由于全球人口增加、气候变迁与灾害频频发生，加上为减缓因饮食生活的变化造成农业生产与自然环境的破坏，为维持自然生态环境平衡以及满足人们当下饮食生活，建构永续生产技术成为相当重要一环。此计划以研究未来型食材——大豆为主，除了发挥土壤微生物最大机能性，并以发展新型态的土壤健康性指标评价。
为此，此计划应用最先进的技术分析植物和微生物之间的相互关系，取得有益微生物。除此，网罗微生物的数据库（土壤微生物群落图谱）、土壤生物、化学和土壤物理等相关资料将以图谱化，并取得多层次大数据进行模组化和模拟情境，以建构“环控循环农业整合平台”。
此外，这项研究依照土壤微生物群落图谱、作物、环境控制与测定、社会科学、栽培管理等五个子组建构研究系统，准确掌握土壤、植物、环境三大要素，理解相互作用，加以控制。藉由“环控循环农业整合平台”之建构基础下，推动土壤健康管理栽培管理模式系统，以产业发展为导向，实现农业创新。
土壤环境——微生物组深度相互关系解析
微生物存在于土壤、根圈和植物组织之中，对于植物的生长与健康具有重大影响。日本早稻田研究小组利用单细胞基因组分析技术、共焦显微拉曼光谱等尖端技术，收集并分析栖息在不同土壤中的微生物的基因组讯息，并建立“土壤微生物图谱资料库”。
此外，全球知名分析与检测仪器制造商之一的日本堀场制作所(HORIBA,Ltd.)，利用独家自创的感测器了解土壤与植物的状态，增进过程中能更加详尽理解植物与微生物之间相互关系，并进一步实验阐明土壤健康度与坚韧度(强壮度)的因素。
另外，由静冈县政府出资设立的财团法人海洋开放式创新机构(maoi)，则是从研究海洋副产品(废弃物) 利用微生物自然发酵转化为肥料的过程，有效利用海洋资源残留物，并连接海洋与陆地的循环型农业模式加以试验。
图1. 日本早稻田和堀场制作所研究小组的土壤环境-微生物组深度相互关系解析过程
土壤——矿物质循环系统之研发
研发团队主要研究有助于大豆生产中最重要的磷和氮两大元素的循环系统为主。从有效回收生活圈中所排放的污水、海洋垃圾、农业废弃物之中产生的磷和氮，并作为农业微生物资材，重新再运用于大豆种植，实现资源循环型食品生产。
藉由强化微生物资材的机能性，除了为农田和植物稳定提供磷、氮等矿物质外，还可以增强植物抗病能力。
另外，关于微生物资材的研发，由东京农工大学微生物菌种培养中心、朝日农业株式会社所持有的微生物资材技术、太平洋水泥株式会社专回收磷资材共同负责。
另一方面开发微生物资材原型、改良微生物资材与建构大豆栽培示范验证、并针对不同特性的农田利用微生物资材所种植的大豆进行对照验证，以提升大豆生产力，减少大豆生产中的化肥用量。
图2. 资源循环型食品生产系统
作物研发
作物研发主要以适应不断变化环境的植物生长，土壤微生物和磷等有用矿物质进行相关研究，并将其研究成果与子项目相互连接合作。
例如:早稻田大学应用微生物解析技术，辨识出磷的肥料吸收、土壤病虫害防治，强化环境适应性等影响大豆生长的重要关键因素的根圈微生物，并依据其能力开发最佳优化的栽培方法与资材。
另一方面，利用大豆变异鉴定出根圈微生物相互作用的植物基因，并善用所获取的变异体，可避免连作种植所出现的问题，研发出更高附加价值的大豆育种资材。
此外，与理化学研究所(RIKEN)的三好研究室(Miyoshi)与和田研究室(Wada)共同合作，利用可控的人工气象器在可调节的环境下进行大豆栽培实验，以因应未来环境变化的作物育种奠定基础。
图3. 可控的人工气象器的大豆栽培实验与大豆变异系统选拔
环境控制与检测
环境从肉眼可见到微观细小之处无不与农业息息相关。特别是近年来特别深受微观影响与备受关注，所谓微观意指基因表现型发生过程，基因可塑性与光感受体等。
而关于上述研发成果则实质成为农业生产效率、气候变迁与变异等重要讯息来源。环境控制与检测恰巧正是获取基因组学、遗传基因发现和基因可塑性等相关环境因素重要识别渠道，借此将此基础技术的环境参数精密化且可促进大范围控制小型植物栽培系统开发。
此外，充分应用光学技术，开发可检测光合作用度、植物生长状态与植物内部成分与土壤环境调查等检测系统。
藉由环境控制与检测，作为全球暖化与异常气候变迁所造成作物产量减少与饥饿灾害，以及巨型漂浮物和宇宙空间之应用，亦或是完全循环型农业基础的建构，成为农业未来大愿景方向。
图4. 雷射环境系统与环境分析系统
社会科学之应用
为促进健康土壤相关技术、大豆制品的开发、以及农业生产平台的普及化，此计划强化生产者、消费者与社会整体潜在需求分析与开拓其模式，并在反复验证下，以循序渐进战略模式将其落实于社会应用。利用虚拟离散选择实验、视线分析、面部表情分析等，分析目前不存在的技术和农产品的潜在需求。
栽培管理
为了实现作物生产与全球环境保护两全的完全资源循环型食品生产体系，必须以创新技术发挥最大限度地减少活性氮对环境的影响，并100%实现国内自给率。
因此，此计划研发团队将农业环境生态相关数据其数位化，利用伺服空间工程，开发农业环境工程系统。藉由本系同稳定每个土地间的作物产量与品质形成客户下单生产模式，实现高产值的完全资源循环应用。
山东科大集团
山东科大集团成立于1996年，属国家高新技术企业、双软企业，参与国家标准、团体标准、行业标准起草二十多项，已获国家发明专利近二十项实用新型专利近百项，致力于“智慧农业、智能农机（北斗导航自动驾驶系统、无人驾驶系统）等项目的研发、生产，携手山东理工大学共建【数字农业技术研究院】。
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来源：城食有农
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