中興大學農資學院2021未來科技獎 躍進新世紀
由中興大學農資學院申雍教授（左2）、賴鴻裕教授（右1）與吳靖宙教授（左1）團隊的「快速檢測磷酸根之離子選擇性感測晶片」，榮獲「未來科技獎」。圖：中興大學提供
精準與智慧農業，是臺灣近幾年獨步亞洲的強項，有百年歷史傳承的中興大學農資學院，更是站在歷史巨人的肩膀上再躍進。
由中興大學農資學院申雍教授、賴鴻裕教授與吳靖宙教授團隊的「快速檢測磷酸根之離子選擇性感測晶片」，獲得科技部主辦的第五屆「未來科技獎」，該研究成果可以快速檢測農地土壤現況，提供農友正確的農地管理策略，例如施肥量是否正確、農藥是否過量，而不再是憑農友傳承的經驗來「望(生長情形)、聞(味道)、切(農作物)、問(經驗法則)」，也能有效配合其它智慧農業措施，減少土地負擔。
而森林系陳奕君副教授的「智慧型纖維素水膠在農業上之應用」，只要是含有纖維的素材，不論是廢紙回收還是路邊的雜草，都能成為「可再生性材料纖維素衍生物」的材料，添加鉀鹽後變為膠狀，相較於傳統化工成份保水劑對健康和環境影響大，純天然的保水劑用在可農業土壤保水、肥料和其他友善環境農業上，都可貢獻功效，未來市場商機更是龐大。
農資學院院長詹富智指出，兩百位的教授，致力於以科技服務農民，共創不必再看天吃飯的「農企」。除了生產的增加，「農業永續及保護」的科技研發，這次獲得「未來科技獎」的兩個團隊，則是實踐這個目標的一大肯定。
傳統上，作物生長狀況及收成的預期，往往要靠農民代代相傳的經驗，或是等到作物嚴重生病了才發現。中興大學農資學院結合了遙測、晶片檢測及微生物分析，透過「快速檢測磷酸根之離子選擇性感測晶片」等相關的檢測技術，可以在現場在20分鐘快速確認並發現問題。中興大學農資學院前副院長、土環系教授申雍指出，團隊在農地現場扮演的是「土地醫生」、「農業醫生」的角色，目前已經在南投名間的茶園進行產學合作，而在這些針對田間「物理、化學及生物性質」使用的可攜式檢測設備及技術，目前在亞洲地區也是開路先鋒，配合標準實驗室的數據分析，有助於達到實施「精準農業」的目標。
興大森林系陳奕君副教授（左）以「智慧型纖維素水膠在農業上之應用」榮獲「未來科技獎」，與興大農資學院詹富智院長（右）合影。圖：中興大學提供
什麼是「快速檢測磷酸根之離子選擇性感測晶片」，中興大學生機系吳靖宙特聘教授表示，簡單來說，就是開發手持輕便檢測裝置，透過「磷酸銅與離子選擇膜」作介面，發展適用農業土壤快速檢測的晶片，專一性分析土壤中的磷酸根離子濃度，來發現土壤物理、化學及生物性質的差異。
當然，能獲得「未來科技獎」，「友善環境」及「永續經營」是重要目標，類似「快速磷酸根離子檢測」這一類的可攜式檢測裝置，可以在田間快速的發現，作物生產不好，是農田水澆灌太多？土壤過度壓實？還是化學肥料施肥過度？農藥不當使用？或者是配方錯誤等問題，透用科技找出原因，對癥下藥。例如在南投名間的茶園，就協助農民發現茶園澆灌系統，根系橫向生長無法深根的原因，或是不想讓茶樹開花要如何控管土壤裡的磷及有機物、微生物，這時都能應用這類檢測裝置。土環系教授賴鴻裕進一步解釋，過去茶葉這類的經濟作物，傳統分析法往往就耗去半個月以上的時間，以三個月的生長期，茶農發現作物生長問題，往往要等明年才能改善，但明年又有新的變數。「快速磷酸根離子檢測」，可以協助診斷專家盡快排除或確定是否因施肥失當，或還有其它影響因子，讓茶葉品質穩定且提升生產量。他表示，有志於農業的青農有了科技當後盾，更能產學共創優質農業，讓臺灣土地的「綠鑽石」發光。團隊計畫主持人申雍教授指出，這次獲得未來科技獎的「快速磷酸根離子檢測，是中興大學農資學院目前建構的「專家系統」大計畫的其中一項，未來要達成「快速」、「精準掌握土壤狀況」及「準確控管」，不再分科各自為政，結合各科專家知識並且雲端數位化，協助解決作物田間管理的複雜性問題。
臺灣有70%淡水資源都使用在農業用途，但目前廣泛使用的植物保水劑材料是從石化原料、具有毒性，人們透過食物鏈把聚丙烯醯胺影響人體神經與生殖系統，森林系陳奕君副教授以「再生性材料纖維素衍生物」作為原料，開發出在農業應用上的「甲基纖維素水膠」作為保水劑，添加鉀鹽後，使溶液在室溫環境轉變為膠狀，除了增加生質材料使用率，取之於自然的材料最終回歸到土壤中。
陳奕君副教授進一步解釋，膠狀型態的保水劑，外型像果凍，製作時若加進肥料、農藥或抗菌成份，使用時緩慢釋放，用於農業土壤保水、肥料和其他活性成份控釋，避免水份直接流失、降低污染，增加土壤的保水保肥能力，實際在盆植實驗使用時發現，它還可以調控土壤保水、化學及物理性質，讓植物根系長得更好。重點是這種天然無毒的「甲基纖維素水膠」，保水性優於目前市面上傳統的保水劑。但大家的問題是「成本」？目前現在成本落差到約為二至五倍，臺灣纖維素處理技術及相關產業都非常成熟，大量生產可以降低成本，且在高價值作物上使用有一定經濟效益。目前全球土壤改良劑的市場高達數億十美元，除了原本的保水功能，加入添加物衍生的商機也十分可觀。而這項產官學合作的保水劑研發，也獲得今年科技部「未來科技獎」，陳奕君副教授表示，感謝科技部肯定，也鼓勵研究學者和產業夥伴共同改良農林業的資材，善用天然材料，創造農林新智慧和價值，讓人們吃的安心健康，達到友善環境和材料永續利用的目的。
臺灣是ICT資訊及通訊科技大國，在智慧農業技術發展上有其優勢，中興大學農資學院結合了農、生、理、工管院，應用田間感測、無人機及防範極端氣候預警設備應用，提供「精準農業」的環境與技術支持，讓農業能「友善環境」、「永續利用」，未來的相關衍生產品及技術更是商機無限，也提供臺灣企業一個新的發展方向。
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