文/莊麗娟
工研院產科國際所 研究總監

一、農業發展面臨的轉變壓力

在1900至1930年代，隨著機械化農業的發展，每位農民的生產力大幅提升，能夠供應26人的糧食需求。到了20世紀90年代，新型基因改造作物的引入，使每位農民能夠養活155人。展望2050年，全球人口預計將達到96億，糧食產量必須增加至目前的兩倍，才能滿足所有人的需求。

當前的農業不僅需要應對不斷增加的糧食需求，還面臨氣候變遷、缺水危機、人口老化與勞動力短缺，以及實現農業淨零減排的多重挑戰。在此背景下，科技將成為農業發展的重要支撐力量，並且是未來農業不可或缺的關鍵夥伴（如表1所示）。

隨著自動化和數位技術的成熟，農業開始大規模應用這些技術，帶來突破性的變革，以應對來自環境、政治、經濟和社會等方面的壓力。未來，農業知識與自動化、數位技術的整合，將成為推動農業發展的關鍵趨勢。

表1 農業發展的趨勢挑戰              

^{資料來源：工研院產科國際所}

二、精準農業為重要的發展方向

國際農糧組織（FAO）認為，氣候變化、非永續性的資源利用和日益城市化的全球趨勢將進一步加劇糧食需求。因此，利用新技術解決方案來提升農業的生產力變得更加迫切。

透過精準農業，期望能夠對空間和時間變化進行精確分析，協調土壤與作物的需求，並採取減少環境破壞的干預措施，從而提高農業產量、節約資源投入，並提升農業生產的盈利能力。這不僅能提高農民的利益，還能改善他們的工作條件、動物福利及環境管理。以下列舉一些精準農業技術解決方案的例子：

• 網路平台、手機簡訊，提供遠端監測資訊，如天氣、生產追蹤、市場價格等，提供農場參考。
• 無人機或衛星系統遙測，以遠端資料蒐集及人工智慧、機器學習的技術，提供農場決策支援的資訊。如：地理圖像標記、異常狀態監測、產量監測與預測、土壤特性偵測、病蟲害檢測與預測等。
• 自動化機械結合數位化作業，以全球導航衛星系統及物聯網等工具從事機器控制，透過田中農機直接進行農耕作業，如：田間地理位置定位、整地犁田、播種、精準灌溉、精準殺蟲、精準施肥、精準除草等。
• 無人機偵測的土壤特性，規劃無人機特定作業模式，主動進行農耕作業，協助農作物生產的工作，如：施肥、灑水或授粉等。
• 自動化技術，提供完全自主的農業方案。如以機器人視覺分析辨識作物成熟度，並主動進行收割。又如在室內集中模式的乳牛畜牧，以動物標籤感測器來監測每頭乳牛的健康、產乳量，以自動擠乳設備進行擠乳、收乳等工作。
• 感測器與機器人技術結合的保護性栽培的自動化方案，如垂直農場自動化栽培，最大限度的提高環境和作物生長的監測和控制，從種植到收穫全自動化的管理。

三、精準農業的國際實例

運用數位技術實現精準農業的實例，以改善農業生產效率、精減人力、提高作物品質，實現永續發展，可作為精準農業發展的參考。圖1為Cropin, Eden Green Technology, Spread的實際案例。

^{資料來源：Cropin, Eden Green Technology, Spread}

圖1 精準農業國際實例

(一)   Cropin以數位化轉型，實現全農業生態系之精準農業

Cropin是印度的一家農業科技公司，運用人工智慧、機器學習和遙感技術，打造智慧互聯的農業資料平台，為農業價值鏈的相關利益者提供洞察與決策支持系統，並成為全球農業生態系統的情報提供者。

該公司與超過25家B2B客戶合作，擁有超過1,600萬英畝農地的數位資料，並將700萬名農民納入數位農業體系。Cropin為來自103個國家的500多種作物和1萬多種作物品種建立了智慧系統，合作範圍涵蓋印度、東南亞、非洲、歐洲、拉丁美洲及北美等地區。

Cropin推動技術創新，以應對全球關鍵挑戰，匯集經過現場測試的全球智慧解決方案，幫助農業企業管理風險，實現可預測的增長。公司加速農業數位化進程，成為解決農業生態系統挑戰的重要推動者，致力於將農業轉型為永續、高效且數據驅動的產業。

 (二)   Eden Green Technology：水耕垂直種植溫室

Eden Green Technology為德州的溫室內的水耕垂直種植的農業技術公司，使用模組化垂直種植系統技術的溫室為鄰近距離的地區提供新鮮、永續和可擴展的食物來源。

其微氣候專利是針對每株植物的根部要接收的精確營養混合物的進行調控的微小氣候調節，可在一個農場內垂直種植多達200多種產品。LED移動燈條則是根據作物需求在特定位置和時間提供優質補充光，可以節省能源。Hyperresponsive MEP貨櫃為易於運輸、快速即插即用安裝和模組化設計，可更有效率、更有彈性地確保精確的溫度控制，可在各種氣候和天氣條件下更具彈性和一致性。

Eden Green水耕系統的資本支出成本比其他垂直農場低50%、光能比其化垂直種植農場少了90%、用水量少98%、土地比傳統農業少了99%。利用專利的水耕技術，比室內農場用電量少95%，與溫室和垂直農場相較，每顆生菜的價格可低2美元。實現溫室到商店的 48 小時配送，減少95% 的運輸里程。每年向多家零售商供應200萬磅農產品，包括透過白標和自有品牌產品向德州和俄克拉荷馬州的400多家沃爾瑪提供產品。

(三) Spread：室內垂直農業

Spread於2006年成立，為日本知名的室內垂直農場的開發、營運與垂直農場的農產品銷售公司。

2018年與 NTT Comware公司合作開發Spread 的下一代食品生產系統Techno Farm™。融合了自動化種植、水循環和環境控制技術、專業 LED 照明和物聯網/人工智慧技術等。雲端平台為每個運營現場提供生產管理功能，將 Techno Farm™ 內種植過程中的栽培資料及由物聯網感測器收集的環境參數存儲大數據，運用AI進行分析找出最佳生長條件。加速了 Spread 的數位化運營，使種植、分銷和銷售團隊能及時分享訊息，立即做出調整和回應，提供安全、新鮮和易於獲取的食材，透過廣泛的分銷網路確保穩定的食品供應。

在Techno Farm™垂直農場的運作下，室內的水循環可以將種植1公斤生菜所需的用水減少96.6%；垂直農場的單位面積的生菜產量約為傳統農業的100倍；高衛生標準確保了產品的長期新鮮度，相較傳統農業減少了66%的生菜廢棄。生產所需的人力比傳統農業減少約50%。並吸引年輕人參與農業工作，截至2022年5月的記錄，全職員工的平均年齡為35歲，當年的日本農業工人的平均年齡為67.9歲。

四、農業科技化的轉型勢在必行

精準農業是一種現代農業管理策略，通過觀察、測量和應對田間及其周邊的時空變化，來應對農田中的可變性，從而提高農業生產的永續性。這些技術實現了農業操作的自動化與數位資訊協作，進一步改善了診斷、決策與執行過程。透過在正確的時間施用精確且適量的水、肥料和農藥等投入，精準農業不僅能減少資源消耗、提高效率和生產力，還能降低投入成本並促進環境永續性。其核心在於以最小化的投入、勞動力和時間，顯著提升生產力和盈利能力，同時減少對環境的負面影響。這種方法尊重作物、土壤和農民，並在保持生態、經濟與社會的可持續限度內，確保糧食的長期供應，這也是實現永續農業的基礎。

農業是食物供應的基石，必須以長遠願景支持其持續發展。在面對農業人力短缺與小農規模經濟不利等挑戰時，更需要運用智慧和前瞻視野引領農業發展。通過廣泛應用自動化和數位技術，推動精準農業，臺灣的農業將邁向抗災韌性農業、青年科技農業與低碳減排農業的永續發展目標。