研究成果

(2020年成果)
子計畫十二：農業精準栽培管理技術開發
主持人：申雍
團隊成員：賴鴻裕、郭寶錚、林慧玲

一、子計畫推動重點、成果與特色亮點
1. 土壤有機物近接遙測技術(proximal sensing)
    利用土壤樣本位於可見光至近紅外光區(400 ~ 2500 nm)的反射光譜，進行土壤有機質含量的推估，比傳統的乾燒(dry combustion)或濕分解(wet digestion)的化學分析分法，具有非破壞性採樣、測定過程簡單、分析等待時間短、以及不會產生廢棄物等優點，已逐漸被認為可用於現地快速檢測土壤有機質含量的工作，但分析的準確性易受現地土壤樣品水分含量不一的干擾，是目前尚無法成功推廣的主因。本團隊已成功證實將待測土壤樣品重新加濕到重量含水率超過25%以上，其準確性較目前利用風乾樣本所建立的光譜計量模型具有更高的準確度，並指出未來開發檢測儀器所需的吸收波段。研究成果「Effect of wetting on the determination of soil organic matter content using visible and near-infrared spectrometer. Geoderma」已2020年被國際期刊Geoderma接受與刊登，顯示該研究技術被認可，可以廣泛推廣運用。 2. 茶園精準栽培管理技術開發與改良試驗：
    研究透過不同感測影像結合現勘調查，已開發監測茶樹生長勢能在時空上監測的技術，分別針對全區茶園的植被覆蓋狀態、每行茶樹的葉面積分佈比例和茶菁進行評估和研究。(1)多時期的衛星影像處理，產出茶園生長勢能在空間上整體的差異劃分茶園管理位置，追蹤整體田區差異的原因；(2) UAV無人機拍攝茶園，檢視每一行茶樹的健康狀態，可確認有無缺株或營養缺乏問題，有利於問題茶樹的追蹤，(3)利用智慧手機拍的彩色照片在茶樹上方放置固定大小的比例尺進行茶菁拍攝作業，研究已完成通用於大小業種的茶菁分類鑑識模式，可推廣用於監測茶菁收益。(4)研究根據遙測分析、茶園現勘狀態、茶農管理方式，進行茶園改良推薦，目前已累積服務10處茶園評估和推薦處理方法。已累積服務超過30處農園。 3. 水稻精準栽培管理和快速肥力偵測技術開發：
(1) 透過UAV影像分析不同氮肥濃度的生長差異
    透過蒐集與建置水稻田間智慧水份管理、養份管理及氣象因數之數據，並透過無人機影像分析水稻植被的生長狀態，進而透過智慧管理與評估技術，建立水稻在各生長發育時期之性狀變化與產量間之關係，建構更精準之水稻智慧田間管理系統。研究依據管理過程所得之水份、養份及氣象分析結果，以建立水稻專家決策系統。本研究於農業試驗所進行一年多的資料收集與建模，於2020年一期作進行驗證，可解算出插秧後各時間氮營養濃度變化。
4. 施用蚓糞堆肥降低葉菜類蔬菜對於重金屬的累積
    為探討蚓糞堆肥對於降低葉菜類累積重金屬的影響，本研究將兩種品種之白菜及萵苣種植於受到銅及鋅、鎘及鎳污染的土壤。試驗結果顯示，施用蚓糞堆肥能提升土壤的有機質、有效性磷、交換性鎂及交換性鉀含量，並會促進四種作物的生長，土壤有機質及有效磷含量的增加能讓重金屬與腐植質表面官能基及磷結合形成穩定的錯合物，進而降低作物對四種重金屬的累積，尤其是鎘。鎘、銅及鋅主要以高移動性的化學型態存在作物體地上部中，添加蚓糞堆肥處理並未顯著影響重金屬的化學型態，但川燙過程可以有效降低高移動性化學型態之比例。若分別以蔬菜累積之重金屬濃度進行健康風險評估，四種重金屬中以鎘元素之風險為最高(如下表)，但添加蚓糞堆肥處理可以降低鎘的攝入劑量。 5. 農產品保鮮技術開發

1. 百香果採收後處理:已建立台農一號百香果鮮果長程海運貯運保鮮流程，採收完全轉色果實，經修整、清洗及殺菌前處理，以打孔PE袋包裝並置入紙箱內貯藏於9°C環境，貯藏期可達30天，25°C回溫3天後，果實可售率維持在78.6%。此流程已符合海運外銷加拿大外銷市場所需，有利拓展及提升百香果外銷市場競爭力。

2. 已成功建立外銷番石榴長期保鮮貯運流程、輸日荔枝保色保鮮技術、百香果長期保鮮貯運流程以及外銷果品外銷長程低溫氣調貯運方法，有助於保持台灣外銷水果優良品質，提升產業附加價值，開拓新興國際市場，拓展台灣水果知名度。非農藥防治技術，可部份取代農藥，降低農藥使用量，友善環境，提升栽培者安全，以及提高產品安全性。

  

(一)人才培育面向

培育碩博班人才學生人數45人， 108、109年共培育碩士36人、博士9人。持續培育水稻、茶、果樹、園產品處理、植物醫生及遙測影像處理等不同面向人才。林慧玲教授及謝慶昌副教授帶領「中興大學園產品處理及植物營養研究團隊」團隊，參與國家農業科學獎選拔。申雍教授帶領大學生參與2019年遙感探測學會大專生3S創客競賽，榮獲創意獎。

(二)學術研究面向

國立中興大學機構內跨領域合作團隊，以微奈米天然資材於農產品生產與保鮮之循環經濟應用項目，榮獲2020年國家新創獎。藉由本計畫在精準農業領域的研發成果，將促使台灣在此領域上與國際趨勢接軌。與義守大學團隊合作，以微奈米天然資材於農產品生產與保鮮之循環經濟應用項目，榮獲2019年國家新創獎。食用作物的安全必須透過作物種類篩選及土壤管理等作為同時加以進行，本研究除了以重金屬累積能力高的葉菜類作物進行試驗外，亦透過改變土壤中有效磷的濃度，以改變鎘在雍菜中的化學型態及其往可食用部位的傳輸。另外在健康風險評估上，過去多數研究都是以作物累積的重金屬全量濃度計算健康風險，但烹煮處理會造成重金屬之損失，作物累積的重金屬也並非百分之百會被消化系統吸收。本研究考慮川燙的影響、重金屬存在的化學型態及人體消化系統可吸收之比例，計算土壤磷管理下食用蕹菜所產生的健康風險值，可以供未來進行風險評估之參考。

(三)產學合作面向

本計畫團隊成員將全力開發相關技術與設備，並藉由校際及產學合作的方式與國內學術研發及業界產生良性互動與影響，將研發之技術轉移給廠商，期能推廣給更多農民及使用者。非農藥防治技術已技術移轉與多家廠商，並實際應用於田間，可防治甲殼類蟲害以及真菌系病害，有效降低農藥使用，取代部分農藥使用，友善環境，提高農民安全。研發技轉案案包括了「煙燻水」、「作物害蟲非農藥防治之應用技術」和「荔枝果實處理裝置及其使用方法」，而荔枝保色防失水保鮮技術榮獲台北生技獎技轉合作銅獎的殊榮。

(四)國際鏈結面向

• 林慧玲教授已投稿泰國舉辦The 3rd Asian Horticultural Congress 2020 (AHC2020), 因全球新冠病毒疫情，無法出國進行研討會論文報告。並持續與泰國、日本、越南進行雙邊學術交流。
• 申雍教授已投稿美國UC Davis 舉辦之The Global Tea Initiative for the Study of Tea Culture and Science 6th Annual Colloquium.的線上研討會，題名「Applications of AI Technologies for Tea Plantation Management」.
• Chen, Y. C. Y. H. Lee, W. H. Lee, and H. L. Lin. 2020. Fruit ripening behavior and quality of passion fruit under the year-round production system in Taiwan. 3rd Asian Horticultural Congress 2020, Bangkok, Thailand. (Abstract accepted)
• Wang, Y.P., C.K. Lee, Y.H. Dai, and Y. Shen. 2020. Effect of wetting on the determination of soil organic matter content using visible and near-infrared spectrometer. Geoderma 376: 114528 https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2020.114528.
• 積極邀請國外專家學者來台演講及分享國外農業情況，辦理研討會等。並時常協助接待國際賓客(日、泰、美、中等)，藉此互相交流、介紹產業並獲取合作機會。配合農試所、改良場、學校等單位，收集近幾年台灣氣象及天災資料，製作台灣重要果樹栽培曆及防災栽培曆，並提供給與相關政府單位使用，以期可以協助農民達到防災、減災、復災的效果，後續擬利用此防災栽培曆資料製作防災APP供栽培者查詢使用。  

(五)研究貢獻面向

在安全農業方面推動國內精準農業技術的開發與應用，減少過量施肥和用藥對生態環境的為害，減少農作物藥劑超標及殘留問題，保障人民食品安全，降低農民於肥料和農藥方面之花費。在農產品保鮮方面，已成功建立外銷芭樂長期保鮮貯運流程、輸日荔枝保色保鮮技術以及百香果長期保鮮貯運流程，有助於保持台灣外銷水果優良品質，將優質台灣水果外銷至國外，開拓新興國際市場，拓展台灣水果知名度，提升產業附加價值。
為培育農業氣象人才，編撰「農業氣象觀測及應用手冊」，目標在介紹農業氣象基本觀念和農業氣象觀測及儀器維護知識，並彙整國內以往有關農業氣象領域相關研究成果。本手冊共335頁，分為十章，邀請不同領域專家學者共30人，就其以往之研究成果和經驗撰寫。

 
遙感探測技術輔助農民田間管理方面，目前在茶園的實際運用服務經驗較多，除了初次診斷外，針對容易溝通、配合度高、自動尋求協助、認真根據建議執行管理的農民，會提供追溯服務，團隊會提供科學數據佐證，讓農民深入學習管理資訊，持續與茶農交流，掌握田間問題交換意見。
農產品保鮮技術方面已成功建立外銷番石榴長期保鮮貯運流程、輸日荔枝保色保鮮技術、百香果長期保鮮貯運流程以及外銷果品外銷長程低溫氣調貯運方法，有助於保持台灣外銷水果優良品質，提升產業附加價值，開拓新興國際市場，拓展台灣水果知名度。非農藥防治技術，可部份取代農藥，降低農藥使用量，友善環境，提升栽培者安全，以及提高產品安全性。 林慧玲教授致力發展友善及永續安全農業，開發植物病蟲害非農藥防治方法，多項技術已完成移轉，貢獻產業，榮獲2020年「第44屆全國十大傑出農業專家」殊榮。
郭寶錚教授團隊以「智能監測秋行軍蟲」榮獲2020年世界銀行「農業新創競賽-頂尖創新者獎」，從30餘國116個隊伍中脫穎而出，成為臺灣唯一進入決賽的團隊，讓臺灣智慧農業在世界發光。

封面圖說：郭寶錚教授團隊榮獲2020年世界銀行「農業新創競賽-頂尖創新者獎」