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歐盟 EIP-AGRI夥伴關係:養分管理數位工具-結案報告 EIP-AGRI Focus Group on Digital Tools For Nutrient Management: Final Report
2022/09
The agricultural European Innovation Partnership (EIP-AGRI)
https://ec.europa.eu/eip/agriculture/en/publications/eip-agri-focus-group-digital-tools-nutrient-0
歐洲綠色協議 (European Green Deal, EGD) 為一項到 2050 年時,使歐洲成為第一個碳中和大陸的計劃。EGD 具有一系列的措施,使歐洲公民和企業能夠自永續性的綠色轉型中受益。除了「從農場到餐桌」策略、生物多樣性策略、林業策略,以及抑制由歐盟驅動的森林砍伐和退化之新法規提案外,最為相關的計畫為零污染行動、化學品策略或循環經濟行動等計劃。其中,新的 2030 年歐盟土壤策略,是歐盟生物多樣性策略一項重要成果,因健康的土壤是 95% 食物的基礎、主導超過 25% 的生物多樣性,且是地球上最大的碳庫。以下敘述其他主要與 EGD 有關的計畫:

1. 共同農業政策 (Common Agricultural Policy, CAP):EGD 的核心是「從農場到餐桌」策略,旨在使糧食系統公平、健康與環保,進而加速向永續性糧食系統的方向前進,因此該策略相當注重養分管理,其目標為將養分損失減少 50% 以上,同時確保土壤肥沃度不會下降,使化肥的使用至 2030 年減少 20% 以上。為了鞏固歐洲農業的地位,CAP 多年來不斷地發展,以滿足不斷變化的經濟環境和人民的需求。新的 CAP 為 EGD 目標做出更大的貢獻,如為支持氣候、生物多樣性、環境和動物福利的措施提供更多資金。此外,歐盟委員會還將與成員國合作,擴大精準施肥技術和永續農業的應用,特別是在集約化畜牧業的主要地區,以及將有機廢棄物回收成可再生肥料。這些目標將透過如用於養分管理、投資、諮詢服務歐盟太空技術等農場永續性工具來實現。

2. 地平線歐洲 (Horizon Europe):Horizon Europe 是歐盟 2021 至 2027 年的研究與創新架構,是實現 EGD 目標的工具之一。在 2021 年,作為 Horizon Europe 的一部分,歐盟執行了 5 項任務。其中一項是歐洲土壤交易,有助於實現 EGD 在永續性農業、氣候適應力、生物多樣性和零污染方面的目標,亦是歐盟農村地區長期願景的旗艦型倡議。

3. 歐盟的營養管理:在過去十年中,化肥的使用量略有增加,包括在 2008 年 2018 年間,氮的使用量增加 1.9%,磷的使用量則下降 1.2%。在歐盟農業中,養分管理的主要挑戰是確保在正確的時間提供必要的養分量,同時減少養分過度使用,並防止養分滲入水體中。在 2015 年,歐盟農業占氨排放量 94%,是最主要的來源,包括化肥的生產與使用,以及畜牧業等。此外,超過 2% 的歐盟溫室氣體 (Greenhouse Gas, GHG) 排放量來自人造肥料,約占農業 GHG 排放總量的 20%。除環境和氣候影響外,集約化農業和化肥的過度使用也影響了土壤健康和產量。由於集約化農業透過如殺蟲劑、除草劑與無機肥料等方式,降低了土壤生物多樣性與效率。雖然有機肥可以改善一些土壤健康指標,但若過度使用則變成氮和磷排放的主要來源。為此,歐盟持續控制耕地和草地的肥料使用,並使用養分管理計劃 (Nutrient Management Plans, NMP) 作為監測和控制工具。

養分管理工具著重於減少氮和磷等物質對環境的影響,以盡可能減少在植物生產時,其養分的損失,或提高養分和經濟效率;然而,這些工具通常只有少數農民使用。無論採用哪種方式,作物營養規劃都應遵照 4 個主要步驟,敘述如下:

1. 確定作物所需的適當養分量:農民傳統上是根據經驗和簡易的作物養分需求表來計劃施肥,並根據季節初的預期產量所進行。有一些工具可根據肥料、糞肥、以前的作物殘留、沉降與土壤儲存釋放等輸入,以及作物收成等輸出之間的平衡,來計算作物養分需求。為此,應根據可靠的目標和經過驗證的模型進行規劃,使農民能夠利用這些技術與工具,來支持決策與協助改善養分管理;然而,儘管這些工具在大多數歐盟國家都可以廣泛使用,但以不同氣候、土壤和環境區域條件下的準確性和適用性而言,這些工具較不具通用性。

2. 依作物做相對應的施肥:施用有機肥和無機肥是作物生產的關鍵因素,因此任何涉及養分施用過程的技術都取決於機器的精準度,而機器正確地設定須取決於肥料的物理特性,包括顆粒大小、分佈、密度和流速等。例如對於有機肥料,近紅外光譜 (Near Infrared Spectroscopy, NIRS) 可以即時確定施用的養分與空間,並將此數據與其他數位工具連結。因此,數位工具可提高營養效率,但其使用須建立在合適的機器校正基礎上。

3. 監測:為了促進更有效地使用肥料,並減少對環境的影響,應推廣可調整理論施肥計劃的季節性監測工具,例如安裝在拖拉機上、無人機、衛星感測或穀物收穫分析;另一方面,應利用季節之間的監測,來評估施肥過程的效率。

4. 依整體的實際用量評估養分管理:新的評估與診斷工具,應滿足一些需求,經濟且容易使用、方便即時診斷、測量養分的流動情況和可用性,以及能夠顯示與以前農業、經濟和環境條件相比的改善程度。新的數位工具必須有具吸引力的成本收益比,為農民、企業、合作社或農業顧問等提供實用且滿意的解決方案。此外,還須能夠定制新的數位工具來實現農業目標,例如最佳產量,以及特定的自願或強制生產協議。

根據調查結果,最常見的數位工具是不同類型的營養管理應用程式,其主因為精準農業技術的傳播,或是在硝酸鹽脆弱地區耕種時,氮行動計劃所規定的法律義務,使這些工具的使用率增加。其他技術如電子表格是一種非常普遍和常見的應用程式,可以是簡單的表格形式,也可以是地方當局或開發商所提供的定制設計文件;複雜的農場管理應用程式能夠收集數據,提供更複雜的報告功能,以及常見的監控和預測工具。該應用程式在農業社區中變得越來越普遍,部分原因是機械供應商提供了配套軟體解決方案;衛星圖像的使用,特別是歐洲太空總署 (European Spatial Agency, ESA) 中哨兵 2 號數據 (Sentinel data) 的可用性,以及精準農業的傳播正在迅速增加,其原因為成本低、普遍化,以及高解析度的數據;土壤分析技術仍是養分管理重要的組成部分,且開始從基於濕化學的方法,向近端土壤感測和田間土壤掃描儀等方法改變。

焦點小組專家指出,營養管理工具需要進行多項改進,才可提高使用率,其中最重要的是數據可用性,需要花費很大心力,才能為這些工具提供精確與高品質的數據。當養分管理工具建立在更精確和更多的數據時,將會變得更智慧,且性能也會更好;然而,儘管數據可用性是限制採用的主要因素之一,但在營養規劃過程中也應考慮數據的可靠性和精確性,例如田地邊界、土壤類型、土壤養分狀況、收成的農地,糞肥的養分含量等缺乏較可靠或仍未知的數據。以土壤採樣為例,傳統的養分狀況調查和採樣被沿用數十年,許多地方都使用基於網格的土壤採樣和濕化學方式;隨著技術的進步,以及精準農業對空間分佈和可靠性的要求,導入了許多新工具和調查方法,如近端感測、土壤掃描和遠端感測等,已被顧問公司和農民使用。與傳統技術相比,新的技術仍缺乏標準化和驗證。為將這些新技術迅速推廣,需要新的標準、加速的驗證過程,以及在不同環境和土壤條件下工作的農民路線圖。

由於養分管理對環境有重大影響,因此制定指標來顯示養分管理如何影響環境的各個方面相當重要。雖養分管理工具的主要功能是支持永續性的養分管理,但在未來的應用應該能夠提供其他功能,包括碳足跡、水足跡與氮足跡、氮與磷含量的不同環境指數、浸出和徑流、生物多樣性、不同的土壤健康指標與土壤功能等,有助於土地更好的管理和利用規劃。此外,養分管理工具還應提供當地改善施肥的建議,以解決與農業相關的 GHG 排放,並且更加關注養分,而不是肥料來促進循環。在未來,養分管理工具應改善一些目前功能性的缺失,以指導農民如何減少 GHG 排放,包括客製化的施肥建議、國家所提供的當地養分管理改善演算法、碳平衡和二氧化碳排放資訊,以及清楚呈現的產出。為了提高社會對傳統農業等的接受度,這些工具還可透過記錄所有農業活動和投入物的使用,提供更多農產品的可追溯性和透明度,且可以部分作為行銷和推廣的投入,幫助農民直接接觸消費者。

儘管市場趨勢和農業機械的銷售數據顯示,智慧型農業的應用正在增加,但水平仍然較低。相關研究表示,在歐洲,其衛星導航系統 (Global Navigation Satellite System, GNSS) 採用的速度很快,但變異率技術 (Variable Rate Technology, VRT) 的採用速度較慢,且用於為 VRT 決策提供資訊的蒐集技術,如產量監控和感測等的採用速度也相對緩慢。這些情況不論在歐洲或其他地區皆大同小異。VRT 在歐洲部分地區的採用率在全球排名較高,如英國的穀物農場有 31% 的採用率;然而,農民對用於養分管理的數位工具有許多要求,若能滿足這些要求並解決障礙,則可以加快採用速度。根據專家調查,採用數位工具的主要障礙如下:

1. 困難、耗時、複雜、官僚主義,且需要大量的投入。
2. 農民的年齡與缺乏知識、技能和解釋數據。
3. 成本效益考量、缺乏資金,以及缺乏財務數據。
4. 與供應商和政府機構相比,農民獲得的利益較少。
5. 法律架構與數據安全性。
6. 工具太通用,不適用於特定條件。
7. 由於是新的且未經證實的工具,並非農民的優先處理事項。
8. 過去在使用上有不好的經驗。
9. 不好的使用者介面與體驗。
10. 沒有智慧型手機。
11. 農業地區的網絡涵蓋率有限。
12. 互操作性差。

陳志維
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