施柏榮:最熱三年的啟示 台灣農業需要什麼樣的開源生態計畫 | 台灣環境資訊協會-環境資訊中心

施柏榮:最熱三年的啟示 台灣農業需要什麼樣的開源生態計畫

2018年08月14日
文:施柏榮(作家)

過去地球最熱的三年,全球關注的不僅是溫室氣體,還有農業。

聯合國(United Nations)2018年6月份發布《UN Climate Change Annual Report 2017》的年度報告,不斷重申由世界氣象組織(World Meteorological Organization)所提出的「有紀錄以來最熱的三年」的紀錄(2015、2016以及2017年),而在這一本看似年度定期出版的報告中,也是首次極為慎重地將「農業」與「氣候變遷」的問題相互連結成單一議題,並納入到多國必須排定的議程之中。從這樣的角度來看,這意味著全球對於氣候變遷議題的關注,已然從單純的「氣象變化」問題,回到更廣闊的人類經濟系統,去思考環境脆弱度下的產業的適應性。

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吉哈拉艾稻田一景。攝影:廖靜蕙(本報資料照)

這樣的例子,便經常在會議中被提到——「農民經常需要仰賴到水源,但氣候變遷讓降雨、降雪變得不穩定的情況之下,農民將更為仰賴地下水的抽取,不過農業使用水源的速度,遠比起地下水補給來得更快,因此在此情況之下,會加速海水的入侵而造成地下水鹽鹼化,進而加速農業生產環境的崩解。」

這樣的例子也代表還未被人們廣泛理解的是:氣候變遷所帶來的影響與衝擊,有著更為複雜的成因,而農業因為涉及到糧食生產,因而成為必須投注心力的事。

農業既受氣候變遷影響,也同時是氣候變遷的因子

包括世界農糧組織(FAO)以及知名的《全球農業與營養開放數據計畫》(Global Open Data for Agriculture and Nutrition,GODAN)皆提出:全球未來的30餘年,全球人口皆突破百億,對糧食的需求也將再提高70%,不過農業又是非常容易受氣候變遷因子影響,尤其「乾旱」代表的降雨不穩定情況。在糧食需求持續提高,而供給面的生產環境受到衝擊下,農業或糧食生產的行為,將成為高度不確定性的經濟活動。不過,這種將氣候變遷視為農業的影響因子說法,在過去30年間並不缺少。但卻鮮少將農業,轉而視為是氣候變遷的影響因子來談,尤其是慣習農業,或是大型剝奪型農業對於氣候變遷的影響。

慣習農業的耕作方法,最主要的特色在於其應用了化學肥料等方式,來強化作物在單一時間的生長效率,但化學肥料的製作與使用過程,也將產生如二氧化氮(N2O)等溫室氣體而,這也是為什麼聯合國在今年度發表的年度報告當中,不斷提到農業占全球溫室氣體的排放量達10%-12%。除此之外,諸如Swedish University of Agriculture FarmingNature ConservancyClimate Collaborative等研究機構,也直接對比了慣習農業、有機農業在一定種植面積之下,所產生的溫室氣體貢獻度,也顯示有機農業對於氣候變遷的影響相對較小;不過,也有研究者提醒,有機農業縱然相對是低碳農業,但如果要維持一定的生產力,並且是在不大幅擴張耕地的情況之下,必須更為有效地優化生產資源,確保糧食供給充足。

有機農業的新寵物——IoT & Data Science

從農業與氣候變遷的討論可以發現到,即使證明有機農業可降低對於環境的影響,但如果沒有相對完備的環境控制技術、基礎建設的建置,便很難不受到生產力、單位價格過高的現實生產問題的挑戰。在此討論的背景之下,資訊科技被視為了解決方案之一。

歐盟在Horizon 2020 Framework Programme的大型計畫資金的支持之下,提出了Internet of Food & Farm 2020的計畫,在此一計畫之中,有一個非常清晰的發問:「物聯網如何能夠推展有機農業?」藉歐盟不同科技社群與農業團體實際試驗後,大概可以歸結為三點:第一,傳統慣習農業是藉由化學藥劑的使用,來降低農夫面對病蟲害所必須付出的成本,但有機農業秉持大量減少人為的外部環境干預,同時又必須適當地掌控生產環境狀態,以協助有機農業耕作者來掌握病蟲害,而在此情境之下,用以檢測植物微氣候的無線感測器,則成為了有機農業耕作者的重要夥伴;第二,在無線感測器形成最佳化拓樸(Typology)與網絡基礎建設的前提之下,可以協助有機農業種植者,判斷甚至預測最佳收穫時機,協助農民可更為容易地掌握生產與物流排程,而零售商也可獲得預期交貨的時間點,盡可能建構有機農業的產銷一體化體系;第三,物聯網技術提供了一種可追溯性工具,諸如作物上方的標籤與驗證工具,結合線上的註冊,以及平台進入的標準審核,相對於既有的產銷模式,更可能建構具有「點對點」功能的價值鏈(P2P Value Network Creation)

知識與資料的共享,台灣需要一場開源生態計畫

倘若有機農業是台灣農業必須行走的道路,倘若資訊科技的導入是可以協助有機農業達到更好的願景,那麼,還必須回答兩個具體問題:第一,如何能在電力與通訊建設相對缺乏的農村環境,建構完善且「低成本」的物聯網基盤環境;第二,如何能結合不同群體,讓不同年齡、不同知識背景的社群可以進行知識串聯,這部分則涉及知識交換平台的架構。換言之,擺放在願景之前的是:基礎建設如何建構、知識社群網絡如何打造的環境與社群工程。

首先,在農業物聯網基礎環境的架構上,可追溯到2003年由Marcin Jakubowski所推動的《開源生態計畫》(Open Source Ecology),該計畫的根本目標在於:結合農業工作者、建築師、軟體工程師以及自造者運動(Maker)的倡議者,建構所謂的「全球村落建設工具組」(Global Village Construction Set),這樣的工具組事實上即是一種開源平台,可以自行取用各種工具,自行製造出農業機具原型,並且在不同地區進行測試與回饋。此外,2018年在Omega Institute更舉辦一場名為《集成開放農業技術計畫》(Gathering for Open Agricultural Technology,GOAT),計畫直接地提出——「封閉的數據生態,會阻礙公平與穩定的糧食生產」也就是說,GOAT認為任何有關糧食生產系統的資訊必須是公開以及易於分享的,但最為特殊之處在於,它還指出當前有許多廠商,會將目標市場轉向農業或牧業,很可能只是藉由感測器的大量布建,來取得大量的農業生產數據,並用於新事業的創造,但一旦這些數據被大型企業所壟斷,那麼可能反而會對糧食生產造成了負面影響,其一就是讓中小型的企業或者小型的農業生產者落入到產業鏈之外,形成大者獨大的現象。

實際下田很辛苦 新手農夫可否承受?
一旦數據被大型企業所壟斷,那麼可能讓中小型的企業或者小型的農業生產者落入到產業鏈之外。本報資料照片。

除了OSE、GOAT,還包括了2012年所提出的《全球農業與養分開放資料計畫》(Global Open Data for Agriculture & Nutrition,GODAN)或farmOS,這些計畫或團體,事實上還顯示出了一種新興的科技社群,試圖去定義一種新的農業模式,而這樣的模式是建基於開放資料(open data)的倡議,以及在其下所連結的敏捷式開發倡議,也就是說,這些資訊的創造者在創造有價資訊的同時,已經同時去思考了物件的擴散性,以及終端使用者(農夫)的近用性(accessibility)。比如,OSE所強調的工具組、GOAT、farms所強調的開源軟體,或是GODAN所強調的農業開源資料平台,事實上都驗證了這個精神。

開源生態計畫,如何結合台灣農業傳統的專家系統是根本問題

無論是大廠所形塑的智慧農業目標市場,或者是由開源團體的農業開放資料倡議,都會直接面對到農業生產場域之中,最為特殊的課題——也就是廣義的農業,作為人類歷史發展最久的產業,事實上有許多的知識、資訊,是以非數位化、結構化數據的方式來進行傳遞。先不考量農業生產區域差異,不同作物最佳化種植方式、生長期識別方法,或者是生產土壤的狀態(如最佳化溼度等),如今仍有非常大的部分,仍倚靠農人的手感、嗅覺、觸感等「匠師記憶」來做儲存。而且,農業生產對物聯網的布建來說,又是非常異質化(Heterogeneity)的情境挑戰。

除了非結構化的資料轉譯問題之外,物聯網基礎建設完成之後的大量數據,事實上仍必須仰賴人員的判讀,也就是後端的專家系統仍否被建構以及延續,才是最為關鍵的問題,否則資料就無法發揮效益。

在此一根本問題的對應之下,反映出的還是不同專業領域的匯合。也就是說,開源生態計畫的組織構成,必須涵蓋至少四類的群體,一者是傳統的農業生產者,二者則是資訊與語彙的轉譯者,三者則是軟體與硬體開發人員,四者則是平台與商業模式的管理者。一個未能對接到傳統農人知識的計畫,終將淪為空談。這也是何以全球相關的農業倡議,會一再強調跨領域或者是跨年齡層鏈結的重要性。

可持續的商業營運模式,讓擴散的任務交由私部門

台灣每年約投入40億台幣的農業科技研發預算,分散於各部會的執行機構之中。在過去,這樣的國家資源投入,在作物品種改良、生產環境等農業生產面向取得了一定的成果。但隨著產業生態系的變遷,必須將資源投入的視角,從單點技術突破,轉向新農業基礎建設的營造。在初起階段,台灣的開源生態系計畫,應可學習Internet of Food & Farm 2020、GODAN等計畫模式,由官方部門提供部分資金來建構先導型計畫,然而,為確保公部門的投資淪為單一、非延續型的計畫,同時也必須思考如何建構可持續的民間參與模式,讓相關的農業基礎建設投入,可以形成可持續的、公平的商業營運模式(Business model)。

對於物聯網為應用基調的行動方案,初期最重要的是如何讓農業物聯網的設備(如感測器),可以在最快的時間點進行有機的擴散;這樣的問題,則可以回顧芝加哥市的AoT計畫(Array of Things),芝加哥市為了快速擴散用於城市之中的感測器,組成了兩個主要的分工團隊,一者針對感測器的製造,提出便捷化的製造手冊,並且強調可以方便取得的零組件,結合AoT計畫的傳輸元件,自主製造感測設備;另一者,則不斷針對製造者,提出製造的誘因,比如與提出自主製造設備的個人或群體,可以優先應用散落於多個感測器所取得的數據(如數據的優先近用權),來延伸更多的商業服務。之所以認為台灣的開源生態系計畫,可以吸取AoT計畫的經驗,是因為它從可持續的營運模式,來思考物聯網基礎建設的建置,只不過它是建置在電力系統相對穩定的城市區域,如要實現在農業的生產場域,則可能要進行產品設計上的調整(如無線傳輸或電力維持系統)

從「開放」的思維轉化台灣農業

那麼,開源生態計畫第一個標的是什麼呢。

農業微氣候感測器聯網,會是此一倡議之下最值得優先投入的項目,原因在於,台灣農業仍然缺乏大範圍的微氣候感測資訊平台,來減少農業生產者必須面對的環境風險(如降雨、氣溫等是農業生產體系之中必要之資訊),此外相關感測器的零組件取得的難度相對為低。

綜合上述所言,事實上僅需要台灣每年1%左右的研發經費投入,就可能創造出極為不同的效益,而這樣的先導執行倡議,至少需要四個分工組成基石:

(1)技術與產品架構工作小組,藉開源、自造者的角度,設計低成本與高擴散的農業物聯網軟硬體工具(包含如GitBook、Maker's Manual,甚至是SDK等開發工具包),並且處理來自終端的現場操作數據。

(2)資訊轉譯工作小組,將原本存在於農人經驗的資訊加以數位化與拓印,並且融合成為歷史性資料(Historical Data),同時形成跨領域的專家系統。

(3)測試平台工作小組,針對不同生產區域特性進行解析,並且提出情境適應性解決方案。

(4)可持續商業模式工作小組,規劃如何讓物聯網布建成為誘因,讓布建的主體從公部門擴散到民間單元,並且應用累積的農業營運數據(Business Data),延伸新的服務價值。

讓更多人對台灣農業發揮貢獻,必須從開放的思維開始。