計最終目的，是要讓機器可以自己判斷、偵測，最後做 到自動巡田、記錄與區域噴灑及除草等工作。」 跨領域合作打造全方位機具 張仲良強調，在執行整個計畫的過程中，所有的機 「除了可以掛載機具外，輪子也能調整，而且透過即時影像傳輸系統，還可藉此判斷作物生長，掌握 各項數據。」國立屏東科技大學生物機電工程系計畫主持人張仲良特聘教授表示，在工業已進展到 4.0 之際，結合物聯網與大數據，農業也可以一舉跨足到科技化的廣泛運用中。 撰文／戚文芬、財團法人農業科技研究院研究員 賴威延 攝影／戚文芬 農業智慧機具 幫農民巡田呵護作物健康長大 由屏科大生物機電工程系計畫主持人張仲良特聘教授（左3），與車輛工程系余長宸副教授（右4）、資訊管理系蔡正發教授（左4）以及農園生產 系趙雲洋副教授（左5）組成研究團隊，在農業智慧機械人的開發能量上極大。 78
「我們的輪子都是可以自己變化方向，也可以自行組合數量 多寡，包括整個機械高度，也都可以伸縮。」因應臺灣多變 地形與不同作物生長高度，張仲良表示，一開始針對紅藜做 實驗對象時，因品質、產期、產量的不穩定性，相對的考驗 性也極大。農園生產系趙雲洋副教授表示，3 年下來，除了 紅藜之外，包括秋葵、茄子、花生、辣椒等，只要植株在 4、 50 公分左右，智慧機具都非常適合，相信日後在農業的運用 上也會更加廣泛。 自主開發農業機具 用途廣泛
心揭開儀表板，仔細檢視錯縱複雜的線路，張仲良的眼 神十分專注。 而另一邊的學生，正在重複檢視著他們一手設計打 造的車輪。「這是兩輪自走式，可以代替農夫做巡田工 作，還可根據功能不同與農田溝畦大小來增加寬度。」 研究生陳鴻汶表示，從 2 輪、4 輪到 8 輪，以並聯方式， 最寬可以達到 180 公分左右。 透過雲端即時掌握農作生長狀況 透過裝設在機具上的衛星導航即時動態定位系統 （Real Time Kinematic -Global Navigation Satellite System，RTK-GNSS），以及多台影像擷取和表徵辨識 系統，就可以讓「巡田」的機械變得更聰明。「可以做 到自動導航、作物與雜草表徵辨識及田間智慧除草、澆 水或施藥等工作。而且這個定位方式十分精確，誤差不 會超過幾公分。」張仲良強調。 當代替農人巡田的機械變得聰明之際，蒐集的田間 資訊，就可以更進一步運用，包括將所有資訊都記錄下 來，然後彙整到雲端平台上，如氣象資料、農人工作日
上偵測到，並立時處理、減少損失。此外，農業智慧機械 還有個很大的特點，就是可以額外加掛機具。根據不同的 功能，搭載不同的機具，如除草、施肥、澆水等，都可以 分開作業，讓農業機具顯得更加人性與智慧化。 透過即時影像擷取、傳輸，可將作物生長資訊與相關資料記錄下來。 因應臺灣多變地形與不同作物生長方式，車輪的數量與方向 都可適度地調整，彈性很大。 兩輪自走式機械的運作，可做基本的「巡田」功能。 省工 AI 植栽農機及其感知聯網與資料探勘平台技術研發與驗證 79
具、軟體開發以及農業生產合作，都需要跨領域合作， 每個環節都不容疏忽。例如：原本運作順暢的機械，可 能因為突如其來的雨，就讓它蒙上水氣，造成感測器發 生問題。「像這種小細節，一定要想辦法克服，總不能 以後技轉給廠商後，還發生故障的問題。」低著頭，小
誌、每株作物生長，甚至是機具一路「巡田」走過的路 徑，樣樣都鉅細靡遺。 「更重要的是，這些相關資訊都可以即時影像傳 輸，速度非常快。最後還可以做到施肥、灑藥、收成的 時程掌握，甚至是預測未來作物的生長、產量。」說到 這裡，張仲良的臉上充滿笑意。 在智慧科技運用下，不僅為農人節省了大量時間，也 能更即時掌握農作物狀況。例如：當遇到霜害時，可以馬
︱智慧機械／ AIoT ︱ 早 上 8 點不到，位於臺東近郊，毗鄰太平洋沿岸的 釋迦園裡，長年辛勤耕作的農民洪偉鐘，正拿著 預定掛於果樹上的 QR Code 審視著。他說，栽種釋 迦年產值高，尤其是鳳梨釋迦個頭大又甜，向來深受 國人喜愛，只是農作物「看天吃飯」，溫度、水等氣 候變化，再加上病蟲害，有太多不可控因素，光是想 要掌握每年的產量，進而預估成本、節省無謂的開銷 都很難做到。 建立 QR Code 精準掌控產量 「譬如釋迦成長到一個階段時就需要套袋，要套多 少袋，還有哪些果是好的可以套，而不是套了之後，最 後收成時卻發現是劣果。」洪偉鐘舉例。一旁，來自行 政院農業委員會農業試驗所農業化學組，負責自動化影 像辨識於農業標的物之研究的團隊組長郭鴻裕進一步解 釋：「水果盛產時量多，價格自然就會下滑；反之，如 果能精準掌握水果產量，採收到的自然就是高良率的果 實，那麼除了可以控制開銷成本外，大家錯開生產，也 能穩定獲益。」 精準掌握每年的產量，進而控制成本，讓農民能穩 定獲利，生活不再只是能「看天吃飯」，因此成為這次 的研究重點。然而，僅只是增加產量，對現在許多農民 來說，根本是不可能的任務。洪偉鐘強調，每株果樹可 農產品從生產到銷售往往需要耗費大量人力，並深受地理環境及氣候所影響，常導致農民付出與所得 不成正比。不過，透過科技化運用，從產量、品質到產期的掌握，可精減許多人力外，同時可提高水 果產值為臺灣外銷奠定良好的優質農產品利基。 撰文／戚文芬、財團法人農業科技研究院副研究員 陳俞螢 攝影／戚文芬 從地面到空中 360度掌控果樹生產資訊 由郭鴻裕(前左2)率領的研究團隊，包含周呈霙(前左1)及王驥魁(前右2)等人在田間作業。透過高科技的運用，從產量、品質到產季，做到精準控制， 進而大幅節省人力，提高農作物價值。 80
更精準掌握位置，同時搭配無人機地面光達掃描儀，等 於從地面到空中發射出 360 度全面無死角的雷射光，包 括果樹生長位置、高度與體積都能準確測量。 而量化後還要優化，AI 影像辨識系統的運用更大幅 度提升整個農業基礎建設的速度與品質。從判定水果甜 度和成熟度，進而預測產量的同時，植栽面積的掌握， 精準判定水果的產區有哪些。「目前我們已經可以透過 影像中植栽面積的判釋，了解當地所種的水果是什麼。」 郭鴻裕笑說，不用如過去一樣必須仰賴人力實地調查。 望著不遠處即將起飛，造價昂貴、配有多功能偵測 系統的無人機，郭鴻裕強調，目前光是全臺即已布建定 點的 35 個
3 年前開始，由臺灣大學生物機電工程系周呈霙副教授負 責的 AI 影像辨識系統，能辨識航照圖中栽種果樹種類，快速
AI 搭配光達掌握農產品生長過程 能因為天候、病蟲害等問題，以及每年、每時節所生產 的數量都不盡相同，更遑論不同區域、環境所造成的差 異性。「很難啦！」他嘆氣說道。所以兩年前當研究團 隊找上他時，表示要先調查水果的產量，擁有 6 甲多地， 達 4、5 千棵釋迦樹的他立即一口應允。長年靠天吃飯 的日子，讓他深感其中的必要性。 「其實，我們很感謝他，因為要完成最後的研 究成果，首先研究數據一定要夠。先幫果樹建立 QR Code，在採樣過程統計每棵果樹生產的數量和品質， 而這些都需要農民配合，並將採收下來的水果一顆顆秤 重紀錄。」郭鴻裕表示，先在取樣範圍內，將每棵果樹 建立好屬於它的身分證，獲得基本數據後加上光達技術 的運用，就可以掌握果樹更進一步的精確資料。 RTK 搭配光達掃描 全方位看透透 在科技部「智慧科技於農業生產之應用」專案計畫 支持下，計畫運用全臺建立搭載即時動態定位（Real Time Kinematic, RTK）技術的基地台，透過 RTK 技術
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其他產業。「這可以說是布建臺灣農漁業邁向未來，是 高科技發展過程中，非常重要的基礎建設之一。」說到 這，他臉上的笑意更濃了。 搭載即時動態定位技術的基地台，無人機的掃描將更加精確。 成功大學測量及空間資訊學系王驥魁教授(右)說明光達技術 的運用，可以準確測量果樹位置、高度與體積。 將每棵果樹建立屬於它身分證的QR Code並彙整統計數據，逐步達成 控制品質與產量的目的。 自動化影像辨識於農業標的物之研究－以外銷果品產業為例 81
從
掌握全臺果樹位置及面積，有助於預測作物產量。 再結合成功大學測量及空間資訊學系王驥魁教授率領的研究 團隊，藉由光達技術運用，從地面到空中全面監測，不僅可 在產量、產期上獲得一定研究數據，更可包括全臺水果栽種 面積以及詳細數據。 一切盡如郭鴻裕所說，旨在讓農作物做到量化與優化，透 過資料全面建置，從掌握到預測產量，進而生產最優質的 農產品。
RTK 基地台，每一個基地台可提供範圍廣達
幾公里，現在雖只限於農業使用，未來卻可大幅跨進
︱智慧機械／ AIoT ︱ 時間回溯 2018 年，在執行科技部南部科學園區管 理局「智慧機器人創新自造基地」計畫之下，當 時的交通大學光電學院團隊提出發展智慧光電農業機器 人的構想。光電學院前院長許根玉表示，「我們就是希 望能打造出一台可以自動除草、修枝、修花、疏果、施 肥、播種的智慧農業機器人。」就這樣一個起心動念， 匯集各學術與專業單位的跨域合作計畫就此誕生。 跨領域合作 克服農業耕作多重困難 跨域團隊無縫合作，結合影像辨識、雷射系統、農 機電動化與智慧導航、飛航空拍（陽明交大）與路線規 劃（朝陽大學與儀科中心）、機械手臂（金屬中心、南 臺科大）等技術，更有臺南區農業改良場的農業專家指 導，以克服變化多端的農業情境。「還有學生們必須在 近年來，臺灣無人機（Unmanned Aerial Vehicle，UAV）、光電科技及軟體系統開發等技術純熟，若 能以此結合目前國內農業機械的生產，開發中小田區使用之智慧農業機器人（自主作業機械），不但可 解決國內缺工的農業生產問題，建立智慧精準農業，也可能創新農機產業，進軍國際市場。 撰文／戚文芬、財團法人農業科技研究院副研究員 陳俞螢 攝影／戚文芬 光電科技結合農業 發展田間智慧機器人 國立陽明交通大學光電學院前院長許根玉（第一代計畫主持人，後排右1）與目前研發團隊國家實驗研究院台灣儀器科技研究中心黃鼎名研究員（第 三代計畫主持人，後排中）、南臺科大電機工程系許毅然教授（後排左1）以及所組成的機械手臂團隊及無人車團隊，積極投入田間智慧機器人開發。 82
大太陽底下進行研究，一待就是好幾個小時，非常辛 苦。」許根玉說。 「記得我們開發出第一代機器人，能在田園自走 時，大家都很興奮。不料在展示前兩天剛好下大雨，機 器人陷在泥濘難以動彈，令我們緊張得不得了。」許根 玉表示，這就是農業情境的多變化，陽光、風吹也是如 此。而山地農園地形複雜，很多農作物都栽種在山坡上， 需要克服的情境因素又更多了。 經過那次事件，他們進行多方調整，甚至刻意在目 前位於陽明交大臺南校區附近的實驗場域上，堆上土 堆、挖出壕溝。看著經過一再改良後的高架鳳梨搬運車， 在農地裡自由來去，俐落地轉彎、前進、後退，即使揚 起漫天黃沙，機器依然運轉自如，研究團隊臉上不禁堆 滿笑容。 除了四輪獨立轉向，可方便在畦溝旱地裡自動行駛 之外，結合無人機先導航測功能，藉由空中勘測農地之
問題需要克服，例如：機器人的智慧度與靈活度、工作 效能，還有成本問題等。」然而，這些都需要時間與耐 心，一步步做、一步步克服。許根玉充滿信心表示，智 慧農具不僅是未來趨勢，更代表著臺灣農業的新希望。 經過多次改良的自動機械搬運車(以鳳梨田為試驗)，可以順利克服各 種險惡地形。 經濟型無人混合載具於旱作之智慧精準除草－以大豆為例 目前田間智慧機器人的研究團隊，除了陽明交大在智慧影像 辨識、雷射系統、自駕車與無人地面載具等技術外，還有利 佳興業及永三源的電動農用載具，以及花蓮區農改場的大豆 種植專業研究、南臺科大的機械手臂干預除草、儀器中心的 開發經濟型高光譜偵測雜草與作物健康度等，首要目標是在 開發大豆田裡的智慧光電除草機器人。 「臺灣的大豆需求非常高，光是一年進口的量就高達 200 多 萬噸，而我們一年卻只生產 5 千噸左右，種植面積才 3 千多 公頃，真的是很少。」許根玉表示，早期臺灣還有 6 萬噸的 產量，由於人力不足的問題，種植越來越少。未來希望能透 過智慧化的田間自動機具，促進臺灣農業發展新機。 智慧化除草 解決人力不足 智慧光電除草機器人的開發，可以解決臺灣農業發展人口不 足的問題。 從第一代的除蟲車研究，計畫團隊逐步走入全自動化智慧機器人發展 領域。 83
影像、高光譜等資訊的回傳，可進一步做農地資料分析， 精確定位出雜草區域。換句話說，全自動化的智慧機器 人，可以自動進行除草功能，不需額外由人來遙控，大 幅減少人力、也可提高作物質量。 許根玉進一步解釋道，「當然還有很多細部的技術
︱智慧機械／ AIoT ︱ 臺灣蘆筍採取「留母莖」方式種植，一年能採收 3 次，但採收後母莖會老化，因此必須割除，而傳 統常以人力使用鐮刀或彎刀進行，不僅費時且需不斷蹲 下與彎腰，造成人員不小負擔。國立臺灣大學生物機電 工程學系江昭皚特聘教授提及：「針對產業碰到的問題， 要從需求面出發。」便攜手與臺南區農業改良場義竹工 作站合作，將科技導入農業生產，建立省工省力作業模 式，研發智動化省工機具，並搭配物聯網與 AI 大數據 分析應用，解決從農年齡老化與人力不足問題。此外， 藉由省工機具開發，不僅提升割除碎化效率，縮短每季 田間工作時間，更能保障人員安全。 在科技部「智慧科技於農業生產之應用」專案計畫 支持下，團隊持續改良功能，解決田溝中地面凹凸不平， 機具不易行走困難。最新研發的「新式自動化省工機具」 便因此出爐，其可橫跨蘆筍畦面上方行走，直接進行割 除母莖與碎化母莖作業。以 0.2 公頃耕種面積為例，原 蘆筍具高鉀、低鈉和低熱量等高營養優點，原為溫帶地區的作物，因「留母莖」技術出現後，廣泛種植 於臺灣。當時臺灣曾為世界最大蘆筍罐頭外銷國，但隨著貿易自由化，蘆筍產業出現採收難以機械化且 人力成本過高等困境，因此使得國內蘆筍目前仰賴進口居多，而為了解決這個狀況，此計畫因此萌芽。 撰文／林郅、財團法人農業科技研究院資深研究員 洪子淵 攝影／林郅 智慧科技打造省工機具 為農民找到省力方式 由臺灣大學生物機電工程學系江昭皚特聘教授（左6）帶領的研究團隊，結合各方領域專家，包含農藝系劉力瑜教授（左4）、生機系周呈霙副教授（右 4）、生機系陳世芳副教授（右2）。 84
需 5 位工人以人工方式割除老化母莖與搬移，費時 3 日 共約 48 小時；採用新式省工機具預計只需 2 位工人， 約 6 小時即可完成，大幅增加生產效率。 物聯網整合環境資料 建立自動化監測系統 除了硬體上精進，團隊在環境監控上也下了不少功 夫。在蘆筍溫室佈建數組感測器模組，監控環境中溫濕 度變化以及土壤參數，並透過物聯網收集相關資料彙整 成資料庫，建立智慧物聯網自動化監測系統。此外，也 針對環境中的蟲害進行分析，生機系周呈霙副教授表示： 「透過架設自動化黏蟲設備，以神經網路分辨蟲害種類 與計數，並結合上述的溫濕度監測，能夠提供給農民蟲 害爆發預測，以減少損失。」 種植蘆筍的高手－臺南區農業改良場義竹工作站， 也是此計畫的一大助力。透過產地的觀測與分析，打造 智慧蘆筍生產管理指標，建立更新老化莖葉及終止採收 期之生育判定指標，以及合理的留母莖數評估。前者以 科學化判定莖葉老化程度，達到嫩莖收穫量極大化；後 者則依據日輻射量評估留存母莖密度，以提升嫩莖產 量。研究中也發現，因蘆筍屬於溫帶作物，若在夏季時 進行遮陰處理，可減少熱障礙，改善母莖生長態勢。 設施蘆筍智動化省工機具與智能作物生產決策系統 計畫中的一大重點，便是開發「智能式蘆筍生長監測系 統」。在硬體方面，藉著行動車穿梭於蘆筍溫室中進行蘆 筍影像拍攝，快速監測作物生長狀態；在軟體上，則針對 收集的資訊進行影像識別，以深度學習演算法辨識影像中 蘆筍母莖與嫩莖。陳世芳副教授表示：「藉此系統能節省 巡田人力，透過遠端便能協助派工、施肥等管理，達到省 工省力目的，也能從中判斷蘆筍生長過程及植株狀態，隨 時掌控溫室中狀況。」 智能式蘆筍生長監測系統 省工省力確實掌控溫室狀況 以行動車取代人力，一邊巡田一邊監控蘆筍生長狀態。 新式自動化省工機具能夠有效進行作業，節省不少人力。 行政院農業委員會臺南區農業改良場義竹工作站團隊：（由左至右） 郭明池助理研究員、彭瑞菊副研究員兼站長、謝明憲研究員兼秘書、 張為斌技佐。 藉著上述提到的環境監控、生長監測以及產地直接 觀測，在研究計畫中更推出蘆筍生長機制模式與產量模 型。農藝學系劉力瑜教授解釋：「透過統計估算，可以 規劃蘆筍生產排程，並即時提供農戶生產管理建議，藉 此提升產量與品質，以及臺灣蘆筍自給率。」 蘆筍是臺灣的「綠金」產業，因其產值高，也是許 多青農從農的選擇之一。此計畫從市場需求、技術需求 以及上市發展潛力三大面向出發，希望透過科技導入， 確保作物生產穩定。但農業的改變並非一朝一夕，江昭 皚特聘教授也呼籲：「農業研究需要長期的觀察、試驗， 藉由一定程度的資訊累積，才能推出具有效益的成果。 希望公部門對於農業的計畫能夠從長遠角度看待，一同 為臺灣農業共創美好的未來。」 85
︱智慧機械／ AIoT ︱ 甘藍是十字花科中最具代表性的菜種，然而年年在 豐收與歉收中循環，最理想的解決之道乃是耕種 其他種類的蔬菜，例如同樣是十字花科、在國外常見的 青花菜。宋妤教授表示，青花菜和甘藍最大的不同為食 用部位是花球，必須開花以後才會有收成，然而開花時 間難控制，照顧起來也較甘藍麻煩，種植的人力需求較 高，這對逐漸高齡化的農村而言是一項挑戰。 提高生長情況一致性 大幅增種植效益 「簡單說，想要種好青花菜，就是要讓蔬菜的生 長情況盡量一致。」宋妤教授說道，青花菜成長約需 60 ～ 70 天，一般生長到 300 或 400 公克為花球採收標 準。臺灣農民在一塊田種植需採收 3 ～ 5 次，但每次採 收的量都很有限，這是因為同一塊田的不同區域生長情 在臺灣有長達半年市場上的青花菜為進口，這情況不論從環保減碳或經濟效益而言都應該改變。在國 立中興大學宋妤教授團隊努力下，臺灣已經可以利用無人機搭配感測器與雲端平台克服許多青花菜種 植難題，以後不僅能吃到更多在地生產，甚至也能享受其他十字花科蔬菜品項。 撰文／葉文欽、財團法人農業科技研究院副研究員 陳俞螢 攝影／葉文欽 圖片提供／宋妤、楊明德、陳葦玲、黃柏昇 看得更多也更遠 以新科技精準管理蔬菜生產 國立中興大學園藝學系宋妤教授（中）召集臺中區農業改良場陳葦玲副研究員（左），以及中興土木工程學系楊明德特聘教授（右），一同研究以無 人機協助青花菜栽培管理，提升農民省工生產技術。 86
未來甚至可精準每顆植株觀測，更有效提高採收整齊 度，穩定產量與品質。 每次無人機升空拍下的影像，傳送回雲端後便會利 用機器學習技術分析青花菜的表型特徵，做成可視化及 量化成果。藉由歸納整合數據，做出準確判斷並立即回 饋改善管理方法，同時可評估產收價格與效益，搭配氣 象預報，建議農民收成時間等。
團隊利用在田間設置的感測器（約兩分地插一個），搭配定 期監測的無人機，取得大量長期累積的青花菜生長數據，包 括土壤水分肥力環境監測、植體紅外線熱顯像感測、作物光 合生理相關分析及無人機光譜植生指數等。 以施肥為例，以往最常發生的就是施肥不均與施肥過度情況， 不僅蔬菜成長速度不一，且土壤也隨之逐漸鹽化，減短青花 菜可儲存天數。用科技感測植體氮含量，就可以讓農民精確 掌握施肥力道，整個生長期減至每平方公尺 40 克即可。 無人機定期空拍累積數據 可獲得更多植物生長訊息 況不一。只要讓青花菜的生長狀況一致，減少採收次數 且增加每次採收量，即可大幅減低人工成本。 要怎麼讓田地裡的青花菜乖乖聽話呢？這就有賴於 科技的協助了。在科技部「智慧科技於農業生產之應用」 專案計畫支持下，宋妤教授首先邀請臺中區農業改良場 陳葦玲副研究員協助，建立青花菜生育產量的預測模 式，再邀請桃園區農業改良場邱銀珍副研究員等人之研 發團隊開發移植省工機具，於一年內進行青花菜卸苗、 灌溉、施肥等種植條件的最優生長模式研究，然後再邀 請中興大學土木工程學系特聘教授楊明德加入，利用無 人機空拍監測青花菜的生長狀況，達到超越人類肉眼觀 察能力的成果。 另外在水分方面，可以針對缺水的植株補水，估計 在前 45 天可省下 3 分之 1 的水量，約等於 2 次灌溉。 同時，藉由數據後端的數據庫與人工智慧系統，還可以 預測用水量，在缺水時期便能事先評估適不適合種植， 在臺灣水資源日漸捉襟見肘的時候尤為可貴。 人與機器共同的深度學習 建立農業新風貌 無人機空拍所得訊息內容並不只於植株栽培管理現 況，甚至可以幫助田地管理，例如：利用 AI 協助判讀 病斑跡象，防止十字花科最常見的黑腐病等病害發生，
無人機操作需要專業技術，每次飛行須校正環境條件，領有專業證照 的人須了解結果呈現，以維持一致的影像分析標準。 無人機可以幫助田地管理，藉由發現變異找出栽培上的問題， 且隨著資料庫的逐漸完整，利用深度學習技術，功能會越來 越強。 桃園農改場農機研發團隊設計的自動取卸苗裝置，不僅可輕鬆移植 （128格穴盤）青花菜菜苗，還可拆卸分離，一機多用，讓農業機具 發揮更大效益，特別適合臺灣小農使用。 自動化定植穴苗機開發、灌溉控制及光譜影像智能化栽培管理青花菜 87
其實，目前有不少先進國家已經採取類似大型農業 作業方式，然而對小農而言，是把這套平台拆分為農民、 研究單位、服務商三部分。因為這類無人機的操作技術 相當嚴格，最好是由民間的農事服務商協助，然後把數 據送回雲端做判釋後，提供農民耕種決策參考，這同時 也是臺灣農事服務產業升級的良機，甚至在生長一致化 後，還可使用採收機增加採收效率，因此設備製造商也 很期待這項技術的發展。
︱智慧機械／ AIoT ︱ 鳳梨農夫最快樂的日子就是鳳梨收成時，最痛苦的 日子也是鳳梨收成時。鳳梨不像收割稻米、毛豆、 紅蘿蔔，一台大機器開下田半小時就完工。因為每顆鳳 梨成熟時間都不同，正常情況下，同一片鳳梨田早熟跟 晚熟的果實中間相差可達 2、3 個月，也就是如果沒有 任何作為，農夫就必須在這 2、3 個月間每天不停下田 去找成熟鳳梨，在豔陽高照及厚實銳刺的田中穿梭採 果，又汗又痛。 解決方法，就靠「催花」。也就是現代鳳梨農會在 鳳梨植株成熟之後，背著「電石水」與噴槍將藥劑往鳳 梨植株中心噴灑。這一噴，電石水產生的乙炔就是植物 賀爾蒙，會讓鳳梨知道自己該要傳宗接代開花了。經過 這樣共同催花後，一片鳳梨田中的果實成熟時間就能拉 近，原本要花 2、3 個月不停巡查採收的作業時間可縮 短到一個多禮拜就完工。 問題是，催花要很精準的將藥噴向鳳梨植株中心 點，才能省工、省錢並達到高效用，這過程必須有充足 經驗且需耗費許多人力。然而，願意種鳳梨田的年輕人 越來越少了，國立嘉義大學生物機電工程學系洪滉祐教 授提到，現在鳳梨田裡幾乎都是 7、80 歲以上的老農工， 鳳梨是臺灣種植面積最廣的作物之一，每年可創造臺幣 130 億元產值，但最大問題是種植與採收都 需大量人力，且植株通常比 2 歲小朋友高大卻只產 1 顆，根莖葉廢棄量驚人。如果能有機器人幫忙勞 務，又同時找出解決農業廢棄物方法那就太好了。這研究，就做這事。 撰文／陳志東、財團法人農業科技研究院研究員 賴威延 攝影／陳志東 鳳梨田間機器人 幫忙催花不喊累 嘉義大學生物機電工程學系洪滉祐教授（左2）與部分工作團隊，跨領域研發鳳梨田間機器人。 88
鳳梨田間機器人最大特性在於「精準」，透過即時鏡頭與影 像分析，這些田間機器人可在短時間內找到鳳梨株中心點， 並精準將催花藥劑噴灑到正確位置提升成功率。 傳統鳳梨催花藥劑約需噴灑 50cc，透過機器人只需 40cc， 約可減少 20％藥劑使用量與 90％的催化人工勞動力。更重要 的是，透過系統深度學習可判斷鳳梨生長趨勢，隨時提供數 據供農民判斷生長情況並適時給予藥劑防治或補植。鳳梨田 間機器人粗估造價約 7、80 萬元，電池續航力約 2.5 小時， 在價格、續航力與工作效率部分都仍積極改進中，如能順利 落地，將可有效降低工作人力需求與用藥量。 機器人影像系統 減少 20% 藥劑使用量 60 多歲的都被叫少年仔。 跨專業領域 機器人每小時催花 720 株 為了解決催花人力與技術問題，洪滉祐教授邀集嘉義 大學生物機電工程學系楊朝旺副教授、黃威仁助理教授、 黃膺任助理教授及資訊管理學系張宏義教授、林土量副教 授，與園藝學系江一蘆助理教授，跨專業整合鳳梨催花裝 置、模組化移動平台、深度學習、影像處理與立體視覺， 共同打造出這台「鳳梨田智慧農用機器人」。 洪滉祐教授說明，最難的就是如何教機器人精準 找到鳳梨植株中心點並噴藥，因為鳳梨在田中會枝葉 交疊遮擋鏡頭視線。最終，這台機器人靠著不停學習， 已經可以在 5 ～ 8 秒內取像與辨識完成 4 株鳳梨，然 後花 7 秒鐘定位，花 2 秒精準噴藥到中心點，總計每 小時能完成 720 株鳳梨的催花，相當於 0.2 分地，並 仍持續進步中。 鳳梨纖維再利用 能做餐具還能 3D 列印 鳳梨種植除了面臨人力問題，另一個更大的問題是 根莖葉廢棄物。以往農夫會將採收後的鳳梨莖葉鏟進田 中當綠肥，但鳳梨株並非好綠肥。因此計畫結合嘉義大 學木質材料與設計學系林翰謙教授、夏滄琪副教授及生 物機電工程學系黃文祿副教授的專業，將鳳梨纖維抽出 再利用，目前除了可以做成環保餐具，還能當成 3D 列 印原料或製成奈米纖維素，進一步成為多種化妝品、面 膜，或農用地膜等原料。 鳳梨纖維加上奈米技術後前景無限，不只面膜及餐具，更可做成農田 中的地膜，讓循環經濟與環保都更進步。 嘉義大學生物機電工程學系洪滉祐教授（左）與木質材料與設計學系 夏滄琪副教授，洪教授手中白色物就是處理後的鳳梨纖維。 鳳梨根莖葉等植株廢棄物多，透過取纖維技術，可讓其成為3D列印材 料並製作更環保的免洗餐具。 智能化鳳梨生產田間作業機械研發與應用 89
貯運保鮮 （農、漁、畜產品保鮮之應用） 90
研究主軸 計畫名稱 ◎開發番荔枝氣調櫃貯運技術與商業化外銷模擬試驗 ◎具外銷潛力果品創新保鮮技術開發 ◎串聯活性包裝及智能包裝技術優化冷鏈中農產品品質及監控能力 ◎新穎包材的開發及其於水產品冷鏈物流的應用 ◎以本土永續生質資材開發新型包裝材料提升國產蔬果保鮮能力 ◎調氣包裝，高壓靜電場及區塊鏈在截切蔬果保鮮及溯源系統開發之應用 II ❶ 採後保鮮處理及多元加工技術 ❷ 新型包裝及柵欄技術開發 91
92 ︱貯運保鮮︱ 突破貯運、檢疫瓶頸 釋迦出海遠征國際市場 釋迦在臺灣水果外銷產值占第 2 位，但因為不耐低溫運輸，長期過度依賴中國大陸的單一市場。有什 麼方法可以讓這位水果天后，征戰更遠的中東、歐美市場，為臺灣賺更多外匯？ 撰文／莊安華、財團法人農業科技研究院 攝影／汪忠信 圖片提供／吳俊達 釋迦的原鄉在「番邦」南美洲，學術名稱為「番荔 枝」。16、17 世紀的大航海時代，番荔枝被西班 牙人、荷蘭人運到亞洲落地生長，歷經 400 多年的栽培 後，臺灣的種植面積最大、管理技術最好、果品品質最 優，成為番荔枝繁衍狀況最好的他鄉。 自 2000 年起，臺產鳳梨釋迦搭著飛機、商船，向 海外市場啟航。然而釋迦鮮果外銷，一向有保鮮貯運的 難度。臺灣大學園藝暨景觀學系副教授吳俊達指出，番 荔枝是高呼吸、易腐、對低溫十分敏感的水果，像傳統 釋迦放在室溫 3 到 5 天很快地熟軟，不耐貯放；若在鮮 果未軟熟之前，用攝氏 13 度以下的低溫保存，就可能 無法軟熟，變成了「啞巴果」。 吳俊達說明，雖然臺灣釋迦外銷在海運領域是前段 班，但是都盡量做距離最近、有通關優惠的中國大陸市 場。至於運輸距離較遠的海外市場，目前是用航程最快、 高運輸成本的空運解決。吳俊達強調，空運勢必墊高終 來自臺大生物資源暨農學院的教授群，與臺東區農業改良場專家組成團隊，構建番荔枝不同目標市場的貯運標準流程，並探究市場經濟效益。
調櫃運輸的鳳梨釋迦，運輸成本只增加 20 元。吳俊達 根據貿易商對此研究計畫的回應，認為番荔枝在國外賣 價高，貿易商很樂意讓每箱釋迦多花 20 元，搭著「保 鮮頭等艙」出口，確保到貨可售率與品質。 研究團隊這回先以鳳梨釋迦為對象，發展全果冷凍 技術，讓鮮果變成賞味期至少 2 個月、不受檢疫限制的 真空包裝冷凍食品，為番荔枝拓展新的國際市場，開啟
93 端售價，只能銷往對進口水果消費力強的市場，使得番 荔枝海外市場的拓展受限。 研發智能保鮮 降低單一市場風險 過度依賴中國大陸的單一市場，風險極高，假使通 路不順暢，番荔枝將不知要銷往何處。所以，從布局全
主要產地的臺東區農業改良場專家盧柏松、蔡恕仁，共 組研究團隊，提出「開發番荔枝氣調櫃貯運技術與商業 化外銷模擬試驗」計畫，獲得科技部「智慧科技於農業 生產之應用」專案的支持。 番荔枝的表皮凹凹凸凸，容易藏著從田間帶進來的 病菌，沒掌握好海運的貯運條件，等到運抵國外，打開 包裝一看，發現果梗部位黑了一圈，就沒辦法販賣。「溫 度對蔬果保鮮具有關鍵影響力，低溫能延長蔬果的鮮 度，但番荔枝低溫傷害的臨界溫度很高，必須配合氣體 成分進行保鮮。」吳俊達強調。 目前海運使用的氣調櫃，透過控制溫度及氧氣、二 氧化碳、乙烯的氣體濃度，減低蔬果的新陳代謝、維持 新鮮度，彷彿讓產品進入休眠狀態，且沒有藥劑殘留的 食安疑慮，易為消費者接受，是最先進的蔬果保鮮貯運 工具之一。 針對包裝箱無法幫助鮮果散除田間熱的問題，團隊 使用軟體程式模擬不同包裝箱通氣孔設計的冷風流動路 徑、果實溫度變化，改良通氣孔的位置、大小與數量， 重新設計一款包裝箱，能讓氣體順暢流通、帶走田間熱， 而且結構支撐力強，耐受堆疊重壓與高濕環境。 每箱加 20 元 鳳梨釋迦搭頭等艙外銷 2020 年 2 月研究團隊與出口貿易商合作，將一批 使用新包裝的鳳梨釋迦鮮果，裝入海運氣調櫃，以最快 的 1 周航程運至馬來西亞吉隆坡。在這項計畫中，研究 團隊探究番荔枝外銷市場的經濟效益，精算一箱使用氣
另一線曙光。吳俊達認為，臺灣現在研發採後處理、運 輸技術，可以提前墊高競爭門檻，「臺灣番荔枝品質不 錯，現今國際上還沒有太強的競爭對手，只要運得到， 市場就是臺灣的！」 鳳梨釋迦在攝氏10度冷藏下，約有2周的貯運壽命，是臺灣番荔枝外 銷的主要品項。 比起傳統包裝盒，重新設計通氣孔的新包裝盒，不僅散熱效果較佳， 外觀用色取自臺灣藍鵲的藍羽，圖案線條簡明大方，展現國際感。 海運吉隆坡試驗：研究團隊前往馬來西亞吉隆坡，調查臺灣鳳梨釋迦 使用海運氣調櫃，運抵當地後的貯藏、運輸及販售狀況。 開發番荔枝氣調櫃貯運技術與商業化外銷模擬試驗
球市場的長遠角度來看，空運貴、運量少，而海運成本 低、可大量運輸，仍是臺灣番荔枝外銷未來應採用的運 輸方式，不過必須先克服貯運保鮮的挑戰。 因此，長年研究水果貯運技術的吳俊達，邀請臺大 生物資源暨農學院教授方煒、徐世勳，以及臺灣番荔枝
94 ︱貯運保鮮︱ 最強保鮮術加持 臺灣水果挺進遠程市場 外銷過度集中單一市場，是臺灣水果急待解決的問題。從育種、栽培、病蟲害防治到採後處理、冷鏈 貯運、上架銷售，需要找出最適用的保鮮技術，讓水果銷往更遠的北美、歐洲、中東市場。 撰文／林媛玉、財團法人農業科技研究院研究員 陳南宏 攝影／汪忠信 在科技部的「智慧科技於農業生產之應用」專案計 畫裡，為了減少農產品在運輸倉儲期間，可能衍 生鮮度變差、碰傷損耗等問題，特地將「農、漁、畜產 品保鮮」納入研究項目，希望農產品能在延長保鮮期限 的技術處理下，於經歷長程貯運過程後，仍然可以維持 農產品品質。 同樣重視農產品冷鏈技術研發的農委會科技處，邀 請中興大學園藝學系教授林慧玲，號召嘉義大學、屏東 科技大學、高雄區農業改良場、臺中區農業改良場、農 試所等相關研究單位，針對臺灣深具外銷潛力的百香 果、番石榴、印度棗、蓮霧與芒果，展開跨單位、跨領 域（育種、栽培技術、採後處理、植病）的合作，開發 創新保鮮技術，在科技部「智慧科技於農業生產之應用」 專案計畫的經費支持下，延續農委會科技處研發成果， 進一步創新及優化採收後保鮮處理技術。 關鍵溫度保鮮 30 天 有助開拓海外新市場 「臺灣水果空運成本太高，走船運外銷，可以降低 成本、提升價格競爭力。找出延長保鮮水果的關鍵，就 有機會開拓更多新的外銷市場。」林慧玲如是說。以百 香果為例，研究團隊嘗試以菇類剩餘物質取代生雞糞， 中興大學園藝學系教授林慧玲（後左3）領軍研究團隊，為臺灣外銷的百香果、番石榴、印度棗、蓮霧與芒果，找到延長保鮮期、因應海運長期貯 運的技術。
在南投埔里大坪頂，果農鄭圳涼與兒子鄭秉誠，基
於愛護土地的理念，不施用除草劑，以草生栽培方式， 種植「臺農一號」品種的百香果。「我們搭配老師（研
95 研發出新型肥料技術，幫助百香果的冬果提升品質，並 由高雄改良場建立高屏地區的春果調節產期栽培模式（生 產 3 月至 6 月果實），銜接中部埔里產季（6 月至隔年 1 月）；同時也建立採收後、貯藏前的清洗包裝流程，達 到 30 天以上的貯運壽命，讓百香果全年生產，每個月都
能接單外銷，以穩定的品質與產量，供應海外市場。
出長期低溫貯運百香果的最關鍵溫度 9 度，讓保鮮期達 到 30 天以上。這樣子農民就有機會運用船運，把百香 果銷往北美或歐洲等其他市場。」林慧玲難掩興奮地說。 抗寒害、防霉腐、抑病菌 水果新鮮如初 另外，研究團隊針對番石榴船運到加拿大市場，在 貯運過程中出現長期低溫造成的寒害，提出新解方。「要 做番石榴外銷，就要先找出比較不容易碰爛、長期保有 脆度的品種。」林慧玲說，研究團隊除了持續篩選出耐 貯運、更適合外銷的品種外，更運用農委會延續性計畫 成果的糖脂塗佈保鮮、微孔包裝技術，減輕果實寒害、 腐爛與軟化的問題。 至於同樣有寒害問題的印度棗，則是利用甜菜鹼、 水楊酸誘導果實抗逆境的反應，減輕寒害表現，以及採 後溫湯處理，雙管齊下，增加果實耐低溫的能力，讓青 翠的棗子成功外銷到中東杜拜。在蓮霧外銷上，有裂果 問題需要克服，像是蓮霧靠近果梗處，一旦出現裂口， 極易感染霉腐病，造成發霉。所以，研究團隊採收「粉 紅種」及「紅寶石」蓮霧，以市售的微酸性次氯酸水清 洗，降低霉腐的發生，並放置新型保鮮劑，同時搭配船
化外銷品質與流程，推升產業競爭力，我們還需要擴大 整體實測的質與量，才能更進一步確實掌控臺灣水果外
未來，她與研究團隊將持續貼近農民需求，從細微處 出發，透過聰明選種、精心栽培、減少病害，落實優化採 收後、貯運前的包裝與處理，達到降低運輸成本、減少果 實在運送過程產生的耗損，將臺灣水果遞送至世界各地。 百香果二代果農鄭秉誠說，在研究團隊的協助下，自家果園獲得比以 往更好的產量與品質。 研究團隊展開跨單位、跨領域的合作，拿出看家技術的本領，為外銷 水果尋找創新的保鮮技術。 育種專家依照外銷水果高產、質優、果肉硬脆、不易劣變等耐貯運特 色，培育出新品種，幫助臺灣水果拓展海外市場。 具外銷潛力果品創新保鮮技術開發
究團隊）的新型肥料技術，提升百香果的產量與品質。 尤其是幫我們從採收後的清洗、包裝到低溫保鮮貯運， 找出最好的模式，增加海運外銷的機會，讓收入更穩 定。」鄭秉誠大方分享。「最重要的是，研究團隊還找
運氣調櫃適合貯藏的條件，延長運輸時間，使果實外觀 與品質依然保鮮。 研發貼近農民需求 實測規模需要擴大 「我們希望透過這些在試驗場域實測到的結果與數 字，幫助農民與貿易商找尋更多新的、更具消費潛力的 市場。」林慧玲坦言，「若想更進一步協助臺灣水果優
銷過程的安全、風味與成本。」
96 ︱貯運保鮮︱ 抗老、緩劣變 科技為截切蔬果延長上架時間 打開包裝就能立刻食用或烹煮的截切蔬果，最怕老化褐變、微生物污染，導致商品價值下降、縮短櫥 架壽命。因此，國內 3 所大學的食品科學教授，從食品微生物、保鮮包裝及時間溫度監控等領域著手， 幫助產業解決這些問題。 撰文／莊安華、財團法人農業科技研究院資深研究員 洪子淵 攝影／汪忠信 圖片提供／陳輝煌 截切蔬果能減少準備食物的時間，而且方便攜帶、 易於烹煮與食用，從一般消費者到餐廳、團膳的 餐飲業，都吃得到、用得到它，因此截切蔬果需求量不 斷地增加。宜蘭大學食品科學系終身特聘教授陳輝煌指 出，2020 年全球截切蔬果產量達到 8630 萬噸，產值約 有 581 億美元，以 6% 年增率成長。臺灣的市場需求也 正快速成長，根據 CAS 優良農產品統計，2020 年國內 生鮮截切蔬果 CAS 廠家數為 22 家，年產量約 2 萬噸， 年產值 9 億元新臺幣，若加上未申請 CAS 的廠商，產 值應已超過 30 億元。 儘管產值數字亮眼，但是臺灣截切蔬果的保鮮，仍 有進步空間。「臺灣規定食品要標示有效日期，但日期 是固定的，如果管理不慎，運輸、陳列過程中溫度上升， 還沒到有效日期前，截切蔬果可能已經壞掉了。我們希 望能找到一個方法配合有效日期，讓管理者、消費者知 道包裝內截切蔬果的品質。」多年參與衛福部食藥署食 品衛生安全審查工作的陳輝煌說。 為此，他投入截切蔬果保鮮研究，與輔仁大學食品 科學系副教授陳政雄、臺灣大學食品科技研究所教授 呂廷璋合作，申請科技部「智慧科技於農業生產之應 用」專案計畫，針對小黃瓜、萵苣、網紋洋香瓜、木 瓜等低酸性截切蔬果，在冷鏈中的品質特徵及包裝， 研發調氣包裝（MAP）技術與時間溫度指示器（Timetemperature indicator，TTI），希望能優化截切蔬果 品質，以及精準監控溫度時間歷程。 找出儲藏氣體比例 調氣保鮮更有效 「現在業界管理截切蔬果品質，仍使用衛福部『食 品中微生物衛生標準』，但是品質指標比較籠統。因此， 宜蘭大學食品科學系終身特聘教授陳輝煌（右3）、輔仁大學食品科學系副教授陳政雄（左3）與研究人員，自製酵素型TTI、開發調氣活性包裝， 優化截切蔬果的冷鏈品質。
我們研究團隊先為不同種類的截切蔬果，鑑定微生物，
建立微生物監控與預防模式。」陳輝煌說。研究團隊鑑
定出 4 種截切蔬果的主要微生物，作為品質指標後，接
著分兩路進行調氣包裝與 TTI 的研究。 負責調氣包裝的陳政雄指出，蔬果被分切後，仍會
繼續吸收氧氣、吐出二氧化碳，進行呼吸作用，然後在
包裝裡老化、劣化褐變。「因此，我們利用調整包裝環 境，來減緩蔬果呼吸率、生理老化與劣化的速度，進而
讓截切蔬果有較長的儲藏時間。」陳政雄依據 4 種截 切水果，找出各自最適合儲藏的氧氣與二氧化碳組成比
明專利及「2021 未來科技獎」。陳輝煌說，酵素型 TTI 價格昂貴且不安定，他利用靜電紡絲科技，研發出「高 比表面積」的奈米纖維薄膜，然後將漆酶固定於纖維上， 達到降低酵素用量、生產成本；提高安定性、溫度可逆 性的效益。
研究團隊開發出領先全球的 TTI，已有食品及藥品 業者對此產品有興趣，卻還沒有國內廠商願意技轉、生 產。「臺灣原本就沒有 TTI 的生產線，廠商評估後，發 現光是試量產 TTI，開發模具就需要花費 100 多萬元， 加上市場不夠大，廠商就不會考慮投資設廠生產。」陳 輝煌認為，研究團隊開發的 TTI 技術未來商品化的發展， 還在未定之天，不過他們會持續改善技術平臺，希望
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充填到包裝裡，設法減緩截切蔬果呼吸率、降低老化速 率，使截切蔬果的品質可維持更久。 TTI 技術獨步全球 具有技術、成本優勢 目前歐美等國家使用 TTI，監控產品在貯運過程中的 溫度和時間變化，這種外觀像一張卡片、標籤的智能溫 度指示器，利用顏色變化呈現與產品老化同步的反應， 讓管理者或消費者可以直接從 TTI 變色的可視性品質資 訊，得知產品即將出現的品質變化。 目前臺灣尚無國產的 TTI，全靠進口供應，一片要 價 2 ～ 5 美元。而且臺灣即食產品的市售單價不高，業 者在成本考量下，更不可能採用 TTI 監控單包裝食品溫 度，「如果我們自己開發 TTI，並且售價不到國外的一 半，將來就有機會推廣。可先應用在供應團膳、餐廳即 煮（ready-to-cook）的大包裝截切蔬果，然後再進到 消費者即食（ready-to-eat）的高價生菜沙拉、水果切 盤。」陳輝煌說。 在陳輝煌主導下，研究團隊開發出物理、化學、酵 素 3 種類型 TTI。其中適用於截切蔬果的酵素型 TTI，以 全球僅見的電紡纖維固定化酵素技術，獲得中華民國發
例，並運用控制氣體流速的噴頭，將最佳比例的氣體，
TTI 應用可以從截切蔬果延伸到需要控溫的食品、藥品、原 物料等其他領域。 貼在截切蔬果外盒上的TTI時間溫度指示器，用於監測產品在冷鏈過 程中的溫度變化累積歷程。 陳輝煌的實驗室，是國內目前少數可少量生產TTI的單位。 研究團隊自製的酵素型TTI，獲得「2021未來科技獎」。 串聯活性包裝及智能包裝技術優化冷鏈中農產品品質及監控能力
98 ︱貯運保鮮︱ 重視自然環保需求 全方位的包材保鮮策略 面對氣候變遷、疫情不斷衝擊的現代，自然環保的需求已是當務之急。尤其是隨著貿易全球化與消費 者對食品安全及便利性的要求，冷藏、冷凍食品的長途運輸及配送保鮮也相對提高，如何才能做到兼 顧環保、安全與經濟上的需求，已是當今最重要的課題之一。 撰文／戚文芬、財團法人農業科技研究院研究員 賴威延 攝影／戚文芬 肥美鮮甜的牡蠣是許多人無法抗拒的美食，然而每 年衍生的大量廢棄牡蠣殼，特別是在臺灣西南沿 海地區，堆積如山產生腐臭味，既不能焚化也無法掩埋， 處理起來著實令人頭痛。其實，「牡蠣殼含有鈣及其他 微量金屬，而牡蠣殼粉則具有抗菌效果，因其獨特的生 物特性，可運用在保健食品上，是近幾年來非常熱門的 研究主題之一。」國立臺灣海洋大學食品科學系蔡國珍 教授表示。 廢材開發再利用 化身環保抗菌包材 在科技部「智慧科技於農業生產之應用」專案計畫 支持下，臺灣海洋大學所組成的研究團隊，從蝦、蟹殼 中萃取出大量的幾丁聚醣，以及取用牡蠣殼粉的抗菌特 性，進一步運用含有苯乳酸的乳酸菌發酵清液與其他具 有抗菌活性物質，結合生物可分解塑膠之聚乳酸 (PLA)， 開發成可代替塑膠袋的抗菌包材。 手拿由臺灣海洋大學食品科學系、運輸科學系以及 行政院農業委員會水產試驗所、財團法人塑膠工業技術 發展中心一起合作所開發出的「天然塑膠袋」，蔡國珍 臉上充滿了驕傲。她說不管是強度、韌性都比一般的塑 膠袋還要好，而且自然環保會隨時間分解，對環境非常 友善。 蔡國珍表示，這不僅可代替現在市面上大量使用的 以臺灣海洋大學食品科學系蔡國珍教授（右3）為首的研究團隊，包括財團法人塑膠工業技術發展中心技術研究發展部曾向榮博士（左3）、臺灣海 洋大學食品科學系蕭心怡教授（左5）、行政院農業委員會水產試驗所王庭玫及學生劉芳伶、陳呈權、紀彥伶、盧薏、黃菀瑤等，皆致力於新穎包 材開發與水產品冷鏈物流應用領域中。
99 塑膠袋，未來甚至可廣泛運用在生活用具上，例如：民 生用垃圾袋、托盤、提袋、食品包裝及容器等。更令研 究團隊驕傲的是，在一遍遍的實驗中，他們還開發出具 有吸水特性的紙張，成為可寫且可洗的另類宣紙，並且 兼具抗菌的特性。 開發 TTI 指示劑 建立標準冷鏈流程 此外，由於食物保鮮日趨重視，特別是水產品本來 就易因腐敗及孳生病原菌造成食品中毒，因此近幾年來 特別重視冷鏈 (Cold Chain) 物流過程，即是全程維持 在食品最容易保鮮的溫度，例如：魚類約在 4 度左右。 「如果在運送途中，一旦冷藏及冷凍設備發生意外 或有任何疏失，也就是斷鏈，一來容易對身體健康造成 危害，二來難以讓消費者判斷購買的是名實相符的產 品。因此，為了監控水產品冷鏈物流時溫度與時間效應， 我們特地開發出生物性時間－溫度指示劑 (TTI）。」蔡 國珍說道，只要放在測試的石斑魚或是鯛魚片上，不需 直接接觸，就能透過環境溫度感測運送過程中所發生的 溫度變化。 蔡國珍強調，很多人可能會覺得這樣的系統很簡 單，其實不然，經過實際考察和實驗，尤其在與廠商合 作過程中，發現其中隱藏了很多被人忽略的細節。例如 指示劑會隨著溫度與時間變化、菌數增加，而改變 pH 酸鹼值，讓顏色產生變化，慢慢地從橘色變成紅色。接
在現行研究中，每年大量產生的牡蠣殼，約有6成左右可開發成新穎 天然包材。 生物性時間－溫度指示劑（TTI）經過長時間研發而成，可以監測水產 品冷鏈物流中的環境變化。 新穎包材的開發及其於水產品冷鏈物流的應用 透過一連串改質技術，以及超過 600 度以上的鍛燒，經由奈米 化研磨成細粉後，約有 6 成的牡蠣殼會被大量使用在聚乳酸所開 發出的抗菌性天然塑膠膜中。 關鍵技術的運用和開發，讓原本可能屬於廢棄物的牡蠣殼，瞬間 變身為可大量使用在日常生活上的用品。「如果與一般塑膠袋價 格比較，目前僅提高約 4 分之 1 左右，且其純天然又不含任何有 毒物質的特性，經過一段時間後會自然分解。」塑膠中心技術研 究發展部曾向榮表示，這項研發非常具有市場發展潛力。 改質牡蠣殼轉為可分解的塑膠材質 以牡蠣殼所製成的塑膠袋，強度及韌性都很高，可大量取代現行 無法自然分解的塑膠袋。
著，再將所開發的抗菌塑膠膜及指示劑進一步結合，在 自然環保與經濟需求上，便可建立一套標準的冷鏈作業 流程。
100 ︱貯運保鮮︱ 從森林資源出發 開發環境友善新型態包材 臺灣是水果王國，擁有得天獨厚的氣候與地形，一年四季皆有色香味俱全的各式水果出產。除了內需 外，透過外銷也讓臺灣水果美名享譽國際，為了擴大臺灣蔬果出口數量和價值，研究團隊決定從包裝 材料下手，透過增加保鮮期程，提升蔬果的外銷品質。 撰文／林郅、財團法人農業科技研究院研究員 賴威延 攝影／林郅 國立臺灣大學森林環境資源學系與行政院農業委員 會林業試驗所共同合作，結合自身專業，在科技 部「智慧科技於農業生產之應用」專案支持下，從容易 讓人忽略的包裝材料切入研發，森林系柯淳涵教授表示： 「減碳限塑是國際當前趨勢，開發實用價值高且具環保 特性的新型包裝材質，也成為未來發展方向。」 從環境永續角度 開發新型態包材 此計畫由 4 個面向出發，首先，利用奈米纖維材料 具有吸水性和生物相容性的特點，藉由奈米纖維素混合 紙漿包裝材，以不同材料進行混合塗層，研發保鮮包材， 期望用於加強果品保鮮時程。柯淳涵教授說道：「藉著 奈米纖維素應用，希望在未來能夠取代常見塑料包材， 例如：聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）等，透過綠色永續 材料，減緩環境破壞問題。」 一般想到生鮮食品包裝，通常會直覺聯想到保麗 龍，但其不易被環境分解的特性，容易對環境造成汙染 與傷害。因此，在第二面向中研發的新型態包材，以紙 漿作為原料，利用發泡技術讓內部結構蓬鬆，產生多個 孔隙，達到降低熱傳導效果。森林系張豐丞副教授說明： 「當今冷鏈物流技術發達，但最怕就是發生脫離低溫環 境斷鏈情況。此新型材料具有保溫效果，而且無論在製 程或使用過後，都能大幅降低對環境危害。」 由臺灣大學森林環境暨資源系柯淳涵教授（左2）及張豐丞副教授（左1），與林業試驗所林振榮研究員（右2）及何振隆組長（右1），共同為林 業資源的運用創造新方向。
第三面向則以生物炭著手，從不同林業剩餘資材原 料，燒製成多孔性炭材，達到吸附濕氣及乙烯目的 ( 乙 烯會使蔬果成熟，若物流過程有過多乙烯，會導致蔬果
品質不佳 )。林業試驗所林振榮研究員表示：「目前已 開發完成的多孔性炭材保鮮包，期望能取代過往化學材
料製成方式，既符合環境永續，更能產生延長蔬果保鮮
實際效用。」
第四面向，從可產製精油的樹種進行篩選，進行具
抗菌且抗氧化活性的無毒精油研發，調製成複方配方， 並以臺灣最具代表性水果－香蕉作為試驗，發現以精油 作為蔬果保鮮劑塗抹於果物表面，能展現出保鮮效用。
值的農產』角度去思考，讓農產外銷更能跟上永續議題 潮流。」 臺灣有 60% 面積為森林，擁有豐富森林資源，但大 多卻未被妥善運用。張豐丞副教授說：「林業資源使用 有其正面效益，正確且合理運用森林資源，反而能創造
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接著以此作為延伸，將具有抗菌、抗氧化活性化合物製 成微膠囊，並與紙漿結合，開發為蔬果保鮮袋。林業試 驗所何振隆組長說明：「這不僅提升國產蔬果外銷品質， 強化蔬果在國際市場競爭力，也提升林業資材利用率， 將農業與林業進行跨領域結合，共創雙贏。」 透過林業資材 跨領域提升農業價值 提及研究遇到的瓶頸，團隊一致表示「成本高」導 致新型態包材在推廣上碰到困難，大多數農民較不願意 花太多成本在包裝材料上。經過多次調整，在不影響效 用前提下簡化其中工序，讓產品能夠被市場接受。柯淳 涵教授表示：「開發環境永續產品，反而可以提高農產 品價值，盼望產業能夠以『使用更好的材料，賣更高產
林業價值是一大重點，藉由跨領域整合、多面向運用， 透過林業資材也能提升農業價值。期許公部門能夠做其
利用奈米纖維素填充蔬果包材，阻隔外界氧氣及蔬果水氣蒸散情形， 提升蔬果運送保鮮效能（本圖為柯淳涵實驗室繪製）。 利用多孔性炭材吸附濕氣及乙烯的特性，取代過往使用化學原料，達 到保鮮效果。 以本土永續生質資材開發新型包裝材料提升國產蔬果保鮮能力 以天然纖維素與木質素為原料，研發製作比表面積與孔隙率大， 隔熱保溫效能好，且具有乙烯吸附功能之新式材料，可產出具有 優良保溫效率且延長農產品儲存週期的環保資材，讓農產在脫離 冷鏈狀況下，仍維持其低溫。 結合天然纖維素與木質素 農產保鮮不斷鏈 張豐丞副教授研發的新型態包材，具有良好保溫效果，不論製作 過程或廢棄處理時都相當環保。
更多造林、保育等活動。」柯淳涵教授也補充：「提升
中的橋樑，相信此計畫的奠基，能夠提供長程、永續的 包裝技術，為臺灣蔬果外銷市場接軌國際。」
102 ︱貯運保鮮︱ 調氣包裝與高壓靜電場 成為蔬果延長鮮度的時光包巾 身為農業王國，臺灣全年生產新鮮蔬果，然而農獲卻可能因劇烈氣候影響而歉收，或農者搶種熱門作 物造成跌價，再加貯運保鮮失當造成巨額損耗等，這些都是菜土菜金的主因。其實這些狀況有機會逆 轉，由國立屏東科技大學教授群所串聯的研究顯示，透過調氣包裝、高壓靜電場、保鮮履歷三管齊下 的科學技術，讓哆啦 A 夢的時光包巾實體化，為蔬果大大延長生命及經濟價值。 撰文／吳丁江、財團法人農業科技研究院副研究員 陳俞螢 攝影／吳丁江 高麗菜素有「菜王」之稱，產量多寡直接影響市價， 一顆從十塊錢到數百元都有，每年價格浮動之大， 常令消費者咋舌。此外每到產季，數百噸的高麗菜進入 果菜公司後，會因物流進出貨與現場環境保鮮不易造成 損耗，經過粗略估算，若可減少 10% 食材浪費，即可 降低約 20 億元產值成本。 發現這項驚人數據，蔬果保鮮便成為相當有價值的 議題。2018 年夏天，由屏科大食品科學系、車輛工程 系以及資訊管理系三大領域共同串聯，在科技部「智慧 科技於農業生產之應用」專案計畫支持下，以果菜公司 裡每月進貨超過 300 公噸較高產值的截切蔬菜作為研究 對象，包含青花菜、高麗菜、玉米筍等，開啟一場保鮮 大作戰。 就很 Fresh 蔬果凍齡與認證機制 在精密分析蔬果生理特性、酵素變化與機能性成分 後，研究團隊以調氣與電場設備將蔬菜「凍齡」保鮮了！ 研究團隊重要推手：屏東科技大學食品科學系蔡碧仁教授（前排右2）串聯車輛工程系王耀男教授（前排右1）、朱偉中博士（前排左1）、資訊管 理系邵敏華副教授（前排左2）。
升級，由初期小型的高壓靜電場進化成中型固定式高壓 靜電場，研究第 3 年再開發出輸送帶流動式的自動化高 壓靜電場設備，可提供大型蔬果截切場以模組化使用， 設置空間約 10 坪，即可達到 1 公噸的日處理量，已具 有商業量產雛形。
103 與未經處理即冷藏保存者相比，足足提高了 6 倍以上的
再以實際數據來看，加上調氣包裝與固定式高壓靜 電場處理過的截切青花菜可保存
認證。 食科系蔡碧仁教授表示，蔬菜採摘後仍進行呼吸作 用，水分含量高而不易保存，從離開田間那一刻起，就 開始變質。因此，調氣要做的是將空氣中原有的氧氣、 二氧化碳、氮氣組合重新調整比例，使蔬菜在放入調氣 封膜包裝後可延緩呼吸與衰敗。目前計畫使用的設備為 德國 WITT 氣體混合機與手持式氣體分析儀，整套造價 約 60 萬，可精密分析與調整氣體比例，成果與初期相 比顯著延長了保鮮期。 高壓靜電場處理是蔬果經過調氣包裝後，為求繼續 降低生理代謝、延長保鮮期的第二道工序。單獨以調氣 或高壓靜電場處理的蔬果保鮮期，約可延長 1.5 與 3 倍 時間，雙重處理則可將保鮮期拉長至 6 倍以上。 車輛工程系王耀男教授與朱偉中博士在研究中不斷
APP。不但為既有蔬果產銷履歷加入最新保鮮溯源履 歷，結合物聯網與感測器技術進行自動化資料紀錄，並 以具不可偽造竄改特性的區塊鏈分散式帳本建構，為更 完善的農產食品溯源系統提供更多把關。 由三門冰箱改造的固定式高壓靜電場，需以人工方式進出蔬果，每日 處理效能可達100公斤，適合小農、超市類的業者使用。 邵敏華副教授是國內少數專精區塊鏈領域的學者，此次研究的保鮮溯 源履歷即是以安全性高的系統基礎發展，並將操作介面以便捷上手的 手機APP呈現。 調氣包裝，高壓靜電場及區塊鏈在截切蔬果保鮮及溯源系統開發之應用 II 為臺灣農產拚外銷、提升本地食品安全，都是此計畫重要目的。 蔡碧仁教授指出目前 3 年期研究計畫以學術規模為主，每種蔬果 產業都要根據原料種類、產季、產地，及保鮮期需求調整，如何 增加調氣處理量也都是將技術推廣到產業的關鍵。 此外，以客製化方式建構量產高壓靜電場，將系統設計成可連續 加工處理，符合不同商業需求。建置保鮮履歷同時，針對開發人 員從基礎訓練、學習新穎且門檻高的區塊鏈技術，也都是計畫需 要持續努力的地方。 回歸產業運用的保鮮藍圖 經過調氣包裝的截切蔬菜包，搭配輸送帶流動式的自動化靜電場 進行處理，為實際產業帶來可量化生產效能。
保鮮天數。
40 天、高麗菜則有 60 天，無論外觀與口感都像是第一天剛從田裡新鮮採摘樣 貌。團隊同時整合產銷履歷資訊與保鮮履歷追蹤碼 QR Code，為銷售廠商與消費者提供值得安心信任的採買
為蔬果打造高科技保鮮技術的同時，由資管系邵 敏華副教授帶領資訊團隊結合調氣與高壓靜電場研究 數據，開發出一套截切蔬果保鮮履歷溯源系統之行動
國家圖書館出版品預行編目（CIP）資料
1.CST: 農業經營 2.CST: 資訊科技 3.CST: 產業發展 4.CST: 文集 431.207 110019711
104 智慧科技於農業生產之應用 指導單位：國家科學及技術委員會 編輯委員：陳鴻震、陳昭蓉、李佳卉 發行單位：財團法人農業科技研究院 研究人員：洪子淵、賴威延、陳南宏、陳俞螢、張筑喻、陳相伃 地 址：300-93 新竹市香山區大湖路 51 巷 1 號 電 話：03-518-5000 網 址：https://www.atri.org.tw 編印製作：欣傳媒股份有限公司 編輯團隊：何儀琳、周惠儀、廖苡安、《天下雜誌》 微笑台灣 整合傳播部 採訪記者：戚文芬、葉文欽、林郅、吳丁江、陳志東、闕壯柏、吳憲坤、汪忠信、莊安華、林媛玉 美術設計：許方瑜 出版日期 ：111 年 12 月初版二刷 定 價：新臺幣 350 元 ISBN：
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978-626-95306-0-1
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計畫成果專刊
計畫成果專刊 智慧科技於農業生產之應用