木質素加工再利用於燃料電池生產

燃料電池(Fuel cell)是一種透過氧化還原反應，將氧化燃料產生的化學能轉化成電能的裝置，可供給於工業或交通工具等用電需求。常見的燃料包含甲烷、氫氣、醇類等，透過劇烈的氧化反應後會產生水、二氧化碳與部分熱能，由於燃料電池對環境的汙染比起化石燃料更低，因此被視為是綠色能源的一種。

 木質素(lignin)是構成樹木細胞壁重要的有機聚合物之一，具有極高的硬度，在纖維素(cellulose)的黏合下支撐整棵植物的重量。然而，木漿中的纖維素是造紙工業中不可或缺的主要材料，木質素的存在卻反而容易指紙張脆化，因此在造紙過程中木質素便被溶解於硫酸鹽或亞硫酸鹽溶液中排除。一棵樹約含有25%的木質素，若能經過適當方式再度利用，則更有利於環境永續。木質素由豐富的烴鏈所構成，經過分解可產生大量的苯二酚(benzenediol)，其中兒茶酚占約7%，瑞典林雪坪大學(Linköping University)認為此類分子是一種可用於燃料電池的替代燃料，因而積極開發利用將其製成燃料電池的方式。

 一般而言，燃料電池常使用鉑作為電極以吸引電子，但鉑為貴重金屬，不但單價高，且不適用於屬於芳香族的兒茶酚燃料電池中，因此該團隊使用導電聚合物PEDOT：PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate)製成適用於兒茶酚的電極與催化劑；根據估算，兒茶酚燃料電池的發電量與現有的甲醇或乙醇燃料電池大致相同。雖然兒茶酚燃料電池未來仍需經過改良才能有效使用在各項需電設施上，但此研究提供了木質素加值利用的新方向，幫助人們更完全利用林木資源。

 相關研究由Digital Cellulose Center (DCC)支持，結果發表於<Advanced Sustainable Systems>。

資料出處：

• AZO Cleantech

農業生態工法 於國外生態農業的應用與發展

生態工法（ecological engineering）的議題大約於60 年代開始被提出，但到西元1989 年才正式被美國大學教授Mitsch 和Jorgensen 定義：「透過設計，讓自然環境與人類雙方都能獲得好處。」生態工法是經由人類主動設計及規劃，尤其當應用此概念在農業上，更需要顧及環境、社會、經濟3 個面向，從農場、農業系統及地景全盤考慮。

農業會對環境和生態造成影響的概念，是近20 年才被喚醒，過去農業生產產生的外部成本沒有被重視及量化，但這些問題卻確實在周遭發生，例如農田中多餘的氮肥會隨水分往土壤下移動，而事實上處理水源中每公斤多餘的氮，成本是買氮肥的10 倍；甚至連地球暖化與農業生產也有關聯，全球農業生產的過程中，產生之溫室氣體占全人類活動的10 ～12％，主要來自於種植過程中投入的能源及多餘肥料的散失，這跟「種植物會吸收二氧化碳及對環境有益」的認知有段落差。

農業生態工法
而生態農業沒有一定的標準，將自然生態系統（natural ecosystem）的概念導入農業生態系統（agro-ecosystem），寬鬆而論，生態農業核心理念較接近「永續農業」，並且利用工程（engineering）規劃整個農場運行，增加生態圈中的多元性、自給率、自我調和力及耐受力，使農業生產與自然生態圈達到合理平衡。

常論述的生態工法指標有：使用耐病蟲害品種、種植周圍陷阱作物及保護帶維持動物相穩定、種植覆蓋作物減少土壤流失及提供有機質、不同科作物輪作、減少耕犁以維持土壤結構、使用多元化有機質、減少土壤流失等方向。

將層次轉換到農場規模時，生態農業要考慮的因子更廣泛，納入評估社會與經濟層面，例如農產品的加值，成為支撐生態農業很重要的關鍵及建構友善與尊重的工作環境。

國際農糧組織（FAO）目前在推廣氣候智慧型農業（CSA, Climate-Smart Agriculture），兼顧糧食生產與其所產生的環境衝擊。相較傳統農業追求的產量與品質，比較的因子較單純，要將生態農業做出全面性的評估有一定難處，主要原因為環境衝擊（environmental impact）相關數據難以蒐集，且通常無法在同一基準下進行比較，一般會以特定昆蟲種類（如天敵）、土壤有機質含量或作物碳足跡等分項論述，但因為不同環境下適合的農業操作不同，所以這也是為何生態工法通常給予方向，但實際作為仍要因地制宜。

生命週期評估（LCA, Life Cycle Assessment）是目前評估作物生產對環境影響較有系統性的方法，將工業產品生產管理的概念帶入農業，從作物生產到販售進行全面調查，並將溫室效應、優氧化、酸化等環境衝擊，以科學方式轉換為一致的比較基準，像是作物生產過程中的溫室氣體有二氧化碳、甲烷及氧化亞氮等，這些都會被轉換成二氧化碳當量（CO2-eq，俗稱碳足跡），目前國際上也在研擬碳稅議題，將環境成本考量納入糧食生產中。

生命週期盡可能將所有影響的因子都進行盤查，也透過資料找出種植過程中對環境影響的熱點（hot spot），再從這部分去改善，ㄧ般而言，農作物生產過程中以田間釋放最顯著。由於無法將人力投入到各種可能改善的農法中進行比較，國外目前亦利用作物模式（crop model），如DNDC模式模擬田間的土壤化學變化，先建構背景參數後，再進行不同模擬，去找到可行的栽培系統，對不同的農業環境提供改善建議，例如調整灌溉模式或施肥方法與時間等，大幅減少發展各地適用的生態農業所需人力與成本。

農業生態系統中，生物相的影響就難以用數據表達，生態農業實際上改善的不僅是農場中的病蟲害，也因改善了環境，而提供生存空間予土壤下的微生物與其他平常不被注意的小生物。

目前有許多研究指出，間作綠籬作物、周圍作物、開花植物等的效果，比在周圍種植不同作物的效果更好。有一派學者推廣在田間種植野花帶（WFS, wildflower strips），野花帶提供了天敵食物，且因為增加生物歧異度，讓靠費洛蒙搜尋標的位置的害蟲找棲地不如以往順利，降低了害蟲族群密度。

生態農業在國外發展的限制
生態農業雖有許多好處，研究顯示提升總體作物產量的也不在少數，不過因為增加了田間複雜度，操作成本因此增加，且因經濟規模較小，使其發展受限，比方說美國的玉米帶主要作物為大豆和玉米，因此主要的銷售通路為收購大豆和玉米，輪作或兼作的不同作物卻無法找到合適通路，且因能源作物興起，更大的經濟利益使玉米帶願意轉型的農民少之又少。

另外，大型商場的拓展也會傾向與大型農場合作，販售成本較低的作物，雖然對環境友善的農產品需求日漸增加，從事生態農業的農友多半只能送往農民市集或生產協會銷售，仍需建立較穩定的銷路，才能確保農民收益並促使更多人加入。

結語
以中小規模的農場發展生態農業為可行方式，像臺灣平均耕地面積較小且地型多變，為適合發展生態農業的地區，簡單運用一些生態工法的概念，讓生態與農業重新找到平衡點，使富饒的土地在未來的日子裡依然能繼續滋養萬物。

文˙ 圖／陳泓如 行政院農業委員會苗栗區農業改良場(豐年6704)

生態農業的興起背景與目的

農業是臺灣引以為傲的產業，過去我們利用各種技術達到人定勝天的成就，讓作物突破時間與地點的限制，透過各種管理技術，增加耕作的頻率與收穫的數量，但偏離自然規律後，承擔的風險也相對增加，只是在可預見的正常氣候下，我們依然能趨吉避凶。但近年來，極端氣候變異的狀況，提升了風險值，風災、寒害、雨澇……每逢天災就造成嚴重損失，而土地過度使用、病蟲害的增加等徵狀，讓人們開始省思，農業的發展方向是否要開始做調整？從人定勝天轉為順天應人呢？

如果順天應人的方向是正確的，那我們應該如何轉換思考方式，去規劃一個適合臺灣發展的農業？生態農業或許是答案之一。

拉大視野看全球，農業不但同樣面臨極端氣候的考驗，據聯合國糧農組織（FAO）2012 年提出的報告，估計2050 年前，人口將會增加1 / 3，全球需再增產60％的糧食，對地球上的淡水、農地等資源供給，形成更嚴峻的挑戰。

集約且永續的挑戰
糧食安全產量的問題不容忽視，因為讓每個人有相同機會獲得充足的食物，可說是基本人權。FAO 提出sustainable intensification——持續且集約的農業概念，為了生產更多糧食，必須密集耕作，但其前瞻的考量是要能永續，也就是避免密集耕作造成負作用，農業必須要找出方法，走出一條可持續發展的路。但如何進行目前仍有不同看法，且需要因地制宜。

臺灣大學農藝學系盧虎生教授在擔任農委會科技處處長時提出了「生態服務型農業」的計畫，談到當時的動機，他回憶道：「2014 年我代表臺灣參加G20 的農業首席科學家會議（meeting of agricultural chief scientists），會中歐洲各國所提到的農業發展策略，就是要符合生態服務型這個前提，這種思維不只在歐洲萌發，在日本也已開始進行，也就是我們常聽到的里山倡議。」這個概念立刻吸引了他的關注，加上當時臺灣氣候災害與日俱增，農業迫切需要轉型。他認為要永續發展，一定要先了解生態究竟提供我們什麼樣的資源？它的界線在哪裡？然後以此前提從事我們的農業發展設計。

東華大學自然資源與環境學系副教授李光中指出，可以想見的是，在21 世紀我們必須同時解決糧食生產問題、支持農民生計、維持生物多樣性及永續生態系統服務功能，要挑戰在同一地理空間中，達成農業土地利用的多元目標。

「但我們是有機會的，相對於全球，臺灣人口正在下降，預估2050 年會減少400萬人口；而與開發中國家相比，我們可以不用如此密集去使用我們的農地。所以，是否可利用此機會，讓人們的需求與生態環境服務的量達到一個平衡呢？」盧虎生覺得我們很幸運地正處在一個改變的關口，一方面學習了解我們的生態，另一方面去研發新思維下的新栽培方法。

農法操作回到初衷
但農業提到生態，難免會讓人聯想到有機農法與自然農法，盧虎生認為，無論何者都須能維持生物間的連結與平衡，並在生態給予的環境下發展才有意義，所以我們要重新思考栽培制度與品種，育種家的思維也要跟著改變，因此，生態服務型農業必須要仰賴科技。如果我們的農業科技發展不好，對環境了解不深，怎麼會知道操作是不是在破壞環境？

從農業的角度要做到適地、適種（品種）、適種（種植）或適養，都要先對生態環境有深度的認識，及有足夠的觀察、記錄與研究。在許多研究中都明確顯示，符合生態要求的作物， 遇到天災時，回復力較佳，脆弱度較低，因此損害也不會太大。這樣的農業安全才會最高、風險才會最低，社會分擔的成本最少。

「自然農法產量低，但販售的價格卻很高，理念上是好的，但對於農藝而言，不建議只停留在這樣的狀態，因為有可能只用到土地潛力的2 分之1，如果有更好的方法，可以再提高產量。因為農業的目的是要提供人類發展，如果一種農業只有高階層的人買得起，是不行的。」盧虎生提出他的擔憂。

在自然農法的發展上，可以更加積極外，對於有機農法則可重新審視，究竟是為了環境有機？還是為了有機而有機？回到原點看看自己的耕作是否有破壞環境，是否合適這塊土地，而不是只強調肥料與農藥是有機的，且有可能肥料與農藥都是國外進口，反而增加了碳足跡。生態服務型農業會進一步講究是否能利用當地的材質來做循環，解決肥料與病蟲害的問題，在一個環境中自成循環。

這個環境將會跳脫單一農耕地尺度，站在更廣大的地景角度來檢視，並規劃不同土地利用間的交互作用，李光中說：「關鍵在於將農業生產環境視為一整體的『農業生態系統』，我們強調地景尺度，也就是強調整體性，以達成多元利用土地的目標。」

臺灣的生態服務型農業其實已在萌芽，且由於多元利用已跳脫農法的範圍，進入農業的領域，漸漸在發展、學習與修正，希望能逐步形成產業規模。尤其在花東地區可看到許多大規模地景尺度的生態系統成形，以花蓮縣豐南村吉哈拉艾聚落為例，其農業地景可延伸至最北邊的支流石厝溝溪流域，一路向下游所形成的梯田、水圳、果園、次生林、天然溪流……等大大小小地景，組成了完整的農業生態系統。

生態農業3 生理念
生態農業有3 大標的：生計、生產、生態，就是為了解決農民生計、農業生產、生物多樣性3 者所遇到的困境。過去實行的許多農業作法，會為了3 者其中1 項而折衷、犧牲，例如為了保護生態環境，而禁止土地農用。而生態農業的目標，就是將這3 者視為可互利互惠的活動，其關鍵在強化農業中的生態系統服務，使永續農業生產、維持生物多樣性、永續農村生計間產生1 ＋ 1 ＞ 2 的加乘綜合效應。便能一石三鳥，同時達成「3 生」目標，與自然共存共榮。

觀察目前國內較大型的生態農業案例，如富興lipahak 生態農場、吉哈拉艾、新社地區等，多與里山倡議有關。里山倡議的目標是兼顧生物多樣性與資源永續利用之間的平衡，其核心概念是「社會－生態－生產地景」，與生態農業3 生理念不謀而合。

生態農業需透過科學的方法、共同的參與觀察，才能確保原有的生態環境；需透過計畫性的生產、銷售的專業，提高產量降低價格，增加附加價值，因此無法由單一農場或耕地獨立完成，管理者需邀集地景區內不同的土地經營者，共同發展可兼顧保育和生產的經營方法，當然也需要公部門的投入。

農委會花蓮區農業改良場於生態農業發展中扮演重要的角色，因為「要達到完善的生態系統服務，必須由在地公部門與民間組織共同努力。」場長范美玲說。如目前正在執行的「新社村森川里海生態農業倡議」，就整合了公部門、社區發展協會、當地部落、學術單位、民間團體等20 個組織共同合作，分別負責農業生物多樣性監測、山林守護、水田和水圳生態工程、農村再生與營造、海堤修建、珊瑚礁生態調查等工作。這些社群擁有越多對環境的所有權，對當地的生態農業經營貢獻就越多。

在國際里山倡議夥伴關係網絡（International Partnership for the Satoyama Initiative, IPSI）全球202 個會員當中，臺灣就占了7個名額，林務局、花蓮區農業改良場、東華大學、中華民國自然生態保育協會、臺灣生態工法基金會、人禾環境倫理基金會、慈心有機農業發展基金會等公部門與民間組織皆積極參與，甚至還組成了臺灣里山倡議夥伴關係網絡（TPSI），共同維護農村、自然地區。

福爾摩沙的重建與再現
大自然正給我們一次新的機會，重新去思考我們與環境的關係，若能成功整合周遭資源、實行生態農業，串起面積破碎的耕作農地，恢復原本地景風貌，也能夠有效增產、維持生計、增加生物多樣性，那麼不但可永續發展，福爾摩沙的美麗風貌也能翩然再現。




里山倡議
以類似日本里山地景的複合式農村生態系為對象，里山倡議的願景是謀求兼顧生物多樣性維護與資源永續利用之間的平衡。不僅著眼全球具重要性之農業文化地景，更關注所有國家一般鄉村社區的生產、生活和生態之永續性，該倡議已成為第10屆生物多樣性公約大會通過的重要決定之一。

生態系統服務
（ecosystem services）
意指人類從生態系中可得到的福利。依據聯合國千禧年生態系統評估組織所出版的《生態系統與人類福祉：現況與趨勢》（Ecosystems and Human Well-being: Current State and Trends），生態系統服務包含下列項目：支持（Supporting）、供給（Provisioning）、調節（Regulating）、文化（Cultural）。

農業生態系統
（Agro-ecosystem）
意指為了生產糧食及其他具社會和環境服務價值的非糧食資源，由人類經營的生物和自然資源系統，包括農作物、牧場、家畜、其他動植物、大氣、土壤和水所組成的耕地，及未經耕作的土地、水系、農村聚落和野生物棲地等較大範圍的地景。



資料來源
採訪／葛晶瑩、張雅茹　
 東華大學自然資源與環境學系副教授李光中、行政院農業委員會花蓮區農業改良場
(豐年6704)

綠茶兒茶素減少動脈硬化的相關機制

文章來源 : 農業科技決策資訊平台    2018/08/01

動脈粥狀硬化(Atherosclerosis)是指血管中因低密度脂肪堆積，產生由脂肪、平滑肌細胞、細胞殘渣、纖維蛋白等構成的斑塊（plaque），使得血管逐漸變得狹窄而缺乏彈性，血壓上升且血流量降低，周邊組織之氧氣與養分供應也會隨之減少。當粥狀硬化發生在心臟冠狀動脈或大腦中，容易造成腦部或心臟缺氧等傷害，若未調整生活作息與飲食，隨著年紀增長，阻塞將愈發嚴重，引發心臟病、高血壓等代謝症候群發生。

 茶是世界上流傳最廣泛的飲品之一，依照製程可區分為綠茶(不發酵茶)、青茶(半發酵茶)與紅茶(全發酵茶)等，其中綠茶含有胺基酸、兒茶素、咖啡因等物質，具有良好的提神、抗氧化、殺菌等效果；目前已有許多研究證實綠茶中的兒茶素能夠幫助預防動脈粥狀硬化與代謝症候群的發生。而英國蘭卡斯特大學(University of Lancaster)針對兒茶素進行研究，發現兒茶素中的表沒食子兒茶素沒食子酸酯(Epigallocatechin gallate，EGCG)於肝素(heparin)存在的狀態下，能夠結合Apolipoprotein A1 fibrils，並增加斑塊溶解度，減少其沉積於血管中的機會。

 由於綠茶中仍含有其他成分，為了從茶中取得足夠的EGCG的情況下可能也使人過量攝取咖啡因而影響健康，因此目前研究正朝如何維持血液中足量EGCG的方向進展。未來或許會稍微修改EGCG的結構，以提高生物利用效果，或是藉由注射等方式準確的將其傳送至斑塊附近。

 相關研究結果發表於<Journal of Biological Chemistry>

資料出處：

• SCI-News
• Epigallocatechin-3-gallate remodels apolipoprotein A-I amyloid fibrils into soluble oligomers in the presence of heparin

小米、紅藜的過去和未來

小米在臺灣16 族原住民中，幾乎都被視為天神帶來的神聖作物，各族都有與小米相關的神話傳說。布農、排灣、泰雅、魯凱與卑南等族群，都流傳著一粒小米就能煮成一鍋飯，後來因為某些貪心的族人一次煮太多粒，使小米神奇力量喪失的故事，反映出小米作為主食、同時也是救荒植物的重要地位。

在日治時期推廣水稻之前，原住民的主食除番薯、芋頭、旱稻及玉米外，半數都來自小米，小米酒更是祭典中不可或缺的飲品。然而隨著水稻的引進、部落人口外流老化，逐漸轉為耕作機械化程度高的作物等因素，目前全臺栽種面積不到全盛期的二十分之一。但近年小米復耕是文化重建的一環，開始重回部落田間，自2011 年起產量逐年上升，成為雜糧復興的一支生力軍。

常與小米混植的紅藜，因外殼含有微量皂素，會讓吃下種子的鳥類感到不適，因此可達到一定的驅鳥效果，過去原住民多作為酒麴使用。紅藜繽紛的色彩頗具觀賞價值，近年有魯凱族文史工作者認為，它可能就是百步蛇王用來迎娶巴冷公主的七彩琉璃珠。然而這種外觀搶眼的作物，過往學界卻少有研究，直到屏東科技大學教授郭耀綸的一位學生受紅藜豔麗的外表吸引，卻苦尋不知它的正確學名，促成郭耀綸投入相關研究，終於在2008 年證實紅藜是臺灣原生植物，此後紅藜也被稱為「臺灣藜」。

紅藜雖與原產南美洲的「藜麥」不同，但兩種作物主要皆由當地原住民種植，與傳統文化密不可分。隨著紅藜的營養價值逐漸受到重視，八八風災之後，有不少受到重創的原鄉，紛紛選擇它作為主要復耕作物，一串串在田間搖曳生姿的紅藜，除了穩定災後重建的經濟來源，也彷彿彩虹一般，帶來風雨後的希望。

文　林書帆／攝　謝佩穎 (鄉間 4311)

微藻水熱液化工藝廢水處理

文章來源 : 農業科技決策資訊平台    

 生質能源發展為近代積極探討之生物資源利用的研究之一，動植物油脂、植物纖維素與微生物多醣均可作為生質燃料的轉化原料，但使用動植物來源可能會影響人類的糧食安全，因此各地也正積極開發微生物作為替代原料。微藻(microalgae)是一類生長快、光合作用效率高、處理污水效果好、油脂等有機物含量高的自營生物，其細胞生理反應所產生之多種代謝產物於食品、醫藥、基因工程等領域皆具有良好的開發潛力；此外，微藻油脂精煉後還可做為生質柴油原料。

 近年來，微藻水熱液化(Hydrothermal liquefaction，HTL)因具有直接加工產油的優勢，逐漸獲得學界與產業界的青睞，但HTL過程中所產生的廢水會增加作業處理成本，因此一直無法成為商業化發展技術。HTL廢水中除了含有豐富營養，同時也有反應過程產生的水與萃取油質後所留下的高濃度酚類、重金屬、碳氮雜環類物質，這些具有生物毒性的物質阻礙了廢水直接循環利用於微藻養殖的可能性，排放到環境中也會造成一定程度的汙染；因此傳統上以活性污泥法進行水質處理，不但平白浪費水中的營養物質，工廠還需額外付出活性污泥法處理之設備與場地成本，基於成本與永續性的考量，如何完善利用與處理廢水實為一大考驗。中國南昌大學透過調整HTL參數、菌種篩選及馴化、藻菌共培養等方式，強化系統中的生物多樣性，憑藉多種生物間的交互作用，逐漸減少水中抑制物質的濃度，探討成功利用廢水作為微藻養殖利用之潛力，在生產微藻的同時也能循環利用水資源，加速微藻水熱液化生物質能產業的發展。

資料出處：

• Science Trends
• Use of microalgae to recycle nutrients in aqueous phase derived from hydrothermal liquefaction process

桑樹施用殺菌劑可能減少蠶絲生產

文章來源 : 農業科技決策資訊平台    2018/07/02

 為了維持產量與農產品質，慣行農業使用大量農藥控制田間病蟲害與雜草，殘留於環境中的藥劑除了破壞田間的生物多樣性，也影響了以植物花蜜為食物來源的蜂群；因此近幾十年來，推行有機農業的有志之士紛紛鼓吹減少農藥使用，以挽救迅速減少的蜜蜂數量，使農業得以永續經營。然而，另一種同樣受到藥劑嚴重影響但卻常被忽略的昆蟲則是生產蠶絲的家蠶(silkworm，學名:Bombyx mori)。由於桑葉為家蠶單一的食物來源，因此附近田區所噴灑的農藥或殺菌劑或許不利於家蠶成長，因此巴西聖保羅州立大學(São Paulo State University) 農業與技術科學學院本次探討廣泛於田間噴灑的pyraclostrobin對家蠶粒線體產生的影響。

 Pyraclostrobin屬於strobilurin類的化合物，於環境中不易降解，可抑制真菌細胞內粒線體的呼吸作用，除此之外還能延緩葉片衰老，並強化田間作物對氧化壓力的耐受性，因此做為田間廣泛使用的殺真菌劑；而桑樹種植時也會使用pyraclostrobin提高桑葉產量和品質，以供給家蠶足夠的養分。研究人員嘗試於桑葉上施用不同劑量之pyraclostrobin，於30天後餵食五齡蟲，並觀察蟲體採食量與死亡率，並評估蟲體頭部與腸道的粒線體，發現桑葉施藥量為200 g/ha時可於蟲體內測得50μM的含藥濃度，雖然蟲體不會立即死亡，但餵食施藥後的桑葉會使得蠶繭重量下降，顯示食用含有藥桑葉後，pyraclostrobin可能藉由抑制頭部與腸道的粒線體活性而對蟲體產生潛在性的不良影響。

 雖然使用農藥有助於提升植株的健康狀況，免除病蟲害的侵擾，但也需考量藥物對食用植株的經濟動物可能造成的反應，以免造成原有經濟效益之破壞，相關研究發表於<Journal of Economic Entomology>。

資料出處：

• ScienceDaily(科學日報)
• Pyraclostrobin Impairs Energetic Mitochondrial Metabolism and Productive Performance of Silkworm (Lepidoptera: Bombycidae) Caterpillars