文．圖／劉滄棽 行政院農業委員會農業試驗所農業化學組研究員兼組長
雖然臺灣成功推動「以農業培養工業，以工業發展農業」，國內生產毛額排名全球第21大經濟體，擁有獨步全球的農業技術與3C科技產業，半導體晶圓代工「矽田產業」揚名世界，但傳統農業還是無法擺脫看天吃飯的宿命，更隨著農村人口老化、年輕人口外流與嚴重缺工，面臨嚴峻考驗。行政院農業委員會（簡稱農委會）農業試驗所（簡稱農試所）盤點臺灣農業發展困境，透過物聯網整合3C科技與智慧感測系統，串聯產學研布建智慧農業感測系統，穩定農漁畜產能並提升品質，讓農民輕鬆達到事半功倍，成為快樂務農的現代神農氏。
農試所鎖定時下超夯的無人機，發展農業監測與噴灑農藥專用的智能化無人機。「農業人口老化、缺工嚴重，使得無人機廣泛運用於軍事、場地探勘、偵察與休閒娛樂等用途，近年也逐漸被用在農業上。」農試所農業化學組組長劉滄棽表示，使用無人農噴機的作物有水稻、玉米、高粱與甘蔗等。大面積栽種的水稻，其直立型葉片、植株低及生長整齊的特性，適合無人機噴灑作業；玉米、高粱和甘蔗的植株較高，同樣是直立型作物，使用無人機噴灑，上半部或開花部位易接觸藥劑，結穗位置則因無人機飛行所產生的下沉氣流，也可均勻受藥。
無人機噴灑農藥 省時省錢，落實友善農耕
臺灣農作物百百款，如蔬菜類的葉片型態眾多，有包葉與不包葉的分別，還有葡萄和瓜類等藤架型作物。因作物植株型態及耕作方式不同，運用無人機噴灑農藥的方法也要隨之調整，針對葉片型態的共通性，歸納整理噴灑策略。2017年起，農試所嘗試以無人機取代人工噴藥，減少地面噴灑對人體造成的危害，建立無人機噴藥最佳化操作試驗，提供農民用藥參考。經過10種作物、數百次的田間試驗，發現無人機噴灑不但防治效果好、效率高，還能減少農藥噴灑量。
以紅龍果為例，無人機噴藥用量僅需人工的1/15到1/10，作業時間縮短至原本的1/4，噴藥效率提升4倍。「田間試驗結束後，我們把相關資料提供給農委會動植物防疫檢疫局參考，訂定《水稻田無人農機農噴施用規範》擴大推廣。水稻田占全臺灣60％農田面積，如果解決水稻田農藥噴灑問題，就等於解決全臺6成的問題。」劉滄棽強調，農藥施用須非常謹慎，不論是對噴藥操作者，或是農藥殘留對消費者健康危害，抑或用藥不足造成農民損失，均需嚴謹收集數據、訂定施用規範，方能確保安全用藥也達成防治效果。
幫作物量體溫兼健檢 智能無人機控管出貨品質
除了省時省工、代替人工噴藥，無人機也可監測天然災害農損，還能幫農作物「量體溫」！農試所已成功利用無人機整合影像技術，在梅雨季或颱風暴雨後，以無人機空拍農田調查農業災損，即時回傳影像分析結果，輔助防救災單位迅速掌握作物倒伏情況及農損面積比例，改善傳統派員曠日費時的現場勘查。農試所副研究員陳柱中表示，紅外線可監測作物溫度是否異常上升，利用無人機幫農作物量體溫，據此評估作物是否生病了。
紅外線偵測已用於鳳梨田間測試，監測鳳梨數量、氮肥與催花成效。陳柱中說，從前農民以肉眼觀察鳳梨色澤變化，再用手觸摸葉片厚度，判斷是否添加更多肥料。因鳳梨的葉綠素含量會隨氮肥濃度改變，只要派無人機朝鳳梨發射紅外線偵測，再分析不同反射波段的紅外線光譜，就可得出氮肥濃度。此外，紅外線偵測亦可監測藥劑人工催花成效，進而調節產期、預測產量。
精緻農業蔚為風潮，科技化品質管控成為近年重要議題。傳統農業多依賴人工抽樣，檢驗程序繁複，耗時冗長。若從國外進口檢測設備，費用高昂且未必符合臺灣產業需求。即使有心引進，農民或農產企業常苦於尋不著合適設備。國立中興大學研發團隊開發出「高光譜即時農產品品質監測技術」，助農民早期篩檢蝴蝶蘭黃葉病，也可檢測採收後的杏鮑菇品質，建立出貨前品質控管的標準程序。
國立中興大學電機工程學系教授歐陽彥杰指出，過去蝴蝶蘭外銷，停留在商船貨櫃裡的時間較長，感染黃葉病風險大增。即使出貨前以人工詳加篩檢，但出貨後仍有20％蝴蝶蘭染病，被買家退貨。如今利用高光譜儀掃瞄蝴蝶蘭莖部，影像辨識技術結合AI演算法，事前挑選有染病風險的蘭花，其準確率超過90％。
此外，杏鮑菇出貨時都很新鮮，送到集貨場包裝後再冷藏配送到超市，途中可能產生肉眼看不出來的水傷。若用高光譜儀掃瞄，水傷便無所遁形，還可檢測杏鮑菇的新鮮度與含水量。經演算法推算賞味期限，確保鮮採鮮吃的出貨品質。
農試所將前項技術應用到外銷鳳梨，偵測低溫儲運後發生的寒害、採收搬運時造成的壓傷、辨識鳳梨是肉聲果（水分多、即將過熟，要趁早吃完）或鼓聲果（水分少、不易過熟，可久放），落實品質管控並降低運送過程腐損，建立臺灣鳳梨優質形象。雖然高光譜儀用途廣泛且效果精準，但要價不菲，故農試所進一步研發手持式高光譜儀，期望降低成本以造福農民與農產企業。
感測器掀起田間快篩風潮 智慧照妖鏡洞見蟲蟲危機
手持式高光譜儀的構想，擺脫實驗室設備操作限制，讓田間病蟲害檢測邁向快狠準的「快篩」潮流。苗栗區農業改良場與工業技術研究院（簡稱工研院）合作，針對植物病害早期診斷，研發行動式田間快篩檢測技術與系統。工研院中部分院工程師洪文濱說明，藉由「等溫PCR」檢驗技術，不需反覆升溫、降溫，便能進行核酸擴增檢驗，甚至室溫環境就可檢測。例如炭疽病，為草莓常見病害，在田間採樣、萃取後，透過等溫PCR擴增技術搭配快篩定量檢驗試紙，準確診斷植株是否感染炭疽病，在病徵出現前提早預防。
「目前將快篩成本控制在60元以下，檢驗時間僅需5分鐘，加上採樣跟萃取核酸時間，只要25～30分鐘就可以搞定。」洪文濱透露，除了草莓炭疽病，他也檢測過柑橘黃龍病，其他如楊桃、葡萄、木瓜、蓮霧及紅藜等作物，亦飽受炭疽病菌攻擊。未來研究團隊將建立快速篩檢機制，把前端核酸萃取到後端樣本處理或核酸擴增，全部整合在系統晶片裡面。日後偕同農民於田間設立行動工作站，手提檢測箱即可現地採樣、萃取與擴增核酸，快速篩檢各種疫病，及時防治。
基於農業檢測快篩潮流興起，國立臺灣大學生物機電系教授林達德，亦率眾開發「智慧型害蟲自動影像偵測與辨識系統」，宛如害蟲照妖鏡，任何害蟲入侵溫室或網室都難逃法眼。研究團隊在農民放置於網室或溫室的黏蟲板前，架設攝影機，利用AI影像處理技術監測，分析黏蟲板上的害蟲數量及種類，發送APP通知予農民。林達德強調，此系統平均每半小時至1小時傳送1張監測影像，隨時更新資料。目前已在番茄、芒果、文心蘭與火鶴等30座溫、網室安裝使用，與農民一同抵禦蟲蟲危機。
當病蟲害發生，農民難以精確判斷害蟲種類，不知如何有效防治。農試所整合各蟲害專家研究成果，建立「農業病蟲害智能管理系統」，成為農民24小時全年無休的最佳諮詢顧問。農試所應用動物組副研究員姚美吉解說，此系統已蒐集並彙整出173種害蟲，如木瓜、葡萄、瓜類與紅龍果這4種作物共36筆病害資料，開放農民從網頁、LINE「病蟲害諮詢小幫手」或病蟲害情蒐APP等方式，查詢病蟲害種類與正確防治方法。自2018年4月上線後，已超過19萬人使用，累計52萬次瀏覽量。
環境監測預警系統即時通 制敵機先，防範動植物病害
病蟲害常伴隨氣象災害發生，農委會高雄區農業改良場副研究員張耀聰，為協助農民掌握天機，研發「田間作物微環境感測病害預警示系統」，透過紅、黃、綠燈3種燈號詮釋老天爺的臉色，預示可能引發的病蟲害威脅。研究團隊在田間布置溫溼度與雨量等環境感測器，透過物聯網串聯成預警系統，正常天氣時顯示綠燈；當土壤溼、溫度及降雨量發生明顯變化時，燈號轉為黃燈；若該情況持續多天，便升級紅燈警戒，發送APP簡訊提醒農民評估施用防治藥劑。
張耀聰舉洋蔥為例，連續降雨易引發病蟲害，若沒有趁早投藥，等到發病後再用藥便為時已晚。「系統收集的資料越多，判斷病蟲害的準確率也會越來越高！」張耀聰分析，不同作物的環境耐受性不同，燈號轉換參數與標準須跟著作物種類微調。第1年他以臺灣藜田間試驗為主，第2年擴大到紅豆和毛豆等作物，預計明年推廣到洋蔥栽培，融合團隊開發的生物資材系統，展開田間管理試驗。
而國立臺灣大學團隊所開發的「智慧型平飼肉雞舍熱影像監測系統」，與前述「田間作物微環境感測病害預警示系統」，有異曲同工之妙。利用紅外線熱像儀偵測，飼主得以即時監控家禽體溫與養殖場域環境溫度變化，連結警示系統分析家禽健康狀態，避免家禽發生熱緊迫現象。既改善家禽養殖環境，亦提升品質與產能。已有多家業者向該團隊洽談，在養殖場域進行實測。
「我們在應用場域前端都要做監測！」國立臺灣大學生物機電工程學系副教授陳世芳闡述，各團隊使用不同的感測模組或蒐集資料格式，難以應用彼此的觀測資料與數據。「我們建置了適用多種農業生產環境生物監測的『智慧生物感測共通技術平臺』，同化處理資料和數據。各團隊不必費心建構伺服器，也可以整合眾多資料，推廣到其他場域或延伸開發更多系統。」此整合平臺已應用於育苗場、動物禽舍、果園及茶園等多元場域。
智慧農業計畫利用臺灣蓄積的資訊科技、通訊技術及環境永續科技能量，加上智慧生產監測系統與產銷數位服務，穩定農、漁及畜牧業的產能並提升品質。不僅擴增臺灣和他國的市場區隔，如中國大陸、東南亞國家等，減低先進農業國家產品競爭壓力，還加強農業生產科技化、提高良率與降低設施成本，吸引青壯年人口回鄉，逐步解決農業缺工與老齡化問題，更提升臺灣農產的品牌價值。推展臺灣優良農產品外銷全球之際，亦借助各項生物感測技術，落實聯合國SDGs「促進充分的生產性就業和人人獲得適當工作」和「確保永續的消費和生產模式」永續發展目標。
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