生物產業機電工程系的源起－與荊棘合作
自長期以來，在人類的心目中，生長在田間的荊棘是令人討厭的植物。這些植物有數千種之多，有些是草本，有些是灌木，有些是一年生，有些是多年生。荊棘植株營養份很低，人類很難取用，植株上有刺，家畜不愛食用，長相也不討喜，少有園藝景觀用途，卻長年與作物爭奪生長空間，光照、水份與營養份。荊棘似乎存心與人作對，被清除了又再生長，年年總是除不盡。浪費人許多的體力，是眾人心目中的「害草」。
杜爾(Jethro
Tull,1674-1740)卻認為荊棘的存也在有其目的，能減少土壤沖蝕，保持地利，更在指示人智慧管理土壤，促進生產的方向。長期使用土壤必須與荊棘合作，讓淺根的荊棘長在表土，讓作物的根延長到深處，各有其生長空間，各有其生長的好處。杜爾稱：「作物的根毛好像是作物的嘴巴，如果能夠生長到土壤深層，將更能得到土壤的餵養，使生長所需的水份與營養份，更接近嘴部。」只是土壤愈深，土壤的結構愈緊密，作物的根毛難以穿透。杜爾認為幫助作物根系生長，需要將土壤深耕(deep
cultivation)。以前的人都是淺耕10-20公分，以致作物生長必須與淺根生長的荊棘競爭，他認為深耕到80-100公分，才能避開競爭。他是歷史上第一個提到深耕土壤的人。
杜爾本來是個律師，1695年他自「格雷學院」(Gray
inn)畢業，擔任法庭辯論的工作。不久，他與史蜜斯(Susanna
Smith)小姐結婚，後來他們有五個孩子。杜爾能清楚的分析案情，擁有銳利的辯才，讓他在律師業間逐漸成名，法庭工作也帶來穩定的收入。但是，有一件事上卻深深地困擾他。他經常替欠債的農民上法庭，他不明白農民已經努力工作，為何仍是貧窮？許多農民向他抱怨：「土地最無情，對人的耕作沒有反應，無論多麼努力，作物的產量還是不太會增加。此外荊棘是最大的敵人，我們所施的養份，所灌的水份，都被荊棘搶走，荊棘並且長的比作物還快。」他問：「農民是不是不會耕種，才會導致如此？」農民說：「你來種就知道。」
1699年，他改當農夫，種了半年幾無收成。既然英國的農民也沒有改善之道，他決定到其他國家遊學，學習有效耕種的方法。他到了法國才找到解決問題的曙光。法國有個古老的種植經驗，農夫在種植葡萄樹時，先挖到地土下一公尺的深度，再去施肥與種植，這種葡萄樹可以三百年持續結果子，期間不用再施肥，不用除草，其果子產量也不減少。原來一次深耕產生的果效，抵得三百年不斷地淺耕操作。
他發現深耕到一公尺，是不用與荊棘對抗的關鍵，但是法國的農夫要局部深耕，已經要耗費很大的力量，若要將整個田區都深耕，需要更大的力量。杜爾認為設計新式的深耕耙，並用幾匹馬排成一列，拖那巨大、沉重的耕耙，就可以達成任務。
1701年他在英國西南方的波克曼(Berkshire)郡，買下大片的土地，成立普世第一座深耕實驗農場，名叫「旺盛農莊」(Prosperous
Farm)。他用一部份的土地作為養馬的農舍，一部份的土地作為機具的研發製造場，一部份的土地作為作物在不同土壤深度的生長觀察實驗室，剩下的土地才作為生產之用。世界上哪有這種農莊？一個人怎能同時完成這麼多事？他卻認為深耕後省下的時間，可以讓他管理更大的土地，做更多的事。週遭的居民還是認為杜爾律師瘋了，學法律的怎能懂耕種呢？以後十年，杜爾在實驗與研發上，花了大部份的時間。旺盛農莊的作物生產很少，更是成為當地的笑談。
但是，杜爾相信一定有讓貧瘠的土壤變肥沃，與減少人工除草的方法。他寫道：「土壤是人與大自然最多接觸的所在，土壤的生產量力決定人類糧食的多寡，人類經常想用更多的勞力，去兌換土壤的生產力。這種想法使人終生勞苦，土壤生產也改善不多，以致土壤被視為頑固，荊棘被視為不可被改變的咒詛。我期待一生對這問題保持『神聖性的好奇』(Divine
curiosity)，將翻耕土壤與草類當成研究的對象，以瞭解取代對抗，以改善取代咒罵。」
1711年，他工作太辛苦而生病，舉家搬到義大利，他本來想病癒後，在那裡重新執業。結果，他難忘神聖性的好奇。1714年他又回到農莊，重新經營，他的妻子與孩子也支持他。又是十年的失敗，但是經過一再的改良，他已製造出適合深耕的犁、掘溝的耙、與鑽土的農具。他製造用來判斷深層土壤結構的「鑽土器」(soil
drilling)，至今仍為普世所採用。他寫道：「深耕的目的，在避開淺層與荊棘的爭競。許多人以植株在地表上生長的狀況，來判斷植物所需，以致施肥過多或供水不當。其實根系有沒有良好的生長空間，土壤的微粒、水、空氣、營養份與植物根毛有沒有最多的接觸，才是關鍵所在。」
杜爾的深耕作法，到1725年才讓農場的作物長得更旺盛，而且很省人力，許多人才跑來參觀他的農場。他首先將機械力應用在農場生產上，後來他被稱為「農業機械之父」(Father
of Mechanical
Agriculture)。他將整個過程寫成「馬耕農事學」(Horse-Hoeing
Husbandry)
一書，在1731年出版，這是普世第一本農業機械學的課本。他在書中不提成功，只寫研發的過程。例如「用顯微鏡觀察蘿蔔根毛，在不同土層的生育狀況」、「馬鈴薯根在不同鬆密土質的延伸」等。他一生的成就不只是滿足了他起初的神聖性好奇，也使農業機械成為普世增進糧食生產，改善地利的技術。
十九世紀，農業機械已成大學的學門，並且迅速發展到食品加工、作物採收、畜牧管理、魚塭養殖、省水灌溉等。1905年愛荷華州立大學(Iowa
State
University)首先成立「農業機械工程學系」，後來許多大學都設立。到1980年代，農業生產已不單為生產，而與維護食物鏈與生態系統永續結合，故改為「農業與生物系統工程學系」(Agricultural
and Biosystems Engineering)。
如果，你有機會走入農業與生物系統工程學系，請帶著一股神聖的好奇，多少的生產與環境都因這個科系而蒙福。
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