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科技農業的進行式— 植物工廠發展沿革與台灣推動現況

科學月刊_96
・2013/05/15 ・3770字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 570 ・九年級

以現代設施監控環境,進行定期、定品質、定量之作物生產,植物工廠能於有限空間中達到高效產能,為前景可期的新式產業。

文 / 方煒(任教台灣大學生物產業機電工程學系)

十八世紀思想家盧梭(Jean-Jacques Rousseau, 1712~1778) 說「在所有技術中為第一,也最值得尊敬的就是農業」,農業提供人類生存所需的糧食,是最根本的產業。然而現今農業的發展,遭遇前所未有的挑戰,依據聯合國人口署的預估,2050 年的全球人數將達91.7 億,屆時糧食供應量將是極大問題。目前全球的可耕地已經用了80%,但約有15 億公頃的可耕地,受全球暖化、氣候變遷的影響,面臨海平面上升的威脅。依據聯合國環境規劃署的統計,每年有600 萬公頃的土地變成沙漠,約1000 萬公頃的土地因沙漠化而喪失經濟價值。同時鄉村人口往城市移動,農村的城鎮化、都市建設與環境汙染等問題,造成耕地以每年500~700 萬公頃的速度在減少。

提高單位面積產能是現階段農業發展的關鍵任務,現階段透過植物工廠立體化栽培可用最小的土地面積生產最大量的種苗或短期蔬菜。如此可避免受到風災、雨災等的影響,逐年擴大產能更可避免產銷失衡,避免現地耕除的浪費,更可逐年減少對農業災害損失的補貼,滿足消費者對食物安全的最基本需求。

何謂植物工廠

植物工廠指的是在設施內透過控制植物之生長環境(光、環境、濕度、二氧化碳濃度、養分、水分等條件)進行栽培,並對植物生長環境及生育狀況加以觀察,配合高度環境控制及生育預測,使蔬菜等植物可進行全年性、計畫性生產的栽培設施。稱為「工廠」是因為此農業生產模式將不受天候影響,具備定期、定品質、定量生產農作物的特點,頗類似於工業界的量產工廠。

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植物工廠可分為兩種型態,一為「完全人工光源型」植物工廠,其特徵為在封閉環境中不使用太陽光照射,並且控制環境進行全年計畫性生產;日本為此類型植物工廠的先進國家。二為「太陽光利用型」植物工廠,特徵為在溫室等半封閉環境中,基本上利用太陽光進行照射,但在雨天、陰天時進行補光,並利用控制夏季高溫等技術進行全年計畫性生產;此外,「太陽光利用型」植物工廠中,有使用人工光源者以「太陽光與人工光源併用型」植物工廠稱之,荷蘭為此類型植物工廠的先進國家。

植物工廠絕對是有魅力的產業,其生產模式的最大魅力在於作物的安全性,由於在屋內採水耕培育,沒有蟲害問題,完全不需噴灑農藥,更不需擔心重金屬汙染。消費者即使不清洗也能直接食用。消費者可在百貨公司、高級超市的蔬菜區和高級餐廳都能買到標榜「不需清洗即可食用」、「安全、安心」、「耐存放」的產品。所謂「安全、安心」的指標就是標榜二無二低的無農藥、無重金屬、低生菌數與低硝酸鹽,這樣的產品放諸目前全球的市場,絕對是使消費者安心的暢銷產品。

植物工廠發展沿革

人工光源型植物工廠始於1957 年丹麥的Kristensen 農場,十字花科植物水芹(cress,荷蘭傳入)的嫩芽生產。在美國,1970 年代初期的General Electric 公司,1980 年代的General Foods 公司、General Mills 公司皆展開人工光源型植物工廠的運作,但此三家皆因收支不平衡而在1990 年代停止運作。

自然光型植物工廠的運作始於1960 年代初期奧地利Rusuna 公司的立體式植物工廠,荷蘭的設施園藝大型化、自動化、資訊化則是自1970 年代至今穩定發展,至1990 年代之後,與「自然光型植物工廠」名稱相符的植物工廠生產系統開始大規模地運作。

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日本植物工廠的研究始於1974 年,由當時就讀東京大學農學院的高倉直及當時隸屬日立製作所中央研究所的高辻正基展開。「植物工廠」一詞始於1985 年筑波科學技術萬國博覽會上植物工廠的實證展示中,接著1986 年成立日本植物工廠學會,2006 年此學會與日本生物環境調節學會合併成立日本生物環境工學會。

早期人工光源型植物工廠的發展主要針對隔熱材、自動化設備、光源種類與效率、空調設備效能等。近年來亦針對栽培環境的控制技術(包括光環境溫濕度控制,特別是二氧化碳補充技術)、養液調整技術、排水技術、培地調整技術、培地容器技術、移動技術、整列技術、播種與收穫省力化技術等做更精進的研究。所有研究的重點分別針對產品品質提升、生長促進、栽培環境最適化、收穫率提升、病害預防等方面。

日本近期發展植物工廠的策略

各國發展可量產短期蔬菜的植物工廠早已是趨勢,尤以日本為最積極,同樣位於東亞的台灣、韓國與中國緊追在後。2009 年,日本農林水產省總合糧食局長與經濟產業省經濟產業審議官成立的「農工商聯合研究會」下設立了「植物工廠工作小組」,編列150 億日圓預算帶動近年的第三波植物工廠熱潮。根據三菱綜合研究所的調查,2009 年4 月時日本的人工光源型植物工廠共有34 廠,太陽光、人工光併用型植物工廠共有16 廠,生產的品目為以生菜類、香草類為主的葉菜蔬菜、花卉(玫瑰、聖誕紅、長壽花)、番茄和草莓的嫁接苗等。到2012 年3 月止,日本植物工廠已增加至120 處。圖一為位於日本福井縣的Fairy Angel 廠內部,該廠為日產8000株萵苣的完全環控型植物工廠;目前日本最大者為日產14000 株的廠。

圖一:Fairy Angel 廠內部的栽培區。

日本植物工廠的發展是以政府帶頭投資農業,連帶帶動工商業。為了落實在地生產、在地銷售的環保理念,都會鄰近郊區也有不少店面採取生產與行銷一體的新商業模式,簡稱店產店銷。在這些店鋪中,面對馬路為銷售店面,地下室或二樓或緊鄰的店鋪後端為允許參觀的生產區,每日量產當日可以銷售的生鮮蔬菜,完全去除了運輸的需求,食品里程數可以最小化;允許消費者參觀的透明生產模式,更是提高消費者對產品的信心。

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台灣植物工廠的發展現況

台灣的量產型植物工廠起步甚早於中韓兩國,尤其具備全環控精密溫室的發展條件,最具代表性的高經濟價值的作物為蝴蝶蘭種苗與梗苗的栽培,為成功的產業模式(圖二)。近年來熱門的植物工廠以研究規模的完全人工光型植物工廠為主,企業與學界合作進行的也多是此類型設施。主要栽培短期葉菜類,近期藥用植物與香料作物亦頗受矚目,小型觀賞作物也是可行的選項。

圖二:國內蘭花催花溫室的栽培現場。

台灣具備發展植物工廠的優勢,台灣本身的半導體產業發達,相關產業舉凡空調、無塵室、隔熱資材、節能燈具、控制系統、滅菌技術、機電設備等廠商眾多,這些也都是建構植物工廠需要的設備。近年有諸多業者紛紛投入完全人工光控制型植物工廠進行研究,同時亦有廠商專注於小型化,開發研究型、店鋪型專用的小型植物工廠(圖三),甚至將其家電化、家具化,走入社區或家庭(圖四)。

圖三:北部某結合植物工廠概念的餐廳,圖為餐廳內作物栽培區的一角。
圖四:2010 年台北國際花卉博覽會展出之店鋪型或研究型的小型植物栽培層架。

台灣過去在80年代推動溫室水耕栽培,曾經成為風潮,但後續一間間關廠。主要原因在於夏季無法栽培、蔬菜口感不佳等問題。但這些因素都不會在植物工廠內重現。譬如夏季無法栽培的主因在於溫度,尤其是因為水溫提高造成溶氧量降低,植物根系無法呼吸導致容易腐敗。口感不佳則是養液配方的問題,一成不變的高氮肥配方,容易造成硝酸鹽與亞硝酸鹽含量過高,缺乏回饋控制的灌溉與營養管理模式,當然栽培的蔬菜口感差。細菌感染問題也困擾過去的業者,但這些都已有方法解決。

某些消費者心中有著「植物工廠內無土栽培的蔬菜缺乏日月精華的滋潤,是不健康蔬菜」的迷思。其實太陽光的波長範圍為300~3000 奈米,但與植物生長及生育相關的波長範圍為350~750 奈米,約占全太陽光能的50%,人工光源只要所發出的光在此範圍內,100%的光能都對植物行光合成作用有幫助,植物若能獲得充分的光量,就能健康成長。反之,露天或溫室內經常發生光量太低或太高的狀況,再加上濕度及空氣流速也較難控制,又因其容易遭受病蟲害入侵,得需施用農藥,反而不一定能培植出健康的植物。而在營養成分或濃度方面,和栽培環境有很大的關連,因地、因時、因人可能造成品質極大差異。透過植物工廠穩定的栽培模式反而能保證品質,培植出營養成分高於室外栽培的植物。若營養成分濃度不高,那是由於環境控制方法不合適,或是由於比起營養成分,栽種者更加重視植物的顏色、口感、味道、香氣等因子。

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至於糧食作物栽培現階段在植物工廠栽培仍有限制。通常糧食作物所需要的光量偏高,以人工光源栽培尚不符成本。例如稻米、黃豆等植株高度較高,馬鈴薯的產物在地下,都不適合以立體化栽培為主的植物工廠。但是用來生產水稻苗、黃豆芽、馬鈴薯種薯等種苗,由於體積小且生長期短,投入資源的利用效率最高,最適合優先發展。同時使用在育林、沙漠綠化、能源植物、機能性植物的種苗在各國的需求量大增,這些種苗有可能成為國際貿易商品,植物工廠的種苗生產不受地理或氣候因素影響,可望確立其國際標準技術。

結論

植物工廠並非萬能,考慮經濟效益,只有高單價、栽培期短且體積小的植株才適合。以種苗為栽培對象,更可以與溫室業者結合,依季節供應更健壯的種苗,更具國際商機。現階段植物工廠的造價高,各國皆然,台灣的工商業界整合能力強,完全有實力開發相關產品外銷。植物工廠產業的興起對於傳統農業從業人員應該更是一個機會,工商業界有多人對植物工廠抱有高度的興趣,他們所缺的是栽培相關的關鍵技術,透過農工商的融合,植物工廠可以是一個新的產業,更可發展成服務業的型態,不僅可以在農村創造新的商機提供就業機會,更有機會讓年輕人回到農村,投入農業的行列,讓農村再生,讓農業振興,開創三農的新生機。

原刊載於《科學月刊》第四十四卷第五卷

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科學月刊_96
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非營利性質的《科學月刊》創刊於1970年,自創刊以來始終致力於科學普及工作;我們相信,提供一份正確而完整的科學知識,就是回饋給讀者最好的品質保證。

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ECU: 汽車大腦的演化與挑戰
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/02 ・3793字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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本文與 威力暘電子 合作,泛科學企劃執行。

想像一下,當你每天啟動汽車時,啟動的不再只是一台車,而是一百台電腦同步運作。但如果這些「電腦」突然集體當機,後果會有多嚴重?方向盤可能瞬間失靈,安全氣囊無法啟動,整台車就像失控的高科技廢鐵。這樣的「系統崩潰」風險並非誇張劇情,而是真實存在於你我日常的駕駛過程中。

今天,我們將深入探討汽車電子系統「逆天改運」的科學奧秘。究竟,汽車的「大腦」—電子控制單元(ECU),是如何從單一功能,暴增至上百個獨立系統?而全球頂尖的工程師們,又為何正傾盡全力,試圖將這些複雜的系統「砍掉重練」、整合優化?

第一顆「汽車大腦」的誕生

時間回到 1980 年代,當時的汽車工程師們面臨一項重要任務:如何把汽油引擎的每一滴燃油都壓榨出最大動力?「省油即省錢」是放諸四海皆準的道理。他們發現,關鍵其實潛藏在一個微小到幾乎難以察覺的瞬間:火星塞的點火時機,也就是「點火正時」。

如果能把點火的精準度控制在「兩毫秒」以內,這大約是你眨眼時間的百分之一到千分之一!引擎效率就能提升整整一成!這不僅意味著車子開起來更順暢,還能直接省下一成的油耗。那麼,要如何跨過這道門檻?答案就是:「電腦」的加入!

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工程師們引入了「微控制器」(Microcontroller),你可以把它想像成一顆專注於特定任務的迷你電腦晶片。它能即時讀取引擎轉速、進氣壓力、油門深度、甚至異常爆震等各種感測器的訊號。透過內建的演算法,在千分之一秒、甚至微秒等級的時間內,精準計算出最佳的點火角度,並立刻執行。

從此,引擎的性能表現大躍進,油耗也更漂亮。這正是汽車電子控制單元(ECU)的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)。

汽車電子控制單元的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)/ 圖片來源:shutterstock

ECU 的失控暴增與甜蜜的負荷

第一顆 ECU 的成功,在 1980 年代後期點燃了工程師們的想像:「這 ECU 這麼好用,其他地方是不是也能用?」於是,ECU 的應用範圍不再僅限於點火,燃油噴射量、怠速穩定性、變速箱換檔平順度、ABS 防鎖死煞車,甚至安全氣囊的引爆時機……各種功能都交給專屬的 ECU 負責 。

然而,問題來了:這麼多「小電腦」,它們之間該如何有效溝通?

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為了解決這個問題,1986 年,德國的博世(Bosch)公司推出了一項劃時代的發明:控制器區域網路(CAN Bus)。你可以將它想像成一條專為 ECU 打造的「神經網路」。各個 ECU 只需連接到這條共用的線路上,就能將訊息「廣播」給其他單元。

更重要的是,CAN Bus 還具備「優先通行」機制。例如,煞車指令或安全氣囊引爆訊號這類攸關人命的重要訊息,絕對能搶先通過,避免因資訊堵塞而延誤。儘管 CAN Bus 解決了 ECU 之間的溝通問題,但每顆 ECU 依然需要獨立的電源線、接地線,並連接各種感測器和致動器。結果就是,一輛汽車的電線總長度可能達到 2 到 4 公里,總重量更高達 50 到 60 公斤,等同於憑空多載了一位乘客的重量。

另一方面,大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。更別提這些密密麻麻的線束,簡直是設計師和維修技師的惡夢。要檢修這些電子故障,無疑讓人一個頭兩個大。

大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。/圖片來源:shutterstock

汽車電子革命:從「百腦亂舞」到集中治理

到了2010年代,汽車電子架構迎來一場大改革,「分區架構(Zonal Architecture)」搭配「中央高效能運算(HPC)」逐漸成為主流。簡單來說,這就像在車內建立「地方政府+中央政府」的管理系統。

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可以想像,整輛車被劃分為幾個大型區域,像是車頭、車尾、車身兩側與駕駛艙,就像數個「大都會」。每個區域控制單元(ZCU)就像「市政府」,負責收集該區所有的感測器訊號、初步處理與整合,並直接驅動該區的馬達、燈光等致動器。區域先自理,就不必大小事都等中央拍板。

而「中央政府」則由車用高效能運算平台(HPC)擔任,統籌負責更複雜的運算任務,例如先進駕駛輔助系統(ADAS)所需的環境感知、物體辨識,或是車載娛樂系統、導航功能,甚至是未來自動駕駛的決策,通通交由車輛正中央的這顆「超級大腦」執行。

乘著這波汽車電子架構的轉型浪潮中, 2008 年成立的台灣本土企業威力暘電子,便精準地切入了這個趨勢,致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台。他們專精於開發電子排檔、多功能方向盤等各式汽車電子控制模組。為了確保各部件之間的溝通順暢,威力暘提供的解決方案,就像是將好幾個「分區管理員」的職責,甚至一部分「超級大腦」的功能,都整合到一個更強大的硬體平台上。

這些模組不僅擁有強大的晶片運算能力,可同時支援 ADAS 與車載娛樂,還能兼容多種通訊協定,大幅簡化車內網路架構。如此一來,車廠在追求輕量化和高效率的同時,也能顧及穩定性與安全性。

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2008 年威力暘電子致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台 /圖片來源:shutterstock

萬無一失的「汽車大腦」:威力暘的四大策略

然而,「做出來」與「做好」之間,還是有差別。要如何確保這顆集結所有功能的「汽車大腦」不出錯?具體來說,威力暘電子憑藉以下四大策略,築起其產品的可靠性與安全性:

  1. AUTOSAR : 導入開放且標準化的汽車軟體架構 AUTOSAR。分為應用層、運行環境層(RTE)和基礎軟體層(BSW)。就像在玩「樂高積木」,ECU 開發者能靈活組合模組,專注在核心功能開發,從根本上提升軟體的穩定性和可靠性。
  2. V-Model 開發流程:這是一種強調嚴謹、能在早期發現錯誤的軟體開發流程。就像打勾 V 字形般,左側從上而下逐步執行,右側則由下而上層層檢驗,確保每個階段的安全要求都確實落實。
  3. 基於模型的設計 MBD(Model-Based Design) 威力暘的工程師們會利用 MatLab®/Simulink® 等工具,把整個 ECU 要控制的系統(如煞車),用數學模型搭建起來,然後在虛擬環境中進行大量的模擬和測試。這等於在實體 ECU 誕生前,就能在「數位雙生」世界中反覆演練、預先排除設計缺陷,,並驗證安全機制是否有效。
  4. Automotive SPICE (ASPICE) : ASPICE 是國際公認的汽車軟體「品質管理系統」,它不直接評估最終 ECU 產品本身的安全性,而是深入檢視團隊在軟體開發的「整個過程」,也就是「方法論」和「管理紀律」是否夠成熟、夠系統化,並只根據數據來評估品質。

既然 ECU 掌管了整輛車的運作,其能否正常運作,自然被視為最優先項目。為此,威力暘嚴格遵循汽車業中一本堪稱「安全聖經」的國際標準:ISO 26262。這套國際標準可視為一本針對汽車電子電氣系統(特別是 ECU)的「超嚴格品管手冊」和「開發流程指南」,從概念、設計、測試到生產和報廢,都詳細規範了每個安全要求和驗證方法,唯一目標就是把任何潛在風險降到最低

有了上述這四項策略,威力暘確保其產品從設計、生產到交付都符合嚴苛的安全標準,才能通過 ISO 26262 的嚴格檢驗。

然而,ECU 的演進並未就此停下腳步。當ECU 的數量開始精簡,「大腦」變得更集中、更強大後,汽車產業又迎來了新一波革命:「軟體定義汽車」(Software-Defined Vehicle, SDV)。

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軟體定義汽車 SDV:你的愛車也能「升級」!

未來的汽車,會越來越像你手中的智慧型手機。過去,車輛功能在出廠時幾乎就「定終身」,想升級?多半只能換車。但在軟體定義汽車(SDV)時代,汽車將搖身一變成為具備強大運算能力與高速網路連線的「行動伺服器」,能夠「二次覺醒」、不斷升級。透過 OTA(Over-the-Air)技術,車廠能像推送 App 更新一樣,遠端傳送新功能、性能優化或安全修補包到你的車上。

不過,這種美好願景也將帶來全新的挑戰:資安風險。當汽車連上網路,就等於向駭客敞開潛在的攻擊入口。如果車上的 ECU 或雲端伺服器被駭,輕則個資外洩,重則車輛被遠端鎖定或惡意操控。為了打造安全的 SDV,業界必須遵循像 ISO 21434 這樣的車用資安標準。

威力暘電子運用前面提到的四大核心策略,確保自家產品能符合從 ISO 26262 到 ISO 21434 的國際認證。從品質管理、軟體開發流程,到安全認證,這些努力,讓威力暘的模組擁有最高的網路與功能安全。他們的產品不僅展現「台灣智造」的彈性與創新,也擁有與國際大廠比肩的「車規級可靠度」。憑藉這些實力,威力暘已成功打進日本 YAMAHA、Toyota,以及歐美 ZF、Autoliv 等全球一線供應鏈,更成為 DENSO 在台灣少數核准的控制模組夥伴,以商用車熱系統專案成功打入日系核心供應鏈,並自 2025 年起與 DENSO 共同展開平台化量產,驗證其流程與品質。

毫無疑問,未來車輛將有更多運作交由電腦與 AI 判斷,交由電腦判斷,比交由人類駕駛還要安全的那一天,離我們不遠了。而人類的角色,將從操作者轉為監督者,負責在故障或斷網時擔任最後的保險。透過科技讓車子更聰明、更安全,人類甘願當一個「最弱兵器」,其實也不錯!

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風調雨順的地區,受災風險比較大?——印度農村的經濟學課
研之有物│中央研究院_96
・2023/04/15 ・4114字 ・閱讀時間約 8 分鐘

本文轉載自中央研究院「研之有物」,為「中研院廣告」

  • 採訪撰文/呂慧穎
  • 責任編輯/田偲妤
  • 美術設計/蔡宛潔

每到颱風天或寒流來襲,農作物損害的新聞常攻佔各大版面。在極端氣候影響下,農民需承擔的受災風險加劇!我們常羨慕氣候條件相對穩定的地區,但該處的受災風險真的比較小嗎?

中央研究院「研之有物」專訪院內經濟研究所莊雅婷助研究員,以世界糧食出口大國印度作為研究田野,剖析降雨量的變化對不同地區、不同類型農民的生計影響。跟著莊雅婷走一趟印度農村,以經濟學視角探索意想不到的農村經濟樣貌!

中研院經濟研究所莊雅婷助研究員,專長為環境經濟學、行為經濟學、發展經濟學。圖/莊雅婷

聯合國政府間氣候變遷專門委員會(IPCC)於 2022 年發表最新《氣候衝擊、調適與脆弱度報告》(Climate Change 2022: Impacts, Adaptation and Vulnerability),當中指出如在 2030 至 2052 年間失守 1.5°C 溫升防線,世界各地將面臨多重氣候災害,導致自然環境難以修復的局面。

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在第 27 屆聯合國氣候變遷大會(COP27)中,多國持續響應 2050 年全球淨零排放目標,聯合國更重申人類社會必須強化面對極端氣候的調適能力,透過跨領域的資訊共享與合作,建立環境、經濟、社會等各面向韌性。

在各類生產者中,看天吃飯的農民最擔心極端氣候影響收成,農產歉收也將導致糧食短缺、物價上漲,並影響民生經濟。因此,了解氣候變遷對農民的影響,有助及早研擬因應對策。

中研院經濟研究所莊雅婷助研究員以環境經濟學為研究方法,選擇印度作為實證區域,研究降雨量的變化對不同地區、不同類型農民的生計影響,從中探索農民因應天災所發展出的生存之道。

印度農民接受莊雅婷訪談,分享面對降雨衝擊時有何生計調整策略。圖/莊雅婷

農業收益的重要指標

印度是世界糧食出口大國,廣大的國土包含熱帶、亞熱帶、溫帶等不同氣候風貌,再加上各省份的風俗民情各異,塑造出多樣的地理環境、天氣型態及文化特色,有利降低研究取樣上的偏差。

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此外,印度在 1970、1981 及 1998 年進行了大規模的農業人口普查,對於各種農業及非農業收入有詳細的統計數據。

莊雅婷共採用 230 個村莊、30 年跨度的印度農業人口普查數據,以及美國德拉瓦大學(University of Delaware)氣候研究中心 1900 至 2008 年蒐集的印度月降雨量和月均溫數據,並請益農業氣候科學家後得知:

6 月平均氣溫、6 至 9 月季風降雨(雨季)是影響印度農作收成的關鍵時期,而「溫度」及「降雨量」是科學家了解氣候變遷如何威脅農業收益的重要指標。

經統計 1970、1981、1998 年印度農業普查數據,繪製之印度季風降雨(雨季)情形分布圖,雨季的平均降雨量為 823 毫米,廣大的國土包含不同的天氣型態。圖/研之有物(資料來源|莊雅婷)

其中,美國德拉瓦大學氣候研究中心數據的優點是,能透過經緯度比對地理區位及空間資料,運用當期降雨量與 20 年歷史氣候資料同期平均值之偏差值,來表示當年雨量與歷史趨勢的差異。

此外,為了確定農民收入與氣候條件之間的連動性,排除與其他變因的交互影響,研究中設定的固定變因包括:家庭規模、村莊人口、戶主年齡及教育程度、農業經驗及替代技能等;環境固定變因則包括:種植模式、土壤類型、村莊特性及農村到城市距離。

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藉由上述變因設定,控制非農業工作的可及性、不同區域勞動價格的內生變因,降低歷史天氣模式與非農業收入的交互影響。

降雨量如何影響農民

印度研究人員進駐網路不發達的農村後,以土法煉鋼方式測量年降雨量。其中一處農村的年降雨量(1986-1995、2001-2009)最少 248.4 毫米、最多 981 毫米,落差之大不但影響農業收入,也連帶影響農民的生計策略。圖/莊雅婷

臺灣諺語常以「風頭水尾」形容農業條件欠佳的環境,令人好奇的是,對比長年風調雨順的地區,哪類環境下的農民較能調適氣候變遷帶來的威脅?

莊雅婷發現,與以往研究結果類似之處在於,降雨量的變化對印度農民的農業收入有顯著影響,而農民傾向透過收入多樣化來調適降雨衝擊(rainfall shock)。

然而,在分析歷史降雨量變化並實地訪談後卻有意外發現:

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歷史降雨量變化較小的地區,雖有氣候穩定優勢,一旦降雨驟變,農業收入與總收入的下降程度卻遠高於降雨量變化大的地區!

莊雅婷進一步根據土地大小及經濟規模,將農民分成:有自耕地的大農、中農、小農,以及無自耕地的農民,並初步分析 4 類農民面對降雨衝擊的收入狀況。

大農與中農通常具備較佳的經營管理能力與資源,例如能建置完善的儲水灌溉系統,因而農業收入雖受到降雨衝擊,但下降程度不大。

小農在一般情況下,靠著耕作小規模農地過著自給自足的生活,但相對缺乏其他替代收入,一旦面臨降雨衝擊,收入反而下降最多。

無自耕地的農民類似臺灣租地耕作的佃農,在農作收入較不穩定的情況下,已習慣兼差非農業工作貼補家用,比方投入村莊附近的建築營造工作。因此,在面對降雨衝擊時,較能迅速調整工作型態,收入下降程度比小農低。

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4 類農民面對降雨衝擊的收入狀況。圖/研之有物

以往的農業輔導政策較常聚焦在氣候變遷劇烈、生產條件不佳的地區,但莊雅婷的研究指出:

過去氣候條件穩定、甚少災荒澇旱的地區,反而容易受到氣候變遷的影響,其弱點在於農民缺乏應變經驗,難以在短時間內應對氣候變遷帶來的生計衝擊。

至於歷史降雨量變化較大的地區,多數農民已藉由代代相傳的生活經驗,建立起農業以外的收入來源、工作技能與求職人脈,降低氣候不佳對收入的影響。

該研究點出過往農業政策忽略之處,提醒在強化氣候變遷適應力的準備工作中,應考量農民行為與當地歷史氣候條件的交互影響,引導農民保有居安思危的觀念,及早研擬因應氣候變遷的對策。

現地訪談找真相

莊雅婷不僅從事歷史數據的量化分析,更實際前往田野訪談印度農民、收集第一手資料。圖/莊雅婷

大膽假設、小心求證,向來是做研究應秉持的原則。莊雅婷在進行量化分析時,也輔以工作坊、現地訪談等方法,過程中不僅獲得許多設立假說的靈感,更能得到深入剖析社會現象的觀點。

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在印度進行田野調查時,恰巧其他印度研究團隊也在同一區域進行農民收入調查,兩方同時觀察到:當時年不佳時,大農地主通常以低於平時的工資雇用農民。

印度研究團隊認為,這是大農地主趁機剝削受雇農民,但莊雅婷在訪談農民後卻得到完全相反的答案。

原來這是地區社群的互助默契,大農地主在乾旱或澇災時提供工作機會,受雇農民也願意在農作欠收時降低工資,彼此相互體諒、一起度小月。

如何不帶偏見探討現象背後的成因,是莊雅婷走入田野時經常自我提醒的一點。

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走進田野的經濟學家

中研院經濟研究所莊雅婷助研究員。圖/研之有物

在偌大的經濟學領域中,莊雅婷選擇環境經濟學、發展經濟學、行為經濟學作為研究領域。在求學過程中了解到環境對人類行為的影響力,藉由分析個人和群體的經濟行為後,能將統計數據回饋到政策執行面上,有助改善環境和社會管理方式。

「經世致用」是經濟學有趣迷人之處,更讓莊雅婷維持源源不絕的研究熱情!

回憶起與印度的不解之緣,源自在印度工作半年多期間,接觸到發展中國家的實際狀況,親眼見到當地貧富差距之大,讓莊雅婷在心中埋下關心貧窮議題的種子。

就讀碩士班期間,在柬埔寨進行農村貧戶家計與微型貸款研究時,更聽聞無力擺脫貧窮的家庭想將女兒送給同行的美國研究人員,此舉讓她深受震撼!「我總會自問:我的研究能為當地人帶來什麼幫助?」

因著生命中的種種機緣,莊雅婷將研究能量聚焦在環境、貧窮及性別等具公益性的議題上,隻身前往東南亞多國農村進行研究,這不僅要抱持不怕困難的勇氣,更培養出因地制宜的反應力。

要在人生地不熟的異國做研究並不容易,需要與熟悉當地生態的「地頭蛇」建立良好關係,再經由他們連結在地人脈,讓農民願意暫時放下手邊工作來配合訪談。

莊雅婷曾遇到一位退休的老先生願意不收分文擔任翻譯,只因得知有遠自臺灣來的朋友,想要傾聽這群無名小農的故事。

一路走來並非總是一帆風順,但喜歡與人交流的莊雅婷牢記每一次與受訪者互動的美好經驗。對研究的熱情、人們釋出的善意,使她面對各種艱難挑戰時,得以發揮超強耐力,更是疲憊至極時「滿血復活」的最佳養分。

2018 年美國耶魯大學經濟學教授諾德豪斯(William D. Nordhaus)、紐約大學經濟學教授羅默(Paul Romer)以總體經濟學模型,找出氣候變遷與經濟成長的關係,同獲諾貝爾經濟學獎。在此之前,誰能料到「環境經濟學」會成為一門顯學。

這讓莊雅婷相信,在研究領域中無需為了追求潮流而惶惶不安,重要的是堅持自己的初衷,盡心耕耘終能有所收穫!

隻身前往印度田調並不容易,莊雅婷憑著對研究的熱情、當地人的支持,從中獲得許多設立假說、剖析社會現象的觀點。圖為拜訪印度當地女性存錢互助會,訪問微型貸款相關政策。圖/莊雅婷

延伸閱讀

  1. 莊雅婷老師個人網站
  2. Yating Chuang (2019). “Climate Variability, Rainfall Shocks, and Farmers’ Income Diversification in India”. Economics Letters, 174: 55-61.
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研之有物│中央研究院_96
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研之有物,取諧音自「言之有物」,出處為《周易·家人》:「君子以言有物而行有恆」。探索具體研究案例、直擊研究員生活,成為串聯您與中研院的橋梁,通往博大精深的知識世界。 網頁:研之有物 臉書:研之有物@Facebook

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推動友善飼養,給農場動物更好的生活,就從認明「動物福利標章」開始!
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/02/21 ・1877字 ・閱讀時間約 3 分鐘

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本文由 家樂福食物轉型計畫 委託,泛科學企劃執行。

飲水思源,看見農場動物的困境

小時候,常聽到阿公阿嬤說:「食果子拜樹頭、食米飯拜田頭」,意思是要我們飲水思源,感謝農民和大自然。但是⋯⋯我們是不是忘記了什麼?

沒錯,除了農作物之外,還有雞、豬、牛這些動物!

在農場經營模式轉向工業化的同時,我們能夠用更短的時間生產更多食物,卻也忽略了這些動物在工業化飼養環境所遭遇的生存困境。

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在動物生產食物的過程中,可能遭遇哪些困境呢?

以酪農來說,乳牛其實是來自溫帶地區的動物,但臺灣氣候濕熱,多數農場佔地狹小,專業照護人才短缺,乳牛容易發生「熱緊迫」的現象,造成他們無法調節體溫,甚至昏厥死亡。

另外,小牛通常都得被迫與母牛分離,單獨飼養在鐵籠中,剝奪他們與生俱來的吸吮需求,再加上農場地板又硬又滑,違反他們習慣躺臥在乾燥柔軟環境的天性,讓牛牛容易摔倒、受傷,造成腳蹄發炎與感染。

又以蛋雞來說,傳統格子籠蛋農為了追求方便管理與高坪效,會將 2 至 4 隻蛋雞關進 A4 紙張大小的「格子籠」,使得他們無法展翅、無法洗砂浴,更沒有棲架可供休息。

來自溫帶的乳牛在台灣濕熱狹小的農場容易發生「熱緊迫」;而蛋農為了追求坪效,則是將好幾隻母雞關進「格子籠」,限制活動空間、違反生活習性。

善待農場動物,從認明「動物福利標章」開始!

人類為了自身方便與利益,以違反動物生活自然天性的方式飼養動物,對人類、動物、環境都不是好事。那麼,要怎麼改善這個情況呢?雖然無法從源頭阻止,但也不用氣餒,我們每個人都有機會幫助這些農場動物,讓他們的生活更好。

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自從 1999 年成立以來,台灣動物社會研究會(Environment & Animal Society of Taiwan)致力從源頭改善動物處境,走進台灣各地的畜牧場和屠宰場,推行動物保護、人道飼養、人道運輸、人道屠宰等相關法規。

其中,最重要的行動之一,就是制定「動物福利標章」驗證制度。只要消費者選擇通過標章驗證的產品,就能透過每一次購買,成為推動友善農場動物的力量,甚至間接帶動台灣畜牧業轉向「友善飼養」!

只要認明動物福利標章,我們就可以成為友善農場動物的推手。

通過「動物福利標章」代表什麼?

想申請「動物福利標章」,就必須先取得「動物福利驗證稽核」,證明牧場環境符合動物福利標準,同時也必須取得「產銷監管鏈驗證稽核」,證明產品來自通過驗證的牧場,而且符合《食品安全衛生管理法》。

就以乳牛和蛋雞來說,前者有 11 項指標、46 個項目,包括飲食、配種、健康管理、環境舒適度、飼育員素質等,而後者涵蓋的 5 大評分原則更納入淘汰、運輸、屠宰處理,共有 114 項條件,替生產者和消費者層層把關。

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倡議結合行動,帶動台灣產業轉型

2019 年,家樂福與台灣動物社會研究會倡議合作,制定「動物福利政策」,希望能讓民眾透過實際行動,帶動台灣產業轉型。

家樂福積極推廣動物福利,讓消費者透過實際行動,帶動台灣產業轉型。

除了成立「非籠飼雞蛋專區」之外,家樂福也鼓勵農民少用抗生素和各種不當用藥,並且支持印有「動物福利標章」的鮮奶和吐司。

我們的每一次消費,都決定了動物如何被對待。只要不過度浪費,選擇有「動物福利標章」認證的產品,就能讓這些動物在更加友善的環境成長,共創人類與動物更好的未來。

「改變,從看見動物開始!行動,從你我出發!」

  1. 【台灣乳牛飼養五大痛苦指標】乳牛身心不健康,如何確保牛乳安全健康?
  2. 台灣「活禽交易」調查影像|防堵人畜共通疫情,呼籲雙北盡速廢除活禽交易
  3. 動物福利標章
  4. 台灣乳牛場動物福利 評分制度
  5. 友善雞蛋聯盟 蛋雞動物福利標準
  6. 家樂福「動物福利」宣言計畫
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