未來農(nóng)耕面對生態(tài)困境，智慧農(nóng)業(yè)是解決方針？農(nóng)業(yè)，是相當早期的文明，當人類可以在一地點定居、不用隨著山牧季移時，穩(wěn)定的糧食來源成了奠定社會發(fā)展的基石，加速工業(yè)世代的更迭，更有什者，工業(yè)發(fā)明還能促成農(nóng)業(yè)邁向現(xiàn)代化。然而，爆炸式進展的文明為社會留下諸多問題，如土地破壞、環(huán)境污染增加、天然資源逐年遞耗以及糧食生產(chǎn)人力負擔加重等，如今，人們不僅要思考未來糧食供給安全的問題，還要替現(xiàn)有環(huán)境提出修復方案。對于隨之而來的工業(yè)與資訊混合革命，人類是否能重新思考生存發(fā)展方向，為環(huán)境與生命建構(gòu)永續(xù)的生活方針？從生物學家布勞格（Norman Ernest Borlaug）改良出具抗病能力、產(chǎn)出高的小麥以來，常規(guī)的農(nóng)業(yè)呈化約式；意即在機械的發(fā)明與石化工業(yè)合成誕生后，土地操作方式邁向大規(guī)模單一化。這種以最小養(yǎng)分定律（minimumlaw）供應植物生長所需的無機礦物，或以大量藥劑控制雜草、病蟲害、儲存等問題的方式，是為綠色革命（Green Revolution），并替代由化學及工業(yè)控制培養(yǎng)生命物質(zhì)的方法。前兩次的綠色革命也許使糧食產(chǎn)量提升，但從未考慮污染留下的外部化成本，使耕種環(huán)境面臨風險。

目前，第三次綠色革命目前正隱隱作動，我國政府也正積極投入智慧農(nóng)業(yè)（Smart farming）4.0發(fā)展計劃，以數(shù)位科技輔助糧食智慧化生產(chǎn)定調(diào)?；仡欉^去幾十年間國際上被提起的糧食生產(chǎn)提案──農(nóng)業(yè)生態(tài)學（agroecology）、可持續(xù)性農(nóng)業(yè)（sustainable agriculture）、精準農(nóng)業(yè)（precision agriculture）、氣候智能型農(nóng)業(yè)（climate-smart agriculture）、循環(huán)農(nóng)業(yè)（ecological recycling agriculture）以及碳匯農(nóng)業(yè)（carbon Farming）等，在概念上互有重疊或分歧的意見，不變的是，必須將整體自然環(huán)境納入生產(chǎn)考量。農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型過程中將引入更多資訊及生物科技，新的發(fā)明是否能加入環(huán)境的設計思維并師法自然，創(chuàng)造共享、平衡及永續(xù)的循環(huán)進而減少污染與重復使用的問題，將會是關(guān)鍵的議題。只要能運用新的知識與適切的工具，或許仍能以科學與智慧重構(gòu)、實踐更有機的環(huán)境與生活。 奠定智慧農(nóng)業(yè)的根基——談農(nóng)業(yè)資料數(shù)位化。人類的執(zhí)行計劃過程，是由感官接收來自外在訊息（sense），經(jīng)大腦儲存、組織、思考（think），接著會做出決定并加以行動（act）。智慧農(nóng)業(yè)的核心依賴大量資料來源，才能綜合分析并作出決策，因此將農(nóng)業(yè)科學資料數(shù)位化成了首要優(yōu)先的工作。以下筆者以自身經(jīng)驗，提出幾項農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)工具供讀者了解。

基礎環(huán)境數(shù)據(jù)：陽光、空氣、水與土壤，針對各地區(qū)植物生長過程中的陽光、空氣、水與土壤等環(huán)境資訊進行搜集，所得的巨量環(huán)境數(shù)據(jù)資料將有益為不同的農(nóng)作物安排合適的環(huán)境。以陽光為例，光合作用為植物生長的重要機制，原生在不同緯度之植物，有其適合的光周期范圍；透過儀器捕捉陽光的日射量、紫外線等資訊，可初步判定來自不同國家的作物可能適合的種植月份。與空氣有關(guān)的測定與分析主要包括溫濕度、大氣壓力、風速、風向、氧氣、二氧化碳與空氣品質(zhì)等類別。像溫度對栽培作物影響就很大，植物有其適合生長溫度，超過低溫或高溫極會造成生長障礙，不同生長期也有不同的生長溫度，甚至日夜溫度差距也會間接影響食用的風味；空氣濕度與通風性會影響植株及土壤水分的蒸散，或造成悶熱、悶濕問題，進而引發(fā)病蟲害；風力較強處容易使植株受損，可適當調(diào)節(jié)防護，減低栽培風險；溫室內(nèi)則應注意二氧化碳消耗，戶外應注意附近是否有空氣污染，影響作物生長與健康。植物體內(nèi)重要組成物質(zhì)──水，則參與了植物有機物質(zhì)合成與生理代謝，并可促進養(yǎng)分吸收及傳輸，此外水還能調(diào)節(jié)植物熱量以維持溫度或避免曬傷；從物理的角度來看，水能使植株維持一定膨壓并具有彈性，能夠抵抗物理影響。水分的多寡對植物的影響也不容小覷，倘若水分過多，如連日降雨及田間積水，容易造成根部缺氧并開始腐爛；水分太少則無法供應植物所需，進而使其凋萎。另外，由于植物會直接吸收水分，如有污染，將嚴重危害健康，故應推動灌溉水源水質(zhì)監(jiān)測。土壤科學就相當復雜的，其內(nèi)含有機物質(zhì)及無機礦物，也有土壤里的生態(tài)圈，通常在特性上會以物理及化學性質(zhì)來觀測。在田間能夠直接量測的有土壤溫度、土壤含水率、土壤酸堿值（pH）與土壤電導度（EC）等，種植前可將土壤采樣送至農(nóng)業(yè)改良場等研究單位進行檢測分析，了解其營養(yǎng)成分是否過多或缺乏，并注意有無重金屬污染。此連結(jié)為農(nóng)業(yè)改良場之作物營養(yǎng)診斷分析程序，可看到有關(guān)土壤、堆肥、葉片及灌溉水采樣與檢送分析的過程。

從耕作到販售都派得上用場的資料庫除了外在環(huán)境的調(diào)整外，從作物本身到販售的這一條鏈結(jié)，也能透過資料庫的使用將效益。作物資料庫標記植物從種子階段、生長過程、遺傳學、逆境條件、植株型態(tài)、生態(tài)特性以及營養(yǎng)需求等訊息，為智慧農(nóng)業(yè)最基礎卻也最重要的工作。關(guān)于田間各種益、害蟲與植物間的生態(tài)條件與好發(fā)環(huán)境，可在潛伏期及征兆出現(xiàn)時運用病蟲害資料庫提早警覺，改善田區(qū)物理特性，加強作物抵抗力并營造有益生態(tài)；若需采取防治措施，則優(yōu)先采取非農(nóng)藥防治，或以科學方式分析，精確用藥。市場行情資料庫則記錄農(nóng)產(chǎn)品銷售價格及消費者消費喜好，借以分析、調(diào)配市場品項供需，避免生產(chǎn)過剩并維持價格穩(wěn)定。遙測技術(shù)、地理資訊與田間生態(tài)記錄，為長期監(jiān)測、觀察空間上土地的使用變化，人們運用遙測（remote sensing）技術(shù)搭配地理資訊系統(tǒng)檢視農(nóng)地可能遭遇的問題，其亦可于災后也可快速評估受損情形。目前，遙測技術(shù)分為空載（airborne）及星載（spaceborne），空載部分使用飛機、直升機、輕型無人飛行載具（unmanned aerial vehicle, UAV）與高空氣球，星載部分即為衛(wèi)星；衛(wèi)星影像的解析度日前到達50公分；無人飛行載具依飛行高度，解析度將可達10公分以下。在地面上，由農(nóng)友協(xié)助執(zhí)行的田間記錄可作為每一塊田地的生命履歷──長期累積的田間記錄記載人為及自然發(fā)生的事件，藉由事件可推演土地變化之過程；短期田間記錄為農(nóng)作物的生產(chǎn)追溯，提供消費者安心的食材來源。除了上述幾項量測與資訊作業(yè)外，農(nóng)業(yè)科研和技術(shù)研發(fā)人員亦需擴充領(lǐng)域知識。農(nóng)業(yè)線上辭典庫應囊括農(nóng)業(yè)各學科，并依詞匯功能加以分組標記，以圖文內(nèi)容解釋各學科體系中之名詞表達、科普原理、技術(shù)操作及歷史文化等釋義，以供入門農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營者查詢、學習。 感測讓農(nóng)業(yè)更「感性」——發(fā)揮農(nóng)業(yè)科研價值。上述資料采集，可粗略分為「人工觀測記錄」與「裝置自動記錄」。過去，農(nóng)友可能會在家門外掛設溫濕度計，以便出門前觀看，并在一天忙碌后以日歷或筆記本記下農(nóng)務作業(yè)進度；而現(xiàn)代，許多「數(shù)位農(nóng)民」帶著行動裝置下田，以影像觀察作物生長健康狀態(tài)及田間生態(tài)調(diào)查，并使用手機行事歷進行工作排程，或以試算表計算每季收益。在資通訊設備的輔助下，高空中有氣象衛(wèi)星觀測天氣變化，亦有資源衛(wèi)星監(jiān)測土地及水資源利用狀況；而地面上的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things, IoT）裝置漸漸部署到田間，將農(nóng)田里的環(huán)境資訊上傳到云端系統(tǒng)儲存，農(nóng)友在巡田管理上會更加即時、便利，也可以更細部觀察田間微氣候差異。皆提升了人機互動的頻率，網(wǎng)際網(wǎng)路的發(fā)達使資訊流通更快速，訊息服務開始成為未來的商業(yè)模式。

各項感測器與農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的逐步盛行，是否能為農(nóng)業(yè)帶來新的契機？以下帶讀者看看國內(nèi)外各項實例。農(nóng)業(yè)氣象站首先介紹我國政府的農(nóng)業(yè)氣象站與農(nóng)業(yè)氣象記錄。農(nóng)業(yè)氣象站的設立雖年過50載，但在內(nèi)容上，無論是分布數(shù)量上還是資訊提供皆有大幅成長，截至2016年止，農(nóng)業(yè)觀測站數(shù)量從過去的15座來到現(xiàn)今的41座。設置在農(nóng)業(yè)區(qū)的一級氣象站，彌補了一般非農(nóng)業(yè)區(qū)自動站的不足，其所觀測的項目包括平均∕∕氣溫、露點溫度、相對濕度、降雨量、平均風速、瞬間風速與風向、最多風向、日射∕照量、蒸發(fā)量與氣壓等多個項目，除了能可更精確地反應耕地氣候狀況，研究人員依此可提供天氣資訊、病蟲害預警、作物豐歉預估或品種試驗等，農(nóng)友可加入各區(qū)域農(nóng)業(yè)改良場之行動網(wǎng)頁或訂閱微信通知，更智慧化的提早規(guī)畫農(nóng)事，降低氣候不穩(wěn)定的風險。（目前，各農(nóng)業(yè)改良場服務區(qū)域如表一所示。）

水田感測器及水閘門。在水資源管理方面，由于近年受氣候影響、降雨月份差異不均，因此也為農(nóng)業(yè)帶來一些問題，尤其在水生作物栽培上經(jīng)常令農(nóng)友困擾不已。搭載水溫、水位、空氣溫濕度感測模組，可即時掌握田間水位，降低巡田成本，節(jié)省用水量。另外，由笑農(nóng)和株式會社開發(fā)的自動水閘門，其閘門式的灌溉模組，可藉由手機遠端控制閘門升降，進而調(diào)節(jié)灌溉水量，為智慧化的水田控管模組示意圖。田間感測器及節(jié)水栽培系統(tǒng)。水肥管理在旱作栽培中，為作物健康與品質(zhì)的重要關(guān)鍵，然而以往農(nóng)民只能以植株樣態(tài)判斷根系在土壤里的環(huán)境情形。藉由埋入土壤中的感測器或探針，可得知根系溫度、土壤含水量及鹽離子濃度，搭配布建好的灌溉設施，農(nóng)民可將灌溉水及定量配比的液態(tài)肥，以霧化或滴灌方式供應給植株，如此一來不僅減少人力，對于作物在不同生長階段的水肥需求，能依據(jù)以往經(jīng)驗更精細地作調(diào)整。 遙測影像及地理資訊系統(tǒng)。對于大面積及多田區(qū)管理，地理資訊系統(tǒng)與遙測影像顯得更加重要。透過地理資訊系統(tǒng)描繪，不同田區(qū)的差異將能更容易顯示出來；而來自衛(wèi)星或無人機的影像，搭載多光譜攝影機，經(jīng)伺服器影像處理后可反應作物健康情形。此外，系統(tǒng)定期為大氣與土地資訊產(chǎn)生快照的好處，即農(nóng)友可回顧歷年來栽培產(chǎn)量與氣候的關(guān)聯(lián)性。作物資料庫及作物生長模型，作物資料庫來自農(nóng)友與研究者長期努力的成果。傳統(tǒng)農(nóng)民查看農(nóng)民歷，現(xiàn)今則可依照不同農(nóng)業(yè)氣候區(qū)、作物屬性與市場需求來選擇更適合的作物。大數(shù)據(jù)農(nóng)業(yè)的運算方程式來自作物生長模型，建立完整的作物方程式，才能真正具備「智慧決策」，體現(xiàn)「精準農(nóng)業(yè)」之精神。日前，已有公司正運用統(tǒng)計遺傳學及各地區(qū)作物栽培試驗累積之大數(shù)據(jù)進行生長模擬，以資訊科學進行「預測育種」。農(nóng)業(yè)支撐文明發(fā)展，將社會從工業(yè)時代推進至資訊時代。運算思維的加入，改變了傳統(tǒng)機械的運作，當科學家將「邏輯」與「學習」能力置入通電的機器后，智能機器便開始介入了自然與生活。人類已經(jīng)掌握許多科技，因此我們需要騰出時間提升思考的層次，考量更公平地與人、萬物生命合作，也該讓每個人都能享有相同使用科技的權(quán)利。讓我們發(fā)揮確實的「智慧」，孕育更多生命，并為環(huán)境保護貢獻一點心力。