重點研究領域

主持人：楊秋忠

團隊成員：沈佛亭、黃政華

本計畫目標在開發應用於新穎農業有機廢棄物之微生物處理再利用技術，創新製成肥料界夢想之智慧型「生技複合有機肥」。 全球有機廢棄物種類多及數量龐大：人類生活會產生有機廢棄物，不當處理會污染環境，且有機廢棄物內含有機質、養分及微量元素之資源，可當作農業循環再生利用，對土壤地力有深遠的影響。全球有機肥市場廣大：全球有機肥市場銷售每年2.5至3百萬噸，約1兆台幣之市場規模。傳統有機廢棄物處理的堆肥法之問題很大：數千年來處理有機廢棄物的方法是堆肥，採用堆集與翻堆方式至少需2~4個月，需有快速處理的方法來解決。為解決有機廢棄物的處理問題，本團隊已發展快速處理有機廢棄物生產有機肥，是全球唯一最快之創新處理技術，可在1~3小時快速處理製成有機質肥料，以取代傳統2~4個月之堆肥法過程。本計畫將以快速處理進階精進研發製成「生技複合有機肥」產品，將具備有機肥及微生物等多功能，包括供肥、微生物肥料及微生物農藥、促進植物生長及發根、碳蓄存、抗逆境等，其獨特性將成為全球矚目之創新亮點。

(1) 近五年與所提研究主題相關之學術成就與重要績效 本團隊自臺灣各地區分離篩選、純化、鑑定及保存逾七千多株微生物資源，並發現命名的臺灣本土新穎命名菌種達140餘株(發表於International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology)，包括22株新屬(genus)，為臺灣微生物收集最多之學術單位。而分離到的臺灣本土菌均統整於資料庫，進行系統性編號，目前資料庫中共有 1,737 種微生物(包含細菌、放線菌及真菌)，已建立「臺灣微生物菌種資源庫」。整合國內本土菌種資料、有效提供對本土微生物資源之研究、應用及開發臺灣微生物之新資源及利用。已開發微生物酵素及配合設備，為目前全球處理有機廢棄物最快之創新處理技術，可在3小時內將有機廢棄物快速處理製成有機質肥料，取代2~4月之傳統堆肥過程，再生處理有機廢棄物(圖1)。

(2) 未來五年研究主題內容 開發『生技複合有機肥』之創新技術：快速處理有機廢棄物之有機肥，結合微生物及生化材料，達成養分緩釋與控釋之「生技複合有機肥」產品(圖2)。本計畫要進階利用現有可產孢子的芽孢桿菌屬(Bacillus)及類芽孢桿菌屬(Paenibacillus)，研發複合微生物及生技材料到快速處理有機肥產品中製成「生技複合有機肥」，開發「生技複合有機肥」將具備有機肥及微生物之多功能，包括供肥、微生物肥料及微生物農藥、促進植物生長及發根碳蓄存、抗逆境等。

圖1：快速處理技術可處理不同有機廢棄物

圖2：農業有機廢棄物生物處理再利用技術的原理。

開發高效土壤碳蓄存腐植化之創新技術：探討土壤中有機化合物之動態循環及聚合反應機制，以加速穩定腐植物質之形成及碳蓄存，有助應用於創新「生技複合有機肥」之土壤碳蓄存作用。結合土壤微生物之生化酵素催化與有機催化作用，於自行設計之生物反應槽中進行高效腐植化作用，並進行各項操作參數之最佳化試驗。探討腐植化產物之穩定性及分解性，開發最佳化之資材配方製劑。

主持人：黃介辰

團隊成員：李思禹、蔣恩沛、黃皓瑄、張嘉修(成大)

本計畫目標在開發能將木質纖維素為主之農業廢棄物高效糖化製程，並將糖化液應用於新創建之生物精煉程序，以達成循環農業及提高附加價值。研究內容包括木質纖維素水解酵素之篩選與高效化表現、開發糖化液應用於新創建之生物精煉程序以提高附加價值、開發額外固碳之微生物宿主平台、微生物宿主之碳流追蹤及整體程序之碳足跡計算、探討應用植物生長調節劑於農業作物之分子層次的影響，最後將放大研究成果及產業化。 

木質纖維素是最大非澱粉類料源來源，由植物或農業廢棄物取得。含碳農業有機質廢棄是循環農業中最大宗，且最直接影響溫室效應，有效處理以木質纖維素為主之農業有機質廢棄物，轉化為綠能或農業有機質資材為達成循環農業之重要技術瓶頸。木質纖維素可利用強酸、強鹼、高熱等物理及化學處理方法使纖維素與半纖維素還原成糖類，但其污染及成本過高，產生有毒物質而侷限其後續利用。本計畫透過功能性菌種之篩選與合成生物學基因重組技術構築能高效表現纖維素分解酵素基因群之菌種，建構高效且低成本之木質纖維素糖化系統，以利木質纖維素類農業廢棄物之資源化利用，並建構額外固定二氧化碳之多碳源酵母菌發酵系統，創新高效精煉程序，生產作物生長添加物及乙醇綠能回饋於農業。 

(1) 近五年與所提研究主題相關之學術成就與重要績效 本團隊在纖維素分解酵素應用於纖維素糖化及二氧化碳在細胞層次之固定化研究上，皆有極大突破。如圖四，使用合成生物學技術建構出仿生式纖維素分解酵素複合體，將高溫纖維素分解酵素基因依在不同木質纖維素下所誘導產生之表現量高低依序建構於操縱組，對以狼尾草模擬農業廢棄物初步已呈現極佳的糖化效率。本計畫將採用新興合成生物學技術以突破以往的分子生物技術能轉殖基因之數目所受之局限。木質纖維素經糖化後所得之糖化液將運用於培養能調節植物生長之菌劑及其量產其生長調節劑為研究主軸，以回歸農業使用。植物生長調節劑將以促進生長及拮抗鹽害、乾旱在循環農業中將扮演重要的角色，因為農業資材在循環利用中帶給農地鹽分，需要解除鹽害之菌劑及植物生長調節劑，本團隊亦已篩選出功能性植物內生菌，未來可透過糖化液之培養運用於提高植物拮抗鹽害及乾旱。本團隊運用rubisco酵素轉殖於大腸菌，構築可以額外固定二氧化碳之宿主，利用rTCA相關酵素達成額外固定二氧化碳之目的，將共同構築於創新高效精煉程序之宿主微生物，以生產植物生長調節劑等高附加價值產物。 

(2) 未來五年研究主題內容 本計畫將透過對微生物族群、各種功能性微生物及相關酵素之解析與組合運用，圖能針對木質纖維素建構能高效率且能穩定控制之生質綠能生產程序及轉化為農業資材之再利用程序，以達循環農業之目的。 創新纖維素糖化製程:導入合成生物學技術，合成含anchor protein與支架蛋白及高效木質纖維素分解酵素之人工纖維素分解酵素複合體，並以基因工程方式置入designer cohesin domains以期能與支架蛋白結合形成可表現異源性分解酵素基因，測試人工纖維素複合體最佳化酵素組合，建立酵素量產化條件以建立量產平台。 創造高效高附加價值精煉程序:整合rubisco酵素與rTCA酵素以建構可以額外固定碳流之宿主平台，生產可用於拮抗鹽害及乾旱之植物生長調節劑。植物生長調節劑將以Ribosomally synthesized and post-translationally modified peptides (RiPPs)型植物生長調節劑為主。RiPPs型的peptides代表多種功能，具抗真菌性、抗病毒性，具促進植物生長，或能引發植物耐旱耐鹽等功能。此類peptides具深入研究價值，其生合成路徑亦值得研究，尤其導入合成生物學技術，將以合成Pyrroloquinolinequinone (PQQ)及能引發植物耐旱耐鹽等功能之cyclic dipeptides為主，計畫亦探討標定生產之植物生長調節劑於農業作物之功效以凸顯其價值。

主持人：李進發

團隊成員：陳洵一、林坤儀

本計畫目標在開發高價值化農業廢棄物，評估其應用性。在循環經濟體系中，考量不同材料的循環再利用，而「循環農業」為生物循環及工業循環的重要核心，適合做為各產業生物廢棄物的「資源化平台」。發展農業循環經濟可能模式包含先期規劃、中程規劃對現有廢棄物進行資源化，對不同階段廢棄物設計處理方式，經過循環經濟轉型後作效益評估，將「補助」發展循環經濟的「支出」概念，轉為「投資」循環經濟的「收益」。本計畫結合農業廢棄物之衍生物，以及電子產業廢棄物之金屬回收，開發各式催化劑，再利用此類衍生催化劑於生質轉換。更將針對羥甲基糠醛、香莢蘭醇、糠醛、乙醯丙酸等農業廢棄物之水解產物進行高值化轉換研究，這些衍生物具有高價潛力，為工業產品、藥品等所需之前驅物質，稱作高價化產物轉換之衍生平台。此農業廢棄物衍生之催化劑可應用於本身高價化產物之轉換反應，更可催化重要化學反應，為合成重要藥物分子關鍵步驟。 

(1) 近五年與所提研究主題相關之學術成就與重要績效 本研究團隊已成功開發出可快速並具有高選擇性之製程，可有效地將農業廢棄物(木質素、半纖維素)衍生物轉換為高單價之藥品、營養劑及燃料，研究成果也多次刊載於國際知名期刊。更重要地，轉換農業廢棄物為高價值化產品過程中所需之催化劑，可利用農業廢棄物(例如稻殼)衍生中孔催化劑來進行轉換，以期達到利用農業廢棄物轉換成高價化產品之永續循環目標。 

本研究團隊近年來致力於利用低毒性和容易取得的銅為金屬來源進行碳-碳，碳-硫原子鍵之耦合反應。發表通過銅金屬催化醛類與硫醇進行交互耦合反應合成硫酯化合物，本系統以水為溶劑進行，反應性極佳。發表於Green Chemistry[IF, 9.13]，此乃Green Chemistry2013年7-9月點閱率第一。另一代表工作是在無金屬催化下進行了自由基的耦合反應合成硫酯化合物。英國化學會告知此工作是Chem. Commun.前10%高引用率文章。 

本團隊曾以天然黏土脫層的奈米矽片(Nano silicate platelets, NSP)與澎潤土，以及大理石鍛燒的奈米碳酸鈣，評估其動物與細胞毒性，應用於禽畜生產，做為黴菌毒素吸附劑、抗生素替代物、與電解質的使用。證實這些新穎材料安全性及其效益，將廢棄物高價值化應用於農業上能降低農藥、抗生素、與化學肥料使用。 

(2) 未來五年研究主題內容 本計畫主要目標為利用農業廢棄物透過生質轉換之技術，將其轉換成高值化之產品。本研究團隊具水解反應系統、微波消化反應系統、高壓反應系統以及超音波光照射(UV、日光)系統，將農業廢棄物透過水解、氧化等反應得到大量衍生性物質，如纖維素、半纖維素及木質素等，並利用上述衍生物質，透過催化轉換成羥甲基糠醛、糠醛、呋喃、醛及有機酸等生質轉換之高價中間產物；也可利用上述反應系統，將中間產物進一步轉換成特用化學品、藥品、香料、麝香和生質燃料等高價值產品，增加農業廢棄物衍生產品使用之領域及用途。 

研發催化觸媒對於生質轉換:傳統木質素利用氧化劑進行生質轉換反應後，得到之副產物繁雜、目標產物之產量低是生質轉換需克服之第一道門檻，然而，在反應當中添加催化劑不但可有效降低能耗問題，並且對於提升特定產物之產率與選擇性有顯著的幫助。結合農業廢棄物之衍生物，以及電子產業廢棄物之金屬回收，開發出各式催化劑，再利用此類衍生催化劑來應用於生質轉換當中，以符合循環農業之核心理念，將農業廢棄物衍生產品，利用於本身高價化產物轉換反應。 

多孔催化劑進行過渡金屬催化耦合反應:合成稻殼與電子產業含銅金屬廢水之催化劑並且利用此催化劑合成酚類分子。過渡金屬催化耦合反應是一個極具競爭的研究課題，2010年諾貝爾化學獎即頒給此領域研究者，其重要性可見一般。此策略可以合成多種重要的藥物分子及有機光電材料。 

建構高價化產物轉換衍生平台:針對羥甲基糠醛(Hydroxymethylfurfural）、香莢蘭醇(Vanillyl alcohol)、糠醛(Furfural)、乙醯丙酸(Levulinic acid)等農業廢棄物之水解產物來進行高值化轉換研究，這些衍生物具有高價潛力，均為現今工業產品、藥品等所需要之前驅物質，並被美國能源部之能源部再生能源與節約能源處列為當今前三十最高發展價值之木質素產物。 

羽毛、牛糞、肉雞糞便之農業廢棄物高價值化:羽毛為角蛋白結構，環境中難以降解，屠宰後羽毛更是難以處理之廢棄物。乳牛攝食草料，牛糞含大量未消化纖維質，而肉雞因為飼養中以粗糠作為墊料，其排泄糞便會與墊料混合，故牛糞與肉雞糞無法跟蛋雞糞便一樣，經堆肥後作有機肥料使用。已初步篩選出各種菌株，有分解角蛋白與纖維質能力，測試後效果極佳，將進一步嘗試將羽毛生產成羽毛粉做為飼料原料使用，牛糞與肉雞糞生產成有機肥料。

主持人：薛涵宇

團隊成員：鄒裕民、何孟書、劉雨庭、吳宗明

本計畫目標在開發綠色農業新穎材料。綠色農業新穎材料開發包括新穎高分子材料的製備與應用、新穎材料於土壤改質與作物生長的應用、及評估新穎材料在細胞生理反應。本團隊從自然廢棄物 (炭化稻殼、牡蠣殼、矽藻土、生物炭黏土等) 回收再製而成環境友善之新穎材料，例如，回收廢棄農作物進行碳化形成多孔碳材；由自然界天然的矽藻土再製形成奈米多孔二氧化矽(SiO2)材料，其結構表面富含氫氧鍵，可進一步表面改質擴增其他應用；回收牡蠣殼清洗純化，其天然多孔碳酸鈣(CaCO3)結構可做為植物保健、蔬果荷爾蒙吸附劑與土壤改質；此外，二氧化矽(SiO2)、氧化鐵(Fe2O3)與生物可分解高分子材料，亦有潛力用於植物保護、禽畜病害防治與農產品保鮮之試劑開發。從材料合成、土壤改良到最終細胞反應，其應用效能及作用機制為本計畫一系列材料設計與改質技術之重要目標，希望在農業相關產業的生產及儲運上，朝自然、友善的生產方式，並兼顧生產技術提升，促進農業永續發展。 

(1) 近五年與所提研究主題相關之學術成就與重要績效 近年來，本團隊開發綠色農業新穎材料製備平台，結合自然廢棄物及高分子混成技術，研發具新穎結構且不同材料組成的高規則奈米結構材料，應用於創新農業領域如土壤改良到最終細胞反應。本團隊結合土壤有機污染物降解與黏土修飾的專家，對於土壤吸附與降解反應機制之分析與研究具豐碩成果；另外本團隊以天然黏土脫層而來的奈米矽片(nano silicate platelets, NSP)與澎潤土，以及大理石鍛燒而來的奈米碳酸鈣，評估其動物與細胞毒性，並實際應用於禽畜生產中，做為黴菌毒素吸附劑、抗生素替代物、與電解質的使用，且其效益超過市售商品。針對農業廢棄物回收或自然之天然物，並以綠色製程開發加值副產品並應用製備植物保健與蔬果保鮮之用。 

(2) 未來五年研究主題內容 在友善農業新穎材料合成方面：將從自然界可取得，對環境友善的農業廢料回收，做為友善農業新穎材料開發之來源。本團隊利用牛糞等廢棄物製作生物炭，發現其對抗生素有很好的移除能力。本計畫利用有機廢棄物 (禽畜糞、稻稈、稻穀、椰殼及花生殼等)，進行炭化處理及理化改質，並與淤泥/黏土做適當的配比，以達廢棄物減量及增加其在農業生產應用的價值，其所產出的生物炭與無機複合材料可用於畜牧汙染物的吸收與除臭，結合有機/無機奈米複合材料開發技術，以無機物，如碳材為主體，包覆於可分解性高分子材料內，探討其表面改質方法以期望達到新穎奈米級均勻分散的效果，同時研究添加材料組成與種類對生物分解性高分子的結晶行為、微結構、型態變化、耐熱性與機械性質之影響。上述材料可做為環境吸附劑與植物抗菌劑；生物可分解高分子材料可形成安全薄膜披覆於蔬果外圍形成保護，延長保鮮降低運送的成本。 

在友善環境評估方面：所開發合成的農業新穎材料會經過土壤測試與細胞生理檢驗，探討其吸附機制與生理行為，確保新穎材料不具有生物毒性，藉以取代化學或高耗能產業所產製的產品，農業天然廢棄物透過綠色製程加值提供雙贏策略以達「農業友善」的目標。

主持人：黃振文

團隊成員：鍾文鑫、張碧芳、王智立、黃姿碧、洪爭坊、林傳順(農科院)

本計畫著重在利用農業新穎材料在植物病害防治及植物對環境逆境適應能力的提升，包括利用農業廢棄物做為農業資材及新穎農業資材的開發、作物病害防治與病原菌抗藥性研究、作物抗病和抗逆境機制研究。研發成果可對農作物增產、農產品質提升、降低有害植物保護製劑的使用及農業廢棄物減量與加值等方面有所助益，以提升我國農業科技的學術地位，造福農民與消費者，強化農產業的國際市場競爭力。

(1)近五年與所提研究主題相關之學術成就與重要績效 本團隊利用農業廢棄物與益生菌研製土壤添加物、植物源植物保護製劑及微生物源植物保護製劑等農作物的保健產品，已有近二百篇的國內外學術期刊著作，並有四十件專利與近二十件技術授權給生技公司量產銷售。本團隊亦曾執行經濟部學界科專計畫，整合不同領域的教師與研究人員，以微奈米化技術，將農業資源研製微奈米矽、鈣及乳化植物油之植物保護製劑，應用於水稻、蔬菜、茶樹及果樹的病害防治及抗乾旱的田間試驗，均有亮眼具體的實務績效。本子計畫在既有的學術與實務的基礎上，將聯合共同研發安全農業之新穎材料，藉以研製植物保健及保鮮產品的應用及探討各產品的相關機理與安全性評估，祈提升我國農業科技的學術地位，造福農民與消費者，強化農產業的國際市場競爭力。

(2) 未來五年研究主題內容 在植物病害的防治方面：由於病害種類繁多本計畫開始將以炭疽病菌(Colletotrichum)、鐮孢病菌(Fusarium)、疫病菌(Phytophthora)、青枯病菌(Ralstonia)及黃單胞菌(Xanthomonas)等指標性的重要植物病原菌為標的，以病原菌在番茄、胡瓜及小白菜上所造成之病害為研究模式，進行新穎材料在病害防治的開發，並以病原菌的細胞學及侵染生物學的角度，探討新穎材料的防治原理與機制。其中炭疽病菌在許多熱帶果樹及蔬菜皆可造成病害，化學藥劑定期施用為目前主要的防治方法，農業新穎材料可減少化學農藥的施用為目前安全農業的市場需求；鐮孢病菌及疫病菌皆為重要的土傳性病害，常造成連作障礙，通常植株發病後便無法進行治療，即使化學農藥的使用也無法達到經濟效益；此外卵菌綱的病原菌亦廣泛造成露菌病、疫病及腐霉病，防治藥劑常不同於其他病原菌，因此以疫病菌為卵菌的研究標的；黃單胞菌常造成斑點病、黑腐病、潰瘍病及葉枯病等病害，為重要的細菌病原屬之代表。模式病害的研究獲得成果後，將進一步應用於防治草莓、芒果、香蕉、芭樂、水稻等其他重要作物之病害，並優先針對台灣具外銷潛力的作物之重要病害進行試驗，以非化學農藥的方法，提升外銷產品的品質，增加台灣外銷農產品的國際競爭力，之後再逐步擴展到露菌病(Downy mildew)、白粉病(Powdery mildew)及銹病(Rust)等絕對寄生菌的田間應用。

在植物對環境逆境適應能力的提升方面：將測試上述農業新穎材料施用於供試作物後，該些供試作物在鹽份、低溫、高溫、乾旱等情況下之生長情形，並探討上述農業新穎材料對供試作物促進生長、耐環境逆境、增加抗病效果等情形之機裡，包括抗氧化酵素、逆境蛋白、植物防禦蛋白或相關基因之活化、累積和啟動等。

主持人：林耀東

團隊成員：謝慶昌、翁誌煌(義守)、李元堯(中正)

本計畫核心目標在開發農業新穎材料在農產品保鮮開發、應用與機理。本計畫研究共分為農業新穎材料開發、農產品保鮮技術應用與農產品保鮮機理等三大部分。本計畫將開發環境友善之農業廢棄物高質保鮮材料及材料微結構改質、保鮮技術開發、蔬果保鮮機理之探討。 

(1) 近五年與所提研究主題相關之學術成就與重要績效 本團隊已研發之新穎微奈米材料應用於農產品保鮮之技術，於蔬果採收、倉儲、運輸及銷售過程皆可減緩蔬果受氣相植物賀爾蒙之催熟影響，大幅延長蔬果採後倉儲保鮮時間，使蔬果於採收、倉儲、運輸及銷售過程受到良好防護。本團隊研發之微奈米保鮮吸附／降解材料，可提升蔬果櫥架時間高達21天，並確保植物賀爾蒙可被完全移除，維持蔬果採後保鮮品質。目前文獻尚無研究團隊蔬果保鮮技術可達21天儲架時間。本研究團隊歷年已研發微奈米材料應用於蔬果採收後包裝儲存、運輸、倉儲及零售等不同階段研發保鮮程序及技術，並探討不同階段及蔬果品種之保鮮機制。

(2) 未來五年研究主題內容 本團隊將研發環境友善保鮮材料及技術(將配合友善環境農業新穎材料研發子計畫材料為主，加以修飾改質)，例如，多孔性吸附保鮮材料、降解型保鮮材料、光催化倉儲型保鮮材料。我們也將研究蔬果保鮮材之機理，其中包括探討複合材料觸媒催化氧化乙烯催化反應之反應係數及其動力模式、及複合材料觸媒吸附/催化氧化植物荷爾蒙之環境影響、反應途徑與反應機制。
上述環境友善保鮮材料將於前四年應用於台灣主要出口大宗水果或具潛力且高價值之水果如香蕉、芒果、木瓜、蓮霧、蜜棗等，並從蔬果採收後包裝材保鮮、運輸保鮮、倉儲保鮮之環境研發不同應用保鮮技術。第五年將從蔬果保鮮技術開發轉向至台灣另一具潛力農產品-花卉保鮮技術。

主持人：吳靖宙

團隊成員：吳嘉哲、溫志煜、蔡曉萍、葉鎮宇、斐靜偉

因應氣候與環境劇烈變化從外部設施改善農作物生產產量與品質是近代農業科技發展趨勢，從精準農業、精緻農業到智慧科技農業4.0，藉由新工程科技元素的挹注，使農業發展能兼顧產量、品質與環境永續經營之需求。特別在設施農業領域如何達到作物良好生長環境的控制，則有賴於生物感測技術、環境控制與能源利用等領域的整合。目前由於在設施內大都採用離土栽培與滴灌作業，以降低水資源需求，所需培養液與回收廢液中的pH、conductivity與微量元素和土壤中氧氣等指標性物質的智慧檢測系統，則有賴於晶片式感測器、微型換能器晶片、無線傳輸技術和self-power裝置整合，以架構智慧農業及大數據的基礎。本核心計畫目標在開發應用於設施農業之智慧感測。 

(1) 近五年與所提研究主題相關之學術成就與重要績效 本團隊已開發可拋式、低成本、高穩定度、持續量測之電極及重金屬檢測電擊，也開發出專一性地檢測目標DNA的核酸感測晶片及免標定阻抗式DNA感測晶片，可快速性和高靈敏度檢測出病毒DNA或RNA。本團隊將生物與化學感測元件與換能器裝置整合成微型化感測器，其電訊號能直接以無線傳輸輸出，以跟後端訊息傳送並與節能及安全性的無線網絡結合。另外已成功將弱光光伏電池與感應器結合之模組，在室內環境光的條件下具自主電力，因此非常適合物聯網(IoTs)概念之應用。 

(2)未來五年研究主題內容 生物與化學感測元件研究：將開發O2,、pH、導電度、重金屬、農藥和雙生病毒核酸感測器，並將其應用於葉菜類與果菜類及特用作物生長環境監測上。建構多功能感測器整合平台，應用於培養液之監測，而電化學重金屬和農藥檢測感測器則以印刷電路板製程或是微機電製程製作可拋式試片，並建立生物與化學感測元件的檢測曲線與校正標準曲線。為辨視病毒所引起之病徵，快速精準診斷病毒種類，將開發病毒核酸感測器與TYMV植物病毒檢測技術。 

低功率無線傳輸與系統整合：為了達到通訊網路應用的需求，本團隊將整合生物與化學感測元件以及微型化電學量測晶片，對過無線傳輸收及感測資料、監控場域並評估風險、資訊分析、以及決策執行，期提供一個具有彈性的設計框架與應用發展流程。本子計畫研發任務大致區隔為三種類型的設計工作: (1) Manual Task，(2) Supported Task，以及(3) Automatic Task。除了實現網路運作基礎之外，更可與核心應用相關之計畫做整合，諸如:低功耗之系統晶片與感測器效能的評估、儲能設備的運用與驗證等，進而達到智慧感測的目標。 

在自主發電材料與儲能設備的開發研究：本計畫在環境光收集與應用之主要目標為高效率染敏材料及電洞傳輸材料的開發與光伏元件製作，將光伏元件、充電電池、感測器、無線模組結合，以實現自主電力感應器，創新農業應用。

主持人：宋振銘

團隊成員：汪俊延、楊錫杭、林俊良、賴盈至、許志義(110年8月退休)

再生能源應用是提升農業生產與永續發展重要一環，本計畫「綠能設施」團隊擬導入並建構太陽能、氫能、熱電與振動能等現代農業綠能設施，開發高效能儲能裝置，結合智慧電網能源管理，期達成減碳、循環、能源自主之新世代智慧綠能農牧。中興大學溪心壩畜產試驗場在科技部國家科技計畫「打造次世代綠能農牧場」支持下已建立包括溫室蘭花栽培場、追日式太陽能發電系統、屋頂太陽能農牧場與雞舍、移動式農牧廢棄物能源熱電轉換設施之綠色農牧示範場等基礎建設。本子計畫進一步導入更多樣的再生能源與產氫、儲能技術，結合人工智慧導向的虛擬電廠中控資訊平台，將電網中之各項農業綠能、儲能與電力需求，藉由智慧能源管理系統進行整合，達到電力「供需平衡」，結合循環農業與生態農業，促進永續發展。本團隊以中興大學所屬畜產試驗場所做為綠能設施實施場域，完成智慧電網與虛擬電場系統整合、開發生物動能轉電能之新技術、進行高效能燃料電池及全釩蓄能電池系統建構、開發產氫與儲氫技術，結合現有太陽能、汽電裝置，達到能源分散互補之效。此計畫的具體實現將建立農牧場或社區微型電廠雛形，提供政府在大力發展綠能時所需分散式儲能設備與技術。 

(1) 近五年與所提研究主題相關之學術成就與重要績效 本團隊過去五年內曾執行科技部能源國家型計畫「打造次世代綠能農牧場」，整合中興大學農資學院、工學院以管理學院之跨領域團隊，結合先進節能科技，除了實體示範之外並進行產業效益分析。智慧綠能農牧場之創新模式主要包括：1. 高附加價值蘭花綠能栽培；2. 陽光農牧場與雞舍建造，假設太陽能光板提高綠能之有效運用；3.移動式農牧場廢棄物能源系統設計與實現等，有效降低電力耗損達成再生能源利用與營造綠能環境。在燃料電池開發方面，成功將直流磁控濺鍍技術導入低溫型質子交換膜燃料電池(PEMFC)膜電極組之製備，提升電池發電效率、耐久性及高溫水管理能力。產氫與儲能方面，本團隊開發電極與流道設計提升全釩氧化還原液流電池(Vanadium Redox Battery, VRB)效能，利用Mg基複合材料自分解水產氫為該領域創舉。本團隊也開發出可撓壓電模組，應用於波浪發電並申請中華民國與美國專利。 

(2) 未來五年研究主題內容 分散式綠能與儲能設施導入：設施農業擺脫了傳統農業生産條件下自然氣候、季節的制約，不僅使單位面積産量大幅度增長，而且保證了農産品、尤其是蔬菜、瓜果的全年均衡供應，進而得到了較快的發展。但現代化機具設備之能源消耗量較大，除了生産成本增加之外，更加劇能源緊缺的不利局面。因此，降低設施農業之能耗，開發自然資源、利用再生能源已成爲設施農業發展之焦點問題。本計畫將建構並整合多項現代農業綠能設施，自行開發高效能產氫與儲能裝置，期達成減碳、循環、能源自主之新世代智慧綠能農牧。 

智慧電網與微型電廠之架構：不同於傳統發電技術，再生能源發電受制於許多地理天然環境條件，所以在再生能源發電目標的規劃上需要考慮到其他自然環境以及技術層面之因素。特別值得注意的是，傳統電力網路在擷取再生能源電能時，容易受到天候影響導致供電不穩定，甚至在電力傳送過程中，會造成約6成的能源損耗，這造成用電效率不彰。本計畫「綠能設施」團隊未來五年擬建構太陽能、氫能、熱電、生物動能轉換等等現代農業綠能設施並結合微型電廠、獨立智慧電網運作，實施場所為中興大學烏日畜產試驗所校區，發展主題包括實現多元可再生能源互補發電、儲能與電解產氫、農牧廢棄物與廢水再生能源轉換、獨立智慧電網設施農業示範。上述項目之實現，賦予綠能設施創新價值，結合循環農業與生態農業，促進永續發展，並可望成為台灣農業整廠輸出之最佳典範。

主持人：陳志銘

團隊成員：林佳鋒、劉柏良、武東星(暨南大學)

本核心計畫目標在開發節能UVA與UVC的LED分別應用於植物補光及農畜牧場滅菌。在UVA-LED (315~400 nm)可應用於植物補光技術方面，可分為三階段進行研究，前期培育葉菜類(如：空心菜、小白菜與莧菜)，中期是果菜類(如：小番茄)，最後則是特用植物(如：草藥)，將這些植物置放在可控制環境下，利用紅藍光LED培育這些的幼苗，控制每顆植物大小均一，進一步透過UVA-LED進行補光並研究這些植物生長狀況與分析植物生產效能。另一方面，200~280 nm的UVC可以通過破壞細菌和病毒的DNA阻止其繁殖，達到極佳的殺菌效果。本研究團隊將探討自開發UVC-LED對雞蛋中之沙門氏桿菌滅菌效果並進行最佳化，此外UVC-LED也將應用於植物培樣液的滅菌與植物嫁接接口處的消毒。 (1) 近五年與所提研究主題相關之學術成就與重要績效 本團隊使用奈米圖案化藍寶石基板來做為成長基材，可確保磊晶層平坦化的厚度小於6m，並能有效消除磊晶層中的差排。在UVC-LED之驗證上，使用二十對超晶格結構的280 nm UVC-LED，其內部量子效率可以具體提升近四倍(由22.4%提升至85%)，效率達世界一流水準。此外，開發表面電漿共振效應之新型透明導電薄膜應用於藍/綠光LED和近/深紫外光LED元件，此作法大幅縮短製程時間，提高生產效率與有效降低材料成本，亦可用於低溫製程。當應用在藍光LED(波長：450 nm)，其光輸出功率較原來結構有高達88%增強的驚人表現；而應用在近紫外光LED (波長：400 nm)，亦有74%的光輸出功率提升。(本技術被權威SPIE Newsroom報導May, 2015)
(2) 未來五年研究主題內容 UVA-LED於植栽之應用開發：傳統採光之溫室農場內因棚膜的吸收而缺少紫外光(透過率 < 20%)，導致植物的生長和品質易發生問題，另為刺激植物產出更多有利人體之抗氧化物及植化素，在溫室農業的補光與優化高效光譜的組成技術需求十分迫切。UVA (315-400 nm ) LED適合在溫室農業中應用於各種植物的人工光照，UVA-LED具有節能環保、冷光源、使用壽命長、體積小、光質純、光效高、波長類型豐富、光譜能量易複合，但其較目前已成熟之紅綠藍可見光LED在技術與農業應用面仍有待研究，如何將散發的光達到優化而能被植物所吸收(按傳統高壓鈉燈和汞燈只有8-10%的光效)，且能控制因高濕度而產生光衰退等不利因素，才能達到節能、增產、環保及無公害之目的。本計畫分為三階段進行研究，前期培育葉菜類 (如：空心菜、小白菜與莧菜)，中期是果菜類(如：小番茄)，最後則是特用植物(如：中草藥)。利用紅藍光LED培育幼苗，再透過UVA-LED進行補光，研究植物生長狀況並分析生產效能，如圖八所示。

UVC-LED於殺菌之應用開發：牧場養殖過程會產生許多有害菌種與微生物，這些有害菌種與微生物會影響農畜產品的品質，也攸關食品安全問題。利用UVC (200-280 nm)可破壞細菌和病毒的DNA，達到極佳的殺菌效果，而UVC殺菌效率與氯及臭氧相比提升60倍以上，因此本計畫使用UVC-LED將針對雞蛋中之沙門氏桿菌進行研究，並改良滅菌機台UVC-LED照射方式如圖八，此外將UVC-LED應用於植物培養液的滅菌與植物嫁接接口處的消毒，評估滅菌與消毒效果。

圖1：UVA-LED應用於植物補光之應用

主持人：林幸助

團隊成員：莊秉潔、賴美津、何瓊紋、黃盟元、邱志郁(中研院)、楊磊(中山)、袁中新(中山)

本計畫預計發展農業溫室氣體排放野外測量技術，尤其是目前量測難度較高，數據仍極缺乏的甲烷(CH4)與氧化亞氮(N2O)，以及貢獻溫室氣體潛勢較高的水稻田。提供科學數據作為政府推動農業生態系價值評估依據，提升國人對農業生態系永續的價值觀，供給未來農地經營、補償、復育與綠色給付規劃之參考，並建立國家溫室氣體農業部門排放清冊，提供巴黎氣候協議「國家自定預期貢獻(NDC)」基礎資料。團隊成員進行之研究包括溫室氣體量測工作與農地生態系服務評估、微生物相與溫室氣體之關係、以人工溼地模式減少農地溫室氣體排放之研究、農地溫室氣體監測系統研究。 

(1) 近五年與所提研究主題相關之學術成就與重要績效 農業供應人類糧食，也提供生態系服務，國內對農業生態系功能與服務仍缺乏量化數據，且生態系服務之量化關係也是臺灣本土知識缺口，無法了解農地減少或農業管理改變所導致功能減損，對民眾造成損失及環境影響，尤其氣候變遷、農業管理與農業生態系服務具有深遠關聯性。氣候智慧型農業為全球農業生產系統的重要議題，在糧食安全考量下，達成氣候變遷調適、天然資源永續利用與理想作物產量的多贏目標，未來農業發展及國際交流涉及到農業利益、永續利用、農業政策及氣候變遷調適策略，故進行農業生態系服務、農法管理影響及氣候變遷衝擊之研究有其重要性。決策者及農民需要透析農業生態系服務現況，認知未來氣候的不確定性，實現農業的永續發展。本計畫提出農業生態系服務相關數據的監測系統，以減少調查與分析成本，並滿足不同相關利害關係人的需求。 

2015年巴黎氣候協議獲近200國一致通過，繼京都議定書，為具法律約束力的全球溫室氣體減量新協議。我國環保署近期提出第一期溫室氣體階段管制目標的草案，為達2030年溫室氣體排放量比基準2005年減量20%目標，要求減量責任必須由能源、製造、運輸、住商、農業及環境部門承擔。其中農業部門須提升有機及友善耕作面積，然而對於農地溫室氣體的排放數據卻仍未完整，急待補足。 

大氣CO2濃度上升導致溫室效應，衝擊生物圈，因此生態系的碳匯功能對全球暖化的緩解相當重要。農業生產是溫室氣體排放的主要來源之一，最近十年空氣中的甲烷濃度暴增十倍，最可能原因為畜牧與農業，尤其是水稻田生產所致(Saunois et al. 2016)。農業生產過程中所排放的氣體可能會導致氣候變遷或產生惡臭，並衝擊敏感的生態系，同時威脅民眾健康，故了解其氣體通量與產生速率等對農業管理相當重要。此外，研究還包括以渦流協變系統搭配微氣象系統可觀測全年度不同生長季節水稻田甲烷通量變化，探討各項氣象因子與甲烷通量的相關性。探討不同地景與農法之甲烷排放與甲烷菌活性之關係、研究土壤微生物相與其在碳氮循環中扮演的角色，有助於建構農田生態系微生物與元素循環的關係。採用原位連續監測系統可對農地之溫室氣體排放日變化及排放因子估算其相關影響，並以人工溼地的概念模式提出減緩農地溫室氣體排放的策略。 

(2) 未來五年研究主題內容 本計畫藉由估算水稻田的碳儲存量，評估其碳減緩服務。碳吸存量指的是吸收及儲存在植物體及土壤中的有機碳含量，藉由蒐集植物的淨生產量、生物量及土壤有機碳含量等資料估算，進而探討農業在全球與區域碳循環扮演的角色。拜全球「藍碳」研究熱潮之賜，沿岸生態系如紅樹林、海草床及潮間帶泥沙灘地的碳吸收、埋藏或收支已有不少研究，但農業生態系碳吸存量的研究仍須發展。 

建立「溫室氣體排放」、「碳吸存量」及「氮循環」農業生態系服務:以臺灣最重要經濟作物水稻為研究對象(水稻田也是重要溫室氣體排放來源)，比較不同地景之水稻田(大面積單一作物 vs. 混種不同作物/里山地景)及兩種不同農法(慣行農法 vs. 永續農法)對於生態系服務之影響。 

發展新技術量化農業主要生態系服務:建立整體水稻田生態系服務評估架構，探討農業生物多樣性、生態功能與生態系服務間的量化關係；實務目標是了解不同農法下水稻田生態系服務差異，探討影響因素，並提出減緩農業溫室氣體排放之策略。本計畫的研究成果不僅可以提供臺灣本土貢獻，同時也能填補目前全球性的知識缺口，提升國內農業長期生態研究水準。

主持人：柳婉郁

團隊成員：陳樹群、蔡慧萍、楊明德

本計畫核心目標為建立評估臺灣淺山區域農業地景之生態檢核表，透過研究農業生產及環境因子的交互關係，運用不同尺度之遙測資訊進行臺灣農業地景之生態監測，進而提出兼顧農業經濟發展與環境生態平衡之復育管理建議。成員研究專長包括遙測資訊應用、環境因子交互關係探討、長期生態學研究、長期地表植被變遷、環境資源保育及森林水土保持。 

(1) 近五年與所提研究主題相關之學術成就與重要績效 本團隊開發新型態的魚骨型魚道，適用於臺灣多砂河川，造型具順流特性，底部有減緩流速功能，排砂效果強且隨流量增加排砂效能更佳，適合配置在防砂壩內防止魚道淤積，目前已獲專利並配置於山區溪流，適用臺灣各類型本土性水中生物的上溯現象，如游泳性魚類的臺灣石口、粗首鱲、何氏棘魞、白鰻、吸盤性魚類如明潭吻蝦虎、埔里中華爬岩鰍及攀爬性水中生物如大和沼蝦等。 本團隊以遙測植被指數探討臺灣三十年之長期植被變遷，為臺灣植被變遷提供基礎且全面性的資料；在未來臺灣面對氣候變遷的挑戰下，研究成果可為國土規畫及環境保育調適策略之科學參考依據。

圖1：新型態魚道獲專利並運用於臺灣河川

圖2：臺灣植被分群及遙測植被指數NDVI之分群趨勢

(2) 未來五年研究主題內容 「生態農業」崛起，尋求在大地景尺度下達成生產、生態和農民生計三贏的最佳操作模式，其核心精神與聯合國的「里山倡議」以人類與自然和諧共生願景相符。在林務局所提出的「國土生態保育綠網」中，特別強調推動串連中央山脈保育軸與淺山區域(由森林、村莊與農業生態系所構成的地景)之網絡。本計畫將針對臺灣淺山區域進行地景尺度探討，包括農田生態系、藍帶(水系)及綠帶(農路、鄉道、防風林帶)以及生態特色，目標為建立具有臺灣淺山區域特色之生態檢核表，提供淺山區域農業地景生態監測與復育管理之準則參考。

農業地景生態監測:本計畫擬應用「生態農業」的觀念，配合遙測空間資料之分析(包含衛星影像、UAV影像等)，同時收集水保局、林務局及水利署等相關部會之資源，針對臺灣淺山區域進行地景尺度:包括農田生態系、藍帶(水系)及綠帶(農路、鄉道、防風林帶)以及生態特色進行地景尺度的探討。探討淺山區域的生態特色及空間結構變遷；空間結構變遷將應用Patch Matrix Model (PMM)與Gradient Model (GM)同時進行可適性評估。討論未來氣候變遷下，臺灣淺山區域地景整體空間規劃監測及復育適宜之規劃方向。

建立具有臺灣淺山區域特色之生態檢核表:淺山區域的豐富生態，隨著許多珍貴的保育類物種陸續被發現與研究例如石虎、田鱉等)，已漸漸受到重視，但因淺山區域有較多的人類活動(農業開墾、道路開闢等)，人為的開發與干擾使淺山區域常常面臨地景破碎和環境棲地破壞與非點源污染的挑戰，本計畫擬提出適用於臺灣淺山區域特色之生態檢核表，以推動具有兼顧臺灣淺山區域野生動植物保育與農業生產管理準則，達到提高生物多樣性與維護永續生態系統服務之目標。

主持人：郭寶錚

團隊成員：賴鴻裕、林慧玲、楊明德、申雍(111年1月退休)

本計畫核心目標在開發對環境友善之農業精準栽培管理技術，以減少農業生產對生態環境之破壞。研究內容包括遙感探測和土壤物理的研究、土壤化學和土壤肥力研究、土壤微生物和病蟲害研究、作物生育性狀和數據統計分析研究、而植物營養和無農藥栽培管理技術研究。

(1) 近五年與所提研究主題相關之學術成就與重要績效 本團隊在應用遙測技術於精準農耕栽培管理研究有極大突破。如下圖，結合遙感探測技術、資料探勘技術、以及傳統土壤調查資料，發現嘉義主要水稻產區約1萬4千公頃的面積中，所施肥料因滲漏損失和根系因過度還原而受傷，是導致該區內一、二期稻作低產的兩個主要土壤限制因素。此外，表土太鹼區域，一期作也可能因所施氮肥的氨揮失而導致低產。所開發的分析技術具有整體的空間觀念，不僅有助於探討導致低產之土壤限制因子是否存在，以及其影響區域，也可以指出最適當的土壤與植體採樣地點，以利後續進一步探討所推測的土壤限制因子和影響機制是否正確，並進而提出田間栽培管理建議，以減緩過量施肥對生態環境的衝擊。開發可快速檢測水稻植體氮營養狀況、土壤有機質含量、以及推估稻作產量、入射日射量、和地表蒸發量的遙測技術。本計畫中將應用已開發及開發中的技術，開發對環境友善之農業精準栽培管理技術。

 

(2) 未來五年研究主題內容 本計畫目標將為開發水稻和茶所需的精準農耕技術，初期開發可偵測作物營養狀態及為害病蟲之種類和程度的遙測技術，中期建立專家診斷系統和田間整合應用為重點，後期則以開發適合小農單獨使用的精準農耕設備。
精準施肥和用藥:「精準農業」要求能精確掌握氣候和土壤之時間與空間的變異，以及其對農作物生育的影響，使能經由肥培、施藥等栽培管理手段，進行高效率的農業經營與管理，並減少由農業所產生之非點源污染，進而達到提高生產利潤，保護生態環境的目標，使農業得以永續發展。
快速大面積的偵測田間作物監測:作物營養狀態及為害病蟲的種類和程度監測，需人工田間調查和田邊取樣分析。若能先繪製出作物田間表現的時空變異分布圖，依據專業知識判斷推論可能原因，再據以繪製適合實務操作的田間施肥與用藥管理組圖，於田間進行精準的可變量管理操作，達到實施精準農業管理目標。以無人機取代農民進行噴藥和施肥，需有效並及時提供田間作物的營養狀態及為害病蟲的種類和程度的分佈圖，或實施田間精準管理所需的管理組圖，以降低過量施肥和用藥造成的非點源污染，及對生態環境的危害。

主持人：陳淑卿

團隊成員：吳振發、侯嘉星(111年加入)、貝格泰(臺師大)、朱惠足(111年退出)

本計畫旨在從人文科學的角度思考當代農業在全球化和以經濟發展為導向的國家政策下，面臨的永續發展挑戰，並梳理農業與人文的互動軌跡，透過理論建構開展多元流動的批判性農業人文想像，藉著在地實踐開發跨界連結的農村營造理念，提供其他分項計畫成員人文理論反思的基礎。計畫成員從全球視野出發，探討做為文明基石的農業在「人類世」石化能源興起後的劇變，檢視文學作品如何呈現經歷此一轉變的人類對農業文明的再想像。再回到在地觀點，聚焦工業發展帶來的農地徵收與農地污染等議題，討論不同媒介文化再現如何突顯這些議題，藉此反思工業發展與農業永續間繁複的辯證關係。藉由爬梳農業旅行書寫，開啟有機農業在跨國交流中的全球與在地對話，探究西方如何藉由東方想像建構康健體魄與永續農業相關的論述基礎。最後，在全球與在地交流中，透過追索主流環境與農業論述對弱勢族群的刻板再現，重新建構一個關懷多元族群的宏觀農業永續文化地景。強調多元跨界與連結的脈絡，挪用了氣候科學中「遙連結」的觀念來檢視臺灣農村發展過程，島內農村社區受到島外他國影響而呈現遙鏈結現象 

(1) 近五年與所提研究主題相關之學術成就與重要績效 本團隊成員在全球化的發展脈絡下重新思考在地農業文化與農村發展的可能與未來，提供與西方農業互相參照的論述基礎與批判對話，也聚焦農地徵收、土地污染、農糧運動，以及農村再生社區等個別議題，致力結合理論與實踐，從人文社會關懷的角度，思考多元族群／裔的處境與臺灣農業的永續發展。 

(2) 未來五年研究主題內容 本計畫將從理論反思、在地實踐與人文介入三個面向深化研究內容，從多元文化觀點結合不同的再現媒介，進一步思考全球化情境下的農業永續問題。 

理論反思:將釐清跨學科領域的重要概念－例如地質學的人類世、氣候科學的遙連結，以及（後）殖民論述的歷史與政治－探討各個不同位階的族群與社群在自然資源分配與環境正義的落差，反思工業發展與農村再造的矛盾與辯證，並梳理人文書寫對農業生態與環境所勾勒的多元理解與想像。 

在地實踐:農業永續不僅是方法變革，如從追求效率與量產、施灑農藥化肥抗生素、基因改造轉向有機小農、環境友善等。更是探索實際執行與觀念的轉向，與文化、性別、階級與族群生活經驗切身相關。透過深究西方生態論述在轉向多元族群操作過程中所開展的真實與想像的農業創新，有助於思考落實臺灣的農村再生政策，在關懷人與土地的基礎上推動臺灣農村發展的下一階段。 

人文介入:發揮文史哲研究專長，透過析論不同族裔小說、自傳、自然書寫、旅行書寫、紀錄片，劇場與行動藝術，來探討不同媒介的文化再現如何突顯土地、河川、農作物等生態體系、村落共同體之間密不可分的關係，並反思工業型的經濟發展主義對於臺灣永續生存帶來的危機。